WO2007088865A1 - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

　燃料電池スタック１１の出力をスタックケース１２の外側に設けられた装置２３へと出力する出力ケーブル２２と燃料電池スタック１１の出力端子部とが接続されていると共に、スタックケース１２外からの機械的操作により燃料電池スタック１１から装置２３への出力を遮断可能にする遮断装置２１と、を備える。スタックケース１２には、その外側から内側への保守点検を可能にする第１貫通孔４２が形成されていると共に、この第１貫通孔４２を外側から覆うように遮断装置２１が取り付けられている。遮断装置２１は、その筐体が剛体からなり、第１貫通孔４２と連通してスタックケース１２の内外を連通させる第２貫通孔５５と、該第２貫通孔５５を閉鎖する閉鎖蓋５６と、を備える。

Description

明細書 燃料電池

技術分野

本発明は、 スタックケースに保守点検用の孔と、 スタックケース外からの 機械的操作により燃料電池スタックから外部装置への出力を遮断可能にす る遮断装置とを備えた燃料電池に関する。 背景技術

近年、 燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池を エネルギ源とした燃料電池自動車等が注目されている。 この燃料電池は、 通 常、 燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電するセルを所要数積 層したセル積層体を備えた燃料電池スタツクを備えており、 この燃料電池ス タックの外側をスタックケースで覆って構成されている。

そして、 この燃料電池では、 燃料電池スタックの保守 ·点検を行う際に、 出力ケーブルと燃料電池スタックとを電気的に遮断する電流遮断器として 機能する、 いわゆるサービスプラグを設けたものが知られている (例えば、 特開 2 0 0 2— 3 6 7 6 6 6号公報参照）。 発明の開示

ところで、 この種の燃料電池では、 サービスプラグをスタックケースに設 けるとともに、 保守点検用の孔 （いわゆるサービスホール） をスタックケー スに形成しているが、 スタックケースは薄板であるため、 保守点検用の孔の 開口部分における平面度が出しづらく、 この孔を閉鎖しておく蓋を取り付け た際に、 良好なシール性が得られないことがある。

また、 スタックケースは、 プレス加工により成形されるため、 保守点検用 の孔を後加工するために作業工数が嵩み、 コストアップを招いてしまう。 本発明は、 上記事情に鑑みてなされたもので、 コス トアップを招くことな く良好なシール性を確保することができる保守点検用の孔が設けられた燃 料電池を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、 本発明の燃料電池は、 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、 前記燃料電池スタック の出力を前記スタックケースの外側に設けられた装置へ出力する出力ケー ブルと前記燃料電池スタックの出力端子部とを電気的に相互接続する接続 部を含むと共に、 前記スタックケース外からの機械的操作により前記接続部 による相互接続を遮断可能な遮断装置と、 を備えた燃料電池であって、 前記 スタックケースには、 その外側から内側への保守点検を可能にする第 1貫通 孔が形成されていると共に、 この第 1貫通孔を外側から覆うように前記遮断 装置が取り付けられており、 前記遮断装置は、 その筐体が剛体からなると共 に、 前記第 1貫通孔と連通して前記スタックケースの内外を連通させる第 2 貫通孔と、 該第 2貫通孔を閉鎖する閉鎖蓋と、 を備える。

この構成によれば、 スタックケースに形成された第 1貫通孔と、 遮断装置 に形成された第 2貫通孔とにより、 スタックケースの外側から内側へのァク セスを可能にする保守点検用の孔 （いわゆるサービスホール） が樗成される と共に、 遮断装置の剛体からなる筐体に形成された第 2貫通孔が閉鎖蓋によ つて閉鎖される。

これにより、 第 1貫通孔と第 2貫通孔とで構成される保守点検用の孔の開 口縁の平面度を高くすることができ、 保守点検用の孔を閉じる閉鎖蓋をその 孔の開口縁へ安定的に接触させ得て、 この孔における良好なシール性を確保 することができる。 また、 スタックケースへ後加工によって保守点検用の孔 を精度良く形成しなければならないことによるコストアップを抑えること ができる。 前記遮断装置の筐体は、 例えばアルミニウムを削り出して枠状に形成した 剛体からなるものでもよい。 また、 筐体の壁面にリブ等を形成することによ り、 シール性確保に必要な剛性を構造的に確立するものでもよい。

