JP3870724B2 - Fuel cell vehicle mounting structure - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を車両に搭載する構造に関し、特に、衝突時における燃料電池の電源取り出し部の保護に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、環境問題への取り組みの一つとして、燃料電池を駆動エネルギー源に用いた自動車が注目を浴び、試作がなされている。例えば、車両の重量バランスや配置スペース等を考慮して、燃料電池を座席下のスペースなど車両中心位置付近に搭載した燃料電池自動車が試作されている。また最近では燃料電池を車両前方部に搭載することも検討されている。燃料電池自動車は、近い将来の実用化・普及に向けた開発が進展している状況下にある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池を車両の前方部に搭載する場合には、車両の衝突時における燃料電池の保護について配慮する必要がある。特に燃料電池の電源取り出し部は高電圧であること、及び電源取り出し部周辺には、電流遮断し安全を図るリレーや電気回路、また燃料電池内部に水素や空気等を供給する分配器が配置されることから、保護の必要性が高い。
【0004】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、車両の衝突時において燃料電池に及ぶダメージが軽減される燃料電池の車両搭載構造を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池の車両搭載構造において、前記燃料電池は、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに電気的に接続される電源取り出し部と、を有し、前記電源取り出し部は、前記燃料電池スタックに積層される端部電極と、端部電極の周縁に設けられる出力端子と、を備え、前記燃料電池スタックは、積層方向を同じくして並列配置された2列のスタックを備え、2列のスタックは、積層方向の一端側において互いに電気的に接続され、積層方向の他端側に各スタックごとに出力端子が設けられ、前記2列のスタックは、車両前方部において車両の前後方向に並べて配置され、2列のスタックのうちの一方のスタックの出力端子は端部電極の周縁のうちの他方のスタック側に設けられ、2列のスタックのうちの他方のスタックの出力端子は端部電極の周縁のうちの一方のスタック側に設けられる。
【0006】
車両の走行時の衝突においては前後方向の衝撃力が大きい。よって、衝突時には燃料電池とその前後に配置された装置、部品とのぶつかり合いや、前後方向の圧力が特に燃料電池にダメージを与え得る。本発明によれば、電源取り出し部は車両の側方向きに配置されるので、上述のような前後方向の衝撃力を受けにくく、破損が回避され、または軽減される。
【0007】
他の本発明に係る燃料電池の車両搭載構造においては、前記燃料電池が、積層方向両端を剛性を有したエンドプレートで支持された単電池の積層体からなり、前記積層方向が前記車両の左右方向であり、前記電源取り出し部が、前記単電池の積層体に電気的に接続され、前記エンドプレートに設けられた開口を貫通して当該エンドプレートより外側に突出した取り出し電極を有する。
【0008】
本発明は、燃料電池の積層方向端部に設けられるエンドプレートが単電池の積層体に押圧力を及ぼすために、剛性を有する部材で比較的丈夫に作られることを利用する。つまり、エンドプレートはその面に平行な方向の圧縮力に対して強く、よって、エンドプレートの面が車両前後方向に沿うように配置することにより、その圧縮力に抗することが可能となる。特にエンドプレートに開けた開口を通して単電池積層体に接続された取り出し電極を外部に導く構成は、電源取り出し部がエンドプレート面の中央寄りに配置されるので、電源取り出し部がエンドプレートの車両前後方向端部にぶつかる隣接装置等の攻撃を受けにくい。
【0009】
本発明の好適な態様は、外部からの制御信号に応じて前記燃料電池からの電流を遮断するリレーを、前記エンドプレートの外側面上に配置した車両搭載構造である。衝突時に破壊されにくいエンドプレート上にリレーを配置することにより、当該リレーの破損の回避が図られる。これにより衝突後にも漏電遮断等のリレーの動作が確保され、安全性が向上する。また、リレーが断状態となってもリレーと取り出し電極との間は高電圧が印加されるが、本発明によればリレーと取り出し電極との距離を短くできる。すなわち、リレーが断状態にて高電圧に保たれる部分が少ないので、その意味でも安全性が向上する。
【0010】
さらに別の燃料電池の車両搭載構造は、前記リレーと前記取り出し電極とを柔軟性を有した配線部材で接続する。
【0011】
単電池の積層体は、それ自体の発熱による温度変化に応じた膨張、収縮等によって積層方向の寸法が変化し、また製造時のばらつきによっても当該寸法が異なり得る。一方、エンドプレートは車体側に固定されている。そのため、取り出し電極はエンドプレートに対して進退し、突出量が異なり得る。本発明によれば、取り出し電極とリレーとを接続する配線が柔軟性を有するので、取り出し電極の進退に追随し、製造ばらつきによる突出量の差異を吸収することができ、取り出し電極とリレーとの接続が断線しにくい。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【0013】
