(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のセルの正極、負極の何れか一方の極のセパレータの端部に該端部と直交するコネクタ差し込み方向に差し込まれて前記正極、負極の何れか一方の極のセパレータのセパレータ端部に取り付けられ、該セルの電圧をモニタするセル電圧モニタ用コネクタであって、
前記セル電圧モニタ用コネクタはハウジングと該ハウジングに保持された端子とを有し、
前記ハウジングは、前記端子を保持する函部と、該函部に函部内を開閉可能に連結された蓋部と、前記函部内を２つの空間に区切る仕切部とを有し、前記函部内の仕切部で仕切られた２つの空間のそれぞれに前記端子が保持されており、
前記端子は、前記ハウジングの函部に保持されかつ該函部を挿通して前記コネクタ差し込み方向に前記セパレータ側に延び前記セパレータ端部を挟み込む挟み込み部を有し、
前記端子は、前記挟み込み部で前記燃料電池セルの前記セパレータ端部にコンタクトされており、
前記ハウジングは、該ハウジングの函部と仕切部の、前記差し込み方向の端部に形成された、前記コネクタ差し込み方向と直交する方向にかつ前記セパレータ端部側に向かって突出する爪を有しており、
前記ハウジングの前記爪と、前記セパレータ端部の前記爪に対応する部分に形成された、前記コネクタ差し込み方向と直交する方向に前記ハウジング側に向かって突出する突起とが、係合して、前記ハウジングの前記セルからの抜けが防止されている、
セル電圧モニタ用コネクタ。
【請求項２】
前記コネクタ差し込み方向に前記セパレータ側に延びる前記端子の前記挟み込み部と、前記ハウジングのうち前記爪が形成されている部分とは、前記コネクタ差し込み方向と直交する方向に、かつ前記セパレータ端部の面と平行な方向に、互いに並べてもうけられている、請求項１記載のセル電圧モニタ用コネクタ。
【請求項３】
前記セパレータはセパレータ面のうち電解質膜と平行な部分が鉛直方向となるように配置されており、前記コネクタが取付けられる前記セパレータ端部は前記セパレータの上端部に位置しており、前記ハウジングの蓋部は前記ハウジングの函部内の上部に位置しており、前記蓋部が開いた状態で、前記端子が、前記ハウジングの上方から前記ハウジングの函部内に挿入され、前記蓋部が閉じた状態で、前記端子が前記ハウジングから抜けないように、前記端子は前記ハウジングの蓋部によって前記コネクタ差し込み方向に押さえられる、請求項１記載のセル電圧モニタ用コネクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池のセル電圧をモニタするための、セル電圧モニタ用コネクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子電解質型燃料電池は、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層および拡散層からなる電極（アノード、燃料極、−極）および電解質膜の他面に配置された触媒層および拡散層からなる電極（カソード、空気極、＋極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）と、アノード、カソードに燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体通路を形成するセパレータとからセル（単セル）を構成し、複数のセルを積層してモジュールとし、モジュールを積層してモジュール群を構成し、モジュール群のセル積層方向両端に、ターミナル（電極板）、インシュレータ、エンドプレートを配置してスタックを構成し、スタックをスタックの外側でセル積層体の積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート、締結部材はスタック構成部材の一部）にて締め付け、固定したものからなる。
固体高分子電解質型燃料電池では、アノード側では、水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる）から水を生成する反応が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- 
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
セパレータでのジュール熱とカソードでの水生成反応で熱が出るので、セパレータ間には、各セル毎にあるいは複数個のセル毎に、冷却媒体（通常は冷却水）が流れる流路が形成されており、燃料電池を冷却している。
各セル毎に、または複数のセル毎に、セルで正常な発電が行われていることを確認するとともに、セル電圧に基づいて反応ガスの流量制御を行ったり、異常電圧の場合にモータにガードをかけるために、セル電圧がモニタされる。
