JP2003123779A - 燃料電池スタック車両搭載構造 - Google Patents
燃料電池スタック車両搭載構造Info
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 車両衝突時において燃料電池スタックを変形
侵入物から保護することができる燃料電池スタック車両
搭載構造の提供。 【解決手段】 (1)燃料電池スタック23を車両客室
前方または後方の車体空間34、35内に客室36側に
寄せて配置した。(2)車両サイドメンバー42のエネ
ルギ吸収部42aよりも客室側に近い部位に燃料電池ス
タック23を搭載した。(3)燃料電池スタック23よ
りも客室36から遠い側に車両クロスメンバー43を設
けた。(4)隔壁44を設けた。(5)燃料電池スタッ
ク23を車両サイドメンバー42にフォースリミッタ付
きマウント45により取り付けた。(6)燃料電池スタ
ックの移動許容端部に緩衝材48を設けた。
侵入物から保護することができる燃料電池スタック車両
搭載構造の提供。 【解決手段】 (1)燃料電池スタック23を車両客室
前方または後方の車体空間34、35内に客室36側に
寄せて配置した。(2)車両サイドメンバー42のエネ
ルギ吸収部42aよりも客室側に近い部位に燃料電池ス
タック23を搭載した。(3)燃料電池スタック23よ
りも客室36から遠い側に車両クロスメンバー43を設
けた。(4)隔壁44を設けた。(5)燃料電池スタッ
ク23を車両サイドメンバー42にフォースリミッタ付
きマウント45により取り付けた。(6)燃料電池スタ
ックの移動許容端部に緩衝材48を設けた。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池(たとえ
ば、固体高分子電解質型燃料電池)スタックの車両搭載
構造に関する。
ば、固体高分子電解質型燃料電池)スタックの車両搭載
構造に関する。
【0002】
【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池は、膜−電
極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembl
y )とセパレータとからなるセルを1層以上重ねてモジ
ュールとし、モジュールを積層して構成される。MEA
は、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一
面に配置された触媒層からなる電極(アノード)および
電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極(カソ
ード)とからなる。MEAとセパレータとの間には、通
常、拡散層が設けられる。この拡散層は、触媒層への反
応ガスの拡散をよくするためのもので、触媒層と協働し
て電極を構成すると考えてもよい。セパレータは、アノ
ードに燃料ガス(水素)を供給する燃料ガス流路および
カソードに酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するた
めの酸化ガス流路が形成されるとともに、隣接するセル
間の電子の通路を構成している。セル積層体のセル積層
方向両端に、ターミナル(電極板)、インシュレータ、
エンドプレートを配置し、セル積層体をセル積層方向に
締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締
結部材(たとえば、テンションプレート)とボルトにて
固定して、スタックが形成される。固体高分子電解質型
燃料電池では、アノード側では、水素を水素イオンと電
子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソ
ード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよ
び電子(隣りのMEAのアノードで生成した電子がセパ
レータを通してくる、または、セル積層体の一端のセル
のアノードで生成した電子が外部回路を通してセル積層
体の他端のセルのカソードにくる)から水を生成する反
応が行われる。 アノード側:H2 →2H+ +2e- カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2 O 上記の発電反応を行わせるために、燃料電池スタックに
は燃料ガスと酸化ガスが供給される。また、セパレータ
でのジュール熱とカソードでの水生成反応で熱が出るの
で、それを冷却するために、燃料電池スタックには冷媒
が供給される。燃料電池スタックは、セルの積層体であ
り、燃料ガス等の流体が流れるため、衝撃や過大G(加
速度)を受けるとずれたり流体洩れが生じるおそれがあ
るので、車両衝突に対しては、十分な安全性が確保され
なければならない。従来、特開平08−192639号
公報には、車両前方の空間(エンジンコンパートメン
ト)内に燃料電池スタックを配置し、かつ、そのセル積
層方向を車両前後方向に向けて配置し、その下方に車両
サイドメンバーのエネルギー吸収部分(クラッシャブル
な部分)を配した燃料電池スタックの搭載構造が開示さ
れている。
極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembl
y )とセパレータとからなるセルを1層以上重ねてモジ
ュールとし、モジュールを積層して構成される。MEA
は、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一
面に配置された触媒層からなる電極(アノード)および
電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極(カソ
ード)とからなる。MEAとセパレータとの間には、通
常、拡散層が設けられる。この拡散層は、触媒層への反
応ガスの拡散をよくするためのもので、触媒層と協働し
て電極を構成すると考えてもよい。セパレータは、アノ
ードに燃料ガス(水素)を供給する燃料ガス流路および
カソードに酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するた
めの酸化ガス流路が形成されるとともに、隣接するセル
間の電子の通路を構成している。セル積層体のセル積層
方向両端に、ターミナル(電極板)、インシュレータ、
エンドプレートを配置し、セル積層体をセル積層方向に
