JP2006179293A - Mount structure of fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池(たとえば、固体高分子電解質型燃料電池)をマウントする構造体に関し、特に車両に搭載するのに好適なマウント構造体に関する。 The present invention relates to a structure for mounting a fuel cell (for example, a solid polymer electrolyte fuel cell), and more particularly to a mount structure suitable for mounting on a vehicle.
固体高分子電解質型燃料電池は、膜−電極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembly )とセパレータとからなるセルを1層以上重ねてモジュールとし、モジュールを積層して構成される。MEAは、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極(アノード)および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極(カソード)とからなる。セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル(電極板)、インシュレータ、エンドプレートを配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材(たとえば、テンションプレート)とボルトにて固定して、スタックが形成される。 A solid polymer electrolyte fuel cell is configured by stacking one or more cells each including a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator to form a module, and stacking the modules. The MEA includes an electrolyte membrane made of an ion exchange membrane, an electrode (anode) made of a catalyst layer arranged on one surface of the electrolyte membrane, and an electrode (cathode) made of a catalyst layer arranged on the other surface of the electrolyte membrane. Terminals (electrode plates), insulators, and end plates are arranged at both ends of the cell stack in the cell stacking direction, the cell stack is clamped in the cell stacking direction, and a fastening member (for example, A stack is formed by fixing with tension plates) and bolts.
図8は上記のような燃料電池を車両等にマウントするためのマウント構造体である。燃料電池本体1は燃料電池ケース2内において支持部3を介して3点で支持され、燃料電池ケース2は車両へ取付けられる構造材4に対して取付け部5を介して4点で支持されている。燃料電池本体1が燃料電池ケース2に収容されていることで、気密・液密性が高い。
このような従来の構成においては、燃料電池ケース2が燃料電池本体1を支持する位置と、構造体4が燃料電池ケース2を支持する位置とが異なっている。したがって、曲げモーメントに対する強度を持たせるために、燃料電池ケース2の下半分を構成するロアケース2aを厚肉化し、構造体4と溶接して一体化させる必要があった。そのため、燃料電池ケース2が重いという問題があった。
In such a conventional configuration, the position where the
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、軽量化を実現する燃料電池のマウント構造体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell mount structure that achieves weight reduction.
本発明においては上記の課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項1に記載の燃料電池マウント構造体は、燃料電池本体が収容される燃料電池ケース底板の上面に設けられ、前記燃料電池本体を支持する第1連結部材と、前記燃料電池ケースの外側であって前記第1連結部材の下方に位置し、前記燃料電池ケース底板の下面を基台上で支持する第2連結部材とを備えたことを特徴とする。
In the present invention, the following means are adopted in order to solve the above problems.
The fuel cell mount structure according to claim 1 is provided on an upper surface of a fuel cell case bottom plate in which the fuel cell main body is accommodated, and on the outside of the fuel cell case, a first connecting member that supports the fuel cell main body. And a second connecting member positioned below the first connecting member and supporting the lower surface of the fuel cell case bottom plate on a base.
本発明によれば、第1連結部材の重力作用方向(鉛直方向)下方に第2連結部材が位置し、燃料電池本体の荷重は第1連結部材から第2連結部材を介して基台に作用する。第1連結部材及び第2連結部材は複数の連結部材であっても、例えば「ロ」の字状をなす単一の連結部材であってもよい。 According to the present invention, the second connecting member is positioned below the gravity direction (vertical direction) of the first connecting member, and the load of the fuel cell body acts on the base from the first connecting member via the second connecting member. To do. The first connecting member and the second connecting member may be a plurality of connecting members or, for example, a single connecting member having a “B” shape.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池マウント構造体において、前記燃料電池本体は、前記第1連結部材によって3点で前記燃料電池ケースに支持されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell mount structure according to the first aspect, the fuel cell main body is supported on the fuel cell case at three points by the first connecting member. .
積層された複数の燃料電池モジュールに螺嵌部材(ボルト)を貫通させて螺嵌によって締結する燃料電池本体では、両端間にねじれが生ずる。本発明によれば、3点で燃料電池本体を支持するので、安定して燃料電池本体を支持できる平面が一つに定まる。 In a fuel cell main body that is screwed into a plurality of stacked fuel cell modules through threaded fitting members (bolts), twisting occurs between both ends. According to the present invention, since the fuel cell main body is supported at three points, one plane that can stably support the fuel cell main body is determined.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の燃料電池マウント構造体において、前記第2連結部材が前記燃料電池ケースに接する面積は、前記第1連結部材が前記燃料電池ケースに接する面積よりも大きいことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell mount structure according to the first or second aspect, the area where the second connecting member is in contact with the fuel cell case is such that the first connecting member is in the fuel cell case. It is characterized by being larger than the contact area.
本発明によれば、第2連結部材の支持面積が大きいことで、より安定して燃料電池本体を支持することができる。 According to the present invention, the fuel cell main body can be supported more stably because the support area of the second connecting member is large.
