JP2009081060A - 燃料電池用配線取付構造及び燃料電池用配線 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な位置決め作業が不要で、かつ、寸法精度が低くても適切に電圧を測定することのできる燃料電池用配線取付構造及び燃料電池用配線を提供する。
【解決手段】複数の単セルが積層されて構成されるセルスタック１０の側壁面にＦＰＣ５０が取り付けられ、ＦＰＣ５０に設けられる複数の電極５１ａが各単セルに備えられるセパレータ１２，１３の側壁面にそれぞれ電気的に接続することで、単セル間の電圧を測定可能とする燃料電池用配線取付構造において、電極５１ａにおける単セルの積層方向の幅Ｄ１は隣り合うセパレータ１２，１３同士の間隔Ｓ２より小さく設定され、かつ、隣り合う電極５１ａ同士の間隔Ｄ２がセパレータ１２，１３における積層方向の厚みＳ１より小さく設定されることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池用配線取付構造及び燃料電池用配線に関するものである。

従来、セルスタックにおける任意の単セル間の電圧を簡単に測定する方法として、フレキシブルプリントサーキット（以下、ＦＰＣと称する）に設けられる複数の電極を、各単セルに備えられるセパレータにそれぞれ電気的に接続させるものが知られている（特許文献１，２参照）。

しかしながら、近年、燃料電池においては、金属製の厚みの薄い（例えば１ｍｍ以下）セパレータを用いるなどして、更なる薄型化が進む傾向にある。そのため、隣り合うセパレータ同士の間隔も狭くなる傾向にある。これにより、ＦＰＣに設けられる複数の電極を各単セルに備えられるセパレータに適切に電気的に接続させるのが難しくなってきている。この点について、図８を参照して説明する。図８は従来例に係るセパレータとＦＰＣにおける電極との位置関係を示す模式図である。なお、図８に示すものは、特許文献１に開示された技術に相当するものである。

図８に示すように、隣り合うセパレータ２００間には所定の間隔が空けられている。また、ＦＰＣに備えられる複数の導電部材５００もそれぞれ所定の間隔が空けられている。これら複数の導電部材５００には、それぞれ電極部５００ａが備えられており、各電極部５００ａが各セパレータ２００に電気的に接続するようにＦＰＣが取り付けられる。

このように、従来例においては、各セパレータ２００に対応するようにそれぞれ電極部５００ａが設けられている。従って、各セパレータ２００にそれぞれ電極部５００ａを適切に接続させるためには、隣り合うセパレータ２００間の間隔と、隣り合う電極部５００ａ間の間隔が等しくなるように設定し、かつ、ＦＰＣを取り付ける際に正確に位置決めする必要がある。

しかし、薄型化が進むにつれて、ＦＰＣを取り付ける際の位置決めが難しくなり、また、隣り合うセパレータ２００間の間隔のバラツキも無視できなくなってきている。
特開２００５−２９４１５４号公報 特開２００５−３０２３７２号公報

本発明の目的は、正確な位置決め作業が不要で、かつ、寸法精度が低くても適切に電圧を測定することのできる燃料電池用配線取付構造及び燃料電池用配線を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の燃料電池用配線取付構造は、
複数の単セルが積層されて構成されるセルスタックの側壁面に配線が取り付けられ、該配線に設けられる複数の電極が各単セルに備えられるセパレータの側壁面にそれぞれ電気的に接続することで、単セル間の電圧を測定可能とする燃料電池用配線取付構造において、
前記電極における単セルの積層方向の幅は隣り合うセパレータ同士の間隔より小さく設定され、かつ、隣り合う電極同士の間隔がセパレータにおける積層方向の厚みより小さく設定されることを特徴とする。

なお、本発明においては、「積層」といっても、必ずしも上下方向に重ねられた状態で使用されることを意味するものではなく、たとえば水平方向に並べられた状態で使用される場合もある。

本発明によれば、電極における単セルの積層方向の幅は隣り合うセパレータ同士の間隔より小さく設定され、かつ、隣り合う電極同士の間隔がセパレータにおける積層方向の厚みより小さく設定される。従って、配線をセルスタックに取り付ければ、寸法上、各セパレータに、必ず少なくとも一つの電極が接続することになる。また、一つの電極が２つのセパレータに接続してしまうこともない。従って、配線をセルスタックに取り付ける際に、位置決め作業をする必要がない。また、隣り合うセパレータ間の間隔のバラツキがあっても、各セパレータに電極をより確実に接続させることができる。

