CN112054233B - 燃料电池单元 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池单元包括：燃料电池堆，该燃料电池堆包括电池堆、相应地设置在电池堆在第一方向上的第一端部处的第一端子和设置在电池堆在第一方向上的第二端部处的第二端子；端板，该端板相对于第一端子设置在与电池堆相反的一侧处；电力转换器，该电力转换器对燃料电池堆的输出电力进行转换；堆壳体，该堆壳体容纳燃料电池堆；电力转换器壳体，该电力转换器壳体容纳电力转换器并固定至堆壳体；第一汇流条，该第一汇流条在堆壳体和电力转换器壳体中电连接第一端子和电力转换器；以及第二汇流条，该第二汇流条在堆壳体和电力转换器壳体中电连接第二端子和电力转换器。

Description

燃料电池单元

技术领域

本发明涉及燃料电池单元。

背景技术

使用了电力转换器，比如用于对来自燃料电池堆的输出电力进行转换的转换器。例如，已知一种燃料电池单元，其中，容纳燃料电池堆的堆壳体与容纳电力转换器的电力转换器壳体接合，并且其中，燃料电池堆通过堆壳体和电力转换器壳体中的汇流条电连接至电力转换器。(例如，参见日本未审查专利申请公开No.2017-073199)。

在日本未审查专利申请公开No.2017-073199中，堆壳体的侧壁垂直于堆壳体的底壁。考虑到堆壳体的可制造性，可以通过使堆壳体的侧壁相对于底壁倾斜来限定拔模角。然而，当使堆壳体的侧壁相对于底壁倾斜时，燃料电池单元的尺寸可能增大。

发明内容

因此，本发明的目的是抑制燃料电池单元的尺寸增大。

以上目的通过一种燃料电池单元来实现，该燃料电池单元包括：燃料电池堆，该燃料电池堆包括其中沿第一方向堆叠有单元电池的电池堆、相应地设置在电池堆在第一方向上的第一端部处的第一端子以及设置在电池堆在第一方向上的第二端部处的第二端子；端板，该端板相对于第一端子设置在与电池堆相反的一侧处；电力转换器，该电力转换器对燃料电池堆的输出电力进行转换；堆壳体，该堆壳体容纳燃料电池堆；电力转换器壳体，该电力转换器壳体容纳电力转换器并固定至堆壳体；第一汇流条，该第一汇流条在堆壳体和电力转换器壳体中电连接第一端子和电力转换器；以及第二汇流条，该第二汇流条在堆壳体和电力转换器壳体中电连接第二端子和电力转换器，其中，第一端子包括从电池堆突出并连接至第一汇流条的第一突出部分，第二端子包括从电池堆突出并连接至第二汇流条的第二突出部分，堆壳体包括：凸缘，该凸缘形成为在其内侧处限定有第一开口的框架形状，并且该凸缘固定至端板，使得燃料电池堆被容纳在堆壳体中；第一底壁，燃料电池堆在第一方向上被夹置在第一底壁与端板之间；第一侧壁，该第一侧壁设置在燃料电池堆与电力转换器之间，连接在凸缘与第一底壁之间，并且包括第二开口，该第二开口允许第一汇流条和第二汇流条分别连接至第一端子和第二端子；以及第二侧壁，该第二侧壁连接在凸缘与第一底壁之间，燃料电池堆在垂直于第一方向的第二方向上设置在第一侧壁与第二侧壁之间，第一侧壁相对于第一底壁倾斜，使得第一侧壁与第二侧壁之间的距离在凸缘侧处比在第一底壁侧处大，在燃料电池堆的一侧处的第一侧壁与第一底壁之间的角度大于在燃料电池堆侧处的第二侧壁与第一底壁之间的角度，并且第一侧壁在与第一方向和第二方向垂直的第三方向上与第二端子的第二突出部分交叠。

在燃料电池堆侧处的第二侧壁与第一底壁之间的角度可以是直角。

电力转换器壳体可以包括第二底壁，电力转换器在第二方向上设置在第二底壁与第一侧壁之间，电力转换器的部件可以包括第一部件，在所述部件之间，第一部件的位于第一侧壁侧处的端部部分可以距第二底壁最远，第一部件相对于凸缘与第一底壁之间的沿第一方向的中间可以位于第一底壁侧处。

所述部件可以包括第一部件、第二部件和第三部件，第二底壁与第二部件的位于第一侧壁侧处的端部部分之间的距离可以小于第二底壁与第一部件的所述端部部分之间的距离，第二底壁与第三部件的位于第一侧壁侧处的端部部分之间的距离可以小于第二底壁与第二部件的所述端部部分之间的距离，并且第三部件、第二部件和第一部件可以从凸缘依此顺序布置。

电力转换器的部件中的一个部件可以包括位于第一侧壁处的、在第一方向上与第一侧壁交叠的端部部分。

电力转换器壳体可以包括沿第二方向的第三侧壁，并且第三侧壁可以包括开口，该开口允许外部装置电连接至电力转换器。

凸缘可以包括：平坦表面，端板固定至该平坦表面；以及外周表面，该外周表面从平坦表面的边缘延续，凸缘的外周表面在第一方向上从一个端部至另一端部可以是平坦的，并且电力转换器壳体可以固定至凸缘的外周表面。