特開平９−２８３１６６号公報は、セル電圧をモニタするために、各セルのセパレータに２つずつ丸穴を形成し、そこに１本１本モニタピン端子を差しこむ端子接続構造を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の燃料電池の端子接続構造には、つぎの問題があった。
(i) セルの厚さが薄いのでそこに丸穴を形成すると、丸穴近傍のセルの強度が弱くなったり、丸穴の径を小さくするとピンの強度が弱くなったりして、端子接続部の構造上の信頼性を得にくい。
(ii)  ピンのセル穴への差し込み構造のため、また抜け止め構造が無いので、ピンがセルから抜けやすく、抜けるとモニタ不良が生じる。
(iii) 複数並列のモニタピンの各ピンに対して抜け止め構造を設ける場合は、各ピンの差し込み方向に抜け止めを配置することになるが、ピン差し込み方向には、ガス流路（ガスマニホルド含む）や冷却水路（冷却水マニホルド含む）が近接して配置されているので、抜け止め手段を設けるスペースをとりにくい。
本発明の目的は、端子のセルへの接続の強度上の信頼性を上げることができ、端子のセルからの抜け外れを防止できる、セル電圧モニタ用コネクタを提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、上記の目的に加うるに、端子の抜け外れ防止構造を端子差し込み方向のスペースを増大させることなく設けることができる、セル電圧モニタ用コネクタを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  燃料電池のセルの正極、負極の何れか一方の極のセパレータの端部に該端部と直交するコネクタ差し込み方向に差し込まれて前記正極、負極の何れか一方の極のセパレータのセパレータ端部に取り付けられ、該セルの電圧をモニタするセル電圧モニタ用コネクタであって、
前記セル電圧モニタ用コネクタはハウジングと該ハウジングに保持された端子とを有し、
前記ハウジングは、前記端子を保持する函部と、該函部に函部内を開閉可能に連結された蓋部と、前記函部内を２つの空間に区切る仕切部とを有し、前記函部内の仕切部で仕切られた２つの空間のそれぞれに前記端子が保持されており、
前記端子は、前記ハウジングの函部に保持されかつ該函部を挿通して前記コネクタ差し込み方向に前記セパレータ側に延び前記セパレータ端部を挟み込む挟み込み部を有し、
前記端子は、前記挟み込み部で前記燃料電池セルの前記セパレータ端部にコンタクトされており、
前記ハウジングは、該ハウジングの函部と仕切部の、前記差し込み方向の端部に形成された、前記コネクタ差し込み方向と直交する方向にかつ前記セパレータ端部側に向かって突出する爪を有しており、
前記ハウジングの前記爪と、前記セパレータ端部の前記爪に対応する部分に形成された、前記コネクタ差し込み方向と直交する方向に前記ハウジング側に向かって突出する突起とが、係合して、前記ハウジングの前記セルからの抜けが防止されている、
セル電圧モニタ用コネクタ。
（２）  前記コネクタ差し込み方向に前記セパレータ側に延びる前記端子の前記挟み込み部と、前記ハウジングのうち前記爪が形成されている部分とは、前記コネクタ差し込み方向と直交する方向に、かつ前記セパレータ端部の面と平行な方向に、互いに並べてもうけられている、（１）記載のセル電圧モニタ用コネクタ。
（３）  前記セパレータはセパレータ面のうち電解質膜と平行な部分が鉛直方向となるように配置されており、前記コネクタが取付けられる前記セパレータ端部は前記セパレータの上端部に位置しており、前記ハウジングの蓋部は前記ハウジングの函部内の上部に位置しており、前記蓋部が開いた状態で、前記端子が、前記ハウジングの上方から前記ハウジングの函部内に挿入され、前記蓋部が閉じた状態で、前記端子が前記ハウジングから抜けないように、前記端子は前記ハウジングの蓋部によって前記コネクタ差し込み方向に押さえられる、（１）記載のセル電圧モニタ用コネクタ。
【０００５】
上記（１）のセル電圧モニタ用コネクタでは、端子が挟み込み部でセルの端部を挟み込むことにより、端子がセルの端部にコンタクトされるので、端子およびセル端部共に強度が従来構造に比べて増大され、強度上の信頼性も向上される。また、ハウジングに爪を設け該爪をセルに形成した突起を係合させたので、セル電圧モニタ用コネクタがセルから抜けることを防止することができる。
上記（２）のセル電圧モニタ用コネクタでは、端子の挟み込み部と、ハウジングの爪とが、コネクタのセルへの差し込み方向と直交する方向に、並べて設けられているので、コネクタ差し込み方向のスペースを増大させることなく、抜け止め構造を設けることができる。
