JP2019008940A - 燃料電池モジュール及びその製造方法、コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】コネクタを斜めに取り付ける場合に、取り付け不良の検査を正しく実行できるようにすること。【解決手段】コネクタ２３０は、第１セパレータ２４１に対して斜めに移動させられる。光学測距装置４００は、第１セパレータ２４１を基準にして、コネクタ２３０の取り付け位置を光学的に計測する。第１セパレータ２４１において基準として用いられるのは、基準面２４１Ｂである。コネクタ２３０において基準として用いられるのは、検査面２３２である。検査面２３２は、コネクタ２３０が取付部２４１Ａに正しく取り付けられた状態において、基準面２４１Ｂと平行になるように形成されている。【選択図】図６

Description

本開示は、燃料電池セルに取り付けられたコネクタに関する。

特許文献１は、燃料電池のセルにコネクタを取り付けることについて開示している。コネクタは、セル電圧を測定するために取り付けられる。

特開２０１３−１８７０５０号公報

上記先行技術では、コネクタを、セルに対して真っ直ぐ取り付けている。真っ直ぐに取り付けるとは、取り付ける部位に対してほぼ直角に移動させることを意味する。このため、上記先行技術では、コネクタを真っ直ぐではなく斜めに取り付ける場合について考慮されていない。本開示は、上記を踏まえ、コネクタを斜めに取り付ける場合に、取り付け不良の検査を正しく実行できるようにすることを解決課題とする。

本開示の一形態は、複数のセルの積層体と；前記セルの電圧を測定するために、前記複数のセルの少なくとも１つに取り付けられたコネクタとを含み；前記セルの輪郭は、おおよそ長方形であり；前記コネクタは、前記おおよそ長方形の輪郭の１辺を構成する縁に対して斜めに取り付けられており、且つ、前記コネクタが正しく取り付けられた状態において前記縁の一部である基準面と平行である面を有する燃料電池モジュールである。この形態によれば、平行な面同士を対象に、光学的な測定ができるので、取り付け不良の検査を正しく実行できる。

上記形態において、前記複数のセルそれぞれは、第１及び第２セパレータと、前記第１及び第２セパレータに挟まれ、前記第１及び第２セパレータを隔離する絶縁フレームとを備え；前記コネクタは、前記第１セパレータに取り付けられており；前記基準面は、前記第１セパレータの一部でもよい。この形態によれば、コネクタが取り付けられる部位と、測定の基準となる部位とが、何れも第１セパレータであるので、取り付け不良の検査を正しく実行しやすくなる。

上記形態において、前記第１セパレータは、前記コネクタを取り付けるための取付部を備え；前記取付部は、前記絶縁フレームから露出してもよい。この形態によれば、第１セパレータが絶縁フレームから露出しているので、取り付け不良の検査を正しく実行しやすくなる。

本開示は、上記以外の種々の形態で実現できる。例えば、燃料電池モジュールの製造方法、又は上記のコネクタとして実現できる。

燃料電池モジュールを示す斜視図。 燃料電池モジュールの組み立て工程を示すフローチャート。 セルをケースに収容する工程、及びエンドプレートの取り付けを示す斜視図。 コネクタが取り付けられた様子を示す斜視図。 コネクタが取り付けられる様子を示す図。 コネクタの取り付け不良の検査の様子を示す図。 図５に示された７−７断面を示す図。 図５に示された８−８断面を示す図。 セルがＹ方向に位置ずれしている様子を示す図。 基準面に測定光が照射されている様子を示す図。 基準面に測定光が照射されている様子を示す図（実施形態２）。

実施形態１を説明する。図１は、燃料電池モジュール１０を示す斜視図である。ＺＸ平面は水平面と平行である。＋Ｙ方向は鉛直方向上向きを示し、−Ｙ方向は鉛直方向下向きを示す。ＸＹ平面は、セル２４０の面方向と平行である。Ｚ方向は、セル２４０の積層方向と平行である。

燃料電池モジュール１０は、ケース２００と、エンドプレート２１０と、モニタ２２０と、複数のコネクタ２３０と、複数のセル２４０とを備える。コネクタ２３０の数は、セル２４０の数と同じである。

