JP2007015537A - 気体燃料タンクとバッテリの車両搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】外気を利用してバッテリを冷却するようにしつつ、気体燃料タンクの燃料給排口から放出された気体燃料とバッテリとの接触を極力回避する。
【解決手段】気体燃料を貯蔵する気体燃料タンク４と、外気を利用した空冷式の冷却装置６が付設されたバッテリ５とを有する。気体燃料タンク４の燃料給排口４ａと冷却装置６の空気取入口５３ａとが、車体前後方向または車幅方向に隔置して配設されると共に、互いに向かい合わない位置関係となるように位置設定される。
気体燃料が空気よりも比重の軽い気体燃料の場合、燃料給排口４ａを、空気取入口５３ａよりも高い位置に配設すると共に、空気取入口５３ａが下方を向くようにして外気に開口させるのが好ましく、気体燃料タンク４に対してバッテリ５および冷却装置６を仕切る隔壁１５を設けるのがより好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気体燃料タンクとバッテリの車両搭載構造に関するものである。

最近の車両（特に自動車）では、環境問題の観点から、気体燃料（特に水素燃料）を走行用のエネルギ源として使用してするものが増加する傾向にある。特許文献１には、車両の衝突時に、気体燃料タンクから気体燃料が外部へ漏れ出て引火する危険性を回避するために、車両の衝突時あるいは衝突が予測されたときには、気体燃料タンクから燃料電池への気体燃料の供給を遮断することが開示されている。

一方、車両にはバッテリが搭載されるが、特に走行用モータを駆動するためのバッテリは高電圧とされるため、そのプラス端子とマイナス端子とが短絡することを防止することが強く望まれることになる。特許文献２には、側突時におけるバッテリの短絡を防止するために、バッテリ端子が車幅方向中心側に位置するようにバッテリを配設することが開示されている。
特開２００４−３４９１１０号公報 特開２００４−２３７７９０号公報

ところで、バッテリ、特に走行用モータを駆動するためのバッテリは高電圧とされるため、温度上昇がかなり激しいものとなる。このため、空気取入口を有する空冷式の冷却手段をバッテリに付設して、空気取入口から取り入れた外気をバッテリに対して供給して、外気との間の熱交換によってバッテリを積極的に冷却することが考えられている。

気体燃料タンクは、通常元栓の取付位置となるその燃料給排口部分が強度的にもっとも弱い部分とされており、このため、車両の衝突時にはこの燃料給排口部分が損傷して気体燃料タンクが外部へ漏れ出る可能性が高いものとなる。この一方、バッテリに高濃度の気体燃料が接触すると発火（引火）の可能性があり、このため、バッテリを冷却するための外気取り入れ部となる空気取入口からいかに外部に漏れ出た気体燃料を取り入れないようにするかが重要となる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、外気を利用してバッテリを冷却するようにしつつ、燃料給排口から放出された気体燃料とバッテリとの接触を極力回避するようにした気体燃料タンクとバッテリの車両搭載構造を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
気体燃料を貯蔵する気体燃料タンクと、
外気を利用した空冷式の冷却手段が付設されたバッテリと、
前記気体燃料タンクの燃料給排口と前記冷却手段の空気取入口とが、車体前後方向または車幅方向に隔置して配設されると共に、互いに向かい合わない位置関係となるように位置設定されている、
ようにしてある。
上記解決手法によれば、燃料給排口と空気取入口とが、車体前後方向または車幅方向に隔置して配設されると共に互いに向かい合わない位置関係となるように位置設定されているので、車両の衝突時にたとえ燃料給排口から気体燃料が漏れ出たとしても、漏れ出た気体燃料が空気取入口から取り込まれることが防止あるいは取り込まれる可能性が極めて低いものとなり、外気中の気体燃料がバッテリに多量に供給されてしまう事態が防止されることになる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
前記気体燃料タンクに貯蔵される気体燃料が、空気よりも比重の軽い気体燃料とされており、
前記燃料給排口が、前記空気取入口よりも高い位置に配設され、
前記空気取入口が、下方を向くようにして外気に開口されている、
ようにしてある（請求項２対応）。この場合、気体燃料は空気よりも軽い一方、燃料給排口が空気取入口よりも高い位置にあるので、燃料給排口から漏れ出た気体燃料が下降して空気取入口にまで達する可能性が極めて低いものとなり、気体燃料とバッテリとの接触をより一層確実に防止する上で好ましいものとなる。

