(57)【要約】【課題】限られたレイアウト内において、燃料電池スタックの熱膨張による変位の吸収と、放熱性能の向上との両立を図ることが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料電池スタック２０、燃料電池スタックに供給する燃料を改質する機能を有するガスプロセッシングユニット３０、および電力伝達の制御を行う電気制御部４０の少なくとも３つの部材と、車体メンバー間に配置され少なくとも３つの部材を収納するケース７０と、ケース内において燃料電池スタックおよびガスプロセッシングユニットを囲繞する断熱材ケース５０と、燃料電池スタックと電気制御部とを電気的に接続する電力ケーブル６０と、を有する。ケースは、電気制御部と、断熱材ケースによって囲繞された燃料電池スタックとの間に形成された空間部７２を有し、電力ケーブルは、空間部に配置されている。【選択図】図１Ａ
2020166993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタック、前記燃料電池スタックに供給する燃料を改質する機能を有するガスプロセッシングユニット、および電力伝達の制御を行う電気制御部の少なくとも３つの部材と、
車体メンバー間に配置され前記少なくとも３つの部材を収納するケースと、
前記ケース内において前記燃料電池スタックおよび前記ガスプロセッシングユニットを囲繞する断熱材ケースと、
前記燃料電池スタックと前記電気制御部とを電気的に接続する電力ケーブルと、を有し、
前記ケースは、前記電気制御部と、前記断熱材ケースによって囲繞された前記燃料電池スタックとの間に形成された空間部を有し、
前記電力ケーブルは、前記空間部に配置されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記ケースは、車体のリヤサイドメンバー間のリヤフロアパネル下面に配置されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記電気制御部は、前記燃料電池スタックの下方に配置されている、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記ケースは、前記空間部が側方位置に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記ケースは、前記ケースの熱を雰囲気空気に放熱する熱交換部を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記電力ケーブルは、
前記燃料電池スタックの熱を伝達する熱伝達部と、
前記熱伝達部に連結され鉛直方向へ変位可能で且つ前記ケース内の空気に接して放熱する放熱部と、
前記放熱部を水平方向へ押圧する押圧部と、の少なくとも３つの部分を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記電力ケーブルの前記熱伝達部は、前記断熱材ケースから突出し且つ前記ケースまたは前記断熱材ケースの少なくとも一方に支持する支持機構を有する、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記電力ケーブルの前記放熱部は、熱応力により前記鉛直方向に伸縮自在な放熱部材から形成され、
前記電力ケーブルの前記押圧部は、熱応力により前記水平方向に前記放熱部材を押圧する押圧部材から形成してなる、請求項６または７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記放熱部および前記押圧部の合計ケーブル長は、前記熱伝達部と接する前記放熱部の端部と前記電気制御部との間の最短距離よりも長い、請求項６〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
断熱材ケースによって囲われた燃料電池スタックと、電力伝達の制御を行う電気制御部とを電力ケーブルを介して連結し、ケース内に収納してなる燃料電池システムであって、
前記電力ケーブルは、
前記断熱材ケースに支持され前記燃料電池スタックの熱を伝達する熱伝達部と、
前記熱伝達部に連結され鉛直方向へ変位可能で且つ前記ケース内の空気に接して放熱する放熱部と、
前記放熱部を水平方向へ押圧する押圧部と、の少なくとも３つの部分を備え、
前記電力ケーブルの前記熱伝達部は、前記断熱材ケースから突出し且つ前記ケースまたは前記断熱材ケースの少なくとも一方に支持機構によって支持され、
前記電力ケーブルの前記放熱部は、熱応力による変位を吸収可能な放熱部材であり、
前記電力ケーブルの前記押圧部は、熱応力により前記水平方向に前記放熱部材を押圧する押圧部材であり、
さらに、前記放熱部および前記押圧部の合計ケーブル長は、前記熱伝達部と接する前記放熱部の端部と前記電気制御部との間の最短距離よりも長い、燃料電池システム。
【請求項１１】
前記電力ケーブルの前記放熱部は、前記燃料電池スタックのスタック幅方向に対してスタック積層方向の曲げ剛性が低いケーブルであり、
