(57)【要約】【課題】車両内に侵入した水の圧力の影響を燃料電池ケースが受けてしまうことを抑制する技術を提供する。【解決手段】燃料電池システムは、車両に搭載されており、アノードガスとカソードガスとを電気化学反応させる燃料電池と、前記燃料電池を収容する燃料電池ケースと、を備え、前記燃料電池ケースの底面の形状は、略長方形であり、前記燃料電池ケースは、前記略長方形の長辺が前記車両の左右方向となるように配されており、前記底面には、前記車両の前後方向にのみ延びるリブが設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された燃料電池システムであって、
アノードガスとカソードガスとを電気化学反応させる燃料電池と、
前記燃料電池を収容する燃料電池ケースと、を備え、
前記燃料電池ケースの底面の形状は、略長方形であり、
前記燃料電池ケースは、前記略長方形の長辺が前記車両の左右方向となるように配されており、
前記底面には、前記車両の前後方向にのみ延びるリブが設けられている、
燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池ケースは、複数の部材により構成され、
前記底面を備える部材は、
前記燃料電池ケースの他の部材と固定するために用いる第１の孔と、
前記第１の孔とは異なる孔であって、前記燃料電池ケースの他の部材との相対的な位置決めに用いる第２の孔と、を備える、
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記底面を備える部材と前記燃料電池ケースの他の部材とを固定するために、平ワッシャ付のボルトまたは皿バネワッシャ付のボルトを用いる、
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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の電源として、燃料電池を用いることが知られている。燃料電池は、燃料電池スタックを備えている。燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルを積層し、その両側からボルトなどで固定することによって構成されている。しかし、例えば、衝撃が燃料電池に加わった場合において、燃料電池セルを固定する力が燃料電池スタック内の圧力よりも一時的に下がることがある。この結果、冷媒流路を流れる冷媒液や反応ガス流路内に溜まっている生成水などの液体が燃料電池スタックの外に漏れることがある。
【０００３】
通常、燃料電池スタックは、燃料電池ケースに収容された状態で車両に搭載されている。また、燃料電池ケースは内部の保温や外部からの異物混入防止のために密封されている。このため、燃料電池スタックから漏れ出した液体は燃料電池ケースに留まり、意図しない範囲に流動することによって短絡や漏電の原因となることがある。
【０００４】
このような課題を解決するため、従来技術として、燃料電池ケース底面の上面に、縦横それぞれに延びる複数の溝であって、格子状に延びる溝を形成する技術がある（例えば、特許文献１）。これにより、溝に液体を溜めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２１８５５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１３／００８３１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の技術においては、燃料電池ケースの底面の肉厚を略一定とするため、燃料電池ケース底面の下面には、溝としての上面の凹部に対応する凸部が形成されている。この凸部は縦横それぞれに延びるため、車両が浸水した場所を走行した場合に、車両内に侵入した水の圧力の影響を進行方向と直交する凸部が受けてしまうという課題があった。また、従来より、燃料電池ケースの剛性の向上が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、以下の形態として実現することが可能である。
【０００８】
