JP2002367666A - 燃料電池モジュール及び燃料電池自動車 - Google Patents
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Abstract
ルの高電圧に対する安全を確保する。 【解決手段】 燃料電池モジュール20のケース22に
サービスプラグ50を設ける。燃料電池スタック24か
らの高電圧はサービスプラグ50を経由して電源出力ケ
ーブル66に出力される。作業者がサービスプラグ50
はケース22に固定された固定部52からプラグ部54
を引き抜くことにより、燃料電池スタック24の高電圧
が及ぶケース22内の部分と、電源出力ケーブル66等
のケース22外の部分との間が電気的に切断される。サ
ービスプラグ50は燃料電池スタック24の正極及び負
極の両方を同時に切断する。車両前方部に搭載された燃
料電池モジュール20においては、サービスプラグ50
はケース22の側部後方寄りに配置され、衝突時におけ
る破損を回避する。
Description
ル及びこれを搭載した燃料電池自動車に関し、特に、燃
料電池モジュール外への電流出力を遮断して車両保守時
等における安全を確保する技術に関する。
て、燃料電池を駆動エネルギー源に用いた自動車が注目
を浴び、試作がなされている。例えば、車両の重量バラ
ンスや配置スペース等を考慮して、燃料電池を座席下の
スペースなど車両中心位置付近に搭載した燃料電池自動
車が試作されている。また最近では燃料電池を車両前方
部に搭載することも検討されている。燃料電池自動車
は、近い将来の実用化・普及に向けた開発が進展してい
る状況下にある。
電池は比較的高電圧であるので、保守作業時等において
燃料電池モジュール外に電圧が出力されると安全上問題
がある。また、燃料電池モジュールとラジエータとの間
では冷却水が循環され、この冷却水は燃料電池の内部に
流通されるため、燃料電池の正極及び負極の中間電位を
取り得る。つまり冷却水によって燃料電池モジュールの
外部に当該中間電位が取り出される。すなわち、燃料電
池においては、この冷却水と正極との間、及び冷却水と
負極との間の両方にそれぞれ高電圧が発生し得る特徴を
有している。従来の漏電等に対する安全対策では、この
ような燃料電池の特徴は考慮されていなかった。また、
車両が物体に衝突し燃料電池モジュールが破損した場合
における漏電等に対する安全対策が十分でないという問
題があった。
れたもので、保守作業等において燃料電池の高電圧出力
に対する安全が確保される燃料電池モジュール及び燃料
電池自動車を提供することを目的とする。
ジュールは、車両に駆動電力を供給する燃料電池と、前
記燃料電池を覆うケースと、前記ケースに取り付けら
れ、前記ケースの外部から手動操作され、前記燃料電池
の前記ケース外への出力を遮断可能な電流遮断器とを有
する。
て覆われる。ケースは燃料電池の全体を包囲するもので
あってもよいし、燃料電池を臨む立体角の一部において
燃料電池を外部から遮蔽するものであってもよい。燃料
電池の出力端子とケースより外の空間に配置されるモー
タや回路等との間は電流遮断器を経由して接続される。
ここで燃料電池の出力端子と電流遮断器との間は、配線
がケース外部の空間を経由することなく接続される。こ
れにより、電流遮断器を断状態とした場合には、ケース
により燃料電池から遮られた外部空間には燃料電池の出
力電圧が印加される部分がなくなり、燃料電池からケー
ス外部空間への電流の漏れ出しが好適に防止される。
いては、前記電流遮断器が、前記燃料電池の正負両極を
同時に遮断可能である。
の正極とケース外の配線との間を断状態とすることがで
きると共に、それと同時に燃料電池の負極とケース外の
配線との間も断状態とすることができる。冷却水を介し
てケース外部には正極及び負極の中間電位が出力される
が、電流遮断器が正極と外部との間及び負極と外部との
間を遮断するので、ケース外部には中間電位に対して正
極の正の高電位が印加される部分、負極の負の高電位が
印加される部分のいずれもなくなる。
車両に駆動電力を供給する燃料電池と、手動操作され、
前記燃料電池の正負両極の出力を同時に遮断可能であ
る。
ースに取り付けられる必要はない。この場合には、正負
両極を同時に遮断できることにより、中間電位に対する
正の高電位、負の高電位が印加される部分が燃料電池か
ら電流遮断器までの部分に限定される。
