JP6958422B2 - 燃料電池収容ケース - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池セル積層体と昇圧コンバータとを収容する燃料電池収容ケースに関する。
この種の燃料電池収容ケースとして、積層された複数の燃料電池単セルを有する燃料電池セル積層体と、この燃料電池セル積層体の重力方向上側に配される昇圧コンバータとを収容する燃料電池収容ケースが開示されている(特許文献1参照)。
特開2017−168276号公報
特許文献1に記載の燃料電池収容ケース内の重力方向上側には、昇圧コンバータなどの高電圧ユニットが配され、下側には燃料電池セル積層体が配されている。この構成によれば、高電圧ユニットから出る異物が下側の燃料電池セル積層体に混入しないように、燃料電池収容ケース内に燃料電池セル積層体を保護する仕切板を設ける必要がある。
しかしながら、燃料電池セル積層体で発電した電力を昇圧コンバータに伝えるために、昇圧コンバータと燃料電池セル積層体との間に亘ってバスバーを設ける必要があり、昇圧コンバータと燃料電池セル積層体との間を完全に仕切ることはできない。また、燃料電池セル積層体は、燃料電池単セルの形状のバラツキによって、積層方向の寸法にバラツキがあり、積層方向両端にそれぞれ設けられる一対のバスバー間の寸法にもバラツキがある。したがって、例えば仕切板にバスバー用の挿通部を設けてバスバーを挿通させる構成とした場合に、挿通孔の位置が個々の燃料電池セル積層体で異なり、汎用性がなく、昇圧コンバータと燃料電池セル積層体との間を仕切る対策として適さないという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、燃料電池セル積層体の積層方向の寸法にバラツキがあっても、燃料電池セル積層体が収容される空間と昇圧コンバータが収容される空間とを仕切ることができる燃料電池収容ケースを提供することを課題とする。
(1)本発明に係る燃料電池収容ケースは、複数の燃料電池単セルを積層させた燃料電池セル積層体と、前記燃料電池セル積層体の重力方向上側に配される昇圧コンバータと、を収容するスタックケースと、前記燃料電池セル積層体の積層方向両端部にそれぞれ配され、前記燃料電池セル積層体と前記昇圧コンバータとを電気的に接続する一対のバスバーとを備えた燃料電池収容ケースであって、前記スタックケースは、該スタックケースの内部を前記燃料電池セル積層体が収容される空間と前記昇圧コンバータが収容される空間とに仕切る複数の仕切板を備え、複数の前記仕切板は、前記一対のバスバーのうちの一方のバスバーが挿通される挿通部が設けられた第1の仕切板と、前記一対のバスバーのうちの他方のバスバーが挿通される挿通部が設けられた第2の仕切板とを有し、前記第1の仕切板と前記第2の仕切板は、前記スタックケースに取り付けた状態で互いに重なり合う重複部をそれぞれ有することを特徴とする。
(2)本発明に係る燃料電池収容ケースは、上記(1)に記載の燃料電池収容ケースであって、前記第1の仕切板と前記第2の仕切板が前記重複部において互いに接着されていることを特徴とする。
(3)本発明に係る燃料電池収容ケースは、上記(1)又は(2)に記載の燃料電池収容ケースであって、前記挿通部はスリットを有し、該スリットがシールされていることを特徴とする。
上記(1)に記載の本発明に係る燃料電池収容ケースは、昇圧コンバータおよび燃料電池セル積層体を収容するスタックケースと、一対のバスバーとを備え、複数の仕切板により、スタックケースの内部が二つの空間に仕切られている。そして、複数の仕切板は、それぞれバスバーが挿通される挿通部が設けられた第1の仕切板と第2の仕切板を有しており、第1の仕切板と第2の仕切板は、スタックケースに取り付けた状態で互いに重なり合う重複部をそれぞれ有する。この構成により、燃料電池セル積層体の積層方向の寸法にバラツキがあっても、複数の仕切板の第1の仕切板と第2の仕切板とが重複部で互いに重なり合うことによって、スタックケースの内部空間が二つの空間に仕切られた状態が維持される。その結果、仕切板により、昇圧コンバータから出る異物が燃料電池セル積層体に混入することが防止される。
