JP2006089040A

JP2006089040A - 燃料電池搭載車両

Info

Publication number: JP2006089040A
Application number: JP2005335736A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Yamashita; 雅由山下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】燃料電池のメンテナンスが容易な燃料電池搭載車両を提供する。
【解決手段】燃料電池搭載車両１０では、燃料電池３０は、車両客室Ｒ１のフロアパネル２０のうち前席６０の下方位置に設けられた矩形状の第１凹部２２に、上部がフロアパネル２０の基準面２０ａより上に飛び出した状態で収納されている。つまり、燃料電池３０は、車両客室Ｒ１の室内に配置されており、塵埃や汚水から保護されている。したがって、塵埃や汚水に晒されている場合に比べてメンテナンスが容易となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池搭載車両に関する。

従来、燃料電池搭載車両としては、車両室内をできるだけ狭めることなく燃料電池を配置したものが種々提案されている。例えば、特許文献１には、燃料電池、水素吸蔵合金タンク、燃料電池補機類、バッテリユニットを車室床の直下の前輪と後輪との間に水平に配置したものが提案されている。
特開２００１−２６８７２０

しかしながら、特許文献１では、燃料電池は車室床の直下つまり車両客室外に配置されているため、車両走行時に塵埃や汚水に晒されてしまい、メンテナンスが煩雑になることがあった。

本発明は、このような問題に鑑みになされたものであり、燃料電池のメンテナンスが容易な燃料電池搭載車両を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池を搭載した燃料電池搭載車両であって、前記燃料電池は車両客室内に配置されているものである。この燃料電池搭載車両では、燃料電池は車両客室内に配置されているため、塵埃や汚水から保護されている。したがって、塵埃や汚水に晒されている場合に比べてメンテナンスが容易となる。

ここで、「燃料電池」は、車両の走行用モータに電力を供給するように構成されていてもよいし、他の車載機器（例えば空調機器、ＡＶ機器、ナビゲーション機器、照明機器など）に電力を供給するように構成されていてもよい。また、「車両客室」は、冷暖房を完備していることが好ましい。

本発明の燃料電池搭載車両において、前記燃料電池はフロアパネルに設けられた燃料電池用凹部に配置されていてもよい。こうすれば、燃料電池がフロアパネルの基準面（乗員の足の位置を含む面）から大きく飛び出すことのない状態で収納できる。この場合、フロアパネルにカバー（例えばカーペットなど）を被せることにより乗員が違和感を感じないようにしてもよい。

本発明の燃料電池搭載車両において、電気エネルギーを蓄積する蓄電池を備え、前記蓄電池は車両客室内に配置されていてもよい。こうすれば、蓄電池も塵埃や汚水から保護されるため、塵埃や汚水に晒されている場合に比べてメンテナンスが容易となる。

ここで、「蓄電池」は、車両の走行用モータに電力を供給するように構成されていてもよいし、他の車載機器（例えば空調機器、ＡＶ機器、ナビゲーション機器、照明機器など）に電力を供給するように構成されていてもよい。また、「蓄電池」は、電気エネルギを化学反応により蓄電する二次電池（例えばニッケル水素二次電池、ニッカド二次電池、リチウム水素二次電池、鉛蓄電池など）であってもよいし、電気エネルギをそのまま蓄電するキャパシタであってもよい。

本発明の燃料電池搭載車両において、前記蓄電池はフロアパネルに設けられた蓄電池用凹部に配置されていてもよい。こうすれば、蓄電池がフロアパネルの基準面から大きく飛び出すことのない状態で収納できる。この場合、フロアパネルにカバー（例えばカーペットなど）を被せることにより乗員が違和感を感じないようにしてもよい。

