JP2005306079A

JP2005306079A - 燃料電池システムの車両搭載構造

Info

Publication number: JP2005306079A
Application number: JP2004122210A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Uozumi; 哲生魚住
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2005-11-04
Anticipated expiration: 2024-04-16
Also published as: JP4506254B2; WO2005100067A1

Abstract

【課題】車体前部に配置した燃料電池システムの各部品相互を接続する電力伝達部材を、効率よく接続配置する。
【解決手段】車両駆動用のモータ９と、モータ９の電力源となる燃料電池１３と、燃料電池１３の直流電圧を交流電圧に変換してモータ９に供給するインバータ１５とを、車体１の前部の空間５にそれぞれ搭載する。この際、燃料電池１３を空間５の上部に配置し、燃料電池１３の車体上下方向下部にインバータ１５を配置し、さらにその下部にモータ９を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池を車両前部の空間に搭載する燃料電池システムの車両搭載構造に関する。

従来では、例えば下記特許文献１，２に、車両前部の空間に、車両駆動用のモータと、このモータに電力を供給するための燃料電池と、燃料電池システム全体を制御するパワーコントロールユニットとを、それぞれ搭載する構造が記載されている、
特開２００２−３７０５４４号公報特開２００２−３７３６９１号公報

しかしながら、上記した従来の構造では、最上部に燃料電池システム全体を制御するパワーコントロールユニットを配置し、その下部に燃料電池を、さらにその下部にモータを、それぞれに配置しているため、最上部のパワーコントロールユニットから最下部のモータに接続する電線が長くなり、電力伝達部材となる電線を効率よく配置しておらず、改善が望まれている。

そこで、本発明は、車体前部に配置した燃料電池システムの各部品相互を接続する電力伝達部材を、効率よく接続配置することを目的としている。

本発明は、車両駆動用のモータと、このモータの電力源となる燃料電池と、この燃料電池の電力を変換して前記モータに供給する電力変換器とを、車体前部の空間にそれぞれ搭載する燃料電池システムの車両搭載構造において、前記燃料電池の車体上下方向下部に前記電力変換器を配置し、さらにその電力変換器の下部に前記モータを配置することを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、車体前部の空間における上部に配置した燃料電池から、その下部の電力変換器、さらにその下部のモータ、というように、電力の流れに沿って電力伝達部材を効率よく接続配置することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態を示す燃料電池車両の簡略化した側面断面図である。なお、図１中で、矢印ＦＲで示す方向が車両前方である。

車体１の前部のフード３の下部には、空間５を形成してあり、この空間５の下部の左右の前車輪７相互間には、車両駆動用のモータ９を、図示しない車体骨格部材に取り付けて配置している。符号１１は、フロントサスペンションメンバである。

上記した車体前部の空間５内の上部には、モータ９の電力源となる燃料電池１３を配置し、燃料電池１３とモータ９との間には、燃料電池１３の直流電圧を交流電圧に変換して前記モータ９に供給する電力変換器としてのインバータ１５を配置する。

そして、燃料電池１３とインバータ１５とは電線１７で接続し、インバータ１５とモータ９とは電線１９で接続する。

また、燃料電池１３に対し、車体前後方向後方でかつ、車体上下方向下方に、燃料電池１３に供給する水素が流れる水素系部品２１を配置し、水素系部品２１の下部には、燃料電池１３に供給する空気が流れる空気系部品２３を配置する。したがって、水素系部品２１の下部に配置している空気系部品２３についても、燃料電池１３に対し、車体前後方向後方でかつ、車体上下方向下方に配置していることになる。

水素系部品２１としては、燃料電池１３から排出される排出水素を循環させて再度燃料電池１３に供給する水素循環装置があり、空気系部品２３としては、燃料電池１３に供給する空気を、燃料電池１３から排出される水分を含む排出空気によって加湿する加湿装置がある。

そして、これら水素系部品２１および空気系部品２３に接続されるそれぞれの排出ガス配管系２５および２６は、車室２７の下部に形成してある車両床下のセンタトンネ２８内に配置して車両後方の後輪２９近傍まで延長し、排出ガスを車両後部にて外部に排出する。

