(57)【要約】【課題】燃料電池スタックとセルモニタとを同一の収納ケースに収納する燃料電池ユニットを低コスト化、または、コンパクト化する。【解決手段】燃料電池ユニット２０を構成する収納ケース３０の内部には、燃料電池スタック４０とセルモニタ５０とが設置されている。セルモニタ５０は、絶縁カラー６１を介して、燃料電池スタック４０の下方に設置されている。【選択図】図１
2010212014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックを備えた燃料電池ユニットであって、
前記燃料電池スタックを収納する収納ケースと、
前記収納ケースの内部であって、前記燃料電池スタックの下方に設置され、前記燃料電池スタックの発電状況を検出するモニタと
を備えた燃料電池ユニット。
【請求項２】
燃料電池スタックを備えた燃料電池ユニットであって、
前記燃料電池スタックを収納する収納ケースと、
前記収納ケースの内部であって、前記燃料電池スタックの上方または下方に設置され、前記燃料電池スタックの発電状況を検出するモニタと、
前記収納ケースの内部に設置され、前記燃料電池スタックを少なくとも前記収納ケースに固定するマウントであって、前記燃料電池スタックに対して、前記センサと同一の方向に設置されたマウントと
を備え、
前記マウント及び前記モニタの少なくとも一部分は、重力方向において並列的に配置された
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、燃料電池スタックを備えた燃料電池ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックが車両等の移動体に搭載される場合、通常、燃料電池スタックは、その保護の観点から、専用の収納ケースに収納される。また、燃料電池スタックには、燃料電池スタックを構成する各々の燃料電池セルの出力電圧や、燃料電池スタックの全体電圧を検出するセルモニタが設置される。かかるセルモニタは、正確な検出を行うために水や埃対策が必要であり、また、燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの数が多い場合には、全体電圧は比較的高電圧になることから、安全上の配慮が必要になる。こうしたことから、燃料電池スタックとセルモニタとを同一の収納ケースに収納して、燃料電池スタックの上方にセルモニタを設置する技術が開発されている（例えば、下記特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、収納ケースの内部は、燃料電池スタックの発電反応により高温化するため、セルモニタについても耐熱性が必要となり、コスト高を招くことが問題となっていた。また、燃料電池スタックとセルモニタとを収納することで、収納ケースのサイズが大きくなり、収納ケースを移動体に搭載する際の収まりの悪化や重量化が問題となっていた。特に、燃料電池スタックを車両の床下に搭載するような場合には、ケースの高さ方向の制約が大きく、収納ケースの大型化は大きな問題であった。かかる問題は、移動体に搭載する燃料電池スタックに限らず、燃料電池スタックとセルモニタとを同一の収納ケースに収納する燃料電池ユニットに共通する問題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２１８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の問題の少なくとも一部を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、燃料電池スタックとセルモニタとを同一の収納ケースに収納する燃料電池ユニットを低コスト化すること、または、コンパクト化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］  燃料電池スタックを備えた燃料電池ユニットであって、前記燃料電池スタックを収納する収納ケースと、前記収納ケースの内部であって、前記燃料電池スタックの下方に設置され、前記燃料電池スタックの発電状況を検出するモニタとを備えた燃料電池ユニット。
【０００８】
かかる構成の燃料電池ユニットは、収容ケースの内部において、モニタが燃料電池スタックよりも下方に配置されるので、燃料電池スタックの発電反応により生じた熱は、モニタとは反対方向である上方に移動する。その結果、収納ケースの内部において、モニタの周辺は相対的に低温となる。したがって、モニタの耐熱性を低く設定することができ、モニタの低コスト化に資する。
【０００９】
