JP4087039B2

JP4087039B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP4087039B2
Application number: JP2000071237A
Authority: JP
Inventors: 靖司金井; 治巳波多野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: JP2001256992A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を構成する各セルの電圧を検出するために用いる端子と、それが取り付けられるセル側の端子取付部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固定高分子電解質膜を挟んでアノード側電極とカソード側電極とを対設した燃料電池セルを、セパレータにより挟持して複数積層することにより構成された燃料電池が知られている。燃料電池においては、アノード側電極に供給された燃料ガスは、触媒電極上でイオン化され、適度に加湿された電解質膜を介してカソード側電極へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。こうした電気エネルギを取り出し続けるには、各セルが良好に機能している必要がある。
燃料電池運転時に各セルが正常な状態にあるかどうかを知るには、セル電圧の測定を行えばよく、従来より、セル電圧検出端子装置として、図９及び図１０に示すような差込式端子を用いた装置が知られている。
この電圧検出端子装置は、燃料電池スタック１を構成するセル２の近くに設けられたセル電圧測定用の回路基板３と、その回路基板３に固定されたセル電圧検出端子４と、セル２に形成された端子取付穴５とを備えて構成されている。
【０００３】
この電圧検出端子装置は、セル２に設けられた端子取付穴５の内壁と、そこに差し込まれたセル電圧検出端子４が接触し、セル電圧がセル電圧検出端子４を経由して回路基板３に伝わるので、回路基板３内で隣り合うセル２の電位差からセル電圧を測定し、燃料電池制御装置（図示略）へと伝える。
従って、セル２の異常は、セル電圧の低下として検知されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構成では、以下に掲げる問題があった。
（１）単にセル電圧検出端子４を端子取付穴５に差し込むだけであるため、燃料電池運転中に発生する燃料電池スタック１の伸縮によるセル２とセル電圧検出端子４間の摩耗や、それぞれの寸法誤差によって接触不良が発生したり、セル電圧検出端子４が振動等で端子取付穴５から抜けることがあり、燃料電池運転中にセル電圧が検出できなくなることがある。
【０００５】
（２）燃料電池の技術分野においては、設備スペースの小型化の観点から単セルの小型化・薄型化が望まれており、セルの構成要素であるセパレータも例えば２〜５ｍｍ程度と出来うる限り薄く形成されてきている。こうした薄いセパレータに端子取付穴５を設けるためには、高い加工精度が求められる。
さらに、セル２とセル電圧検出端子４間の接触不良を防ぐには、セル電圧検出端子４と端子取付穴５との隙間を０．２ｍｍ程度以下にする必要があるため、一層の加工精度が要求される。
（３）セル電圧検出端子４を端子取付穴５に差し込む時、各セル２の厚さは薄く隙間が少ないため、セル電圧検出端子４の差し込みが難しくなり、その作業に手間取る。
（４）回路基板３は、燃料電池の運転時に発生する燃料電池スタック１の伸縮時にもセル電圧検出端子４が対応できるように、その変化分を考慮して取り付けなければならない。
【０００６】
なお、特開平９−２８３１６６号公報，及び特開平１１−３３９８２８号公報にも同種の技術が開示されているが、前者の燃料電池の電圧測定用出力端子の取付方法では、弾性力のみで穴内周にバナナクリップの先端を押し付けているだけなので、外力によってたやすく離脱してしまうおそれがあり、また、後者のセル電圧測定端子付き燃料電池スタックでは、セパレータの外周に突起状の電圧測定端子を設けているため、ハンドリング中の安易な接触等で接続不良や破損をまねくおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構造で良好な端子接続状態を維持すること，端子の安易な抜けを防止すること，及び端子の着脱作業性を向上させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
請求項１の発明は、膜電極接合体（１３）を一対のセパレータ（１４）により挟持してセル（１２）を構成し、複数の前記セルを水平方向に積層して構成された燃料電池（燃料電池スタック１１）において、前記セパレータに前記セルの電圧検出用の端子（セル電圧検出端子２１）を接続する燃料電池であって、前記セパレータの前記膜電極接合体側の側面に、前記セパレータの上面に開口する凹部（１５，５２）が形成され、前記端子は、弾性体からなる対向離間配置された一対の挟持片（２２ａ）を有する挟持部（２２）を備え、隣り合う前記セルの隣り合う前記セパレータに形成された前記凹部に、前記一対の挟持片を押し広げて差し込むことにより、前記セパレータに前記端子を接続することを特徴としている。
【０００９】
この構成では、挟持部による挟持力を利用して、簡単な構造で良好な接続状態を維持することができる。
