特許 7533505 スタックケース

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-05

(45)【発行日】2024-08-14

(54)【発明の名称】スタックケース

(51)【国際特許分類】

   B60L 50/72 20190101AFI20240806BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20240806BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20240806BHJP

   H01M 8/00 20160101ALN20240806BHJP

【ＦＩ】

B60L50/72

H01M8/2475

H01M8/04 Z

H01M8/00 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022032840

(22)【出願日】2022-03-03

(65)【公開番号】P2023128476

(43)【公開日】2023-09-14

【審査請求日】2023-12-19

(73)【特許権者】

【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】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金澤 秀幸

【審査官】加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－６９８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１２２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１２６９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－２０２０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－７３７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３０７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－７４８１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／２４９５

Ｂ６０Ｌ ５０／７０－５０／７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の燃料電池セルを積層させた状態で収容するスタックケースであって、
複数の前記燃料電池セルの積層方向における一方の端部に形成されている開口部を備えるケース本体と、
前記開口部を覆う蓋部であって、前記ケース本体の内部から生成水を排出する排出管を備える前記蓋部と、
前記開口部と前記蓋部との間に配置されるシールと、
を備えており、
前記スタックケースが車両内に配置されたときに、
前記積層方向は、前記排出管に近づくほど水平方向に対して下方に変位するように傾斜し、
前記ケース本体の上面は、前記排出管に近づくほど水平方向に対して上方に変位するように傾斜する、
スタックケース。

【請求項2】

前記スタックケースが前記車両内に配置されたときに、前記ケース本体の下面は、前記排出管に近づくほど水平方向に対して下方に変位するように傾斜する、請求項１に記載のスタックケース。

【請求項3】

前記ケース本体の前記上面を構成している壁の車両上下方向における厚さは、前記排出管に近づくほど厚くなるように変化している、請求項１または２に記載のスタックケース。

【請求項4】

前記ケース本体は鋳造品であり、
前記ケース本体の内部空間の鉛直方向の高さが前記排出管に近づくほど大きくなるように、抜き勾配が形成されており、
前記スタックケースが前記車両内に、前記排出管側の位置が低くなるように水平方向に対して傾斜角を有して配置されたときに、前記抜き勾配の角度が前記傾斜角よりも大きくなる、請求項１～３の何れか１項に記載のスタックケース。

【請求項5】

前記ケース本体の前記上面には、前記積層方向と交差する方向に延びているリブが形成されており、
前記リブの一部の高さが低くされている、請求項１～４の何れか１項に記載のスタックケース。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、燃料電池セルを積層させた状態で収容するスタックケースに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、燃料電池スタックを格納したスタックケースの側方端部から生成水を排出する構造において、排出端部に進むにつれて下方に傾斜するようにスタックケースを配置する技術が開示されている。重力を利用することで、生成水を容易に排出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－７７５６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

スタックケースの排出端部に形成されている開口部を、生成水を排出する排出管を備えた蓋部で塞ぐ構造が採用される場合がある。この構造では、開口部と蓋部との間にシールを配置して気密性を高める必要がある。しかし、スタックケースの上面に雨水などが侵入すると、傾斜によって排出端部側に水が移動し、蓋部の近傍に溜まってしまう場合がある。水によってシールが劣化してしまうおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示するスタックケースは、複数の燃料電池セルを積層させた状態で収容するスタックケースである。スタックケースは、複数の燃料電池セルの積層方向における一方の端部に形成されている開口部を備えるケース本体を備える。スタックケースは、開口部を覆う蓋部を備える。蓋部は、ケース本体の内部から生成水を排出する排出管を備える。スタックケースは、開口部と蓋部との間に配置されるシールを備える。スタックケースが車両内に配置されたときに、積層方向は、排出管に近づくほど水平方向に対して下方に変位するように傾斜し、ケース本体の上面は、排出管に近づくほど水平方向に対して上方に変位するように傾斜する。