上記（３）のセル電圧モニタ用コネクタでは、端子をハウジングの上方から挿入しているので、端子のハウジングへの組み込み作業性に優れる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のセル電圧モニタ用コネクタを、図１〜図７を参照して、説明する。
本発明の電圧測定装置が取付けられてセル電圧がモニタされる燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池１０である。本発明の燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【０００７】
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図１、図２に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層１２および拡散層１３からなる電極１４（アノード、燃料極、−極）および電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５および拡散層１６からなる電極１７（カソード、空気極、＋極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）と、電極１４、１７に燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体通路２７（燃料流路２７ａ、空気流路２７ｂ）および燃料電池冷却用の冷却水が流れる冷却水流路２６を形成するセパレータ１８とを重ねてセルを形成し、該セルを複数積層してモジュール１９とし、モジュール１９を積層してモジュール群を構成し、モジュール１９群のセル積層方向（燃料電池積層方向）両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置してスタック２３を構成し、スタック２３を積層方向に締め付けスタック２３の外側で燃料電池積層体積層方向に延びる締結部材２４（たとえば、テンションプレート、締結部材２４はスタックの一部を構成する）とボルト２５で固定したものからなる。冷却水流路２６はセル毎に、または複数のセル毎に、設けられる。たとえば、２つのセル毎に１つの冷却水流路２６が設けられる。
【０００８】
セパレータ１８は、燃料ガスと酸化ガス、燃料ガスと冷却水、酸化ガスと冷却水、の何れかを区画する。セパレータ１８は、また、導電性部材であり、隣り合うセルのアノードからカソードに電子が流れる電気の通路を形成している。１つのセルで、電解質膜１１を挟んでカソード側のセパレータが＋のセパレータであり、アノード側のセパレータが−のセパレータであり、電解質膜１１を挟んだ＋のセパレータと−のセパレータとの間にセル電圧（たとえば、約１Ｖ）が発生する。
セパレータ１８は、カーボン板に冷却水流路２６やガス流路２７を形成したもの、または、導電性粒子を混入して導電性をもたせた樹脂板に冷却水流路２６やガス流路２７を形成したもの、または、流路２６、２７を形成する凹凸のある金属板を複数枚重ね合わせたもの、の何れかからなる。図示例は、セパレータ１８がカーボン板からなる場合を示している。
【０００９】
図３〜図７に示すように、燃料電池１０のセルでの電圧を測定するために、各セル毎に、または複数のセル毎に、セル電圧モニタ用コネクタ３０がセルに接続される。
各セル電圧モニタ用コネクタ３０は、ハウジング３２と、ハウジング３２に着脱可能に保持されハウジング３２によって保護された一対の端子３１を有する。ハウジング３２は非導電性材料であり、たとえば樹脂製である。端子３１は導電性の金属材料（たとえば、銅に金属メッキを施したもの）からなる。各端子３１はそれに対応するワイヤハーネス３３に接続されている。
【００１０】
端子３１は、セルのセパレータ１８に対して着脱可能に、かつセパレータ１８を挟むように、取り付けられる。端子３１は、セパレータ１８に直接コンタクトされる。
端子３１は、セパレータ１８を挟み込むようにセパレータ１８にコンタクトされるコ字状の挟み込み部３１ａと、ワイヤハーネスとの接続部３１ｂと、挟み込み部３１ａと接続部３１ｂとを連結する連結部３１ｃと、からなる。
端子３１は、ハウジング３２の函部３２ａに上方から収められて保護され、抜けないように絶縁用の蓋部３２ｂで押さえられる。蓋部３２ｂと函部３２ａには、それぞれ係止突起３９、４０が形成され、蓋部３２ｂが閉められた時に、蓋部３２ｂは函部３２ａに係止突起３９、４０部位で係止する。コ字状の挟み込み部３１ａの２つの脚は、ハウジング３２の函部３２ａのスリットを挿通してハウジング３２の側壁間でセパレータ１８側に延び、その部分でセパレータ１８の端部を挟み込み、セパレータ１８にコンタクトされる。
