特許 6152298 燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6152298

(24)【登録日】2017年6月2日

(45)【発行日】2017年6月21日

(54)【発明の名称】燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/24 20160101AFI20170612BHJP

   H01R 9/22 20060101ALI20170612BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/24 Z

   H01M8/24 E

   H01R9/22

【請求項の数】6

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-103482(P2013-103482)

(22)【出願日】2013年5月15日

(65)【公開番号】特開2014-130798(P2014-130798A)

(43)【公開日】2014年7月10日

【審査請求日】2016年4月1日

(31)【優先権主張番号】10-2012-0157098

(32)【優先日】2012年12月28日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】591251636

【氏名又は名称】現代自動車株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＨＹＵＮＤＡＩ ＭＯＴＯＲ ＣＯＭＰＡＮＹ

(73)【特許権者】

【識別番号】512288787

【氏名又は名称】ユラ コーポレーション カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金 周 漢

(72)【発明者】

【氏名】安 炳 ギ

(72)【発明者】

【氏名】徐 正 ド

(72)【発明者】

【氏名】琴 榮 範

(72)【発明者】

【氏名】嚴 基 旭

(72)【発明者】

【氏名】鄭 吉 祐

【審査官】 高木 康晴

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１４６８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０４９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３５６００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３１０１２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／２４

Ｈ０１Ｍ ２／３４

Ｈ０１Ｍ ２／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁性材質からなり、燃料電池スタック（３０）のエンドプレート（３１）に形成された集電端子（３２）と、バスバー（２０）の接続部（２１）が締結される露出充電部を囲む方式で絶縁させるプロテクター（１０）と、を含み、
前記プロテクター（１０）は、前記エンドプレート（３１）に接触し、ボルト（３３）により締結される前記エンドプレート（３１）の集電端子（３２）と、前記バスバー（２０）の接続部（２１）と、を内部に収容するプロテクターボディー（１１）と、
前記プロテクターボディー（１１）に結合され、前記露出充電部をカバーするプロテクターカバー（１２）と、
で構成され、
前記プロテクターボディー（１１）の前面下端に形成された方向性規制突起（１７）を含み、前記方向性規制突起（１７）を指すように前記プロテクターカバー（１２）の前方端部に矢印形状の表示部（１２ａ）が形成されて、前記プロテクター（１０）と前記バスバー（２０）との誤組立を防止することを特徴とする燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置。

【請求項2】

前記プロテクターボディー（１１）と前記プロテクターカバー（１２）とは、それぞれボックス形態であり、共用化した形状をもって多数の露出充電部に適用され、絶縁機能により短絡を防止することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置。

【請求項3】

前記プロテクターボディー（１１）は、内部に互いに間隔をおいて対向するように突出形成される仮組立用突起（１６）が設けられ、前記バスバー（２０）の接続部（２１）が前記仮組立用突起（１６、１６）の間に嵌め込まれることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置。

【請求項4】

前記プロテクターボディー（１１）の両側面にそれぞれ突出形成され、締結孔（１５）を有する側面突出片（１４）と、
前記プロテクターカバー（１２）の両側面に形成され、前記側面突出片（１４）の締結孔（１５）に挿入結合される締結突起（１３）と、
を含み、
前記プロテクターボディー（１１）と前記プロテクターカバー（１２）とが着脱可能に結合されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置。

【請求項5】

前記プロテクターボディー（１１）は、底面の外側に振動異音を防止する複数の密着突起（１９）が設けられることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置。

【請求項6】

前記プロテクターボディー（１１）の周縁部の両側面に形成されたガイド突出部（１８）と、
前記プロテクターカバー（１２）に形成され、前記ガイド突出部（１８）と干渉する方式で前記プロテクターボディー（１１）と前記プロテクターカバー（１２）との誤組立を防止する誤組立防止突起（１２ｂ）と、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置に係り、より詳しくは、外部に露出している燃料電池充電部の短絡防止用絶縁機能と共に、燃料電池システムの構成及び電気的接続部の構造の適切な形状と、組立性を向上させるための誤組立防止機能と、を備えた燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池の単位セルは、最も内側に、水素陽イオン（Ｐｒｏｔｏｎ）を移動させる電極膜（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）及びこの電極膜の両面に水素と酸素が反応するように塗布された触媒層、すなわちカソード（空気極：ｃａｔｈｏｄｅ）及びアノード（燃料極：ａｎｏｄｅ）が形成される。
また、カソード及びアノードが位置している電極膜の外側部分には、ガス拡散層（ＧＤＬ：Ｇａｓ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）及びガスケット（Ｇａｓｋｅｔ）が順次積層され、更にガス拡散層の外側には、燃料を供給し、反応により発生した水を排出する流路（Ｆｌｏｗ Ｆｉｅｌｄ）が形成された分離板が配置され、最も外側には各構成を支持及び固定するためのエンドプレート（Ｅｎｄ ｐｌａｔｅ）が結合される（例えば特許文献１を参照）。

