(57)【要約】【課題】電力変換器の温度上昇を抑制すること。【解決手段】複数の単セルが積層されたセル積層体を含む燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力電力を変換する電力変換器と、前記燃料電池スタックの前記セル積層体と前記電力変換器を収容するケースと、前記ケース内で前記燃料電池スタックと前記電力変換器を電気的に接続するバスバーと、内部に冷媒が流れる冷媒通路を有し、前記ケース内の前記セル積層体と前記電力変換器との間の空間の少なくとも一部を前記セル積層体と前記電力変換器との間で仕切り、一方の面が前記セル積層体に直接対向する隔壁と、を備える燃料電池ユニット。【選択図】図１
2020181739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単セルが積層されたセル積層体を含む燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの出力電力を変換する電力変換器と、
前記燃料電池スタックの前記セル積層体と前記電力変換器を収容するケースと、
前記ケース内で前記燃料電池スタックと前記電力変換器を電気的に接続するバスバーと、
内部に冷媒が流れる冷媒通路を有し、前記ケース内の前記セル積層体と前記電力変換器との間の空間の少なくとも一部を前記セル積層体と前記電力変換器との間で仕切り、一方の面が前記セル積層体に直接対向する隔壁と、を備える燃料電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックの出力電力を変換するためにコンバータなどの電力変換器が用いられている。電力変換器は稼働により発熱を伴うことから冷却が必要となる。そこで、コンバータに備わる複数のリアクトルを冷媒通路の外面に配置して冷却する場合に、冷媒通路を流れる冷媒の流れ方向と同じ方向に複数のリアクトルを一列に配置することが知られている（例えば、特許文献１）。また、燃料電池スタックを冷却する冷媒が流れる冷媒通路に、コンバータを冷却する冷媒が流れる冷媒通路を熱接触させることで、コンバータに低温の冷媒が供給されるようにすることが知られている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１５３２６９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７２４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力変換器は、稼働により発生した熱を周囲の空気中に放熱することによっても温度上昇が抑制されている。しかしながら、複数の単セルが積層されたセル積層体と電力変換器がケース内に収容されている場合、電力変換器で発生した熱を周囲の空気中に十分に放熱できず、電力変換器の温度上昇を抑制できないことがある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電力変換器の温度上昇を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の単セルが積層されたセル積層体を含む燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力電力を変換する電力変換器と、前記燃料電池スタックの前記セル積層体と前記電力変換器を収容するケースと、前記ケース内で前記燃料電池スタックと前記電力変換器を電気的に接続するバスバーと、内部に冷媒が流れる冷媒通路を有し、前記ケース内の前記セル積層体と前記電力変換器との間の空間の少なくとも一部を前記セル積層体と前記電力変換器との間で仕切り、一方の面が前記セル積層体に直接対向する隔壁と、を備える燃料電池ユニットである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電力変換器の温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施例１に係る燃料電池ユニットの構成を説明する図である。
【図２】図２は、実施例１に係る燃料電池ユニットの分解斜視図である。
【図３】図３は、ケース内でのセル積層体と昇圧コンバータの重なりについて説明する平面図である。
【図４】図４は、実施例１に係る燃料電池ユニットの冷媒配管の構成を説明する図である。