また、挟持部が凹部に受容されるため、挟持部がセパレータ表面から突出せず、ハンドリング中等の安易な接触等による接続不良や破損を起こし難くなる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の燃料電池において、前記凹部は、その内壁（１５Ａ，５２Ａ）に前記セパレータの厚さ方向に窪む凹溝（１６）または突出する凸条（５２ａ）を備え、前記挟持部は、その内面側に前記凹溝または前記凸条と係合する凸条部（２２ｂ）または凹面部（５１ａ）を備えることを特徴としている。
【００１１】
この構成では、凹部に備えた凹溝または凸条と、挟持部に備えた凸条部または凹面部との係合によって、より一層確実に良好な接続状態を維持することができる。また、端子の安易な抜けもより起こり難くなる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２記載の燃料電池において、前記端子は、前記セパレータからの検出電圧を測定する回路基板（２３）に接続されると共に、これらセパレータと回路基板との間に両者の相対変位を許容する可撓部（屈曲部２６，屈曲部５５，コイル状可撓部５６）を備えることを特徴としている。
【００１３】
この構成では、可撓部が適宜撓むことによって、セル積層時等に生じる位置ズレを吸収し得るから、回路基板の燃料電池スタックへの組み付けが容易になる。また、このような相対変位吸収作用を奏する場合には、燃料電池運転時に生じるセルの位置変化を考慮する必要がなくなるから、良好な接続状態を維持することができる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、前記膜電極接合体を挟持する前記一対のセパレータに形成された前記凹部は、前記セパレータの厚み方向と直交する方向に位置をずらして配置されていることを特徴としている。
【００１５】
この構成では、セパレータの厚み方向と直交する方向に、より広い空間を確保することができるので、端子の着脱作業が容易になる。
また、端子同士が隣接することがないので、水分リーク等による端子間の短絡を有効に回避することが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の一実施の形態について説明する。
図１は本実施の形態による燃料電池用セル電圧検出端子装置の要部を示す斜視図、図２は同装置の断面図である。
【００１７】
これらの図中、符号１１は固体高分子型の燃料電池スタックを示しており、この燃料電池スタック１１は多数のセル１２を積層させて構成される。
各セル１２は、固体高分子膜の両面に燃料極及び空気極をそれぞれ接合してなる膜・電極接合体（以下、「ＭＥＡ」と略記する。）１３と、このＭＥＡ１３を両側から挟持するセパレータ１４とを備えて構成される。
【００１８】
セパレータ１４は、ガスを透過させない緻密質のカーボン板や金属板からなり、その一側面、すなわち、単セル構成時にＭＥＡ１３に面することとなる側面１４Ａには、凹溝状のガス流路（図示略）が形成されている。
そして、燃料極に接するセパレータ１４のガス流路に水素が供給されると共に、空気極に接するセパレータ１４のガス流路に空気が供給されることによって、これら電極間で電気化学反応に基づく発電が行われる。
【００１９】
さらに、セパレータ１４の側面１４Ａには、上面１４Ｂに開口する凹部１５が形成され、この凹部１５と、セル構成時にＭＥＡ１３を間に挟んで相対することとなる他のセパレータ１４に形成された凹部１５とによって、端子挿入部１７が構成される。
また、凹部１５の内壁のうち、前記側面１４Ａと平行な内壁１５Ａには、横断面半円状の凹溝１６が前記上面１４Ｂと平行に形成されている。
【００２０】
符号２１は、導電性を有する銅やステンレス等の線材からなるセル電圧検出端子（端子）を示している。
このセル電圧検出端子２１は、その先端側に断面略「コ」の字状をなすクリップ型の挟持部２２を備えると共に、根元側はセル電圧測定用の回路基板２３に固定され、中間にはセル１２と回路基板２３間の相対変位を吸収するための屈曲部（可撓部）２６が設けられている。
【００２１】
挟持部２２は、導電性を有する弾性体からなると共に、対向離間配置された一対の挟持片２２ａの相互間隔が先端で狭められてなる先細り形状に構成され、前記相互間隔よりも厚肉の物体をくわえると、その相互間隔を狭める方向に弾発力が作用し、物体を挟持する。
また、各挟持片２２ａの先端部内面側には、前記凹溝１６と係合する断面半円状の凸条部２２ｂが突出形成されている。
【００２２】
挟持部２２の材質には、ばね性に優れる，応力緩和特性が良好，導電性が良好，耐食性が良好，加工性が良好等の理由から、バネ用ベリリウム銅（ＪＩＳＣ１７２０），バネ用りん青銅（ＪＩＳＣ５２１０），バネ用洋白等を採用することが好ましい。
【００２３】
セル電圧検出端子２１をセル１２（セパレータ１４）に接続するときは、隣り合うセル１２の各一方のセパレータ１４の上面１４Ｂに挟持部２２を位置決めし、該挟持部２２を上から押す。
すると、挟持片２２ａがセパレータ１４に押し広げられるようにして、端子挿入部１７（凹部１５）に挟持部２２が差し込まれていく。
【００２４】
挟持部２２が所定の位置まで差し込まれると、挟持片２２ｂの先端部内周側に形成された凸条部２２ｂが、凹部１５の内壁１５Ａに形成された凹溝１６と噛み合うようにして係合するため、セル電圧検出端子２１は振動等ではセル１２から抜けないように接続される。
【００２５】
このとき、押し広げられた挟持片２２ｂが元の形に戻ろうとして生じる弾発力によって、セル電圧検出端子２１は常に、しかも、広範囲にわたってセル１２と接触するため、抜け止めはもとより、良好な接触状態が確保される。
また、挟持部２２は、凹部１５に受容された状態でセパレータ１４の一部を挟持するので、セパレータ表面から突出しない。これにより、ハンドリング中等の安易な接触等による接続不良や破損が起き難くなる。