【００１１】
ハウジング３２は、端子３１を保持する函部３２ａと、ヒンジ部３２ｃで開閉可能に函部３２ａに連結された蓋部３２ｂと、函部３２ａ内を２つの空間に区切るとともに両端子３１間の絶縁部となる仕切部３２ｄと、からなる。図４は蓋部３２ｂを開けたところを示している。ハウジング３２の函部３２内の２つの空間のそれぞれに端子３１が配置され、その後蓋部３２ｂが閉じられて端子３１の函部３２ａからの抜けを防止する。
【００１２】
図６に示すように、ハウジング３２には、爪３７が形成されており、該爪３７をセルのセパレータ１８に形成された突起３８と係合することにより、ハウジング３２のセルのセパレータ１８からの抜けを防止されている。爪３７は、ハウジング３７のセルへの差し込み方向の先端部に形成されており、たとえば函部３２のセル差し込み方向に延びる壁と該壁に対向する仕切部３２ｄのセル差し込み方向に延びる壁の、セルへの差し込み方向の先端部に形成されており、挟み込むセパレータ１８側に向かって、コネクタ３０のセルへの差し込み方向と直交する方向に突出している。また、セパレータ１８に形成された突起３８は、セパレータ１８の端部に形成されて、コネクタ３０のセルへの差し込み方向と直交する方向に突出している。爪３７と突起３８とが、コネクタ３０のセルへの差し込み方向に係合することにより、セル電圧モニタ用コネクタ３０のセルからの抜け外れが防止される。
【００１３】
端子３１の挟み込み部３１ａと、ハウジング３２の爪３７とは、セル電圧モニタ用コネクタ３０のセルへの差し込み方向（図３のＨ方向）と直交する方向（図３のＬ方向）に、並べて設けられている。燃料電池スタックがセル積層方向を水平方向にして設置される場合は、Ｈ方向は上下方向であり、Ｌ方向は水平方向（横方向）である。端子３１の挟み込み部３１ａとハウジング３２の爪３７とを横に並べた構造では、セル電圧モニタ用コネクタ３０のサイズは、上下方向に小となり、水平方向に延長される。そして、燃料電池スタックがセル積層方向を水平方向にして設置され、セパレータ１８の両側位置にガスと冷却水のマニホルドが配置される場合、セル電圧モニタ用コネクタ３０の上下方向サイズを小とすることにより、セル電圧モニタ用コネクタ３０とセパレータ１８のガスと冷却水のマニホルドとの干渉が防止されている。
【００１４】
セル電圧モニタ用コネクタ３０をセルを積層した燃料電池１０に接続するに際し、セル電圧モニタ用コネクタ３０の一対の端子のうち一方の端子３１を燃料電池１０のセルのセパレータ１８にコンタクトさせ、他方の端子３１を前記セルに隣接するセルの、前記一方の端子がコンタクトするセパレータと同極のセパレータ１８にコンタクトさせてある。
【００１５】
一対の端子３１がコンタクトされるセパレータ１８の極性は＋であっても−であってもよい。図示例は、一対の端子３１が、一つのセルと隣接するセルの、＋極のセパレータ１８にコンタクトされる場合を示している。ハウジング３２に保持される一対の端子３１の間隔は、セル積層体の同じ極性のセパレータピッチに等しく、セル厚の１．５倍である。
図示例では、ハウジング３２に保持された２つの端子３１の一つは一つのセルの＋極性をもつセパレータを挟むように該セパレータにコンタクトされており、もう一つの端子は隣接するセルの＋極性をもつセパレータを挟むように該セパレータ（隣接セルのセパレータ）にコンタクトされている。
【００１６】
（イ）端子３１がコンタクトされない側の極性をもつセパレータ１８には、端子３１がコンタクトされる側の極性をもつセパレータ１８の端子接続部位に対応する部位に切り欠き３４が形成されている。あるいは、（ロ）端子３１がコンタクトされる側の極性をもつセパレータ１８には、端子３１にコンタクトされない側の極性をもつセパレータ１８から突出させた突出部３５が形成されている。あるいは、（ハ）端子３１がコンタクトされない側の極性をもつセパレータ１８に切り欠き３４が形成されるとともに、端子３１がコンタクトされる側の極性をもつセパレータ１８には突出部３５が形成されている。（イ）、（ロ）、（ハ）の何れかの構造とすることによって、端子３１のセパレータ１８への装着時に、端子３１がコンタクトされない側の極性をもつセパレータ１８に、セル電圧モニタ用コネクタ３０が干渉しないようにしてある。
【００１７】
つぎに、上記セル電圧モニタ用コネクタ３０の作用を説明する。
