JP4910365B2 - Fuel cell stack, fuel cell system, and mobile body equipped with the system - Google Patents

Fuel cell stack, fuel cell system, and mobile body equipped with the system Download PDF

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Description

本発明は、燃料電池スタック、燃料電池システムおよび同システムを搭載する移動体に関する。   The present invention relates to a fuel cell stack, a fuel cell system, and a moving body equipped with the system.

近年、燃料電池車のひとつとして、燃料電池スタックのセル積層方向の一端面に高電圧リレーを設け、他端面に冷却媒体の流路や反応ガス流路を接続したものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。この燃料電池自動車のように燃料電池スタックに高電圧リレーを一体に設けることの利点としては、燃料電池スタックの出力端子から高電圧リレーまでの距離が短くなるので、リレー遮断時に高電圧状態となる部位がその分だけ少なくなるということがある。
特開2002−367666号公報
In recent years, a fuel cell vehicle has been disclosed in which a high voltage relay is provided on one end surface in the cell stacking direction of a fuel cell stack and a cooling medium flow path or a reaction gas flow path is connected to the other end face (for example, , See Patent Document 1). As an advantage of providing a high voltage relay integrally with the fuel cell stack as in this fuel cell vehicle, the distance from the output terminal of the fuel cell stack to the high voltage relay is shortened, so that the high voltage state is established when the relay is cut off. There are times when there are fewer parts.
JP 2002-367666 A

しかしながら、従来構造のスタックの場合、セル積層方向の端面が小さくなれば、反応ガスの配管(例えば、水素供給配管及び排出配管、酸化剤供給配管及び排出配管)や冷媒配管、スタック荷重機構など、燃料電池の発電を行うために必要な部品を狭いスペースの中で効率よく配置または接続することが困難になる。特に高電圧リレーはそのリレーが扱う電力の大きさから小型化に限界があるため、配置することは困難である。また、リレーがスタックに接続する配管等の他の部品やスタック周辺の他の部品と干渉する可能性がある。   However, in the case of a stack having a conventional structure, if the end face in the cell stacking direction becomes smaller, the reaction gas pipe (for example, hydrogen supply pipe and discharge pipe, oxidant supply pipe and discharge pipe), refrigerant pipe, stack load mechanism, etc. It becomes difficult to efficiently arrange or connect components necessary for generating power from the fuel cell in a narrow space. In particular, high voltage relays are difficult to arrange because there is a limit to miniaturization due to the amount of power handled by the relays. In addition, the relay may interfere with other parts such as piping connected to the stack and other parts around the stack.

そこで、本発明は、さらなる小型化の実現を可能とする構造の燃料電池スタック、燃料電池システムおよび同システムを搭載する移動体を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell stack, a fuel cell system, and a mobile body equipped with the system having a structure capable of realizing further miniaturization.

本発明にかかる請求項1に記載の発明は、複数のセルが積層されたスタック本体と、前記スタック本体の周囲を囲むフレームと、前記フレームの両端部にそれぞれ固定され、前記フレームの内側に空間を画成するエンドプレートと、前記スタック本体に設けられた電力出力端子に接続されたリレーと、を備える燃料電池スタックであって、前記リレーは、前記スタック本体の上方または下方に設けられていることを特徴としている。   According to the first aspect of the present invention, there is provided a stack main body in which a plurality of cells are stacked, a frame surrounding the stack main body, and both ends of the frame, and a space inside the frame. And a relay connected to a power output terminal provided in the stack body, wherein the relay is provided above or below the stack body. It is characterized by that.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池スタックにおいて、前記リレーは、前記フレームの外側の上面または下面、もしくは前記フレームの内側の天井面または底面に配置されていることを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell stack according to the first aspect, the relay is disposed on an upper surface or a lower surface outside the frame, or a ceiling surface or a bottom surface inside the frame. It is a feature.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の燃料電池スタックにおいて、前記スタック本体のセル積層方向の少なくとも一端部に反応ガスを供給する反応ガス供給装置を備えることを特徴としている。   The invention according to claim 3 is the fuel cell stack according to claim 1 or 2, further comprising a reaction gas supply device for supplying a reaction gas to at least one end of the stack body in the cell stacking direction. .

