燃料电池系统及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种具有燃料电池堆和堆壳体的燃料电池系统及其制造方法。


背景技术：

2.在车辆搭载有包括燃料电池堆的燃料电池系统的情况下，例如，如日本特开2015-76152号公报的尤其是图1～图5所记载的那样，该燃料电池堆被收装在堆壳体内。在日本特开2015-76152号公报所记载的堆壳体中，如该日本特开2015-76152号公报的图1所示，在覆盖电池单体的层叠方向端部的壁面形成有开口。该开口被换气罩覆盖。在该结构中，在氢气从燃料电池堆泄漏的情况下，氢气经由换气罩被排出到堆壳体的外部。
3.燃料电池堆通过多个电池单体层叠而构成。另外，在各电池单体的电极电连接单电池电压检测端子。单电池电压检测端子还被称为“单电池v端子”。为了易于对单电池v端子或者其附近实施维修，一般使设置有单电池v端子的部位与形成在堆壳体的开口对准。即，使单电池v端子在开口处露出。在该情况下，作业者在将换气罩拆下之后，能够将手从开口伸入来实施维修。


技术实现要素：

4.发明所要解决的问题
5.导线或者导线捆扎而成的线束从单电池v端子延伸出。可能发生导线或者线束堵塞换气罩的换气用贯通孔的情况。在该情况下，难以将堆壳体内的氢气等经由换气罩向堆壳体外排出。
6.另外，在设换气罩的原材料为树脂材料的情况下，通过使用熔融树脂的注塑成型来制造该换气罩。在该情况下，为了对所得到的换气罩进行脱模，用顶杆(日文：
イジェクトピン
)挤压换气罩。其结果，可能在被顶杆挤压的部位形成毛刺。当该毛刺被钩挂在导线或线束时，担忧对导线或者线束产生损伤。
7.本发明的主要目的在于，提供一种能够避免多孔性罩的网眼被来自单电池电压检测端子的导线堵塞的燃料电池系统及其制造方法。在此，“导线”包含作为导线的捆扎物的线束。
8.本发明的另一目的在于，提供一种能够避免在导线处产生损伤的燃料电池系统及其制造方法。
9.用于解决问题的方案
10.根据本发明的一实施方式，提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括层叠有多个电池单体的燃料电池堆和收装所述燃料电池堆的堆壳体，其中，
11.在所述堆壳体的端部形成开口，
12.在所述电池单体中的朝向所述开口的部位处，设置有与该电池单体的电极电连接的单电池电压检测端子，且导线从所述单电池电压检测端子延伸出，
13.形成有多个贯通孔的多孔性罩被设置为覆盖所述开口，
14.在所述多孔性罩中的朝向所述单电池电压检测端子的端面，形成有位于所述多个贯通孔之间的环状突起，
15.在所述环状突起中，顶面与内周侧面通过内弯曲部相连，且所述顶面与外周侧面通过外弯曲部相连。
16.根据本发明的另一实施方式，提供一种燃料电池系统的制造方法，该燃料电池系统包括层叠有多个电池单体的燃料电池堆和收装所述燃料电池堆的堆壳体，其中，
17.所述燃料电池系统的制造方法具有以下工序：
18.制作多孔性罩用的部件的工序，所述部件形成有多个贯通孔，并在一端面形成在所述多个贯通孔之间突出的环状突起，所述环状突起中的顶面与内周侧面通过内弯曲部相连，且所述顶面与外周侧面通过外弯曲部相连；以及
19.将所述燃料电池堆收装于所述堆壳体，通过至少包含所述部件的多孔性罩将在所述堆壳体的端面形成的开口覆盖的工序，
20.使与所述电池单体的电极电连接的单电池电压检测端子以及从所述单电池电压检测端子延伸出的导线朝向所述开口，将所述燃料电池堆收装于所述堆壳体，使所述环状突起朝向所述单电池电压检测端子，通过所述多孔性罩来覆盖所述开口。
21.发明的效果
