CN107492671B - 燃料电池单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料电池单元，具备燃料电池、单电池监控器、及与单电池监控器进行通信的控制装置，使单电池监控器与控制装置之间的连接容易。发明的燃料电池单元具备：具有将多个单电池层叠而成的单电池组的燃料电池；对单电池进行监控的单电池监控器；经由通信线缆而与单电池监控器连接的控制装置；收容燃料电池的第一壳体；及收容控制装置并固定于第一壳体的上表面的第二壳体。单电池监控器具有连接器部，该连接器部从第一壳体突出，且设置有供通信线缆的通信连接器连接的接续连接器。第二壳体具有在与第一壳体组合的状态下供所述连接器部插入的插入空间，并且在连接器部被插入于插入空间的状态下接续连接器所面对的面上具有连接器开口。

Description

燃料电池单元

技术领域

本发明涉及燃料电池单元。

背景技术

专利文献1记载了一种燃料电池单元，具备：燃料电池组(以下，也简称为“燃料电池”)；固定于燃料电池的单电池监控器；以及从单电池监控器向车载ECU(控制装置)通信的线缆。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2014-216088号公报

发明内容

【发明要解决的课题】

与上述燃料电池单元的单电池监控器通信的控制装置设置在燃料电池单元的外部，因此将单电池监控器与控制装置连接的线缆自身要求高防水性，存在会导致装置的成本增加这样的问题。

因此，发明者为了降低对将单电池监控器与控制装置连接的线缆自身的防水性的要求，采用了将与单电池监控器通信的控制装置收容在燃料电池单元的框体内的结构。然而，例如，将燃料电池和控制装置收容在相同壳体内并在覆盖该壳体的上表面的开口的罩的内侧固定控制装置的情况下，要求在将罩向壳体安装之前，预先利用线缆将单电池监控器与控制装置之间连接，因此存在组装的困难性高这样的问题。需要说明的是，也考虑了将控制装置与单电池监控器同样地固定于燃料电池的结构，这种情况下，虽然组装的容易性的问题得到改善，但是由于与燃料电池的发电相伴的燃料电池的热膨胀/热收缩的应力而可能存在控制装置的固定状态变得不充分等不良影响。

【用于解决课题的方案】

本发明为了解决上述的课题而作出，可以作为以下的方式实现。

(1)根据本发明的一方式，提供一种燃料电池单元。该燃料电池单元具备：燃料电池，具有将多个单电池层叠而成的单电池组；单电池监控器，对所述单电池进行监控；控制装置，经由通信线缆与所述单电池监控器连接；第一壳体，收容所述燃料电池；第二壳体，收容所述控制装置，并固定于所述第一壳体的上表面。所述单电池监控器具有连接器部，该连接器部从所述第一壳体突出，且设置有供所述通信线缆的通信连接器连接的接续连接器。所述第二壳体具有在固定于所述第一壳体的状态下供所述连接器部插入的插入空间，并且在所述连接器部被插入于所述插入空间的状态下所述接续连接器所面对的面上具有连接器开口。

根据该方式的燃料电池单元，将收容于第二壳体的控制装置与单电池监控器连接的通信线缆的通信连接器能够通过第二壳体的连接器开口而容易地与设置于单电池监控器的连接器部的接续连接器连接。而且，控制装置收容于第二壳体，因此能够降低收容于第一壳体的燃料电池的热膨胀/热收缩的应力对控制装置的不良影响。

(2)在上述方式的燃料电池单元中，可以是，还具备维护用插头单元，该维护用插头单元具有：插座部，与设置在所述第二壳体内的输出配线连接；及维护用插头部，为了切断所述燃料电池的电压的向外部的输出而以能够装卸的方式装配于所述插座部，所述连接器开口与为了所述维护用插头部而设置在所述第二壳体的上表面的插头开口连续地设置。

根据该方式，能够将插头开口及连接器开口汇总于一处而高效率地设于第二壳体。

(3)在上述方式的燃料电池单元中，可以是，所述维护用插头部具有为了切换锁定状态与非锁定状态而转动的手柄，所述锁定状态是所述维护用插头部固定于所述插座部的状态，所述非锁定状态是所述维护用插头部能够从所述插座部卸下的状态，所述维护用插头部构成为在所述手柄转动而被按下的状态下成为所述锁定状态，在从所述锁定状态起所述手柄转动而被拉起的状态下成为所述非锁定状态，在所述维护用插头部装配于所述插座部且设为所述锁定状态的情况下，所述连接器开口配置于被按下的状态的所述手柄的下方。

