JP2005122935A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素の供給により発電を行う燃料電池と蓄電用の2次電池とを備えた燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates power by supplying hydrogen and a secondary battery for power storage.
近年の環境問題、特に自動車の排出ガスによる大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題等に対する対策として、クリーンな排気及び高エネルギ効率を可能とする燃料電池技術が注目を浴びている。燃料電池は、燃料となる水素あるいは水素リッチな改質ガス及び空気を電解質・電極触媒複合体に供給し、電気化学反応を起こし、化学エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換システムである。なかでも、固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子電解質型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高い出力密度を有することから、自動車等の車両用電源としての用途が期待されている。 Fuel cell technology that enables clean exhaust and high energy efficiency is attracting attention as a countermeasure against environmental problems in recent years, particularly air pollution caused by automobile exhaust gas and global warming caused by carbon dioxide. A fuel cell is an energy conversion system that supplies hydrogen or hydrogen-rich reformed gas and air as fuel to an electrolyte / electrode catalyst complex, causes an electrochemical reaction, and converts chemical energy into electric energy. Among them, a solid polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer membrane as an electrolyte is low in cost, easy to be compact, and has a high output density, so that it can be used as a power source for vehicles such as automobiles. Expected.
ただし、燃料電池や燃料電池を含む発電システムでは、暖機が完了していない状態では安定した発電ができないため、補助電源として2次電池を設け、この2次電池によって例えば電気ヒータを作動させることで、燃料電池や燃料電池を含む発電システムの暖機を促進することが検討されている。 However, in a power generation system including a fuel cell and a fuel cell, stable power generation cannot be performed in a state where warm-up has not been completed. Therefore, a secondary battery is provided as an auxiliary power source, and an electric heater is operated by the secondary battery, for example. Therefore, it has been studied to promote the warm-up of the power generation system including the fuel cell and the fuel cell.
ところで、補助電源として用いられる2次電池においては、充放電時に生じる電極での化学反応や充放電電流を流す正負極端子等での電気抵抗による発熱によって温度は上昇する。この温度上昇が大きくなりすぎると、電池寿命が短くなったりする虞れが生ずる。特に、リチウムイオン電池の場合には、電解質に有機溶媒を用いると共に、負極活物質にも炭素等を用いるので、高温になる可能性がある。 By the way, in a secondary battery used as an auxiliary power supply, the temperature rises due to a chemical reaction at an electrode that occurs during charging and discharging, or heat generation due to electrical resistance at a positive and negative terminal through which a charging / discharging current flows. If this temperature rise becomes too large, the battery life may be shortened. In particular, in the case of a lithium ion battery, an organic solvent is used for the electrolyte, and carbon or the like is used for the negative electrode active material.
そこで、この対策として、電池筐体の内部、あるいは表面へ冷媒を接触させることにより、電池を冷却する構造が種々提案されている(例えば、特許文献1〜特許文献5等を参照)。 Therefore, as a countermeasure, various structures for cooling the battery by bringing a refrigerant into contact with the inside or the surface of the battery casing have been proposed (see, for example, Patent Document 1 to Patent Document 5).
一方、天然ガス自動車(NGV)では、天然ガスを貯蔵する容器の取り扱い、特に部品納入から車両搭載までの間の容器の転がし搬送(ハンドリング)で容器が損傷することなどを含め、特に容器の取り扱い方法にかなりの注意を払う必要があった。このため、高圧圧縮水素容器の取り扱い上強度を要する部位、例えば転がし搬送を行うのであれば鏡部(容器肩部)における容器内部に、容器の製造時に緩衝材を入れたり、外部に後付で保護キャップを付ける等して、衝撃を防止する対策もみられた。
しかしながら、上記特許文献に記載される技術では、冷媒を電池表面へ接触させたり、あるいは内部を通して電池を冷却する構成になっているために、ポンプやファン、熱交換器、配管や冷却を制御するコントロールユニット等、専用の冷却システムを設置する必要があった。このため、部品点数の増加によるコストの増加を招き、さらにはスペース効率が悪化するという問題があった。 However, in the technique described in the above-mentioned patent document, since the refrigerant is brought into contact with the surface of the battery or the battery is cooled through the inside, the pump, the fan, the heat exchanger, the piping and the cooling are controlled. It was necessary to install a dedicated cooling system such as a control unit. For this reason, there has been a problem that the cost is increased due to an increase in the number of parts, and further, the space efficiency is deteriorated.