リレーの配置に特徴を有する本発明にかかる燃料電池スタックは、スタック側面に配置されていた従前の構造に対して以下のような点で特徴的である。すなわち、燃料電池スタックに対してガス配管や冷媒配管などの接続をする場合、あるいはこれらを燃料電池スタックの周囲に配置する場合において従来構造の場合よりも有利となりうるから、燃料電池スタックのさらなる小型化を実現しやすくなるという利点がある。また、当該燃料電池スタックを含む燃料電池システム、あるいはこれが搭載される移動体についてはますますの小型化・高密度化が進む状況下では、電気系と液体系とを分離した構造をとりつつ、密度の高い狭小スペースに当該リレーを配置しなければならない状況ないしは要請が生じる可能性が十分にあるが、本発明によればこのような状況に対応し、かかる要請に応えることが可能になる。また、小型化・高密度化がさらに進む場合、当該燃料電池スタックとその周囲に配置される配管等の他部材とが例えば振動時に干渉しあう事態も起こりうるが、スタック自体の小型化および配管等の接続や配置の容易化を図った本発明によればこのような事態を抑制することも可能である。また、さらなる小型化・高密度化の実現はデッドスペースの有効利用にもつながる。   The fuel cell stack according to the present invention, which is characterized by the arrangement of relays, is characteristic in the following points with respect to the conventional structure arranged on the side surface of the stack. That is, when connecting gas piping, refrigerant piping, or the like to the fuel cell stack, or when these are arranged around the fuel cell stack, it can be more advantageous than the conventional structure. There is an advantage that it is easy to realize. In addition, in a situation where the fuel cell system including the fuel cell stack or the mobile body on which the fuel cell stack is mounted is increasingly miniaturized and densified, while taking a structure in which the electric system and the liquid system are separated, Although there is a possibility that a situation or a request for arranging the relay in a narrow space with high density may occur, according to the present invention, it becomes possible to respond to such a request in response to such a situation. In addition, when further downsizing and higher density occur, the fuel cell stack and other members such as pipes arranged around the fuel cell stack may interfere with each other during vibration, for example. According to the present invention that facilitates connection and arrangement of the above, such a situation can be suppressed. In addition, realization of further miniaturization and higher density leads to effective use of dead space.

また、請求項4に記載の燃料電池システムは、上記の燃料電池スタックと、前記スタック本体に反応ガスを供給する反応ガス供給装置とを備えることを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including the fuel cell stack and a reaction gas supply device that supplies a reaction gas to the stack body.

さらに、請求項5に記載の移動体は、上記の燃料電池システムと、前記スタック本体から電力の供給を受けて当該移動体の移動推進力を発生させるモータと、前記スタック本体に前記リレーを介して接続され、前記スタック本体が発生した電力の前記モータへの供給を制御する電力制御機器とを備えることを特徴としている。   Furthermore, the moving body according to claim 5 includes the fuel cell system, a motor that receives power supply from the stack body and generates a moving driving force of the moving body, and the stack body via the relay. And a power control device that controls supply of power generated by the stack body to the motor.

本発明によれば、燃料電池スタックのさらなる小型化を実現することが可能であり、しかも、ガス配管や冷媒配管などの接続、あるいは配置といった面でも有利となる。   According to the present invention, it is possible to further reduce the size of the fuel cell stack, and it is also advantageous in terms of connection or arrangement of gas piping and refrigerant piping.

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.

図1〜図4に本発明の一実施形態を示す。本実施形態の燃料電池スタック1は、図2に示すように、基本単位であるセル2が複数積層されたスタック本体3と、スタック本体3を内側に収容するフレーム5とを備えている。また、本実施形態のフレーム5は、押し出し成形された金属製の筒状体であり、横断面(長手方向に垂直な断面)の形状が矩形をなしている。フレーム5には、後述するように張力が作用するので、その張力に対して十分な耐力を発揮するために、フレーム5の上下、両側の各壁部はいずれも肉厚に形成されている。フレーム5の内面には、絶縁のために樹脂製の被膜(図示略)が形成されている。なお、ここでいうフレーム5の内面とは、フレーム内側の面のみならず当該フレーム5におけるシール部(例えば、ゴム製のシールリングが嵌め込まれる溝14)の面なども含む意味である。これらシール部にもコーティングすることにより、例えばスタック本体3内にて結露が生じたとしても絶縁状態を保持することが可能となる。   1 to 4 show an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 1 of the present embodiment includes a stack body 3 in which a plurality of cells 2 that are basic units are stacked, and a frame 5 that houses the stack body 3 inside. Further, the frame 5 of the present embodiment is an extruded metal cylindrical body, and has a rectangular cross section (cross section perpendicular to the longitudinal direction). Since tension acts on the frame 5 as will be described later, the wall portions on the top and bottom and both sides of the frame 5 are formed thick in order to exhibit sufficient proof strength against the tension. A resin film (not shown) is formed on the inner surface of the frame 5 for insulation. The inner surface of the frame 5 here means not only the inner surface of the frame but also the surface of the seal portion (for example, the groove 14 into which the rubber seal ring is fitted). By coating these seal portions as well, for example, even if dew condensation occurs in the stack body 3, it is possible to maintain an insulating state.

