JP6489072B2 - 燃料電池ユニット、および燃料電池ユニットを備えた車両 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池ユニットに関する。

燃料電池ユニットには、積層された複数の単セルを有する燃料電池と、燃料電池と電気的に接続されたリアクトルおよびリアクトルと電気的に接続されたパワーモジュールの組み合わせを複数有するコンバータと、を備えるものがある（特許文献１）。燃料電池ユニットは、例えば、モーターの駆動により走行可能な電動車両にモーター駆動用の電源の一つとして搭載される。

特開２０１４−１８７８３１号公報

特許文献１の燃料電池ユニットでは、燃料電池において複数の単セルが積層する積層方向に対して、コンバータにおいてリアクトルが並ぶ方向およびパワーモジュールが並ぶ方向は、水平方向において略直交している。このような燃料電池ユニットでは、燃料電池ユニットが搭載される電動車両の車種に応じた出力性能に仕上げるために、単セルの枚数が変更される場合がある。一般的に、出力性能を上げると、リアクトルおよびパワーモジュールの数は増え、出力性能を下げると、リアクトルおよびパワーモジュールの数は減る。よって、出力性能が変更されることに応じてリアクトルおよびパワーモジュールの数も変更される。しかし、このような場合、複数の単セルを有する燃料電池の寸法の変化方向とリアクトルおよびパワーモジュールの寸法の変化方向とが略直交し、寸法の変化方向が異なるため、燃料電池ユニットの設計を大幅に変更する必要があるという課題があった。このような課題を解決するために、電動車両の車種に応じた出力性能を備える燃料電池ユニットを設計する際に、燃料電池ユニットの設計を大幅に変更することを抑制できる技術が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。本発明の一形態によれば、燃料電池ユニットが提供される。この燃料電池ユニットは、一定の方向に積層された複数の単セルを有する燃料電池と、前記燃料電池と電気的に接続されたリアクトルおよび前記リアクトルと電気的に接続されたパワーモジュールの組み合わせを複数有するコンバータと、を備える燃料電池ユニットであって、複数の前記リアクトルが並ぶ方向と複数の前記パワーモジュールが並ぶ方向とはいずれも、前記単セルの積層方向と略平行である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池ユニットが提供される。この燃料電池ユニットは、一定の方向に積層された複数の単セルを有する燃料電池と、前記燃料電池と電気的に接続されたリアクトルおよび前記リアクトルと電気的に接続されたパワーモジュールの組み合わせを複数有するコンバータと、を備える燃料電池ユニットであって、複数の前記リアクトルが並ぶ方向と複数の前記パワーモジュールが並ぶ方向とのうち少なくとも一方は、前記単セルの積層方向と略平行である。この形態によれば、燃料電池ユニットにおいて、リアクトルとパワーモジュールとのうち燃料電池ユニットの設計に大きく影響するサイズを有しているものが並ぶ方向と、単セルが積層された積層方向とを略平行にできる。このため、リアクトルとパワーモジュールとのうち燃料電池ユニットの設計に大きく影響するサイズを有しているものが並ぶ方向と単セルが積層された積層方向とが略直交している形態と比べて、複数の単セルを有する燃料電池の寸法の変化方向とリアクトルおよびパワーモジュールとのうち少なくとも一方の寸法の変化方向とが略平行であり、寸法の変化方向が同じであるため、電動車両の車種に応じた出力性能を備える燃料電池ユニットを設計する際に、燃料電池ユニットの設計を大幅に変更することを抑制できる。すなわち、リアクトルおよびパワーモジュールの数と単セルの枚数とを調整することによって生じる燃料電池ユニットの設計変更が煩雑になることを抑制できる。また、出力性能の増減と燃料電池ユニットの寸法の増減とが対応するため、出力性能の増減に応じたバリエーションのあるサイズの燃料電池ユニットを細かく生み出せる。

（２）上記形態における燃料電池ユニットにおいて、前記燃料電池は、前記パワーモジュールの重力方向上側もしくは前記パワーモジュールの重力方向下側に配されていてもよい。