本発明の燃料電池によれば、 コストアップを招くことなく良好なシール性 を確保することができる保守点検用の孔を設けることができる。

図面の簡単な説明

図 1は、 燃料電池の構成を説明する概略構成図である。

図 2は、 遮断装置を説明する燃料電池の斜視図である。

図 3は、 遮断装置を説明する燃料電池の正面図である。

図 4は、 遮断装置の構造を説明する分解斜視図である。

図 5は、 遮断装置の内部構造を説明する縦断面図である。

発明を実施するための最良の形態

本発明に係る燃料電池の第 1実施形態を図 1及ぴ図 2を参照しつつ説明 する。

図 1は、 燃料電池 1 0を示すものである。 この燃料電池 1 0は、 燃料電池 自動車の車载発電システムや船舶、 航空機、 電車あるいは歩行口ポット等の あらゆる移動体用の発電システム、 さらには、 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等に適用可能であるが、 具体的 には自動車用となっている。

図 1に示すように、 燃料電池 1 0は、 燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反 応によって発電するセルを所要数積層したセル積層体を備えた燃料電池ス タック 1 1と、 この燃料電池スタック 1 1の外側を覆う例えばアルミニウム からなるスタックケース 1 2とを有している。

そして、 この燃料電池 1◦は、 鉄板等からなる自動車のボディ 1 3に対し て例えばアルミニウムからなるフレーム 1 4によって支持されている。 また、 この燃料電池 1 0のスタックケース 1 2の外面には遮断装置 2 1が設けら れており、 この遮断装置 2 1に接続された出力ケーブル 2 2がスタックケー ス 1 2の外側に設けられたパワーコントロールュニット 2 3に接続されて いる。

なお、 このパワーコントロールユニット 2 3には、 それぞれの図示は省略 するが、 自動車の駆動モータに電力を供給するインパータと、 コンプレッサ モータや水素ポンプ用モータなどの燃料電池 1· 0の運転に必要な各種の補 機類に電力を供給するインパータと、 二次電池等の蓄電手段への充電ゃ該蓄 電手段からのモータ類への電力供給を行う D C— D Cコンバータなどが備 えられている。

図 2及び図 3に示すように、 遮断装置 2 1は、 その上部がプラグ着脱部 3 3とされており、 このプラグ着脱部 3 3にサービスプラグ 3 2がスタックケ ース 1 2外からの機械的操作により着脱されるようになっている。

この遮断装置 2 1の筐体は、 アルミニウムを削り出して枠状に形成した剛 体からなるもので、 その表面側にカバー 3 1がビス止めされている。 ここで いう剛体とは、 後述の第 2貫通孔 5 5を形成した際に、 その開口縁の平面度 を所定値以上確保することのできる強度を有するものをいう。

さらにこの所定値とは、 遮断装置 2 1の筐体がスタックケース単体の開口 縁 （本実施形態では、 第 1貫通孔 4 2 ) に取付けられた場合に、 応力に対す るサービスホールの平面度 （本実施形態では、 第 2貫通孔 5 5の開口縁にお ける平面度） が上記スタックケース単体での開口縁の平面度よりも高くなる ような強度をいう。

遮断装置 2 1の筐体のうち、 サービスホールを捕強する部分の強度は、 ス タックケース単体の開口縁の強度よりも高い方が好ましい。

以上の構成は、 スタック.ケース 1 2の板厚よりもサービスプラグ 3 2の筐 体 （台座および端子力パーの複合体） の板厚を厚くすることや、 板厚にかか わらずサービスプラグ 3 2の筐体の断面二次モーメントをスタックケース 1 2の開口部分の断面二次モーメントよりも高くすること等によって実現 することが可能である。

図 4に示すように、 遮断装置 2 1は、 スタックケース 1 2の一側部に設け られた取付部 4 1に、 ビス止めによって取り付けられるもので、 この取付部 4 1に遮断装置 2 1を取り付けることにより、 取付部 4 1に形成された第 1 貫通孔 4 2が遮断装置 2 1によって外側から覆われる。

また、 スタックケース 1 2の第 1貫通孔 4 2には、 スタックケース 1 2内 の燃料電池スタック 1 1に図示しないリレーを介して接続された出力バス パ 4 5が露出されている。

図 5に示すように、 遮断装置 2 1には、 入力端子 5 1と出力端子 5 2とが 一対ずつ設けられ、 プラグ着脱部 3 3側へ向かって突出するように交互に配 置されている。 それぞれの入力端子 5 1には、 接続バスパ 5 3が接続され、 出力端子 5 2には、 連結バスパ 5 4が接続されている。 接続パスバ 5 3は、 スタックケース 1 2の内方へ向かって屈曲され、 さらに下方へ向かって延在 されている。