堆壳体沿第二方向的高度在设置有凸缘的位置处可以是最大的。

第一开口沿第二方向的长度可以大于燃料电池堆沿第二方向的长度。

在第二开口的位于凸缘侧处的端部处的、第一侧壁与第二侧壁之间沿第二方向的距离可以大于燃料电池堆沿第二方向的长度。

本发明的有益效果

根据本发明，可以抑制燃料电池单元的尺寸增大。

附图说明

图1是根据第一实施方式的燃料电池单元的剖视图；

图2是根据第一实施方式的燃料电池单元的分解立体图；

图3是根据第一实施方式的燃料电池单元的电路配置图；

图4A至图4D是根据第一实施方式的燃料电池单元的制造方法的视图；

图5是根据第一对比示例的燃料电池单元的剖视图；

图6是根据第二对比示例的燃料电池单元的剖视图；

图7是堆壳体的剖视图；

图8是根据第二实施方式的燃料电池单元的剖视图；

图9A是根据第三实施方式的燃料电池单元的剖视图，而图9B是被容纳在转换器壳体中的升压转换器的部件的剖视图；以及

图10是根据第四实施方式的燃料电池单元的剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来描述根据本发明的实施方式。

[第一实施方式]

图1是根据第一实施方式的燃料电池单元的剖视图。图2是根据第一实施方式的燃料电池单元的分解立体图。一些构件被图示为处于图1的纸面的后侧而未加剖面线。这同样适用于图4B至图10。如图1和图2中所示，根据第一实施方式的燃料电池单元100包括燃料电池堆10、端板16、升压转换器20、堆壳体40、转换器壳体50以及汇流条60和61。升压转换器20是电力转换器的示例。转换器壳体50是电力转换器壳体的示例。

燃料电池堆10包括电池堆12、端子13a和13b、绝缘体14a和14b以及压板15。电池堆12的单元电池11沿X方向堆叠。端子13a和13b分别设置在电池堆12在X方向上的两个端部处。端子13a和13b分别具有从电池堆12突出的突出部分17a和17b。

端板16设置在端子13a和绝缘体14a的、与电池堆12相反的一侧。对于燃料电池堆10，绝缘体14a、端子13a、电池堆12、端子13b、绝缘体14b和压板15以此布置顺序堆叠在端板16的主表面上。端板16通过螺栓71固定至堆壳体40的凸缘42。凸缘42在其内侧处限定有开口41。端板16固定至堆壳体40的凸缘42，使得设置在端板16上的燃料电池堆10被容纳在堆壳体40中。

端子13a和13b是例如由诸如铜、铝或包含这些材料的合金之类的金属或者诸如致密碳之类的导通性材料制成的板。设置端子13a和13b以用于提取由单元电池11产生的电力。绝缘体14a和14b是由诸如橡胶或树脂之类的绝缘材料制成的板。设置绝缘体14a以用于使端子13a与位于绝缘体14a外侧的端板16绝缘。设置绝缘体14b以用于使端子13b与位于绝缘体14b外侧的压板15绝缘。压板15由具有高刚度的材料制成，所述材料比方说是诸如不锈钢或铝合金之类的金属材料。设置压板15以用于通过稍后描述的弹簧70来对电池堆12施加压缩载荷。端板16由高刚度材料制成，例如，诸如不锈钢或铝合金之类的金属材料。

堆壳体40设置有凸缘42，凸缘42如上所述在其内侧限定有开口41，并且凸缘42具有框架形状。开口41设置在X方向上的一侧处。堆壳体40设置有底壁43，底壁43位于X方向上的另一侧处并且位于燃料电池堆10的、与端板16相反的一侧处。堆壳体40包括连接在凸缘42与底壁43之间的侧壁44至47。堆壳体40由高刚度材料制成，例如，比如铝合金之类的金属材料。

弹簧70被设置并被压缩在堆壳体40的底壁43与压板15之间。具体地，弹簧70设置成使得其沿X方向的长度短于未被压缩的弹簧70沿X方向的长度。弹簧70的反作用力沿堆叠方向对电池堆12施加压缩载荷。弹簧70的设置使得电池堆12上的压缩载荷的大小能够落入特定范围内，这改善了发电性能和密封性能。另外，可以不必设置弹簧70。在这种情况下，端板16可以在电池堆12沿堆叠方向被压缩的状态下固定至堆壳体40的凸缘42，因此端板16和堆壳体40的底壁43可以对设置在端板16上的燃料电池堆10施加压缩载荷。

单元电池11是通过接收作为反应气体的氢(阳极气体)和空气(阴极气体)的供给来发电的聚合物电解质燃料电池。单元电池11包括：作为发电器的膜电极组件，其中，电极布置在电解质膜的两个表面上；以及一对分隔件，膜电极组件夹置在所述一对分隔件之间。电解质膜是由具有磺酸基的烃类树脂材料或含氟树脂材料制成的固体聚合物膜。电解质膜在湿润状态下具有良好的质子传导性。电极包括碳载体和离聚物，该离聚物是具有磺酸基的固体聚合物并且在湿润状态下具有良好的质子传导性。碳载体载有用于促进发电反应的催化剂，例如铂或铂-钴合金。每个单元电池设置有用于供反应气体流动的歧管。流动通过歧管的反应气体通过设置在每个单元电池中的气体流动路径而被供给至每个单元电池的发电区域。单元电池11可以是除聚合物电解质燃料电池以外的燃料电池。

