JP2022087727A - Fuel cell unit - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は燃料電池ユニットに関する。 The present disclosure relates to a fuel cell unit.
燃料電池ユニットは、燃料電池スタック及び電力変換器を有して構成され、これらはそれぞれスタックケース、電力変換器ケースを具備し、その内側に必要な部材が収納されている。特許文献1には、その図1、図5等からわかるように、スタックケース、エンドプレート、及び、電力変換器ケースをそれぞれ結合した筐体の構造が開示されており、この筐体内において、バスバーにより燃料電池と電力変換部品とが電気的に接続されている。また、特許文献2にも燃料電池ユニットと電流取出端子ユニットとを接続するバスバーが開示されている。 The fuel cell unit includes a fuel cell stack and a power converter, each of which includes a stack case and a power converter case, and necessary members are housed inside the stack case and the power converter case, respectively. As can be seen from FIGS. 1, 5 and the like, Patent Document 1 discloses a structure of a housing in which a stack case, an end plate, and a power converter case are connected to each other, and a bus bar is disclosed in the housing. The fuel cell and the power conversion component are electrically connected to each other. Further, Patent Document 2 also discloses a bus bar that connects a fuel cell unit and a current extraction terminal unit.
燃料電池ユニットが車両に搭載され、車両の衝突等により燃料電池ユニットに衝撃荷重が与えられると、集電板が燃料電池の積層体に対してわずかに移動する場合がある。ここで、集電板の移動方向とバスバーの板幅方向とが一致していると、バスバーが変形し難いため、集電板とバスバーとの接続部等に局所応力が生じ、集電板、バスバー、燃料電池スタック、又は電力変換部品が損傷する虞がある。 When the fuel cell unit is mounted on a vehicle and an impact load is applied to the fuel cell unit due to a vehicle collision or the like, the current collector plate may move slightly with respect to the fuel cell laminate. Here, if the moving direction of the current collector plate and the plate width direction of the bus bar match, the bus bar is not easily deformed, so that local stress is generated at the connection portion between the current collector plate and the bus bar, and the current collector plate, Busbars, fuel cell stacks, or power conversion components may be damaged.
本開示は、以上の問題点に鑑み、車両に衝撃が加わった場合であっても、バスバーが変形し、他の部分に損傷を起こし難い燃料電池ユニットを提供することを課題とする。 In view of the above problems, it is an object of the present disclosure to provide a fuel cell unit in which the bus bar is not easily deformed and other parts are not easily damaged even when an impact is applied to the vehicle.
本願は、燃料電池スタック、電力変換器、及び、燃料電池スタックと電力変換器とを電気的に接続するバスバーを有する燃料電池ユニットであって、燃料電池スタックは、スタックケースと、スタックケースの内側に配置され、全体として板状である燃料電池が複数積層された燃料電池積層体と、燃料電池積層体の燃料電池が積層された方向の両端に配置された集電板と、集電板から電力変換器に向けて延びるタブと、を備え、電力変換器は、スタックケースに結合された電力変換器ケースと、電力変換器ケースの内側に配置された電力変換部品と、を備え、バスバーは、タブに接続する集電板接続部と、電力変換部品に接続する電力変換部品接続部と、集電板接続部と電力変換部品接続部とを連結する連結部と、を備え、燃料電池ユニットが車両に搭載された姿勢において燃料電池の積層方向が略水平方向であり、前記バスバーは、水平方向であって燃料電池の積層方向とは異なる方向からの力に対して連結部が集電板接続部及び電力変換部品接続部よりも変形しやすい形態である、燃料電池ユニットを開示する。 The present application is a fuel cell unit having a fuel cell stack, a power converter, and a bus bar that electrically connects the fuel cell stack and the power converter, and the fuel cell stack is a stack case and the inside of the stack case. From a fuel cell laminate in which a plurality of plate-shaped fuel cells are stacked as a whole, and collector plates arranged at both ends in the direction in which the fuel cells of the fuel cell laminate are stacked, and a current collector plate. It features a tab that extends towards the power converter, the power converter has a power converter case coupled to the stack case, and a power converter component located inside the power converter case, and the bus bar , A collector plate connection part connected to a tab, a power conversion part connection part connected to a power conversion part, and a connection part connecting a current collector plate connection part and a power conversion part connection part, and a fuel cell unit. The stacking direction of the fuel cells is substantially horizontal in the posture of being mounted on the vehicle, and the bus bar has a collector plate at the connecting portion against a force from a direction different from the stacking direction of the fuel cells in the horizontal direction. Disclosed is a fuel cell unit that is more easily deformed than a connection portion and a power conversion component connection portion.
