JP2004095345A - Fuel cell electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池車両に関し、特に燃料電池システムを構成するユニットのうち、耐熱性に劣る構成ユニットの熱対策に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池車両の主たる構成要素である燃料電池システムは、幾多のユニットで構成されており、燃料電池や二次電池等の比較的重量のある構成ユニットがある一方、比較的軽量な構成ユニットもあるし、更には燃料電池や改質器等のように高温になる構成ユニットがあれば、二次電池等のように熱的に許容値の低い構成ユニットもある。
重い構成ユニットおよび軽い構成ユニットの配置に関しては従来、特開2001−071753号広報に示されているように重い構成ユニットと軽い構成ユニットの配置を、車両重量の左右バランスが改善されるようなものとして、車両の操縦安定性や回頭性への悪影響を抑制する技術がすでに提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のような構成ユニットの配置では耐熱を考慮した配置でないため、耐熱性に劣る構成ユニットの耐熱のために遮熱板を設置する必要や、高温を発する構成ユニットの熱が周辺の構成ユニットに影響を及ぼさないよう遮断するための仕切板を設置する必要があり、その結果、重量増、コスト増、部品搭載スペースの増大によるキャビンやトランクスペースの減少を招くという問題があった。
【0004】
本発明は、上記のような遮熱のための追加部品を要することなく、耐熱性に劣る構成ユニットの耐熱性を確保し得るようにして、上記重量増、コスト増、スペース上の問題を解消した燃料電池車両を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この目的のため、本発明による燃料電池車両は、請求項1に記載のごとく、
車輪駆動用の燃料電池システムを構成するユニットを、高温を発するユニットグループと耐熱性に劣るユニットグループとに車体左右方向で分離して車体に搭載したことを特徴とするものである。
【0006】
【発明の効果】
かかる本発明の燃料電池車両によれば、燃料電池システムの構成ユニットを、高温を発生するユニットグループと耐熱性に劣るユニットグループとにグループ分けし、これらユニットグループを車両の左右方向に分離して車体床下部分に搭載したから、
高温を発生する構成ユニットと耐熱性に劣る構成ユニットとが車両前後方向に並ぶことはなく、例えば車両前部に配置された高温発生ユニットの熱が、走行風に乗って車両後部の耐熱性に劣る構成ユニットに影響するのを回避することができる。
【0007】
しかもこの作用効果を、上記構成ユニットのグループ分けと、これら2個のユニットグループの左右分離配置とにより達成したから、
遮熱や断熱のための追加部品を必要とすることなしに上記の作用効果を奏し得て、部品の追加による重量増、コスト増、およびスペース上の問題を生ずることもない。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態になる燃料電池車両の駆動系を示す平面図、図2は、同燃料電池車両の側面図、図3は、同じくその縦断側面図である。
本実施の形態においては、図1に示すごとくサスペンションブッシュ1a,2aを含むサスペンション装置1,2により車体(図示せず)に懸架された左右後輪3L,3Rを従動輪とし、左右前輪4L,4Rを駆動ユニット5により駆動される前輪駆動車として構成する。
【0009】
ここで、上記の駆動ユニット5は駆動モーター6および減速機7を同軸に並置して構成し、これら同軸並置した駆動モーター6および減速機7を、駆動モーター6が車両の右側に位置し、減速機7が車両の左側に位置するよう配置して、左右前輪4L,4Rの回転軸線に沿うよう車両前部に横置きする。
なお駆動モーター6からの回転は減速機7により減速され、トルク増大下に左右前輪4L,4Rに伝達され、これら前輪を駆動するが、このとき駆動モーター6は熱を発生する。
【0010】
駆動モーター6への電力は基本的に、燃料電池8と、改質装置9と、空気系補機10と、燃料タンク11と、二次電池12と、駆動モジュール13とで構成される燃料電池システムによって、以下のごとくにこれを賄う。
改質装置9は、燃料タンク11から燃料を供給され、この燃料を後で詳述するように改質し、これから水素ガスを分離して燃料電池8に供給する。
一方で空気補機10は、空気ダクト14から吸入した空気を後で詳述するように処理した清浄な空気を燃料電池8に供給する。
燃料電池8は、改質装置9からの水素ガスおよび空気補機10からの清浄空気を基に電力を発生させ、この電力を駆動モーター6の駆動に供して車両を走行させる。
【0011】
ところで、運転者が図示せざるアクセルペダルを大きく踏み込む急加速時などでは、燃料電池8からの電力のみで必要電力の全てを賄いきれないことから動力不足となる。