【0006】

上記構造によれば、積層方向は、排出管に近づくほど水平方向に対して下方に変位するように傾斜しているため、重力により生成水を容易に排出することができる。また、ケース本体の上面は、排出管に近づくほど水平方向に対して上方に変位するように傾斜しているため、スタックケース上面に溜まった水を、開口部が形成されている端部と対向する反対側の端部に移動させることができる。蓋部の近傍に水が溜まることを防止することができるため、シールの劣化を抑制することが可能となる。

【0007】

スタックケースが車両内に配置されたときに、ケース本体の下面は、排出管に近づくほど水平方向に対して下方に変位するように傾斜してもよい。これにより、複数の燃料電池セルの積層方向を、排出管に近づくほど水平方向に対して下方に変位するように傾斜させることができる。

【0008】

ケース本体の上面を構成している壁の車両上下方向における厚さは、排出管に近づくほど厚くなるように変化していてもよい。これにより、ケース本体の上面を、排出管に近づくほど水平方向に対して上方に変位するように傾斜させることができる。

【0009】

ケース本体は鋳造品であってもよい。ケース本体の内部空間の鉛直方向の高さが排出管に近づくほど大きくなるように、抜き勾配が形成されていてもよい。スタックケースが車両内に、排出管側の位置が低くなるように水平方向に対して傾斜角を有して配置されたときに、抜き勾配の角度が傾斜角よりも大きくなってもよい。これにより、抜き勾配を用いて、ケース本体の上面を傾斜させることが可能となる。

【0010】

ケース本体の上面には、積層方向と交差する方向に延びているリブが形成されていてもよい。リブの一部の高さが低くされていてもよい。リブの高さが低くされている部分によって、水の排水経路を形成することができる。

【0011】

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】燃料電池システム１の概略構成を説明する断面図である。

【図2】比較例の燃料電池システム１０１の概略構成を説明する断面図である。

【図3】実施例２に係るスタックケース２１０の上面図である。

【図4】変形例に係る燃料電池システム１の概略構成を説明する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例1】

【0013】

＜燃料電池システム１の概略構成＞
図１に、燃料電池システム１の概略構成を説明する断面図を示す。燃料電池システム１は、車両のフロントコンパートメント（不図示）の内部に配置されている。燃料電池システム１は、スタックケース１０および燃料電池パワーコントロールユニット（ＦＣＰＣ）２０を備えている。なお、フロントコンパートメント内のその他の部品については、記載および説明を省略する。また、図１を含む各図において、矢印ＦＲは車両前方向を示し、矢印ＲＨは車両右方向を示し、矢印ＵＰは車両上方向を示す。以後の図でも、座標系の意味は同じである。

【0014】

ＦＣＰＣ２０は、スタックケース１０内の燃料電池スタック１４の電圧をモニタして発電状態を制御する部位である。ＦＣＰＣ２０は、その上面２０ｕが水平方向ＨＤと平行になるように、フロントコンパートメント内に配置されている。上面２０ｕ上には、スタックケース１０が配置されている。スタックケース１０は、ケース本体１１、スタックマニホールド１２、シール１３、燃料電池スタック１４、を備える。

【0015】

燃料電池スタック１４は、ケース本体１１の内部空間ＩＳに収容されている。燃料電池スタック１４は、長方形の板状部材である燃料電池セル１６を、複数積層させた構造を有する。具体的には、エンドプレート１５がスタックマニホールド１２から最も遠い端部に位置している。そしてエンドプレート１５の平面と燃料電池セル１６の平面とが並行となるように、複数の燃料電池セル１６が積層されている。そして燃料電池セル１６の各々の平面に対して垂直な方向が、積層方向ＬＤとなる。

【0016】

ケース本体１１は、一面が開口している箱型の部材である。ケース本体１１は、支持部１１ｆ、下側壁１１ｂ、上側壁１１ｕ、側面壁１１ｓ、開口部１１ａ、を備えている。開口部１１ａは、壁が備えられていない領域である。開口部１１ａは、積層方向ＬＤにおける、車両後方側の端部に形成されている。

【0017】

支持部１１ｆは、ケース本体１１をＦＰＣＰ２０の上面２０ｕに載置する際の台座となる部品である。支持部１１ｆは、ケース本体１１と一体に形成されていてもよい。支持部１１ｆは、フランジ形状を有していてもよい。