本開示の燃料電池ユニットによれば、車両に衝撃が加わった場合であっても、バスバーが優先的に変形して接続部等への影響を低減し、損傷を起こし難くすることができる。 According to the fuel cell unit of the present disclosure, even when an impact is applied to the vehicle, the bus bar is preferentially deformed to reduce the influence on the connection portion and the like, and it is possible to make it less likely to cause damage.
1.燃料電池ユニットの構造
図1~図4に燃料電池ユニット10を説明する図を示した。図1は燃料電池ユニット10の外観斜視図、図2は燃料電池ユニット10の分解斜視図、図3は燃料電池ユニット10の断面図(XZ平面により切断した断面図)、及び、図4は燃料電池ユニット10の分解断面図(XZ平面により切断した断面図)である。なお、図3、図4は断面であるが、見易さのため燃料電池23には切断面にハッチングを付していない。各図には3次元直交座標系(X、Y、Z座標系)の方向を表した。
これら図からわかるように、燃料電池ユニット10は燃料電池スタック20、電力変換器30、及び、バスバー40を備えている。以下各構成について説明する。
1. 1. Structure of Fuel Cell Unit FIGS. 1 to 4 show diagrams illustrating the
As can be seen from these figures, the
1.1.燃料電池スタック
図1から図4よりわかるように、燃料電池スタック20は、スタックケース21、エンドプレート22、燃料電池23、集電板24、絶縁シート25、及び付勢部材26を有している。
1.1. Fuel cell stack As can be seen from FIGS. 1 to 4, the
[スタックケース]
スタックケース21は、重ねられた複数の燃料電池23、集電板24、絶縁シート25、及び付勢部材26をその内側に収納する筐体である。本形態でスタックケース21は直方体の筐体であり、その1つの壁部が無く、開口部21aを有しているとともに、その開口部21aが形成された部分のスタックケース21の縁に沿って開口部21aとは反対側に板状の片が張り出し、フランジ21bを形成している。このフランジ21bでエンドプレート22がスタックケース21に結合される。
[Stack case]
The
さらに、スタックケース21のうち、電力変換器30が配置される壁部にはスリット21cが設けられている。このスリット21cに、後述するようにバスバー40が配置されることで集電板24と電力変換器30の電力変換部品32とを電気的に接続する。
従ってスリット21cはスタックケース21の内外を連通するように壁厚方向(本形態でZ方向)に貫通している。またスリット21cは燃料電池23が積層される方向(本形態ではX方向)に長く延びるように細長く形成されている。
スリット21cの幅(本形態ではY方向大きさ)はバスバー40が挿入できる大きさとされており、燃料電池23の幅(本形態ではY方向の大きさ)に対して10%以上40%以下であることが好ましい。スリット21cの幅がこれより狭いとバスバーを小さくする必要があり、電気抵抗が増して発熱等の不具合が生じる虞がある。一方、スリット21cの幅がこれよりも広いとスリット21cの位置で燃料電池23がたわみやすくなり、燃料電池23による積層体への均一な面圧付与が難しくなる虞がある。
Further, in the
Therefore, the
The width of the
また、スリット21cが設けられた壁のスタックケース21の縁に沿ってスリット21cとは反対側に片が張り出し、フランジ21dを形成している。このフランジ21dで電力変換器30の電力変換器ケース31がスタックケース21にボルト等により結合される。
Further, a piece projects along the edge of the
スタックケース21は燃料電池23を外部から保護する機能を有する観点から、所定の強度を有しており、厚さ2mm以上5mm以下程度の金属により構成されていることが好ましい。
The
[エンドプレート]
エンドプレート22は板状の部材であり、その外周端部の一部が張り出すように設けられており、フランジ22aを形成している。
エンドプレート22はスタックケース21の開口部21aを塞ぐとともに、フランジ22aがスタックケース21のフランジ21bに重なるように配置される。そして例えばフランジ21bとフランジ22aとを貫通するように配置したボルト及びナット等によりスタックケース21の開口部21aにフタをするようにエンドプレート22がスタックケース21に結合される。