【図５】図５は、実施例２に係る燃料電池ユニットの冷媒配管の構成を説明する図である。
【図６】図６は、実施例３に係る燃料電池ユニットの構成を説明する図である。
【図７】図７は、実施例４に係る燃料電池ユニットの構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、実施例１に係る燃料電池ユニットの構成を説明する図である。図２は、実施例１に係る燃料電池ユニットの分解斜視図である。なお、図１では、図の明瞭化のために構成部品にハッチングを付している。図１及び図２のように、燃料電池ユニット１００は、燃料電池スタック１０と、昇圧コンバータ２０と、ケース４０と、バスバー５０及び５１と、隔壁６０と、を備える。昇圧コンバータ２０は、特許請求の範囲における電力変換器の一例である。
【００１１】
燃料電池スタック１０は、複数の単セル１１が積層されたセル積層体１２と、ターミナルプレート１３ａ及び１３ｂと、絶縁プレート１４ａ及び１４ｂと、プレッシャプレート１５と、エンドプレート１６ａ及び１６ｂと、テンションプレート１７ａ及び１７ｂと、１又は複数のばね１８と、を備える。ターミナルプレート１３ａ及び１３ｂは、セル積層体１２の積層方向の両端部に配置され、セル積層体１２よりも上方に突出している。燃料電池スタック１０は、セル積層体１２がターミナルプレート１３ａ及び１３ｂと絶縁プレート１４ａ及び１４ｂとプレッシャプレート１５とばね１８とエンドプレート１６ａ及び１６ｂとで積層方向から挟持された構造をしている。
【００１２】
ターミナルプレート１３ａ及び１３ｂは、例えば銅、アルミニウム、又はこれらを含む合金等の金属、若しくは緻密性カーボンなどの導電性材料で形成されていて、単セル１１が発電した電力を取り出すために用いられる。絶縁プレート１４ａ及び１４ｂは、例えばゴム又は樹脂などの絶縁性材料で形成されていて、ターミナルプレート１３ａ及び１３ｂと、絶縁プレート１４ａ及び１４ｂよりも外側に位置するプレッシャプレート１５並びにエンドプレート１６ａ及び１６ｂと、の間の絶縁を取るために用いられる。プレッシャプレート１５は、例えばステンレス鋼又はアルミニウム合金などの剛性の高い材料で形成されていて、ばね１８によってセル積層体１２に圧縮荷重を付与するために用いられる。テンションプレート１７ａ及び１７ｂは、エンドプレート１６ａ及び１６ｂの間でエンドプレート１６ａ及び１６ｂに固定されている。これにより、エンドプレート１６ａ及び１６ｂの間に、セル積層体１２とターミナルプレート１３ａ及び１３ｂと絶縁プレート１４ａ及び１４ｂとプレッシャプレート１５とが積層される。
【００１３】
なお、実施例１では、エンドプレート１６ｂとテンションプレート１７ａ及び１７ｂとは、セル積層体１２などを収容するスタックケース４１の一部によって構成されている場合を例に説明する。エンドプレート１６ｂとテンションプレート１７ａ及び１７ｂは、例えばアルミニウム合金などの剛性の高い部材で形成されている。エンドプレート１６ａは、ボルト７０によってスタックケース４１に締結固定されている。エンドプレート１６ａは、例えばステンレス鋼又はアルミニウム合金などの剛性の高い部材で形成されている。
【００１４】
プレッシャプレート１５とエンドプレート１６ｂの間にばね１８が配置されている。これにより、ばね１８の反力によって、セル積層体１２及びターミナルプレート１３ａ及び１３ｂなどには積層方向に圧縮荷重が付与される。ばね１８が備わることで、セル積層体１２にかかる圧縮荷重が一定の範囲内に収まり易くなり、発電性能及びシール性能が良好となる。
【００１５】
単セル１１は、反応ガスとして水素（アノードガス）と空気（カソードガス）の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。単セル１１は、電解質膜の両面に電極を配置した発電体である膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のセパレータと、を備える。電解質膜は、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂材料又は炭化水素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。電極は、カーボン担体と、スルホン酸基を有する固体高分子であって湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有するアイオノマーと、を含んで構成されている。カーボン担体には、発電反応を促進させるための触媒（例えば白金又は白金−コバルト合金など）が担持されている。各セルには、反応ガスを流すためのマニホールドが設けられている。マニホールドを流れる反応ガスは、各セルに設けられたガス流路を介して、各セルの発電領域に供給される。
