JP2010272458A - 燃料電池システムの電気接続構造およびこれを用いた燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の出力側端子と電圧変換装置の入力側端子とが近接して配置され且つ両端子間に位置誤差が生じた場合にも、両端子間の電気接続作業を容易なものにできる燃料電池システムの電気接続構造を提供する。
【解決手段】反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池１２と、この燃料電池１２の出力電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ７６とを備える燃料電池システムの電気接続構造１０であって、燃料電池１２から延出する出力側端子１３と、電ＤＣ／ＤＣコンバータ７６から延出する入力側端子７７と、出力側端子１３および入力側端子７７間を電気接続する編組フレキシブルバスバー１６とを含み、燃料電池１２の出力側端子１３とＤＣ／ＤＣコンバータ７６の入力側端子７７とは、上下方向に離間するが端子延出方向に関してだけ見れば重なる部分が存在する位置関係に配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池システムの電気接続構造およびこれを用いた燃料電池システムに係り、特に、燃料電池と燃料電池の出力電圧を変換する電圧変換器との電気接続構造およびそれを用いた燃料電池システムに関する。

従来、燃料である水素および酸化ガスである空気中の酸素が反応ガスとして供給されて電気化学反応により発電する燃料電池が知られている。燃料電池は、地球温暖化の一因とされる二酸化炭素を排出しないクリーンな発電装置であり、モータを動力源とする電動車両の電源装置として期待されている。

燃料電池を車載電源として用いる場合、燃料電池から出力される直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧し、昇圧後の直流電圧をインバータで交流電圧に変換し、この交流電圧をモータに印加して駆動することにより走行用駆動力を得る一方、回生制動時にモータから出力される回生電力を蓄電装置に充電することが考えられる。

例えば、特許文献１には、車両に搭載された推進用のモータ（１６）と、モータ（１６）に対して並列に接続された燃料電池（１１）および蓄電装置（１３）と、燃料電池（１１）とモータ（１６）との間に配置された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ（１２）と、蓄電装置（１３）とモータ（１６）の間に配置された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ（１４）と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ（１２）の入力電流を検出する第２電流センサ（３５）と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ（１４）の出力電圧を検出するシステム電圧センサ（３１）と、第２電流センサ（３５）で検出した電流値が目標電流となるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ（１２）をフィードバック制御し、システム電圧センサ（３１）で検出した電圧値が目標電圧となるようにフィードバック制御する制御装置（２２）とを備える、燃料電池車両の電源システムが開示されている。

特開２００７−３１８９３８号公報

上記特許文献１に開示されるように燃料電池から供給される直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧してモータの駆動電圧として用いる構成において、燃料電池、燃料に反応ガスを供給する反応ガス供給系、ＤＣ／ＤＣコンバータやモータ等の電力系を車両に搭載する際の車載スペース（例えばエンジンコンパートメント内）が限られていることから、燃料電池とコンバータとが近接して配置されて、燃料電池の出力側端子とＤＣ／ＤＣコンバータの入力側端子とが近接した位置関係で設けられることがある。

燃料電池の出力側端子とＤＣ／ＤＣコンバータの入力側端子とを電気的に接続するには、電力用配線を用いるのが好適である。電力用配線は、一般に、エナメル等により絶縁被覆された太い銅線の両端にリング状をなす金属製の端子片が接続されて構成される。

燃料電池およびＤＣ／ＤＣコンバータが車体の一部をなすフレームに固定されたとき、燃料電池およびＤＣ／ＤＣコンバータの製造誤差やフレームの撓み等に起因して燃料電池の出力側入力とＤＣ／ＤＣコンバータの入力側端子との間に距離や向きに関する誤差（以下、「位置誤差」という）が生じることがある。この場合、両者間を接続する電力用配線でその位置誤差を吸収させるために電力用配線を曲げたりねじったりしながら接続作業を行わなければならないが、上記のように太い銅線を含む電力用配線は剛性が大きいために曲げたりするのに相当程度の力を要するため、両端子間の電気接続作業が困難なものになるという問題がある。