根据该方式，处于锁定状态的手柄的下方通常成为未被利用的死区，因此通过在该位置设置连接器开口，能够将连接器开口高效率地设置于第二壳体。

本发明能够以各种方式实现，例如，除了上述的燃料电池单元之外，能够以具备上述的燃料电池单元的燃料电池车辆、燃料电池系统等方式实现。

附图说明

图1是示出作为本发明的一实施方式的燃料电池单元的结构的框图。

图2是示出燃料电池单元的结构的立体图。

图3是将燃料电池单元的插头开口及连接器开口的部分放大示出的立体图。

图4是示出变形例的燃料电池单元的结构的立体图。

【符号说明】

10…燃料电池单元

10B…燃料电池单元

20…燃料电池部

30…高压电路部

200…第一壳体

202…侧面开口

210…燃料电池

212…单电池

214…第一端板

216…第二端板

220…单电池监控器

220B…单电池监控器

222…连接器部

222B…连接器部

224…接续连接器

226…上表面

228…主体部

300…第二壳体

302…盖面

304…插头开口

306…连接器开口

308…插入空间

308B…插入空间

310…FC转换器

320…控制装置

322…通信连接器

324…通信线缆

330…继电器

340…维护用插头单元

342…插座部

344…维护用插头部

346…手柄

350…输出连接器

360…外部通信连接器

370…输出配线

具体实施方式

图1是表示作为本发明的一实施方式的燃料电池单元10的结构的框图。燃料电池单元10例如利用于在燃料电池车等移动体上搭载的燃料电池系统、定置式的燃料电池系统。燃料电池单元10具备燃料电池部20和高压电路部30。燃料电池部20具备：具有将多个单电池层叠而成的单电池组的燃料电池210；和对单电池的电压进行监控的单电池监控器220。高压电路部30具备：对燃料电池210的输出电压进行升压的作为DC-DC转换器的FC转换器310；和对FC转换器310进行控制的控制装置320。而且，高压电路部30具备输出连接器350和外部通信连接器360。输出连接器350是连接有用于将FC转换器310的输出向未图示的负载装置(例如，作为燃料电池车的动力源的电动机的驱动用的变换器)供给的输出线缆的连接器。外部通信连接器360是在控制装置320与例如搭载于燃料电池车的未图示的其他的控制装置之间连接有用于进行通信的外部通信线缆的连接器。在燃料电池210的输出端子与FC转换器310的输入端子之间设有继电器330。而且，在控制装置320连接有设置有通信连接器322的通信线缆324，在单电池监控器220设置有供通信连接器322连接的接续连接器224。控制装置320与单电池监控器220经由通信线缆324及通信连接器322和接续连接器224以能够通信的方式连接。而且，在FC转换器310的输出与输出连接器350之间的输出配线370上，为了切断燃料电池210的电压向外部的输出而设置有维护用插头单元340。维护用插头单元340具有与输出配线370连接的插座部342和以能够装卸的方式装配于插座部342的维护用插头部344。

图2是表示燃料电池单元10的结构的立体图。在图中，X轴及Z轴与水平面平行，+Y方向表示铅垂上方向，-Y方向表示铅垂下方。燃料电池单元10具备：第一壳体200；固定于第一壳体200的上表面并将第一壳体200从上方覆盖的作为罩的第二壳体300。

如图2的左侧所示，在第一壳体200收容燃料电池部20的燃料电池210，在燃料电池210的上方(+Y方向)的未图示的框架上固定单电池监控器220。燃料电池210的各单电池212的监控器端子与单电池监控器220由未图示的线缆连接。而且，在第一壳体200的+Z方向侧的侧面设置侧面开口202。

燃料电池210具有将多个单电池212沿Z方向层叠而成的单电池组。在单电池组的两侧配置未图示的接线板及绝缘体，单电池组及其两侧的接线板及绝缘体由第一端板214及第二端板216夹持。燃料电池210从第一壳体200的+Z方向侧的侧面开口202插入于第一壳体200，并以第一端板214覆盖侧面开口202的方式固定于第一壳体200。需要说明的是，在第一端板214设有供给口及排出口(未图示)，该供给口及排出口供利用于燃料电池210的发电的反应气体及冷却介质的供给配管及排出配管连接。