【0003】

上記のように構成された複数の単位セルを積層した燃料電池スタックを燃料電池車両に装着し、燃料電池スタックは所望する大きさの電圧及び電力を発生させて車両を駆動する。
このような構成の燃料電池スタック（Ｓｔａｃｋ）において、エンドプレートのアセンブリーは、図８に示すように、締結力を支持するエンドプレート３と、スタックの内部で発生した電気を外部に漏洩することを防止する絶縁板２と、スタックで発生した電気を集めて外部に取り出す集電板１及び集電端子４と、で構成される。

【0004】

また、燃料電池スタックが複数個である場合に導電性材質のバスバーがエンドプレートの集電端子４の間を電気的に接続することにより燃料電池スタックを連結する。
しかしながら、エンドプレート３の集電端子４とバスバーとの間の接続部は外部に露出して露出充電部として存在するが、車体の衝突及び変形などにより、露出充電部が金属製のスタックエンクロージャと直接接触して電気的短絡を引き起こすという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−１７９４１５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、燃料電池スタックのエンドプレートに形成された集電端子と、バスバーの締結時に外部に露出している露出充電部と、を絶縁して短絡を防止すると共に、単一形状で複数の出力端子に適用できる構造であり、適用箇所に応じて誤組立防止及び組立容易性を確保できる燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置を提供することにその目的がある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明による燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置は、絶縁性材質からなり、燃料電池スタック（３０）のエンドプレート（３１）に形成された集電端子（３２）と、バスバー（２０）の接続部（２１）が締結される露出充電部を囲む方式で絶縁させるプロテクター（１０）と、を含み、前記プロテクター（１０）は、前記エンドプレート（３１）に接触し、ボルト（３３）により締結される前記エンドプレート（３１）の集電端子（３２）と、前記バスバー（２０）の接続部（２１）と、を内部に収容するプロテクターボディー（１１）と、前記プロテクターボディー（１１）に結合され、前記露出充電部をカバーするプロテクターカバー（１２）と、で構成され、前記プロテクターボディー（１１）の前面下端に形成された方向性規制突起（１７）を含み、前記方向性規制突起（１７）を指すように前記プロテクターカバー（１２）の前方端部に矢印形状の表示部（１２ａ）が形成されて、前記プロテクター（１０）と前記バスバー（２０）との誤組立を防止することを特徴とする。

【0009】

前記プロテクターボディーとプロテクターカバーとは、それぞれボックス形態であり、共用化した形状をもって多数の露出充電部に適用され、絶縁機能により短絡を防止することを特徴とする。
前記プロテクターボディーは、内部に互いに間隔をおいて対向するように突出形成される仮組立用突起を含み、エンドプレートの集電端子と組立てる前にプロテクターボディーをバスバーの接続部に嵌め込み式で仮組立して組立性を向上させることを特徴とする。

【0010】

前記プロテクターボディーの両側面にそれぞれ突出形成され、締結孔を有する側面突出片と、前記プロテクターカバーの両側面に形成され、側面突出片の締結孔に挿入結合される締結突起と、を含み、プロテクターボディーとプロテクターカバーが着脱可能に結合されることを特徴とする。

【0012】

前記プロテクターボディーは、底面に形成された複数の密着突起を含み、部品組立時の公差による振動異音を防止することを特徴とする。
前記プロテクターボディーの周縁部の両側面に形成されたガイド突出部と、前記プロテクターカバーに形成され、ガイド突出部と干渉する方式でプロテクターボディーとプロテクターカバー（１２）との誤組立を防止する誤組立防止突起と、を更に含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明による燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置の長所を説明すると次の通りである。
第１に、本発明による燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置は、燃料電池スタックモジュールの露出充電部を、ボックス形態のプロテクターボディーとプロテクターカバーを用いて囲むことにより、露出充電部を絶縁して露出充電部の短絡を防止するだけでなく、単一形状で複数の出力端者に適用できるため、原価を低減することができる。