特に、燃料電池とＤＣ／ＤＣコンバータとが近接配置されていて作業空間として使える両者間のスペースが狭く、且つ、燃料電池の出力側端子とＤＣ／ＤＣコンバータの入力側端子とが近接した位置関係にあって比較的短い電力用配線を用いる場合には、この問題が顕著になる。

本発明の目的は、燃料電池の出力側端子と電圧変換装置の入力側端子とが近接して配置され且つ両端子間に位置誤差が生じた場合にも、両端子間の電気接続作業を容易なものにできる燃料電池システムの電気接続構造（以下、適宜に「電気接続構造」とだけいう）およびこれを用いた燃料電池システムを提供することにある。

本発明に係る燃料電池システムの電気接続構造は、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、この燃料電池の出力電圧を変換する電圧変換装置とを備える燃料電池システムの電気接続構造であって、燃料電池から延出する出力側端子と、電圧変換装置から延出する入力側端子と、前記出力側端子および前記入力側端子間を電気接続する編組フレキシブルバスバーとを含み、前記燃料電池の出力側端子と前記電圧変換装置の入力側端子とは、互いに離間するが端子延出方向に関してだけ見れば重なる部分が存在する位置関係に配置されている。

本発明の燃料電池システムの電気接続構造において、燃料電池と電圧変換装置とは横方向に近接して配置されており、燃料電池の電圧変換装置に対向する側端面に突設された出力側端子と、電圧変換装置の燃料電池に対向する側端面に突設された入力側端子とが相対する方向に延出して形成されていてもよい。

また、本発明の燃料電池システムの電気接続構造において、燃料電池と電圧変換装置とは上下方向に近接して配置されており、燃料電池の側端面に突設された出力側端子と、燃料電池の側端面と同方向の電圧変換装置の側端面に突設された入力側端子とが、同じ方向に延出して形成されていてもよい。

また、本発明の燃料電池システムの電気接続構造において、燃料電池の出力側端子と電圧変換装置の入力側端子と編組フレキシブルバスバーとは、絶縁性および防水性のカバー部材により覆われているのが好ましい。この場合、カバー部材の内面には導電層が形成されていてもよい。

また、本発明の燃料電池システムの電気接続構造において、前記電圧変換装置は、燃料電池から出力される直流電圧を昇圧可能なＤＣ／ＤＣコンバータ、または、燃料電池から出力される直流電圧を交流電圧に変換可能なインバータであってよい。

さらに、本発明に係る燃料電池システムは、上記いずれかの構成を有する燃料電池の電機接続構造によって接続される燃料電池および電気変換装置と、前記電気変換装置に接続されて電力供給される負荷と、前記負荷に対して充放電可能に前記燃料電池と並列接続される蓄電装置と、を備える。

本発明に係る燃料電池システムの電気接続構造およびこれを用いた燃料電池システムによれば、端子延出方向に関してだけ見れば重なる部分が存在する位置関係で互いに離間して配置されている燃料電池の出力側端子と電圧変換装置の入力側端子とを編組フレキシブルバスバーで電気的に接続している。編組フレキシブルバスバーは曲げやねじりに対する柔軟性に優れているため、上記のような位置関係で離間して配置された出力側端子および入力側端子間に位置誤差が生じた場合でも、その位置誤差を簡単に吸収して両端子間の電気接続作業を容易に行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態の電気接続構造を適用した燃料電池システムの概略構成図である。 図２は、本発明の一実施形態の電気接続構造を示す斜視図である。 図３は、図２に示す電気接続構造の側面図である。 図４は、図２に示す電気接続構造の平面図である。 図５は、電気接続構造に含まれる編組フレキシブルバスバーと防水ブーツとを示す図である。 図６は、防水ブーツの内面に導電層が形成された例を示す図５と同様の図である。 図７は、編組フレキシブルバスバーを約９０度に曲げた状態を示す図である。 図８は、編組フレキシブルバスバーを図７に示す状態から更に所定角度ひねった状態を示す図である。 図９は、燃料電池とＤＣ／ＤＣコンバータを上下方向に配置したときの電気接続構造を示す側面図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

図１は、本発明の一実施形態である燃料電池システムの電気接続構造１０を適用した燃料電池システム１が燃料電池車両の車載電源システムとして用いられている例を示すシステム全体の概略構成図である。

