JP7018010B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、補機ケースを備えた燃料電池システムに関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備える。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セル（単位セル）が構成されている。通常、所定の数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両に搭載されている。

車載用燃料電池スタックでは、所定の数の発電セルが積層された積層体を、スタックケース内に収容する構成が採用されている。この場合、スタックケース内で、積層体の隙間等から水素ガスが漏れ出ることが想定される。このため、スタックケース内で水素ガスが漏出した場合でも、水素ガスの濃度が一定濃度以下となるように、外部からスタックケース内に空気を導入してスタックケース内を換気する換気機構を設けることが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００４－１８６０２９号公報

ところで、燃料電池用補機（燃料ガス系デバイス及び酸化剤ガス系デバイス）から燃料ガスが漏出した場合の換気、外部荷重入力時の燃料ガス系デバイスの保護、及び車体フレームへのマウントを考慮し、これらの機能（換気機能、保護機能、マウント機能）を持たせた補機ケースをスタックケースに取り付けることが考えられる。

しかしながら、このような補機ケースの機能強度を満たすために補機ケースの全体を鋳造で成形すると、補機ケースの重量が嵩むとともに、大型化して製造が困難であるという問題がある。

本発明は、補機ケースに外部荷重入力時の燃料ガス系デバイスの保護機能、燃料ガスの換気機能及び車体フレームへのマウント機能を持たせつつ、効果的に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。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様は、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを収容するスタックケースと、燃料電池用補機である燃料ガス系デバイス及び酸化剤ガス系デバイスと、前記燃料ガス系デバイス及び前記酸化剤ガス系デバイスを収容するとともに前記スタックケースに固定され、換気機能を有する補機ケースと、を備え、前記補機ケースは、前記燃料ガス系デバイスを外部荷重から保護するように前記燃料ガス系デバイスを覆うとともに、車体フレームに固定されるマウント部が設けられた第１ケース部材と、前記第１ケース部材よりも比重が小さい材料により構成され、少なくとも前記酸化剤ガス系デバイスを覆う第２ケース部材と、を有する、燃料電池システムである。

本発明の燃料電池システムによれば、換気機能を有する補機ケースで燃料ガス系デバイス及び酸化剤ガス系デバイスを覆うことで換気機能を確保しつつ、マウント部が設けられた剛性が高い第１ケース部材で燃料ガス系デバイスを覆うことで外部荷重から燃料ガス系デバイスを保護することができる。また、補機ケースの少なくとも一部が比較的軽量な第２ケース部材により構成されているため、燃料電池システムの軽量化に寄与することができる。従って、この燃料電池システムによれば、補機ケースに外部荷重入力時の燃料ガス系デバイスの保護機能、燃料ガスの換気機能及び車体フレームへのマウント機能を持たせつつ、効果的に軽量化を図ることが可能となる。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムを備えた燃料電池車両の斜視図である。 補機ケースの構成説明図である。 第１ケース部材と第２ケース部材との接合構造を示す図である。 燃料電池システムの概略図である。 他の態様に係る補機ケースの構成説明図である。 図５に示した補機ケースの第１ケース部材の斜視図である。 さらに他の態様に係る補機ケースの構成説明図である。 図７に示した補機ケースの第１ケース部材の斜視図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１２を備えた燃料電池車両１０は、例えば、燃料電池電気自動車である。以下の説明において、上方（上部）とは、鉛直方向の上方（上部）を意味する。下方（下部）とは、鉛直方向の下方（下部）を意味する。燃料電池車両１０において、燃料電池スタック２０を収容したスタックケース１４が、ダッシュボード１６の前方（矢印Ａｆ方向）に形成されたフロントルーム（モータルーム）内に配設されている。従って、燃料電池スタック２０は、ボンネット１８の下方に配置されている。

燃料電池スタック２０は、平板型の複数の発電セルが車両幅方向（矢印Ｂ方向）に積層されてなるセル積層体２１を備える。複数の発電セルは、鉛直方向（矢印Ｃ方向）に積層されてもよい。複数の発電セルは、車両前後方向（矢印Ａ方向）に積層されてもよい。セル積層体２１の積層方向一端（矢印ＢＬ方向側）には、第１ターミナルプレート２２ａ及び第１絶縁プレート２４ａが外方に向かって順次配設される。セル積層体２１の積層方向他端（矢印ＢＲ方向側）には、第２ターミナルプレート２２ｂ及び第２絶縁プレート２４ｂが外方に向かって順次配設される。