電池モジュールを搭載したものであって、前記燃料電池
モジュールは車両の前方部に搭載され、前記電流遮断器
は、前記燃料電池モジュールの車両側方向きの側面に配
置される。本発明の好適な態様は、前記電流遮断器が、
前記側面の車両後方寄りの位置に配置されることを特徴
とする燃料電池自動車である。
部には前後方向に大きな衝撃力が発生する。そのため、
車両前方部に搭載された燃料電池モジュールの前後面
は、隣接部にぶつかり大きな圧力を受け得る。本発明に
よれば、電流遮断器は燃料電池モジュールの車両側方向
きの側面に設けられる。この位置は、衝突時に隣接部が
ぶつかる可能性が比較的低く、またぶつかってもその衝
撃力は比較的弱いので、電流遮断器が破損するおそれが
低い。よって、衝突後においても電流遮断器の機能が維
持され、修理等の作業における高電圧に対する安全が図
られる。特に、電流遮断器を側面の車両後方寄りに配置
した場合には、衝突により車両前方部がつぶれた場合に
も、電流遮断器の破損が回避され得る。
図面を参照して説明する。
を搭載した燃料電池自動車の車両前方部の模式的な上面
図である。図において、燃料電池モジュール20が車両
前方部のエンジンルーム内に配置される。燃料電池モジ
ュール20は燃料電池スタックケース22(以下、単に
ケース22と称する)内に燃料電池スタック24を有し
ている。なお、ケース22は本来燃料電池スタック24
を密閉収納するが、ここでは説明の都合上、ケース22
の上面を取り除いて、内部の燃料電池スタック24等の
構造が分かるように図示している。
単電池25の積層体である第1のスタック26と第2の
スタック28とが並列配置されて構成される。スタック
26,28は互いに同数の単電池からなり、それぞれ同
じ電圧を発生するように構成される。ここで第1のスタ
ック26及び第2のスタック28の積層方向は共に車両
左右方向であり、その左右端に配置された比較的厚め
(例えば厚さ15mm程度)の金属のエンドプレート3
0,32によってスタック26,28は積層方向に押さ
え付けられている。スタック26とスタック28とは単
電池の極性が互いに反対向きに積層され、例えば、スタ
ック26は図において左側が正極、右側が負極であり、
スタック28は図において左側が負極、右側が正極であ
る。スタック26及びスタック28のエンドプレート3
2側の端部は互いに電気的に接続されて、これにより両
スタック26,28は一つの単電池直列接続体を構成
し、所望の高電圧が得られる。
レート30側の端部には、スタック26,28が構成す
る共通の単電池直列接続体の端部電極34,36が積層
される。例えば、上述の単電池の配列方向によれば、ス
タック26に積層される電極34は正電極となり、スタ
ック28に積層される電極36は負電極となる。電極3
4,36は、スタック26とスタック28との境界の位
置(すなわち、燃料電池スタック24の車両前後方向に
関し中央部)にてスタックの積層方向に曲げられたL字
形状を有する。電極34,36のスタック積層方向を向
いた部分は、エンドプレート30の車両前後方向中央位
置に開けられた穴を通ってエンドプレート30から車両
側方に向けて突出され、端子38として用いられる。
22に固定されるが、スタック26,28は温度による
膨張、収縮等によって積層方向の寸法が変化し得る。そ
こで、エンドプレート30と電極34との間、及びエン
ドプレート30と電極36との間には皿バネの積層体
(図示せず)が配置され、スタック26,28を構成す
る単電池が常に適度な力で互いに圧接されるように構成
される。
電気回路や分配器(図示せず)が配置される。リレー4
0は、正極、負極それぞれの端子38との間を、柔軟性
を有したバスバー(フレキシブルバスバーと称する)4
2で電気的に接続される。ちなみに、フレキシブルバス
バー42は端子38及びリレー40の端子にそれぞれボ
ルト止めされる。
(エンドプレート30側の側面)の車両後方寄りの位置
にサービスプラグ50が取り付けられている。サービス
プラグ50は、ケース22に固定された固定部52と、
ケース22の外側に設けられ固定部52から分離可能な
プラグ部54とからなる。エンドプレート30上におい
てサービスプラグ50に近い位置に端子台60が取り付
けられ、この端子台60を中継点として、サービスプラ
グ50の固定部52とリレー40との間が電気的に接続
される。すなわち、固定部52に接続されたハーネス6
