JP2004122972A - 自動車 - Google Patents

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Abstract

【課題】乗員室や車両後方のトランクルームの十分なスペースを確保する。
【解決手段】水素タンク２１を、車両の前部スペース６１の左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲが取り付けられた車軸の近傍に、長手方向が車両の左右方向になるように、且つ、その高さが前部バンパー６４の取り付け位置の高さに一致するように配置する。この結果、車両後部のトランクルーム６２のスペースや乗員室のスペースを確保することができると共に水素タンク２１の荷重を左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲに直接作用させることができる。また、車両の左右の重量バランスを良好なものにすることができる。さらに、水素タンク２１の高さを前部バンパー６４の取り付け位置と同じ高さにすることにより、車両が衝突したときの水素タンク２１への衝撃を小さくすることができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の自動車としては、車両の前方の車軸または後方の車軸の近傍に燃料電池を配置すると共に燃料電池に燃料を供給する燃料タンクを燃料電池の近傍の乗員室床下に配置するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、こうした配置により乗員室と車両貯蔵空間を減少させることなく燃料電池に水素を供給することができる、とされている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２５３２４８号公報（図３，図５）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした自動車のように燃料タンクを乗員室床下に配置するものは、燃料タンクの容量を大きくすれば、乗員室内のスペースを圧迫することになり、燃料タンクの大型化と乗員室内のスペースの拡大化を両立することは困難であった。また、タクシー車両によく用いられているように、燃料タンクを車両後方のトランクルーム内に配置することも考えられるが、この場合、トランクルームの容量が小さくなってしまう。
【０００５】
本発明の自動車は、乗員室や車両後方のトランクルームの十分なスペースを確保することを目的の一つとする。また、本発明の自動車は、車両の良好な荷重バランスを確保することを目的の一つとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の自動車は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の自動車は、
気体燃料を用いて走行用の動力を出力する動力出力装置と、
車両の前方の車軸近傍に配置され、前記動力出力装置に供給する気体燃料を蓄える燃料タンクと、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の自動車では、気体燃料を用いて走行用の動力を出力する動力出力装置に供給する気体燃料を蓄える燃料タンクを車両の前方の車軸近傍に配置するから、乗員室や車両後方のトランクルームのスペースを損なうことがない。即ち、乗員室や車両後方のトランクルームの十分なスペースを確保することができる。また、燃料タンクを車軸の近傍に配置することにより、燃料タンクの荷重を直接的に車軸に作用させることができるから、燃料タンクの支持部材の軽量化を図ることができる。なお、「燃料タンク」は、気体燃料として水素または水素を含有する水素含有ガスを蓄えるタンクであるものとすることもできる。
【０００９】
こうした本発明の自動車において、車両の最前部に前方からの衝突に対する衝撃吸収部材を備え、前記燃料タンクはその一部が前記衝撃吸収部材の高さとなるよう取り付けられてなるものとすることもできる。こうすれば、車両が衝突したときの燃料タンクへの衝撃を小さなものにすることができる。
【００１０】
また、本発明の自動車において、前記燃料タンクは、長手方向が車両の左右方向となるよう配置されてなるものとすることもできる。こうすれば、左右の荷重バランスのよい車両とすることができる。
【００１１】
さらに、本発明の自動車において、前記動力出力装置は前記気体燃料の供給を受けて発電する燃料電池を備えるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池搭載車の燃料タンクの搭載構造とすることができる。