前記電力ケーブルの前記放熱部は、前記スタック積層方向を軸として回転可能なコネクタを介して、前記電力ケーブルの前記熱伝達部および前記押圧部のそれぞれに接続されてなる、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記電力ケーブルの前記放熱部は、前記スタック幅方向を長辺とする扁平な長方形状を有する、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記電力ケーブルの前記放熱部は、蛇腹状のケーブルである、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記電力ケーブルの前記熱伝達部を前記ケースまたは前記断熱材ケースの少なくとも一方に支持する他の支持機構をさらに有する請求項６〜１３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、ケース内に、燃料電池スタックと、電力伝達の制御を行う電気制御部とが収納されている。燃料電池スタックは、運転時には発熱によって膨張し、スタック積層方向の寸法が変化する。従来の燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックの熱膨張を、柔軟性を有する電線の変位によって吸収するようにした技術が知られている（特許文献１を参照）。
【０００３】
燃料電池には、例えば、固体酸化物形燃料電池や、固体高分子形燃料電池などがある。固体酸化物形燃料電池は、固体高分子形燃料電池に比べると運転温度が高い。このため、固体酸化物形燃料電池の燃料電池スタックは、固体高分子形燃料電池の燃料電池スタックに比べると熱膨張による変位が大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６２１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された燃料電池システムは、燃料電池スタックと電気制御部とが水平方向に配置されているため、狭いスペースに設置することができない。
【０００６】
さらに、特許文献１に記載された燃料電池システムは、固体高分子形燃料電池の燃料電池スタックへの適用を想定していることから、ケース内での放熱が考慮されていない。このため、固体酸化物形燃料電池の燃料電池スタックに単純に転用しただけでは、ケース内に十分に放熱できず、燃料電池システムを安定して稼働することが難しい。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、限られたレイアウト内において、燃料電池スタックの熱膨張による変位の吸収と、放熱性能の向上との両立を図ることが可能な燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の燃料電池システムは、燃料電池スタック、燃料電池スタックに供給する燃料を改質する機能を有するガスプロセッシングユニット、および電力伝達の制御を行う電気制御部の少なくとも３つの部材を有する。燃料電池システムは、車体メンバー間に配置され前記少なくとも３つの部材を収納するケースと、前記ケース内において前記燃料電池スタックおよび前記ガスプロセッシングユニットを囲繞する断熱材ケースと、前記燃料電池スタックと前記電気制御部とを電気的に接続する電力ケーブルと、を有する。前記ケースは、前記電気制御部と、前記断熱材ケースによって囲繞された前記燃料電池スタックとの間に形成された空間部を有する。そして、前記電力ケーブルは、前記空間部に配置されている。
【０００９】
また、もう一つの発明は断熱材ケースによって囲われた燃料電池スタックと、電力伝達の制御を行う電気制御部とを電力ケーブルを介して連結し、ケース内に収納してなる燃料電池システムである。前記電力ケーブルは、前記断熱材ケースに支持され前記燃料電池スタックの熱を伝達する熱伝達部と、前記熱伝達部に連結され鉛直方向へ変位可能で且つ前記ケース内の空気に接して放熱する放熱部と、前記放熱部を水平方向へ押圧する押圧部と、の少なくとも３つの部分を備える。前記電力ケーブルの前記熱伝達部は、前記断熱材ケースから突出し且つ前記ケースまたは前記断熱材ケースの少なくとも一方に支持機構によって支持される。前記電力ケーブルの前記放熱部は、熱応力による変位を吸収可能な放熱部材である。前記電力ケーブルの前記押圧部は、熱応力により水平方向に前記放熱部材を押圧する押圧部材である。そして、前記放熱部および前記押圧部の合計ケーブル長は、前記熱伝達部と接する前記放熱部の端部と前記電気制御部との間の最短距離よりも長い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、いずれの発明も限られたレイアウト内において、燃料電池スタックの熱膨張による変位の吸収と、放熱性能の向上との両立を図ることが可能な燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成を模式的に示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線に沿う断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの１Ｃ−１Ｃ線に沿う断面図である。
【図１Ｄ】第１実施形態の燃料電池システムにおける電力ケーブルを示す断面図である。
【図１Ｅ】第１実施形態の燃料電池システムにおける変位吸収機構の作用を説明する説明図である。
【図１Ｆ】第１実施形態の燃料電池システムにおける放熱機構の作用を説明する説明図である。