前記気体燃料タンクが、隔壁によって、前記バッテリおよび冷却手段に対して仕切られている、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、隔壁によって、燃料給排口から漏れ出た気体燃料が空気取入口へと到達してしまう事態をより一層確実に防止することができる。

前記気体燃料タンクが、車幅方向に伸ばして配設され、
前記バッテリと冷却手段との組立体が、前記気体燃料タンクに対して車体前後方向に隔置して配設され、
前記燃料給排口が、前記気体燃料タンクの車幅方向一端面側に位置されており、
前記空気取入口が、前記バッテリの車幅方向他端面側に位置されている、
ようにしてある（請求項４対応）。この場合、かなりの大型部材となる気体燃料タンクと冷却手段を備えたバッテリとを車体前後方向に隔置して、車体に対する好ましい具体的な配設態様を確保しつつ、燃料給排口と空気取入口とを互いに大きく離間した位置関係に設定して、多量の気体燃料がバッテリに対して接触してしまう事態を回避することができる。

」
前記気体燃料タンクが、車体前後方向に伸ばして配設され、
前記バッテリと冷却手段との組立体が、前記気体燃料タンクに対して車幅方向に隔置して配設され、
前記燃料給排口が、前記気体燃料タンクの車体前後方向一端面側に位置されており、
前記空気取入口が、前記バッテリの車体前後方向他端面側に位置されている、
ようにしてある（請求項５対応）。この場合、かなりの大型部材となる気体燃料タンクと冷却手段を備えたバッテリとを車幅方向に隔置して、車体に対する好ましい具体的な配設態様を確保しつつ、燃料給排口と空気取入口とを互いに大きく離間した位置関係に設定して、多量の気体燃料がバッテリに対して接触してしまう事態を回避することができる。

車体前部に、前記気体燃料タンクからの気体燃料の供給を受けて駆動されるエンジンと、前記バッテリからの電力供給を受けて駆動される走行用モータと、該エンジンに設けられると共に前記バッテリとの間で電力の授受が行われるスタータモータ兼ジェネレータとが配設され、
車体後部に、前記気体燃料タンクとバッテリとが配設され、
前記気体燃料タンクからエンジンへの気体燃料の供給系路が、車幅方向一端部側を通るように配設され、
前記バッテリと前記走行用モータおよび前記スタータモータ兼ジェネレータとを接続する電力系路が、車幅方向他端部側を通るように配設されている、
ようにしてある（請求項６対応）。この場合、本発明が適用される車両としては、いわゆるハイブリッド車となるが、気体燃料を使用するエンジンは燃料電池に比して極めて安価に提供することが可能なので、実用化の上で極めて好ましいものとなる。また、大型部材かつ重量部材となるエンジン、走行用モータおよびスタータモータ兼ジェネレータを車体前部に搭載する一方、大型部材かつ重量部材となる気体燃料タンクと冷却手段を備えたバッテリとを車体後部に配設することにより、大型部材の車体への適切な分散配置を行いつつ車体の重量配分の上でも好ましいものとなる。さらに、衝突として可能性の高い前方衝突時に、バッテリや気体燃料タンクを衝撃から保護する上でも好ましいものとなる。以上に加えて、気体燃料の供給系路を電力系路に対して車幅方向に隔離した状態で配設することにより、この燃料系路と電力系路とが不用意に接触されてしまう事態を確実に防止することができる。

