燃料电池系统的制作方法

在本说明书中，公开一种在车辆的发动机罩的下侧空间搭载的燃料电池系统。

本申请主张2018年11月21日提交的日本专利申请第2018-218195号的优先权，并将该日本专利申请的包括说明书、权利要求书，附图及摘要的全部内容通过引用援引于此。

背景技术：

一直以来，提出搭载有燃料电池的车辆。这样的燃料电池伴随于发电而发热，因此需要根据需要利用冷却液进行冷却。为此，在燃料电池系统中通常组装有冷却机构，该冷却机构具备供冷却液流动的冷却流路、使冷却液与外部空气进行热交换的散热器、储存冷却液的储备罐等。

专利文献1中公开了一种组装有冷却机构的燃料电池系统。在该专利文献1中，考虑水头压而将储备罐配置于燃料电池组的上方。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-18761号公报

另外，近年来，提出了将燃料电池系统搭载于发动机罩的下侧空间即动力单元室(对应于发动机车辆中的发动机室)。在此，通常发动机罩构成为比较柔软，在车辆与行人发生碰撞而行人骑上发动机罩时，通过该发动机罩发生变形来保护行人。为此，在发动机罩与燃料电池系统之间，为了容许该发动机罩的变形而要求充分的间隙。

在如专利文献1那样在燃料电池组的上侧设置储备罐的情况下，燃料电池系统整体的高度变高该储备罐的量，不得不使发动机罩的设置高度变高。其结果是，包括发动机罩的车辆前部的设计的自由度下降。

技术实现要素：

因此，在本说明书中，公开一种不会使车辆前部的设计的自由度下降地配置在车辆的发动机罩的下侧空间的燃料电池系统。

本说明书中公开的燃料电池系统是在车辆的发动机罩的下侧空间搭载的燃料电池系统，其特征在于，具备：fc组件，具有燃料电池组和对所述燃料电池组进行控制的控制器；冷却机构，使用完全密闭式的冷却流路来对所述燃料电池组进行冷却；以及储备罐，设于所述冷却流路的中途，储存冷却液，所述储备罐在水平方向上与所述fc组件相邻地配置。

通过形成为上述结构，能够将燃料电池系统的高度抑制得较低，因此能够防止发动机罩的配置高度的自由度的下降，甚至能够防止车辆前部的设计的自由度的下降。

在该情况下，可以的是，所述储备罐在车辆前方与所述fc组件相邻地配置，所述储备罐的上端高度低于所述fc组件的前端面的上端高度。

通过形成为上述结构，能够将储备罐从决定燃料电池系统的高度的因素中甚至从决定发动机罩的配置高度的因素中排除，发动机罩的配置高度的自由度提高。

并且，所述储备罐可以经由支撑托架而固定于所述fc组件的周面。

通过形成为上述结构，储备罐作为抑制fc组件的共振的质量阻尼器起作用，能够降低振动甚至噪音。

在该情况下，可以的是，所述储备罐具有阀连接部，该阀连接部经由配管而与电动阀连接，所述支撑托架安装于所述储备罐中的比宽度方向中心靠近所述阀连接部的位置。

通过在靠近振动容易传递的阀连接部的部位安装支撑托架，能够更有效地防止振动。

可以的是，所述支撑托架将所述储备罐的底面与所述fc组件的周面连接。

通过形成为上述结构，能够利用fc组件来可靠地支撑储备罐的重量。

在该情况下，可以的是，所述支撑托架具有：罐侧端部，安装于所述储备罐的底面；壳体侧端部，安装于所述fc组件的周面；及中间部，将所述罐侧端部与所述壳体侧端部连接，所述中间部是将所述罐侧端部与所述壳体侧端部连接成大致一条直线的形状。