（１）本発明の一形態によれば、車両に搭載された燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、アノードガスとカソードガスとを電気化学反応させる燃料電池と、前記燃料電池を収容する燃料電池ケースと、を備え、前記燃料電池ケースの底面の形状は、略長方形であり、前記燃料電池ケースは、前記略長方形の長辺が前記車両の左右方向となるように配されており、前記底面には、前記車両の前後方向にのみ延びるリブが設けられている。この形態によれば、車両の前後方向にリブを設けることにより、車両が浸水した経路を走行した場合に、車両内に侵入した水の圧力の影響を燃料電池ケースが受けてしまうことを抑制できる。また、燃料電池ケースは、略長方形の長辺が車両の左右方向となるように配されている。このため、リブが短辺方向に延びるため、リブが長辺方向に延びる場合やリブが格子状に設けられている場合と比較して、燃料電池ケースの上下方向の剛性を向上できる。
【０００９】
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池ケースは、複数の部材により構成され、前記底面を備える部材は、前記燃料電池ケースの他の部材と固定するために用いる第１の孔と、前記第１の孔とは異なる孔であって、前記燃料電池ケースの他の部材との相対的な位置決めに用いる第２の孔と、を備えるとしてもよい。固定するために用いる孔と位置決めに用いる孔とを同じ孔とした場合、位置決めに用いた孔を、固定具を用いた固定に使用することを忘れることがある。しかし、この形態によれば、そのようなことを防止できる。
【００１０】
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記底面を備える部材と前記燃料電池ケースの他の部材とを固定するために、平ワッシャ付のボルトまたは皿バネワッシャ付のボルトを用いるとしてもよい。この形態によれば、ボルトを締め付ける際に、底面を備える部材と燃料電池ケースの他の部材との少なくとも一方が削られる量を低減できる。
【００１１】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムの製造方法や、製造方法を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に用いる燃料電池システム１０の外観図。
【図２】燃料電池ケース１００を示す図。
【図３】ロアカバー１１５を示す図。
【図４】リブ１１６による外力の吸収を説明するための模式図。
【図５】ロアカバー１１５とスタックケース１０５とを組み付ける方法の説明図。
【図６】位置決め方法の説明図。
【図７】ロアカバー１１５とスタックケース１０５とを固定する固定具を示す模式図。
【図８】皿バネワッシャ付のボルト４００を用いることの利点を説明する説明図。
【図９】固定するために用いる孔と位置決めに用いる孔を同じ孔とする例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態に用いる燃料電池システム１０の外観図である。燃料電池システム１０は、燃料電池システムケース１４０と、フレーム２００と、を備える。燃料電池システム１０は、車両に搭載されている。本実施形態において、燃料電池システム１０は、運転者を収容する車室の下に設けられている。図１において、Ｘ軸正方向は車両前方を示し、Ｙ軸正方向は車両上方を示し、Ｚ軸正方向は車両右方を示す。ＸＹＺ軸は、図１以降の図においても同じである。
【００１４】
燃料電池システムケース１４０は、燃料電池ケース１００と、補機ケース１３０とを備える。内部に水やほこりなどの異物が浸入しないように、燃料電池システムケース１４０の部材間は、ガスケットによりシールされている。
【００１５】
燃料電池は、アノードガスとしての水素ガスと、カソードガスとしての酸素ガスとを電気化学反応させる。燃料電池ケース１００は、燃料電池を収容している。燃料電池は、燃料電池セルを積層することにより構成されている。燃料電池セルは、車両の左右方向（Ｚ軸方向）に積層されている。
【００１６】
補機ケース１３０は、燃料電池に使用される複数の補機（図示せず）を収容している。ここで、複数の補機としては、例えば、水素ポンプ、インジェクタ、排気排水弁、バルブ、センサなどが挙げられる。補機ケース１３０には、補機以外にも、冷却水用の配管や、各補機に電力を供給する配線などが設けられている。
【００１７】
補機ケース１３０の表面には、補機類より発生する振動や騒音が外部へ伝わることを抑制するために、ＮＶ（Noise Vibration）カバー１４１、１４２で覆われている（図１参照）。本実施形態において、ＮＶカバー１４１、１４２は、外層が硬質樹脂により形成され、内層が発泡ウレタンにより形成されている。
