JP2005212513A - Vehicle mounting structure of fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、燃料電池システムの車両搭載構造に関するものである。 The present invention relates to a vehicle mounting structure for a fuel cell system.
従来、燃料電池を駆動用電源として搭載し、この燃料電池の発電電力によって走行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。
このような燃料電池車両において、燃料電池および燃料電池の補機ユニットを収容した燃料電池ボックスを燃料電池車両の床下の車体フレームに下方から搭載し、燃料タンクを燃料電池ボックスよりも後方の車体フレームに下方から搭載した燃料電池車両が知られている(例えば、特許文献1参照)。
In such a fuel cell vehicle, the fuel cell box containing the fuel cell and the auxiliary unit of the fuel cell is mounted from below on the vehicle body frame under the floor of the fuel cell vehicle, and the fuel tank is located behind the fuel cell box. There is known a fuel cell vehicle mounted on the vehicle from below (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、この燃料電池車両においては、燃料電池ユニットを床下の車体フレームに下方からぶら下げるようにして燃料電池ボックスを搭載しているため、燃料電池ボックスが車体フレームの下端よりも車両上下方向下方に向かい突出している。このため、燃料電池車両の床面を下げる際に制約が生じ、所定の地上高を確保するように設定されている場合には、所望の車室内空間を確保することが困難になるという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所望の車室内空間を確保しつつ、車両の地上高が所望の高さよりも低下してしまうことを防止することが可能な燃料電池システムの車両搭載構造を提供することを目的とする。
However, in this fuel cell vehicle, since the fuel cell box is mounted so that the fuel cell unit is suspended from below the vehicle body frame under the floor, the fuel cell box is directed downward in the vehicle vertical direction from the lower end of the vehicle body frame. It protrudes. For this reason, there is a problem in that when the floor surface of the fuel cell vehicle is lowered, there is a problem that it is difficult to secure a desired vehicle interior space when it is set to ensure a predetermined ground clearance. Arise.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a fuel cell system vehicle capable of preventing a ground clearance of the vehicle from being lowered below a desired height while securing a desired vehicle interior space. An object is to provide a mounting structure.
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項1に記載の本発明の燃料電池システムの車両搭載構造は、燃料電池(実施の形態での燃料電池11)を車体フロアの下方であって、シート(実施の形態での前方側シート56f)の可動範囲の下方の位置に配置し、前記シートの下方の前記車体フロアを上方に向かい盛り上がるように形成したことを特徴としている。
In order to solve the above problems and achieve the object, the fuel cell system mounting structure for a fuel cell system according to claim 1 of the present invention is configured such that the fuel cell (the
上記構成の燃料電池システムの車両搭載構造によれば、車室内において相対的に収容空間を確保しやすいシート可動範囲の下方の位置で車体フロアをシートに向かい突出させ、この車体フロアの下方に燃料電池を含む燃料電池システムの各種構成要素を配置することにより、所望の車室内空間を確保しつつ燃料電池の地上高が所望の高さよりも低下してしまうことを防止することができる。 According to the vehicle mounting structure of the fuel cell system configured as described above, the vehicle body floor projects toward the seat at a position below the seat movable range in which it is relatively easy to secure the accommodation space in the vehicle interior, and the fuel is disposed below the vehicle body floor. By disposing various components of the fuel cell system including the battery, it is possible to prevent the ground height of the fuel cell from being lower than the desired height while securing a desired vehicle interior space.
さらに、請求項2に記載の本発明の燃料電池システムの車両搭載構造は、前記燃料電池を、車両前後方向に伸びる車体フレームの下端よりも上方、かつ、前記車体フロアよりも下方の位置に配置したことを特徴とする。 Furthermore, in the vehicle mounting structure of the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, the fuel cell is disposed at a position above the lower end of the vehicle body frame extending in the vehicle front-rear direction and below the vehicle body floor. It is characterized by that.
上記構成の燃料電池システムの車両搭載構造によれば、燃料電池が車体フレームの下端よりも車両上下方向下方に向かい突出することを防止し、路面上の障害物等から燃料電池を車体フレームによって保護することができる。 According to the vehicle mounting structure of the fuel cell system configured as described above, the fuel cell is prevented from projecting downward in the vehicle vertical direction from the lower end of the vehicle body frame, and the fuel cell is protected from obstacles on the road surface by the vehicle body frame. can do.
