JP2007207515A

JP2007207515A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2007207515A
Application number: JP2006023575A
Authority: JP
Inventors: Junichi Matsubara; 淳一松原; Tsutomu Obara; 努小原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2026-01-31
Also published as: US7655338B2; US20090253018A1; CN101375454B; WO2007088865A1; DE112007000168B4; CN101375454A; JP4993256B2; DE112007000168T5

Abstract

【課題】コストアップを招くことなく良好なシール性を確保することができる保守点検用の孔が設けられた燃料電池を提供する。
【解決手段】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へと出力する出力ケーブル２２と燃料電池スタック１１の出力端子部とが接続されていると共に、スタックケース１２外からの機械的操作により燃料電池スタック１１から装置２３への出力を遮断可能にする遮断装置２１と、を備える。スタックケース１２には、その外側から内側への保守点検を可能にする第１貫通孔４２が形成されていると共に、この第１貫通孔４２を外側から覆うように遮断装置２１が取り付けられている。遮断装置２１は、その筐体が剛体からなり、第１貫通孔４２と連通してスタックケース１２の内外を連通させる第２貫通孔５５と、該第２貫通孔５５を閉鎖する閉鎖蓋５６と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、スタックケースに保守点検用の孔と、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と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、サービスプラグをスタックケースに設けるとともに、保守点検用の孔（いわゆるサービスホール）をスタックケースに形成しているが、スタックケースは薄板であるため、保守点検用の孔の開口部分における平面度が出しづらく、この孔を閉鎖しておく蓋を取り付けた際に、良好なシール性が得られないことがある。

また、スタックケースは、プレス加工により成形されるため、保守点検用の孔を後加工するために作業工数が嵩み、コストアップを招いてしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、コストアップを招くことなく良好なシール性を確保することができる保守点検用の孔が設けられ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、前記スタックケースには、その外側から内側への保守点検を可能にする第１貫通孔が形成されていると共に、この第１貫通孔を外側から覆うように前記遮断装置が取り付けられており、前記遮断装置は、その筐体が剛体からなると共に、前記第１貫通孔と連通して前記スタックケースの内外を連通させる第２貫通孔と、該第２貫通孔を閉鎖する閉鎖蓋と、を備える。

この構成によれば、スタックケースに形成された第１貫通孔と、遮断装置に形成された第２貫通孔とにより、スタックケースの外側から内側へのアクセスを可能にする保守点検用の孔（いわゆるサービスホール）が構成されると共に、遮断装置の剛体からなる筐体に形成された第２貫通孔が閉鎖蓋によって閉鎖される。

これにより、第１貫通孔と第２貫通孔とで構成される保守点検用の孔の開口縁の平面度を高くすることができ、保守点検用の孔を閉じる閉鎖蓋をその孔の開口縁へ安定的に接触させ得て、この孔における良好なシール性を確保することができる。また、スタックケースへ後加工によって保守点検用の孔を精度良く形成しなければならないことによるコストアップを抑えることができる。

前記遮断装置の筐体は、例えば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もよい。また、筐体の壁面にリブ等を形成することにより、シール性確保に必要な剛性を構造的に確立するものでもよい。

本発明の燃料電池によれば、コストアップを招くことなく良好なシール性を確保することができる保守点検用の孔を設けることができる。

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。

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３３とされており、このプラグ着脱部３３にサービスプラグ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。ここでいう剛体とは、後述の第２貫通孔５５を形成した際に、その開口縁の平面度を所定値以上確保することのできる強度を有するものをいう。

さらにこの所定値とは、遮断装置２１の筐体がスタックケース単体の開口縁（本実施形態では、第１貫通孔４２）に取付けられた場合に、応力に対するサービスホールの平面度（本実施形態では、第２貫通孔５５の開口縁における平面度）が上記スタックケース単体での開口縁の平面度よりも高くなるような強度をいう。

