(57)【要約】【課題】簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタックを良好に保温することを可能にする。【解決手段】車載用燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１６を備えるとともに、前記燃料電池スタック１６を構成する第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂには、燃料電池ＶＣＵ６４及び車両走行用モータＰＤＵ６６が直接固着される。燃料電池ＶＣＵ６４を構成するヒートシンク７０及び車両走行用モータＰＤＵ６６を構成するヒートシンク８０は、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂに固定される。【選択図】図１
2014123524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向両端にエンドプレートが配設される燃料電池スタックを備える車載用燃料電池システムであって、
少なくとも前記燃料電池が発生する電力の電圧制御又は電流制御を行う制御ユニットと一体に構成され、該制御ユニットを冷却する冷却装置を備え、
前記冷却装置は、一対の前記エンドプレート間に一体に固定されることを特徴とする車載用燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の車載用燃料電池システムにおいて、前記車載用燃料電池システムは、前記冷却装置に配置され、冷却媒体が流通されるヒートシンクと、
車両走行用モータ及び前記ヒートシンクに前記冷却媒体を循環供給する循環供給路と、
前記冷却媒体を循環させるポンプと、
前記冷却媒体を外気により冷却させるラジエータと、
前記ラジエータをバイパスするバイパス路と、
を備えることを特徴とする車載用燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の車載用燃料電池システムにおいて、前記エンドプレートと前記冷却装置との間で伝熱を行う熱伝達機構を備えることを特徴とする車載用燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の車載用燃料電池システムにおいて、前記制御ユニットは、前記燃料電池の電圧制御を行うヴォルテージコントロールユニットと、
車両走行用モータの出力制御を行うパワードライブユニットと、
を備え、
前記燃料電池スタックは、前記燃料電池の積層方向に延在する第１の辺に、前記ヴォルテージコントロールユニットが固定されるとともに、
前記第１の辺に対向する第２の辺に、前記パワードライブユニットが固定されることを特徴とする車載用燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が車幅方向に沿って積層されるとともに、積層方向両端にエンドプレートが配設される燃料電池スタックを備える車載用燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一面側にアノード電極が、前記電解質膜の他面側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして車載用燃料電池システムに組み込んで使用されている。
【０００３】
この種の車載用燃料電池システムでは、各部品を車両内のスペースに効率的且つコンパクトに収容する必要がある。そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池車両が知られている。この燃料電池車両は、車両駆動モータとコンプレッサ駆動モータとが共用するコンデンサと、第１及び第２インバータ及び前記コンデンサを収納するＰＤＵケースを備えている。このＰＤＵケースの内部空間は、中間壁により上空間部と下空間部とに区分されており、前記中間壁を貫通して前記上空間部と前記下空間部を連通させる貫通部が設けられている。
【０００４】
そして、上空間部及び下空間部のうち、いずれか一方に第１インバータが配置されるとともに、他方に第２インバータが配置されている。コンデンサは、貫通部を介して上空間部及び下空間部に亘って配置されている。これにより、部品点数を抑制して配置自由度の向上及びモータルームの小型化を図ることができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−６３２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃料電池スタックは、例えば、車室のフロアトンネル下等に、個別に配置されている場合がある。このため、燃料電池スタックには、スタック荷重を付与するために、締結パネルや締結バー等の締結部材が専用部品として用いられている。さらに、燃料電池スタックは、停止時の降温速度を緩やかにして、低温劣化を抑制することが望まれている。従って、燃料電池スタックには、例えば、専用の保温構造が採用されている。
【０００７】
