JP2004291934A

JP2004291934A - 車体構造

Info

Publication number: JP2004291934A
Application number: JP2003090572A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kubota; 真也久保田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】ガス燃料タンクと蓄電装置を備えた車両において、車室内スペースおよびトランクルームの容積を拡大する。
【解決手段】蓄電装置５１Ａ，５１Ｂが円筒状の水素タンク２９，３０の間に配置してこれらをサブフレーム２２上に取り付けてユニット１００にし、サブフレーム２２をフロアメインフレーム２００に取り付けることにより、ユニット１００をリヤフロア２の下に設置する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、円筒状のガス燃料タンクと蓄電装置を搭載したガス燃料車両等の車体構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の中には、ガス燃料を燃料として内燃機関による出力で走行する天然ガス車両や、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素を供給して発電を行い、この発電電力で走行駆動用モータを駆動して走行する燃料電池車両が知られている。
この種のガス燃料車両の中には、圧縮した天然ガスや水素ガスをガス燃料タンクに充填し、これを車体後部に搭載したものがある。
このように車体後部にガス燃料タンクを支持する構造としては、例えば特許文献１に示されたものがある。この支持構造は、燃料ガスが充填されたガス燃料タンクを矩形枠状のシャーシフレームに上向きに取り付け、この状態でシャーシフレームを車体フレームの後部に下方から取り付けるものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３００９８９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなガス燃料車両においては、前記したガス燃料タンクの他に、回生電力やガス燃料による出力電力を蓄えておく高電圧の蓄電装置や、燃料電池車両においては燃料電池の発電ユニットなどの保護対象ユニットが多く搭載されており、車室内スペースやトランクルームの容積拡大を検討する上で、大きな制約を受けていた。
特に、蓄電装置の取り付け構造としては、後部座席に沿って立設させたものがあるが、前記蓄電装置を後部座席の後側に立設すると、後部座席の背もたれ部を後方に倒すことが不可能になるため、シートアレンジに制約を受けるなど不利であり、さらにトランクルームが狭くなるという不具合もあった。
そこで、この発明は、車室内スペースおよびトランクルームの容積拡大や、シートアレンジ設計自由度の拡大等を図ることができる車体構造を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、円筒状のガス燃料タンク（例えば、後述する実施の形態における水素タンク２９，３０）と蓄電装置（例えば、後述する実施の形態における蓄電装置５１Ａ，５１Ｂ，６１Ａ〜６１Ｆ）がサブフレーム（例えば、後述する実施の形態におけるサブフレーム２２）上に取り付けられてユニット（例えば、後述する実施の形態におけるユニット１００）にされ、前記サブフレームがフロアメインフレーム（例えば、後述する実施の形態におけるフロアメインフレーム２００）に取り付けられて、前記ユニットが車両フロア（例えば、後述する実施の形態におけるリヤフロア２）下に設置されていることを特徴とする車体構造である。
このように構成することにより、ガス燃料タンクと蓄電装置を車室内スペースおよびトランクルームに関与させなくすることができる。また、ガス燃料タンクと蓄電装置のフロア下配置により車両を低重心にすることができる。さらに、ユニット化によりガス燃料タンクと蓄電装置のメインフレームへの取り付けが一度にできる。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、複数の前記ガス燃料タンクがその軸線を車幅方向に沿わせ該軸線を車両前後方向に互いに離間させて配置され、前記蓄電装置（例えば、後述する実施の形態における蓄電装置５１Ａ，５１Ｂ）が前記ガス燃料タンクを離間したときにできた空間に配置され且つサブフレームに固定されていることを特徴とする車体構造である。