さらに、燃料電池運転時は、セル電圧検出端子２１の中間に設けた屈曲部２６が延びることでセル電圧検出端子２１の利用される長さが変わり得る構成になっているため、回路基板２３とセル１２との相対変位を吸収することもできる。
【００２６】
なお、セル１２の厚みが小さいため隣同士のセル電圧検出端子２１が接近する場合には、挟持部２２にてセパレータ１４を挟さみ込む位置を、セル１２の積層方向、すなわち、セパレータ１４の厚み方向に沿って１直線に並ぶように配置せずに、図５に示すように、平面視にて千鳥状となるように、すなわち、セパレータ１４の厚み方向と直交する方向に位置をずらした配置としてもよい。
【００２７】
この場合は、セパレータ１４に対する凹部１５の形成位置をセル１２毎に変えておけばよい。
かかる構成によれば、前記直交方向に空間が得られることになり、セル電圧検出端子２１の着脱作業が容易になる。
また、隣り合う挟持部２２が隣接することがないので、水分リーク等によるセル電圧検出端子２１間の短絡を効果的に回避することができる。
【００２８】
複数のセル電圧検出端子２１を複数のセル１２に同時接続するときは、予め複数のセル電圧検出端子２１を固定しておいた回路基板２３を用意する。
このとき、各セル電圧検出端子２１間の間隔は、燃料電池スタック１１が加圧等されていないときのセル１２間の間隔が設計値等から予めわかっているため、その間隔に合わせておく。
【００２９】
そして、この回路基板２３を、燃料電池スタック１１に対して水平方向は所定の位置に、また、垂直方向はセル電圧検出端子２１の挟持部２２がセパレータ１４の上面１４Ｂであって、隣り合う凹部１５の間に軽く乗った状態となるように仮位置決めする。
その後、接続ジグ３１を挟持部２２の上に押し当て、挟持片２２ａが端子挿入部１７（凹部１５）に、深く差し込まれるようにする。
【００３０】
接続ジグ３１が所定距離移動したら、セル電圧検出端子２１がセル１２に接続されたものと判断して接続ジグ３１を挟持部２２から離間させる。これで、接続作業は完了する。
接続ジグ３１には、回路基板２３に固定されたセル電圧検出端子２１間の間隔と等間隔に端子ガイド用の溝を設けておいてもよく、かかる場合には、各セル電圧検出端子２１を一定間隔に保持したままセル１２に接続することができるので、作業性の向上を図ることができる。
【００３１】
セル電圧検出端子２１の接続状態を確認する方法としては、挟持部２２の位置を確認する方法もある。
すなわち、挟持部２２の差し込みが不完全である場合は、差し込みが完全である場合よりも回路基板２３側に挟持部２２が位置することになるから、この位置の違いによって、セル電圧検出端子２１の接続状態を判断することができる。
【００３２】
回路基板２３は、セル電圧検出端子２１の取り付けに合わせて、セル電圧検出端子２１と同方向に移動させ、燃料電池スタック１１に固定する。
セル電圧検出端子２１をセル１２から取り外す時は、取り外しジグ３２を挟持部２２とセル１２の間に差し込みながら挟持部２２をすくい上げることによって、セル電圧検出端子２１をセル１２から切り離す。
【００３３】
以上の方法を用いれば、複数のセル電圧検出端子２１を同時かつ簡単に脱着させることができ、また、自動化も容易になる。
また、本実施の形態による燃料電池用セル電圧検出端子装置によれば、セル電圧検出端子２１に設けた挟持部２２の開閉バネ作用を利用してセル電圧検出端子２１を簡単かつ確実にセルに接続し得ると共に、その挟持力によって接触不良を効果的に防止することができる。
【００３４】
しかも、セル電圧検出端子２１の途中に設けた屈曲部２６によって、回路基板２３とセル１２との間に生じる相対変位を吸収し得るようにしたので、燃料電池運転時のセル１２の位置変化を考慮する必要がなくなり、回路基板２３の燃料電池スタック１１への組み付けが容易になる。
さらに、挟持片２２ａの凸条部２２ｂと、凹部１５内の凹溝１６とを噛み合わせているため、一度接続したセル電圧検出端子２１は容易に外れることがない。
【００３５】
次に、図４及び図６を用いて、セル電圧検出端子２１の着脱自動化システムの一構成例及びその一動作例について概説する。
本システムは、燃料電池スタック１１及び回路基板２３の位置決め工程と、セル電圧検出端子２１の着脱工程を自動化するものであり、前記接続ジグ３１及び取り外しジグ３２の他に、制御部４１，接続ジグ３１等を駆動する駆動部４２，例えば光センサを有する位置検出部４３，及び燃料電池スタック１１が載置される台座４４を備えて構成される。
【００３６】
以下、本システムの動作例について説明する。
セル電圧検出端子２１をセル１２に接続するには、まず、制御部４１からの制御信号によって駆動部４２を介して台座４４を駆動し、燃料電池スタック１１を位置決めする。この位置決めは、位置検出部４３から制御部４１への出力信号に基づき行われる。
【００３７】
同様にして、回路基板２３を燃料電池スタック１１に対して位置決めする。
これら回路基板２３と燃料電池スタック１１との位置関係は、上述した通りである。
次いで、制御部４１からの制御信号によって駆動部４２を介して接続ジグ３１を下方駆動し、セル電圧検出端子２１の挟持部２２をセル１２の端子挿入部１７に完全に差し込む。
【００３８】
逆に、セル電圧検出端子２１をセル１２から取り外すには、まず、制御部４１からの制御信号によって駆動部４２を介して取り外しジグ３２を駆動する。
この場合は、まず、挟持部２２とセル１２の間に先端部が差し込まれるように取り外しジグ３２を水平駆動し、次いで、取り外しジグ３２を上方駆動することによって、セル電圧検出端子２１をセル１２から離脱させる。
