(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の燃料電池のセパレータに当接する端子を備え、この端子を通して前記燃料電池のセル電圧を検出する燃料電池のセル電圧検出装置であって、
前記端子が当接する前記セパレータの当接部は、互いに隣接し重合せしめられる２つのセパレータの外縁にそれぞれ設けられ互いに対向配置されてなる溝で構成されており、前記溝に前記端子が挿入されて前記当接部に当接した状態で、前記当接部と前記端子の接点における前記端子の軸線に直交する端子断面の過半が前記溝に没してい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】
積層された複数の燃料電池のセパレータに当接する端子を備え、この端子を通して前記燃料電池のセル電圧を検出する燃料電池のセル電圧検出装置であって、
前記端子が当接する前記セパレータの当接部は、互いに隣接し重合せしめられる２つのセパレータの外縁にそれぞれ設けられ互いに対向配置されてなる溝で構成されており、前記溝に前記端子が挿入されて前記当接部に当接した状態で、前記当接部と前記端子の接点における前記端子の軸線に直交する端子断面の全面が前記溝に没していることを特徴とする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、燃料電池のセパレータに端子を当接させて電圧を検出する燃料電池のセル電圧検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型の単位燃料電池（以下、「単セル」という。）は、陽イオン交換膜としての固体高分子電解質膜の両側にそれぞれアノード側電極とカソード側電極を配置し、更にその外側を一対のセパレータによって挟持して構成されており、この単セルは、通常、所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この燃料電池スタックにおいて、各単セルが正常に動作しているかどうかを知る手段として、例えば、セパレータに形成した丸穴に端子を挿入して単セルの発生電圧（以下、「セル電圧」という。）を検出するセル電圧検出装置が知られている（特開平９−２８３１６６号公報）。
その他、バネ特性を持つ端子をセパレータに形成した溝に押し当ててセル電圧を検出するセル電圧検出装置等も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者のセル電圧検出装置では、セパレータが例えば金属の薄板をプレス成形して作製したものである場合は、セパレータの板厚が薄いため、丸穴を設けることが困難である。
他方、後者のセル電圧検出装置では、端子を溝に押し当てているので、接触抵抗が安定してセル電圧値の信頼性は高いが、端子の外径と溝の寸法との関係によっては、振動等により端子が溝から外れる虞があり、改良の余地がある。
そこで、この発明は、端子がセパレータの溝から外れないようにし、セル電圧検出の信頼性に優れた燃料電池のセル電圧検出装置を提供するものである。
【０００５】
【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、積層された複数の燃料電池（例えば、後述する実施の形態における単セル１１）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１４、５１）に当接する端子（例えば、後述する実施の形態における端子２１）を備え、この端子を通して前記燃料電池のセル電圧を検出する燃料電池のセル電圧検出装置であって、前記端子が当接する前記セパレータの当接部は、互いに隣接し重合せしめられる２つのセパレータの外縁にそれぞれ設けられ互いに対向配置されてなる溝（例えば、後述する実施の形態における溝１６，５４）で構成されており、前記溝に前記端子が挿入されて前記当接部に当接した状態で、前記当接部と前記端子の接点における前記端子の軸線に直交する端子断面の過半が前記溝に没してい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、セル電圧検出装置に振動等が加わった時にも、端子を溝から外れにくくすることが可能になる。
