特開 2024-179084 燃料電池ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024179084

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】燃料電池ユニット

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20241219BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20241219BHJP

   B60L 50/72 20190101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

H01M8/2475

B60L50/72

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023097611

(22)【出願日】2023-06-14

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】矢口 寛

【テーマコード（参考）】

5H125

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H125AA01

5H125AC07

5H125BB05

5H125FF08

5H126AA28

5H126FF10

5H127AB04

5H127EE03

5H127EE26

5H127EE29

(57)【要約】

【課題】バスバの剛性が高くなる構造であっても組付け公差を吸収すること。
【解決手段】ＦＣスタック２とＦＤＣ３と分岐ボックス４とを備えるＦＣユニット１であって、分岐ボックス４の筐体４０は、ＦＣスタックケース２０の側面およびＦＤＣケース３０の側面と対向する壁部４１を有し、壁部４１は、ケース同士を接続するフランジ部２１，３１を避けるように形成された窪み形状の凹部４２を有するとともに、ＦＣスタックケース２０とＦＤＣケース３０との側面に沿うように形成され、バスバ５０は、壁部４１の凹部４２と同じ位置に窪み形状に沿うように形成されたウェーブ部５２を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの出力電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータから供給された電力を複数の電気機器に出力する分岐ボックスと、
を備え、
前記分岐ボックスは、前記燃料電池スタックを収容するケースの側面に締結部材により締結される筐体と、前記筐体の内部に収容された状態で前記昇圧コンバータと締結されるバスバとを有する燃料電池ユニットであって、
前記筐体は、前記燃料電池スタックを収容するケースの側面および前記昇圧コンバータを収容するケースの側面と対向する壁部を有し、
前記壁部は、前記ケース同士を接続するフランジ部を避けるように形成された窪み形状の凹部を有するとともに、前記燃料電池スタックを収容するケースの側面と前記昇圧コンバータとを収容するケースの側面とに沿うように形成され、
前記バスバは、前記壁部のうち前記フランジ部を避けるように形成された前記凹部と同じ位置に、前記窪み形状に沿うように形成されたウェーブ部を有する
ことを特徴とする燃料電池ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、バスバを電気機器に接続する際、バスバと電気機器の端子とを接続する部分の位置ずれをバスバの弾性変形によって吸収することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－１５８３５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

バスバを含んで構成される燃料電池ユニットでは、電気機器の大電流化に対応するためにバスバの断面積が大きくなる。しかしながら、大電流化に対応した断面積までバスバの断面積を大きくすると、バスバの剛性も高くなりバスバが変形しにくくなるので、バスバの弾性変形のみでは組付け公差を吸収できない虞がある。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、バスバの剛性が高くなる構造であっても組付け公差を吸収することができる燃料電池ユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータから供給された電力を複数の電気機器に出力する分岐ボックスと、を備え、前記分岐ボックスは、前記燃料電池スタックを収容するケースの側面に締結部材により締結される筐体と、前記筐体の内部に収容された状態で前記昇圧コンバータと締結されるバスバとを有する燃料電池ユニットであって、前記筐体は、前記燃料電池スタックを収容するケースの側面および前記昇圧コンバータを収容するケースの側面と対向する壁部を有し、前記壁部は、前記ケース同士を接続するフランジ部を避けるように形成された窪み形状の凹部を有するとともに、前記燃料電池スタックを収容するケースの側面と前記昇圧コンバータとを収容するケースの側面とに沿うように形成され、前記バスバは、前記壁部のうち前記フランジ部を避けるように形成された前記凹部と同じ位置に、前記窪み形状に沿うように形成されたウェーブ部を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明では、燃料電池ユニットの体格を小さくしつつ、高剛性のバスバに組付け公差を吸収する機能を付与することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態における燃料電池ユニットを模式的に示す図である。

【図2】図２は、燃料電池ユニットを横方向から見た場合を示す模式図である。

【図3】図３は、分岐ボックスの形状を説明するための図である。

【図4】図４は、分岐ボックスを模式的に示す図である。

【図5】図５は、バスバを示す斜視図である。

【図6】図６は、バスバの形状を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における燃料電池ユニットについて具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

【0010】

図１は、実施形態における燃料電池ユニットを模式的に示す図である。燃料電池ユニット（以下、ＦＣユニットという）１は、燃料電池スタック（以下、ＦＣスタックという）２と、昇圧コンバータ（以下、ＦＤＣという）３と、分岐ボックス４とを備える。ＦＣユニット１は、モータを動力源とする車両に搭載されている。なお、図１にはＦＣユニット１を正面側から見た図が示されている。また、方向について、「Ｕｐ」は車両の上側、「Ｌｈ」は車両の左側、「Ｆｒ」は車両の前側を表す。この説明において、ＦＣユニット１の幅方向は車両の左右方向（幅方向）と同じ方向を表し、この幅方向を横方向と記載する場合がある。