【００３９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、以下の形態をも含むものである。
（１）セル電圧検出端子２１の挟持部２２及びセパレータ１４の凹部１５を図２に示す形態に代えて、図３に示す形態の挟持部５１及び凹部５２にすること。
すなわち、凹部５２の内壁５２Ａに断面半円状の凸条５２ａを突出形成すると共に、この凸条５２ａと係合する半円筒状の凹面部５１ａを挟持部５１の先端部内周側に形成しても、図２に示す形態と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
（２）セル電圧検出端子２１の中間に設ける可撓部を図４に示す屈曲部２６に代えて、図７に示す屈曲部５５又は図８に示すコイル状可撓部５６にすること。
なお、屈曲部２６、５５は、セル積層方向のスペースが極めて少ないという事情を考慮して、セル１２と回路基板２３との離間方向（図４の紙面上下方向）に屈曲させておくのが好ましい。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）請求項１の発明によれば、挟持部による挟持力を利用することによって、簡単な構造で良好な接続状態を維持することができる。
また、挟持部が凹部に受容されるため、挟持部がセパレータ表面から突出せず、ハンドリング中等の安易な接触等による接続不良や破損を起こし難くすることができる。
【００４２】
（２）請求項２の発明によれば、凹部に備えた凹溝または凸条と、挟持部に備えた凸条部または凹面部との係合によって、より一層確実に良好な接続状態を維持することができる。
また、端子の安易な抜けもより起こり難くすることができる。
【００４３】
（３）請求項３の発明によれば、可撓部が適宜撓むことによって、セル積層時等に生じる位置ズレを吸収し得るから、良好な接続状態を維持することができる。
また、このような相対変位吸収作用を奏する場合には、燃料電池運転時に生じるセルの位置変化を考慮する必要がなくなるから、回路基板の燃料電池スタックへの組み付けが容易になり、作業性の向上を図ることができる。
【００４４】
（４）請求項４の発明によれば、セパレータの厚み方向と直交する方向に、より広い空間を確保することができるので、端子の着脱作業が容易となり、作業性の向上を図ることができる。
また、端子同士が隣接することがないので、水分リーク等による端子間の短絡を有効に回避し得て、測定結果の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による燃料電池用セル電圧検出端子装置の斜視図である。
【図２】図１に示す挟持部及び凹部の横断面図である。
【図３】本発明に係る挟持部及び凹部の他の実施の形態を示す横断面図である。
【図４】図１に示す燃料電池用セル電圧検出端子装置の縦断面図である。
【図５】挟持部の一接続例を示す平面図である。
【図６】セル電圧検出端子の着脱自動化システムの一構成例を示すシステム構成図である。
【図７】本発明に係る可撓部の他の実施の形態を示す要部拡大図である。
【図８】本発明に係る可撓部のさらに他の実施の形態を示す要部拡大図である。
【図９】燃料電池用セル電圧検出端子装置の一従来例を示す斜視図である。
【図１０】同燃料電池用セル電圧検出端子装置の要部断面図である。
【符号の説明】
１１燃料電池スタック
１２セル
１４セパレータ
１５、５２凹部
１５Ａ、５２Ａ内壁
１６凹溝
２１セル電圧検出端子（端子）
２２、５１挟持部
２２ｂ凸条部
２３回路基板
５１ａ凹面部
５２ａ凸条
５５、２６屈曲部（可撓部）
５６コイル状可撓部（可撓部）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a terminal used for detecting the voltage of each cell constituting a fuel cell, and a cell side terminal mounting portion to which the terminal is mounted.
[0002]
[Prior art]
For example, there is known a fuel cell configured by stacking a plurality of fuel cell cells sandwiching a fixed polymer electrolyte membrane between an anode side electrode and a cathode side electrode with a separator interposed therebetween. In the fuel cell, the fuel gas supplied to the anode-side electrode is ionized on the catalyst electrode and moves to the cathode-side electrode through the appropriately humidified electrolyte membrane. Electrons generated in the meantime are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. In order to continue to extract such electric energy, each cell needs to function well.