（３）上記形態における燃料電池ユニットにおいて、前記リアクトルが並ぶ方向と前記パワーモジュールが並ぶ方向とはいずれも、前記単セルの積層方向と略平行であってもよい。

（４）本発明の他の形態は、上記形態における燃料電池ユニットを備えた車両である。この車両において、前記積層方向は、前記燃料電池ユニットが前記車両に搭載された際における前記車両の車幅方向と略平行であってもよい。この形態によれば、車幅方向の長さが変化する場合であっても、燃料電池ユニットの設計変更が容易になり、車両のバリエーション展開への対応が容易になる。換言すれば、出力性能の増減に応じたバリエーションのあるサイズの燃料電池ユニットを設計できるため、車両のバリエーション展開への対応が容易になる。

（５）本発明の他の形態は、上記形態における燃料電池ユニットを備えた車両である。この車両において、前記積層方向は、前記燃料電池ユニットが前記車両に搭載された際における前記車両の前後方向と略平行であってもよい。この形態によれば、前後方向の長さが変化する場合であっても、燃料電池ユニットの設計変更が容易になり、車両のバリエーション展開への対応が容易になる。換言すれば、出力性能の増減に応じたバリエーションのあるサイズの燃料電池ユニットを設計できるため、車両のバリエーション展開への対応が容易になる。

本発明の形態は、燃料電池ユニットに限るものではなく、例えば、電力を動力源とする船舶などに搭載された燃料電池ユニットや、家庭用燃料電池ユニットなどの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の実施形態における燃料電池ユニットの配置構成を示した概念図である。 燃料電池ユニットをＺ軸方向の−側から見たときの説明図である。 燃料電池ユニットをＺ軸方向の＋側から見たときの説明図である。 燃料電池ユニットの回路構成を示す説明図である。 燃料電池ユニットの設計を変更したときの変化を示した説明図である。 第１実施形態における燃料電池ユニットを備えた車両の概略を示す説明図である。 第１実施形態における燃料電池ユニットを備えた車両の概略を示す説明図である。 他の実施形態における燃料電池ユニットの配置構成を示した概念図である。 他の実施形態における燃料電池ユニットの設計を変更したときの変化を示した説明図である。 他の実施形態における燃料電池ユニットの配置構成を示した概念図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の実施形態における燃料電池ユニット１００の配置構成を示した概念図である。図１には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。図１のＸＹＺ軸は、他の図のＸＹＺ軸に対応する。燃料電池ユニット１００は、モーターで駆動する車両の電源として搭載される。燃料電池ユニット１００は、燃料電池ケース２００と、コンバータケース３００とを備える。

図２は、燃料電池ユニット１００をＺ軸方向の−側から見たときの説明図である。燃料電池ケース２００は、コンバータケース３００のＺ軸方向の−側に配された箱状の部材である。本実施形態では、燃料電池ケース２００の大きさは、コンバータケース３００より小さい。燃料電池ケース２００の内側には、燃料電池２１０が収容されている。

燃料電池２１０は、反応ガスの電気化学反応によって発電する複数の単セル２２０を有する。単セル２２０は、積層方向Ｄ１に積層された状態で圧縮荷重を加えられつつ締結されている。本実施形態では、単セル２２０の積層方向Ｄ１は、Ｘ軸方向である。本実施形態では、燃料電池２１０は、水素ガスおよび空気の供給を受けて、水素と酸素との電気化学反応によって発電する。

図３は、燃料電池ユニット１００をＺ軸方向の＋側から見たときの説明図である。コンバータケース３００は、燃料電池ケース２００のＺ軸方向の＋側に配された箱状の部材である。コンバータケース３００の内側には、多相コンバータ３１０が収容されている。