设置有比如氢气供给歧管80、氢气排放歧管81、空气供给歧管82、空气排放歧管83、冷却介质供给歧管84和冷却介质排放歧管85之类的歧管。

升压转换器20被容纳在转换器壳体50中。转换器壳体50由具有高刚度的材料制成，例如，比如铝合金之类的金属材料。转换器壳体50包括底壁53和侧壁54至57。汇流条60和61穿过的开口面向转换器壳体50的底壁53。转换器壳体50的侧壁54至57通过螺栓固定至堆壳体40的凸缘42、底壁43以及侧壁46和47。燃料电池堆10和升压转换器20被容纳在由固定的堆壳体40、转换器壳体50和端板16组成的壳体中，该壳体将燃料电池堆10和升压转换器20与外界隔离开。

堆壳体40的侧壁44至47中的侧壁44位于燃料电池堆10与升压转换器20之间。侧壁44具有用于允许汇流条60和61分别连接至端子13a和13b的开口48。也就是说，汇流条60和61通过开口48分别连接至端子13a和13b。侧壁44用作用于保持电池堆12上的压缩载荷的紧固构件。侧壁45位于燃料电池堆10的、与侧壁44相反的一侧。也就是说，燃料电池堆10在垂直于X方向的Y方向上夹置于侧壁45和侧壁44之间。与侧壁44和45相交的侧壁46和47连接至凸缘42、底壁43和侧壁45。未设置开口的侧壁45至47覆盖被容纳在堆壳体40中的整个燃料电池堆10。

升压转换器20包括电抗器21、电流传感器22、智能功率模块(IPM)23、电容器24、端子块25和26以及导通性构件31至35，例如，汇流条或线缆。电流传感器22、IPM 23和电容器24设置在印刷电路板27上。电抗器21的线圈的外周表面通过散热片28与冷却箱29接触。因此，升压转换器20可以包括印刷电路板27、散热片28和冷却箱29作为部件。用于将冷却箱29的温度保持在预定温度范围内的冷却介质在冷却箱29中循环。这对电抗器21进行冷却。代替散热片28，可以将具有绝缘性能的散热树脂材料施加或填充在电抗器21与冷却箱29之间。在IPM 23中设置有冷却介质流动通过的冷却介质路径30。这对IPM 23进行冷却。升压转换器20可以包括温度传感器。

电抗器21经由导通性构件32电连接至电流传感器22。电流传感器22经由导通性构件33电连接至IPM 23。IPM 23经由导通性构件34电连接至电容器24。电连接至电抗器21的导通性构件31固定至端子块26。电连接至电容器24的导通性构件35固定至端子块25。导通性构件31至35由具有低电阻率的金属制成，比如铜、铝或包含这些材料的合金。

汇流条60的一个端部通过螺栓电连接至燃料电池堆10的端子13a的突出部分17a。汇流条60的另一端部在端子块25上通过螺栓72电连接至导通性构件35。汇流条61的一个端部通过螺栓电连接至燃料电池堆10的端子13b的突出部分17b。另一端部在端子块26上通过螺栓72电连接至导通性构件31。汇流条60和61由具有低电阻率的金属制成，比如铜、铝或包含这些材料的合金。汇流条60和61设置在包括堆壳体40和转换器壳体50的壳体中。燃料电池堆10经由汇流条60和61电连接至升压转换器20。

升压转换器20对燃料电池堆10的输出电力进行升压。经升压的电力从设置在转换器壳体50的侧壁56中的开口58被提取。也就是说，开口58设置成用于允许外部装置连接至升压转换器20的输出连接器。

图3是图示了根据第一实施方式的燃料电池单元的电路配置的视图。如图3中所示，升压转换器20包括：电抗器21a和21b，电流传感器22a和22b，包括开关元件36a和二极管37a的IPM 23a，包括开关元件36b和二极管37b的IPM 23b，以及电容器24。电抗器21a、电流传感器22a和二极管37a串联连接。电抗器21b、电流传感器22b和二极管37b串联连接。这些串联连接的部件彼此并联连接。这样的并联电路减小了各自流过电抗器21a和21b以及IPM23a和23b的电流值，从而抑制了产热。该电路可以不必是并联电路。

电流传感器22a和22b分别在其上游侧或下游侧连接至电抗器21a和21b。根据由电流传感器22a和22b检测到的值来控制开关元件36a和36b打开和闭合，这使来自燃料电池堆10的输出电压升压。对用于打开和关闭开关元件36a和36b的占空比的控制控制了升压转换器20中的输出电压与输入电压的升压比，并使流过电抗器21a和21b的电流值是基本一致的。

升压转换器20对燃料电池堆10的输出电压进行升压，并将经升压的电压通过转换器壳体50的开口58输出至与升压转换器20的输出连接器连接的外部装置86。外部装置86例如是用于驱动车辆的马达的逆变器、用于驱动燃料电池的辅助装置——例如，空气压缩机或冷却水泵——的逆变器、用于车辆的空调的辅助装置的逆变器等。

