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公開番号2025130426
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-08
出願番号2024027579
出願日2024-02-27
発明の名称燃料電池モジュール
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人
主分類H01M 8/04 20160101AFI20250901BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】一つの側壁に部品を集約して配置しつつ、燃料電池スタック、第1補機及び第2補機を適した配置にできる燃料電池モジュールを提供する。
【解決手段】燃料電池モジュール100は、筐体10と、燃料電池スタック40と、第2DC/DCコンバータ43と、第1補機50と、第2補機60と、を備える。筐体10の側壁13は、接続盤14を含んでいる。接続盤14は、接続口14aを備える。筐体10の収容空間Sは、第1空間S1と第2空間S2とに分けられる。第1空間S1は、接続盤14に沿って第1補機50が配置された空間である。第2空間S2は、第1空間S1とは異なる空間であって、燃料電池スタック40、第2DC/DCコンバータ43、及び第2補機60が配置された空間である。燃料電池モジュール100において、第1空間S1と第2空間S2とは、接続盤14の厚さ方向において並んでいる。
【選択図】図1
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から入力された電力を降圧して出力する電力変換装置と、
前記燃料電池スタックを発電させるために駆動する第１補機と、
前記電力変換装置により出力される電力により駆動する第２補機と、
下壁、当該下壁から立設された側壁、及び前記下壁と前記側壁によって画定された収容空間を閉じる上壁を備え、前記燃料電池スタック、前記電力変換装置、前記第１補機、及び前記第２補機を前記収容空間に配置する筐体と、を備える燃料電池モジュールであって、
前記側壁は、前記燃料電池スタックにより発電された電力を前記筐体の外部の負荷に供給するための電源コネクタ、及び前記筐体の外部と、前記筐体の内部の前記第１補機とを接続する配管が通過する接続口を備える接続盤を含み、
前記収容空間のうち、前記接続盤に沿って前記第１補機が配置された空間を第１空間とするとともに、前記第１空間とは異なる空間であって、前記燃料電池スタック、前記電力変換装置、及び前記第２補機が配置された空間を第２空間とし、
前記第１空間と前記第２空間とは、前記接続盤の厚さ方向において並んでいることを特徴とする燃料電池モジュール。
続きを表示（約 560 文字）【請求項２】
前記第１補機は、前記燃料電池スタックを冷却する冷却媒体を圧送する冷却媒体ポンプと、前記燃料電池スタックに供給される空気を圧縮する電動圧縮機と、であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記第２補機は、前記第１補機の動作を制御する制御装置と、前記収容空間における物理量を測定する測定装置と、であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記第１空間は、前記下壁に沿っていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記接続盤は、前記制御装置と電気的に接続する通信コネクタを備え、
前記制御装置は、外部との通信を行う通信部を有するとともに、前記通信コネクタを介して当該通信を行うことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
前記接続盤は、前記接続口を複数備えており、
前記接続口は、前記冷却媒体ポンプと接続するとともに前記冷却媒体が流動する冷却配管が通過する接続口と、前記電動圧縮機に空気を供給するエア配管が通過する接続口と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池モジュールに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池モジュールは、筐体と、燃料電池スタックと、第１補機と、第２補機と、を備える。筐体は、側壁及び下壁を備えるとともに、側壁及び下壁により収容空間を画定している。燃料電池スタック、第１補機、及び第２補機の各々は、収容空間に収容される。燃料電池スタックは、水素と酸素との化学反応によって発電を行う。第１補機は、例えば、燃料電池モジュールの内部で水素を循環させるポンプや、燃料電池スタックに酸素を供給するために空気を圧縮するコンプレッサである。