多相コンバータ３１０は、燃料電池２１０から入力された電圧を調整して出力する。本実施形態では、多相コンバータ３１０は、燃料電池２１０から入力された電圧をモーター駆動に適した電圧に調整して出力する。多相コンバータ３１０は、Ｕ相コンバータＤＣ１と、Ｖ相コンバータＤＣ２と、Ｗ相コンバータＤＣ３と、Ｘ相コンバータＤＣ４との４相のコンバータを備える。Ｕ相コンバータＤＣ１と、Ｖ相コンバータＤＣ２と、Ｗ相コンバータＤＣ３と、Ｘ相コンバータＤＣ４とは、並列に接続されている。

Ｕ相コンバータＤＣ１は、リアクトルＬ１と、電流センサＩ１と、パワーモジュールＩＰＭ１とを備える。

リアクトルＬ１は、燃料電池２１０と電気的に接続している。リアクトルＬ１は、環状のコア部と、コア部の外周に巻き付けられたコイルとによって構成される。リアクトルＬ１は、電力の蓄積および蓄積した電力の放出を行うことができる。リアクトルＬ１による電力の蓄積作用および放出作用は、Ｕ相コンバータＤＣ１による電圧の昇圧動作および降圧動作に利用される。

電流センサＩ１は、リアクトルＬ１とパワーモジュールＩＰＭ１との間に配される。電流センサＩ１は、リアクトルＬ１からパワーモジュールＩＰＭ１に流れる電流を検出する。

図４は、燃料電池ユニット１００の回路構成を示す説明図である。パワーモジュールＩＰＭ１は、複数の半導体素子を組み込んだ回路モジュールである。パワーモジュールＩＰＭ１は、スイッチング素子ＳＷ１と、ダイオードＤｉ１とを有する。

スイッチング素子ＳＷ１は、燃料電池２１０から電圧が入力された際に周期的なスイッチング制御を行うことによって、リアクトルＬ１に電力の蓄積および放出を周期的に繰り返させる。リアクトルＬ１より放出された電力は、ダイオードＤｉ１を介して出力される。ダイオードＤｉ１は、いわゆるスイッチングダイオードである。

Ｕ相コンバータＤＣ１は、スイッチング素子ＳＷ１におけるデューティー比（オン状態とオフ状態との比）を調整することで、入力された電圧を調整して出力する。

Ｖ相コンバータＤＣ２、Ｗ相コンバータＤＣ３およびＸ相コンバータＤＣ４は、Ｕ相コンバータＤＣ１と同様に、それぞれに対応するリアクトルＬ２、Ｌ３、Ｌ４と、電流センサＩ２、Ｉ３、Ｉ４と、パワーモジュールＩＰＭ２、ＩＰＭ３、ＩＰＭ４とを備える。パワーモジュールＩＰＭ２、ＩＰＭ３、ＩＰＭ４は、パワーモジュールＩＰＭ１と同様に、それぞれに対応するダイオードＤｉ２、Ｄｉ３、Ｄｉ４と、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４とを備える。尚、以降の説明では、リアクトルの各々を総称する場合には符号「Ｌ」を、パワーモジュールの各々を総称する場合には符号「ＩＰＭ」を使用する。

本実施形態では、パワーモジュールＩＰＭは、半導体素子を両面から冷却する両面冷却型である。他の実施形態では、パワーモジュールＩＰＭは、半導体素子を片面から冷却する片面冷却型であってもよい。

Ｖ相コンバータＤＣ２、Ｗ相コンバータＤＣ３およびＸ相コンバータＤＣ４は、Ｕ相コンバータＤＣ１と同様の原理で、燃料電池２１０から入力された電圧を調整して出力する。スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４は、電流センサＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４が測定するそれぞれの電流値が等しくなるよう、それぞれのスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４におけるデューティー比を調整してスイッチング制御を行う。

図３に戻って、リアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭは、Ｘ軸方向と略平行である方向Ｄ２に並んでいる。また、燃料電池２１０における単セル２２０は、Ｘ軸方向を積層方向Ｄ１として積層されている。すなわち、本実施形態では、リアクトルＬが並ぶ方向と、パワーモジュールＩＰＭが並ぶ方向とはいずれも方向Ｄ２であって、単セル２２０の積層方向Ｄ１と略平行である。本実施形態では、リアクトルＬのサイズとパワーモジュールＩＰＭのサイズとはいずれも、燃料電池ユニット１００の設計に大きく影響するサイズである。