また、高圧圧縮水素容器の転がし搬送(ハンドリング)の際の損傷が問題となるおそれがあった。その対策として、高圧圧縮水素容器の取り扱い上強度を要する部位に、緩衝材等を入れる場合には、緩衝材を入れた部位が必要以上に肉厚となり、容器の容積増加及び重量増加を招いていた。 Further, there is a possibility that damage during rolling and handling (handling) of the high-pressure compressed hydrogen container becomes a problem. As a countermeasure, when a buffer material or the like is placed in a part that requires strength in handling the high-pressure compressed hydrogen container, the part in which the buffer material is placed becomes thicker than necessary, leading to an increase in volume and weight of the container. It was.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、専用の冷却システムを設けることなく、2次電池の冷却を可能とする燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of cooling a secondary battery without providing a dedicated cooling system.
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、水素を燃料として発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に供給される水素を高圧圧縮して貯蔵する水素タンクと、前記燃料電池で発電されて得られた電力を補完する電力が蓄電される2次電池とを有する燃料電池システムにおいて、前記2次電池は、前記水素タンクの内部に設置されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, means for solving the problems of the present invention are a fuel cell that generates power using hydrogen as a fuel, a hydrogen tank that compresses and stores hydrogen supplied to the fuel cell, and the fuel. A fuel cell system including a secondary battery in which electric power that complements electric power generated by the battery is stored is characterized in that the secondary battery is installed inside the hydrogen tank.
本発明によれば、2次電池を水素タンクの内部に設置するようにしたので、水素タンクから高圧圧縮された水素が燃料電池に供給される際に、水素タンク内の水素の断熱膨張により水素タンク内の温度が低下し、この温度低下により2次電池を冷却することができる。 According to the present invention, since the secondary battery is installed inside the hydrogen tank, when hydrogen compressed at a high pressure from the hydrogen tank is supplied to the fuel cell, the hydrogen is adiabatically expanded by hydrogen in the hydrogen tank. The temperature in the tank decreases, and the secondary battery can be cooled by this temperature decrease.
これにより、2次電池を冷却する冷却手段が不要となり、構成の小型化を図ることができる。 Thereby, a cooling means for cooling the secondary battery is not required, and the configuration can be downsized.
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The best embodiment for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例1に係る燃料電池システムの構成を示す図である。図1に示す実施例1の燃料電池システム、ならびに以下に説明する実施例2の燃料電池システムは、車両に搭載されて、車両駆動源である駆動モータへの電力供給に用いられるものであり、燃料電池スタック1と、この燃料電池スタック1に燃料である水素を供給する水素供給系、酸化剤である空気を供給する空気供給系、補助電源である2次電池2、燃料電池スタック1及び2次電池2からの電力取り出しを制御するコントローラ3を備えている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. The fuel cell system of Example 1 shown in FIG. 1 and the fuel cell system of Example 2 described below are mounted on a vehicle and used to supply power to a drive motor that is a vehicle drive source. Fuel cell stack 1, hydrogen supply system for supplying hydrogen as fuel to fuel cell stack 1, air supply system for supplying air as oxidant,
なお、以下に説明する実施例1、2において、燃料電池スタック1に供給される水素を充填して貯蔵する高圧圧縮の水素タンク4は、説明を容易にするために、1本とし、両端部に開口部を有し、円管引き抜き工法で製造されたものとするが、水素タンク4の数や製造工法はこれに限るものではない。
In Examples 1 and 2 to be described below, the
燃料電池スタック1は、水素が供給される燃料極と酸素(空気)が供給される空気極とが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされた発電セルが多段積層された構造を有し、電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギに変換するものである。各発電セルの燃料極では、水素が供給されることで水素イオンと電子とが解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させて、空気極側にそれぞれ移動する。また、空気極では、供給された空気中の酸素と前記水素イオン及び電子が反応して水が生成され、外部に排出される。 The fuel cell stack 1 has a structure in which power generation cells in which a fuel electrode to which hydrogen is supplied and an air electrode to which oxygen (air) is supplied are stacked with an electrolyte / electrode catalyst composite interposed therebetween are stacked in multiple stages, It converts chemical energy into electrical energy by an electrochemical reaction. At the fuel electrode of each power generation cell, hydrogen ions and electrons are dissociated when hydrogen is supplied, hydrogen ions pass through the electrolyte, electrons generate power through an external circuit, and move to the air electrode side. To do. In the air electrode, oxygen in the supplied air reacts with the hydrogen ions and electrons to generate water, which is discharged to the outside.