【００１２】
こうした燃料電池搭載車の態様の本発明の自動車において、前記燃料電池は、乗員室内に配置されてなるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池の外気との接触に影響を小さくすることができる。この場合、燃料電池は、乗員座席下方に配置されてなるものとしたり、さらに、前部乗員座席下方または後部乗員座席下方に積層方向が車両の左右方向となるように配置されてなるものとすることもできる。こうすれば、乗員室内のデッドスペースを活用することができると共に左右の荷重バランスのよい車両とすることができる。
【００１３】
また、燃料電池搭載車の態様の本発明の自動車において、前記動力出力装置は前記燃料電池により発電された電力により充電可能な蓄電手段を備えるものとすることもできる。この態様の本発明の自動車において、前記蓄電手段は、乗員座席下方に配置されてなるものとすることもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は本発明の一実施例である燃料電池搭載車両１０の構成の概略を示す平面図であり、図２は実施例の燃料電池搭載車両１０のＡ−Ａ面の断面図であり、図３は実施例の燃料電池搭載車両１０を機能ブロックで示すブロック図である。
【００１５】
実施例の燃料電池搭載車両１０は、図示するように、左前輪ＦＷＬに組み込まれた左車輪用モータ１１と、右前輪ＦＷＲに組み込まれた右車輪用モータ１２と、フロントシート１４の座席下に配置された二次電池４０と、リアシート１７の座席下に配置された燃料電池２０および補機ユニット３０と、車両前部に配置されて燃料電池２０に供給する水素を蓄える水素タンク２１と、燃料電池２０の冷却水の熱を放熱する放熱器３２と、車両の駆動系全体をコントロールするパワーコントロールユニット（以下ＰＣＵという）５０とを備える。
【００１６】
左車輪用モータ１１および右車輪用モータ１２は、例えば三相同期発電電動機として構成されており、ホイールインモータとして左前輪ＦＷＬおよび右前輪ＦＷＲに組み込まれている。この左車輪用モータ１１および右車輪用モータ１２は、図３に示すように、燃料電池２０や二次電池４０から出力される直流電流が分配器２７により分配されてインバータ１１ａおよびインバータ１２ａによって三相交流に変換されて供給されることにより、左前輪ＦＷＬおよび右前輪ＦＷＲに回転駆動力を出力し、燃料電池搭載車両１０を走行させる。なお、左後輪ＲＷＬおよび右後輪ＲＷＲは従動輪である。
【００１７】
フロントシート１４は、乗員室内に設置された二列のシートのうちの前列のシートであり、運転席と助手席とからなる。また、リアシート１７は、これら二列のシートのうちの後列のシートであり、いわゆるベンチシートである。燃料電池搭載車両１０の左側面及び右側面には、フロントシート１４とリアシート１７との間にセンタピラー６０，６０が立設されている。
【００１８】
燃料電池２０は、周知の固体高分子電解質型の燃料電池として構成されており、単セルを複数積層したスタック構造を有している。燃料電池２０を構成する各単セルでは、図３に示すように、水素タンク２１からの水素ガス（燃料ガス）がマスフロコントローラ２２で圧力・流量が調節された後に加湿器２３によって加湿されてアノード側に供給されると共にエアコンプレッサ１３によって圧力が調節された圧縮空気（酸化ガス）がカソード側に供給されることにより、所定の電気化学反応が生じて起電力を生じさせる。即ち、アノードでは水素がプロトンと電子とに分離し、アノードで分離したプロトンが固体高分子電解質膜を伝導してカソードに達すると共に同じくアノードで分離した電子が負荷を介して接続された電線を通ってカソードに達し、カソードでは酸素がプロトンと電子と結合して水が生成する、という電気化学反応が進行することにより、起電力が生じるのである。
【００１９】
この燃料電池２０は、図２に示すように、リアシート１７の下の乗員室内に積層方向が車両の左右方向となるように配置されている。ここで、乗員室内とは、乗員室側からアクセスできることをいい、乗員室側から燃料電池２０の取り付けなどが行なわれていることを意味する。このように乗員室内に燃料電池２０を配置することにより、外部からアクセスして取り付けた場合に比して、燃料電池２０の外気との接触による影響を小さくすることができる。また、燃料電池２０を積層方向が車両の左右方向となるよう配置することにより、車両の左右の重量バランスを良好なものにすることができる。
【００２０】