如图1和图2中所示，堆壳体40的侧壁45垂直于底壁43。也就是说，燃料电池堆10侧处的、侧壁45与底壁43之间的角度θ1为90度。另一方面，侧壁44相对于底壁43倾斜。例如，燃料电池堆10侧处的、侧壁44与底壁43之间的角度θ2约为96度，该角度大于90度。换句话说，当假设侧壁44延伸至端板16时，燃料电池堆10侧处的、侧壁44与端板16之间的角度θ3约为84度。如上所述，角度θ2大于角度θ1，并且侧壁44相对于底壁43倾斜成使得在Y方向上侧壁44与侧壁45之间的距离H在凸缘42侧处比在底壁43侧处大。侧壁46和47也相对于底壁43倾斜。例如，燃料电池堆10侧处的侧壁46与底壁43之间的角度以及燃料电池堆10侧处的、侧壁47与底壁43之间的角度为93度。

关于端子13a和13b中的位于堆壳体40的底壁43侧处的端子13b，突出部分17b进入设置在堆壳体40的侧壁44中的开口48并且在与X方向和Y方向垂直的Z方向上与侧壁44交叠。根据侧壁44的倾斜角度，端子13b的突出部分17b可以从侧壁44的位于升压转换器20侧处的表面朝向升压转换器20突出。

另一方面，关于位于堆壳体40的凸缘42侧处的端子13a，未进入开口48的突出部分17a相对于侧壁44位于燃料电池堆10侧处。根据侧壁44的倾斜角度，端子13a的突出部分17a可以进入开口48。

图4A至图4D是图示了根据第一实施方式的燃料电池单元的制造方法的视图。堆壳体40是如图4A中所示的那样制备的。堆壳体40通过利用铸造方法或压铸方法将模具从凸缘42移除而形成。这种用于制造堆壳体40的方法降低了制造成本。

绝缘体14a、端子13a、电池堆12、端子13b、绝缘体14b、压板15和弹簧70堆叠在端板16上。此后，如图4B中所示，这些堆叠的构件通过开口41而被容纳在堆壳体40中。此后，端板16通过螺栓71固定至堆壳体40的凸缘42。

如图4C中所示，汇流条60的一个端部通过螺栓固定至端子13a的突出部分17a。汇流条61的一个端部通过螺栓固定至端子13b的突出部分17b。

如图4D中所示，容纳有升压转换器20的转换器壳体50固定至堆壳体40。此后，汇流条60的另一端部通过设置在转换器壳体50的侧壁54中的开口59(参见图2)利用螺栓72固定至升压转换器20的导通性构件35。汇流条61的另一端部通过设置在转换器壳体50的侧壁55中的开口59利用螺栓72固定至升压转换器20的导通性构件31。在将汇流条60和61分别固定至导通性构件31和35上之后，通过盖等将开口59封闭。

图5是图示了根据第一对比示例的燃料电池单元的剖视图。如图5中所示，在根据第一对比示例的燃料电池单元1000中，堆壳体40的侧壁44垂直于底壁43。尽管未示出，但是侧壁46和47也垂直于底壁43。端子13b的未进入设置在侧壁44中的开口48的突出部分17b相对于侧壁44位于燃料电池堆10侧处。其他部件与根据第一实施方式的燃料电池单元100的那些部件相同，并且省略对这些部件的描述。

在第一对比示例中，端子13a和13b的突出部分17a和17b相对于侧壁44位于燃料电池堆10侧处。这是为了便于图4B中所示的步骤，即，将由堆叠在端板16上的电池堆12、端子13a和13b等构成的堆叠构件通过开口41而容纳在堆壳体40中的步骤。

根据第一对比示例，堆壳体40的侧壁44至47中的所有侧壁均垂直于底壁43。在该示例中，在通过铸造方法或压铸方法制造堆壳体40时，难以将模具从凸缘42移除。

图6是图示了根据第二比较示例的燃料电池单元的剖视图。如图6中所示，在根据第二比较示例的燃料电池单元1100中，堆壳体40的侧壁44和45相对于底壁43以相同的角度倾斜。即，角度θ1和角度θ2是相同的。端子13b的未进入设置在侧壁44中的开口48的突出部分17b相对于侧壁44位于燃料电池堆10侧处。其他部件与根据第一实施方式的燃料电池单元100的那些部件相同，并且省略对这些部件的说明。

根据第二比较示例，堆壳体40的侧壁44和45相对于底壁43以相同的角度倾斜。因此，在通过铸造方法或压铸方法制造堆壳体40时，由侧壁44和45限定的拔模角有助于将模具从凸缘42移除。这改善了可制造性。为了便于将模具从凸缘42移除，侧壁44和45通常相对于底壁43以相同的角度倾斜。此外，类似于第一对比示例，为了将由堆叠在端板16上电池堆12、端子13a和13b等构成的堆叠构件通过开口41而容纳在堆壳体40中，突出部分17a和17b相对于侧壁44位于燃料电池堆10侧处。然而，这增大了根据第二对比示例的燃料电池单元1100的尺寸。

