JP2004055384A - Fuel cell module equipped with electric leak detector, and fuel cell automobile - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、漏電検出器を備える燃料電池モジュール、およびこの燃料電池モジュールを搭載する燃料電池自動車に関する。
【0002】
【従来の技術】
水素と酸素の電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池は、次世代のエネルギ源として期待されており、自動車への搭載が研究されている。こうした燃料電池自動車では、燃料電池が高電圧を発生することから、燃料電池からの漏電の対策が重要である。特開平6−223859号公報には、燃料電池自動車において、冷却水の電気導電率を導電率センサにより検出して、燃料電池からの漏電をチェックする構成が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では、導電チェックの信頼性の低下を招くことがあった。というのも、導電率センサにより構成される漏電検出器は、燃料電池からの配線を伴うものであることから、漏電検出器の配設の仕方によっては、他部品との干渉により配線の取り回しが困難となるためであり、この結果、漏電チェックの信頼性の低下を招くことがあった。
【0004】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、漏電検出器からの配線が他部品と干渉することを防止して、漏電チェックの信頼性の向上を図ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
前述した課題の少なくとも少なくとも一部を解決するための手段としては、以下に示す構成をとった。
【0006】
本発明の第1の燃料電池モジュールは、
車両の駆動電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池からの漏電を検出する漏電検出器とを備える燃料電池モジュールにおいて、
前記燃料電池を覆うケースを設けるとともに、
前記漏電検出器を前記ケース内に設けたことを要旨としている。
【0007】
この第1の燃料電池モジュールでは、漏電検出器が、燃料電池を覆うケース内に設けられることから、漏電検出器と燃料電池とを結ぶ配線が他部品と干渉することがない。このために、配線の取り回しが容易であることから、漏電チェックの信頼性の向上を図ることができる。
【0008】
上記第1の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池は、積層方向両端を高剛性を有したエンドプレートで支持された単電池の積層体からなり、前記漏電検出器は、前記エンドプレートに配設された構成とすることができる。
【0009】
この構成によれば、漏電検出器が、エンドプレートに配設されることから、漏電検出器と燃料電池とを結ぶ電気配線を短くすることができる。このために、電気配線を含む高電圧な部分が短くなることから、安全性の向上を図ることができる。
【0010】
本発明の第2の燃料電池モジュールは、
車両の駆動電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池からの漏電を検出する漏電検出器とを備える燃料電池モジュールにおいて、
前記燃料電池は、積層方向両端を高剛性を有したエンドプレートで支持された単電池の積層体からなり、
前記漏電検出器は、前記エンドプレートに配設されたことを要旨としている。
【0011】
この第2の燃料電池モジュールでは、漏電検出器が、エンドプレートに配設されることから、漏電検出器と燃料電池とを結ぶ電気配線が短くなり、他部品との干渉を防止することができる。このために、配線の取り回しが容易であることから、漏電チェックの信頼性の向上を図ることができ、さらには、電気配線を含む高電圧な部分が短くなることから、安全性の向上を図ることができる。
【0012】
前記第1または第2の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池は、前記エンドプレートを中間電位に帯電させる構成であり、前記漏電検出器は、前記エンドプレートに電気配線を直づけして、該電気配線を介して前記燃料電池の中間電位を引き込む構成とすることができる。
【0013】
この構成によれば、漏電検出器へ中間電位を引き込む電気配線を最短とすることができる。このために、配線を含む高電圧な部分が最短となることから、安全性をより向上させることができる。
【0014】
本発明の燃料電池自動車は、
上記漏電検出器をエンドプレートに設けた第1の燃料電池モジュール、または第2の燃料電池モジュールを搭載する燃料電池自動車であって、
前記燃料電池モジュールは、前記車両の左右方向に、前記燃料電池の積層方向が向くように搭載されたことを要旨としている。
【0015】
この燃料電池自動車では、漏電検出器は、高剛性のエンドプレートに配設されるとともに、燃料電池の積層方向が車両の左右方向に向くように、燃料電池モジュールは搭載されることから、衝突時の漏電検出器の破損を防止することができる。衝突時には、車両の前後方向に大きな衝撃力が発生して、漏電検出器が配設された左右方向に大きな衝撃力が発生する恐れは小さいためであり、また、漏電検出器は高剛性のエンドプレートに配設されているためである。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施例としての燃料電池モジュール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と呼ぶ)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等の構造がわかるように図示している。
