JP2007095596A

JP2007095596A - 燃料電池搭載車両

Info

Publication number: JP2007095596A
Application number: JP2005286054A
Authority: JP
Inventors: Toru Eguchi; 徹江口
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】燃料電池搭載車両において、燃料供給系と酸化体供給系とを車両前後方向に振り分けるとともに、加湿手段と燃料電池とを車両幅方向に並設して他の各機器を適正位置に配設し、燃料電池が発電するための電力供給原料の供給系を短縮することにある。
【解決手段】燃料と酸化体との一つ以上を加湿することにより燃料電池に水分を供給する加湿手段を設け、燃料電池に供給する酸化体を圧送する酸化体加圧手段を設け、加湿手段と燃料電池とを車両幅方向に並べて且つ車両のフロア下方に配設する一方、加湿手段と燃料電池との並びに対して車両前後各方向位置の一方に燃料貯蔵手段を配設するとともに車両前後各方向位置の他方には酸化体加圧手段を配設している。
【選択図】図１

Description

この発明は、燃料電池搭載車両に係り、特に燃料電池システムの各機器を適正に配設する燃料電池搭載車両に関するものである。

燃料電池搭載車両には、電力供給原料としての燃料（水素ガス）と酸化体（酸素を含んだ空気）とを反応させて発電する燃料電池（スタック）、この燃料電池に供給する燃料を貯蔵する燃料貯蔵手段（高圧水素タンク）、燃料電池の発電する電力を利用して作動する駆動モータ（走行用モータ）等の各機器を備えた燃料電池システムを搭載している。

燃料電池においては、安定性能の確保と小型化の両立を、量産レベルで維持することが難しく、各機器の構成部品の品質にバラツキが大きく、このため、高効率の燃料電池システムを構築しようとすると、無駄部分の比率が大きくなり、非常に高価になってしまう。よって、車両に搭載する実用レベルでは、燃料電池を望ましい程に小型化することができていないのが実情である。

固体高分子型燃料電池における燃料や酸化体の加湿手段は、効率を高める手段の一つであり、電力供給原料に水分を供給することにより、内部のイオン交換膜でイオンを効率良く動かし、効率を高めるものである。電力供給原料フローラインの効率化を図ることは、短時問でより多くの電力を生み出すのにも有効である。これは、補助電源を、できるだけ小さくするか、あるいは、無くすことにより、パワーユニット全体の小型化、簡素化、軽量化に寄与する。また、燃料電池から安定した出力電力を得るためには、温度調節手段（液体ポンプ）により燃料電池の温度調整等も行っている。

従来、燃料電池搭載車両には、燃料電池と、燃料電池の温度を調節する温度調節手段と、燃料電池に水分を供給する加湿手段と、燃料が充填された燃料貯蔵手段と、酸化体加圧手段（エアコンプレッサ）を有し、車両の前方位置から後方位置にわたって温度調節手段と燃料電池と加湿手段と燃料貯蔵手段との順で配置されたものがある。
特開２００３−１８２３７９号公報

また、燃料電池搭載車両には、燃料貯蔵手段と、燃料電池と、燃料電池補機類と、蓄電池と、燃料電池及び蓄電池の各駆動モータへの電力供給を制御するＰＣＵとを、客室のフロア下方に順次に配置したものがある。
特開２００４−１２７７４７号公報

ところで、従来、上記の特許文献１の燃料電池搭載車両の燃料電池システムにおいては、振動発生源となる駆動モータと酸化体加圧手段と温度調節手段とがエンジンルームとフロア下方との両方に配置されているので、エンジンルームとフロア下方との両方で防音対策が必要であり、構造が繁雑になるとともに、高価になるという不都合があった。

また、このような燃料電池システムの各機器の配置の場合に、燃料供給系で、燃料の通過する順番と同じで、燃料貯蔵手段、加湿手段、燃料電池の順番に配置されている。しかし、酸化体供給系では、酸化体の通過する順番が酸化体加圧手段と加湿手段と燃料電池との順番であるが、実際の各機器の配置では、酸化体加圧手段と燃料電池と加湿手段との順番になっており、このため、酸化体供給系の経路が長くなり、酸化体の流れがスムーズに行われないという不都合がある。

更に、燃料電池と加湿手段とは順番に配置されているが、この燃料電池と加湿手段とが接するように配置されているわけではない。このように、燃料電池と加湿手段とが接するように配置されていない場合には、加湿応答は悪くなる。この加湿応答は、燃料電池の性能に大きく影響を及ぼし、燃料電池の性能低下を来すという不都合がある。

そこで、この発明の目的は、燃料電池システムの各機器を最適な状態に配置して、燃料電池システムの高効率安定化を図りつつ、乗員の快適性を向上する燃料電池搭載車両を提供することにある。

