JP7113566B2 - 燃料電池モジュール、燃料電池システム、および燃料電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、概して燃料電池モジュールおよび複数の燃料電池モジュールを含む燃料セルシステムに関する。
第1の局面に従い、燃料電池スタックを形成する複数の燃料電池を有する燃料電池モジュールが提案される。燃料電池モジュールは、燃料電池スタックを取り囲むエンクロージャを含む。エンクロージャは、底部アセンブリと蓋キャップアセンブリとを含む。いくつかの実施形態において、エンクロージャは箱形である。底部アセンブリは、少なくとも一部がスタックのアーキテクチャにフォームフィット(form-fit)することにより内部位置合わせ機能を提供するジャケットと、燃料電池スタックと圧接する底部プレートとを含む。蓋キャップアセンブリは、燃料電池スタックと圧接する圧縮プレートを含む。いくつかの実施形態において、蓋キャップアセンブリは、媒体ルーティング要素を含む。底部アセンブリおよび蓋キャップアセンブリには、燃料電池モジュールに対してある範囲の圧縮圧力を提供する漸進ロックシステムが設けられている。
ジャケットによって囲まれた可動中央装着プレート上に複数のMEA単位およびバイポーラプレートを積層するステップを含み、この可動中央装着プレートは、積層中にジャケットが位置合わせを提供するように、動きを提供し、さらに、
組み立てプロセス中に、積層されたMEA単位およびバイポーラプレートの高さが上昇するのに伴って、ジャケットを上昇させるまたは中央装着プレートを下降させるステップと、
中央装着プレートを、位置合わせしているジャケットとの固定ポイントに達したときに適所でロックするステップとを含み、それにより、中央装着プレートおよびジャケットは底部アセンブリを形成し、さらに、
漸進ロックシステムを介して蓋キャップアセンブリを底部アセンブリに接合することにより、燃料電池スタックを取り囲むエンクロージャを形成するステップを含む。
先行技術の燃料電池システムにおいて、従来の制御アーキテクチャは、空気、水素、加湿、および冷却ループ内に位置するセンサのアレイの使用に依存する。さらに他のセンサもスタックをモニタリングするために含まれ、これらのセンサは、スタックの中に統合されるか、またはスタックの構成要素の外側に位置する。これらのセンサのすべては、次に、制御コンピュータと組み合わせて使用され、制御コンピュータは、センサから入力値を得て、経験的もしくは半経験的モデルまたは一連の予めロードされたルックアップテーブルのいずれかを使用して、水素、空気、冷却材の入ってくる流れ、または入ってくる反応物の流れの加湿を調節する燃料電池システム内のコントローラに対する適切な入力応答を決定する。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながらより詳細に説明する。実施形態は、本発明の主題を限定するものと解釈されてはならない。図面に示されていない多数の変形および組み合わせは、当業者にとって、その技術的知識に基づけば、明らかであろう。
10 燃料電池モジュール
12 燃料電池スタック
13 燃料電池スタックのフットプリント
14 エンクロージャ
16 ロックシステム
18 スライダ
20 底部アセンブリ
22 ジャケット
23 中央装着プレート
24 ポケット
25 切欠き
26 底部プレート
27 保持手段
28 位置合わせ領域
30 蓋キャップアセンブリ
32 圧縮プレート
34 媒体ルーティングチャネル
36 ジャケットセクション
38 スロットセクション
40 板ばね構造
42 分岐部セクション
43 中央部分
44 板ばね
46 バックドロップガイダンス
50 ばねアセンブリ
52 第1のレール
53 楔形部分
54 ばね部材
55 直線セクション
60 ラチェットバー
62 突出部
63 第2のレール
64 摺動部分
66 ノブ部分
68 固定手段
70 外部接続手段
71 貫通孔
72 集電タブ
73 エンドプレート
74 酸化剤入口
76 酸化剤出口
78 冷却材口
80 燃料入口
81 燃料出口
82 エジェクタバルブアクセス窓
84 パージバルブアクセス窓
86 装着用貫通孔
Claims (14)
- 燃料電池モジュール(10)であって、前記燃料電池モジュールは、
燃料電池スタック(12)を形成する複数の燃料電池と、
前記燃料電池スタック(12)を取り囲むエンクロージャ(14)とを有し、
前記エンクロージャ(14)は、底部アセンブリ(20)と蓋キャップアセンブリ(30)とを含み、
前記底部アセンブリ(20)は、少なくとも一部が前記スタックのアーキテクチャとフォームフィットすることにより内部位置合わせ機能を提供するジャケット(22)と、前記燃料電池スタック(12)と圧接する底部プレート(26)とを含み、
前記蓋キャップアセンブリ(30)は、前記燃料電池スタック(12)と圧接する圧縮プレート(32)を含み、
前記底部アセンブリ(20)および前記蓋キャップアセンブリ(30)に、前記燃料電池モジュール(10)に対してある範囲の圧縮圧力を提供する漸進ロックシステム(16)が設けられ、
前記漸進ロックシステム(16)は、使用中に前記燃料電池スタック(12)が成長し積層方向においてより多くの体積を必要とする場合に、前記蓋キャップアセンブリ(30)に対する前記底部アセンブリ(20)の変位を通して復元力の増加を提供することを特徴とする、燃料電池モジュール(10)。 - 前記漸進ロックシステム(16)はいくつかのロックステップを提供し、前記燃料電池スタック(12)に対し、少なくとも1つのロックステップは予備圧縮を提供し、少なくとも1つの他のロックステップは完全圧縮を提供する、請求項1に記載の燃料電池モジュール(10)。
