JP2016096065A - 燃料電池ケース - Google Patents

Abstract

【課題】ガスケットの反力による燃料電池ケースの変形を抑制する技術を提供する。
【解決手段】燃料電池ケースは、前記燃料電池ケースの底面を備える第１の部材と、固定具を使用して前記第１の部材の外周部と固定される第２の部材と、を備え、前記第１の部材と前記第２の部材との間は、ガスケットにより密封されており、前記第１の部材は、リブを備え、前記リブは、前記第１の部材が前記ガスケットと接する部分よりも内周に位置し、前記第１の部材と前記ガスケットとが接する面よりも上側に突出する。
【選択図】図７

Description

本発明は、燃料電池ケースに関する。

従来より、燃料電池を外力から守るため、燃料電池は燃料電池ケースに収容されている。燃料電池ケースは、一方が開口し、開口の周りにフランジを有するアッパーケースと、プレート型のロアケースの２つの部材から構成されている。アッパーケースのフランジとロアケースの外周部との間には、燃料電池への水や泥の浸入を防止するためにガスケットが挟み込まれている（例えば、特許文献１）。

特開２００６−２２１８５４号公報 特開２０１３−０１２３２５号公報 特開２０１０−１３５１１４号公報 特開２００６−０４０７５２号公報

燃料電池ケースを設置する場所の自由度を向上させる観点から、燃料電池ケースの小型化が望まれていた。燃料電池ケースを小型化する方法として、ロアケースを薄くする方法がある。しかし、ロアケースにおいてアッパーケースを固定するボルトの位置と、ロアケースがガスケットと接する位置が異なるため、ロアケースを薄くすると、ガスケットの反力によって、ロアケースが変形してしまう虞があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池を収容する燃料電池ケースが提供される。この燃料電池ケースは、前記燃料電池ケースの底面を備える第１の部材と、固定具を使用して前記第１の部材の外周部と固定される第２の部材と、を備え、前記第１の部材と前記第２の部材との間は、ガスケットにより密封されており、前記第１の部材は、リブを備え、前記リブは、前記第１の部材が前記ガスケットと接する部分よりも内周に位置し、前記第１の部材と前記ガスケットとが接する面よりも上側に突出する。この形態によれば、リブにより燃料電池ケースの剛性が向上し、ガスケットの反力による燃料電池ケースの変形を抑制できる。

（２）上記形態の燃料電池ケースは、前記第２の部材にガスケットを配置する溝部を有するとしてもよい。この形態によれば、溝部を第１の部材に設ける場合と比較して、燃料電池ケースの上下方向の大きさが大きくなることを抑制できる。

（３）上記形態の燃料電池ケースは、前記燃料電池は、複数の燃料電池セルを積層することにより構成されており、前記第２の部材は、前記燃料電池の面であって、前記燃料電池の積層方向の一方の面を支持する第３の部材とともに、前記燃料電池を前記積層方向に圧縮するための部材であるとしてもよい。この形態によれば、第２の部材は、燃料電池を圧縮しているため、第２の部材の強度を下げることは困難である。しかし、リブにより燃料電池ケースの第１の部材の剛性が向上し、ガスケットの反力による燃料電池ケースの変形を抑制できるため、第１の部材の板厚低減が可能であり、燃料電池ケース全体としての小型化、軽量化が可能となる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池ケースの製造方法や、製造方法を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態に用いる燃料電池システム１０の外観図。 燃料電池ケース１００を示す図。 ロアカバー１１５を示す図。 従来のロアカバー２１５を示す図。 従来のロアカバー２１５に係る力を示す説明図。 上記課題を解決する方法を説明するための図。 図１のＡ−Ａ’断面を示す図。 リブ１１７による外力の吸収を説明するための模式図。

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態に用いる燃料電池システム１０の外観図である。燃料電池システム１０は、燃料電池システムケース１４０と、フレーム２００と、を備える。燃料電池システム１０は、車両に搭載されている。本実施形態において、燃料電池システム１０は、車室の下に設けられている。図１において、Ｘ軸正方向は車両前方を示し、Ｙ軸正方向は車両上方を示し、Ｚ軸正方向は車両右方を示す。ＸＹＺ軸は、図１以降の図においても同じである。

燃料電池システムケース１４０は、燃料電池ケース１００と、補機ケース１３０とを備える。内部に水やほこりなどの異物が浸入しないように、燃料電池システムケース１４０の部材間は、ガスケットによりシールされている。

燃料電池は、アノードガスとしての水素ガスと、カソードガスとしての酸素ガスとを電気化学反応させる。燃料電池ケース１００は、燃料電池を収容している。燃料電池は、複数の燃料電池セルを積層することにより構成されている。燃料電池セルは、車両の左右方向（Ｚ軸方向）に積層されている。