このように、 本実施形態においては、 これら入力端子 5 1と接続バスパ 5 3とにより、 本発明に係る燃料電池スタックの出力端子部の一例が構成され ている。

遮断装置 2 1には、 その下方側に、 前記スタックケース 1 2の取付部 4 1 に形成された第 1貫通孔 4 2と連通することにより、 スタックケース 1 2の 外側から内側へのアクセスを可能とする保守点検用の孔 （いわゆるサービス ホール） を構成する第 2貫通孔 5 5が形成されており、 この第 2貫通孔 5 5 には、 平面視にて接続パスバ 5 3の端部が配置されている。

この第 2貫通孔 5 5には、 外面側から閉鎖蓋 5 6がビス止めされて取り付 けられるようになつており、 この閉鎖蓋 5 6を取り付けることにより、 第 2 貫通孔 5 5ひいては保守点検用の孔が閉鎖される。

また、 遮断装置 2 1には、 その一側部に、 ケーブル接続部 6 1が形成され ている。 このケーブル接続部 6 1には、 一対の端子 6 2が配置されており、 これら端子 6 2には、 ボルト 5 7及びナット 5 8によって連結バスパ 5 4が 接続されている。 このケーブル接続部 6 1には、 パワーコントロールュニッ ト 2 3に繋がる出力ケーブル 2 2が固定されており、 これら出力ケーブル 2 2の導線が端子 6 2に接続されている。

遮断装置 2 1のプラグ着脱部 3 3に取り付けられるサービスプラグ 3 2 は、 4つの接続端子 7 1を備えており、 このサービスプラグ 3 2をプラグ着 脱部 3 3に取り付けることにより、 このサービスプラグ 3 2の接続端子 7 1 に、 遮断装置 2 1側の入力端子 5 1及び出力端子 5 2が嵌合する。 これによ り、 互いに隣り合う入力端子 5 1と出力端子 5 2とが、 サービスプラグ 3 2 を介して導通される。

このように、 本実施形態においては、 これら接続端子 7 1により、 本発明 に係る遮断装置において出力ケーブルと出力端子部とを電気的に相互接続 する接続部の一例が構成されている。

さらに、 本発明の遮断装置は、 負荷 （本実施形態では、 パワーコントール ユニット 2 3 ) に電気的に接続された第 1の端子 （本実施形態では、 出力端 子 5 2 ) と、 この第 1の端子から離間すると共に、 燃料電池スタック 1 1の 出力端子 （本実施形態では、 接続パスバ 5 3 ) に電気的に接続された第 2の 端子 （本実施形態では、 入力端子 5 1 ) と、 これら第 1及ぴ第 2の端子間を 導通させる導通体 （本実施形態では、 接続端子 7 1 ) を含むものである。 こ の導通体は、 ユーザの機械的な操作に応じて、 第 1及び第 2の端子間を導通 させる位置と、 導通させない位置との間で変位する。

また、 本発明及び本実施形態に係る遮断装置は、 第 1及び第 2の端子を支 持する台座や、 第 2の端子を覆うカバー等を含む筐体を有する。 そして、 そ の筐体がスタックケース 1 2に形成された第 1貫通孔 （サービスホール） の 周縁に設けられており、 スタックケース 1 2における第 1貫通孔の周縁を補 強する役割を果たす。

なお、 本発明の遮断装置としては、 本実施形態のように、 導通体が遮断装 置本体 （本実施形態では、 プラグ着脱部 3 3とケーブル接続部 6 1 ) 力 ら分 離可能な構成のほか、 導通体が第 1及び第 2端子間に対して変位可能に遮断 装置本体に一体化された、 いわゆるブレーカのような構成も含む。

以上のように構成された遮断装置 2 1をスタックケース 1 2の一側部に、 第 1貫通孔 4 2を覆うように取り付けると、 接続パスバ 5 3の端部が、 燃料 電池スタック 1 1に接続された出力バスパ 4 5に重ねられる。 この状態にて、 第 2貫通孔 5 5から接続パスバ 5 3と出力パスバ 4 5とをボルト 5 9によ つて締結して導通させることができるようになっている。

そして、 第 2貫通孔 5 5にて接続バスバ 5 3と出力バスパ 4 5とを締結さ せたら、 第 2貫通孔 5 5を覆うように閉鎖蓋 5 6をあてがい、 この閉鎖蓋 5 6をビス止めすることにより、 保守点検用の孔を構成する第 1貫通孔 4 2と 第 2貫通孔 5 5とが閉鎖蓋 5 6によって閉鎖され、 スタックケース 1 2内が シールされる。