燃料電池２０と同様にリアシート１７の下に配置された補機ユニット３０には、既述のエアコンプレッサ１３やマスフロコントローラ２２，加湿器２３，燃料電池２０および二次電池４０からの出力電圧を所定の電圧まで降下させてエアコンプレッサ１３やマスフロコントローラ２２などに電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ２４，燃料電池２０から未反応のまま排出された水素ガスを再び燃料電池２０に供給する水素ガス循環ポンプ２５，燃料電池２０を冷却するために燃料電池２０に冷却水を循環させるウォータポンプ２６，燃料電池２０および二次電池４０の出力を分配する分配器２７，左車輪用モータ１１および右車輪用モータ１２に三相電力を供給するインバータ１１ａ，１２ａなどが組み込まれている。ここで、分配器２７は、左車輪用モータ１１や右車輪用モータ１２および補機類への電力供給を燃料電池２０および二次電池４０のいずれか一方または両方で行ったり燃料電池２０による二次電池４０の充電を行ったりするためのスイッチング回路である。なお、燃料電池２０を冷却する冷却水の循環流路に組み込まれた放熱器３２は、車両の最前部の外気が直接当たる位置に配置されている。
【００２１】
水素タンク２１は、車両の前部スペース６１の左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲの車軸の近傍に長手方向が車両の左右方向となるように、且つ、車両の前部の衝撃吸収部材である前部バンパー６４の取り付け位置と同じ高さとなるように配置されている。このように、水素タンク２１を車両の前部スペース６１に取り付けることにより、車両後部のトランクルーム６２のスペースを広く採ることができると共に乗員室のスペースを損なうことがない。また、水素タンク２１を左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲの車軸の近傍に取り付けることにより、水素タンク２１の荷重を左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲに直接作用させることができ、水素タンク２１を支持する部材の軽量化を図ることができる。さらに、水素タンク２１をその長手方向が車両の左右方向となるように配置することにより、車両の左右の重量バランスを良好なものにすることができる。また、水素タンク２１の高さを前部バンパー６４の取り付け位置と同じ高さにすることにより、車両が衝突したときの水素タンク２１への衝撃を小さくすることができる。
【００２２】
二次電池４０は、周知のニッケル水素二次電池を複数個直列に接続した構造として構成されており、リアシート１７の下に乗員室となるよう配置されている。二次電池４０は、ＰＣＵ５０の制御によって、車両の始動時に左車輪用モータ１１や右車輪用モータ１２に電力を供給したり、減速回生時に左車輪用モータ１１や右車輪用モータ１２により回生された電力を用いて充電したり、加速時に燃料電池２０からの発電電力に加えて左車輪用モータ１１や右車輪用モータ１２に電力を供給したり、負荷に応じて燃料電池２０からの電力により充電されたりする。なお、この二次電池４０は充放電可能な電池であればよく、ニッケル水素二次電池に限らず例えばニッカド二次電池やリチウム水素二次電池や鉛蓄電池などであってもよい。
【００２３】
ＰＣＵ５０は、図示しない周知のＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力ポートを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、車両の前部の水素タンク２１の上部に配置されている。このＰＣＵ５０には、アクセルペダルセンサのペダル位置や左車輪用モータ１１や右車輪用モータ１２の相電流，二次電池４０の残留容量値，図示しない各種センサからの検出信号が入力ポートを介して入力されており、ＰＣＵ５０は、こうした信号に基づいて左車輪用モータ１１や右車輪用モータ１２の駆動制御や、マスフロコントローラ２２およびエアコンプレッサ１３による供給ガスの供給制御などを実行する。
【００２４】
以上説明した燃料電池搭載車両１０によれば、水素タンク２１を車両の前部スペース６１に取り付けることにより、車両後部のトランクルーム６２のスペースや乗員室のスペースを損なうことがない。また、水素タンク２１を左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲの車軸の近傍に取り付けることにより、水素タンク２１の荷重を左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲに直接作用させることができると共に水素タンク２１を支持する部材の軽量化を図ることができる。さらに、水素タンク２１をその長手方向が車両の左右方向となるように配置することにより、車両の左右の重量バランスを良好なものにすることができる。また、水素タンク２１の高さを前部バンパー６４の取り付け位置と同じ高さにすることにより、車両が衝突したときの水素タンク２１への衝撃を小さくすることができる。