さらに、請求項3に記載の本発明の燃料電池システムの車両搭載構造は、燃料タンク(実施の形態での水素タンク14)を前記車体フロアの下方であって、センタトンネル下方の位置に配置したことを特徴としている。
Furthermore, in the vehicle mounting structure of the fuel cell system according to the third aspect of the present invention, the fuel tank (
上記構成の燃料電池システムの車両搭載構造によれば、燃料電池と同様に燃料タンクを車体フロア下に配置することができ、さらに、センタートンネルの下方の位置に燃料タンクを配置しているので、所望の車室内空間を確保しつつ燃料電池および燃料タンクを含む燃料電池システムの各種構成要素の地上高が所望の高さよりも低下してしまうことを防止することができる。 According to the vehicle mounting structure of the fuel cell system configured as described above, the fuel tank can be disposed below the vehicle body floor as in the case of the fuel cell, and further, since the fuel tank is disposed below the center tunnel, It is possible to prevent the ground height of various components of the fuel cell system including the fuel cell and the fuel tank from being lower than the desired height while securing a desired vehicle interior space.
本発明の燃料電池システムの車両搭載構造によれば、所望の車室内空間を確保しつつ燃料電池および燃料電池システムの各種構成要素の地上高が所望の高さよりも低下してしまうことを防止することができる。
さらに、請求項2に記載の本発明の燃料電池システムの車両搭載構造によれば、不適切な位置で車体フロアの地上高が高くなることを防止し、所望の車室内空間を確保しつつ燃料電池の地上高が所望の高さよりも低下してしまうことを防止することができる。これにより、燃料電池が車体フレームの下端よりも車両上下方向下方に向かい突出することを防止し、路面上の障害物等から車体フレームによって燃料電池を保護することができる。
さらに、請求項3に記載の本発明の燃料電池システムの車両搭載構造によれば、燃料電池および燃料タンクを車体フロア下に配置することができるので、所望の車室内空間を確保しつつ燃料電池および燃料タンクの地上高が所望の高さよりも低下してしまうことを防止することができる、しかも、燃料タンクを車体フロア下に配置することにより、車体後部の設計の自由度を増大させることができる。
According to the vehicle mounting structure of the fuel cell system of the present invention, the ground clearance of the various components of the fuel cell and the fuel cell system is prevented from being lower than the desired height while ensuring the desired vehicle interior space. be able to.
Furthermore, according to the vehicle mounting structure of the fuel cell system of the present invention as set forth in claim 2, it is possible to prevent the vehicle floor from being raised at an inappropriate position and to secure a desired vehicle interior space. It can prevent that the ground height of a battery falls rather than desired height. Accordingly, the fuel cell can be prevented from projecting downward in the vehicle vertical direction from the lower end of the vehicle body frame, and the fuel cell can be protected from the obstacles on the road surface by the vehicle body frame.
Furthermore, according to the vehicle mounting structure of the fuel cell system of the present invention as set forth in claim 3, the fuel cell and the fuel tank can be arranged below the vehicle body floor, so that the fuel cell can be secured while ensuring a desired vehicle interior space. In addition, it is possible to prevent the ground height of the fuel tank from falling below a desired height, and to increase the degree of freedom in designing the rear part of the vehicle body by arranging the fuel tank below the vehicle body floor. it can.