通过形成为上述结构，能够减少中间部的距离，能够减少托架的材料。

并且，可以的是，所述支撑托架经由橡胶接头而安装于所述储备罐。

通过形成为上述结构，能够在储备罐与fc组件之间有效地吸收振动。

根据本说明书中公开的燃料电池系统，不会使车辆前部的设计的自由度下降而能够配置于车辆的发动机罩的下侧空间。

附图说明

图1是燃料电池系统的概略的俯视图。

图2是燃料电池系统的概略的侧视图。

图3是储备罐周边的主视图。

图4是图3的a-a线处的端面图。

图5是表示冷却机构的结构的框图。

附图标记说明

10燃料电池系统、12fc组、14控制器、16组壳体、18fc组件、19设计罩、20基座部件、30冷却机构、32冷却流路、38散热器、40散热器风扇、42水泵、44中冷器、46离子交换器、48电动阀、50储备罐、52帽、54第一连接部、56第二连接部、58第三连接部、60安装肋、62支撑托架、64辅助托架、66罐侧端部、68壳体侧端部、70中间部、72橡胶接头、80紧固螺栓、100发动机罩。

具体实施方式

以下，参照附图并说明燃料电池系统10的结构。图1是燃料电池系统10的概略俯视图，图2是侧视图。并且，图3是储备罐50周边的主视图，图4是图3的a-a线处的端面图。需要说明的是，在以下的附图中，仅图示了主要的元件，各种配管、泵等的图示省略。并且，在图1中，用双点划线图示设计罩19，用实线图示在设计罩19的下侧可见的部件。并且，在图3、图4中，省略了设计罩19的图示。而且，在以下的附图中，“fr”、“w”、“up”分别表示车辆的前方、宽度方向、上方。

燃料电池系统10能够搭载于车辆并作为向行驶用电动马达等供给电力的电源来使用。在本例中，燃料电池系统10搭载于发动机罩的下侧空间即动力控制室。为此，如图2所示，在燃料电池系统10的上方配置向后上方倾斜的发动机罩100。该发动机罩100比较柔软且能够容易变形。这是为了在与车辆发生碰撞的行人骑上该发动机罩100时通过使该发动机罩100变形而减轻对行人的负荷。

燃料电池系统10如图1～图4所示的那样具备将燃料电池组(以下称为“fc组”)12与控制器14组合而成的fc组件18和对fc组12进行冷却的冷却机构30。

fc组12具有多个燃料电池的电池单元，该燃料电池的电池单元利用氢与氧的电化学反应来产生电力。多个电池单元在车辆前后方向上层叠并用一对端板夹持。作为燃料电池，可以使用固体高分子型燃料电池。燃料电池的种类并不限定于此，磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池等也没问题。

该fc组12收容于组壳体16(参照图4)，经由基座部件20而固定于车辆。此时，fc组12以向后下方倾斜的状态固定。这是为了使在fc组12内流动的液体高效地流动。即，在fc组12中设有供冷却液流动的冷却流路32、供燃料气体以及氧化气体流动的气体流路。在本例中，以使冷却液、水在这些冷却流路32以及气体流路中顺利地流动并向fc组12的外部排出的方式使fc组12向后下方倾斜。需要说明的是，气体流路中存在的水是为了对燃料气体或氧化气体进行加湿而投入的水、通过发电而产生的水。

在fc组12的上方设置有对fc组12生成的电力以及电流进行控制的控制器14。在本例中，如图所示的那样使组壳体16为上下两段结构，在下侧配置fc组12，在上侧配置控制器14。如此通过组壳体16使fc组12以及控制器14一体化并单元化，从而构成fc组件18。

冷却机构30通过向fc组12供给冷却液来对fc组12进行冷却。在本例中，作为冷却机构30，采用冷却液不与外部空气接触的所谓完全密闭型的冷却机构30。需要说明的是，作为冷却液，为了防止低温时的冻结，可以使用例如乙二醇与水的混合溶液即所谓防冻液。

图5是表示该冷却机构30的结构的框图。冷却机构30如图5所示的那样具有供冷却液流动的冷却流路32，在该冷却流路32的中途设有散热器38、水泵42等。冷却流路32除了包括使从fc组12流出的冷却液经过散热器38再返回到fc组12的主流路34以外，还包括从该主流路34分支的旁通流路36a～36c和使散热器38与储备罐50连通的连通流路37。

散热器38是通过与外部空气的热交换来对从fc组12排出的冷却液进行冷却的热交换器。在该散热器38的背后设有用于促进热交换的散热器风扇40。水泵42设于主流路34的中途，对冷却液进行压送。在一个旁通流路36a中设有从冷却液中吸附除去离子的离子交换器46。并且，在另一旁通流路36b中设有使向fc组12供给的空气与冷却液进行热交换的中冷器44。

