(57)【要約】【課題】発電効率及び信頼性を向上することができる燃料電池システムの電力供給装置を提供する。【解決手段】燃料電池１１の出力端子１４，１５に対し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８及びインバータ２３を直接に接続する。該インバータ２３のアルミニウム製の出力端子２５にアルミニウム製の一次側コイル２９を接続する。モータ２７の銅製の入力端子３６に接続された入力端子に銅製の二次側コイル３５を接続する。インバータ２３から出力される交流電流を電磁誘導作用によって、一次側コイル２９から二次側コイル３５に伝える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の正極及び負極の出力端子と、負荷側の電気機器の入力端子との間を非接触の接続手段を介して接続したことを特徴とする燃料電池システムの電力供給装置。
【請求項２】
燃料電池の正極及び負極の出力端子に入力端子を同系金属よりなる導電線によりインバータを接続したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの電力供給装置。
【請求項３】
前記接続手段は、インバータの出力端子に接続された一次側コイルと、前記電気機器の入力端子に接続された二次側コイルとにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システムの電力供給装置。
【請求項４】
前記一次側コイルまたは二次側コイルには、コイルの巻数を変更する巻数変更手段が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システムの電力供給装置。
【請求項５】
前記燃料電池の出力端子とインバータの入力端子との間には、ＤＣ／ＤＣコンバータが接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システムの電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば車両用の燃料電池システムにおける電力供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多数の発電セルを積層した燃料電池スタックにおいては、燃料である水素と酸化ガスである空気中の酸素とが反応ガスとして供給されて電気化学反応により発電される。
燃料電池スタックは、例えば電動車両の電源装置として用いられ、燃料電池スタックから出力された直流電圧がＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧され、昇圧された直流電流がインバータで交流電流に変換され、この交流電流が車輪駆動用のモータに供給されて車両の走行が行われる。
【０００３】
特許文献１に記載の燃料電池スタックには、電力を取り出すための正極及び負極の出力端子が備えられ、両出力端子にはバスバーがそれぞれ接続されている。両バスバーは前記ＤＣ／ＤＣコンバータの正極及び負極の入力端子に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７２４５８号公報（明細書の段落００３８及び図２参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記の特許文献１も含めて、従来構成においては、次のような問題があった。
すなわち、一般に燃料電池スタックのケースやスタック内のセルのケースはアルミニウムで形成されている。そして、前記出力端子はアルミニウムにより形成され、バスバーは銅により形成されており、従って、前記出力端子とバスバーとは異種金属が接触された状態となる。このため、端子の接続部分に異種金属接触腐食が生じる。このため、該接触界面における電気抵抗が増大して、エネルギーロスが生じるという問題があった。この腐蝕の問題を解消するために出力端子またはバスバーに腐蝕防止用の鍍金が施す対策が講じられていたが、この場合には鍍金の経年劣化により、やはり前記のような問題が生じるおそれがあった。
【０００６】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、異種金属接触腐食を防止することができる燃料電池システムの電力供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、燃料電池の両端に設けられた正極及び負極の出力端子にインバータの入力端子を同系導電材よりなる導電線により接続し、前記インバータの出力端子と、負荷側の電気機器の入力端子との間に非接触の接続手段を設けていることを要旨とする。
【０００８】
前記の構成において、燃料電池の正極及び負極の出力端子に入力端子を同系金属よりなる導電線によりインバータを接続してもよい。
前記の構成において、前記接続手段は、インバータの出力端子に接続された一次側コイルと、前記電気機器の入力端子に接続された二次側コイルとにより構成されていることが望ましい。
【０００９】
前記の構成において、前記一次側コイルまたは二次側コイルには、コイルの巻数を変更する巻数変更手段が設けられていることが望ましい。