燃料電池システム１は、反応ガスである水素および酸素（空気）の供給を受けて発電する燃料電池スタック（燃料電池）１２と、空気を燃料電池スタック１２に供給するための空気供給系４０と、燃料としての水素を燃料電池スタック１２に供給するための水素供給系５０と、電力の充放電を制御するための電力系７０と、システム全体を統括制御する制御装置１００とを備える。

燃料電池スタック１２は、多数の燃料電池セルを電気的に直列接続した状態で積層してなるセルスタックである。燃料電池セルは、固体高分子電解質膜と、アノード側電極と、カソード側電極と、セパレータとから構成されている。アノード側電極及びカソード側電極は、高分子電解質膜を両側から挟持してサンドイッチ構造をなす拡散電極である。ガス不透過の導電性部材から構成されるセパレータは、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟持しつつ、アノード側電極及びカソード側電極との間にそれぞれ複数の溝状凹部からなる水素及び空気の流路を形成している。

燃料電池セルのアノード側電極は、白金系の金属触媒を担持するカーボン粉末を主成分とし、固体高分子電解質膜に接する触媒層と、触媒層の表面に形成され、通気性と電子導電性とを併せ持つガス拡散層とを有する。同様に、カソード側電極は、触媒層とガス拡散層とを有する。例えば、触媒層は、白金、又は白金と他の金属からなる合金を担持したカーボン粉を適当な有機溶媒に分散させ、電解質溶液を適量添加してペースト化し、高分子電解質膜上にスクリーン印刷して形成されている。また、ガス拡散層は、例えば、炭素繊維から成る糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパ、又はカーボンフェルトにより形成されている。高分子電解質膜は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を発揮する。

このように構成される各燃料電池セルにおいて、アノード側電極に水素が供給されてＨ2 → ２Ｈ+＋２ｅ-で表される酸化反応が生じ、カソード側電極に空気が供給されて（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏで表される還元反応が生じ、燃料電池セル全体としてはＨ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏで表される電気化学反応が生じることになる。そして、各燃料電池セルのアノード側電極で水素から放出された電子が集電され、発電電力として燃料電池スタック１２から後述する電気接続構造１０を介して電力系７０に供給される。

空気供給系４０は、燃料電池スタック１２の空気極に供給される空気が流れる空気供給通路４１と、燃料電池スタック１２から排出される空気が流れる空気排出通路４２とを有している。空気供給通路４１には、エアフィルタ４３を介して大気中から空気を取り込むエアコンプレッサ４４と、エアコンプレッサ４４により圧縮加圧される空気を適度に加湿するための加湿器４５と、燃料電池スタック１２への空気供給を遮断するための遮断弁４６とが設けられている。一方、空気排出通路４２には、燃料電池スタック１２からの空気の排出を遮断するための遮断弁４７と、空気供給圧を調整するための調圧弁４８とが設けられている。また、空気排出通路４２は加湿器４５を貫通して設けられており、燃料電池スタック１２から空気と一緒に排出された生成水が加湿器４５内を流れる際に多孔質体によって回収されて、空気供給通路４１を介して供給される空気の加湿に利用されるように構成されている。

水素供給系５０は、例えば高圧水素タンクなどからなる水素供給源５２と、水素供給源５２から燃料電池スタック１２の燃料極に供給される水素ガスが流れる水素供給通路５４と、燃料電池スタック１２から排出される水素オフガスが流れる水素排出通路５６と、水素排出通路５６から分岐して水素供給通路５４に接続される循環通路５８と、燃料電池スタック１２から排出された水素オフガスを水素排出通路５６から循環通路５８を介して水素供給通路５４へ循環供給するための循環ポンプ６０と、を含んで構成されている。

水素供給源５２から燃料電池スタック１２に接続する水素供給通路５４には、水素ガス供給方向の上流側から順に、水素供給源５２からの水素ガスの流出を遮断する遮断弁６１と、水素供給源５２から噴出する水素ガスを適度に減圧すると共に水素供給量を制御するインジェクタ６２、燃料電池スタック１２への水素ガス供給を遮断するための遮断弁６３、および、燃料電池スタック１２に供給される水素ガスの圧力を検出する圧力センサ６４が設置されている。一方、水素排出通路５６には、水素オフガス排出方向の上流側から順に、燃料電池スタック１２からの水素オフガス排出を遮断するための遮断弁６６と、水素オフガスをシステム外に排出する際に開弁される水素オフガス排出用遮断弁６８とが設置されている。

