БЛОК ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2019 года по МПК B60L11/18 H01M8/2475 H01M8/248 H01F27/06 H01F27/10 H01F27/22 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Способ, раскрываемый в настоящем описании, относится к блоку топливных элементов. Более конкретно, настоящее описание относится к способу уменьшения пространства, которое требуется для обеспечения зазора внутри корпуса блока топливных элементов. Зазор здесь означает дополнительное расстояние между компонентом, размещаемым в корпусе, и внутренней поверхностью корпуса, или дополнительное расстояние между компонентами.

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] Топливные элементы известны как источник электроэнергии для транспортных средств. Например, в публикации японской патентной заявки № 2014-83875 (JP 2014-83875 A) раскрыт блок топливных элементов, который установлен в переднем отсеке транспортного средства. Этот блок топливных элементов имеет корпус, вмещающий батарею топливных элементов, а другой корпус, вмещающий в себя электрический компонент (высоковольтный блок, который управляет выходным напряжением батареи топливных элементов), зафиксирован на верхней стороне этого корпуса.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Транспортные средства подвергаются чрезвычайно жестким ограничениям по пространству для установки компонентов, что требует уменьшения в размерах всех компонентов. При этом электрическое устройство требует заранее заданного дополнительного расстояния (зазора) между компонентом, размещенным в корпусе, и внутренней поверхностью корпуса или между компонентами. Блок топливных элементов согласно JP 2014-83875 A требует зазора между батареей топливных элементов и верхней пластиной (или нижней пластиной) корпуса, а также между верхней пластиной (или нижней пластиной) другого корпуса и электрическим компонентом внутри корпуса. Таким образом, блок топливных элементов согласно JP 2014-83875 A требует двух полостей для обеспечения этих зазоров в направлении высоты. Настоящее изобретение обеспечивает способ уменьшения пространства, необходимого для обеспечения зазора внутри корпуса блока топливных элементов, включающего в себя батарею топливных элементов и электрический компонент, связанный с этой батареей топливных элементов.

[0004] Блок топливных элементов, раскрываемый согласно настоящему изобретению, включает в себя батарею топливных элементов, в которой уложено множество отдельных топливных элементов, электрический компонент, электрически соединенный с батареей топливных элементов, а также корпус, в котором находятся батарея топливных элементов и электрический компонент. Корпус снабжен промежуточной пластиной, которая разделяет пространство внутри корпуса на верхнюю полость и нижнюю полость. Батарея топливных элементов размещена в нижней полости, с заранее заданным зазором между промежуточной пластиной и батареей топливных элементов. Электрический компонент размещен в верхней полости над батареей топливных элементов, и верхняя часть электрического компонента закреплена на корпусе. Сквозное отверстие, которое достаточно велико для прохождения через него нижней части электрического компонента, находится в промежуточной пластине в местоположении под электрическим компонентом, а нижняя часть электрического компонента обращена к сквозному отверстию. Электрический компонент может быть непосредственно прикреплен к корпусу или может быть прикреплен к корпусу через другой элемент.

[0005] В приведенном выше блоке топливных элементов электрический компонент зафиксирован в верхней части, и на нижней стороне электрического компонента требуется зазор. Промежуточная пластина, которая разделяет пространство внутри корпуса, находится на нижней стороне электрического компонента, и эта промежуточная пластина снабжена сквозным отверстием, которое достаточно велико, чтобы пройти через нее нижней части электрического компонента. Таким образом, зазор на нижней стороне электрического компонента может быть расположен между электрическим компонентом и батареей топливных элементов, размещенных в нижней полости. С другой стороны, батарея топливных элементов размещена в нижней полости, с заданным зазором между батареей топливных элементов и промежуточной пластиной над батареей топливных элементов. Зазор на нижней стороне электрического компонента может перекрывать зазор на верхней стороне батареи топливных элементов. В отличие от блока топливных элементов согласно JP 2014-83875 A, блок топливных элементов, раскрытый в настоящем изобретении, не требует отдельного обеспечения этих зазоров. Блок топливных элементов, раскрытый в настоящем изобретении, может уменьшить пространство, необходимое для обеспечения зазора для батареи топливных элементов и зазора между электрическими компонентами внутри корпуса.

[0006] Электрический компонент обычно может представлять собой реактивный элемент преобразователя напряжения, который сконфигурирован для изменения выходного напряжения батареи топливных элементов.

