JP2006076485A

JP2006076485A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2006076485A
Application number: JP2004263925A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kaneko; 健金子; Takeshi Shiomi; 岳史塩見; Tetsuo Uozumi; 哲生魚住
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: JP4715137B2

Abstract

【課題】電力変換装置を車両に搭載する際のレイアウト性の向上、質量やコストの低減を図る。
【解決手段】車両の床下に燃料電池１を搭載し、燃料電池１が発電する電力の変換を行う電力変換装置１７を、燃料電池１の車両後方側にて燃料電池１に隣接して配置する。燃料電池１の車両前方には、水素供給系部品３、空気供給系部品９および燃料電池冷却系部品１３を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池の電力変換装置を備えた燃料電池システムに関する。

燃料電池が発電する電力の変換を行う電力変換装置に関し、電力変換装置を含む燃料電池システムの配置構造や、燃料電池システムの制御方法については、様々な技術が提案されている（例えば下記特許文献１参照）。
特開２００２−８３６２２号公報

ところで、燃料電池の電力変換装置は、燃料電池システムの他の構成部品と比較して大きな容積を占めるので、同じく大きな容積を占める燃料電池本体から離れた位置に設置する場合がある。

その場合、燃料電池と電力変換装置とを電気的につなぐ強電ハーネスが長くなってしまい、他の配管レイアウトを圧迫する要因となったり、質量増、コスト増の要因となる。特に、電力変換装置を、燃料電池から離れた位置の車両後部に設置した場合には、冷却水配管を車両前部から車両後部まで引き回すことになり、さらに、レイアウト性、質量、コストの面でデメリットが大きくなる。

そこで、本発明は、電力変換装置を車両に搭載する際のレイアウト性の向上、質量やコストの低減を図ることを目的としている。

本発明は、車両の床下に燃料電池を搭載し、前記燃料電池が発電する電力の変換を行う電力変換装置を、前記燃料電池の車両後方側にて燃料電池に隣接して配置したことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、電力変換装置を車両床下に搭載した燃料電池に隣接して配置することで、燃料電池と電力変換装置とを電気的につなぐ強電ハーネスを短縮することができ、レイアウト性の向上、質量やコストの低減に寄与することができる。

また、電力変換装置を燃料電池の車両後方側に配置することで、車両前方側には、燃料電池に空気を供給する空気供給系部品を配置することができ、車両前部から引き回す径の大きな空気配管の長さを短縮でき、レイアウト性の向上、質量やコストの低減に寄与することができる。

また、電力変換装置を、燃料電池から離れた位置の車両後部に設置した場合に比べ、車両前部から引き回す冷却水配管を短縮することができるので、この点でもレイアウト性の向上、質量やコストの低減に寄与することができる。

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システムの平面図である。この燃料電池システムは、車両の床下に搭載するもので、図示しないフレームを介して車体下部に搭載する。なお、図１中で左方向が車両前方である。

上記した車両床下において、燃料電池１に燃料となる水素を供給する水素供給系部品３および、水素供給系部品３と燃料電池１とを接続する水素配管５を、燃料電池１の車両前方側に配置する。水素供給系部品３には、車両後方側に配置する図示しない水素タンクに接続する水素供給配管７を接続する
また、燃料電池１に酸化ガスとしての空気を供給する空気供給系部品９および、空気供給系部品９と燃料電池１とを接続する空気配管１１を、同じく燃料電池１の車両前方側に配置する。

さらに、燃料電池１を冷却する燃料電池冷却系部品１３および、燃料電池冷却系部品１３と燃料電池１とを接続する冷却水配管１５を、同じく燃料電池１の車両前方側に配置する。

ここで、上記した空気供給系部品９は、車幅方向のほぼ中央に配置し、その車幅方向左側に水素供給系部品３を、同右側に燃料電池冷却系部品１３をそれぞれ配置する。

そして、燃料電池１の車両後方側に、燃料電池１が発電する電力の変換を行う電力変換装置１７を燃料電池１に隣接して配置し、この電力変換装置１７と燃料電池１とは強電ハーネス１９によって互いに接続する。電力変換装置１７で変換した電力は、車両の側部に沿って延長される強電ハーネス２１によって、車両前部に配置する図示しない車両駆動用モータなどに供給する。

また、強電ハーネス２１と並行して施設する冷却水配管２３の車両後方側の端部を電力変換装置１７に接続する。この冷却水配管２３および、前記した燃料電池冷却系部品１３に接続する冷却水配管２５の車両前方側の端部は、車両前部に設置する図示しないラジエータに接続する。