【００１８】
本実施形態において、複数の補機は、板状のマニホールド１２０に固定されている。また、補機ケース１３０の車両左側（Ｚ軸負方向側）の側面は、マニホールド１２０に覆われている。マニホールド１２０は、水素ガスと、酸素ガスと、燃料電池を冷却する冷却水との流路を形成している。また、マニホールド１２０は、燃料電池ケース１００内の高電圧部品との絶縁性を確保する機能や、燃料電池セル同士を圧縮する機能を有する。
【００１９】
フレーム２００は、燃料電池システムケース１４０の下方に配されている。フレーム２００は、燃料電池システムケース１４０の燃料電池ケース１００に形成されたボス１１１Ａ，１１１Ｂに、ボルト１１２Ａ，１１２Ｂをそれぞれ挿入することにより、燃料電池システムケース１４０を固定している。振動を低減するため、燃料電池システムケース１４０とフレーム２００との間には、防振ゴムが配されている。そして、フレーム２００は、図示しない車両のボディに締結されている。
【００２０】
図２は、燃料電池ケース１００を示す図である。燃料電池ケース１００は、複数の部材により構成されている。燃料電池ケース１００は、燃料電池の車両右側（Ｚ軸正方向側）の側面を覆う板状のマニホールド１２０と、燃料電池の車両右側（Ｚ軸正方向側）の側面以外の側面と上面とを覆うスタックケース１０５と、燃料電池の底面を覆うロアカバー１１５と、を備える。ロアカバー１１５は、燃料電池ケース１００の底面を備える部材である。スタックケース１０５とロアカバー１１５との間には、ガスケット１０７が設けられている。ガスケット１０７により、水やほこりなどの異物が燃料電池ケース１００の内部へ侵入することを防止できる。
【００２１】
図３は、ロアカバー１１５を示す図である。図３からわかるように、ロアカバー１１５には、車両の前後方向（Ｘ軸方向）にのみ延びるリブ１１６が設けられている。つまり、燃料電池ケース１００の底面には、車両の前後方向にのみ延びるリブ１１６が設けられており、換言すると、リブ１１６とリブ１１６との間の面は、車両の前後方向に延びている。このようにすることにより、車両が浸水した経路を走行した場合、リブ１１６が車両の左右方向（Ｚ軸方向）に延びている場合と比較して、燃料電池ケース１００の底面と接する水から受ける圧力を低減できる。
【００２２】
また、車両が悪路を走行する場合や車体の底面が路面とすれる場合などにおいて、燃料電池ケース１００の底面には、下方向から上方向へ向かう力と前側から後側へ向かう力を受ける。しかし、車両の前後方向にのみ延びるリブ１１６が設けられていることにより、燃料電池ケース１００が変形することを抑制できる。
【００２３】
ロアカバー１１５の形状は、略長方形である。換言すると、燃料電池ケース１００の底面の形状は略長方形である。ここで、略長方形とは、１組の短辺と１組の長辺とを有する形状をいい、角が丸くなっていてもよく、辺の一部が湾曲していてもよい。
【００２４】
燃料電池ケース１００は、略長方形の長辺が車両の左右方向（Ｚ軸方向）となるように配されている。つまり、燃料電池ケース１００の短辺方向にリブ１１６が設けられている。このようにすることにより、燃料電池ケース１００の長辺方向にリブ１１６が設けられている場合と比較して、燃料電池ケース１００の上下方向（Ｙ軸方向）の剛性を向上できる。この結果、ロアカバー１１５を薄くできる。このため、車室の下という上下方向（Ｙ軸方向）のスペースが比較的小さい場所に燃料電池システム１０を収容できる。
【００２５】
また、リブ１１６の延びる方向が燃料電池セルの積層方向（Ｚ軸方向）と交わるように配されている。このため、燃料電池セルへの積層方向の外力を吸収できる。
【００２６】
図４は、リブ１１６による外力の吸収を説明するための模式図である。図４（Ａ）は、リブ１１６へ水平方向の外力が係っていない状態を示す図である。図４（Ｂ）は、リブ１１６へ水平方向において引っ張り方向の外力が係った状態を示す図である。この場合、リブ１１６が水平方向へ延びることにより引っ張り方向の外力を吸収できる。図４（Ｃ）は、リブ１１６へ水平方向において圧縮方向の外力が係った状態を示す図である。この場合、リブ１１６が水平方向へ圧縮することにより、圧縮方向の外力を吸収できる。
【００２７】