セル2の積層方向に沿うスタック本体3の一端には、ターミナルプレート7が配置され、その外側に絶縁プレート8が配置されている(図2参照)。スタック本体3の他端には、ターミナルプレート7が配置され、その外側に絶縁プレート8が配置され、さらにその外側にはプレッシャプレート9が配置されている。各ターミナルプレート7には、出力端子6が設けられている。   A terminal plate 7 is disposed at one end of the stack body 3 along the stacking direction of the cells 2, and an insulating plate 8 is disposed outside the terminal plate 7 (see FIG. 2). A terminal plate 7 is disposed at the other end of the stack body 3, an insulating plate 8 is disposed outside the stack plate 3, and a pressure plate 9 is disposed outside the terminal plate 7. Each terminal plate 7 is provided with an output terminal 6.

スタック本体3は、セル2の積層方向をフレーム5の長手方向に一致させて、フレーム5の内側に収容されている。スタック本体3とフレーム5の内面との間には、全周にわたって空隙が設けられており、スタック本体3をフレーム5の内側に収め易くなっている。   The stack body 3 is accommodated inside the frame 5 such that the stacking direction of the cells 2 coincides with the longitudinal direction of the frame 5. An air gap is provided between the stack body 3 and the inner surface of the frame 5 so that the stack body 3 can be easily placed inside the frame 5.

フレーム5の両端部たとえば両端面には、図2に示すように、フレーム5の内側に空間を画成するエンドプレート10a,10bがそれぞれ固定されている。エンドプレート10a,10bは、フレーム5の断面形状に合致する矩形をなす樹脂製の板状体である。   As shown in FIG. 2, end plates 10 a and 10 b that define a space inside the frame 5 are fixed to both ends of the frame 5, for example, both end surfaces. The end plates 10 a and 10 b are resin-made plate-like bodies that form a rectangle that matches the cross-sectional shape of the frame 5.

フレーム5の両端面には、エンドプレート10a,10bを固定するために、複数のねじ穴12aが、周方向に沿って間隔を空けて設けられている(図3参照)。各ねじ穴12aは、螺入方向をフレーム5の長手方向に一致させて形成されている。一方、エンドプレート10a,10bには、各ねじ穴12aに合致するように、複数の貫通孔12bが設けられている(図2、図3参照)。位置が合致するように設けられたねじ穴12aおよび貫通孔12bには、それぞれボルトねじ13が螺着されている。   A plurality of screw holes 12a are provided on both end faces of the frame 5 at intervals along the circumferential direction in order to fix the end plates 10a and 10b (see FIG. 3). Each screw hole 12 a is formed such that the screwing direction coincides with the longitudinal direction of the frame 5. On the other hand, the end plates 10a and 10b are provided with a plurality of through holes 12b so as to match the screw holes 12a (see FIGS. 2 and 3). Bolt screws 13 are respectively screwed into the screw holes 12a and the through holes 12b provided so as to match the positions.

また、フレーム5の両端面には、各ねじ穴12aよりも内側に、フレーム5の周方向に沿って無端状の溝14が形成されている。溝14には、ゴム製のシールリング15が嵌め込まれている。このシールリング15がエンドプレート10a,10bにそれぞれ密着することにより、フレーム5の一方の端面とエンドプレート10aとの間、およびフレーム5の他方の端面とエンドプレート10bとの間がそれぞれ封止されている。   In addition, endless grooves 14 are formed on both end surfaces of the frame 5 along the circumferential direction of the frame 5 inside the screw holes 12a. A rubber seal ring 15 is fitted in the groove 14. The seal ring 15 is in close contact with the end plates 10a and 10b, thereby sealing between one end surface of the frame 5 and the end plate 10a and between the other end surface of the frame 5 and the end plate 10b. ing.

スタック本体3の一方の端面に配置された絶縁プレート8は、一方のエンドプレート10aに当接し、スタック本体3の他方の端面に配置されたプレッシャプレート9は、他方のエンドプレート10bから離間している(図2参照)。プレッシャプレート9とエンドプレート10bとの間には、スプリングボックス11が介装されている。スプリングボックス11は、プレッシャプレート9をエンドプレート10bから遠ざける方向に付勢力を作用させており、この付勢力によって複数のセル2が締結されている。スプリングボックス11の付勢力に対する反力は、フレーム5が負担しており、これによってフレーム5には長手方向に張力が作用している。スプリングボックス11は、熱膨張やクリープ現象によってスタック本体3の積層方向の長さが変動しても、スプリングボックス11自身が弾性変形することによってその変動を吸収する。なお、エンドプレート10bとスプリングボックス11との間には、必要に応じてシム(寸法を調整する板)が介装される。   The insulating plate 8 disposed on one end face of the stack body 3 abuts on one end plate 10a, and the pressure plate 9 disposed on the other end face of the stack body 3 is separated from the other end plate 10b. (See FIG. 2). A spring box 11 is interposed between the pressure plate 9 and the end plate 10b. The spring box 11 exerts an urging force in a direction to move the pressure plate 9 away from the end plate 10b, and the plurality of cells 2 are fastened by the urging force. The reaction force against the urging force of the spring box 11 is borne by the frame 5, whereby a tension acts on the frame 5 in the longitudinal direction. Even if the length of the stack body 3 in the stacking direction fluctuates due to thermal expansion or a creep phenomenon, the spring box 11 absorbs the fluctuation by the elastic deformation of the spring box 11 itself. In addition, a shim (a plate for adjusting the dimensions) is interposed between the end plate 10b and the spring box 11 as necessary.

