CN110010927A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制减压机构的飞散的燃料电池系统。燃料电池系统(1)具备：收纳壳体(4)，其具有收纳燃料电池组(2)的电池组收纳部(4a)和收纳高电压部件(3)的高电压部件收纳部4b)；前侧减压机构(5a)、左侧减压机构(5b)、后侧减压机构(5c)、右侧减压机构(5d)以及上侧减压机构(5e)，它们设置于高电压部件收纳部(4b)；以及辅机(10)，其配置于高电压部件收纳部(4b)的外侧。各减压机构以在与辅机(10)之间具有间隙的方式配置在与辅机(10)对置的位置，刚度比辅机(10)低。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及具有燃料电池组的燃料电池系统。
背景技术
以往，作为这样的领域的技术，例如公知有如专利文献1所记载的那样搭载于车辆的燃料电池系统。在该专利文献所记载的燃料电池系统中，在车辆前侧的前室搭载有燃料电池组、升压转换器、逆变器等辅机，燃料电池组、升压转换器以及逆变器从下侧起依次层叠。
专利文献1：日本特开2017-74819号公报
在具有这样的构造的燃料电池系统中，探讨去除收纳燃料电池组的组壳体与收纳升压转换器等的高电压部件壳体之间的分隔部件并将这些壳体一体化，从而削减部件个数。然而，若将组壳体与高电压部件壳体一体化，则成为气体在组壳体与高电压部件壳体之间流通的状态，万一因某种原因导致氢从燃料电池组泄漏的情况下，存在泄露出的氢蓄积在高电压部件壳体的上方的可能性。为了防止氢的蓄积引起的不良状况，例如考虑在高电压部件壳体设置减压机构，在超过规定的压力时使减压机构变形放掉压力，但在打开覆盖前室的机盖的状态下减压机构变形的情况下，新产生变形的减压机构飞散的问题。
发明内容
本发明是为了解决这样的技术课题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制减压机构的飞散的燃料电池系统。
本发明所涉及的燃料电池系统具有燃料电池组，其特征在于，具备：收纳壳体，其具有电池组收纳部和高电压部件收纳部，该电池组收纳部收纳上述燃料电池组，该高电压部件收纳部收纳与上述燃料电池组连接的高电压部件，配置于上述电池组收纳部的上方并且气体能够在该高电压部件收纳部与上述电池组收纳部之间流通；减压机构，其设置于上述收纳壳体的上述高电压部件收纳部并且由刚度比上述高电压部件收纳部低的材料形成；以及辅机，其配置于上述收纳壳体的上述高电压部件收纳部的外侧，上述减压机构以在与上述辅机之间具有间隙的方式配置在与上述辅机对置的位置，刚度比上述辅机低。
在本发明所涉及的燃料电池系统中，在收纳壳体的高电压部件收纳部设置有减压机构，因而即便在高电压部件收纳部的内部因氢的蓄积而产生不良状况的情况下，减压机构先于高电压部件收纳部变形，从而能够将高电压部件收纳部的内部的压力向外部放掉，能够防止高电压部件收纳部的变形、破损。另外，减压机构以在与辅机之间具有间隙的方式配置在与辅机对置的位置，且刚度比辅机低，因而能够利用辅机抑制减压机构的飞散。并且，挪用辅机作为这样抑制减压机构的飞散的部件，因而能够防止部件的增加。
在本发明所涉及的燃料电池系统中，优选在上述高电压部件收纳部设置有上述辅机的底座，上述底座配置为在俯视视角中包围上述减压机构。这样一来，能够将辅机以包围减压机构的方式配置于减压机构的周围，因而能够利用辅机抑制减压机构向横向的飞散。
在本发明所涉及的燃料电池系统中，优选在上述辅机中使用的线束配置为在俯视视角中包围上述减压机构。这样一来，能够利用配置于减压机构的周围的线束来抑制减压机构向横向的飞散。
在本发明所涉及的燃料电池系统中，优选上述减压机构是具有氢透过膜的氢换气口。这样一来，减压机构兼具氢换气口的功能，由此能够防止部件个数的增加。