【図１Ｇ】第１実施形態の燃料電池システムにおける電力ケーブルの長さと、電力ケーブルの温度との関係を模式的に示すグラフである。
【図２Ａ】本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの車両レイアウトを模式的に示す図である。
【図２Ｂ】第２実施形態の燃料電池システムとフロアとの位置関係を模式的に示す図である。
【図３Ａ】本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成を模式的に示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。
【図３Ｃ】第３実施形態の燃料電池システムにおける電力ケーブルの放熱部の形状を示す斜視図である。
【図３Ｄ】第３実施形態の燃料電池システムにおける電力ケーブルの放熱部を示す断面図である。
【図３Ｅ】第３実施形態の燃料電池システムにおける変位吸収機構の作用を説明する説明図である。
【図３Ｆ】図３Ｅとともに変位吸収機構の作用を説明する説明図である。
【図４Ａ】本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムにおける電力ケーブルの放熱部の形状を示す斜視図である。
【図４Ｂ】第４実施形態の燃料電池システムにおける電力ケーブルの放熱部を示す断面図である。
【図５Ａ】本発明の第５実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成を模式的に示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面図である。
【図６Ａ】本発明の第６実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成を模式的に示す断面図である。
【図６Ｂ】本発明の第６実施形態の改変例に係る燃料電池システムのシステム構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。なお、説明の便宜のため、ＸＹＺ直交座標系を各図中に示す。Ｘ軸（燃料電池システムの幅方向、車両の前後方向）およびＹ軸（燃料電池システムの長さ方向、車両の幅方向）は水平方向を示し、Ｚ軸（高さ方向）は上下方向を示している。
【００１３】
燃料電池スタックと電気制御部との間の熱変位を吸収するだけでは、フロアのフラット化などの車体のレイアウト条件を勘案し、変位方向の制約条件を満足しつつ熱膨張を吸収することは困難であった。また、電力ケーブル（バスバーとも称される）は燃料電池スタックからの熱伝導によって高温になるが、電気制御部には高温の電力ケーブルを接続できない。このため、電力ケーブルを電気制御部に接続するためには、限られたスペース内で電力ケーブルを放熱させなければならない。本件発明者らは上記の課題に着目して鋭意研究した結果、本発明を完成させるに至った。以下、本発明を複数の実施形態を通して詳細に説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃは、第１実施形態に係る燃料電池システム１０のシステム構成のレイアウトを模式的に示す図、図１Ｄは、第１実施形態の燃料電池システム１０における電力ケーブルを示す断面図である。
【００１５】
図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、第１実施形態の燃料電池システム１０は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池スタック２０（以下、「ＳＯＦＣスタック２０」とも記す）と、ＳＯＦＣスタック２０に供給する燃料を改質する機能を有するガスプロセッシングユニット３０（Ｇａｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）（以下、「ＧＰＵ３０」とも記す）と、電力伝達の制御（燃料電池スタックからの電流を伝達・遮断する制御）を行う電気制御部４０とを有する。ＧＰＵ３０は、燃料を改質する改質器のほか、ＳＯＦＣスタック２０からの排気を燃焼させて熱を生成する排気燃焼器、およびＳＯＦＣスタック２０に供給する空気を加熱する空気熱交換器を有することができる。ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０は、断熱材ケース５０によって囲われている。ＳＯＦＣスタック２０と電気制御部４０とは、電力ケーブル６０を介して連結されている。電気制御部４０と、断熱材ケース５０によって囲われたＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０とは、ＡＰＵ（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ  Ｐｏｗｅｒ  Ｕｎｉｔ）ケース７０（以下、単に「ケース７０」と記す）内に収納されている。
【００１６】
ケース７０は、電気制御部４０と、断熱材ケース５０によって囲繞されたＳＯＦＣスタック２０との間に形成された空間部７２を有する。電力ケーブル６０は、空間部７２に配置されている。
【００１７】
断熱材ケース５０内において、ＳＯＦＣスタック２０とＧＰＵ３０とは、マニホールド８０によって接続されている。マニホールド８０は、ＳＯＦＣスタック２０とＧＰＵ３０との間で、燃料の供給および排出、空気の供給および排出のそれぞれを行う。