22.根据本发明，在多孔性罩中的朝向设置于电池单体的单电池电压检测端子的端面形成有环状突起。环状突起与从单电池电压检测端子延伸出的导线抵接，由此避免多孔性罩的网眼被导线堵塞。因此，在氢气从燃料电池堆泄漏到堆壳体内的情况下，能够将该氢气经由多孔性罩容易地向堆壳体外排出。
23.并且，在环状突起中，顶面与内周侧面通过内弯曲部相连，且环状突起的顶面与外周侧面通过外弯曲部相连。即，可避免在环状突起处形成尖锐的部位。因此，可避免导线钩挂在环状突起上。因此，可避免由此导致在导线处产生损伤。即，可消除对导线造成损伤的担忧。
24.根据参照附图对以下实施方式进行的说明，上述的目的，特征和优点应易于被理解。
附图说明
25.图1是搭载有本发明实施方式所涉及的燃料电池系统的车辆的主要部分概略侧视图。
26.图2是从构成所述燃料电池系统的堆壳体的后方观察到的概略立体图。
27.图3是表示堆壳体与车用电设备(日文：電装機器)收装壳体的连接部位附近的概略纵剖面侧视图。
28.图4是层叠过滤器的分解立体图。
29.图5是作为多孔性罩的层叠过滤器的概略主视图。
30.图6是作为构成层叠过滤器的部件的内侧网材料中的面向单电池电压检测端子的端面的主要部分放大主视图。
31.图7是图6中的vii-vii线向视剖面图。
32.图8是将使用了没有设置环状突起的内侧网材料的燃料电池系统中的堆壳体的后
方开口附近放大的主要部分放大示意图。
33.图9是将使用了图6所示的内侧网材料的燃料电池系统中的堆壳体的后方开口附近放大的主要部分放大示意图。
34.图10是图9中的x-x线向视剖面图。
35.图11是表示顶杆面对预备凸部的状态的主要部分侧视示意图。
36.图12是表示顶杆进入预备凸部的状态的主要部分侧视示意图。
37.图13是表示顶杆离开环状突起的状态的主要部分侧视示意图。
具体实施方式
38.下面，参照附图对本发明所涉及的燃料电池系统及其制造方法详细地进行说明。另外，下面列举搭载于车辆的方式作为优选的实施方式。以下说明中的“左”、“右”、“前”、“后”、“下”以及“上”表示就座在车辆的驾驶席上的用户的左、右、前、后、下以及上。并且，车宽方向与左右方向同义。车长方向与前后方向或者行进方向同义，车高方向与上下方向同义。
39.图1是搭载有本实施方式所涉及的燃料电池系统10的燃料电池车辆12(车辆)的主要部分概略侧视图。在该燃料电池车辆12的前部设置有仪表盘14。借助仪表盘14来隔离乘员的车厢15和前室16。在前室16内配设有收装燃料电池堆18的堆壳体20。
40.前室16设置有构成车身框架的侧车架22和横梁24。侧车架22沿车长方向延伸。横梁24在比侧车架22靠下方的位置沿车宽方向延伸。
41.燃料电池堆18基于从燃料气体供给装置以及氧化剂气体供给装置(均未图示)供给的燃料气体以及氧化剂气体的电化学反应进行发电。燃料电池堆18向设置于前室16的行驶用电机26或者未图示的电池供给通过发电产生的电力。
42.在该情况下，行驶用电机26被配置在燃料电池堆18或者堆壳体20的下方。行驶用电机26通过未图示的变速器以及车轮等来推进燃料电池车辆12。行驶用电机26的前部通过电机支架28a以及前方支承件30a固定于横梁24。行驶用电机26的后部通过电机支架28b以及后方支承件30b固定于横梁24。
43.在比行驶用电机26靠前方的位置设置有pdu(动力驱动单元)32。pdu32向行驶用电机26供给适宜的电力。pdu32构成为三相桥式的逆变器。pdu32将燃料电池堆18的电力(直流电力)转换为交流电力。或者，pdu32基于未图示的ecu的控制来调整行驶用电机26的旋转驱动力。
44.如图2所示，燃料电池堆18具有沿车宽方向层叠的多个电池单体34。燃料电池堆18以该状态被收装在堆壳体20的内部。此时，电池单体34的电极成为立位姿势。
