JP2007207513A - 燃料電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】組み付け性を向上させることができる遮断装置を備えた燃料電池の提供。
【解決手段】燃料電池スタック１１と、燃料電池スタック１１を収容するスタックケース１２と、燃料電池スタック１１の出力をスタックケース１２の外側に設けられた装置２３へ出力する出力ケーブル２２と燃料電池スタック１１の出力端子部とを電気的に相互接続する接続部７１を含むと共に、スタックケース１１外からの機械的操作により接続部７１による相互接続を遮断可能な遮断装置２１と、を備える。そして、遮断装置２１のうち少なくとも出力ケーブル２２が接続部７１と電気的に接続される部分をスタックケース１２の外側に配置している。
【選択図】図５

Description

本発明は、スタックケース外からの機械的操作により燃料電池スタックから外部装置への出力を遮断可能にする遮断装置を備えた燃料電池に関する。
近年、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とした燃料電池自動車等が注目されている。この燃料電池は、通常、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電するセルを所要数積層したセル積層体を備えた燃料電池スタックを備えており、この燃料電池スタックの外側をスタックケースで覆って構成されている。
そして、この燃料電池では、燃料電池スタックの保守・点検を行う際に、出力ケーブルと燃料電池スタックとを電気的に遮断する電流遮断器として機能する、いわゆるサービスプラグを設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３６７６６６号公報
ところで、この種の燃料電池では、スタックケースの内側に固定部を設け、この固定部にスタックケースの外側から着脱可能なサービスプラグをスタックケースの外側に露出するように取り付け、さらに、燃料電池の出力をスタックケースの外側に設けられた例えばパワーコントロールユニット等の外部装置に供給するための出力ケーブルを前記スタックケースの内側に設けられた固定部に接続する構造とされている。
したがって、燃料電池の組み立て時に、出力ケーブル及びサービスプラグを、固定部のスタックケース内側及び外側にそれぞれ固定しなければならず、組み付け工数が嵩んでしまうという課題があった。特に、出力ケーブルは、スタックケースの内側に接続しなければならず、良好な組み付け性を阻害する要因となっていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、組み付け性を向上させることができる遮断装置を備えた燃料電池を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを収容するスタックケースと、前記燃料電池スタックの出力を前記スタックケースの外側に設けられた装置へ出力する出力ケーブルと前記燃料電池スタックの出力端子部とを電気的に相互接続する接続部を含むと共に、前記スタックケース外からの機械的操作により前記接続部による相互接続を遮断可能な遮断装置と、を備えた燃料電池であって、前記遮断装置のうち少なくとも前記出力ケーブルが前記接続部と電気的に接続される部分は、前記スタックケースの外側に配置されている。
この構成によれば、燃料電池の組み立て時における出力ケーブルのスタックケース内での接続・固定作業をなくすことが可能になり、組み付け性の向上を図ることができる。
前記遮断装置が、前記スタックケースの外面に固定される本体部と、前記接続部を含み前記スタックケース外から機械的に操作可能な操作部と、を備えた構成である場合においては、前記出力ケーブルは、前記本体部側に接続されていてもよいし、前記操作部側に接続されていてもよい。
このような構成の場合においては、さらに、前記本体部の筐体が前記スタックケースと同一材料から形成されていてもよい。
特に、これら本体部の筐体及びスタックケースがアルミニウム等の導体から形成されている場合には、例えば出力ケーブルが本体部側に接続されている構成では、この本体部をスタックケースが設置される車両等のボディへスタックケースを介して接地させることが可能になり、また、出力ケーブルが操作部側に接続されている構成では、この操作部を本体部及びスタックケースを介して車両等のボディへ接地させることが可能になり、安全性の向上を図ることができる。