このようにエンドプレート22は、スタックケース21のフタとして機能する。エンドプレート22は、燃料電池23のたわみを抑制するため、高い強度を有することが好ましい。そのため、エンドプレート22は金属であるとともに、その板厚はスタックケース21を構成する壁、フランジ21bの板厚と同等以上であることが好ましい。エンドプレート22の厚さは、例えば10mm以上30mm以下である。
[end plate]
The
The
In this way, the
[燃料電池]
燃料電池23は公知の通りであるが、膜-電極接合体(MEA)が2つのセパレータで挟まれて構成されている。MEAは固体高分子膜、負極触媒層、正極触媒層、負極ガス拡散層、正極ガス拡散層等による積層体である。そして燃料電池スタック20では、このような燃料電池23が複数重ねられ、燃料電池積層体とされている。
燃料電池23は全体として板状であり、本形態ではYZ平面を板面として配置され、X方向に複数の燃料電池23が重ねられている。
[Fuel cell]
As is known, the
The
[集電板]
集電板24は燃料電池が発電した電力を取り出すための集電板であり、燃料電池積層体のうち燃料電池23の積層方向(X方向)の一方側及び他方側のそれぞれに配置される。一方側の集電板24が+(プラス)側の集電板であり、他方側の集電板24がー(マイナス)側の集電板である。本形態ではエンドプレート22に近い集電板24がー側の集電板であり、その反対側に+側の集電板24が配置されている。
また、集電板24からはスリット21cに向けてタブ24aが延びており、後述するようにタブ24aがバスバー40に接続される。図3、図4からわかるように、タブ24aはその先端がXY平面に平行になるように曲げられている。
その他、集電板の材質や形態は公知の通りである。
[Current collector plate]
The
Further, a
In addition, the material and form of the current collector plate are as known.
[絶縁シート]
絶縁シート25は燃料電池積層体及び集電板24による積層体と、スタックケース21及びエンドプレート22と、の電気的絶縁を図るシートである。絶縁シート25は必要な絶縁性能を有するシートであれば特に限定されることはなく公知のものを用いることができる。従って、絶縁シート25は、それぞれの集電板24に対して燃料電池23側が配置された側とは反対側に積層されている。
[Insulating sheet]
The insulating
[付勢部材]
付勢部材26は、複数の燃料電池23、集電板24、及び、絶縁シート25とともにスタックケース21の内側に収まり、複数の燃料電池23、集電板24、及び、絶縁シート25による積層体(電池積層体)をその積層方向(X方向)に押圧し、燃料電池23に対して面圧を付与する。
付勢部材26は、燃料電池23に対してできるだけ均等に面圧を付与することができればその態様は特に限定されることはないが、例えば皿バネを複数配列する形態を挙げることができる。
[Bending member]
The urging
The mode of the urging
1.2.電力変換器
電力変換器30は燃料電池スタック20からの電力を変換する装置であり、コンバータやインバータを挙げることができる。コンバータは燃料電池スタックの出力電圧を昇圧または降圧するものであり、インバータは燃料電池スタックからの電力を直流から交流に変換するものである。
本形態では、電力変換器30は電力変換器ケース31及び電力変換部品32を有している。
1.2. Power converter The
In this embodiment, the
[電力変換器ケース]
電力変換器ケース31は、その内側に電力変換部品32、及びバスバー40を収納する筐体である。本形態で電力変換器ケース31は直方体の筐体であり、その1つの壁部が無く、開口部31aを有しているとともに、その開口部31aが形成された部分の電力変換器ケース31の縁に沿って開口部31aとは反対側に板状の片が張り出し、フランジ31bを形成している。このフランジ31bで電力変換器30がスタックケース21にボルト等で結合される。
さらに、電力変換器ケース31にはバスバー40が配置される部位の壁部に穴31cが設けられている。この穴31cを通じて外部からバスバー40を電力変換部品32の端子に接続することが可能となる。
[Power converter case]
The
Further, the
電力変換器ケース31はスタックケース21と同様に、所定の強度を有していることが好ましく、厚さ2mm以上5mm以下程度の金属により構成されていることが好ましい。
Like the
[電力変換部品]
電力変換部品32は、燃料電池スタック20からの電力を変換する部位で、コンバータやインバータとしての機能を有する部材であり、公知のものを適用することができる。