2と、リレー40に接続されたバスバー64とが端子台
60で互いに電気的に接続される。これにより、リレー
40とサービスプラグ60の固定部との間が正極、負極
毎に電気的に接続される。
らはケース22の外側へ電源出力ケーブル66が引き出
される。固定部52に接続されたハーネス62と電源出
力ケーブル66との間はプラグ部54によって電気的に
接続される。
生した電力は、リレー40及びサービスプラグ50を経
由して電源出力ケーブル66から出力される構成であ
り、この出力はリレー40及びサービスプラグ50によ
って遮断可能である。リレー40は外部からの制御信号
に応じて、正極、負極それぞれについてフレキシブルバ
スバー42が接続された端子とバスバー64が接続され
た端子との間の電気的断続を行う。例えば、リレー40
は車両走行時等の通常時にはON状態に保たれ、燃料電
池モジュール20からの出力が可能とされるが、一方、
衝突センサ(図示せず)が自車の衝突を検知した場合な
どに発せられる制御信号に応じてOFF状態に切り替え
られ、燃料電池モジュール20からの出力が遮断され
る。
ラグ部54が固定部52に装着されている状態では、燃
料電池モジュール20からの出力が可能とされるが、プ
ラグ部54が固定部52から引き抜かれると、電源出力
ケーブル66とハーネス62との間が電気的に切断状態
となる。この切断はケース22の内部で行われ、燃料電
池モジュール20の外部には燃料電池スタック24の出
力電圧が印加される部分がなくなる。このように、サー
ビスプラグ50はケース22の外部から手動で操作され
る電流遮断器として機能し、例えば、メンテナンス時に
作業者がサービスプラグ50を断状態とすることによ
り、燃料電池モジュール20の高電圧に対する安全が確
保される。
タ(図示せず)との間には、配管が設けられ、冷却水が
循環される。ラジエータにて空冷された冷却水は注入口
70から燃料電池スタック24内に流れ込み、スタック
内に設けられた隙間を流通して、水素の燃焼により発生
した熱を奪って、排出口72から流れ出て、再びラジエ
ータへ戻される。冷却水は燃料電池スタック24内で単
電池の電極に接しながら流通するため、その電極の電位
の影響を受け、電極34の正電位(+V)と電極36の
負電位(−V)との間の電位を帯びる。例えば、エンド
プレート32に注入口70及び排出口72を設けた場
合、冷却水には基本的にエンドプレート32近傍の電位
(およそゼロ電位)を有することとなる。
説明する。図2は、サービスプラグ50の模式的な縦断
面図である。ケース22に取り付けられた固定部52に
は、導電部材で形成された4本の雄端子80が例えば縦
一列に立設される。これらは正極、負極に対応して2対
を構成する。例えば雄端子80a,80bは正極に対応
し、雄端子80aにはハーネス62、雄端子80bには
電源出力ケーブル66がそれぞれ接続され、雄端子80
c,80dは負極に対応し、雄端子80cにはハーネス
62、雄端子80dには電源出力ケーブル66がそれぞ
れ接続される。プラグ部54には、対を成す雄端子80
同士を電気的に接続する雌端子82が設けられる。プラ
グ部54が固定部52に装着された状態では、雄端子8
0a,80bは雌端子82aにより互いに電気的に接続
され、同時に雄端子80c,80dは雌端子82bによ
り互いに電気的に接続される。一方、図2に示すよう
に、プラグ部54が固定部52から引き抜かれた状態で
は、雄端子80a,80bの間は電気的に切断され、同
時に雄端子80c,80dの間も電気的に切断される。
する簡略化した燃料電池モジュール20の回路図であ
る。この回路図では、単電池のスタックとサービスプラ
グ50とが示され、リレー40などの他の回路要素は省
略している。サービスプラグ50のプラグ部54を引き
抜くことによって、燃料電池スタック24の正極及び負
極とケース22外の部分との間が同時に遮断される。こ
こで、燃料電池モジュール20からは、冷却水に与えら
れた中間電位がケース22外に取り出されている(図3
の端子84がこれを表している)。
正極側のみを切断状態とするものであった場合には、電
源出力ケーブル66の正極側と負極側とを結ぶ回路には
電流は流れない。しかし、負極と端子84で表される冷
却水との間には電流が流れ得る。つまり、電源出力ケー
ブル66の負極側と冷却水とを結ぶ回路が成立すると、