この発明は、燃料と酸化体とを反応させて発電する燃料電池と、この燃料電池に供給する燃料を貯蔵する燃料貯蔵手段と、前記燃料電池の発電する電力を利用して作動する駆動モータとを備える燃料電池搭載車両において、燃料と酸化体との一つ以上を加湿することにより前記燃料電池に水分を供給する加湿手段を設け、前記燃料電池に供給する酸化体を圧送する酸化体加圧手段を設け、前記加湿手段と前記燃料電池とを車両幅方向に並べて且つ車両のフロア下方に配設する一方、前記加湿手段と前記燃料電池との並びに対して車両前後各方向位置の一方に前記燃料貯蔵手段を配設するとともに車両前後各方向位置の他方には前記酸化体加圧手段を配設したことを特徴とする。

この発明の燃料電池搭載車両は、燃料供給系と酸化体供給系とを車両前後方向に振り分けるとともに、加湿手段と燃料電池とを車両幅方向に並設して他の機器を適正位置に配設することにより、燃料電池が発電するための電力供給原料の供給系を短縮することができる。そして、加湿された酸化体である空気を、応答性良く、また、水分を均一に分散した状態で供給できるとともに、温度調節手段の冷却水配管を短く制御性を高めることで、燃料の供給だけでなく、両方の電力供給原料の安定供給により、燃料電池の稼働効率を高めることができる。

この発明は、燃料電池が発電するための電力供給原料の供給系を短縮する目的を、加湿手段と燃料電池とを車両幅方向に並べて且つ車両のフロア下方に配設する一方、加湿手段と燃料電池との並びに対して車両前後各方向位置の一方に燃料貯蔵手段を配設するとともに車両前後各方向位置の他方には酸化体加圧手段を配設して実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。

図１〜図６は、この発明の実施例を示すものである。

図１〜図４において、１は燃料電池車載車両（以下「車両」という）、２は車体、３は車体フレーム、４はフロアパネル、５はルーフパネル、６はフロントパネル、７はダッシュパネル、８はフェンダエプロンパネル、９は前輪、１０は後輪、１１はモータ室、１２は客室である。

車体フレーム３は、ハイドロフォーム成形により、フロントフレーム１３とリアフレーム１４とを車両幅方向に延出する接合部１５で接合して形成されている。

フロントフレーム１３は、車両前後方向に延出するフロント左側部１６Ｌとフロント右側部１６Ｒとの後部位を車両幅方向に延出するフロント中間部１７で繋ないで形成されている。

リアフレーム１４は、車両前後方向で車両前端まで延出するリア左側部１８Ｌとリア右側部１８Ｒとの前部位を車両幅方向に延出するリア中間部１９で繋いでいるとともに、リア左側部１８Ｌとリア右側部１８Ｒとの後部位を車両幅方向に延出するリアクロスメンバ２０で繋なぎ、このリアクロスメンバ２０に車両後方で車両後端まで延出するリアエンド左側部２１Ｌとリアエンド右側部２１Ｒとを繋いで形成されている。このリアフレーム１４は、フロアパネル４の下方に配設される。

フロントフレーム１３のフロント中間部１７とリアフレーム１４のリア中間部１９とは、接合部１５で接合して一体的に形成されている。この接合部１５は、クロスメンバとしての機能を有し、上下に薄い扁平部位を形成し、配管等を配策し易くするとともに、フロントフレーム１３とリアフレーム１４とを高い剛性を持って連結し、客室１２を形成するフロアパネル４の前端部位に位置することから、モータ室１１内で発生する騒音・振動を遮断する機能を有している。

車体フレーム３は、図１に示すように、リアフレーム１４のリア左側部１８Ｌとリア右側部１８Ｒとの幅が、フロントフレーム１３のフロント左側部１６Ｌとフロント右側部１６Ｒとの幅及びリアフレーム１４のリアエンド左側部２１Ｌとリアエンド右側部２１Ｒとの幅よりも大きく、車両１の中間部位において拡幅で中膨らみ形状に形成されている。車体フレーム３の中間部位のリアフレーム１４のリア左側部１８Ｌとリア右側部１８Ｒとは、車両前後方向から視た場合及び車両平面から視た場合に、フロント左側部１６Ｌ・フロント右側部１６Ｒ及びリアエンド左側部２１Ｌ・リアエンド右側部２１Ｒの位置よりも外側で、前輪９・９及び後輪１０・１０と重なるように配設されている。

リアフレーム１４のリア左側部１８Ｌとリア右側部１８Ｒとは、車両１の中間部位において、車両幅方向に延出するセンタクロスメンバ２２により繋がれている。

よって、車体フレーム３には、接合部１５とセンタクロスメンバ２２との間に第１空間２３が形成されるとともに、センタクロスメンバ２２とリアクロスメンバ２０との間に第２空間２４が形成される。