本発明の燃料電池によれば、遮断装置のうち少なくとも出力ケーブルが接続部と電気的に接続される部分がスタックケースの外側に配置されているので、組み付け性の向上を図ることができる。
本発明に係る燃料電池の第１実施形態を図１及び図２を参照しつつ説明する。
図１は、燃料電池１０を示すものである。この燃料電池１０は、燃料電池自動車の車載発電システムや船舶、航空機、電車あるいは歩行ロボット等のあらゆる移動体用の発電システム、さらには、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システム等に適用可能であるが、具体的には自動車用となっている。
図１に示すように、燃料電池１０は、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電するセルを所要数積層したセル積層体を備えた燃料電池スタック１１と、この燃料電池スタック１１の外側を覆う例えばアルミニウムからなるスタックケース１２とを有している。
そして、この燃料電池１０は、鉄板等からなる自動車のボディ１３に対して例えばアルミニウムからなるフレーム１４によって支持されている。また、この燃料電池１０のスタックケース１２の外面には遮断装置２１が設けられており、この遮断装置２１に接続された出力ケーブル２２がスタックケース１２の外側に設けられたパワーコントロールユニット２３に接続されている。
なお、このパワーコントロールユニット２３には、それぞれの図示は省略するが、自動車の駆動モータに電力を供給するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの燃料電池１０の運転に必要な各種の補機類に電力を供給するインバータと、二次電池等の蓄電手段への充電や該蓄電手段からのモータ類への電力供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータなどが備えられている。
また、本実施形態の出力ケーブル（パワーケーブル）２２は、シールドケーブルであり、燃料電池スタック１１からの出力を伝送する導線と、その導線を覆うように設けられる外側の導体（例えば、金属膜や金属メッシュ）と、を有する。そして、出力ケーブル２２を遮断装置２１に取り付ける場合には、この外側の導体が遮断装置２１の筐体と導通するように設けられる。
図２及び図３に示すように、遮断装置２１は、その上部がプラグ着脱部（本体部）３３とされており、このプラグ着脱部３３にサービスプラグ（操作部）３２がスタックケース１２外からの機械的操作により着脱されるようになっている。この遮断装置２１の筐体は、アルミニウムを削り出して枠状に形成した剛体からなるもので、その表面側にカバー３１がビス止めされている。
図４に示すように、遮断装置２１は、スタックケース１２の一側部に設けられた取付部４１に、ビス止めによって取り付けられるもので、この取付部４１に遮断装置２１を取り付けることにより、取付部４１に形成された第１貫通孔４２が遮断装置２１によって外側から覆われる。
また、スタックケース１２の第１貫通孔４２には、スタックケース１２内の燃料電池スタック１１に図示しないリレーを介して接続された出力バスバ４５が露出されている。
図５に示すように、遮断装置２１には、入力端子５１と出力端子５２とが一対ずつ設けられ、プラグ着脱部３３側へ向かって突出するように交互に配置されている。それぞれの入力端子５１には、接続バスバ５３が接続され、出力端子５２には、連結バスバ５４が接続されている。接続バスバ５３は、スタックケース１２の内方へ向かって屈曲され、さらに下方へ向かって延在されている。
このように、本実施形態においては、これら入力端子５１と接続バスバ５３とにより、本発明における燃料電池スタックの出力端子部の一例が構成されている。
遮断装置２１には、その下方側に、前記スタックケース１２の取付部４１に形成された第１貫通孔４２と連通することにより、スタックケース１２の外側から内側へのアクセスを可能とする保守点検用の孔（いわゆるサービスホール）を構成する第２貫通孔５５が形成されており、この第２貫通孔５５には、平面視にて接続バスバ５３の端部が配置されている。
