(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のセパレータに当接させる端子と、該端子を通じて前記燃料電池のセル電圧を検出する電圧検出手段と、を備えた燃料電池のセル電圧検出装置であって、
前記端子の一端を保持し、前記燃料電池を包囲する燃料電池カバーに開口された端子口を介して前記端子と前記セパレータとを当接させ、脚部を前記端子口の周囲に当接させる端子ホルダと、
内面が前記端子ホルダの頭部に当接するとともに前記端子口の周囲を覆って前記燃料電池カバーに係止される端子カバーと、
を備えることを特徴とする燃料電池のセル電圧検出装置。
【請求項２】
前記燃料電池カバーは複数の前記端子口を有し、
前記端子カバーは複数の前記端子口を覆い、
前記電圧検出手段は、前記端子カバーで覆われる複数の前記端子口の間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のセル電圧検出装置。
【請求項３】
前記端子ホルダは、前記脚部の先端と前記頭部の先端の少なくとも一方に弾性体を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池のセル電圧検出装置。
【請求項４】
前記端子ホルダは、前記端子口を跨いで配置される一対の前記脚部を有し、この一対の脚部の間で前記端子の一端を保持することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池のセル電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池のセル電圧を検出するセル電圧検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車等に搭載される燃料電池には、図５に示すように、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜９１をアノード９２とカソード９３とで両側から挟み込み、さらにその外側を一対のセパレータ９４，９４で挟持して形成されたセル９５を多数積層して構成されたスタックからなり、各セル９５に、燃料ガス（例えば、水素ガス）が供給される燃料ガス路９６と、酸化剤ガス（例えば、空気）が供給される酸化剤ガス路９７とを備えたものがある。
この燃料電池においては、アノード９２で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜９１を通過してカソード９３まで移動し、カソード９３で酸素と電気化学反応を起こして発電する。
【０００３】
このように構成された燃料電池では、正常でないセル（すなわち、故障あるいは劣化したセル）の早期発見等のために各セル９５の発電状態を管理する必要があり、そのためにセル毎に電圧（以下、セル電圧という）の検出を行っている。そして、セル電圧を検出するために、各セル９５の一対のセパレータ９４，９４を制御装置（ＥＣＵ）１００の電圧検出回路１０１に接続している。
【０００４】
ここで、電圧検出回路１０１に接続されたハーネス１０２とセパレータ９４との接続構造に関する従来技術として、特開平９−２８３１６６号公報に開示されたものがある。この公報に開示された接続構造は、各セパレータに端子取り付け用の孔を開け、この孔に各ハーネスの先端に設けた出力端子を差し込んで接続するというものである。
また、別の接続構造としては、セパレータに電圧測定用の出力端子を設け、各ハーネスの先端にコネクターを設けて、セパレータの各出力端子に前記コネクターを接続するものもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の接続構造はいずれの場合も、振動等を受けた時に接続部が緩んだり外れ易いという問題があった。特に、車載用の燃料電池では燃料電池に振動が加わる機会が多く、無視できない問題であった。
また、接続部が露出しているため、被水し易いという不具合があった。