セル2は、詳細な図示は省略するが、イオン交換膜からなる電解質膜を一対の電極で挟んだMEA(Membrane-Electrode Assembly)と、MEAを挟む一対のセパレータとを備えている。各セパレータの基材はカーボンまたはメタルから形成されており、導電性を有している。   Although not shown in detail, the cell 2 includes an MEA (Membrane-Electrode Assembly) in which an electrolyte membrane made of an ion exchange membrane is sandwiched between a pair of electrodes, and a pair of separators that sandwich the MEA. The base material of each separator is made of carbon or metal and has conductivity.

スタック本体3には、各セル2内のMEAに酸化ガスを供給する酸化ガスマニホールドと、同じく各セル2内のMEAに燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガスマニホールドと、MEAにおける酸化ガスと水素ガスとの電気化学反応によって発生する熱を回収する冷媒マニホールドとが、入口側、出口側に分かれて設けられている(ただし、これらマニホールドの図示は省略)。   The stack body 3 includes an oxidizing gas manifold that supplies an oxidizing gas to the MEA in each cell 2, a hydrogen gas manifold that supplies hydrogen gas as a fuel gas to the MEA in each cell 2, and an oxidizing gas in the MEA. A refrigerant manifold that recovers heat generated by an electrochemical reaction with hydrogen gas is provided separately on an inlet side and an outlet side (however, these manifolds are not shown).

スタック本体3の一端に配置されたエンドプレート10aには、入口側の各マニホールドに連通しスタック本体3に各種の流体を供給する流体配管16a,16b,16eと、出口側の各マニホールドに連通しスタック本体3を流通した各種の流体を排出する流体配管16c,16d,16fとが接続されている。本実施形態における流体配管16a〜16fは、いずれも樹脂製である。エンドプレート10aには、流体配管16a〜16fを挿通される6つの貫通孔が、3つずつ2列に並んで形成されており、各貫通孔と各流体配管16a〜16fとの隙間には、例えばOリングからなるシール部材17a〜17f(ただし図2においては17a〜17cのみ図示)がそれぞれ配設されている。   The end plate 10a disposed at one end of the stack body 3 communicates with each manifold on the inlet side and fluid pipings 16a, 16b, 16e for supplying various fluids to the stack body 3 and each manifold on the outlet side. Fluid pipings 16c, 16d, and 16f for discharging various fluids that have circulated through the stack body 3 are connected. The fluid pipings 16a to 16f in the present embodiment are all made of resin. In the end plate 10a, six through-holes through which the fluid pipes 16a to 16f are inserted are formed in two rows of three, and in the gap between each through-hole and each of the fluid pipes 16a to 16f, For example, sealing members 17a to 17f made of O-rings (however, only 17a to 17c are shown in FIG. 2) are provided.

フレーム5の一方の側壁部5bには、フレーム5の長手方向に延在する長孔5dが、上下に分かれて2つ形成されている(図1参照)。上下に分かれた各長孔5dには、水素透過膜18が張設されている。長孔5dと水素透過膜18との隙間には、シール部材(図示略)が配設されている。水素透過膜18は、水は透過せずに水素のみを透過し、フレーム5の内側の空間の水素濃度を一定に保つ。また、フレーム5の内側の空間の上部には、水素濃度センサ(図示略)が設けられている。フレーム5の上壁部5cには、水素濃度センサに接続された配線を通す貫通孔(図示略)が設けられている。水素濃度センサは、フレーム5の内側の空間の水素濃度を常時監視する。上壁部5cの貫通孔と水素濃度センサの配線との間には、シール部材(図示略)が配設されている。   Two side walls 5b of the frame 5 are formed with two elongated holes 5d extending in the longitudinal direction of the frame 5 (see FIG. 1). A hydrogen permeable membrane 18 is stretched in each of the elongated holes 5d divided in the upper and lower directions. A seal member (not shown) is disposed in the gap between the long hole 5d and the hydrogen permeable membrane 18. The hydrogen permeable membrane 18 transmits only hydrogen without permeating water, and keeps the hydrogen concentration in the space inside the frame 5 constant. A hydrogen concentration sensor (not shown) is provided in the upper part of the space inside the frame 5. The upper wall 5c of the frame 5 is provided with a through hole (not shown) through which the wiring connected to the hydrogen concentration sensor is passed. The hydrogen concentration sensor constantly monitors the hydrogen concentration in the space inside the frame 5. A seal member (not shown) is disposed between the through hole of the upper wall portion 5c and the wiring of the hydrogen concentration sensor.

