JP5273435B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

一般に、燃料電池システムを搭載した車両では、燃料電池および二次電池からの電力供給によってトラクションモータを駆動させている。ここで、燃料電池から出力された直流電流は、ケーブルを介してトラクションインバータに入力され、このトラクションインバータで三相交流に変換された後、トラクションモータに供給される。また、燃料電池とトラクションインバータとの間には、燃料電池のセル積層体(セルスタック)に含まれる各セルの電圧を検出するためのセルモニタが配置される(下記特許文献1および2参照)。
特開2006−185868号公報 特開2007−048609号公報
Generally, in a vehicle equipped with a fuel cell system, a traction motor is driven by supplying power from the fuel cell and the secondary battery. Here, the direct current output from the fuel cell is input to the traction inverter via a cable, converted into a three-phase alternating current by the traction inverter, and then supplied to the traction motor. A cell monitor for detecting the voltage of each cell included in the cell stack of the fuel cell (cell stack) is disposed between the fuel cell and the traction inverter (see Patent Documents 1 and 2 below).
JP 2006-185868 A JP 2007-048609 A

ところで、燃料電池とトラクションインバータとを接続するケーブルには、電流値の大きな直流電流が流れるため、太く重いケーブルを用いる必要がある。さらに、燃料電池とトラクションインバータとの間には、セルモニタが配置されているため、太く重いケーブルのケーブル長が長くなってしまう。このようなケーブルを使用することは、スペース効率や軽量化の妨げになる。   By the way, since a direct current with a large current value flows through the cable connecting the fuel cell and the traction inverter, it is necessary to use a thick and heavy cable. Furthermore, since a cell monitor is disposed between the fuel cell and the traction inverter, the cable length of a thick and heavy cable becomes long. Use of such a cable hinders space efficiency and weight reduction.

本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、スペース効率を向上させ軽量化を図ることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of improving the space efficiency and reducing the weight.

上述した課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、複数のセルが積層してなるセル積層体を有し、酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池と、セル積層体の一部のセルの電圧を検出するセル電圧検出部と、燃料電池から入力された直流電圧を昇圧して電力消費装置側に出力する直流電圧変換部と、を備え、直流電圧変換部およびセル電圧検出部は、燃料電池の外面を構成するいずれかのプレート上に配置されることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention has a cell stack formed by stacking a plurality of cells, and generates a power by an electrochemical reaction between an oxidizing gas and a fuel gas; DC voltage conversion comprising: a cell voltage detection unit that detects the voltage of a part of the cells of the cell stack; and a DC voltage conversion unit that boosts a DC voltage input from the fuel cell and outputs the boosted voltage to the power consuming device side And the cell voltage detector are arranged on any one of the plates constituting the outer surface of the fuel cell.

この発明によれば、燃料電池の外面を構成するいずれかのプレート上に、直流電圧変換部を配置することができるため、燃料電池と直流電圧変換部との間の距離を短くすることができ、燃料電池から出力される電流値の大きな直流電流を流す区間を短くすることができる。また、直流電圧変換部を燃料電池に隣接させて配置することで、燃料電池の出力電圧を一定に保持させることが可能となるため、セル電圧検出部を全てのセルに対応させて設ける必要がなくなり、一部のセルに対してのみセル電圧検出部を設けることができる。   According to the present invention, since the DC voltage converter can be disposed on any of the plates constituting the outer surface of the fuel cell, the distance between the fuel cell and the DC voltage converter can be shortened. The section through which a direct current having a large current value output from the fuel cell flows can be shortened. In addition, since the DC voltage conversion unit is arranged adjacent to the fuel cell, the output voltage of the fuel cell can be kept constant. Therefore, it is necessary to provide the cell voltage detection unit corresponding to all the cells. The cell voltage detector can be provided only for some cells.

上記燃料電池システムにおいて、上記燃料電池において発電された電力を充電する電部と、電部から入力された直流電圧を調整して電力消費装置側に出力し、直流電圧変換部または電力消費装置側から入力された直流電圧を調整して電部に出力する電部用直流電圧変換部と、をさらに備えることとしてもよい。 In the fuel cell system, by adjusting the charge reservoir unit that charges electric power generated by the fuel cell, a DC voltage input from the charge reservoir unit outputs to the power consuming device side, the DC voltage converter or power consumption a charge reservoir section for the DC voltage converter which outputs the charge reservoir portion by adjusting the DC voltage inputted from the apparatus may further include a.

