(57)【要約】【課題】漏電検出器からの配線が他部品と干渉することを防止して、漏電チェックの信頼性の向上を図る。【解決手段】燃料電池モジュール２０において、燃料電池スタック２４を覆うケース２２を設けるとともに、漏電検出器４０をケース２２内に設ける構成とする。漏電検出器４０と燃料電池スタック２４とを結ぶ高電圧用の配線４２が、リレー等の他部品と干渉することがない。なお、漏電検出器４０は、エンドプレート３０に配設することが好ましい。配線４２は、エンドプレート３０にボルト止めすることが好ましい。【選択図】　　　　図１
2004055384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池からの漏電を検出する漏電検出器とを備える燃料電池モジュールにおいて、
前記燃料電池を覆うケースを設けるとともに、
前記漏電検出器を前記ケース内に設けたことを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池は、積層方向両端を高剛性を有したエンドプレートで支持された単電池の積層体からなり、
前記漏電検出器は、前記エンドプレートに配設された燃料電池モジュール。
【請求項３】
車両の駆動電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池からの漏電を検出する漏電検出器とを備える燃料電池モジュールにおいて、
前記燃料電池は、積層方向両端を高剛性を有したエンドプレートで支持された単電池の積層体からなり、
前記漏電検出器は、前記エンドプレートに配設されたことを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項４】
請求項２または３に記載の燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池は、前記エンドプレートを中間電位に帯電させる構成であり、
前記漏電検出器は、前記エンドプレートに電気配線を直づけして、該電気配線を介して前記燃料電池の中間電位を引き込む構成である燃料電池モジュール。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれかに記載の燃料電池モジュールを搭載する燃料電池自動車であって、
前記燃料電池モジュールは、前記車両の左右方向に、前記燃料電池の積層方向が向くように搭載された、燃料電池自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、漏電検出器を備える燃料電池モジュール、およびこの燃料電池モジュールを搭載する燃料電池自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素と酸素の電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池は、次世代のエネルギ源として期待されており、自動車への搭載が研究されている。こうした燃料電池自動車では、燃料電池が高電圧を発生することから、燃料電池からの漏電の対策が重要である。特開平６−２２３８５９号公報には、燃料電池自動車において、冷却水の電気導電率を導電率センサにより検出して、燃料電池からの漏電をチェックする構成が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では、導電チェックの信頼性の低下を招くことがあった。というのも、導電率センサにより構成される漏電検出器は、燃料電池からの配線を伴うものであることから、漏電検出器の配設の仕方によっては、他部品との干渉により配線の取り回しが困難となるためであり、この結果、漏電チェックの信頼性の低下を招くことがあった。
【０００４】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、漏電検出器からの配線が他部品と干渉することを防止して、漏電チェックの信頼性の向上を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
前述した課題の少なくとも少なくとも一部を解決するための手段としては、以下に示す構成をとった。
【０００６】
本発明の第１の燃料電池モジュールは、
車両の駆動電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池からの漏電を検出する漏電検出器とを備える燃料電池モジュールにおいて、
前記燃料電池を覆うケースを設けるとともに、
前記漏電検出器を前記ケース内に設けたことを要旨としている。
【０００７】
この第１の燃料電池モジュールでは、漏電検出器が、燃料電池を覆うケース内に設けられることから、漏電検出器と燃料電池とを結ぶ配線が他部品と干渉することがない。このために、配線の取り回しが容易であることから、漏電チェックの信頼性の向上を図ることができる。