固定于燃料电池210的上方的单电池监控器220具有从第一壳体200向上方突出的连接器部222，在连接器部222的上表面226设有接续连接器224。需要说明的是，如图2所示，在本例中，包含连接器部222的单电池监控器220整体具有从第一壳体200向上方突出的长方体状的形状。该结构例如通过将安装有单电池监控器220的电路的电路基板(未图示)沿着YZ平面竖立配置而实现。

在第二壳体300收容有高压电路部30的FC转换器310、控制装置320、继电器330(在图2中未图示)、维护用插头单元340以及输出配线370。在第二壳体300的上表面即盖面302上设有输出连接器350及外部通信连接器360。而且，在第二壳体300中，在除了FC转换器310、控制装置320、维护用插头单元340的收容区域之外的收容空间，设有供从单电池监控器220的第一壳体200向上方突出的连接器部222插入的预定的插入空间308。此外，在第二壳体300的盖面302，在连接器部222被插入于插入空间308的状态下的接续连接器224的上方设置有连接器开口306，并设有将与维护用插头单元340的收容位置对向的区域开口的插头开口304。在图2的例子中，连接器开口306与插头开口304连续地设置。在插头开口304，与控制装置320连接的通信线缆324朝向连接器开口306配线，在通信线缆324的前端设有与接续连接器224连接的通信连接器322。

在图2的左侧所示的第一壳体200组合并固定第二壳体300，由此如图2的右侧所示，构成在由第一壳体200及第二壳体300构成的壳体中收容燃料电池210、单电池监控器220、FC转换器310、控制装置320、继电器330(未图示)以及维护用插头单元340而进行了一体化的燃料电池单元10。

图3是将燃料电池单元10的插头开口304及连接器开口306的部分放大示出的立体图。如图3的上侧所示，通过在连接器开口306的下方(-Y方向)配置的单电池监控器220的接续连接器224装配设置于通信线缆324的前端的通信连接器322，从而能够将控制装置320与单电池监控器220经由通信线缆324而容易地连接。由此，控制装置320与单电池监控器220进行通信，能够取得单电池监控器220对燃料电池210的单电池212的电压进行了监控的结果。

维护用插头单元340的插座部342配置于插头开口304的下方。维护用插头部344具有为了切换锁定状态与非锁定状态而转动的手柄346。如图3的下侧所示，通过将维护用插头部344装配于插座部342，使手柄346转动而按下，由此能够将维护用插头单元340固定为锁定状态，使FC转换器310的输出端子与输出连接器350成为导通状态。另一方面，通过从锁定状态使手柄346转动而拉起，由此能够使维护用插头单元340成为非锁定状态(图中虚线的状态)而能够卸下，通过将维护用插头部344从插座部342拉拔，能够使FC转换器310的输出端子与输出连接器350成为切断状态。

如图3的下侧所示，在维护用插头单元340处于锁定状态时，连接器开口306配置于按下的状态的手柄346的下方的位置。这种情况下，在锁定状态下按下的状态的手柄346的下方的死区(dead space)配置连接器开口306，因此能够有效地利用死区而将连接器开口306高效率地设置于第二壳体300。而且，能够将插头开口304及连接器开口306汇总为一处而高效率地设置于第二壳体300。需要说明的是，燃料电池单元10能够通过未图示的罩来覆盖并遮挡插头开口304及连接器开口306，由此实现防水。

如以上说明所述，在上述的燃料电池单元10中，在第一壳体200收容燃料电池210，在第二壳体300收容控制装置320。如现有技术中说明那样，假设未设置连接器开口306时，在将第一壳体200与第二壳体300组合之前，需要将在控制装置320连接的通信线缆324的通信连接器322与单电池监控器220的接续连接器224连接。即，要求在通信连接器322与接续连接器224的连接之后将第一壳体200与第二壳体300组合，组装的困难性升高。相对于此，在上述的燃料电池单元10中，在将第一壳体200与第二壳体300组合之后，通过第二壳体300的连接器开口306，能够容易地将通信线缆324的通信连接器322与单电池监控器220的接续连接器224连接，组装的困难性得以缓和。而且，控制装置320收容于与收容燃料电池210的第一壳体200不同的第二壳体300，因此能够降低燃料电池210的热膨胀/热收缩的应力对控制装置320的不良影响。

图4是表示变形例的燃料电池单元10B的结构的立体图。变形例的燃料电池单元10B取代图2的单电池监控器220及插入空间308，而具备具有以下说明的结构的单电池监控器220B及插入空间308B。