上記空気供給系４０および水素供給系５０に含まれる遮断弁４６，４７，４８，６１，６３，６６，６８には、制御装置１００からの指令を受けて開弁または閉弁する電磁弁などが好適に用いられる。また、調圧弁４８やインジェクタ６２には、電磁駆動力により開閉可能な弁体を有する電磁式の開閉弁などにより好適に構成され、弁体の開度や開弁時間が制御されることによって通過する空気および水素のガス流量やガス圧を調整できるようになっている。

電力系７０は、燃料電池スタック１２の出力電流および出力電圧を検出する電流センサ７２および電圧センサ７４、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換装置）７６、バッテリ（蓄電装置）７８、バッテリ電流およびバッテリ電圧を検出する電流センサ８０および電圧センサ８２、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換装置）８４、平滑コンデンサ８６、平滑コンデンサ８６の端子間電圧であるインバータ入力電圧（「システム電圧」ということがある）を検出する電圧センサ８８、インバータ９０、およびモータ（負荷）９２を含む。燃料電池１２および第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６と、バッテリ７８および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ８４とは、インバータ９０およびモータ９２に対して並列に接続されている。

第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６は、燃料電池スタック１２から供給される直流電圧を昇圧して出力する機能を有し、電気接続構造１０によって燃料電池スタック１２の出力側端子に電気的に接続される。また、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ８４は、バッテリ７８から供給される直流電圧を昇圧して出力する機能と、燃料電池スタック１２から第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６を介して供給される直流電力、又は回生制動によりモータ９２が回収した回生電力を降圧してバッテリ７８に充電する機能とを有する。第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７６，８４は、制御装置１００から受信する制御信号に従って作動して、上記のような昇圧または降圧機能が実行される。

バッテリ７８は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ７８としては、例えばニッケル水素電池やリチウム二次電池等の二次電池が好適に用いられる。ただし、バッテリに代えて、内部での化学反応を伴わずに蓄電可能なキャパシタが蓄電装置として用いられてもよい。バッテリ７８のＳＯＣ（State of charge）は、電流センサ８０の検出値が入力される制御装置１００がバッテリ電流を積算することによって監視されている。

第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６および／または第２ＤＣ／ＤＣコンバータ８４から出力された直流電圧は、平滑コンデンサ８６に充電されて平滑化された後、インバータ９０にシステム電圧として供給される。インバータ９０は、例えばパルス幅変調制御方式や矩形波制御方式で駆動されるインバータであり、制御装置１００からの制御信号に従って内部の電力用スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ等）がオン・オフ制御されることで、燃料電池スタック１２またはバッテリ７８から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、モータ９２の回転トルクを制御する。モータ９２は、例えば三相同期型の交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。モータ９２の出力軸は、減速機や差動ギヤ機構等の動力伝達機構９４に連結されており、モータ９２の動力は動力伝達機構を介して車軸９６に伝達され、これにより車輪９８が回転駆動されるようになっている。

制御装置１００は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システム１の各部を制御する。例えば、制御装置１００は、ユーザによるオン操作によってイグニッションスイッチから出力される起動信号ＩＧを受信すると、燃料電池システム１の運転を開始する。そして、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ＡＣＣや、車速センサから出力される車速信号ＳＶなどを基に、システム全体の要求電力を求める。システム全体の要求電力は、車両走行用動力を出力するモータ９２の駆動に必要とされる電力と車載補機類で消費される電力との合計値である。なお、車載補機類には、例えば、エアコンプレッサ、水素ポンプ、変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置、車内空間用装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）が含まれる。

制御装置１００は、燃料電池スタック１２とバッテリ７８とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、燃料電池スタック１２の発電量が目標電力に一致するように、空気供給系４０及び水素供給系５０を制御するとともに、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６を昇圧制御して、燃料電池スタック１２の出力電圧を調整する。また、制御装置１００は、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をインバータ９０に出力し、モータ９２の出力トルク及び回転数を制御する。