【0017】
燃料電池スタック24は、車両の駆動電力を供給するためのもので、それぞれ板状の単電池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。第1と第2のスタック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と第2のスタック26,28の積層方向は共に車両左右方向であり、その左右端には、比較的厚め(例えば、厚さ15mm程度)の金属のエンドプレート30,32が配置されている。両エンドプレート30,32の間は、締め付け部材(図示せず)によって締め付けられており、この結果、スタック26,28は積層方向に押さえ付けられている。
【0018】
第1と第2のスタック26,28は単電池の極性が互いに反対向きに積層され、例えば、第1のスタック26は、図において左側が正極、右側が負極であり、第2のスタック28は、図において左側が負極、右側が正極である。第1と第2のスタック26,28のエンドプレート32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。
【0019】
第1と第2のスタック26,28のエンドプレート30側の端部には、第1と第2のスタック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、第1のスタック26に積層される電極34は正電極となり、第2のスタック28に積層される電極36は負電極となる。電極34,36は、第1と第2のスタック26,28との境界の位置(すなわち、燃料電池スタック24の車両前後方向についての中央部)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。
【0020】
なお、第1と第2のスタック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うる。そこで、エンドプレート30と電極34との間、およびエンドプレート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、第1と第2のスタック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。
【0021】
端子38には、電源出力ケーブル(図示せず)が接続される。なお、この電源出力ケーブルの途中にはリレー(図示せず)が設けられている。端子38の突出する側のエンドプレート30には、漏電検出器40が固着した状態に配置される。漏電検出器40からは配線42が出ているが、この配線42の端部は、エンドプレート30にボルト止めされる。図2は、そのボルト止めの様子を示す斜視図である。図示するように、配線42の端部42aは、取付用金具44に固着されており、その取付用金具44に設けられた孔(図示せず)にボルト46を通して、エンドプレート30の車両側方の壁面30aにボルト止めされる。
【0022】
燃料電池モジュール20とラジエータ(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50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52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(ーV)との間の電位を帯びる。例えば、端子38の突出したエンドプレート30と反対側のエンドプレート32に注入口50および排出口52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)を有することになる。
【0023】
なお、前述したように、両エンドプレート30,32の間は、締め付け部材によって締め付けられており、この締め付け部材は、導電性の金属によって形成されるものであるから、端子38の突出した側のエンドプレート30も、他方側のエンドプレート30と同じ電位(およそゼロ電位)を有することになる。
【0024】
図3は、漏電検出器40の電気的な構成を、燃料電池スタック24と電子制御ユニット(以下、ECUと呼ぶ)54とともに示す説明図である。図示するように、漏電検出器40は、燃料電池スタック24の中間電位(およそゼロ電位)と接続されている。これは、前述したように、漏電検出器40からの配線42を、エンドプレート30にボルト止めされることで、実現されている。
【0025】
漏電検出器40は、抵抗器61,62と、電圧検出回路63と、警告出力回路64とを備える。この漏電検出器40によれば、配線42からの中間電位を、抵抗器60を介して引き込んで、その中間電位の電圧を、電圧検出回路63により検出して、その検出結果に応じて、警告出力回路64により、警告信号をECU54に出力する。なお、抵抗器60と電圧検出回路63との間は、抵抗器62によりグランドに接続されている。
【0026】
もし、燃料電池スタック24の負側の電極36に、漏電あるいは感電が発生すると、電極36と前述した冷却水(図中Lの抵抗成分)との間に電流が流れ得る。つまり、燃料電池スタック24の負側の電極36と冷却水Lとを結ぶ回路が成立すると、そこに漏洩電流が流れる恐それが発生する。これにより冷却水Lに高電圧が発生するが、この高電圧を、電圧検出回路63によって検出する。