上記遮断装置 2 1を備えた燃料電池 1 0では、 燃料電池スタック 1 1にて 生じた電力 （出力） は、 出力パスバ 4 5から接続バスバ 5 3、 サービスプラ グ 3 2、 連結パスパ 5 4、 出力ケーブル 2 2を介して、 スタックケース 1 2 の外側に設けられているパワーコントロールュニット 2 3に送られる。

燃料電池 1 0をメンテナンスする際には、 まず、 遮断装置 2 1のサービス プラグ 3 2をプラグ着脱部 3 3から取り外す。 このようにすると、 入力端子 5 1及ぴ出力端子 5 2がサービスプラグ 3 2の接続端子 7 1から引き抜か れ、 隣り合う入力端子 5 1と出力端子 5 2との間が電気的に遮断され、 燃科 電池 1 0の高電圧に対する安全が確保される。

この状態にて閉鎖蓋 5 6を取り外すことにより、 第 2貫通孔 5 5から更に 第 1貫通孔 4 2を介して、 スタックケース 1 2内に収容された燃料電池スタ ック 1 1やこれに付帯する部品等の保守点検を行うことが可能となる。 保守点検の終了後は、 第 2貫通孔 5 5の開口縁に閉鎖蓋 5 6を取り付ける ことにより、 第 2貫通孔 5 5およびこれに連通する第 1貫通孔 4 2を確実に 閉鎖することにより、 スタックケース 1 2内をシールする。 しかる後、 遮断 装置 2 1のプラグ着脱部 3 3にサービスプラグ 3 2を取り付け、 燃料電池ス タック 1 1からの出力をパワーコントロールュニット 2 3等の外部装置に 供給可能な状態とする。

以上、 説明したように、 上記実施形態に係る燃料電池 1 0によれば、 剛体 からなる遮断装置 2 1の筐体に第 2貫通孔 5 5を形成し、 第 2貫通孔 5 5を 閉鎖蓥 5 6によって閉鎖する構造としたので、 第 2貫通孔 5 5の開口縁の平 面度を高くすることができる。 これにより、 第 2貫通孔 5 5を閉鎖する閉鎖 蓋 5 6を第 2貫通孔 5 5の開口縁へ安定的に接触させ得て、 第 2貫通孔 5 5 とこれに連通する第 1貫通孔 4 2とで構成される保守点検用の孔における 良好なシール性を確保することができる。

また、 プレス成形されるスタックケース 1 2へ後加工によつて保守点検用 の孔を精度良く形成しなければならないことによるコストアップを抑える ことができる。 つまり、 この燃料電池 1 0によれば、 コストアップを招くこ となく、 第 1貫通孔 4 2と第 2貫通孔 5 5とで構成される保守点検用の孔を 設けることができ、 しかも、 この保守点検用の孔における良好なシール性を 確保することができる。

なお、 サービスホール （上記実施形態では、 第 1貫通孔 4 2及ぴ第 2貫通 孔 5 5 ) は、 例えばサービスプラグ 3 2の端子 （上記実施形態では、 接続端 子 7 1 ) と燃料電池スタック 1 1の出力端子 （上記実施形態では、 接続バス バ 5 3 ) とを導通させる際に、 保守点検者が利用する貫通孔としても利用す ることができる。 この用途で利用する場合には、 燃料電池スタック 1 1の出 力端子が露出するようにサービスホール 3 2が設けられる。

ここでいう燃料電池スタック 1 1の出力端子とは、 セル積層体と共に締結 されたターミナルプレートから導線を介して取り回された端子であっても 良いし、 ターミナルプレートの一部であっても良い。

Claims

請求の範囲

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、

前記燃料電池スタックの出力を前記スタックケースの外側に設けられた 装置へ出力する出力ケーブルと前記燃料電池スタックの出力端子部とを電 気的に相互接続する接続部を含むと共に、 前記スタックケース外からの機械 的操作により前記接続部による相互接続を遮断可能な遮断装置と、 を備えた 燃料電池であって、

前記スタックケースには、 その外側から内側への保守点検を可能にする第 1貫通孔が形成されていると共に、 この第 1貫通孔を外側から覆うように前 記遮断装置が取り付けられており、

前記遮断装置は、 その筐体が剛体からなると共に、 前記第 1貫通孔と連通 して前記スタックケースの内外を連通させる第 2貫通孔と、 該第 2貫通孔を 閉鎖する閉鎖蓋と、 を備える燃料電池。

2 . 請求項 1に記載の燃料電池において、

前記遮断装置の筐体は、 アルミニウムを削り出して枠状に形成した剛体か らなる燃料電池。