(57)【要約】      （修正有）【課題】移動体の衝突時等において、内部に収容された収容部品の損傷を抑制できる燃料電池用ケースを提供する。【解決手段】燃料電池用ケース１０が配設された燃料電池車両の衝突を衝突センサ２で検出し、衝突センサの衝突検出信号に基づき、ケース１０内に配設されたエアバッグ４０が膨張する。エアバッグ４０は、ケース１０内の燃料電池スタック２０及びケース内周辺部品３０間の隙間、燃料電池スタック２０とケース１０の内部表面との間の隙間、及びケース内周辺部品３０とケース１０の内部表面との間の隙間に配設される。エアバッグ４０は、作動時にはこの隙間を充填して衝撃を緩和する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載される燃料電池用ケースであって、
当該燃料電池用ケースの内部に収容される収容部品として、
単セルを積層してなる燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックに付随する部品と、を少なくとも含む燃料電池用ケースにおいて、
前記移動体の状態に応じて膨張するエアバッグを内部に更に備え、
前記エアバッグが、膨張時に前記収容部品に接触するように構成された、燃料電池用ケース。
【請求項２】
前記エアバッグは、前記収容部品間に設けられている、請求項１に記載の燃料電池用ケース。
【請求項３】
前記エアバッグは、前記収容部品と当該燃料電池用ケースの内部表面との間に設けられている、請求項１に記載の燃料電池用ケース。
【請求項４】
前記エアバッグは、前記移動体に設けられた衝突センサの検出結果に基づいて膨張する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池用ケース。
【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内部に収容する燃料電池用ケースに関し、特に車両などの移動体に搭載される燃料電池用ケースに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単セルを積層してなるスタック構造の燃料電池（以下、燃料電池スタックと称する。）は、車両に搭載される場合、例えば乗員室の前方等に配設される（例えば、特許文献１参照。）。この燃料電池スタックは、フォースリミッタ付きのマウントにより車体に取り付けられており、車両衝突時の慣性力が設定値を越えた場合に車体に対してスライドする。そして、スライドした燃料電池スタックがストッパーに衝突し、その際の衝撃がストッパー近傍の緩衝材により緩和されるようになっている。
【特許文献１】特開２００３−１２３７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載の技術は、車両衝突時に燃料電池スタックが損傷することを抑制できる点で有用ではある。
特許文献１では検討されていないが、燃料電池スタックをケースに収容して、燃料電池スタックを塵埃や水などから保護することも考えられる。この場合、ケース内には、燃料電池スタック以外に、燃料電池システムに関連する部品として、例えば、燃料ガス等の流体用の配管の一部、センサ、及び高電圧部品等が収容されると考えられる。そして、これらの収容部品は、省スペース化のため互いに近接して配置されると考えられる。一方、ケースの外部には、ケース外に延出された配管の他、エアコンプレッサ、レギュレータ、及び水素ポンプ等の燃料電池システム側の部品、さらには車両側の部品が互いに近接して配設されると考えられる。
【０００４】
例えば衝突等により車両が衝撃を受けると、ケース外の周辺部品がケースに衝突し、これを押し潰すように変形させるおそれがある。この変形によって、ケース内壁が、燃料電池スタックその他の収容部品に衝突し、収容部品を損傷することにより、燃料ガス漏れなどの不具合が発生するおそれがある。また、このようなケースの変形のみならず、衝撃時の慣性力によって、互いに近接配置された収容部品同士が衝突すると、同様の不具合が発生するおそれがある。この点、従来の特許文献では何ら考慮されておらず、さらなる改良が求められていた。
【０００５】