上記燃料電池システムにおいて、上記プレートは、燃料電池の外面のうち、燃料電池を設置した際に上部側に位置する面以外のいずれかの面を構成することとしてもよい。   In the fuel cell system, the plate may constitute any surface of the outer surface of the fuel cell other than the surface positioned on the upper side when the fuel cell is installed.

このようにすることで、直流電圧変換部およびセル電圧検出部を、燃料電池の上面側以外の面を構成するプレート上に配置させることができる。   By doing in this way, a DC voltage conversion part and a cell voltage detection part can be arrange | positioned on the plate which comprises surfaces other than the upper surface side of a fuel cell.

上記燃料電池システムにおいて、上記プレートは、燃料電池の外面のうち、燃料電池を設置した際に下部側に位置する面を構成することとしてもよい。   The said fuel cell system WHEREIN: The said plate may comprise the surface located in the lower part side when installing a fuel cell among the outer surfaces of a fuel cell.

このようにすることで、直流電圧変換部およびセル電圧検出部を、燃料電池の下面を構成するプレートの下面側に配置させることができる。   By doing in this way, a DC voltage conversion part and a cell voltage detection part can be arrange | positioned at the lower surface side of the plate which comprises the lower surface of a fuel cell.

上記燃料電池システムにおいて、上記セル電圧検出部は、セル積層体の積層方向端部に位置する端セルの電圧をそれぞれ検出する複数の検出部を有し、上記直流電圧変換部は、当該検出部間に配置されることとしてもよい。   In the fuel cell system, the cell voltage detection unit includes a plurality of detection units that respectively detect voltages of end cells located at end portions in the stacking direction of the cell stack, and the DC voltage conversion unit includes the detection unit. It is good also as arrange | positioning between.

このようにすることで、直流電圧変換部を、複数の検出部間に形成されるスペースに配置させることができる。   By doing in this way, a direct-current voltage conversion part can be arranged in the space formed between a plurality of detection parts.

上記燃料電池システムにおいて、上記プレートは金属性材料からなることとしてもよい。   In the fuel cell system, the plate may be made of a metallic material.

このようにすることで、直流電圧変換部から発生する熱を、プレートを伝導させて放熱させることができる。   By doing in this way, the heat | fever which generate | occur | produces from a direct-current voltage converter can be radiated by conducting a plate.

本発明によれば、スペース効率を向上させ軽量化を図ることができる。   According to the present invention, space efficiency can be improved and weight reduction can be achieved.

以下、添付図面を参照して、本発明に係る燃料電池システムの好適な実施形態について説明する。本実施形態では、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)の車載発電システムとして用いた場合について説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a fuel cell system according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings. This embodiment demonstrates the case where the fuel cell system which concerns on this invention is used as a vehicle-mounted power generation system of a fuel cell vehicle (FCHV; Fuel Cell Hybrid Vehicle).

図1を参照して、本実施形態における燃料電池システムの構成について説明する。図1は、実施形態における燃料電池システムを模式的に示した構成図である。   With reference to FIG. 1, the structure of the fuel cell system in this embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a configuration diagram schematically illustrating a fuel cell system according to an embodiment.

同図に示すように、燃料電池システム1は、反応ガスである酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池2と、酸化ガスとしての空気を燃料電池2に供給する酸化ガス配管系3と、燃料ガスとしての水素を燃料電池2に供給する水素ガス配管系4と、システムの電力を充放電する電力系5と、システム全体を統括制御する制御部6とを有する。燃料電池2および水素ガス配管系4により水素ガス供給機構が構成される。   As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 includes a fuel cell 2 that generates electric power by an electrochemical reaction between an oxidizing gas that is a reactive gas and the fuel gas, and an oxidizing gas that supplies air as the oxidizing gas to the fuel cell 2. It has a piping system 3, a hydrogen gas piping system 4 that supplies hydrogen as fuel gas to the fuel cell 2, a power system 5 that charges and discharges the power of the system, and a control unit 6 that controls the entire system. The fuel cell 2 and the hydrogen gas piping system 4 constitute a hydrogen gas supply mechanism.