在图2所示的燃料电池单元10中，包含连接器部222的单电池监控器220的整体具有从第一壳体200向上方突出的长方体形状，第二壳体300的插入空间308成为与之对应的形状。相对于此，在变形例的燃料电池单元10B中，成为连接器部222B从单电池监控器220B的主体部228向上方突出的结构。并且，第二壳体300的插入空间308B成为与单电池监控器220B及连接器部222B对应的形状。

在变形例的燃料电池单元10B中，也与实施方式的燃料电池单元10同样，将第一壳体200与第二壳体300组合而进行了一体化之后，通过第二壳体300的连接器开口306，能够容易地将通信线缆324的通信连接器322与单电池监控器220B的接续连接器224连接。而且，控制装置320收容于第二壳体300，因此能够降低燃料电池210的热膨胀/热收缩的应力对控制装置320的不良影响。

需要说明的是，在上述实施方式及变形例中，说明了单电池监控器220、220B对单电池的电压进行监控的情况，但也可以对单电池的电压、电流及温度等各种参数中的至少一个进行监控。

另外，在上述实施方式及变形例中，以在接续连接器224的上方的第二壳体300的盖面302具有连接器开口306的情况为例进行了说明，但是没有限定于此，例如，可以使接续连接器224与第二壳体300的侧面面对，并在该侧面具有连接器开口306。即，第二壳体也可以在连接器部被插入于插入空间的状态下接续连接器所面对的面上具有连接器开口。

另外，在上述实施方式及变形例中，以第一壳体200为下侧且第二壳体300为上侧的配置的形态为例进行了说明，但也可以是上下颠倒的配置的形态或横向的配置的形态。

另外，在上述实施方式及变形例中，以与插头开口304连续地设置连接器开口306，而且，连接器开口306设置在维护用插头单元340的锁定状态的手柄346的位置(图3)的下方的情况为例进行了说明，但是没有限定于此。连接器开口306也可以设置成从插头开口304分离的状态。而且，可以在与锁定状态的手柄346的位置的下方不同的场所设置连接器开口306。

另外，在上述实施方式及变形例中，说明了对FC转换器310进行控制的控制装置320经由通信线缆324而与单电池监控器220、220B连接的情况，但是没有限定于此。可以将与控制FC转换器310的控制装置320不同的其他的控制装置收容于第二壳体300，且该控制装置经由通信线缆324而与单电池监控器220、220B连接。

另外，燃料电池单元具备的构成要素没有限定为图1所示的构成要素，可以是至少具备燃料电池、单电池监控器、及与单电池监控器进行通信的控制装置的结构。而且，也可以具备除此以外的各种构成要素。在不具备维护用插头单元的情况下，只要省略插头开口而仅设置连接器开口即可。

本发明并不局限于上述的实施方式或变形例，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构实现。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或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，该技术特征只要在本说明书中不是作为必须的特征进行说明，就可以适当删除。

Claims (3)

1.一种燃料电池单元，其中，具备：

燃料电池，具有将多个单电池层叠而成的单电池组；

单电池监控器，对所述单电池进行监控；

控制装置，经由通信线缆与所述单电池监控器连接；

第一壳体，收容所述燃料电池；

第二壳体，收容所述控制装置，并且固定于所述第一壳体的上表面，

所述单电池监控器具有连接器部，所述连接器部从所述第一壳体突出，且设置有供所述通信线缆的通信连接器连接的接续连接器，

所述第二壳体具有在固定于所述第一壳体的状态下供所述连接器部插入的插入空间，并且在所述连接器部被插入于所述插入空间的状态下所述接续连接器所面对的面具有连接器开口。

2.根据权利要求1所述的燃料电池单元，其中，

还具备维护用插头单元，该维护用插头单元具有：插座部，与设置在所述第二壳体内的输出配线连接；及维护用插头部，为了切断所述燃料电池的电压向外部的输出而以能够装卸的方式装配于所述插座部，

所述连接器开口与为了所述维护用插头部而设置在所述第二壳体的上表面的插头开口连续地设置。

3.根据权利要求2所述的燃料电池单元，其中，

所述维护用插头部具有为了切换锁定状态与非锁定状态而转动的手柄，所述锁定状态是所述维护用插头部固定于所述插座部的状态，所述非锁定状态是所述维护用插头部能够从所述插座部卸下的状态，所述维护用插头部构成为在所述手柄转动而被按下的状态下成为所述锁定状态，在从所述锁定状态起所述手柄转动而被拉起的状态下成为所述非锁定状态，

在所述维护用插头部装配于所述插座部且设为所述锁定状态的情况下，所述连接器开口配置于被按下的状态的所述手柄的下方。