本発明は、専用部品の削減を図るとともに、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタックを良好に締結及び保温することが可能な車載用燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向両端にエンドプレートが配設される燃料電池スタックを備える車載用燃料電池システムに関するものである。
【０００９】
この車載用燃料電池システムでは、少なくとも燃料電池が発生する電力の電圧制御又は電流制御を行う制御ユニットと一体に構成され、該制御ユニットを冷却する冷却装置を備え、前記冷却装置は、一対のエンドプレート間に一体に固定されている。
【００１０】
また、この車載用燃料電池システムは、冷却装置に配置され、冷却媒体が流通されるヒートシンクと、車両走行用モータ及び前記ヒートシンクに前記冷却媒体を循環供給する循環供給路と、前記冷却媒体を循環させるポンプと、前記冷却媒体を外気により冷却させるラジエータと、前記ラジエータをバイパスするバイパス路と、を備えることが好ましい。
【００１１】
さらに、この車載用燃料電池システムでは、エンドプレートと冷却装置との間で伝熱を行う熱伝達機構を備えることが好ましい。
【００１２】
さらにまた、この車載用燃料電池システムでは、制御ユニットは、燃料電池の電圧制御を行うヴォルテージコントロールユニットと、車両走行用モータの出力制御を行うパワードライブユニットと、を備え、燃料電池スタックは、前記燃料電池の積層方向に延在する第１の辺に、前記ヴォルテージコントロールユニットが固定されるとともに、前記第１の辺に対向する第２の辺に、前記パワードライブユニットが固定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、制御ユニットを冷却する冷却装置が、一対のエンドプレート間に一体に固定されている。このため、冷却装置自体が、エンドプレート間の締結部材としての機能を兼ねることができ、専用の締結部材を不要にして部品点数の削減が容易に図られる。さらに、冷却装置は、燃料電池スタックに一体に固定されるため、システム全体を良好に小型化することが可能になる。
【００１４】
しかも、冷却装置では、冷却媒体が制御ユニットを冷却することにより吸熱して昇温されている。従って、燃料電池スタックの停止時には、冷却装置が前記燃料電池スタックの保温装置として機能する。これにより、専用の保温装置が不要になるとともに、燃料電池スタックの降温速度を緩やかにし、低温劣化の抑制が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車載用燃料電池システムが搭載された燃料電池電気自動車の概略側面説明図である。
【図２】前記車載用燃料電池システムを構成する燃料電池スタック及び制御ユニットの分解斜視図である。
【図３】前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図４】実施形態と従来例とのスタック温度の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る車載用燃料電池システムが搭載された燃料電池電気自動車の概略側面説明図である。
【図６】前記車載用燃料電池システムを構成する熱伝達機構の斜視説明図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る車載用燃料電池システムを構成する熱伝達機構の概略側面説明図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る車載用燃料電池システムを構成する熱伝達機構の概略斜視説明図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る車載用燃料電池システムを構成する熱伝達機構の概略側面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る車載用燃料電池システム１０は、燃料電池電気自動車（燃料電池車両）１２のフロントボックス（所謂、モータルーム）１４に収容される。車載用燃料電池システム１０は、燃料電池電気自動車１２内の車体フレーム（図示せず）に固定される。
【００１７】
車載用燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１６を備えるとともに、前記燃料電池スタック１６は、図２に示すように、複数の燃料電池１８が立位姿勢で燃料電池電気自動車１２の車長方向（前後走行方向）（矢印Ａ方向）に交差する車幅方向（矢印Ｂ方向）に積層される。
【００１８】
燃料電池１８の積層方向一端には、第１ターミナルプレート２０ａ、第１絶縁プレート２２ａ及び第１エンドプレート２４ａが、外方に向かって順次配設される。燃料電池１８の積層方向他端には、第２ターミナルプレート２０ｂ、第２絶縁プレート２２ｂ及び第２エンドプレート２４ｂが、外方に向かって順次配設される。
【００１９】
横長形状の第１エンドプレート２４ａの中央部からは、第１ターミナルプレート２０ａに接続された第１電力出力端子２６ａが外方に向かって延在する。横長形状の第２エンドプレート２４ｂの中央部からは、第２ターミナルプレート２０ｂに接続された第２電力出力端子２６ｂが外方に向かって延在する。
【００２０】