- 前記蓋キャップアセンブリ(30)は、前記ジャケット(22)とフォームフィット係合するための周囲ジャケットセクション(36)を含み、前記漸進ロックシステム(16)は、前記ジャケットセクション(36)に形成された第1のロック要素を含む、請求項1または2に記載の燃料電池モジュール(10)。
- 前記漸進ロックシステム(16)は、前記蓋キャップアセンブリ(30)および前記ジャケット(22)のうちの一方に設けられたばね構造、好ましくは板ばね構造(40)を含み、
前記ばね構造は、前記蓋キャップアセンブリ(30)および前記ジャケット(22)のうちの他方に設けられたラチェットバー(60)と係合する、請求項1~3のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール(10)。 - 前記ばね構造および前記ラチェットバー(60)のうちの一方は、スライダ(18)の上に配置されて前記燃料電池モジュール(10)に対する圧縮圧力の調整機能を提供する、請求項4に記載の燃料電池モジュール(10)。
- 前記ラチェットバー(60)は、摺動部分(64)を有する複数の突出部(62)を含み、
前記底部アセンブリ(20)に対する前記蓋キャップアセンブリ(30)の変位は、摺動部分(64)の上における前記板ばね構造(40)の少なくとも1つの板ばね(44)の摺動移動に変換される、請求項4または5に記載の燃料電池モジュール(10)。 - 前記漸進ロックシステム(16)は、前記蓋キャップアセンブリ(30)および前記ジャケット(22)のうちの一方に設けられたばねアセンブリ(50)を含み、
前記ばねアセンブリ(50)は、前記蓋キャップアセンブリ(30)および前記ジャケット(22)のうちの他方に設けられた第1のレール(52)と係合する、請求項1~3のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール(10)。 - 前記ジャケット(22)は、ポケット(24)を有する矩形の断面を有し、
前記ポケット(24)は、前記漸進ロックシステム(16)を収容するための空間を提供する、請求項1~7のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール(10)。 - 前記ジャケット(22)は、組み立て中のスタックの位置合わせのための少なくとも3つ、好ましくは少なくとも4つの位置合わせ領域(28)を提供し、
前記位置合わせ領域(28)のうちの少なくとも1つ、好ましくは2つ、3つ、または4つは、前記燃料電池モジュール(10)を外部支持構造に接続するための装着用貫通孔(82)を形成する、請求項1~8のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール(10)。 - 前記エンクロージャ(14)に組み込まれた、加湿手段、前記燃料電池モジュール(10)の動作をモニタリングするためのセンサおよび/またはコントローラ、および/または電力変換装置を備える、請求項1~9のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール(10)。
- 前記エンクロージャ(14)は箱形であり、
前記蓋キャップアセンブリ(30)は、前記燃料電池モジュール(10)への圧縮空気、反応物、および冷却材の供給および排出のための外部接続手段(70)を含み、
前記外部接続手段(70)は、箱形の前記エンクロージャ(14)と同じ側に配置される、請求項1~10のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール(10)。 - 前記燃料電池スタック(12)は集電タブ(72)に接続され、
前記集電タブ(72)は、前記外部接続手段(70)と同じ側において前記エンクロージャ(14)から出ている、請求項11に記載の燃料電池モジュール(10)。 - 請求項1~12のいずれか1項に記載の、少なくとも1個の、好ましくは2~20個の燃料電池モジュール(10)を有する燃料電池システムであって、
前記燃料電池モジュール(10)は、前記燃料電池モジュール(10)への圧縮空気、反応物、および冷却材の供給および排出のための、および/または前記燃料電池モジュール(10)の集電を提供するための、分配システムを有する統合バックプレーンに接続されている、燃料電池システム。 - 請求項1~12のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール(10)を製造する方法であって、前記方法は、
前記ジャケット(22)によって囲まれた可動中央装着プレート(23)上に複数のMEA単位およびバイポーラプレートを積層するステップを含み、前記可動中央装着プレート(23)は、積層中に前記ジャケット(22)が位置合わせを提供するように、動きを提供し、前記方法はさらに、
組み立てプロセス中に、積層された前記MEA単位およびバイポーラプレートの高さが上昇するのに伴って、前記ジャケット(22)を上昇させるまたは前記中央装着プレート(23)を下降させるステップと、
前記中央装着プレート(23)を、位置合わせしている前記ジャケット(22)との固定ポイントに達したときに適所でロックするステップとを含み、それにより、前記中央装着プレート(23)および前記ジャケット(22)は前記底部アセンブリ(20)を形成し、前記方法はさらに、
前記漸進ロックシステム(16)を介して前記蓋キャップアセンブリ(30)を前記底部アセンブリ(20)に接合することにより、前記燃料電池スタック(12)を取り囲む前記エンクロージャ(14)を形成するステップを含む、方法。
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