［適用例２］燃料電池スタックを備えた燃料電池ユニットであって、前記燃料電池スタックを収納する収納ケースと、前記収納ケースの内部であって、前記燃料電池スタックの上方または下方に設置され、前記燃料電池スタックの発電状況を検出するモニタと、前記収納ケースの内部に設置され、前記燃料電池スタックを少なくとも前記収納ケースに固定するマウントであって、前記燃料電池スタックに対して、前記センサと同一の方向に設置されたマウントとを備え、前記マウント及び前記モニタの少なくとも一部分は、重力方向において並列的に配置された燃料電池ユニット。
【００１０】
かかる構成の燃料電池ユニットは、収納ケースの内部において、モニタ及びマウントが共に燃料電池スタックの上方または下方のいずれか一方に設置される。また、マウント及びモニタの少なくとも一部分は、重力方向において並列的に配置される。したがって、重力方向においてマウントとモニタとが並列的に重なる高さ分だけ、収納ケースの高さを小さくすることができ、収納ケースのコンパクト化に資する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施例としての燃料電池ユニット２０の概略構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池ユニット２０の効果について示す説明図である。
【図３】第２実施例としての燃料電池ユニット２０の概略構成を示す説明図である。
【図４】第３実施例としての燃料電池ユニット２０の概略構成を示す説明図である。
【図５】第４実施例としての燃料電池ユニット２０の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施例について説明する。
Ａ．第１実施例：
本発明の実施例としての燃料電池ユニット２０の概略構成を図１に示す。本実施例の燃料電池ユニット２０は、車両ＶＥに搭載されるものであり、図１では、車両ＶＥの側面から見た燃料電池ユニット２０の断面を示している。燃料電池ユニット２０は、図１に示すように、収納ケース３０、燃料電池スタック４０、セルモニタ５０、絶縁カラー６１、マウント６２を備えている。本実施例では、燃料電池ユニット２０は、支持部材６５によって、車両ＶＥのフロアパネルＦＰの下方に固定されている。
【００１３】
燃料電池スタック４０は、複数の燃料電池セルを積層し、その両端をターミナル、インシュレータ、エンドプレートで挟持した燃料電池スタックである。本実施例においては、燃料電池スタック４０は、固体高分子形燃料電池であるが、ダイレクトメタノール形燃料電池、リン酸形燃料電池など、他の形式であってもよい。
【００１４】
セルモニタ５０は、燃料電池スタック４０の発電状況を検出するためのモニタである。セルモニタ５０は、その両端に配された絶縁カラー６１を介して、燃料電池スタック４０に支持され、燃料電池スタック４０の重力方向下方に設置されている。本実施例では、セルモニタ５０は、燃料電池スタック４０を構成する各々の燃料電池セルの出力電圧と、燃料電池スタック４０の全体電圧とを検出する回路である。セルモニタ５０による検出結果は、燃料電池スタック４０の運転制御を行う制御ユニット（図示せず）に出力される。なお、セルモニタ５０は、少なくとも各々の燃料電池セルの出力電圧を検出するものであればよく、全体電圧の検出は必須ではない。また、燃料電池セルの出力電圧に加えて、電流、インピーダンス、温度等を検出するものであってもよい。
【００１５】
収納ケース３０は、燃料電池スタック４０及びセルモニタ５０を収納する収納ケースであり、本実施例では、鉄で形成されている。また、収納ケース３０は、その重力方向底面に冷却フィン３２を備えている。冷却フィン３２は、燃料電池スタック４０の発電反応により発生した熱の、収納ケース３０の外部への放熱を促進する。また、収納ケース３０は、その重力方向上面に換気口３４を備えている。換気口３４は、冷却フィン３２と同様に、収納ケース３０の内部の熱の外部への放熱を促進する。また、換気口３４は、燃料電池スタック４０において燃料ガスとして用いられる水素が万一漏洩した場合に、漏洩水素が収納ケース３０の内部に滞留することを抑制する。
【００１６】
マウント６２は、燃料電池スタック４０を構成するエンドプレートと、収納ケース３０と、支持部材６５とを貫通する絶縁性ボルトによって、燃料電池スタック４０を収納ケース３０に固定し、さらに、収納ケース３０を支持部材６５に固定する。支持部材６５は、図示しない車両ＶＥの部材、例えば、サイドフレームに固定される。ただし、支持部材６５自体が、サイドフレームなどであってもよい。本実施例においては、マウント６２は、絶縁性ボルトの外周に弾性部材、例えば、ブチルゴムを備えており、車両ＶＥの走行による振動を吸収して、振動の収納ケース３０への伝播を抑制する役割も果たす。また、マウント６２は、その一部が、重力方向において、セルモニタ５０及び絶縁カラー６１と同じ高さ関係、すなわち並列に配置されている。
