CN104137317A - 燃料电池单元和燃料电池车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种配置在燃料电池车辆的地板下空间中的燃料电池单元(1)。该燃料电池单元(1)包括：燃料电池(10)，该燃料电池具有多个堆叠在一起的单元电池(11)；和单元电池监视器(20)，该单元电池监视器配置在燃料电池(10)的侧方区域中，并且监视每个单元电池(11)的状态。

Description

燃料电池单元和燃料电池车辆
技术领域
本发明涉及燃料电池单元和燃料电池车辆。
背景技术
包括燃料电池和周边设备(例如单元电池监视器和控制电路等)的燃料电池单元设置用于装设在诸如车辆的各种结构中。当将燃料电池单元装设在结构中时，通过将燃料电池单元收纳在预定的壳体中，燃料电池和周边设备通常与外部的水分和电磁波隔离，并且通常实现电绝缘。
目前，已提出在用于将周边设备与燃料电池电连接的电缆与收纳燃料电池单元的壳体之间配置保护板的技术(参看例如日本专利申请公报No.2009-163909(JP 2009-163909 A))。当采用这种技术时，防止了电缆与壳体接触，从而能抑制损伤电缆。
在诸如JP 2009-163909 A中记载的燃料电池单元100(参看图4)中，单元电池监视器110配置在燃料电池120的上方。如果单元电池监视器110以此方式配置在燃料电池120的上方，则燃料电池单元100的高度尺寸最终增大。因此，例如当将燃料电池单元100配置在高度尺寸有限的空间中例如车辆的地板下方的空间(下文称为“地板下空间”)中时，必须减小燃料电池120本身的高度。为了以此方式减小燃料电池120本身的高度，必须缩小组成燃料电池120的单元电池121的发电区域，并且结果燃料电池120的发电性能最终可能下降。
发明内容
本发明提供了一种能够在燃料电池单元配置在燃料电池车辆的地板下空间中时通过确保发电区域来维持发电性能的燃料电池单元。
本发明的第一方面涉及一种配置在燃料电池车辆的地板下空间中的燃料电池单元。所述燃料电池单元包括：燃料电池，所述燃料电池具有多个堆叠在一起的单元电池；和单元电池监视器，所述单元电池监视器配置在所述燃料电池组的侧方区域中，并且监视每个所述单元电池的状态。
对于这种结构，单元电池监视器配置在燃料电池的侧方区域(即，位于与在燃料电池组的高度方向上的最上部接触的虚拟平面和与在燃料电池组的高度方向上的最下部接触的虚拟平面之间的区域)中。结果，当将燃料电池配置在燃料电池车辆的地板下空间中时，地板下空间在高度方向上的尺寸能够由燃料电池组以最大可能的程度占用。因此，即使燃料电池车辆的地板下空间的高度尺寸有限，也能够确保组成燃料电池的单元电池的发电区域，因此能够维持燃料电池的发电性能。当采用呈具有四个侧表面的大致长方体形状的燃料电池时，单元电池监视器可配置在燃料电池组的侧表面中的至少一个侧表面上。
所述单元电池的堆叠方向可为大致水平方向。这种情况下，所述单元电池监视器可配置在堆叠所述单元电池的所述燃料电池的四个侧表面之中平行于所述单元电池的堆叠方向延伸的表面上，并且各燃料电池单元电池的连接器可配置在所述燃料电池组的四个侧表面之中除两个端板侧的表面之外的表面上。
对于这种结构，能够缩短将单元电池监视器的连接器与单元电池的连接器连接的电缆的长度。
此外，所述单元电池监视器可具有大致平行于所述单元电池的堆叠方向延伸的至少一个表面。此外，所述单元电池监视器的连接器可配置在所述单元电池监视器的表面之中最靠近所述单元电池的连接器定位的表面上。
所述单元电池监视器的连接器可沿与所述单元电池的连接器排齐的方向相同的方向排齐。
根据该结构，将单元电池监视器的连接器与单元电池的连接器连接的电缆不必过度弯曲。
此外，当所述单元电池监视器具有至少一个大致平行于所述单元电池的堆叠方向延伸的表面时，所述单元电池监视器的连接器可配置在所述单元电池监视器的表面之中位于竖直方向下侧的表面上。此时，所述单元电池的连接器可配置在所述燃料电池组的堆叠表面的竖直方向下侧区域内。