本発明の燃料電池搭載車両において、蓄電池を備えている場合、前記燃料電池は前席下に配置され、前記蓄電池は後席乗員の足元に配置されていてもよい。こうすれば、重心位置が低くなり車両前後方向のバランスも適切となるため走行安定性が良好となる。このとき、前記燃料電池及び前記蓄電池はいずれも長手方向が車両左右方向となるように配置されていてもよい。こうすれば、前席及び後席は車両左右方向が車両前後方向よりも長いため、燃料電池を前席下に配置しやすく、蓄電池を後席足元に配置しやすい。また、前記燃料電池は前記蓄電池より高さが高くてもよい。即ち、燃料電池は前席下に配置されるため高さが高くても問題になり難いのに対して、蓄電池は後席足元に配置されるため高さが低い方が好ましい。

本発明の燃料電池搭載車両において、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給機器を備え、前記燃料ガス供給機器は車両客室外に配置されていてもよい。こうすれば、燃料ガス供給機器から燃料ガスが車両客室内に入り込むおそれが少ない。このとき、前記燃料ガス供給機器は後席後方に配置されていてもよい。こうすれば、重量バランスをとるうえで好ましい。

本発明の燃料電池搭載車両において、前輪駆動用及び後輪駆動用の少なくとも一方のモータを備え、前記燃料電池及び前記蓄電池の少なくとも一方の電力が前記モータへ供給されてもよい。こうすれば、燃料電池及び蓄電池の電力をモータに供給して走行する車両に対して本発明を適切に利用できる。

本発明を一層明らかにするために、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図１は燃料電池搭載車両のブロック図、図２は本実施形態の燃料電池搭載車両の概略平面図、図３は燃料電池搭載車両の概略断面図、図４は燃料電池と蓄電池とがフロアパネル上に配置されている様子を表す説明図で（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

本実施形態の燃料電池搭載車両１０は、図１に示すように、主として左車輪用モータ１４、右車輪用モータ１６、水素ボンベ１８、燃料電池３０、蓄電池４０、パワーコントロールユニット（以下ＰＣＵという）５０を備えている。また、燃料電池搭載車両１０は、図３に示すように、前席６０（運転席と助手席）や後席６２が配置された車両客室Ｒ１と、前輪側に設けられ車両客室Ｒ１とはダッシュパネル１２により仕切られた車両前方室Ｒ２と、後輪側に設けられトランクルームなどとして使用される車両後方室Ｒ３とを備えている。車両客室Ｒ１は図示しないエアコンディショナによって冷暖房可能な環境になっている。

左前輪用モータ１４は、左前輪ＦＬＷのホイールに組み込まれたホイールインモータであり、左前輪ＦＬＷの車軸を回転させる役割を果たす。右前輪用モータ１６は、右前輪ＦＲＷのホイールに組み込まれたホイールインモータであり、右前輪ＦＲＷの車軸を回転させる役割を果たす。この左車輪用モータ１４と右車輪用モータ１６とは分離しているため、車両前方室Ｒ２のうち両モータ１４，１６の間には比較的広いスペースが形成され、このスペースに後述する燃料電池補機類３１が配置されている。

水素ボンベ１８は、燃料電池３０へ供給する燃料ガスとしての水素ガスが圧縮されて高圧な状態で蓄積されている容器であり、本実施形態では複数本並設されている。これらの水素ボンベ１８は、車両客室Ｒ１の室内（車内）と室外（車外）とを仕切るフロアパネル２０の下方つまり室外（車外）に配置されている。

燃料電池３０は、周知の固体高分子電解質型の燃料電池であり、構成単位である単セルを複数積層したスタック構造を有し、高電圧電源（数百Ｖ）として機能する。燃料電池３０を構成する各単セルでは、図１に示すように、水素ボンベ１８から水素ガス（燃料ガス）がマスフロコントローラ３２で圧力・流量が調節されたあと加湿器３３により加湿されてアノードに供給され、エアコンプレッサ３４から圧力が調節された圧縮空気（酸化ガス）がカソードに供給され、所定の電気化学反応が進行することにより起電力が生じる。即ち、アノードでは水素がプロトンと電子とに分離し、アノードで分離したプロトンが固体高分子電解質膜を伝導してカソードに達すると共に同じくアノードで分離した電子が負荷を介して接続された電線を通ってカソードに達し、カソードでは酸素がプロトンと電子と結合して水が生成する、という電気化学反応が進行することにより、起電力が生じる。