本発明は、移動体の衝突時等において、内部に収容された収容部品の損傷を抑制できる燃料電池用ケース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】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の燃料電池用ケースは、移動体に搭載される燃料電池用ケースであって、その内部に収容される収容部品として、単セルを積層してなる燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックに付随する部品と、を少なくとも含む。そして、燃料電池用ケースは、移動体の状態に応じて膨張するエアバッグを内部に更に備え、エアバッグが、膨張時に収容部品に接触するように構成されたものである。
【０００７】
かかる構成によれば、例えば移動体に衝撃が加えられてエアバッグが膨張すると、エアバッグが収容部品に接触するので、収容部品に作用される衝撃が吸収される。これにより、収容部品の損傷を抑制できる。また、衝撃吸収体として、エアバッグを用いているので、ケース内のスペースを広く占有しなくて済み、収容部品を互いに近接配置できる。
【０００８】
好ましくは、エアバッグは、収容部品間に設けられるとよい。こうすることで、膨張したエアバッグが収容部品間に挟まれるようになり、収容部品同士の衝突を回避できる。
【０００９】
また、好ましくは、エアバッグは、収容部品と当該燃料電池用ケースの内部表面との間に設けられるとよい。こうすることで、膨張したエアバッグが収容部品とケースの内部表面とに挟まれるようになり、収容部品がケースの内部表面に衝突することを回避できる。これにより、収容部品の損傷のみならず、ケースの損傷も抑制できる。
【００１０】
好ましくは、エアバッグは、移動体に設けられた衝突センサの検出結果に基づいて膨張するとよい。こうすることで、移動体の衝突時に、速やかに且つ確実性良くエアバッグを膨張させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の燃料電池用ケースによれば、移動体の衝突時等において、内部に収容された収容部品の損傷を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池用ケースについて説明する。ここでは、燃料電池用ケースを燃料電池自動車に設置した例について説明する。
【００１３】
図１に示すように、燃料電池用ケース１０（以下、ケース１０という）は、例えば、燃料電池車両１の車室床の前方寄りに配置された状態で車体に固定されている。ケース１０は、底壁部の外面をブラケット等に支持させ、例えばこのブラケット等を車両のフレームに固定することで車体に固定されている。また、燃料電池車両１には、物体や構造物等との衝突を検出して衝突検出信号を出力する衝突センサ２が設けられている。詳述しないが、燃料電池車両１は、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池システムを備えている。
【００１４】
図２に示すように、ケース１０の内部には、燃料電池スタック２０と、燃料電池スタック２０に付随する部品３０（以下、ケース内周辺部品３０という。）と、衝撃吸収体としてのエアバッグ４０と、が収容されている。図２（ａ）はエアバッグ４０の作動前の状態、を示し、図２（ｂ）はエアバッグ４０が作動して膨張した状態を示す。燃料電池システムの運転に必要な又は関連する収容部品としては、エアバッグ４０は該当せず、燃料電池スタック２０及びケース内周辺部品３０が該当する。以下、単に「収容部品」というときは、燃料電池スタック２０及びケース内周辺部品３０のどちらか一方又は両方を意味するものとする。
【００１５】
ケース１０は、例えば上下二分割構造からなり、上方開口された箱体に蓋体を接合して組み立てられている。組み立てられたケース１０の内部には、セル積層方向が水平方向（車両１の前後方向）となるように、例えば二つの燃料電池スタック２０が並べて収容されている。箱体の底壁部の内面には、燃料電池スタック２０の底部を支持する絶縁体のマウントが設けられている。ケース１０は、金属や硬質樹脂により形成することができるが、軽量化や放熱性を考慮してアルミニウムにより形成されるとよい。
【００１６】
燃料電池スタック２０は、単セルを多数積層し、その両端に位置する単セルの外側に、順次、カバープレート、出力端子付きのターミナルプレート、絶縁プレート、エンドプレートを積層して構成されている。燃料電池スタック２０を構成する単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）を一対のセパレータで挟持して構成されている。単セルにより構成される燃料電池としては、リン酸型など複数の種類があるが、ここでは車載や定置用に好適な固体高分子電解質型で構成されている。単セルは、酸化剤ガス（空気）および燃料ガス（水素）の供給を受けて発電し、これにより起電力が得られる。