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの車両搭載構造について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態に係る燃料電池システム10は、例えば図1に示すように、燃料電池11と、空気供給装置12と、加湿器13と、水素タンク14と、燃料供給制御弁15と、エゼクタ16と、燃料ポンプ17と、希釈ボックス18と、パージ弁19と、電流制御器20と、中央制御装置(ECU)21とを備えて構成され、この燃料電池システム10が搭載される燃料電池車両は、燃料電池システム10と、走行用モータ31と、出力制御器(PCU)32と、キャパシタ33とを備えて構成されている。
Hereinafter, a vehicle mounting structure of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, for example, the
燃料電池11は、陽イオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜を、アノード触媒およびガス拡散層からなる燃料極(アノード)と、カソード触媒およびガス拡散層からなる酸素極(カソード)とで挟持してなる電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セルを多数組積層して構成され、燃料電池セルの積層体は一対のエンドプレートによって積層方向の両側から挟み込まれている。
燃料電池11のカソードには、酸素を含む酸化剤ガス(反応ガス)である空気が空気供給装置(S/C)12から供給され、加湿器13にて適宜に加湿された後に導入され、アノードには、水素からなる燃料ガス(反応ガス)が高圧の水素タンク14から燃料供給制御弁15およびエゼクタ16を介して供給される。アノードのアノード触媒上で触媒反応によりイオン化された水素は、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介してカソードへと移動し、この移動に伴って発生する電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。このときカソードにおいては、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。
The
Air, which is an oxidant gas (reactive gas) containing oxygen, is supplied to the cathode of the
エアーコンプレッサー等からなる空気供給装置(S/C)12を駆動するモータ(図示略)の回転数は、ECU21から入力される制御指令に基づき、例えばパルス幅変調(PWM)によるPWMインバータを具備するS/C制御器12aによって制御され、S/C制御器12aは電流制御器20およびキャパシタ33に並列に接続されている。
加湿器13は、例えば中空糸膜等の水透過膜を備えて構成され、燃料電池11の空気排出口11bから排出される排出空気を、反応ガスとして空気供給装置(S/C)12から空気供給口11aへ供給される空気に対する加湿ガスとして利用している。すなわち、水透過膜を介して空気と排出空気とを接触させると、排出空気に含まれる水分(特に、水蒸気)は水透過膜の膜穴を透過した後に水蒸気として空気に供給される。
また、加湿器13から排出された排出空気は、後述する希釈ボックス18へ導入されている。
The number of rotations of a motor (not shown) for driving an air supply device (S / C) 12 including an air compressor is based on a control command input from the
The
Further, the exhaust air discharged from the
燃料電池11に対する燃料としての水素は、先ず、高圧の水素タンク14から燃料供給制御弁15へ供給される。
燃料供給制御弁15は、例えば空気式の比例圧力制御弁であって、空気供給装置(S/C)12から供給される空気の圧力を信号圧として、燃料供給制御弁15を通過した水素が燃料供給制御弁15の出口で有する圧力が信号圧に応じた所定範囲の圧力となるように設定されている。
燃料供給制御弁15を通過した水素はエゼクタ16を流通して水素供給口11cから燃料電池11のアノードに供給される。
また、燃料電池11の水素排出口11dから排出された未反応の排出ガスの一部は、水素ポンプ17を通じてエゼクタ16へと導入されており、水素タンク14から供給された水素と、燃料電池11から排出された排出ガスとが混合されて燃料電池11に再び供給されている。
エゼクタ16は、内部を流通する高速の水素ガス流の近傍に発生する負圧によって、副流とされる燃料電池11からの排出ガスの一部を吸い込み、この排出ガスを水素タンク14から供給される水素と混合して燃料電池11へ再度供給することで、燃料電池11から排出された排出ガスを循環させている。
また、燃料電池11の水素排出口11dから排出された排出ガスは、ECU21により開閉制御される排出制御弁17aを通じて希釈ボックス18へ導入されている。
希釈ボックス18は、燃料電池11のアノードに溜まった水や水素に混入した窒素等を外部に排出する際に同時に排出される未反応の排出ガスの水素を、カソードから排出される空気と混合することで水素濃度を所定濃度以下に低減してから、パージ弁19を介して外部(大気中等)へ排出する。
Hydrogen as fuel for the
The fuel
The hydrogen that has passed through the fuel
Further, a part of the unreacted exhaust gas discharged from the
The
Further, the exhaust gas discharged from the
The
燃料電池11から取り出される発電電流は電流制御器20に入力されており、この電流制御器20には、蓄電装置をなす、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなるキャパシタ33が接続されている。