図1は、本発明に係る燃料電池の車両搭載構造を採用した燃料電池自動車の車両前方部の模式的な上面図である。図において、燃料電池モジュール20が車両前方部のエンジンルーム内に配置される。燃料電池モジュール20は燃料電池スタックケース22(以下、単にケース22と称する)内に燃料電池スタック24を有している。なお、ケース22は本来燃料電池スタック24を密閉収納するが、ここでは説明の都合上、ケース22の上面を取り除いて、内部の燃料電池スタック24等の構造が分かるように図示している。
【0014】
燃料電池スタック24は、それぞれ板状の単電池25の積層体である第1のスタック26と第2のスタック28とが並列配置されて構成される。ここで第1のスタック26及び第2のスタック28の積層方向は共に車両左右方向であり、その左右端に配置された比較的厚め(例えば厚さ15mm程度)の金属のエンドプレート30,32によってスタック26,28は積層方向に押さえ付けられている。スタック26とスタック28とは単電池の極性が互いに反対向きに積層され、例えば、スタック26は図において左側が正極、右側が負極であり、スタック28は図において左側が負極、右側が正極である。スタック26及びスタック28のエンドプレート32側の端部は互いに電気的に接続されて、これにより両スタック26,28は一つの単電池直列接続体を構成し、所望の高電圧が得られる。
【0015】
スタック26及びスタック28のエンドプレート30側の端部には、スタック26,28が構成する共通の単電池直列接続体の端部電極34,36が積層される。例えば、上述の単電池の配列方向によれば、スタック26に積層される電極34は正電極となり、スタック28に積層される電極36は負電極となる。電極34,36は、スタック26とスタック28との境界の位置(すなわち、燃料電池スタック24の車両前後方向に関し中央部)にてスタックの積層方向に曲げられたL字形状を有する。電極34,36のスタック積層方向を向いた部分は、エンドプレート30の車両前後方向中央位置に開けられた穴を通ってエンドプレート30から車両側方に向けて突出され、端子38として用いられる。
【0016】
図2は、エンドプレート30に設けられた開口とそれを貫通して取り出される電極34,36とを含む電源取り出し部の構造を示す模式的な斜視図である。エンドプレート30には車両前後方向の中央部に縦長形状の開口39が2つ設けられる。そして、例えば、電極34の端子38aが上の開口39aを通して外側に突出され、電極36の端子38bが下の開口39bを通して外側に突出される。
【0017】
なお、エンドプレート30,32はケース22に固定されるが、スタック26,28は温度による膨張、収縮等によって積層方向の寸法が変化し得る。そこで、エンドプレート30と電極34との間、及びエンドプレート30と電極36との間には皿バネの積層体(図示せず)が配置され、スタック26,28を構成する単電池が常に適度な力で互いに圧接されるように構成される。
【0018】
エンドプレート30にはリレー40のほか電気回路や分配器(図示せず)が配置される。リレー40は、エンドプレート30の開口39から取り出された正極、負極それぞれの端子38との間を、柔軟性を有したバスバー(フレキシブルバスバーと称する)42で電気的に接続される。ちなみに、フレキシブルバスバー42は端子38及びリレー40の端子にそれぞれボルト止めされる。リレー40は外部からの制御信号に応じて、燃料電池モジュール20からの出力を電気的に遮断するために設けられている。例えば、リレー40は車両走行時等の通常時にはON状態に保たれ、燃料電池モジュール20からの出力を可能とするが、一方、衝突センサ(図示せず)が自車の衝突を検知した場合などに発せられる制御信号に応じてOFF状態に切り替えられ、燃料電池モジュール20からの出力を遮断する。
【0019】
さて、車両の走行時の衝突においては通常、前後方向の衝撃力が大きい。そこで、このようにリレー40等を車両側方を向いたエンドプレート30の面上に配置することにより、前後方向の衝撃力を受けにくくし、それら部品の破損の回避、または軽減を図っている。特に、エンドプレート30は上述のように燃料電池スタック24に押圧力を及ぼすために、剛性を有する部材で比較的丈夫に作られるので、その面に平行な方向の圧縮力に対して強い。ここで、車両前後方向に沿うように配置されたエンドプレート30は車両前後方向の圧縮力に耐え、変形、破壊されにくいので、このエンドプレート30上にリレー40等を配置することによりそれら部品が好適に保護される。特にリレー40は上述のように、衝突時に遮断されて漏電を防ぐ等の役割を有しており、これが保護されることにより、安全性が向上する。
【0020】
ここで、エンドプレート30に配置されたリレー40等と燃料電池スタック24とを接続する構成としては、配線をエンドプレート30の外側を迂回する構成が考えられるが、その構成では衝突時にエンドプレート30とエンドプレート30の車両前後方向の辺にぶつかる隣接装置等との間に配線が挟まれて断線するおそれがある。これに対して、本燃料電池モジュール20のように、エンドプレート30に開けた開口39を通して燃料電池スタック24に接続された取り出し電極の端子38を外部に導く構成では、端子38はエンドプレート面の中央寄りに配置され、車両衝突時に車両前後方向からエンドプレート30にぶつかる隣接装置等の攻撃を受けにくい。
【0021】