第１の実施形態によれば、燃料電池１と電力変換装置１７とが互いに隣接して配置しているので、燃料電池１と電力変換装置１７とを電気的に接続する強電ハーネス１９を、電力変換装置１７を燃料電池１から離れた位置の車両後部に設置する場合に比較して短縮することができる。これにより、他の部品のレイアウト性が向上し、また質量の軽減、コストの低減にも有効である。

ここで、車両前部の図示しないモータルームにて吸入する空気を、空気供給配管２７を通して空気供給系部品９へ送り込む構成としていることから、径が大きな空気配管１５の長さを短縮するという理由で、空気供給系部品９を燃料電池１の車両前方に設置するのが望ましく、したがって電力変換装置１７を燃料電池１の車両後方側に設置するのが効果的である。

また、燃料電池１および電力変換装置１７は、燃料電池システムにおける他の部品に比較して大きな容積となることから、設置面積を抑えるために、高さを持たせた形状にするのが望ましい。その点でも、この構成は、図２に示すように、水素供給系部品３、空気供給系部品９および燃料電池冷却系部品１３などの燃料電池補機部品２９を、前席の足元に配置し、燃料電池１や電力変換装置１７を、前席の足元より高さの取れる前席の座席３１の下部に配置できるという効果がある。

さらに、車両後部に設置する図示しない水素タンクから水素供給系部品３へ水素を送り込む構成としていることにおいて、水素タンクから水素供給系部品３までの水素供給配管７と、電力変換装置１７から車両前部に設置した車両駆動用モータなどに配電する配電装置までの強電ハーネス２１とを、車幅方向両側の左右に別けて引き回すことで、車両衝突などの際に、水素供給配管７と強電ハーネス２１の両方の破損を防止し、燃料電池システムとして信頼性が向上する。

図３は、本発明の第２の実施形態を示す燃料電池システムの平面図である。この燃料電池システムは、車両床下において、燃料電池１を搭載支持する支持部材としてのフレーム３３を車体フレームに取り付けてある。

ここでのフレーム３３は、矩形状の外枠３３ａとその内側の底板３３ｂとを備え、外枠３３ａの内側の底板３３ｂ上に、燃料電池１、電力変換装置１７、水素供給系部品３、空気供給系部品９、燃料電池冷却系部品１３をそれぞれ設置する。水素供給配管７、強電ハーネス２１、冷却水配管１５についても、外枠３３ａの内側に配置している。

この構成により、車両衝突などで側面から車両が衝撃を受けた際、フレーム３３の外枠３３ａに緩衝部材としての機能を持たせることができ、強電ハーネス２１や冷却水配管２３の破損を防ぐことができる。特に、この場合、フレーム３３は燃料電池１を車両に搭載する上で必要な部品であり、したがって新たな部品を設定することなく強電ハーネス２１の破損による漏電を防止することができる。

図４（ａ）は、本発明の第３の実施形態を示す燃料電池システムの簡略化した要部の平面図である。この実施形態は、車両床下において、電力変換装置１７Ａを燃料電池１の車両後方側にて燃料電池１に隣接して配置する点は、第２の実施形態と同様であるが、ここでの電力変換装置１７Ａは、車幅方向（図４中で上下方向）長さを、燃料電池１の車幅方向長さより長くし、かつ電力変換装置１７Ａの車幅方向両端を、燃料電池１の車幅方向両端より車幅方向外側に位置させるとともに、剛性を持った構造としている。

この構成により、車両衝突などで側面から激しい衝撃が車体に加わり、車体や前述したフレーム３３でその衝撃を吸収しきれないような場合に、その衝撃を図４（ｂ）に示すように電力変換装置１７Ａの側面で受け、燃料電池１まで衝撃が及ばないようにすることができ、比較的衝撃に弱い燃料電池１を衝撃から保護することができる。

本発明の第１の実施形態を示す燃料電池システムの平面図である。第１の実施形態による燃料電池システムの車両搭載構造を示す側面図である。本発明の第２の実施形態を示す燃料電池システムの平面図である。（ａ）は、本発明の第３の実施形態を示す燃料電池システムの簡略化した要部の平面図図、（ｂ）は燃料電池システムが衝撃を受けた際の平面図である。

符号の説明

１燃料電池
１７，１７Ａ電力変換装置
３３フレーム（支持部材）
３３ａフレームの外枠

Claims

車両の床下に燃料電池を搭載し、前記燃料電池が発電する電力の変換を行う電力変換装置を、前記燃料電池の車両後方側にて燃料電池に隣接して配置したことを特徴とする燃料電池システム。
車両の床下に前記燃料電池を支持する支持部材を設け、この支持部材の外枠より内側に前記電力変換装置を配置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。
前記電力変換装置の車幅方向端部を、前記燃料電池の車幅方向端部より車幅方向外側に位置させたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
前記電力変換装置の車幅方向長さを、前記燃料電池の車幅方向長さより長くしたことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。