このように構成することにより、蓄電装置がサブフレームの補強部材として機能し、サブフレームの剛性を高める。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記ガス燃料タンクはその軸線を車幅方向に沿わせ且つ近接して配置されており、前記蓄電装置（例えば、後述する実施の形態における蓄電装置６１Ａ，６１Ｂ）が前記円筒状のガスタンクを近接して配置したときにできた前記軸線の上下の空間に配置されていることを特徴とする車体構造である。
このように構成することにより、円筒状ガス燃料タンクの周囲に形成される従来未利用だった空間に蓄電装置を配置することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る車体構造の実施の形態を図１から図８の図面を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
初めに、この発明に係る車体構造の第１の実施の形態を図１から図６の図面を参照して説明する。
図１に示すように、この燃料電池車両では、フロントフロア１の後縁に、後方に立ち上がるように有段成形されたリヤフロア２が接合されている。リヤフロア２の段差部３の裏側には車体骨格部を形成するクロスメンバ４が接合されている。フロントフロア１の下面には外側寄りに車長方向に沿って左右に車体骨格部を形成するフロアフレーム５，６が各々接合されている。
フロントフロア１の左右両側縁にはインサイドシル７，８が各々接合され、各インサイドシル７，８の後端部はインサイドシルイクステンション９，１０が設けられている。尚、インサイドシル７，８は図示しないアウトサイドシルに接合され車体骨格部を形成する部材である。
【０００９】
リヤフロア２の下面には車体骨格部を形成するリヤフレーム１３，１４が接合されている。
各インサイドシルイクステンション９，１０の内側面には各々フロントブラケット１１，１２が接合されており、各フロントブラケット１１，１２にフロアフレーム５，６の後端部とリヤフレーム１３，１４の前端部が接合されている。つまり、フロアフレーム５，６とインサイドシル７，８とリヤフレーム１３，１４はフロントブラケット１１，１２を介して連結されている。
なお、この実施の形態において、フロアフレーム５，６とインサイドシル７，８とリヤフレーム１３，１４とフロントブラケット１１，１２は、フロアメインフレーム２００の一部を構成している。
フロントブラケット１１，１２には、カラーナット１５，１６が起立姿勢に設けられている。
【００１０】
各リヤフレーム１３，１４の後端部下面には、コの字断面形状のリヤブラケット１７，１８が取り付けられている。このリヤブラケット１７，１８の前部底壁にはカラーナット１９，２０が起立姿勢に設けられている。
ここで、図１、図２に示すように左右のリヤフレーム１３，１４間には前後に２つのクロスメンバ４Ａ，４Ｂが接合され、リヤフレーム１３，１４の後端部にはバンパビーム２１が取り付けられている。
また、クロスメンバ４Ａの前壁には、後述する蓄電装置５１Ａ，５１Ｂを固定するための４つのボルト用挿通孔５０，５０，５０，５０が所定間隔に設けられている。
【００１１】
そして、フロントブラケット１１，１２とリヤブラケット１７，１８の各カラーナット１５，１６、１９，２０に下方からサブフレーム２２がボルト２３，２３，２３，２３により固定されている。
サブフレーム２２は、図１に示すように左右のフレーム部材２４，２５と前後のフレーム部材２６，２７とにより矩形枠状に形成された部材で車幅方向にクロスビーム２８を備え、このクロスビーム２８により振り分けたスペースにガス燃料タンクとしての２つの円筒状の水素タンク２９，３０がそれぞれ軸線を車幅方向に沿わせて配置され、各々バンド３１，３２により締め付け固定されている。換言すると、水素タンク２９，３０はその軸線を車両前後方向に互いに離間させて配置されている。
【００１２】