[Power conversion parts]
The
1.3.バスバー
バスバー40は、燃料電池スタック20の集電板24と電力変換器30の電力変換部品32とを電気的に接続する部材である。本形態では、2つの集電板24のそれぞれに同じ形態のバスバー40が用いられている。ただし、これに限らず、いずれか一方にのみ本形態のバスバー40が用いられ、他方には公知のバスバーが用いられてもよい。図2~図4にもバスバー40が表れているが、図5にバスバー40を拡大した斜視図を表した。
これら図からもわかるように、バスバー40は、集電板接続部41、電力変換部品接続部42、及び、連結部43を備えている。
1.3. Bus bar The
As can be seen from these figures, the
[集電板接続部]
集電板接続部41は、集電板24のタブ24aに接続する部位である。集電板接続部41は第一の面(本形態ではXY平面)でタブ24aに接続されている。すなわち本形態ではタブ24aの先端がXY平面に平行となるように形成されており、集電板接続部41はタブ24aに重なるようにXY平面に平行な板面を有する板状とされている。
[Current collector plate connection]
The current collector
[電力変換部品接続部]
電力変換部品接続部42は、電力変換部品32の不図示の端子に接続する部位である。
電力変換部品接続部42は、上記第一の面が属する平面(本形態ではXY平面)に交差する平面(本形態ではYZ平面)に属する面で電力変換部品32に接続されている。
ここで「属する平面」とは、対象とされる面を含む平面を意味する。
本形態では、電力変換部品32の端子はYZ平面に平行な面を有しており、電力変換部品接続部42は当該端子に重なるようにYZ平面に平行な板面を有する板状とされている。
[Power conversion component connection]
The power conversion
The power conversion
Here, the "plane to which it belongs" means a plane including the target plane.
In this embodiment, the terminal of the
[連結部]
連結部43は、集電板接続部41と電力変換部品接続部42とを連結して電気的に両者を導通する部位である。
連結部43は、少なくとも一部においてその板面は、上記した第一の面が属する平面(本形態ではXY平面)及び第二の面が属する平面(本形態ではYZ平面)の両方に交差する平面(本形態ではXZ平面)とされている。従って本形態では第一連結部43は少なくとも一部においてXZ平面に平行な板面を有する板状であり、Y方向を板厚とする。ここで「板面」は通常のように考えればよく、板状の部材における板厚を構成する面以外の面である。
これにより、後述するように車両の衝突等により燃料電池ユニット10に対して連結部の板厚方向(本形態ではY方向)から衝撃が加わった時、当該Y方向を板厚とする連結部43が優先的に変形し、集電板接続部41と電力変換部品接続部42との接続部への影響を小さく抑えることができる。
[Connecting part]
The connecting
The plate surface of the connecting
As a result, as will be described later, when an impact is applied to the
本形態で連結部43は、集電板接続部41及び電力変換部品接続部42のY方向端部同士を連結する。本形態では集電板接続部41及び電力変換部品接続部42のY方向端部のそれぞれに連結部43が設けられており、合わせて2つの連結部43を有している。連結部43は必ずしも2つ設ける必要はなく1つであってもよいが、電気抵抗を下げて発熱を抑制する観点から2つ以上設けることが好ましい。
In this embodiment, the connecting
[バスバーの作製等]
本形態で連結部43は、集電板接続部41に接続する第一部43a、電力変換部品接続部42に接続する第二部43b、及び、第一部43aと第二部43bとを連結する第三部43cを有している。このような構造とすれば、集電板接続部41及び第一部43aを曲げ加工により作製し、高電圧部品接続部42及び第二部43bを曲げ加工により作製し、この2つの部品を第三部43cにより接合することによりバスバー40を作製することができる。これは、単純な曲げ加工及び接合で容易にバスバー40を作製することを可能とする。
ただし、これに限らず例えば深絞り等により1枚の板からプレス成型によりバスバー40を接合部なく一体に形成してもよいし、集電板接続部41及び高電圧部品接続部42に対して板状の連結部を接合してもよい。
[Making busbars, etc.]