燃料電池システム１２は、燃料電池スタック２０を収容するスタックケース１４と、燃料電池用補機を収容する補機ケース１５とを備える。スタックケース１４と補機ケース１５とにより、ケースユニット１３が構成されている。スタックケース１４と補機ケース１５とからなるケースユニット１３は平面視で四角形状（長辺が車両幅方向に沿って延在する長方形状）である。

スタックケース１４は、左側開口及び右側開口が設けられた箱型のケース本体７６と、ケース本体７６の右側開口を閉じるサイドパネル７７とを有する。ケース本体７６は、平面視で四角形状に構成されている。ケース本体７６の下部後方側には、ボルト等の固定部品により車体フレームに固定される図示しない後方マウント部が設けられている。サイドパネル７７は、燃料電池スタック２０に積層方向の締付荷重を付与する一方のエンドプレートを兼ねている。サイドパネル７７には、ボルト等の固定部品により車体フレームに固定されるマウント部７８が設けられている。ケース本体７６とサイドパネル７７との間には、弾性材料からなる図示しないシール部材が、ケース本体７６とサイドパネル７７との接合面の全周に亘って配置されている。

ケース本体７６の上部（図示例では、ケース本体７６の鉛直方向の上面７６ｓ）の、補機ケース１５が接合される側とは反対側の２つの角部には、スタックケース１４を外部に連通する孔部１４ｈが形成されている。

補機ケース１５は、燃料電池用補機を保護するための保護ケースであり、スタックケース１４の水平方向に隣接してスタックケース１４に接合されている。補機ケース１５内には、燃料電池用補機として、燃料ガス系デバイス７０及び酸化剤ガス系デバイス７１が収容されている。補機ケース１５内に収容されている燃料ガス系デバイス７０は、インジェクタ３２、エジェクタ３４、水素ポンプ４２、バルブ類（図示せず）等である。補機ケース１５内に収容されている酸化剤ガス系デバイス７１は、エアポンプ４８、加湿器５０等である。燃料ガス系デバイス７０は、燃料電池スタック２０と酸化剤ガス系デバイス７１との間に配置されている。

補機ケース１５は、スタックケース１４に隣接して設けられた第１ケース部材８８と、第１ケース部材８８に接合された第２ケース部材９０とを有する。第１ケース部材８８に燃料ガス系デバイス７０が収容されている。第２ケース部材９０に酸化剤ガス系デバイス７１が収容されている。補機ケース１５の上部（図示例では鉛直方向の上面１５ｓ）には、補機ケース１５を外部に連通する孔部１５ｈが形成されている。具体的に、孔部１５ｈは、第２ケース部材９０に形成されている。

第１ケース部材８８は、燃料ガス系デバイス７０を外部荷重から保護するように燃料ガス系デバイス７０を覆うとともに、ボルト等の固定部品により車体フレームに固定されるマウント部８９が設けられている。第１ケース部材８８は、スタックケース１４に固定されるとともに燃料ガス系デバイス７０を収容する箱形状を有する。第１ケース部材８８は、燃料ガス系デバイス７０を外部荷重から保護する機能、及びケースユニット１３を車体フレームに固定する機能を実現するのに十分な強度・剛性をもたせるために金属材料（例えば、アルミ合金）により構成されている。

第１ケース部材８８は、ケース本体７６の左端にボルト等の固定部品により接合される。ケース本体７６と第１ケース部材８８との間には、弾性材料からなる図示しないシール部材が、ケース本体７６と第１ケース部材８８との接合面の全周に亘って配置される。第１ケース部材８８は、燃料電池スタック２０に積層方向の締付荷重を付与する他方のエンドプレートを兼ねている。第１ケース部材８８は、車両前方からの外部荷重の入力に伴い補機ケース１５が車体フレームに対し移動する際に補機ケース１５の周辺構造に干渉しない部位に設定されている。

図２に示すように、第１ケース部材８８の壁部９２は、スタックケース１４の内部空間と補機ケース１５の内部空間とを区画する。図示しないが、第１ケース部材８８の壁部９２には、燃料電池スタック２０に設けられた酸化剤ガス入口連通孔、酸化剤ガス出口連通孔、燃料ガス入口連通孔、燃料ガス出口連通孔、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔にそれぞれ接続される接続配管を通すための配管用開口部が形成されている。