45.堆壳体20具有底壁部36a、前壁部36b以及上壁部36c。在堆壳体20的后部36d形成有后方开口40。在堆壳体20的车宽方向的右侧部36e以及左侧部36f分别形成有右开口42a以及左开口42b。
46.在电池单体34的层叠方向(车宽方向)右端，未图示的第1端子板和第1绝缘板朝向外部依次配置。第1端子板和第1绝缘板被收容在堆壳体20内。在堆壳体20的右侧部36e安装有第1端板44。第1端板44封闭堆壳体20的右开口42a，对电池单体34的层叠体施加层叠方向的紧固载荷。
47.在电池单体34的层叠方向左端也同样，未图示的第2端子板和第2绝缘板朝向外部依次配置。第2端子板和第2绝缘板被收装在堆壳体20内。另外，在堆壳体20的左侧部36f安装有辅助设备壳体46。
48.辅助设备壳体46具有凹形状的第1壳体部件48和凹形状的第2壳体部件50。第1壳体部件48被螺纹紧固于堆壳体20。第2壳体部件50与第1壳体部件48相接合。在第1壳体部件48和第2壳体部件50的内部收装有配管、喷射器、氢泵以及阀等氢气系统辅助设备。氢气系统辅助设备构成作为燃料电池系统的设备的氢气供给装置。也可以在第1壳体部件48和第2壳体部件50的内部收装其他辅助设备。
49.第1壳体部件48具有壁部54。壁部54封闭堆壳体20的层叠方向左端侧的左开口42b。壁部54作为第2端板发挥作用，对电池单体34的层叠体施加层叠方向的紧固载荷。第1端板44和壁部54借助连接螺栓58被安装于堆壳体20。密封部件56夹装于两个部件44、54中的每一个与堆壳体20之间。
50.层叠的电池单体34的两端部的各电极(阳极电极和阴极电极)与所述第1端子板、所述第2端子板电连接。并且，两端子板的一部分从堆壳体20的上壁部36c的开口向外部突出，通过未图示的接触器与vcu110电连接。在各电池单体34的电极电连接有单电池v端子(单电池电压检测端子)60。尽管未特别地图示，但在各电池单体34中的隔板的外周缘部设置有连接部位。单电池v端子60与该连接部位电连接。
51.多个单电池v端子60以装拆自如的方式被设置于燃料电池堆18中的朝向后方开口40的后部。多个单电池v端子60在后方开口40处露出。如图2和图3所示，线束62(导线的捆扎物)从单电池v端子60的后部延伸出。线束62向单电池电压控制单元61发送检测到的单电池电压。单电池电压控制单元61在内部对由单电池v端子60检测到的电压一并进行处理之后，将其发送给燃料电池堆18的控制系统。
52.如图4和图5详细所示的那样，在后方开口40处设置有层叠过滤器70作为多孔性罩。在本实施方式中，层叠过滤器70具有作为内侧罩的内侧网材料72、作为中间罩的过滤材料74、框状保持件76(保持部件)、作为外侧罩的外侧网材料78和密封板80。内侧网材料72、过滤材料74、框状保持件76、外侧网材料78以及密封板80从靠近堆壳体20的一侧起被依次配置。密封板80用图4所示的固定螺栓81被连接在堆壳体20的后部36d。据此，后方开口40被层叠过滤器70覆盖。
53.内侧网材料72和外侧网材料78保护被夹持在内侧网材料72与外侧网材料78之间的过滤材料74。另外，外侧网材料78由比较大的通气孔形成为格子形状或者圆形状的片状板材构成。与此相对，过滤材料74是形成有比外侧网材料78细小的通气孔的板材。因此，通过过滤材料74来捕捉未被外侧网材料78捕捉到的异物。
54.图6是内侧网材料72中的面向单电池v端子60的内侧端面72a的主要部分放大主视图。内侧网材料72与外侧网材料78同样，由比过滤材料74的通气孔大的通气孔82(贯通孔或者网眼)形成为圆形状或者格子形状的网状板材构成。换言之，过滤材料74形成有比内侧网材料72细小的通气孔。