図３に示すように、燃料電池１８は、電解質膜・電極構造体２８と、前記電解質膜・電極構造体２８を挟持する第１金属セパレータ３０及び第２金属セパレータ３２とを備える。
【００２１】
第１金属セパレータ３０及び第２金属セパレータ３２は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第１金属セパレータ３０及び第２金属セパレータ３２は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、第１金属セパレータ３０及び第２金属セパレータ３２に代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。
【００２２】
第１金属セパレータ３０及び第２金属セパレータ３２は、横長形状を有するとともに、長辺が水平方向（矢印Ａ方向）に延在し且つ短辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に延在するように構成される。なお、短辺が水平方向に延在し且つ長辺が重力方向に延在するように構成してもよい。
【００２３】
燃料電池１８の長辺方向（矢印Ａ方向）の一端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３４ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３６ｂとが設けられる。
【００２４】
燃料電池１８の長辺方向の他端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３６ａと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３４ｂとが設けられる。
【００２５】
燃料電池１８の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部一方側には、すなわち、酸化剤ガス供給連通孔３４ａ及び燃料ガス排出連通孔３６ｂ側には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための２つの冷却媒体供給連通孔３８ａが、対向する辺に設けられる。燃料電池１８の短辺方向の両端縁部他方側には、すなわち、燃料ガス供給連通孔３６ａ及び酸化剤ガス排出連通孔３４ｂ側には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、冷却媒体を排出するための２つの冷却媒体排出連通孔３８ｂが、対向する辺に設けられる。
【００２６】
電解質膜・電極構造体２８は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４０と、前記固体高分子電解質膜４０を挟持するカソード電極４２及びアノード電極４４とを備える。
【００２７】
カソード電極４２及びアノード電極４４は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４０の両面に形成される。
【００２８】
第１金属セパレータ３０の電解質膜・電極構造体２８に向かう面３０ａには、酸化剤ガス供給連通孔３４ａと酸化剤ガス排出連通孔３４ｂとを連通する酸化剤ガス流路４６が形成される。酸化剤ガス流路４６は、矢印Ａ方向に延在する複数本の波状流路溝により形成される。
【００２９】
第２金属セパレータ３２の電解質膜・電極構造体２８に向かう面３２ａには、燃料ガス供給連通孔３６ａと燃料ガス排出連通孔３６ｂとを連通する燃料ガス流路４８が形成される。燃料ガス流路４８は、矢印Ａ方向に延在する複数本の波状流路溝により形成される。
【００３０】
第２金属セパレータ３２の面３２ｂと隣接する第１金属セパレータ３０の面３０ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔３８ａ、３８ａと冷却媒体排出連通孔３８ｂ、３８ｂとに連通する冷却媒体流路５０が形成される。この冷却媒体流路５０は、電解質膜・電極構造体２８の電極範囲に亘って冷却媒体を流通させる。
【００３１】
第１金属セパレータ３０の面３０ａ、３０ｂには、この第１金属セパレータ３０の外周端縁部を周回して第１シール部材５２が一体成形される。第２金属セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、この第２金属セパレータ３２の外周端縁部を周回して第２シール部材５４が一体成形される。
【００３２】
第１シール部材５２及び第２シール部材５４としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。
【００３３】
図２に示すように、第１エンドプレート２４ａには、酸化剤ガス供給連通孔３４ａ、酸化剤ガス排出連通孔３４ｂ、燃料ガス供給連通孔３６ａ及び燃料ガス排出連通孔３６ｂに連通する酸化剤ガス供給マニホールド部材５６ａ、酸化剤ガス排出マニホールド部材５６ｂ、燃料ガス供給マニホールド部材５８ａ及び燃料ガス排出マニホールド部材５８ｂが取り付けられる。
【００３４】
第２エンドプレート２４ｂには、図示しないが、冷却媒体供給連通孔３８ａ及び冷却媒体排出連通孔３８ｂに連通する冷却媒体供給マニホールド部材及び冷却媒体排出マニホールド部材が取り付けられる。