[0007] Для распределения нагрузки на преобразователь напряжения иногда используется множество преобразователей напряжения, подсоединенных параллельно друг другу. В этом случае требуется множество реактивных элементов. В промежуточной пластине корпуса требуется большое сквозное отверстие, которое обеспечивает прохождение через нее нижних частей этих реактивных элементов. При этом корпус сконфигурирован для приложения нагрузки к батарее топливных элементов в направлении укладки элементов. Проделывание большого сквозного отверстия в промежуточной пластине может уменьшить жесткость корпуса, который поддерживает нагрузку, приложенную к батарее топливных элементов. В качестве решения в промежуточной пластине может быть расположено сквозное отверстие, вытянутое в направлении укладки элементов, и реактивные элементы могут быть расположены в продольном направлении сквозного отверстия. Такое сквозное отверстие, вытянутое в направлении укладки элементов, может избежать уменьшения жесткости корпуса в направлении укладки (направление укладки отдельных топливных элементов).

[0008] По меньшей мере, одно первое ребро, содержащее, по меньшей мере, один участок, проходящий в продольном направлении, может быть расположено на верхней поверхности промежуточной пластины, с каждой стороны удлиненного сквозного отверстия в его поперечном направлении. Кроме того, (i) по меньшей мере, первое ребро окружает сквозное отверстие, или, (ii) по меньшей мере, одно первое ребро может включать в себя два первых ребра, а концы двух первых ребер в продольном направлении соединены с внутренней поверхностью корпуса. Первые ребра усиливают прочность корпуса, а также предотвращают падение капель воды, попавших на промежуточную пластину, через сквозное отверстие на батарею топливных элементов.

[0009] Поскольку реактивный элемент представляет собой компонент, который генерирует тепло во время работы, в корпусе может потребоваться проточный канал охладителя для охлаждения реактивного элемента. В этом случае желательно, даже если жидкий охладитель вытекает из проточного канала охладителя, чтобы этот вытекающий охладитель не капал через сквозное отверстие на батарею топливных элементов. Для этой цели может быть использована следующая конструкция. Проточный канал охладителя расположен внутри корпуса над реактивными элементами. Реактивные элементы прикреплены к нижней пластине проточного канала, которая закрывает нижнюю сторону проточного канала охладителя. Два вторых ребра, проходящие в продольном направлении, расположены на нижней поверхности нижней пластины проточного канала. Первые ребра расположены между двумя вторыми ребрами, ниже нижней пластины проточного канала. В этой конфигурации любой охладитель, протекающий между поверхностью стыка боковой стенки проточного канала охладителя и нижней пластиной проточного канала, попадает на промежуточную пластину, падая с наружной стороны второго ребра нижней пластины проточного канала. Так как утекающий охладитель падает на внешнюю сторону первого ребра (противоположную сторону от сквозного отверстия), падающий охладитель не попадает через сквозное отверстие на батарею топливных элементов.

[0010] Нижняя пластина проточного канала может дополнительно включать в себя следующую конфигурацию. Множество гребней, пролегающих в продольном направлении, находится на верхней поверхности нижней пластины проточного канала. Третье ребро, проходящее в поперечном направлении, находится между соседними реактивными элементами, на нижней поверхности нижней пластины проточного канала. В соответствии с этой конфигурацией, прочность нижней пластины проточного канала увеличена гребнями и третьим ребрами, которые пролегают так, чтобы пересекаться друг с другом. Поскольку гребень и третьи ребра ограничивают деформацию нижней пластины проточного канала, меньше вероятна утечка охладителя из проточного канала охладителя.

[0011] Нижний край электрического компонента может быть расположен на уровне, равном или выше нижней поверхности промежуточной пластины, а расстояние между нижним краем электрического компонента и нижней поверхностью промежуточной пластины может быть меньше заранее заданного расстояния.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] Признаки, преимущества, а также техническая и промышленная значимость иллюстративных примеров осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, и на которых:

Фиг. 1 представляет собой блок-схему электрического транспортного средства, включающего в себя блок топливных элементов;

Фиг. 2 представляет собой вид в разрезе корпуса блока топливных элементов;

Фиг. 3 представляет собой вид в перспективе реактивного элемента;

Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе корпуса, промежуточной пластины, реактивного элемента и нижней пластины проточного канала;

Фиг. 5 представляет собой вид в перспективе нижней пластины проточного канала; и множества реактивных элементов, если смотреть под углом снизу;

Фиг. 6 представляет собой вид в разрезе нижней пластины проточного канала и реактивных элементов в разрезе в продольном направлении нижней пластины проточного канала; и

Фиг. 7 представляет собой вид в разрезе, иллюстрирующий пример модификации формы гребней.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Блок топливных элементов примера осуществления изобретения будет описан со ссылкой на чертежи. Во-первых, электрическая схема блока топливных элементов будет описана со ссылкой на фиг. 1. Фиг. 1 представляет собой блок-схему электрического транспортного средства 100, включающего в себя блок 2 топливных элементов. Блок 2 топливных элементов включает в себя батарею 3 топливных элементов, множество преобразователей с 10a по 10d напряжения и сглаживающий конденсатор 14. Хотя блок 2 топливных элементов также включает в себя насос и другие компоненты, они не показаны на чертежах.