この時は二次電池12の電力を、駆動モジュール13による制御下で駆動モーター6に供給して駆動力の補佐を行う。
二次電池12および駆動モジュール13は更に、車両の減速時における逆駆動力を電気エネルギーに変換する回生ブレーキからの電力を蓄電する用もなす。
【0012】
燃料電池8、改質装置9および空気系補機10、特に燃料電池8および改質装置9は高熱を発生するためこれを冷却する必要があり、このためにラジエータ15を設け、これからの冷媒供給管16aを燃料電池8および改質装置9に至らしめ、燃料電池8および改質装置9に通流した後の冷媒を冷媒戻り管16bを経てラジエータ15に戻すようになす。
駆動モーター6および減速機7も高熱を発生するためこれを冷却する必要があり、これらと駆動モジュール13の冷却用にラジエータ17を設け、これからの冷媒供給管18aを駆動モーター6、減速機7および駆動モジュール13に至らしめ、駆動モーター6、減速機7および駆動モジュール13に通流した後の冷媒を冷媒戻り管18bを経てラジエータ17に戻すようになす。
【0013】
改質装置9および空気系補機10は図4にその詳細を示すごときものとする。
先ず改質装置9を説明するに、これを概ね、蒸発器201と、水蒸気改質反応器202と、水素分離膜203aを内蔵した分離装置203と、クーラー204と、加湿器205と、コンプレッサ206と、循環ポンプ207と、コンプレッサ208と、燃焼器209とで構成する。
燃料タンク11内にはエタノールおよび水を成分とする液体燃料を貯蔵しておき、蒸発器201はこの液体燃料から水とエタノールからなる蒸気を作る。
水蒸気改質反応器202は、この蒸気を水素ガスと一酸化炭素ガスとからなる改質ガスにする。
改質ガスは分離装置203の水素分離膜203aにより、水素ガスと一酸化炭素ガスとに分離され、水素ガスはクーラー204へと向かわせ、一酸化炭素ガスは燃焼器209へ向かわせる。
水素ガスはクーラー204で冷却された後、加湿器205により加湿され、その後に燃料電池8に供給される。
【0014】
空気系補機10は同じく図4に示すように、コンプレッサ210と、クーラー211と、加湿器212とで構成する。
コンプレッサ210は空気ダクト14(図1参照)から吸入した空気を圧搾してクーラー211に送給し、このクーラー211で冷却した後の空気を加湿器212で加湿し、この清浄空気を燃料電池8に供給する。
燃料電池8は、加湿器205からの水素ガスと、加湿器212からの空気とを基に電力を発生させて、この発生電力を駆動モーター6に供給する。
この時燃料電池8から排出される排水素および排空気のうち、排水素はコンプレッサ206で凝縮された後循環ポンプ207により分離装置203に戻されて循環利用され、他方で排空気はコンプレッサ208により凝縮されて燃焼器209戻されて循環利用される。
【0015】
改質装置9における蒸発器201は上記の作用中に排気を発生し、これを、図1に示すごとく車体後方の床下部分に配した排気装置19を経て外部に排出する。
改質装置9における蒸発器201は更に上記の作用中に熱を発生するから、これを前記したラジエータ15により冷却する。
【0016】
以上の構成になる燃料電池車両において、二次電池12を含む燃料電池システムの構成ユニット、つまり燃料電池8、改質装置9、空気系補機10、燃料タンク11、二次電池12、および駆動モジュール13は、図2および図3に明示するごとく車体床20の下部に配置するが、この配置に際し本実施の形態においては特に図1に示すごとく、高温を発生する燃料電池8、改質装置9および空気系補機10の構成ユニットグループ21と、耐熱性に劣る二次電池12および駆動モジュール13の構成ユニットグループ22とにグループ分けする。
しかして燃料タンク11は、その占有スペースが大きくて設置場所が限られることから、従前通り後輪サスペンション装置1,2に近い後部の車幅方向中程に配置する。
【0017】
そして、上記のごとくにグループ分けした高温を発生する構成ユニットのグループ21と、耐熱性に劣る構成ユニットのグループ22とは、車両の左右方向(車幅方向)に分離して車体床下部分に搭載する。
この時、発熱量の大きな駆動モーター6が位置する車両左右方向の側(図示例では、図1に示すごとく車幅方向右側)に高温を発生するユニットグループ21が位置し、車幅方向反対側に耐熱性に劣るユニットグループ22が位置するよう上記の分離配置を実行する。
【0018】
なお、ユニットグループ21,22の車体床下部分への搭載に当たっては、図3に空気系補機10および二次電池12に関して明示するように、それぞれをケース23,24内に収納し、これらケース23,24を車体床下部分を成す車体両側のサイドメンバ25,26および車幅方向中程のセンターメンバ27にボルト・ナット装置28等により取着して搭載するのがよい。
【0019】