本発明によれば、外気を利用したバッテリの冷却を行ないつつ、外気に放出された多量の気体燃料がバッテリに接触してしまう事態を回避することができる。

図１〜図３の説明（第１の実施形態）

図１〜図３は、本発明が適用された車両Ｖの駆動用となる主要部品の配置関係を示すものである。図中一点鎖線によって車体の外殻等が簡略的に描かれており、ＴＦは前輪、ＴＲは後輪である。図中、１は走行用のエンジン（内燃機関）、２は走行用モータ、３は始動用電動機と発電機とを兼用したスタータモータ兼ジェネレータである。エンジン１と走行用モータ２とは、車体前部（具体的には車室前方に形成されるエンジンルーム内）に配設されている。エンジン１はいわゆる横置きとされて、エンジン１の車幅方向一端面側に上記スタータモータ兼ジェネレータ３が配設され、エンジン１の後方に走行用モータ２が配設されている。そして、エンジン１あるいは走行用モータ２の少なくとも一方によって前輪ＴＦが駆動される一方、後輪ＴＲは従動輪とされて、車両ＶはいわゆるＦＦ車とされている。

車体後部、より具体的には車室後方空間には、気体燃料タンク４とバッテリ５とが配設されている。バッテリ５には、後述する冷却装置６が付設されており、以下の説明では、バッテリ５と冷却装置６との組立体を、単に組立体５、６として表現することもある。気体燃料タンク４内には、気体燃料（実施形態では水素燃料）が貯蔵されており、その燃料給排口となる元栓が符合４ａで示される。また、冷却装置６は、後述するように外気を取り入れてバッテリ５を空冷式に冷却するものであり、その空気取入口が符合５３ａで示される。このように、大型でかつ重量部材となる気体燃料タンク４および組立体５、６が車体後部に搭載されることにより、車体前部と後部との重量バランスを図る上で好ましいものとなっている。

気体燃料タンク４は、車幅方向に長く伸びて、左右の後輪ＴＲ（の前部）の間に位置するように配設されている。元栓４ａは、気体燃料タンク４のうち、車幅方向一端面側（実施形態では右端面側）に設けられている。この元栓４ａは、燃料供給系路７を介してエンジン１（の燃料噴射弁）に接続されている。すなわち、気体燃料タンク４内の気体燃料は、元栓４ａから、燃料供給系路７を介してエンジン１へ供給される。この燃料供給系路７は、車幅方向一端部側（実施形態では右端部側）を通るように配設されている。元栓４ａは、さらに、フィラーパイプ８を介して、リアフェンダに設けられた燃料補給口９に連なっている。すなわち、気体燃料タンク４への気体燃料の補給が、燃料補給口９から、フィラーパイプ８、元栓４ａを経て行われることになる。

バッテリ５は、通常の車両用としての１２Ｖバッテリよりも高電圧のものとされて、車幅方向に伸びている。そして、冷却装置６は、バッテリ５の車幅方向他端面（左端面）側に設けられている。このバッテリ５と冷却装置６との組立体５、６は、気体燃料タンク４の後方でかつ後輪ＴＲの幅内において、車幅方向に伸ばして配設されている。そして、空気取入口５３ａは、元栓４ａとは車幅方向反対側となる位置において、前方を向くように外気に開口されている。バッテリ５は、走行用モータ２およびスタータモータ兼ジェネレータ３との間で電力授受が行われるが、このための電力系路１０が、車幅方向他端部側を通るように配設されている。このように、前述した燃料供給系路７に対して、電力系路１０が車幅方向に大きく離間した位置関係となるように配設され、しかも途中で交差することもないように配設されるので、燃料系路７から気体燃料が漏れ出たとしても、漏れ出た気体燃料が電力系路１０に接触してしまうという事態を防止する上で好ましいものとなっている。勿論、上述のように、空気取入口５３ａが元栓４ａとは車幅方向に大きく離間した位置関係となるように配設されているので、元栓４ａから漏れ出た気体燃料が空気取入口５３ａ付近に到達して空気取入口５３ａからバッテリ５へと供給されてしまう事態が防止あるいは十分に抑制されることになる。なお、空気取入口５３ａの向きは、前方に限らず、後方、上方、下方、さらには元栓４ａとは反対方向（図１〜図３の実施形態では左方向）等、適宜の方向を向くように設定することができる。