そこに漏洩電流が流れるおそれがある。これに対して、
燃料電池モジュール20ではサービスプラグ50が両極
を切断状態とするので、そのような事態が防止される。
ラグ50を抜く場合には、操作者はプラグ部54の上部
に設けられたハンドル92を上に引き上げる。プラグ部
54はハンドル92を上に引き上げる動作に連動して、
雌端子82を水平方向(矢印94方向)に移動させる機
構を内蔵している。サービスプラグ50は上述のように
燃料電池モジュール20の側面に取り付けられ、本来な
らば操作者はプラグ部54の側方に手を差し入れ、これ
を水平方向に引っ張る動作を行わなければならないが、
エンジンルームには各種装置が配置され、手を入れるス
ペースの確保が難しく、また上方から差し入れた手で水
平方向に引っ張る動作ではプラグ部54に力を及ぼしに
くい。これらの困難を解決し、容易に電流遮断を行うた
めに、上述のようにハンドル92をプラグ部54の上部
に設け、これを上に引き上げる動作によってプラグ部5
4が固定部52から引き抜かれるように構成している。
また、操作者がハンドル92を引くと、雌端子82aと
雌端子82bとが同時に引き抜かれる。つまり、一つの
動作で、正極側の接続と負極側の接続とが同時に切断さ
れるので、操作忘れによって片方の極の接続が切断され
ないということが起こらない。
池スタック24の全体を覆うものであったが、燃料電池
スタック24の一部を覆うケースを設けることもでき
る。例えば、ケース22は、ボンネットを開けたときに
見える部分を主として覆うもの、すなわち燃料電池スタ
ック24の上面、又は上面及び側面を覆い、一方、下側
が開放されたものとすることができる。
22の開閉と連動するように構成することができる。例
えば、サービスプラグ50を断状態としてからでなけれ
ばケース22が開けられないような構成や、またケース
22を開ける動作に連動してサービスプラグ50が断状
態となる構成とすることができる。そのような構成によ
り、例えば作業者が燃料電池モジュール20のメンテナ
ンス等のためにケース22を開ける場合において、燃料
電池スタック24の発生する高電圧に対する安全性が向
上し得る。
外部から手動操作される電流遮断器によって、燃料電池
のケース外への出力が遮断されるので、保守作業等にお
ける安全が確保される。また、正負両極を同時に遮断す
ることによって、冷却水に与えられる中間電位と正極と
の間、また中間電位と負極との間の漏電が防止され、作
業時等の安全が確保される。さらに、この手動操作され
る電流遮断器をケースの車両側方向きの側面(特にその
後方寄り)に配置することにより、衝突時における当該
電流遮断器の破損の可能性が低減され、その機能の確保
が図られるので、衝突後における保守作業等の安全が図
られる。
燃料電池自動車の車両前方部の模式的な上面図である。
燃料電池モジュールの回路図である。
電池スタック、30,32 エンドプレート、34,3
6 端部電極、38 端子、40 リレー、42 フレ
キシブルバスバー、50 サービスプラグ、62 ハー
ネス、64 バスバー。
Claims (5)
- 【請求項1】 車両に駆動電力を供給する燃料電池と、 前記燃料電池を覆うケースと、 前記ケースに取り付けられ、前記ケースの外部から手動
操作され、前記燃料電池の前記ケース外への出力を遮断
可能な電流遮断器と、 を有することを特徴とする燃料電池モジュール。 - 【請求項2】 請求項1記載の燃料電池モジュールにお
いて、 前記電流遮断器は、前記燃料電池の正負両極を同時に遮
断可能であること、を特徴とする燃料電池モジュール。 - 【請求項3】 車両に駆動電力を供給する燃料電池と、 手動操作され、前記燃料電池の正負両極の出力を同時に
遮断可能な電流遮断器と、 を有することを特徴とする燃料電池モジュール。 - 【請求項4】 請求項1から請求項3のいずれかに記載
の燃料電池モジュールを搭載した燃料電池自動車におい
て、 前記燃料電池モジュールは、車両の前方部に搭載され、 前記電流遮断器は、前記燃料電池モジュールの車両側方
向きの側面に配置されること、を特徴とする燃料電池自
動車。 - 【請求項5】 請求項4記載の燃料電池自動車におい
て、 前記電流遮断器は、前記側面の車両後方寄りの位置に配
置されること、を特徴とする燃料電池自動車。
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