JP2005149839A - 燃料電池ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】衝突に対するスタックの耐性を向上する。
【解決手段】燃料電池車両に搭載する燃料電池ユニットにおいて、燃料電池セル１１を所要数積層して構成したスタック１０をケース１６に収納すると共に、スタック１０の燃料ガス、酸化剤ガス等の流路につながる導入口、導出口を形成した分配マニホールド２４をスタック１０のセル積層方向の一方の端部１２に配して、車両に車両前後方向にスタック１０のセル積層方向を向けて搭載する。ケース１６と、分配マニホールド２４と、スタック１０のセル積層方向の一方の端部１２との締結を車両前後方向を向いたボルト２７、２８により行う。スタック１０のセル積層方向のもう一方の端部１３を、ケース１６にシャフト３１を介して車両前後方向に自由に支持する。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両用の燃料電池ユニットに関する。

燃料電池車に燃料電池ユニットを搭載する場合、ケースに所要数の燃料電池セルを積層したスタックを収納して、搭載している（例えば、特許文献１）。
特開２００２−３６２１６４

このような燃料電池ユニットは、スタックに脚を設け、帯電したスタックとケースとの電気絶縁のための空間を確保すると共に、スタックの脚をケースの面に固定するようになっている。

このような燃料電池ユニットを搭載した車両にあって、大きな加速度が作用する車両前面衝突が発生した場合にあっても、スタックの破損は防がなければならないが、重量が数十ｋｇあるスタックの慣性力に対し、脚による固定では、脚およびその根元部に過大な曲げ応力が作用し、そのため、脚が折れたり、脚を固定したケースの部分が破断しかねない等の問題がある。

この発明は、スタックの収納構造を改善して、このような問題点を解決することを目的としている。

本発明は、燃料電池車両に搭載する燃料電池ユニットにおいて、燃料電池セルを所要数積層して構成したスタックをケースに収納すると共に、スタックの燃料ガス、酸化剤ガス等の流路につながる導入口、導出口を形成した分配マニホールドをスタックのセル積層方向の一方の端部に配して、車両に車両前後方向にスタックのセル積層方向を向けて搭載する。ケースと、分配マニホールドと、スタックのセル積層方向の一方の端部との締結を車両前後方向を向いたボルトにより行う。スタックのセル積層方向のもう一方の端部を、ケースにシャフトを介して車両前後方向に自由に支持する。

本発明によれば、車両の前面衝突時に、スタックに部分的に強い力が加わることを回避でき、スタックが破損するのを極力抑えることができる。また、分配マニホールドのシール性を向上でき、スタックの熱膨張に対応できる。

以下、第１の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は燃料電池車１の燃料電池システムの配置を表す。

図１のように、燃料電池ユニット２は燃料電池車１の後部座席５の下方に配置する。

水素タンク４は後部座席５と後輪６との間に、補機（コンプレッサ、加湿器等）３は前部座席７の下方に配置する。

図２は燃料電池ユニット２の断面図、図３は燃料電池ユニット２の分解断面図である。

図２、図３のように、燃料電池スタック１０は所要数の燃料電池セル１１を積層して、セル積層方向の両端にこれらの燃料電池セル１１を挟持するエンドプレート１２、１３を設けている。

燃料電池セル１１は、膜電極複合体（ＭＥＡ）、燃料（水素ガス）極セパレータ、空気（酸化剤ガス）極セパレータ等からなる。

燃料電池スタック１０の前端エンドプレート１２に、燃料電池セル１１に水素ガスを導くガス流路の入口１４、その戻り流路の出口（図示しない）、燃料電池セル１１に空気を導くガス流路の入口１５、その戻り流路の出口（図示しない）、冷却用の流路の入口、出口（図示しない）等を形成している。

スタックケース１６は、ケース本体１７とカバー１８等とからなる。

ケース本体１７の底面部には、燃料電池スタック１０の前端エンドプレート１２の下面部、後端エンドプレート１３の下面部を受ける支持部２０、２１を形成している。

ケース本体１７の前壁部には、燃料電池スタック１０の前端エンドプレート１２の水素ガスのガス流路の入口１４につながる導入口２２、その戻り流路の出口につながる導出口（図示しない）、空気のガス流路の入口１５につながる導入口２３、その戻り流路の出口につながる導出口（図示しない）、冷却用の流路の入口、出口につながる導入口、導出口（図示しない）等を形成している分配マニホールド２４の開口部２５を設けている。

開口部２５を介して分配マニホールド２４を燃料電池スタック１０の前端エンドプレート１２の前面に配設する。

この場合、分配マニホールド２４のフランジ部２６をケース本体１７の開口部２５の回りの取付座にボルト２７により締結する。

燃料電池スタック１０の前端エンドプレート１２の中央部には所定深さのボルトネジ穴を、これに対応する分配マニホールド２４の中央部にはボルト通し穴を形成して、ボルト２８により分配マニホールド２４と燃料電池スタック１０の前端エンドプレート１２とを締結する。