燃料電池スタック1の電解質としては、高エネルギ密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質が用いられる。固体高分子電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン(プロトン)伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。 For example, a solid polymer electrolyte is used as the electrolyte of the fuel cell stack 1 in consideration of high energy density, low cost, light weight, and the like. The solid polymer electrolyte is made of an ion (proton) conductive polymer film such as a fluororesin ion exchange membrane, and functions as an ion conductive electrolyte when saturated with water.
水素供給系は、例えば、水素供給装置である水素タンク4、排出弁5、調圧装置である水素調圧弁6、水素供給配管7、及び水素排気配管8を有している。そして、水素タンク4から供給される水素が、水素調圧弁6で減圧され、水素供給配管7を通って燃料電池スタック1の燃料極に送り込まれるようになっている。また、燃料電池スタック1からの排水素は、水素排気配管8を介して排出されるが、この排水素を例えばエゼクタ等によって循環させて、新たに水素タンク4から供給される水素と混合して再び燃料電池スタック1の燃料極に供給するようにしてもよい。
The hydrogen supply system includes, for example, a
また、空気供給手段は、外気を吸入し燃料電池スタック1の空気極に空気を圧送するためのコンプレッサ9、空気供給配管10、及び空気極排ガスを排出するための空気排気配管11を有している。そして、コンプレッサ9の駆動によって外気が加圧された状態で取り込まれ、空気供給配管10を通って燃料電池スタック1の空気極に送り込まれるようになっている。また、燃料電池スタック1で消費されなかった酸素及び空気中の他の成分は、空気排気配管11から大気中に排出される。
The air supply means has a
前述の水素供給系及び空気供給系においては、水素供給配管7及び空気供給配管10の燃料電池スタック1の入口直前位置に熱交換器12が設置されており、水素や空気がこの熱交換器12において最適温度に温度調節された上で、燃料電池スタック1に供給されるようになっている。熱交換器12には、温度調節用の冷媒が循環される循環経路13が接続され、この循環経路13には、冷媒を循環するための循環ポンプ14、及び冷媒を冷却するラジエータ15が設けられている。そして、燃料電池スタック1の入口直前にて温度センサ16,17により燃料電池スタック1に供給される水素や空気の温度が検出され、その検出値に応じてコントローラ3によって循環ポンプ14やラジエータ15のファンが動作制御されることで、水素や空気が最適温度に温度調節されるようになっている。
In the above-described hydrogen supply system and air supply system, the
2次電池2は、例えばアルミニウム等のラミネートフィルムで電池要素を外装した板状でフレキシブルな積層型のラミネート電池で構成され、後述するように水素タンク4の胴部の内周壁に接触して配置されている。2次電池2は、水素タンク4の内周壁に接することで、水素タンク4との間で熱交換が行われる。
The
上記燃料電池システムが搭載される車両は、図1に示すように、駆動モータインバータ18及び駆動モータ19を備えており、燃料電池スタック1で発電された電力は、その一部が補機21で消費され、残りが駆動モータインバータ18から駆動モータ19に供給され、駆動モータ19により燃料電池車両の駆動輪22が駆動される。
As shown in FIG. 1, the vehicle on which the fuel cell system is mounted includes a