燃料電池2は、例えば、高分子電解質型の燃料電池であり、多数のセルを積層してなるセル積層体21(セルスタック)を有する。各セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟み込むように一対のセパレータを有する構造となっている。この場合、一方のセパレータの水素ガス流路に水素ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、これらの反応ガスが化学反応することで電力が発生する。   The fuel cell 2 is, for example, a polymer electrolyte fuel cell, and includes a cell stack 21 (cell stack) formed by stacking a large number of cells. Each cell has an air electrode on one surface of an electrolyte made of an ion exchange membrane, a fuel electrode on the other surface, and a structure having a pair of separators so as to sandwich the air electrode and the fuel electrode from both sides. It has become. In this case, hydrogen gas is supplied to the hydrogen gas flow path of one separator, oxidizing gas is supplied to the oxidizing gas flow path of the other separator, and electric power is generated by the chemical reaction of these reaction gases.

燃料電池2は、セル積層体21の両端に位置する端セルの外側にそれぞれ設けられたエンドプレート22と、セル積層体21の上端側において両エンドプレート22間を締結するテンションプレート23と、セル積層体21の下端側において両エンドプレート22間を締結するベースプレート24(プレート)とを有する。テンションプレート23とベースプレート24とを用いて両エンドプレート22間を締結することにより、セル積層体21がセルの積層方向に所定の圧縮力がかかった状態で保持される。   The fuel cell 2 includes an end plate 22 provided outside each of the end cells located at both ends of the cell stack 21, a tension plate 23 that fastens the end plates 22 on the upper end side of the cell stack 21, a cell A base plate 24 (plate) that fastens both end plates 22 on the lower end side of the laminated body 21 is provided. By fastening the end plates 22 using the tension plate 23 and the base plate 24, the cell stack 21 is held in a state where a predetermined compressive force is applied in the cell stacking direction.

ベースプレート24の下面側には、後述する燃料電池用のDC/DCコンバータ51およびセルモニタ52が配置される。ベースプレート24は、例えば、アルミ等のように所定以上の熱伝導率を有する金属性材料からなる。これにより、DC/DCコンバータ51から発生する熱を、ベースプレート24を介してエンドプレート22に伝導させて放熱させることができるため、DC/DCコンバータ51の冷却効果を向上させることができる。   A fuel cell DC / DC converter 51 and a cell monitor 52, which will be described later, are disposed on the lower surface side of the base plate 24. The base plate 24 is made of a metallic material having a thermal conductivity equal to or higher than a predetermined value, such as aluminum. Thereby, since the heat generated from the DC / DC converter 51 can be conducted to the end plate 22 through the base plate 24 to be radiated, the cooling effect of the DC / DC converter 51 can be improved.

ベースプレート24を設けることで、DC/DCコンバータ51とセルモニタ52とをそれぞれ配置するためのプレート、およびテンションプレートを、一枚のベースプレート24のみで実現することができるため、燃料電池システム1の構成を簡易にできるとともに、燃料電池システム1の軽量化を図ることができる。   By providing the base plate 24, the plate for arranging the DC / DC converter 51 and the cell monitor 52 and the tension plate can be realized by only one base plate 24. Therefore, the configuration of the fuel cell system 1 can be realized. While being able to simplify, the weight reduction of the fuel cell system 1 can be achieved.

酸化ガス配管系3は、フィルタ30を介して取り込まれた空気を圧縮し、酸化ガスとしての圧縮空気を送出するコンプレッサ31と、酸化ガスを燃料電池2に供給するための空気供給流路32と、燃料電池2から排出された酸化オフガスを排出するための空気排出流路33とを有する。   The oxidizing gas piping system 3 compresses air taken in through the filter 30 and sends out compressed air as oxidizing gas, and an air supply flow path 32 for supplying the oxidizing gas to the fuel cell 2. And an air discharge passage 33 for discharging the oxidizing off-gas discharged from the fuel cell 2.

水素ガス配管系4は、高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク40と、水素タンク40の水素ガスを燃料電池2に供給するための燃料供給流路としての水素供給流路41と、燃料電池2から排出された水素オフガスを水素供給流路41に戻すための循環流路42とを有する。水素供給流路41には、水素タンク40からの水素ガスの供給を遮断または許容する主止弁43が設けられている。循環流路42には、循環流路42内の水素オフガスを加圧して水素供給流路41側へ送り出す水素ポンプ44が設けられている。   The hydrogen gas piping system 4 includes a hydrogen tank 40 as a fuel supply source storing high-pressure hydrogen gas, and a hydrogen supply channel 41 as a fuel supply channel for supplying the hydrogen gas in the hydrogen tank 40 to the fuel cell 2. And a circulation flow path 42 for returning the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 2 to the hydrogen supply flow path 41. The hydrogen supply channel 41 is provided with a main stop valve 43 that blocks or allows the supply of hydrogen gas from the hydrogen tank 40. The circulation channel 42 is provided with a hydrogen pump 44 that pressurizes the hydrogen off gas in the circulation channel 42 and sends it to the hydrogen supply channel 41 side.