締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締
結部材(たとえば、テンションプレート)とボルトにて
固定して、スタックが形成される。固体高分子電解質型
燃料電池では、アノード側では、水素を水素イオンと電
子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソ
ード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよ
び電子(隣りのMEAのアノードで生成した電子がセパ
レータを通してくる、または、セル積層体の一端のセル
のアノードで生成した電子が外部回路を通してセル積層
体の他端のセルのカソードにくる)から水を生成する反
応が行われる。 アノード側:H2 →2H+ +2e- カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2 O 上記の発電反応を行わせるために、燃料電池スタックに
は燃料ガスと酸化ガスが供給される。また、セパレータ
でのジュール熱とカソードでの水生成反応で熱が出るの
で、それを冷却するために、燃料電池スタックには冷媒
が供給される。燃料電池スタックは、セルの積層体であ
り、燃料ガス等の流体が流れるため、衝撃や過大G(加
速度)を受けるとずれたり流体洩れが生じるおそれがあ
るので、車両衝突に対しては、十分な安全性が確保され
なければならない。従来、特開平08−192639号
公報には、車両前方の空間(エンジンコンパートメン
ト)内に燃料電池スタックを配置し、かつ、そのセル積
層方向を車両前後方向に向けて配置し、その下方に車両
サイドメンバーのエネルギー吸収部分(クラッシャブル
な部分)を配した燃料電池スタックの搭載構造が開示さ
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平08−
192639号公報では、スタック積層方向が車両前後
方向であるため、衝突の衝撃をセル面と直交する方向に
セル面で受けることができ、セル・モジュール間ずれや
ずれによる流体洩れは起こしにくいという利点がある反
面、燃料電池スタックが、そのセル積層方向を車両前後
方向に向けられ、かつ、車両サイドメンバーのエネルギ
ー吸収部分上に張り出しているため、車両前面衝突時に
車両サイドメンバーのエネルギー吸収部分が変形を生じ
た時に前方からの変形侵入物が燃料電池スタックに当
り、燃料電池スタックのダメージが大きいという問題が
ある。本発明の目的は、車両衝突時において燃料電池ス
タックを変形侵入物から保護することができる燃料電池
スタック車両搭載構造を提供することにある。
192639号公報では、スタック積層方向が車両前後
方向であるため、衝突の衝撃をセル面と直交する方向に
セル面で受けることができ、セル・モジュール間ずれや
ずれによる流体洩れは起こしにくいという利点がある反
面、燃料電池スタックが、そのセル積層方向を車両前後
方向に向けられ、かつ、車両サイドメンバーのエネルギ
ー吸収部分上に張り出しているため、車両前面衝突時に
車両サイドメンバーのエネルギー吸収部分が変形を生じ
た時に前方からの変形侵入物が燃料電池スタックに当
り、燃料電池スタックのダメージが大きいという問題が
ある。本発明の目的は、車両衝突時において燃料電池ス
タックを変形侵入物から保護することができる燃料電池
スタック車両搭載構造を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。 (1) 車両客室前方または後方の車体空間内に燃料電
池スタックを搭載した燃料電池スタック車両搭載構造で
あって、前記燃料電池スタックを前記車両客室前方また
は後方の車体空間内に前記客室側に寄せて配置した燃料
電池スタック車両搭載構造。 (2) 車両客室前方または後方の車体空間内に燃料電
池スタックを搭載した燃料電池スタック車両搭載構造で
あって、車両サイドメンバーのエネルギ吸収部よりも客
室側に近い部位に燃料電池スタックを搭載した燃料電池
スタック車両搭載構造。 (3) 前記燃料電池のセル積層方向を車両左右方向に
向けて、前記燃料電池スタックを車両サイドメンバーに
搭載した(1)または(2)記載の燃料電池スタック車
両搭載構造。 (4) 前記燃料電池スタックよりも前記客室から遠い
側に車両クロスメンバーを設けた(1)〜(3)の何れ
かに記載の燃料電池スタック車両搭載構造。 (5) 前記燃料電池スタックに隔壁を設けた(4)記
載の燃料電池スタック車両搭載構造。 (6) 前記燃料電池スタックを車両サイドメンバーに
フォースリミッタ付きマウントにより取り付けた(1)
〜(3)の何れかに記載の燃料電池スタック車両搭載構
造。 (7) 前記燃料電池スタックの移動許容端部で前記燃
料電池スタックを受け止める緩衝材を設けた(6)記載
の燃料電池スタック車両搭載構造。
明はつぎの通りである。 (1) 車両客室前方または後方の車体空間内に燃料電
池スタックを搭載した燃料電池スタック車両搭載構造で
あって、前記燃料電池スタックを前記車両客室前方また
は後方の車体空間内に前記客室側に寄せて配置した燃料
電池スタック車両搭載構造。 (2) 車両客室前方または後方の車体空間内に燃料電
池スタックを搭載した燃料電池スタック車両搭載構造で
あって、車両サイドメンバーのエネルギ吸収部よりも客
室側に近い部位に燃料電池スタックを搭載した燃料電池
スタック車両搭載構造。 (3) 前記燃料電池のセル積層方向を車両左右方向に
向けて、前記燃料電池スタックを車両サイドメンバーに
搭載した(1)または(2)記載の燃料電池スタック車
両搭載構造。 (4) 前記燃料電池スタックよりも前記客室から遠い
側に車両クロスメンバーを設けた(1)〜(3)の何れ
かに記載の燃料電池スタック車両搭載構造。 (5) 前記燃料電池スタックに隔壁を設けた(4)記
載の燃料電池スタック車両搭載構造。 (6) 前記燃料電池スタックを車両サイドメンバーに
フォースリミッタ付きマウントにより取り付けた(1)
〜(3)の何れかに記載の燃料電池スタック車両搭載構
造。 (7) 前記燃料電池スタックの移動許容端部で前記燃
料電池スタックを受け止める緩衝材を設けた(6)記載
の燃料電池スタック車両搭載構造。
【0005】上記(1)の燃料電池スタック車両搭載構
造では、燃料電池スタックを車両客室前方または後方の