根据本发明，能够抑制减压机构的飞散。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的燃料电池系统的简要俯视图。
图2是表示实施方式所涉及的燃料电池系统的局部示意主视图。
图3是表示设置于高电压部件收纳部的顶部的上侧减压机构与水加热器的俯视图。
图4是表示设置于高电压部件收纳部的顶部的上侧减压机构与水加热器的侧视图。
附图标记说明：
1…燃料电池系统；2…燃料电池组；3…高电压部件；4…收纳壳体；4a…电池组收纳部；4b…高电压部件收纳部；5a…前侧减压机构；5b…左侧减压机构；5c…后侧减压机构；5d…右侧减压机构；5e…上侧减压机构；10…辅机；11…功率控制单元；12…外部供电部；13…通气道；14…EV存储罐；15…FC存储罐；16…离子交换器；17…继电器盒；18…电池；19…旋转阀；20…氢气供给单元；21…水加热器；22…线束；23…三通阀。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明所涉及的燃料电池系统的实施方式进行说明。在各图中箭头FR、箭头RH、箭头UP分别表示车辆的前侧、车辆的右侧、车辆的上侧。另外，在以下的实施方式中，以燃料电池系统搭载于车辆且成为车辆的驱动源的例子进行说明，但本发明的燃料电池系统也可以作为船舶、航空器、电车等的驱动源、建筑物的发电设备。
图1是表示实施方式所涉及的燃料电池系统的简要俯视图，图2是表示实施方式所涉及的燃料电池系统的局部示意主视图。在图2中，为了表达收纳于收纳壳体的内部的燃料电池组以及高电压部件的位置而以剖视图示出收纳壳体，另外，省略功率控制单元、旋转阀、氢气供给单元以及水加热器以外的辅机。本实施方式的燃料电池系统1主要具备：收纳壳体4，其搭载于车辆的前室9的大致中央的位置；和辅机10，其以包围收纳壳体4的方式配置于该收纳壳体4的外侧。
收纳壳体4例如是由金属材料形成的大致长方体形状的壳体，具有：电池组收纳部4a，其配置于下部收纳燃料电池组2；和高电压部件收纳部4b，其配置于电池组收纳部4a的上方且收纳高电压部件3。电池组收纳部4a与高电压部件收纳部4b例如呈分别具有开口部以及凸缘部的大致长方体形状的壳体，在内部设置有固定燃料电池组2或高电压部件3的固定部。收纳壳体4在使构成电池组收纳部4a的壳体与构成高电压部件收纳部4b的壳体对接为开口部彼此相向的状态下通过由螺栓41与螺母42紧固凸缘部40a、40b而一体地形成(参照图2)。此外，电池组收纳部4a与高电压部件收纳部4b之间成为能够供气体流通的状态。
燃料电池组2是层叠多个单电池而成的电池组，构成固体高分子电解质型燃料电池。虽未图示，但单电池具有高分子电解质膜被阳极电极以及阴极电极夹持而成的膜/电极接合体和从两侧夹住该膜/电极接合体的一对分隔件。另一方面，高电压部件3例如是用于对燃料电池组2的电力进行升压的升压转换器，与燃料电池组2电连接。
辅机1包括配置于前室9的内部的功率控制单元11、外部供电部12、通气道13、EV存储罐14、FC存储罐15、离子交换器16、继电器盒17、电池18、旋转阀19、氢气供给单元20、水加热器21、线束22以及三通阀23等。
如图1所示，功率控制单元11、外部供电部12以及通气道13在高电压部件收纳部4b的右侧从车辆的后侧朝向前侧依次配置。功率控制单元11对向构成燃料电池系统1的各部送电的电力等进行控制。外部供电部12用于从燃料电池组2以及未图示的二次电池向外部负载供给电力。通气道13是用于取入向燃料电池组2供给的外部空气的构造。
EV存储罐14、FC存储罐15以及离子交换器16在高电压部件收纳部4b的前侧从车辆的右侧朝向左侧依次配置。EV存储罐14是对用于冷却电池18的发热的冷却液进行储存的罐，FC存储罐15是对用于冷却燃料电池的发热的冷却液进行储存的罐。离子交换器16是除去冷却燃料电池的冷却液中含有的离子的装置。