前記の構成において、前記燃料電池の出力端子とインバータの入力端子との間には、ＤＣ／ＤＣコンバータが接続されていることが望ましい。
【００１０】
（作用）
この発明の燃料電池システムの電力供給装置においては、前記インバータの出力端子と、負荷側の電気機器の入力端子との間に非接触の接続手段を設けた。このため、前記出力端子と入力端子とを異種金属接触させる必要がなく、両端子の異種金属接触による接触界面の腐蝕が回避される。従って、インバータから電気機器への電力の供給が円滑に行われる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、この発明によれば、異種金属接触腐食を防止することが可能になるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の燃料電池システムの電力供給装置を具体化した一実施形態を示すブロック回路図。
【図２】（ａ）は接続装置の拡大断面図、（ｂ）は一部拡大断面図。
【図３】この発明の別の実施形態を示す略体図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、この発明を具体化した燃料電池システムの電力供給装置の一実施形態を図面に従って説明する。この燃料電池システムは、車両の車載電源システムとして用いられる。
燃料電池１１は、そのケース内に多数の燃料電池セル（図示しない）を電気的に直列接続した状態で内装して構成されている。この燃料電池１１のケース及び燃料電池セルのケースはアルミニウムで構成されている。なお、この実施形態において、アルミニウムとは、アルミニウム合金を含むものとする。燃料電池１１には空気中の酸素を該電池１１に供給するための空気供給系１２が接続されるとともに、水素を供給するための水素供給系１３が接続されている。そして、燃料電池１１に供給された反応ガスとしての酸素と水素が各燃料電池セル内で電気化学的に反応して発電が行われる。
【００１４】
前記燃料電池１１の両端部にはアルミニウム製の正極側の出力端子１４と負極側の出力端子１５が設けられている。両出力端子１４，１５には電力を供給するとともに、供給された電力を活用するための電力系１６が接続されている。前記空気供給系１２、水素供給系１３及び電力系１６には、システム全体を統括して制御する制御装置１７が接続されている。
【００１５】
次に、前記電力系１６の構成について説明する。
電圧変換装置としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１８のアルミニウム製の一対の入力端子１９には、前記燃料電池１１のアルミニウム製の出力端子１４，１５からアルミニウム製の二本のリード線２０を通して直流電圧が印加される。前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１８のアルミニウム製の一対の出力端子２１には、アルミニウム製のリード線２２がそれぞれ接続され、両リード線２２は、直流電圧を交流電圧に変換するためのインバータ２３に設けられたアルミニウム製の一対の入力端子２４に接続されている。そして、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１８は、燃料電池１１から供給される直流電圧を昇圧してインバータ２３に出力する。
【００１６】
前記インバータ２３に設けられたアルミニウム製の一対の出力端子２５には、次に述べる非接触式の接続手段としての非接触接続装置（以下、単に接続装置という）２６を介して、車両の車輪を回転させるための電気機器としてのモータ２７が接続されている。
【００１７】
前記インバータ２３のケース３１には、絶縁材よりなる別のケース３２が取り付けられている。図２（ａ）（ｂ）に示すように、前記ケース３１内において、前記両出力端子２５間には、絶縁材よりなる棒状のコア２８が架設されている。このコア２８の外周面には、アルミニウム製の線材が螺旋状に多数回巻き付けられ、一次側コイル２９が形成されている。この線材は断面四角形をなすとともに、外周面に絶縁被覆が施されている。一次側コイル２９の両端は前記出力端子２５に電気的に接続されている。
【００１８】
前記ケース３２には前記両出力端子２５と対応するように銅製の一対の入力端子３３が取り付けられている。前記両入力端子３３間には、絶縁材よりなる円柱状のコア３４が架設されている。このコア３４の外周面には、銅製の線材が螺旋状に巻き付けられ、二次側コイル３５が形成されている。この線材は断面四角形をなすとともに、外周面に絶縁被覆が施されている。二次側コイル３５の両端は前記入力端子３３に電気的に接続されている。前記入力端子３３の外端部には、前記モータ２７の駆動回路２７ａに設けられた銅製の入力端子３６に連結されている。
【００１９】
次に、前記のように構成された燃料電池システムの作用を説明する。
