(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025011361
(43)【公開日】2025-01-24
(54)【発明の名称】セルコネクタ
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04 20160101AFI20250117BHJP
H01M 8/0247 20160101ALI20250117BHJP
H01R 13/639 20060101ALI20250117BHJP
【FI】
H01M8/04 Z
H01M8/0247
H01R13/639 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023113412
(22)【出願日】2023-07-11
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000231073
【氏名又は名称】日本航空電子工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104499
【弁理士】
【氏名又は名称】岸本 達人
(74)【代理人】
【識別番号】100101203
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100129838
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 典輝
(72)【発明者】
【氏名】小田 暢
(72)【発明者】
【氏名】浦野 哲
【テーマコード(参考)】
5E021
5H126
5H127
【Fターム(参考)】
5E021FA05
5E021FB20
5E021FB21
5E021FB30
5E021FC05
5E021FC31
5E021HA07
5E021HC08
5H126AA12
5H126BB06
5H126EE11
5H127AB04
5H127BA02
5H127BB02
5H127EE27
(57)【要約】
【課題】隣接するセパレータ同士の接触を防止することができるセルコネクタを提供する。
【解決手段】複数の燃料電池セルが積層された積層体に挿入されるセルコネクタ100であって、前記燃料電池セルは、セパレータ20を備え、前記セパレータ20は、前記セルコネクタ100と嵌合するセパレータ側嵌合部21を備え、前記セルコネクタ100は、前記セパレータ20と嵌合するコネクタ側嵌合部3と、隣接する前記セパレータ20の間に位置し、且つ、前記セパレータ側嵌合部21と対向する第1の隔壁部1と、を備えることを特徴とするセルコネクタ。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の燃料電池セルが積層された積層体に挿入されるセルコネクタ100であって、
前記燃料電池セルは、セパレータ20を備え、
前記セパレータ20は、前記セルコネクタ100と嵌合するセパレータ側嵌合部21を備え、
前記セルコネクタ100は、前記セパレータ20と嵌合するコネクタ側嵌合部3と、隣接する前記セパレータ20の間に位置し、且つ、前記セパレータ側嵌合部21と対向する第1の隔壁部1と、を備えることを特徴とするセルコネクタ。
【請求項2】
前記セルコネクタ100は、前記積層体への挿入方向の先端に位置基準部5を備え、
前記セルコネクタ100は、前記位置基準部5の前記セパレータ20への挿入方向の両側であって、隣接する前記セパレータ20の間に第2の隔壁部6を備える、請求項1に記載のセルコネクタ。
【請求項3】
前記セパレータ側嵌合部21は切欠きであり、
前記第2の隔壁部6の高さCは、前記切欠きの高さBよりも高く、
前記切欠きの高さBは、前記コネクタ側嵌合部3の高さAよりも高い、請求項2に記載のセルコネクタ。
【請求項4】
前記セルコネクタ100は、前記コネクタ側嵌合部3が独立して可動する可動部2を備える、請求項1に記載のセルコネクタ。
【請求項5】
前記可動部2は、弾性変形するバネ部である、請求項4に記載のセルコネクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、セルコネクタに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1~2において開示されるような燃料電池に関して様々な技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2021-077616号公報
【特許文献2】特開2019-096566号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来技術では、セルコネクタと燃料電池のセパレータとを嵌合してセルコネクタを固定しようとする場合、セパレータの嵌合部が変形することで隣接するセパレータ同士が接触する可能性がある。