尚、本実施形態における「方向が略平行であること」とは、比較する２つの方向が向いた角度が、好ましくは５度のズレの範囲以内であり、更に好ましくは３度のズレの範囲以内である。

以上説明した実施形態によれば、燃料電池ユニット１００において、リアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭが並ぶ方向Ｄ２と、単セルが積層された積層方向Ｄ１とは略平行である。このため、リアクトルおよびパワーモジュールが並ぶ方向と単セルが積層された積層方向とが略直交している形態と比べて、複数の単セル２２０を有する燃料電池２１０の寸法の変化方向とリアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭとのうち少なくとも一方の寸法の変化方向とが略平行であり、寸法の変化方向が同じであるため、電動車両の車種に応じた出力性能を備える燃料電池ユニット１００を設計する際に、燃料電池ユニット１００の設計を大幅に変更することを抑制できる。すなわち、リアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭの数と単セル２２０の枚数とを調整することによって生じる燃料電池ユニット１００の設計変更が煩雑になることを抑制できる。また、出力性能の増減と燃料電池ユニット１００の寸法の増減とが対応するため、出力性能の増減に応じたバリエーションのあるサイズの燃料電池ユニット１００を細かく生み出せる。

例えば、所定の出力性能を備えた燃料電池ユニットを、より小さい出力性能を備えた燃料電池ユニットが搭載される小型の電動車両のために設計変更しようとした場合、出力性能を下げるためにリアクトルおよびパワーモジュールの数を減らすことと、小型の電動車両に搭載するために燃料電池ユニットの小型化とが必要となる。しかし、リアクトルおよびパワーモジュールが並ぶ方向と単セルが積層された積層方向とが略直交している形態では、リアクトルおよびパワーモジュールの数を減らしただけでは燃料電池ユニットの小型化は実現できない。このため、燃料電池ユニットの小型化のためには、燃料電池ユニットの設計を大幅に変更する必要があった。一方、第１実施形態の燃料電池ユニット１００では、複数の単セル２２０を有する燃料電池２１０の寸法の変化方向とリアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭの寸法の変化方向とが略平行であり、寸法の変化方向が同じである。このため、電動車両の車種に応じた出力性能を備える燃料電池ユニット１００を設計する際に、燃料電池ユニット１００の設計を大幅に変更することを抑制できる。

図５は、燃料電池ユニット１００の設計を変更したときの変化を示した説明図である。図５の上段には、燃料電池ユニット１００を示す。図５の下段には、設計変更された後の燃料電池ユニット１００である燃料電池ユニット１００ａを示す。図５において、多相コンバータ３１０の各構成は、図を簡略化するためにそれぞれ符号で示されている。

燃料電池ユニット１００ａは、燃料電池ユニット１００より低い出力性能を備える。燃料電池ユニット１００から燃料電池ユニット１００ａへの設計変更は、燃料電池ユニット１００からリアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭの数と単セル２２０の枚数とを減らすことによって行われる。燃料電池ユニット１００において、リアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭが並ぶ方向Ｄ２と、単セルが積層された積層方向Ｄ１とは略平行である。このため、リアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭが並ぶ方向と単セル２２０が積層された積層方向とが略直交している形態と比べて、複数の単セル２２０を有する燃料電池２１０の寸法の変化方向とリアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭとのうち少なくとも一方の寸法の変化方向とが略平行であり、寸法の変化方向が同じであるため、燃料電池ユニット１００の設計変更が煩雑になることを抑制できる。

Ｂ．第２実施形態：
図６は、第１実施形態における燃料電池ユニット１００を備えた車両２０の概略を示す説明図である。車両２０は、モーターで駆動する電動車両である。車両２０の前方は、Ｙ軸方向の＋側を向いている。車両２０は、座席２２、２４、２６と、床部２８を備える。