【0014】

第２に、プロテクターボディーの前方端部に形成された方向性規制突起と、プロテクターカバーにマーキングされた矢印と、を用いてバスバー及びプロテクターを組み立てる時に方向性を規制することにより、誤組立を防止することができる。

【0015】

第３に、プロテクターボディーの内部に形成された仮組立用突起を用い、バスバーとプロテクターボディーとを組み立てる時に、嵌め込み式で仮組立することにより、組立性を向上させることができる。

【0016】

第４に、プロテクターボディーの底面に形成された密着突起を適用することにより、部品組立時の公差による振動異音を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明による燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置の斜視図である。

【図2】図１の分解図である。

【図3】図１のプロテクターボディーの底面斜視図である。

【図4】露出充電部が、図１のプロテクターにより囲まれた状態を示す断面図である。

【図5】本発明のプロテクターが、燃料電池スタックの露出充電部に装着された状態を示す分解斜視図である。

【図6】図５の結合図であって、プロテクターカバーが装着される前の状態を示す斜視図である。

【図7】図５の結合図であって、プロテクターカバーが装着された後の状態を示す斜視図である。

【図8】従来技術による燃料電池スタックのエンドプレートのアセンブリーを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例について、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
図１は、本発明による燃料電池スタックの露出充電部絶縁装置の斜視図であり、図２は、図１の分解図であり、図３は、図１のプロテクターボディーの底面斜視図であり、図４は、露出充電部が図１のプロテクターにより囲まれた状態を示す断面図である。

【0019】

また、図５は、本発明のプロテクターが燃料電池スタックの露出充電部に装着された状態を示す分解斜視図であり、図６は、図５の結合図であって、プロテクターカバーが装着される前の状態を示す斜視図であり、図７は、図５の結合図であって、プロテクターカバーが装着された後の状態を示す斜視図である。
本発明は、燃料電池スタック３０のエンドプレート３１に露出している電気的接続部が存在する場合、露出充電部を絶縁する燃料電池スタック３０の露出充電部絶縁装置に関する。

【0020】

露出充電部は、エンドプレート３１の集電端子３２とバスバー２０との間の電気的接続部であり、バスバー２０は、長いバー（ＢＡＲ）の形態であり、燃料電池スタック３０のモジュールが１段あるいは複数段、例えば２段配置された場合、各燃料電池スタック３０に両末端に配置されたエンドプレート３１の集電端子３２は、バスバー２０により電気的に接続される。

【0021】

この際、バスバー２０は、ボルト３３によりエンドプレート３１の集電端子３２にそれぞれ締結されて組み立てられる。
燃料電池スタック３０の露出充電部絶縁装置は、ボックス形態のプロテクター１０で構成され、エンドプレート３１の集電端子３２とバスバー２０の接続部２１とを囲んで車体の衝突及び変形などから露出充電部を保護し、また、燃料電池スタック３０の露出充電部が車体の衝突及び変形により、金属製のスタックエンクロージャと直接接触して短絡することを防止する。

【0022】

プロテクター１０は、内部に収容空間を有するプロテクターボディー１１と、プロテクターボディー１１の上端に結合されるプロテクターカバー１２と、で構成される。
プロテクターボディー１１は、外形がボックス形態であり、プロテクターボディー１１の内部に収容空間が形成され、エンドプレート３１に複数形成された集電端子３２と、この集電端子３２に接続するバスバー２０と、集電端子３２及びバスバー２０を締結するためのボルト３３と、を収容空間に個別的に収容して囲むようになっている。

【0023】

プロテクターボディー１１の下部に楕円形の貫通孔が形成され、エンドプレート３１の集電端子３２が貫通孔を通してプロテクターボディー１１の収容空間に挿入されることによって、集電端子３２はプロテクターボディー１１により囲まれる。
また、プロテクターボディー１１の前面と後面とに「Ｕ」字状の開口部が形成され、開口部を通してバスバー２０がプロテクターボディー１１を前後方向に貫通し、プロテクターボディー１１の内部に収容された集電端子３２とボディーを貫通するバスバー２０とが互いに接触して電気的に接続されることになる。

