JP2005306230A

JP2005306230A - 燃料電池車両

Info

Publication number: JP2005306230A
Application number: JP2004126517A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Uozumi; 哲生魚住
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】燃料電池システムを搭載する燃料電池車両において、コンプレッサの配置に伴う問題を改善する。
【解決手段】燃料電池９および該燃料電池９に供給される空気を加圧するコンプレッサ１２を含む燃料電池システムを搭載した燃料電池車両１において、燃料電池９をモータルーム４内に配置する一方、コンプレッサ１２をモータルーム４より後方、例えば後側のシート８ｂの下方に配置する。コンプレッサと車両前部空間との間に設けられる配管またはハーネスを車体床下のフロアトンネル内に配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両に関する。

従来より、燃料電池車両において、燃料電池を車両前方のモータルーム内に配置したものが知られている（特許文献１）。

この特許文献１では、空気を高圧化して燃料電池に供給するコンプレッサも、モータルーム内に配置されている。なお、このコンプレッサによる高圧化に伴い、空気の温度は上昇する。
特開２００２−３７０５４４号公報

しかしながら、上記従来の燃料電池車両では、燃料電池とコンプレッサの双方がモータルーム内に配置され、互いに比較的近い位置に存在していたため、コンプレッサから燃料電池に至るまでの空気供給配管が短く、コンプレッサで高温となった空気を、燃料電池に到達する前に自然冷却によって所望の温度まで冷却するのは困難であった。このため、比較的大型の空気冷却装置（アフタークーラ）を装備する必要があり、システムの大型化や複雑化、重量増の一因となっていた。

また、上記従来の車両では、燃料電池とコンプレッサの双方が車両の前側に配置されており、その分、前後の重量バランスをとりにくいという問題があった。

そこで、本発明は、燃料電池システムを搭載する燃料電池車両において、コンプレッサの配置に伴う問題を改善することを目的とする。

本発明は、燃料電池と該燃料電池に供給される空気を加圧するコンプレッサとを含む燃料電池システムを搭載した燃料電池車両において、燃料電池を車両前部の空間内に配置する一方、上記コンプレッサを車両前部の空間より後方に配置したことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、燃料電池を車両前部の空間内に配置する一方、上記コンプレッサを車両前部の空間より後方に配置したため、コンプレッサから燃料電池に至る空気供給配管を長くとることができるので、その空気供給配管内を流通する間の自然冷却による温度低減代が大きくなり、その分、空気冷却装置を小型化または省略することができる。また、コンプレッサを後方に配置した分、車両の前後の重量バランスを改善することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１〜図３は、本発明の第１の実施形態を示しており、図１は、本実施形態にかかる燃料電池車両の要部構成を示す断面図、図２は、同燃料電池車両の後部座席下に設けられたコンプレッサおよび補機部品を示す斜視図、図３は、同燃料電池車両の後部の要部構成を示す断面図である。なお、図１および図２において、矢印ＦＲで示す方向が車両前方である。

図１に示すように、車体２の内側の空間はダッシュパネル３によって前後に区画されており、その前方はモータルーム４、また後方はキャビン５となっている。また、キャビン５は、下方のフロアパネル６によって床下領域７と仕切られている。本実施形態では、燃料電池システムの構成要素は、主としてモータルーム４と床下領域７に配置されている。なお、図１の例では、キャビン５内には、シート８（８ａ，８ｂ）が前後に二列配置されている。

燃料電池システムは、比較的容積および質量の大きい構成要素として、燃料電池９や、駆動モータ１０、蓄電池１１、コンプレッサ１２等を備えている。

燃料電池９は、車両１の前部の空間としてのモータルーム４内に設けられており、水素を含んだアノードガスと酸素を含んだカソードガス（本実施形態では空気）の供給を受け、アノード（水素極）およびカソード（酸素極）の各々で生じる電気化学反応に基づいて電力を発生する。

駆動モータ１０は、モータルーム４の下部に設けられており、燃料電池９の発生した電力で車両１の駆動力を発生する。

蓄電池（２次電池）１１は、前側のシート８ａの下方の床下領域７に配置されており、燃料電池９の発生した電力や、制動時のエネルギ回生によって得た電力を貯蔵する。

コンプレッサ１２は、後側のシート８ｂの下方の床下領域７に配置されており、燃料電池９にカソードガスとして供給される空気を高圧化する。コンプレッサ１２で高温高圧となった空気は、床下領域７で前後に伸びる空気供給配管１３を経由して燃料電池９に供給される。

このように、本実施形態では、コンプレッサ１２をモータルーム４より後方に配置したため、コンプレッサ１２から燃料電池９に至る空気供給配管１３を長くとることができる。よって、空気供給配管１３を通過する際の自然冷却（すなわち周辺空気等との熱交換）による空気の温度低減代が大きくなるため、その分、冷却装置すなわちアフタークーラ１４を小型化することができる。