【００２５】
また、実施例の燃料電池搭載車両１０によれば、燃料電池２０をリアシート１７の下に配置することにより、乗員室のデッドスペースを有効利用することができる。また、燃料電池２０を乗員室内となるように配置するから、燃料電池２０の外気との接触による影響を小さくすることができる。この結果、燃料電池２０を良好な状態で運転することができる。さらに、燃料電池２０を積層方向が車両の左右方向となるよう配置することにより、車両の左右の重量バランスを良好なものにすることができる。
【００２６】
さらに、本発明の燃料電池搭載車両１０によれば、二次電池４０をフロントシート１４の下に配置することにより、乗員室のデッドスペースを有効利用することができる。
【００２７】
また、実施例の燃料電池搭載車両１０によれば、燃料電池２０の補機ユニット３０（マスフロコントローラ２２，加湿器２３，ＤＣ／ＤＣコンバータ２４，水素ガス循環ポンプ２５，ウォータポンプ２６，分配器２７，インバータ１１ａ，１２ａ）を燃料電池２０と共にリアシート１７の下に配置することにより、これらが別の場所に配置されている場合に比べてガス配管等の引き回しを簡素化することができる。また、これらはリアシート１７の下に燃料電池２０と車両前後方向よりも長い車両幅方向に並んで配置することにより、燃料電池２０と共にリアシート１７の下に収納しやすい配置とすることができる。
【００２８】
実施例の燃料電池搭載車両１０によれば、燃料電池２０や二次電池４０などを車両床面よりも上方に配置することにより、燃料電池２０や二次電池４０などを車両床面よりも下方に配置する場合に比べて、車両の最低地上高さを確保しやすいものとすることができる。
【００２９】
実施例の燃料電池搭載車両１０によれば、側面衝突時には、燃料電池搭載車両１０の左右側面のうちフロントシート１４とリアシート１７との間に立設されたセンタピラー６０，６０がその荷重を受けるため、燃料電池２０や二次電池４０をその衝撃から保護することができる。
【００３０】
実施例の燃料電池搭載車両１０では、水素タンク２１を左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲの車軸上方に長手方向が車両の左右方向となるように配置したが、水素タンク２１の長手方向が車両の前後方向となるように配置しても差し支えない。
【００３１】
また、実施例の燃料電池搭載車両１０では、水素タンク２１を前部バンパー６４の取り付け位置の高さとなるように配置したが、水素タンク２１を前部バンパー６４の取り付け位置の高さに完全に一致するように配置する必要はなく、その一部が前部バンパー６４の取り付け位置の高さに一致するように配置するものとしてもよく、あるいは、前部バンパー６４の取り付け位置の高さに一致しないよう配置するものとしても構わない。
【００３２】
さらに、実施例の燃料電池搭載車両１０では、燃料電池２０に水素ガス（燃料ガス）を供給する供給源として水素タンク２１を用いたが、水素タンク２１に代えて水素吸蔵合金を用いてもよいし炭化水素系燃料（例えばガソリンやメタノールなど）と水との反応により水素リッチなガスを生成する改質器を用いてもよい。
【００３３】
実施例の燃料電池搭載車両１０では、乗員室の車両前後方向に二列のシートを設けたが、三列以上のシートを設けてもよい。例えば三列のシートを設けた場合、最前列のシートをフロントシートとすると中列又は最後列のシートがリアシートとなり、中列のシートをフロントシートとすると最後列のシートがリアシートとなる。ここで、リアシートが最後列シートの場合にはリアシートの下方領域の後側境界を特に決める必要はないが、リアシートが最後列シートでない場合（例えば中列シートの場合）には最後列シートに着座する乗員の足元周りを考慮してリアシートの下方領域の後側境界をリアシートのシートバックの下端を含む仮想垂直面とすることが好ましい。
【００３４】
実施例の燃料電池搭載車両１０では、フロントシート１４の下に二次電池４０を配置すると共にリアシート１７の下に燃料電池２０と補機ユニット３０とを配置するものとしたが、フロントシート１４の下に燃料電池２０と補機ユニット３０とを配置すると共にリアシート１７の下に二次電池４０を配置するものとしてもよい。
【００３５】