In the present embodiment, the connecting
However, the present invention is not limited to this, and the
バスバー40を構成する各部位の板厚は特に限定されることはなく、流れる電流の大きさに鑑みて適宜決めることができるが、1mm以上5mm以下の程度とすることができる。また、バスバー40を構成する各部位の材料は特に限定されることはないが、性質上電気抵抗が小さい材料であることが好ましく、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等を用いることができる。
The plate thickness of each portion constituting the
1.4.燃料電池ユニットを構成する各部材の組み合わせ
以上のような燃料電池スタック20、電力変換器30、及びバスバー40が図1~図4に示したように組み合わされて燃料電池ユニット10とされている。
1.4. Combination of each member constituting the fuel cell unit The
複数の燃料電池23がX方向に重ねられて燃料電池積層体が形成されており、この燃料電池積層体における燃料電池23の積層方向(X方向)の両端のそれぞれに集電板24が配置されている。さらに集電板24の外側のそれぞれに絶縁シート25が重ねられている。これにより、燃料電池積層体、集電板24、及び絶縁シート25による積層体(電池積層体)となっている。
A plurality of
この電池積層体の積層方向(X方向)の一方の面に付勢部材26が重ねられている。そして、電池積層体に付勢部材26が重ねられた積層体がスタックケース21の内側に収納されている。このとき、付勢部材26がスタックケース21の開口部21aとは反対側となり、付勢部材26が積層された側とは反対側がスタックケース21の開口部21a側となる。また、集電板24のタブ24aがスタックケース21のスリット21c(電力変換器30)に向けて延びるように配置されている。
The urging
エンドプレート22がスタックケース21の開口部21aを塞ぐとともに、スタックケース21のフランジ21bが、エンドプレート22のフランジ22aに重なるように配置される。そして例えばフランジ21bとフランジ22aとを貫通するように配置したボルト及びナット等によりスタックケース21の開口部21aにフタをするようにエンドプレート22がスタックケース21に固定される。このとき、エンドプレート22は電池積層体の面に接触するように配置され、エンドプレート22がスタックケース21に配置された姿勢で、付勢部材26が電池積層体を押圧し、電池積層体に付勢力を与え、燃料電池23に面圧がかかる状態となるように構成されている。この付勢力はエンドプレート22のスタックケース21への取り付け(ボルト及びナットでの結合等)の際に付与されればよい。
The
バスバー40は、その集電板接続部41がスタックケース21のスリット21cの内側に挿入され集電板24のタブ24aに重ねられる。上記のように両者は第一の面(本形態ではXY平面に平行な面)を有しているので当該面が重ねられ、ボルト等により両者が結合される。これによりバスバー40の電力変換部品接続部42がスタックケース21から立ち上がるように配置され、その板面が第二の面(本形態ではYZ平面に平行な面)となる。従ってバスバー40の連結部43はその板面が第一の面が属する平面(XY平面)及び第二の面が属する平面(YZ平面)に交差するように配置され、本形態では板面がXZ平面に平行となりY方向が板厚方向となる。
The current collector
電力変換器30は、電力変換器ケース31の内側に電力変換部品32が配置された状態で、スタックケース21のうちスリット21cが設けられた面に重ねられる。このとき、電力変換器ケース31の開口部31aがスタックケース21側に向けられ、電力変換器ケース31のフランジ31bがスタックケース21のフランジ21dに重なるように配置されている。これにより電力変換器ケース31の開口部31aがスタックケース21により塞がれる。そして例えばフランジ21dとフランジ31bとがボルト等により結合され、スタックケース21に電力変換器30が固定される。
バスバー40は、その電力変換部品接続部42が電力変換部品32の端子に重ねられる。上記のように両者は第二の面(本形態ではYZ平面に平行な面)を有しているので当該面が重ねられ、ボルト等により両者が結合される。この結合は穴31cを通じて行うことができる。これにより集電板24と電力変換部品32とが電気的に接続される。なお穴31cは不図示のカバーにより封止される。
The
The power conversion
2.効果等
本形態の燃料電池ユニット10はZ方向が上下方向となるように配置される。すなわち、燃料電池23の積層方向が略水平となるように配置される。ここで、略水平としたのは、必ずしも厳密に水平である必要はなく水平に対して所定の範囲で傾斜した方向であってもよいことを意味する。所定の範囲は本開示の効果を奏するものであれば特に限定されることはないが、例えば水平方向に対して±45°の範囲を挙げることができる。
図6には説明のために燃料電池ユニット10の斜視図を表した。ただしわかりやすさのため図6では電力変換器30を省略して表している。
2. 2. Effects, etc. The
FIG. 6 shows a perspective view of the
例えば、Y方向が車両の左右方向、X方向が車両の前後方向となるように燃料電池ユニット10を車両に搭載したときを考える。