【００１６】
マニホールドとして、水素供給マニホールド７２、水素排出マニホールド７３、空気供給マニホールド７４、空気排出マニホールド７５、冷媒供給マニホールド７６、及び冷媒排出マニホールド７７を備える。図２の一点鎖線矢印のように、冷媒供給マニホールド７６に供給された冷媒が単セル１１各々を流れた後に冷媒排出マニホールド７７から排出される。
【００１７】
昇圧コンバータ２０は、コンバータケース４２内に収容されている。コンバータケース４２は、例えばアルミニウム合金などの剛性の高い部材で形成されている。コンバータケース４２は、隔壁６０を介して、ボルトなどによってスタックケース４１に固定されている。スタックケース４１とコンバータケース４２を含むケース４０内は、隔壁６０によって内部空間４３ａと内部空間４３ｂに仕切られている。なお、ケース４０が隔壁６０を含んでいてもよい。内部空間４３ａには、燃料電池スタック１０に含まれるセル積層体１２、ターミナルプレート１３ａ及び１３ｂ、絶縁プレート１４ａ及び１４ｂ、プレッシャプレート１５、並びにばね１８が収容されている。内部空間４３ｂには、昇圧コンバータ２０を構成する部品が収容されている。隔壁６０は、例えばアルミニウム合金などの剛性の高い材料で形成されている。
【００１８】
昇圧コンバータ２０は、リアクトル２１、電流センサ２２、インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ：Intelligent Power Module）２３、コンデンサ２４、端子台２５、２６、及び導電部材（例えばバスバー）３１〜３５を備える。電流センサ２２とＩＰＭ２３とコンデンサ２４は、基板２７上に設けられている。リアクトル２１は、コイル外周面が放熱シート２８を介して冷却槽２９に接触している。冷却槽２９の内部には、冷却槽２９の温度を所定温度範囲内に維持するための冷媒が循環している。これにより、リアクトル２１が冷却される。基板２７、放熱シート２８、及び冷却槽２９も昇圧コンバータ２０の構成部品である。なお、放熱シート２８を配置する代わりに、リアクトル２１と冷却槽２９との間にポッティングにより絶縁性の放熱性樹脂材料が塗布されていてもよい。ＩＰＭ２３の内部には、冷媒が流れる冷媒通路３０が設けられている。これにより、ＩＰＭ２３が冷却される。図２の二点鎖線矢印で昇圧コンバータ２０を流れる冷媒の流れを図示している。
【００１９】
リアクトル２１と電流センサ２２は、導電部材３２によって電気的に接続されている。電流センサ２２とＩＰＭ２３は、導電部材３３によって電気的に接続されている。ＩＰＭ２３とコンデンサ２４は、導電部材３４によって電気的に接続されている。リアクトル２１に電気的に接続する導電部材３１が端子台２６に固定され、コンデンサ２４に電気的に接続する導電部材３５が端子台２５に固定されている。導電部材３１〜３５は、例えば銅、アルミニウム、又はこれらを含む合金などの電気抵抗の低い金属で形成されている。
【００２０】
バスバー５０は、一端側が燃料電池スタック１０のターミナルプレート１３ａにボルトで固定されることで電気的に接続され、他端側が端子台２５で導電部材３５にボルト７１によって固定されることで電気的に接続されている。バスバー５１は、一端側が燃料電池スタック１０のターミナルプレート１３ｂにボルトで固定されることで電気的に接続され、他端側が端子台２６で導電部材３１にボルト７１によって固定されることで電気的に接続されている。スタックケース４１の上面及びコンバータケース４２の下面は、バスバー５０及び５１が通過できるように開口している。バスバー５０及び５１は、例えば銅、アルミニウム、又はこれらを含む合金などの電気抵抗の低い金属で形成され、ケース４０内に配置されている。燃料電池スタック１０と昇圧コンバータ２０は、バスバー５０及び５１によって電気的に接続されている。
【００２１】