また、下に凸となるようにリブ１１６を形成することにより、ロアカバー１１５の上面には凹部ができる。このため、燃料電池ケース１００内の水を溜めておくことができる。
【００２８】
図５は、ロアカバー１１５とスタックケース１０５とを組み付ける方法の説明図である。ロアカバー１１５は、燃料電池ケース１００の他の部材であるスタックケース１０５と固定するために用いる第１の孔１１７Ａと、第１の孔１１７Ａとは異なる孔であって、スタックケース１０５との相対的な位置決めに用いる第２の孔１１８Ａとを備える。スタックケース１０５は、第１の孔１１７Ａと対応する第３の孔１１７Ｂと、第２の孔１１８Ａと対応する第４の孔１１８Ｂとを備える。本図において、ロアカバー１１５の孔であって符号の付していない孔は、第１の孔１１７Ａであり、スタックケース１０５の孔であって符号の付していない孔は、第３の孔１１７Ｂである。なお、スタックケース１０５には、ガスケット１０７を設けるための溝１０６があり、位置決めの前に、スタックケース１０５の溝１０６へガスケット１０７（図５には図示せず）を挿入しておく。
【００２９】
組み付け方法としては、まず、第２の孔１１８Ａと第４の孔１１８Ｂとを用いて、ロアカバー１１５とスタックケース１０５との位置決めを行なう。本実施形態において、位置決めには、ピン３００を用いる。
【００３０】
図６は、位置決め方法の説明図である。まず、スタックケース１０５の第４の孔１１８Ｂにピン３００を挿入する。次に、ピン３００がスタックケース１０５に固定された状態において、ロアカバー１１５の第２の孔１１８Ａにピン３００を挿入する。
【００３１】
第２の孔１１８Ａを用いた位置決めを行なわない場合、スタックケース１０５の上にロアカバー１１５を仮置きした後、ロアカバー１１５の第１の孔１１７Ａの位置とスタックケース１０５の第３の孔１１７Ｂの位置とをあわせるために、スタックケース１０５に対するロアカバー１１５の相対的な位置を調整する必要がある。この調整を行なう際に、ガスケット１０７が擦れてしまったり、ねじれたり、溝からはみ出してしまったりすることがある。この結果、ガスケット１０７が設計とおりに圧縮されず、スタックケース１０５とロアカバー１１５との隙間の密封性が低下することがある。
【００３２】
しかし、第２の孔１１８Ａを用いた位置決めを行なうことにより、ガスケット１０７が擦れてしまったり、ねじれたり、溝からはみ出してしまったりすることを抑制できる。この結果、ガスケット１０７が設計とおりに圧縮されないことにより、スタックケース１０５とロアカバー１１５との隙間の密封性が低下することを抑制できる。
【００３３】
位置決めの後、ロアカバー１１５の第１の孔１１７Ａとスタックケース１０５の第３の孔１１７Ｂとを固定する（図５参照）。本実施形態においては、固定具としてボルトを用いる。この工程において、ロアカバー１１５の第２の孔１１８Ａとスタックケース１０５の第４の孔１１８Ｂには、ピン３００が挿入されている。このため、ロアカバー１１５の第１の孔１１７Ａとスタックケース１０５の第３の孔１１７Ｂとの位置があっていないことによる無理な締め付けを防止できる。このため、作業時間を短縮できる。
【００３４】
固定後、ロアカバー１１５の第２の孔１１８Ａとスタックケース１０５の第４の孔１１８Ｂとからピン３００を取り外すことにより、組み付けが終了する。
【００３５】
固定するために用いる第１の孔１１７Ａと、スタックケース１０５との相対的な位置決めに用いる第２の孔１１８Ａとを同じ孔とした場合、位置決めに用いる孔を、固定具を用いた固定にしようすることを忘れることがある。しかし、第１の孔１１７Ａと第２の孔１１８Ａとを異なる孔とすることにより、このようなことを防止できる。
【００３６】
図７は、ロアカバー１１５とスタックケース１０５とを固定する固定具を示す模式図である。本実施形態において、固定具として皿バネワッシャ４１０付のボルト４００を用いた。図７（Ａ）は、皿バネワッシャ４１０付のボルト４００を皿バネワッシャ４１０側から見た図である。図７（Ｂ）は、皿バネワッシャ４１０付のボルト４００を横から見た図である。皿バネワッシャ４１０付のボルト４００を用いることの利点を以下に説明する。
【００３７】
図８は、皿バネワッシャ４１０付のボルト４００を用いることの利点を説明する説明図である。図８（Ａ）は、皿バネワッシャ４１０を用いず、ボルト４００のみを用いてロアカバー１１５とスタックケース１０５とを固定する場合を示す。図８（Ｂ）は、皿バネワッシャ４１０付のボルト４００を用いてロアカバー１１５とスタックケース１０５とを固定した場合を示す。