車体空間内に客室側に寄せて配置したので、クラッシュ
エリアを最大限広くとることができ、変形侵入物から燃
料電池スタックを保護できる。エンジン車では振動バラ
ンスの点でからなずしもこのように配置できないが、燃
料電池は振動要件がないので、上記配置が可能である。
また、燃料電池スタックは重量物であるが、重量物が車
両前後方向中央に近づけられるので、中央から遠くに配
置された場合に比べて、操安性など車両の動的バランス
がよくなる。上記(2)の燃料電池スタック車両搭載構
造では、車両サイドメンバーのエネルギ吸収部よりも客
室側に近い部位に燃料電池スタックを搭載したので、車
両衝突時に車両サイドメンバーがエネルギ吸収部で変形
を起こしても、変形侵入物が燃料電池スタックまで変形
侵入しにくく、変形侵入物から燃料電池スタックを保護
できる。上記(3)の燃料電池スタック車両搭載構造で
は、燃料電池のセル積層方向を車両左右方向に向けて、
燃料電池スタックを車両サイドメンバーに搭載したの
で、セル積層方向である燃料電池スタックの長手方向を
車両左右方向に向けることができ、上記(1)、(2)
のスタック配置をとることが可能になる。上記(4)の
燃料電池スタック車両搭載構造では、燃料電池スタック
よりも客室から遠い側に車両クロスメンバーを設けたの
で、変形侵入物がクロスメンバーで止まり、変形侵入物
から燃料電池スタックを保護できる。上記(5)の燃料
電池スタック車両搭載構造では、隔壁を設けたので、燃
料電池スタックを隔壁前方または後方と遮断でき、変形
侵入物から燃料電池スタックを保護できる。また、隔壁
は、保温・遮熱効果があり、低温凍結防止効果を奏し、
かつ、飛石、被水に対しても燃料電池スタックを保護で
きる。上記(6)の燃料電池スタック車両搭載構造で
は、マウントをフォースリミッタ付きとしたので、設定
G(加速度)に達すると、スタックをスライドさせ、車
両衝突時慣性によってスタック内部が破損することを防
止できる。上記(7)の燃料電池スタック車両搭載構造
では、緩衝材を設けたので、フォースリミッタ作動時に
スライド先で緩衝材で燃料電池スタックを受け止めるこ
とができる。
造では、燃料電池スタックを車両客室前方または後方の
車体空間内に客室側に寄せて配置したので、クラッシュ
エリアを最大限広くとることができ、変形侵入物から燃
料電池スタックを保護できる。エンジン車では振動バラ
ンスの点でからなずしもこのように配置できないが、燃
料電池は振動要件がないので、上記配置が可能である。
また、燃料電池スタックは重量物であるが、重量物が車
両前後方向中央に近づけられるので、中央から遠くに配
置された場合に比べて、操安性など車両の動的バランス
がよくなる。上記(2)の燃料電池スタック車両搭載構
造では、車両サイドメンバーのエネルギ吸収部よりも客
室側に近い部位に燃料電池スタックを搭載したので、車
両衝突時に車両サイドメンバーがエネルギ吸収部で変形
を起こしても、変形侵入物が燃料電池スタックまで変形
侵入しにくく、変形侵入物から燃料電池スタックを保護
できる。上記(3)の燃料電池スタック車両搭載構造で
は、燃料電池のセル積層方向を車両左右方向に向けて、
燃料電池スタックを車両サイドメンバーに搭載したの
で、セル積層方向である燃料電池スタックの長手方向を
車両左右方向に向けることができ、上記(1)、(2)
のスタック配置をとることが可能になる。上記(4)の
燃料電池スタック車両搭載構造では、燃料電池スタック
よりも客室から遠い側に車両クロスメンバーを設けたの
で、変形侵入物がクロスメンバーで止まり、変形侵入物
から燃料電池スタックを保護できる。上記(5)の燃料
電池スタック車両搭載構造では、隔壁を設けたので、燃
料電池スタックを隔壁前方または後方と遮断でき、変形
侵入物から燃料電池スタックを保護できる。また、隔壁
は、保温・遮熱効果があり、低温凍結防止効果を奏し、
かつ、飛石、被水に対しても燃料電池スタックを保護で
きる。上記(6)の燃料電池スタック車両搭載構造で
は、マウントをフォースリミッタ付きとしたので、設定
G(加速度)に達すると、スタックをスライドさせ、車
両衝突時慣性によってスタック内部が破損することを防
止できる。上記(7)の燃料電池スタック車両搭載構造
では、緩衝材を設けたので、フォースリミッタ作動時に
スライド先で緩衝材で燃料電池スタックを受け止めるこ
とができる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の燃料電池の配管
構造を図1〜図6を参照して説明する。本発明の燃料電
池は、たとえば、固体高分子電解質型燃料電池10であ
る。ただし、固体高分子電解質型に限るものではない。
構造を図1〜図6を参照して説明する。本発明の燃料電
池は、たとえば、固体高分子電解質型燃料電池10であ
る。ただし、固体高分子電解質型に限るものではない。
【0007】固体高分子電解質型燃料電池10は、膜−
電極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assem
bly )とセパレータ18とからなるセルを1層以上重ね
てモジュール19とし(図は2セルで1モジュールを構
成した場合を示す)、モジュール19を積層したセル積
層体から構成される。
電極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assem
bly )とセパレータ18とからなるセルを1層以上重ね
てモジュール19とし(図は2セルで1モジュールを構
成した場合を示す)、モジュール19を積層したセル積
層体から構成される。
【0008】MEAは、イオン交換膜からなる電解質膜
11とこの電解質膜11の一面に配置された触媒層12
からなる電極(アノード)14および電解質膜11の他
面に配置された触媒層15からなる電極(カソード)1
7とからなる。MEAとセパレータとの間には、通常、
拡散層13、16(アノード側拡散層13、カソード側
拡散層16)が設けられる。この拡散層13、16は、
触媒層12、15への反応ガスの拡散をよくするための
もので、触媒層と協働して電極14、17を構成すると
考えてもよい。
11とこの電解質膜11の一面に配置された触媒層12
からなる電極(アノード)14および電解質膜11の他
面に配置された触媒層15からなる電極(カソード)1
7とからなる。MEAとセパレータとの間には、通常、
拡散層13、16(アノード側拡散層13、カソード側