電力系5は、燃料電池用のDC/DCコンバータ51(直流電圧変換部)と、セルモニタ52(セル電圧検出部)と、バッテリ53(電部)と、バッテリ用のDC/DCコンバータ54(電部用直流電圧変換部)と、トラクションインバータ55と、トラクションモータ56(電力消費装置)と、図示しない各種の補機インバータとを有する。 Power system 5 includes a DC / DC converter 51 for a fuel cell (DC voltage converter), and the cell monitor 52 (cell voltage detection unit), a battery 53 (the charge reservoir unit), DC / DC converter 54 for the battery ( having a use charge reservoir section DC voltage converter), a traction inverter 55, a traction motor 56 (power unit), and various auxiliary inverters of which is not shown.

燃料電池用のDC/DCコンバータ51は、直流の電圧変換器であり、燃料電池2から入力された直流電圧を昇圧して電力消費装置側であるトラクションインバータ55に出力する機能を有する。燃料電池2の出力電圧は、DC/DCコンバータ51によって昇圧される。したがって、DC/DCコンバータ51とトラクションインバータ55とを接続するケーブルに流れる直流電流の電流値は、燃料電池2とDC/DCコンバータ51との間に流れる直流電流の電流値よりも低下する。これにより、DC/DCコンバータ51とトラクションインバータ55とを接続するケーブルとして、燃料電池2とDC/DCコバータ51とを接続するケーブルよりも細く軽いケーブルを用いることができる。また、DC/DCコンバータ51は、燃料電池2のベースプレート24に配置されるため、燃料電池2の電極とDC/DCコンバータ51とを接続する太く重いケーブルのケーブル長を短くすることができる。これにより、燃料電池システム1のスペース効率を向上させることができるとともに、燃料電池システム1の軽量化を図ることができる。   The fuel cell DC / DC converter 51 is a direct current voltage converter, and has a function of boosting the direct current voltage input from the fuel cell 2 and outputting the boosted voltage to the traction inverter 55 on the power consuming device side. The output voltage of the fuel cell 2 is boosted by the DC / DC converter 51. Therefore, the current value of the direct current flowing through the cable connecting the DC / DC converter 51 and the traction inverter 55 is lower than the current value of the direct current flowing between the fuel cell 2 and the DC / DC converter 51. As a result, a cable that is thinner and lighter than the cable that connects the fuel cell 2 and the DC / DC converter 51 can be used as a cable that connects the DC / DC converter 51 and the traction inverter 55. In addition, since the DC / DC converter 51 is disposed on the base plate 24 of the fuel cell 2, the cable length of a thick and heavy cable connecting the electrode of the fuel cell 2 and the DC / DC converter 51 can be shortened. Thereby, the space efficiency of the fuel cell system 1 can be improved, and the weight of the fuel cell system 1 can be reduced.

セルモニタ52は、セル積層体21の積層方向端部に位置する端セルの電圧を検出する。ところで、燃料電池用のDC/DCコンバータ51を備えることで、トラクションインバータ55に出力する直流電圧を一定に保持することが可能となるため、各セルの電圧を検出するセルモニタを省略することもできる。しかしながら、何らかの要因によりセルの電圧が低下した場合にはセルに不具合が生じるおそれがあり、そのような不具合を防止するために一部のセルの電圧を監視するセルモニタを設けることとした。本実施形態では、セルモニタ52を二箇所に設け、それぞれのセルモニタ52でセル積層体21の両端に位置するセルの電圧をそれぞれ検出することとした。これにより、両セルモニタ52間にスペースを設けることができ、このスペースにDC/DCコンバータ51を配置することができるため、燃料電池2の電極とDC/DCコンバータ51との間を接続するケーブルを短くすることが可能となる。また、セルモニタ52を、全てのセルに対応させて設けることなく、端セルにのみ対応させて設ければよいため、燃料電池システム1のスペース効率を向上させることができるとともに、燃料電池システム1の軽量化を図ることができる。   The cell monitor 52 detects the voltage of the end cell located at the end of the cell stack 21 in the stacking direction. By the way, since the DC voltage output to the traction inverter 55 can be kept constant by providing the fuel cell DC / DC converter 51, the cell monitor for detecting the voltage of each cell can be omitted. . However, if the cell voltage drops for some reason, there is a risk that the cell may fail, and in order to prevent such a failure, a cell monitor that monitors the voltage of some cells is provided. In the present embodiment, the cell monitors 52 are provided at two locations, and the voltages of the cells positioned at both ends of the cell stack 21 are detected by the cell monitors 52, respectively. As a result, a space can be provided between the cell monitors 52, and the DC / DC converter 51 can be disposed in this space. It can be shortened. In addition, since the cell monitor 52 need only be provided corresponding to the end cells without being provided corresponding to all cells, the space efficiency of the fuel cell system 1 can be improved, and the fuel cell system 1 Weight reduction can be achieved.