次に、図２ないし５を参照して本実施形態の電気接続構造１０について説明する。図２は電気接続構造１０を示す斜視図、図３は図２に示す電気接続構造１０の側面図、図４は図２に示す電気接続構造１０の平面図、図５は電気接続構造１０に含まれる編組フレキシブルバスバー１６と防水ブーツ（カバー部材）１８とを示す図である。

電気接続構造１０は、互いに横方向または水平方向に近接して対向配置されている燃料電池スタック１２と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６との間に設けられている。図３に示すように、燃料電池スタック１２は車体または車台の一部をなすフレーム３上に取り付けられて支持されており、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６は車体または車台の一部をなす別のフレーム２上に取り付けられて支持されている。

ただし、電気接続構造１０は、燃料電池スタック１２および第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６が同一フレーム上に支持されている場合にも当然に適用可能である。また、図３では燃料電池スタック１２と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６の各底面が同じ高さに固定されている状態を示すが、これに限定されるものではなく、上下方向に異なる高さに固定されていてもよい。

図２に示すように、電気接続構造１０は、燃料電池スタック１２に設けられる出力側端子１３と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６に設けられる入力側端子７７と、両端子１３，７７を電気的に接続する編組フレキシブルバスバー１６と、接続状態で両端子１３，７７および編組フレキシブルバスバー１６を覆う防水ブーツ１８とから構成される。

燃料電池スタック１２の出力側端子１３は、スタック内部で発電した直流電圧をスタック外部に出力するための金属製の端子であり、正極用および負極用の２つの端子によって構成されている。出力側端子１３は、燃料電池スタック１２の第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６に対向する側端面１２ａから第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６側に延出して形成されている。出力側端子１３の先端部には、ネジ挿通穴が貫通形成されている。

一方、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６の入力側端子７７は、燃料電池スタック１２の出力電圧を受け取るための端子であり、上記出力側端子１３と同様に、正極用および負極用の２つの端子によって構成されている。入力側端子７７は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６の燃料電池スタック１２に対向する側端面７６ａから燃料電池スタック１２側に延出して形成されている。すなわち、入力側端子７７の延出方向と出力側端子１３の延出方向とは、相対する方向となっている。また、入力側端子７７の先端部には、ネジ挿通穴が貫通形成されている。

なお、本実施形態では、出力側端子１３が下方で入力側端子７７が上方に位置しているが、この反対の位置関係、すなわち出力側端子１３が上方で入力側端子７７が下方に位置していてもよい。また、出力側端子１３および入力側端子７７に形成されるネジ挿通穴は、単なる貫通穴ではなく、内周面に雌ねじが形成されたネジ穴として形成されてもよい。これにより、後述する電気接続作業の際にボルト締結用のナットが不要になる。

燃料電池スタック１２の出力側端子１３と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６の入力側端子７７とは、図３に示すように、上下方向に互いに離間するが、端子が延出する方向（すなわち図３中の左右方向）に関してだけ見れば重なる部分が存在する位置関係に配置されている。このような位置関係に出力側端子１３および入力側端子７７を配置することで、各端子１３，７７が支障になることなく燃料電池スタック１２と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６とを近接して設置することが可能になる。

なお、図４では、出力側端子１３と入力側端子７７とが鉛直方向に沿って整列して配置された例を示すが、これに限定されるものではない。例えば、上記のような位置関係を満たす限りにおいて、出力側端子１３と入力側端子７７とが横方向または水平方向にずれて配置されていてもよい。

出力側端子１３と入力側端子７７とは、正極用および負極用の２つの編組フレキシブルバスバー１６によってそれぞれ接続されている。図５に示すように、編組フレキシブルバスバー１６は、例えばスズメッキ導線を平編みして形成される可撓性および伸縮性を有する導電性帯状体からなる編組線２０と、編組線２０の両端にカシメ等の方法によって連結される例えば導電性金属筒体からなる矩形状の接続部２２，２４とからなっている。各接続部２２，２４の略中央位置には、ネジ挿通穴２５が形成されている。