ケース２００は、複数のセル２４０を収容する。モニタ２２０は、ケース２００の上部に固定されている。複数のコネクタ２３０それぞれは、セル電圧を測定するための部品である。複数のコネクタ２３０それぞれは、ケーブル２３１を介して、モニタ２２０に接続されている。図１は、ケーブル２３１を示していない。ケーブル２３１は、図５及び図６に示されている。

接続部２２１は、モニタ２２０の上部に設けられている。接続部２２１に、プラグを挿入することによって、モニタ２２０による検出結果を取得することができる。検出結果とは、各セル２４０による発電電圧である。

図２は、燃料電池モジュール１０の組み立て工程を示すフローチャートである。まず、図３に示すように、作業者は、積層体２４をケース２００に収容する（Ｓ３１０）。積層体２４は、積層した複数のセル２４０のことである。

図３に示すように、ケース２００は、開口部２０３を備える。開口部２０３は、ケース２００の上面の一部を開口する。

セル２４０の輪郭は、図３に示すように、おおよそ長方形である。つまり、セル２４０をＸＹ平面に投影すると、輪郭がおおよそ長方形になる。

続いて、作業者は、エンドプレート２１０を固定する（Ｓ３２０）。次に、作業者は、コネクタ２３０をセル２４０に取り付ける（Ｓ３３０）。コネクタ２３０が取り付けられる部位は、図４に示すように、開口部２０３によって露出した部位である。

次に、作業者は、モニタ２２０を取り付ける（Ｓ３４０）。続いて、コネクタ２３０の取り付けの検査をする（Ｓ３５０）。検査については後述する。検査に合格した場合（Ｓ３６０，ＹＥＳ）、図１に示す燃料電池モジュール１０の組み立てが完了する。

検査に合格しなかった場合（Ｓ３６０，ＮＯ）、作業者は調整を実施して（Ｓ３７０）、Ｓ３５０及びＳ３６０を再度、実施する。調整とは、取り付け不良であることが検出されたコネクタ２３０を、正しい位置に移動させる作業のことである。

図５，図６，図７及び図８は、Ｓ３３０及びＳ３５０について詳しく説明するための図である。図５及び図６は、１枚のセルと、１つのコネクタ２３０とを抜き出した側面図である。図７は、図５に示された７−７断面を示す。図８は、図５に示された８−８断面を示す。

図７及び図８に示すように、セル２４０は、第１セパレータ２４１と、第２セパレータ２４２と、絶縁フレーム２４３と、膜電極接合体２４４とを備える。絶縁フレーム２４３は、第１セパレータ２４１及び第２セパレータ２４２との間に挟まれ、第１セパレータ２４１及び第２セパレータ２４２とを隔離する。

第１セパレータ２４１には、取付部２４１Ａが形成されている。取付部２４１Ａは、第１セパレータ２４１の縁（ふち）に形成されている。コネクタ２３０は、取付部２４１Ａに取り付けられる。コネクタ２３０は、図５及び図６に示すように、第１セパレータ２４１に対して斜めに移動させられる。ここでいう斜めとは、Ｚ方向を中心とした回転によって傾いていることを意味する。作業者にとっては、コネクタ２３０を移動させるに連れて、コネクタ２３０が自分の体に近づいてくるように見える。

このように斜めに移動させて取り付ける主な目的は、取付部２４１Ａと、貫通孔２４９との間隔を確保するためである。貫通孔２４９は、燃料電池モジュール１０として組み付けられた状態において、マニホールドを形成する。

作業者は、コネクタ２３０を移動させる際、コネクタ２３０を治具に沿って移動させれば、ＸＹ平面方向（つまりセル２４０の面方向と平行な方向）の移動については正しく作業が実施できる。作業者がコネクタ２３０を所定の位置まで押し込むと、取り付けが完了する。

コネクタ２３０が所定の位置に到達する前に、作業者がコネクタ２３０を押し込むことを止めてしまうと、取り付け不良が発生する。Ｓ３５０は、この取り付け不良を検査するための工程である。