なお本実施の形態においては更に、前記のごとくグループ分けして車両の左右方向(車幅方向)に分離して配置した、高温を発生するユニットグループ21と、耐熱性に劣るユニットグループ22との間に、図1〜図3に示すごとく導風板29を介在させ、これにより車両走行中の走行風がユニットグループ21,22間で熱を往来させるのを防止し得るようになす。
この導風板29は図1および図2に示すように、ユニットグループ21,22間から更に駆動モーター6を越えて車両前方に延在させ、前端が駆動モーター収納室の前縁に位置するようになし、また後方には燃料電池システムの後端位置まで延在させる。
導風板29は図3に示すように車体センターメンバ27にボルト・ナット装置30等により取着し、下端を燃料電池システムよりも下方まで延在させる。
【0020】
上記した本実施の形態になる燃料電池車両においては、燃料電池システムの構成ユニットを、高温を発生するユニットグループ21と耐熱性に劣るユニットグループ22とにグループ分けし、これらユニットグループ21,22を車両の左右方向に分離して車体床下部分に搭載したため、
高温を発生する構成ユニット8〜10と耐熱性に劣る構成ユニット12,13とが車両前後方向に並ぶことはなく、例えば車両前部に配置された高温発生ユニットの熱が、走行中に走行風に運ばれて車両後部の耐熱性に劣る構成ユニットに影響するのを回避することができる。
【0021】
しかもこの作用効果を、高温を発生するユニットグループ21と耐熱性に劣るユニットグループ22とのグループ分けと、これら2個のユニットグループ21,22の左右分離配置とにより達成したから、遮熱や断熱のための追加部品を必要とすることなしに上記の作用効果を奏し得て、部品の追加による重量増、コスト増、およびスペース上の問題を回避することができる。
【0022】
更に本実施の形態によれば、駆動モーター6が位置する車両左右方向の側に高温を発するユニットグループ21が位置するようユニットグループ21,22を車両左右方向に分離して配置したから、
駆動モーター6で発生した熱が車両走行風に乗って耐熱性に劣るユニットグループ22に至るのも回避することができ、当該ユニットグループ22の耐熱性を更に向上させることができる。
また、耐熱性に劣るユニットグループ22に二次電池12および駆動モジュール13を含ませたことで、熱に弱いこれら二次電池12および駆動モジュール13が熱の影響を受けて性能劣化するのを回避することができる。
【0023】
本実施の形態においてはまた、車体左右方向に分離させて配置したユニットグループ21,22間に、これらユニットグループ間での熱風流の往来を防止する導風板29を介在させたため、
高温発生ユニット8〜10の熱が、走行中に走行風に運ばれて耐熱性に劣る構成ユニット12,13に達するのを更に確実に回避することができ、前記の作用効果を一層顕著なものにし得る。
しかも導風板29を、駆動モーター6を越えて車両の駆動モーター収納室前縁まで前方に延在させ、後方には燃料システムの後端位置まで延在させたため、
駆動モーター6の熱が、走行中に走行風に運ばれて耐熱性に劣る構成ユニット12,13に達するのも更に確実に回避することができ、この点においても前記の作用効果を一層顕著なものにし得る。
【0024】
図5は、本発明の他の実施の形態になる燃料電池車両を示し、本実施の形態においては、導風板29の後端部29aを燃料電池システムの後端位置から更に、高温を発生するユニットグループ21が存在する側へ向け車両横方向に折曲して延在させ、この導風板後端折曲部29aを高温を発生するユニットグループ21と後輪サスペンション装置1,2との間に位置させ、導風板後端折曲部29aの後方に燃料タンク11を配置する。
かかる構成とした本実施の形態によれば、高温を発生するユニットグループ21からの熱が走行風により後輪サスペンション装置1,2の弾性ブッシュ1a,2aや燃料タンク11まで運ばれるのを導風板後端折曲部29aにより防止することができ、これらの耐熱性を向上させることができる。
【0025】
図6は、本発明の更に他の実施の形態になる燃料電池車両を示し、本実施の形態においては、導風板29の下端部29bを、H1−H2だけ燃料電池システムを越えて車体下方に向け突出させ、導風版29の少なくとも下方突出部29bを弾性体で構成し、これをボルト・ナット装置31などで導風板29の本体に取着する。
かように導風板29の下端部29bを、燃料電池システムを越えて車体下方に向け突出させる場合、耐熱性に劣る構成ユニット12,13や、燃料タンク11や、弾性ブッシュ1a,2aの耐熱性能の向上が前記に増して顕著なものとなる。
また、導風版29の少なくとも下方突出部29bを弾性体で構成したことにより、当該導風版下方突出部29bが走行中に路面と干渉した時に導風板29が破損するのを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態になる燃料電池車両を示す概略平面図である。
【図2】同燃料電池車両の概略側面図である。
【図3】同燃料電池車両の縦断正面図である。
【図4】同燃料電池車両における改質装置および空気系補機の機能別ブロック線図である。
