JP2013001343A

JP2013001343A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2013001343A
Application number: JP2011137184A
Authority: JP
Inventors: Makoto Takeyama; 誠武山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2013-01-07
Anticipated expiration: 2031-06-21
Also published as: JP5998433B2

Abstract

【課題】燃料電池システムを移動体に搭載する場合の安全性をより向上させる。
【解決手段】燃料電池システム１２は、移動体１０のフロアパネル１５の下に搭載される。燃料電池システム１２は、１面に開放部を有するケース１６と、開放部を被覆するカバー１８を備える。開放部は客室と反対方向に形成され、ケース１６内の異常燃焼が生じても客室への影響が生じない。また、カバー１８を鋼板で構成することで、路面との干渉による燃料電池システム１２の損傷を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池システムに関し、特に移動体搭載時の構造に関する。

燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池において、燃料電池を収納する筐体内でガス漏れが生じた場合においても安全性を確保する技術が提案されている。

例えば、下記の特許文献１には、水素を含む燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、制御器と、制御器に制御動作のための電力を供給する電源回路と、燃料電池、制御器、電源回路を収納する筐体と、筐体内における可燃性ガスの漏れを検知する可燃性ガス漏れ検出器と、筐体内部を換気する換気ファンとを備え、換気ファンの動作異常状態もしくは動作停止中で、かつ可燃性ガス漏れ検知器でガス漏れが検知された場合に、電源回路の動作を停止することが開示されている。

特開２０１０−２３８５２０号公報

ところで、燃料電池を収納する筐体あるいはケースの上方を開放部とし、当該開放部にカバーを被覆し、カバーに開口を設けることで仮に可燃性ガスが漏れたとしても開口から可燃性ガスを外部に拡散させることが可能であるが、このような構成の燃料電池をハイブリッド自動車や電気自動車等の移動体のフロアパネル下に搭載する場合、筐体内の異常燃焼によってカバーが変形し、このカバーの変形によりフロアパネルが変形し得る。また、筐体あるいはケースは一般に鋳物で構成されるため、移動時に路面と干渉すると筐体あるいはケースの破損が生じ得る。

本発明の目的は、燃料電池システムを移動体に搭載した際の移動体客室への影響を防止するとともに、路面との干渉によるシステムの破損をより一層有効に防止できる燃料電池システムを提供することにある。

本発明は、燃料電池スタックを収納するケースと、前記ケースの一面に形成された開放部を覆うカバーとを備え、前記カバーは前記ケースに固定され、前記ケースは移動体のフレームに固定され、前記ケースの一面に形成された前記開放部は、前記移動体の客室と反対方向に形成されることを特徴とする。

本発明の１つの実施形態では、前記ケースは、前記移動体のフロアパネル下に搭載され、前記開放部は、鉛直下方方向に形成される。

また、本発明の他の実施形態では、前記ケースは鋳鉄で構成され、前記カバーは鋼板で構成される。

また、本発明の他の実施形態では、前記ケースは、前記開放部の縁から突設するフランジを備え、前記フランジにより前記移動体のフレームに固定される。

本発明によれば、移動体に搭載した際の移動体客室への影響を防止するとともに、路面との干渉によるシステムの破損を防止できる。

実施形態の模式的説明図である。実施形態のケースの外観斜視図である。実施形態のケースの外観斜視図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図４の詳細図である。図２のＢ−Ｂ断面図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

図１に、本実施形態における燃料電池システムを移動体に搭載した場合の模式図を示す。ハイブリッド自動車や電気自動車等の移動体１０のフロアパネル下に、燃料電池システム１２が搭載される。燃料電池システム１２は、移動体１０のフロアパネル１５下に設けられたサブフレーム１４に支持される。図１に、燃料電池システム１２の一部拡大図を併せて示す。燃料電池システム１２は、複数の単セルを積層して構成される燃料電池スタックを収納するケース１６と、このケース１６の開放部を被覆するカバー１８から構成される。カバー１８は、ケース１６の端部においてケース１６に固定される。また、ケース１６はサブフレーム１４に固定される。サブフレーム１４は、移動体のフロアパネルに固定される。

ケース１６の開放部は、図１に示すように、燃料電池システム１２をフロアパネル下に搭載する場合に、移動体の客室と反対方向に設けられる。すなわち、燃料電池システム１２は、客室の下部に設けられる場合に、開放部は鉛直下方向に設けられる。