フレーム5の上壁部5cの外面には、他方の側壁部5aに寄せて、高電圧リレー25を収容する高電圧ケース20が配設されている。高電圧ケース20は、ひとつの面が開放された直方体状の金属製の筺体である。高電圧ケース20の開放された面の周囲には、外側に張り出すフランジ21が形成されている。フランジ21には、ボルトねじ22を通すための複数の貫通孔が間隔を空けて形成されている。一方、フレーム5の上壁部5cには、これら複数の貫通孔に合致するように、複数のねじ穴が設けられている。これら複数のねじ穴は、上壁部5cの厚さ方向に向けて形成されているが、貫通はしていない。合致させた貫通孔およびねじ穴には、それぞれボルトねじ22が螺着されており、これによって上壁部5cに高電圧ケース20が固定されている。フレーム5の上壁部5cとフランジ21との間には、シール部材23が隙間なく配設されている(図2参照)。   On the outer surface of the upper wall portion 5c of the frame 5, a high voltage case 20 that houses the high voltage relay 25 is disposed close to the other side wall portion 5a. The high voltage case 20 is a rectangular parallelepiped metal casing having one surface opened. A flange 21 projecting outward is formed around the open surface of the high voltage case 20. A plurality of through holes for allowing the bolt screw 22 to pass through are formed in the flange 21 at intervals. On the other hand, the upper wall portion 5c of the frame 5 is provided with a plurality of screw holes so as to match the plurality of through holes. The plurality of screw holes are formed in the thickness direction of the upper wall portion 5c, but are not penetrated. Bolt screws 22 are respectively screwed into the matched through holes and screw holes, whereby the high voltage case 20 is fixed to the upper wall portion 5c. A seal member 23 is disposed between the upper wall portion 5c of the frame 5 and the flange 21 without any gap (see FIG. 2).

フレーム5に取り付けられた高電圧ケース20の内側には、高電圧リレー25が内蔵されており、高電圧ケース20に覆われたフレーム5の上壁部5cには、スタック本体3の積層方向の一端に設けられた出力端子6(+端子)に接続された出力ケーブルCaと、スタック本体3の積層方向の他端に設けられた出力端子6(−端子)に接続された出力ケーブルCbとを挿通する貫通孔5eが形成されている(図2参照)。貫通孔5eに挿通された出力ケーブルCa,Cbは、上述の高電圧リレー25に接続されている。   A high voltage relay 25 is built inside the high voltage case 20 attached to the frame 5, and an upper wall portion 5 c of the frame 5 covered with the high voltage case 20 is arranged in the stacking direction of the stack body 3. An output cable Ca connected to the output terminal 6 (+ terminal) provided at one end and an output cable Cb connected to the output terminal 6 (− terminal) provided at the other end of the stack body 3 in the stacking direction. A through hole 5e to be inserted is formed (see FIG. 2). The output cables Ca and Cb inserted through the through hole 5e are connected to the high voltage relay 25 described above.

高電圧ケース20には、高電圧リレー25に接続されて燃料電池スタック1の外に引き出される出力ケーブルCa’,Cb’を挿通する貫通孔26が形成されている(図2参照)。貫通孔26と出力ケーブルCa’,Cb’との間には、両者の隙間を封止するシール部材27が配設されている。出力ケーブルCa’,Cb’は、DC/DCコンバータ、インバータ、エアコンプレッサ用インバータ、水素ポンプ用インバータ、クーラントポンプ用インバータ等の電力制御機器(図示略)に接続される。   The high voltage case 20 is formed with a through hole 26 through which the output cables Ca ′ and Cb ′ connected to the high voltage relay 25 and drawn out of the fuel cell stack 1 are inserted (see FIG. 2). Between the through hole 26 and the output cables Ca ′ and Cb ′, a seal member 27 is disposed to seal the gap between the two. The output cables Ca 'and Cb' are connected to a power control device (not shown) such as a DC / DC converter, an inverter, an inverter for an air compressor, an inverter for a hydrogen pump, an inverter for a coolant pump.