【００１８】
ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０は、ブラケット５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂを介して断熱材ケース５０内に収納されている。断熱材ケース５０は、マウント７１を介してケース７０内に収納されている。ＳＯＦＣスタック２０に取り付けられたブラケット５１ａ、５１ｂのうち、ＧＰＵ３０側に配置されたブラケット５１ｂは、断熱材ケース５０にリジッドに固定され、ＳＯＦＣスタック２０の位置が固定される。一方、電力ケーブル６０が接続される側のブラケット５１ａは、水平方向に変位可能に断熱材ケース５０に支持されている。ＳＰＦＣスタックは、ブラケット５１ａが水平方向に変位することによって、熱膨張に伴う熱歪が吸収される。
【００１９】
リジッド状態に固定する構造は、例えば、ボルト締結あるいは溶接接合などである。変位可能に支持する構造は、例えば、水平方向への変位が許容されるスライダーを用いている。
【００２０】
電気制御部４０は、断熱材ケース５０とケース７０との間の空間のうち、ＳＯＦＣスタック２０の下側に配置されている。電気制御部４０は、ケース７０にリジッドに固定されている。電気制御部４０は、断熱材ケース５０によって囲われたＳＯＦＣスタック２０の下面側に位置する配置関係となっていることから、ＳＯＦＣスタック２０の熱によって高温になった空気に直接曝露されることを防ぐことができる。
【００２１】
電力ケーブル６０は、熱伝達部６１と、放熱部６２と、押圧部６３との少なくとも３つの部分を備えている。熱伝達部６１は、支持機構９０を介して断熱材ケース５０に支持され、ＳＯＦＣスタック２０の熱を伝達する。熱伝達部６１は剛性を有する。放熱部６２は、熱伝達部６１に連結され鉛直方向へ変位可能で且つケース７０内の空気に接して放熱する。放熱部６２は柔軟性を有する。押圧部６３は、放熱部６２を水平方向へ押圧する。熱伝達部６１と放熱部６２との間の接続、および放熱部６２と押圧部６３との間の接続は、例えば、ボルトや溶接接合によって行われる。電力ケーブル６０の熱伝達部６１、放熱部６２および押圧部６３のそれぞれの形成材料は耐熱性能を有する限り限定されない。同種の金属でもよいし、異種金属でもよい。熱伝達部６１と放熱部６２とが異種金属の組み合わせとなる場合や、放熱部６２と押圧部６３とが異種金属の組み合わせとなる場合には、ボルトを介して隣り合う各部を接続できる。
【００２２】
電力ケーブル６０の熱伝達部６１は、断熱材ケース５０から突出し且つケース７０または断熱材ケース５０の少なくとも一方に支持機構９０によって支持される。図示例では、熱伝達部６１は断熱材ケース５０に支持されているが、熱伝達部６１をケース７０に支持する形態、熱伝達部６１を断熱材ケース５０およびケース７０の両者に支持する形態のいずれにも改変できる。支持機構９０の構造は特に限定されず、例えば、熱伝達部６１が挿通される円筒形状を有するスリーブや、熱伝達部６１を支えるアングル部材などを適用できる。図示例では、支持機構９０は、断熱材ケース５０の貫通穴に取り付けられるスリーブである。電力ケーブル６０の放熱部６２は、熱応力による変位を吸収可能な放熱部材である。電力ケーブル６０の押圧部６３は、熱応力により水平方向に放熱部材を押圧する押圧部材である。
【００２３】
さらに、放熱部６２および押圧部６３の合計ケーブル長は、熱伝達部６１と接する放熱部６２の端部と電気制御部４０との間の最短距離よりも長く設定している。このように長さを設定することによって、電力ケーブル６０の放熱部６２および押圧部６３は、熱膨張に伴う変位を吸収する変位代を備えることができる。
【００２４】
高温環境下に対応するために、ＳＯＦＣスタック２０から電気制御部４０まで１本の耐熱ケーブルによって接続する場合には、耐熱性能を確保するために耐熱被覆などが必要となるため線径を太くせざるを得ない。しかしながら、線径が太くなればなるほど曲げるために必要な曲げアールが大きくなり、電力ケーブル６０の配置に多大なスペースが必要となる。
【００２５】
一方、第１実施形態の電力ケーブル６０は３つの部分に分割したため、曲げアールのスペースを必要とすることなくコンパクトに配置できる。図１Ａおよび図１Ｂを参照して、断熱材ケース５０の外面とケース７０内面との間の空間部７２に電力ケーブル６０が配置される。この空間部７２の水平方向（Ｙ軸方向）の寸法は、燃料電池システム１０のコンパクト化およびＳＯＦＣスタック２０の変位量を考慮して、例えば５０ｍｍ程度に設定される。
【００２６】
図１Ｄに示すように、電力ケーブル６０の断面形状は、熱伝達部６１、放熱部６２および押圧部６３のいずれの部位においても、円形形状を有する。断面円形形状の電力ケーブル６０は、各方向へ同じように変位可能である。
【００２７】
図１Ｅは、燃料電池システム１０における変位吸収機構の作用を説明する説明図である。
【００２８】
一般的に、ＳＯＦＣスタック２０の運転温度は５００−７００℃程度であり、熱膨張によってＳＯＦＣスタック２０は変位するため変位吸収機構が必要となる。
【００２９】