補機ケース１３０は、燃料電池に使用される複数の補機（図示せず）を収容している。ここで、複数の補機としては、例えば、水素ポンプ、インジェクタ、排気排水弁、バルブ、センサなどが挙げられる。補機ケース１３０には、補機以外にも、冷却水用の配管や、各補機に電力を供給する配線などが設けられている。

補機ケース１３０の表面には、補機類より発生する振動や騒音が外部へ伝わることを抑制するために、ＮＶ（Noise Vibration）カバー１４１、１４２で覆われている（図１参照）。本実施形態において、ＮＶカバー１４１、１４２は、外層が硬質樹脂により形成され、内層が発泡ウレタンにより形成されている。

本実施形態において、複数の補機は、マニホールド１２０に固定されている。また、補機ケース１３０の車両左側（Ｚ軸負方向側）の側面は、マニホールド１２０に覆われている。マニホールド１２０は、水素ガスと、酸素ガスと、燃料電池を冷却する冷却水との流路を形成している。また、マニホールド１２０は、燃料電池ケース１００内の高電圧部品との絶縁性を確保する機能や、燃料電池セル同士を圧縮する機能を有する。マニホールド１２０は、燃料電池の面であって、燃料電池の積層方向の一方の面を支持する。

フレーム２００は、燃料電池システムケース１４０の下方に配されている。フレーム２００は、燃料電池システムケース１４０の燃料電池ケース１００に形成されたボス１１１Ａ，１１１Ｂに、ボルト１１２Ａ，１１２Ｂをそれぞれ挿入することにより、燃料電池システムケース１４０を固定している。振動を低減するため、燃料電池システムケース１４０とフレーム２００との間には、防振ゴムが配されている。そして、フレーム２００は、図示しない車両のボディに締結されている。

図２は、燃料電池ケース１００を示す図である。燃料電池ケース１００は、複数の部材により構成されている。燃料電池ケース１００は、燃料電池の車両右側（Ｚ軸正方向側）の側面以外の側面と上面とを覆うスタックケース１０５と、燃料電池の底面を覆うロアカバー１１５と、を備える。ロアカバー１１５は、燃料電池ケース１００の底面を備える部材である。燃料電池の車両右側（Ｚ軸正方向側）の側面は、板状のマニホールド１２０に覆われている。ロアカバー１１５は、「課題を解決するための手段」における「第１の部材」に相当する。また、スタックケース１０５は、固定具を使用してロアカバー１１５の外周部と固定されており、「課題を解決するための手段」における「第２の部材」に相当する。「外周部」とは、燃料電池を囲む部分をいう。本実施形態において、固定具としてはボルト１７０を用いる。

燃料電池は、燃料電池セルを積層したものであるため、圧縮する必要がある。燃料電池システム１０において、スタックケース１０５は、マニホールド１２０とともに、前記燃料電池を前記積層方向に圧縮するための部材である。そして、スタックケース１０５と、マニホールド１２０と図示しないシャフトが、燃料電池の積層荷重を保持する。このため、燃料電池ケース１００を小型化する際に、スタックケース１０５の強度を下げることは困難である。なお、マニホールド１２０は、「課題を解決するための手段」における「第３の部材」に相当する。

スタックケース１０５とロアカバー１１５との間は、ガスケット１０７により密封されている。ガスケット１０７は、所定の力で圧縮されることにより密封性が確保される。ガスケット１０７により、水やほこりなどの異物が燃料電池ケース１００の内部へ侵入することを防止できる。

図３は、ロアカバー１１５を示す図である。図３からわかるように、ロアカバー１１５は、リブ１１７を備える。リブ１１７は、ロアカバー１１５がガスケットと接する部分よりも内周に位置している。また、車両の前後方向に延びるリブ１１６が設けられている。

図４は、従来のロアカバー２１５を示す図である。従来のロアカバー２１５は、本実施形態におけるロアカバー１１５と比較してリブ１１７を備えない点が異なるが、それ以外は同じである。

図５は、従来のロアカバー２１５に係る力を示す説明図である。孔２２０は、ボルトを挿入する孔である。線２３０は、ロアカバー２１５をスタックケース１０５と固定する際に、ガスケット１０７と接する部分である。図５において、ロアカバー２１５に係る力が大きい領域を、ロアカバー２１５に係る力が小さい領域と比べて濃く記載する。

ロアカバー２１５がボルトから受ける力Ｆ１の方向は、車両上方（Ｙ軸正方向）である。一方、ロアカバー２１５がガスケット１０７から受ける力Ｆ２の方向は、車両下方（Ｙ軸負方向）である。ロアカバー２１５が力Ｆ１を受ける位置と、ロアカバー２１５が力Ｆ２を受ける位置とは異なるため、ロアカバー２１５が薄い場合、ロアカバー２１５は変形する。この結果、孔２２０間の領域Ｔ１においてロアカバー２１５がガスケット１０７を圧縮する力が弱まり、ガスケット１０７による密封性が低下するという課題が生じる。なお、領域Ｔ１においてロアカバー２１５が車両下方（Ｙ軸負方向）に変形した結果、領域Ｔ２においてロアカバー２１５とスタックケース１０５が強く接触する。このため、ロアカバー２１５は領域Ｔ２において力を受けていることを図５は示している。