昇圧コンバータ２０が燃料電池スタック１０の出力電力を昇圧した電力は、コンバータケース４２の側面に設けられた出力コネクタ４５から外部に取り出される。
【００２２】
ケース４０内を内部空間４３ａと４３ｂに仕切る隔壁６０内に冷媒が流れる冷媒通路６１が設けられている。冷媒通路６１には、冷媒供給口６３から冷媒が供給される。冷媒通路６１を流れた冷媒は、冷媒排出口６４から排出される。冷媒供給口６３と冷媒排出口６４は、例えば隔壁６０の同じ側面に設けられているが、異なる側面（例えば対向する側面）に設けられていてもよい。
【００２３】
隔壁６０には、上面から下面にかけて貫通した一対の孔６２が設けられている。一対の孔６２各々は、隔壁６０の対向する側面に寄って設けられている。隔壁６０の上面及び下面での孔６２の形状は、例えば矩形であるが、円形又は楕円形などの他の形状をしていてもよい。バスバー５０及び５１は、隔壁６０の孔６２を通過して、燃料電池スタック１０と昇圧コンバータ２０とを電気的に接続している。
【００２４】
隔壁６０は、ケース４０内での燃料電池スタック１０と燃料電池スタック１０に直接対向する昇圧コンバータ２０との間の領域を覆って設けられている。言い換えると、ケース４０内での燃料電池スタック１０と燃料電池スタック１０に直接対向する昇圧コンバータ２０との間の空間は隔壁６０によって仕切られている。
【００２５】
燃料電池スタック１０と昇圧コンバータ２０との間の空間が隔壁６０で仕切られているため、隔壁６０の一方の面は燃料電池スタック１０に直接対向し、他方の面は昇圧コンバータ２０に直接対向している。直接対向とは、隔壁６０と燃料電池スタック１０及び昇圧コンバータ２０との間に他の電力変換器の部品などの部材がないことである。隔壁６０の一方の面が燃料電池スタック１０に直接対向するとは、一方の面の全てが燃料電池スタック１０に直接対向する場合に限られず、一部が燃料電池スタック１０に直接対向している場合も含む。同様に、隔壁６０の他方の面が昇圧コンバータ２０に直接対向するとは、他方の面の全てが昇圧コンバータ２０に直接対向する場合に限られず、一部が昇圧コンバータ２０に直接対向している場合も含む。
【００２６】
図３は、ケース内でのセル積層体と昇圧コンバータの重なりについて説明する平面図である。セル積層体１２などを収容するスタックケース４１上にリアクトル２１などで構成される昇圧コンバータ２０を収容するコンバータケース４２が設けられるため、ケース４０内でセル積層体１２と昇圧コンバータ２０とは平面視で重なる領域を有する。ケース４０内でセル積層体１２と昇圧コンバータ２０とが重なる領域をクロスハッチングで示している。すなわち、クロスハッチングの箇所は、ケース４０内でセル積層体１２と昇圧コンバータ２０との間に存在する空間を示している。なお、昇圧コンバータ２０を構成する部品（リアクトル２１、電流センサ２２、ＩＰＭ２３、コンデンサ２４、端子台２５、２６など）全体をまとめた外形を昇圧コンバータ２０としている。
【００２７】
隔壁６０は、ケース４０内でのセル積層体１２と昇圧コンバータ２０との間の領域（クロスハッチング部分）全体を覆って設けられている場合が好ましいが、少なくとも一部を覆って設けられている場合でもよい。言い換えると、ケース４０内のセル積層体１２と昇圧コンバータ２０との間の空間（クロスハッチング部分）全体がセル積層体１２と昇圧コンバータ２０との間で隔壁６０によって仕切られている場合が好ましいが、少なくとも一部が隔壁６０によって仕切られている場合でもよい。なお、隔壁６０がセル積層体１２と昇圧コンバータ２０との間の領域全体を覆うとは、隔壁６０に設けられた孔６２を除いてセル積層体１２と昇圧コンバータ２０との間の領域全体を覆うことを含む。同様に、セル積層体１２と昇圧コンバータ２０との間の空間全体が隔壁６０で仕切られるとは、隔壁６０に設けられた孔６２を除いてセル積層体１２と昇圧コンバータ２０との間の空間全体が隔壁６０で仕切られることを含む。
【００２８】
図２を用いて、燃料電池ユニット１００の組み立てについて説明する。まず、スタックケース４１に収容した燃料電池スタック１０のターミナルプレート１３ａ及び１３ｂにバスバー５０及び５１をボルト固定する。その後、スタックケース４１の上面に隔壁６０、昇圧コンバータ２０を収容したコンバータケース４２を順に組み付ける。その後、コンバータケース４２の側面に設けられた孔４４からボルトによってバスバー５０及び５１と導電部材３１及び３５とを固定する。