根据如图1和图2中所示的第一实施方式，侧壁44相对于底壁43倾斜成使得侧壁44与侧壁45之间的距离在凸缘42侧处比在底壁43侧处大。在通过铸造方法或压铸方法制造堆壳体40时，通过开口41将模具在侧壁44与侧壁45之间移除。这改善了堆壳体40的可制造性。此外，侧壁44与侧壁45之间的距离在凸缘42侧处比在底壁43侧处大，这有助于将设置在端板16上的燃料电池堆10通过堆壳体40的开口41而容纳在堆壳体40中。如图1中所示，燃料电池堆10侧处的、侧壁44与底壁43之间的角度θ2大于燃料电池堆10侧处的、侧壁45与底壁43之间的角度θ1。由于侧壁45相对于底壁43的倾斜度以这样的方式小于侧壁44相对于底壁43的倾斜度，因此抑制了由侧壁45造成的燃料电池单元100的尺寸增大。此外，如图1和图2中所示，堆壳体40的侧壁44在Z方向上与端子13b的突出部分17b交叠。在图4中所示的制造方法中，当滑动堆壳体40以将燃料电池堆10容纳在堆壳体40中时，端子13b的突出部分17b不需要与堆壳体40的侧壁44干涉。由于堆壳体40的侧壁44设置有开口48，因此即使在堆壳体40的侧壁44在Z方向上与端子13b的突出部分17b交叠的情况下，也避免了突出部分17b在堆壳体40的滑动轨迹上与堆壳体40的侧壁44的干涉。即使在侧壁44相对于底壁43倾斜的情况下，侧壁44也在Z方向上与端子13b的突出部分17b交叠，由此，由侧壁44的倾斜引起的燃料电池单元100在Y方向上的增大的尺寸与由端子13b的突出部分17b引起的燃料电池单元100在Y方向上的增大的尺寸交叠。这抑制了堆壳体40在Y方向上的尺寸增大，从而抑制了燃料电池单元100的尺寸增大。另外，使用螺母来将汇流条61附接至端子13b的突出部分17b，这需要在螺母与电池堆12之间存在预定间隙。因此，难以降低端子13b的突出部分17b的高度。这抑制了燃料电池单元100的尺寸增大，从而改善了燃料电池单元100在车辆等上的可安装性。

如图2中所示，转换器壳体50的沿Y方向布置的侧壁56设置有用于将外部装置电连接至升压转换器20的开口58。为了使大电流流向外部装置，倾向于将大尺寸连接器通过开口58连接至外部装置，并且倾向于使转换器壳体50在Y方向上是长的。堆壳体40在Y方向上的长度减小可以抑制燃料电池单元100在Y方向上的高度增加。为了抑制燃料电池单元100在Y方向上的高度增加，侧壁44与底壁43之间的角度θ2可以大于侧壁45与底壁43之间的角度θ1，并且侧壁44可以在Z方向上与端子13b的突出部分17b交叠。

如图1中所示，堆壳体40的凸缘42包括：平坦表面75，端板16固定至该平坦表面75；以及外周表面76，外周表面76从平坦表面75的端部延续。凸缘42的外周表面76在X方向上从一个端部至另一端部是平坦的。转换器壳体50固定至凸缘42的外周表面76。例如，如果在凸缘42的外周表面76上形成有阶梯部，并且如果转换器壳体50固定至外周表面76上的阶梯部的上表面或下表面，则固定转换器壳体50的区域可能减小，并且可能难以将升压转换器20的部件容纳在转换器壳体50中。然而，由于凸缘42的外周表面76在X方向上从一个端部至另一端部是平坦的，因此转换器壳体50通过利用凸缘42在X方向上的整个长度而固定至堆壳体40。因此，可以将许多部件和大的部件容纳在转换器壳体50中。

如图1中所示，堆壳体40在Y方向上的最大高度可以为开口41沿Y方向的长度L1、在Y方向上位于开口41的一侧处的凸缘42沿Y方向的长度L2以及在Y方向上位于开口41的另一侧处的凸缘42沿Y方向的长度L2之和。换句话说，堆壳体40在Y方向上的最高位置可以是凸缘42。因此，堆壳体40在Y方向上的高度是最小必要高度，并且抑制了堆壳体40的尺寸增大，由此抑制了燃料电池单元100的尺寸增大。此外，由于抑制堆壳体40的尺寸增大抑制了用于制造堆壳体40的制造设备的尺寸增大，因此抑制了设备成本的增加。在将端板16经由垫圈而接合至凸缘42的情况下，凸缘42在Y方向上的长度的上限几乎是用于垫圈的凹槽的上侧部在Y方向上的长度与位于跨过凹槽的两侧处的平坦表面在Y方向上的长度以及螺栓在Y方向上的长度之和。在使用液体垫圈的情况下，凸缘42在Y方向上的长度的上限几乎是施加有液体垫圈的平坦表面的在Y方向上的长度与螺栓的在Y方向上的长度之和。

如图1中所示，开口41在Y方向上的长度L1大于燃料电池堆10在Y方向上的长度L3。因此，燃料电池堆10——其中，电池堆12、端子13a和13b等堆叠在端板16上——通过开口41而被容纳在堆壳体40中。

图7是堆壳体的剖视图。图7图示了设置在侧壁44中的开口48处的横截面。如图7中所示，在开口48的位于凸缘42侧处的端部处的侧壁44与侧壁45之间在Y方向上的距离H1大于燃料电池堆10在Y方向上的长度L3(见图1)。因此，设置在端板16上的燃料电池堆10通过开口41线性地组装到堆壳体40中。因此，可以容易地将燃料电池堆10容纳在堆壳体40中。