図1に示すように、燃料電池用のDC/DCコンバータ51とセルモニタ52は、燃料電池2を車両に設置した際に燃料電池2の下部側に位置するベースプレート24の下面側に配置されているが、DC/DCコンバータ51とセルモニタ52を燃料電池2の下面側に配置することにより、以下のようなメリットがある。   As shown in FIG. 1, the fuel cell DC / DC converter 51 and the cell monitor 52 are disposed on the lower surface side of the base plate 24 positioned on the lower side of the fuel cell 2 when the fuel cell 2 is installed in the vehicle. However, disposing the DC / DC converter 51 and the cell monitor 52 on the lower surface side of the fuel cell 2 has the following advantages.

燃料電池2で生成された水を排出する排水路は、燃料電池2よりも低い位置に設ける必要がある。一般に、排水路は、燃料電池2に隣接する位置であって、燃料電池よりも低い位置に設けられる。言い換えると、燃料電池2は、排水路に隣接し、かつ排水路よりも高い位置に設けられる。このように、燃料電池2を排水路よりも高い位置に配置することで、燃料電池2の下部には余分なスペースができてしまう。そこで、燃料電池2の下部にDC/DCコンバータ51およびセルモニタ52を配置し、DC/DCコンバータ51およびセルモニタ52を上記余分なスペース内に配置することで、燃料電池2の下部にできる余分なスペースを有効に活用することができる。   The drainage channel for discharging the water generated by the fuel cell 2 needs to be provided at a position lower than the fuel cell 2. In general, the drainage channel is provided at a position adjacent to the fuel cell 2 and lower than the fuel cell. In other words, the fuel cell 2 is provided at a position adjacent to the drainage channel and higher than the drainage channel. Thus, by arranging the fuel cell 2 at a position higher than the drainage channel, an extra space is created in the lower portion of the fuel cell 2. Therefore, the DC / DC converter 51 and the cell monitor 52 are arranged below the fuel cell 2, and the DC / DC converter 51 and the cell monitor 52 are arranged in the extra space so that an extra space that can be formed below the fuel cell 2. Can be used effectively.

さらに、燃料電池2が車両の床下に設置される場合には、DC/DCコンバータ51およびセルモニタ52を上記余分なスペース内に配置することで、車両の床面の高さを維持させることができるとともに、車両の低重心化を図ることができる。また、車両の床面が低いほど、広い車内スペースを確保することができ、商品性を高めることができることから、低い床面を維持させることで商品性の高さを維持させることができる。   Furthermore, when the fuel cell 2 is installed under the floor of the vehicle, the DC / DC converter 51 and the cell monitor 52 can be arranged in the extra space to maintain the height of the vehicle floor. At the same time, the center of gravity of the vehicle can be lowered. Further, the lower the vehicle floor surface, the larger the space in the vehicle can be secured and the product quality can be enhanced. Therefore, the high product quality can be maintained by maintaining the low floor surface.

バッテリ53は、バッテリセルが積層されて一定の高電圧を端子電圧とし、図示しないバッテリコンピュータの制御によって余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。バッテリ用のDC/DCコンバータ54は、直流の電圧変換器であり、バッテリ53から入力された直流電圧を調整(昇圧)して電力消費装置側であるトラクションインバータ55に出力する機能と、燃料電池2またはトラクションモータ56から入力された直流電圧を調整(降圧)してバッテリ53に出力する機能と、を有する。このようなDC/DCコンバータ54の機能により、バッテリ53の充放電が実現される。   The battery 53 is configured such that battery cells are stacked and a constant high voltage is used as a terminal voltage, and surplus power can be charged or power can be supplementarily supplied under the control of a battery computer (not shown). The battery DC / DC converter 54 is a DC voltage converter, and adjusts (boosts) the DC voltage input from the battery 53 and outputs it to the traction inverter 55 on the power consuming device side, and a fuel cell. 2 or a function of adjusting (stepping down) the DC voltage input from the traction motor 56 and outputting it to the battery 53. Such a function of the DC / DC converter 54 realizes charging / discharging of the battery 53.