上記(2)に記載の本発明に係る燃料電池収容ケースは、第1の仕切板と第2の仕切板が重複部において互いに接着されているので、第1の仕切板と第2の仕切板との重複部において隙間が無くなり、昇圧コンバータから出る異物が燃料電池セル積層体に混入することが、より確実に防止される。また、重複部が接着されると、複数の仕切板の機械的強度が高まる。
上記(3)に記載の本発明に係る燃料電池収容ケースは、挿通部がスリットを有し、スリットがシールされているので、隙間が無くなり、昇圧コンバータから出る異物が燃料電池セル積層体に混入することが、より確実に防止される。
本発明によれば、燃料電池セル積層体の積層方向の寸法にバラツキがあっても、燃料電池セル積層体が収容される空間と昇圧コンバータが収容される空間とを仕切ることができる燃料電池収容ケースを提供することができる。
本発明の実施形態に係る燃料電池収容ケースの分解斜視図。 本発明の実施形態に係る燃料電池収容ケースの図であり、図2(a)は、電池収容ケースの平面図を示し、図2(b)は、燃料電池収容ケースの側面図を示す。 本発明の実施形態に係る燃料電池収容ケースの正面図。 本発明の実施形態に係る燃料電池収容ケースの図であり、図4(a)は、上面カバーを外した状態の平面図を示し、図4(b)は、正面カバーを外した状態の正面図を示す。 図2のA−Aで切断した断面図であり、図5(a)は、燃料電池セル積層体の寸法の増減がない状態を示し、図5(b)は、燃料電池セル積層体の寸法が増大した状態を示し、図5(c)は、燃料電池セル積層体の寸法が減少した状態を示す。 図2のB−Bで切断した断面図。 本発明の実施形態に係る燃料電池収容ケースの主要部の図であり、図7(a)は、可動仕切板および固定仕切板の斜視図を示し、図7(b)は、バスバー結合部分の拡大側面図を示す。 本発明の実施形態に係る燃料電池収容ケースのケース本体の斜視図であり、図8(a)は、燃料電池セル積層体をケース本体に挿入する前の状態を示し、図8(b)は、燃料電池セル積層体の背面部分をケース本体の開口に挿入した状態を示す。 本発明の実施形態に係る燃料電池収容ケースのケース本体の斜視図であり、図9(a)は、燃料電池セル積層体の半分をケース本体に挿入した状態を示し、図9(b)は、燃料電池セル積層体の全部をケース本体に挿入した状態を示す。
本発明に係る燃料電池収容ケースを適用した実施形態に係る燃料電池収容ケース10の構成について図面を参照して説明する。燃料電池収容ケース10は、図1に示すように、ケース本体11と、上面カバー12と、正面カバー13と、第1の仕切板14と、第2の仕切板15と、スタックバスバー16と、ユニットバスバー17と、遮蔽板18A,18Bと、ボルトB1,B2,B3,B4を備えている。
燃料電池収容ケース10は、重力方向上側(以下、上方という。)に昇圧コンバータ20を収容し、昇圧コンバータ20の重力方向下側(以下、下方という。)に燃料電池セル積層体30を収容している。
ケース本体11は、図1、図2(a)、図2(b)、図3、図4(a)、図4(b)、図5(a)、図6に示すように、アルミニウムなどの金属材料の鋳造や繊維強化プラスチックなどのプラスチックの成形により正面に開口する箱形の部材で構成されている。ケース本体11の内部には燃料電池セル積層体30が収容されるようになっている。また、ケース本体11は、ケース本体11の上方の壁面部に、昇圧コンバータ20が取り付けられるように構成されている。開口部分には、ねじ穴11aを有する取付部11bが6か所に設けられている。ねじ穴11aには、ボルトB1が挿入されケース本体11に正面カバー13が締結されるようになっている。
ケース本体11には、上方の壁面部に開口11c,11d,11eが形成されている。開口11cには、遮蔽板18Aが取り付けられ、開口11dには、遮蔽板18Bが取り付けられている。開口11eには、後述する第1の仕切板14および第2の仕切板15が取り付けられている。また、ケース本体11には、上方の壁面部にねじ穴11fを有するボス11gが4か所に設けられており、ねじ穴11fにボルトB4が挿入され、昇圧コンバータ20がケース本体11に締結されるようになっている。
また、ケース本体11には、上方の壁面部にねじ穴11hを有する取付部11iが8か所に設けられており、ねじ穴11hにボルトB2が挿入され、上面カバー12がケース本体11に締結されるように構成されている。