このような燃料電池システムの車両搭載構造によれば、車体前部の空間５内の上部に燃料電池１３を配置し、その下部にインバータ１７を、さらにその下部にモータ９を配置しているので、これら相互間の電線１７，１９は、燃料電池１３から、その下部のインバータ１５、さらにその下部のモータ９、というように、電力の流れに沿って効率よく接続配置することができる。

これにより、電力伝達部材である電線１７，１９の使用量を最小限に減らすことができ、材料費減によるコスト低下や、空間５内のスペースの有効利用を図ることができる。

また、車両後方に排出ガス配管系２５および２６が接続される水素系部品２１および空気系部品２３を、燃料電池１３に対し、車体前後方向後方でかつ、車体上下方向下方に配置したので、排出ガス（水素ガスおよび空気）中の水分の収集を容易にでき、燃料電池１３との間で水分の滞留を防止して凍結による水詰まりや低温時の凍結を防止することができる。

さらに、車両後方へ延びる排出ガス配管系２５，２６を、車両床下のセンタトンネル２８内に配置接続しやすくなり、その全長を極力短くして排出ガスをスムーズに流すことができ、排出ガス配管系２５，２６の上流側の流体の温度および圧力の制御性が向上するとともに、システム設置スペースを低減することができる。

上記した水素系部品２１を水素循環装置とした場合には、燃料電池１３の排出水素中に含まれる水分収集を容易にできる上に、車両後方に図示しない水素タンクを配置した場合に、水素タンクと水素循環装置とを接続する水素供給配管を、車両床下のセンタトンネル２８内に前記した排出ガス配管系２５，２６と同様にして配置でき、配管圧損の低減および運転制御性向上を達成することができる。

また、上記した空気系部品２３を加湿装置とした場合には、燃料電池１３の排出空気中に含まれる水分収集を容易にできることで、生成水による燃料電池１３への供給空気の加湿動作を速やかに行えるとともに、排出空気の車両後方への排出を容易に行うことができる。

なお、上記した水素系部品２１および空気系部品２３は、燃料電池１３に対し、車体前後方向で同等位置に配置してもよく、また車体上下方向で同等位置に配置してもよい。

図２は、本発明の第２の実施形態を示す、前記図１に相当する側面断面図である。この実施形態は、前記図１に示す車体前部の空間５に配置した、燃料電池１３，インバータ１５，車両駆動用のモータ９の各システム部品を、一つのケース３１内に収容するとともに、三つの部品それぞれを相対移動不能とした状態で固定している。ケース３１のモータ９に対応する部分の車幅方向両側には、前車輪７に動力を伝達するための軸挿入孔３１ａを設けている。

そして、燃料電池１３とインバータ１５とは、図１の電線１７に代えて剛体のバスバー３３で接続し、インバータ１５とモータ９とは図１の電線１９に代えて剛体のバスバー３５で接続している。その他の構成は、図１に示した第１の実施形態と同様である。

このように、第２の実施形態では、燃料電池１３，インバータ１５，モータ９の三つの部品を、内部空間が繋がっている一つのケース３１内に収容することで、各部品をそれぞれ単独のケース内に収容する場合に対し、構造が簡素化し、相互間距離をより近接して各部品を配置できることから、システム全体のコンパクト化を達成でき、さらにバスバー３３，３５がケースを貫通しないので、バスバーとケースとの間のシール構造が不要となる。

また、燃料電池１３，インバータ１５，モータ９の三つの部品を、それぞれ相対移動不能とした状態で固定しているので、電線に代えて剛体となるバスバー３３，３５を使用でき、電線を使用する場合に比べ、接続作業が容易となり、スペース的にも有利となる。

図３は、本発明の第３の実施形態を示す、前記図１に相当する側面断面図である。この実施形態は、図２に示すケース３１の上部における車両後方側付近に、ケース３１の内部と外部とを連通する連通孔３１ａを設け、連通孔３１ａに、車両後方に延びて空間５内に開口する連通管３７を接続している。その他の構成は、図２に示した第２の実施形態と同様である。

この実施形態の場合には、燃料電池１３から水素が漏れた際に、このケース３１内の漏れた水素は、上昇して上部の連通孔３１ａおよび連通管３７を通ってケース３１の外部に流出する。これにより、ケース３１内での漏洩水素の滞留を防止できるとともに、下部のインバータ１５やモータ９への漏洩水素の流入を防止できる。