电动阀48设于主流路34与旁通流路36a的合流点，调节通过散热器38的冷却液与通过旁通流路36a的冷却液的流量比率。该电动阀48如图1、图2所示的那样安装于组壳体16的侧面(图示例中为朝向正面且右侧的侧面)。

而且，在另一旁通流路36c中还设有储存冷却液的储备罐50。储备罐50经由连通流路37而与散热器38连通，在与散热器38之间输送冷却液。该储备罐50是没有大气开放而完全封闭的所谓完全密闭式的储备罐50。在该储备罐50内的上部积存的空气起到减振器的作用，由此能够吸收与温度变动相伴的冷却液的压力变动。

如图2、图3所示，在储备罐50的上部设有帽52，该帽52具有压力调整阀的功能。帽52例如由树脂构成，通过螺合等手段而拆装自由地安装于储备罐50。若罐内压力变高，则该帽52将罐内的水蒸气向外部放出，若罐内压力变低，则该帽52使空气向罐内流入，将罐内的压力保持正常。

设计罩19如图1、图2所示的那样配置于fc组件18的上方，从上方覆盖fc组件18的上表面以及储备罐50的帽52。通过设置上述设计罩19，防止使用者不必要地接触在fc组件18的上部(即控制器14的上部)设置的各种电气元件、储备罐50的帽52等。

另外，如由图1、图2明示的那样，在本例中，将储备罐50配置于在车辆前方与fc组件18相邻的位置。从另一角度来看，储备罐50在水平方向上与fc组12相邻地配置。形成为上述结构是根据如下的理由。

以往，储备罐50大多配置于fc组件18的上方。尤其，在使用储备罐50大气开放的简易密闭式的冷却机构30的情况下，由于水头压的关系，储备罐50必须配置于比fc组12靠上方处。但是，在将储备罐50配置于fc组件18的上方的情况下，燃料电池系统10整体的高度会变大相应量。

在此，如已述的那样，燃料电池系统10配置于发动机罩100的下侧，为了行人保护，在该发动机罩100与燃料电池系统10之间需要充分的空间。若将储备罐50配置于fc组件18的上方而燃料电池系统10变高，则发动机罩100的设置位置也变高相应量，产生车辆前部的设计的自由度下降这样的问题。当然，为了抑制燃料电池系统10的高度增加，也考虑在储备罐50的形状上下功夫。但是，在该情况下，会产生储备罐50的容量被限制等别的问题。

因此，在本例中，如上述那样将储备罐50在水平方向上与fc组件18相邻地配置。通过形成为上述配置，即使没有过度地限制储备罐50的容量(大小)，也能够将储备罐50的上端高度抑制得比fc组件18的上端低。其结果是，将储备罐50从决定燃料电池系统10的高度的因素中甚至从决定发动机罩100的配置高度的因素中排除，发动机罩100的配置高度的自由度提高。

需要说明的是，如上述那样，在简易密闭式的冷却机构30中，由于水头压的关系，储备罐50必须位于fc组12的上方。另一方面，在本例中，由于采用了完全密闭式的冷却机构30，所以没有必要考虑水头压而能够将储备罐50配置于与fc组12大致相同的高度。

接着，详细说明储备罐50的结构以及安装。如已述的那样，储备罐50在其上部设有帽52。并且，如由图3明示的那样，在储备罐50中设有三个供构成冷却流路32的配管连接的连接部54～58。第一～第三连接部54～58都是与储备罐50的内部空间连通的管状体。

第一连接部54设于储备罐50的朝向正面且右侧的上端附近。该第一连接部54作为供使储备罐50与电动阀48(更准确而言为电动阀48附近的主流路34)连接的配管(旁通流路36c)连接的阀连接部起作用。第二连接部56设于储备罐50的朝向正面且右侧的下端附近。该第二连接部56供使储备罐50与散热器38连接的配管(连通流路37)连接。第三连接部58从储备罐50的底面向下方延伸，供使储备罐50与主流路34连接的配管(旁通流路36c)连接。

并且，储备罐50经由支撑托架62以及辅助托架64而固定于组壳体16的前端面。辅助托架64使储备罐50与组壳体16的前端面连接，因此在储备罐50的左右各设置一个，共计两个。该辅助托架64通过螺栓而紧固于组壳体16。