図１Ａに示したように、ＧＰＵ３０側に配置されたブラケット５１ｂは、断熱材ケース５０にリジッドに固定されている。このため、ＳＯＦＣスタック２０は、図１Ｅに矢印２１によって示すように、水平方向（Ｙ軸方向）の熱膨張によって、電力ケーブル６０が接続される側に熱膨張する。ＳＯＦＣスタック２０の熱膨張と電力ケーブル６０自身の熱膨張とによって、電力ケーブル６０の熱伝達部６１は、放熱部６２を図中右手側に水平方向に押す。電気制御部４０はケース７０に固定されているため、電力ケーブル６０の押圧部６３も自身の熱膨張分だけ、放熱部６２を図中右手側に水平方向に押す。電力ケーブル６０の放熱部６２は、ＳＯＦＣスタック２０における水平方向熱膨張と、熱伝達部６１および押圧部６３における水平方向熱膨張とを吸収するために、図中右手側に水平方向に伸びる。
【００３０】
ＳＯＦＣスタック２０は、断熱材ケース５０に固定されている。このため、ＳＯＦＣスタック２０は、図１Ｅに矢印２２によって示すように、鉛直方向（Ｚ軸方向）に熱膨張する。ＳＯＦＣスタック２０の熱膨張によって、電力ケーブル６０の熱伝達部６１は、鉛直方向に変位し、放熱部６２を図中上側に引っ張り上げる。電力ケーブル６０の放熱部６２は、鉛直方向の伸びを吸収するために、図中上側に鉛直方向に伸びる。このように電力ケーブル６０の放熱部６２が柔軟に変位することによって、鉛直および水平方向の変位を吸収することができる。
【００３１】
図１Ｆは、燃料電池システム１０における放熱機構の作用を説明する説明図、図１Ｇは、燃料電池システム１０における電力ケーブル６０の長さと、電力ケーブル６０の温度との関係を模式的に示すグラフである。
【００３２】
図１Ｆにおける符号Ｑｉｎ、Ｑｏｕｔ、Ｑｒｅｌ、Ｑｊのそれぞれは、以下を表している。Ｑｉｎ：ＳＯＦＣスタック２０からの伝熱、Ｑｏｕｔ：電気制御部４０への伝熱、Ｑｊ：通電による発熱、Ｑｒｅｌ：周囲への対流熱伝達である。
【００３３】
ＳＯＦＣスタック２０の運転によって生じた熱は、熱伝導により熱伝達部６１に伝わる。熱伝達部６１の熱は、熱伝導によって放熱部６２および押圧部６３に伝わる。ＳＯＦＣスタック２０から電気制御部４０に通電するときに、オーム損によって熱が生じる。これらの熱は、ＳＯＦＣスタック２０から伝熱する過程において、周囲空気との温度差によって電力ケーブル６０から空気へ対流熱伝達によって放出される。つまり、Ｑｉｎ＋Ｑｊ−Ｑｒｅｌ＝Ｑｏｕｔの関係がある。
【００３４】
図１Ｇに示されるケーブル長さは、ＳＯＦＣスタック２０からの距離を示している。図１Ｆにおいて説明した放熱機構によって、ケーブル温度は、ケーブル長さが長くなると、つまり電気制御部４０に近づくにつれて低下することがわかる。電気制御部４０に接続される端部において、ケーブル温度の許容温度がＴ１であるとする。この場合、図１Ｇに示されるグラフより、ＳＯＦＣスタック２０からのケーブル長さはＬ１以上必要であることがわかる。
【００３５】
（第２実施形態）
図２Ａは、第２実施形態に係る燃料電池システム１０の車両レイアウトを模式的に示す図、図２Ｂは、第２実施形態の燃料電池システム１０とフロアとの位置関係を模式的に示す図である。その他の構成は、第１実施形態と同じである。
【００３６】
図２Ａは、車両後部を下方から見ている。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ケース７０はリヤサイドメンバー１００間のリヤフロアパネル１０１下面に配置している。ケース７０は、取り付けブラケット１０２を介してリヤサイドメンバー１００に固定されている。符号１０３はリアタイヤを示し、符号１０４はリア車軸を示している。また、破線によって囲まれる領域は、電力ケーブル６０を配置する空間部７２を示している。
【００３７】
ケース７０をリヤフロアパネル１０１下面に配置したことによって、走行風によってケース７０を冷却することができる。また、ケース７０の熱は、取り付けブラケット１０２から放出され、さらに取り付けブラケット１０２を介してリヤサイドメンバー１００に熱伝導し、リヤサイドメンバー１００から放出される。これによってもケース７０を冷却することができる。ケース７０内の空気は、冷却されたケース７０への熱伝達によって冷却される。このため、ＳＯＦＣスタック２０の運転によって生じた熱は、電力ケーブル６０からケース７０内の空気により効率的に放熱される。
【００３８】
ケース７０の外面に放熱フィンを配置し、ケース７０からの放熱性能を高めることができる。取り付けブラケット１０２や放熱フィンが、ケース７０の熱を雰囲気空気に放熱する熱交換部を構成する。
【００３９】
以上、第１実施形態および第２実施形態を通して説明したように、燃料電池システム１０は、ＳＯＦＣスタック２０、ＧＰＵ３０および電気制御部４０の少なくとも３つの部材と、車体メンバー（リヤサイドメンバー１００）間に配置され少なくとも３つの部材２０、３０、４０を収納するケース７０と、ケース７０内においてＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を囲繞する断熱材ケース５０と、ＳＯＦＣスタック２０と電気制御部４０とを電気的に接続する電力ケーブル６０と、を有する。ケース７０は、電気制御部４０と、断熱材ケース５０によって囲繞されたＳＯＦＣスタック２０との間に形成された空間部７２を有する。そして、電力ケーブル６０は、空間部７２に配置されている。
【００４０】