この燃料電池３０は、図３及び図４に示すように、車両客室Ｒ１のフロアパネル２０のうち前席６０の下方位置に設けられた矩形状の第１凹部２２に、上部がフロアパネル２０の基準面２０ａより上に飛び出した状態で収納されている。つまり、燃料電池３０は車両客室Ｒ１の室内に配置されている。この車両客室Ｒ１は冷暖房を完備しているため、燃料電池３０は冷暖房環境下に配置されているともいえる。また、燃料電池３０は、長手方向が車両左右方向となるように配置されている。更に、燃料電池３０を収納する第１凹部２２は、燃料電池搭載車両１０のモノコック構造を構成する一対の床下リインホースメント６４，６６の間に入り込むように形成されている（図４（ｂ）参照）。

燃料電池補機類３１は、既述のマスフロコントローラ３２、加湿器３３、エアコンプレッサ３４のほか、燃料電池３０から未反応のまま排出された水素ガスを再び燃料電池３０に供給する水素ガス循環ポンプ３５や、燃料電池３０を冷却する冷却水を燃料電池３０と放熱器３９との間で循環させるウォータポンプ３６や、図示しないアクセルペダルセンサのペダル位置や図示しない各種センサの検出値に基づいてマスフロコントローラ３２及びエアコンプレッサ３４に供給ガス量を制御するための制御信号を出力するＦＣコントローラ３７（ＦＣは燃料電池の略）などであり、これらは補機箱に入れられた状態で車両前方室Ｒ２に配置されている。これらの燃料電池補機類３１は、車両前方室Ｒ２の左前輪用モータ１４と右前輪用モータ１６との間に配置されている。なお、燃料電池補機類３１には、図示しない低電圧バッテリ（例えば１２Ｖバッテリ）が電力を供給してもよいし、ＰＣＵ５０にて燃料電池３０や蓄電池４０から送られてきた電力を低電圧化して供給してもよい。

蓄電池４０は、周知のニッケル水素蓄電池を複数個直列に接続した構造を有し、高電圧電源（数百Ｖ）として機能する。この蓄電池４０は、ＰＣＵ５０の制御によって、車両の始動時に各モータ１４，１６を駆動したり、減速回生時に各モータ１４，１６から回生電力を回収したり、加速時に各モータ１４，１６をアシストしたり、負荷に応じて燃料電池３０によって充電されたりする。また、蓄電池４０は、図３及び図４に示すように、フロアパネル２０のうち後席６２に座った乗員の足元位置に設けられた段差状の第２凹部２４に、上面がフロアパネル２０の基準面２０ａと略一致した状態で収納されている。つまり、蓄電池４０は、車両客室Ｒ１の室内に配置されている。また、蓄電池４０は、長手方向が車両左右方向となるように配置されている。なお、この蓄電池４０は充放電可能な電池であればよく、ニッケル水素二次電池に限らず例えばニッカド二次電池やリチウム水素二次電池や鉛蓄電池などであってもよいし、キャパシタであってもよい。

フロアパネル２０は、第１凹部２２に燃料電池３０を収納し第２凹部２４に蓄電池４０を収納した状態で、その全体を覆うようにフロアカバー２６（図３参照）が被せられている。このフロアカバー２６の存在により、車両客室Ｒ１の乗員が違和感を感じることなく乗車することができる。