座席２２、２４、２６は、乗客が着席可能に構成されている。座席２２は、車両２０においてＸ軸方向の＋側に位置する。座席２４は、車両２０においてＸ軸方向の−側に位置する。座席２６は、座席２２および座席２４よりＹ軸方向の−側に位置する。床部２８は、座席２２、２４、２６よりＺ軸方向の−側に位置するとともに、車両２０における車室のＺ軸方向の−側を区画している。

車両２０における燃料電池ユニット１００が搭載されるための空間は、床部２８からＺ軸方向の−側における車両２０の内部領域Ｒ１である。

燃料電池ユニット１００において、リアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭが並ぶ方向Ｄ２と、単セル２２０が積層された積層方向Ｄ１とは、車両２０の車幅方向に沿って略平行である。このため、内部領域Ｒ１における車幅方向の長さが比較的短い車両２０であっても、燃料電池ユニット１００の設計を変更することによって、燃料電池ユニット１００を車両２０に搭載することができる。換言すれば、出力性能の増減に応じたバリエーションのあるサイズの燃料電池ユニット１００を設計できるため、車両２０のバリエーション展開への対応が容易になる。

Ｃ．第３実施形態：
図７は、第１実施形態における燃料電池ユニット１００を備えた車両３０の概略を示す説明図である。車両３０は、モーターで駆動する電動車両である。車両３０の前方は、Ｘ軸方向の＋側を向いている。車両３０における燃料電池ユニット１００が搭載されるための空間は、車両３０前方のフード３２からＺ軸方向の−側における車両３０の内部領域Ｒ２である。

燃料電池ユニット１００において、リアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭが並ぶ方向Ｄ２と、単セル２２０が積層された積層方向Ｄ１とは、車両３０の前後方向に沿って略平行である。このため、内部領域Ｒ２における前後方向の長さが比較的短い車両３０であっても、燃料電池ユニット１００の設計を変更することによって、燃料電池ユニット１００を車両３０に搭載することができる。換言すれば、出力性能の増減に応じたバリエーションのあるサイズの燃料電池ユニット１００を設計できるため、車両３０のバリエーション展開への対応が容易になる。

Ｄ．第４実施形態：
図８は、他の実施形態における燃料電池ユニット１００ｂの配置構成を示した概念図である。燃料電池ユニット１００ｂは、燃料電池ケース２００とコンバータケース３００とのＺ軸方向における位置関係が異なる点を除き、第１実施形態における燃料電池ユニット１００の構成と同様である。燃料電池ユニット１００ｂにおいて、燃料電池ケース２００は、コンバータケース３００のＺ軸方向の＋側に配される。

Ｅ．第５実施形態：
図９は、他の実施形態における燃料電池ユニット１００ｃの設計を変更したときの変化を示した説明図である。図９の上段には、燃料電池ユニット１００ｃを示す。図９の下段には、設計変更された後の燃料電池ユニット１００ｃである燃料電池ユニット１００ｄを示す。

燃料電池ユニット１００ｃは、燃料電池ユニット１００が備えた４相のコンバータに加えて、さらに、もうひとつのコンバータを備える点を除き、燃料電池ユニット１００と同じである。燃料電池ユニット１００ｃが備えるもうひとつのコンバータは、リアクトルＬ５と、パワーモジュールＩＰＭ５とを備える。図９では、理解を容易にするために、燃料電池ユニット１００ｃおよび燃料電池ユニット１００ｄにおけるコンバータケース３００内の構成は、リアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭのみを示す。また、図９において、リアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭは、図を簡略化するためにそれぞれ符号で示されている。

燃料電池ユニット１００ｃにおいて、リアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３，Ｌ４およびパワーモジュールＩＰＭ１、ＩＰＭ２、ＩＰＭ３、ＩＰＭ４は、Ｘ軸方向と略平行である方向Ｄ２に並んでいる。リアクトルＬ５は、リアクトルＬ４のＹ軸方向の＋側に配されている。また、パワーモジュールＩＰＭ５は、パワーモジュールＩＰＭ４のＹ軸方向の−側に配されている。