第１ケース部材８８は、スタックケース１４に固定された凹状の第１ケース本体８８ａと、第１ケース本体８８ａに固定されたカバー体８８ｂとを有する。第１ケース本体８８ａとカバー体８８ｂとにより、燃料ガス系デバイス７０が収容される収容空間が形成されている。壁部９２の上部には、スタックケース１４の内部空間と補機ケース１５の内部空間とを互いに連通させる換気用連通孔９４が設けられている。カバー体８８ｂの上部には、第１ケース部材８８の内部空間と第２ケース部材９０の内部空間とを互いに連通させる換気用連通孔９５が設けられている。

第１ケース部材８８は、マウント部８９が設けられた突出部９１を有する。突出部９１は、カバー体８８ｂの基部プレート８８ｂ１から水平方向に突出している。突出部９１の突端に、マウント部８９が設けられている。突出部９１は第２ケース部材９０を貫通しており、マウント部８９が第２ケース部材９０から露出している。

第２ケース部材９０は、酸化剤ガス系デバイス７１を覆うように第１ケース部材８８に固定されている。第２ケース部材９０は、燃料電池スタック２０から離れる方向（矢印ＢＬ方向）に深さを有する凹形状に構成されている。第２ケース部材９０は、第１ケース部材８８よりも比重が小さい材料（例えば、樹脂材又はゴム材）により構成されている。第２ケース部材９０は、第１ケース部材８８よりも低強度・低剛性（脆弱）に構成されている。第２ケース部材９０は、車両前方からの外部荷重の入力に伴い補機ケース１５が車体フレームに対し移動する際に補機ケース１５の周辺構造に干渉する部位に設定されている。

第２ケース部材９０の構成材料としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリ－（４－メチルペンテン－１）、ポリカーボネート、アクリル樹脂等が挙げられる。また、第２ケース部材９０の構成材料としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有する素材が挙げられる。

第２ケース部材９０には、第１ケース部材８８の突出部９１が挿入された挿入孔９０ａが設けられている。挿入孔９０ａを形成する筒状壁部９０ｂと、突出部９１のうち少なくとも筒状壁部９０ｂに挿入された部分とは、円形状に形成されている。筒状壁部９０ｂと突出部９１との間に気密シールが形成されている。第２ケース部材９０がゴム製である場合、筒状壁部９０ｂの外周部を締付バンド部材９６で締め付けることで、筒状壁部９０ｂと突出部９１との間に気密シールを形成することができる。第２ケース部材９０が樹脂製である場合、筒状壁部９０ｂと突出部９１との間に弾性材料で構成された環状シール部材を配置することにより、気密シールが形成される。なお、筒状壁部９０ｂと、突出部９１のうち少なくとも筒状壁部９０ｂに挿入された部分とは、円形状に限らず、楕円形状や四角形状に形成されてもよい。

図３に示すように、第２ケース部材９０は、第１ケース部材８８にボルト９７ａにより接合されている。具体的に、第２ケース部材９０には、第２ケース部材９０の開口部に沿って全周に亘ってフランジ部９０ｃが設けられている。第２ケース部材９０のフランジ部９０ｃは、第１ケース部材８８に全周に亘って設けられたフランジ部８８ｃと、挟持プレート９７ｂとの間に、全周に亘って挟持されている。挟持プレート９７ｂは、第２ケース部材９０のフランジ部９０ｃに沿った枠形状に構成されている。第２ケース部材９０のフランジ部９０ｃと挟持プレート９７ｂとが複数のボルト９７ａにより第１ケース部材８８に共締めされている。

図１に示すように、ケースユニット１３の上部には排気ダクト９８が接続されており、燃料電池スタック２０又は燃料電池用補機（燃料ガス系デバイス７０及び酸化剤ガス系デバイス７１）から燃料ガスが漏出した場合に、燃料ガスが排気ダクト９８を介して車外に排出されるようになっている。

排気ダクト９８は、４つの接続管部１０２ａ、１０２ｂ、１０４ａ、１０４ｂを有する。４つの接続管部１０２ａ、１０２ｂ、１０４ａ、１０４ｂが、ケースユニット１３に設けられた孔部１４ｈ、１５ｈにそれぞれ接続されている。具体的に、排気ダクト９８は、スタックケース１４に接続された第１ダクト１００ａと、補機ケース１５に接続された第２ダクト１００ｂとを有する。図示しないが、外部からスタックケース１４内に換気用空気を導入するために、スタックケース１４の下部及び補機ケース１５の下部には、換気用空気導入孔が設けられている。スタックケース１４及び補機ケース１５は、上記のように構成されているため、換気機能を有する。