拡散層16)が設けられる。この拡散層13、16は、
触媒層12、15への反応ガスの拡散をよくするための
もので、触媒層と協働して電極14、17を構成すると
考えてもよい。
【0009】セパレータ18は、アノード14に燃料ガ
ス(水素)を供給する燃料ガス流路27およびカソード
17に酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための
酸化ガス流路28が形成されるとともに、隣接するセル
間の電子の通路を構成している。また、セパレータでの
ジュール熱とカソードでの水生成反応で熱が出るので、
セパレータ間には、各セル毎にあるいは複数個のセル毎
に、冷媒(通常は冷却水)が流れる流路26が形成され
ており、そこに冷媒が循環され、燃料電池を冷却してい
る。セパレータ18の材料は、カーボン、導電性樹脂、
メタルの何れであってもよい。燃料ガス流路27、酸化
ガス流路28、冷媒流路26は、それぞれ、スタック2
3内をセル積層方向に延びる燃料ガスマニホールド3
0、酸化ガスマニホールド31、冷媒マニホールド29
に、接続している。そして、各マニホールドはスタック
23のセル積層方向端部で、各配管に接続している。
ス(水素)を供給する燃料ガス流路27およびカソード
17に酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための
酸化ガス流路28が形成されるとともに、隣接するセル
間の電子の通路を構成している。また、セパレータでの
ジュール熱とカソードでの水生成反応で熱が出るので、
セパレータ間には、各セル毎にあるいは複数個のセル毎
に、冷媒(通常は冷却水)が流れる流路26が形成され
ており、そこに冷媒が循環され、燃料電池を冷却してい
る。セパレータ18の材料は、カーボン、導電性樹脂、
メタルの何れであってもよい。燃料ガス流路27、酸化
ガス流路28、冷媒流路26は、それぞれ、スタック2
3内をセル積層方向に延びる燃料ガスマニホールド3
0、酸化ガスマニホールド31、冷媒マニホールド29
に、接続している。そして、各マニホールドはスタック
23のセル積層方向端部で、各配管に接続している。
【0010】セル積層体のセル積層方向両端に、ターミ
ナル(電極板)20、インシュレータ21、エンドプレ
ート22を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付
け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材
24(たとえば、テンションプレート)と25ボルトに
て固定して、スタック23が形成される。スタック23
の一端側には、エンドプレート22とインシュレータ2
1との間にプレッシャプレート32が設けられ、プレッ
シャプレート21とエンドプレート22との間にばね機
構33が設けられてセルにかかる荷重の変動を抑制して
いる。セル電圧は約1ボルトであるので、車両に必要な
約400ボルトの電圧を得るには、たとえば、約200
個のセルを積層して電気的に直列接続し、セル積層体を
並列に配して電気的に直列に接続し、並列配置のセル積
層体を共通のエンドプレートで挟んでスタック23とす
る。
ナル(電極板)20、インシュレータ21、エンドプレ
ート22を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付
け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材
24(たとえば、テンションプレート)と25ボルトに
て固定して、スタック23が形成される。スタック23
の一端側には、エンドプレート22とインシュレータ2
1との間にプレッシャプレート32が設けられ、プレッ
シャプレート21とエンドプレート22との間にばね機
構33が設けられてセルにかかる荷重の変動を抑制して
いる。セル電圧は約1ボルトであるので、車両に必要な
約400ボルトの電圧を得るには、たとえば、約200
個のセルを積層して電気的に直列接続し、セル積層体を
並列に配して電気的に直列に接続し、並列配置のセル積
層体を共通のエンドプレートで挟んでスタック23とす
る。
【0011】図1〜図4に示すように、燃料電池スタッ
ク23は、車両客室(キャビン)前方または後方の車体
空間34、35(客室前方空間34はエンジンコンパー
トメント、客室後方空間35はラゲージルーム)内に搭
載される。その場合、燃料電池スタック23は、車両客
室前方空間34内で、または客室後方空間35内で客室
36側に寄せて配置される。なお、図3、図4は、燃料
電池スタックが車両床下に配置される場合も示してお
り、車両床下に配置された燃料電池スタックを符号50
を付けて示してある。客室前方空間34の場合は、スタ
ック23は客室前方空間34の最後部位でダッシュパネ
ル37のすぐ前に配置される。この部位はフロントバン
パー38より後方でフード39より下方にある。客室後
方空間35の場合は、スタック23は客室後方空間34
の最前部位で後部座席40のすぐ後ろに配置される。こ
の部位はリヤバンパー41より前にある。燃料電池スタ
ック23は、車両サイドメンバー42に搭載、固定され
る。客室前方の場合は、燃料電池スタック23はフロン
トサイドメンバーに固定され、客室後方の場合は、燃料
電池スタック23はリヤフロアサイドメンバーに固定さ
れる。
ク23は、車両客室(キャビン)前方または後方の車体
空間34、35(客室前方空間34はエンジンコンパー
トメント、客室後方空間35はラゲージルーム)内に搭
載される。その場合、燃料電池スタック23は、車両客
室前方空間34内で、または客室後方空間35内で客室
36側に寄せて配置される。なお、図3、図4は、燃料
電池スタックが車両床下に配置される場合も示してお
り、車両床下に配置された燃料電池スタックを符号50
を付けて示してある。客室前方空間34の場合は、スタ
ック23は客室前方空間34の最後部位でダッシュパネ
ル37のすぐ前に配置される。この部位はフロントバン
パー38より後方でフード39より下方にある。客室後
方空間35の場合は、スタック23は客室後方空間34
の最前部位で後部座席40のすぐ後ろに配置される。こ
の部位はリヤバンパー41より前にある。燃料電池スタ
ック23は、車両サイドメンバー42に搭載、固定され
る。客室前方の場合は、燃料電池スタック23はフロン
トサイドメンバーに固定され、客室後方の場合は、燃料