トラクションインバータ55は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ56に供給する。トラクションモータ56は、例えば三相交流モータであり、燃料電池システム1が搭載される燃料電池車両の主動力源を構成する。補機インバータは、各モータの駆動を制御する電動機制御部であり、直流電流を三相交流に変換して各モータに供給する。補機インバータは、例えばパルス幅変調方式のPWMインバータであり、制御部6からの制御指令に従って燃料電池2またはバッテリ53から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、各モータで発生する回転トルクを制御する。   The traction inverter 55 converts a direct current into a three-phase alternating current and supplies it to the traction motor 56. The traction motor 56 is, for example, a three-phase AC motor, and constitutes a main power source of a fuel cell vehicle on which the fuel cell system 1 is mounted. The auxiliary inverter is an electric motor control unit that controls driving of each motor, converts a direct current into a three-phase alternating current, and supplies the three-phase alternating current to each motor. The auxiliary inverter is, for example, a pulse width modulation type PWM inverter, which converts the DC voltage output from the fuel cell 2 or the battery 53 into a three-phase AC voltage in accordance with a control command from the control unit 6 and is generated by each motor. To control the rotational torque.

制御部6は、燃料電池車両に設けられた加速操作部材(アクセル等)の操作量を検出し、加速要求値(例えば、トラクションモータ56等の電力消費装置からの要求発電量)等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、電力消費装置には、トラクションモータ56の他に、例えば、燃料電池2を作動させるために必要な補機装置(例えばコンプレッサ31や水素ポンプ44のモータ等)、車両の走行に関与する各種装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等)で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置(エアコン)、照明、オーディオ等が含まれる。   The control unit 6 detects an operation amount of an acceleration operation member (accelerator or the like) provided in the fuel cell vehicle, and controls information such as an acceleration request value (for example, a required power generation amount from a power consumption device such as the traction motor 56). In response, the operation of various devices in the system is controlled. In addition to the traction motor 56, the power consuming device includes, for example, auxiliary equipment necessary for operating the fuel cell 2 (for example, the motor of the compressor 31 and the hydrogen pump 44), and various types of vehicles involved in traveling of the vehicle. This includes actuators used in devices (transmissions, wheel control devices, steering devices, suspension devices, etc.), air conditioning devices (air conditioners) for passenger spaces, lighting, audio, and the like.

制御部6は、物理的には、例えば、CPUと、CPUで処理される制御プログラムや制御データを記憶するROMと、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるRAMと、入出力インターフェースとを有する。これらの要素は、互いにバスを介して接続されている。入出力インターフェースには、セルモニタ52、電流センサ、電圧センサおよび圧力センサ等の各種センサが接続されているとともに、コンプレッサ31、主止弁43、水素ポンプ44およびトラクションモータ56等を駆動させるための各種ドライバが接続されている。   The control unit 6 physically includes, for example, a CPU, a ROM for storing control programs and control data processed by the CPU, a RAM mainly used as various work areas for control processing, and an input / output interface. And have. These elements are connected to each other via a bus. Various sensors such as a cell monitor 52, a current sensor, a voltage sensor, and a pressure sensor are connected to the input / output interface, and various sensors for driving the compressor 31, the main stop valve 43, the hydrogen pump 44, the traction motor 56, and the like. The driver is connected.

CPUは、ROMに記憶された制御プログラムに従って、入出力インターフェースを介して各種センサでの検出結果を受信し、RAM内の各種データ等を用いて処理することで、燃料電池システム1における各種処理を制御する。また、CPUは、入出力インターフェースを介して各種ドライバに制御信号を出力することにより、燃料電池システム1全体を制御する。   The CPU receives the detection results of the various sensors via the input / output interface according to the control program stored in the ROM, and processes the various processes in the fuel cell system 1 by using the various data in the RAM. Control. Further, the CPU controls the entire fuel cell system 1 by outputting control signals to various drivers via the input / output interface.