【００１７】
かかる燃料電池ユニット２０において、車両ＶＥが図１の右から左に向かう方向に走行すると、その走行により発生する車速風が、図中の左から右に向かう方向に流れることとなる。
【００１８】
かかる構成の燃料電池ユニット２０は、収納ケース３０の内部において、セルモニタ５０が燃料電池スタック４０の下方に設置される。燃料電池スタック４０で発生する熱は、燃料電池スタック４０の上方に移動するので、セルモニタ５０が設置される収納ケース３０の下方は、相対的に上方よりも低温となる。したがって、セルモニタ５０の耐熱性を低く設定することができる。すなわち、セルモニタ５０を安価に構成することができる。
【００１９】
また、燃料電池ユニット２０は、フロアパネルＦＰの下方に設置されているので、車両ＶＥの走行により収納ケース３０の下方に生じる車速風によって、収納ケース３０の内部温度が低減されるので、セルモニタ５０の耐熱性を低く設定することができる。また、燃料電池スタック４０は、セルモニタ５０が設置される側である収納ケース３０の底面に冷却フィン３２を備えているので、収納ケース３０、特に、セルモニタ５０の周辺部の放熱性能を向上させて、セルモニタ５０の耐熱性を低く設定することができる。また、燃料電池スタック４０の上面には換気口３４が設けられているので、セルモニタ５０の上方に移動した熱が換気口３４から放熱され、収納ケース３０の内部温度を低減するので、セルモニタ５０の耐熱性を低く設定することができる。
【００２０】
なお、上述の実施例においては、燃料電池ユニット２０を車両ＶＥのフロアパネルＦＰ下に設置する構成について示したが、燃料電池ユニット２０の設置箇所は特に限定するものではなく、例えば、従来のガソリンエンジンを動力源とする車両のエンジンルームに相当する空間（本願においては、便宜上、エンコパという）、センタートンネル、トランクなどであってもよい。
【００２１】
また、燃料電池ユニット２０の他の効果について図２を用いて説明する。なお、図２においては、図１に示した冷却フィン３２及び換気口３４は、図示を省略している。図２（ｂ）は、比較例としての燃料電池ユニット２０の概略構成を示す説明図である。この比較例では、収納ケース３０の内部において、セルモニタ５０が絶縁カラー６１を介して燃料電池スタック４０の上方に設置され、マウント６２が燃料電池スタック４０の下方に設置されている。かかる配置において、収納ケース３０の高さは、燃料電池スタック４０の高さＤ１と、マウント６２の高さＤ２と、セルモニタ５０及び絶縁カラー６１の高さＤ３（ここでは、Ｄ２＞Ｄ３）との合計分（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３）の高さよりも大きく確保する必要がある。
【００２２】
一方、図２（ａ）に示すように、本実施例における燃料電池ユニット２０では、収納ケース３０の内部において、マウント６２の一部が、重力方向において、セルモニタ５０及び絶縁カラー６１と並列に配置されている。かかる配置においては、収納ケース３０の高さは、燃料電池スタック４０の高さＤ１と、マウント６２の高さＤ２との合計分の高さ（Ｄ１＋Ｄ２）よりも大きく確保すればよく、図２（ｂ）に示した収納ケース３０と比べて、高さＤ３分だけ低く設定することができる。
【００２３】
なお、マウント６２の必要高さがセルモニタ５０及び絶縁カラー６１の高さよりも低い場合には、収納ケース３０の高さは、燃料電池スタック４０の高さＤ１と、セルモニタ５０及び絶縁カラー６１の高さＤ３との合計分の高さ（Ｄ１＋Ｄ３）よりも大きく確保すればよく、図２（ｂ）に示した収納ケース３０と比べて、高さＤ２分だけ低く設定することができる。したがって、収納ケース３０をコンパクトにすることができる。
【００２４】
また、かかる効果は、セルモニタ５０及び絶縁カラー６１と、マウント６２とが共に燃料電池スタック４０の下方に設置されている場合に限らず、セルモニタ５０及び絶縁カラー６１とマウント６２とが共に燃料電池スタック４０の上方に設置されている場合であっても、同様に得ることができる。要するに、マウント６２とセルモニタ５０とが、燃料電池スタック４０の上方または下方の同一方向に共に配置され、これらの少なくとも一部が重力方向において並列に配置されていればよいのである。
【００２５】
Ｂ．第２実施例：