また、リレー40が断状態となっても燃料電池スタック24の出力取り出し電極とリレー40との間の配線には高電圧が印加される。この点に関し、エンドプレート30の中央の開口39から端子38を取り出しフレキシブルバスバー42でリレー40に接続する構成では、端子38とリレー40と間の配線長が短い。つまりリレーが断状態にて高電圧に保たれる部分が少ないので、安全性が高いと言える。
【0022】
ケース22の車両側方向きの側面(エンドプレート30側の側面)の車両後方寄りの位置にサービスプラグ50が取り付けられている。サービスプラグ50は、ケース22に固定された固定部52と、ケース22の外側に設けられ固定部52から分離可能なプラグ部54とからなる。エンドプレート30上においてサービスプラグ50に近い位置に端子台60が取り付けられ、この端子台60を中継点として、サービスプラグ50の固定部52とリレー40との間が電気的に接続される。すなわち、固定部52に接続されたハーネス62と、リレー40に接続されたバスバー64とが端子台60で互いに電気的に接続される。これにより、リレー40とサービスプラグ50の固定部との間が正極、負極毎に電気的に接続される。
【0023】
さらに、サービスプラグ50の固定部52からはケース22の外側へ電源出力ケーブル66が引き出される。固定部52に接続されたハーネス62と電源出力ケーブル66との間はプラグ部54を装着すると電気的に接続され、プラグ部54を引き抜くと切断される。例えば、作業者がプラグ部54を引き抜いて保守作業を行うことにより、燃料電池モジュール20外での漏電に対する安全が確保される。
【0024】
なお、燃料電池モジュール20にはラジエータ(図示せず)からの冷却水が循環される。エンドプレート32に設けられた注入口70及び排出口72は、この冷却水の注入、排出のためのものである。
【0025】
次にフレキシブルバスバー42について説明する。上述のように、燃料電池スタック24は、それ自体の発熱による温度変化に応じた膨張、収縮等によって積層方向の寸法が変化し、また製造時のばらつきによっても当該寸法が異なり得る。一方、エンドプレートは車体側に固定されている。そのため、端子38はエンドプレート30に対して進退し、突出量が異なり得る。フレキシブルバスバー42は、この端子38の進退に追随し、製造ばらつきによる突出量の差異を吸収するために、柔軟に構成されている。これにより、端子38とリレー40との接続が断線しにくい。
【0026】
図3はフレキシブルバスバー42の構造を示す模式的な斜視図である。フレキシブルバスバー42は柔軟性を有したバスバー部分80と両端の端子82とから構成される。バスバー部分80は例えば、銅細線等を編んだ網状の導体84で構成され、柔軟性を有する。また、平らに構成された網状導体84は曲げ方向に対して複数枚重ねられる。これにより、柔軟性を損なわずにバスバー部分80の断面積を大きくすることができ、燃料電池スタック24からの大電流出力を低損失で流すことができる。エンドプレート30から垂直の突出した端子38と、端子38横に配置されるリレー40とを接続するために、バスバー部分80はL字型に曲げられる。端子82はバスバー部分80の端部を挟み込み、圧着される。端子82にはボルト穴86が開けられ、ここにボルトを通し、このボルトにより端子38やリレー40の端子にフレキシブルバスバー42が固定される。
【0027】
【発明の効果】
本発明の燃料電池の車両搭載構造によれば、燃料電池の電源取り出し部を車両の側方向きに配置することにより、衝突時における電源取り出し部の破損の可能性が低減される。特に、エンドプレートに開口を設け、ここから電源取り出し部を構成する取り出し端子を突出させる構成により、衝突に対する取り出し端子の破損が防止される。またエンドプレートに漏電防止等のためにリレーを配置することにより、取り出し端子とリレーとが近接配置され、リレーが断状態にて高電圧に保たれる取り出し端子とリレーと間の配線の長さが短くなり、安全性が向上する効果が得られる。取り出し端子とリレーとの接続に柔軟性を有した配線部材を用いることにより、単電池の積層体の膨張、収縮に伴う取り出し端子の進退等を吸収し、取り出し端子とリレーとの接続が断線しにくいという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る燃料電池モジュールを搭載した燃料電池自動車の車両前方部の模式的な上面図である。
【図2】 エンドプレートに設けられた開口とそれを貫通して取り出される電極とを含む電源取り出し部の構造を示す模式的な斜視図である。
【図3】 フレキシブルバスバーの構造を示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
20 燃料電池モジュール、22 ケース、24 燃料電池スタック、30,32 エンドプレート、34,36 端部電極、38 端子、40 リレー、42 フレキシブルバスバー、50 サービスプラグ、62 ハーネス、64 バスバー。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure in which a fuel cell is mounted on a vehicle, and more particularly, to protection of a power supply extraction portion of a fuel cell at the time of a collision.
[0002]
[Prior art]