【0018】

ケース本体１１は、アルミニウムなどの金属材料の鋳造品である。矢印で示す取り外し方向ＲＤに金型を取り外すことによって、上側壁１１ｕおよび下側壁１１ｂが形成される。金型の取り外しを容易にするために、ケース本体１１の内部空間ＩＳの鉛直方向（紙面上下方向）の高さが、開口部１１ａに近づくほど大きくなるように、抜き勾配が形成されている。これにより下側壁１１ｂは、取り外し方向ＲＤに対して鋳抜き角ＣＡ１を備えている。また上側壁１１ｕは、取り外し方向ＲＤに対して鋳抜き角ＣＡ２を備えている。鋳抜き角ＣＡ１およびＣＡ２の大きさは、特に限定されない。また鋳抜き角ＣＡ１とＣＡ２とは、異なっていてもよい。

【0019】

燃料電池スタック１４は、下側壁１１ｂの内壁上に配置されている。従って、積層方向ＬＤの水平方向ＨＤに対する傾斜角ＴＡ１は、下側壁１１ｂの鋳抜き角ＣＡ１と等しくなる。すなわち積層方向ＬＤは、スタックマニホールド１２が備える排出管に近づくほど（すなわち車両後方へ行くほど）水平方向ＨＤに対して下方に変位するように傾斜している。これにより、重力によって生成水を容易に排出することが可能とされている。

【0020】

上側壁１１ｕの上面は、スタックマニホールド１２が備える排出管に近づくほど（すなわち車両後方へ行くほど）水平方向ＨＤに対して上方に変位するように傾斜している。本実施例では、上側壁１１ｕの水平方向ＨＤに対する傾斜角ＴＡ２は、鋳抜き角ＣＡ２と等しくなる。

【0021】

スタックマニホールド１２は、燃料電池スタック１４に水素、空気、冷却水などを供給する配管部品である。スタックマニホールド１２は、複雑な３Ｄ形状のアルミ鋳造部品と、各種配管を構成する樹脂を一体成形した部品である。スタックマニホールド１２はケース本体１１とは同時に成形できないため、別部品として形成した上で、開口部１１ａに取り付ける必要がある。スタックマニホールド１２は、不図示のボルト等によって、開口部１１ａに取り付けられている。スタックマニホールド１２は、開口部１１ａを覆う蓋部としても機能する。

【0022】

スタックマニホールド１２には、冷却用冷媒の供給管および排出管、燃料ガスの供給管、燃料オフガスの排出管、酸化剤ガスの供給管、酸化剤オフガスの排出管、などが備えられている。図１の断面図には、燃料ガスの供給管１２ｐ１および燃料オフガスの排出管１２ｐ２が表出している。燃料オフガスには生成水が含まれているため、燃料オフガスの排出管１２ｐ２は、ケース本体１１の内部から生成水を排出する排出管としても機能する。

【0023】

シール１３は、開口部１１ａとスタックマニホールド１２との間に配置される。シール１３によって、内部空間ＩＳの気密性を高めることができる。シール１３の材質は特には限定されない。シール１３は、Ｏリングであってもよい。なお、スタックマニホールド１２と対向している側面壁１１ｓには、開口部およびシールは配置されていない。

【0024】

＜効果＞
図２の比較例の燃料電池システム１０１を用いて、課題を説明する。比較例のＦＣＰＣ２２０の上面２２０ｕは、水平方向ＨＤに対して搭載傾斜角ＴＡ１００を有している。従ってスタックケース１１０は、車両後方へ行くほど下方へ変位するように、搭載傾斜角ＴＡ１００を有して配置されている。また比較例のケース本体１１１は、鋳抜き角を有していない。積層方向ＬＤの水平方向ＨＤに対する傾斜角ＴＡ１は、搭載傾斜角ＴＡ１００と同一の傾斜角を有するため、重力により生成水を容易に排出することができる。そして上側壁１１ｕの水平方向ＨＤに対する傾斜角ＴＡ２も、搭載傾斜角ＴＡ１００と同一の傾斜角を有する。すなわち上側壁１１１ｕの上面は、スタックマニホールド１２が備える排出管に近づくほど（すなわち車両後方へ行くほど）水平方向ＨＤに対して下方に変位するように傾斜している。そしてスタックケース１０の上部には、雨水やタイヤからの巻き上げ水などの、各種の水が侵入する場合がある。上側壁１１１ｕの上面に到達した水は、重力によりスタックマニホールド１２側へ移動する（矢印Ｙ１００参照）。すると、シール１３の近傍に水溜りＰＤが形成されてしまう場合がある。水溜りＰＤによってシール１３が劣化してしまうおそれがある。

