本说明书公开的技术涉及燃料电池单元。尤其涉及减小在燃料电池单元的壳体内为了确保空隙而需要的空间的技术。此处所说的空隙是指在收纳于壳体的部件与壳体内表面之间所应该确保的余裕距离、或者在部件间所应该确保的余裕距离。
背景技术：
作为汽车的电力源，燃料电池备受瞩目。例如，在日本特开2014-83875中公开了一种搭载于汽车的前车厢(frontcompartment)的燃料电池单元。在该燃料电池单元中，在收纳燃料电池堆的壳体上固定有收纳电部件(管理燃料电池堆的输出电压的高电压单元)的其他壳体。
技术实现要素：
在汽车中，对部件搭载空间的规定非常严格，所有的部件都要求小型化。另一方面，在电装置中，在收纳于壳体的部件与壳体内表面之间、或者在部件间需要确保预定的余裕距离(空隙)。在日本特开2014-83875的燃料电池单元中，在燃料电池堆与其壳体的顶板(或底板)之间需要有空隙，进而，在其他壳体的顶板(或底部板)与内部的电部件之间也需要有空隙。即，日本特开2014-83875的燃料电池单元在高度方向上在两个部位需要有用于空隙的空间。本说明书提供如下技术：减小在包括燃料电池堆和与其相关的电部件的燃料电池单元中，为了确保壳体内的空隙所需要的空间。
本说明书所公开的燃料电池单元具备多个燃料电池芯层叠成的燃料电池堆、与燃料电池堆导通的电部件以及收纳它们的壳体。在壳体内设置有将壳体内空间分隔成上空间和下空间的中板。燃料电池堆以在其与中板之间确保有预定的间隙(空隙)的状态收纳于下空间。电部件在燃料电池堆的上方以上部固定于壳体的状态收纳于上空间。在电部件的下方的位置，在中板设置有电部件的下部能够通过的大小的贯通孔，电部件的下部与贯通孔相对。此外，电部件既可以直接固定于壳体，也可以经由其他构件固定于壳体。
在上述的燃料电池单元中，电部件的上部被固定，在下侧需要有空隙。虽然在电部件的下侧有将壳体内空间分隔的中板，但在该中板设置有电部件的下部能够通过的大小的贯通孔。因此，关于电部件的下侧的空隙，能够以到收纳于下空间的燃料电池堆为止的区间来确保即可。另一方面，燃料电池堆以在其与上方的中板之间确保有预定的空隙的状态收纳于下空间。电部件的下侧的空隙与燃料电池堆的上侧的空隙可以重叠。本说明书所公开的燃料电池单元不需要像日本特开2014-83875的燃料电池单元那样分别设置有空隙。本说明书所公开的燃料电池单元能够减小在壳体内为了确保燃料电池堆的空隙和电部件的空隙所需要的空间。
可以是，电部件典型地是改变燃料电池堆所输出的电压的电压转换器的电抗器。
为了使电压转换器的负载分散，有时将多个电压转换器并联地连接来使用。在该情况下需要多个电抗器。在壳体的中板需要多个电抗器的下部能够通过的大小的贯通孔。另一方面，壳体起到沿电池芯的层叠方向对燃料电池堆施加载荷的作用。当在中板设置有较大的贯通孔时，支承对燃料电池堆施加的载荷的壳体的刚性可能会下降。因此，在中板上沿电池芯的层叠方向设置细长的贯通孔，使多个电抗器沿贯通孔的长方向排列即可。通过使贯通孔在电池芯的层叠方向上细长，能够抑制壳体的层叠方向(燃料电池芯的层叠方向)的刚性的降低。
可以是，在所述中板的上表面上，在细长的所述贯通孔的短方向的两侧设置有至少一个第一肋，所述第一肋包括至少一部分沿所述长方向延伸的部分。(i)可以是，所述第一肋围绕所述贯通孔，或者，(ii)可以是，所述至少一个第一肋包括两个所述第一肋，两个所述第一肋的所述长方向的两端与所述壳体的内表面连接。第一肋提高壳体的强度，并且防止落到中板的水滴通过贯通孔而落在燃料电池堆上。