本発明の第２実施例としての燃料電池ユニット２０の概略構成について図３を用いて説明する。図３では、第１実施例と同様の構成については、図１と同一の符号を付して説明は省略し、第１実施例と異なる点についてのみ説明する。第２実施例としての燃料電池ユニット２０は、冷却フィン３２及び換気口３４を備えていない点と、貫通穴３６を備えている点が第１実施例と異なる。図３（ａ）に示すように、第２実施例としての燃料電池ユニット２０の収納ケース３０は、車両ＶＥの進行方向側からの正面から見れば、セルモニタ５０の両脇に、丸型の貫通穴３６を備えている。貫通穴３６は、図３（ｂ）に示すように、車両ＶＥの進行方向とは反対側の、対応する位置にも向けられており、車両ＶＥが走行すると、車速風が、車両ＶＥの進行方向側の貫通穴３６から収納ケース３０の内部に流入し、進行方向と反対側の貫通穴３６から流出する構成となっている。なお、貫通穴３６の形状や個数は、特に限定するものではなく、例えば、矩形形状でもよいし、３つでもよい。また、貫通穴３６の形成位置は、特に限定するものではないが、セルモニタ５０の周辺部に設けることが望ましい。
【００２６】
かかる構成の燃料電池ユニット２０は、車両ＶＥが走行すると、貫通穴３６を通って車速風が収納ケース３０の内部を通過するので、収納ケース３０の内部温度を低減することができる。特に、本実施例では、貫通穴３６は、セルモニタ５０の周辺に設けられているので、セルモニタ５０の周辺の温度を低減することができる。したがって、セルモニタ５０の耐熱性を低く設定することができる。なお、第２実施例の構成と、第１実施例としての構成とを組み合わせてもよい。
【００２７】
Ｃ．第３実施例：
本発明の第３実施例としての燃料電池ユニット２０の概略構成について図４を用いて説明する。図４では、第１実施例と同様の構成については、図１と同一の符号を付して説明は省略し、第１実施例と異なる点についてのみ説明する。第３実施例としての燃料電池ユニット２０は、冷却フィン３２及び換気口３４を備えていない点と、断熱板３８を備えている点が第１実施例と異なる。断熱板３８は、図４に示すように、収納ケース３０の内部を、燃料電池スタック４０が収納される部屋と、セルモニタ５０が収納される部屋とに分離するように設けられており、燃料電池スタック４０で発生する熱がセルモニタ５０側に移動することを抑制する。断熱板３８は、マウント６２及び絶縁カラー６１を通すための貫通穴が設けられており、その周辺部は断熱材でシールされている。本実施例においては、断熱板３８は、鉄板にグラスウールを吹き付けたものを用いたが、断熱材の材質は、特に限定するものではなく、例えば、ロックウール、ウレタンフォームなどであってもよい。
【００２８】
かかる構成の燃料電池ユニット２０は、断熱板３８によって、燃料電池スタック４０で発生する熱がセルモニタ５０側に移動することを抑制するので、セルモニタ５０の周辺の温度を低減することができる。したがって、セルモニタ５０の耐熱性を低く設定することができる。なお、第３実施例の構成と、第１実施例及び／または第２実施例としての構成とを組み合わせてもよい。
【００２９】
Ｄ．第４実施例：
本発明の第４実施例としての燃料電池ユニット２０の概略構成について図５を用いて説明する。図５は、セルモニタ５０の周辺部の拡大図である。第４実施例としての燃料電池ユニット２０は、セルモニタ５０の形状が上述の実施例と異なる。具体的には、セルモニタ５０は、セルモニタ５０の両端に配された絶縁カラー６１の内側において、絶縁カラー６１と重力方向に並列に配列された部分を備えている。
【００３０】
かかる構成の燃料電池ユニット２０は、セルモニタ５０及び絶縁カラー６１の高さを、第１実施例における当該高さＤ３よりも、セルモニタ５０と絶縁カラー６１とが重力方向に並列的に重なる高さＤ４の分だけ、低くすることができる。したがって、第１実施例に示した収納ケース３０の高さをさらに低くして、収納ケース３０をコンパクトにすることができる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態における本発明の構成要素のうち、独立クレームに記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることは勿論である。例えば、本発明は、上述した車両に搭載される燃料電池ユニットに限らず、燃料電池スタックとセルモニタとを同一の収納ケースに収納する種々の燃料電池ユニットに適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
２０…燃料電池ユニット
３０…収納ケース
３２…冷却フィン
３４…換気口
３６…貫通穴
３８…断熱板
４０…燃料電池スタック
５０…セルモニタ
６１…絶縁カラー
６２…マウント
６５…支持部材
ＶＥ…車両
ＦＰ…フロアパネル
【図１】
2010212014.tif 000003
【図２】
2010212014.tif 000004
【図３】
2010212014.tif 000005
【図４】
2010212014.tif 000006
【図５】
2010212014.tif 000007