第１ダクト１００ａは、スタックケース１４の２つの孔部１４ｈに接続された２つの接続管部１０２ａ、１０２ｂと、２つの接続管部１０２ａ、１０２ｂが合流した合流管部１０２ｃとを有する。合流管部１０２ｃは、右側フェンダー部１０８Ｒに設けられた右側排気口１１０Ｒに接続されている。第２ダクト１００ｂは、補機ケース１５の２つの孔部１５ｈに接続された２つの接続管部１０４ａ、１０４ｂと、２つの接続管部１０４ａ、１０４ｂが合流した合流管部１０４ｃを有する。合流管部１０４ｃは、左側フェンダー部１０８Ｌに設けられた左側排気口１１０Ｌに接続されている。第１ダクト１００ａと第２ダクト１００ｂとは、連結配管１１２を介して相互に接続されている。

図４に示すように、燃料電池車両１０は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池スタック２０を有する燃料電池システム１２と、燃料電池システム１２から流出したカソード排ガスを車両外部へと排出する排気管６０とを備える。燃料電池車両１０はさらに、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）６２や、燃料電池システム１２で発電した電力を電源として動作する走行用モータ等の電装品を備える。

燃料電池システム１２は、さらに、燃料電池スタック２０に燃料ガス（例えば、水素ガス）を供給する燃料ガス供給装置２５と、燃料電池スタック２０に酸化剤ガスである空気を供給する酸化剤ガス供給装置２６と備える。図示は省略するが、燃料電池システム１２はさらに、エネルギ貯蔵装置であるバッテリと、燃料電池スタック２０に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置とを備える。

燃料電池スタック２０を構成する各発電セルは、電解質膜（例えば、固体高分子電解質膜）の両面にそれぞれアノード電極及びカソード電極が配置されて構成された電解質膜・電極構造体と、この電解質膜・電極構造体を両側から挟持する一対のセパレータとを有する。アノード電極と一方のセパレータとの間に燃料ガス流路が形成される。カソード電極と他方のセパレータとの間に酸化剤ガス流路が形成される。

燃料ガス供給装置２５は、高圧の燃料ガス（高圧水素）を貯留する燃料ガスタンク２８と、燃料ガスを燃料電池スタック２０へと導く燃料ガス供給ライン３０と、燃料ガス供給ライン３０に設けられたインジェクタ３２と、インジェクタ３２よりも下流側に設けられたエジェクタ３４とを有する。燃料ガス供給ライン３０は、燃料電池スタック２０の燃料ガス入口２０ａに接続されている。インジェクタ３２とエジェクタ３４とにより燃料ガス噴射装置が構成されている。

燃料電池スタック２０の燃料ガス出口２０ｂには、燃料ガス排出ライン３６が接続されている。燃料ガス排出ライン３６は、燃料電池スタック２０のアノードで少なくとも一部が使用された燃料ガスであるアノード排ガス（燃料オフガス）を、燃料電池スタック２０から導出する。燃料ガス排出ライン３６には、循環ライン４０が連結されている。循環ライン４０は、アノード排ガスをエジェクタ３４に導く。循環ライン４０には、水素ポンプ４２（循環ポンプ）が設けられている。なお、水素ポンプ４２は設けられなくてもよい。

燃料ガス排出ライン３６には、気液分離器３８が設けられる。気液分離器３８の液体排出口３８ｂには、接続ライン３７が接続されている。接続ライン３７には、ＥＣＵ６２によって開閉制御される排水バルブ３９が設けられている。

酸化剤ガス供給装置２６は、燃料電池スタック２０の酸化剤ガス入口２０ｃに接続された酸化剤ガス供給ライン４４と、燃料電池スタック２０の酸化剤ガス出口２０ｄに接続された酸化剤ガス排出ライン４６と、燃料電池スタック２０に向けて空気を送給するエアポンプ４８と、燃料電池スタック２０に供給する空気を加湿する加湿器５０とを有する。