電池スタック23はリヤフロアサイドメンバーに固定さ
れる。
【0012】燃料電池スタック23は、車体空間34、
35内で、車両サイドメンバー42のエネルギ吸収部4
2a(クラッシャブルな部分)よりも客室36側に近い
部位に搭載される。客室前方の場合は、フロントサイド
メンバーには前部にエネルギ吸収部42aが設けられる
が、燃料電池スタック23は、エネルギ吸収部42aよ
り後方で、フロントサイドメンバーに搭載される。客室
後方の場合は、リヤフロアサイドメンバーには後部にエ
ネルギ吸収部42aが設けられるが、燃料電池スタック
23は、エネルギ吸収部42aより前方に搭載される。
35内で、車両サイドメンバー42のエネルギ吸収部4
2a(クラッシャブルな部分)よりも客室36側に近い
部位に搭載される。客室前方の場合は、フロントサイド
メンバーには前部にエネルギ吸収部42aが設けられる
が、燃料電池スタック23は、エネルギ吸収部42aよ
り後方で、フロントサイドメンバーに搭載される。客室
後方の場合は、リヤフロアサイドメンバーには後部にエ
ネルギ吸収部42aが設けられるが、燃料電池スタック
23は、エネルギ吸収部42aより前方に搭載される。
【0013】燃料電池スタック23は、燃料電池のセル
積層方向を車両左右方向に向けて、車両サイドメンバー
42に搭載される。セル積層体を複数並列配置したスタ
ック23の場合は、燃料電池スタック23が客室前方空
間34内に配置される場合、並列のスタック23が上下
に位置しており、矩形状のスタック横断面の長辺方向が
上下方向に延びるように、配置される。これによって、
燃料電池スタック23はより一層客室36に近づけられ
ている。燃料電池スタック23が客室前方空間34内に
配置される場合以外の場合は、上下方向にスペースがと
れないので、セル積層体の並列方向を水平方向に向けて
もよい。
積層方向を車両左右方向に向けて、車両サイドメンバー
42に搭載される。セル積層体を複数並列配置したスタ
ック23の場合は、燃料電池スタック23が客室前方空
間34内に配置される場合、並列のスタック23が上下
に位置しており、矩形状のスタック横断面の長辺方向が
上下方向に延びるように、配置される。これによって、
燃料電池スタック23はより一層客室36に近づけられ
ている。燃料電池スタック23が客室前方空間34内に
配置される場合以外の場合は、上下方向にスペースがと
れないので、セル積層体の並列方向を水平方向に向けて
もよい。
【0014】燃料電池スタック23よりも客室36から
遠い側に車両クロスメンバー43が設けられている。車
両クロスメンバー43は、車両左右方向に延び、車両ク
ロスメンバー43の端部で車両サイドメンバー42に固
定される。車両クロスメンバー43は燃料電池スタック
23よりも客室36から遠い側で燃料電池スタック23
に近い位置に設けられる。燃料電池スタック23が客室
前方空間34内に配置される場合、車両クロスメンバー
43は燃料電池スタック23より車両前後方向前方に設
けられ、燃料電池スタック23が客室後方空間35内に
配置される場合、車両クロスメンバー43は燃料電池ス
タック23より車両前後方向後方に設けられる。
遠い側に車両クロスメンバー43が設けられている。車
両クロスメンバー43は、車両左右方向に延び、車両ク
ロスメンバー43の端部で車両サイドメンバー42に固
定される。車両クロスメンバー43は燃料電池スタック
23よりも客室36から遠い側で燃料電池スタック23
に近い位置に設けられる。燃料電池スタック23が客室
前方空間34内に配置される場合、車両クロスメンバー
43は燃料電池スタック23より車両前後方向前方に設
けられ、燃料電池スタック23が客室後方空間35内に
配置される場合、車両クロスメンバー43は燃料電池ス
タック23より車両前後方向後方に設けられる。
【0015】燃料電池スタック23には、燃料電池スタ
ック23を客室36と反対側から覆うように、隔壁44
が設けられることが望ましい。隔壁44は骨格を有しい
てもよい。燃料電池スタック23が客室前方空間34内
に配置される場合、隔壁44は燃料電池スタック23を
前方から覆い、隔壁44とダッシュパネル37とで構成
される閉じられた空間内に燃料電池スタック23が配置
される。
ック23を客室36と反対側から覆うように、隔壁44
が設けられることが望ましい。隔壁44は骨格を有しい
てもよい。燃料電池スタック23が客室前方空間34内
に配置される場合、隔壁44は燃料電池スタック23を
前方から覆い、隔壁44とダッシュパネル37とで構成
される閉じられた空間内に燃料電池スタック23が配置
される。
【0016】燃料電池スタック23は、車両サイドメン
バー42にフォースリミッタ付きマウント45により取
り付けられている。フォースリミッタ付きマウント45
は、予め定められた荷重以上の荷重がフォースリミッタ
付きマウント45にかかった時に、燃料電池スタック2
3が車両サイドメンバー42に対してスライドするよう
に、燃料電池スタック23を車両サイドメンバー42に
対して支持する。たとえば、車両サイドメンバー42に
長穴46を形成し、長穴46を挿通するボルト47にて
マウント45を車両サイドメンバー42に固定し、ボル
ト締結力を所定荷重以上でボルト47とマウント43が
車両サイドメンバー42に対してスライドするように定
めた構造からなる。このボルトによる一定荷重以上でス
ライドする構造は、長穴に絞り部を設け所定以上の荷重
でボルトが絞り部を変形させて絞り部を通過する構造に
置換されてもよい。
バー42にフォースリミッタ付きマウント45により取
り付けられている。フォースリミッタ付きマウント45
は、予め定められた荷重以上の荷重がフォースリミッタ
付きマウント45にかかった時に、燃料電池スタック2
3が車両サイドメンバー42に対してスライドするよう
に、燃料電池スタック23を車両サイドメンバー42に
対して支持する。たとえば、車両サイドメンバー42に
長穴46を形成し、長穴46を挿通するボルト47にて
マウント45を車両サイドメンバー42に固定し、ボル
ト締結力を所定荷重以上でボルト47とマウント43が
車両サイドメンバー42に対してスライドするように定
めた構造からなる。このボルトによる一定荷重以上でス
ライドする構造は、長穴に絞り部を設け所定以上の荷重
でボルトが絞り部を変形させて絞り部を通過する構造に
置換されてもよい。
【0017】燃料電池スタック23が車両サイドメンバ