Ｓ３５０では、光学測距装置４００を用いる。光学測距装置４００は、第１セパレータ２４１を基準にして、コネクタ２３０の取り付け位置を光学的に計測する検査装置である。光学測距装置４００は、Ｙ方向に光を照射するので、計測される位置はＹ方向の位置である。

第１セパレータ２４１において基準として用いられるのは、基準面２４１Ｂである。基準面２４１Ｂは、第１セパレータ２４１の縁の一部である。基準面２４１Ｂを含む縁は、ＺＸ平面に平行な面を形成する。基準面２４１Ｂを含む縁は、セル２４０のおおよその輪郭としての長方形の１辺に相当する。

コネクタ２３０において基準として用いられるのは、検査面２３２である。検査面２３２は、コネクタ２３０が取付部２４１Ａに正しく取り付けられた状態において、基準面２４１Ｂと平行になるように形成されている。

光学測距装置４００は、次のようにしてＳ３６０の判定を実施する。光学測距装置４００から基準面２４１Ｂまでの距離を距離αと定義し、光学測距装置４００から検査面２３２までの距離を距離βと定義する。光学測距装置４００は、距離α及び距離βを取得した後、α−βが所定範囲内であるかを判定する。所定範囲は、公差を考慮した許容範囲として設定されている。α−βは、基準面２４１Ｂから検査面２３２までの距離に相当する。

光学測距装置４００は、α−βが所定範囲内であれば合格、さもなければ不合格の判定結果を、作業者に通知する。作業者は、通知が不合格を示していれば、Ｓ３７０を実施する。作業者は、通知が合格を示していれば、燃料電池モジュール１０を合格品として取り扱う。

本実施形態によれば、コネクタ２３０の取り付け位置の検査を精度良く実施することができる。この効果が得られる主な理由は、１．平行な面同士で測定をしていること、２．取り付け対象のセル２４０を基準に測定していること、３．取付部２４１Ａが露出していることである。

上記の２．について説明を補足する。実施形態１とは異なり、取り付け対象のセル２４０以外を基準に測定することは可能である。例えば、比較例として、隣接するコネクタ２３０の検査面２３２同士の位置ずれを測定し、この測定結果に基づき検査をすることは可能である。しかし、このような検査方法は、実施形態１に比べ、以下に説明するように精度が落ちる。

図９は、実施形態として、積層体２４から４つのセル２４０を抜き出して示している。図９は、セル２４０の輪郭を簡略化して示している。図９は、積層体２４を構成する状態において、セル２４０のＹ方向の位置が、ずれている様子を示す。製造上、このようなずれを完全にゼロにすることは難しいので、所定値までのずれは許容されている。

このため、上記した比較例では、セル２４０のＹ方向の位置ずれの影響を受けて、検査に失敗する可能性がある。これに対し、実施形態１では、取り付け対象のセル２４０を基準にして検査をすることによって、正しい検査が実施できる。

上記の３．について説明を補足する。図１０は、実施形態１の説明として、図７と同様、図５の７−７断面を、３つの隣接するセル２４０について示す。

図１１は、実施形態２の説明として、図７と同様、図５の７−７断面を、３つの隣接するセル２４０について示す。実施形態２の説明は、実施形態１と異なる点を主な対象とする。特に説明しない点については実施形態１と同じである。

図１１に示すように、実施形態２においては、取付部２４１Ａが、第２セパレータ２４２及び絶縁フレーム２４３から露出していない。このため、実施形態２では、基準面２４１Ｂが、図１１に示すように、絶縁フレーム２４３、及び隣接するセル２４０の第２セパレータ２４２に近接する。

このような位置関係にあると、測定光が絶縁フレーム２４３又は第２セパレータ２４２に照射されたとしても、測定光が正しく取付部２４１Ａに照射された場合と比べ、αの値の違いは、さほど大きくない。このため、測定光が誤って絶縁フレーム２４３又は第２セパレータ２４２に照射されたことの検出は難しい。測定光が誤って絶縁フレーム２４３又は第２セパレータ２４２に照射された場合にαの値を採用すると、Ｓ３６０の判定が誤りになる可能性がある。つまり、実際はコネクタ２３０の取り付けが不良であるのに、Ｓ３６０において合格であると判定されることが発生し得る。