上述してきたように、実施形態における燃料電池システム1によれば、燃料電池2の下面を構成するベースプレート24の下面側に、燃料電池用のDC/DCコンバータ51を配置することができるため、燃料電池2とDC/DCコンバータ51との間の距離を短くすることができる。これにより、燃料電池2の電極とDC/DCコンバータ51との間に接続される大電流用の太く重いケーブルの長さを短くすることができる。それゆえに、燃料電池システム1のスペース効率を向上させ、燃料電池システム1の軽量化を図ることができる。   As described above, according to the fuel cell system 1 in the embodiment, the fuel cell DC / DC converter 51 can be disposed on the lower surface side of the base plate 24 constituting the lower surface of the fuel cell 2. The distance between the battery 2 and the DC / DC converter 51 can be shortened. Thereby, the length of the thick heavy cable for large currents connected between the electrode of the fuel cell 2 and the DC / DC converter 51 can be shortened. Therefore, the space efficiency of the fuel cell system 1 can be improved and the weight of the fuel cell system 1 can be reduced.

また、従来の燃料電池に設けられているバッテリ用のDC/DCコンバータ54の他に、燃料電池用のDC/DCコンバータ51を燃料電池2に隣接させて配置することで、燃料電池2の出力電圧を一定に保持させることが可能となるため、従来の燃料電池のように全てのセルに対応させてセルモニタを設ける必要がなくなり、一部のセルに対してのみセルモニタ52を設けることができる。これにより、燃料電池システム1のスペース効率を向上させ、燃料電池システム1の軽量化を図ることができる。   Further, in addition to the battery DC / DC converter 54 provided in the conventional fuel cell, the fuel cell DC / DC converter 51 is disposed adjacent to the fuel cell 2 so that the output of the fuel cell 2 is output. Since the voltage can be held constant, there is no need to provide cell monitors corresponding to all the cells as in the conventional fuel cell, and the cell monitors 52 can be provided only for some of the cells. Thereby, the space efficiency of the fuel cell system 1 can be improved, and the weight reduction of the fuel cell system 1 can be achieved.

なお、上述した実施形態では、ベースプレート24の下面側にDC/DCコンバータ51およびセルモニタ52を配置しているが、DC/DCコンバータ51およびセルモニタ52を配置する位置はこれに限定されない。燃料電池2の外面を構成するいずれかの面にベースプレート24を設け、このベースプレート24上に配置することとしてもよい。これにより、燃料電池2の電極とDC/DCコンバータ51とを相互に接続する太く重いケーブルのケーブル長をできる限り短くすることが可能となる。特に、燃料電池2の総プラス側の電極と総マイナス側の電極とを結ぶ直線上にDC/DCコンバータ51を配置することができれば、上述した太く重いケーブルのケーブル長を最短にすることができる。   In the above-described embodiment, the DC / DC converter 51 and the cell monitor 52 are arranged on the lower surface side of the base plate 24. However, the positions where the DC / DC converter 51 and the cell monitor 52 are arranged are not limited to this. The base plate 24 may be provided on any surface constituting the outer surface of the fuel cell 2 and disposed on the base plate 24. This makes it possible to shorten the cable length of the thick and heavy cable connecting the electrode of the fuel cell 2 and the DC / DC converter 51 as much as possible. In particular, if the DC / DC converter 51 can be arranged on a straight line connecting the total positive side electrode and the total negative side electrode of the fuel cell 2, the cable length of the thick and heavy cable described above can be minimized. .

また、DC/DCコンバータ51およびセルモニタ52を同一の面上に設ける必要はなく、燃料電池2の外面を構成する面のうち、異なる面上にそれぞれベースプレート24を設け、このベースプレート24上にそれぞれを配置することとしてもよい。ただし、DC/DCコンバータ51およびセルモニタ52を同一の面上に配置した場合には、ベースプレート24を一枚にすることができるため、より軽量化を図ることができる。   Further, it is not necessary to provide the DC / DC converter 51 and the cell monitor 52 on the same surface, and a base plate 24 is provided on each of the surfaces constituting the outer surface of the fuel cell 2, and each of the base plates 24 is provided on the base plate 24. It is good also as arranging. However, when the DC / DC converter 51 and the cell monitor 52 are arranged on the same surface, the base plate 24 can be made into one sheet, so that the weight can be further reduced.