ー42にフォースリミッタ付きマウント45により取り
付けられている場合、燃料電池スタック23の移動許容
端部で、燃料電池スタックを緩衝性をもって受け止める
緩衝材48が設けられている。緩衝材48は燃料電池ス
タック23とクロスメンバー43または隔壁44との間
に設けられており、たとえばクロスメンバー43または
隔壁44側に取り付けられている。緩衝材48がクロス
メンバー43または隔壁44側に取り付けられている場
合、緩衝材48と燃料電池スタック23との間には、燃
料電池スタック23の移動を許容する隙間が設けられ
る。
ー42にフォースリミッタ付きマウント45により取り
付けられている場合、燃料電池スタック23の移動許容
端部で、燃料電池スタックを緩衝性をもって受け止める
緩衝材48が設けられている。緩衝材48は燃料電池ス
タック23とクロスメンバー43または隔壁44との間
に設けられており、たとえばクロスメンバー43または
隔壁44側に取り付けられている。緩衝材48がクロス
メンバー43または隔壁44側に取り付けられている場
合、緩衝材48と燃料電池スタック23との間には、燃
料電池スタック23の移動を許容する隙間が設けられ
る。
【0018】つぎに、本発明実施例の燃料電池スタック
車両搭載構造の作用を説明する。まず、燃料電池スタッ
ク23が車両客室前方または後方の車体空間34、35
内に客室36側に寄せて配置されているので、クラッシ
ュエリア(車両のメンバー変形によるエネルギー吸収エ
リア)が最大限広くとられており、燃料電池スタック2
3は変形侵入物から保護される。変形侵入物が燃料電池
スタック23にあたってセル間ずれや流体洩れを起こす
ことを防止できる。また、燃料電池スタック23は重量
物であるが、重量物が車両において車両前後方向中央に
近い位置にあるので、中央から遠くに配置された場合に
比べて、操安性、回頭性など、車両の動的バランスが良
好である。
車両搭載構造の作用を説明する。まず、燃料電池スタッ
ク23が車両客室前方または後方の車体空間34、35
内に客室36側に寄せて配置されているので、クラッシ
ュエリア(車両のメンバー変形によるエネルギー吸収エ
リア)が最大限広くとられており、燃料電池スタック2
3は変形侵入物から保護される。変形侵入物が燃料電池
スタック23にあたってセル間ずれや流体洩れを起こす
ことを防止できる。また、燃料電池スタック23は重量
物であるが、重量物が車両において車両前後方向中央に
近い位置にあるので、中央から遠くに配置された場合に
比べて、操安性、回頭性など、車両の動的バランスが良
好である。
【0019】また、燃料電池スタック23が車両サイド
メンバー42のエネルギ吸収部42aよりも客室36側
に近い部位に搭載されているので、車両衝突時に車両サ
イドメンバー42がエネルギ吸収部42aで変形を起こ
しても、変形侵入物が燃料電池スタック23まで侵入し
にくく、変形侵入物から燃料電池スタック23を保護で
きる。
メンバー42のエネルギ吸収部42aよりも客室36側
に近い部位に搭載されているので、車両衝突時に車両サ
イドメンバー42がエネルギ吸収部42aで変形を起こ
しても、変形侵入物が燃料電池スタック23まで侵入し
にくく、変形侵入物から燃料電池スタック23を保護で
きる。
【0020】燃料電池のセル積層方向が車両左右方向に
向けられて燃料電池スタック23が車両サイドメンバー
42に搭載されているため、燃料電池スタック23の長
手方向が車両左右方向に向いており、車両客室前方また
は後方の車体空間34、35内での客室36側に寄せた
配置が可能になる。すなわち、燃料電池スタック23が
車体空間34、35内で車両前後方向に長く延びてエネ
ルギ吸収部42aまで延びることを防止できる。燃料電
池のセル積層方向が車両左右方向に向けられている場合
は変形侵入物が燃料電池スタック23に当たるとセル間
でずれが生じやすいが、これを防止するために、変形侵
入物が燃料電池スタック23に当たらないような燃料電
池スタック23の配置としてある。
向けられて燃料電池スタック23が車両サイドメンバー
42に搭載されているため、燃料電池スタック23の長
手方向が車両左右方向に向いており、車両客室前方また
は後方の車体空間34、35内での客室36側に寄せた
配置が可能になる。すなわち、燃料電池スタック23が
車体空間34、35内で車両前後方向に長く延びてエネ
ルギ吸収部42aまで延びることを防止できる。燃料電
池のセル積層方向が車両左右方向に向けられている場合
は変形侵入物が燃料電池スタック23に当たるとセル間
でずれが生じやすいが、これを防止するために、変形侵
入物が燃料電池スタック23に当たらないような燃料電
池スタック23の配置としてある。
【0021】燃料電池スタック23よりも客室36から
遠い側で燃料電池スタック23に近い位置に車両クロス
メンバー43が設けられているので、変形侵入物が燃料
電池スタック23側に侵入してきても、クロスメンバー
43で止まる。その結果、変形侵入物から燃料電池スタ
ック23を保護できる。車両クロスメンバー43は従来
この位置にないが、配置位置をこの位置に変えることに
より、燃料電池スタック23の保護に使用できる。
遠い側で燃料電池スタック23に近い位置に車両クロス
メンバー43が設けられているので、変形侵入物が燃料
電池スタック23側に侵入してきても、クロスメンバー
43で止まる。その結果、変形侵入物から燃料電池スタ
ック23を保護できる。車両クロスメンバー43は従来
この位置にないが、配置位置をこの位置に変えることに
より、燃料電池スタック23の保護に使用できる。
【0022】隔壁44が設けられているので、燃料電池
スタック23が隔壁前方部位または後方部位から隔壁4
4で遮断され、変形侵入物から燃料電池スタック23を
より一層保護できる。隔壁44は、保温・遮熱効果があ
り、低温凍結防止作用を奏する。また、隔壁44は、飛
石、被水に対しても燃料電池スタック23を保護する。
スタック23が隔壁前方部位または後方部位から隔壁4
4で遮断され、変形侵入物から燃料電池スタック23を
より一層保護できる。隔壁44は、保温・遮熱効果があ
り、低温凍結防止作用を奏する。また、隔壁44は、飛
石、被水に対しても燃料電池スタック23を保護する。
【0023】燃料電池スタック23が、フォースリミッ
タ付きマウント45によって車両サイドメンバー42に
搭載されているので、設定G(加速度)に達すると、ス