【0005】
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、隣接するセパレータ同士の接触を防止することができるセルコネクタを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示においては、複数の燃料電池セルが積層された積層体に挿入されるセルコネクタ100であって、
前記燃料電池セルは、セパレータ20を備え、
前記セパレータ20は、前記セルコネクタ100と嵌合するセパレータ側嵌合部21を備え、
前記セルコネクタ100は、前記セパレータ20と嵌合するコネクタ側嵌合部3と、隣接する前記セパレータ20の間に位置し、且つ、前記セパレータ側嵌合部21と対向する第1の隔壁部1と、を備えることを特徴とするセルコネクタを提供する。
【0007】
本開示のセルコネクタにおいて、前記セルコネクタ100は、前記積層体への挿入方向の先端に位置基準部5を備え、
前記セルコネクタ100は、前記位置基準部5の前記セパレータ20への挿入方向の両側であって、隣接する前記セパレータ20の間に第2の隔壁部6を備えていてもよい。
【0008】
本開示のセルコネクタにおいて、前記セパレータ側嵌合部21は切欠きであり、
前記第2の隔壁部6の高さCは、前記切欠きの高さBよりも高く、
前記切欠きの高さBは、前記コネクタ側嵌合部3の高さAよりも高くてもよい。
【0009】
本開示のセルコネクタにおいて、前記セルコネクタ100は、前記コネクタ側嵌合部3が独立して可動する可動部2を備えていてもよい。
【0010】
本開示のセルコネクタにおいて、前記可動部2は、弾性変形するバネ部であってもよい。
【発明の効果】
【0011】
本開示のセルコネクタは、隣接するセパレータ同士の接触を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【
図1】
図1は、(A)がセルコネクタとセパレータの一部の一例を示す断面模式図であり、(B)がセルコネクタと積層体の一例を示す斜視模式図である。
【
図2】
図2は、(A)がセルコネクタとセパレータの一部の別の一例を示す断面模式図であり、(B)が(A)に示すセルコネクタの断面模式図である。
【
図3】
図3は、セルコネクタとセパレータの一部の別の一例を示す断面模式図である。
【
図4】
図4は、(A)がセルコネクタを前上方から視たときの一例を示す斜視模式図であり、(B)がセルコネクタを後上方から視たときの一例を示す斜視模式図であり、(C)がセルコネクタの側面を上方から視たときの一例を示す断面斜視模式図であり、(D)がセルコネクタの側面を下方から視たときの一例を示す斜視模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本開示による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本開示の実施に必要な事柄(例えば、本開示を特徴付けないセルコネクタの一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本開示は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
また、図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。
【0014】
従来の乗用車においては、フェールセーフのためにセルモニターコネクタ(コネクタ、セルコネクタと称する場合がある)を介し、燃料電池セルの電圧監視を実施している。従来の乗用車においては、セルモニターコネクタはセルに嵌合する機構がない。本開示はセルへの保持を可能にするためのセルモニターコネクタの構造を提案する。
【0015】
第1実施形態
本開示の第1実施形態においては、複数の燃料電池セルが積層された積層体に挿入されるセルコネクタ100であって、
前記燃料電池セルは、セパレータ20を備え、
前記セパレータ20は、前記セルコネクタ100と嵌合するセパレータ側嵌合部21を備え、
前記セルコネクタ100は、前記セパレータ20と嵌合するコネクタ側嵌合部3と、隣接する前記セパレータ20の間に位置し、且つ、前記セパレータ側嵌合部21と対向する第1の隔壁部1と、を備えることを特徴とするセルコネクタを提供する。
【0016】
図1は、(A)がセルコネクタとセパレータの一部の一例を示す断面模式図であり、(B)がセルコネクタと積層体の一例を示す斜視模式図である。
図1に示すように、セパレータ20は、セルコネクタ100を保持するためのセパレータ側嵌合部21を有し、セパレータ20のセルコネクタ100への入力により、セパレータ20のセパレータ側嵌合部21が変形する。セパレータ側嵌合部21がセルコネクタ100の隔壁(第1の隔壁部1)に挟まれることにより、セパレータ20と隣接セパレータ30との接触による短絡を防止する。