[第二实施方式]

图8是根据第二实施方式的燃料电池单元的剖视图。如图8中所示，关于根据第二实施方式的燃料电池单元200，除了侧壁44之外，侧壁45相对于底壁43倾斜。例如，在燃料电池堆10侧处的侧壁45与底壁43之间的角度θ1大于90度。例如，角度θ1约为92度。换句话说，当假设侧壁45延伸至端板16时，在燃料电池堆10侧处的侧壁45与端板16之间的角度θ4约为88度。在燃料电池堆10侧处的侧壁46与底壁43之间的角度约为93度。在燃料电池堆10侧处的侧壁47与底壁43之间的角度约为93度。在燃料电池堆10侧处的侧壁44与底壁43之间的角度θ2约为94度。换句话说，当假设侧壁44延伸至端板16时，在燃料电池堆10侧处的侧壁44与端板16之间的角度θ3约为86度。其他部件与第一实施方式的那些部件相同，并且省略对这些部件的描述。

第一实施方式示例性地描述了堆壳体40的垂直于底壁43的侧壁45。然而，侧壁45不限于此。只要在燃料电池堆10侧处的侧壁44与底壁43之间的角度θ2大于在燃料电池堆10侧处的侧壁45与底壁43之间的角度θ1，侧壁45就可以如第二实施方式中所述那样相对于底壁43倾斜。相对于底壁43倾斜的两个侧壁44和45进一步改善了堆壳体40的可制造性。另一方面，从抑制堆壳体40的尺寸(高度)增大的角度来看，在燃料电池堆10侧处的侧壁45与底壁43之间的θ1可以是直角。直角包括由制造误差造成的偏离90度的角度。

只要堆壳体40在凸缘42侧处的沿Y方向的尺寸大于堆壳体40在底壁43侧处的沿Y方向的尺寸，并且只要设置在端板16上的燃料电池堆10通过开口41被容纳到堆壳体40中，侧壁45与底壁43之间的角度θ1就可以小于90度。

[第三实施方式]

图9A是根据第三实施方式的燃料电池单元的剖视图。图9B是被容纳在转换器壳体中的升压转换器的一些部件的剖视图。关于如图9A和图9B中所示的根据第三实施方式的燃料电池单元300，升压转换器20的电抗器21、电流传感器22、IPM 23和电容器24分别具有位于堆壳体40的侧壁44侧处的端部部分。在转换器壳体50的底壁53与电抗器21的端部部分之间限定距离L1。在底壁53与电流传感器22的端部部分之间限定距离L2。在底壁53与IPM 23的端部部分之间限定距离L3。在底壁53与电容器24的端部部分之间限定距离L4。距离L1至L4彼此不同。例如，电抗器21的位于侧壁44侧处的端部部分与转换器壳体50的底壁53之间的距离L1大于电流传感器22的位于侧壁44侧处的端部部分与转换器壳体50的底壁53之间的距离L2。电流传感器22的位于侧壁44侧处的端部部分与转换器壳体50的底壁53之间的距离L2大于IPM 23的位于侧壁44侧处的端部部分与转换器壳体50的底壁53之间的距离L3。IPM 23的位于侧壁44侧处的端部部分与转换器壳体50的底壁53之间的距离L3大于电容器24的位于侧壁44侧处的端部部分与转换器壳体50的底壁53之间的距离L4。也就是说，关于位于堆壳体40的侧壁44侧处的端部部分与转换器壳体50的底壁53之间的距离，关于电抗器21的距离L1最大。关于电抗器21的距离L1、关于电流传感器22的距离L2、关于IPM 23的距离L3以及关于电容器24的距离L4依序减小。

电抗器21相对于虚拟表面73位于底壁43侧处，虚拟表面73在X方向上位于堆壳体40的凸缘42与底壁43之间的中间。例如，升压转换器20的电容器24、IPM 23、电流传感器22和电抗器21从凸缘42侧以使位于堆壳体40的侧壁44处的端部部分与转换器壳体50的底壁53之间的距离逐渐减小的顺序布置。在升压转换器20的电抗器21、电流传感器22、IPM 23和电容器24之中，在位于堆壳体40的侧壁44侧处的端部部分与转换器壳体50的底壁53之间具有最长距离的电抗器21定位成最靠近堆壳体40的底壁43侧。

此外，电抗器21跨过虚拟表面74朝向侧壁44突出。虚拟表面74平行于X方向延伸并穿过堆壳体40的侧壁44的位于升压转换器20侧处的表面与凸缘42连接的点。换句话说，电抗器21的位于堆壳体40的侧壁44侧处的端部部分在X方向上与侧壁44交叠。其他部件与第一实施方式的那些部件相同，并且省略对这些部件的描述。