【００３５】
第１エンドプレート２４ａの各長辺（上辺及び下辺）には、凹部６０ａが形成される。各長辺の端部には、各凹部６０ａの両側に位置してねじ穴６２ａが設けられる。第２エンドプレート２４ｂの各長辺（上辺及び下辺）には、凹部６０ｂが形成される。各長辺の端部には、各凹部６０ｂの両側に位置してねじ穴６２ｂが設けられる。
【００３６】
車載用燃料電池システム１０は、図１及び図２に示すように、少なくとも燃料電池１８が発生する電力の電圧制御又は電流制御を行う制御ユニットとして、燃料電池ＶＣＵ（ヴォルテージコントロールユニット）６４と車両走行用モータＰＤＵ（パワードライブユニット）６６とを備える。燃料電池ＶＣＵ６４及び車両走行用モータＰＤＵ６６は、燃料電池スタック１６の上下又は前後（走行方向前後）に直接固定される。燃料電池ＶＣＵ６４は、燃料電池１８の電圧制御を行う一方、車両走行用モータＰＤＵ６６は、後述する車両走行用モータ８６の出力制御を行う。
【００３７】
図２に示すように、燃料電池ＶＣＵ６４は、冷却装置８４を構成しケーシング６８が一体に固定されるヒートシンク７０を備える。ケーシング６８内には、ヒートシンク７０上に接触してパワーモジュール（ＩＧＢＴ）等のモジュール７２が配置される。ヒートシンク７０は、複数のフィン７０ｆを有するとともに、前記フィン７０ｆは、燃料電池１８の積層方向（矢印Ｂ方向）に延在する。フィン７０ｆが、補強用リブとして機能するとともに、モジュール７２の熱が前記フィン７０ｆに伝達される。ケーシング６８の底部には、カバー部材７３が装着される。
【００３８】
ヒートシンク７０の四隅には、それぞれ孔部７４が形成される。各孔部７４には、ボルト７６が挿入されるとともに、前記ボルト７６は、第１エンドプレート２４ａのねじ穴６２ａ及び第２エンドプレート２４ｂのねじ穴６２ｂに螺合する。ヒートシンク７０は、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの上辺（第１の辺）に一体に固定される。ボルト７６は、各隅に複数個ずつ設けてもよく、また、一体に固定とは、前記ボルト７６に限定されるものではなく、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂ間の締結荷重を受けられる構造であればよい。
【００３９】
車両走行用モータＰＤＵ６６は、冷却装置８４を構成しケーシング７８が一体に固定されるヒートシンク８０を備える。ケーシング７８内には、ヒートシンク８０上に接触してモジュール８２が配置される。ヒートシンク８０は、複数のフィン８０ｆを有するとともに、前記フィン８０ｆは、燃料電池１８の積層方向（矢印Ｂ方向）に延在する。フィン８０ｆが、補強用リブとして機能するとともに、モジュール８２の熱が前記フィン８０ｆに伝達される。ケーシング７８の底部には、カバー部材８３が装着される。
【００４０】
ヒートシンク８０の四隅には、それぞれ孔部８５が形成される。各孔部８５には、ボルト７６が挿入されるとともに、前記ボルト７６は、第１エンドプレート２４ａのねじ穴６２ａ及び第２エンドプレート２４ｂのねじ穴６２ｂに螺合する。ヒートシンク８０は、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂ下辺（第２の辺）に一体に固定される。ボルト７６は、各隅に複数個ずつ設けてもよく、また、一体に固定とは、前記ボルト７６に限定されるものではなく、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂ間の締結荷重を受けられる構造であればよい。
【００４１】
図１に示すように、燃料電池ＶＣＵ６４及び車両走行用モータＰＤＵ６６は、冷却装置８４により冷却される。冷却装置８４は、車両走行用モータ８６、車両走行用モータＰＤＵ６６及び燃料電池ＶＣＵ６４に接続され、冷却媒体（冷却水やオイル等）を循環供給する循環供給路８８を備える。循環供給路８８には、冷却媒体を循環させるポンプ９０と、前記冷却媒体を外気により冷却させるラジエータ９２と、三方弁９４を介して前記ラジエータ９２をバイパスするバイパス路９６とが設けられる。
【００４２】
循環供給路８８は、車両走行用モータＰＤＵ６６のヒートシンク８０の一端から内部に開口される。循環供給路８８は、ヒートシンク８０の他端から外部に露呈して燃料電池ＶＣＵ６４のヒートシンク７０の一端から内部に開口される。循環供給路８８は、さらにヒートシンク７０の他端から外部に露呈し、ラジエータ９２に接続される。
【００４３】
このように構成される車載用燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。
【００４４】
先ず、図２に示すように、第１エンドプレート２４ａの酸化剤ガス供給マニホールド部材５６ａから酸化剤ガス供給連通孔３４ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。第１エンドプレート２４ａの燃料ガス供給マニホールド部材５８ａから燃料ガス供給連通孔３６ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、第２エンドプレート２４ｂでは、冷却媒体供給マニホールド部材（図示せず）から一対の冷却媒体供給連通孔３８ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００４５】