実施例の燃料電池搭載車両１０では、リアシート１７の下に燃料電池２０と共に補機ユニット３０を配置したが、補機ユニット３０をトランクルーム６２などに配置するものとしても構わない。
【００３６】
実施例の燃料電池搭載車両１０では、燃料電池２０および二次電池４０の両方を左車輪用モータ１１および右車輪用モータ１２の駆動源として利用可能な構成を採用したが（制御上は、燃料電池２０および二次電池４０の両方で左車輪用モータ１１および右車輪用モータ１２を駆動する場合や、燃料電池２０および二次電池４０のいずれか一方のみで左車輪用モータ１１および右車輪用モータ１２を駆動する場合も含む）、燃料電池２０や二次電池４０のいずれか一方のみを左車輪用モータ１１および右車輪用モータ１２の駆動源として利用可能な構成を採用してもよく、例えば、一方の電池を左車輪用モータ１１や右車輪用モータ１２の駆動源として利用可能な構成とし他方の電池を別の機器（例えば補機類）の電源として利用可能な構成としてもよい。あるいは、両電池２０，４０以外に左車輪用モータ１１や右車輪用モータ１２の駆動源を有しており、両電池２０，４０の一方または両方はその駆動源を補助する役割を果たすようにしてもよい。このように、左車輪用モータ１１および右車輪用モータ１２は、燃料電池２０および二次電池４０の少なくとも一方を駆動源として利用可能なように構成されていればよい。
【００３７】
実施例の燃料電池搭載車両１０では、ホイールインモータとして左前輪ＦＷＬと右前輪ＦＷＲに組み込まれた左車輪用モータ１１および右車輪用モータ１２により走行するものとしたが、左前輪ＦＷＬおよび右前輪ＦＷＲに取り付けられた車軸にデファレンシャルギヤを介して走行用の動力を出力する単一のモータにより走行するものとしても構わない。
【００３８】
実施例では、燃料電池２０に水素を供給する水素タンク２１を車両の前部スペース６１に配置する燃料電池搭載車両１０として説明したが、気体燃料を用いて走行用の動力を出力する種々の動力出力装置に気体燃料を供給するための気体燃料タンクを車両の前部スペースに配置する車両としてもよい。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である燃料電池搭載車両１０の構成の概略を示す平面図である。
【図２】実施例の燃料電池搭載車両１０のＡ−Ａ面の断面図である。
【図３】実施例の燃料電池搭載車両１０を機能ブロックで示すブロック図である。
【符号の説明】
１０　燃料電池搭載車両、１１　左車輪用モータ、１２　右車輪用モータ、１１ａ，１２ａ　インバータ、１３　エアコンプレッサ、１４　フロントシート、１７　リアシート、２０　燃料電池、２１　水素タンク、２２　マスフロコントローラ、２３　加湿器、２４　ＤＣ／ＤＣコンバータ、２５　水素ガス循環ポンプ、２６　ウォータポンプ、２７　分配器、３０　補機ユニット、３２　放熱器、４０　二次電池、５０　ＰＣＵ、６０　センタピラー、６１　前部スペース６１、６２　トランクルーム、６４　前部バンパー、ＦＷＬ　左前輪、ＦＷＲ　右前輪、ＲＷＬ　左後輪、ＲＷＲ　右後輪。

Claims (10)

  1. 気体燃料を用いて走行用の動力を出力する動力出力装置と、
    車両の前方の車軸近傍に配置され、前記動力出力装置に供給する気体燃料を蓄える燃料タンクと、
    を備える自動車。
  2. 請求項１記載の自動車であって、
    車両の最前部に前方からの衝突に対する衝撃吸収部材を備え、
    前記燃料タンクは、その一部が前記衝撃吸収部材の高さとなるよう取り付けられてなる
    自動車。
  3. 前記燃料タンクは、長手方向が車両の左右方向となるよう配置されてなる請求項１または２記載の自動車。
  4. 前記燃料タンクは気体燃料として水素または水素を含有する水素含有ガスを蓄えるタンクである請求項１ないし３いずれか記載の自動車。
  5. 前記動力出力装置は前記気体燃料の供給を受けて発電する燃料電池を備える請求項１ないし４いずれか記載の自動車。
  6. 前記燃料電池は、乗員室内に配置されてなる請求項５記載の自動車。
  7. 前記燃料電池は、乗員座席下方に配置されてなる請求項６記載の自動車。
  8. 前記燃料電池は、前部乗員座席下方または後部乗員座席下方に積層方向が車両の左右方向となるように配置されてなる請求項７記載の自動車。
  9. 前記動力出力装置は前記燃料電池により発電された電力により充電可能な蓄電手段を備える請求項５ないし８いずれか記載の自動車。
  10. 前記蓄電手段は、乗員座席下方に配置されてなる請求項９記載の自動車。
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