そこで、この発明は、燃料電池のセパレータと電圧検出手段との電気的接続の確実性向上と、防水性向上を図ることができる燃料電池のセル電圧検出装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、燃料電池（例えば、後述する実施の形態におけるスタック４０）のセパレータ（例えば、後述する実施の形態におけるセパレータ４１）に当接させる端子（例えば、後述する実施の形態における端子６）と、該端子を通じて前記燃料電池のセル電圧を検出する電圧検出手段（例えば、後述する実施の形態における制御装置４）と、を備えた燃料電池のセル電圧検出装置（例えば、後述する実施の形態におけるセル電圧検出装置１）であって、前記端子の一端を保持し、前記燃料電池を包囲する燃料電池カバー（例えば、後述する実施の形態における燃料電池カバー３０）に開口された端子口（例えば、後述する実施の形態における端子口３４）を介して前記端子と前記セパレータとを当接させ、脚部（例えば、後述する実施の形態における脚部７）を前記端子口の周囲に当接させる端子ホルダ（例えば、後述する実施の形態における端子ホルダ２）と、内面が前記端子ホルダの頭部（例えば、後述する実施の形態における頭部８）に当接するとともに前記端子口の周囲を覆って前記燃料電池カバーに係止される端子カバー（例えば、後述する実施の形態における端子カバー３）と、を備えることを特徴とする燃料電池のセル電圧検出装置である。
このように構成することにより、燃料電池カバーと端子カバーで端子ホルダを挟持し移動不能にすることが可能になり、さらに、燃料電池カバーと端子ホルダと端子カバーとを一体にすることが可能になる。また、端子ホルダと燃料電池カバーの端子口を端子カバーで覆うことが可能になる。
【０００７】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の発明において、前記燃料電池カバーは複数の前記端子口（例えば、後述する実施の形態における端子口３４，３４）を有し、前記端子カバーは複数の前記端子口を覆い、前記電圧検出手段は、前記端子カバーで覆われる複数の前記端子口の間に配置されることを特徴とする。
このように構成することにより、端子口と端子口の間のスペースを有効利用することが可能になる。
【０００８】
請求項３に記載した発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記端子ホルダは、前記脚部の先端と前記頭部の先端の少なくとも一方に弾性体（例えば、後述する実施の形態におけるクッション１０）を有することを特徴とする。
このように構成することにより、弾性体で振動を吸収することが可能になる。
【０００９】
請求項４に記載した発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、前記端子ホルダは、前記端子口を跨いで配置される一対の前記脚部（例えば、後述する実施の形態における脚部７，７）を有し、この一対の脚部の間で前記端子の一端を保持することを特徴とする。
このように構成することにより、端子カバーから端子ホルダに荷重が加わったときにも、端子ホルダが変位しにくくなり、その結果、端子が変位しにくくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図１から図４の図面を参照して説明する。
図１および図２に示すように、セル電圧検出装置１は、スタック（燃料電池）４０を包囲する燃料電池カバー３０の上部に設置されている。スタック４０の基本的構造については従来のものと同じであるので説明を省略し、図２においてその一構成要素であるセパレータ４１を図示するに留める。
【００１１】
燃料電池カバー３０は、スタック４０の底部を囲う底板３１と、スタック４０の側部を囲う側板３２と、スタック４０の上部を囲う天板３３とから構成されており、天板３３には、その両側縁に沿って細長い端子口３４が二つ開口している。天板３３における端子口３４の周縁は、異物（水滴等）が入りにくいように若干上方に立ち上がっている。
スタック４０のセパレータ４１は金属板をプレス成形して形成されたものであり、その上辺の端部寄りにはセル電圧測定用の出力端子４２が上方に延設されている。なお、この実施の形態では、セパレータ４１の出力端子４２は、セパレータ４１の積層順にセパレータ４１の右端部側と左端部側に交互に配置されている。これら右端部側の出力端子４２と左端部側の出力端子４２は、燃料電池カバー３０の右側の端子口３４あるいは左側の端子口３４を挿通して上方に突出している。
【００１２】
一方、セル電圧検出装置１は、図２および図３に示すように、燃料電池カバー３０の各端子口３４を塞ぐように配置される二つの端子ホルダ２と、両端子ホルダ２を上から覆う端子カバー３と、端子カバー３の上に設置される制御装置（電圧検出手段）４から構成されている。
