CN107452969B - 汇流条 - Google Patents

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Abstract

一种汇流条，抑制使用于燃料电池系统的汇流条的尺寸的变大。具备燃料电池、作为对从燃料电池输出的电压进行升压的DC‑DC转换器的FC升压转换器、及与FC升压转换器连接的逆变器的燃料电池系统所使用的汇流条具备：第一汇流条，连接于燃料电池的负极端子；第二汇流条，连接于FC升压转换器的负极端子；及第三汇流条，连接于逆变器的负极端子。第二汇流条与第一汇流条直接连结，第三汇流条与第一汇流条直接连结。第二汇流条的截面积小于第一汇流条的截面积。

Description

汇流条
技术领域
本发明涉及汇流条，使用于燃料电池系统。
背景技术
在专利文献1中，作为搭载于车辆的燃料电池系统，公开了具备燃料电池、对从燃料电池输出的电压进行升压的FC升压转换器(以下，也简称为“升压转换器”)、被供给从升压转换器输出的升压电压的逆变器的燃料电池系统。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开2015-220961号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述燃料电池系统中，燃料电池的负极端子与升压转换器的负极端子之间的电连接使用汇流条进行。而且，升压转换器的负极端子与逆变器的负极端子之间的电连接也使用汇流条进行。汇流条的容许电流与其截面积成比例。例如，在汇流条的厚度恒定的情况下，汇流条的容许电流越大，则汇流条的宽度越大。以往，作为将燃料电池的负极端子与升压转换器的负极端子之间连接的汇流条，通常利用容许在升压转换器的负极端子中流动的电流与在逆变器的负极端子中流动的电流相加的电流的电流容量的汇流条。因此，燃料电池的负极端子与升压转换器的负极端子之间的汇流条存在截面积变大而尺寸变大的问题。而且，在汇流条的尺寸变大的情况下，燃料电池、升压转换器包含的各种部件、构件与汇流条发生干涉的可能性增大，因此为了防止这种情况，不得不增大部件、构件的配置间隔，存在燃料电池系统的配置所需的空间变大的问题。
用于解决课题的手段
本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出，可以作为以下的方式实现。
(1)根据本发明的一方式，提供一种使用于燃料电池系统的汇流条。所述燃料电池系统具备：燃料电池；FC升压转换器，是对从所述燃料电池输出的电压进行升压的DC-DC转换器；及逆变器，连接于所述FC升压转换器。汇流条具备：第一汇流条，连接于所述燃料电池的负极端子；第二汇流条，连接于所述FC升压转换器的负极端子；第三汇流条，连接于所述逆变器的负极端子。所述第二汇流条与所述第一汇流条直接连结，所述第三汇流条与所述第一汇流条直接连结，所述第二汇流条的截面积小于所述第一汇流条的截面积。
在第二汇流条中流动的电流被从燃料电池向FC升压转换器供给，成为从FC升压转换器的负极端子在第二汇流条及第一汇流条中流动而返回燃料电池的负极端子的电流与从FC升压转换器向逆变器供给并从逆变器的负极端子在第三汇流条及第二汇流条中流动而返回FC升压转换器的负极端子的电流的差量，即，在第一汇流条中流动的电流与在第三汇流条中流动的电流的差量。因此，能够使与FC升压转换器连接的第二汇流条的截面积小于与燃料电池连接的第一汇流条的截面积，因此能够减小汇流条的尺寸。由此，能够抑制燃料电池、FC升压转换器包含的各种部件或构件与汇流条发生干涉而部件或构件的配置间隔变大，导致燃料电池系统的配置所需的空间变大的情况。