また、ケース３１に連通孔３１ａを設けることで、燃料電池１３などのシステム部品の温度変化に伴うケース３１内の空気の膨脹収縮を吸収することができる。

本発明によれば、前記燃料電池と前記電力変換器と前記モータとを、一つのケース内に収容することで、各部品をそれぞれ単独のケース内に収容する場合に対し、構造が簡素化し、相互間距離をより近接して各部品を配置できることから、システム全体をコンパクト化できる。また、各部品相互を接続する電力伝達部材がケースを貫通しないので、電力伝達部材とケースとの間のシール構造が不要となる。

前記燃料電池と前記電力変換器と前記モータとを、互いに相対移動不能とした状態で固定することで、電力伝達部材として電線に代えて剛体となるバスバーを使用でき、電線を使用する場合に比べ、接続作業が容易となり、スペース的にも有利となる。

前記ケースの前記燃料電池近傍に、ケースの内部と外部とを連通する連通孔を設けたので、燃料電池から漏洩したケース内の水素は、燃料電池近傍の連通孔を通ってケース外部に流出し、ケース内での漏洩水素の滞留を防止できるとともに、下部のインバータやモータへの漏洩水素の流入を防止できる。

前記燃料電池の補機として、燃料電池に供給する水素が流れる水素系部品と、燃料電池に供給する空気が流れる空気系部品との少なくともいずれか一方は、これらに接続される排出ガス配管系を車両後方に向けて延長するとともに、前記燃料電池に対し、車体前後方向で同等位置を含むそれより後方位置かつ、車体上下方向同等位置を含むそれより下方位置に配置することで、排出ガス（水素ガスまたは空気）中の水分の収集を容易にでき、燃料電池との間で水分の滞留を防止して凍結による水詰まりや低温時の凍結を防止することができる。

前記水素系部品は、前記燃料電池から排出される排出水素を循環させて再度前記燃料電池に供給する水素循環装置とすることで、燃料電池の排出水素中に含まれる水分収集を容易にできる。

前記空気系部品は、前記燃料電池に供給する空気を加湿する加湿装置とすることで、燃料電池の排出空気中に含まれる水分収集を容易にでき、生成水による燃料電池への供給空気の加湿動作を速やかに行えるとともに、排出空気の車両後方への排出を容易に行うことができる。

本発明の第１の実施形態を示す燃料電池車両の簡略化した側面断面図である。本発明の第２の実施形態を示す、前記図１に相当する側面断面図である。本発明の第３の実施形態を示す、前記図１に相当する側面断面図である。

符号の説明

３車体前部の空間
９車両駆動用のモータ
１３燃料電池
１５インバータ（電力変換器）
２１水素循環装置（水素系部品）
２３加湿装置（空気系部品）
２５，２６排出ガス配管系
３１ケース
３１ａケースの連通孔

Claims

車両駆動用のモータと、このモータの電力源となる燃料電池と、この燃料電池の電力を変換して前記モータに供給する電力変換器とを、車体前部の空間にそれぞれ搭載する燃料電池システムの車両搭載構造において、前記燃料電池の車体上下方向下部に前記電力変換器を配置し、さらにその電力変換器の下部に前記モータを配置することを特徴とする燃料電池システムの車両搭載構造。
前記燃料電池と前記電力変換器と前記モータとを、一つのケース内に収容することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの車両搭載構造。
前記燃料電池と前記電力変換器と前記モータとを、互いに相対移動不能とした状態で固定することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システムの車両搭載構造。
前記ケースの前記燃料電池近傍に、前記ケースの内部と外部とを連通する連通孔を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池システムの車両搭載構造。
前記燃料電池の補機として、燃料電池に供給する水素が流れる水素系部品と、燃料電池に供給する空気が流れる空気系部品との少なくともいずれか一方は、これらに接続される排出ガス配管系を車両後方に向けて延長するとともに、前記燃料電池に対し、車体前後方向で同等位置を含むそれより後方位置かつ、車体上下方向同等位置を含むそれより下方位置に配置することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池システムの車両搭載構造。
前記水素系部品は、前記燃料電池から排出される排出水素を循環させて再度前記燃料電池に供給する水素循環装置であることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システムの車両搭載構造。
前記空気系部品は、前記燃料電池に供給する空気を加湿する加湿装置であることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システムの車両搭載構造。