また、DC/DCコンバータ51およびセルモニタ52を、少なくとも燃料電池2の上面の高さから上方側に突出しない位置に配置させることで、床面の高さを維持させることができるため、商品性の高さを維持させることができる。   Further, since the DC / DC converter 51 and the cell monitor 52 are arranged at least at a position that does not protrude upward from the height of the upper surface of the fuel cell 2, the height of the floor surface can be maintained. The height can be maintained.

また、上述した各実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した場合について説明しているが、燃料電池車両以外の各種移動体(ロボット、船舶、航空機等)にも本発明に係る燃料電池システムを適用することができる。また、本発明に係る燃料電池システムを、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に適用することもできる。   Further, in each of the above-described embodiments, the case where the fuel cell system according to the present invention is mounted on a fuel cell vehicle has been described. However, various mobile bodies (robots, ships, aircrafts, etc.) other than the fuel cell vehicle are also described. The fuel cell system according to the present invention can be applied. Moreover, the fuel cell system according to the present invention can also be applied to a stationary power generation system used as a power generation facility for buildings (houses, buildings, etc.).

実施形態における燃料電池システムを模式的に示す構成図である。It is a lineblock diagram showing typically the fuel cell system in an embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池システム、2…燃料電池、3…酸化ガス配管系、4…水素ガス配管系、5…電力系、6…制御部、21…セル積層体、22…エンドプレート、23…テンションプレート、24…ベースプレート、51…DC/DCコンバータ、52…セルモニタ、53…バッテリ、54…DC/DCコンバータ、55…トラクションインバータ、56…トラクションモータ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 2 ... Fuel cell, 3 ... Oxidation gas piping system, 4 ... Hydrogen gas piping system, 5 ... Electric power system, 6 ... Control part, 21 ... Cell laminated body, 22 ... End plate, 23 ... Tension plate 24 ... Base plate, 51 ... DC / DC converter, 52 ... Cell monitor, 53 ... Battery, 54 ... DC / DC converter, 55 ... Traction inverter, 56 ... Traction motor.

Claims (5)

複数のセルが積層してなるセル積層体を有し、酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池と、
前記セル積層体の一部のセルの電圧を検出するセル電圧検出部と、
前記燃料電池から入力された直流電圧を昇圧して電力消費装置側に出力する直流電圧変換部と、を備え、
前記直流電圧変換部および前記セル電圧検出部は、前記燃料電池の外面を構成するいずれかのプレート上に配置され
前記セル電圧検出部は、前記セル積層体の積層方向端部に位置する端セルの電圧をそれぞれ検出する複数の検出部を有し、
前記直流電圧変換部は、前記検出部間に配置されることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell having a cell stack formed by laminating a plurality of cells and generating electric power by an electrochemical reaction between an oxidizing gas and a fuel gas;
A cell voltage detector for detecting a voltage of a part of the cells of the cell stack;
A DC voltage converter that boosts the DC voltage input from the fuel cell and outputs the boosted voltage to the power consuming device side;
The direct-current voltage conversion unit and the cell voltage detection unit are disposed on any plate constituting the outer surface of the fuel cell ,
The cell voltage detection unit includes a plurality of detection units that respectively detect voltages of end cells located at end portions in the stacking direction of the cell stack,
The DC voltage converter, the fuel cell system characterized Rukoto disposed between the detector.
前記燃料電池において発電された電力を充電する電部と、
前記電部から入力された直流電圧を調整して電力消費装置側に出力し、前記直流電圧変換部または電力消費装置側から入力された直流電圧を調整して前記電部に出力する電部用直流電圧変換部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
A charge reservoir unit that charges electric power generated by the fuel cell,
said current voltage input from the charge reservoir unit outputs to the power consuming device side, by adjusting the DC voltage input from the DC voltage converter or power consuming apparatus side outputs to the charge reservoir section A DC voltage converter for electrical parts;
The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
前記プレートは、前記燃料電池の外面のうち、前記燃料電池を設置した際に上部側に位置する面以外のいずれかの面を構成することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell according to claim 1, wherein the plate constitutes one of the outer surfaces of the fuel cell other than a surface positioned on an upper side when the fuel cell is installed. 4. system. 前記プレートは、前記燃料電池の外面のうち、前記燃料電池を設置した際に下部側に位置する面を構成することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the plate constitutes a surface located on a lower side when the fuel cell is installed, of the outer surface of the fuel cell. 4. 前記プレートは金属性材料からなることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4 , wherein the plate is made of a metallic material.
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