これに対し、実施形態１では、図１０に示すように、取付部２４１Ａが、絶縁フレーム２４３及び、隣接するセル２４０の第２セパレータ２４２から露出している。このため、測定光が絶縁フレーム２４３又は第２セパレータ２４２に照射された場合、αの値が大きく変動することになる。この結果、実際はコネクタ２３０の取り付けが不良であるのに、Ｓ３６０において合格であると判定されることは殆どなくなる。

本開示は、本明細書の実施形態や実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。

セル側の基準となる面は、絶縁フレームの一部であってもよいし、第２セパレータの一部であってもよい。

１０…燃料電池モジュール
２４…積層体
２００…ケース
２０３…開口部
２１０…エンドプレート
２２０…モニタ
２２１…接続部
２３０…コネクタ
２３１…ケーブル
２３２…検査面
２４０…セル
２４１…第１セパレータ
２４１Ａ…取付部
２４１Ｂ…基準面
２４２…第２セパレータ
２４３…絶縁フレーム
２４４…膜電極接合体
２４９…貫通孔
４００…光学測距装置

Claims (7)

1. 複数のセルの積層体と、
   前記セルの電圧を測定するために、前記複数のセルの少なくとも１つに取り付けられたコネクタとを含み、
   前記セルの輪郭は、おおよそ長方形であり、
   前記コネクタは、前記おおよそ長方形の輪郭の１辺を構成する縁に対して斜めに取り付けられており、且つ、前記コネクタが正しく取り付けられた状態において前記縁の一部である基準面と平行である面を有する
   燃料電池モジュール。
2. 前記複数のセルそれぞれは、第１及び第２セパレータと、前記第１及び第２セパレータに挟まれ、前記第１及び第２セパレータを隔離する絶縁フレームとを備え、
   前記コネクタは、前記第１セパレータに取り付けられており、
   前記基準面は、前記第１セパレータの一部である
   請求項１に記載の燃料電池モジュール。
3. 前記第１セパレータは、前記コネクタを取り付けるための取付部を備え、
   前記取付部は、前記絶縁フレームから露出している
   請求項２に記載の燃料電池モジュール。
4. 輪郭がおおよそ長方形である複数のセルの少なくとも何れか１つを対象に、電圧を測定するためのコネクタを取り付ける工程と、
   前記コネクタの取り付け位置が正常であるか否かの検査をする工程とを含み、
   前記コネクタを取り付ける工程において、前記おおよそ長方形の輪郭の１辺を構成する縁に対して斜めに前記コネクタを移動させることによって、前記縁に前記コネクタを取り付け、
   前記コネクタは、前記コネクタが正しく取り付けられた状態において、前記縁の一部である基準面と平行である面を有し、
   前記検査をする工程において、前記基準面と平行である面から前記基準面までの距離を光学的に測定することによって前記検査を実施する
   燃料電池モジュールの製造方法。
5. 前記複数のセルそれぞれは、第１及び第２セパレータと、前記第１及び第２セパレータに挟まれ、前記第１及び第２セパレータを隔離する絶縁フレームとを備え、
   前記コネクタを取り付ける工程において、前記コネクタを前記第１セパレータに取り付け、
   前記基準面は、前記第１セパレータの一部である
   請求項４に記載の燃料電池モジュールの製造方法。
6. 前記第１セパレータは、前記コネクタを取り付けるための取付部を備え、
   前記取付部は、前記絶縁フレームから露出している
   請求項５に記載の燃料電池モジュールの製造方法。
7. 輪郭がおおよそ長方形である複数のセルの何れか１つに取り付けられ、前記セルの電圧を測定するためのコネクタであって、
   前記セルに取り付けられる際に、前記おおよそ長方形の輪郭の１辺に相当する縁に対して斜めに移動させられ、
   前記コネクタが正しく取り付けられた状態において前記縁の一部である基準面と平行である面を有する
   コネクタ。

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