遮断装置２１には、その一側部に、ケーブル接続部（本体部）６１が形成されている。このケーブル接続部６１には、一対の端子６２が配置されており、これら端子６２には、ボルト５７及びナット５８によって連結バスバ５４が接続されている。このケーブル接続部６１には、パワーコントロールユニット２３に繋がる出力ケーブル２２が固定されており、これら出力ケーブル２２の導線が端子６２に接続されている。
このように、本実施形態においては、端子６２と連結バスバ５４とにより、本発明における出力ケーブルが接続部と電気的に接続される部分の一例が構成されている。
遮断装置２１のプラグ着脱部３３に取り付けられるサービスプラグ３２は、４つの接続端子７１を備えており、このサービスプラグ３２をプラグ着脱部３３に取り付けることにより、このサービスプラグ３２の接続端子７１に、遮断装置２１側の入力端子５１及び出力端子５２が嵌合する。これにより、互いに隣り合う入力端子５１と出力端子５２とが、サービスプラグ３２内を介して導通される。
このように、本実施形態においては、これら接続端子７１により、本発明に係る遮断装置において出力ケーブルと出力端子部とを電気的に相互接続する接続部の一例が構成される。さらに、上記プラグ着脱部３３と上記ケーブル接続部６１とにより、本発明に係る遮断装置においてスタックケースの外面に固定される本体部の一例が構成される。
さらに、本発明の遮断装置は、負荷（本実施形態では、パワーコントールユニット２３）に電気的に接続された第１の端子（本実施形態では、出力端子５２）と、この第１の端子から離間すると共に、燃料電池スタック１１の出力端子（本実施形態では、接続バスバ５３）に電気的に接続された第２の端子（本実施形態では、入力端子５１）と、これら第１及び第２の端子間を導通させる導通体（本実施形態では、接続端子７１）を含むものである。この導通体は、ユーザの機械的な操作に応じて、第１及び第２の端子間を導通させる位置と、導通させない位置との間で変位する。
また、本発明及び本実施形態に係る遮断装置は、第１及び第２の端子を支持する台座や、第２の端子を覆うカバー等を含む筐体を有する。そして、その筐体は、導体であり、スタックケース１２と導通している。
なお、本発明の遮断装置としては、本実施形態のように、導通体が遮断装置本体（本実施形態では、プラグ着脱部３３とケーブル接続部６１）から分離可能な構成のほか、導通体が第１及び第２端子間に対して変位可能に遮断装置本体に一体化された、いわゆるブレーカのような構成も含む。
以上のように構成された遮断装置２１をスタックケース１２の一側部に、第１貫通孔４２を覆うように取り付けると、接続バスバ５３の端部が、燃料電池スタック１１に接続された出力バスバ４５に重ねられる。この状態にて、第２貫通孔５５から接続バスバ５３と出力バスバ４５とをボルト５９によって締結して導通させることができるようになっている。
そして、第２貫通孔５５にて接続バスバ５３と出力バスバ４５とを締結させたら、第２貫通孔５５を覆うように閉鎖蓋５６をあてがい、この閉鎖蓋５６をビス止めすることにより、保守点検用の孔を構成する第１貫通孔４２と第２貫通孔５５とが閉鎖蓋５６によって閉鎖され、スタックケース１２内がシールされる。
上記遮断装置２１を備えた燃料電池１０では、燃料電池スタック１１にて生じた電力（出力）は、出力バスバ４５から接続バスバ５３、サービスプラグ３２、連結バスバ５４、出力ケーブル２２を介して、スタックケース１２の外側に設けられているパワーコントロールユニット２３に送られる。
以上、説明したように、上記実施形態に係る燃料電池１０によれば、出力ケーブル２２が接続される遮断装置２１がスタックケース１２の外面に取り付けられているので、出力ケーブル２２がサービスプラグ３２内の接続端子７１と電気的に接続される部分、すなわち、出力ケーブル２２が接続される端子６２及び連結バスバ５４がスタックケース１２の外側に配置されている。
このため、燃料電池１０の組み立て時には、出力ケーブル２２のスタックケース１２内での接続・固定作業をなくすことが可能になり、組み付け性の向上を図ることができる。しかも、サービスプラグ３２と出力ケーブル２２とが電気的に接続する端子６２及び連結バスバ５４が遮断装置２２内に収容されているので、かかる接続部分外部への露出がなくされ、安全性の向上が図られる。