端子ホルダ２は、図４に示すように、略逆Ｔ字形断面をなす長尺のホルダ本体５と、セパレータ４１の出力端子４２に当接可能なセル電圧測定用の端子６を備えている。詳述すると、ホルダ本体５は、端子口３４を跨いで配置される一対の脚部７，７と、これら脚部７，７を連結するとともに上方に膨出する頭部８からなり、端子６の上端（一端）が、両脚部７，７の間、すなわち頭部８の下部に埋め込まれるようにして固定されており、ホルダ本体５から露出する端子６の下端がセパレータ４１の出力端子４２に当接可能となる。なお、ホルダ本体５は絶縁材料で形成されており、樹脂を射出成形あるいは金属をプレス成形して製造することができる。
【００１３】
また、ホルダ本体５には各端子６に接続されるハーネス（図示せず）も埋め込まれており、そのハーネスの束９がホルダ本体５から引き出されている。
また、ホルダ本体５の各脚部７の下面（先端）と頭部８の上面（先端）には、ゴム等の弾性材からなるクッション（弾性体）１０が取り付けられている。そして、脚部７，７の下面はクッション１０を介して、燃料電池カバー３０の天板３３における端子口３４の周囲（正確に言えば端子口３４の両側）に当接させている。
端子ホルダ２の各端子６とこれに対応するセパレータ４１の各出力端子４２は、端子ホルダ２を端子口３４の上方から下方に押し付けることにより、ワンタッチで互いに当接し接続できるようになっている。これにより、端子ホルダ２の端子６とセパレータ４１の出力端子４２は端子口３４を介して当接する。
【００１４】
端子カバー３は、下部を開口させた細長い箱状の一対のキャップ部１１，１１と、両キャップ部１１，１１を連結する平板状の連結板１２が一体となって構成されている。各キャップ部１１は各端子ホルダ２を上から覆って収容し、キャップ部１１の頂部内面はホルダ本体５の頭部８にクッション１０を介して当接している。
また、キャップ部１１の下部周縁から張り出したフランジ部１３が燃料電池カバー３０の天板３３にボルト１４で固定されている。つまり、端子カバー３は、その内面がクッション１０を介して端子ホルダ２の頭部８に当接するとともに、端子口３４の周囲を覆って燃料電池カバー３０に係止されており、端子ホルダ２は燃料電池カバー３０と端子カバー３によって挟持されている。
【００１５】
そして、端子カバー３の連結板１２は、燃料電池カバー３０の天板３３の上において両端子口３４，３４の間に載置されており、この連結板１２の上に制御装置４が取り付けられている。すなわち、制御装置４は両端子口３４，３４の間に配置されている。制御装置４はスタック４０の各セル電圧を検出する電圧検出回路を備えており、その電圧検出回路に端子ホルダ２の各端子６がハーネスを介して接続されている。そして、端子６と出力端子４２との接続により、各セパレータ４１が制御装置４の電圧検出回路に接続される。
【００１６】
このように構成されたセル電圧検出装置１においては、燃料電池カバー３０の天板３３と端子カバー３のキャップ部１１で端子ホルダ２を挟持し、端子ホルダ２を移動不能にすることができるので、端子ホルダ２の端子６とセパレータ４１の出力端子４２との接続状態を確実に保持することができ、端子６と出力端子４２が外れたり接触不良になるのを確実に阻止することができる。
【００１７】
さらに、端子ホルダ２の脚部７と燃料電池カバー３０の天板３３との間、および、端子ホルダ２の頭部８と端子カバー３のキャップ部１１との間に、それぞれクッション１０が設けられているので、燃料電池カバー３０あるいは端子カバー３に振動が加わった時にその振動をクッション１０で吸収することができる。したがって、端子ホルダ２の振動を防止することができるので、端子ホルダ２の端子６とセパレータ４１の出力端子４２との接続状態を確実に保持することができ、端子６と出力端子４２が外れたり接触不良になるのを確実に阻止することができる。
【００１８】
さらにその上、端子ホルダ２の脚部７，７が端子口３４を跨いで端子口３４の両側の天板３３にクッション１０を挟んで当接しており、且つ、両脚部７，７の間で端子６の上端を保持しているので、端子カバー３のキャップ部１１を介して上から端子ホルダ２に荷重が加わったときにも、端子ホルダ２が下方に変位することがなく、したがって、端子６も変位しないので、端子ホルダ２の端子６とセパレータ４１の出力端子４２との接続状態を確実に保持することができ、端子６と出力端子４２が外れたり接触不良になるのを確実に阻止することができる。