并且，支撑托架62使储备罐50的底面与组壳体16的前端面连接。如图4所示，供该支撑托架62安装的安装肋60从储备罐50的底面延伸出。安装肋60是向下方突出的管状的肋，该安装肋60的末端以后述的橡胶接头72容易嵌入的方式成为尖细形状。

支撑托架62如图2、图4所示的那样具有在储备罐50的底面安装的罐侧端部66、在组壳体16的前端面安装的壳体侧端部68及将罐侧端部66与壳体侧端部68连接的中间部70。

在罐侧端部66形成有一个能够供橡胶接头72嵌合的嵌合孔66a。并且，在壳体侧端部68形成有两个能够供与组壳体16的前端面螺合的紧固螺栓80插通的紧固孔。

该支撑托架62经由橡胶接头72而安装于储备罐50的底面。橡胶接头72由能够吸收振动的弹性材料构成，成为上部的外径比下部的外径大的阶梯形状。橡胶接头72是在其中央形成有贯通孔的大致管状。该橡胶接头72的上部的外径与嵌合孔66a的内径相比足够大，下部的外径与嵌合孔66a的内径大致相同或比嵌合孔66a的内径稍小。

在将支撑托架62安装于储备罐50时，使橡胶接头72嵌入安装肋60，并且使橡胶接头72的下部嵌入嵌合孔66a。由此，橡胶接头72夹在支撑托架62与储备罐50之间，抑制fc组12与储备罐50之间的振动传递。

在将支撑托架62安装于储备罐50以及组壳体16时，壳体侧端部68与罐侧端部66相比位于下方且后方处。中间部70以将该壳体侧端部68与罐侧端部66连接成大致一条直线的方式向后下方倾斜。如此通过使中间部70为一条直线形状(倾斜形状)，能够缩短中间部70的设置距离，甚至能够减少支撑托架62所需的材料。

另外，如由到目前为止的说明所明示的那样，在本例中，储备罐50经由支撑托架62而与fc组件18机械地连接。通过形成为上述结构，储备罐50如fc组件18的质量阻尼器那样起作用，能够抑制fc组件18的振动。

即，在fc组件18中安装包括电动阀48在内的各种各样的电子元件。伴随于这样的电子元件的驱动，产生振动甚至噪音。该噪音从组壳体16经过车身向车室传递，损害乘员的舒适性。尤其，在作为车辆的行驶动力源不具有发动机而仅具有电动机的电动车辆的情况下，由于没有发动机声，所以这样的电子元件的驱动声也显著，成为较大的问题。

储备罐50是在其内部储存了冷却液的重物。通过将上述储备罐50经由托架固定于fc组件18的周面，储备罐50如质量阻尼器那样起作用，能够抑制伴随于电动阀48等的驱动而产生的共振。并且，由此能够降低伴随于各种电子元件的驱动而产生的噪音。

在此，在安装于fc组件18的电子元件之中，电动阀48特别容易产生振动。在本例中，为了进一步提高储备罐50的减振效果，将支撑托架62安装于储备罐50中的来自电动阀48的传递容易传达的部位。

具体地说明的话，在本例中，将支撑托架62安装于与储备罐50的宽度方向中心相比朝向正面且靠右侧的位置，换言之靠近第一连接部54的位置。第一连接部54是供使电动阀48与储备罐50连接的配管连接的部位，电动阀48的振动容易传达至该第一连接部54的周边。在本例中，通过在与该第一连接部54比较接近的位置安装支撑托架62，能够进一步提高储备罐50的减振效果。

需要说明的是，到此为止说明的结构是一例，只要将储备罐50在水平方向上与fc组件18相邻地配置，其他的结构就可以适当变更。例如，在上述的说明中，将储备罐50配置于fc组件18的前方，但是储备罐50只要在水平方向上与fc组件18相邻即可，也可以配置于其他的部位。例如，储备罐50也可以配置于fc组件18的右侧或左侧或车辆前后方向后侧。

并且，在上述的说明中，为了使储备罐50作为质量阻尼器起作用，经由支撑托架62而固定于fc组件18。但是，只要能够担保fc组件18的减振性即可，储备罐50也可以固定于与fc壳体独立的其他部件例如基座部件20等。并且，储备罐50、托架的形状、大小也可以适当变更。