电抗器是在动作期间发热的部件，所以，有时在壳体内需要有对电抗器进行冷却的制冷剂流路。在该情况下，即使在假设液体制冷剂从制冷剂流路泄漏了的情况下，也能够防止所泄漏的制冷剂通过贯通孔而落在燃料电池堆上即可。因此，具备以下的构造即可。即，在壳体内，在多个电抗器的上方设置有制冷剂流路。多个电抗器固定于将制冷剂流路的下侧封闭的流路底板。在流路底板的下表面设置有沿长方向延伸的两条第二肋。上述的第一肋在两条第二肋之间位于流路底板的下方。根据这样的构成，从制冷剂流路的侧壁与流路底板的接合面泄漏的制冷剂经由流路底板的第二肋的外侧而落在中板上。所泄漏的制冷剂的落下位置是第一肋的外侧(与贯通孔相反的一侧)，所以，落下的制冷剂不会通过贯通孔而落在燃料电池堆上。
流路底板还具备以下的构成即可。在流路底板的上表面设置有沿长方向延伸的多个翅片(fin)。在流路底板的下表面设置有在相邻的电抗器之间沿短方向延伸的第三肋。根据该构成，交叉地延伸的翅片和第三肋可提高流路底板的强度。翅片和第三肋可抑制流路底板的变形，所以制冷剂难以从制冷剂流路泄漏。
可以是，所述电部件的下端与所述中板的下表面的高度相同或者比该高度高。可以是，所述电部件的下端与所述中板的下表面的距离比预定的距离短。
附图说明
以下将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和产业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：
图1是包括燃料电池单元的电动汽车的框图。
图2是燃料电池单元的壳体的剖视图。
图3是电抗器的立体图。
图4是壳体、中板、电抗器以及流路底板的立体图。
图5是从斜下方观察流路底板和多个电抗器的立体图。
图6是将流路底板和电抗器沿流路底板的长方向进行剖切而得到的剖视图。
图7是对翅片的形状的变形例进行说明的剖视图。
具体实施方式
参照附图来说明实施例的燃料电池单元。首先，参照图1说明燃料电池单元的电路。图1是包括燃料电池单元2的电动汽车100的框图。燃料电池单元2具备燃料电池堆3、多个电压转换器10a-10d以及平滑电容器14。此外，在燃料电池单元2中，另外也包括泵等，但省略了它们的图示。
多个电压转换器10a-10d并联地连接。电压转换器10a-10d对燃料电池堆3的输出电压进行变压。具体而言，电压转换器10a-10d对燃料电池堆3的输出电压进行升压。电压转换器10a-10d分别具备电抗器4、开关元件12以及整流二极管13。电抗器4连接于燃料电池堆3的正极线。在电抗器4的二次电池91(后述)侧连接有整流二极管13。整流二极管13按从电抗器4向二次电池91流通电流的朝向连接。在电抗器4和整流二极管13之间的电线与负极线之间，开关元件12连接于所述电线和负极线。当使开关元件12以合适的占空比进行动作时，向二次电池91侧输出根据占空比进行了升压后的电力。
在多个电压转换器10a-10d的输出侧并联地连接有平滑电容器14。平滑电容器14可抑制电压转换器10a-10d的输出电流的脉动。
在多个电压转换器10a-10d的输出侧连接有变换器93。在变换器93的交流侧连接有行驶用的马达94。另外，在多个电压转换器10a-10d的输出侧与变换器93之间连接有双向dc-dc转换器92。在双向dc-dc转换器92的前端连接有二次电池91。变换器93将直流电力变换成交流并将其向马达94输出。变换器93也具有将马达94所发出的交流电力(再生电力)变换成直流电力的功能。
双向dc-dc转换器92具备升压功能和降压功能。升压功能是对二次电池91的输出电压进行升压并将其向变换器93供给的功能。降压功能是对由马达94发出且通过变换器93从交流变换成直流后的再生电力进行降压，并将其向二次电池91供给的功能。变换器93将从双向dc-dc转换器92和燃料电池单元2送出的直流电力变换成适合马达94的驱动的交流电力并将其输出。另外，如上所述，变换器93有时将在车辆减速时马达94所发出的交流电力(再生电力)变换成直流电力。