【図5】本発明の他の実施の形態になる燃料電池車両を示す、図1と同様な概略平面図である。
【図6】本発明の更に他の実施の形態になる燃料電池車両を示す、図3と同様な縦断正面図である。
【符号の説明】
1,2 後輪サスペンション装置
1a,2a 弾性ブッシュ
3L,3R 左右後輪
4L,4R 左右前輪
5 駆動ユニット
6 駆動モーター
7 減速機
8 燃料電池
9 改質装置
10 空気系補機
11 燃料タンク
12 二次電池
13 駆動モジュール
14 空気ダクト
15 ラジエータ
16a 冷媒供給管
16b 冷媒戻り管
17 ラジエータ
18a 冷媒供給管
18b 冷媒戻り管
19 排気装置
20 車体床
21 高温を発生するユニットグループ
22 耐熱性に劣るユニットグループ
23 空気系補機ケース
24 二次電池ケース
25,26 車体サイドメンバ
27 車体センターメンバ
29 導風板
29a 導風板後端折曲部
29b 導風板下方突出部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell vehicle, and more particularly to a measure against heat of a unit having poor heat resistance among units constituting a fuel cell system.
[0002]
[Prior art]
A fuel cell system, which is a main component of a fuel cell vehicle, is composed of a number of units, some of which are relatively heavy, such as a fuel cell or a secondary battery, and some of which are relatively light. In addition, there are constituent units that become high in temperature, such as a fuel cell and a reformer, and there are constituent units, such as a secondary battery, that have a thermally low allowable value.
Conventionally, regarding the arrangement of the heavy constituent unit and the light constituent unit, the arrangement of the heavy constituent unit and the light constituent unit is changed so that the left-right balance of the vehicle weight is improved as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-077553. As a technique, a technique for suppressing an adverse effect on steering stability and turning performance of a vehicle has already been proposed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional arrangement of the constituent units is not an arrangement in consideration of heat resistance, it is necessary to install a heat shield plate for heat resistance of the constituent units having inferior heat resistance, and the heat of the constituent units that emits high temperature is generated in the vicinity. It is necessary to install a partition plate for blocking so as not to affect the constituent units. As a result, there is a problem that the weight and cost increase, and the cabin and trunk space are reduced due to an increase in the space for mounting components.