【００１７】
単セルには、酸化剤ガスとしての空気が圧力供給されると共に、燃料ガスとしての水素ガスが空気と略同圧で供給される。この空気と水素ガスとが反応して発電が行われ、起電力が得られる。また、燃料電池スタック２０には、冷媒としての冷却水が供給される。これら各種流体（空気、水素ガスおよび冷却水）の配管は、ケース１０外からケース１０内へと延在して、燃料電池スタック２０の所定箇所（例えばエンドプレート）に接続されている。このため、ケース１０には、各種流体の配管に対応する管径の貫通孔（図示省略）が分散して形成されている。
【００１８】
ケース内周辺部品３０は、例えば、これらの各種流体用の配管やその継手類、または、各燃料電池スタック２０への流量を調整するバルブ、等の配管系要素である。あるいは、ケース内周辺部品３０は、例えば、各種センサ、センサからの出力信号を制御用信号に変換するための制御基板、または、サービスプラグなどの高電圧部品である。センサは、例えば、セル電圧センサ、温度センサ、または、燃料ガス漏れを検知するための水素濃度センサ等である。これらのセンサや制御基板は、燃料電池スタック２０の運転に関わる制御を行うために設けられている。
【００１９】
ケース内周辺部品３０は、その一部が、燃料電池スタック２０の一端側のエンドプレートに締結ボルト等により固定されている。また、ケース内周辺部品３０の一部は燃料電池スタック２０の上面に取り付けられている。なお、ケース内周辺部品３０の配置は上記のような配置に限定されるものではない。
【００２０】
燃料電池スタック２０及びその周囲のケース内周辺部品３０は、通常、ケース１０の内部表面との間に隙間が設けられている。同様に、並列した燃料電池スタック２０、２０の間にも隙間が設けられ、燃料電池スタック２０とケース内周辺部品３０との間も隙間が設けられることがある。これらの隙間は、省スペース化のためそれほど大きくない。隙間の大きさは、通常の取り扱いにおいてケース１０に加えられる振動や押圧、さらにはそれに伴って生じ得る燃料電池スタック２０及びケース内周辺部品３０の振動等によって、ケース１０及び収容部品（燃料電池スタック２０、ケース内周辺部品３０）が互いに強くは接触しない程度である。
【００２１】
エアバッグ４０は、ケース１０内の上記のような隙間に配設されている。具体的には、ケース１０の内部表面と燃料電池スタック２０との間、ケース１０の内部表面とケース内周辺部品３０との間、および、並列した燃料電池スタック２０、２０の間に、エアバッグ２０が配設されている。ただし、エアバッグ４０の配置はこのような態様に限定されない。例えば、エアバッグ４０を、燃料電池スタック２０とケース内周辺部品３０との間の隙間や、ケース内周辺部品３０同士の隙間等に配設してもよい。要するに、収容部品間や、収容部品とケース１０の内部表面との間にエアバッグ４０を配設すればよい。
【００２２】
エアバッグ４０は、衝突センサ２の衝突検出信号（検出結果）に基づいて作動し、所定の大きさに膨張する。例えば、エアバッグ４０は、折りたたまれた状態の気密な素材からなる袋体と、膨張ガス発生装置と、を備えたものである。膨張ガス発生装置は、衝突センサ２の衝突検出信号に基づいて作動し、袋体内に気体を放出して膨張させる。膨張ガス発生装置は、例えば、ケース１０の外部に設けられた膨張ガス供給源からエアホースにより袋体内に膨張ガス（空気等）を放出するものでもよいし、あるいは、ケース１０の内部に設けられた小型の加熱装置で膨張ガス発生剤を加熱し、発生した膨張ガス（窒素ガス等）を袋体内に放出するものでもよい。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、エアバッグ４０は、作動するまでは袋体が折りたたまれているので、その容積（厚み）が小さく保たれている。従って、燃料電池用ケース１０の組み立て時に、ケース１０内の上述した各隙間に容易に配設することができる。また、この作動前には、燃料電池スタック２０及びケース内周辺部品３０から離した状態で、エアバッグ２０をケース１０の内部表面に取り付けることができる。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、エアバッグ４０は、一旦作動するとその容積が膨張して厚みが増し、配設された隙間一杯に充填されるようになる。膨張したエアバッグ４０は、弾力性及び衝撃吸収力を有し、収容部品に弾力的に接触する。したがって、エアバッグ４０を介して対峙する２つの物体、すなわち、燃料電池スタック２０、ケース内周辺部品３０及びケース１０の内部表面、のいずれかに衝撃あるいは慣性力が加えられた場合に、その衝撃が吸収され、収容部品同士の直接的な衝突、又は収容部品とケース１０の内部表面との直接的な衝突が回避される。