继电器盒17、电池18以及旋转阀19在高电压部件收纳部4b的左侧从车辆的前侧朝向后侧依次配置。在继电器盒17汇集有进行从燃料电池组2、电池18等向驱动用马达(未图示)、各种电气部件供给的电力的供给控制(通断控制)的继电器。电池18是用于驱动各辅机的电源。旋转阀19例如是用于对冷却液的各循环路径中的冷却液的流量进行调整的阀装置。
如图2所示，氢气供给单元20以及水加热器21配置于高电压部件收纳部4b的上侧。氢气供给单元20位于水加热器21的右侧。另外，在高电压部件收纳部4b的后侧配置有各辅机10的连接中使用的多根线束22和三通阀23。线束22沿车辆的左右方向延伸配置。
另外，本实施方式的燃料电池系统1设置于高电压部件收纳部4b，并且具备多个(这里为5个)由刚度比该高电压部件收纳部4b低的材料形成的减压机构。如图1所示，5个减压机构(即，前侧减压机构5a、左侧减压机构5b、后侧减压机构5c、右侧减压机构5d以及上侧减压机构5e)以一处设置1个的方式在高电压部件收纳部4b的前后左右的侧壁以及顶部分别设置。
具体而言，在高电压部件收纳部4b的前侧壁设置有前侧减压机构5a。前侧减压机构5a例如以在与配置于其前侧的EV存储罐14、FC存储罐15以及离子交换器16之间分别具有间隙的方式配置在与EV存储罐14、FC存储罐15以及离子交换器16对置的位置。此外，前侧减压机构5a不必配置在与EV存储罐14、FC存储罐15以及离子交换器16全部对置的位置，配置在与EV存储罐14、FC存储罐15以及离子交换器16中的至少一者对置的位置即可。例如，前侧减压机构5a可以仅配置在与离子交换器16对置的位置。
在高电压部件收纳部4b的左侧壁设置有左侧减压机构5b。左侧减压机构5b例如以在与配置于其左侧的电池18以及旋转阀19之间分别具有间隙的方式配置在与电池18以及旋转阀19对置的位置。此外，左侧减压机构5b不必配置在与电池18以及旋转阀19两者对置的位置，配置在与电池18以及旋转阀19中的任一者对置的位置即可。另外，如图1所示，左侧减压机构5b未配置在与跟高电压部件收纳部4b的角部邻接的继电器盒17对置的位置，但例如在继电器盒17接近高电压部件收纳部4b的左侧壁的情况下，该左侧减压机构5b可以配置在还与继电器盒17对置的位置。
另外，在高电压部件收纳部4b的后侧壁设置有后侧减压机构5c。后侧减压机构5c例如以在与配置于其后侧的线束22以及三通阀23之间分别具有间隙的方式配置在与线束22以及三通阀23对置的位置。线束22配置在高电压部件收纳部4b与三通阀23之间，沿车辆的左右方向延伸配置。
另外，在高电压部件收纳部4b的右侧壁设置有右侧减压机构5d。右侧减压机构5d例如以与配置于其右侧的功率控制单元11以及外部供电部12之间分别具有间隙的方式配置在与功率控制单元11以及外部供电部12对置的位置。此外，右侧减压机构5d不必配置在与功率控制单元11以及外部供电部12两者对置的位置，配置在与功率控制单元11以及外部供电部12中的任一者对置的位置即可。另外，如图1所示，右侧减压机构5d未配置在与跟高电压部件收纳部4b的角部邻接的通气道13对置的位置，但例如在通气道13接近高电压部件收纳部4b的右侧壁的情况下，该右侧减压机构5d可以配置在还与通气道13对置的位置。
并且，在高电压部件收纳部4b的顶部设置有上侧减压机构5e。上侧减压机构5e以与氢气供给单元20以及水加热器21之间分别具有间隙的方式配置在与氢气供给单元20以及水加热器21对置的位置。此外，上侧减压机构5e不必配置在与氢气供给单元20以及水加热器21两者对置的位置，配置在与氢气供给单元20以及水加热器21中的任一者对置的位置即可。
这里，以水加热器21为例对水加热器21的设置构造、水加热器21与上侧减压机构5e的位置关系进行说明，但氢气供给单元20的设置构造以及与上侧减压机构5e的位置关系跟水加热器21同样，因而省略该重复说明。