[0014] Преобразователи 10а-10d напряжения соединены параллельно друг другу. Преобразователи 10a-10d напряжения изменяют выходное напряжение батареи 3 топливных элементов. В частности, преобразователи 10a-10d напряжения повышают выходное напряжение батареи 3 топливных элементов. Каждый из преобразователей 10a-10d напряжения содержит реактивный элемент 4, переключающий элемент 12 и выпрямительный диод 13. Реактивный элемент 4 соединен с линией положительного электрода батареи 3 топливных элементов. Выпрямительный диод 13 соединен со стороной реактивного элемента 4, ближней к вспомогательной батарее 91 (которая будет описана позже). Выпрямительный диод 13 подсоединен в таком направлении, что ток течет из реактивного элемента 4 во вспомогательный аккумулятор 91. Переключающий элемент 12 соединен с линией между реактивным элементом 4 и выпрямительным диодом 13 и линией отрицательного электрода, так что переключающий элемент 12 расположен между этими линиями. Когда переключающий элемент 12 работает с соответствующей периодичностью включения, электрическая энергия с повышенным напряжением подается на вспомогательный аккумулятор 91 в соответствии с периодичностью включения.

[0015] Сглаживающий конденсатор 14 подсоединен параллельно с преобразователями 10а-10d напряжения с его выходной стороны. Сглаживающий конденсатор 14 устраняет пульсацию выходного тока преобразователей 10a-10d напряжения.

[0016] Инвертор 93 подключен с выходной стороны преобразователей 10a-10d напряжения. Тяговый электродвигатель 94 подсоединен к стороне переменного тока инвертора 93. Двунаправленный преобразователь 92 постоянного тока подключен между выходной стороной преобразователей 10a-10d напряжения и инвертором 93. Вспомогательный аккумулятор 91 подсоединен к дальней стороне двунаправленного преобразователя 92 постоянного тока. Преобразователь 93 преобразует электроэнергию постоянного тока в электроэнергию переменного тока и подает электроэнергию переменного тока на электродвигатель 94. Инвертор 93 также работает на преобразование электроэнергии переменного тока, генерируемой электродвигателем 94 (регенерированной электроэнергии), в электроэнергию постоянного тока.

[0017] Двунаправленный преобразователь 92 постоянного тока имеет функции повышения и понижения. Функция повышения представляет собой функцию повышения выходного напряжения вспомогательного аккумулятора 91 и подачи этого выходного напряжения на инвертор 93. Функция понижения представляет собой функцию понижения напряжения регенерированной электроэнергии, генерируемой электродвигателем 94, и преобразуемой инвертором 93 из электроэнергии переменного тока в электроэнергию постоянного тока, и подает эту регенерированную энергию на вспомогательный аккумулятор 91. Инвертор 93 преобразует электроэнергию постоянного тока, направленную из двунаправленного преобразователя 92 постоянного тока и блока 2 топливных элементов, в энергию переменного тока, пригодную для управления электродвигателем 94, и выдает электроэнергию постоянного тока. Как описано выше, в некоторых случая инвертор 93 преобразует энергию переменного тока, генерируемую электродвигателем 94, во время замедления транспортного средства (регенерированную электроэнергию), в энергию постоянного тока.

[0018] Постоянная времени изменения выхода батареи 3 топливных элементов больше, чем постоянная времени, требуемая для тягового электродвигателя 94. Другими словами, скорость отклика выхода батареи 3 топливных элементов меньше требуемой скорости отклика для электродвигателя 94. Вспомогательный аккумулятор 91 служит для компенсации выработки электроэнергии батареей 3 топливных элементов и для поглощения излишней электрической энергии батареи 3 топливных элементов. Как описано выше, вспомогательный аккумулятор 91 также накапливает регенерированную электроэнергию.