燃料电池堆3的输出变化的时间常数比对行驶用的马达94要求的时间常数长。换言之，燃料电池堆3的输出的响应速度比对马达94要求的响应速度低。因此，为了对燃料电池堆3的输出电力进行补充、为了吸收燃料电池堆3的余裕电力而具备二次电池91。如上所述，二次电池91也储存再生电力。
如图1所示，燃料电池单元2具备燃料电池堆3和与燃料电池堆3导通的多个电抗器4。以下，对燃料电池单元2的壳体内的燃料电池堆3和多个电抗器4的配置以及壳体的构造进行说明。
图2是燃料电池单元2的壳体5的剖视图。壳体5被分割成收纳燃料电池堆3的下壳体5a和连接于下壳体5a上的上壳体5b。在下壳体5a设置有将壳体5的内空间分隔成下空间61和上空间62的中板6。中板6通过铝压铸(aluminiumdiecast)而与下壳体5a一体地被制造。此外，中板6也可以与下壳体5a属不同的部件。在该情况下，中板6牢固地连结于下壳体5a。
燃料电池堆3是多个燃料电池芯31(参照图4)层叠成的层叠体。下壳体5a(壳体5)也起到从燃料电池芯的层叠方向的两侧对燃料电池堆3施加载荷的作用。中板6在下壳体5a对燃料电池堆3施加载荷时起到抑制下壳体5a的变形的强度强化构件的作用。
在上壳体5b(即，上空间62)中除了收纳有在图1中所示出的多个电压转换器10a-10d这些部件以外，还收纳有各种各样的部件。在图1中示出的开关元件12和整流二极管13收纳于树脂制的封装件(package)。多个封装件的层叠体21收纳于上空间62。在上空间62中也收纳有多个电抗器4。多个电抗器4在图2的坐标系中的x方向上排列地配置。关于多个电抗器4的排列，后面参照图4、图5进行说明。
在此，参照图3来说明电抗器4的构造。电抗器4具有在环状的芯(core)42的两个部位卷绕有线圈41、并且芯42和线圈41被树脂罩43覆盖的构造。在图3中，芯42被树脂罩43覆盖而无法看见，所以用虚线表示。在树脂罩43的三个部位设置有供用于固定电抗器4的螺栓穿通的突起45(一个突起45位于后侧，所以在图3中无法看见)。线圈41的一部分从树脂罩43露出。线圈41的一侧面(图3中的下表面)整体从树脂罩43露出。线圈41的另一侧面(图3中的上表面)的一部分通过设置于树脂罩43的窗口43a而露出。在图3中示出线圈41的引出线41a。
回到图2继续对壳体5的构造和上空间62中的电抗器4的配置进行说明。此外，图2中的电抗器4相对于图3所示的电抗器4上下相反。即，在图3中，线圈41的下侧从树脂罩43露出，但在图2中，线圈41的上侧露出。
在电抗器4的上方形成有制冷剂流路23。制冷剂流路23是由上壳体5b的一部分、从上壳体5b向内侧突出的一对凸条51以及流路底板7围成的空间。液体的制冷剂在制冷剂流路23中流动。一对凸条51构成制冷剂流路23的侧壁。流路底板7经由未图示的密封件或衬垫而与一对凸条51的下表面接触。换言之，流路底板7将制冷剂流路23的下侧封闭。通过密封件或衬垫来防止制冷剂从凸条51与流路底板7之间泄漏。在相当于制冷剂流路23的上板的上壳体5b的顶板配置有用于驱动未图示的燃料电池用泵的变换器22。变换器22经由顶板与制冷剂流路23热结合(以能够传递热的方式结合)，从而通过在制冷剂流路23中流动的制冷剂来冷却。