ボルト２７、２８の向き、ボルト２７、２８による各部の締結方向は、燃料電池スタック１０のセル積層方向に合わせている。

分配マニホールド２４の燃料電池スタック１０の前端エンドプレート１２の接合部には、各導入口、各導出口の回りに設けた溝にシール部材３０を配設している。

燃料電池スタック１０の後端エンドプレート１３の中央部には所定深さのシャフト３１の挿入穴３２を、これに対応するケース本体１７の後壁部の中央部にはネジ穴を設けたシャフト３１の取付座３３を形成している。

シャフト３１のネジ部３４を取付座３３のネジ穴に螺合してシャフト３１の前半部を燃料電池スタック１０の後端エンドプレート１３の挿入穴３２に挿入して、取付座３３に固定する。

燃料電池スタック１０の後端エンドプレート１３をシャフト３１を介して燃料電池スタック１０のセル積層方向には自由に支持している。

ケース本体１７の底面部に形成した支持部２０、２１と、燃料電池スタック１０の前端エンドプレート１２の下面部、後端エンドプレート１３の下面部とは燃料電池スタック１０のセル積層方向に摩擦の少ない面接触のすべり面構造に形成している。

カバー１８は、ケース本体１７の上部の収納口にボルト３５を介して取り付ける。

３６〜３８は、ワッシャである。

この燃料電池ユニット２は、車両１に、図１のように車両前後方向に燃料電池スタック１０のセル積層方向を向けて、燃料電池スタック１０に対して分配マニホールド２４を車両前方向にして搭載する。

このように構成したので、車両の前面衝突時に、燃料電池スタック１０に部分的に強い力が加わることを回避でき、燃料電池スタック１０が破損するのを極力抑えることができる。

すなわち、燃料電池スタック１０は、セル積層方向の前端エンドプレート１２を前面の分配マニホールド２４を介してケース本体１７の前壁部に支持されるので、車両前後方向の力に対して強度が高まる。

また、燃料電池スタック１０の前端エンドプレート１２の下面部、後端エンドプレート１３の下面部が、ケース本体１７の底面部の支持部２０、２１に、燃料電池スタック１０のセル積層方向に摩擦の少ないすべり面構造によって支持されるので、前面衝突時に、燃料電池スタック１０の前端エンドプレート１２、後端エンドプレート１３およびケース本体１７の底面部に曲げ応力が作用することはない。

これにより、燃料電池スタック１０が破損するのを極力回避することができる。

また、燃料電池スタック１０のセル積層方向の前端エンドプレート１２とその前面の分配マニホールド２４とケース本体１７の前壁部とを、車両前後方向を向いたボルト２７、２８により締結するので、前端エンドプレート１２、分配マニホールド２４間の各入口、各出口の回りのシール部材３０による高いシール性を確保できる。

また、燃料電池スタック１０の後端エンドプレート１３の下面部を燃料電池スタック１０のセル積層方向に摩擦の少ないすべり面構造によって支持すると共に、後端エンドプレート１３を車両前後方向を向いたシャフト３１を介して燃料電池スタック１０のセル積層方向に自由に支持しているため、運転時の燃料電池スタック１０の熱膨張による伸縮に追従できる。

なお、燃料電池スタック１０のケース本体１７への締結が、ケース側面のみで行えるので、燃料電池スタック１０の脱着の良好な作業性を得ることができる。

車両用ならびに車両用以外の燃料電池ユニットに適用できる。

燃料電池システムの配置図である。 燃料電池ユニットの断面図である。 燃料電池ユニットの分解断面図である。

符号の説明

２ 燃料電池ユニット
３ 補機
４ 水素タンク
１０ 燃料電池スタック
１１ 燃料電池セル
１２ 前端エンドプレート
１３ 後端エンドプレート
１６ スタックケース
１７ ケース本体
１８ カバー
２０、２１ 支持部
２２、２３ 導入口
２４ 分配マニホールド
２５ 開口部
２７、２８ ボルト
３０ シール部材
３１ シャフト

Claims (4)

1. 燃料電池車両に搭載する燃料電池ユニットにおいて、
   燃料電池セルを所要数積層して構成したスタックをケースに収納して、スタックの燃料ガス、酸化剤ガス等の流路につながる導入口、導出口を形成した分配マニホールドをスタックのセル積層方向の一方の端部に配して、車両に車両前後方向にスタックのセル積層方向を向けて搭載すると共に、
   ケースと、分配マニホールドと、スタックのセル積層方向の一方の端部との締結を車両前後方向を向いたボルトにより行い、
   スタックのセル積層方向のもう一方の端部を、ケースにシャフトを介して車両前後方向に自由に支持することを特徴とする燃料電池ユニット。
2. 前記ケースの底面に、分配マニホールドを配したスタックのセル積層方向の一方の端部を支持する支持部を設け、この支持部と被支持部とをスタックのセル積層方向のすべり面構造に形成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ユニット。
3. 前記分配マニホールドは、スタックに対して車両前方向に配したことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池ユニット。
4. 前記ケースの底面に、分配マニホールドと反対側のスタックのセル積層方向の端部を支持する支持部を設け、この支持部と被支持部とをスタックのセル積層方向のすべり面構造に形成したことことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池ユニット。