根据第三实施方式，在升压转换器20的各部件之中位于堆壳体40的侧壁44处的端部部分距转换器壳体50的底壁53最远的电抗器21相对于凸缘42与底壁43在X方向上的中间位于底壁43侧处。因此，确保了电抗器21的端部部分与堆壳体40的侧壁44之间存在一定距离，并且有效地利用了通过堆壳体40的侧壁44相对于底壁43倾斜而形成的空间。这抑制了燃料电池单元300的尺寸(高轮廓)的增大。位于堆壳体40的侧壁44处的端部部分距转换器壳体50的底壁53最远的电抗器21可以位于堆壳体40的凸缘42与底壁43之间的空间沿X方向被等分成的三个区域中的在底壁43侧处的一个区域内。电抗器21可以位于该空间被等分成的四个区域中的最靠近底壁43侧的一个区域内。

之所以要确保电抗器21与堆壳体40的侧壁44之间的一定空间，是为了防止电抗器21与侧壁44之间的电短路。电抗器21与侧壁44之间的空间可以为从约3mm至约7mm。另外，可以确保除电抗器21之外的部件中的每个部件与侧壁44之间有一定程度的空间，以防止部件与侧壁44之间的电短路。而且，部件具有制造公差。因此，确保了升压转换器20的部件与侧壁44之间有一定空间，从而抑制了在转换器壳体50组装至堆壳体40时升压转换器20的部件与侧壁44的干涉。

如图9A中所示，电抗器21的位于侧壁44侧处的端部部分可以在X方向上与堆壳体40的侧壁44交叠。因此，有效地利用了由侧壁44相对于堆壳体40的底壁43倾斜而形成的空间，并且抑制了燃料电池单元300的尺寸(高轮廓)的增大。第三实施方式示例性地描述了位于堆壳体40的侧壁44侧处的端部部分距转换器壳体50的底壁53最远的电抗器21在X方向上与侧壁44交叠。但是不限于此。升压转换器20的另一部件的位于侧壁44侧处的端部部分可以在X方向上与侧壁44交叠。

如图9A和图9B中所示，升压转换器20包括：电抗器21，电抗器21在堆壳体40的侧壁44侧处的端部部分距转换器壳体50的底壁53最远；电流传感器22，电流传感器22在侧壁44侧处的端部部分与底壁53之间的距离小于电抗器21在侧壁44侧处的端部部分与底壁53之间的距离；以及IPM 23，IPM 23在侧壁44侧处的端部部分与底壁53之间的距离小于电流传感器22在侧壁44侧处的端部部分与底壁53之间的距离。IPM 23、电流传感器22和电抗器21可以从堆壳体40的凸缘42侧依此顺序布置。因此，有效地利用了升压转换器20与堆壳体40的侧壁44之间的空间。

对于升压转换器20的至少一个部件，该部件在侧壁44侧处的端部部分可以沿着侧壁44倾斜。

[第四实施方式]

图10是根据第四实施方式的燃料电池单元的剖视图。如图10中所示，在根据第四实施方式的燃料电池单元400中，升压转换器20的电抗器21、电流传感器22、IPM 23和电容器24的位置与第一实施方式至第三实施方式中的位置不同。在第四实施方式中，电抗器21、电流传感器22、IPM 23和电容器24从堆壳体40的凸缘42至底壁43依此顺序布置。与第一实施方式至第三实施方式相比，电容器24的尺寸增大了。与升压转换器20的部件相比，电容器24在堆壳体40的侧壁44侧处的端部部分与转换器壳体50的底壁53之间的距离最长。电容器24相对于虚拟表面73位于底壁43侧处，虚拟表面73位于堆壳体40的凸缘42与底壁43之间的中间处。此外，电容器24跨过虚拟表面74朝向侧壁44突出，虚拟表面74平行于X方向延伸并穿过堆壳体40的侧壁44的位于升压转换器20侧处的表面与凸缘42连接的点。电容器24的位于堆壳体40的侧壁44侧处的端部部分在X方向上与侧壁44交叠。其他部件与第一实施方式的那些部件相同，并且省略对这些部件的描述。

在第四实施方式中，在升压转换器20的各部件之中，位于堆壳体40的侧壁44侧处的端部部分距转换器壳体50的底壁53最远的部件是电容器24。在这种情况下，电容器24的尺寸较大。由电容器24产生的热量与电容器24的容量相关。热量随着电容器24的尺寸增大而减少。因此，根据第四实施方式，减少了来自电容器24的热量。

类似于第二实施方式，在第三实施方式和第四实施方式中，堆壳体40的侧壁45可以相对于底壁43倾斜。

在第一实施方式至第四实施方式中，燃料电池单元可以以堆壳体40的侧壁45侧沿重力方向面向下的状态安装在车辆等上。然而，燃料电池单元可以沿另一方向安装在车辆等上。例如，燃料电池单元可以以端板16沿重力方向面向下的状态安装在车辆等上。燃料电池单元可以以转换器壳体50的底壁53侧沿重力方向面向下的状态安装在车辆等上。

第一实施方式至第四实施方式描述了升压转换器20以作为对燃料电池堆10的输出电力进行转换的电力转换器的示例。然而，电力转换器不限于升压转换器20。例如，电力转换器可以是降压转换器、用于执行升压和降压两者的升压/降压转换器或者用于将直流电转换成交流电的逆变器。

尽管已经详细描述了本发明的一些实施方式，但是本发明不限于特定实施方式，而是可以在本发明的要求保护的范围内进行变型或改变。

Claims (10)

