CN104160543B - 车辆搭载用电池堆系统 - Google Patents

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Abstract

一种车辆搭载用电池堆系统，其中，该车辆搭载用电池堆系统包括：电池堆，其利用集电板夹持有层叠起来的多个发电电池的两端；电布线，其连接于上述集电板；以及电气负载，其借助上述电布线连接于上述集电板，利用从上述电池堆供给的电力进行工作；上述电布线自除电池层叠方向以外的方向连接于上述集电板。

Description

车辆搭载用电池堆系统
技术领域
本发明涉及一种车辆搭载用电池堆系统。
背景技术
在JP2007－15615A中将层叠有发电电池(单位电池)的燃料电池堆(电池堆)配置在车底板下。而且，在JP2007－15615A中，电路壳体配置在与发电电池的层叠面平行的面上。
可是，本案的发明人正在开发一种将燃料电池堆配置于比驾驶室靠前方的马达室(习惯上也称作发动机室)的构造。马达室(发动机室)的自由空间较小。在这种有限的空间内，若要配置像JP2007－15615A那样的构造的燃料电池堆，则产生了发电电池的层叠片数变少这样的问题。
发明内容
本发明是着眼于这种以往的问题点而做成的。本发明的目的在于提供一种能够有效地灵活运用有限的空间来增加发电电池的层叠片数的车辆搭载用电池堆系统。
本发明的车辆搭载用电池堆系统的一个技术方案包括：电池堆，其利用集电板夹持有层叠起来的多个发电电池的两端；电布线，其连接于上述集电板；以及电气负载，其借助上述电布线连接于上述集电板，并利用从上述电池堆供给的电力进行工作。而且，上述电布线自除电池层叠方向以外的方向连接于上述集电板。
以下，与添附的附图一起详细说明本发明的实施方式、本发明的优点。
附图说明
图1A是说明燃料电池堆的外观立体图。
图1B是表示燃料电池堆的发电电池的构造的分解图。
图2是表示收容有燃料电池堆的堆壳体的外观的图。
图3是表示在堆壳体上重叠CVM壳体后的状态的图。
图4是表示CVM壳体的内部的立体图。
图5是表示在CVM壳体上进一步重叠PDM壳体后的状态的图。
图6是表示CVM壳体和PDM壳体的内部的剖视图。
图7A是说明车辆搭载用电池堆系统的车载状态的侧视图。
图7B是说明车辆搭载用电池堆系统的车载状态的俯视图。
具体实施方式
图1A和图1B是说明燃料电池堆的图，图1A是外观立体图，图1B是表示发电电池的构造的分解图。
如图1A所示，燃料电池堆100包括集电板20和层叠的多个发电电池10。燃料电池堆100为长方体。在该实施方式中，燃料电池堆100例示如后所述收容于堆壳体200的类型来进行说明。
发电电池10是燃料电池的单位电池。各发电电池10产生1伏特(V)左右的电动势电压。后面说明各发电电池10的详细结构。
集电板20为一对，分别配置于层叠的多个发电电池10的外侧。集电板20由不透气性的导电性构件、例如致密碳、金属材料等形成。
在一个集电板20(在图1A中，左手前的集电板20)上，沿着短边设有阳极供给口21a、阳极排出口21b、阴极供给口22a、阴极排出口22b、冷却水供给口23a以及冷却水排出口23b。在本实施方式中，阳极供给口21a、冷却水供给口23a以及阴极排出口22b设于图中右侧。而且，阴极供给口22a、冷却水排出口23b以及阳极排出口21b设于图中左侧。
作为向阳极供给口21a供给作为阳极气体的氢的方法，例如有从储氢装置直接供给氢气的方法或者对含有氢的燃料进行改性并供给改性后的含氢气体的方法等。另外，作为储氢装置，有高压气体容器、液化氢容器、氢吸留合金容器等。作为含氢的燃料，有天然气、甲醇、汽油等。另外，作为向阴极供给口22a供给的阴极气体，一般利用空气。