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池マウント構造体において、前記燃料電池は、積層された複数の燃料電池モジュールが一対のエンドプレートによって挟み込まれて構成され、該エンドプレートの下端が前記第1連結部材によって支持されることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell mount structure according to any one of the first to third aspects, the fuel cell includes a plurality of stacked fuel cell modules sandwiched between a pair of end plates. The lower end of the end plate is supported by the first connecting member.
請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池のマウント構造体において、前記燃料電池ケースは、互いに固定されたアッパケースとロアケースとを含むことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel cell mount structure according to any one of the first to fourth aspects, the fuel cell case includes an upper case and a lower case fixed to each other. .
本発明によれば、燃料電池ケース内にコネクタやセルモニタ等を収容することができ、高い安全性・密閉性を得ることができる。 According to the present invention, a connector, a cell monitor, and the like can be accommodated in the fuel cell case, and high safety and sealing performance can be obtained.
本発明においては以下の効果を得ることができる。
第1連結部材と第2連結部材とが同じ位置で燃料電池本体および燃料電池ケースを支持しているので、燃料電池ケースの底板に対する曲げモーメントを減らすことができる。したがって燃料電池ケースの薄肉化を実現でき、燃料電池ケースを軽量化、小型化することができる。
In the present invention, the following effects can be obtained.
Since the first connecting member and the second connecting member support the fuel cell main body and the fuel cell case at the same position, the bending moment with respect to the bottom plate of the fuel cell case can be reduced. Therefore, the fuel cell case can be thinned, and the fuel cell case can be reduced in weight and size.
次に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図1に示したものは本発明の一実施形態である燃料電池マウント構造体55である。まず、本燃料電池マウント構造体55によって固定される燃料電池の一般的な構造について図2を参照して説明する。なお、以下においては固体高分子電解質型燃料電池を用いて説明するが、下記の例に限定されるものではない。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a fuel
図2に示した燃料電池本体10は、膜−電極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembly )とセパレータとからなるセルを1層以上重ねてモジュール19とし、モジュール19を積層したセル積層体から構成される。
セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル(電極板)20、インシュレータ21、エンドプレート22A、22Bを配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材24(たとえば、テンションプレート)とボルト25にて固定して、スタック23が形成される。スタック23の一端側には、エンドプレート22Aとインシュレータ21との間にプレッシャプレート32が設けられ、プレッシャプレート32とエンドプレート22Aとの間にばね機構33が設けられてセルにかかる荷重の変動を抑制している。セル電圧は約1ボルトであるので、車両に必要な約400ボルトの電圧を得るには、たとえば、約200個のセルを積層して電気的に直列接続し、セル積層体を並列に配して電気的に直列に接続し、並列配置のセル積層体を共通のエンドプレートで挟んでスタック23とする。
The fuel cell
Terminals (electrode plates) 20,
図3、図4に示すように、燃料電池本体10は、車両客室(キャビン)前方または後方の車体空間34、35(客室前方空間34はエンジンコンパートメント、客室後方空間35はラゲージルーム)内に搭載される。その場合、燃料電池本体10は、車両客室前方空間34内で、または客室後方空間35内で客室36側に寄せて配置される。なお、図では燃料電池本体が車両床下に配置される場合も示しており、車両床下に配置された燃料電池本体を符号50を付けて示してある。客室前方空間34に設置する場合は、燃料電池本体はダッシュパネル37のすぐ前に配置される。図では燃料電池本体10は客室後方空間35に設置されており、後部座席40のすぐ後ろであってリヤバンパー41の前方に配置されている。
燃料電池本体10は、図1に示された燃料電池マウント構造体55によって車両サイドメンバー42に搭載、固定される。客室前方の場合は、燃料電池スタック23はフロントサイドメンバーに固定され、客室後方の場合は、燃料電池スタック23はリヤフロアサイドメンバーに固定される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
The fuel cell
次に、マウント構造体55について詳細に説明する。
図1は燃料電池マウント構造体の側断面図、図5は燃料電池マウント構造体の概略斜視図である。図において、符号60は内部に燃料電池本体10が収容される燃料電池ケースであり、燃料電池ケース60は上半分を構成するアッパケース61と、下半分を構成するロアケース62とが密閉状態で固定されていることにより高い気密・液密性を有する。燃料電池ケース60には、燃料電池本体10の他、コネクタやセルモニタなど燃料電池本体10に付随する構成部材も収容されている。
Next, the
FIG. 1 is a side sectional view of a fuel cell mount structure, and FIG. 5 is a schematic perspective view of the fuel cell mount structure. In the figure,