【００２９】
図４は、実施例１に係る燃料電池ユニットの冷媒配管の構成を説明する図である。図４のように、配管８１ａと配管８１ｂとバイパス配管８１ｃで構成され、燃料電池スタック１０を冷却する冷媒が流れるＦＣ用冷媒配管８１が設けられている。配管８１ａは、燃料電池スタック１０の冷媒排出マニホールド７７とラジエータ８０の入口とを接続する。配管８１ｂは、燃料電池スタック１０の冷媒供給マニホールド７６とラジエータ８０の出口とを接続する。バイパス配管８１ｃは、一端が三方弁８３を介して配管８１ａに接続され、他端が配管８１ｂに接続されている。燃料電池スタック１０の温度に応じて三方弁８３の開閉が制御されることで、ラジエータ８０を介して又はラジエータ８０を介さずに冷媒を循環させる。
【００３０】
ラジエータ８０は、ＦＣ用冷媒配管８１に設けられ、ＦＣ用冷媒配管８１を流れる冷媒と外気との間で熱交換させることによって冷媒を冷却する。すなわち、ＦＣ用冷媒配管８１を流れる冷媒は、燃料電池スタック１０で発電により生じた熱を受け取り、ラジエータ８０で外気に放熱する。なお、ラジエータ８０の前方又は後方に放熱を促進させるためのファンを備えていてもよい。循環ポンプ８４が、配管８１ａにおいて、バイパス配管８１ｃの接続箇所よりも上流側に設けられている。循環ポンプ８４が駆動することで、ＦＣ用冷媒配管８１を冷媒が流れる。
【００３１】
配管８２ａと配管８２ｂで構成され、隔壁６０内の冷媒通路６１に冷媒を流す分岐配管８２が設けられている。配管８２ａは、ＦＣ用冷媒配管８１の配管８１ｂと隔壁６０の冷媒供給口６３とを接続する。配管８２ｂは、ＦＣ用冷媒配管８１の配管８１ａと隔壁６０の冷媒排出口６４とを接続する。これにより、ＦＣ用冷媒配管８１を循環する冷媒の一部が隔壁６０の冷媒通路６１を流れるようになる。隔壁６０の冷媒通路６１には、燃料電池スタック１０を通過する前の冷媒が流れるため、燃料電池スタック１０よりも低い温度の冷媒が流れる。
【００３２】
配管９１ａと配管９１ｂと配管９１ｃで構成され、昇圧コンバータ２０及びインバータ９３を冷却する冷媒が流れるＥＶ用冷媒配管９１が設けられている。配管９１ａは、昇圧コンバータ２０の冷媒出口とラジエータ９０の入口とを接続する。配管９１ｂは、インバータ９３の冷媒入口とラジエータ９０の出口とを接続する。配管９１ｃは、インバータ９３の冷媒出口と昇圧コンバータ２０の冷媒入口とを接続する。ラジエータ９０は、ＥＶ用冷媒配管９１に設けられ、ＥＶ用冷媒配管９１を流れる冷媒と外気との間で熱交換させることによって冷媒を冷却する。すなわち、ＥＶ用冷媒配管９１を流れる冷媒は、昇圧コンバータ２０及びインバータ９３で生じた熱を受け取り、ラジエータ９０で外気に放熱する。なお、ラジエータ９０の前方又は後方に放熱を促進させるためのファンを備えていてもよい。循環ポンプ９４が、配管９１ａに設けられている。循環ポンプ９４が駆動することで、ＥＶ用冷媒配管９１を冷媒が流れる。
【００３３】
このように、ＦＣ用冷媒配管８１に分岐配管８２を接続して、ＦＣ用冷媒配管８１を循環する冷媒の一部を隔壁６０の冷媒通路６１に流すことで、冷媒系統が複雑化すること及び部品点数が増加することを抑制できる。
【００３４】
ここで、隔壁６０が設けられていない場合を想定する。この場合、燃料電池スタック１０のセル積層体１２と昇圧コンバータ２０がケース４０内に収容されていることで、セル積層体１２を構成する単セル１１の発電によってケース４０内の温度が上昇する。ケース４０内で燃料電池スタック１０と昇圧コンバータ２０がバスバー５０及び５１によって電気的に接続されているため、バスバー５０及び５１を設けるための空間が存在し、ケース４０内の全体で温度が上昇する。このため、昇圧コンバータ２０で発生した熱がケース４０内の空気中に十分に放熱されず、昇圧コンバータ２０の温度上昇を抑制できないことがある。
【００３５】
しかしながら、実施例１では、図１及び図２のように、内部に冷媒が流れる冷媒通路６１を有し、ケース４０内のセル積層体１２と昇圧コンバータ２０との間の空間の少なくとも一部をセル積層体１２と昇圧コンバータ２０との間で仕切る隔壁６０が設けられている。隔壁６０の一方の面は燃料電池スタック１０に直接対向している。これにより、単セル１１の発電によって高温になった空気が昇圧コンバータ２０側に移動することが抑制される。また、隔壁６０内に冷媒通路６１が形成されていることで、単セル１１の発電によって高温になった空気が冷却されるため、高温の空気が昇圧コンバータ２０側に移動することが抑制される。よって、昇圧コンバータ２０の周囲の空気の温度上昇が抑制されるため、昇圧コンバータ２０で発生した熱をケース４０内の空気中に放熱でき、昇圧コンバータ２０の温度が上昇することを抑制できる。隔壁６０内の冷媒通路６１を流れる冷媒によって高温になった空気を冷却するために、隔壁６０は熱伝導率の高い材料で形成されていることが好ましい。