また、本実施形態によれば、コンプレッサ１２をモータルーム４より後方に配置したことにより、車両の前後の重量バランスを改善することができる。特に、本実施形態のように、車両重心２１を挟んで、燃料電池９を前方に、コンプレッサ１２を後方に配置すれば、より一層重量バランスをとりやすくなるという利点がある。

また、本実施形態では、燃料電池９とコンプレッサ１２との間に蓄電池１１を配置している。燃料電池９から蓄電池１１に供給される電流は、燃料電池９からコンプレッサ１２に供給される電流より大きいが、かかる配置により、電流の大きいライン（ハーネス）を短くすることができるため、レイアウトや質量やコスト、さらにはエネルギロス等の観点から有利である。

また、本実施形態では、コンプレッサ１２を後側のシート８ｂの下方に配置している。この領域は、比較的大きな容積を確保できるため、その分、制振部材や遮音部材等を設ける等して、コンプレッサ１２から発生する音や振動の対策を施しやすいという利点がある。

また、図２に示すように、本実施形態では、コンプレッサ１２を、関連する補機部品（例えば、コンプレッサ１２から排出された高温の空気を冷却水と熱交換させて空気を冷却するアフタークーラ１４、コンプレッサ１２に導入される空気を濾過するフィルタ１５、コンプレッサモータ用インバータ１６、サイレンサ（図示せず）等）とともに一体化して、車体構造部材１８に取り付けている。こうすることで、一体化したことによる組み付け容易性の向上はもとより、質量が増大した分、振動エネルギの消費量が増大して、車体側に伝わる音や振動の強度が小さくなるという効果が得られる。

また、図２に示すように、本実施形態では、コンプレッサ１２とその前方に配置される構成要素（例えば燃料電池９等）とを結ぶ配管（例えば空気供給配管１３、冷却水配管１７等）やハーネス１９を、フロアパネル６を凹設してなるフロアトンネル２０内に配置している。こうすることで、フロアの低い車両等においても、効率よく配管１３，１７やハーネスを配置することができる。なお、フロアトンネル２０内では、冷却性能向上の観点から、空気供給配管１３を最も下側に配置している。

また、図３に示すように、本実施形態では、コンプレッサ１２の吸気ポート２２に吸気ダクト２３を装着し、吸気ダクト２３の空気導入口２４を、吸気ポート２２より上方に設定している。こうすることで、冠水時においてもコンプレッサ１２内に水が進入しにくくなるという利点がある。さらに、図３に示すように、吸気ダクト２３を、車体外側パネル２ａと車体内側パネル２ｂとの間に配置することで、より一層水の進入を抑制することができる。ここで、この車体２を、内燃機関搭載車両と共用したり、内燃機関搭載車両から流用したりする場合には、内燃機関車両で給油配管が設置されるスペースに吸気ダクト２３を配置すれば、車体２の仕様変更部分を減らして、製造コストを削減することができるという利点もある。

図４は、本発明の第２の実施形態にかかる燃料電池車両の要部構成を示す断面図である。なお、本実施形態にかかる燃料電池車両１Ａは、上記第１の実施形態にかかる燃料電池車両１と同様の構成要素を有しているが、以下ではそれら同様の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態では、コンプレッサ１２およびそれに関連する補機部品を、リヤサスペンション（図示せず）を支持するリヤサスペンションメンバ２５に取り付けている。こうすることで、リヤサスペンションメンバ２５とその防振構造によって、コンプレッサ１２による音、振動を吸収することができるので、車体２側およびキャビン５側に伝わる音および振動を低減することができる。この場合、コンプレッサ１２用の防振構造を別途設ける必要がないので、装置構成を小型化できるとともに、製造コストを削減できるという利点がある。なお、かかる構成の場合には、後側のシート８ｂの下方のスペースは、他の燃料電池システムの構成要素やその他の部品の設置スペースとして利用することができる。

図５は、本発明の第３の実施形態を示しており、図５は、本実施形態にかかる燃料電池車両の要部構成を示す断面図である。なお、本実施形態にかかる燃料電池車両１Ｂは、上記第１の実施形態にかかる燃料電池車両１と同様の構成要素を有しているが、以下ではそれら同様の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態では、リヤパネル２６によって車両１の後部に形成されたトランクルーム２７内に吸気ダクト２８を引き込むとともに、該トランクルーム２７の上部位置に空気導入口２９を設定している。この場合にも、空気導入口２９がコンプレッサ１２の吸気ポート２２より上方に位置しているので、コンプレッサ１２内に水が進入しにくくなるという効果が得られる。また、かかる構成は、図５に示すように、トランクルーム２７内に、アノードガスとしての水素を貯留する水素タンク３０を有する場合に極めて有効である。すなわち、水素タンク３０あるいはその周辺から水素が漏れ出た場合、その水素はトランクルーム２７内で上昇するため、当該空気導入口２９からコンプレッサ１２内に引き込むことができるからである。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に種々の改変を施すことができる。例えば、上記実施形態では、コンプレッサ１２を、後側のシート８ｂの下方、あるいはリヤサスペンションメンバ２５に設置したが、これらに限られるものではなく、例えば、前側のシート８ａの下方や、フロアトンネル２０内、あるいはトランクルーム２７内等に設置してもよい。このような場合にも、上記各実施形態と同様の効果が得られる。また、本発明は、３列シート車両や、１ＢＯＸタイプ、ワゴンタイプの車両等としても実施可能である。