In order to know whether or not each cell is in a normal state during the operation of the fuel cell, it is only necessary to measure the cell voltage. Conventionally, as a cell voltage detection terminal device, an insertion type as shown in FIGS. 9 and 10 is used. Devices using terminals are known.
This voltage detection terminal device includes a cell voltage measurement circuit board 3 provided near a cell 2 constituting the fuel cell stack 1, a cell voltage detection terminal 4 fixed to the circuit board 3, and a cell 2. The terminal mounting hole 5 is formed.
[0003]
In this voltage detection terminal device, the inner wall of the terminal mounting hole 5 provided in the cell 2 and the cell voltage detection terminal 4 inserted therein are in contact with each other, and the cell voltage passes through the cell voltage detection terminal 4 and the circuit board 3. Therefore, the cell voltage is measured from the potential difference between the adjacent cells 2 in the circuit board 3 and transmitted to the fuel cell control device (not shown).
Therefore, the abnormality of the cell 2 is detected as a decrease in the cell voltage.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above configuration has the following problems.
(1) Since the cell voltage detection terminal 4 is simply inserted into the terminal mounting hole 5, the wear between the cell 2 and the cell voltage detection terminal 4 due to the expansion and contraction of the fuel cell stack 1 that occurs during fuel cell operation, Due to a dimensional error, contact failure may occur or the cell voltage detection terminal 4 may come out of the terminal mounting hole 5 due to vibration or the like, and the cell voltage may not be detected during fuel cell operation.
[0005]
(2) In the technical field of fuel cells, downsizing and thinning of single cells are desired from the viewpoint of downsizing of equipment space, and separators that are constituent elements of cells are, for example, about 2 to 5 mm as much as possible. Thinly formed. In order to provide the terminal attachment hole 5 in such a thin separator, high processing accuracy is required.
Furthermore, in order to prevent poor contact between the cell 2 and the cell voltage detection terminal 4, the gap between the cell voltage detection terminal 4 and the terminal mounting hole 5 needs to be about 0.2 mm or less. Required.
(3) When the cell voltage detection terminals 4 are inserted into the terminal mounting holes 5, since the thickness of each cell 2 is thin and there are few gaps, it becomes difficult to insert the cell voltage detection terminals 4, and this takes time.
(4) The circuit board 3 must be attached in consideration of the change so that the cell voltage detection terminal 4 can cope with expansion and contraction of the fuel cell stack 1 that occurs during operation of the fuel cell.
[0006]
The same kind of technology is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-283166 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-339828. However, in the former method of attaching the output terminal for voltage measurement of the fuel cell, only the elastic force is used to form the hole. Since the tip of the banana clip is only pressed against the circumference, it may be easily detached by external force. In the latter fuel cell stack with a cell voltage measurement terminal, a protruding voltage measurement terminal is provided on the outer periphery of the separator. Since it is provided, there is a risk of poor connection or damage due to easy contact during handling.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances. The object of the present invention is to maintain a good terminal connection state with a simple structure, to prevent the terminal from being easily disconnected, and to a terminal. It is to improve the detachability workability.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration.
The invention of claim 1 is a fuel cell comprising a cell (12) formed by sandwiching a membrane electrode assembly (13) between a pair of separators (14), and a plurality of the cells stacked horizontally. in the fuel cell stack 11), I fuel cell der connecting terminal for voltage detection of the cell to the separator (cell voltage detection terminal 21), the side surfaces of the membrane electrode assembly side of the separator, the separator Concave portions (15, 52) opened on the upper surface are formed, and the terminal includes a sandwiching portion (22) having a pair of sandwiching pieces (22a) arranged to be spaced apart from each other, and is adjacent to the adjacent cell. The terminal is connected to the separator by pushing and expanding the pair of holding pieces into the recess formed in the separator.
[0009]
In this configuration, it is possible to maintain a good connection state with a simple structure by using the clamping force by the clamping unit.
Further, since the sandwiching portion is received in the recess, the sandwiching portion does not protrude from the separator surface, and connection failure or breakage due to easy contact during handling or the like is difficult to occur.
[0010]
According to a second aspect of the invention, and have contact with the fuel cell according to claim 1, wherein said recess is ridge of the inner wall (15A, 52A) groove (16) recessed in a thickness direction of the separator or projections ( 52a), and the sandwiching portion is provided with a ridge portion (22b) or a concave surface portion (51a) which engages with the concave groove or the ridge on the inner surface side thereof.
[0011]
In this configuration, a good connection state can be more reliably maintained by the engagement of the concave groove or the convex strip provided in the concave portion and the convex strip portion or the concave surface portion provided in the holding portion. Also, the easy disconnection of the terminal is less likely to occur.
[0012]
The invention according to claim 3, in have your fuel cell according to claim 1 or claim 2, wherein the terminal, the detection voltage is connected to the circuit board (23) for measuring from the separator, these separators and the circuit A flexible portion (bending portion 26, bending portion 55, coiled flexible portion 56) allowing relative displacement between the two is provided between the substrate and the substrate.