【００３８】
ガスケット１０７は、通常、圧縮させて用いられる。このため、予めガスケット１０７を圧縮しておかない場合、ガスケット１０７は、スタックケース１０５の溝１０６よりも迫り出す（図８（Ａ）参照）。ガスケット１０７が溝１０６よりも迫り出した場合、図８（Ａ）に示すように、ロアカバー１１５が傾く。その結果、ロアカバー１１５本体やロアカバー１１５に塗布された塗料をボルト４００の鍔が削るため、ボルト４００を締める力は摩擦力に奪われる。また、ロアカバー１１５の削られた部分が錆びることがある。このため、スタックケース１０５とロアカバー１１５とを固定する際に、ガスケット１０７を圧縮させる設備が必要となる。
【００３９】
一方、皿バネワッシャ４１０付のボルト４００を用いてロアカバー１１５とスタックケース１０５とを固定する場合および固定した場合において、上記の課題を抑制できる。つまり、皿バネワッシャ４１０を使用することにより、固定時に、ロアカバー１１５が傾いたとしても、ロアカバー１１５は、ボルト４００の鍔ではなく皿バネワッシャ４１０と接触することになる。この結果、皿バネワッシャ４１０はボルト４００と別部材であるため、ボルト４００を締め付ける際に、ロアカバー１１５が削られる量を低減できる。この効果は、皿バネワッシャ付のボルトを用いる場合に限らず、平ワッシャ付のボルトを用いる場合においても奏する。
【００４０】
本実施形態において、スタックケース１０５はアルミニウムにより形成されており、ロアカバー１１５は鉄により形成されている。このため、スタックケース１０５の熱膨張率とロアカバー１１５の熱膨張率とは異なる。この結果、図８（Ｂ）に示すとおり、長期間においてスタックケース１０５とロアカバー１１５とを固定していた場合、熱による膨張と収縮の結果としてボルト４００が緩んでくる。
【００４１】
一方、皿バネワッシャ４１０付のボルト４００を用いてロアカバー１１５とスタックケース１０５とを固定する場合および固定した場合において、上記の課題を抑制できる。つまり、長期間においてスタックケース１０５とロアカバー１１５とを固定していた場合、熱による膨張と収縮の結果としてボルト４００が緩んできたとしても、上下方向に皿バネワッシャ４１０が力を及ぼすため、ロアカバー１１５とスタックケース１０５とを固定する力を保持できる。
【００４２】
Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
本実施形態において、位置決めの際にピン３００を用いた。しかし、本発明はこれに限られない。ピンを用いて位置決めを行なう以外の方法としては、例えば、ロアカバーもしくはスタックケースを固定する治具に突起部を備えさせ、その突起部をロアカバーおよびスタックケースの孔に挿入して位置決めを行なう方法が挙げられる。
【００４３】
Ｂ２．変形例２：
本実施形態において、固定するために用いる孔と、位置決めに用いる孔を異なる孔とした。しかし、本発明はこれに限られない。
【００４４】
図９は、固定するために用いる孔と、位置決めに用いる孔を同じ孔とする例を示す模式図である。つまり、ロアカバーとスタックケースとのうちの一方の孔に螺子を切ったピン３１０を留め、ピン３１０を、ロアカバーとスタックケースとのうちの他方の孔に挿入することにより、固定するために用いる孔を位置きめに用いる孔として用いることができる。
【００４５】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…燃料電池システム
１００…燃料電池ケース
１０５…スタックケース
１０６…溝
１０７…ガスケット
１１１Ａ…ボス
１１１Ｂ…ボス
１１２Ａ…ボルト
１１２Ｂ…ボルト
１１５…ロアカバー
１１６…リブ
１１７Ａ…第１の孔
１１７Ｂ…第３の孔
１１８Ａ…第２の孔
１１８Ｂ…第４の孔
１２０…マニホールド
１３０…補機ケース
１４０…燃料電池システムケース
１４１…ＮＶカバー
１４２…ＮＶカバー
２００…フレーム
３００…ピン
３１０…ピン
４００…ボルト
４１０…皿バネワッシャ
【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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