このように構成した燃料電池システム１０によれば、電力ケーブル６０が、限られたスペース（空間部７２）内で、通電に加えて、ＳＯＦＣスタック２０の変位の吸収および放熱のそれぞれの機能を十分に発揮する。したがって、燃料電池システム１０は、限られたレイアウト内において、ＳＯＦＣスタック２０の熱膨張による変位の吸収と、放熱性能の向上とを両立させることができる。
【００４１】
燃料電池システム１０は、ケース７０を、車体のリヤサイドメンバー１００間のリヤフロアパネル１０１下面に配置している。
【００４２】
このように構成した燃料電池システム１０によれば、ケース７０をリヤフロアパネル１０１下面に配置したことによって、走行風によってケース７０を冷却することができ、冷却されたケース７０への熱伝達によりケース７０内の空気を冷却することができる。したがって、ケース７０内の空気温度が低下するため、電力ケーブル６０からケース７０内の空気へより効率的に放熱できる。
【００４３】
電気制御部４０は、ＳＯＦＣスタック２０の下方に配置されている。
【００４４】
このように構成した燃料電池システム１０によれば、ＳＯＦＣスタック２０下面に電気制御部４０が位置するため、ＳＯＦＣスタック２０の熱で高温になった空気に電気制御部４０が曝露されることを防ぐことができる。したがって、電気制御部４０が高温空気に触れないため、電気制御部４０の加熱を防ぐことができる。
【００４５】
ケース７０は、電力ケーブル６０を配置する空間部７２が側方位置に配置されている。
【００４６】
このように構成した燃料電池システム１０によれば、ＳＯＦＣスタック２０の熱膨張による変位の方向を定め、この変位を空間部７２が配置された側方位置において吸収できる。
【００４７】
ケース７０は、ケース７０の熱を雰囲気空気に放熱する熱交換部（取り付けブラケット１０２や放熱フィン）を有する。
【００４８】
このように構成した燃料電池システム１０によれば、ケース７０をより冷却することができ、ケース７０内の空気は、冷却されたケース７０への熱伝達によって冷却される。このため、ＳＯＦＣスタック２０の運転によって生じた熱は、電力ケーブル６０からケース７０内の空気により効率的に放熱される。
【００４９】
電力ケーブル６０は、ＳＯＦＣスタック２０の熱を伝達する熱伝達部６１と、熱伝達部６１に連結され鉛直方向へ変位可能で且つケース７０内の空気に接して放熱する放熱部６２と、放熱部６２を水平方向へ押圧する押圧部６３と、の少なくとも３つの部分を備える。
【００５０】
このように構成した燃料電池システム１０によれば、電力ケーブル６０を３つの部分に分割したことによって、曲げアールのスペースを必要とすることなくコンパクトに配置できる。また、電力ケーブル６０の放熱部６２が柔軟に変位することによって、鉛直および水平方向の変位を吸収することができる。さらに、電力ケーブル６０の放熱部６２を鉛直方向に配置し、熱伝達部６１および押圧部６３のそれぞれと接続したことによって、水平方向に十分なスペースがなくても放熱に必要な表面積を増やすことができる。このように燃料電池システム１０は、電力ケーブル６０が、限られたスペース内で、通電に加えて、変位の吸収および放熱のそれぞれの機能を十分に発揮する。したがって、燃料電池システム１０は、限られたレイアウト内において、ＳＯＦＣスタック２０の熱膨張による変位の吸収と、放熱性能の向上とを両立させることができる。
【００５１】
電力ケーブル６０の熱伝達部６１は、断熱材ケース５０から突出し且つケース７０または断熱材ケース５０の少なくとも一方に支持する支持機構９０を有する。
【００５２】
このように構成した燃料電池システム１０によれば、電力ケーブル６０の熱伝達部６１を支持機構９０によって支持することによって、熱伝達部６１を水平方向に変位させることができる。
【００５３】
電力ケーブル６０の放熱部６２は、熱応力により鉛直方向に伸縮自在な放熱部材から形成され、電力ケーブル６０の押圧部６３は、熱応力により水平方向に放熱部材を押圧する押圧部材から形成している。
【００５４】
このように構成した燃料電池システム１０によれば、放熱部６２は、鉛直および水平方向の変位を吸収することができ、放熱性能を高めることができる。
【００５５】
放熱部６２および押圧部６３の合計ケーブル長は、熱伝達部６１と接する放熱部６２の端部と電気制御部４０との間の最短距離よりも長く設定されている。
【００５６】
このように構成した燃料電池システム１０によれば、電力ケーブル６０は、変位の吸収および放熱のそれぞれの機能をより十分に発揮する。
【００５７】
（第３実施形態）
図３Ａおよび図３Ｂは、第３実施形態に係る燃料電池システム１０のシステム構成のレイアウトを模式的に示す図、図３Ｃおよび図３Ｄは、第３実施形態の燃料電池システム１０における電力ケーブル６０の放熱部６２の形状を示す斜視図および断面図である。図３Ｅおよび図３Ｆは、第３実施形態の燃料電池システム１０における変位吸収機構の作用を説明する説明図である。
【００５８】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄに示すように、第３実施形態の燃料電池システム１０は、電力ケーブル６０の放熱部６２が、ＳＯＦＣスタック２０の幅方向（Ｘ軸方向）に対してスタック積層方向（Ｙ軸方向）の曲げ剛性が低いケーブルである。燃料電池システム１０は、スタック積層方向（Ｙ軸方向）を軸として回転する機構を備えたコネクタ１１１、１１２を有している。コネクタ１１１は、放熱部６２と熱伝達部６１とを接続する。コネクタ１１２は、放熱部６２と押圧部６３とを接続する。