このため、図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３４ａから第１金属セパレータ３０の酸化剤ガス流路４６に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４６に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体２８のカソード電極４２に供給される。
【００４６】
一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３６ａから第２金属セパレータ３２の燃料ガス流路４８に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路４８に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体２８のアノード電極４４に供給される。
【００４７】
従って、電解質膜・電極構造体２８では、カソード電極４２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００４８】
次いで、電解質膜・電極構造体２８のカソード電極４２に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３４ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体２８のアノード電極４４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３６ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。
【００４９】
また、一対の冷却媒体供給連通孔３８ａに供給された冷却媒体は、第１金属セパレータ３０及び第２金属セパレータ３２間の冷却媒体流路５０に導入される。冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ａ方向に移動して電解質膜・電極構造体２８を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔３８ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。
【００５０】
上記の運転時には、燃料電池スタック１６から各種制御ユニットを含む補機類に電力が供給されるとともに、車両走行用モータ８６に電流が供給される。このため、燃料電池電気自動車１２は、車両走行用モータ８６の動作用下に走行可能となる。特に、車両走行用モータ８６、車両走行用モータＰＤＵ６６及び燃料電池ＶＣＵ６４では、電流が流れることにより、温度上昇が発生している。
【００５１】
ここで、車両走行用モータ８６、車両走行用モータＰＤＵ６６及び燃料電池ＶＣＵ６４は、冷却装置８４により冷却されている。冷却装置８４では、ポンプ９０が回転駆動されることにより、循環供給路８８に冷却媒体が循環されている。
【００５２】
冷却媒体は、図１及び図２に示すように、車両走行用モータＰＤＵ６６と一体に構成されるヒートシンク８０に供給される。冷却媒体は、複数のフィン８０ｆにより熱交換が行われてモジュール８２等を冷却した後、ヒートシンク８０から導出される。
【００５３】
冷却媒体は、さらに燃料電池ＶＣＵ６４と一体に構成されるヒートシンク７０に供給される。ヒートシンク７０では、複数のフィン７０ｆにより冷却媒体と熱交換が行われる。冷却媒体は、モジュール７２を冷却した後、循環供給路８８を通ってラジエータ９２に導入される。冷却媒体は、ラジエータ９２により、外気と熱交換が行われて冷却処理された後、車両走行用モータ８６から車両走行用モータＰＤＵ６６及び燃料電池ＶＣＵ６４に循環供給される。
【００５４】
次いで、図示しないイグニッションがオフされて、燃料電池電気自動車１２の運転が停止されると、燃料電池スタック１６の発電が停止される。
【００５５】
図１に示すように、冷却装置８４では、三方弁９４が切換操作されることにより、循環供給路８８は、バイパス路９６に接続されてラジエータ９２がバイパスされる（図１中、一点鎖線参照）。そして、ポンプ９０が駆動され、循環供給路８８に沿って冷却媒体が循環される。
【００５６】
その際、冷却媒体は、車両走行用モータ８６、車両走行用モータＰＤＵ６６及び燃料電池ＶＣＵ６４の冷却処理（熱交換）を行うことによって昇温されている。従って、特に、外気温が氷点下である際には、図４に示すように、燃料電池スタック１６に車両走行用モータＰＤＵ６６及び燃料電池ＶＣＵ６４を固定しない従来の構造に比べて、前記燃料電池スタック１６の降温速度が緩やかになる。
【００５７】
この場合、第１の実施形態では、燃料電池ＶＣＵ６４及び車両走行用モータＰＤＵ６６を冷却するための冷却装置８４は、燃料電池スタック１６を保温するための保温装置として機能する。これにより、燃料電池スタック１６は、専用の保温装置が不要になるとともに、前記燃料電池スタック１６の降温速度を緩やかにし、低温起動回数の低減、すなわち、低温劣化の抑制が可能になるという効果が得られる。