【0024】

プロテクターカバー１２はボックス形態であり、プロテクターボディー１１の上端部に結合されてプロテクターボディー１１の上端部を覆う。
この際、プロテクターカバー１２の前面に「Ｕ」字状をひっくり返した形状の開口部が形成され、プロテクターカバー１２がプロテクターボディー１１の上端に結合される場合に、プロテクターボディー１１の開口部と共に矩形の開口部を形成する。

【0025】

プロテクターカバー１２の後面は閉鎖されており、プロテクターカバー１２がプロテクターボディー１１の上端に結合される場合に、プロテクターボディー１１の開口部を通してのみバスバー２０が貫通するようになっている。
プロテクターカバー１２は、プロテクターボディー１１の上端部に嵌め込み式で着脱可能に装着される。

【0026】

プロテクターカバー１２の着脱可能な締結構造は、プロテクターカバー１２の両側の側面部には締結突起１３が片面当たり２個ずつ間隔をおいて形成され、この締結突起１３が挿入される締結孔１５を有するようにプロテクターボディー１１の両側の側面に側面突出片１４が一体に突出形成されており、側面突出片１４の内側にギャップをおいてプロテクターボディー１１の周縁に沿ってガイド突出部１８が突出形成され、プロテクターカバー１２をプロテクターボディー１１の上部から下部に押圧するとプロテクターカバー１２の締結突起１３がプロテクターボディー１１のガイド突出部１８と側面突出片１４との間に挿入されて側面突出片１４に形成された締結孔１５に挿入され締結される。

【0027】

この際、側面突出片１４は、下端部がプロテクターボディー１１に一体型で固定されており、上端部が側方に弾性変形されてもよい。
プロテクターボディー１１の内部には、仮組立用突起１６が、下部の貫通孔を隔てて側方向に互いに対向するように突出形成される。プロテクターボディー１１の内部で前後方向の同一直線上に間隔をおいて突出形成される仮組立用突起１６によりプロテクターボディー１１をバスバー２０の接続部２１に仮組立することができる。

【0028】

プロテクターボディー１１の前面下端には方向性規制突起１７が形成される。方向性規制突起１７は、プロテクターボディー１１の前面下端から前面に少し突出し、その突出部から上方向に突出形成され、バスバー２０に組み立てられる時、組立方向性を規制して誤組立を防止することができる。

【0029】

また、プロテクターボディー１１とプロテクターカバー１２との組立方向性を規制するために、プロテクターカバー１２には矢印形状の表示部１２ａが形成される。矢印の方向がプロテクターボディー１１の方向性規制突起１７を指すように、プロテクターカバー１２をプロテクターボディー１１に組み立てて結合する。

【0030】

そして、プロテクターカバー１２とプロテクターボディー１１との誤組立を防止するために、例えばプロテクターカバー１２の矢印方向とプロテクターボディー１１の方向性規制突起１７とが互いに反対方向に組み立てられた場合、プロテクターカバー１２の内側面に形成された誤組立防止突起１２ｂによりプロテクターカバー１２とプロテクターボディー１１との組立が不可能になる。

【0031】

更に詳細には、プロテクターカバー１２の周縁部の内側面、例えば矢印の指示方向の反対面、すなわちプロテクターカバー１２の後方周縁部の内側面、より正確には後方周縁部においても左右方向のうちの片側だけ、に誤組立防止突起１２ｂを形成する。プロテクターボディー１１の両側周縁部に形成されたガイド突出部１８のうち、片方の側面に位置したガイド突出部１８の一端部を長く延長させることによって、誤組立時に誤組立防止突起１２ｂが他のガイド突出部１８よりも長く延びたガイド突出部１８と干渉することにより、誤組立を防止する。

【0032】

具体的には、プロテクターカバー１２とプロテクターボディー１１とは、それぞれ横方向と縦方向の長さが相異なり、プロテクターカバー１２の横方向の側面とプロテクターボディー１１の縦方向の側面とが互いに重なって誤組立される可能性はない。プロテクターカバー１２の矢印方向がプロテクターボディー１１の方向性規制突起１７と１８０°交互にずれて誤組立となることを防止するために、プロテクターカバー１２の矢印方向とプロテクターボディー１１の方向性規制突起１７の方向が互いに一致するように正しく組み立てれば、プロテクターカバー１２の誤組立防止突起１２ｂとプロテクターボディー１１のガイド突出部１８とが干渉することはないが、その反対方向に誤って組み立てると、プロテクターカバー１２の誤組立防止突起１２ｂがプロテクターボディー１１のガイド突出部１８と干渉して組立を不可能にして誤組立を防止する。