(2)在上述方式的汇流条中，可以是，所述第三汇流条的截面积小于所述第一汇流条的所述截面积。
根据该方式，能够进一步减小汇流条的尺寸。
(3)在上述方式的汇流条中，可以是，所述第一汇流条与所述第二汇流条成形为一体。
根据该方式，由于第一汇流条与第二汇流条成形为一体，因此与不同的第一汇流条和第二汇流条经由螺栓等紧固手段而连结的情况相比，能够减小第一汇流条与第二汇流条之间的连接阻抗。
需要说明的是，本发明能够以各种方式实现，能够以使用于燃料电池系统的汇流条、燃料电池系统等方式实现。
附图说明
图1是示出作为一实施方式的燃料电池系统的概略结构的说明图。
图2是示出比较例的燃料电池系统的概略结构的说明图。
图3是示出在比较例的燃料电池系统中在第一～第三汇流条中流动的电流的说明图。
图4是示出在实施方式的燃料电池系统中在第一～第三汇流条中流动的电流的说明图。
图5是示出第一～第三汇流条的安装配置的一例的说明图。
【附图标记说明】
10…燃料电池
20…燃料电池用升压转换器(FCDC)
22…电抗器单元(LU)
24…电力用半导体元件模块(IPM)
30…逆变器(INV)
40…驱动电动机
Cs…平滑电容器
SD…开关设备
LC…线缆
Lr…电抗器
K1、K2…连接器
KP1…正极端子
KN1…负极端子
KP2…正极端子
KN2…负极端子
P1…燃料电池的正极端子
N1…燃料电池的负极端子
P2i…输入侧的正极端子
P2o…输出侧的正极端子
N2…升压转换器的负极端子
P3…逆变器的正极端子
N3…逆变器的负极端子
B1～B3…汇流条
B2e…第二汇流条的端部
TB1～TB3…连接点
C12…连结部分
Tfc…燃料电池的负极端子
WB1～WB3…宽度
HB1～HB3…厚度
IB1～IB3…汇流条电流
Ifc…电池输出电流
Ih…转换器输出电流
具体实施方式
A.实施方式：
图1是示出作为一实施方式的燃料电池系统的概略结构的说明图。该燃料电池系统以搭载于燃料电池车辆的燃料电池系统为例而表示。但是，没有限定于此，也可以是固定安置型的燃料电池系统。
燃料电池系统具备燃料电池(图中记载为“FC”)10、FC升压转换器(图中记载为“FCDC”)20、逆变器(图中记载为“INV”)30以及驱动电动机40。
燃料电池10是将具备膜电极接合体(未图示)的单电池串联地层叠多个而成的具有堆叠构造的发电装置，该单电池作为通过燃料气体与氧化气体的电化学反应而产生电力的发电体。需要说明的是，作为燃料电池系统，具备燃料气体供给装置或氧化气体供给装置、冷却装置等的用于使燃料电池10作为发电装置发挥功能的各种装置，但是因为与本发明没有特别关系，因此省略图示及说明。
FC升压转换器20例如是具有多个驱动相(例如4相)和平滑电容器Cs的多相升压DC-DC转换器，是对从燃料电池10输出的电压进行升压的电路。但也可以是1个驱动相的单相升压DC-DC转换器。1个驱动相由具有电抗器Lr和开关设备SD的升压斩波电路构成。作为各驱动相的电抗器Lr，使用包含于1个电抗器单元(图中记载为“LU”)22的多个电抗器。作为各驱动相的开关设备SD及平滑电容器Cs，使用被称为IPM(Intelligent Power Module)的电力用半导体元件模块24所包含的多个开关设备及平滑电容器。以下，将电力用半导体元件模块24称为“IPM24”。
逆变器(图中记载为“INV”)30是将从FC升压转换器20供给的直流电力变换成交流电力并向驱动电动机40供给的驱动电路。驱动电动机40接受来自逆变器30的交流电力来驱动未图示的车轮。需要说明的是，逆变器30将与驱动电动机40所使用的电动机的种类对应的相数的交流电力向驱动电动机40供给。例如，在驱动电动机40是具备三相线圈的同步电动机的情况下，逆变器30将三相的交流电力向驱动电动机40供给。