【0011】

ＦＣユニット１は、ＦＣスタック２とＦＤＣ３と分岐ボックス４とが電気的に接続されたユニットである。ＦＣスタック２は、複数のセルを備える。ＦＤＣ３は、ＦＣスタック２の出力電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータである。ＦＤＣ３は燃料電池用のＤＣＤＣコンバータである。分岐ボックス４は、ＦＣスタック２からＦＤＣ３を介して供給された電力を複数の電気機器に出力する装置である。分岐ボックス４には複数のコネクタ５が接続される。コネクタ５は分岐ボックス４の出力端子に接続し、電気機器とＦＣユニット１とを電気的に接続する。図２に示すように、分岐ボックス４には三つのコネクタ５が接続可能である。そして、ＦＣスタック２から出力された電力がＦＤＣ３を介して分岐ボックス４に供給されて、分岐ボックス４からコネクタ５を経由して複数の電気機器に電力が供給される。

【0012】

ＦＣユニット１は、ＦＣスタック２とＦＤＣ３とがケース１０に収容された構造を有する。ケース１０は、ＦＣスタック２とＦＤＣ３とを同一空間に収容する。ケース１０内では、ＦＣスタック２とＦＤＣ３とが上下方向に対向する位置に配置され、ＦＣスタック２がＦＤＣ３の上方に配置されている。

【0013】

ケース１０は、ＦＣスタック２を収容するＦＣスタックケース２０と、ＦＤＣ３を収容するＦＤＣケース３０とを含んで形成されている。ＦＣスタックケース２０とＦＤＣケース３０とはボルト締結などにより一体化されている。ＦＣスタックケース２０のフランジ部２１とＦＤＣケース３０のフランジ部３１とが接続した状態で、そのフランジ部同士がボルト締結されている。ＦＣスタックケース２０が上部ケースであり、ＦＤＣケース３０が下部ケースである。

【0014】

分岐ボックス４は、図１，図２に示すように、ＦＣスタック２の側面側に配置され、ＦＣスタック２とＦＤＣ３とに締結されている。分岐ボックス４は、ＦＣスタックケース２０の側面と対向する位置、かつＦＤＣケース３０の側面と対向する位置に配置される。このように、ＦＣユニット１はＦＣスタック２およびＦＤＣ３の側面側に分岐ボックス４が配置される構造を有するため、分岐ボックス４の幅方向（横方向）の体格を小さくすることによって、ＦＣユニット１の幅方向の体格を小さくすることができる。そこで、ＦＣユニット１では、ＦＣスタックケース２０およびＦＤＣケース３０の側面形状に沿った形状となるように分岐ボックス４を形成することによって、ＦＣユニット１の体格を小さくするように構成されている。

【0015】

分岐ボックス４は、図３，図４に示すように、筐体４０と、バスバ５０とを備える。

【0016】

筐体４０は、内部にバスバ５０を収容した状態でＦＣスタック２に締結されている。図１に示すように、筐体４０とＦＣスタックケース２０とは締結部材６によって締結されている。筐体４０は、ＦＣスタックケース２０の側面に締結部材６により締結されている。締結部材６はボルトなどの部材である。筐体４０は、ＦＣスタックケース２０の側面およびＦＤＣケース３０の側面と対向する壁部４１を有する。

【0017】

壁部４１は、筐体４０の幅方向の体格を小さくするために、ＦＣスタックケース２０およびＦＤＣケース３０の側面形状に沿うように形成されている。ケース１０の側面には、ＦＣスタックケース２０とＦＤＣケース３０とを接続するフランジ部が含まれる。このケース１０のフランジ部は、ＦＣスタックケース２０の側壁部およびＦＤＣケース３０の側壁部よりも幅方向外側に突出している。そのため、筐体４０の壁部４１は、ＦＣスタックケース２０のフランジ部２１およびＦＤＣケース３０のフランジ部３１を避けるように形成された窪み形状の凹部４２を有する。つまり、壁部４１には、ＦＣスタックケース２０の側壁部に沿う部分と、フランジ部２１とフランジ部３１とを避けるように凹状に窪んだ凹部４２と、ＦＤＣケース３０の側壁部に沿う部分とが含まれる。

【0018】

また、筐体４０は、壁部４１を含む本体部と、その本体部に取り付けられるカバー４３とを含んで構成される。カバー４３は、ＦＣスタック２およびＦＤＣ３とは反対側に配置されている。

【0019】

さらに、筐体４０には、ＦＤＣケース３０に接続する接続部４４が設けられている。接続部４４は、ＦＤＣケース３０の接続部３２に組み付く。接続部４４の外周部には、この接続部同士４４，３２の間をシールするシール部４５が設けられている。接続部４４の内部にはバスバ５０が配置されている。