図４の説明（第２の実施形態）

図４は、本発明の第２の実施形態を示すものであり、前記実施形態と同一構成要素には同一符合を付してその重複した説明は省略する（このことは以下の第３の実施形態についても同じ）。本実施形態では、エンジン１、走行用モータ２、スタータモータ兼ジェネレータ３を車体前部に搭載し、気体燃料タンク４、バッテリ５、冷却装置６を車体後部に配設するという点では、前述した実施形態の場合と同じである。ただし、本実施形態では、気体燃料タンク４を、左右の後輪ＴＲ間において、車体前後方向に伸ばしてかつ車幅方向一端部側寄りとなる位置（実施形態では右後輪２寄り）に配設してある。そして、元栓４ａは、気体燃料タンク４の前端部となる前端面に設けてある。

本実施形態では、バッテリ５と冷却装置６との組立体５、６も、車体前後方向に伸ばして配設されている。この組立体５、６は、車幅方向において、気体燃料タンク４とは反対側となるように、車幅方向他端側寄りとなる位置（実施形態では左後輪ＴＲ寄り）に配設してある。そして、バッテリ５の後方に冷却装置６が位置されて、空気取入口５３ａが、気体燃料タンク４とは反対側となる車幅方向左側を向くように外気に開口されている。このように、本実施形態では、左右の後輪ＴＲの間の空間を有効に利用して、気体燃料タンク４および組立体５、６を配設するようになっている。

本実施形態においても、元栓４ａと空気取入口５３ａとが車体前後方向に離間され、かつ車幅方向にも離間されているため、元栓４ａから漏れ出た気体燃料が、空気取入口５３ａから多量に取り入れられてしまう事態が防止あるいは抑制されることになる。なお、空気取入口５３ａは、車幅方向外方側に限らず、前方、後方、上方、下方等適宜の方向を向くように設定することができる。

図５、図６の説明（第３の実施形態）

図５、図６は、本発明の第３の実施形態を示すものである。本実施形態では、エンジン１、走行用モータ２、スタータモータ兼ジェネレータ３を車体前部に搭載し、気体燃料タンク４、バッテリ５、冷却装置６を車体後部に配設するという点では、前述した第１の実施形態および第２の実施形態の場合と同じである。ただし、本実施形態では、気体燃料タンク４を、左右の後輪ＴＲ間において、車幅方向に伸ばしてかつほぼ左右の後輪ＴＲの間に位置するように配設してある。そして、元栓４ａは、気体燃料タンク４の車幅方向一端部側（実施形態では右端部）の上面に設けてある。

一方、組立体５、６は、車幅方向に伸ばして、左右の後輪ＴＲ間でかつ気体燃料タンク４の前方に位置するように配設されている。そして、冷却装置６はバッテリ５の車幅方向他端部側（実施形態では左端部側）に設けられて、空気取入口５３ａが、下方を向くようにして外気に開口されている。

気体燃料タンク４は、組立体５、６よりも若干高い位置に位置設定されている。このため、元栓４ａの高さが、空気取入口５３ａの高さよりも高い位置とされている。さらに、本実施形態では、気体燃料タンク４と組立体５、６との間に、例えば薄い金属板あるいは合成樹脂板からなる隔壁（仕切り板）１５が配設されている。この隔壁１５は、上方から見たとき、気体燃料タンク４と組立体５、６とに対してオーバラップするような大きな面積とされている（隔壁１５の投影面積範囲内に、気体燃料タンク４と組立体５、６が含まれる）。

気体燃料としては、空気よりも比重の軽い（小さい）気体燃料（例えば水素ガス）が用いられており、元栓４ａから漏れ出た気体燃料は、すみやかに上昇することになる。したがって、元栓４ａと空気取入口５３ａとが大きく離間していることに加えて、漏れ出た気体燃料がすみやかに上昇されること、気体燃料タンク４の下方には隔壁１５が配設されて、漏れ出た気体燃料が下方特に空気取入口５３ａに向けては移動されないようにされていること、さらには空気取入口５３ａが下方に向けて開口されていることとが相まって、元栓４ａから漏れ出た気体燃料が空気取入口５３ａに到達することをより確実に防止する上で極めて好ましいものとなっている。なお、隔壁１５を廃止してもよく、また空気取入口５３ａを、下方に限らず、上方、左右側方、後方等適宜の方向に向けて開口させるようにすることもできる。