また、図４に示すように、水素タンク２９，３０の間であってクロスビーム２８の上部空間には、２つの蓄電装置５１Ａ，５１Ｂが取り付けられている。蓄電装置５１Ａ，５１Ｂは、片面両極取り出しとなっているキャパシタ等の蓄電素子をバスバー等により複数接続して構成されている。各蓄電装置５１Ａ，５１Ｂにはその前面側に左右一対のブラケット５２，５２が上下に張り出して設けられており、各ブラケット５２の上下両端部にボルト挿通孔５３，５３（図１では図示の都合上、上端部の挿通孔のみ示す）が設けられている。そして、各蓄電装置５１Ａ，５１Ｂは、ブラケット５２の下端部の挿通孔５３に挿通したボルト５４を、クロスビーム２８のボルト孔（図示せず）に挿通しナット５５に締め付けることによって、サブフレーム２２に固定されている。また、サブフレーム２２にはサスペンションアッセンブリ３３が取り付けられている。
【００１３】
そして、左右のフレーム部材２４，２５の前端と前部のフレーム部材２６の両端との角部には前記カラーナット１５，１６に挿入されるボルト２３の挿通部３４，３５が設けられ、左右のフレーム部材２４，２５の後端と後部のフレーム部材２７の両端との角部には前記カラーナット１９，２０に挿入されるボルト２３の挿通部３６，３７が設けられている。
このように、サブフレーム２２に水素タンク２９，３０と、水素タンク２９，３０を離間して設けた空間に配置された蓄電装置５１Ａ，５１Ｂと、サスペンションアッセンブリ３３が取り付けられて、１つのユニット１００が形成される。
【００１４】
このようにして構成されたユニット１００は、サブフレーム２２の各挿通部３４，３５、３６，３７にボルト２３を挿通して、このボルト２３をフロントブラケット１１，１２とリヤブラケット１７，１８とに取り付けたカラーナット１５，１６、１９，２０に挿入して締め付け固定することで、フロアメインフレーム２００に固定される。
さらに、図４および図５に示すように、各蓄電装置５１Ａ，５１Ｂにおける各ブラケット５２の上端部の挿通孔５３に挿通したボルト５６を、クロスメンバ４Ａのボルト挿通孔５０に挿通しナット５７に締め付けることによって、各蓄電装置５１Ａ，５１Ｂがクロスメンバ４Ａに固定される。
【００１５】
また、図３および図６に示すように、フロントフロア１下には左右のフロアフレーム５，６に跨るようにして燃料電池３８が収納されたスタックケース３９が配置されている。この燃料電池３８は前記水素タンク２９，３０に貯蔵されている圧縮された水素ガスと、図示しないコンプレッサーから供給される空気中の酸素を反応させて発電を行うものであって、燃料電池３８を複数層積層することでスタック構造をなしている。この燃料電池３８の発電電力と蓄電装置５１Ａ，５１Ｂから電力を図示しない走行駆動用モータに供給することで、燃料電池車両を走行させる。蓄電装置５１Ａ，５１Ｂは補助電源としての機能を備え、燃料電池３８の出力が駆動出力に満たない場合は蓄電装置５１Ａ，５１Ｂから電力を補助し、燃料電池３８の出力が余剰であるときはその電力を蓄えることができる。
【００１６】
図６に示すように、スタックケース３９は燃料電池３８を覆うケース本体３９ａと上部に蓋３９ｂを備えたものである。ケース本体３９ａは上部が凸状に形成され、これに対応して蓋３９ｂの上部も凸状に形成されたもので、フロアフレーム５，６の底壁５ａ，６ａに下方からボルト４０をナット４１に締め付けて、ケース本体３９ａ、蓋３９ｂとを固定するようになっている。
このように構成されたスタックケース３９の後面３９ｃが、前記サブフレーム２２の前面２６ａに対向するようにして配置されている。
【００１７】
また、図３に示すように左右のフロアフレーム５，６と左右のインサイドシル７，８との間には、片側で３箇所、両側で６箇所にブラケット４２が接合されており、このブラケット４２にフロントフロア１の裏面が接合されている。
【００１８】
このように構成された車体構造においては、水素タンク２９，３０および蓄電装置５１Ａ，５１Ｂをリヤフロア２の下側に配置しているので、水素タンク２９，３０と蓄電装置５１Ａ，５１Ｂが車室内スペースおよびトランクルームに関与しなくなり、したがって、車室内スペースおよびトランクルームの容積を拡大することができる。また、後部座席の背もたれ部を後方に倒す場合にも水素タンク２９，３０および蓄電装置５１Ａ，５１Ｂが邪魔になることもないので、シートアレンジの設計自由度が拡大する。また、車両を低重心にすることができるので、操縦安定性も向上する。
【００１９】
また、燃料電池３８を収納したスタックケース３９をフロントフロア１の下側に配置しているので、スタックケース３９が車室内スペースおよびトランクルームに関与しなくなり、これによっても、車室内スペースおよびトランクルームの容積拡大、シートアレンジの設計自由度の拡大、操縦安定性の向上の効果がある。