【0020】

ＦＣユニット１の幅方向において、壁部４１がケース１０のフランジ部を避けるように窪み形状の凹部４２を有することにより、凹部４２よりも上側部分はＦＣスタックケース２０の側壁部に近い位置される。例えば、凹部４２とケース１０のフランジ部との幅方向間隔と、壁部４１とＦＣスタックケース２０の側壁部との幅方向間隔とを同じ大きさすることが可能である。つまり、筐体４０の壁部４１とＦＣスタックケース２０の側壁部との幅方向間隔を狭くすることができる。これにより、筐体４０の内部空間は、ＦＣスタックケース２０の側壁部に近い位置、すなわち幅方向において、ケース１０のフランジ部の幅方向端部よりもＦＣスタックケース２０の側壁部側に形成されることになる。これにより、バスバ５０を配置するためのスペースをＦＣスタックケース２０に近い位置に確保することができる。このスペースにバスバ５０を配置することにより、バスバ５０の配置スペースが幅方向外側になることを抑制することができる。

【0021】

バスバ５０は、筐体４０の内部に収容された状態でＦＤＣ３の端子と締結され、かつコネクタ５側バスバ（分岐ボックス４の出力端子側バスバ）と締結されている。バスバ５０はＦＤＣ３の端子と分岐ボックス４の出力端子との間を電気的に接続する。バスバ５０は、図３に示すように、ＦＤＣ３とのボルト締結部５１を有する。ボルト締結部５１は、ＦＤＣ３の端子とボルト締結される部位（入力側部位）である。分岐ボックス４の出力端子は三つあるため、図５に示すように、バスバ５０の出力側部位５３は三つに分岐している。出力側部位５３は、分岐ボックス４の出力端子側バスバとボルト締結される部位である。さらに、バスバ５０は、電気機器の大電流化に対応するために、断面積が大きく形成されている。つまり、バスバ５０は断面積が大きく、高い剛性を有する。

【0022】

また、バスバ５０は、筐体４０の凹部４２と同じ位置に、凹部４２に沿った形状に形成されたウェーブ部５２を有する。ウェーブ部５２は、公差吸収用の形状を有する部位である。図６に示すように、ウェーブ部５２は、バスバ５０のボルト締結部５１を締結する際およびバスバ５０の出力側部位５３を締結する際に、バスバ５０の弾性変形を可能にする形状に形成されている。

【0023】

例えば、分岐ボックス４をＦＣスタック２とＦＤＣ３とに組み付ける際、筐体４０の接続部４４をＦＤＣケース３０の接続部３２に組付けてから、筐体４０を締結部材６によりＦＣスタックケース２０に締結する。その後、バスバ５０のボルト締結部５１をＦＤＣ３の出力端子に締結する。そして、バスバ５０のボルト締結部５１をＦＤＣ３に締結した状態で、バスバ５０の出力側部位５３を分岐ボックス４の出力端子に締結する。この締結する過程で、出力側部位５３の位置を調整する際に、ウェーブ部５２による弾性変形が可能である。そのため、バスバ５０の断面積が大きく剛性が高い構造でも、ウェーブ部５２によるバスバ５０の弾性変形が可能になる。これにより、高剛性のバスバ５０に組付け公差を吸収する機能を付与することができる。

【0024】

また、バスバ５０のうちウェーブ部５２の上側部分は、図３，図４に示すように、筐体４０の内部で壁部４１に沿って延在する。そのため、ＦＣユニット１の幅方向において、バスバ５０のうちウェーブ部５２の上側部分は、ケース１０のフランジ部の幅方向端部よりもＦＣスタックケース２０の側壁部に近い位置に配置される。これにより、バスバ５０がウェーブ部５２を有する形状であっても、そのバスバ５０の設置スペースを小さくすることができる。その結果、筐体４０の幅方向において、バスバ５０の出力側部位５３の幅方向位置をＦＣスタックケース２０の側壁部に近い位置に配置することができる。そのため、筐体４０の幅方向の体格を小さくすることができる。

【0025】

以上説明した通り、実施形態によれば、ＦＣスタック２とＦＤＣ３と分岐ボックス４が一体化された構造を有するＦＣユニット１において、体格を小型にしつつ、高剛性のバスバ５０に組付け公差を吸収する機能を付与することができる。

【0026】

なお、ＦＣユニット１は、ＦＣスタック２の下方にＦＤＣ３を配置された構造に限定されない。ＦＤＣ３はＦＣスタック２の上方と下方とのうちのいずれに配置してもよい。変形例として、ＦＣスタック２の上方にＦＤＣ３が配置された構造とすることが可能である。また、分岐ボックス４は、ＦＣスタック１の横方向において右側に配置されてもよく、あるいは左側に配置されてもよい。

【符号の説明】

【0027】

１ 燃料電池ユニット（ＦＣユニット）
２ 燃料電池スタック（ＦＣスタック）
３ 昇圧コンバータ（ＦＤＣ）
４ 分岐ボックス
５ コネクタ
６ 締結部材
１０ ケース
２０ ＦＣスタックケース
２１ フランジ部
３０ ＦＤＣケース
３１ フランジ部
３２ 接続部
４０ 筐体
４１ 壁部
４２ 凹部
４３ カバー
４４ 接続部
４５ シール部
５０ バスバ
５１ ボルト締結部
５２ ウェーブ部
５３ 出力側部位

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】