図７、図８の説明（バッテリ、冷却装置の一例）

図７、図８は、前述した各実施形態において用いられるバッテリ５と冷却装置６との組立体の一例を示すものである。まず、バッテリ５は、図７左右方向に並べて複数のセルモジュール５１を有し、各セルモジュール５１毎に温度センサ５２が設けられている。また、バッテリ５内には、水素ガス濃度を検出する１つの濃度センサ５０が配設されている。バッテリ５の下部には、冷却通路５３、５４が設けられている。冷却通路５３はバッテリ５内への外気の供給用となるもので、冷却通路５３には送風用の冷却ファン５５が配設されている。また、冷却通路５４は外気の排出用であり、この冷却通路５４には排出用の冷却ファン５６が配設されている。冷却ファン５５、５６を作動させることにより、外気が、冷却通路５３の吸込口となる空気取入口５３ａからバッテリ５内に供給されて、バッテリ５内（セルモジュール５１間）を外気が循環する間に、高温となっているバッテリ５と冷たい外気との間で熱交換される。バッテリ５との間で熱交換されて高温とった外気は、冷却通路５４に排出された後、最終的に冷却通路５４の吐出口５４ａから外気に排出される。なお、冷却ファン５５、５６はそのいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。

バッテリ５の一側面には、バッテリ用の制御ユニット（コントローラ）ＢＵが取付けられている。制御ユニットＢＵは、上記温度センサ５２で検出される検出温度の平均値となる平均検出温度が所定の上限温度以上になると、冷却ファン５５、５６を作動させ、上記平均検出温度がこの上限温度よりも低い温度に設定された所定の下限温度以下になると冷却ファン５５、５６の作動を停止させる。また、制御ユニットＢＵは、濃度センサ５３で検出される濃度が所定濃度以上であると、冷却ファン５５、５６の作動を強制的に停止させる（外気に漏れ出た気体燃料がバッテリ内に取り込まれて、濃度センサ５０で検出される濃度がそれ以上大きくなる事態を未然に防止）。

図８は、気体燃料として例えば水素ガスを用いたときの、空気中の水素ガス濃度と、火種が存在するときの発火の確率との関係を示すものである。この図８から明らかなように、空気中の水素ガス濃度が４％を超えると急激に発火の確率が高くなる。このため、濃度センサ５０による検出濃度が発火の確率について十分余裕をもった例えば２％（前述した所定濃度に相当）以上になると、前述のように冷却ファン５５、５６の作動を強制的に停止させるようにしてある。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。気体燃料を使用して作動される駆動源としては、エンジン１に限らず、燃料電池から電気エネルギが供給されて駆動されるモータであってもよい（気体燃料が燃料電池に供給される）。気体燃料タンク４内に貯蔵される気体燃料は気体のままであってもよいし、あるいは液化状態で貯蔵するものであってもよい。気体燃料としては、水素ガスに限定されるものではなく、例えば天然ガスやメタンガス等適宜の気体燃料とすることができる。

図１〜図３に示す第１の実施形態において、組立体５、６と気体燃料タンク４との前後関係を逆にしてもよく、また、元栓４ａを車幅方向左側に位置させる一方、空気取入口５３ａを車幅方向右側に位置させるようにしてもよい。図４に示す第２の実施形態において、組立体５、６と気体燃料タンク４杜の左右位置関係を逆にしてもよい。図５、図６に示す第３の実施形態において、組立体５、６と気体燃料タンク４との前後関係を逆にしてもよい。各実施形態において、冷却装置６（の空気取入口５３ａ）は、バッテリ５の側面に限らず、上面、下面、前面あるいは後面に位置させることもできる。