【0033】

プロテクターカバー１２とプロテクターボディー１１との誤組立防止構造がなくても、プロテクターカバー１２の矢印方向とプロテクターボディー１１の方向性規制突起１７の方向とを一致させることにより、プロテクターカバー１２とプロテクターボディー１１の誤組立を防止できるが、誤組立防止構造は、作業者の錯誤によってプロテクターカバー１２の矢印方向が１８０°変えられて組み立てられてしまうことを予防することができる。

【0034】

プロテクターボディー１１の底面には密着突起１９が形成され、部品組立時の公差による振動異音を防止することができる。
例えば、密着突起１９はプロテクターボディー１１の前端部に位置した方向性規制突起１７の下端底面に２つ、そしてプロテクターボディー１１の後端底面に２つずつ互いに間隔をおいて形成される。

【0035】

上記のように構成された燃料電池スタック３０の露出充電部絶縁装置の組立方法を説明すると次の通りである。
先ず、エンドプレート３１の集電端子３２に締結されるバスバー２０の接続部２１に４つのプロテクターボディー１１をその方向に注意して嵌め込み式で結合する。

【0036】

ここで、前記方向に注意して結合するということは、プロテクターボディー１１の方向性規制突起１７がバスバー２０の両端部に向かうようにして２つのプロテクターボディー１１の方向性規制突起１７が互いに反対方向に向かうように結合することを意味する。
この場合、プロテクターボディー１１の仮組立用突起１６により４つのプロテクターボディー１１をバスバー２０の接続部２１に組み立てる方式でバスバー２０の端部が方向性規制突起１７に接する。

【0037】

次に、プロテクターボディー１１が組み立てられたバスバー２０を、エンドプレート３１の集電端子３２にボルト３３により締結する。
この際、プロテクターボディー１１が、下部の貫通孔を通してエンドプレート３１の集電端子３２を収容してエンドプレート３１に接し、エンドプレート３１の集電端子３２に形成された締結孔１５とバスバー２０の接続部２１に形成されたボルト孔とを一致させた後、ボルト３３によりバスバー２０をエンドプレート３１に締結する。

【0038】

次に、ボルト３３により締結されたバスバー２０の接続部２１とプロテクターボディー１１の上端部とを覆うようにプロテクターカバー１２をプロテクターボディー１１に結合する。
この際、プロテクターカバー１２の締結突起１３がプロテクターボディー１１の側面突出片１４の締結孔１５に挿入され、プロテクターカバー１２がプロテクターボディー１１に締結された状態を維持する。

【0039】

ここで、プロテクター１０はプラスチックのような絶縁性材質からなり、短絡防止用絶縁機能を提供することができる。
したがって、本発明によれば、燃料電池スタックモジュールの露出充電部を、ボックス形態のプロテクターボディー１１とプロテクターカバー１２とを用いて囲むことにより、露出充電部を絶縁させ、露出充電部が車体の衝突及び変形などにより金属製のスタックエンクロージャと直接接触して電気的短絡を引き起こすことを防止するだけでなく、単一形状で複数の出力端子に適用できるため、製造原価を低減させることができる。

【0040】

また、プロテクターボディー１１の前方端部に形成された方向性規制突起１７及びプロテクターカバー１２にマーキングされた矢印を用いて、バスバー２０とプロテクター１０を組み立てる時に方向性を規制することにより、誤組立を防止することができる。

【0041】

更に、プロテクターボディー１１の内部に形成された仮組立用突起１６を用いて、バスバー２０とプロテクターボディー１１とを組み立てる時に、嵌め込み式で仮組立することにより組立性を向上させることができる。
更に、プロテクターボディー１１の底面に形成された密着突起を適用することにより、部品組立時の公差による振動異音を防止することができる。

【符号の説明】

【0042】

１０ プロテクター
１１ プロテクターボディー
１２ プロテクターカバー
１２ａ 表示部
１２ｂ 誤組立防止突起
１３ 締結突起
１４ 側面突出片
１５ 締結孔
１６ 仮組立用突起
１７ 方向性規制突起
１８ ガイド突出部
１９ 密着突起
２０ バスバー
２１ 接続部
３０ 燃料電池スタック
３１ エンドプレート
３２ 集電端子
３３ ボルト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】