ＰＣＵ５０は、車両前方室Ｒ２に配置され、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成されたコントローラ部５２と燃料電池３０や蓄電池４０の高電圧直流電流と各駆動用モータ１４，１６の交流電流との変換を行うインバータ部５４とを備えている。そして、ＰＣＵ５０のコントローラ部５２は、各モータ１４，１６の負荷や蓄電池４０の蓄電量に応じて、燃料電池３０で発生した電力を各モータ１４，１６や蓄電池４０に供給したり、蓄電池４０に蓄積された電力を各駆動用モータ１４，１６に供給したりする制御を行う。具体的には、例えば、加速時等において各モータ１４，１６の負荷が大きいときには、燃料電池３０で発電した電力と蓄電池４０に蓄積された電力とを各モータ１４，１６へ供給する。また、減速時や制動時等において、各モータ１４，１６から得られる回生電力を蓄電池４０に供給する。

以上のように構成された本実施形態の燃料電池搭載車両１０では、燃料電池３０及び蓄電池４０は車両客室Ｒ１のフロアパネル２０の上つまり車両客室Ｒ１内に配置されているため、塵埃や汚水から保護されている。したがって、塵埃や汚水に晒されている場合に比べてメンテナンスが容易となる。また、燃料電池３０及び蓄電池４０はフロアパネル２０に設けられた第１凹部２２及び第２凹部２４にそれぞれ配置されているため、フロアパネル２０の基準面２０ａからあまり突出することのない状態で収納できる。

更に、比較的重量物である燃料電池３０及び蓄電池４０のうち燃料電池３０は前席６０の下方に配置され、蓄電池４０は後席６２に座った乗員の足元に配置されていることから、重心位置が低くなり車両前後方向のバランスも適切となるため、走行安定性が良好となる。このとき、前席６０及び後席６２は車両左右方向が車両前後方向よりも長いことを考慮して、燃料電池３０及び蓄電池４０は長手方向が車両左右方向となるように配置されている。また、燃料電池３０よりも蓄電池４０の高さを低くして蓄電池４０の上面をフロアパネル２０の基準面２０ａと略一致させているため、後席６２に座る乗員は足元に違和感を感じにくい。

更にまた、燃料ガス供給機器である水素ボンベ１８はフロアパネル２０の下つまり車両客室Ｒ１の外に配置されているため、水素ガスが車両客室Ｒ１内に入り込むおそれが少ない。また、水素ボンベ１８は後席６２の後方に配置されているため、車両前後方向の重量バランスが適切になるし、水素の充填作業を車両後方で行うことができる。

本実施形態では車両前方室Ｒ２に空間的な余裕があることから前席６０をやや前方にずらして車両客室Ｒ１のスペースを広げることもできる。こうしたとき、フロントボディピラーロワー部６８（図３参照）が前席６０に乗降しようとする乗員の足に当たることがあるため、乗員が車両客室Ｒ１内で少なくとも腰を軽くかがめた状態で立ち上がることができるような車高にして乗降性を確保することが好ましい。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態において、燃料電池３０を車両客室Ｒ１内の前側に配置し蓄電池４０を車両客室Ｒ１内の後側に配置したが、燃料電池３０を車両客室Ｒ１内の後側に配置し蓄電池４０を車両客室Ｒ１内の前側に配置してもよい。

また、上述した実施形態では、燃料電池補機類３１を車両前方室Ｒ２に配置したが、燃料電池４０の周辺（例えば燃料電池４０の前方とか左右）に配置してもよい。このとき、燃料電池補機類３１は塵埃や汚水から保護することを考慮してフロアパネル２０の上つまり車両客室Ｒ１内に配置してもよいし、作動音等が発生することを考慮してフロアパネル２０の下つまり車両客室Ｒ１の外に配置してもよい。

更に、上述した実施形態では、燃料ガス供給機器として水素ボンベ１８を採用したが、所定の水素貯蔵温度以下で水素ガスを蓄え該水素貯蔵温度より高い温度で水素ガスを解放する水素吸蔵合金を利用したタンクを採用してもよいし、炭化水素系燃料と水との反応により水素リッチなガスを生成する改質器を採用してもよい。