また、燃料電池システムの比較的容積および質量の大きい構成要素、すなわち、燃料電池９や、駆動モータ１０、蓄電池１１、コンプレッサ１２等を、車両の前後方向に並べてレイアウトする場合に、燃料電池９の後方にコンプレッサ１２を配置するようにし、燃料電池９とコンプレッサ１２との間に、それら以外の構成要素を少なくとも一つ介在させるようにすれば、燃料電池９とコンプレッサ１２を前後に隣接して配置した場合に比べて、コンプレッサ１２から燃料電池９に至る空気供給配管１３の距離を長くとることができ、上記各実施形態と同様の効果が得られる。一例として、燃料電池９を前側のシート８ａの下方に配置し、蓄電池１１を後側のシート８ｂの下方に配置し、さらにトランクルーム２７内にコンプレッサ１２を配置する構成がある。そして、それら構成要素の中ではコンプレッサ１２を最も後方に配置し、燃料電池９をモータルーム４内に配置するのが特に好適である。

本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池車両の要部構成を示す断面図。本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池車両のコンプレッサおよびそれに関連する補機部品を示す斜視図。本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池車両の後部の要部構成を示す断面図。本発明の第２の実施形態にかかる燃料電池車両の要部構成を示す断面図。本発明の第３の実施形態にかかる燃料電池車両の要部構成を示す断面図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ車両（燃料電池車両）
２ａ車体外側パネル
２ｂ車体内側パネル
４モータルーム（車両前部の空間）
７床下領域（車体床下）
８ａ，８ｂシート（座席）
９燃料電池
１０駆動モータ
１１蓄電池
１２コンプレッサ
１３，１７配管
１４アフタークーラ（補機部品）
１５フィルタ（補機部品）
１６コンプレッサモータ用インバータ（補機部品）
１９ハーネス
２０フロアトンネル
２１車両重心
２２吸気ポート
２３，２８吸気ダクト
２４，２９空気導入口
２５リヤサスペンションメンバ
２７トランクルーム

Claims

燃料電池と該燃料電池に供給される空気を加圧するコンプレッサとを含む燃料電池システムを搭載した燃料電池車両において、
燃料電池を車両前部の空間内に配置する一方、前記コンプレッサを車両前部の空間より後方に配置したことを特徴とする燃料電池車両。
燃料電池と該燃料電池に供給される空気を加圧するコンプレッサとを含む燃料電池システムを搭載した燃料電池車両において、
燃料電池を車両前部の空間内に配置する一方、前記コンプレッサを車両重心より後方に配置したことを特徴とする燃料電池車両。
前記コンプレッサを座席の下に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池車両。
前記コンプレッサをリヤサスペンションメンバに取り付けたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池車両。
前記コンプレッサをそれに関連する補機部品とともに一体化したことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一つに記載の燃料電池車両。
前記コンプレッサと車両前部の空間との間に設けられる配管またはハーネスを、車体床下のフロアトンネル内に配置したことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一つに記載の燃料電池車両。
前記コンプレッサの吸気ポートに接続される吸気ダクトを備え、
前記吸気ダクトの空気導入口を吸気ポートより上方に配置したことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか一つに記載の燃料電池車両。
前記吸気ダクトを車体外側パネルと車体内側パネルとの間に配置したことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池車両。
前記吸気ダクトを車両後部のトランクルーム内まで延伸させ、空気導入口をトランクルーム内に設定したことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池車両。
前記空気導入口をトランクルーム内の上部に設定したことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池車両。
構成要素として、燃料電池と、燃料電池の発生した電力で駆動力を発生する駆動モータと、電力を貯蔵する蓄電池と、燃料電池に供給される空気を加圧するコンプレッサと、を含む燃料電池システムを搭載した燃料電池車両において、
前記構成要素のうち、コンプレッサを燃料電池より後方に配置するとともに、コンプレッサと燃料電池との間にそれ以外の前記構成要素を少なくとも一つ配置したことを特徴とする燃料電池車両。
前記構成要素のうちコンプレッサを最も後方に配置し、燃料電池を車両前部の空間内に配置したことを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池車両。