エアポンプ４８は、空気を圧縮するコンプレッサ４８ａと、コンプレッサ４８ａを回転駆動するモータ４８ｂと、コンプレッサ４８ａに連結されたエキスパンダ４８ｃ（回生機構）とを有する。エアポンプ４８は、ＥＣＵ６２により制御される。コンプレッサ４８ａは、酸化剤ガス供給ライン４４に設けられている。酸化剤ガス供給ライン４４において、コンプレッサ４８ａよりも上流側にはエアクリーナ５２が設けられている。空気は、エアクリーナ５２を介してコンプレッサ４８ａに導入される。

エキスパンダ４８ｃは、酸化剤ガス排出ライン４６に設けられている。エキスパンダ４８ｃのインペラは、連結シャフト４８ｄを介して、コンプレッサ４８ａのインペラに連結されている。コンプレッサ４８ａのインペラと、連結シャフト４８ｄと、エキスパンダ４８ｃのインペラとは、回転軸を中心に一体に回転する。エキスパンダ４８ｃのインペラにはカソード排ガスが導入されて、カソード排ガスから流体エネルギを回生する。回生エネルギは、コンプレッサ４８ａを回転させるための駆動力の一部を賄う。

加湿器５０は、水分が透過可能な多数の中空糸膜を有し、中空糸膜によって、燃料電池スタック２０に向かう空気と、燃料電池スタック２０から排出された多湿のカソード排ガスとの間で水分交換させて、燃料電池スタック２０に向かう空気を加湿する。

酸化剤ガス供給ライン４４において、加湿器５０と燃料電池スタック２０の酸化剤ガス入口２０ｃとの間に、気液分離器５４が設けられている。気液分離器５４に接続ライン３７が接続されている。気液分離器５４の液体排出口５４ａにはドレイン管５５の一端が接続されている。ドレイン管５５の他端は排気管６０に接続されている。ドレイン管５５にはオリフィス５６が設けられている。なお、気液分離器５４は設けられなくてもよい。気液分離器５４が設けられない場合、接続ライン３７は酸化剤ガス供給ライン４４に直接接続されてもよい。

排気管６０はエキスパンダ４８ｃの出口４８ｅに接続されている。排気管６０は、エキスパンダ４８ｃの出口４８ｅから延出し、車体底部に沿って、車体後部まで延在している。

次に、上記のように構成された燃料電池システム１２の作用を説明する。

燃料電池システム１２は、通常運転時において、以下のように動作する。図４において、燃料ガス供給装置２５では、燃料ガスタンク２８から燃料ガス供給ライン３０に燃料ガスが供給される。このとき、燃料ガスは、インジェクタ３２によりエジェクタ３４に向けて噴射され、エジェクタ３４を介して、燃料ガス入口２０ａから燃料電池スタック２０内の燃料ガス流路へと導入され、アノードに供給される。

一方、酸化剤ガス供給装置２６では、エアポンプ４８（コンプレッサ４８ａ）の回転作用下に、酸化剤ガス供給ライン４４に酸化剤ガスである空気が送られる。空気は、加湿器５０にて加湿された後、酸化剤ガス入口２０ｃから燃料電池スタック２０内の酸化剤ガス流路に導入され、カソードに供給される。各発電セルでは、アノードに供給される燃料ガスと、カソードに供給される空気中の酸素とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。

アノードで消費されなかった燃料ガスは、アノード排ガスとして燃料ガス出口２０ｂから燃料ガス排出ライン３６に排出される。気液分離器３８にはアノード排ガスとともにアノードから排出された液水が導入される。アノード排ガスは気液分離器３８にて液水から分離され、気液分離器３８の気体排出口３８ａを介して循環ライン４０へ流入する。気液分離器３８内の液量は、ＥＣＵ６２の指示に基づく排水バルブ３９の開閉により調整される。なお、燃料電池スタック２０の運転停止時に排水バルブ３９は開弁され、気液分離器３８内の液水は、重力により、接続ライン３７を介して、酸化剤ガス供給ライン４４に設けられた気液分離器５４へ排出される。液水は、気液分離器５４からドレイン管５５及び排気管６０を介して車外へと排出される。

アノード排ガスは、燃料ガス排出ライン３６から循環ライン４０を介してエジェクタ３４に導入される。エジェクタ３４に導入されたアノード排ガスは、インジェクタ３２により噴射された燃料ガスと混合されて、燃料電池スタック２０へと供給される。