【００３６】
燃料電池スタック１０側から昇圧コンバータ２０側に高温の空気が移動することを抑制するために、ケース４０内のセル積層体１２と昇圧コンバータ２０との間の空間は、セル積層体１２と昇圧コンバータ２０が対向する方向に交差（例えば直交）する方向の５０％以上が隔壁６０で仕切られている場合が好ましい。６０％以上が隔壁６０で仕切られている場合がより好ましく、７０％以上が隔壁６０で仕切られている場合が更に好ましい。また、ケース４０内のセル積層体１２と昇圧コンバータ２０との間の空間にスタックケース４１の一部が設けられている場合では、隔壁６０とスタックケース４１の一部とによってセル積層体１２と昇圧コンバータ２０との間の空間の５０％以上、６０％以上、又は７０％以上が仕切られている場合でもよい。
【００３７】
隔壁６０及び隔壁６０内の冷媒通路６１は、昇圧コンバータ２０のリアクトル２１に直接対向する位置を含んで設けられていてもよい。昇圧コンバータ２０の構成部品のうち、リアクトル２１は最も発熱量が大きいため温度上昇し易く、必要な放熱量も大きいためである。隔壁６０及び隔壁６０内の冷媒通路６１がリアクトル２１に直接対向して設けられることで、リアクトル２１の周辺空気の温度を低くして、放熱量を大きくすることができる。なお、リアクトル２１からの発熱が大きい場合には、隔壁６０及び隔壁６０内の冷媒通路６１がセル積層体１２とリアクトル２１とのそれぞれに直接対向していることにより、リアクトル２１からの発熱により、単セル１１の温度が上昇することも抑制できる。また、隔壁６０及び隔壁６０内の冷媒通路６１は、昇圧コンバータ２０の電流センサ２２及びコンデンサ２４に直接対向する位置に少なくとも設けられていてもよい。電流センサ２２及びコンデンサ２４は、昇圧コンバータ２０の構成部品の中で耐熱温度が相対的に低いため温度上昇を抑制することが好ましいためである。
【実施例２】
【００３８】
実施例２に係る燃料電池ユニットは、冷媒配管の構成が実施例１に係る燃料電池ユニットと異なる点以外は、実施例１の図１から図３と同じ構成をしている。図５は、実施例２に係る燃料電池ユニットの冷媒配管の構成を説明する図である。図５のように、実施例２の燃料電池ユニット２００では、ＦＣ用冷媒配管８１に分岐配管８２が接続されていない。代わりに、ＥＶ用冷媒配管９１に、配管９２ａと配管９２ｂで構成され、隔壁６０内の冷媒通路６１に冷媒を流す分岐配管９２が接続されている。配管９２ａは、ＥＶ用冷媒配管９１の配管９１ｃと隔壁６０の冷媒供給口６３とを接続する。配管９２ｂは、ＥＶ用冷媒配管９１の配管９１ａと隔壁６０の冷媒排出口６４とを接続する。これにより、ＥＶ用冷媒配管９１を循環する冷媒の一部が隔壁６０の冷媒通路６１を流れるようになる。ＥＶ用冷媒配管９１を流れる冷媒の温度は燃料電池スタック１０の温度よりも低いため、隔壁６０の冷媒通路６１には燃料電池スタック１０よりも低い温度の冷媒が流れる。その他の構成は、実施例１の図４と同じであるため説明を省略する。
【００３９】
実施例２のように、ＥＶ用冷媒配管９１に分岐配管９２を接続して、ＥＶ用冷媒配管９１を循環する冷媒の一部を隔壁６０の冷媒通路６１に流してもよい。この場合でも、冷媒系統が複雑化すること及び部品点数が増加することを抑制できる。なお、実施例２では、隔壁６０の冷媒通路６１が昇圧コンバータ２０内の冷媒通路に並列に接続されている場合を例に示したが、直列に接続されていてもよい。インバータ９３内の冷媒通路に並列に接続されていてもよい。
【実施例３】
【００４０】
図６は、実施例３に係る燃料電池ユニットの構成を説明する図である。なお、図６では、図１と同様に、図の明瞭化のために構成部品にハッチングを付している。図６のように、実施例３の燃料電池ユニット３００では、導電部材３１〜３５が放熱シート２８ａ〜２８ｅ及び隔壁６０の壁面を介して冷媒通路６１に接触している。その他の構成は、実施例１の図１と同じであるため説明を省略する。
【００４１】