[0019] Как показано на фиг. 1, блок 2 топливных элементов включает в себя батарею 3 топливных элементов, а реактивные элементы 4 электрически соединены с батареей 3 топливных элементов. В дальнейшем будет описано расположение батареи 3 топливных элементов и реактивных элементов 4 внутри корпуса блока 2 топливных элементов и конструкция этого корпуса.

[0020] Фиг. 2 представляет собой вид в разрезе корпуса 5 блока 2 топливных элементов. Корпус 5 разделен на нижний корпус 5а, вмещающий в себя батарею 3 топливных элементов, и верхний корпус 5b, соединенный с верхней стороной корпуса 5а. Корпус 5а снабжен промежуточной пластиной 6, которая разделяет пространство внутри корпуса 5 на нижнюю полость 61 и верхнюю полость 62. Промежуточная пластина 6 образована алюминиевой деталью, отлитой как одно целое с нижним корпусом 5а. В качестве альтернативного варианта промежуточная пластина 6 может быть частью, отдельной от нижнего корпуса 5а. В этом случае промежуточная пластина 6 прочно прикреплена к корпусу 5а.

[0021] Батарея 3 топливных элементов представляет собой батарею, в которой уложено множество отдельных топливных элементов 31 (см. фиг. 4). Нижний корпус 5а (часть корпуса 5) выполняет функцию приложения нагрузки к батарее 3 топливных элементов с обеих сторон в направлении укладки отдельных топливных элементов. Промежуточная пластина 6 служит в качестве усиливающего прочность элемента, который предотвращает деформацию нижнего корпуса 5а, когда нижний корпус 5а прилагает нагрузку к батарее 3 топливных элементов.

[0022] Преобразователи 10а-10d напряжения, показанные на фиг. 1, и различные другие компоненты размещены в верхнем корпусе 5b (то есть в верхней полости 62). Переключающие элементы 12 и выпрямительные диоды 13, показанные на фиг. 1, размещены в полимерной упаковке. Батарея 21 из множества упаковок помещена в верхнюю полость 62. Реактивные элементы 4 также размещены в верхней полости 62. Реактивные элементы 4 расположены в направлении X в системе координат с фиг. 2. Матрица реактивных элементов 4 будут описана ниже со ссылкой на фиг. 4 и фиг. 5.

[0023] Здесь будет описана конструкция реактивного элемента 4 со ссылкой на фиг. 3. Реактивный элемент 4 имеет конструкцию, в которой обмотки 41 намотаны вокруг кольцевого сердечника 42 в двух местоположениях, и сердечник 42 и обмотки 41 покрыты полимерной крышкой 43. На фиг. 3 сердечник 42 обозначен пунктирными линиями, поскольку он покрыт полимерной крышкой 43 и невидим. Выступы 45, через которые проходят болты для фиксации реактивного элемента 4, расположены в трех местоположениях на полимерной крышке 43 (один выступ 45 расположен на задней стороне и поэтому невидим на фиг. 3). Часть каждой обмотки 41 выступает из полимерной крышки 43. Вся поверхность одной стороны (нижней поверхности на фиг. 3) каждой обмотки 41 видна из полимерной крышки 43. Часть поверхности другой стороны (верхней поверхности на фиг. 3) каждой обмотки 41 видна через окно 43а, расположенное на полимерной крышке 43. Вывод 41а каждой обмотки 41 показан на фиг. 3.

[0024] Со ссылками на фиг. 2 будет дополнительно описана конструкция корпуса 5 и компоновка реактивных элементов 4 в верхней полости 62. Реактивный элемент 4, показанный на фиг. 3, проиллюстрирован в перевернутом положении на фиг. 2. В частности, нижние стороны обмоток 41 видны из полимерной крышки 43 на фиг. 3, а верхние стороны катушек 41 видны на фиг. 2.

[0025] Над реактивным элементом 4 образован проточный канал 23 охладителя. Проточный канал 23 охладителя представляет собой полость, окруженную частью верхнего корпуса 5b, парой выступов 51, выступающих внутрь от верхнего корпуса 5b, и нижней пластиной 7 проточного канала. Жидкий охладитель течет через проточный канал 23 охладителя. Выступы 51 образуют боковые стенки проточного канала 23 охладителя. Нижняя пластина 7 проточного канала контактирует с нижней поверхностью выступов 51 через уплотняющий материал или прокладку (ни показано). Другими словами, нижняя пластина 7 проточного канала закрывает нижнюю сторону проточного канала 23 охладителя. Уплотняющий материал или прокладка предотвращают утечку охладителя между выступами 51 и нижней пластиной 7 проточного канала. Инвертор 22, который приводит в действие топливные элементы (не показан) расположен на верхней пластине верхнего корпуса 5b, который соответствует верхней пластине проточного канала 23 охладителя. Инвертор 22 термически соединен с проточным каналом 23 охладителя через верхнюю пластину и охлаждается охладителем, протекающим через проточный канал 23 охладителя.