燃料電池スタック２０の酸化剤ガス出口２０ｄからは、カソードで消費されなかった酸素を含む多湿のカソード排ガスと、カソードでの反応生成物である水とが、酸化剤ガス排出ライン４６へと排出される。カソード排ガスは、加湿器５０にて、燃料電池スタック２０へと向かう空気と水分交換を行った後、エアポンプ４８のエキスパンダ４８ｃに導入される。エキスパンダ４８ｃでは、カソード排ガスからエネルギ回収（回生）を行い、回生エネルギがコンプレッサ４８ａの駆動力の一部となる。カソード排ガス及び水は、エキスパンダ４８ｃから排気管６０へと排出され、排気管６０を介して車外へと放出される。

燃料電池システム１２の運転開始時に、ＥＣＵ６２が温度に基づき燃料電池スタック２０の暖機が必要と判断した場合には、通常運転に先行して暖機運転を行う。暖機運転では、ＥＣＵ６２の指示により、気液分離器３８に接続された接続ライン３７に設けられた排水バルブ３９が開けられる。そして、通常運転と同様に、燃料ガス供給装置２５により燃料電池スタック２０のアノードに燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス供給装置２６により燃料電池スタック２０のカソードに酸化剤ガスが供給されて、発電が行われる。

排水バルブ３９は開弁しているため、接続ライン３７を介して燃料ガスが酸化剤ガス供給ライン４４に導入される。従って、燃料電池スタック２０のカソードには、酸化剤ガスとともに燃料ガスも供給される。その結果、酸化剤ガスと燃料ガスとにより、カソード触媒で発熱反応（触媒燃焼）が生じる。この発熱反応に伴う熱と上記の発電反応に伴う熱とによって、燃料電池スタック２０が迅速に加熱される。そして、暖機完了温度に到達したと判断された場合には、排水バルブ３９が閉じられて、上述した通常運転に移行する。

この場合、燃料電池システム１２は以下の効果を奏する。

図１に示すように、燃料電池システム１２によれば、換気機能を有する補機ケース１５で燃料ガス系デバイス７０及び酸化剤ガス系デバイス７１を覆うことで換気機能を確保しつつ、マウント部８９が設けられた剛性が高い第１ケース部材８８で燃料ガス系デバイス７０を覆うことで大きな外部荷重から燃料ガス系デバイス７０を保護することができる。また、補機ケース１５の少なくとも一部が比較的軽量な第２ケース部材９０により構成されているため、燃料電池システム１２の軽量化に寄与することができる。従って、この燃料電池システム１２によれば、外部荷重入力時の燃料ガス系デバイス７０の保護機能、燃料ガスの換気機能及び車体フレームへのマウント機能を補機ケース１５に持たせつつ、効果的に軽量化を図ることが可能となる。

第１ケース部材８８は、スタックケース１４に固定されるとともに燃料ガス系デバイス７０を収容する箱形状を有する。第２ケース部材９０は、酸化剤ガス系デバイス７１を覆うように第１ケース部材８８に固定されている。この構成により、第１ケース部材８８の強度を容易に確保しつつ、補機ケース１５の軽量化を行うことができる。

第１ケース部材８８は金属製であり、第２ケース部材９０はゴム製又は樹脂製である。この構成により、補機ケース１５全体を金属製にする場合と比較して、大幅な軽量化が可能となる。

第１ケース部材８８は、マウント部８９が設けられた突出部９１を有する。第２ケース部材９０には、突出部９１が挿入された挿入孔９０ａが設けられている。挿入孔９０ａを形成する筒状壁部９０ｂと突出部９１との間に気密シールが形成されている。この構成により、第２ケース部材９０における突出部９１の挿通箇所をシールしつつ、マウント部８９を第２ケース部材９０の外部に容易に露出させることができる。

第２ケース部材９０は、第１ケース部材８８よりも低剛性に構成されるとともに、外部荷重の入力に伴い補機ケース１５が車体フレームに対し移動する際に補機ケース１５の周辺構造に干渉する部位に設定されている。この構成により、外部荷重入力時に第２ケース部材９０が周辺構造に干渉して変形又は破損するため、外部荷重入力時の衝撃緩和のために設定される、補機ケース１５の目標ストロークの確保が容易となる。

すなわち、外部荷重の入力時、第２ケース部材９０が周辺構造に衝突して、第２ケース部材９０（及び第２ケース部材９０内に収容された酸化剤ガス系デバイス７１）が破損することで、燃料電池スタック２０を収容するケースユニット１３が目標ストロークまで到達することができる。これにより、エネルギが効果的に吸収され、衝撃を効率的に緩和することができる。