如图1B所示，发电电池10是在膜电极接合体(Membrane ElectrodeAssembly；MEA)11的两面上配置有阳极隔膜(阳极双极板)12a和阴极隔膜(阴极双极板)12b的构造。
MEA11在由离子交换膜构成的电解质膜111的两面上形成有电极催化剂层112。在该电极催化剂层112上形成有气体扩散层(Gas Diffusion Layer；GDL)113。
电极催化剂层112由例如承载有铂的炭黑粒子形成。
GDL113由具有充分的气体扩散性和导电性的构件、例如碳纤维形成。
从阳极供给口21a供给的阳极气体在该GDL113a中流动并与阳极电极催化剂层112(112a)发生反应，自阳极排出口21b排出。
从阴极供给口22a供给的阴极气体在该GDL113b中流动并与阴极电极催化剂层112(112b)发生反应，自阴极排出口22b排出。
阳极隔膜12a隔着GDL113a和密封件14a重叠于MEA11的单面(图1B的背面)。阴极隔膜12b隔着GDL113b和密封件14b重叠于MEA11的单面(图1B的表面)。密封件14(14a、14b)例如是硅橡胶、三元乙丙橡胶(ethylene propylenediene monomer；EPDM)、氟橡胶等橡胶状弹性材料。对于阳极隔膜12a和阴极隔膜12b，例如对不锈钢等金属制的隔膜基体进行冲压成型，在一个面形成有反应气体流路，在其相反面上以与反应气体流路交替排列的方式形成有冷却水流路。如图1B所示，阳极隔膜12a和阴极隔膜12b重叠，形成冷却水流路。
在MEA11、阳极隔膜12a以及阴极隔膜12b上分别形成有孔21a、21b、22a、22b、23a、23b，这些孔重叠，形成阳极供给口(阳极供给歧管)21a、阳极排出口(阳极排出歧管)21b、阴极供给口(阴极供给歧管)22a、阴极排出口(阴极排出歧管)22b、冷却水供给口(冷却水供给歧管)23a以及冷却水排出口(冷却水排出歧管)23b。
另外，虽然省略了图示，但是在集电板20上连接有用于将发电电池10发出的电力导出的电线束30。
图2是表示收容有燃料电池堆的堆壳体的外观的图。
堆壳体200为长方体。堆壳体200由前壁210、侧壁220、230、后壁240、上壁250以及底壁260共6个面形成。前壁210和后壁240与发电电池10的面(层叠面)平行。侧壁220、230与发电电池10的面(层叠面)成直角，并与发电电池10的短边平行。换言之，侧壁220、230与发电电池10的长边成直角。上壁250和底壁260与发电电池10的面(层叠面)成直角，并且与发电电池10的长边平行。换言之，上壁250和底壁260与发电电池10的短边成直角。
在上壁250上形成有孔201。在该孔201内贯穿有连接于集电板20、并用于将发电电池10发出的电力导出的电线束30。由于由燃料电池堆整体发出的电流较大，因此电线束30也是粗径，刚性较高。
另外，在上壁250上形成有方孔202。如后所述，在该方孔202内插入有电池电压监控器的端子。
图3是表示在堆壳体上重叠CVM壳体后的状态的图。
CVM壳体300重叠在堆壳体200上。CVM壳体300收容用于监控(监视)发电电池10的各个电压的电池电压监控器(Cell Voltage Monitor；CVM)。电池电压监控器的端子插入到形成于堆壳体200的上壁250的方孔202内，并连接于各个发电电池10。在CVM壳体300上设有供电线束30贯穿的空间310。如图4所示，该电线束贯穿空间310被分隔壁311包围而与电池电压监控器隔离。另外，在本实施方式中，电线束贯穿空间310为椭圆形状，但这只不过是一例，也可以是其他形状。
图5是表示在CVM壳体上进一步重叠PDM壳体后的状态的图。