【００５８】
しかも、第１の実施形態では、冷却装置８４を構成するヒートシンク７０及びヒートシンク８０は、ボルト７６を介して第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂに一体に固定されている。このため、ヒートシンク７０、８０は、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂ間の締結部材としての機能を兼ねることができ、専用の締結部材を不要にして部品点数の削減が容易に図られる。
【００５９】
さらに、第１エンドプレート２４ａの長辺には、凹部６０ａが設けられており、ヒートシンク７０、８０と前記第１エンドプレート２４ａとの接触面積が可及的に削減される。従って、第１エンドプレート２４ａからの放熱が良好に低減され、熱効率の向上が容易に図られる。一方、第２エンドプレート２４ｂでは、上記の第１エンドプレート２４ａと同様の効果が得られる。
【００６０】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る車載用燃料電池システム１００が搭載された燃料電池電気自動車１２の概略側面説明図である。なお、第１の実施形態に係る車載用燃料電池システム１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６１】
車載用燃料電池システム１００では、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂと燃料電池ＶＣＵ６４のヒートシンク７０との間で伝熱を行う熱伝達機構１０２と、前記第１エンドプレート２４ａ及び前記第２エンドプレート２４ｂと車両走行用モータＰＤＵ６６のヒートシンク８０との間で伝熱を行う熱伝達機構１０４とを備える。熱伝達機構１０２、１０４は、熱が伝達されればよく、設置場所や設置個数が限定されることはない。
【００６２】
熱伝達機構１０２は、図５及び図６に示すように、ヒートシンク７０にねじ止めされる所定本数のケーブル１０６ａと、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂにねじ止めされる所定本数のケーブル１０６ｂとを備える。ケーブル１０６ａ、１０６ｂは、熱伝導性を有する、例えば、銅線で構成されるとともに、熱伝導性の接点を有する、例えば、銅で構成されたスイッチ（コンタクタ）１０８に接続されて、互いに接続及び離間可能である。
【００６３】
なお、熱伝達機構１０４は、上記の熱伝達機構１０２と同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する（図５参照）。
【００６４】
このように構成される第２の実施形態では、燃料電池スタック１６の運転時には、スイッチ１０８を介してケーブル１０６ａと１０６ｂとが分離されている。このため、燃料電池ＶＣＵ６４及び車両走行用モータＰＤＵ６６と、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂとの間の熱移動が規制されている。
【００６５】
一方、燃料電池スタック１６の運転が停止されると、スイッチ１０８を介してケーブル１０６ａと１０６ｂとが接続される。従って、燃料電池ＶＣＵ６４及び車両走行用モータＰＤＵ６６と第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂとの間で、熱移動が良好に行われる。
【００６６】
図７に示すように、本発明の第３の実施形態に係る車載用燃料電池システム１２０は、熱伝達機構１２２を備える。なお、熱伝達機構１２２は、ヒートシンク７０と第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂとの間、並びにヒートシンク８０と前記第１エンドプレート２４ａ及び前記第２エンドプレート２４ｂとの間にそれぞれ設けられている。これらは、同一の構成であり、ヒートシンク７０と第１エンドプレート２４ａとの間に設けられた熱伝達機構１２２のみを用いて説明する。以下の各実施形態においても、同様である。
【００６７】
熱伝達機構１２２は、ヒートシンク７０の端部底面に一端が固定される熱伝導性を有するばね部材１２４を備える。ばね部材１２４は、外力が付与されない状態では、開放側の他端部は、第１エンドプレート２４ａの上面部に、直接又は介装部材を介して押圧される。この状態では、ヒートシンク７０と第１エンドプレート２４ａとの間の熱移動を可能にし、燃料電池スタック停止時に、前記ヒートシンク７０から前記第１エンドプレート２４ａに熱移動が行われる。
【００６８】
ばね部材１２４に近接して、アクチュエータ、例えば、電磁弁１２６が配置される。電磁弁１２６は、通電によりロッド１２６ａが前方に突出し、ばね部材１２４を押圧して開放端側を、第１エンドプレート２４ａから離脱する位置に保持する（二点鎖線参照）。このため、ヒートシンク７０と第１エンドプレート２４ａとの間の熱移動が規制される。これにより、第３の実施形態では、上記の第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６９】