[0026] Реактивные элементы 4 прикреплены к нижней поверхности нижней пластины 7 проточного канала. Поскольку нижняя пластина 7 проточного канала прикреплена к корпусу 5b верхнего корпуса, реактивные элементы 4 прикреплены к корпусу 5b верхнего корпуса (то есть корпусу 5) через нижнюю пластину 7 проточного канала. Одна боковая поверхность каждой обмотки 41 реактивного элемента 4 термически соединена с нижней пластиной 7 проточного канала через теплопроводящий лист 24. Фиг. 4 представляет собой покомпонентный вид в перспективе нижнего корпуса 5а, в котором находятся батарея 3 топливных элементов, промежуточная пластина 6, реактивные элементы 4 и нижняя пластина 7 проточного канала, отделенные друг от друга в вертикальном направлении. Фиг. 5 представляет собой вид в перспективе нижней пластины 7 канала и реактивных элементов 4, если смотреть с нижней стороны на элементы, показанные на фиг. 4. Фиг. 6 представляет собой вид в разрезе нижней пластины 7 проточного канала и реактивных элементов 4, выполненных в разрезе вдоль плоскости XZ, указанной на фиг. 6. Далее будет описана конструкция реактивного элемента 4 при установке со ссылкой на фиг. 4 - фиг. 6 вместе с фиг. 2.

[0027] Батарея 3 топливных элементов расположена в нижнем корпусе 5а (то есть, нижней полости 61). Батарея 3 топливных элементов представляет собой батарею, в которой уложены отдельные топливные элементы 31. Направление X на фиг. 4 соответствует направлению укладки отдельных топливных элементов 31 (см. фиг. 4). На других чертежах также указано, что направление X в указанной системе координат соответствует направлению укладки отдельных топливных элементов 31. Нижний корпус 5а снабжен прижимной пластиной 32, которая прикладывает нагрузку к батарее 3 топливных элементов. Корпус 5 прикладывает нагрузку в направлении укладки отдельных топливных элементов 31 через прижимную пластину 32 к батарее 3 топливных элементов. Один конец батареи 3 топливных элементов в направлении укладки находится в контакте с внутренней поверхностью нижнего корпуса 5а, а прижимная пластина 32 прикладывает нагрузку к батарее 3 топливных элементов со стороны другого конца.

[0028] Реактивные элементы 4 уложены в направлении X на чертежах и прикреплены к нижней поверхности нижней пластины 7 проточного канала, имеющей бóльшую длину в направлении X. Как описано выше, выступы 45 находятся в трех местоположениях в реактивном элементе 4. На фиг. 5 три фиксирующих болта 46 показаны только для реактивного элемента 4 слева, тогда как болты для других реактивных элементов 4 не показаны. Болт 46, проходящий через выступ 45 реактивного элемента 4, входит в винтовое отверстие выступа 75, расположенного на нижней пластине 7 проточного канала, и реактивный элемент 4 таким образом закреплен на нижней пластине 7 проточного канала (см. Фиг. 5). Как показано на фиг. 5, имеются не только выступы 75, соответствующие реактивному элементу 4 слева, но также и выступы, соответствующие другим реактивным элементам 4.

[0029] Теплопроводящие листы 24 зажаты между обмотками 41 реактивного элемента 4 и нижней пластиной 7 проточного канала. Как показано на фиг. 5, имеются не только теплопроводящие листы 24, соответствующие реактивному элементу 4 справа, но также и те, что соответствуют другим реактивным элементам 4. Обмотки 41 реактивного элемента 4 термически соединены с нижней пластиной 7 проточного канала через теплопроводящие листы 24. Множество гребней 72 находится на верхней поверхности нижней пластины 7 проточного канала, то есть на поверхности, открытой проточному каналу 23 охладителя (см. фиг. 2 и фиг. 4). Обмотки 41 реактивного элемента 4 генерируют тепло, когда через него протекает ток. Тепло обмоток 41 эффективно поглощается охладителем через теплопроводящие листы 24 и гребни 72.