【0025】

一方、図１に示す本実施例の燃料電池システム１では、上側壁１１ｕの上面は、スタックマニホールド１２が備える排出管に近づくほど水平方向ＨＤに対して上方に変位するように傾斜している。これにより、上側壁１１ｕの上面に到達した水を、重力により、開口部１１ａが形成されている端部と対向する反対側の側面壁１１ｓ側に移動させることができる（矢印Ｙ２参照）。シール１３の近傍に水溜りＰＤが形成されることを防止することができるため、シール１３の劣化を抑制することが可能となる。

【実施例2】

【0026】

図３に、実施例２に係るスタックケース２１０の上面図を示す。実施例２のスタックケース２１０は、実施例１のスタックケース１０に比して、上側壁１１ｕの上面にリブを備える点が異なっている。実施例２のスタックケース２１０と実施例１のスタックケース１０との間で共通する要素には同一符号を付すことで、説明を省略する。

【0027】

上側壁１１ｕの上面には、積層方向ＬＤと交差する方向に延びているリブＲ１、および、積層方向ＬＤと平行な方向に延びているリブＲ２が、それぞれ複数形成されている。リブＲ１およびＲ２は、壁形状の突起部分である。リブＲ１およびＲ２は、上側壁１１ｕと一体に形成されていてもよい。

【0028】

複数のリブＲ１の各々には、高さが低くされている排水領域ＤＡが、その一部に形成されている。積層方向ＬＤに隣接している排水領域ＤＡ同士が結合することによって、排水路を形成することができる。これにより、リブ形成によるスタックケース２１０の強度向上と、上側壁１１ｕの上面からの排水性の向上とを両立することが可能となる。

【0029】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【0030】

＜変形例＞
図４に示すように、上側壁１１ｕの車両上下方向における厚さは、スタックマニホールド１２が備える排出管に近づくほど厚くなるように変化していてもよい。このような構造によっても、上側壁１１ｕの上面を、排出管に近づくほど水平方向ＨＤに対して上方に変位するように傾斜させることができる。

【0031】

スタックケース１０（図１）が、比較例で説明した搭載傾斜角ＴＡ１００を備えるＦＣＰＣ２２０の上面２２０ｕ（図２）に配置されてもよい。すなわち、開口部１１ａ側の位置が低くなるように、水平方向に対して搭載傾斜角ＴＡ１００を有してスタックケース１０が配置されてもよい。この場合、上側壁１１ｕの鋳抜き角ＣＡ２が、搭載傾斜角ＴＡ１００よりも大きくなるように配置すればよい。これにより、上側壁１１ｕの上面を、スタックマニホールド１２が備える排出管に近づくほど（すなわち車両後方へ行くほど）水平方向ＨＤに対して下方に変位するように傾斜させることができる。

【0032】

上側壁１１ｕの上面に他の部材（例：ＦＣＰＣ２０）が配置されていてもよい。

【0033】

ケース本体１１の材料や成形方法は、様々であって良い。例えば、繊維強化プラスチックなどのプラスチックを成形してケース本体１１を製造してもよい。

【0034】

スタックマニホールド１２は、蓋部の一例である。

【符号の説明】

【0035】

１：燃料電池システム １０：スタックケース １１：ケース本体 １１ａ：開口部 １１ｕ：上側壁 １２：スタックマニホールド １３：シール ＬＤ：積層方向 ＨＤ：水平方向 ＴＡ１、ＴＡ２：傾斜角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】