図８に示すように、本発明の第４の実施形態に係る車載用燃料電池システム１３０は、熱伝達機構１３２を備える。
【００７０】
熱伝達機構１３２は、軸１３４を支点にして揺動可能なブラケット１３６を備える。ブラケット１３６は、断面Ｌ字状を有し、熱伝導性を有する銅又はアルミニウムにより構成される。ブラケット１３６は、ヒートシンク７０に当接する鉛直部１３６ａと、第１エンドプレート２４ａの上端面に当接する水平部１３６ｂとを有し、アクチュエータ、例えば、電磁弁１３８から延在するロッド１３８ａが前記鉛直部１３６ａに固着される。
【００７１】
ブラケット１３６は、ヒートシンク７０と第１エンドプレート２４ａとに一体に当接して熱移動が可能な姿勢と、前記ヒートシンク７０及び前記第１エンドプレート２４ａから離間して熱移動を規制する姿勢とに、揺動可能である。このように構成される第４の実施形態では、上記の第２及び第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７２】
図９に示すように、本発明の第５の実施形態に係る車載用燃料電池システム１４０は、熱伝達機構１４２を備える。
【００７３】
熱伝達機構１４２は、ヒートシンク７０と第１エンドプレート２４ａとの間隙に挿入される所定数の容器１４４を備える。容器１４４内には、液体１４６が圧力室１４８ａ、１４８ｂ間の圧力によって所定の位置、すなわち、ヒートシンク７０と第１エンドプレート２４ａとの間の熱移動を可能にする位置に配置される。
【００７４】
熱伝導性を有する材料、例えば、銅、アルミニウム、鉄等の金属で形成された容器１４４の開放側には、ピストン１５０が収納自在に配置され、前記ピストン１５０は、電磁弁１５２を介して矢印Ｔ方向に進退可能である。電磁弁１５２を介してピストン１５０が容器１４４の内方に押圧されると、圧力室１４８ｂの圧力が高くなって、熱伝導性を有する液体１４６が、ヒートシンク７０と第１エンドプレート２４ａとの間から離脱する。従って、ヒートシンク７０と第１エンドプレート２４ａとの間の熱移動が規制される。
【００７５】
一方、電磁弁１５２がオフされることにより、圧力室１４８ａの圧力により液体１４６が実線の位置に移動する。この状態で、ヒートシンク７０と第１エンドプレート２４ａとの間の熱移動が可能になる。これにより、第５の実施形態では、上記の第２〜第４の実施形態と同様の効果が得られる。なお、ヒートシンク８０と第１エンドプレート２４ａとの間の熱伝達にも、利用することが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１０、１００、１２０、１３０、１４０…車載用燃料電池システム
１２…燃料電池電気自動車            １６…燃料電池スタック
１８…燃料電池                      ２４ａ、２４ｂ…エンドプレート
２８…電解質膜・電極構造体          ３０、３２…金属セパレータ
３４ａ…酸化剤ガス供給連通孔        ３４ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
３６ａ…燃料ガス供給連通孔          ３６ｂ…燃料ガス排出連通孔
３８ａ…冷却媒体供給連通孔          ３８ｂ…冷却媒体排出連通孔
４０…固体高分子電解質膜            ４２…カソード電極
４４…アノード電極                  ４６…酸化剤ガス流路
４８…燃料ガス流路                  ５０…冷却媒体流路
６４…燃料電池ＶＣＵ                ６６…車両走行用モータＰＤＵ
６８、７８…ケーシング              ７０、８０…ヒートシンク
７０ｆ、８０ｆ…フィン              ７２、８２…モジュール
７６…ボルト                        ８４…冷却装置
８６…車両走行用モータ              ８８…循環供給路
９０…ポンプ                        ９２…ラジエータ
９４…三方弁                        ９６…バイパス路
１０２、１０４、１２２、１３２、１４２…熱伝達機構
１０６ａ、１０６ｂ…ケーブル        １０８…スイッチ
１２４…ばね部材                    １２６、１３８、１５２…電磁弁
１３４…軸                          １３６…ブラケット
１４４…容器                        １４６…液体
１４８ａ、１４８ｂ…圧力室          １５０…ピストン
【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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【図８】
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【図９】
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