上面カバー12は、図1、図2(a)、図2(b)、図3、図4(b)、図5、図6に示すように、ケース本体11と同様、アルミニウムなどの金属材料の鋳造や繊維強化プラスチックなどのプラスチックの成形により下方に開口する箱形の部材で構成されている。開口部分には、貫通孔12aを有する取付部12bが8か所に設けられている。貫通孔12aには、ボルトB2が挿入されるようになっている。
正面カバー13は、ケース本体11と同様、アルミニウムなどの金属材料の鋳造や繊維強化プラスチックなどのプラスチックの成形により側面で開口する箱形の部材で構成されている。開口部分には、貫通孔13aを有する取付部13bが6か所に設けられている。貫通孔13aには、ボルトB1が挿入されるようになっている。正面カバー13は、ケース本体11の開口部分に取り付けることによって、ケース本体11内の燃料電池セル積層体30を積層方向に押圧してケース本体11の内部に固定するように構成されている。
なお、本実施形態のケース本体11、上面カバー12および正面カバー13は、本発明に係る燃料電池収容ケースのスタックケースを構成している。
第1の仕切板14は、図7(a)に示すように、高い絶縁性、耐熱性および弾力性を有する材料で形成された板状の部材からなり、ケース本体11の上方の壁面部に接着されるように構成されている。第1の仕切板14は、本実施形態では、柔軟性を有するPETなどの合成樹脂製材料によって構成されており、両面テープを用いてケース本体11に接着されるようになっている。第1の仕切板14は、第2の仕切板15とともにケース本体11に装着された状態で、第2の仕切板15と部分的に重なり合う重複部14aを有している。また、第1の仕切板14には、燃料電池セル積層体30の積層方向一方側の端部に設けられているスタックバスバー16を挿通するための挿通部であるスリット14bが形成されている。
第2の仕切板15は、図7(a)に示すように、第1の仕切板14と同様に、高い絶縁性、耐熱性および弾力性を有する材料で形成された板状の部材からなり、ケース本体11の上方の壁面部に接着されるように構成されている。第2の仕切板15は、本実施形態では、柔軟性を有するPETなどの合成樹脂製材料によって構成されており、両面テープを用いてケース本体11に接着されるようになっている。第2の仕切板15は、第1の仕切板14とともにケース本体11に装着された状態で、第1の仕切板14と部分的に重なり合う重複部15aを有している。また、第2の仕切板15には、燃料電池セル積層体30の積層方向他方側の端部に設けられているスタックバスバー16を挿通するための挿通部であるスリット15bが形成されている。
本実施形態の第1の仕切板14および第2の仕切板15は、本発明に係る燃料電池収容ケースの複数の仕切板を構成しており、図2(b)に示すように、ケース本体11、上面カバー12および正面カバー13で形成される内部空間を昇圧コンバータ20が収容される空間S1と、燃料電池セル積層体30が収容される空間S2とに仕切る仕切板としての機能を有している。
また、本実施形態の第1の仕切板14のスリット14bおよび第2の仕切板15のスリット15bは、それぞれ、本発明に係る燃料電池収容ケースのバスバーが挿通される挿通部を構成している。なお、ケース本体11の開口11cに取り付けられる遮蔽板18Aおよびケース本体11の開口11dに取り付けられる遮蔽板18Bは、空間S1と空間S2とを仕切る仕切板としての機能を有している。
一対のスタックバスバー16は、高い導電性を有する金属材料で形成されており、図7(b)に示すように、燃料電池セル積層体30の積層方向両端である両側面部にそれぞれ設けられている。各スタックバスバー16は、燃料電池セル積層体30の各側面部に並行する垂直部16aと、垂直部16aの上端で互いに接近する方向に向かって折り曲げられた水平部16bとを有している。垂直部16aは、図7(a)に示すように、第1の仕切板14のスリット14bまたは第2の仕切板15のスリット15bに挿入されて固定されるようになっている。水平部16bには、ナット16cが接合されている。