【００１９】
また、燃料電池カバー３０と端子カバー３が端子ホルダ２を挟持することにより一体化されるので、燃料電池カバー３０の剛性が向上し、全体としてスタック４０が捻れにくくなる。
また、端子ホルダ２と燃料電池カバー３０の端子口３４を端子カバー３のキャップ部１１で覆っているので、端子ホルダ２の端子６とセパレータ４１の出力端子４２との接続部が被水するのを防止することができるとともに、端子口３４から燃料電池カバー３０内に水が侵入するのを防止することができる。
【００２０】
さらに、制御装置４を燃料電池カバー３０の両端子口３４，３４の間に配置し、端子カバー３の両キャップ部１１の間に形成される空間に設置したので、スペースの有効利用により装置の小型化を図ることができる。
また、端子ホルダ２を端子口３４の上に位置させて上から押さえ込むだけで、端子ホルダ２の多数の端子６を一度に各セパレータ４１の出力端子４２に接続することができるので、組み立てやメンテナンスが容易にできる。
【００２１】
〔他の実施の形態〕
尚、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。例えば、前述した実施の形態では、端子ホルダ２の脚部７の先端と頭部８の先端の両方にクッション１０を設けたが、クッション１０は脚部７の先端あるいは頭部８の先端のいずれか一方にだけ設けても振動を吸収することが可能である。
また、前述した実施の形態では、セパレータ４１に出力端子４２を突設してこの出力端子４２を燃料電池カバー３０の端子口３４から外方へ突出させ、その出力端子４２に、端子ホルダ２の端子６を当接させるようにしているが、出力端子４２を端子口３４から外方へ突出させないで、端子ホルダ２の端子６を端子口３４から燃料電池カバー３０内に挿入させて、燃料電池カバー３０内に位置している出力端子４２に当接させるようにしてもよい。
また、前述した実施の形態では、制御装置４を端子カバー３の外側に配置したが、端子カバー３の内部に収納してもよい。このようにすると、制御装置４が被水するのを防止することもでき、より好ましい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に記載した発明によれば、燃料電池カバーと端子カバーで端子ホルダを挟持し移動不能にすることができるので、端子ホルダの端子とセパレータとの接続状態を確実に保持することができるという優れた効果が奏される。また、燃料電池カバーと端子ホルダと端子カバーの一体化により、装置の剛性が向上するという効果もある。さらに、端子ホルダと燃料電池カバーの端子口を端子カバーで覆うことができるので、端子とセパレータとの接続部が被水するのを防止することができるという優れた効果が奏される。
【００２３】
請求項２に記載した発明によれば、端子口と端子口の間のスペースを有効利用して、装置の小型化を図ることができるという効果がある。
請求項３に記載した発明によれば、弾性体で振動を吸収することが可能になるので、振動を受けても端子ホルダの端子とセパレータとの接続状態を確実に保持することができるという優れた効果が奏される。
請求項４に記載した発明によれば、端子カバーから端子ホルダに荷重が加わったときにも、端子ホルダが変位しにくくなって、端子が変位しにくくなるので、端子とセパレータとの接続状態を確実に保持することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施の形態におけるセル電圧検出装置とこれを装備した燃料電池の組立外観斜視図である。
【図２】  前記実施の形態におけるセル電圧検出装置とこれを装備した燃料電池の縦断面図である。
【図３】  前記実施の形態におけるセル電圧検出装置の分解斜視図である。
【図４】  前記実施の形態における端子ホルダの一部を破断して示した図である。
【図５】  燃料電池の概略断面図である。
【符号の説明】
１  セル電圧検出装置
２  端子ホルダ
３  端子カバー
４  制御装置（電圧検出手段）
６  端子
７  脚部
８  頭部
１０  クッション（弾性体）
３０  燃料電池カバー
３４  端子口
４０  スタック（燃料電池）
４１  セパレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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