前記配線はフレキシブルプリントサーキットであるとよい。

前記配線をセルスタックの側壁面に向けて押し付ける押付部材と、
該押付部材と配線との間を埋めるように設けられる弾性部材と、
を備えるとよい。

これにより、押付部材によって配線を押し付けることで、電極をセパレータの側壁面により確実に接続させることができる。また、弾性部材を押付部材と配線との間に埋めるように設けることで、各種部材に寸法バラツキがあっても、各電極のセパレータに対する押圧力を均等にすることができる。

前記電極は配線本体表面から突出する突出部を有するとよい。

これにより、電極をセパレータの側壁面に対してより確実に接続させることができる。

前記電極とセルスタックの側壁面との間を埋めるように、異方性導電材料からなる異方性導電材が設けられるとよい。

これにより、電極とセルスタックの側壁面とをより確実に電気的に接続させることができる。

また、本発明の燃料電池用配線は、
複数の単セルが積層されて構成されるセルスタックの側壁面に取り付けられ、各単セルに備えられるセパレータの側壁面にそれぞれ電極を電気的に接触させることで、単セル間の電圧を測定可能とする燃料電池用配線において、
前記電極における単セルの積層方向の幅は隣り合うセパレータ同士の間隔より小さく設定され、かつ、隣り合う電極同士の間隔がセパレータにおける積層方向の厚みより小さく設定されることを特徴とする。

本発明によれば、電極における単セルの積層方向の幅は隣り合うセパレータ同士の間隔より小さく設定され、かつ、隣り合う電極同士の間隔がセパレータにおける積層方向の厚みより小さく設定される。従って、配線をセルスタックに取り付ければ、寸法上、各セパレータに、必ず少なくとも一つの電極が接続することになる。また、一つの電極が２つのセパレータに接続してしまうこともない。従って、配線をセルスタックに取り付ける際に
、位置決め作業をする必要がない。また、隣り合うセパレータ間の間隔のバラツキがあっても、各セパレータに電極をより確実に接続させることができる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、正確な位置決め作業が不要で、かつ、寸法精度が低くても適切に電圧を測定することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１〜図６を参照して、本発明の実施例１に係る燃料電池用配線取付構造及び燃料電池用配線について説明する。図１は本発明の実施例１に係る燃料電池における配線が取り付けられた状態を示す平面図の一部である。図２は本発明の実施例１に係る燃料電池における配線が取り付けられた状態を示す側面図（一部断面図）の一部である。図３及び図４は本発明の実施例１に係るセルスタックと配線との配置関係を説明する配置関係図である。なお、図３は平面的に見た配置関係図であり、図４は断面（ＦＰＣにおける導電部材が伸びる方向に対して垂直な断面）で見た配置関係図である。図５は図３中Ａで示す部分の拡大図である。図６は図４中Ｂで示す部分の拡大図である。

＜燃料電池＞
特に、図１及び図２を参照して、燃料電池について説明する。燃料電池１００は、複数の単セルが積層されて構成されるセルスタック１０を備える。そして、本実施例では、セルスタック１０の両側にそれぞれ絶縁体２１，２２を配置させた状態で一対の固定プレート３１，３２がボルト４１とナット４２により固定されることで、積層された各単セルが固定されている。

なお、単セルは、ＭＥＡ（ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１１と、このＭＥＡ１１の両面に配置されるセパレータ１２，１３とから構成される（図３〜図６参照）。なお、ＭＥＡ１１については公知技術であるので、その詳細説明は省略するが、電解質膜と、この電解質膜を挟むように設けられる一対の電極（触媒層とガス拡散層とからなる）とから構成される。ここで、一対の電極のうちの一方がアノード電極となり他方がカソード電極となる。そして、これら一対の電極間で電解質膜によってイオンの交換が行われることにより発電する仕組みである。

このように構成された単セルの発電力は、一般的に０．７Ｖ程度である。そして、この単セルが複数積層されることで、導電材料からなるセパレータ１２，１３を介して、複数の単セルが直列に接続されるような構造となり、セルスタック全体で大きな発電力が得られる。