In recent years, automobiles using a fuel cell as a driving energy source have attracted attention as one approach to environmental problems, and a prototype has been made. For example, a fuel cell vehicle in which a fuel cell is mounted near the center of the vehicle, such as a space under the seat, has been prototyped in consideration of the vehicle weight balance and arrangement space. Recently, it has been studied to mount a fuel cell in the front part of the vehicle. Fuel cell vehicles are under development for practical use and dissemination in the near future.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When the fuel cell is mounted in the front part of the vehicle, it is necessary to consider the protection of the fuel cell in the event of a vehicle collision. In particular, the fuel cell power take-out part has a high voltage, and around the power take-out part, a relay and an electric circuit for cutting off the current for safety and a distributor for supplying hydrogen, air, etc. into the fuel cell are arranged. Therefore, the need for protection is high.
[0004]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle-mounted structure of a fuel cell that can reduce damage to the fuel cell in the event of a vehicle collision.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In the vehicle-mounted structure of the fuel cell according to the present invention, the fuel cell includes a fuel cell stack and a power supply extraction unit electrically connected to the fuel cell stack, and the power supply extraction unit includes the fuel cell. An end electrode stacked on the stack, and an output terminal provided on the periphery of the end electrode, and the fuel cell stack includes two rows arranged in parallel in the same stacking direction. The stacks are electrically connected to each other at one end side in the stacking direction, and an output terminal is provided for each stack at the other end side in the stacking direction, and the two rows of stacks are arranged in the front-rear direction of the vehicle at the front portion of the vehicle. Arranged side by side, the output terminal of one of the two rows of stacks is provided on the other stack side of the peripheral edge of the end electrode, and the output of the other stack of the two rows of stacks Child is provided on one stack side of the peripheral edge of the end electrodes.