图3是表示设置于高电压部件收纳部的顶部的上侧减压机构与水加热器的俯视图，图4是表示设置于高电压部件收纳部的顶部的上侧减压机构与水加热器的侧视图。如图3以及图4所示，在高电压部件收纳部4b的顶部的外壁(即顶部的上表面)设置有4个水加热器用底座211。上述水加热器用底座211例如是在内部设置有螺孔的铁制的块体，配置在与水加热器21的凸缘部21a(后述)的四个角对应的位置并且通过焊接等与高电压部件收纳部4b的顶部固定。
另一方面，水加热器21以其底面从上侧减压机构5e离开规定距离的状态(即以与上侧减压机构5e之间具有间隙的方式)配置于上侧减压机构5e的上侧。水加热器21以设置于其底部的凸缘部21a载置于水加热器用底座211之上的状态通过螺栓212与水加热器用底座211固定。
在本实施方式中，前侧减压机构5a、左侧减压机构5b、后侧减压机构5c、右侧减压机构5d以及上侧减压机构5e分别为具有氢透过膜的氢换气口，通过在设置于高电压部件收纳部4b的前后左右的侧壁或者顶部的规定位置的开口部安装氢透过膜而形成。氢透过膜由允许氢的透过并阻止水、尘埃等的透过的材料制成。而且，这些减压机构分别由刚度比高电压部件收纳部4b低且刚度比各辅机10低的材料形成。
在本实施方式的燃料电池系统1中，在高电压部件收纳部4b的前后左右的侧壁以及顶部分别设置有减压机构(前侧减压机构5a、左侧减压机构5b、后侧减压机构5c、右侧减压机构5d以及上侧减压机构5e)，这些减压机构由刚度比高电压部件收纳部4b低的材料形成。因此，即便在高电压部件收纳部4b的内部因氢的蓄积而产生不良状况的情况下，减压机构也会先于高电压部件收纳部4b变形，能够将高电压部件收纳部4b的内部的压力向外部放掉，因此能够防止高电压部件收纳部4b的变形、破损等。
而且，前侧减压机构5a以在与配置于其前侧的FC存储罐15以及离子交换器16之间具有间隙的方式配置在与FC存储罐15以及离子交换器16对置的位置，刚度比FC存储罐15以及离子交换器16中的任一者均低。因此，即便在前侧减压机构5a变形、飞散的情况下，通过FC存储罐15以及离子交换器16抑制前侧减压机构5a引起的向前侧的飞散。另外，前作为抑制侧减压机构5a引起的向前侧的飞散的部件而挪用FC存储罐15以及离子交换器16，从而能够防止部件的增加。
左侧减压机构5b以在与配置于其左侧的电池18以及旋转阀19之间具有间隙的方式配置在与电池18以及旋转阀19对置的位置，刚度比电池18以及旋转阀19中的任一者均低。因此，即便在左侧减压机构5b变形、飞散的情况下，通过电池18以及旋转阀19抑制左侧减压机构5b引起的向左侧的飞散。另外，作为抑制左侧减压机构5b引起的向左侧的飞散的部件而挪用电池18以及旋转阀19，从而能够防止部件的增加。
后侧减压机构5c以与配置于其后侧的线束22以及三通阀23之间具有间隙的方式配置在与该线束22以及三通阀23对置的位置，刚度比线束22以及三通阀23中的任一者均低。因此，即便在后侧减压机构5c变形、飞散的情况下，通过线束22以及三通阀23抑制后侧减压机构5c引起的向后侧的飞散。另外，作为抑制后侧减压机构5c引起的向后侧的飞散的部件而挪用线束22以及三通阀23，从而能够防止部件的增加。
右侧减压机构5d以在与配置于其右侧的功率控制单元11以及外部供电部12之间具有间隙的方式配置在与功率控制单元11以及外部供电部12对置的位置，刚度比功率控制单元11以及外部供电部12中的任一者均低。因此，即便在右侧减压机构5d变形、飞散的情况下，能够通过功率控制单元11以及外部供电部12抑制右侧减压机构5d引起的向右侧的飞散。另外，作为抑制右侧减压机构5d引起的向右侧的飞散的部件而挪用功率控制单元11以及外部供电部12，从而能够防止部件的增加。