燃料電池ユニット１００ｄは、燃料電池ユニット１００ｃより低い出力性能を備える。燃料電池ユニット１００ｃを出力性能の低い燃料電池ユニット１００に設計変更する場合、燃料電池ユニット１００ｃからリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３およびパワーモジュールＩＰＭ１、ＩＰＭ２、ＩＰＭ３の数と単セル２２０の枚数とを減らすことによって行われる。すなわち、燃料電池２１０の寸法の変化方向とリアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭの寸法の変化方向が同じであるため、燃料電池ユニット１００ｃの設計変更が煩雑になることを抑制できる。

Ｆ．変形例：
第１実施形態では、燃料電池ケース２００は、コンバータケース３００のＺ軸方向の−側に配されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、燃料電池ケース２００とコンバータケース３００とは、Ｙ軸方向に隣り合って配されていてもよい。

第１実施形態では、燃料電池ケース２００の大きさは、コンバータケース３００より小さいとしていたが、本発明はこれに限られない。例えば、燃料電池ケース２００の大きさは、コンバータケース３００より大きくてもよいし、同じ大きさであってもよい。

第１実施形態では、リアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭが並ぶ方向Ｄ２はいずれも、単セル２２０の積層方向Ｄ１と略平行であったが、本発明はこれに限られない。例えば、リアクトルＬのサイズがパワーモジュールＩＰＭのサイズより大きいとともにリアクトルＬのサイズのみが燃料電池ユニット１００の設計に大きく影響するサイズであるならば、リアクトルＬが並ぶ方向のみが単セル２２０の積層方向Ｄ１と略平行であってもよい。また、パワーモジュールＩＰＭのサイズがリアクトルＬのサイズより大きいとともにパワーモジュールＩＰＭのサイズのみが燃料電池ユニット１００の設計に大きく影響するサイズであるならば、パワーモジュールＩＰＭが並ぶ方向のみが単セル２２０の積層方向と略平行であってもよい。

第１実施形態では、リアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭが並ぶ方向Ｄ２はいずれも、単セル２２０の積層方向Ｄ１と略平行であったが、本発明はこれに限られない。例えば、リアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭが並ぶ方向Ｄ２はいずれも、単セル２２０の積層方向Ｄ１と平行であってもよい。

第５実施形態では、方向Ｄ２に並んだリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３，Ｌ４からＹ軸方向にずれた位置に１つのリアクトルＬ５を備え、方向Ｄ２に並んだパワーモジュールＩＰＭ１、ＩＰＭ２、ＩＰＭ３、ＩＰＭ４からＹ軸方向にずれた位置に１つのパワーモジュールＩＰＭ５を備えていたが、本発明はこれに限られない。例えば、方向Ｄ２に並んだリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３，Ｌ４からＹ軸方向にずれた位置に複数のリアクトルを備え、方向Ｄ２に並んだパワーモジュールＩＰＭ１、ＩＰＭ２、ＩＰＭ３、ＩＰＭ４からＹ軸方向にずれた位置に複数のパワーモジュールを備えていてもよい。このような形態において、電動車両の車種に応じた出力性能を備える燃料電池ユニットにおける設計変更は、方向Ｄ２に並んだリアクトルＬおよびパワーモジュールＩＰＭの数を調整することによって行われる。

本発明は、たとえば、以下のような形態で実現することもできる。

一定の方向に積層された複数の単セルを有する燃料電池本体と、一定の方向に沿って燃料電池本体と並列して配置され、燃料電池本体が出力する電圧を昇圧するコンバータを複数有する多相昇圧コンバータと、を備える燃料電池ユニットである。多相昇圧コンバータは、燃料電池本体と電気的に接続され、互いに並列に接続された複数のリアクトル、および、リアクトルに対応して設けられた複数のスイッチング素子を有する。複数のリアクトルおよび複数のスイッチング素子のうち少なくとも一方は、一定の方向と略平行に並べられ、並べられた列の先頭が積層された複数の単セルの先頭と同じ位置にある。