一対のユニットバスバー17は、スタックバスバー16と同様、高い導電性を有する金属材料で形成されており、図7(b)に示すように、昇圧コンバータ20の両側面部にそれぞれ設けられている。各ユニットバスバー17は、昇圧コンバータ20の各側面部に並行する垂直部17aと、垂直部17aの下端で互いに接近する方向に向かって折り曲げられた水平部17bとを有している。水平部17bには、ボルトB3が挿入される貫通孔17cが形成されている。
スタックバスバー16とユニットバスバー17は、ケース本体11の上部に昇圧コンバータ20を載置することによってスタックバスバー16の水平部16bとユニットバスバー17の水平部17bとが互いに接面された状態とされ、ボルトB3で互いに締結される。
昇圧コンバータ20は、スタックバスバー16及びユニットバスバー17を介して燃料電池セル積層体30に電気的に接続されており、図示しないコイルと、ダイオードと、平滑コンデンサと、スイッチとを有している。昇圧コンバータ20は、燃料電池セル積層体30から出力される電圧を、モータ駆動などの負荷要素に適した電圧に昇圧する構成を有している。
昇圧コンバータ20は、図1に示すように、各構成要素を収容するケース20aと、ケース本体11に取り付ける取付部20bが4か所に形成され、構成されている。各取付部20bには貫通孔20cが形成されており、各貫通孔20cにはボルトB4が挿入されるように構成されている。
燃料電池セル積層体30は、図示しない燃料電池単セルが複数積層された積層体で構成されている。燃料電池単セルの積層体は、ケースに30aに収容されており、ケース30aには図示しない燃料配管や空気配管が接続されている。燃料電池単セルは、図示しない燃料ガス供給装置から燃料配管を介して供給される燃料ガスとしての水素(H)と、エアコンプレッサから供給される酸化剤ガスとしての空気(O)とにより発電し電力を出力するように構成されている。
この燃料電池セル積層体30を構成する個々の燃料電池単セルの形状にはバラツキがあるため、複数の燃料電池単セルを積層して形成された燃料電池セル積層体30は、積層方向の大きさの寸法にバラツキがあり、その寸法は、図5(a)、図5(b)、図5(c)に示すように、設定寸法Lに対して、L+L1〜L−L2の範囲で増減する。
例えば、積層方向の長さがL+L1である燃料電池セル積層体30の場合、燃料電池セル積層体30の積層方向一方側のスタックバスバー16と積層方向他方側のスタックバスバー16との間の離間距離も予め設定されている基準距離に対して+L1だけ長くなる。したがって、第1の仕切板14と第2の仕切板15は、燃料電池セル積層体30の積層方向の大きさの寸法が設定寸法のときよりも、燃料電池セル積層体30の積層方向に沿って互いに離れる方向に偏倚して、第1の仕切板14の重複部14aと第2の仕切板15の重複部15aとの重複面積が少なくなる位置に配置される。第1の仕切板14と第2の仕切板15は、かかる位置においても、第1の仕切板14の重複部14aと第2の仕切板15の重複部15aとが重なり合っている。したがって、ケース本体11、上面カバー12および正面カバー13により形成される内部空間が第1の仕切板14および第2の仕切板15により仕切られた状態が維持される。
一方、積層方向の長さがL−L2である燃料電池セル積層体30の場合、燃料電池セル積層体30の積層方向一方側のスタックバスバー16と積層方向他方側のスタックバスバー16との間の離間距離も基準距離に対して−L2だけ短くなる。したがって、第1の仕切板14と第2の仕切板15は、燃料電池セル積層体30の積層方向の大きさの寸法が設定寸法のときよりも、燃料電池セル積層体30の積層方向に沿って互いに近づく方向に偏倚して、第1の仕切板14の重複部14aと第2の仕切板15の重複部15aとの重複面積が多くなる位置に配置される。第1の仕切板14と第2の仕切板15は、かかる位置においても、第1の仕切板14の重複部14aと第2の仕切板15の重複部15aとが重なり合っている。したがって、ケース本体11、上面カバー12および正面カバー13により形成される内部空間が第1の仕切板14および第2の仕切板15により仕切られた状態が維持される。