また、１つの溝の溝幅を互いに隣接する２つのセパレータに分割して負担させることができるので、１つのセパレータに１つの溝を形成する場合よりも、セパレータの厚さを薄くすることが可能になる。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、積層された複数の燃料電池（例えば、後述する実施の形態における単セル１１）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１４，５１）に当接する端子（例えば、後述する実施の形態における端子２１）を備え、この端子を通して前記燃料電池のセル電圧を検出する燃料電池のセル電圧検出装置であって、前記端子が当接する前記セパレータの当接部は、互いに隣接し重合せしめられる２つのセパレータの外縁にそれぞれ設けられ互いに対向配置されてなる溝（例えば、後述する実施の形態における溝１６，５４）で構成されており、前記溝に前記端子が挿入されて前記当接部に当接した状態で、前記当接部と前記端子の接点における前記端子の軸線に直交する端子断面の全面が前記溝に没してい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、セル電圧検出装置に振動等が加わった時にも、端子を溝からより一層外れにくくすることが可能になる。
【０００７】
また、１つの溝の溝幅を互いに隣接する２つのセパレータに分割して負担させることができるので、１つのセパレータに１つの溝を形成する場合よりも、セパレータの厚さを薄くすることが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る燃料電池のセル電圧検出装置の実施の形態を図１から図８の図面を参照して説明する。
図６は、この実施の形態における燃料電池のセル電圧検出装置の一部を示す斜視図であり、符号１０は燃料電池スタック、符号２０は燃料電池スタック１０の上面に配設された上部カバーを示している。
燃料電池スタック１０は、図４に示すように、単位燃料電池（以下、「単セル」という。）１１を水平方向に複数個積層して構成される積層体である。
【０００９】
単セル１１は、電解質膜１２を一対の電極１３で挟持し、更にその外側を一対のセパレータ１４で挟持することによって構成されている。なお、電解質膜１２とセパレータ１４との間、および、セパレータ１４とセパレータ１４との間は、シール材１５によってシールされている。
この実施の形態におけるセパレータ１４はカーボン製で略長方形板状をなし、その外縁の一部をなす上縁には、その全長に亘って溝１６が設けられている。溝１６は、セル積層方向に隣接する単セル１１同士において重合せしめられるセパレータ１４，１４の上縁に形成された切り欠き１６Ａ、１６Ａが対向配置されることにより構成されている。切り欠き１６Ａは、セパレータ１４の上面１４ａからセル積層方向外側を向く側面１４ｂと平行に切除されてなる垂直面１６ａと、この垂直面１６ａの下縁から側壁１４ｂに向かって斜め下方に切除されてなるテーパ面１６ｂとから構成されており、切り欠き１６Ａ，１６Ａが対向して組み合わされることによって縦断面がホームベース状をなす溝１６が形成される。この溝１６は、後述するセル電圧検出用の端子に対する当接部となる。
【００１０】
図６において、符号２１は単セル１１のセパレータ１４の溝１６に当接してセル電圧を検出するための端子であり、これらの端子２１は、図５に示すように、複数本（本実施の形態では、１０本）が樹脂製のボディ（支持体）２２ａに一体化されている。以下、これら端子２１とボディ２２ａとからなる構造体をユニット２２という。
なお、図６では、図示都合上、ユニット２２は１つのみを記載し、他のユニット２２の記載は省略した。
【００１１】
端子２１の先端部２１ａ、すなわち、前記溝１６への接触部は、図３に示すように、略Ｊ字状に形成されていて、端子２１はこの先端部２１ａのみを露出させて絶縁チューブ２１ｂに内挿されている。
絶縁チューブ２１ｂは、ボディ２２ａの下部に長さ方向（端子配列方向）所定間隔で形成された複数の端子貫通孔２３にそれぞれ挿入された後、ボディ２２ａの下面に開口する充填溝２４に例えば樹脂２５を充填固化させることによって固定される。
【００１２】
ユニット２２は、ボディ２２ａの長さ方向両端に一対のブラケット部２２ｂを有しており、これらブラケット部２２ｂに形成したシャフト挿通孔２６にシャフト３１を挿通させることにより、複数のユニット２２がシャフト３１に支持されるようになっている（図５および図６参照）。
【００１３】
シャフト挿通孔２６の内径は、シャフト３１の外径よりも大径に形成されていて、シャフト３１に支持された複数のユニット２２は、シャフト３１の軸線を中心（シャフト回り）に回転自在、かつ該軸線に沿って移動自在になっている。
そして、各ユニット２２は、燃料電池スタック１０毎に生じ得るセル積層方向のばらつきに応じて、各端子２１をそれに対応するセパレータ１４に確実に押し付けることができるように、前記軸線方向の位置決めがなされている。