PDM壳体400重叠在CVM壳体300上。PDM壳体400收容用于管理系统的发电电力的电力传输模块(Power Delivery Module；PDM)。另外，如图6所示，在PDM壳体400内收容有继电器电路500。在PDM壳体400的底壁上形成有孔。在该孔中贯穿有电线束30。而且，电线束30借助该继电器电路500连接于驱动马达、空气供给压缩机。在产生了应切断电流的情况时，该继电器电路500打开。PDM壳体400固定设于CVM壳体300。具体地说，例如PDM壳体400螺栓固定于CVM壳体300。PDM壳体400可以直接面接于CVM壳体300，但是也可以在中间夹有垫片。如果如此构成，则紧贴性增强，可防止水分等异物进入。
图7A和图7B是说明车辆搭载用电池堆系统的车载状态的图，图7A是侧视图，图7B是俯视图。
燃料电池堆100安装于位于比驾驶室靠前方的位置的空间(发动机室)内。另外，在燃料电池车辆上未搭载有内燃发动机，但是习惯上将发动机车辆的用于搭载内燃发动机的前方空间称作发动机室。燃料电池堆100的发电电池10沿车辆900的宽度方向排列。换言之，发电电池10的层叠面与车辆900的前后方向和上下方向平行，而且如上所述，用于将发电电池10发出的电力导出的电线束30与发电电池10的面(层叠面)成直角，并且贯穿于与发电电池10的长边平行的上壁250的孔201内。而且，电线束30贯穿于CVM壳体300的电线束贯穿空间310内，并与收容于PDM壳体400的继电器电路500相连接。由于成为了这样的结构，因此继电器电路500不与发电电池10排列在一起。因而，即使在燃料电池堆100配置于发动机室那样的有限的空间内的情况下，也能够确保发电电池10排列的片数较多。
根据本实施方式，在用于收容发电电池的堆壳体的外壁中的、与发电电池的层叠面成直角的外壁250上形成有孔201，在该孔201内贯穿有电线束30。该电线束30如上所述为粗径，刚性较高。在这样的高刚性的电线束30的延长方向上配置有继电器电路500。由于如此构成，因此继电器电路500不与发电电池10排列在一起。假设如果电线束的刚性较低，则能够与形成在堆壳体的外壁的孔的位置没有关系地配置继电器电路500，但是实际上电线束30为高刚性。因而，与形成在堆壳体的外壁的孔的位置没有关系地配置继电器电路500的做法是不现实的。在本实施方式中，通过如上所述构成，从而继电器电路500不与发电电池10排列在一起。其结果，即使在燃料电池堆100配置于发动机室那样的有限的空间内的情况下，也能够提高搭载性，能够确保发电电池10排列的片数较多。因此，能够提高燃料电池堆的输出。
另外，在堆壳体上重叠有CVM壳体300。而且，在CVM壳体300上重叠有PDM壳体400。而且，在CVM壳体300上设置有被分隔壁包围而与电池电压监控器隔离的电线束贯穿空间310，在该空间310内贯穿有电线束30。电池电压监控器对发电电池各自的电压进行监控。各个发电电池的电压小至1伏特左右。因而，若有噪声，则存在无法准确地检测出电压的可能性。与此相对，根据本实施方式，由于电线束30贯穿于被分隔壁包围而与电池电压监控器隔离的空间310内，因此防止对电池电压监控器带来不利影响。
另外，由于电线束30贯穿于CVM壳体300的空间310内，因此不需要用于保护电线束30的新的构造，能够简化构造。
而且，由于电力传输模块的重量较重，因此收容有电力传输模块的PDM壳体400也变重。与此相对，通过在CVM壳体300上设置分隔壁，从而CVM壳体300的强度也能够提高。
而且，PDM壳体400固定设于(例如螺栓固定于)CVM壳体300，但是如果在中间夹有垫片，则紧贴性增强，可防止水分等异物进入。
而且，继电器电路500收容于PDM壳体400内。因而，不需要用于收容继电器电路500的新的壳体。另外，PDM壳体400收容有电力传输模块，但是在该电力传输模块中流有较大的电流。这样的电力传输模块难以受到噪声的影响，即使存在继电器电路500，也能够准确地管理系统的发电电力。另外，由于PDM壳体400的尺寸较大，因此确保了用于收容继电器电路500的充分的空间。