さらに、遮断装置２１の筐体をスタックケース１２と同一材料であるアルミニウムから形成したので、遮断装置２１を、スタックケース１２が設置される車両のボディ１３へスタックケース１２を介して接地（アース）させることができ、安全性の向上を図ることができる。
また、本実施形態の出力ケーブル２２は、上記のとおり、燃料電池スタック１１からの出力を伝送する導線と、その導線を覆うように設けられる外側の導体と、を有するシールドケーブルであり、出力ケーブル２２を遮断装置２１のケーブル接続部６１に取り付ける又は後述するようにサービスプラグ３２に取り付ける場合には、この外側の導体がケーブル接続部６１あるいはサービスプラグ３２の筐体と導通するように設けられている。
よって、出力ケーブル２２の外側の導体も、スタックケース１２及び遮断装置２１のケーブル接続部６１又はサービスプラグ３２を介して、車両のボディ等と導通してアースされるので、出力ケーブル２２のノイズの影響を抑制するためのアースを簡易な構成で実現することができる。
なお、遮断装置２１としては、上記実施形態に限定されない。図６は、他の形態の遮断装置２１Ａを示すもので、図に示すように、この遮断装置２１Ａでは、接続バスバ５３の延出方向に沿って連結バスバ５４を配置させている。そして、この構造の遮断装置２１Ａによれば、接続バスバ５３の延出方向に直交する方向に連結バスバ５４を配置させた上記遮断装置２１と比較して、その幅寸法を小さくすることができる。
また、上記実施形態の遮断装置１２では、プラグ着脱部３３と共にスタックケース１２に取り付けられているケーブル接続部６１に、出力ケーブル２２が接続された例について説明したが、出力ケーブル２２はサービスプラグ３２側に接続されていてもよく、かかる構成の場合には、より一層有効に組み付け性の向上が図られる。
さらに、上記実施形態では、遮断装置２１をスタックケース１２と同一材料であるアルミニウムから形成したが、これら遮断装置２１及びスタックケース１２を樹脂製としてよい。
燃料電池の構成を説明する概略構成図である。 遮断装置を説明する燃料電池の斜視図である。 遮断装置を説明する燃料電池の正面図である。 遮断装置の構造を説明する分解斜視図である。 遮断装置の内部構造を説明する縦断面図である。 他の構造の遮断装置の内部構造を説明する横断面図である。
符号の説明
１０…燃料電池、１１…燃料電池スタック、１２…スタックケース、２１，２１Ａ…遮断装置、２２…出力ケーブル、２３…パワーコントロールユニット（スタックケースの外側に設けられた装置）、３２…サービスプラグ（操作部）、３３…プラグ着脱部（本体部）、５４…連結バスバ（出力ケーブルが接続部と電気的に接続される部分）、６１…ケーブル接続部（本体部）、６２…端子（出力ケーブルが接続部と電気的に接続される部分）、７１…接続端子（接続部）

Claims (5)

  1. 燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタックを収容するスタックケースと、
    前記燃料電池スタックの出力を前記スタックケースの外側に設けられた装置へ出力する出力ケーブルと前記燃料電池スタックの出力端子部とを電気的に相互接続する接続部を含むと共に、前記スタックケース外からの機械的操作により前記接続部による相互接続を遮断可能な遮断装置と、を備えた燃料電池であって、
    前記遮断装置のうち少なくとも前記出力ケーブルが前記接続部と電気的に接続される部分は、前記スタックケースの外側に配置されている燃料電池。
  2. 前記遮断装置は、前記スタックケースの外面に固定される本体部と、前記接続部を含み前記スタックケース外から機械的に操作可能な操作部と、を備えてなり、
    前記出力ケーブルが前記本体部側に接続されている請求項１に記載の燃料電池。
  3. 前記遮断装置は、前記スタックケースの外面に固定される本体部と、前記接続部を含み前記スタックケース外から機械的に操作可能な操作部と、を備えてなり、
    前記出力ケーブルが前記操作部側に接続されている請求項１に記載の燃料電池。
  4. 前記本体部の筐体は、前記スタックケースと同一材料から形成されている請求項２又は３に記載の燃料電池。
  5. 前記本体部の筐体及び前記スタックケースがアルミニウムから形成されている請求項４に記載の燃料電池。

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