【００５９】
図３Ｃおよび図３Ｄに示すように、扁平な複数のケーブル素片１１３を水平方向（Ｙ軸方向）に積層することによって、ＳＯＦＣスタック２０の幅方向（Ｘ軸方向）に対してスタック積層方向（Ｙ軸方向）の曲げ剛性が低くなる。電力ケーブル６０の放熱部６２は、変位量の最も大きなスタック積層方向（Ｙ軸方向）への熱膨張変位に対して容易に変形する。このため、コネクタ１１１、１１２や電力ケーブル６０に過剰な力が作用しない。これにより、熱膨張変位を吸収しつつ、熱変位による電力ケーブル６０の耐久性を向上させることができる。
【００６０】
図３Ｅおよび図３Ｆに示すように、スタック積層方向（Ｙ軸方向）と比較してスタック幅方向（Ｘ軸方向）に剛性が高い放熱部６２を有していても、例えばトーションバーのような機構を備えることによって、スタック幅方向（Ｘ軸方向）の変位を吸収することができる。
【００６１】
以上説明したように、第３実施形態の燃料電池システム１０は、電力ケーブル６０の放熱部６２が、ＳＯＦＣスタック２０の幅方向（Ｘ軸方向）に対してスタック積層方向（Ｙ軸方向）の曲げ剛性が低いケーブルである。電力ケーブル６０の放熱部６２は、スタック積層方向（Ｙ軸方向）を軸として回転可能なコネクタ１１１、１１２を介して、電力ケーブル６０の熱伝達部６１および押圧部６３のそれぞれに接続されている。
【００６２】
このように構成した燃料電池システム１０によれば、放熱部６２のスタック積層方向（Ｙ軸方向）への曲げ剛性を低くしたことによって、変位量の最も大きなスタック積層方向（Ｙ軸方向）への熱膨張変位に対して放熱部６２が容易に変形する。このため、コネクタ１１１、１１２や電力ケーブル６０に余計な力がかからない。したがって、変位を吸収しつつ、熱変位による電力ケーブル６０の耐久性を向上させることができる。
【００６３】
（第４実施形態）
図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の第４実施形態に係る燃料電池システム１０における電力ケーブル６０の放熱部６２の形状を示す斜視図および断面図である。
【００６４】
第４実施形態の燃料電池システム１０は、電力ケーブル６０の放熱部６２の構成を改変した点で第３実施形態の燃料電池システム１０と相違する。システム構成および変位吸収機構の作用は第３実施形態の燃料電池システム１０と同様である（図３Ａおよび図３Ｂ、図３Ｅおよび図３Ｆを参照）。
【００６５】
第４実施形態の燃料電池システム１０は、第３実施形態と同様に、電力ケーブル６０の放熱部６２が、ＳＯＦＣスタック２０の幅方向（Ｘ軸方向）に対してスタック積層方向（Ｙ軸方向）の曲げ剛性が低いケーブルである。燃料電池システム１０は、スタック積層方向（Ｙ軸方向）を軸として回転する機構を備えたコネクタ１１１、１１２を有している。コネクタ１１１は、放熱部６２と熱伝達部６１とを接続する。コネクタ１１２は、電力ケーブル６０の放熱部６２と電力ケーブル６０の押圧部６３とを接続する。
【００６６】
図４Ａおよび図４Ｂに示すように、電力ケーブル６０の放熱部６２は、スタック幅方向（Ｘ軸方向）を長辺とする扁平な長方形状を有する。スタック積層方向（Ｙ軸方向）の放熱部６２のケーブル幅を薄くすることによって、スタック積層方向（Ｙ軸方向）の長さを短縮したコンパクトな配置が可能となる。電力ケーブル６０の放熱部６２は、変位量の最も大きなスタック積層方向（Ｙ軸方向）への熱膨張変位に対して容易に変形する。このため、コネクタ１１１、１１２や電力ケーブル６０に過剰な力が作用しない。これにより、コンパクトなレイアウトにおいても熱膨張変位を吸収しつつ、熱変位による電力ケーブル６０の耐久性を向上させることができる。
【００６７】
第３実施形態と同様に、スタック積層方向（Ｙ軸方向）と比較してスタック幅方向（Ｘ軸方向）に剛性が高い放熱部６２を有していても、例えばトーションバーのような機構を備えることによって、スタック幅方向（Ｘ軸方向）の変位を吸収することができる（図３Ｅおよび図３Ｆを参照）。
【００６８】
以上説明したように、第４実施形態の燃料電池システム１０は、電力ケーブル６０の放熱部６２が、スタック幅方向（Ｘ軸方向）を長辺とする扁平な長方形状を有する。
【００６９】
このように構成した燃料電池システム１０によれば、スタック積層方向（Ｙ軸方向）の放熱部６２のケーブル幅を薄くすることによって、スタック積層方向（Ｙ軸方向）の長さを短縮したコンパクトな配置が可能となる。また、変位量の最も大きなスタック積層方向（Ｙ軸方向）への熱膨張変位に対して放熱部６２が容易に変形するため、コネクタ１１１、１１２や電力ケーブル６０に余計な力がかからない。したがって、コンパクトなレイアウトで変位を吸収しつつ、熱変位による電力ケーブル６０の耐久性を向上させることができる。
【００７０】
（第５実施形態）
図５Ａは、本発明の第５実施形態に係る燃料電池システム１０のシステム構成を模式的に示す断面図である。図５Ｂは、図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面図である。
【００７１】