【００２５】
ケース１０の外部には、車両前方側にケース外周辺部品５０が配設され、車両後方側に車両側部品６０が配設されている。ケース外周辺部品５０は、燃料電池システムの運転に用いられる部品であり、例えば、水素タンクとの接続配管、レギュレータ、酸素供給用のエアコンプレッサ、気液分離器、水素ポンプ、排出弁、冷却配管、ウォータポンプ、又は、冷却水を冷却するための熱交換器等である。これらのケース外周辺部品５０は、例えばブラケットやマウント等の取付部材に固定されてケース１０に近接して配設されている。車両側部品６０としては、車室との隔壁、フロアパネル等の車体フレーム、燃料電池スタック２０により発電した電気を蓄電するバッテリ、又は、車両駆動用の電気モータに供給する電圧を調整するための電圧変換器等がある。なお、車両１の前後方向に部品が配設される例を説明したが、もちろん車両１の側方（車幅方向側）にこれらの部品５０，６０が配設される場合もある。
【００２６】
図３は、車両１が前部を衝突し、その衝突を衝突センサ２が検出して、エアバッグ４０が作動した状態の一例を示す模式的平面図である。
図３に示すように、衝突時に、ケース外周辺部品５０及び車両側部品６０がケース１０に衝突すると、ケース１０に衝撃が加えられる。上記のとおり、ケース１０の内部表面と収容部品との間の隙間にはこれを埋めるようにエアバッグ４０が膨張している。したがって、ケース外周辺部品５０及び車両側部品６０が、ケース１０を内側に押し込むことをエアバッグ４０によって抑制できる。そのため、ケース外周辺部品５０及び車両側部品６０がケース１０を貫通して収容部品に接触するような事態も回避される。
【００２７】
以上のように、本実施形態のケース１０によれば、車両１に衝撃が加えられた場合にはエアバッグ４０が作動し、収容部品同士が直接干渉したり、収容部品とケース１０とが直接干渉することを回避できる。これにより、収容部品の損傷を抑制でき、ひいては燃料ガス漏れの発生、電気的な短絡、ケース１０の損傷も抑制し得る。また、このようにエアバッグ４０により衝撃が緩和されるので、ケース１０や収容部品の強度を必要以上に上げるために剛性を高めたり、ケース１０内の隙間を必要以上に広げなくて済む。そのため、軽量化及び省スペース化を図ることができる。
【００２８】
なお、衝突センサ２による衝突検出に代えて、他の方法によりケース１０に衝撃や大きな慣性力をもたらすような車両１の状態変化の検出を行ってエアバッグ４０を作動させてもよい。例えば、振動検出や車両姿勢の変化の検出に基づいてエアバッグ４０を作動させてもよい。また、エアバッグ４０以外の衝撃吸収体を用いて、収容部品の損傷を抑制してもよい。例えば、弾性体や、衝撃エネルギーを吸収するダンパー機能を有する部材を衝撃吸収体として用い、これをエアバッグ４０と同じ位置に設ければよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態に係る燃料電池用ケースを備えた燃料電池車両の構成を示す側面図である。
【図２】実施形態に係る燃料電池用ケース及びその内外に配置された部品のレイアウトを示す模式的平面図であり、（ａ）はエアバッグ作動前、（ｂ）はエアバッグ作動後を示す図である。
【図３】衝撃により燃料電池用ケース外の部品が燃料電池用ケースに衝突した状態を示す模式的平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１：燃料電池車両（移動体）、２：衝突センサ、１０：燃料電池用ケース、２０：燃料電池スタック、３０：ケース内周辺部品、４０：エアバッグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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