図５に示す他の態様に係る補機ケース１２０において、第１ケース部材１２２は、例えば金属製であり、燃料ガス系デバイス７０を支持するフレームの形態を有する。第１ケース部材１２２は、ボルト等の固定部品により、スタックケース１４の一部を構成するエンドプレート１２５に固定されている。第１ケース部材１２２の高さ寸法Ｈ２は、燃料電池スタック２０の高さ寸法Ｈ１よりも小さい。

図６に示すように、第１ケース部材１２２は、エンドプレート１２５（図５）に固定されるベースプレート１２２ａと、ベースプレート１２２ａから水平方向に互いに間隔をおいて突出した第１壁部１２３ａ及び第２壁部１２３ｂと、第１壁部１２３ａと第２壁部１２３ｂとをつなぐ第３壁部１２３ｃとを有する。第３壁部１２３ｃは、ベースプレート１２２ａと平行に配置されている。マウント部８９を有する突出部１２８が、第３壁部１２３ｃから水平方向（矢印Ｂ方向）に突出している。

第１ケース部材１２２はさらに、ベースプレート１２２ａと第３壁部１２３ｃとの間に配置された第４壁部１２３ｄを有する。第４壁部１２３ｄは、第１ケース部材１２２の剛性を高める補強部材として機能するとともに、第１ケース部材１２２の内側を第１エリアＡ１と第２エリアＡ２とに区画する仕切り壁である。第１エリアＡ１及び第２エリアＡ２は、鉛直方向（矢印Ｃ方向）に開口している。第１エリアＡ１に燃料ガス系デバイス７０が収容されている。第２エリアＡ２に酸化剤ガス系デバイス７１の一部が収容されている。酸化剤ガス系デバイス７１の少なくとも一部は、第１ケース部材１２２の外部（下方）に位置する。

図５に示すように、第２ケース部材１２４は、第１ケース部材１２２を収容するとともにスタックケース１４に気密に固定されている。第２ケース部材１２４は、第１ケース部材１２２よりも比重が小さい材料により構成されており、例えば樹脂製又はゴム製である。第２ケース部材１２４は、第１ケース部材１２２を収容し、且つ燃料ガス系デバイス７０及び酸化剤ガス系デバイス７１を収容するように構成されている。第２ケース部材１２４に排気ダクト９８が接続されている。第２ケース部材１２４の下部は、外部荷重の入力に伴い補機ケース１２０が車体フレームに対し移動する際に補機ケース１２０の周辺構造に干渉する部位に設定されている。

このように構成された補機ケース１２０によれば、第１ケース部材１２２がフレーム状に構成されているため、第１ケース部材１２２の一層の小型化・軽量化が可能となる。従って、燃料電池システム１２の一層の軽量化が可能となる。

図７に示すさらに他の態様に係る補機ケース１３０において、第１ケース部材１３２は、例えば金属製であり、燃料ガス系デバイス７０を支持するフレームの形態を有する。第１ケース部材１３２は、ボルト等の固定部品により、エンドプレート１２５に固定されている。第１ケース部材１３２の高さ寸法Ｈ３は、燃料電池スタック２０の高さ寸法Ｈ１よりも小さい。この第１ケース部材１３２の高さ寸法Ｈ３は、図５に示した第１ケース部材１２２の高さ寸法Ｈ２よりも小さい。第１ケース部材１３２の高さ寸法Ｈ３は、例えば、燃料電池スタック２０の高さ寸法Ｈ１の２分の１以下である。

燃料ガス系デバイス７０と酸化剤ガス系デバイス７１とは、一方が他方に対して下方に配置されている。図７では、燃料ガス系デバイス７０が、酸化剤ガス系デバイス７１に対して上方に配置されている。すなわち、酸化剤ガス系デバイス７１は、燃料ガス系デバイス７０の下方に配置されている。

図８に示すように、第１ケース部材１３２は、エンドプレート１２５（図７）に固定されるベースプレート１３２ａと、ベースプレート１３２ａから水平方向に互いに間隔をおいて突出した第１壁部１３３ａ及び第２壁部１３３ｂと、第１壁部１３３ａと第２壁部１３３ｂとをつなぐ第３壁部１３３ｃとを有する。第３壁部１３３ｃは、ベースプレート１３２ａと平行に配置されている。第１ケース部材１３２は、ベースプレート１３２ａ、第１壁部１３３ａ、第２壁部１３３ｂ及び第３壁部１３３ｃにより、上方及び下方に開口した枠形状に構成されている。