55.在内侧端面72a，在被4个通气孔82围绕的位置形成有向电池单体34突出的环状突起84。如作为图6的vii-vii线向视剖面图的图7所示，环状突起84具有内部底面86、内周侧面88、主视观察时以呈大致圆环形状的方式环绕的顶面90和外周侧面92。内周侧面88与顶
面90通过内弯曲部94相连。顶面90与外周侧面92通过外弯曲部96相连。
56.外周侧面92一边从内侧网材料72的内侧端面72a平缓地隆起，一边经由外弯曲部96平缓地与顶面90相连。环状突起84的内部成为相对于环状突起84相对凹陷的凹空间。内周侧面88是相对于顶面90急剧弯曲，且沿凹空间的深度方向延伸的壁面。凹空间的深度方向相当于过滤材料74的厚度方向，且相当于燃料电池车辆12的前后方向。外周侧面92、顶面90以及内周侧面88这样相连，因此，外弯曲部96的曲率半径r1比内弯曲部94的曲率半径r2大。
57.内部底面86是以大致正交的方式与内周侧面88相连，且沿燃料电池车辆12的车高方向延伸的壁面。因此，内部底面86与内侧网材料72的内侧端面72a大致平行。在此，在本实施方式中，内部底面86比内侧端面72a更接近电池单体34(燃料电池堆18)。换言之，内部底面86与内侧端面72a不共面。
58.有时还会在内周侧面88或者内弯曲部94形成有毛刺98。由于后述的理由，毛刺98的突出方向是环状突起84的直径方向内侧。
59.这样构成的内侧网材料72例如以在玻璃纤维中含浸有树脂的纤维增强树脂材料为原材料来制作。外侧网材料78和密封板80例如由铝合金等金属构成。另外，框状保持件76例如与内侧网材料72同样，以在玻璃纤维中含浸有树脂的纤维增强树脂材料为原材料来制作。
60.如图4所示，框状保持件76的一部分形成为格子状的缺口。由此，在框状保持件76形成多个通气口100。在该情况下，通气口100呈纵向长的长方形形状。在本实施方式中，例如，通气口100沿上下方向排列成3行。在此，在框状保持件76，以封闭第2行通气口100的大约一半的方式设置有封闭壁部102。所述单电池电压控制单元61与封闭壁部102的前表面相对。另外，在内侧网材料72、过滤材料74以及外侧网材料78，在与封闭壁部102对应的部位(封闭壁部102重叠的部位)分别形成有缺口104a～104c。
61.另外，内侧网材料72、过滤材料74以及外侧网材料78也可以与框状保持件76的格子的位置对应而被分别分割成多个。
62.如图2和图3所示，在堆壳体20的后部36d连接有对作为车用电设备的vcu110进行收装的vcu壳体112(车用电设备收装壳体)。在vcu壳体112中的与堆壳体20相对的前方壁部设置有4个支架部114。支架部114向堆壳体20突出。并且，从vcu壳体112的后方壁部到支架部114的前端面形成有插通孔118。穿过插通孔118的支架用螺栓116与在堆壳体20的后部36d形成的未图示的螺栓孔螺合。由此，层叠过滤器70被保持于堆壳体20。另外，vcu壳体112被连接于堆壳体20。
63.此时，堆壳体20的后部36d(或者层叠过滤器70)与vcu壳体112的前方壁部之间分开支架部114的突出长度。通过该分开形成间隙。因此，在相邻的支架部114彼此之间形成换气口120。
64.本实施方式所涉及的燃料电池系统基本上如以上那样构成，接着，对其作用效果进行说明。
65.当图1所示的燃料电池车辆12运行时，向燃料电池堆18供给燃料气体、氧化剂气体以及冷却介质。燃料气体被向各电池单体34的阳极电极供给，氧化剂气体被向各电池单体34的阴极电极供给。由此在各电池单体34处进行发电，伴随于此，对行驶用电机26赋能。其