さて、制御装置１７から空気供給系１２、水素供給系１３及び電力系１６に動作制御信号が出力されると、両供給系１２，１３から燃料電池１１に空気と反応ガスである水素が供給されて、燃料電池１１において電気化学反応により発電が行われる。発電された電力は出力端子１４，１５、リード線２０及び入力端子１９を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１８に直流電流として供給され、該コンバータ１８により昇圧されてリード線２２を介してインバータ２３に供給される。このインバータ２３によって直流電流が交流電流に変換され、この交流電流は出力端子２５を介して接続装置２６の一次側コイル２９に供給される。このため、二次側コイル３５に電磁誘導作用により交流電流が発生し、この交流電流が入力端子３３，３６を介してモータ２７に供給され、該モータ２７によって車輪が回転され、車両の走行が行われる。
【００２０】
従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）この燃料電池システムにおいては、燃料電池１１やその内部のセルのケースがアルミニウムで形成されているため、燃料電池１１と一次側コイル２９との間のリード線２０，２２や端子１５，２１，２４，２５等がアルミニウムによって構成される。そして、インバータ２３のアルミニウム製の出力端子２５と、モータ２７の銅製の入力端子３６との間に一次側コイル２９及び二次側コイル３５よりなる非接触式の接続装置２６を設けた。このため、異種金属接触腐食が回避される。従って、腐食によって電気抵抗が高くなったり、導電に障害が生じたりすることを回避できる。このため、電力ロスを防止して省エネルギーを達成できるとともに、信頼性が向上する。
【００２１】
（２）この燃料電池システムにおいては、絶縁性のコア２８，３４の外周面に断面四角形の帯状の線材を巻き付けて一次側コイル２９及び二次側コイル３５を形成したので、横断面が円形の線材をコア２８，３４に巻き付けるのと比較して、磁束密度を向上でき、高効率と小型化を達成できる。
【００２２】
（３）この燃料電池システムにおいては、インバータ２３のケース３２内に一次側コイル２９及び二次側コイル３５を収容したので、両コイル２９，３５の汚損を防止することができる。
【００２３】
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  図３に示すように、二次側コイル３５の巻数を調整する巻数変更手段５１を設けるようにしてもよい。すなわち、二次側コイル３５の複数位置に固定端子３５ａをそれぞれ設けるとともに、アクチュエータ５２の作動ロッド５３の先端に可動端子５４を設け、可動端子５４と前記入力端子３６をフレキシブルの導電線５５により接続する。そして、前記可動端子５４を移動させることによってその可動端子５４と接続される固定端子３５ａのひとつを選択することにより、二次側コイル３５の有効巻数を調整し、モータ２７に印加する電圧の高低を調整する。前記巻数変更手段５１を一次側コイル２９に設けてもよい。
【００２４】
この図３の実施形態では、巻数変更手段５１によって、モータ２７に印加される交流電圧を調整することができるので、図１に示す昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ１８を省略することが可能となる。
【００２５】
・  インバータ２３として、直流電流を三相交流電流に変換できるものを用いるとともに、三相交流モータ２７を使用し、接続装置２６として三相交流方式のものを用いるようにしてもよい。
【００２６】
・  図１に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１８を省略してもよい。
・  電気機器として、モータ２７以外に例えば電磁ソレノイド等の各種の電気機器を用いてもよい。
【００２７】
・  前記リード線２２には、別のＤＣ／ＤＣコンバータを前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１８と並列に接続する。そして、このコンバータには、バッテリが接続される。このコンバータは、燃料電池１１からＤＣ／ＤＣコンバータ１８を通して供給される直流電流やモータ２７の回生制動により回収された回生電力を降圧してバッテリに充電することができる。つまり、余剰の電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介してバッテリに蓄電することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１１…燃料電池、１４…出力端子、１５…出力端子、１８…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１９…入力端子、２１…出力端子、２３…インバータ、２４…入力端子、２５…出力端子、２６…接続手段としての非接触接続装置、２６、２７…電気機器としてのモータ、２９…一次側コイル、３２…ケース、３３…入力端子、３５…二次側コイル、３６…入力端子、５１…巻数変更手段、５５…導電線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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