また、燃料電池スタック1で発電された電力のうち、補機(負荷)21や駆動モータ19で消費されなかった余剰の電力は、2次電池2に蓄電される。さらに、車両の減速によって回生電力が生じたときには、この回生電力の一部が補機21により消費され、余剰の電力は駆動モータインバータ18から2次電池2へ回収されて蓄電される。
Of the power generated by the fuel cell stack 1, surplus power that has not been consumed by the auxiliary machine (load) 21 or the
一方、燃料電池スタック1の発電力が足りないときには、2次電池2に蓄電された電力が、燃料電池スタック1の発電量の不足分をアシストするアシスト電源として、補機21あるいは駆動モータインバータ18に供給される。このとき、2次電池2からの出力電圧、電流値は、電圧・電流計20によって計測されるようになっており、この計測値に基づいてコントローラ3が2次電池2のSOC(残充電量)を判断し、これを監視するようにしている。そして、このような2次電池2の残充電量や燃料電池スタック1の発電状態、駆動モータ19や補機21に要求される電力等に応じて、コントローラ3が、燃料電池スタック1や2次電池2からの電力の取り出しを制御するようにしている。
On the other hand, when the generated power of the fuel cell stack 1 is insufficient, the power stored in the
このような燃料電池車両において、例えば加速時等には、燃料電池スタック1の発電力が供給不足になり、2次電池2が不足電力分をアシストして放電する。燃料電池車両が加速した際のシステムの様子を表す図2に示すように、このときに生じる電極での化学反応や放電電流を流す正負極端子等での電気抵抗により、2次電池2は発熱し、2次電池2の温度は上昇する。この温度上昇が大きくなりすぎると、電池寿命が短くなったり、電池が損傷する虞れが生ずるため、これを冷却する必要がある。
In such a fuel cell vehicle, for example, at the time of acceleration, the generated power of the fuel cell stack 1 becomes insufficiently supplied, and the
そこで、この実施例1では、図3に示すように、水素タンク4の胴部の内周壁に上述した積層型のラミネート電池で構成された2次電池2を接触させて配置することで、2次電池2の発熱に関する不具合を解決するようにしている。
Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the
図3は本発明の実施例1の水素タンク4の構造を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the
図3において、水素タンク4には、積層型のラミネート電池で構成された2次電池2が、水素タンク4の芯材(ライナー部)31の内側に設けられた外周補強材32の内、水素タンク4の胴部に設けられた外周補強材32の内周壁に沿って内周壁に接触して設置されている。2次電池2の両電極33は、ハーネス34を介して水素タンク4の両端の開口部に設置される容器元栓等を含むエンドプラグ部35の電極36に電気的に接続され、このエンドプラグ部35を介して2次電池2が外部と電気的に接続される。
In FIG. 3, in the
このような構造により、2次電池2は、水素タンク4の内部から水素が燃料電池スタック1へ供給されるときに生じる水素タンク4の内部における水素の断熱膨張により温度が低下した水素と直接接触することができる。さらに、2次電池2は、それ以外から水素と直接接触して吸熱された水素タンク4の芯材31と広範囲で接触することができる。これらにより、特別な冷却装置を必要とせず、燃料電池システムが成立すると共に、2次電池2を効率的に冷却することが可能となる。
With such a structure, the
次に、図4〜図9を参照して、水素タンク4の内部に積層型のラミネート電池で構成された2次電池2を設置する方法について説明する。
Next, with reference to FIGS. 4 to 9, a method for installing the