燃料電池ケース60のロアケース62の底板上面には、互いに異なる個所で燃料電池本体10をそれぞれ支持する複数の第1連結部材65が設けられている。
燃料電池ケース60は構造体(基台)68によって支持され、構造材68には、ロアケース62底板の下面を、第1連結部材65の下方にてそれぞれ支持する第2連結部材66が設けられている。
On the upper surface of the bottom plate of the
The
これら第1連結部材65および第2連結部材66は、エンドプレート22A、22Bの下端において、合計3個所において燃料電池スタック23を支持している。燃料電池スタック23はモジュール19積層方向に不図示の螺嵌部材(ボルト)をエンドプレート22A側から挿入し、螺嵌によって締結する。このため、締結の際にエンドプレート22A、22B間にねじれ(回転)が発生する。このため、ねじれの大きいエンドプレート22A側で1点、ねじれの小さいエンドプレート22B側で2点で支持することで、燃料電池本体10を一平面上に安定して支持することができる。
The first connecting
次に、第1連結部材65、第2連結部材66の構造について詳細に説明する。図6は図1の要部を拡大して示した側断面であり、図7は図6のA−A線に沿った断面図である。
第2連結部材66は中央部66aが下方に延出した形状であり、中央部66aの上部両側にフランジ部66bを備えている。中央部66aの下面は構造材(パイプ)68に溶接され、上部のフランジ部66bにおいて第1連結部材65の座板65aとの間にロアケース62を挟み込んだ状態でボルト70およびナット71により固定されている。
第1連結部材65は、ボルト70およびナット71により固定された座板65aを備え、さらに座板65aにより固定された座台65bを介して、エンドプレート22Bにボルト72が締め付けられることにより、燃料電池本体10に第1連結部材65が固定されている。
Next, the structure of the
The second connecting
The first connecting
なお、ロアケース62には開口62aが設けられ、ボルト72はロアケース62の外側から固定することができるようになっている。
また、座板65aとボルト72との間に絶縁体65cが設けられていることにより、エンドプレート22Bと燃料電池ケース60との絶縁が確保されている。
さらに、第2連結部材66とロアケース62との間にガスケット等のシール材を介在させておけば、燃料電池ケース60の密閉性を高めることができる。
The
Further, since the
Furthermore, if a sealing material such as a gasket is interposed between the second connecting
また、図6に示された第2連結部材66から理解されるように、第2連結部材66は第1連結部材65より長く構成されている。すなわち、第2連結部材66は第1連結部材65がロアケース62に固定される面積よりも、広い面積でロアケース62を支持している。これにより安定して燃料電池本体を支持することができる。
第2連結部材66は、その横断面形状における長手方向が車両の進行方向となるように配設することが好ましい。燃料電池本体10は重量物であるため、車の加減速時に第2連結部材66に作用する慣性力が大きい。したがって進行方向に横断面の長手方向を向けることで、燃料電池本体の重量と加減速に伴う慣性力との合力に対する剛性が増し、第2連結部材66が安定して燃料電池本体10を支持することができる。
なお、構造材68の両端部にはカラー75が溶接留めされ、カラー75を介して車両側に固定される。
Further, as understood from the second connecting
The second connecting
A
このように構成されていることで、燃料電池本体10の荷重が、第1連結部材65から第2連結部材66を経て構造材68に支持された状態となっている。
なお、各図においては一方のエンドプレート22Bの断面を示したが、他方のエンドプレート22A側は1個所で支持されていることを除いて図6、図7の構成と同様であるので説明を省略する。
With this configuration, the load of the fuel cell
In each figure, the cross section of one
このように、第1連結部材65と第2連結部材66とが同じ位置で燃料電池本体10および燃料電池ケース60を支持しているので、ロアケース62の底板に対する曲げモーメントを減らせることができる。したがってロアケース62を薄肉化することができて燃料電池ケース60を軽量化、小型化することができる。
また、螺嵌部材(ボルト)による螺嵌によって締結するスタックにはエンドプレート22A、22B間にねじれが生ずるが、上記のように3点で支持していることで、燃料電池スタック23を平面で支持することができる。このとき、スタックの長手方向のうちねじれの大きなボルト挿入側(エンドプレート22A側)を1点で支持し、他側を2点で支持することが望ましい。
また、上記のように車両に設置される燃料電池の場合、重力に加えて車両の加速度が燃料電池に作用する。したがって、本実施形態のように第1連結部材65と第2連結部材66とが同じ位置で燃料電池スタック23を支持することが特に有効である。
Thus, since the first connecting
In addition, the stack that is fastened by screwing with a screw-fitting member (bolt) is twisted between the
In the case of a fuel cell installed in a vehicle as described above, the acceleration of the vehicle acts on the fuel cell in addition to gravity. Therefore, it is particularly effective that the first connecting
なお、燃料電池スタック23のセル積層方向と構造材68の長手方向との関係は特に限定されるものではない。上記の例ではセル積層方向と構造材68が直交関係にあるが、平行関係でもよい。また、上記では構造材68に燃料電池本体10を支持させ、構造材68をさらに車両側に固定している。しかしながら、第2連結部材66を直接車両側に固定させる構成でもよい。さらにまた、構造材68は2本でなくてもよく、燃料電池本体10を支持できればいかなる構成であってもよい。
また、燃料電池ケース60はアッパケース、ロアケースに分割されていなくてもよい。
さらに、第1連結部材65及び第2連結部材66を複数備える構成に限らず、これら連結部材65,66を例えば「ロ」の字状をなす単一の連結部材から構成してもよい。
The relationship between the cell stacking direction of the
Further, the
Furthermore, not only the structure provided with the
10…燃料電池本体、23…燃料電池スタック、60…燃料電池ケース、61…アッパケース、62…ロアケース、65…第1連結部材、66…第2連結部材、68…構造材(基台)
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