[0030] Как показано на фиг. 2, реактивные элементы 4 размещены в верхней полости 62 так, чтобы располагаться над батареей 3 топливных элементов. Батарея 3 топливных элементов размещена в нижней полости 61, с заранее заданным зазором Sp1, расположенным между промежуточной пластиной 6 и батареей 3 топливных элементов. С другой стороны, верхние участки реактивных элементов 4 прикреплены к нижней пластине 7 проточного канала, и на нижней стороне реактивного элемента 4 имеется пространство. Промежуточная пластина 6 снабжена сквозным отверстием 63, которое удлинено в направлении X (см. фиг. 2 и фиг. 4). Сквозное отверстие 63 расположено в промежуточной пластине 6 и находится ниже реактивных элементов 4 (см. фиг. 2 и фиг. 4). Сквозное отверстие 63, по меньшей мере, достаточно большое, чтобы нижние части реактивных элементов 4 проходили через него. Реактивные элементы 4 расположены так, что их нижние части вплотную обращены к сквозному отверстию 63. Другими словами, нижние поверхности реактивных элементов 4 обращены к верхней поверхности батареи 3 топливных элементов через сквозное отверстие 63. Нижняя часть реактивного элемента 4 означает его часть до заданной высоты (например, 1 см) от нижнего края реактивного элемента.

[0031] Зазор Sp1 между промежуточной пластиной 6 и батареей 3 топливных элементов представляет собой зазор, который выполнен таким образом, чтобы батарея 3 топливных элементов не соприкасалась с промежуточной пластиной 6. Когда кабель и т. д. пропускают через батарею 3 топливных элементов, зазор Sp1 служит также для обеспечения пространства для прохождения для кабеля и т. д. С другой стороны, также необходимо обеспечить зазор на нижней стороне реактивных элементов 4 так, чтобы реактивные элементы 4 не соприкасались с промежуточной пластиной 6, или чтобы пропустить кабель и т. д. ниже реактивных элементов 4. Сквозное отверстие 63 обеспечивает зазор, который должен быть расположен на нижней стороне реактивных элементов 4, чтобы перекрывать зазор (зазор Sp1), расположенный над батареей 3 топливных элементов, и это способствует сокращению пространства для этих зазоров. Так как верхние участки реактивных элементов 4 прикреплены к корпусу 5, и зазор расположен ниже реактивных элементов 4, можно покрывать зазор ниже реактивных элементов 4 зазором, расположенным над батареей 3 топливных элементов.

[0032] Зазор (пространство) Sp1, показанное на фиг. 2, представляет собой зазор между батареей 3 топливных элементов и промежуточной пластиной 6. Зазор (пространство) Sp2 представляет собой зазор между батареей 3 топливных элементов и реактивными элементами 4. Как показано на фиг. 2, перекрытие пространства для обеспечения зазора для батареи 3 топливных элементов, а также пространства для обеспечения зазора для реактивных элементов 4 может уменьшить пространство, необходимое для этих зазоров в блоке 2 топливных элементов этого примера осуществления изобретения.

[0033] Реактивные элементы 4 прикреплены к верхнему корпусу 5b через нижнюю пластину 7 проточного канала так, чтобы нижние края реактивных элементов 4 не выступали вниз за промежуточную пластину 6. Другими словами, реактивные элементы 4 прикреплены к верхнему корпусу 5b через нижнюю пластину 7 проточного канала, при этом нижние края реактивных элементов 4 расположены на уровне, равном или выше нижней поверхности промежуточной пластины 6 (пунктирная линия DL на фиг. 2). Это служит для того, чтобы батарея 3 топливных элементов не повреждалась при контакте с нижними краями реактивных элементов 4 в случае столкновения транспортного средства и повреждения корпуса 5 из-за удара. Реактивные элементы 4 предпочтительно закреплены так, что их нижние края, по существу, находятся заподлицо с нижней поверхностью промежуточной пластины 6. Один пример компоновки, в которой «реактивные элементы 4 расположены так, что их нижние части вплотную обращены к сквозному отверстию 63» представляет собой компоновку, в которой нижние края реактивных элементов 4 размещены между первыми ребрами 64. Таким образом, реактивные элементы 4 могут быть расположены на более низком уровне, чем когда сквозное отверстие 63 не предусмотрено.