電流制御器20は、例えばDC−DCチョッパ等を備えて構成され、ECU21から出力される電流指令値つまり燃料電池11に対する発電指令に基づいて、燃料電池11から取り出される発電電流の電流値を制御する。
そして、燃料電池11およびキャパシタ33は、電流制御器20を介して、走行用モータ31を制御する出力制御器32および空気供給装置(S/C)12を駆動するモータ(図示略)を制御するS/C制御器12a等の電気負荷に対して並列に接続されている。
The generated current extracted from the
The
The
以下に、上記構成を備える燃料電池システム10の車両搭載構造について説明する。
例えば図2から図4(a),(b)に示すように、車体フロア51の下面51Aの車幅方向両端部には、車体骨格部を形成し車体前後方向に沿って伸びるサイドシル52,53が接続されている。
サイドシル52,53は、燃料電池システム10を支持する支持フレーム54の上面54A上の車幅方向両端部に載置され、各サイドシル52,53の下部には支持フレーム54を貫通する貫通孔に臨んで開口する締結孔が設けられ、これらの貫通孔および締結孔にボルト等の締結部材55が装着されることによって、各サイドシル52,53と支持フレーム54とが固定されている。
ここで、支持フレーム54の地上高(車両の走行路面上から車両上下方向上方に沿って支持フレーム54の下面54Bまでの距離)h0は所定の一定値となるように設定されている。
車体フロア51の車両前後方向の前方部であって、前方側シート56fのシート可動範囲の下方における車体フロア51には、各サイドシル52,53の上端部よりも車両上下方向上方に向かい車室内に一段突出するようにして前方側突出部57が形成されている。そして、この前方側突出部57の上面57A上に前方側シート56fが載置され、さらに、前方側突出部57の車両上下方向下方の位置であって、前方側突出部57と支持フレーム54とによって車両上下方向の両側から挟み込まれるようにして形成された空間内には燃料電池11およびキャパシタ33が配置されている。
燃料電池11およびキャパシタ33は、例えば支持フレーム54の上面54A上に載置された状態で露出した各燃料電池11およびキャパシタ33の外周面上に沿って装着された各支持バンド58a,58bの両端部がボルト等の締結部材58c,58dによって支持フレーム54に固定されることで、支持フレーム54に締め付け固定されるようになっている。
ここで、前方側シート56fが載置される前方側突出部57の上面57Aの地上高(車両の走行路面上から車両上下方向上方に沿って前方側突出部57の上面57Aまでの距離)h1は所定の一定値となるように設定されている。
Below, the vehicle mounting structure of the
For example, as shown in FIGS. 2 to 4 (a) and 4 (b),
The
Here, the ground height of the support frame 54 (distance from the vehicle traveling road surface to the
The
The
Here, the ground clearance of the
また、車体フロア51の車両前後方向の後方部において車幅方向略央部には、各サイドシル52,53の上端部よりも車両上下方向下方に向かい一段陥没して上面59A上に後方側シート56bが載置されるシート載置部59よりも、車両上下方向上方に向かい車室内に一段突出するようにして車両前後方向に延設された後方側突出部60が形成されている。
つまり、後方側シート56bが載置されるシート載置部59の上面59Aの地上高(車両の走行路面上から車両上下方向上方に沿ってシート載置部59の上面59Aまでの距離)h2に対して、後方側突出部60の上面60Aの地上高h3は、より大きな値となるよう(h3>h2)に設定されている。
そして、この後方側突出部60と支持フレーム54とによって車両上下方向の両側から挟み込まれるようにして形成されたセンタトンネル部61には水素タンク14が配置されている。
ここで、支持フレーム54の上面54A上には水素タンク14の外周面の一部に面接触する凹面状の当接面62Aを有するタンク載置部62が設けられ、このタンク載置部62に載置された水素タンク14の露出した外周面上に沿ってバンド63が装着され、このバンド63の両端部がボルト等の締結部材64によってタンク載置部62に固定されることで水素タンク14がタンク載置部62に締め付け固定されるようになっている。
Further, at the rear portion of the
That is, the ground height of the
The
Here, on the
そして、燃料電池11およびキャパシタ33は前方側シート56fのシート可動範囲の下方に配置され、水素タンク14はセンタトンネル部61に配置されることにより、水素タンク14と、燃料電池11およびキャパシタ33とは、車両上下方向に沿って互いに重なり合わないように設定されている。
また、車両前後方向の前方部から後方部に亘って支持フレーム54の地上高(車両の走行路面上から車両上下方向上方に沿って支持フレーム54の下面54Bは平坦面に形成され、この支持フレーム54の地上高(車両の走行路面上から車両上下方向上方に沿って支持フレーム54の下面54Bまでの距離)h0は所定の一定値となるように設定されている。
The
The ground height of the
さらに、車両前後方向の前方部において、車体フロア51の下方の位置であって、車体フロア51と支持フレーム54とによって車両上下方向の両側から挟み込まれるようにして形成された空間内には、燃料電池11およびキャパシタ33よりも車両前後方前方側にずれた位置で支持フレーム54の上面54A上に載置されるようにして出力制御器(PCU)32が配置されている。
そして、この出力制御器(PCU)32よりも車両前後方前方にずれた位置には駆動輪(前輪)Wに接続された走行用モータ31が配置されている。
Further, in a front portion in the vehicle front-rear direction, a position below the
A