水素タンク4は、同一肉厚の材料から引き抜き工法(その他絞り工法でもよい)で製造され、水素タンク4の外周にガラス繊維やカーボンファイバ等の外周補強材32を巻き付けたものを使用する。
The
このような水素タンク4の内部に設置される2次電池2を構成する積層型のラミネート電池は、図4に示すように、端部に電極33が形成され、水素タンク4の内周壁に接着される接着面に熱伝導率の良い接着剤41が塗布され、シール台紙42を挟んで巻かれている。シール台紙42は、接着剤41が水素タンク4の接着面以外に接着せずに巻かれた状態とするためのものであり、接着剤41と接する面は油紙のような接着剤41がつかない材質で形成され、接着剤41が塗布されていない面と接する面は、この面にシール台紙42を貼り付けるための糊が塗布されている。
As shown in FIG. 4, an
このような接着剤41が片面に塗布されて巻装されたラミネート電池は、図5に示すように、ジョイント付きの専用の回転アーム51が取り付けられ、この回転アーム51を使用して、水素タンク4の両端の開口部から水素タンク4の内部に挿入される。続いて、図6に示すように、回転アーム51を操作することで水素タンク4の胴部の内周壁にラミネート電池を接触させる。
As shown in FIG. 5, the laminate battery in which the adhesive 41 is applied on one side and wound is provided with a dedicated
次に、図7に示すように、回転アーム51を回転操作することで巻装されたラミネート電池の接着剤41を水素タンク4の内周壁に接着させながらラミネート電池を内周壁に沿って伸ばし、ラミネート電池を水素タンク4の内周壁に接着させる。この時に、回転アーム51に取り付けられた水素タンク4の内部側のローラ71と水素タンク4の外部側のローラ72を回転させながらラミネート電池を挟み込んで押圧し、ラミネート電池の接着力を高める。
Next, as shown in FIG. 7, the laminate battery is stretched along the inner peripheral wall while adhering the adhesive 41 of the laminated battery wound by rotating the
ラミネート電池の接着が終了すると、図8に示すように、接着面以外に接着剤41がつかないようにラミネート電池に挟み込まれていたシール台紙42をラミネート電池から剥がし、剥がしたシール台紙42を水素タンク4の外へ取り出す。続いて、一方端にコネクタ81が取り付けられたハーネス34をラミネート電池の電極33に接続し、絶縁性の材質で形成されたエンドプラグ部35にハーネス34のコネクタ81を接続する。これにより、図9に示すように、エンドプラグ部35の内部に埋め込まれた導電材91を通して、ハーネス34がエンドプラグ部35に接続されたハーネス92に接続されて、ハーネス34がエンドプラグ部35から水素タンク4の外部に接続され、ラミネート電池の電気的接続が完了する。その後、エンドプラグ部35を水素タンク4の両端の開口部に取り付け、水素タンク4として完成する。
When the adhesion of the laminate battery is completed, as shown in FIG. 8, the seal mount 42 sandwiched between the laminate batteries is peeled off from the laminate battery so that the adhesive 41 does not adhere to the other side than the adhesion surface, and the peeled seal mount 42 is removed from the laminate battery. Take it out of the
図10はこの実施例1の燃料電池システムの低温起動時又は暖機運転時における運転の様子を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing a state of operation when the fuel cell system of Example 1 is started at a low temperature or during a warm-up operation.