更にまた、上述した実施形態では、前輪駆動用モータとしてホイールインモータを採用したが、一つのモータで左前輪と右前輪とを回転駆動させてもよく、また、前輪駆動に代えて後輪駆動としたり四輪駆動としてもよい。

そしてまた、上述した実施形態では、燃料電池３０及び蓄電池４０の両方を各モータ１４，１６の駆動源として利用可能な構成を採用したが（制御上は、燃料電池３０及び蓄電池４０の両方でモータ１４，１６を駆動する場合や、燃料電池３０及び蓄電池４０のいずれか一方のみでモータ１４，１６を駆動する場合も含む）、燃料電池３０及び蓄電池４０のいずれか一方のみをモータ１４，１６の駆動源として利用可能な構成を採用してもよく、例えば、一方の電池をモータ１４，１６の駆動源として利用可能な構成とし他方の電池を別の機器（例えば補機類）の電源として利用可能な構成としてもよい。あるいは、両電池３０，４０以外にモータ１４，１６の駆動源を有しており、両電池３０，４０の一方又は両方はその駆動源を補助する役割を果たすようにしてもよい。このように、モータ１４，１６は、燃料電池３０及び蓄電池４０の少なくとも一方を駆動源として利用可能なように構成されていればよい。

燃料電池搭載車両のブロック図である。燃料電池搭載車両の概略平面図である。燃料電池搭載車両の概略断面図である。燃料電池と蓄電池とがフロアパネル上に配置されている様子を表す説明図で（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１０燃料電池搭載車両、１２ダッシュパネル、１４左前輪用モータ、１６右前輪用モータ、１８水素ボンベ、２０フロアパネル、２０ａ基準面、２２第１凹部、２４第２凹部、２６フロアカバー、３０燃料電池、３１燃料電池補機類、３２マスフロコントローラ、３３加湿器、３４エアコンプレッサ、３５水素ガス循環ポンプ、３６ウォータポンプ、３７ＦＣコントローラ、３９放熱器、４０蓄電池、５０ＰＣＵ、５２コントローラ部、５４インバータ部、ＦＬＷ左前輪、ＦＲＷ右前輪、Ｒ１車両客室、Ｒ２車両前方室、Ｒ３車両後方室、ＲＷ後輪。

Claims

燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池を搭載した燃料電池搭載車両であって、
前記燃料電池は車両客室内に配置されている燃料電池搭載車両。
請求項１に記載の燃料電池搭載車両であって、
前記燃料電池はフロアパネルに設けられた燃料電池用凹部に配置されている燃料電池搭載車両。
請求項１又は２に記載の燃料電池搭載車両であって、
電気エネルギーを蓄積する蓄電池を備え、前記蓄電池は車両客室内に配置されている燃料電池搭載車両。
請求項３に記載の燃料電池搭載車両であって、
前記蓄電池はフロアパネルに設けられた蓄電池用凹部に配置されている燃料電池搭載車両。
請求項３又は４に記載の燃料電池搭載車両であって、
前記燃料電池は前席下に配置され、前記蓄電池は後席乗員の足元に配置されている燃料電池搭載車両。
請求項５に記載の燃料電池搭載車両であって、
前記燃料電池及び前記蓄電池はいずれも長手方向が車両左右方向となるように配置されている燃料電池搭載車両。
請求項３〜６のいずれかに記載の燃料電池搭載車両であって、
前記燃料電池は前記蓄電池よりも高さが高い燃料電池搭載車両。
請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池搭載車両であって、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給機器を備え、前記燃料ガス供給機器は車両客室外に配置されている燃料電池搭載車両。
請求項８に記載の燃料電池搭載車両であって、
前記燃料ガス供給機器は後席後方に配置されている燃料電池搭載車両。
請求項１〜９のいずれかに記載の燃料電池搭載車両であって、
前輪駆動用及び後輪駆動用の少なくとも一方のモータを備え、前記燃料電池及び前記蓄電池の少なくとも一方の電力が前記モータへ供給される燃料電池搭載車両。