结果，燃料电池车辆12开始行驶。还向各电池单体34供给冷却介质。
66.假想以下情况：在燃料电池车辆12行驶过程中，例如，小石头等异物s被轮胎弹起，向前室16飞来。在发生这种事态的情况下，异物s与vcu壳体112相碰撞。由此可以理解到，层叠过滤器70通过覆盖该层叠过滤器70的vcu壳体112保护其免于受到进入前室16内的大的异物s损伤。
67.另外，在异物s经由换气口120进入堆壳体20与vcu壳体112之间的情况下，通过外侧网材料78来保护过滤材料74。因此，避免由于过滤材料74破损等而不再能捕捉细微的异物的情况。并且，堆壳体20内的单电池电压控制单元61还通过覆盖该单电池电压控制单元61的封闭壁部102保护其免于受到异物s损伤。
68.一部分行驶风到达堆壳体20的后部36d的下部。然后，一部分行驶风穿过外侧网材料78的通气孔、框状保持件76的通气口100、过滤材料74的通气孔和内侧网材料72的通气孔82，从后方开口40进入堆壳体20的内部。在行驶风伴有砂粒、粉尘等细微的异物的情况下，该异物被外侧网材料78和过滤材料74捕获。因此，异物难以进入堆壳体20内。
69.堆壳体20内的燃料电池堆18的温度伴随着电池单体34发电而上升。因此，由燃料电池堆18对进入堆壳体20的内部的行驶风给与热量。由此使得行驶风温度上升，使堆壳体20内温度上升。另一方面，燃料电池堆18被行驶风冷却。
70.在燃料气体从燃料电池堆18漏出到堆壳体20内的情况下，由于燃料气体中的氢气的比重比空气小，因此，氢气在堆壳体20内上升。上升的氢气与行驶风汇流。因此，行驶风(和氢气)经后方开口40的上部到达内侧网材料72的通气孔。
71.在此，图8将使用了没有设置环状突起84的内侧网材料72’的结构的主要部分放大示出。如上所述，在线束62接近内侧网材料72’的情况下，可能引起线束62堵塞通气孔的一部分。在这种状况下，不易将行驶风和氢气经由过滤材料74的通气孔、框状保持件76的通气口100、外侧网材料78的通气孔向堆壳体20的外部排出。
72.对此，在本实施方式中，在内侧网材料72的内侧端面72a设置环状突起84。在该情况下，即使线束62接近内侧网材料72，如图9和图10所示，线束62被环状突起84(典型地，外弯曲部96、顶面90或者内弯曲部94)阻挡。因此，线束62与环状突起84点接触。因此，在环状突起84与线束62之间形成行驶风和氢气能穿过的空隙。另外，可避免通气孔被线束62堵塞。
73.根据这种理由，行驶风和氢气穿过环状突起84与线束62之间的空隙，经由内侧网材料72的通气孔、过滤材料74的通气孔、框状保持件76的通气口100和外侧网材料78的通气孔被容易地向堆壳体20的外部排出。行驶风(和氢气)进一步经由换气口120达到前室16，从该前室16被释放到大气中。
74.这样，通过在内侧网材料72的内侧端面72a设置环状突起84，流入堆壳体20内的行驶风经由后方开口40和层叠过滤器70迅速地向堆壳体20外流出。因此，当氢气泄漏到堆壳体20内时，能够将该氢气伴随着行驶风迅速地向堆壳体20外排出。
75.在环状突起84形成有毛刺98的情况下，毛刺98的延伸方向为环状突起84的直径方向内侧。即，可避免毛刺98从凹空间露出。因此，可避免线束62钩挂在毛刺98上。并且，供线束62点接触的外弯曲部96、顶面90、内弯曲部94为平缓的弯曲面，因此，还可避免线束62钩挂在外弯曲部96、顶面90、内弯曲部94中的任一方而使得在该线束62处产生损伤。根据以上理由，可消除由于毛刺98或者环状突起84使得在线束62处产生损伤的担忧。