タック23が車両サイドメンバー42に対してスライド
し、スタック23の慣性のG(加速度)が過大になら
ず、慣性のGによってスタック内部が破損することを防
止できる。燃料電池スタック23がセル積層方向を車両
左右方向に向けて配置されていて慣性のGの力がセル面
と平行に働くので、その荷重によってセルずれが起こら
ないように、過大なGが生じないようにすることは大切
なことであるが、フォースリミッタ付きマウント45に
よってそれが達成される。
タ付きマウント45によって車両サイドメンバー42に
搭載されているので、設定G(加速度)に達すると、ス
タック23が車両サイドメンバー42に対してスライド
し、スタック23の慣性のG(加速度)が過大になら
ず、慣性のGによってスタック内部が破損することを防
止できる。燃料電池スタック23がセル積層方向を車両
左右方向に向けて配置されていて慣性のGの力がセル面
と平行に働くので、その荷重によってセルずれが起こら
ないように、過大なGが生じないようにすることは大切
なことであるが、フォースリミッタ付きマウント45に
よってそれが達成される。
【0024】また、スライドを許容する構造では、スラ
イド量が大きくなると配管などに荷重がかかるので、そ
れを防止するために、スライド量をある量までに抑制す
ることが必要になるが、単にストッパーにあてて止める
と、ストッパーに当たった時の衝撃により燃料電池に損
傷が生じるので、それを防止しなければならない。その
ために、緩衝材46が設けられている。この構造によ
り、フォースリミッタ作動時にスライド先で緩衝材46
で燃料電池スタック23が過大な衝撃を生じることなく
受け止められる。
イド量が大きくなると配管などに荷重がかかるので、そ
れを防止するために、スライド量をある量までに抑制す
ることが必要になるが、単にストッパーにあてて止める
と、ストッパーに当たった時の衝撃により燃料電池に損
傷が生じるので、それを防止しなければならない。その
ために、緩衝材46が設けられている。この構造によ
り、フォースリミッタ作動時にスライド先で緩衝材46
で燃料電池スタック23が過大な衝撃を生じることなく
受け止められる。
【0025】
【発明の効果】請求項1の燃料電池スタック車両搭載構
造によれば、燃料電池スタックを車両客室前方または後
方の車体空間内に客室側に寄せて配置したので、クラッ
シュエリアを最大限広くとることができ、変形侵入物か
ら燃料電池スタックを保護できる。請求項2の燃料電池
スタック車両搭載構造によれば、車両サイドメンバーの
エネルギ吸収部よりも客室側に近い部位に燃料電池スタ
ックを搭載したので、車両衝突時に変形侵入物が燃料電
池スタックまで変形侵入しにくく、変形侵入物から燃料
電池スタックを保護できる。請求項3の燃料電池スタッ
ク車両搭載構造によれば、燃料電池のセル積層方向を車
両左右方向に向けて、燃料電池スタックを車両サイドメ
ンバーに搭載したので、請求項1、2ののスタック配置
をとることが可能になる。請求項4の燃料電池スタック
車両搭載構造によれば、燃料電池スタックよりも客室か
ら遠い側に車両クロスメンバーを設けたので、変形侵入
物がクロスメンバーで止まり、変形侵入物から燃料電池
スタックを保護できる。請求項5の燃料電池スタック車
両搭載構造によれば、隔壁を設けたので、燃料電池スタ
ックを隔壁前方部位または後方部位から遮断でき、変形
侵入物から燃料電池スタックを保護できる。また、隔壁
により、低温凍結を防止でき、飛石、被水に対しても燃
料電池スタックを保護できる。請求項6の燃料電池スタ
ック車両搭載構造によれば、マウントをフォースリミッ
タ付きとしたので、設定G(加速度)に達すると、スタ
ックをスライドさせ、車両衝突時慣性によってスタック
内部が破損することを防止できる。請求項7の燃料電池
スタック車両搭載構造によれば、緩衝材を設けたので、
フォースリミッタ作動時にスライド先で緩衝材で燃料電
池スタックを受け止めることができる。
造によれば、燃料電池スタックを車両客室前方または後
方の車体空間内に客室側に寄せて配置したので、クラッ
シュエリアを最大限広くとることができ、変形侵入物か
ら燃料電池スタックを保護できる。請求項2の燃料電池
スタック車両搭載構造によれば、車両サイドメンバーの
エネルギ吸収部よりも客室側に近い部位に燃料電池スタ
ックを搭載したので、車両衝突時に変形侵入物が燃料電
池スタックまで変形侵入しにくく、変形侵入物から燃料
電池スタックを保護できる。請求項3の燃料電池スタッ
ク車両搭載構造によれば、燃料電池のセル積層方向を車
両左右方向に向けて、燃料電池スタックを車両サイドメ
ンバーに搭載したので、請求項1、2ののスタック配置
をとることが可能になる。請求項4の燃料電池スタック
車両搭載構造によれば、燃料電池スタックよりも客室か
ら遠い側に車両クロスメンバーを設けたので、変形侵入
物がクロスメンバーで止まり、変形侵入物から燃料電池
スタックを保護できる。請求項5の燃料電池スタック車
両搭載構造によれば、隔壁を設けたので、燃料電池スタ
ックを隔壁前方部位または後方部位から遮断でき、変形
侵入物から燃料電池スタックを保護できる。また、隔壁
により、低温凍結を防止でき、飛石、被水に対しても燃
料電池スタックを保護できる。請求項6の燃料電池スタ
ック車両搭載構造によれば、マウントをフォースリミッ
タ付きとしたので、設定G(加速度)に達すると、スタ
ックをスライドさせ、車両衝突時慣性によってスタック
内部が破損することを防止できる。請求項7の燃料電池
スタック車両搭載構造によれば、緩衝材を設けたので、
フォースリミッタ作動時にスライド先で緩衝材で燃料電
池スタックを受け止めることができる。
【図1】本発明実施例の燃料電池スタック車両搭載構造
を用いて燃料電池を搭載した車両の前部の概略平面図で
ある。
を用いて燃料電池を搭載した車両の前部の概略平面図で
ある。
【図2】図1の燃料電池搭載車両の前部の断面図であ
る。
る。
【図3】本発明実施例の燃料電池スタック車両搭載構造
を用いて燃料電池を搭載した車両の概略平面図(各部へ
の燃料電池搭載構造を示す図)である。
を用いて燃料電池を搭載した車両の概略平面図(各部へ
の燃料電池搭載構造を示す図)である。
【図4】図3の車両の概略断面図である。
【図5】本発明実施例の燃料電池スタック車両搭載構造
が適用される燃料電池の全体概略図である。
が適用される燃料電池の全体概略図である。
【図6】図5の燃料電池の一部拡大断面図である。