【００２０】
また、サブフレーム２２に水素タンク２９，３０と蓄電装置５１Ａ，５１Ｂとサスペンションアッセンブリ３３を取り付けて１つのユニット１００としているので、水素タンク２９，３０と蓄電装置５１Ａ，５１Ｂとサスペンションユニット３３のメインフレームへの取り付けが一度にでき、車体組み立てが容易になり、生産性が向上し、コストダウンを図ることができる。また、サブフレーム２２を共有させたことにより、それぞれの機器を別個のフレームを用いて取り付ける場合よりも軽量にできる。
【００２１】
特に、この実施の形態では、蓄電装置５１Ａ，５１Ｂのブラケット５２の上端部をメインフレーム２００におけるクロスメンバ４Ａに固定し、ブラケット５２の下端部をサブフレーム２２におけるクロスビーム２８に固定しているので、蓄電装置５１Ａ，５１Ｂがサブフレーム２２の補強部材として機能し、サブフレーム２２の剛性を高めるので、衝撃荷重に対するユニット１００の強度および剛性を高めることができ、衝突安全性が向上する。
【００２２】
また、水素タンク２９，３０は燃料電池３８の発電時には水素消費（水素タンク２９，３０からの水素供給）により降圧して温度低下し、一方、蓄電装置５１Ａ，５１Ｂは充放電の際に温度上昇するので、蓄電装置５１に近接配置された水素タンク２９，３０は蓄電装置５１Ａ，５１Ｂにとっては冷却手段として機能し、蓄電装置５１Ａ，５１Ｂの過熱が防止される。
【００２３】
〔第２の実施の形態〕
次に、この発明に係る車体構造の第２の実施の形態を図７および図８の図面を参照して説明する。第２の実施の形態の車体構造が第１の実施の形態の車体構造と相違する点は、蓄電装置の形状と、蓄電装置のサブフレーム２２への取り付け形態だけである。以下、相違点についてだけ説明する。
【００２４】
サブフレーム２２には、クロスビーム２８により前後２つに振り分けられたスペースに、水素タンク２９，３０がそれぞれ軸線を車幅方向に沿わせて収容され、それぞれ上下からバンド６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄにより締め付け固定されている。
水素タンク２９，３０の間であってクロスビーム２８の上部空間および下部空間には、断面略五角形で棒状をなす２つの蓄電装置６１Ａ，６１Ｂが、その軸線を車幅方向に沿わせて設置されており、上側の蓄電装置６１Ａは上側のバンド６０Ａ，６０Ｃに固定金具６２を介してボルト止めされて、下側の蓄電装置６１Ｂは下側のバンド６０Ｂ，６０Ｄに固定金具６２を介してボルト止めされている。
【００２５】
さらに、水素タンク２９の前方上部および前方下部と水素タンク３０の後方上部および後方下部には、断面長方形で棒状をなす４つの蓄電装置６１Ｃ，６１Ｄ，６１Ｅ，６１Ｆが、その軸線を車幅方向に沿わせて設置されている。蓄電装置６１Ｃは水素タンク２９を固定する上側のバンド６０Ａに固定金具６２を介してボルト止めされて、蓄電装置６１Ｄは水素タンク２９を固定する下側のバンド６０Ｂに固定金具６２を介してボルト止めされている。蓄電装置６１Ｅは水素タンク３０を固定する上側のバンド６０Ｃに固定金具６２を介してボルト止めされて、蓄電装置６１Ｆは水素タンク３０を固定する下側のバンド６０Ｄに固定金具６２を介してボルト止めされている。
すなわち、第２の実施の形態では、蓄電装置６１Ａ，６１Ｂが、円筒状の水素タンク２９，３０を近接して配置したときにできたタンク軸線の上下の空間に配置されている。
その他の構成については第１の実施の形態のものと同じであるので、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
第２の実施の形態の場合も、サブフレーム２２に水素タンク２９，３０と蓄電装置６１Ａ〜６１Ｆとサスペンションアッセンブリ（図７，図８では省略）が取り付けられて１つのユニット１００が形成され、このユニット１００が第１の実施の形態の場合と同様の取り付け構造、取り付け方法によりにリヤフロア２の下側に設置される。
【００２７】
このように構成された第２の実施の形態の車体構造においても、水素タンク２９，３０および蓄電装置６１Ａ〜６１Ｆをリヤフロア２の下側に配置しているので、車室内スペースおよびトランクルームの容積を拡大することができ、シートアレンジの設計自由度が拡大し、車両の低重心化により操縦安定性が向上する。