【０００８】
上記第１の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池は、積層方向両端を高剛性を有したエンドプレートで支持された単電池の積層体からなり、前記漏電検出器は、前記エンドプレートに配設された構成とすることができる。
【０００９】
この構成によれば、漏電検出器が、エンドプレートに配設されることから、漏電検出器と燃料電池とを結ぶ電気配線を短くすることができる。このために、電気配線を含む高電圧な部分が短くなることから、安全性の向上を図ることができる。
【００１０】
本発明の第２の燃料電池モジュールは、
車両の駆動電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池からの漏電を検出する漏電検出器とを備える燃料電池モジュールにおいて、
前記燃料電池は、積層方向両端を高剛性を有したエンドプレートで支持された単電池の積層体からなり、
前記漏電検出器は、前記エンドプレートに配設されたことを要旨としている。
【００１１】
この第２の燃料電池モジュールでは、漏電検出器が、エンドプレートに配設されることから、漏電検出器と燃料電池とを結ぶ電気配線が短くなり、他部品との干渉を防止することができる。このために、配線の取り回しが容易であることから、漏電チェックの信頼性の向上を図ることができ、さらには、電気配線を含む高電圧な部分が短くなることから、安全性の向上を図ることができる。
【００１２】
前記第１または第２の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池は、前記エンドプレートを中間電位に帯電させる構成であり、前記漏電検出器は、前記エンドプレートに電気配線を直づけして、該電気配線を介して前記燃料電池の中間電位を引き込む構成とすることができる。
【００１３】
この構成によれば、漏電検出器へ中間電位を引き込む電気配線を最短とすることができる。このために、配線を含む高電圧な部分が最短となることから、安全性をより向上させることができる。
【００１４】
本発明の燃料電池自動車は、
上記漏電検出器をエンドプレートに設けた第１の燃料電池モジュール、または第２の燃料電池モジュールを搭載する燃料電池自動車であって、
前記燃料電池モジュールは、前記車両の左右方向に、前記燃料電池の積層方向が向くように搭載されたことを要旨としている。
【００１５】
この燃料電池自動車では、漏電検出器は、高剛性のエンドプレートに配設されるとともに、燃料電池の積層方向が車両の左右方向に向くように、燃料電池モジュールは搭載されることから、衝突時の漏電検出器の破損を防止することができる。衝突時には、車両の前後方向に大きな衝撃力が発生して、漏電検出器が配設された左右方向に大きな衝撃力が発生する恐れは小さいためであり、また、漏電検出器は高剛性のエンドプレートに配設されているためである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例としての燃料電池モジュールを搭載した燃料電池自動車の車両前方部の模式的な上面図である。図において、燃料電池モジュール２０が車両前方部のエンジンルーム内に配置される。燃料電池モジュール２０は、燃料電池スタックケース２２（以下、単にケース２２と呼ぶ）内に燃料電池スタック２４を有している。なお、ケース２２は本来、燃料電池スタック２４を密閉収納するが、ここでは説明の都合上、ケース２２の上面を取り除いて、内部の燃料電池スタック２４等の構造がわかるように図示している。
【００１７】
燃料電池スタック２４は、車両の駆動電力を供給するためのもので、それぞれ板状の単電池２５の積層体である第１のスタック２６と第２のスタック２８とが並列配置されて構成される。第１と第２のスタック２６，２８は互いに同数の単電池からなり、それぞれ同じ電圧を発生するように構成される。ここで、第１と第２のスタック２６，２８の積層方向は共に車両左右方向であり、その左右端には、比較的厚め（例えば、厚さ１５ｍｍ程度）の金属のエンドプレート３０，３２が配置されている。両エンドプレート３０，３２の間は、締め付け部材（図示せず）によって締め付けられており、この結果、スタック２６，２８は積層方向に押さえ付けられている。
【００１８】
第１と第２のスタック２６，２８は単電池の極性が互いに反対向きに積層され、例えば、第１のスタック２６は、図において左側が正極、右側が負極であり、第２のスタック２８は、図において左側が負極、右側が正極である。第１と第２のスタック２６，２８のエンドプレート３２側の端部は互いに電気的に接続されて、これにより両スタック２６，２８は一つの単電池直列接続体を構成し、所望の高電圧が得られる。
【００１９】