根据该结构，单元电池监视器的连接器配置在位于竖直下侧的表面上，因此即使露水从单元电池监视器的上方向下滴落，单元电池监视器的连接器也不易与露水相接触。因此，不需要设置防滴落保护装置等或使用防水连接器，因此能抑制部件数目的增大，这使单元能够更廉价。此外，还能抑制单元的尺寸由于部件数目的增大而增大。
此外，所述燃料电池可具有用于排出发电用反应气体的通孔。这种情况下，所述单元电池的连接器中的至少一个连接器可配置在所述通孔附近。
根据该结构，能监视电压趋于下降的部位。因此，能够快速地检测单元电池的电压下降。
此外，本发明的第二方面涉及一种设置有上述燃料电池单元的燃料电池车辆。所述燃料电池单元配置在地板下空间中。
本发明因而能够在将燃料电池单元配置在燃料电池车辆的地板下空间中时通过确保发电区域来维持发电性能。
附图说明
下面将参照附图说明本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：
图1是设置有根据本发明的一个示例性实施例的燃料电池单元的燃料电池车辆的侧视图；
图2是根据本发明的示例性实施例的燃料电池单元的分解透视图；
图3是根据本发明的示例性实施例的燃料电池单元的靠近连接器的部分的放大图；
图4是根据现有技术的燃料电池单元的分解透视图；以及
图5是根据现有技术的燃料电池单元的靠近连接器的部分的放大图。
具体实施方式
下文将参考附图描述本发明的示例性实施例。在示例性实施例中，描述了这样一个示例，其中本发明应用于如图1所示配置在燃料电池车辆C的地板F下方的空间SF(在下文中，该空间将被称为“地板下空间SF”)中的燃料电池单元1。
如图2所示，根据该示例性实施例的燃料电池单元1包括具有多个堆叠在一起的单元电池(单电池)11的燃料电池10、用于监视各燃料电池单元电池11的状态的单元电池监视器20以及收纳燃料电池10和单元电池监视器20的燃料电池壳体30。
燃料电池10具有由多个板状单元电池11形成的堆叠体，各板状单元电池在从上方看时呈大致矩形并由膜电极组件和隔板以及两个未示出的端板形成，所述端板各配置在堆叠体的沿单元电池堆叠方向的一端上。具有四个侧表面的大致长方体形的燃料电池组12通过将端板配置成使得端板各位于堆叠体的一侧(使得堆叠体处于两个端板之间)、沿单元电池堆叠方向施加压缩力并在堆叠体的外侧将沿单电池堆叠方向延伸的未示出的张紧板固定在两个端板上而形成。燃料电池10在收纳于壳体30中的状态在地板下空间SF中配置成使得单元电池11的堆叠方向为大致水平方向(即，燃料电池车辆C的车辆宽度方向)。在该示例性实施例中，采用一排燃料电池组12，但也可将两排或更多燃料电池组12并列配置。
各单元电池11具有用于连接电缆的连接器11a，如图3所示。各燃料电池单元电池11的连接器11a经由电缆40与单元电池监视器20的连接器21电连接。各燃料电池单元电池11的连接器11a配置在燃料电池组12的竖直方向下表面(即，燃料电池组12在竖直方向上的下表面)的单元电池监视器20侧的端部上，如图2和3所示。此外，燃料电池10具有用于排出发电用反应气体(燃料气体和氧化气体)的通孔14。配置在沿单元电池堆叠方向的端部上的单元电池11的连接器11a配置在该通孔14附近。
单元电池监视器20是用于监视各燃料电池单元电池11的状态(例如，电压、电流、温度等)的电子设备。如图2和3所示，单元电池监视器20配置在燃料电池10的侧方区域中。这里，燃料电池10的侧方区域是指位于与在燃料电池10的高度方向上的最上部接触的虚拟平面和与在燃料电池10的高度方向上的最下部接触的虚拟平面之间的区域。将单元电池监视器20配置在侧方区域中而不是燃料电池10的上方使得地板下空间SF在高度方向上的尺寸能够由燃料电池10以最大可能的程度占用。因此，能够确保单元电池11的发电区域，因此能够维持燃料电池10的发电性能。