図10において、燃料電池システムの低温起動時又は暖機運転時には、まず燃料電池スタック1の起動のために補機21を作動させる。そして、2次電池2の残充電量SOCが予め劣化等を考慮して定めた所定の設定値以上となっていることを条件として、コントローラ3が2次電池2からの電力取り出しを優先させて2次電池2を積極的に発熱させる。これにより、2次電池2の温度は上昇し、2次電池2の発熱により上昇した温度は、直接水素へ伝熱する。また、2次電池は水素タンク4の芯材31にも広範囲で接触しており、この芯材31を通して水素へ伝熱する。この結果、水素タンク4内の水素温度は上昇し、特別な加温装置を設けることなく燃料電池スタック1へ供給される水素の供給温度を高めることができるようになり、低温起動時間又は暖機運転時間を短縮することが可能になる。
In FIG. 10, when starting the fuel cell system at a low temperature or during a warm-up operation, first, the
このように上記実施例1においては、高圧圧縮水素が充填された水素タンク4から水素が燃料電池スタック1へ供給された時に、水素タンク4の内部に残った水素が断熱膨張して、水素タンク4内の温度が下がることを利用して、2次電池2を水素タンク4の内周壁に設置して水素に対して広範囲に接触させることにより、その伝熱効果により2次電池2を効率的に冷却することができる。これにより、従来のように、冷媒を電池表面へ当てる、あるいは電池を冷却するためのポンプやファン、熱交換器、配管等の冷却に必要な構成が不要となり、部品点数が少ない、冷却効率、コストおよびスペース効率が良い燃料電池システムを提供できる。
As described above, in the first embodiment, when hydrogen is supplied from the
また、2次電池2からの発熱により、低温始動時又は暖機運転時に燃料電池システムへ供給する水素燃料を暖めることが可能となり、燃料電池システムの暖気性能が向上し、より低温で始動が可能となる。また、システム内部の暖気装置などを省略することが可能となる。
In addition, the heat generated from the
さらに、上記燃料電池システムが長期的に使用される中で、2次電池性能の低下防止が要求される燃料電池車両(FCV)等へ車載する場合には、2次電池2を、車両に搭載されている燃料電池の起動用、回生エネルギの蓄電用に特に最適化して用いることができる。
Further, when the fuel cell system is used over a long period of time, the
図11は本発明の実施例2に係る燃料電池システムの構成を示す図である。図11に示す実施例2の燃料電池システムの特徴とするところは、先に説明した実施例1に比べて、水素タンク4の鏡部(容器肩部)において、水素タンク4の芯材31と外周補強材32との間に、実施例1と同様の積層型のラミネート電池で構成された2次電池2を挟み込むようにして設置したことにあり、他は実施例1と同様である。なお、以下に説明する図11〜図21において、先に説明した図1〜図10と同符号のものは同一機能を有するものであり、その説明は省略する。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to
図11に示す燃料電池車両において、例えば加速時等には、燃料電池スタック1の発電力が供給不足になり、2次電池2が不足電力分をアシストして放電する。燃料電池車両が加速した際のシステムの様子を表した図12に示すように、このときに生じる電極での化学反応や放電電流を流す正負極端子等での電気抵抗により、2次電池2は発熱し、2次電池2の温度は上昇する。この温度上昇が大きくなりすぎると、電池寿命が短くなったり、電池が損傷する虞れが生ずるため、これを冷却する必要がある。
In the fuel cell vehicle shown in FIG. 11, for example, at the time of acceleration, the generated power of the fuel cell stack 1 becomes insufficiently supplied, and the
そこで、この実施例2では、図13に示すように、水素タンク4内部の鏡部に2次電池2を接触させて配置することで、2次電池2の発熱に関する不具合を解決するようにしている。
Therefore, in the second embodiment, as shown in FIG. 13, the
図13は本発明の実施例2の水素タンク4の内部構造を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the internal structure of the
図13において、水素タンク4は、水素タンク4の両端部側の鏡部(容器肩部)131において、水素タンクの芯材(ライナー部)31と、水素タンク4の外周を補強する外周補強材32との間に、先の実施例1と同様な積層型のラミネート電池で構成された2次電池2をそれぞれ挟む構造となっている。
In FIG. 13, the