[0013]
In this configuration, when the flexible portion bends appropriately, it is possible to absorb a positional shift that occurs during cell stacking, and the circuit board can be easily assembled to the fuel cell stack. Further, when such a relative displacement absorbing effect is exerted, it is not necessary to consider the change in the position of the cell that occurs during operation of the fuel cell, so that a good connection state can be maintained.
[0014]
The invention of claim 4 is have you the fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the recess formed in the pair of separators sandwiching the membrane electrode assembly, the thickness of the separator The position is shifted in a direction orthogonal to the direction.
[0015]
In this configuration, a wider space can be secured in the direction perpendicular to the thickness direction of the separator, so that the terminal can be easily attached and detached.
Further, since the terminals are not adjacent to each other, it is possible to effectively avoid a short circuit between the terminals due to moisture leakage or the like.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a main part of a cell voltage detection terminal device for a fuel cell according to the present embodiment, and FIG. 2 is a sectional view of the device.
[0017]
In these drawings, reference numeral 11 denotes a polymer electrolyte fuel cell stack, and this fuel cell stack 11 is formed by laminating a number of cells 12.
Each cell 12 includes a membrane / electrode assembly (hereinafter abbreviated as “MEA”) 13 in which a fuel electrode and an air electrode are joined to both surfaces of a solid polymer membrane, and a separator that sandwiches the MEA 13 from both sides. 14.
[0018]
The separator 14 is made of a dense carbon plate or metal plate that does not allow gas permeation, and has a groove-shaped gas flow path (illustrated) on one side surface thereof, that is, the side surface 14A that faces the MEA 13 in a single cell configuration. Abbreviation) is formed.
Then, hydrogen is supplied to the gas flow path of the separator 14 in contact with the fuel electrode and air is supplied to the gas flow path of the separator 14 in contact with the air electrode, so that power generation based on an electrochemical reaction is generated between these electrodes. Done.
[0019]
Furthermore, the side surface 14A of the separator 14 is formed with a recess 15 that opens to the upper surface 14B, and the recess 15 is formed in another separator 14 that is opposed to the MEA 13 with the MEA 13 in between when the cell is configured. The terminal insertion part 17 is comprised by these.
A concave groove 16 having a semicircular cross section is formed in parallel with the upper surface 14B in the inner wall 15A parallel to the side surface 14A among the inner walls of the concave portion 15.
[0020]
Reference numeral 21 denotes a cell voltage detection terminal (terminal) made of a conductive wire such as copper or stainless steel.
The cell voltage detection terminal 21 is provided with a clip-shaped clamping portion 22 having a substantially U-shaped cross section at the tip side, and the base side is fixed to a circuit board 23 for measuring cell voltage, A bent portion (flexible portion) 26 for absorbing a relative displacement between the cell 12 and the circuit board 23 is provided.
[0021]
The sandwiching portion 22 is made of a conductive elastic body, and is configured to have a tapered shape in which a pair of sandwiching pieces 22a arranged opposite to each other is narrowed at the tip, and is thicker than the mutual spacing. If you add, elastic force acts in the direction of narrowing the mutual interval, and the object is pinched.
Further, a protruding strip portion 22b having a semicircular cross section that engages with the concave groove 16 is formed on the inner surface side of the tip end portion of each sandwiching piece 22a.
[0022]
The material of the clamping portion 22 is excellent in spring properties, good stress relaxation characteristics, good conductivity, good corrosion resistance, good workability, etc., so that beryllium copper for spring (JIS C1720), phosphor bronze for spring It is preferable to employ (JIS C5210), spring white or the like.
[0023]
When connecting the cell voltage detection terminal 21 to the cell 12 (separator 14), the clamping part 22 is positioned on the upper surface 14B of each separator 14 of the adjacent cells 12, and the clamping part 22 is pushed from above.
Then, the clamping part 22a is inserted into the terminal insertion part 17 (concave part 15) so that the clamping piece 22a is pushed and spread over the separator 14.
[0024]
When the sandwiching portion 22 is inserted to a predetermined position, the protruding strip portion 22b formed on the inner peripheral side of the tip end portion of the sandwiching piece 22b engages with the recess groove 16 formed on the inner wall 15A of the recess portion 15. Therefore, the cell voltage detection terminal 21 is connected so as not to come off the cell 12 due to vibration or the like.
[0025]
At this time, the cell voltage detection terminal 21 is always in contact with the cell 12 over a wide range due to the elastic force generated when the clamped piece 22b that has been spread out returns to its original shape. A contact state is ensured.
Moreover, since the clamping part 22 clamps a part of separator 14 in the state received by the recessed part 15, it does not protrude from the separator surface. As a result, poor connection or breakage due to easy contact during handling or the like is less likely to occur.
Furthermore, when the fuel cell is operated, the length of the cell voltage detection terminal 21 used can be changed by extending the bent portion 26 provided in the middle of the cell voltage detection terminal 21. Relative displacement with the cell 12 can also be absorbed.
[0026]
When the cell voltage detection terminals 21 adjacent to each other approach each other because the thickness of the cell 12 is small, the position where the separator 14 is sandwiched by the sandwiching portion 22 is set in the stacking direction of the cells 12, that is, the separator 14 Instead of being arranged in a straight line along the thickness direction, the position is shifted in a zigzag shape in plan view, that is, in a direction perpendicular to the thickness direction of the separator 14, as shown in FIG. It is good also as arrangement.