在该示例性实施例中，单元电池监视器20配置在燃料电池组12的侧表面13(燃料电池10的侧方区域的一个示例)上。这里，侧表面13是除燃料电池组的两个端板侧的表面以及燃料电池组在竖直方向上的上、下表面之外的表面。在该示例性实施例中，单元电池11沿燃料电池车辆C的车辆宽度方向堆叠，因此燃料电池组12的侧表面13形成在燃料电池车辆C的车辆前方侧和车辆后方侧。单元电池监视器20可配置在这两个侧表面13中的任一个上。单元电池监视器20可与燃料电池组12的侧表面13紧密接触，或者可配置成与侧表面13略微间隔开。
单元电池监视器20具有如图2和3所示大致平行于单元电池11的堆叠方向(即，大致水平方向)延伸的两个侧表面(下表面21和上表面22)。此外，如图3所示，连接器21a配置在处于最靠近单元电池11的连接器11a的位置的竖直方向下侧表面(即，下表面21)上。单元电池监视器20的连接器21a以此方式面向下方配置在单元电池监视器20的下表面21上，因此即使露水从单元电池监视器20的上方滴落，连接器21a也不易与露水相接触。
燃料电池壳体30由配置在上方的上壳体31和安装在上壳体31的下方开口部上的下部盖32形成为大致长方体形状，如图2所示。该燃料电池壳体30具有良好的电池屏蔽性、气密性和液密性。燃料电池壳体30在配置在地板下空间SF中的状态下由未示出的固定部件固定。
在根据上述示例性实施例的燃料电池单元1中，单元电池监视器20配置在燃料电池10的侧方区域(即，燃料电池组12的侧表面13)中，因此当将燃料电池10配置在燃料电池车辆C的地板下空间SF中时，地板下空间SF在高度方向上的尺寸能够由燃料电池10以最大可能的程度占用。因此，即使燃料电池10配置在具有有限的高度尺寸的地板下空间SF中，也能够确保组成燃料电池10的单元电池11的发电区域，因此能够维持燃料电池10的发电性能。
传统上，单元电池监视器110的连接器111相排齐的方向可与组成燃料电池120的单元电池121的连接器122相排齐的方向正交，如图4所示。这种情况下，将连接器连接在一起的电缆300必须延长和弯曲，并且组装作业难以进行。
此外，传统上，单元电池监视器110配置在燃料电池120的上方，因此单元电池监视器110的连接器111在侧方露出，如图5所示。因此，比如图4所示的燃料电池收纳用壳体200(壳体210和上部盖220)的内部产生的露水最终可能向下滴落并与单元电池监视器110的连接器111接触。因此，需要采用防滴落保护装置或防水连接器，因此部件的数目将增大，这增大了单元的尺寸并且提高了成本等。
相比之下，在根据上述示例性实施例的燃料电池单元1中，单元电池监视器20配置在燃料电池组12的侧表面13上，并且单元电池11的连接器11a配置在燃料电池组12的竖直方向下表面上。结果，能使将单元电池监视器20的连接器21a与单元电池11的连接器11a连接的电缆40的长度更短。此外，在燃料电池单元1中，单元电池监视器20的连接器21a大致平行于单元电池11的堆叠方向延伸，并配置在处于最靠近单元电池11的连接器11a的下表面21上。单元电池监视器21的连接器21a与单元电池11的连接器11a在相同的方向上排齐。因此，将单元电池监视器20的连接器21a与单元电池11的连接器11a电连接的电缆40无需过度弯曲。
此外，在根据上述示例性实施例的燃料电池单元1中，单元电池监视器20的连接器21a配置在竖直方向下侧表面(即，下表面21)上，因此即使在露水要从单元电池监视器20的上方向下滴落的状况下，单元电池监视器20的连接器21a也不易于露水相接触。因此，不需要设置防滴落的保护装置等，或使用防水连接器，因此能抑制部件数目的增大，这使单元能够更廉价。此外，还能抑制单元的尺寸由于部件数目的增大而增大。
此外，在根据上述示例性实施例的燃料电池单元1中，单元电池11的连接器11a配置在用于排出发电用反应气体的通孔14附近，因此能监视电压趋于下降的部位。因此，能够快速地检测单元电池11的电压下降。