この場合に車両に対して左右方向(Y方向)から何らかの衝撃が加わり、その衝撃が燃料電池ユニット10にも伝わって、燃料電池ユニット10に図6に矢印Aで示した力が加わると、集電板24がY方向(燃料電池23、集電板24の積層方向に直交する方向)にわずかに滑る可能性がある。集電板24がY方向に滑るとバスバー40との接続部に力が加わるため接続部に問題が生じる虞があるが、燃料電池ユニット10によれば、バスバー40の連結部43の板厚方向がY方向に一致しているため、この方向に対して変形し易く、集電板24の滑りに追随して優先的に変形(弾性変形、塑性変形のいずれも含む。)してバスバー40と集電板24との接続部、及び、バスバー40と電力変換部品32との接続部への影響を小さく抑えることができ、当該接続を維持することが可能となる。
一方、車両に対して前後方向(X方向)から何らかの衝撃が加わり、その衝撃が燃料電池ユニット10にも伝わって、燃料電池ユニット10に図6に矢印Bで示した力が加わった場合にはバスバー40と集電板24とは同じように動くため接続の維持に対して問題は生じ難い。
For example, consider a case where the
In this case, when some kind of impact is applied to the vehicle from the left-right direction (Y direction), the impact is transmitted to the
On the other hand, when some kind of impact is applied to the vehicle from the front-rear direction (X direction), the impact is transmitted to the
一方、X方向が車両の左右方向、Y方向が車両の前後方向となるように燃料電池ユニット10を車両に搭載したときも次のように同様に考えることができる。
この場合に車両に対して前後方向(Y方向)から何らかの衝撃が加わり、その衝撃が燃料電池ユニット10にも伝わって、燃料電池ユニット10に図6に矢印Aで示した力が加わると、集電板24がY方向(燃料電池23、集電板24の積層方向に直交する方向)にわずかに滑る可能性がある。集電板24がY方向に滑るとバスバー40との接続部に力が加わるため接続部に問題が生じる虞があるが、燃料電池ユニット10によれば、バスバー40の連結部43の板厚方向がY方向に一致しているため、この方向に対して変形し易く、集電板24の滑りに対して優先的に変形(弾性変形、塑性変形のいずれも含む。)してバスバー40と集電板24との接続部、及び、バスバー40と電力変換部品32との接続部への影響を小さく抑えることができ、当該接続を維持することが可能となる。
一方、車両に対して左右方向(X方向)から何らかの衝撃が加わり、その衝撃が燃料電池ユニット10にも伝わって、燃料電池ユニット10に図6に矢印Bで示した力が加わった場合にはバスバー40と集電板24とは同じように動くため接続の維持に対して問題は生じ難い。
On the other hand, when the
In this case, when some kind of impact is applied to the vehicle from the front-rear direction (Y direction), the impact is transmitted to the
On the other hand, when some kind of impact is applied to the vehicle from the left-right direction (X direction), the impact is transmitted to the
以上のように、本開示の燃料電池ユニット10によれば、衝撃に対してバスバーの接続状態を維持しやすい構造となる。
上記の説明では、X方向を車両の前後方向(又は左右方向)、Y方向を車両の左右方向(又は前後方向)、及び、Z方向を車両の上下方向として説明したが、これは厳密である必要はなく、各方向とも20度以下の傾きがあっても同様の効果を奏するものとなる。
なお、上記では説明及び理解容易の観点から3次元直交座標系(X、Y、Z)を用い、各部材の向きや関係(例えば第一の面、第二の面、板厚等)が当該座標系の軸(X、Y、Z)や平面(XY平面、XZ平面、YZ平面)に一致した例を説明した。しかし、各部材の向きや関係は厳密である必要はなく、X、Y、Z、XY平面、XZ平面、及び、YZ平面に対して角度を有していてもよい。要するに燃料電池ユニットのバスバーが力を受けたときに連結部が最初に変形する構造である。燃料電池ユニットが車両に搭載された姿勢において、燃料電池の積層方向が略水平方向であり、バスバーは、水平方向であって燃料電池の積層方向とは異なる方向からの力に対して連結部が最も変形しやすい形態であればよい。従って、連結部は、上記したようにバスバーに力が加わった時に連結部が優先的に変形することができる形態であればよく、必ずしも上記形態のように連結部が板状である必要はなく、板厚が一定である必要もない。ただし、板状であることにより加工がしやすく、生産性を向上させることができる。
As described above, according to the