[0027]
In this case, the formation position of the recess 15 with respect to the separator 14 may be changed for each cell 12.
According to this configuration, a space is obtained in the orthogonal direction, and the cell voltage detection terminal 21 can be easily attached and detached.
Further, since the adjacent sandwiching portions 22 are not adjacent to each other, a short circuit between the cell voltage detection terminals 21 due to moisture leakage or the like can be effectively avoided.
[0028]
When simultaneously connecting a plurality of cell voltage detection terminals 21 to a plurality of cells 12, a circuit board 23 in which the plurality of cell voltage detection terminals 21 are fixed in advance is prepared.
At this time, the interval between the cell voltage detection terminals 21 is adjusted to the interval since the interval between the cells 12 when the fuel cell stack 11 is not pressurized is known in advance from the design value or the like.
[0029]
The circuit board 23 is placed in a predetermined position in the horizontal direction with respect to the fuel cell stack 11, and in the vertical direction, the sandwiching portion 22 of the cell voltage detection terminal 21 is the upper surface 14B of the separator 14, and adjacent recesses Temporary positioning is performed so that the vehicle is lightly ridden during 15.
Thereafter, the connection jig 31 is pressed onto the clamping part 22 so that the clamping piece 22a is inserted deeply into the terminal insertion part 17 (concave part 15).
[0030]
When the connection jig 31 moves a predetermined distance, it is determined that the cell voltage detection terminal 21 is connected to the cell 12, and the connection jig 31 is separated from the clamping unit 22. This completes the connection work.
The connection jig 31 may be provided with a groove for terminal guides at equal intervals between the cell voltage detection terminals 21 fixed to the circuit board 23. In such a case, each cell voltage detection terminal 21 is connected to the connection jig 31. Since it can be connected to the cell 12 while being held at a constant interval, workability can be improved.
[0031]
As a method for confirming the connection state of the cell voltage detection terminal 21, there is also a method for confirming the position of the clamping portion 22.
That is, when the insertion of the clamping part 22 is incomplete, the clamping part 22 is positioned closer to the circuit board 23 than when the insertion is complete. It is possible to determine the connection state.
[0032]
The circuit board 23 is moved in the same direction as the cell voltage detection terminal 21 in accordance with the attachment of the cell voltage detection terminal 21 and fixed to the fuel cell stack 11.
When the cell voltage detection terminal 21 is detached from the cell 12, the cell voltage detection terminal 21 is separated from the cell 12 by scooping up the clamping part 22 while inserting the removal jig 32 between the clamping part 22 and the cell 12.
[0033]
If the above method is used, a plurality of cell voltage detection terminals 21 can be detached and attached simultaneously and automation is facilitated.
In addition, according to the cell voltage detection terminal device for a fuel cell according to the present embodiment, the cell voltage detection terminal 21 can be easily and reliably made into a cell by utilizing the opening / closing spring action of the clamping portion 22 provided in the cell voltage detection terminal 21. Connection can be made and contact failure can be effectively prevented by the clamping force.
[0034]
In addition, since the relative displacement generated between the circuit board 23 and the cell 12 can be absorbed by the bent portion 26 provided in the middle of the cell voltage detection terminal 21, the change in the position of the cell 12 during the operation of the fuel cell can be changed. This eliminates the need for consideration and facilitates the assembly of the circuit board 23 to the fuel cell stack 11.
Further, since the protruding strip portion 22b of the sandwiching piece 22a and the concave groove 16 in the concave portion 15 are engaged with each other, the cell voltage detection terminal 21 once connected is not easily detached.
[0035]
Next, one configuration example and one operation example of the system for automatically attaching and detaching the cell voltage detection terminal 21 will be described with reference to FIGS. 4 and 6.
This system automates the positioning step of the fuel cell stack 11 and the circuit board 23 and the attachment / detachment step of the cell voltage detection terminal 21. In addition to the connection jig 31 and the removal jig 32, the control unit 41, the connection jig A drive unit 42 for driving the motor 31 and the like, for example, a position detection unit 43 having an optical sensor, and a pedestal 44 on which the fuel cell stack 11 is placed.
[0036]
Hereinafter, an operation example of this system will be described.
In order to connect the cell voltage detection terminal 21 to the cell 12, first, the pedestal 44 is driven via the drive unit 42 by the control signal from the control unit 41 to position the fuel cell stack 11. This positioning is performed based on an output signal from the position detection unit 43 to the control unit 41.
[0037]
Similarly, the circuit board 23 is positioned with respect to the fuel cell stack 11.
The positional relationship between the circuit board 23 and the fuel cell stack 11 is as described above.
Next, the connection jig 31 is driven downward via the drive unit 42 by a control signal from the control unit 41, and the clamping unit 22 of the cell voltage detection terminal 21 is completely inserted into the terminal insertion unit 17 of the cell 12.
[0038]
Conversely, in order to remove the cell voltage detection terminal 21 from the cell 12, first, the removal jig 32 is driven via the drive unit 42 by a control signal from the control unit 41.