【００１４】
図１、図２、および図６において、符号３２は、上部カバー２０の一方の長辺側外縁部に固定されたステイであり、ステイ３２の両端には、図１および図２に示すように、他方の長辺側に向けて突出するブラケット部３２ａが形成されている。
これらブラケット部３２ａには、シャフト３１をその両端から押さえつけるスタッドボルト３３が螺合しており、これらスタッドボルト３３を回動させた後、スタッドボルト３３をその端部に締め込まれたナット３４で固定することにより、シャフト３１の軸方向位置が微調整される。
【００１５】
また、ステイ３２には、上部カバー２０の長辺に沿って所定の間隔をおいて複数のホルダ３６がそれぞれの一方の端部にて固定されている。
これらホルダ３６の他端部にはシャフト支持孔３７が貫通形成されており、シャフト３１はこのシャフト支持孔３７に挿通支持される（図３参照）。
また、シャフト３１は、ホルダ内面に形成されたキー溝４１と、シャフト外面に形成されたキー溝４２とにキー部材４３を係合させることにより、回転止めされている。
【００１６】
ステイ３２の側面であって各ユニット２２の長さ方向中央に対向する位置には、図３に示すように、スタッドボルト４４が螺合している。
そして、ナット４５を緩めた後にスタッドボルト４４を回動させることで、スタッドボルト４４が前後進し、その先端が絶縁物４６を介してユニット２２を押すと、ユニット２２はシャフト３１を中心にして図３の反時計回りＲに回転する。
【００１７】
このとき、ユニット２２に支持された複数の端子２１は、ユニット２２と共に反時計回りＲ、すなわち、揺動方向に沿って回転し、各端子２１の先端部２１ａは、水平方向に積層された単セル１１のセパレータ１４間に形成された溝１６に一斉に挿入されて、当接する。
そして、このとき、図４に示すように、各先端部２１ａと溝１６との接点において端子２１の軸線と直交する端子断面は、その全面が溝１６に没するようになっている。換言すれば、端子２１の先端部２１ａを溝１６に当接させたときに上述の如き形態になるように、溝１６の寸法が予め設定されている。これは、端子２１の端子断面の過半（すなわち、半分以上）が溝１６に没した場合の一形態ということもできる。このように、端子２１の端子断面の全面が溝１６に没するので、振動等を受けた場合にも、端子２１の先端部２１ａが溝１６から極めて外れにくくなり、端子２１とセパレータ１４との接触状態を確実に保持することができ、セル電圧検出の信頼性が向上する。また、耐振動性も要求される車載型燃料電池スタックのセル電圧検出装置にも好適である。
【００１８】
また、この実施の形態における燃料電池のセル電圧検出装置では、回転操作のみによって端子２１の先端部２１ａをセパレータ１４に押し付けることができるので、セル積層方向の位置決め作業が不要になり、組付時及び保守時の操作性が向上する。
【００１９】
また、ナット４５の回転量を調節するだけで、セパレータ１４への端子押し付け荷重を調整することができるので、全ユニット２２について端子押し付け荷重を一定に調整することができ、押し付けの不揃いによるセル電圧検出値のばらつきを減少させることができる。
しかも、端子２１の先端部２１ａを略Ｊ字状に形成して変形し難くしているので、端子押し付け荷重が増えても、端子２１の先端部形状が変化することによる接触抵抗の増加を有効に回避でき、セル電圧検出値の信頼性はより一層高いものになっている。
【００２０】
さらに、端子２１によるセパレータ１４への当接部を、隣接する２つのセパレータ１４、１４の切り欠き１６Ａ，１６Ａから構成される溝１６としているので、溝１６の溝幅を２つのセパレータ１６，１６に分割して負担させることができ、したがって、１つのセパレータ１４に１つの溝１６を形成する場合よりも、セパレータ１４の厚さを薄くすることができる。その結果、燃料電池の薄型化を図ることができる。
【００２１】
なお、この発明は前述した実施の形態に限られるものではなく、また、前述した各具体的数値は、一例であって、これに限られるものではない。
例えば、セパレータ１４の切り欠き１６Ａにおけるテーパ面１６ｂを凹曲面に変えることも可能である。
また、前述した実施の形態では、端子２１の先端部２１ａが溝１６に当接したときに、先端部２１ａと溝１６との接点において端子２１の軸線と直交する端子断面の全面が溝１６に没するようにしているが、端子断面の全面が没しなくても、端子断面の過半（半分以上）が溝１６に没していれば、先端部２１ａは溝１６から外れにくくなり、この発明は成立する。
【００２２】