In the above description, the X direction is the front-rear direction (or left-right direction) of the vehicle, the Y direction is the left-right direction (or front-rear direction) of the vehicle, and the Z direction is the up-down direction of the vehicle, but this is strict. It is not necessary, and the same effect can be obtained even if there is an inclination of 20 degrees or less in each direction.
In the above, a three-dimensional Cartesian coordinate system (X, Y, Z) is used from the viewpoint of explanation and easy understanding, and the orientation and relationship of each member (for example, the first plane, the second plane, the plate thickness, etc.) are relevant. An example of matching the axes (X, Y, Z) and planes (XY plane, XZ plane, YZ plane) of the coordinate system has been described. However, the orientation and relationship of each member do not have to be exact, and may have an angle with respect to the X, Y, Z, XY plane, XZ plane, and YZ plane. In short, it is a structure in which the connecting portion is first deformed when the bus bar of the fuel cell unit receives a force. In the posture in which the fuel cell unit is mounted on the vehicle, the stacking direction of the fuel cells is substantially horizontal, and the bus bar has a connecting portion against a force from a direction different from the stacking direction of the fuel cells in the horizontal direction. Any form that is most easily deformed may be used. Therefore, the connecting portion may be in a form in which the connecting portion can be preferentially deformed when a force is applied to the bus bar as described above, and the connecting portion does not necessarily have to be plate-shaped as in the above form. , The plate thickness does not have to be constant. However, since it is plate-shaped, it is easy to process and productivity can be improved.
また、本形態ではバスバー40がスタックケース21の上側(+Z側)に配置された例を示したが、バスバー40がスタックケース21の下側(-Z側)に配置されてもよい。
Further, in the present embodiment, the
3.変形例
以下、変形例について説明する。
図7には変形例の燃料電池ユニットに備えられるバスバー40’の斜視図を示した。バスバー40’では、上記したバスバー40の第三部43cに対して、第三部43c’が適用されている。他の部位はバスバー40と同様に考えることができるので同じ符号を付して説明を省略する。
上記した第三部43cはX方向にまっすぐ伸びる形態であったが、第三部43c’ではその一部がY方向に屈曲部を有する形態である。これにより当該屈曲部がバネの役割をしてバスバー40’のX方向、Y方向への変形性がさらに高められ、上記効果がより顕著となる。特にX方向に対しては次のような付加的な効果も得られる。
本形態のように燃料電池スタック21に付勢部材26が配置され、これにより燃料電池23を押圧する場合、燃料電池23の厚さが湿度や温度等の運転条件によって変化し、燃料電池ユニット10の作動中に集電板24がX方向(積層方向)に移動することがある。第三部43c’を備えたバスバー40’によればこのようなX方向への集電板24の移動に対しても追従し易く、接続部への負荷を低減することが可能である。
3. 3. Modification example The modification will be described below.