第１と第２のスタック２６，２８のエンドプレート３０側の端部には、第１と第２のスタック２６，２８が構成する共通の単電池直列接続体の端部電極３４，３６が積層される。例えば、上述の単電池の配列方向によれば、第１のスタック２６に積層される電極３４は正電極となり、第２のスタック２８に積層される電極３６は負電極となる。電極３４，３６は、第１と第２のスタック２６，２８との境界の位置（すなわち、燃料電池スタック２４の車両前後方向についての中央部）にてスタックの積層方向に曲げられたＬ字形状を有する。電極３４，３６のスタック積層方向を向いた部分は、エンドプレート３０の車両前後方向中央位置に開けられた穴を通ってエンドプレート３０から車両側方に向けて突出され、端子３８として用いられる。
【００２０】
なお、第１と第２のスタック２６，２８は、温度による膨張、収縮等によって積層方向の寸法が変化しうる。そこで、エンドプレート３０と電極３４との間、およびエンドプレート３０と電極３６との間には、皿バネの積層体（図示せず）が配置され、第１と第２のスタック２６，２８を構成する単電池が常に適度な力で互いに圧接されるように構成される。
【００２１】
端子３８には、電源出力ケーブル（図示せず）が接続される。なお、この電源出力ケーブルの途中にはリレー（図示せず）が設けられている。端子３８の突出する側のエンドプレート３０には、漏電検出器４０が固着した状態に配置される。漏電検出器４０からは配線４２が出ているが、この配線４２の端部は、エンドプレート３０にボルト止めされる。図２は、そのボルト止めの様子を示す斜視図である。図示するように、配線４２の端部４２ａは、取付用金具４４に固着されており、その取付用金具４４に設けられた孔（図示せず）にボルト４６を通して、エンドプレート３０の車両側方の壁面３０ａにボルト止めされる。
【００２２】
燃料電池モジュール２０とラジエータ（図示せず）との間には、配管が設けられ、冷却水が循環される。ラジエータにて空冷された冷却水は注入口５０から燃料電池スタック２４内に流れ込み、スタック内に設けられた隙間を流通して、水素の燃焼により発生した熱を奪って、排出口５２から流れ出て、再びラジエータへ戻される。冷却水は燃料電池スタック２４内で単電池の電極に接しながら流通するため、その電極の電位の影響を受け、電極３４の正電位（＋Ｖ）と電極３６の負電位（ーＶ）との間の電位を帯びる。例えば、端子３８の突出したエンドプレート３０と反対側のエンドプレート３２に注入口５０および排出口５２を設けた場合、冷却水には基本的にエンドプレート３２近傍の電位（およそゼロ電位）を有することになる。
【００２３】
なお、前述したように、両エンドプレート３０，３２の間は、締め付け部材によって締め付けられており、この締め付け部材は、導電性の金属によって形成されるものであるから、端子３８の突出した側のエンドプレート３０も、他方側のエンドプレート３０と同じ電位（およそゼロ電位）を有することになる。
【００２４】
図３は、漏電検出器４０の電気的な構成を、燃料電池スタック２４と電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）５４とともに示す説明図である。図示するように、漏電検出器４０は、燃料電池スタック２４の中間電位（およそゼロ電位）と接続されている。これは、前述したように、漏電検出器４０からの配線４２を、エンドプレート３０にボルト止めされることで、実現されている。
【００２５】
漏電検出器４０は、抵抗器６１，６２と、電圧検出回路６３と、警告出力回路６４とを備える。この漏電検出器４０によれば、配線４２からの中間電位を、抵抗器６０を介して引き込んで、その中間電位の電圧を、電圧検出回路６３により検出して、その検出結果に応じて、警告出力回路６４により、警告信号をＥＣＵ５４に出力する。なお、抵抗器６０と電圧検出回路６３との間は、抵抗器６２によりグランドに接続されている。
【００２６】
もし、燃料電池スタック２４の負側の電極３６に、漏電あるいは感電が発生すると、電極３６と前述した冷却水（図中Ｌの抵抗成分）との間に電流が流れ得る。つまり、燃料電池スタック２４の負側の電極３６と冷却水Ｌとを結ぶ回路が成立すると、そこに漏洩電流が流れる恐それが発生する。これにより冷却水Ｌに高電圧が発生するが、この高電圧を、電圧検出回路６３によって検出する。
【００２７】
電圧検出回路６３に高電圧が発生すると、前述したように、警告出力回路６４から、ＥＣＵ５４に警告信号が発せられる。ＥＣＵ５４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備える所謂マイクロコンピュータによって構成されるもので、ケース２２の外側に設けられている。ＥＣＵ５４のＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されるプログラムに従う制御処理を実行することで、警告信号を受信したときに、電源出力ケーブルに燃料電池スタック２４に設けられたリレー７１，７２を切断する。