また、編組フレキシブルバスバー１６には、接続作業の前に、防水ブーツ１８を編組線２０に周囲にしわを寄せて縮めた状態で装着しておくのが好ましい。このようにしておけば、編組フレキシブルバスバー１６の接続部２２，２４を各端子１３，７７に接続した後、速やかに防水ブーツ１８を引き伸ばして展開した状態にすることができる。

防水ブーツ１８は、絶縁性、防水性および可撓性を有する筒状体、例えばゴムチューブやプラスチックチューブ等で構成されるのが好適である。このような防水ブーツ１８によって電気接続された各端子１３，７７および編組フレキシブルバスバー１６が覆われることで、燃料電池スタック１２と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６との間の電気接続部について、絶縁性と防水性を確保することができる。

また、図６に示すように、防水ブーツ１８の内面には、可撓性を有する導電性シートを貼着する等の方法によって導電層１９が形成されてもよい。このようにすれば、燃料電池スタック１２と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６との間の電気接続部を防水ブーツ１８が覆ったときに電磁シールド機能を果たすことができる。

なお、燃料電池スタック１２と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６との間の電気接続部に関する絶縁性や防水性は、例えば燃料電池スタック１２や電力系７０の一部を収容する燃料電池ケース（図示せず）等の他の部材や手段で担保することも可能であるため、防水ブーツは本発明の電気接続構造における必須の構成要素ではない。

続いて、電気接続構造１０の組立手順について説明する。
図３に示すように燃料電池スタック１２および第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６がフレーム２，３上にそれぞれ取り付けられた後に、電気接続構造１０を構成する編組フレキシブルバスバー１６を取り付ける。編組フレキシブルバスバー１６には、図５，６に示すように、防水ブーツ１８が予め装着されている。

まず、上方に位置する第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６の入力側端子７７に、編組フレキシブルバスバー１６の一方端の接続部２２をボルト２６およびナット２８を用いて連結する。その後、下方に位置する燃料電池スタック１２の出力側端子１３に、編組フレキシブルバスバー１６の他方端の接続部２４をボルト２６およびナット２８を用いて連結する。

このようにして燃料電池スタック１２の出力側端子１３と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６の入力側端子７７とを編組フレキシブルバスバー１６によって電気的に接続した後、防水ブーツ１８を両側に引き伸ばして出力側端子１３、編組フレキシブルバスバー１６および入力側端子７７の全体を覆った状態にする。防水ブーツ１８の両端部は、適当な固定手段（例えば接着剤等）によってずれないように固定されてもよいし、あるいは、それ自身が有する弾性力によって端子に密着してずれないようにしてもよい。

上記のように編組フレキシブルバスバー１６の接続作業を行うとき、燃料電池スタック１２および第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６の製造誤差やフレーム２，３の撓み等に起因して燃料電池スタック１２の出力側入力１３と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６の入力側端子７７との間に位置誤差が生じている場合があるが、編組フレキシブルバスバー１６は曲げやねじりに対する柔軟性に優れ且つ伸縮性も有しているため、上記のような位置誤差を簡単に吸収できて両端子１３，７７間の電気接続作業を容易に行うことができる。

なお、本実施形態の電気接続構造１０が適用される燃料電池システム１では、燃料電池スタック１２の出力側端子１３と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６の入力側端子７７とが縦方向または鉛直方向に整列されており、編組フレキシブルバスバー１６がほぼ真っ直ぐな状態で接続されるように説明および図示したが、これに限定されるものではない。

例えば、図７に示すように、編組フレキシブルバスバー１６を例えば約９０度曲がった状態で接続されるように出力側端子１３および入力側端子７７の位置、形状、向き等を設計してもよいし、あるいは、図８に示すように、編組フレキシブルバスバー１６を例えば約９０だけ曲げて更にひねった状態で接続されるように出力側端子１３および入力側端子７７の位置、形状、向き等を設計してもよい。このように編組フレキシブルバスバー１６を用いて電気的接続を行うことで、燃料電池スタック１２の出力側端子１３および第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６の入力側端子７７の設計の自由度が大きくなる利点がある。