フレーム5の外側の上面、すなわち上壁部5cの外面には、他方の側壁部5bに寄せて、後述するセルモニタ(図示略)を収容するセルモニタケース30が配設されている。セルモニタケース30は、ひとつの面が開放された直方体状の金属製の筺体である。セルモニタケース30の開放された面の周囲には、外側に張り出すフランジ31が形成されている。フランジ31には、ボルトねじ32を通すための複数の貫通孔が間隔を空けて形成されている。一方、フレーム5の上壁部5cには、これら複数の貫通孔に合致するように、複数のねじ穴が設けられている。これら複数のねじ穴は、上壁部5cの厚さ方向に向けて形成されているが、貫通はしていない。合致させた貫通孔およびねじ穴には、それぞれボルトねじ32が螺着されており、これによって上壁部5cにセルモニタケース30が固定されている。フレーム5の上壁部5cとフランジ31との間にも、シール部材(図示略)が隙間なく配設されている。   A cell monitor case 30 for accommodating a cell monitor (not shown), which will be described later, is disposed on the upper surface on the outer side of the frame 5, that is, the outer surface of the upper wall portion 5c, close to the other side wall portion 5b. The cell monitor case 30 is a rectangular parallelepiped metal casing having one surface opened. A flange 31 is formed around the open surface of the cell monitor case 30 so as to project outward. A plurality of through holes for allowing the bolt screws 32 to pass therethrough are formed in the flange 31 at intervals. On the other hand, the upper wall portion 5c of the frame 5 is provided with a plurality of screw holes so as to match the plurality of through holes. The plurality of screw holes are formed in the thickness direction of the upper wall portion 5c, but are not penetrated. Bolt screws 32 are respectively screwed into the matched through holes and screw holes, and thereby the cell monitor case 30 is fixed to the upper wall portion 5c. A seal member (not shown) is also disposed between the upper wall portion 5c of the frame 5 and the flange 31 without a gap.

図示しないが、フレーム5に取り付けられたセルモニタケース30の内側には、セルモニタを構成する基板が内蔵されており、セルモニタケース30に覆われたフレーム5の上壁部5cには、セルモニタの端子を通す貫通孔が設けられている。この貫通孔とセルモニタの端子との間には、シール部材が配設されており、セルモニタケース30の内側の空間とフレーム5の内側の空間とは隔絶されている。セルモニタの基板は、温度や湿度の変化に影響を受け易いが、これら2つの空間が隔絶されることにより、フレーム5の内側の空間の温度や湿度が変化しても、セルモニタケース30の内側の空間にはそのような状態の変化が及び難く、セルモニタの基板が健全に保たれる。   Although not shown, a substrate constituting the cell monitor is built inside the cell monitor case 30 attached to the frame 5, and the upper wall portion 5 c of the frame 5 covered with the cell monitor case 30 has a cell monitor case. A through hole through which the terminal passes is provided. A seal member is disposed between the through hole and the cell monitor terminal, and the space inside the cell monitor case 30 and the space inside the frame 5 are isolated from each other. Although the cell monitor substrate is susceptible to changes in temperature and humidity, even if the temperature and humidity of the space inside the frame 5 change due to the separation of these two spaces, the inside of the cell monitor case 30 In such a space, such a change in state is difficult, and the substrate of the cell monitor is kept healthy.

セルモニタケース30には、セルモニタの基板に接続された配線を挿通する貫通孔が形成されている。この貫通孔とセルモニタの配線との間には、両者の隙間を封止するシール部材が配設されている。   The cell monitor case 30 is formed with a through-hole through which a wiring connected to the cell monitor substrate is inserted. A seal member is provided between the through hole and the cell monitor wiring to seal the gap between them.

なお、高電圧ケース20とセルモニタケース30とを別個に設けたのは、いずれの部材もノイズを発することから、ノイズによる影響を互いに避けるためである。   The reason why the high voltage case 20 and the cell monitor case 30 are separately provided is to avoid the influence of noise from each other because both members generate noise.

フレーム5に固定されたエンドプレート10a,10bの下縁には、車体と燃料電池スタック1との間に介在して燃料電池スタック1を支持するマウント40が設けられている。マウント40は、エンドプレート10aの下縁の中央にひとつ、エンドプレート10bの下縁に2つ、合計3つ設けられている。   Mounts 40 are provided on the lower edges of the end plates 10 a and 10 b fixed to the frame 5 so as to be interposed between the vehicle body and the fuel cell stack 1 and support the fuel cell stack 1. A total of three mounts 40 are provided, one at the center of the lower edge of the end plate 10a and two at the lower edge of the end plate 10b.

燃料電池スタック1は、スタック本体3に酸化ガスおよび水素ガスといった反応ガスを供給する反応ガス供給装置、およびスタック本体3に冷媒を供給する冷媒供給装置とともに、燃料電池システムを構成している。そして、この燃料電池システムは、スタック本体3から電力の供給を受けて車両の移動推進力を発生させる駆動モータや反応ガス供給装置、冷媒供給装置で使用されるポンプを駆動するモータ、およびスタック本体3に高電圧リレー25を介して接続され、スタック本体3が発生した電力の上記モータへの供給を制御する電力制御機器とともに、移動体としての車体41に搭載される。   The fuel cell stack 1 constitutes a fuel cell system together with a reaction gas supply device that supplies a reaction gas such as oxidizing gas and hydrogen gas to the stack body 3 and a refrigerant supply device that supplies a refrigerant to the stack body 3. The fuel cell system includes a drive motor, a reactive gas supply device, a motor for driving a pump used in the refrigerant supply device, and a stack main body that are supplied with electric power from the stack main body 3 to generate a vehicle driving force. 3 is mounted on a vehicle body 41 as a moving body together with a power control device that is connected to the motor 3 via a high-voltage relay 25 and controls the supply of power generated by the stack body 3 to the motor.