エンジン１、走行用モータ２、スタータモータ兼ジェネレータ３を車体後部に搭載する一方、気体燃料タンク４、組立体５、６を車体前部に搭載するようにしてもよい（特に後輪駆動車の場合）。また、エンジン１、走行用モータ２、スタータモータ兼ジェネレータ３、気体燃料タンク４および組立体５、６を全て、車体前部にまとめて搭載したり、車体後部にまとめて搭載することもできる。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明の第１の実施形態を示すもので、駆動系を構成する主要部品の配置関係例を示す簡略平面図。 図１の左側面図。 図１の右側面図のうち車体前部を省略して示す図。 本発明の第２の実施形態を示すもので、図１に対応した簡略平面図。 本発明の第３の実施形態を示すもので、図１に対応した簡略平面図。 図５の左側面図。 バッテリと冷却装置との組立体の一例を示す簡略側面断面図。 空気中の水素ガス濃度と発火の確率との関係を示す図。

符号の説明

Ｖ：車両
ＴＦ：前輪
ＴＲ：後輪
１：エンジン
２：走行用モータ
３：スタータモータ兼ジェネレータ
４：気体燃料タンク
４ａ：元栓（燃料給排口）
５：バッテリ
６：冷却装置（冷却手段）
７：燃料供給系路
１０：電力系路
１５：隔壁
５３：冷却通路（空気取り入れ用）
５３ａ：空気取入口
５４：冷却通路（空気排出用）
５５、５６：冷却ファン
ＢＵ：制御ユニット（冷却ファンの駆動制御用）

Claims (6)

1. 気体燃料を貯蔵する気体燃料タンクと、
   外気を利用した空冷式の冷却手段が付設されたバッテリと、
   前記気体燃料タンクの燃料給排口と前記冷却手段の空気取入口とが、車体前後方向または車幅方向に隔置して配設されると共に、互いに向かい合わない位置関係となるように位置設定されている、
   ことを特徴とする気体燃料タンクとバッテリの車両搭載構造。
2. 請求項１において、
   前記気体燃料タンクに貯蔵される気体燃料が、空気よりも比重の軽い気体燃料とされており、
   前記燃料給排口が、前記空気取入口よりも高い位置に配設され、
   前記空気取入口が、下方を向くようにして外気に開口されている、
   ことを特徴とする気体燃料タンクとバッテリの車両搭載構造。
3. 請求項２において、
   前記気体燃料タンクが、隔壁によって、前記バッテリおよび冷却手段に対して仕切られている、ことを特徴とする気体燃料タンクとバッテリの車両搭載構造。
4. 請求項１において、
   前記気体燃料タンクが、車幅方向に伸ばして配設され、
   前記バッテリと冷却手段との組立体が、前記気体燃料タンクに対して車体前後方向に隔置して配設され、
   前記燃料給排口が、前記気体燃料タンクの車幅方向一端面側に位置されており、
   前記空気取入口が、前記バッテリの車幅方向他端面側に位置されている、
   ことを特徴とする気体燃料タンクとバッテリの車両搭載構造。
5. 請求項１において、
   前記気体燃料タンクが、車体前後方向に伸ばして配設され、
   前記バッテリと冷却手段との組立体が、前記気体燃料タンクに対して車幅方向に隔置して配設され、
   前記燃料給排口が、前記気体燃料タンクの車体前後方向一端面側に位置されており、
   前記空気取入口が、前記バッテリの車体前後方向他端面側に位置されている、
   ことを特徴とする気体燃料タンクとバッテリの車両搭載構造。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、
   車体前部に、前記気体燃料タンクからの気体燃料の供給を受けて駆動されるエンジンと、前記バッテリからの電力供給を受けて駆動される走行用モータと、該エンジンに設けられると共に前記バッテリとの間で電力の授受が行われるスタータモータ兼ジェネレータとが配設され、
   車体後部に、前記気体燃料タンクとバッテリとが配設され、
   前記気体燃料タンクからエンジンへの気体燃料の供給系路が、車幅方向一端部側を通るように配設され、
   前記バッテリと前記走行用モータおよび前記スタータモータ兼ジェネレータとを接続する電力系路が、車幅方向他端部側を通るように配設されている、
   ことを特徴とする気体燃料タンクとバッテリの車両搭載構造。
   

Images