[0006]
The impact force in the front-rear direction is large in a collision during travel of the vehicle. Therefore, in the event of a collision, the collision between the fuel cell and the devices and components arranged in the front and back of the fuel cell, and the pressure in the front-rear direction can particularly damage the fuel cell. According to the present invention, since the power supply take-out portion is arranged at the side of the vehicle, it is difficult to receive the impact force in the front-rear direction as described above, and damage is avoided or reduced.
[0007]
In another fuel cell mounting structure for a fuel cell according to another aspect of the invention, the fuel cell is formed of a single cell stack that is supported by rigid end plates at both ends in the stacking direction, and the stacking direction is the left and right of the vehicle. The power take-out part has a take-out electrode that is electrically connected to the unit cell stack and protrudes outward from the end plate through an opening provided in the end plate.
[0008]
The present invention utilizes the fact that the end plate provided at the end of the fuel cell in the stacking direction is made of a rigid member so as to exert a pressing force on the unit cell stack. That is, the end plate is strong against a compressive force in a direction parallel to the surface thereof. Therefore, by arranging the end plate so that the surface of the end plate is along the vehicle front-rear direction, the end plate can be resisted. In particular, the configuration in which the lead-out electrode connected to the cell stack through the opening in the end plate is led to the outside is arranged near the center of the end plate surface. Less susceptible to attacks by neighboring devices that hit the end of the direction.
[0009]
A preferred aspect of the present invention is a vehicle mounting structure in which a relay that cuts off a current from the fuel cell in accordance with a control signal from the outside is disposed on an outer surface of the end plate. By disposing the relay on the end plate which is not easily destroyed at the time of collision, the relay can be prevented from being damaged. As a result, the operation of the relay, such as leakage leakage, is ensured even after a collision, and safety is improved. Even if the relay is disconnected, a high voltage is applied between the relay and the extraction electrode. However, according to the present invention, the distance between the relay and the extraction electrode can be shortened. That is, since there are few portions that are kept at a high voltage when the relay is disconnected, safety is improved in that sense.
[0010]
In another fuel cell mounting structure for a fuel cell, the relay and the extraction electrode are connected by a flexible wiring member.
[0011]
The unit cell stack changes its dimension in the stacking direction due to expansion, contraction, etc. according to a temperature change due to its own heat generation, and the dimension may vary depending on manufacturing variations. On the other hand, the end plate is fixed to the vehicle body side. Therefore, the extraction electrode advances and retreats with respect to the end plate, and the protruding amount can be different. According to the present invention, since the wiring connecting the extraction electrode and the relay has flexibility, it can follow the advance and retreat of the extraction electrode, and can absorb the difference in the protruding amount due to manufacturing variation. Connection is hard to break.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is a schematic top view of a front portion of a fuel cell vehicle employing a fuel cell vehicle mounting structure according to the present invention. In the figure, a
[0014]
The
[0015]
[0016]
FIG. 2 is a schematic perspective view showing the structure of the power supply extraction portion including the opening provided in the
[0017]
The
[0018]
In addition to the
[0019]
Now, in the case of a collision during travel of the vehicle, the impact force in the front-rear direction is usually large. Therefore, by arranging the
[0020]
Here, as a configuration for connecting the
[0021]
Even when the
[0022]
A
[0023]
Further, the
[0024]
Note that cooling water from a radiator (not shown) is circulated in the
[0025]
Next, the
[0026]
FIG. 3 is a schematic perspective view showing the structure of the
[0027]
【The invention's effect】
According to the vehicle mounting structure of the fuel cell of the present invention, the possibility of damage to the power supply take-out part at the time of a collision is reduced by arranging the power take-out part of the fuel cell in the side of the vehicle. In particular, the structure in which the opening is provided in the end plate and the takeout terminal constituting the power supply takeout portion protrudes therefrom prevents the takeout terminal from being damaged due to the collision. Also, by arranging a relay on the end plate to prevent leakage, the extraction terminal and the relay are placed close to each other, and the length of the wiring between the extraction terminal and the relay is maintained at a high voltage when the relay is disconnected. The effect of improving the safety is obtained. By using a flexible wiring member to connect the take-out terminal and the relay, it absorbs the advance and retreat of the take-out terminal due to expansion and contraction of the cell stack, and the connection between the take-out terminal and the relay is disconnected. The effect of being difficult is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic top view of a front portion of a vehicle of a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell module according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a structure of a power supply extraction portion including an opening provided in an end plate and an electrode extracted through the opening.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a structure of a flexible bus bar.