上記のように構成された燃料電池スタック1は、図4に示すように、車体41の車室前方に設けられたスタック収容空間(または収容室R)に、セルモニタケース30および高電圧ケース20が取り付けられた面を上に向け、セルモニタケース30を車体41の前側、高電圧ケース20を車体41の後側に配置し、3つのマウント40を介して固定される。   As shown in FIG. 4, the fuel cell stack 1 configured as described above has a cell monitor case 30 and a high-voltage case 20 in a stack accommodation space (or accommodation room R) provided in front of the passenger compartment of the vehicle body 41. The cell monitor case 30 is disposed on the front side of the vehicle body 41, and the high voltage case 20 is disposed on the rear side of the vehicle body 41. The cell monitor case 30 is fixed through three mounts 40.

上記のように構成された燃料電池スタック1は、車体41に、高電圧リレー25が取り付けられた面を上にして取り付けられているので、高電圧リレー25は周囲の他の部品との干渉が回避されるので破損が抑制される。このように、高電圧リレー25が破損し難いので、燃料電池がショートする危険を回避することができる。   Since the fuel cell stack 1 configured as described above is attached to the vehicle body 41 with the surface on which the high voltage relay 25 is attached facing upward, the high voltage relay 25 is not subject to interference with other surrounding components. Since it is avoided, damage is suppressed. Thus, since the high voltage relay 25 is not easily damaged, the risk of a short circuit of the fuel cell can be avoided.

また、本実施形態の燃料電池システムにおいては、スタック本体3が、フレーム5とエンドプレート10a,10bとによってフレーム5の内部に画成された空間に収容され、さらにフレーム5がスプリングボックス11の反力を負担する構造部材として機能するので、燃料電池スタック1は従来のものと比較して小型である。   Further, in the fuel cell system of the present embodiment, the stack body 3 is accommodated in a space defined inside the frame 5 by the frame 5 and the end plates 10 a and 10 b, and the frame 5 is opposite to the spring box 11. Since it functions as a structural member that bears the force, the fuel cell stack 1 is smaller than the conventional one.

また、スタック本体3を支持するエンドプレート10a,10b、およびスタック本体3に接続される流体配管16a〜16fがいずれも樹脂製なので、スタック本体3を周囲の部材から電気的に切り離して絶縁することができる。   Further, since the end plates 10a and 10b that support the stack body 3 and the fluid pipings 16a to 16f connected to the stack body 3 are all made of resin, the stack body 3 is electrically isolated from the surrounding members and insulated. Can do.

さらに、高電圧リレー25を収容した高電圧ケース20が、スタック収容空間R内の後側に配置されているので、車体41のユーザがボンネット(図示略)を開けて作業をする際にも、ユーザが高電圧ケース20に触れる可能性が低く、安全である。   Furthermore, since the high voltage case 20 that accommodates the high voltage relay 25 is disposed on the rear side in the stack accommodating space R, even when the user of the vehicle body 41 opens the hood (not shown), The possibility that the user touches the high voltage case 20 is low and it is safe.

加えて、フレーム5とエンドプレート10a,10bとの間、エンドプレート10aに形成された貫通孔と各流体配管16a〜16fとの間、フレーム5に形成された長孔5dと水素透過膜18との間、フレーム5に形成された貫通孔と水素濃度センサの配線との間、フレーム5の上壁部5cとセルモニタケース30との間、セルモニタケース30に形成された貫通孔とセルモニタの配線との間、フレーム5の上壁部5cと高電圧ケース20との間、高電圧ケース20に形成された貫通孔36と出力ケーブルCa’,Cb’との間、これらすべての箇所にシール部材が配設されているので、燃料電池スタック1の内部を防水することができる。   In addition, between the frame 5 and the end plates 10a and 10b, between the through holes formed in the end plate 10a and the fluid pipes 16a to 16f, the long holes 5d and the hydrogen permeable membrane 18 formed in the frame 5 Between the through-hole formed in the frame 5 and the wiring of the hydrogen concentration sensor, between the upper wall portion 5c of the frame 5 and the cell monitor case 30, and between the through-hole formed in the cell monitor case 30 and the cell monitor Seals are made at all points between the wiring, between the upper wall portion 5c of the frame 5 and the high voltage case 20, and between the through holes 36 formed in the high voltage case 20 and the output cables Ca 'and Cb'. Since the members are disposed, the inside of the fuel cell stack 1 can be waterproofed.

