摘 要：现有的FC电堆模型是将FC电堆组件安装在汽车地板下，而新型FC电堆模型是将集成的FC单元安装在发动机舱内。该集成的FC单元具有与传统发动机相当的可安装性。为了在发动机舱内安装FC电堆，需要同时增强G电阻和使FC电堆小型化。为了确保高压安全和氢气安全的可靠性，需要控制由单电池位移导致的单电池密封泄漏。采用外部约束结构，除了每个单元之间的摩擦约束力外，还将单元位移量控制在规定量以内。作为外部约束结构，在FC电池堆和电堆外壳的间隙中安装了称为填充物的硅橡胶。
与现有的模型相比，新模型的G电阻增强了1.6倍。对于使用填充物控制外部约束力来说，优化电堆外壳的刚度以及电池堆与电堆外壳之间的间隙尺寸必不可少。新型电堆外壳通过搅拌式摩擦焊接法(FSW)连接上下外壳而成，这两个外壳分别通过铸造制成。该外壳结构达到了上述要求，同时实现了电堆的小型化。在FC电堆的制造过程中，330个单电池的堆叠过程实现了自动化。由此，在较短的周期内实现了高尺寸精度的单电池堆叠。该新模型减少了单电池位移，有助于控制电池堆和电堆外壳之间的间隙，并控制外部约束力。
关键字：EV和HV系统、燃料电池(A3)、FC电堆结构、小型化、燃料电池、安装设计
1、前言
燃料电池（FC）通过使用氢气作为燃料，使其与空气中的氧气在电极催化剂上进行电化学反应而发电。发电后的生成物只有水，因此FC是一种清洁且高效的发电手段，近年来作为实现碳中和的手段备受期待。2014年12月，日本在全球率先实现了燃料电池汽车(FCV)的商业化，为了进一步普及，又开发了兼具高性能和低成本的新型FC电堆。在2020年的FC电堆模型中，为了进一步普及，将其安装在了车辆前部的以往发动机的安装位置（发动机舱）上（图1），以提高车辆的安装性和舒适性。安装在发动机舱时，需要进行一种设计，以在更高的水平上同时实现安装概念的更新、电堆的小型化以及抗冲击输入的可靠性。
图1 2020年FCV模型的FC单元布局图
2、FC单元的安装概念
FC单元以铝制车架为中心，在车架上面安装有FC电堆和升压转换器的集成单元，下面安装有电动空压机、电动水泵、氢气循环用电动泵、空调用电动压缩机。集成的FC单元通过固定在车架上的安装支架而安装在悬架部件上，从而使其像发动机车辆一样可安装在车辆上，由此实现了优异的舒适性和操纵稳定性（图2）。
图2 FC单元的部件布局图