＜燃料電池用配線取付構造及び燃料電池用配線＞
図１〜図６を参照して燃料電池用配線取付構造及び燃料電池用配線について説明する。本実施例では、配線として、ＦＰＣ５０が用いられている。ＦＰＣ５０は、一対の柔軟性を有するフィルム５２，５３と、これら一対のフィルム５２，５３内に配置される複数の導電部材（電線）５１とから構成される。そして、ＦＰＣ５０は、薄く、かつ可撓性を有
するという特徴を有する。また、各導電部材５１の先端に、ＦＰＣ本体表面から突出する（フィルム５３表面から突出する）突出部５１ｂを有する電極５１ａがそれぞれ設けられている。なお、ＦＰＣ５０における電極５１ａが設けられている側とは反対側は、コネクタ５５が備えられている。

以上のように構成されるＦＰＣ５０は、電極５１ａ側がセルスタック１０の側壁面に接触するように、セルスタック１０に取り付けられる。本実施例では、ＦＰＣ５０をセルスタック１０の側壁面に向けて押し付ける押付部材としてのクリップ６０によって、ＦＰＣ５０はセルスタック１０に取り付けられる。

このクリップ６０は、先端に係止爪を有するアーム６１が４つ設けられている。そして、これらのアーム６１先端の係止爪を、絶縁体２１，２２にそれぞれ設けられた係止部２１ａ，２２ａに係止させることによって、クリップ６０はセルスタック１０に固定される。また、本実施例においては、クリップ６０とＦＰＣ５０との間を埋めるように、ゴムやエラストマーからなる弾性部材７０が設けられている。

そして、本実施例においては、電極５１ａにおける単セルの積層方向の幅Ｄ１は、隣り合うセパレータ１２，１３同士の間隔Ｓ２より小さく設定されている。また、隣り合う電極５１ａ同士の間隔Ｄ２は、セパレータ１２，１３における積層方向の厚みＳ１より小さく設定されている。また、本実施例においては、電極５１ａにおける単セルの積層方向の幅Ｄ１は、セパレータ１２，１３における積層方向の厚みＳ１以下に設定されている。更に、隣り合う電極５１ａ同士の間隔Ｄ２は、隣り合うセパレータ１２，１３同士の間隔Ｓ２より小さく設定されている。

＜電圧の測定方法＞
上記のように構成されたＦＰＣ５０をセルスタック１０に固定することで、各セパレータ１２，１３には、少なくとも１つの電極５１ａがそれぞれ電気的に接続（本実施例の場合には接触）する。図６に示すものの場合、電極５１Ｘと電極５１Ｙが、セパレータ１２，１３にそれぞれ電気的に接続する。そして、本実施例の場合には、セパレータ１２，１３に電気的に接続されない電極５１ａも複数ある。

電圧を測定するにあたっては、まず、複数の導電部材５０の中から電圧出力のあるものを特定する。つまり、電圧出力があるものは、電極５１ａがセパレータ１２，１３に電気的に接続されたものであり、電圧出力のないものは、電極５１ａがセパレータ１２，１３に電気的に接続されないものである。

そして、電圧出力のあるもののうち、適宜の２つの導電部材５０を選べば、任意の単セル間の電圧を測定することができる。

＜本実施例の優れた点＞
本実施例によれば、電極５１ａにおける単セルの積層方向の幅Ｄ１は隣り合うセパレータ１２，１３同士の間隔Ｓ２より小さく設定され、かつ、隣り合う電極５１ａ同士の間隔Ｄ２がセパレータ１２，１３における積層方向の厚みＳ１より小さく設定される。

従って、ＦＰＣ５０をセルスタック１０に取り付ければ、寸法上、各セパレータ１２，１３に、必ず少なくとも一つの電極５１ａが電気的に接続（本実施例の場合には接触）することになる。また、一つの電極５１ａが２つのセパレータ１２，１３に接続してしまうこともない。従って、ＦＰＣ５０をセルスタック１０に取り付ける際に、位置決め作業をする必要がない。また、隣り合うセパレータ１２，１３間の間隔Ｓ２のバラツキがあっても、各セパレータ１２，１３に電極５１ａをより確実に接続させることができ、電圧を適
切に測定することができる。

また、本実施例においては、押付部材としてのクリップ６０によってＦＰＣ５０を押し付けることで、電極５１ａをセパレータ１２，１３の側壁面により確実に接続させることができる。また、弾性部材７０をクリップ６０とＦＰＣ５０との間に埋めるように設けることで、各種部材に寸法バラツキ（ＭＥＡ１１やセパレータ１２，１３の寸法バラツキやセルスタック１０の表面に凹凸があるような場合）があっても、各電極５１ａのセパレータ１２，１３に対する押圧力を均等にすることができる。