FIG. 7 shows a perspective view of the bus bar 40'provided in the fuel cell unit of the modified example. In the bus bar 40', the third part 43c'is applied to the
The
When the urging
また、上記した第三部43c、第三部43c’を複数の薄板が積層された形態としてもよい。これにより特にY方向に対して変形性を高めることができる。その際には、薄板が積層された合計の断面積とバスバーの他の部分の断面積とが同程度であることが好ましい。これにより抵抗の変化による発熱を抑制することができる。例えば、第三部の幅(Z方向の大きさ)を第一部43a、第二部43bと同じとしたとき、第三部を厚さ(Y方向大きさ)1mmの板を3枚で構成し、第一部43a、第二部43bを厚さ3mmの板で構成すればよい。
Further, the above-mentioned
また、上記した第三部43c、第三部43c’を平編組線により構成し、平編組線の板厚方向をY方向としてもよい。平編組線を使用した場合にも、複数の薄板が積層された場合と同様、変形性を高めることができる。
Further, the above-mentioned
10 燃料電池ユニット
20 燃料電池スタック
21 スタックケース
22 エンドプレート
23 燃料電池
24 集電板
25 絶縁シート
26 付勢部材
30 電力変換器
31 電力変換器ケース
32 電力変換部品
40 バスバー
41 集電板接続部
42 電力変換部品接続部
43 連結部
10
Claims (1)
前記燃料電池スタックは、
スタックケースと、
前記スタックケースの内側に配置され、全体として板状である燃料電池が複数積層された燃料電池積層体と、
前記燃料電池積層体の前記燃料電池が積層された方向の両端に配置された集電板と、
前記集電板から前記電力変換器に向けて延びるタブと、を備え、
前記電力変換器は、
前記スタックケースに結合された電力変換器ケースと、
前記電力変換器ケースの内側に配置された電力変換部品と、を備え、
前記バスバーは、
前記タブに接続する集電板接続部と、
前記電力変換部品に接続する電力変換部品接続部と、
前記集電板接続部と前記電力変換部品接続部とを連結する連結部と、を備え、
前記燃料電池ユニットが車両に搭載された姿勢において前記燃料電池の積層方向が略水平方向であり、前記バスバーは、水平方向であって前記燃料電池の積層方向とは異なる方向からの力に対して前記連結部が前記集電板接続部及び前記電力変換部品接続部よりも変形しやすい形態である、
燃料電池ユニット。 A fuel cell unit having a fuel cell stack, a power converter, and a bus bar that electrically connects the fuel cell stack and the power converter.
The fuel cell stack
With a stack case,
A fuel cell laminate arranged inside the stack case and having a plurality of plate-shaped fuel cells laminated as a whole,
The current collector plates arranged at both ends of the fuel cell laminate in the direction in which the fuel cells are laminated, and
A tab extending from the current collector plate toward the power converter is provided.
The power converter
The power converter case coupled to the stack case and
A power conversion component arranged inside the power converter case is provided.
The bus bar
The collector plate connection part connected to the tab and
The power conversion component connection unit connected to the power conversion component and
A connecting portion for connecting the current collector plate connecting portion and the power conversion component connecting portion is provided.
In the posture in which the fuel cell unit is mounted on the vehicle, the stacking direction of the fuel cells is substantially horizontal, and the bus bar is in the horizontal direction with respect to a force from a direction different from the stacking direction of the fuel cells. The connecting portion is in a form that is more easily deformed than the current collector plate connecting portion and the power conversion component connecting portion.
Fuel cell unit.
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