第1の隔壁部1は、セルコネクタ100のセパレータ20への挿入方向の両側であって、セパレータ側嵌合部21と対向する領域に少なくとも備えられていればよい。
【0017】
セルコネクタ100は、セパレータ20のセパレータ側嵌合部21へのロック構造であるコネクタ側嵌合部3が独立して可動することが出来る可動部2を備えていてもよい。可動部2は、セパレータ20との嵌合時又は離脱時に弾性変形し、セパレータ20の保持や解除が可能な弾性変形するバネ部であってもよい。
コネクタ側嵌合部3は、嵌合後にセパレータ保持部を収納するスペースである収納部14、セパレータ20との嵌合時に負荷を軽減させるための構造である斜面15を含んでいてもよい。
【0018】
冷却面割のセル構造では、セパレータ間に電位差があり、隣接セパレータとの接触による短絡の発生を防止する必要がある。
セルコネクタと嵌合(ロック)させる場合、セパレータ一枚でセルコネクタを受けるか、セルとして受けるかの2択の方法があるが、セルとして受ける場合、短絡防止のため、樹脂シート(3層シート)で受けるため、嵌合強度が小さく、変形量も大きい。そのため、セパレータ一枚でセルコネクタを受ける必要がある。セルコネクタを受けるセパレータのセパレータ側嵌合部21が嵌合時セパレータ変形箇所24のように変形した時、隣接セパレータと接触しないため、
図1に示す隔壁(第1の隔壁部1)の構造が有効となる。
第1実施形態によれば、セルコネクタがセパレータ側嵌合部21と対向する第1の隔壁部1を備えることで、セパレータ側嵌合部21が変形した場合の隣接セパレータ同士の接触を抑制できる。
【0019】
第2実施形態
本開示の第2実施形態においては、第1実施形態において、前記セルコネクタ100は、前記積層体への挿入方向の先端に位置基準部5を備え、
前記セルコネクタ100は、前記位置基準部5の前記セパレータ20への挿入方向の両側であって、隣接する前記セパレータ20の間に第2の隔壁部6を備えていてもよい。
【0020】
図2は、(A)がセルコネクタとセパレータの一部の別の一例を示す断面模式図であり、(B)が(A)に示すセルコネクタの断面模式図である。
セルコネクタ100保持のためのセパレータ20のセパレータ側嵌合部21には、セパレータ20の位置決め基準部22がある。
セルコネクタ100には、積層体への挿入方向の先端に、セパレータ20の位置決め基準部22に固定されるハウジング突き刺し部4を含む位置基準部5が備えられている。
セパレータ20の位置決め基準部22に対してセルコネクタ100の固定される部分(ハウジング突き刺し部4)がセパレータ20の挟みこみ部23により挟み込まれ、セルコネクタ100の回転を防止することができる。
【0021】
セルコネクタ100は、位置基準部5の積層体のセパレータ20への挿入方向の両側であって、隣接するセパレータ20の間に第2の隔壁部6を備えていてもよい。第2の隔壁部6は、位置基準部5の両側であって、セパレータ20の挟みこみ部23と対向する領域に備えられていてもよい。
第2実施形態によれば、セルコネクタ100が位置基準部5と、位置基準部5のセパレータ20への挿入方向の両側に第2の隔壁部6を備えることで、セルコネクタ100が回転する方向にずれることを抑制することができ、隣接するセパレータ同士の接触を抑制できる。
【0022】
第3実施形態
本開示の第3実施形態においては、第2実施形態において、前記セパレータ側嵌合部21は切欠きであり、
前記第2の隔壁部6の高さCは、前記切欠きの高さBよりも高く、
前記切欠きの高さBは、前記コネクタ側嵌合部3の高さAよりも高くてもよい。
【0023】
図3は、セルコネクタとセパレータの一部の別の一例を示す断面模式図である。
セルコネクタ100保持のためのセパレータ20のセパレータ側嵌合部21には、セパレータ20の位置決め基準部22がある。
セルコネクタ100のセパレータ20への挿入時に切欠き後のセパレータ20を2枚取りし、接触させないために、セパレータ20のセパレータ側嵌合部21からセルコネクタ100を脱線させない構造とするために、セパレータ20とセルコネクタ100のロックであるコネクタ側嵌合部3の高さAと、セパレータ20のセパレータ側嵌合部21(切欠き)高さBと、セルコネクタ100のハウジング突入部である第2の隔壁部6の高さCとは、以下の条件を満たしてもよい。
コネクタ側嵌合部3(ロック)の高さA<セパレータ20の切欠きの高さB<セルコネクタ100の第2の隔壁部6(ハウジング突入部)の高さC
すなわち、第2の隔壁部6の高さCは、セパレータ20のセパレータ側嵌合部21である切欠きの高さBよりも高くてもよい。また、セパレータ20の切欠きの高さBは、セルコネクタ100のコネクタ側嵌合部3の高さAよりも高くてもよい。