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、高電圧リレー25を収容する高電圧ケース20を、フレーム5の外側の上面に設けたが、この高電圧ケース20を、フレーム5の外側の下面、すなわち下壁部の外面に設けてもよい。この部分に高電圧リレー25を配置しても、上記と同様に、高電圧リレー25が周囲の他の部品と干渉するのを回避できるので破損を抑制することができる。また、高電圧リレー25を、フレーム5の内側の天井面または底面に配置しても、上記と同様に、高電圧リレー25が周囲の他の部品と干渉するのを回避できるので破損を抑制することができる。ただし、水位が高まって車体41に浸水した場合、高電圧リレー25が燃料電池スタック1の下側にあると、水没してショートする可能性があるので、高電圧リレー25は燃料電池スタック1の上側にあるほうが好ましい。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the present embodiment, the high voltage case 20 that accommodates the high voltage relay 25 is provided on the upper surface on the outer side of the frame 5. It may be provided on the outer surface. Even if the high voltage relay 25 is arranged in this portion, it is possible to prevent the high voltage relay 25 from interfering with other components in the same manner as described above, so that damage can be suppressed. Further, even if the high voltage relay 25 is arranged on the ceiling surface or the bottom surface inside the frame 5, similarly to the above, the high voltage relay 25 can be prevented from interfering with other surrounding parts, so that damage is suppressed. be able to. However, when the water level increases and the vehicle body 41 is submerged, if the high voltage relay 25 is under the fuel cell stack 1, there is a possibility of being submerged and short-circuiting. Therefore, the high voltage relay 25 is connected to the fuel cell stack 1. The upper side is preferable.

また、本実施形態では、燃料電池システムを自動車等の車体41に搭載したがこれは好適な一例に過ぎず、本発明の燃料電池システムは、車体41に限らずその他のあらゆる移動体に搭載することができる。   In the present embodiment, the fuel cell system is mounted on the vehicle body 41 such as an automobile. However, this is only a preferred example, and the fuel cell system of the present invention is not limited to the vehicle body 41 and is mounted on any other moving body. be able to.

本発明の燃料電池スタックの実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows embodiment of the fuel cell stack of this invention. 燃料電池スタックの側断面図である。It is a sectional side view of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの要部の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the principal part of a fuel cell stack. 燃料電池スタックを車体に搭載した状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state which mounted the fuel cell stack in the vehicle body.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池スタック、2…セル、3…スタック本体、5…フレーム、10a,10b…エンドプレート、25…高電圧リレー(リレー)

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell stack, 2 ... Cell, 3 ... Stack main body, 5 ... Frame, 10a, 10b ... End plate, 25 ... High voltage relay (relay)

Claims (5)

複数のセルが積層されたスタック本体と、
前記スタック本体の周囲を囲むフレームと、
前記フレームの両端部にそれぞれ固定され、前記フレームの内側に空間を画成するエンドプレートと、
前記スタック本体に設けられた電力出力端子に接続されたリレーと、
を備える燃料電池スタックであって、
前記リレーは、前記セルの積層方向が水平方向である場合の前記スタック本体の上方または下方に設けられていることを特徴とする燃料電池スタック。
A stack body in which a plurality of cells are stacked;
A frame surrounding the stack body;
An end plate fixed to both ends of the frame, and defining a space inside the frame;
A relay connected to a power output terminal provided in the stack body;
A fuel cell stack comprising:
The fuel cell stack, wherein the relay is provided above or below the stack body when the stacking direction of the cells is a horizontal direction .
前記リレーは、前記フレームの外側の上面または下面、もしくは前記フレームの内側の天井面または底面に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池スタック。   2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the relay is disposed on an upper surface or a lower surface on the outer side of the frame, or on a ceiling surface or a bottom surface on the inner side of the frame. 前記スタック本体のセル積層方向の少なくとも一端部に反応ガスを供給する反応ガス供給装置を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to claim 1, further comprising a reaction gas supply device that supplies a reaction gas to at least one end of the stack body in the cell stacking direction. 請求項1または2に記載の燃料電池スタックと、
前記スタック本体に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell stack according to claim 1 or 2,
A fuel cell system comprising: a reaction gas supply device that supplies a reaction gas to the stack body.
請求項4記載の燃料電池システムと、
前記スタック本体から電力の供給を受けて当該移動体の移動推進力を発生させるモータと、
前記スタック本体に前記リレーを介して接続され、前記スタック本体が発生した電力の前記モータへの供給を制御する電力制御機器と
を備えることを特徴とする移動体。
A fuel cell system according to claim 4,
A motor that receives supply of electric power from the stack body and generates a moving propulsion force of the moving body;
And a power control device that is connected to the stack body via the relay and controls the supply of power generated by the stack body to the motor.
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