このように、燃料電池システム１２のケース１６の開放部を客室と反対方向に形成することで、仮にケース１６内で異常燃焼が生じた場合でも、カバー１８は客室とは反対方向に変形するため、客室への影響はない。

また、ケース１６は成形の容易性を考慮して鋳物等で構成されるが、カバー１８は平板であって成形性をケース１６ほど考慮する必要がなく、鋼板等を用いることができる。このため、移動体の移動時に路面と干渉しても、カバー１８の変形を防止でき、ケース１６内部の燃料電池スタック等を保護できる。

さらに、ケース１６はサブフレーム１４に固定されるが、ケース１６をサブフレーム１４に固定するためケース１６端部のフランジ等の成形が容易化される効果もある。すなわち、ケース１６の開放部が客室の方法、すなわち鉛直上方の場合には、ケース１６端部のフランジ等の成形はアンダーカットとなるため比較的困難となるが、ケース１６の開放部を鉛直下方とすることで、ケース１６端部はアンダーカットとならず、フランジ等の成形が容易となる。

図２に、本実施形態における燃料電池システムのケース１６の外観斜視図を示す。また、図３に、ケース１６を裏面側から見た外観斜視図を示す。ケース１６は、外観形状が略直方体であり、長辺方向が移動体の幅方向、短辺方向が移動体の前後方向となるように搭載される。ケース１６の端部、より具体的にはケース１６の開放部の縁には、３個のフランジ１７が突設される。

ケース１６は、燃料電池スタックと一体化して形成され、ダイカスト鋳造で大まかな形状を成形した後、機械加工により形成される。ケース１６は、例えば鋳物の適したアルミニウム材から構成される。ケース１６の肉厚は、２．５ｍｍ程度に設定される。

ケース１６、ケース１６の端部から突設された３個のフランジを用いてサブフレーム１４に固定される。フランジ１７には、ブッシュ型のマウントゴムが圧入され、燃料電池システムの水素ポンプ等の補機類の振動がサブフレーム１４に伝播することを抑制する。水素ポンプ等の補機類は、燃料電池スタックの積層方向端部に配置されるエンドプレートに取り付けられる。マウントゴムの特性は、燃料電池スタックを移動体に搭載した場合における移動体上下方向のバネ定数が、横方向のバネ定数よりも大きくなるように設定される。

図４に、図２におけるＡ−Ａ断面を示す。燃料電池スタック（ＦＣ）と一体化したケース１６の鉛直下方は開放部が形成されており、この開放部を被覆するようにカバー１８が設けられる。カバー１８は、ケース１６の端部１９でケース１６に固定される。また、ケース１６は、３個のフランジ１７を用いてサブフレーム１４にボルト固定される。

図５に、図４の詳細図を示す。ケース１６内であって燃料電池スタック（ＦＣ）の側部には、各セルの電圧や温度等を監視するセルモニタ２２が設けられる。また、燃料電池スタック（ＦＣ）の長手方向に沿ってシャフト２０が形成される。さらに、ケース１６と燃料電池スタック（ＦＣ）との間には、ケース１６と燃料電池スタック（ＦＣ）との絶縁性を維持するために絶縁シート２４−１，２４−２，２４−３，２４−４が配設される。絶縁シート２４−１は、燃料電池スタック（ＦＣ）の下部及び前側面に配設される。絶縁シート２４−２は、燃料電池スタック（ＦＣ）の上部に配設される。絶縁シート２４−３は、燃料電池スタック（ＦＣ）の上部のうち移動体の後部部分に配設される。絶縁シート２４−４は、燃料電池スタック（ＦＣ）の後側面に配設される。絶縁シート２４−１と、絶縁シート２４−４との間は、燃料電池スタック（ＦＣ）とセルモニタ２２とを接続するケーブルを通すために空隙２６が形成されている。また、絶縁シート２４−１と絶縁シート２４−２、及び絶縁シート２４−３と絶縁シート２４−４は互いにオーバラップするように配設される。例えば、絶縁シート２４−１と絶縁シート２４−２は、上部の絶縁シート２４−２が絶縁シート２４−１の上に重なるように部位２９でオーバラップされる。このように上部の絶縁シート２４−２，２４−３を下部の絶縁シート２４−１，２４−４の上に重なるようにオーバラップすることで、上方からの埃や水等の異物の侵入を防止できる。絶縁シート２４−１，２４−２，２４−３，２４−４は、例えばＰＥＴ等の樹脂から構成される。絶縁シート２４−１，２４−２，２４−３，２４−４は、ＰＥＴ材を高温にして折り曲げ加工することにより燃料電池スタック（ＦＣ）の外形にほぼ沿う形状に予め成形される。