枠形状の第１ケース部材１３２の内側に、燃料ガス系デバイス７０が配置されている。酸化剤ガス系デバイス７１は第１ケース部材１３２よりも下方に配置されている。従って、酸化剤ガス系デバイス７１は、第１ケース部材１３２に囲まれていない。マウント部８９を有する突出部１３５が、第３壁部１３３ｃから水平方向（矢印Ｂ方向）に突出している。

図７において第２ケース部材１３４は、筒状壁部９０ｂの位置が異なる以外は、図５に示した第２ケース部材１２４と同様に構成されている。

この補機ケース１３０によれば、第１ケース部材１３２がフレーム状に構成されているとともに、燃料ガス系デバイス７０と酸化剤ガス系デバイス７１とは、一方が他方に対して下方に配置されているため、燃料ガス系デバイス７０を囲む第１ケース部材１３２の高さ寸法Ｈ３を比較的小さくすることができる。これにより、第１ケース部材１３２を効果的に小型化・軽量化することができる。従って、燃料電池システム１２の一層の軽量化が可能となる。

本発明は上述した実施形態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、種々の改変が可能である。

１０…燃料電池車両 １２…燃料電池システム
１４…スタックケース １５、１２０、１３０…補機ケース
２０…燃料電池スタック ７０…燃料ガス系デバイス
７１…酸化剤ガス系デバイス ８８、１２２、１３２…第１ケース部材
９０、１２４、１３４…第２ケース部材 ９０ａ…挿入孔
９０ｂ…筒状壁部 ９１、１２８、１３５…突出部

Claims (8)

1. 燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックを収容するスタックケースと、
   燃料電池用補機である燃料ガス系デバイス及び酸化剤ガス系デバイスと、
   前記燃料ガス系デバイス及び前記酸化剤ガス系デバイスを収容するとともに前記スタックケースに固定され、換気機能を有する補機ケースと、を備え、
   前記補機ケースは、
   前記燃料ガス系デバイスを外部荷重から保護するように前記燃料ガス系デバイスを覆うとともに、車体フレームに固定されるマウント部が設けられた第１ケース部材と、
   前記第１ケース部材よりも比重が小さい材料により構成され、少なくとも前記酸化剤ガス系デバイスを覆う第２ケース部材と、を有する、燃料電池システム。
2. 請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
   前記第１ケース部材は、前記スタックケースに固定されるとともに前記燃料ガス系デバイスを収容する箱形状を有し、
   前記第２ケース部材は、前記酸化剤ガス系デバイスを覆うように前記第１ケース部材に固定されている、燃料電池システム。
3. 請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
   前記第１ケース部材は、前記燃料ガス系デバイスを支持するフレームの形態を有し、
   前記第２ケース部材は、前記第１ケース部材を収容するとともに前記燃料ガス系デバイス及び前記酸化剤ガス系デバイスを収容し、前記スタックケースに固定されている、燃料電池システム。
4. 請求項３記載の燃料電池システムにおいて、
   前記補機ケースは、前記スタックケースに対し水平方向に隣接して配置されており、
   前記燃料ガス系デバイスは、前記燃料電池スタックと前記酸化剤ガス系デバイスとの間に配置されており、
   前記第２ケース部材は、前記燃料ガス系デバイス及び前記酸化剤ガス系デバイスを囲むように構成されている、燃料電池システム。
5. 請求項３記載の燃料電池システムにおいて、
   前記補機ケースは、前記スタックケースに対し水平方向に隣接して配置されており、
   前記燃料ガス系デバイスと前記酸化剤ガス系デバイスとは、一方が他方に対して下方に配置されている、燃料電池システム。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記第１ケース部材は金属製であり、第２ケース部材はゴム製又は樹脂製である、燃料電池システム。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記第１ケース部材は、前記マウント部が設けられた突出部を有し、
   前記第２ケース部材には、前記突出部が挿入された挿入孔が設けられ、
   前記挿入孔を形成する筒状壁部と前記突出部との間に気密シールが形成されている、燃料電池システム。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記第２ケース部材は、前記第１ケース部材よりも低剛性に構成されるとともに、外部荷重の入力に伴い前記補機ケースが前記車体フレームに対し移動する際に前記補機ケースの周辺構造に干渉する部位に設定されている、燃料電池システム。

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