第3実施形態によれば、セルコネクタ100の第2の隔壁部6の高さをセパレータ20セパレータ側嵌合部21である切欠きの高さより高くすることで、セパレータ20へのセルコネクタ100の挿入時にセルコネクタ100の位置基準部5がセパレータ20の切欠き部分から脱線する(セパレータ20を2枚取りしてしまう)ことによる組付け不良を抑制することができる。
なお、第1の隔壁部1の高さは、第2の隔壁部6の高さと同じであってもよく、異なっていてもよく、第1の隔壁部1の高さは、第2の隔壁部6の高さよりも低くてもよい。
【0024】
図4は、(A)がセルコネクタを前上方から視たときの一例を示す斜視模式図であり、(B)がセルコネクタを後上方から視たときの一例を示す斜視模式図であり、(C)がセルコネクタの側面を上方から視たときの一例を示す断面斜視模式図であり、(D)がセルコネクタの側面を下方から視たときの一例を示す斜視模式図である。
セルコネクタ100は、ハウジング40を備える。ハウジング40は、弾性変形するバネ部(可動部2)を可動させた時の逃げスペースとなる空間7、弾性変形しない最外形の壁である側壁部8、弾性変形するバネ部の上方向への変形を防止するガード部9、弾性変形するバネ部を嵌合解除時に操作する部位である操作部10、弾性変形するバネ部の強度調整用の切欠きであるバネ部の強度調整部11、端子50を収納するスペースである端子収納部12、端子50を保持する部品であるリテーナ収納部13等を含んでいてもよい。
【0025】
本開示のセルコネクタは、複数の燃料電池セルが積層された積層体に挿入される。
セルコネクタは、燃料電池セルの電圧を検出するために用いられる。
【0026】
積層体は、複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックである。
燃料電池セルの積層数は特に限定されず、例えば、2~数百個であってもよい。
本開示においては、燃料電池セル及び燃料電池スタックのいずれも燃料電池と称する場合がある。
本開示においては、燃料電池に供給されるガスは反応ガスと称する。アノードに供給される反応ガスは、燃料ガス(アノードガス)であり、カソードに供給される反応ガスは酸化剤ガス(カソードガス)である。燃料ガスは、主に水素を含有するガスであり、水素であってもよい。酸化剤ガスは、酸素を含有するガスであり、酸素、空気(エア)等であってもよい。
【0027】
複数の燃料電池セルは、それぞれ、セルコネクタを装着可能であり膜電極接合体と前記膜電極接合体を挟持する一対のセパレータを少なくとも備える。膜電極接合体とセパレータとの間には、拡散層が配置されていてもよい。
【0028】
セパレータは、セルコネクタと嵌合するセパレータ側嵌合部を備える。
セパレータ側嵌合部は、切欠きであってもよい。セルコネクタ保持のためのセパレータの切欠きには、セパレータの位置決め基準部が設けられていてもよい。
セパレータは、セルコネクタのハウジング突き刺し部を挟みこむ、挟みこみ部を備えていてもよい。
一対のセパレータは、一方がアノードセパレータであり、もう一方がカソードセパレータである。アノードセパレータは、膜電極接合体側の面に筋状の複数の燃料ガス流路溝を備え、膜電極接合体と反対側の面に筋状の複数の冷却媒体流路溝を備えていてもよい。他方のカソードセパレータは、膜電極接合体側の面に筋状の複数の酸化剤ガス流路溝を備えていてもよい。
冷却媒体としては、例えば、水、エチレングリコール等の不凍水、空気などが用いられる。
【0029】
各燃料電池セルは、アノードセパレータとカソードセパレータの間における膜電極接合体の面方向の外側(外周)に配置される絶縁用の樹脂シートを備えていてもよい。樹脂シートは、熱可塑性樹脂を用いて板状かつ枠状をなすように型成形され、その中央領域に膜電極接合体を保持した状態で、アノードセパレータとカソードセパレータの間をシールする。樹脂シートとしては、例えば、PE、PP、PET、PEN等の樹脂を用いることができる。樹脂シートは、3層で構成される3層シートであってもよい。
【0030】
燃料電池セルの非発電領域には、燃料電池セルの一側端部側に、入口側燃料ガス用マニホルドと、冷却媒体出口マニホルドと、入口側酸化剤ガス用マニホルドと、が形成されていてもよい。これに対して、他側端部側には、出口側燃料ガス用マニホルドと、冷却媒体入口マニホルドと、出口側酸化剤ガス用マニホルドと、が形成されていてもよい。
【符号の説明】
【0031】
1.第1の隔壁部
2.可動部
3.コネクタ側嵌合部
4.ハウジング突き刺し部
5.位置基準部
6.第2の隔壁部
7.空間
8.側壁部
9.ガード部
10.操作部
11.強度調整部
12.端子収納部
13.リテーナ収納部
14.収納部
15.斜面
20.セパレータ
21.セパレータ側嵌合部(切欠き)
22.セパレータ側の位置決め基準部
23.セパレータ側の挟みこみ部
24.嵌合時セパレータ変形箇所
30.隣接セパレータ
40.ハウジング
50.端子
100.セルコネクタ