なお、ケース１６の内面には、絶縁性を向上させるために絶縁シート２４−１，２４−２，２４−３，２４−４に加えてポリエチレン（ＰＥ）をコーティングしてもよい。

また、ケース１６とカバー１８とをシールするシール材を収容するための凹溝２８がケース１６に形成される。

図６に、図２のＢ−Ｂ断面を示す。燃料電池スタック（ＦＣ）のセル積層方向の端部にはエンドプレート３０が配設される。エンドプレート３０には、水素ポンプ３２や気液分離器３３、バルブアッシー３４等の補機類が取り付けられる。水素ポンプ３２等の補機類は、補機カバー３６で被覆される。補機カバー３６はエンドプレート３０に取り付けられる。

ケース１６の鉛直下方の開放部にはカバー１８が固定されるが、ケース１６のはりの厚さ分だけカバー１８と燃料電池スタック（ＦＣ）との間に空間４０が形成される。外部から水がケース１６内に浸入した場合、この空間４０に水が溜るため、燃料電池スタック（ＦＣ）の絶縁性が確保される。

以上のように、本実施形態では、ケース１６の開放部を移動体の客室とは反対方向に形成しているので、ケース１６内で異常燃焼が生じても客室側の変形が防止される。また、ケース１６は成形性を考慮して鋳鉄等から構成するものの、開放部を被覆するカバー１８は鋼板等から構成できるため、路面との干渉が生じても破損が防止される。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、本実施形態では、燃料電池システム１２を移動体のフロアパネル１５の下に搭載しているが、エンジンルーム内に搭載してもよく、この場合においてもケース１６の開放部は客室とは反対方向に形成するのが望ましい。エンジンルームが移動体の前方にある場合、ケース１６の開放部は結果的に移動体の前方方向に向くことになる。また、燃料電池システム１２を移動体の後部トランクに搭載してもよく、この場合においてもケース１６の開放部は客室とは反対方向に形成する。

また、本実施形態では、燃料電池スタック（ＦＣ）の絶縁性を確保するために４つの絶縁シート２４−１，２４−２，２４−３，２４−４を燃料電池スタック（ＦＣ）とケース１６並びにカバー１８との間に配設しているが、絶縁シートの枚数は特に限定されない。但し、少なくとも燃料電池スタック（ＦＣ）の上部を覆う絶縁シートと、燃料電池スタック（ＦＣ）の下部を覆うシートを備え、両シートを互いにオーバラップさせて配設するのが望ましい。

さらに、本実施形態では、ケース１６に突設された３個のフランジ１７でケース１６を移動体１０のサブフレーム１４に固定しているが、フランジ１７の数も特定に限定されるものではない。複数のフランジのうちの少なくとも１つは、エンドプレート３０に設けてもよい。

１０移動体、１２燃料電池システム、１４サブフレーム、１５フロアパネル、１６ケース、１７フランジ、１８カバー、２０シャフト、２２セルモニタ、２４−１，２４−２，２４−３，２４−４絶縁シート、２８凹溝、３０エンドプレート、３２水素ポンプ、３３気液分離器、３４バルブアッシー、３６補機カバー。

Claims

燃料電池スタックを収納するケースと、
前記ケースの一面に形成された開放部を覆うカバーと、
を備え、
前記カバーは前記ケースに固定され、
前記ケースは移動体のフレームに固定され、
前記ケースの一面に形成された前記開放部は、前記移動体の客室と反対方向に形成される
ことを特徴とする燃料電池システム。
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記ケースは、前記移動体のフロアパネル下に搭載され、
前記開放部は、鉛直下方方向に形成される
ことを特徴とする燃料電池システム。
請求項１，２のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記ケースは鋳鉄で構成され、
前記カバーは鋼板で構成される
ことを特徴とする燃料電池システム。
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記ケースは、前記開放部の縁から突設するフランジを備え、前記フランジにより前記移動体のフレームに固定される
ことを特徴とする燃料電池システム。