76.在需要对燃料电池堆18(尤其是，单电池v端子60等)进行维修的情况下，作业者拧松支架用螺栓116将vcu壳体112从堆壳体20拆下，并且拧松固定螺栓81使层叠过滤器70脱离堆壳体20。伴随着该脱离，后方开口40出现，因此能够易于对在该后方开口40处露出的单电池v端子60等实施维修。
77.接着，对本实施方式所涉及的燃料电池系统10的制造方法进行说明。该制造方法包括制作内侧网材料72的工序。
78.例如能够通过向在2个成型模形成的型腔射出含有玻璃纤维的熔融树脂来得到内侧网材料72。在此，在一方的成型模设置图11所示的顶杆130。顶杆130能够相对于所述型腔进退。如所周知的那样，顶杆130能够挤压得到的成型件来将其从成型模取出(脱模)。
79.注塑成型时，在内侧网材料72中的成为内侧端面72a的端面形成有图11所示的大致圆锥台形状的预备凸部132。如图12所示，在开模后脱模时顶杆130前进，抵接于预备凸部132的平坦顶部。顶杆130以该状态进一步前进，挤压该预备凸部132。由于预备凸部132未固化较柔软，因此，顶杆130的顶端进入预备凸部132内。由此，按照顶杆130的形状，形成具有内部底面86和内周侧面88的凹空间。伴随于此，成型出环状突起84。顶杆130朝向预备凸部132内的进入是在没有到达内侧网材料72的端面(内侧端面72a)的程度停止的。
80.在这样完成了内侧网材料72的脱模之后，顶杆130后退。即，顶杆130脱离凹空间。顶杆130相对于预备凸部132以及环状突起84的进退方向如上所述，因此，如图13所示，毛刺98在内周侧面88或者内弯曲部94处向缩窄凹空间的内径的方向突出。
81.接着，将燃料电池堆18收装在堆壳体20中。另一方面，通过包括内侧网材料72的层叠过滤器70(多孔性罩)覆盖堆壳体20的后方开口40。向堆壳体20收装燃料电池堆18和向后方开口40安装层叠过滤器70是按不同的顺序进行的。即，既可以在进行收装之后进行安装，也可以在进行安装之后进行收装。如图2所示，在将燃料电池堆18收装于堆壳体20之后，用第1端板44封闭右开口42a，且用辅助设备壳体46封闭左开口42b。
82.当将燃料电池堆18收装在堆壳体20中时，使设置有单电池v端子60的部位面向后方开口40。在后方开口40处安装将内侧网材料72、过滤材料74、框状保持件76、外侧网材料78以及密封板80从接近堆壳体20的一侧依次配置的层叠过滤器70。使内侧网材料72的设置有环状突起84的端面面向燃料电池堆18。
83.并且，通过固定螺栓81将密封板80连接于后部36d。由此，燃料电池堆18被收装在堆壳体20内。另外，由层叠过滤器70覆盖后方开口40。在构成层叠过滤器70的内侧网材料72中，设置有环状突起84的内侧端面72a朝向燃料电池堆18。
84.在此，当注塑成型内侧网材料72时，如上所述，顶杆130朝向预备凸部132内的进入是在没有到达内侧网材料72的端面(内侧端面72a)的程度停止的。因此，环状突起84(凹空间)的内部底面86比内侧端面72a更靠近燃料电池堆18。
85.并且，在堆壳体20的后部36d安装vcu壳体112。即，将支架用螺栓116穿过插通孔118，使其与未图示的螺栓孔螺合。由此，构成图2所示的燃料电池系统10。
86.另外，本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够得到各种结构。
87.例如，也可以使框状保持件76的通气口100的形状为长方形以外的其他形状(圆形等)。
88.另外，在本实施方式中，借助固定螺栓81、支架用螺栓116分别将层叠过滤器70和vcu壳体112安装于堆壳体20。作为替代，也可以使用于将层叠过滤器70安装于堆壳体20的螺栓和用于将vcu壳体112连接的螺栓为同一螺栓。