电抗器4固定于流路底板7的下表面。流路底板7固定于上壳体5b，所以，电抗器4经由流路底板7固定于上壳体5b(即壳体5)。电抗器4的线圈41的一侧面经由导热件24与流路底板7热连接(以能够传递热的方式连接)。在图4中示出将收纳燃料电池堆3的下壳体5a、中板6、多个电抗器4以及流路底板7在上下方向上分离后的分解立体图。另外，在图5中示出从图4的下侧观察流路底板7和多个电抗器4的立体图。在图6中示出以图中的xz平面对流路底板7和电抗器4进行剖切而得到的剖视图。以下，参照图2和图4-图6来说明电抗器4的搭载构造。
燃料电池堆3收纳于下壳体5a(即，下空间61)。燃料电池堆3是多个燃料电池芯31层叠成的层叠体。图中的x方向相当于多个燃料电池芯31的层叠方向(参照图4)。在其他图中也是图中的坐标系的x方向相当于多个燃料电池芯31的层叠方向。在下壳体5a中设置有用于对燃料电池堆3施加载荷的压板32。壳体5经由压板32对燃料电池堆3施加燃料电池芯31的层叠方向的载荷。燃料电池堆3的层叠方向的一端与下壳体5a的内表面抵接，压板32从另一端侧对燃料电池堆3施加载荷。
多个电抗器4沿图中的x方向排列，固定于在x方向上较长的流路底板7的下表面。如上所述，在电抗器4的树脂罩的三个部位设置有突起45。在图5中，仅针对左侧的电抗器4描绘出固定用的三根螺栓46，省略了针对其他电抗器4的螺栓的图示。插通于电抗器4的突起45的螺栓46螺合于设置在流路底板7的突起75的螺纹孔，电抗器4固定于流路底板7(参照图5)。如图5所示，不仅在左侧的电抗器4，在其他电抗器4也设置有对应的突起75。
在电抗器4的线圈41与流路底板7之间夹着导热件24。如图5所示，不仅在右侧的电抗器4，在其他电抗器4也设置有对应的导热件24。电抗器4的线圈41经由导热件24与流路底板7热结合。另一方面，在流路底板7的上表面，即，暴露于制冷剂流路23的面设置有多个翅片72(参照图2、图4)。电抗器4的线圈41在电流流动时会发热。线圈41的热利用导热件24和翅片72被制冷剂高效地吸收。
如图2所示，电抗器4以位于燃料电池堆3的上方的方式收纳于上空间62。燃料电池堆3以在其与中板6之间确保有预定的间隙sp1的状态收纳于下空间61。另一方面，电抗器4的上部固定于流路底板7，空间向下方扩展。在中板6设置有在x方向上细长的贯通孔63(参照图2、图4)。贯通孔63以位于多个电抗器4的下方的方式设置于中板6(参照图2、图4)。贯通孔63至少具有电抗器4的下部可贯通的大小。并且，电抗器4配置成其下部与贯通孔63接近且相对。换言之，电抗器4的下表面的一部分经由贯通孔63而与燃料电池堆3的上表面相对。此外，电抗器4的下部是指从电抗器的下端起到预定的高度(例如1cm)为止的部分。
中板6与燃料电池堆3之间的间隙sp1是为了使燃料电池堆3不与中板6接触而设置的空隙。在电缆等通过燃料电池堆3的上方的情况下，间隙sp1也是为了确保通过电缆等的空间而设置的。另一方面，为了使电抗器不与中板6接触、或者是为了在电抗器4的下方通过电缆等，在电抗器4的下侧也需要设置空隙。上述的贯通孔63使得应该设置于电抗器4的下侧的空隙与设置于燃料电池堆3的上方的空隙(间隙sp1)重叠，从而有助于减小用于空隙的空间。将电抗器4的上部固定于壳体5，在电抗器4的下方设置空隙，所以，能够使电抗器4的下方的空隙与设置于燃料电池堆3的上方的空隙重叠。
在图2中示出的空隙(空间)sp1是设置于燃料电池堆3与中板6之间的空隙。空隙(空间)sp2是燃料电池堆3与电抗器4之间的空隙。如图2所示，实施例的燃料电池单元2使用于确保针对燃料电池堆3的空隙的空间与用于确保针对电抗器4的空隙的空间重叠，由此能够减小为了空隙而需要的空间。