【0027】
電圧検出回路63に高電圧が発生すると、前述したように、警告出力回路64から、ECU54に警告信号が発せられる。ECU54は、CPU、ROM,RAM等を備える所謂マイクロコンピュータによって構成されるもので、ケース22の外側に設けられている。ECU54のCPUは、ROMに記憶されるプログラムに従う制御処理を実行することで、警告信号を受信したときに、電源出力ケーブルに燃料電池スタック24に設けられたリレー71,72を切断する。
【0028】
以上詳述したように、この実施例の燃料電池モジュール20によれば、漏電検出器40が、燃料電池スタック24を覆うケース22内に設けられることから、漏電検出器40と燃料電池スタック24とを結ぶ高電圧用の配線42が、リレー等の他部品と干渉することがない。このために、配線の取り回しが容易であることから、漏電チェックの信頼性の向上を図ることができる。
【0029】
また、この実施例では、漏電検出器40が、エンドプレート30に配設されていることから、漏電検出器40と燃料電池スタック24とを結ぶ配線42を短くすることができる。このために、配線42を含む高電圧な部分が短くなることから、安全性の向上を図ることができる。特に、この実施例では、中間電位を帯びたエンドプレート32に上記配線42をボルト止めによって直づけする構成をとっていることから、配線42を最短とすることができる。このために、配線を含む高電圧な部分が最短となることから、安全性をより一層、向上させることができる。
【0030】
さらに、この実施例の燃料電池モジュール20を搭載した燃料電池自動車によれば、漏電検出器40は、エンドプレート30に配設されるとともに、燃料電池スタック24の単電池25の積層方向が車両の左右方向に向くように、燃料電池モジュール20は搭載されることから、衝突時の漏電検出器40の破損を防止することができる。衝突時には、車両の前後方向に大きな衝撃力が発生して、漏電検出器40が配設された左右方向に大きな衝撃力が発生する恐れは小さいためであり、また、漏電検出器40は、比較的厚めの金属製といった高剛性のエンドプレートに配設されているためである。
【0031】
なお、本発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【0032】
(1)上述した実施例では、ケース22は、燃料電池スタック24の全体を覆うものであったが、これに換えて、燃料電池スタック24の一部を覆うケースとしてもよい。例えば、ケースは、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、または上面および側面を覆い、一方、下側が開放されたものとすることができる。
【0033】
(2)上述した実施例では、中間電位を帯びたエンドプレート32に上記配線42をボルト止めによって直づけする構成をとっていたが、これに換えて、配線42をエンドプレート32にロウ付する構成としてもよい。いずれの方法で直づけする構成としてもよい。
【0034】
(3)上述した実施例では、配線42を直づけするエンドプレートを、端子38の突出する側のエンドプレート30としたが、これに換えて、他方側のエンドプレート32とすることもできる。
【0035】
(4)また、配線42をエンドプレート30(あるいは32)に直づけすることなしに、漏電検出器40をケース22内に設けた構成とすることもできる。
【0036】
(5)また、ケース22は、必ずしも必要なく、漏電検出器40をエンドプレート30(あるいは32)に配設した構成を発明とすることもできる。
【0037】
(6)前記漏電検出器40は、燃料電池スタック24の電圧変動から漏電を検出する構成であったが、これに換えて、冷却水の電気導電率を検出する構成とすることもできる。燃料電池スタック24からの漏電を検出できるものであれば、どのような構造によるものでもよい。
【0038】
(7)上述した実施例では、燃料電池スタック24の単電池25の積層方向が車両の左右方向に向くようになされていたが、ここで、左右方向とは、車両の前後方向に直角な方向であるが、必ずしも直角である必要はなく、略直角であれば、左右方向と呼ぶものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例としての燃料電池モジュール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2】配線42のエンドプレート30へのボルト止めの様子を示す斜視図である。
【図3】漏電検出器40の電気的な構成を燃料電池スタック24とECU54とともに示す説明図である。
【符号の説明】
20…燃料電池モジュール
22…燃料電池スタックケース
24…燃料電池スタック
25…単電池
26…第1のスタック
28…第2のスタック
30…エンドプレート
30a…壁面
32…エンドプレート
34,36…電極
38…端子
40…漏電検出器
42…配線
42a…端部
44…取付用金具
46…ボルト
50…注入口
52…排出口
54…ECU
61,62…抵抗器
63…電圧検出回路
64…警告出力回路
71,72…リレー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell module including a leakage detector and a fuel cell vehicle equipped with the fuel cell module.