1.一种燃料电池单元，包括：

燃料电池堆，所述燃料电池堆包括：

电池堆，在所述电池堆中，单元电池沿第一方向堆叠；

第一端子，所述第一端子相应地设置在所述电池堆在所述第一方向上的第一端部处；以及

第二端子，所述第二端子设置在所述电池堆在所述第一方向上的第二端部处；

端板，所述端板相对于所述第一端子设置在与所述电池堆相反的一侧处；

电力转换器，所述电力转换器对所述燃料电池堆的输出电力进行转换；

堆壳体，所述堆壳体容纳所述燃料电池堆；

电力转换器壳体，所述电力转换器壳体容纳所述电力转换器并固定至所述堆壳体；

第一汇流条，所述第一汇流条在所述堆壳体和所述电力转换器壳体中电连接所述第一端子和所述电力转换器；以及

第二汇流条，所述第二汇流条在所述堆壳体和所述电力转换器壳体中电连接所述第二端子和所述电力转换器，

其中，

所述第一端子包括从所述电池堆突出并连接至所述第一汇流条的第一突出部分，

所述第二端子包括从所述电池堆突出并连接至所述第二汇流条的第二突出部分，

所述堆壳体包括：

凸缘，所述凸缘形成为在其内侧处限定有沿着所述第一方向且可供所述燃料电池堆通过的第一开口的框架形状，并且所述凸缘在将所述燃料电池堆通过所述第一开口而组装到所述堆壳体时被固定至所述端板，使得所述燃料电池堆被容纳在所述堆壳体中；

第一底壁，所述第一底壁在所述第一方向上与所述燃料电池堆的所述第二端部相邻，所述燃料电池堆在所述第一方向上被夹置在所述第一底壁与和所述燃料电池堆的所述第一端部相邻的所述端板之间；

第一侧壁，所述第一侧壁设置在所述燃料电池堆与所述电力转换器之间，连接在所述凸缘与所述第一底壁之间，并且包括第二开口，所述第二开口允许所述第一汇流条和所述第二汇流条分别连接至所述第一端子和所述第二端子；以及

第二侧壁，所述第二侧壁连接在所述凸缘与所述第一底壁之间，所述燃料电池堆在垂直于所述第一方向的第二方向上设置在所述第一侧壁与所述第二侧壁之间，

所述第一侧壁相对于所述第一底壁倾斜，使得所述第一侧壁与所述第二侧壁之间的距离在凸缘侧处比在第一底壁侧处大，

在燃料电池堆侧处的、所述第一侧壁与所述第一底壁之间的角度大于在所述燃料电池堆侧处的、所述第二侧壁与所述第一底壁之间的角度，并且

所述第一侧壁在与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向上与所述第二端子的所述第二突出部分交叠。

2.根据权利要求1所述的燃料电池单元，其中，在所述燃料电池堆侧处的、所述第二侧壁与所述第一底壁之间的角度是直角。

3.根据权利要求1所述的燃料电池单元，其中，

所述电力转换器壳体包括第二底壁，所述电力转换器在所述第二方向上设置在所述第二底壁与所述第一侧壁之间，

所述电力转换器的部件包括第一部件，

在所述部件之间，所述第一部件的位于第一侧壁侧处的端部部分距所述第二底壁最远，

所述第一部件相对于所述凸缘与所述第一底壁之间的沿第一方向的中间位于所述第一底壁侧处。

4.根据权利要求3所述的燃料电池单元，其中，

所述部件包括所述第一部件、第二部件和第三部件，

所述第二底壁与所述第二部件的位于所述第一侧壁侧处的端部部分之间的距离小于所述第二底壁与所述第一部件的所述端部部分之间的距离，

所述第二底壁与所述第三部件的位于所述第一侧壁侧处的端部部分之间的距离小于所述第二底壁与所述第二部件的所述端部部分之间的距离，并且

所述第三部件、所述第二部件和所述第一部件从所述凸缘依此顺序布置。

5.根据权利要求3所述的燃料电池单元，其中，所述电力转换器的所述部件中的一个部件包括位于第一侧壁处的、在所述第一方向上与所述第一侧壁交叠的端部部分。

6.根据权利要求1所述的燃料电池单元，其中，

所述电力转换器壳体包括沿所述第二方向的第三侧壁，并且

所述第三侧壁包括开口，所述开口允许外部装置电连接至所述电力转换器。

7.根据权利要求1所述的燃料电池单元，其中

所述凸缘包括：

平坦表面，所述端板固定至所述平坦表面，以及

外周表面，所述外周表面从所述平坦表面的边缘延续，

所述凸缘的所述外周表面在所述第一方向上从一个端部至另一端部是平坦的，并且

所述电力转换器壳体固定至所述凸缘的所述外周表面。

8.根据权利要求1所述的燃料电池单元，其中，所述堆壳体沿所述第二方向的高度在设置有所述凸缘的位置处最大。

9.根据权利要求1所述的燃料电池单元，其中，所述第一开口沿所述第二方向的长度大于所述燃料电池堆沿所述第二方向的长度。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的燃料电池单元，其中，在所述第二开口的位于所述凸缘侧处的端部处的、所述第一侧壁与所述第二侧壁之间沿所述第二方向的距离大于所述燃料电池堆沿所述第二方向的长度。