[Explanation of symbols]
20 fuel cell module, 22 case, 24 fuel cell stack, 30, 32 end plate, 34, 36 end electrode, 38 terminal, 40 relay, 42 flexible bus bar, 50 service plug, 62 harness, 64 bus bar.
Claims (4)
前記燃料電池は、The fuel cell
燃料電池スタックと、A fuel cell stack;
燃料電池スタックに電気的に接続される電源取り出し部と、A power take-out section electrically connected to the fuel cell stack;
を有し、Have
前記電源取り出し部は、前記燃料電池スタックに積層される端部電極と、端部電極の周縁に設けられる出力端子と、を備え、The power extraction unit includes an end electrode stacked on the fuel cell stack, and an output terminal provided at the periphery of the end electrode,
前記燃料電池スタックは、積層方向を同じくして並列配置された2列のスタックを備え、2列のスタックは、積層方向の一端側において互いに電気的に接続され、積層方向の他端側に各スタックごとに出力端子が設けられ、The fuel cell stack includes two rows of stacks arranged in parallel in the same stacking direction, and the two rows of stacks are electrically connected to each other on one end side in the stacking direction, and each of the stacks on the other end side in the stacking direction. Each stack has an output terminal,
前記2列のスタックは、車両前方部において車両の前後方向に並べて配置され、2列のスタックのうちの一方のスタックの出力端子は端部電極の周縁のうちの他方のスタック側に設けられ、2列のスタックのうちの他方のスタックの出力端子は端部電極の周縁のうちの一方のスタック側に設けられる、The two rows of stacks are arranged side by side in the vehicle front-rear direction at the front of the vehicle, and the output terminal of one of the two rows of stacks is provided on the other stack side of the peripheral edge of the end electrode, The output terminal of the other stack of the two rows of stacks is provided on one stack side of the peripheral edges of the end electrodes.
ことを特徴とする燃料電池の車両搭載構造。A fuel cell mounting structure for a fuel cell.
積層方向を同じくして並列配置された前記2列のスタックは、その積層方向の端に配置された共通のエンドプレートによって支持されており、2列のスタックの2つの出力端子は、エンドプレートに設けられた開口を通して積層方向の外側に突出される、The two rows of stacks arranged in parallel in the same stacking direction are supported by a common end plate arranged at the end in the stacking direction, and two output terminals of the two rows of stacks are connected to the end plate. Projecting outward in the stacking direction through the provided opening,
ことを特徴とする燃料電池の車両搭載構造。A fuel cell mounting structure for a fuel cell.
外部からの制御信号に応じて前記燃料電池からの電流を遮断するリレーを、前記エンドプレートの外側面上に配置したことを特徴とする燃料電池の車両搭載構造。 In the vehicle mounting structure according to claim 1 or 2,
A fuel cell mounting structure for a fuel cell, wherein a relay that cuts off a current from the fuel cell in response to an external control signal is disposed on an outer surface of the end plate.
前記リレーと前記燃料電池の電源取り出し部とを柔軟性を有した配線部材で接続したことを特徴とする燃料電池の車両搭載構造。A fuel cell mounting structure for a fuel cell, wherein the relay and a power supply take-out portion of the fuel cell are connected by a flexible wiring member.
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