[0002]
[Prior art]
Fuel cells, which generate electricity by using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, are expected as next-generation energy sources, and are being studied for use in vehicles. In such a fuel cell vehicle, since the fuel cell generates a high voltage, it is important to take measures against leakage from the fuel cell. Japanese Patent Laying-Open No. 6-223859 discloses a configuration in a fuel cell vehicle in which electric conductivity of cooling water is detected by a conductivity sensor to check for leakage from the fuel cell.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technique, the reliability of the conductivity check may be reduced. This is because the leakage detector composed of the conductivity sensor involves wiring from the fuel cell, so depending on the arrangement of the leakage detector, the wiring may be routed due to interference with other parts. This is because it becomes difficult, and as a result, the reliability of the leakage check may be reduced.
[0004]
The present invention has been made in view of the above-described problem, and has as its object to prevent wiring from an electric leakage detector from interfering with other components, thereby improving the reliability of an electric leakage check.
[0005]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
As means for solving at least a part of the above-described problem, the following configuration is adopted.
[0006]
The first fuel cell module of the present invention comprises:
In a fuel cell module including a fuel cell that supplies driving power of a vehicle and a leakage detector that detects leakage from the fuel cell,
A case is provided to cover the fuel cell,
The gist is that the earth leakage detector is provided in the case.
[0007]
In the first fuel cell module, since the leakage detector is provided in the case that covers the fuel cell, the wiring connecting the leakage detector and the fuel cell does not interfere with other components. For this reason, since the routing of the wiring is easy, the reliability of the leakage check can be improved.
[0008]
In the first fuel cell module, the fuel cell is composed of a stack of unit cells supported at both ends in a stacking direction by end plates having high rigidity, and the leakage detector is disposed on the end plate. Configuration.
[0009]
According to this configuration, since the leakage detector is provided on the end plate, it is possible to shorten the electric wiring connecting the leakage detector and the fuel cell. For this reason, since a high voltage part including an electric wiring is shortened, safety can be improved.
[0010]
The second fuel cell module of the present invention comprises:
In a fuel cell module including a fuel cell that supplies driving power of a vehicle and a leakage detector that detects leakage from the fuel cell,
The fuel cell includes a stack of unit cells supported at both ends in the stacking direction by end plates having high rigidity,
The gist is that the earth leakage detector is provided on the end plate.
[0011]
In the second fuel cell module, since the leakage detector is provided on the end plate, the electric wiring connecting the leakage detector and the fuel cell is shortened, and interference with other components can be prevented. . For this reason, since the wiring can be easily arranged, the reliability of the leakage check can be improved. Further, the high-voltage portion including the electric wiring can be shortened, so that the safety can be improved. be able to.
[0012]
In the first or second fuel cell module, the fuel cell is configured to charge the end plate to an intermediate potential, and the electric leakage detector directly connects an electric wire to the end plate, and A configuration may be adopted in which the intermediate potential of the fuel cell is drawn through wiring.
[0013]
According to this configuration, the electric wiring for drawing the intermediate potential to the leakage detector can be minimized. For this reason, the high-voltage portion including the wiring is shortest, so that the safety can be further improved.
[0014]
The fuel cell vehicle of the present invention,
A fuel cell vehicle equipped with a first fuel cell module or a second fuel cell module provided with the leakage detector on an end plate,
The gist is that the fuel cell module is mounted so that the stacking direction of the fuel cells is oriented in the left-right direction of the vehicle.