另外，孔201形成于上壁250。假设即使孔201形成于下壁260、CVM壳体300和PDM壳体400重叠在堆壳体200下，也能够确保发电电池10排列的片数较多。但是，存在在燃料电池堆中产生的水分进入CVM壳体300的可能性。与此相对，在本实施方式中，由于孔201形成于上壁250，CVM壳体300和PDM壳体400重叠在堆壳体200上，因此即使在燃料电池堆中产生水分，也能够防止该水分进入CVM壳体300内。
发电电池10为了确保反应流路而期望长边尽可能长。另外，为了抑制电池内的流动的波动而期望短边尽可能短。与此相对，在本实施方式中，孔201形成在与发电电池10的短边成直角的壁、换言之与发电电池10的长边平行的壁上，贯穿有电线束30，CVM壳体300和PDM壳体400重叠在堆壳体200的长边上。因而，能够实现如上所述的、期望的结构。
以上，说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式只不过是示出了本发明的应用例的一部分，并不表示将本发明的保护范围限定为上述实施方式的具体结构。
例如，在上述中，例示燃料电池堆(电池堆)100收容于堆壳体200的类型进行了说明，但是并不限于此。燃料电池堆(电池堆)100也可以是不收容于堆壳体200的类型。
另外，电线束30如上所述连接于集电板20，但是即使与集电板20独立地构成电线束30，也可以在集电板20上形成延长部分并用其替代电线束30。即，也可以将电线束30一体构成于集电板20。如果如此设置，则结构简化并能够使厚度变薄，因此能够进一步增加发电电池的层叠片数。
本申请要求基于2012年3月13日向日本国特许厅提出申请的特愿2012－56138的优先权，该申请的全部内容通过参照被引入本说明书中。

Claims (9)

1.一种车辆搭载用电池堆系统，其中，该车辆搭载用电池堆系统包括：
电池堆，其利用集电板夹持有层叠起来的多个发电电池的两端；
电布线，其连接于上述集电板；
电气负载，其借助上述电布线连接于上述集电板，利用从上述电池堆供给的电力进行工作；以及
电池电压监控器壳体，其重叠于上述电池堆，并收容用于监控上述发电电池各自的电压的电池电压监控器，
上述电布线自除电池层叠方向以外的方向连接于上述集电板，
在上述电池电压监控器壳体上形成有被分隔壁包围而与电池电压监控器隔离的电布线贯穿空间。
2.根据权利要求1所述的车辆搭载用电池堆系统，其中，该车辆搭载用电池堆系统还包括：
电力传输模块壳体，其重叠于上述电池电压监控器壳体，并收容用于管理系统的发电电力的电力传输模块。
3.根据权利要求2所述的车辆搭载用电池堆系统，其中，
该车辆搭载用电池堆系统还包括垫片，该垫片被夹在上述电池电压监控器壳体与上述电力传输模块壳体之间，
上述电力传输模块壳体固定设于上述电池电压监控器壳体。
4.根据权利要求2所述的车辆搭载用电池堆系统，其中，
该车辆搭载用电池堆系统还包括电力切断继电器，该电力切断继电器收容于上述电力传输模块壳体，
上述电布线借助上述电力切断继电器连接于电气负载。
5.根据权利要求1所述的车辆搭载用电池堆系统，其中，
上述发电电池的层叠面与车辆的前后方向和上下方向平行。
6.根据权利要求1所述的车辆搭载用电池堆系统，其中，
上述电布线自上方连接于上述集电板。
7.根据权利要求1所述的车辆搭载用电池堆系统，其中，
上述电布线自与上述发电电池的长边成直角的方向进行连接。
8.根据权利要求1所述的车辆搭载用电池堆系统，其中，
上述电布线一体形成于上述集电板。
9.根据权利要求1所述的车辆搭载用电池堆系统，其中，
上述电池堆被收纳于作为比驾驶室靠前方的空间的发动机室内。
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