第1の仕切板14の重複部14aと第2の仕切板15の重複部15aとを互いに接着してもよい。例えば第1の仕切板14の重複部14aと第2の仕切板15の重複部15aとを接着することによって第1の仕切板14の重複部14aと第2の仕切板15の重複部15aとの間において隙間が無くなり、昇圧コンバータ20から出る異物が燃料電池セル積層体30に混入することが、より確実に防止される。また、第1の仕切板14の重複部14aと第2の仕切板15の重複部15aとが接着されると、第1の仕切板14と第2の仕切板15の機械的強度が高まる。第1の仕切板14の重複部14aと第2の仕切板15の重複部15aとの接着は、第1の仕切板14を最初にケース本体11に接着して固定した後、第2の仕切板15をケース本体11に接着して固定する際に行うことができる。
また、第1の仕切板14のスリット14bと第2の仕切板15のスリット15bを、シール剤やテープなどのシール部材でシールするようにしても良い。スリット14b,15bがシール部材でシールされるので、隙間が無くなり、昇圧コンバータ20から出る異物が燃料電池セル積層体30に混入することが、より確実に防止される。第1の仕切板14のスリット14bと第2の仕切板15のスリット15bのシールは、第1の仕切板14と第2の仕切板15をケース本体11に接着して固定した後に行うことが好ましい。
次いで、実施形態に係る燃料電池収容ケース10の組立手順について、簡単に説明する。
まず、図8(a)に示すように、ケース本体11と燃料電池セル積層体30を準備し、図8(b)に示すように、燃料電池セル積層体30の背面部分をケース本体11の開口に挿入する。続いて、図9(a)に示すように、燃料電池セル積層体30をケース本体11の内部に押し込み、図9(b)に示すように、スタックバスバー16の水平部16bがケース本体11の上面方向に露出した状態に配置する。そして、正面カバー13をボルトB1でケース本体11に締結する。これにより、燃料電池セル積層体30は、ケース本体11の内部に固定され、燃料電池セル積層体30のケース本体11への組込みが完了する。
続いて、図7(a)、図7(b)に示すように、第1の仕切板14のスリット14bにスタックバスバー16の垂直部16aを挿通し、第1の仕切板14をケース本体11の上方の壁面部に接着して固定する。そして、第2の仕切板15のスリット15bにスタックバスバー16の垂直部16aを挿通し、第2の仕切板15をケース本体11の上方の壁面部に接着して固定する。
第1の仕切板14と第2の仕切板15は、第2の仕切板15の重複部15aと第1の仕切板14の重複部14aとが重なり合い、第1の仕切板14の重複部14aと第2の仕切板15の重複部15aとの間が接着される。第1の仕切板14の重複部14aと第2の仕切板15の重複部15aとの間の接着は、例えば両面テープを用いて行うことができる。さらに、第1の仕切板14のスリット14bおよび第2の仕切板15のスリット15bをシールまたはテープによりシールする。
次いで、図1に示すように、昇圧コンバータ20をケース本体11の上方の壁面部に載置し、昇圧コンバータ20のケース20aの取付部20bと、ケース本体11の上方の壁面部に形成されているボス11gの位置とを一致させ、ボルトB4で各取付部20bをケース本体11に締結する。このとき、図7(b)に示すよう、各スタックバスバー16の水平部16bおよび各ユニットバスバー17の水平部17bは互いに対向して接面した状態になる。この状態で、各スタックバスバー16の水平部16bおよび各ユニットバスバー17の水平部17bをボルトB3で締結する。そして、上面カバー12をボルトB2でケース本体11に締結して燃料電池収容ケース10の組立が完了する。
以上のように構成された実施形態に係る燃料電池収容ケース10の効果について説明する。
本実施形態に係る燃料電池収容ケース10は、燃料電池セル積層体30と昇圧コンバータ20を収容するスタックケースと、燃料電池セル積層体30の積層方向両端部にそれぞれ配される一対のスタックバスバー16と、スタックケースの内部を燃料電池セル積層体30が収容される空間と昇圧コンバータ20が収容される空間とに仕切る複数の仕切板とを備えている。これらの複数の仕切板は、一方のスタックバスバー16が挿通されるスリット14bが設けられた第1の仕切板14と、他方のスタックバスバー16が挿通されるスリット15bが設けられた第2の仕切板15とを有し、第1の仕切板14と第2の仕切板15は、スタックケースに取り付けた状態で互いに重なり合う重複部14a,15aをそれぞれ有している。