また、本実施例においては、電極５１ａはＦＰＣ本体表面から突出する突出部５１ｂを有するので、電極５１ａ（の突出部５１ｂの先端）をセパレータ１２，１３の側壁面に対してより確実に接続させることができる。

（実施例２）
図７には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、上記実施例１の構成に加え、電極とセルスタックの側壁面との間を埋めるように、異方性導電材料からなる異方性導電材が設けられる場合の構成を説明する。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

図７は本発明の実施例２に係るセルスタックと配線との配置関係を説明する、断面で見た配置関係図の一部拡大図である。なお、この図７は上記実施例１における図６に相当する図である。

本実施例においては、電極５１ａとセルスタックの側壁面との間を埋めるように、異方性導電材料からなる異方性導電材８０が設けられている。この異方性導電材８０としては、ＡＣＦ（異方性導電膜）やＡＣＰ（異方性導電ペースト）を好適例として挙げることができる。この異方性導電材８０は、押圧した方向に導電性を示す特性を有するので、セパレータ１２，１３の側壁面と、各セパレータ１２，１３に対応した少なくとも一つの電極５１ａとの導通をより確実にすることができる。

（その他）
上記実施例においては、ＦＰＣをセルスタックの側壁面に向けて押し付ける押付部材としてクリップを例にして説明したが、当該押付部材はクリップに限定されるものではない。例えば、クランプなど適宜のものを適用できる。また、図示の例においては、一つのセパレータに対して一つの電極が電気的に接続する場合の例を示したが、一つのセパレータに対して２つ以上の電極が電気的に接続しても良い。

図１は本発明の実施例１に係る燃料電池における配線が取り付けられた状態を示す平面図の一部である。 図２は本発明の実施例１に係る燃料電池における配線が取り付けられた状態を示す側面図（一部断面図）の一部である。 図３は本発明の実施例１に係るセルスタックと配線との配置関係を説明する配置関係図である。 図４は本発明の実施例１に係るセルスタックと配線との配置関係を説明する配置関係図である。 図５は図３中Ａで示す部分の拡大図である。 図６は図４中Ｂで示す部分の拡大図である。 図７は本発明の実施例２に係るセルスタックと配線との配置関係を説明する、断面で見た配置関係図の一部拡大図である。 図８は従来例に係るセパレータとＦＰＣにおける電極との位置関係を示す模式図である。

符号の説明

１０ セルスタック
１１ ＭＥＡ
１２，１３ セパレータ
２１，２２ 絶縁体
２１ａ，２２ａ 係止部
３１，３２ 固定プレート
４１ ボルト
４２ ナット
５０ 導電部材
５１ａ 電極
５１ｂ 突出部
５２，５３ フィルム
５５ コネクタ
６０ クリップ
６１ アーム
７０ 弾性部材
８０ 異方性導電材
１００ 燃料電池

Claims (6)

1. 複数の単セルが積層されて構成されるセルスタックの側壁面に配線が取り付けられ、該配線に設けられる複数の電極が各単セルに備えられるセパレータの側壁面にそれぞれ電気的に接続することで、単セル間の電圧を測定可能とする燃料電池用配線取付構造において、
   前記電極における単セルの積層方向の幅は隣り合うセパレータ同士の間隔より小さく設定され、かつ、隣り合う電極同士の間隔がセパレータにおける積層方向の厚みより小さく設定されることを特徴とする燃料電池用配線取付構造。
2. 前記配線はフレキシブルプリントサーキットであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用配線取付構造。
3. 前記配線をセルスタックの側壁面に向けて押し付ける押付部材と、
   該押付部材と配線との間を埋めるように設けられる弾性部材と、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用配線取付構造。
4. 前記電極は配線本体表面から突出する突出部を有することを特徴とする請求項１，２または３に記載の燃料電池用配線取付構造。
5. 前記電極とセルスタックの側壁面との間を埋めるように、異方性導電材料からなる異方性導電材が設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の燃料電池用配線取付構造。
6. 複数の単セルが積層されて構成されるセルスタックの側壁面に取り付けられ、各単セルに備えられるセパレータの側壁面にそれぞれ電極を電気的に接続させることで、単セル間の電圧を測定可能とする燃料電池用配線において、
   前記電極における単セルの積層方向の幅は隣り合うセパレータ同士の間隔より小さく設定され、かつ、隣り合う電極同士の間隔がセパレータにおける積層方向の厚みより小さく設定されることを特徴とする燃料電池用配線。

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