図６は、上記課題を解決する方法を説明するための図である。ロアカバー２１５の領域Ｔ３における板厚を厚くすることにより、ロアカバー２１５の変形を抑制できる。しかし、領域Ｔ３の板厚を厚くするには、ロアカバー２１５全体の板厚を厚くする必要がある。この場合、材料費と質量が上がるという課題がある。

ロアカバー２１５の変形を抑制する他の方法としては、ボルトの本数を増やすことにより、ボルト間の距離を短くする方法がある。しかし、この方法を採用した場合、ボルトを締める作業数が増えるため、生産性が悪くなるという課題がある。

そこで、本実施形態においては、ロアカバー１１５にリブ１１７（図３参照）を設けることにより、上記課題を解決した。

図７は、図１のＡ−Ａ’断面を示す図である。ロアカバー１１５とスタックケース１０５の間はガスケット１０７で密封されている。スタックケース１０５は、ボルト１７０を使用してロアカバー１１５の外周部と固定されている。ロアカバー１１５は、ガスケット１０７と接する部分よりも内周に上方向（Ｙ軸正方向）に突出するリブ１１７を備えている。

リブ１１７は、ロアカバー１１５がガスケット１０７と接する部分よりも内周に位置し、全周にわたって設けられている。このため、燃料電池ケース１００の剛性が向上し、ガスケット１０７の反力による燃料電池ケース１００の変形を抑制できる。

また、リブ１１７は、ロアカバー１１５とガスケットとが接する面よりも上側（Ｙ軸正方向側）に突出している。このため、リブ１１７が下方向（Ｙ軸負方向）に突出している場合と比較して、燃料電池ケース１００の上下方向の大きさが大きくなることを抑制できる。

ロアカバー１１５にガスケット１０７を配置する溝部を備える場合、その溝部は下方向（Ｙ軸負方向）に突出するため、燃料電池ケース１００の上下方向の大きさが大きくなる。一方、本実施形態において、スタックケース１０５にガスケット１０７を配置する溝部１０６を備える。このため、燃料電池ケース１００の上下方向の大きさが大きくなることを抑制できる。

図８は、リブ１１７による外力の吸収を説明するための模式図である。図８（Ａ）は、リブ１１７へ水平方向の外力が係っていない状態を示す図である。図８（Ｂ）は、リブ１１７へ水平方向において引っ張り方向の外力が係った状態を示す図である。この場合、リブ１１７が水平方向へ延びることにより引っ張り方向の外力を吸収できる。図８（Ｃ）は、リブ１１７へ水平方向において圧縮方向の外力が係った状態を示す図である。この場合、リブ１１７が水平方向へ圧縮することにより、圧縮方向の外力を吸収できる。

Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
本実施形態において、ロアカバー１１５にガスケット１０７を配置する溝部を備える。しかし、本発明はこれに限られず、ロアカバー１１５にガスケット１０７を配置する溝部を備えてもよい。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…燃料電池システム
１００…燃料電池ケース
１０５…スタックケース
１０６…溝部
１０７…ガスケット
１１１Ａ…ボス
１１２Ａ…ボルト
１１５…ロアカバー
１１６…リブ
１１７…リブ
１２０…マニホールド
１３０…補機ケース
１４０…燃料電池システムケース
１４１…カバー
１７０…ボルト
２００…フレーム
２１５…ロアカバー
２２０…孔
２３０…線
Ｔ１…領域
Ｆ１…力
Ｔ２…領域
Ｆ２…力
Ｔ３…領域

Claims (3)

1. 燃料電池を収容する燃料電池ケースであって、
   前記燃料電池ケースの底面を備える第１の部材と、
   固定具を使用して前記第１の部材の外周部と固定される第２の部材と、を備え、
   前記第１の部材と前記第２の部材との間は、ガスケットにより密封されており、
   前記第１の部材は、リブを備え、
   前記リブは、前記第１の部材が前記ガスケットと接する部分よりも内周に位置し、前記第１の部材と前記ガスケットとが接する面よりも上側に突出する、
   燃料電池ケース。
2. 請求項１に記載の燃料電池ケースであって、
   前記第２の部材に前記ガスケットを配置する溝部を有する、
   燃料電池ケース。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池ケースであって、
   前記燃料電池は、複数の燃料電池セルを積層することにより構成されており、
   前記第２の部材は、前記燃料電池の面であって、前記燃料電池の積層方向の一方の面を支持する第３の部材とともに、前記燃料電池を前記積層方向に圧縮するための部材である、
   燃料電池ケース。

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