上述したように、本実施の形態による燃料電池システム10の車両搭載構造によれば、車室内において相対的に収容空間を確保しやすいシート可動範囲の下方の位置に燃料電池11を含む燃料電池システム10の各種構成要素を配置することにより、例えば各シート56f,56bの構造や各シート56f,56bの取り付け構造等を調整することによって、所望の車室内空間を確保しつつ燃料電池11および燃料電池システム10の各種構成要素の地上高が所望の高さ、例えば各サイドシル52,53の下端よりも低下してしまうことを防止することができる。
しかも、シート可動範囲以外の不適切な位置において車体フロア51の地上高が高くなることを防止し、所望の車室内空間を容易に確保することができる。
As described above, according to the vehicle-mounted structure of the
In addition, the ground clearance of the
なお、上述した実施の形態においては、車体フロア51の車両前後方向の後方部において車幅方向略央部に設けたセンタトンネル部61に水素タンク14を配置するとしたが、これに限定されず、例えば図5および図6に示す上述した実施の形態の変形例のように、車体フロア51の車両前後方向の後方部であって、後方側シート56bのシート可動範囲の下方の位置において車体フロア51と支持フレーム54とによって車両上下方向の両側から挟み込まれるようにして形成された空間内に水素タンク14(例えば、2つの第1および第2水素タンク14a,14b)を配置してもよい。
In the above-described embodiment, the
また、上述した実施の形態においては、車両前後方向の前方部において、燃料電池11およびキャパシタ33よりも車両前後方前方側にずれた位置で支持フレーム54の上面54A上に出力制御器(PCU)32を配置するとしたが、これに限定されず、例えば図7に示す上述した実施の形態の変形例のように、燃料電池11およびキャパシタ33の上方の位置、例えば燃料電池11およびキャパシタ33を内部に収容する略箱形のボックス61の上部に出力制御器(PCU)32を配置してもよい。
Further, in the above-described embodiment, the output controller (PCU) is provided on the
この図7に示す変形例においては、車体フロア51の車両前後方向の前方部であって、前方側シート56fのシート可動範囲の下方における前方側突出部57の上面57A上に、隣り合う前方側シート56f,56f間において車両上下方向上方に向かい車室内に一段突出するようにして突出部62が形成されている。そして、この突出部62とボックス61の上部とによって車両上下方向の両側から挟み込まれるようにして形成された空間内に出力制御器(PCU)32が配置されている。この変形例において出力制御器(PCU)32の下部には、ボックス61の上部を貫通する貫通孔に臨んで開口する締結孔が設けられ、これらの貫通孔および締結孔にボルト等の締結部材63が装着されることによって、ボックス61と出力制御器(PCU)32とが固定されている。なお、燃料電池11およびキャパシタ33を内部に収容するボックス61は、支持フレーム54の上面54A上に載置された状態で露出した外周面上に沿って装着された各支持バンド64の両端部がボルト等の締結部材65によって支持フレーム54に固定されることで、支持フレーム54に締め付け固定されるようになっている。
In the modification shown in FIG. 7, the front side of the
なお、上述した実施の形態においては、駆動輪Wを前輪としたが、これに限定されず、例えば駆動輪Wを後輪とし、走行用モータ31を車両の後部に配置してもよい。
この場合には、例えば前方側シート56aのシート可動範囲の下方の位置あるいは車体フロア51の車両前後方向の前方部において車幅方向略央部に設けたセンタトンネル部に水素タンク14を配置し、後方側シート56bのシート可動範囲の下方の位置に燃料電池11およびキャパシタ33を配置し、さらに、燃料電池11およびキャパシタ33よりも車両前後方後方側にずれた位置あるいは燃料電池11およびキャパシタ33の上方の位置、例えば燃料電池11およびキャパシタ33を内部に収容する略箱形のボックスの上部に出力制御器(PCU)32を配置すればよい。
In the above-described embodiment, the driving wheel W is a front wheel, but the present invention is not limited to this. For example, the driving wheel W may be a rear wheel and the traveling
In this case, for example, the
10 燃料電池システム
11 燃料電池
14 水素タンク(燃料タンク)
51 車体フロア
52,53 サイドシル(車体フレーム)
57 前方側突出部(車体フロア)
61 センタトンネル部
10
51
57 Front protrusion (body floor)
61 Center tunnel
Claims (3)
前記シートの下方の前記車体フロアを上方に向かい盛り上がるように形成したことを特徴とする燃料電池システムの車両搭載構造。 The fuel cell is arranged below the vehicle body floor and below the movable range of the seat,
A vehicle mounting structure for a fuel cell system, wherein the vehicle body floor below the seat is formed so as to rise upward.
3. The vehicle mounting structure for a fuel cell system according to claim 1, wherein a fuel tank is disposed at a position below the vehicle body floor and below the center tunnel.
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