第２補機は、例えば、第１補機を制御する制御装置や、入力された電圧を所望の電圧に変換した後、出力する電力変換装置である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、筐体と、燃料電池スタックと、第１補機としてのエアコンプレッサ及びファンと、を備える燃料電池モジュールとしての燃料電池システムが開示されている。筐体は、側壁としての周壁、及び下壁とを備える。燃料電池システムは、燃料電池スタック、エアコンプレッサ、及びファンを、筐体に収容している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－１０２０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池モジュールは、定置型の発電機として使用される場合がある。この場合、燃料電池モジュールは、筐体の外部に設けられた、電力や燃料ガスの供給源及び負荷と接続される。燃料電池モジュールと、供給源及び負荷の各々との接続は、側壁に設けられた接続口を通過した配管や配線によって行われる。これら配管や配線の配策を加味すると、例えば、燃料電池モジュールをラック等に設置する場合、接続口は、側壁のうちいずれか一つに集約されることが望ましい。このため、筐体の内部の限られた空間において、一つの側壁に部品を集約して配置しつつ、燃料電池スタック、第１補機及び第２補機を適した配置とすることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための燃料電池モジュールは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックから入力された電力を降圧して出力する電力変換装置と、前記燃料電池スタックを発電させるために駆動する第１補機と、前記電力変換装置により出力される電力により駆動する第２補機と、下壁、当該下壁から立設された側壁、及び前記下壁と前記側壁によって画定された収容空間を閉じる上壁を備え、前記燃料電池スタック、前記電力変換装置、前記第１補機、及び前記第２補機を前記収容空間に配置する筐体と、を備える燃料電池モジュールであって、前記側壁は、前記燃料電池スタックにより発電された電力を前記筐体の外部の負荷に供給するための電源コネクタ、及び前記筐体の外部と、前記筐体の内部の前記第１補機とを接続する配管が通過する接続口を備える接続盤を含み、前記収容空間のうち、前記接続盤に沿って前記第１補機が配置された空間を第１空間とするとともに、前記第１空間とは異なる空間であって、前記燃料電池スタック、前記電力変換装置、及び前記第２補機が配置された空間を第２空間とし、前記第１空間と前記第２空間とは、前記接続盤の厚さ方向において並んでいることを要旨とする。
【０００７】
これによれば、第１補機と比べて、第２補機は、駆動のために要求される電力の電圧が低い。このため、第１補機に接続される配線の径と比べて、第２補機に接続される配線の径は大きい。燃料電池モジュールにおいて、第１空間に収容された第１補機と接続盤との距離は、第２空間に収容された第２補機と接続盤との距離よりも近い。つまり、燃料電池モジュールにおいて、接続されている配線の径が小さい第１補機は、接続盤の厚さ方向において、第２補機よりも接続盤の近くに配置されている。この結果、第２補機に接続されるとともに径が大きい配線を、第１補機に接続される配線及び配管の各々の収容された第１空間とは異なる第２空間に配置できる。
【０００８】
また、第１補機は、接続口を通過した配管により筐体の外部と接続している。第１補機は、筐体の外部から酸素や水素といった流体の供給を受ける。つまり、第１補機は、第１空間において接続盤の近くに配置されることにより、配管と接続口との距離を短くできる。この結果、接続盤の厚さ方向に並ぶ第２空間を、径の大きい配線、及び第２補機の配置のために使用できる。よって、筐体の内部において、第１補機、及び第２補機を上記の配置とすることにより、筐体の内部の限られた空間において、燃料電池スタック、第１補機及び第２補機を適した配置とすることができる。
【０００９】
上記燃料電池モジュールにおいて、前記第１補機は、前記燃料電池スタックを冷却する冷却媒体を圧送する冷却媒体ポンプと、前記燃料電池スタックに供給される空気を圧縮する電動圧縮機と、であってもよい。
【００１０】
冷却媒体及び空気の各々が流動する配管の径は、第１補機及び第２補機の各々に接続された配線の径よりも大きい。第１補機を、第１空間に収容することにより、当該配管を接続盤の近くに配置できるため、配管が、筐体の内部において占める領域を小さくできる。その結果、配管が第２空間に占める割合を低くできる。よって、燃料電池モジュールは、当該配管が接続盤に集約されていない場合と比べて、筐体の内部において、第１補機、第２補機、及び配線を収容する空間を、大きくできる。
（【００１１】以降は省略されています）

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