燃料电池10的正极端子P1与FC升压转换器20的输入侧的正极端子P2i电连接。在正极端子P2i并联地电连接电抗器单元22的各电抗器Lr。FC升压转换器20的输出侧的正极端子P2o经由第一连接器K1的正极端子KP1、线缆LC及第二连接器K2的正极端子KP2而与逆变器30的正极端子P3电连接。
燃料电池10的负极端子N1、FC升压转换器20的负极端子N2以及逆变器30的负极端子N3如以下说明那样电连接。即，燃料电池10的负极端子N1在第一汇流条B1的一方的端部的连接点TB1处与第一汇流条B1电连接。FC升压转换器20的负极端子N2在第二汇流条B2的一方的端部的连接点TB2处与第二汇流条B2电连接。逆变器30的负极端子N3经由第二连接器K2的负极端子KN2、线缆LC及第一连接器K1的负极端子KN1而与第三汇流条B3的一方的端部电连接。
第二汇流条B2的具有连接点TB2的端部的相反侧的端部与第一汇流条B1的具有连接点TB1的端部的相反侧的端部由连结部分C12直接连结，由此将第一汇流条B1与第二汇流条B2电连接。第三汇流条B3在第一汇流条B1与第二汇流条B2的连结部分C12的第一汇流条B1侧的附近的连接点TB3处与第一汇流条B1直接连结而被电连接。由此，将燃料电池10的负极端子N1、FC升压转换器20的负极端子N2、逆变器30的负极端子N3电连接。第一汇流条B1与第二汇流条B2的连结通过将第一汇流条B1及第二汇流条B2成形为一体来执行。第一汇流条B1与第三汇流条B3的连结通过在连接点TB3处经由螺栓等紧固构件(未图示)来执行。
3个汇流条B1、B2、B3的截面分别为矩形形状。以下，在各汇流条B1、B2、B3的截面的边的长度的尺寸中，将较小的尺寸称为“厚度”，将较大的尺寸称为“宽度”。在图1中，图中的与纸面垂直的方向的大小相当于“厚度”，图中的与纸面平行的方向的大小相当于“宽度”。
在本实施方式中，将第一汇流条B1的厚度HB1、第二汇流条B2的厚度HB2、第三汇流条B3的厚度HB3设为相同，第二汇流条B2的宽度WB2及第三汇流条B3的宽度WB3分别小于第一汇流条B1的宽度WB1。即，第二汇流条B2成为比第一汇流条B1的截面积(WB1·HB1)小的截面积(WB2·HB2)的形状。而且，第三汇流条B3也成为比第一汇流条B1的截面积(WB1·HB1)小的截面积(WB3·HB3)的形状。
图2是示出比较例的燃料电池系统的概略结构的说明图。比较例的燃料电池系统的燃料电池10的负极端子N1、FC升压转换器20的负极端子N2、逆变器30的负极端子N3之间的电连接如以下说明那样与实施方式不同。在实施方式中，如图1所示，第三汇流条B3在第一汇流条B1与第二汇流条B2的连结部分C12的附近的与第一汇流条B1连接的连接点TB3处，串联连结于第一汇流条B1而被电连接。相对于此，在比较例中，如图2所示，第三汇流条B3在与相对于与FC升压转换器20的负极端子N2连接的连接点TB2而位于与第一汇流条B1和第二汇流条B2的连结部分C12相反一侧的第二汇流条B2的端部B2e连接的连接点TB3处，直接连结于第二汇流条B2而被电连接。并且，与FC升压转换器20的负极端子N2连接的第二汇流条B2的宽度WB2及厚读HB2等于与燃料电池10的负极端子N1连接的第一汇流条B1的宽度WB1及厚度HB1，第一汇流条B1与第二汇流条B2成形为一体。即，不同点在于，比较例的第二汇流条B2的宽度WB2与第一汇流条B1的宽度WB1相同，相对于此，实施方式的第二汇流条B2的宽度WB2小于第一汇流条B1的宽度WB1。
图3是示出在比较例的燃料电池系统中在汇流条中流动的电流的说明图。图4是示出在实施方式的燃料电池系统中在汇流条中流动的电流的说明图。需要说明的是，在图3、图4中，为了便于说明，省略第三汇流条B3与逆变器30之间的连接器K1、K2及线缆LC，利用实线表示各汇流条。而且，作为各电路内没有损失的情况进行说明。