図１０は、他の実施形態における燃料電池ユニット１００ｅの配置構成を示した概念図である。燃料電池ユニット１００ｅは、多相コンバータ３１０の配置が異なる点を除き、燃料電池ユニット１００と同じである。

燃料電池ユニット１００ｅにおける多相コンバータ３１０は、Ｘ軸方向において、リアクトルＬ１のＸ軸方向の＋側における端部が、積層された単セル２２０におけるＸ軸方向の＋側における端部の位置と、略同じ位置になるよう配置される。ここでいう「略同じ位置」とは、リアクトルＬ１のＸ軸方向の＋側における端部と、積層された単セル２２０におけるＸ軸方向の＋側における端部とが、Ｘ軸方向において同じ位置であることの他に、Ｘ軸方向において、リアクトルＬ１のＸ軸方向の＋側における端部が、積層された単セル２２０のうちＸ軸方向の＋側における先頭の単セル２２０におけるＸ軸方向の長さの範囲内の位置にあることも含む。

この形態によれば、Ｘ軸方向の＋側において、リアクトルＬの端部と積層された単セル２２０の端部とが略同じ位置にあるとともに、Ｘ軸方向の−側において、リアクトルＬの数と単セル２２０の枚数とを調整することによって燃料電池ユニット１００ｅの設計が変更される。このため、電動車両の車種に応じた出力性能を備える燃料電池ユニット１００ｅを設計する際に、燃料電池ユニット１００ｅのＸ軸方向におけるサイズの低減を実現できる。

また、上記した燃料電池ユニット１００ｅでは、Ｘ軸方向において、リアクトルＬ１のＸ軸方向の＋側における端部が、積層された単セル２２０におけるＸ軸方向の＋側における端部の位置と、略同じ位置になるよう配置されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、スイッチング素子ＳＷ１のＸ軸方向の＋側における端部、もしくは、リアクトルＬ１のＸ軸方向の＋側における端部およびスイッチング素子ＳＷ１のＸ軸方向の＋側における端部が、積層された単セル２２０におけるＸ軸方向の＋側における端部の位置と、略同じ位置になるよう配置されていてもよい。

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

２０…車両
２２，２４，２６…座席
２８…床部
３０…車両
３２…フード
１００…燃料電池ユニット
２００…燃料電池ケース
２１０…燃料電池
２２０…単セル
３００…コンバータケース
３１０…多相コンバータ
Ｄｉ１，Ｄｉ２，Ｄｉ３，Ｄｉ４…ダイオード
ＤＣ１…Ｕ相コンバータ
ＤＣ２…Ｖ相コンバータ
ＤＣ３…Ｗ相コンバータ
ＤＣ４…Ｘ相コンバータ
Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４…電流センサ
ＩＰＭ１，ＩＰＭ２，ＩＰＭ３，ＩＰＭ４，ＩＰＭ５…パワーモジュール
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５…リアクトル
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４…スイッチング素子
Ｒ１，Ｒ２…内部領域

Claims (4)

1. 一定の方向に積層された複数の単セルを有する燃料電池と、前記燃料電池と電気的に接続されたリアクトルおよび前記リアクトルと電気的に接続されたパワーモジュールの組み合わせを複数有するコンバータと、を備える燃料電池ユニットであって、
   複数の前記リアクトルが並ぶ方向と複数の前記パワーモジュールが並ぶ方向とはいずれも、前記単セルの積層方向と略平行である、燃料電池ユニット。
2. 請求項１に記載の燃料電池ユニットであって、
   前記燃料電池は、前記パワーモジュールの重力方向上側もしくは前記パワーモジュールの重力方向下側に配されている、燃料電池ユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池ユニットを備えた車両であって、
   前記積層方向は、前記燃料電池ユニットが前記車両に搭載された際における前記車両の車幅方向と略平行である、車両。
4. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池ユニットを備えた車両であって、
   前記積層方向は、前記燃料電池ユニットが前記車両に搭載された際における前記車両の前後方向と略平行である、車両。

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