すなわち、それぞれの2次電池2は、水素タンク4の芯材31と広範囲で接触すると共に、同一肉厚の材料から絞りもしくは引き抜き工法で製造された水素タンク4の芯材31で最も構造的に変化が大きく、かつ転がし搬送(ハンドリング)を想定した場合に水素タンク4の取り扱い上強度を要する部位に設けられる。水素タンク4を転がし搬送(ハンドリング)する場合には、例えば図14に示すように、水素タンク4の鏡部131を接地し、接地した鏡部131を支点として水素タンク4を回転させて移動させるので、支点となる鏡部131に傷や破損のおそれが生じやすくなる。
That is, each
したがって、水素タンク4の鏡部131を、弾性を持つラミネート電池で構成された2次電池2を用いて保護することで、特別な冷却装置や保護材を必要とせず、燃料電池システムが成立すると共に、2次電池2を効率的に冷却することが可能となる。
Therefore, by protecting the
次に、図15〜図20を参照して、水素タンク4の内部の鏡部131に積層型のラミネート電池で構成された2次電池2を設置する方法について説明する。
Next, with reference to FIGS. 15 to 20, a method for installing the
まず、図15に示すように、水素タンク4の芯材(ライナー部)31は、同一肉厚の材料から絞りもしくは引き抜き工法で作成する。次に、図16に示すように、このようにして作成された水素タンク4の芯材31を、外周補強材32を水素タンク4に巻き付けるワインディング作業を行うワインディングマシン161に取り付け、芯材31の両鏡部131に2次電池2となるラミネート電池をそれぞれ仮固定し、それぞれのラミネート電池の電極33に保護部材162を取り付け、電極33を保護する。
First, as shown in FIG. 15, the core material (liner part) 31 of the
次に、図17に示すように、ワインディングマシン161を回転させながら、水素タンク4の芯材31の外周部全体に均一にカーボンファイバ等の外周補強材32を巻き付ける。この巻き付け作業において、ラミネート電池の保護された電極33が外周補強材32で巻き付けられずに露出し、後にラミネート電池の電気的な接続が可能となるように巻き付け作業が行われる。このようにして、水素タンク4の全体が十分な強度を持つだけのカーボンファイバ等の外周補強材32で巻き付けられると、ワインディング作業は終了する。これにより、図18に示すように、ラミネート電池は芯材31と外周補強材32との間に挟まれて水素タンク4に埋め込まれるようになり、水素タンク4の芯材31と広範囲で直接接触する構造となる。
Next, as shown in FIG. 17, while the winding
この後、水素タンク4をワインディングマシン161から外し、ラミネート電池の電極33に取り付けられた保護部材162を取り外し、電極33を露出させる。続いて、水素タンク4の両端の開口部にエンドプラグ部35を取り付け、水素タンク4としては完成する。
Thereafter, the
次に、図20に示すように、燃料電池車両に固定設置されて、水素タンク4を車両に固定する固定ブラケット201にエンドプラグ部35を取り付けて固定するとともに、固定ブラケット201の内部を貫通して車両の配電システムに接続されているハーネス202を、水素タンク4に埋め込まれた2次電池2の電極33に接続し、2次電池2の電気的な接続が完了する。
Next, as shown in FIG. 20, the
図21は上記実施例2の燃料電池システムの低温起動時又は暖機運転時における運転の様子を示す図である。 FIG. 21 is a diagram showing a state of operation during low temperature startup or warm-up operation of the fuel cell system of the second embodiment.
図21において、燃料電池システムの低温起動時又は暖機運転時には、まず燃料電池スタック1の起動のために補機21を作動させる。そして、2次電池2の残充電量SOCが予め劣化等を考慮して定めた所定の設定値以上となっていることを条件として、コントローラ3が2次電池2からの電力取り出しを優先させて2次電池2を積極的に発熱させる。これにより、2次電池2の温度は上昇し、2次電池2の発熱により上昇した温度は、直接水素へ伝熱する。また、2次電池は水素タンク4の芯材31にも広範囲で接触しており、この芯材31を通して水素へ伝熱する。この結果、水素タンク4内の水素温度は上昇し、特別な加温装置を設けることなく燃料電池スタック1へ供給される水素の供給温度を高めることができるようになり、低温起動時間又は暖機運転時間を短縮することが可能になる。
In FIG. 21, at the time of low temperature startup or warm-up operation of the fuel cell system, first, the
このように、上記実施例2においても、先に説明した実施例1で得られる効果と同様の効果を達成することができる。 Thus, also in the said Example 2, the effect similar to the effect acquired in Example 1 demonstrated previously can be achieved.