実施例３によれば、導電部材３１〜３５が放熱シート２８ａ〜２８ｅ及び隔壁６０の壁面を介して冷媒通路６１に接触している。これにより、導電部材３１〜３５の温度上昇を抑制でき、昇圧コンバータ２０全体及び昇圧コンバータ２０の構成部品の温度上昇を抑制することができる。なお、導電部材３１〜３５と同様に、バスバー５０及び５１も放熱シート及び隔壁６０の壁面を介して冷媒通路６１に接触させてもよい。これにより、バスバー５０及び５１の温度上昇を抑制できる。
【実施例４】
【００４２】
図７は、実施例４に係る燃料電池ユニットの構成を説明する図である。なお、図７では、図１と同様に、図の明瞭化のために構成部品にハッチングを付している。図７のように、実施例４の燃料電池ユニット４００では、昇圧コンバータ２０は、冷却槽２９を備えていない。リアクトル２１は、放熱シート２８及び隔壁６０の壁面を介して冷媒通路６１に接触している。その他の構成は、実施例１の図１と同じであるため説明を省略する。
【００４３】
実施例１では、リアクトル２１を冷却するための冷却槽２９を設けていたが、実施例４では、リアクトル２１を隔壁６０の冷媒通路６１を流れる冷媒を用いて冷却している。これにより、リアクトル２１を冷却する専用の冷却槽２９を設けなくて済むため、冷媒通路が少なくなり、燃料電池ユニット４００の小型化及び部品点数の削減などによる製造コストの低減を図ることができる。
【００４４】
実施例１から実施例４では、隔壁６０はスタックケース４１及びコンバータケース４２と別部品で構成されている場合を例に示したが、この場合に限られない。隔壁６０は、スタックケース４１又はコンバータケース４２のいずれか一方と一体で形成されている場合でもよい。また、昇圧コンバータ２０は、燃料電池スタック１０の上方に配置されている場合に限られず、燃料電池スタック１０の下方又は水平方向に並んで配置されていてもよいし、燃料電池スタック１０に対して斜めに配置されていてもよい。
【００４５】
実施例１から実施例４では、燃料電池スタック１０の出力電力を変換する電力変換器として昇圧コンバータ２０の場合を例に説明したが、その他の場合でもよい。例えば、電力変換器は、降圧コンバータの場合でもよいし、昇圧と降圧のいずれも可能な昇降圧コンバータの場合でもよいし、直流電力を交流電力に変換するインバータの場合でもよい。電力変換器がこれらの場合でも、電力変換器は電流センサ及びコンデンサを含むため、隔壁６０及び隔壁６０内の冷媒通路６１は電流センサ及びコンデンサに対向する位置に少なくとも設けられることが好ましい。電力変換器がリアクトルを含む場合には、隔壁６０及び隔壁６０内の冷媒通路６１はリアクトルに対向する位置に設けられていてもよい。
【００４６】
実施例１から実施例４では、スタックケース４１の一部がエンドプレート１６ｂ並びにテンションプレート１７ａ及び１７ｂとして機能する場合を例に示したが、この場合に限られない。スタックケースと、エンドプレート及びテンションプレートなどの燃料電池スタックを構成する部品と、が別々の部品である場合でもよい。
【００４７】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  燃料電池スタック
１１  単セル
１２  セル積層体
１３ａ、１３ｂ  ターミナルプレート
１４ａ、１４ｂ  絶縁プレート
１５  プレッシャプレート
１６ａ、１６ｂ  エンドプレート
１７ａ、１７ｂ  テンションプレート
１８  ばね
２０  昇圧コンバータ
２１  リアクトル
２２  電流センサ
２３  ＩＰＭ
２４  コンデンサ
２５、２６  端子台
２７  基板
２８〜２８ｅ  放熱シート
２９  冷却槽
３０  冷媒通路
３１〜３５  導電部材
４０  ケース
４１  スタックケース
４２  コンバータケース
４３ａ、４３ｂ  内部空間
５０、５１  バスバー
６０  隔壁
６１  冷媒通路
６２  孔
６３  冷媒供給口
６４  冷媒排出口
８０、９０  ラジエータ
８１  ＦＣ用冷媒配管
８２、９２  分岐配管
８３  三方弁
８４、９４  循環ポンプ
９１  ＥＶ用冷媒配管
９３  インバータ
１００〜４００  燃料電池ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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