10 (固体高分子電解質型)燃料電池
11 電解質膜
12 触媒層
13 拡散層
14 電極(アノード、燃料極)
15 触媒層
16 拡散層
17 電極(カソード、空気極)
18 セパレータ
19 モジュール
20 ターミナル
21 インシュレータ
22 エンドプレート
23 スタック
24 テンションプレート
25 ボルト
26 冷媒流路(冷却水流路)
27 燃料ガス流路
28 酸化ガス流路
29 冷媒マニホールド
30 燃料ガスマニホールド
31 酸化ガスマニホールド
32 プレッシャプレート
33 ばね機構
34、35 車体空間
36 客室
37 ダッシュパネル
38 フロントバンパー
39 フード
40 後部座席
41 リヤバンパー
42 車両サイドメンバー
42a エネルギ吸収部
43 車両クロスメンバー
44 隔壁
45 フォースリミッタ付きマウント
46 長穴
47 ボルト
48 緩衝材
Claims (7)
- 【請求項1】 車両客室前方または後方の車体空間内に
燃料電池スタックを搭載した燃料電池スタック車両搭載
構造であって、前記燃料電池スタックを前記車両客室前
方または後方の車体空間内に前記客室側に寄せて配置し
た燃料電池スタック車両搭載構造。 - 【請求項2】 車両客室前方または後方の車体空間内に
燃料電池スタックを搭載した燃料電池スタック車両搭載
構造であって、車両サイドメンバーのエネルギ吸収部よ
りも客室側に近い部位に燃料電池スタックを搭載した燃
料電池スタック車両搭載構造。 - 【請求項3】 前記燃料電池のセル積層方向を車両左右
方向に向けて、前記燃料電池スタックを車両サイドメン
バーに搭載した請求項1または請求項2記載の燃料電池
スタック車両搭載構造。 - 【請求項4】 前記燃料電池スタックよりも前記客室か
ら遠い側に車両クロスメンバーを設けた請求項1〜3の
何れかに記載の燃料電池スタック車両搭載構造。 - 【請求項5】 前記燃料電池スタックに隔壁を設けた請
求項4記載の燃料電池スタック車両搭載構造。 - 【請求項6】 前記燃料電池スタックを車両サイドメン
バーにフォースリミッタ付きマウントにより取り付けた
請求項1〜3の何れかに記載の燃料電池スタック車両搭
載構造。 - 【請求項7】 前記燃料電池スタックの移動許容端部で
前記燃料電池スタックを受け止める緩衝材を設けた請求
項6記載の燃料電池スタック車両搭載構造。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001315221A JP2003123779A (ja) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | 燃料電池スタック車両搭載構造 |
| US10/243,824 US20030070858A1 (en) | 2001-10-12 | 2002-09-16 | Mounting structure of a fuel cell stack to a vehicle |
| DE10247304A DE10247304A1 (de) | 2001-10-12 | 2002-10-10 | Montieraufbau eines Brennstoffzellenstapels an einem Fahrzeug |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001315221A JP2003123779A (ja) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | 燃料電池スタック車両搭載構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003123779A true JP2003123779A (ja) | 2003-04-25 |
Family
ID=19133421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001315221A Pending JP2003123779A (ja) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | 燃料電池スタック車両搭載構造 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030070858A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003123779A (ja) |
| DE (1) | DE10247304A1 (ja) |
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005068241A1 (ja) * | 2004-01-20 | 2005-07-28 | Honda Motor Co., Ltd. | 燃料電池システムの車両搭載構造 |
| JP2005271878A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Nissan Motor Co Ltd | 車体下部構造 |
| JP2007050803A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Mazda Motor Corp | 自動車のバッテリ搭載構造 |
| JP2007050802A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Mazda Motor Corp | 自動車のバッテリ搭載構造 |
| JP2007050801A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Mazda Motor Corp | 自動車のバッテリ搭載構造 |
| JP2007238013A (ja) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Toyota Motor Corp | 燃料電池自動車 |
| KR100799221B1 (ko) | 2006-04-28 | 2008-01-30 | 서진산업 주식회사 | 하이브리드형 차량용 샤시 프레임 |
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