遮断装置２１の筐体のうち、サービスホールを補強する部分の強度は、スタックケース単体の開口縁の強度よりも高い方が好ましい。

以上の構成は、スタックケース１２の板厚よりもサービスプラグ３２の筐体（台座および端子カバーの複合体）の板厚を厚くすることや、板厚にかかわらずサービスプラグ３２の筐体の断面二次モーメントをスタックケース１２の開口部分の断面二次モーメントよりも高くすること等によって実現することが可能である。

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、本発明に係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。

この第２貫通孔５５には、外面側から閉鎖蓋５６がビス止めされて取り付けられるようになっており、この閉鎖蓋５６を取り付けることにより、第２貫通孔５５ひいては保守点検用の孔が閉鎖される。

また、遮断装置２１には、その一側部に、ケーブル接続部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。

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ている。

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、その筐体がスタックケース１２に形成された第１貫通孔（サービスホール）の周縁に設けられており、スタックケース１２における第１貫通孔の周縁を補強する役割を果たす。

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。

燃料電池１０をメンテナンスする際には、まず、遮断装置２１のサービスプラグ３２をプラグ着脱部３３から取り外す。このようにすると、入力端子５１及び出力端子５２がサービスプラグ３２の接続端子７１から引き抜かれ、隣り合う入力端子５１と出力端子５２との間が電気的に遮断され、燃料電池１０の高電圧に対する安全が確保される。

この状態にて閉鎖蓋５６を取り外すことにより、第２貫通孔５５から更に第１貫通孔４２を介して、スタックケース１２内に収容された燃料電池スタック１１やこれに付帯する部品等の保守点検を行うことが可能となる。

保守点検の終了後は、第２貫通孔５５の開口縁に閉鎖蓋５６を取り付けることにより、第２貫通孔５５およびこれに連通する第１貫通孔４２を確実に閉鎖することにより、スタックケース１２内をシールする。しかる後、遮断装置２１のプラグ着脱部３３にサービスプラグ３２を取り付け、燃料電池スタック１１からの出力をパワーコントロールユニット２３等の外部装置に供給可能な状態とする。

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、剛体からなる遮断装置２１の筐体に第２貫通孔５５を形成し、第２貫通孔５５を閉鎖蓋５６によって閉鎖する構造としたので、第２貫通孔５５の開口縁の平面度を高くすることができる。これにより、第２貫通孔５５を閉鎖する閉鎖蓋５６を第２貫通孔５５の開口縁へ安定的に接触させ得て、第２貫通孔５５とこれに連通する第１貫通孔４２とで構成される保守点検用の孔における良好なシール性を確保することができる。

また、プレス成形されるスタックケース１２へ後加工によって保守点検用の孔を精度良く形成しなければならないことによるコストアップを抑えることができる。つまり、この燃料電池１０によれば、コストアップを招くことなく、第１貫通孔４２と第２貫通孔５５とで構成される保守点検用の孔を設けることができ、しかも、この保守点検用の孔における良好なシール性を確保することができる。

なお、サービスホール（上記実施形態では、第１貫通孔４２及び第２貫通孔５５）は、例えばサービスプラグ３２の端子（上記実施形態では、接続端子７１）と燃料電池スタック１１の出力端子（上記実施形態では、接続バスバ５３）とを導通させる際に、保守点検者が利用する貫通孔としても利用することができる。この用途で利用する場合には、燃料電池スタック１１の出力端子が露出するようにサービスホール３２が設けられる。

ここでいう燃料電池スタック１１の出力端子とは、セル積層体と共に締結されたターミナルプレートから導線を介して取り回された端子であっても良いし、ターミナルプレートの一部であっても良い。

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。

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…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、４２…第１貫通孔、５５…第２貫通孔、５６…閉鎖蓋、７１…接続端子（接続部）

Claims

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、
前記スタックケースには、その外側から内側への保守点検を可能にする第１貫通孔が形成されていると共に、この第１貫通孔を外側から覆うように前記遮断装置が取り付けられており、
前記遮断装置は、その筐体が剛体からなると共に、前記第１貫通孔と連通して前記スタックケースの内外を連通させる第２貫通孔と、該第２貫通孔を閉鎖する閉鎖蓋と、を備える燃料電池。
前記遮断装置の筐体は、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請求項１に記載の燃料電池。