In this case, first, the removal jig 32 is horizontally driven so that the tip portion is inserted between the sandwiching portion 22 and the cell 12, and then the removal jig 32 is driven upward, whereby the cell voltage detection terminal 21 is connected to the cell 12. To leave.
[0039]
In addition, this invention is not restricted to the said embodiment, The following form is also included.
(1) The clamping part 22 of the cell voltage detection terminal 21 and the concave part 15 of the separator 14 are replaced with the clamping part 51 and the concave part 52 of the form shown in FIG. 3 instead of the form shown in FIG.
That is, a convex part 52a having a semicircular cross section is formed on the inner wall 52A of the concave part 52, and a semicylindrical concave part 51a that engages with the convex part 52a is formed on the inner peripheral side of the tip part of the sandwiching part 51. Also, the same effect as that shown in FIG. 2 can be obtained.
[0040]
(2) The flexible part provided in the middle of the cell voltage detection terminal 21 is replaced with the bent part 55 shown in FIG. 7 or the coiled flexible part 56 shown in FIG. 8 instead of the bent part 26 shown in FIG.
In consideration of the fact that the space in the cell stacking direction is extremely small, the bent portions 26 and 55 are preferably bent in the direction in which the cells 12 and the circuit board 23 are separated (the vertical direction in FIG. 4). .
[0041]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) According to the invention of claim 1, a good connection state can be maintained with a simple structure by utilizing the clamping force by the clamping unit.
Further, since the sandwiching portion is received in the recess, the sandwiching portion does not protrude from the separator surface, and it is possible to make it difficult to cause a connection failure or breakage due to easy contact during handling.
[0042]
(2) According to the invention of claim 2, a good connection state is more reliably maintained by the engagement of the groove or protrusion provided in the recess and the protrusion or recess provided in the clamping part. can do.
In addition, easy disconnection of the terminal can be made less likely to occur.
[0043]
(3) According to the invention of claim 3, when the flexible portion bends appropriately, it is possible to absorb a positional shift that occurs during cell stacking and the like, so that a good connection state can be maintained.
In addition, when such a relative displacement absorbing effect is exhibited, it is not necessary to consider cell position changes that occur during operation of the fuel cell, so that the assembly of the circuit board to the fuel cell stack is facilitated and workability is improved. Can be achieved.
[0044]
(4) According to the invention of claim 4, since a wider space can be secured in the direction orthogonal to the thickness direction of the separator, the terminal can be easily attached and detached, and the workability can be improved. .
In addition, since the terminals do not adjoin each other, a short circuit between the terminals due to moisture leakage or the like can be effectively avoided, and the reliability of the measurement result can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a cell voltage detection terminal device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a clamping part and a concave part shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of a clamping part and a concave part according to the present invention.
4 is a longitudinal sectional view of the fuel cell cell voltage detection terminal device shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a plan view showing a connection example of a clamping unit.
FIG. 6 is a system configuration diagram showing a configuration example of a cell voltage detection terminal attaching / detaching automation system.
FIG. 7 is a main part enlarged view showing another embodiment of the flexible part according to the present invention.
FIG. 8 is an enlarged view of a main part showing still another embodiment of a flexible part according to the present invention.
FIG. 9 is a perspective view showing a conventional example of a cell voltage detection terminal device for a fuel cell.
FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the cell voltage detection terminal device for the fuel cell.
[Explanation of symbols]
11 Fuel cell stack 12 Cell 14 Separator 15, 52 Recess 15A, 52A Inner wall 16 Recessed groove 21 Cell voltage detection terminal (terminal)
22, 51 Clamping part 22b Convex part 23 Circuit board 51a Concave part 52a Convex part 55, 26 Bending part (flexible part)
56 Coiled flexible part (flexible part)

Claims

A fuel cell configured by sandwiching a membrane electrode assembly between a pair of separators to form a cell and laminating a plurality of the cells in a horizontal direction, and a fuel for connecting a voltage detection terminal of the cell to the separator I battery der,
On the side surface of the separator on the membrane electrode assembly side, a recess is formed that opens to the top surface of the separator.
The terminal includes a sandwiching portion having a pair of sandwiching pieces made of an elastic body and facing each other.
The fuel cell , wherein the terminal is connected to the separator by pushing and expanding the pair of sandwiching pieces into the concave portion formed in the adjacent separator of the adjacent cell.

The concave portion includes a concave groove or a protruding ridge that protrudes in the thickness direction of the separator on the inner wall thereof.
2. The fuel cell according to claim 1, wherein the sandwiching portion includes a ridge portion or a concave surface portion that engages with the concave groove or the ridge on an inner surface side thereof .

2. The terminal is connected to a circuit board for measuring a detection voltage from the separator, and further includes a flexible portion that allows relative displacement between the separator and the circuit board. Or the fuel cell of Claim 2 .

The said recessed part formed in the said pair of separator which clamps the said membrane electrode assembly is shifted and arrange | positioned in the direction orthogonal to the thickness direction of the said separator, It is characterized by the above-mentioned. The fuel cell according to any one of the above .