また、前述した実施の形態では、溝１６をセパレータ１４の上縁の全長に亘って設けたが、セパレータ１４の上縁の一部にだけ溝１６を設けるようにしてもよいし、あるいは、セパレータ１４の上縁の一部に上方に突出する突出部を設け、この突出部に溝１６を設けるようにしてもよい。
さらに、溝１６の設置位置はセパレータ１４の上縁に限るものではなく、側縁あるいは下縁であってもよい。
また、端子２１の先端部２１ａを略Ｊ字状ではなく、円弧形状にすることも可能である。
【００２３】
さらに、前述した実施の形態は、セパレータ１４をカーボン製としているが、この発明のセル電圧検出装置は、金属板をプレス成型してなる金属製のセパレータを備える燃料電池にも適用可能である。
図７は金属製のセパレータ５１を備えた燃料電池に対応したセル電圧検出装置の図４に相当する図である。前述したカーボン製のセパレータ１４を備えた燃料電池と同一態様部分には図中同一符号を付して説明を省略し、相違する部分についてだけ説明する。
【００２４】
セル積層方向に隣接する単セル１１同士において隣り合うセパレータ５１，５１は、その外縁近傍において一端接合され、この接合部５２よりも外側に延びる外縁部５３は、再び互いに離反するように広げられており、この屈曲形成された両外縁部５３，５３によって挟まれた部分に溝５４が形成される。端子２１の先端部２１ａはこの溝５４に挿入されて溝５４に当接し、その接点において端子２１の軸線と直交する端子断面の全面が溝５４に没するようになっている。このように構成された金属製のセパレータ５１を備えた燃料電池のセル電圧検出装置においても、振動等を受けた場合に、端子２１の先端部２１ａが溝５４から極めて外れにくくなり、端子２１とセパレータ５１との接触状態を確実に保持することができ、セル電圧検出の信頼性が向上する。
【００２５】
また、金属製のセパレータ５１の場合には、図８に示すように、接合部５２を介して接合される２つのセパレータ５１，５１のうちの一方のセパレータ５１は接合部５２を外縁とし、他方のセパレータ５１だけに接合部５２よりも外側に延びる外縁部５３を備えるようにし、この外縁部５３の先端部分を略Ｕ字状に屈曲形成し、このＵ字状屈曲部の内側を溝５４とすることも可能である。
【００２６】
【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、セル電圧検出装置に振動等が加わった時にも、端子を溝から外れにくくすることができ、セル電圧検出の信頼性が向上するという優れた効果が奏される。また、１つのセパレータに１つの溝を形成する場合よりも、セパレータの厚さを薄くすることができるので、燃料電池の薄型化を図ることができるという効果がある。
請求項２に記載した発明によれば、セル電圧検出装置に振動等が加わった時にも、端子を溝からより一層外れにくくすることができ、セル電圧検出の信頼性が向上するという優れた効果が奏される。また、１つのセパレータに１つの溝を形成する場合よりも、セパレータの厚さを薄くすることができるので、燃料電池の薄型化を図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】  この発明に係る燃料電池のセル電圧検出装置の第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】  図１の要部拡大図である。
【図３】  図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】  端子とセパレータとの接点における断面を示す、図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】  セル電圧検出装置の一部を構成するユニットの斜視図である。
【図６】  図１と同一形態のセル電圧検出装置を備えた燃料電池スタックの一部を示す斜視図である。
【図７】  この発明に係る燃料電池のセル電圧検出装置の第２の実施の形態における図４に相当する断面図である。
【図８】  前記第２の実施の形態におけるセル電圧検出装置の変形例の要部拡大図である。
【符号の説明】
１１  単セル（燃料電池）
１４  セパレータ
２１  端子
１６  溝
５１  セパレータ
５４  溝
【図１】
0003857102.tif 000002
【図２】
0003857102.tif 000003
【図３】
0003857102.tif 000004
【図４】
0003857102.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003857102.tif 000008
【図８】
0003857102.tif 000009