[0004]
The present invention eliminates the above-mentioned problems of weight increase, cost increase, and space by enabling the heat resistance of a component unit having inferior heat resistance to be secured without requiring additional components for heat insulation as described above. It is an object of the present invention to provide a fuel cell vehicle.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
To this end, a fuel cell vehicle according to the invention is provided,
Units constituting a fuel cell system for driving wheels are separated into a unit group that emits high temperature and a unit group that is inferior in heat resistance and are mounted on the vehicle body in the lateral direction of the vehicle body.
[0006]
【The invention's effect】
According to such a fuel cell vehicle of the present invention, the constituent units of the fuel cell system are divided into a unit group that generates high temperature and a unit group that is inferior in heat resistance, and these unit groups are separated in the left-right direction of the vehicle. Because it was installed under the vehicle floor,
The component units that generate high temperature and the component units that are inferior in heat resistance do not line up in the front-rear direction of the vehicle.For example, the heat of the high-temperature generation unit disposed Influencing inferior component units can be avoided.
[0007]
Moreover, this effect was achieved by the grouping of the constituent units and the left and right separated arrangement of these two unit groups.
The above operation and effect can be achieved without requiring additional parts for heat shielding and heat insulation, and there is no increase in weight, cost and space due to the addition of parts.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view showing a drive system of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of the fuel cell vehicle, and FIG.
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, left and right
[0009]
Here, the
The rotation from the
[0010]
Electric power to the
The reformer 9 is supplied with fuel from the fuel tank 11, reforms the fuel as described in detail later, separates hydrogen gas therefrom and supplies it to the
On the other hand, the
The
[0011]
By the way, when the driver depresses the accelerator pedal (not shown) greatly, for example, during rapid acceleration or the like, the power from the
At this time, the power of the
The
[0012]
The
Since the
[0013]
The reformer 9 and the pneumatic auxiliary 10 are shown in detail in FIG.
First, the reformer 9 will be described. The
Liquid fuel containing ethanol and water as components is stored in the fuel tank 11, and the
The
The reformed gas is separated into hydrogen gas and carbon monoxide gas by the
After being cooled by the
[0014]
As shown in FIG. 4, the pneumatic
The
The
At this time, of the exhaust hydrogen and the exhaust air discharged from the
[0015]
The
Since the
[0016]
In the fuel cell vehicle configured as described above, the constituent units of the fuel cell system including the
Since the occupied space of the fuel tank 11 is large and the installation place is limited, the fuel tank 11 is disposed in the middle of the rear part near the rear
[0017]
The
At this time, the
[0018]
In mounting the
[0019]
In the present embodiment, a
As shown in FIGS. 1 and 2, the
As shown in FIG. 3, the
[0020]
In the above-described fuel cell vehicle according to the present embodiment, the constituent units of the fuel cell system are divided into a
The
[0021]
In addition, since this function and effect is achieved by the grouping of the
[0022]
Further, according to the present embodiment, the
It is also possible to prevent the heat generated by the
In addition, by including the
[0023]
In the present embodiment, the
The heat of the high-
In addition, since the
It is possible to more reliably prevent the heat of the
[0024]
FIG. 5 shows a fuel cell vehicle according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the
According to the present embodiment having such a configuration, the heat from the
[0025]
FIG. 6 shows a fuel cell vehicle according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the
When the
Further, since at least the lower protruding
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic side view of the fuel cell vehicle.
FIG. 3 is a vertical sectional front view of the fuel cell vehicle.
FIG. 4 is a functional block diagram of a reformer and an air system auxiliary device in the fuel cell vehicle.
FIG. 5 is a schematic plan view similar to FIG. 1, showing a fuel cell vehicle according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional front view similar to FIG. 3, showing a fuel cell vehicle according to still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 2 rear
Claims (8)
前記燃料電池システムの構成ユニットを、高温を発するユニットグループと耐熱性に劣るユニットグループとにグループ分けし、これら2個のユニットグループを車両の左右方向に分離して車体床下部分に搭載したことを特徴とする燃料電池車両。In a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system for driving wheels including a secondary battery under the floor of the vehicle body,
The constituent units of the fuel cell system are divided into a unit group that emits high temperature and a unit group that is inferior in heat resistance, and these two unit groups are separated in the left-right direction of the vehicle and mounted on the lower part of the vehicle body floor. Characteristic fuel cell vehicle.
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