[0034] Как показано на фиг. 4, сквозное отверстие 63 удлинено в направлении укладки отдельных топливных элементов 31 (направление X на чертежах), а реактивные элементы 4 расположены вдоль направления X, то есть направления укладки. Как описано выше, нижний корпус 5а прикладывает нагрузку в направлении укладки (направление X на чертежах) к батарее 3 топливных элементов. Как описано выше, промежуточная пластина 6 представляет собой элемент, который является неотъемлемой частью нижнего корпуса 5а (корпуса 5) и служит для обеспечения прочности корпуса 5a (корпуса 5) в направлении X на чертежах. Обеспечение промежуточной пластины 6 сквозным отверстием, которое является широким в направлении Y на чертежах, уменьшит прочность нижнего корпуса 5a в направлении X. В блоке 2 топливных элементов примера осуществления изобретения реактивные элементы 4 расположены в направлении X, а сквозное отверстие 63 удлинено в направлении X, чтобы минимизировать ширину сквозного отверстия 63 в направлении Y. Эта конструкция может обеспечить прочность нижнего корпуса 5a в направлении X.

[0035] Первое ребро 64 расположено на верхней поверхности промежуточной пластины 6 с каждой стороны сквозного отверстия 63 в направлении Y. Оба конца первого ребра 64 находятся в контакте с внутренней поверхностью нижнего корпуса 5а (корпус 5). Первые ребра 64 усиливают прочность промежуточной пластины 6, а также предотвращают попадание воды на промежуточную пластину 6 из сквозного отверстия 63 на батарею 3 топливных элементов.

[0036] Жидкий охладитель может вытекать из проточного канала 23 охладителя. Как описано выше, нижняя пластина 7 проточного канала соединена с нижней поверхностью выступов 51 через уплотняющий материал или прокладку (не показаны). Жидкий охладитель может вытекать из областей стыка между нижней пластиной 7 проточного канала и выступами 51 (областями, обозначенными стрелками А на фиг. 2). Блок 2 топливных элементов примера осуществления изобретения имеет признак, который предотвращает утечку охладителя из областей А соединения через сквозное отверстие 63 на батарею 3 топливных элементов. Эта функция будет описана далее.

[0037] Как показано на фиг. 2 и фиг. 4, второе ребро 71, проходящее в направлении X, расположено на каждом конце нижней поверхности нижней пластины 7 проточного канала в направлении Y. Как показано на фиг. 2, первые ребра 64, расположенные на промежуточной пластине 6, расположены между двумя вторыми ребрами 71, ниже нижней пластины 7 проточного канала. В соответствии с этой конструкцией, если охладитель вытекает из областей соединения между нижней пластиной проточного канала 7 и выступами 51 (областей, обозначенных стрелками А на фиг. 2), этот вытекающий охладитель падает на промежуточную пластину 6, стекая с внешней стороны второго ребра 71. Охлаждающая жидкость падает в местоположение в промежуточной пластине 6 на внешней стороне первого ребра 64 (противоположной стороне от сквозного отверстия 63). Таким образом, охладитель, падающий на верхнюю поверхность промежуточной пластины 6, блокируется первым ребром 64 и не проходит через сквозное отверстие 63. Оба конца первого ребра 64 находятся в контакте с внутренней поверхностью нижнего корпуса 5а (корпус 5). Вместо этой конструкции может быть предусмотрено кольцевое первое ребро, которое окружает сквозное отверстие 63. Такое кольцевое первое ребро может также препятствовать падению жидкого охладителя на батарею 3 топливных элементов.

[0038] Как показано на фиг. 2 и фиг. 4, множество гребней 72, проходящих в направлении X, находится на верхней поверхности (поверхности, открытой воздействию охладителя) нижней пластины 7 проточного канала. Как показано на фиг. 5, третье ребро 74, проходящее в направлении Y, расположено между соседними реактивными элементами 4 на нижней поверхности (поверхности, контактирующей с реактивными элементами 4) нижней пластины 7 проточного канала. Направление пролегания гребня 72 (направление X), и направление пролегания третьего ребра 74 (направление Y) пересекаются друг с другом. Жесткость нижней пластины проточного канала 7 усиливается гребнями 72 и третьими ребрами 74, пересекающимися друг с другом. По мере повышения жесткости нижней пластины 7 проточного канала сокращается вероятность деформирования нижней пластины 7 проточного канала. Поэтому снижается вероятность того, что между нижней пластиной 7 проточного канала и выступами 51 остается зазор. В результате уменьшается вероятность того, что между нижней пластиной 7 проточного канала и выступами 51 будет протекать охладитель.

[0039] На фиг. 7 показаны гребни 172 в примере модификации. Подобно гребням 172, гребень, проходящий в направлении X, может заканчиваться в промежуточной точке в направлении X.

[0040] Здесь следует отметить один момент, касающийся способа, который был описан в примере осуществления изобретения: блок 2 топливных элементов примера осуществления изобретения включает в себя четыре реактивных элемента 4. Однако число реактивных элементов 4 не ограничено четырьмя.