さらに、この実施例2では、水素タンク4の取り扱い上強度を要する部位、例えば水素タンク4の鏡部において、水素タンク4の芯材31と外周補強材32との間に2次電池2を挟み込む構造としているので、同一肉厚の部材から作成する水素タンク4の芯材31で最も構造的に弱くなる部位を、弾性を持つ2次電池2により保護することができる。 これにより、特に水素タンク4の取り扱い、特に水素タンク4の納入から車両搭載までの間に水素タンク4の転がし搬送(ハンドリング)を行う場合に、水素タンク4の鏡部を支点として回転させながら移動させる際の損傷などを防止することが可能となる。
Furthermore, in the second embodiment, the
1…燃料電池スタック
2…2次電池
3…コントローラ
4…水素タンク
5…排出弁
6…水素調圧弁
7…水素供給配管
8…水素排気配管
9…コンプレッサ
10…空気供給配管
11…空気排気配管
12…熱交換器
13…循環経路
14…循環ポンプ
15…ラジエータ
16,17…温度センサ
18…駆動モータインバータ
19…駆動モータ
20…電圧電流計
21…補機
22…駆動輪
31…芯材
32…外周補強材
33,36…電極
34,92,202…ハーネス
35…エンドプラグ部
41…接着剤
42…シール台紙
51…回転アーム
71,72…ローラ
81…コネクタ
91…導電材
131…鏡部
161…ワインディングマシン
162…保護部材
201…固定ブラケット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (6)
前記燃料電池に供給される水素を高圧圧縮して貯蔵する水素タンクと、
前記燃料電池で発電されて得られた電力を補完する電力が蓄電される2次電池と
を有する燃料電池システムにおいて、
前記2次電池は、前記水素タンクの内部に設置されている
ことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity using hydrogen as a fuel;
A hydrogen tank for compressing and storing hydrogen supplied to the fuel cell;
A fuel cell system having a secondary battery in which electric power supplementing electric power generated by the fuel cell is stored;
The fuel cell system, wherein the secondary battery is installed in the hydrogen tank.
前記2次電池は、積層型のラミネート電池で構成され、前記水素タンクの芯材と外周補強材との間に挟み込まれて設置されている
ことを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 The hydrogen tank is formed by winding a peripheral reinforcing material from above the core material (liner part),
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the secondary battery is constituted by a laminated laminate battery, and is sandwiched and installed between a core material and an outer peripheral reinforcing material of the hydrogen tank.
前記2次電池は、積層型のラミネート電池で構成され、前記水素タンクの取り扱い上強度を要する部位の前記水素タンクの芯材と外周補強材との間に、前記部位を保護する保護材として挟み込まれて設置されている
ことを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 The hydrogen tank is formed by winding a peripheral reinforcing material from above the core material (liner part),
The secondary battery is composed of a laminated laminate battery, and is sandwiched between a core material of the hydrogen tank and an outer peripheral reinforcing material at a part requiring strength in handling the hydrogen tank as a protective material for protecting the part. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is installed.
ことを特徴とする請求項2又は3記載の燃料電池システム。 The said secondary battery is cooled by the temperature fall accompanying the adiabatic expansion inside the said hydrogen tank, when the hydrogen stored in the said hydrogen tank is supplied to the said fuel cell. The fuel cell system described.
ことを特徴とする請求項1,2,3及び4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The hydrogen in the hydrogen tank is warmed by heat generation of the secondary battery by prioritizing power extraction from the secondary battery during low temperature startup or warm-up operation of the fuel cell system. Item 5. The fuel cell system according to any one of Items 1, 2, 3, and 4.
ことを特徴とする請求項1,2,3,4及び5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The said fuel cell system is mounted in a vehicle, and is used for the electric power supply to the drive motor which is a vehicle drive source, The any one of Claim 1, 2, 3, 4 and 5 characterized by the above-mentioned. Fuel cell system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003354114A JP2005122935A (en) | 2003-10-14 | 2003-10-14 | Fuel cell system |
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Country | Link |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP7526388B2 (en) | 2021-01-08 | 2024-08-01 | スズキ株式会社 | Fuel Cell Vehicles |
-
2003
- 2003-10-14 JP JP2003354114A patent/JP2005122935A/en active Pending
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