此外，在上述示例性实施例中，描述了这样一个示例，其中呈大致长方体形状的燃料电池组12(即，燃料电池10)由堆叠在一起的多个板状单元电池11形成，所述板状单元电池在从上方看时呈大致矩形。然而，单元电池11的形状和燃料电池组12(即，燃料电池10)的形状不限于此。此外，在上述示例性实施例中，单元电池11在燃料电池车辆C的车辆宽度方向上堆叠在一起。然而，替换地，单元电池11也可在燃料电池车辆C的车辆前后方向上堆叠在一起。在上述示例性实施例中，单元电池11的连接器11a设置在燃料电池组12的竖直方向下表面上，但它们也可设置在侧表面13上。这种情况下，能够以更大的程度避免电缆40的弯曲，从而也能使单元电池11的连接器11a与单元电池监视器20的连接器21a之间的距离更短。此外，能够避免电缆40配置在燃料电池组12下方的区域内的情况，从而能够有效地使用燃料电池组12上方和下方的空间。这种情况下，单元电池监视器20的连接器21a设置在下侧表面上，从而如果连接器11a设置在侧表面13的下端部上，则电缆40的长度能够更短。然而，为了防止露水与连接器11a相接触，优选如图3所示将连接器11a设置在燃料电池组12的竖直方向下侧。
本发明不限于上述示例性实施例。亦即，本领域的技术人员对示例性实施例作出的适当设计变更也被包括在本发明的范围内，只要提供了本发明的特征。亦即，上述示例性实施例的元件及其配置、材料、条件、形状和尺寸等不限于示出的那些，而是可适当修改。此外，上述示例性实施例的元件在技术上可行的情况下可进行组合，并且这些组合也被包括在本发明的范围内，只要它们包括本发明的特征。

Claims (13)

1.一种配置在燃料电池车辆的地板下空间中的燃料电池单元，包括：
燃料电池，所述燃料电池具有多个堆叠在一起的单元电池；和
单元电池监视器，所述单元电池监视器配置在所述燃料电池的侧方区域中，并且监视每个所述单元电池的状态。
2.根据权利要求1所述的燃料电池单元，其中，所述燃料电池呈具有四个侧表面的大致长方体形状；并且所述单元电池监视器配置在所述燃料电池的所述侧表面中的至少一个侧表面上。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池单元，其中，所述单元电池沿大致水平方向堆叠；所述单元电池监视器配置在所述燃料电池的四个侧表面之中平行于所述单元电池的堆叠方向延伸的表面上；并且各单元电池的连接器配置在所述燃料电池的四个侧表面之中除两个端板侧的表面之外的表面上。
4.根据权利要求3所述的燃料电池单元，其中，所述单元电池的连接器配置在所述燃料电池的竖直方向下侧区域内。
5.根据权利要求4所述的燃料电池单元，其中，所述单元电池的连接器配置在所述燃料电池的表面之中的下表面上。
6.根据权利要求5所述的燃料电池单元，其中，所述单元电池的连接器配置在所述燃料电池的所述下表面的位于单元电池监视器侧的端部上。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的燃料电池单元，其中，所述燃料电池具有用于排出发电用反应气体的通孔；并且所述单元电池的连接器中的至少一个连接器配置在所述通孔附近。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的燃料电池单元，其中，所述单元电池监视器具有大致平行于所述单元电池的堆叠方向延伸的至少一个表面，并且所述单元电池监视器的连接器配置在定位成最靠近所述单元电池的连接器的所述表面上。
9.根据权利要求3至7中任一项所述的燃料电池单元，其中，所述单元电池监视器具有大致平行于所述单元电池的堆叠方向延伸的至少一个表面，并且所述单元电池监视器的连接器配置在所述单元电池监视器的所述表面之中位于竖直方向下侧的所述表面上。
10.根据权利要求8或9所述的燃料电池单元，其中，所述单元电池监视器的连接器沿与所述单元电池的连接器排齐的方向相同的方向排齐。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的燃料电池单元，还包括将所述单元电池的连接器连接到所述单元电池监视器的连接器的电缆。
12.一种燃料电池车辆，包括根据权利要求1至11中任一项所述的燃料电池单元。
13.根据权利要求12所述的燃料电池车辆，其中，所述单元电池沿车辆宽度方向堆叠。
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