如图3所示，在比较例的情况下，从燃料电池10的正极端子P1向FC升压转换器20供给的电池输出电流Ifc经由FC升压转换器20的输入侧的正极端子P2i及负极端子N2，从连接点TB2向第二汇流条B2及第一汇流条B1流动，从连接点TB1向燃料电池10的负极端子N1返回。从FC升压转换器20的输出侧的正极端子P2o向逆变器30供给的转换器输出电流Ih经由逆变器30的正极端子P3及负极端子N3向第三汇流条B3流动，从与第二汇流条B2连接的连接点TB3向第二汇流条B2的端部B2e流动，从连接点TB2向FC升压转换器20的负极端子N2返回。因此，从第二汇流条B2朝向第一汇流条B1流动的第二汇流条电流IB2、及在第一汇流条B1中流动的第一汇流条电流IB1成为电池输出电流Ifc。因此，在比较例的情况下，为了使第二汇流条B2的截面积(WB2·HB2)与第一汇流条B1的截面积(WB1·HB1)相等，而要求第二汇流条B2的宽度WB2及厚度HB2与第一汇流条B1的宽度WB1及厚度HB1相等。
相对于此，如图4所示，在实施方式的情况下，从FC升压转换器20的输出侧的正极端子P2o向逆变器30供给的转换器输出电流Ih经由逆变器30的正极端子P3及负极端子N3向第三汇流条B3流动。在第三汇流条B3中流动的转换器输出电流Ih从与第一汇流条B1连接的连接点TB3朝向第二汇流条B2，与电池输出电流Ifc相反地流动，从连接点TB2返回FC升压转换器20的负极端子N2。因此，在第二汇流条B2中流动的第二汇流条电流IB2成为电池输出电流Ifc与转换器输出电流Ih的差量(Ifc-Ih)，即，第一汇流条电流IB1与第三汇流条电流IB3的差量(IB1-IB3)。由此，能够使第二汇流条B2的截面积(WB2·HB2)小于第一汇流条B1的截面积(WB1·HB1)。在本例中，如图1所示，其厚度HB2与第一汇流条B1的厚度HB1相同，其宽度WB2小于第一汇流条B1的宽度WB1，由此第二汇流条B2的截面积(WB2·HB2)小于第一汇流条B1的截面积(WB1·HB1)。需要说明的是，在图3(图2)的比较例中，第一汇流条B1和第二汇流条B2实质上由1个汇流条构成，因此根据图的比较可知，图4(图1)的实施方式的汇流条的个数增多。而且，从图的比较可知，实施方式的第三汇流条B3与比较例的第三汇流条B3相比变长。然而，这只不过是为了便于图示。实际上，在比较例的状态下，仅通过改变连接点TB2、TB3的位置，就能够减小第二汇流条B2的部分的截面积而成为实施方式的状态，汇流条的个数、第三汇流条B3的长度没有实质性的差异。
另外，在第三汇流条B3中流动的第三汇流条电流IB3是转换器输出电流Ih，即，第一汇流条电流IB1与第二汇流条电流IB2的差量(IB1-IB2)。因此，第三汇流条B3的截面积(WB3·HB3)也与第二汇流条B2同样，能够小于第一汇流条B1的截面积(WB1·HB1)。在本例中，如图1所示，其厚度HB3与第一汇流条B1的厚度HB1相同，其宽度WB3小于第一汇流条B1的宽度WB1，由此使第三汇流条B3的截面积(WB3·HB3)小于第一汇流条B1的截面积(WB1·HB1)。
图5是示出汇流条的安装配置的一例的说明图。如图5所示，在构成FC升压转换器20的电抗器单元22、IPM24的配置的间隙的空间，配置第一汇流条B1与第二汇流条B2的连结部分C12、与燃料电池10的负极端子N1相当的端子Tfc与第一汇流条B1的连接点TB1、及第一汇流条B1与第三汇流条B3的连接点TB3。并且，第二汇流条B2沿着间隙的空间折弯形成地配置，在连接点TB2处与FC升压转换器20的IPM24电连接。