[0015]
In this fuel cell vehicle, the leakage detector is disposed on the high-rigidity end plate, and the fuel cell module is mounted so that the stacking direction of the fuel cells is oriented in the left-right direction of the vehicle. Can be prevented from being damaged. At the time of a collision, a large impact force is generated in the front-rear direction of the vehicle, and there is a small possibility that a large impact force will be generated in the left and right direction where the leakage detector is provided. This is because it is arranged on the plate.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is a schematic top view of a vehicle front part of a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell module as one embodiment of the present invention. In the figure, a
[0017]
The
[0018]
The first and
[0019]
[0020]
The dimensions of the first and
[0021]
A power output cable (not shown) is connected to the terminal 38. A relay (not shown) is provided in the middle of the power output cable. On the
[0022]
A pipe is provided between the
[0023]
As described above, the gap between the
[0024]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the electrical configuration of the
[0025]
The
[0026]
If a leak or an electric shock occurs in the
[0027]
When a high voltage is generated in the
[0028]
As described in detail above, according to the
[0029]
Further, in this embodiment, since the
[0030]
Further, according to the fuel cell vehicle equipped with the
[0031]
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention, and for example, the following modifications are possible.
[0032]
(1) In the above-described embodiment, the case 22 covers the entire
[0033]
(2) In the above-described embodiment, the
[0034]
(3) In the above-described embodiment, the end plate to which the
[0035]
(4) In addition, the
[0036]
(5) The case 22 is not always necessary, and a configuration in which the
[0037]
(6) The
[0038]
(7) In the above-described embodiment, the stacking direction of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic top view of a vehicle front portion of a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell module as one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a state in which a
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an electrical configuration of a
[Explanation of symbols]
20 fuel cell module 22 fuel
61, 62 ...
Claims (5)
前記燃料電池を覆うケースを設けるとともに、
前記漏電検出器を前記ケース内に設けたことを特徴とする燃料電池モジュール。In a fuel cell module including a fuel cell that supplies driving power of a vehicle and a leakage detector that detects leakage from the fuel cell,
A case is provided to cover the fuel cell,
A fuel cell module, wherein the leakage detector is provided in the case.
前記燃料電池は、積層方向両端を高剛性を有したエンドプレートで支持された単電池の積層体からなり、
前記漏電検出器は、前記エンドプレートに配設された燃料電池モジュール。The fuel cell module according to claim 1, wherein
The fuel cell includes a stack of unit cells supported at both ends in the stacking direction by end plates having high rigidity,
The leakage detector is a fuel cell module disposed on the end plate.
前記燃料電池は、積層方向両端を高剛性を有したエンドプレートで支持された単電池の積層体からなり、
前記漏電検出器は、前記エンドプレートに配設されたことを特徴とする燃料電池モジュール。In a fuel cell module including a fuel cell that supplies driving power of a vehicle and a leakage detector that detects leakage from the fuel cell,
The fuel cell includes a stack of unit cells supported at both ends in the stacking direction by end plates having high rigidity,
The fuel cell module, wherein the leakage detector is disposed on the end plate.
前記燃料電池は、前記エンドプレートを中間電位に帯電させる構成であり、
前記漏電検出器は、前記エンドプレートに電気配線を直づけして、該電気配線を介して前記燃料電池の中間電位を引き込む構成である燃料電池モジュール。The fuel cell module according to claim 2 or 3, wherein
The fuel cell is configured to charge the end plate to an intermediate potential,
The fuel cell module according to claim 1, wherein the electric leakage detector directly connects an electric wiring to the end plate, and draws an intermediate potential of the fuel cell through the electric wiring.
前記燃料電池モジュールは、前記車両の左右方向に、前記燃料電池の積層方向が向くように搭載された、燃料電池自動車。A fuel cell vehicle equipped with the fuel cell module according to claim 2,
A fuel cell vehicle, wherein the fuel cell module is mounted so that a stacking direction of the fuel cells is oriented in a lateral direction of the vehicle.
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