また、上記実施形態では、燃料電池スタック１２と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６とが横方向に近接して配置されるものとして説明したが、本発明に係る電気接続構造は、図９に示すように、フレーム２上に固定された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６の上方に近接した位置に燃料電池スタック１２を別のフレーム４で支持して配置し、燃料電池スタック１２および第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６の同方向の側端面１２ａ，７６ａから出力側端子１３および入力側端子７７を同じ方向にそれぞれ延出して形成されている場合にも適用可能である。

また、上記実施形態では、電気接続構造１０が燃料電池スタック１２と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７６との接続に用いられるものとして説明したが、昇圧コンバータを用いない燃料電池システムにおいては燃料電池とこれに接続されるインバータとの間の電気接続に本発明の電気接続構造が適用されてもよい。

さらに、上記実施形態では燃料電池システム１が燃料電池車両に搭載されるものとして説明したが、本発明が適用される燃料電池システムはこの用途に限定されるものではなく、例えば、燃料電池車両以外の移動体（ロボット、船舶、航空機等）や産業機械（建設機械、農業機械等）の電力源として搭載されてもよいし、あるいは、住宅やビル等の発電設備（定置用発電システム）として用いられてもよい。

１ 燃料電池システム、２，３，４ フレーム、１０ 電気接続構造、１２ 燃料電池スタック、１２ａ 側端面、１３ 出力側端子、１６ 編組フレキシブルバスバー、１８ 防水ブーツ、１９ 導電層、２０ 編組線、２２，２４ 接続部、４０ 空気供給系、５０ 水素供給系、７０ 電力系、７６ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、７６ａ 側端面、７７ 入力側端子、７８ バッテリ、８４ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、９０ インバータ、９２ モータ、１００ 制御装置。

Claims (7)

1. 反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、この燃料電池の出力電圧を変換する電圧変換装置とを備える燃料電池システムの電気接続構造であって、
   燃料電池から延出する出力側端子と、電圧変換装置から延出する入力側端子と、前記出力側端子および前記入力側端子間を電気接続する編組フレキシブルバスバーとを含み、
   前記燃料電池の出力側端子と前記電圧変換装置の入力側端子とは、互いに離間するが端子延出方向に関してだけ見れば重なる部分が存在する位置関係に配置されている、燃料電池システムの電気接続構造。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムの電気接続構造において、
   燃料電池と電圧変換装置とは横方向に近接して配置されており、燃料電池の電圧変換装置に対向する側端面に突設された出力側端子と、電圧変換装置の燃料電池に対向する側端面に突設された入力側端子とが相対する方向に延出して形成されていることを特徴とする、燃料電池システムの電気接続構造。
3. 請求項１に記載の燃料電池システムの電気接続構造において、
   燃料電池と電圧変換装置とは上下方向に近接して配置されており、燃料電池の側端面に突設された出力側端子と、燃料電池の側端面と同方向の電圧変換装置の側端面に突設された入力側端子とが、同じ方向に延出して形成されていることを特徴とする、燃料電池システムの電気接続構造。
4. 請求項１に記載の燃料電池システムの電気接続構造において、
   燃料電池の出力側端子と電圧変換装置の入力側端子と編組フレキシブルバスバーとは、絶縁性および防水性のカバー部材により覆われていることを特徴とする燃料電池システムの電気接続構造。
5. 請求項４に記載の燃料電池システムの電気接続構造において、
   カバー部材の内面には導電層が形成されていることを特徴とする燃料電池システムの電気接続構造。
6. 請求項１に記載の燃料電池システムの電気接続構造において、
   前記電圧変換装置は、燃料電池から出力される直流電圧を昇圧可能なＤＣ／ＤＣコンバータ、または、燃料電池から出力される直流電圧を交流電圧に変換可能なインバータであることを特徴とする燃料電池システムの電気接続構造。
7. 請求項１ないし６のいずれか１に記載の燃料電池システムの電気接続構造によって接続される燃料電池および電気変換装置と、
   前記電気変換装置に接続されて電力供給される負荷と、
   前記負荷に対して充放電可能に前記燃料電池と並列接続される蓄電装置と、
   を備える燃料電池システム。

Images