如图5所示，实施方式的汇流条通过减小第二汇流条B2的尺寸而能够减小汇流条的整体的尺寸。而且，通过减小第二汇流条B2的尺寸能够提高第二汇流条的配置的自由度，因此能够抑制以往进行的为了避免汇流条与配置于周边的部件、构件的干涉而增大部件间的配置尺寸的情况。而且，第三汇流条B3的尺寸也能够减小，因此能够进一步减小汇流条的整体的尺寸。而且，通过减小第三汇流条B3的尺寸，能够提高第三汇流条B3的配置的自由度，因此由此也能够抑制以往进行的为了避免汇流条与配置于周边的部件、构件干涉而增大部件间的配置尺寸的情况。
B.变形例：
(1)在上述实施方式中，以3个汇流条B1～B3的厚度HB1～HB3相同，第二汇流条B2的宽度WB2小于第一汇流条B1的宽度WB1，而且，第三汇流条B3的宽度WB3小于第一汇流条B1的宽度WB1的情况为例进行了说明，但是没有限定于此。也可以使各自的宽度WB1～WB3相同，而使第二汇流条B2的厚度HB2小于第一汇流条B1的厚度HB1，而且，使第三汇流条B3的厚度HB3小于第一汇流条B1的厚度HB1。而且，可以使第二汇流条B2的宽度WB2及厚度HB2这两方小于第一汇流条B1的宽度WB1及厚度HB1，并使第三汇流条B3的宽度WB3及厚度HB3这两方小于第一汇流条B1的宽度WB1及厚度HB1。总之，只要使第二汇流条B2的截面积(WB2·HB2)小于第一汇流条B1的截面积(WB1·HB1)，而且，使第三汇流条B3的截面积(WB3·HB3)小于第一汇流条B1的截面积(WB1·HB1)即可。但是，从由一个板材能够容易地形成3个汇流条B1～B3的点出发，优选使厚度相同而变更宽度的结构。
(2)另外，在上述实施方式中，以将第一汇流条B1和第二汇流条B2形成为一体的汇流条的情况为例进行了说明，但也可以将各自形成为独立的分别的汇流条，并将各自的端部通过螺栓等紧固构件连结而电连接的结构。
(3)另外，在上述实施方式中，以第三汇流条B3为与第一汇流条B1独立的不同的汇流条的情况为例进行了说明，但也可以与第二汇流条B2同样地与第一汇流条形成为一体。即，也可以将3个汇流条B1～B3全部成形为一体。这样的话，能够降低第一汇流条B1与第三汇流条B3之间的连接阻抗。
本发明并不局限于上述的实施方式或实施例、变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，与发明内容一栏记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现上述的效果的一部分或全部，可以适当进行更换或组合。而且，该技术特征在本说明书中只要不是作为必须的特征进行说明，就可以适当删除。

Claims (3)

1.一种汇流条，使用于燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统具备：
燃料电池；
FC升压转换器，是对从所述燃料电池输出的电压进行升压的DC-DC转换器；
逆变器，连接于所述FC升压转换器；及
汇流条，
所述汇流条具备：
第一汇流条，连接于所述燃料电池的负极端子；
第二汇流条，连接于所述FC升压转换器的负极端子；及
第三汇流条，连接于所述逆变器的负极端子，
所述第二汇流条与所述第一汇流条直接连结，
所述第三汇流条与所述第一汇流条直接连结，
所述第二汇流条的截面积小于所述第一汇流条的截面积。
2.根据权利要求1所述的汇流条，其中，
所述第三汇流条的截面积小于所述第一汇流条的所述截面积。
3.根据权利要求1或2所述的汇流条，其中，
所述第一汇流条与所述第二汇流条成形为一体。
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