此外，电抗器4以电抗器4的下端不突出到比中板6靠下方的位置的方式经由流路底板7固定于上壳体5b。换言之，以电抗器4的下端的位置与中板6的下表面的高度(图中的虚线dl)相同或者比该高度高的方式，电抗器4经由流路底板7固定于上壳体5b。这是为了使得：在汽车发生碰撞并且因冲击导致壳体5被压坏时，电抗器4的下端不会与燃料电池堆3接触，从而不会造成燃料电池堆3的损坏。优选的是，电抗器4以其下端与中板6的下表面大致共面的方式固定即可。“电抗器4配置成其下部与贯通孔63接近且相对”的一个例子是电抗器4的下端配置成被后述的一对第一肋64夹着。通过这样的配置，与没有贯通孔63的情况相比，能够降低电抗器4的位置。
如图4所示，贯通孔63沿燃料电池芯31的层叠方向(图中的x方向)细长地延伸，多个电抗器4沿x方向，即层叠方向排列。如上所述，下壳体5a对燃料电池堆3施加层叠方向(图中的x方向)的载荷。如上所述，中板6是与下壳体5a(壳体5)一体的构造，是确保下壳体5a(壳体5)的图中x方向的强度的构件。当在该中板6设置有在图中的y方向上较宽的贯通孔时，下壳体5a的x方向的强度会降低。在实施例的燃料电池单元2中，使多个电抗器4沿x方向排列，并且使贯通孔63在x方向上细长地形成，从而尽可能地抑制贯通孔63的y方向的宽度。通过这样的构造成功地确保了下壳体5a的x方向的强度。
在中板6的上表面上，在贯通孔63的y方向的两侧设置有第一肋64。第一肋64的两端与下壳体5a(壳体5)的内侧面连接。第一肋64提高中板6的强度，并且防止落到中板6的水分通过贯通孔63而落在燃料电池堆3上。
液体制冷剂可能会从制冷剂流路23泄漏。如上所述，流路底板7经由未图示的密封件或衬垫与凸条51的下表面接合。液体制冷剂可能会从流路底板7与凸条51的接合部位(图2中箭头所示的部位)泄漏。对实施例的燃料电池单元2实施了改良，从而即使假设制冷剂从接合部位a泄漏，泄漏的制冷剂也不会通过贯通孔63而落在燃料电池堆3上。接下来对该改良进行描述。
如图2、图4所示，在流路底板7的下表面的y方向的两端设置有沿x方向延伸的第二肋71。如图2所示，设置于中板6的第一肋64在两条第二肋71之间位于流路底板7的下方。根据该构造，在制冷剂从流路底板7与凸条51的接合部位(图2的箭头a所示的部位)泄漏了的情况下，泄漏的制冷剂经由第二肋71的外侧而落在中板6上。制冷剂的落下处为中板6的第一肋64的外侧(与贯通孔63相反的一侧)。因此，落在中板6的上表面的制冷剂被第一肋64阻挡，不会通过贯通孔63而落下。此外，第一肋64的两端与下壳体5a(壳体5)的内侧面连接。也可以替代这样的构造而将第一肋64设置成围绕贯通孔63，这样的环状的第一肋也防止液体制冷剂落在燃料电池堆3上。
如图2、图4所示，在流路底板7的上表面(暴露于制冷剂的面)设置有沿x方向延伸的多个翅片72。如图5所示，在流路底板7的下表面(与电抗器4连接的面)设置有在相邻的电抗器4之间沿y方向延伸的第三肋74。翅片72的延伸设置方向(x方向)与第三肋74的延伸设置方向(y方向)交叉。通过交叉的翅片72和第三肋74来提高流路底板7的刚性。通过提高流路底板7的刚性，流路底板7变得难以发生变形。这降低了在流路底板7与凸条51之间产生间隙的可能性。结果，制冷剂难以从流路底板7与凸条51之间泄漏。
在图7中示出变形例的翅片172。也可以像翅片172那样，将沿x方向延伸的翅片在x方向的中途切断。
对与在实施例中说明的技术有关的注意点进行描述。实施例的燃料电池单元2具备四个电抗器4。电抗器4的数量不限定于四个。
以上，对本发明的具体例进行了详细说明，但这些只不过是例示，并非限定本发明。在本发明中包括对以上所例示的具体例实施各种变形、变更后得到的实施方式。在本说明书或附图中说明的技术要素通过单个要素或者各种要素的组合来发挥技术的有用性，并非限定本发明。另外，本说明书或附图所例示的技术可以同时达成多个目的，达成其中的一个目的这一结果自身就具有技术的有用性。