上記セル電圧モニタ用コネクタ３０では、端子３１がコ字状の挟み込み部３１ａでセルのセパレータ１８の端部を挟み込むことにより、端子３１がセルのセパレータ１８の端部にコンタクトされるので、端子３１およびセルのセパレータ１８の端部共に、強度が従来のピンのセパレータ丸穴への差し込み構造に比べて増大され、強度上の信頼性も向上される。すなわち、従来のように丸穴近傍でセパレータが欠けることもなく、またピン径が丸穴径によって制限された従来の場合のように端子の強度が丸穴によって制限されることもないので、本発明の挟み込み構造をもつ端子は、その強度が従来のピンのセパレータ丸穴への差し込み構造に比べて増大され、強度上の信頼性も向上される。
【００１８】
また、ハウジング３２に爪３７を設け、爪３７をセルのセパレータ１８に形成した突起３８に、コネクタのセルへの差し込み方向と逆方向に係合させたので、セル電圧モニタ用コネクタ３０がセルからコネクタのセルへの差し込み方向と逆方向に抜けることが防止される。コネクタ３０をセルに押し込む時、爪３７が樹脂製のハウジング３７の函部３２ａのセル側に向かって延びる壁に形成されているので、函部３２ａの壁が弾性変形で撓むことによって爪３７は容易に突起３８を乗り越えることができ、乗り越えた途端に函部３２ａの壁が元の位置に戻ることによって、爪３７は突起３８に自動的に係合する。したがって、コネクタ３０のセルからの抜け外れ防止に、余分の作業が必要となることはない。
【００１９】
また、上記のセル電圧モニタ用コネクタ３０では、端子の挟み込み部３１ａと、ハウジング３２の爪３７とが、コネクタ３０のセルへの差し込み方向Ｈと直交する方向Ｌに、並べて設けられているので、コネクタ差し込み方向Ｈのスペースを増大させることなく、コネクタ３０のセルからの抜け止め構造３７、３８を設けることができる。抜け止め構造がコネクタ差し込み方向Ｈのスペースを増大させると、切り欠き３４がガスマニホルド部や冷却水マニホルド部に掛かるようになるので、そのような構造をとることができなくなるが、本発明では、端子の挟み込み部３１ａとハウジング３２の爪３７とを横方向に並べて設けたので、コネクタ差し込み方向Ｈのスペースを増大させることがなく、抜け止め構造を設けることができる。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１のセル電圧モニタ用コネクタによれば、端子が挟み込み部でセルの端部を挟み込むことにより、端子がセルの端部にコンタクトされるので、端子およびセル端部共に強度が従来構造に比べて増大され、強度上の信頼性も向上される。また、ハウジングに爪を設け該爪をセルに形成した突起を係合させたので、セル電圧モニタ用コネクタがセルから抜けることを防止することができる。
請求項２のセル電圧モニタ用コネクタによれば、端子の挟み込み部と、ハウジングの爪とが、コネクタのセルへの差し込み方向と直交する方向に、並べて設けられているので、コネクタ差し込み方向のスペースを増大させることなく、抜け止め構造を設けることができる。
請求項３のセル電圧モニタ用コネクタによれば、端子をハウジングの上方から挿入しているので、端子のハウジングへの組み込み作業性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明実施例のセル電圧モニタ用コネクタが適用される燃料電池の全体概略図である。
【図２】  図１の燃料電池の一部拡大断面図である。
【図３】  本発明実施例のセル電圧モニタ用コネクタの側面図である。
【図４】  本発明実施例のセル電圧モニタ用コネクタの、ハウジングの蓋部を開けた状態での、平面図である。
【図５】  本発明実施例のセル電圧モニタ用コネクタの正面図である。
【図６】  図３のＡ−Ａ断面図である。
【図７】  図３のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１０  （固体高分子電解質型）燃料電池
１１  電解質膜
１２  触媒層
１３  拡散層
１４  電極（アノード、燃料極）
１５  触媒層
１６  拡散層
１７  電極（カソード、空気極）
１８  セパレータ
１９  モジュール
２０  ターミナル
２１  インシュレータ
２２  エンドプレート
２３  スタック
２４  テンションプレート
２５  ボルト
２６  冷却水流路
２７  ガス流路
３０  セル電圧モニタ用コネクタ
３１  端子
３１ａ  挟み込み部
３１ｂ  接続部
３１ｃ  連結部
３２  ハウジング
３２ａ  函部
３２ｂ  蓋部
３２ｃ  ヒンジ部
３２ｄ  仕切部
３３  ワイヤハーネス
３４  切り欠き
３５  突出部
３７  爪
３８  突起
３９、４０  係止突起
【図１】
0004098493.tif 000002
【図２】
0004098493.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004098493.tif 000008