[0041] Хотя конкретные примеры настоящего изобретения были подробно описаны выше, эти примеры являются просто иллюстративными и не ограничивают настоящее изобретение. Настоящее изобретение включает в себя вышеописанные конкретные примеры с различными модификациями и изменениями, добавленными к нему, в рамках объема формулы изобретения. Способ, описанный в настоящем описании или чертежах, демонстрирует техническую полезность независимо или в различных комбинациях без ограничения настоящего изобретения. Способ, проиллюстрированный в настоящем описании или чертежах, может одновременно достигать множества целей и имеет техническую полезность просто при достижении одной из этих целей.

Изобретение относится к топливным элементам для транспортных средств. Блок топливных элементов включает в себя батарею топливных элементов, реактивный элемент и корпус, вмещающий в себя батарею топливных элементов и реактивный элемент. Корпус снабжен промежуточной пластиной, которая разделяет пространство внутри корпуса на верхнюю полость и нижнюю полость. Батарея топливных элементов размещена в нижней полости, с заранее заданным зазором между промежуточной пластиной и батареей топливных элементов. Реактивный элемент размещен в верхней полости над батареей топливных элементов, при этом верхняя часть реактивного элемента прикреплена к корпусу. Сквозное отверстие проделано в промежуточной пластине в местоположении под реактивным элементом. Нижняя часть реактивного элемента обращена к сквозному отверстию. Технический результат заключается в уменьшении пространства, необходимого для обеспечения зазора внутри корпуса блока топливных элементов. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Блок топливных элементов, содержащий:

батарею топливных элементов, в которой уложено множество отдельных топливных элементов;

электрический компонент, который электрически соединен с батареей топливных элементов; и

корпус, в котором находятся батарея топливных элементов и электрический компонент,

при этом корпус снабжен промежуточной пластиной, которая разделяет пространство внутри корпуса на верхнюю полость и нижнюю полость,

батарея топливных элементов размещена в нижней полости, с заранее заданным зазором между промежуточной пластиной и батареей топливных элементов,

электрический компонент размещен в верхней полости над батареей топливных элементов, и верхняя часть электрического компонента прикреплена к корпусу,

сквозное отверстие, которое достаточно велико для прохождения через него нижней части электрического компонента, находится в промежуточной пластине в местоположении под электрическим компонентом, и

нижняя часть электрического компонента обращена к сквозному отверстию.

2. Блок топливных элементов по п.1, в котором

электрический компонент представляет собой реактивный элемент преобразователя напряжения, который сконфигурирован для изменения выходного напряжения батареи топливных элементов.

3. Блок топливных элементов по п.2, в котором

корпус сконфигурирован для приложения нагрузки к батарее топливных элементов в направлении укладки отдельных топливных элементов;

сквозное отверстие вытянуто в направлении укладки; и

множество реактивных элементов расположено в продольном направлении сквозного отверстия.

4. Блок топливных элементов по п.3, в котором

по меньшей мере одно первое ребро, содержащее по меньшей мере один участок, проходящий в продольном направлении, расположено на верхней поверхности промежуточной пластины, с каждой стороны удлиненного сквозного отверстия в его поперечном направлении; и

(i) по меньшей мере одно первое ребро окружает сквозное отверстие, или (ii) по меньшей мере одно первое ребро включает в себя два первых ребра, а концы двух первых ребер в продольном направлении соединены с внутренней поверхностью корпуса.

5. Блок топливных элементов по п.4, в котором

проточный канал охладителя расположен внутри корпуса над реактивными элементами;

реактивные элементы прикреплены к нижней пластине проточного канала, которая закрывает нижнюю сторону проточного канала охладителя;

два вторых ребра, проходящих в продольном направлении, расположены на нижней поверхности проточного канала; и

первые ребра расположены между двумя вторыми ребрами, ниже нижней пластины проточного канала.

6. Блок топливных элементов по п.5, в котором

множество гребней, проходящих в продольном направлении, находится на верхней поверхности нижней пластины проточного канала, а третье ребро, проходящее в поперечном направлении, находится между соседними реактивными элементами на нижней поверхности нижней пластины проточного канала.

7. Блок топливных элементов по любому из пп.1-6, в котором

нижний край электрического компонента расположен на уровне, равном или выше нижней поверхности промежуточной пластины, а расстояние между нижним краем электрического компонента и нижней поверхностью промежуточной пластины меньше заранее заданного расстояния.