したがって、個体差によって燃料電池セル積層体30の積層方向の寸法にバラツキがあって、積層方向両側のスタックバスバー16の間の離間距離が基準距離に対して長い場合或いは短い場合に、離間距離に応じて第1の仕切板14と第2の仕切板15との相対的な位置を変えることができる。そして、第1の仕切板14と第2の仕切板15との相対的な位置を変えても、第1の仕切板14の重複部14aと第2の仕切板15の重複部15aとの重なり合いが維持されているので、ケース本体11、上面カバー12および正面カバー13とにより形成される内部空間が第1の仕切板14および第2の仕切板15により仕切られた状態が維持されるという効果が得られる。その結果、第1の仕切板14および第2の仕切板15により、昇圧コンバータ20から出る異物が燃料電池セル積層体30に混入することが防止されるという効果が得られる。
また、本実施形態に係る燃料電池収容ケース10においては、第1の仕切板14の重複部14aと第2の仕切板15の重複部15aとの間が接着される場合には、第1の仕切板14の重複部14aと第2の仕切板15の重複部15aとの隙間が無くなり、昇圧コンバータ20から出る異物が燃料電池セル積層体30に混入することが、より確実に防止されるという効果が得られる。
また、本実施形態に係る燃料電池収容ケース10においては、第1の仕切板14のスリット14bと、第2の仕切板15のスリット15bがシールされる場合には、各隙間が無くなり、昇圧コンバータ20から出る異物が燃料電池セル積層体30に混入することが、より確実に防止されるという効果が得られる。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
10・・・燃料電池収容ケース、11・・・ケース本体(スタックケース)、11a,11f,11h・・・ねじ穴、11b,11i,12b,13b,20b・・・取付部、11c,11d,11e・・・開口、11g・・・ボス、12・・・上面カバー(スタックケース)、12a,13a,17c,20c・・・貫通孔、13・・・正面カバー(スタックケース)、14・・・第1の仕切板、14a,15a・・・重複部、14b,15b・・・スリット、15・・・第2の仕切板、16・・・スタックバスバー、17・・・ユニットバスバー、16a,17a・・・垂直部、16b,17b・・・水平部、16c・・・ナット、18A,18B・・・遮蔽板、20・・・昇圧コンバータ、20a,30a・・・ケース、30・・・燃料電池セル積層体、B1,B2,B3,B4・・・ボルト、S1,S2・・・空間

Claims (3)

  1. 複数の燃料電池単セルを積層させた燃料電池セル積層体と、前記燃料電池セル積層体の重力方向上側に配される昇圧コンバータと、を収容するスタックケースと、前記燃料電池セル積層体の積層方向両端部にそれぞれ配され、前記燃料電池セル積層体と前記昇圧コンバータとを電気的に接続する一対のバスバーとを備えた燃料電池収容ケースであって、
    前記スタックケースは、該スタックケースの内部を前記燃料電池セル積層体が収容される空間と前記昇圧コンバータが収容される空間とに仕切る複数の仕切板を備え、
    複数の前記仕切板は、前記一対のバスバーのうちの一方のバスバーが挿通される挿通部が設けられた第1の仕切板と、前記一対のバスバーのうちの他方のバスバーが挿通される挿通部が設けられた第2の仕切板とを有し、前記第1の仕切板と前記第2の仕切板は、前記スタックケースに取り付けた状態で互いに重なり合う重複部をそれぞれ有することを特徴とする燃料電池収容ケース。
  2. 前記第1の仕切板と前記第2の仕切板が前記重複部において互いに接着されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池収容ケース。
  3. 前記挿通部はスリットを有し、該スリットがシールされていることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池収容ケース。
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