【００２８】
以上詳述したように、この実施例の燃料電池モジュール２０によれば、漏電検出器４０が、燃料電池スタック２４を覆うケース２２内に設けられることから、漏電検出器４０と燃料電池スタック２４とを結ぶ高電圧用の配線４２が、リレー等の他部品と干渉することがない。このために、配線の取り回しが容易であることから、漏電チェックの信頼性の向上を図ることができる。
【００２９】
また、この実施例では、漏電検出器４０が、エンドプレート３０に配設されていることから、漏電検出器４０と燃料電池スタック２４とを結ぶ配線４２を短くすることができる。このために、配線４２を含む高電圧な部分が短くなることから、安全性の向上を図ることができる。特に、この実施例では、中間電位を帯びたエンドプレート３２に上記配線４２をボルト止めによって直づけする構成をとっていることから、配線４２を最短とすることができる。このために、配線を含む高電圧な部分が最短となることから、安全性をより一層、向上させることができる。
【００３０】
さらに、この実施例の燃料電池モジュール２０を搭載した燃料電池自動車によれば、漏電検出器４０は、エンドプレート３０に配設されるとともに、燃料電池スタック２４の単電池２５の積層方向が車両の左右方向に向くように、燃料電池モジュール２０は搭載されることから、衝突時の漏電検出器４０の破損を防止することができる。衝突時には、車両の前後方向に大きな衝撃力が発生して、漏電検出器４０が配設された左右方向に大きな衝撃力が発生する恐れは小さいためであり、また、漏電検出器４０は、比較的厚めの金属製といった高剛性のエンドプレートに配設されているためである。
【００３１】
なお、本発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３２】
（１）上述した実施例では、ケース２２は、燃料電池スタック２４の全体を覆うものであったが、これに換えて、燃料電池スタック２４の一部を覆うケースとしてもよい。例えば、ケースは、ボンネットを開けたときに見える部分を主として覆うもの、すなわち燃料電池スタック２４の上面、または上面および側面を覆い、一方、下側が開放されたものとすることができる。
【００３３】
（２）上述した実施例では、中間電位を帯びたエンドプレート３２に上記配線４２をボルト止めによって直づけする構成をとっていたが、これに換えて、配線４２をエンドプレート３２にロウ付する構成としてもよい。いずれの方法で直づけする構成としてもよい。
【００３４】
（３）上述した実施例では、配線４２を直づけするエンドプレートを、端子３８の突出する側のエンドプレート３０としたが、これに換えて、他方側のエンドプレート３２とすることもできる。
【００３５】
（４）また、配線４２をエンドプレート３０（あるいは３２）に直づけすることなしに、漏電検出器４０をケース２２内に設けた構成とすることもできる。
【００３６】
（５）また、ケース２２は、必ずしも必要なく、漏電検出器４０をエンドプレート３０（あるいは３２）に配設した構成を発明とすることもできる。
【００３７】
（６）前記漏電検出器４０は、燃料電池スタック２４の電圧変動から漏電を検出する構成であったが、これに換えて、冷却水の電気導電率を検出する構成とすることもできる。燃料電池スタック２４からの漏電を検出できるものであれば、どのような構造によるものでもよい。
【００３８】
（７）上述した実施例では、燃料電池スタック２４の単電池２５の積層方向が車両の左右方向に向くようになされていたが、ここで、左右方向とは、車両の前後方向に直角な方向であるが、必ずしも直角である必要はなく、略直角であれば、左右方向と呼ぶものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池モジュールを搭載した燃料電池自動車の車両前方部の模式的な上面図である。
【図２】配線４２のエンドプレート３０へのボルト止めの様子を示す斜視図である。
【図３】漏電検出器４０の電気的な構成を燃料電池スタック２４とＥＣＵ５４とともに示す説明図である。
【符号の説明】
２０…燃料電池モジュール
２２…燃料電池スタックケース
２４…燃料電池スタック
２５…単電池
２６…第１のスタック
２８…第２のスタック
３０…エンドプレート
３０ａ…壁面
３２…エンドプレート
３４，３６…電極
３８…端子
４０…漏電検出器
４２…配線
４２ａ…端部
４４…取付用金具
４６…ボルト
５０…注入口
５２…排出口
５４…ＥＣＵ
６１，６２…抵抗器
６３…電圧検出回路
６４…警告出力回路
７１，７２…リレー
【図１】
2004055384.tif 000003
【図２】
2004055384.tif 000004
【図３】
2004055384.tif 000005