上侧减压机构5e以在与氢气供给单元20以及水加热器21之间具有间隙的方式配置在与氢气供给单元20以及水加热器21对置的位置，刚度比氢气供给单元20以及水加热器21中的任一者均低。因此，即便在上侧减压机构5e变形、飞散的情况下，通过氢气供给单元20以及水加热器21抑制上侧减压机构5e引起的向上侧的飞散。另外，作为抑制上侧减压机构5e引起的向上侧的飞散的部件而挪用氢气供给单元20以及水加热器21，从而能够防止部件的增加。
而且，前侧减压机构5a、左侧减压机构5b、后侧减压机构5c、右侧减压机构5d以及上侧减压机构5e分别是具有氢透过膜的氢换气口。这样，减压机构兼具氢换气口的功能，由此能够防止伴随着减压机构的设置的部件个数的增加。
此外，在本实施方式中，作为减压机构以具有氢透过膜的氢换气口的为例进行了说明，但作为减压机构，可以是安装于高电压部件收纳部4b的开口部的防水片、金属板罩、金属板托架、树脂片、橡胶塞，或者也可以是设置于高电压部件收纳部4b的切口槽、薄壁部等刚度比高电压部件收纳部4b的其他部分低的脆弱部。
另外，前侧减压机构5a、左侧减压机构5b、后侧减压机构5c、右侧减压机构5d以及上侧减压机构5e不必全部设置，设置它们中的至少一个即可。另外，不需要在高电压部件收纳部4b的前后左右的侧壁以及顶部每一处设置一个减压机构，例如也可以每两处设置一个。并且，辅机10除了包括上述内容之外，还可以包括用于固定高电压电缆、线束的托架、用于保护线束的树脂保护件等。
另外，在本实施方式中，可以构成为在高电压部件收纳部4b设置有辅机的底座。例如，在高电压部件收纳部4b的前后左右的外壁分别设置有用于固定各辅机的底座，上述底座配置为在俯视视角中包围减压机构(例如前侧减压机构5a、左侧减压机构5b、后侧减压机构5c、右侧减压机构5d)。这样一来，能够将辅机以包围减压机构的方式配置于减压机构的周围，因而能够利用辅机抑制减压机构向横向(例如前后方向或/以及左右方向)的飞散。
另外，在本实施方式中，可以构成为在辅机中使用的线束配置为在俯视视角中包围减压机构(例如前侧减压机构5a、左侧减压机构5b、后侧减压机构5c、右侧减压机构5d)。这样一来，能够利用配置于减压机构的周围的线束进一步抑制减压机构向横向(例如前后方向或/以及左右方向)的飞散。
以上，对本发明的实施方式进行了详述，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离权利要求所记载的本发明的精神的范围内，能够进行各种设计变更。

Claims (4)

1.一种燃料电池系统，具有燃料电池组，其特征在于，具备：
收纳壳体，其具有电池组收纳部和高电压部件收纳部，所述电池组收纳部收纳所述燃料电池组，所述高电压部件收纳部收纳与所述燃料电池组连接的高电压部件，并配置于所述电池组收纳部的上方，并且气体能够在该高电压部件收纳部与所述电池组收纳部之间流通；
减压机构，其设置于所述收纳壳体的所述高电压部件收纳部，并且由刚度比所述高电压部件收纳部低的材料形成；以及
辅机，其配置于所述收纳壳体的所述高电压部件收纳部的外侧，
所述减压机构以在与所述辅机之间具有间隙的方式配置在与所述辅机对置的位置，并且刚度比所述辅机低。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
在所述高电压部件收纳部设置有所述辅机的底座，
所述底座配置为在俯视视角中包围所述减压机构。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，
在所述辅机中使用的线束配置为在俯视视角中包围所述减压机构。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述减压机构是具有氢透过膜的氢换气口。
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