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、第５実施形態の燃料電池システム１０は、電力ケーブル６０の放熱部６２が、蛇腹状のケーブルである点で第１実施形態の燃料電池システム１０と相違する。放熱部６２の形状を蛇腹状の電力ケーブル６０にしたことによって、放熱に必要な表面積を増やすことができる。このため、より効率的に放熱することができる。
【００７２】
以上説明したように、第５実施形態の燃料電池システム１０は、電力ケーブル６０の放熱部６２が、蛇腹状のケーブルである。
【００７３】
このように構成した燃料電池システム１０によれば、電力ケーブル６０の放熱部６２の形状を蛇腹状の電力ケーブル６０にしたことによって、放熱に必要な表面積を増やすことができる。したがって、表面積を増やすことができるので、より効率的に放熱できる。
【００７４】
（第６実施形態、第６実施形態の改変例）
図６Ａは、本発明の第６実施形態に係る燃料電池システム１０のシステム構成を模式的に示す断面図である。図６Ｂは、本発明の第６実施形態の改変例に係る燃料電池システム１０のシステム構成を模式的に示す断面図である。
【００７５】
図６Ａに示すように、第６実施形態の燃料電池システム１０は、電力ケーブル６０の熱伝達部６１を断熱材ケース５０に支持する他の支持機構９１をさらに有する点で第１実施形態の燃料電池システム１０と相違する。電力ケーブル６０の熱伝達部６１は、支持機構９０および他の支持機構９１の両者によって断熱材ケース５０に支持される。他の支持機構９１は、ＳＯＦＣスタック２０を固定するブラケット５１ａに取り付けられている。他の支持機構９１を介した伝熱経路を増やすことができるため、放熱をより効率的に行うことができる。
【００７６】
図６Ｂに示すように、第６実施形態の改変例の燃料電池システム１０は、電力ケーブル６０の熱伝達部６１をケース７０に支持する他の支持機構９２をさらに有する点で第１実施形態の燃料電池システム１０と相違する。電力ケーブル６０の熱伝達部６１は、支持機構９０によって断熱材ケース５０に支持され、他の支持機構９２によってケース７０に支持される。他の支持機構９２は、ケース７０に取り付けられている。他の支持機構９２を介した伝熱経路を増やすことができるため、放熱をより効率的に行うことができる。
さらに、他の支持機構９１、９２を有することで、電力ケーブルの支持点が増えるため、耐振性を向上させることができる。
【００７７】
以上説明したように、第６実施形態および第６実施形態の改変例の燃料電池システム１０は、電力ケーブル６０の熱伝達部６１をケース７０または断熱材ケース５０の少なくとも一方に支持する他の支持機構９１、９２をさらに有する。
【００７８】
このように構成した燃料電池システム１０によれば、他の支持機構９１、９２を介した伝熱経路を増やすことができる。したがって、放熱をより効率的に実施できる。
【００７９】
なお、燃料電池システム１０は、電力ケーブル６０の熱伝達部６１を断熱材ケース５０に支持する他の支持機構９１と、ケース７０に支持する他の支持機構９２との両者を備える形態に改変できる。
【符号の説明】
【００８０】
１０    燃料電池システム、
２０    ＳＯＦＣスタック（燃料電池スタック）、
３０    ＧＰＵ（ガスプロセッシングユニット）、
４０    電気制御部、
５０    断熱材ケース、
５１ａ、５１ｂ  ブラケット、
５２ａ、５２ｂ  ブラケット、
６０    電力ケーブル、
６１    熱伝達部、
６２    放熱部、
６３    押圧部、
７０    ＡＰＵケース（ケース）、
７１    マウント、
７２    空間部、
９０    支持機構、
９１    他の支持機構、
９２    他の支持機構、
１００  リヤサイドメンバー（車体メンバー）、
１０１  リヤフロアパネル、
１０２  取り付けブラケット（熱交換部）、
１１１、１１２  コネクタ、
１１３  ケーブル素片、
Ｘ軸    燃料電池システムの幅方向、スタック幅方向、車両の前後方向、
Ｙ軸    燃料電池システムの長さ方向、スタック積層方向、車両の幅方向。
【図１Ａ】
2020166993.tif 000003
【図１Ｂ】
2020166993.tif 000004
【図１Ｃ】
2020166993.tif 000005
【図１Ｄ】
2020166993.tif 000006
【図１Ｅ】
2020166993.tif 000007
【図１Ｆ】
2020166993.tif 000008
【図１Ｇ】
2020166993.tif 000009
【図２Ａ】
2020166993.tif 000010
【図２Ｂ】
2020166993.tif 000011
【図３Ａ】
2020166993.tif 000012
【図３Ｂ】
2020166993.tif 000013
【図３Ｃ】
2020166993.tif 000014
【図３Ｄ】
2020166993.tif 000015
【図３Ｅ】
2020166993.tif 000016
【図３Ｆ】
2020166993.tif 000017
【図４Ａ】
2020166993.tif 000018
【図４Ｂ】
2020166993.tif 000019
【図５Ａ】
2020166993.tif 000020
【図５Ｂ】
2020166993.tif 000021
【図６Ａ】
2020166993.tif 000022
【図６Ｂ】
2020166993.tif 000023