また、サブフレーム２２に水素タンク２９，３０と蓄電装置６１Ａ〜６１Ｆとサスペンションアッセンブリを取り付けて１つのユニット１００としているので、軽量化が可能になり、車体組み立てが容易になり、生産性が向上し、コストダウンを図ることができる。
【００２８】
また、水素タンク２９，３０が蓄電装置６１Ａ〜６１Ｆに対する冷却手段として機能するので、蓄電装置６１Ａ〜６１Ｆの過熱を防止することができる。特に、第２の実施の形態の場合には、蓄電装置６１Ａ〜６１Ｆが水素タンク２９，３０の四方に配置されているので、その冷却効果は大きい。
また、第２の実施の形態では、円筒状の水素タンク２９，３０の周囲に形成される従来未利用だった空間に蓄電装置６１Ａ，６１Ｂを配置しているので、第１の実施の形態の場合よりも水素タンク２９，３０を互いに接近して配置することができ、ユニット１００のコンパクト化が可能になる。
なお、第２の実施の形態では、蓄電装置６１Ａ〜６１Ｆをバンド６０Ａ〜６０Ｄに固定したが、サブフレーム２２に固定してもよい。
【００２９】
また、第１および第２の実施の形態では燃料電池車両について記載したが、特に燃料電池車両に限定されるものではなく、ガス燃料タンクと蓄電装置を備えた車両に好適に利用することができ、例えば、天然ガスを燃料として駆動するガス燃料車両の車体への取り付けにも応用することができる。
蓄電装置としてはキャパシタの他に、二次電池なども利用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に係る発明によれば、ガス燃料タンクと蓄電装置を車室内スペースおよびトランクルームに関与させなくすることができるので、車室内スペースおよびトランクルームの容積を拡大することができ、シートアレンジの設計自由度を拡大することができるという優れた効果が奏される。また、ガス燃料タンクと蓄電装置のフロア下配置により車両を低重心にすることができるので、操縦安定性が向上するという効果もある。さらに、ユニット化によりガス燃料タンクと蓄電装置のメインフレームへの取り付けが一度にできるので、車体組み立てが容易になり、生産性の向上およびコストダウンを図ることができる。
【００３１】
請求項２に係る発明によれば、蓄電装置がサブフレームの補強部材として機能し、サブフレームの剛性を高めるので、衝撃荷重に対するユニットの強度および剛性を高めることができ、衝突安全性が向上する。
請求項３に係る発明によれば、円筒状ガス燃料タンクの周囲に形成される従来未利用だった空間に蓄電装置を配置することができるので、ユニットのコンパクト化が可能になり、軽量化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る車体構造の第１の実施の形態における分解斜視図である。
【図２】図１の組み付け状態を示す斜視図である。
【図３】第１の実施の形態における車体構造の平面図である。
【図４】第１の実施の形態におけるユニットを側方から見た断面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図７】この発明に係る車体構造の第２の実施の形態におけるユニットを側方から見た断面図である。
【図８】第２の実施の形態におけるユニットの車両前方から見た正面図である。
【符号の説明】
１フロントフロア
２リヤフロア
２２サブフレーム
２９，３０水素タンク（ガス燃料タンク）
３８燃料電池
５１Ａ，５１Ｂ，６１Ａ，６１Ｂ蓄電装置
１００ユニット
２００フロアメインフレーム

Claims

円筒状のガス燃料タンクと蓄電装置がサブフレーム上に取り付けられてユニットにされ、前記サブフレームがフロアメインフレームに取り付けられて、前記ユニットが車両フロア下に設置されていることを特徴とする車体構造。
複数の前記ガス燃料タンクがその軸線を車幅方向に沿わせ該軸線を車両前後方向に互いに離間させて配置され、前記蓄電装置が前記ガス燃料タンクを離間したときにできた空間に配置され且つサブフレームに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の車体構造。
前記ガス燃料タンクはその軸線を車幅方向に沿わせ且つ近接して配置されており、前記蓄電装置が前記円筒状のガスタンクを近接して配置したときにできた前記軸線の上下の空間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車体構造。