フロントフレーム１３のフロント左側部１６Ｌとフロント右側部１６Ｒとの後部位には、車両幅方向に延出するサブフレーム２５が設けられている。このサブフレーム２５は、車両前方側の左右のフロント左側部１６Ｌとフロント右側部１６Ｒとを下方から繋ぐように、フロント左側部１６Ｌとフロント右側部１６Ｒとに掛け渡されている。このサブフレーム２５の上部には、操舵装置２６のステアリングボックス２７が取り付けられている。

また、フロントフレーム１３の部位には、上下方向に延びる懸架装置２８のストラット２９が配設されている。このストラット２９の下端には、車両幅方向に延びる前輪９の車軸３０が取り付けられている。

車両１には、燃料電池システム３１が設けられる。

この燃料電池システム３１は、燃料電池（スタック）３２と、燃料貯蔵手段（高圧水素タンク）３３と、燃料圧力調整手段（レギュレータ：減圧手段））３４と、駆動モータ（走行用モータ）３５と、モータ用インバータ３６と、加湿手段３７と、酸化体加圧手段（エアコンプレッサ）３８と、温度調節手段（液体ポンプ）３９と、冷却装置（ラジエータ）４０とを備えている。

燃料電池３２は、電力源であり、電力供給原料としての燃料（水素ガス）と酸化体（酸素を含んだ空気）とを反応させて発電し、この電力により駆動モータ３５を作動し、車両１を走行させる。この燃料電池３２は、セルを集積したスタック本体と、このスタック本体の周辺補機とを一つにまとめて構成されている。燃料は、減圧膨張により温度が下降しやすいものである。酸化体は、圧縮により温度が上昇しやすいものである。

燃料貯蔵手段３３は、燃料電池３２に供給する燃料を、例えば、高圧（例えば、３５０気圧、７００気圧）で充填し、貯蔵している。この実施例において、図１に示すように、燃料貯蔵手段３３は、４本設けられる。

駆動モータ３５は、単一で、燃料電池３２の発電する電力を利用して作動するものである。

モータ用インバータ３６は、パワー電動ライン（ケーブル及び電装品）４１を介して燃料電池３２に連絡し、燃料電池３２からの電力を駆動モータ３５に供給し、この駆動モータ３５を作動させる。

加湿手段３７は、燃料用加湿手段４２と酸化体用加湿手段４３との二つを備え、燃料と酸化体とを加湿することにより、燃料電池３２に水分を供給する。この加湿手段３７が無くても燃料電池３２の発電に支障がなく、また、燃料用加湿手段４２と酸化体用加湿手段４３とのいずれか一方の加湿手段を備えれば、燃料電池３２の内部でのイオンの移動が容易になり、発電効率が高まる。

酸化体加圧手段３８は、燃料電池３２に供給する酸化体を圧送する。

温度調節手段３９は、後述する熱交換器である第１、第２ラジエータ４４、４５と配管である燃料電池用液体配管５２とを通じて冷却媒体を循環することにより燃料電池３２の温度を調節するものであり、空冷式の冷却装置４０と配管で繋いで、冷却媒体となる液体を圧送して循環させることにより、燃料電池３２の温度を所定の設定温度範囲に保ち、燃料電池３２を変換効率の高い状態に維持させる。

冷却装置４０は、作動時の自身の発熱を冷却する液冷式のものであり、温度調整手段３９に対応した第１ラジエータ（燃料電池用熱交換器）４４と駆動モータ３５に対応した第２ラジエータ（補機用熱交換器）４５とが一体的になって構成されている。

図１に示すように、燃料電池３２と加湿手段３７とは、第１空間２３において車両幅方向に並んで且つ客室１２を形成するフロアパネル４の前側下方に配設される。そして、この第１空間２３においては、燃料電池３２が車両一側である車両左側寄りに偏倚して配設される一方、加湿手段３７が車両幅方向で且つ反対側の車両他側である車両右側寄りに偏倚して燃料電池３２に並べて設けられ、また、加湿手段３７の燃料用加湿手段４２が燃料電池３２に隣接して配置され、加湿手段３７の酸化体用加湿手段４３が燃料電池３２から離れた車両右側寄りに配置されている。

よって、加湿手段３７の燃料用加湿手段４２及び酸化体用加湿手段４３は、燃料電池３２の燃料及び酸化体が供給されて来る手前の直上流側の位置に配設されている。これにより、燃料用加湿手段４２及び酸化体用加湿手段４３に接続される後述の配管類（燃料供給配管４６及び酸化体供給配管４９）の配策経路は、車両一側方である車両右側寄りに沿って集中的に配策され、組付けや点検を容易とし、また、比較的短くなり、簡素な構成となる。このように、加湿される燃料の流通経路である燃料供給系の経路を短くすることにより、結露やそれに起因する問題を押さえ込み、また、単純直線形状ではないことで、内部を流通する燃料の膨張・収縮といった熱の影響を受け難いものとしている。

また、この第１空間２３において、燃料電池３２には、減圧膨張により温度が下降しやすい燃料と、圧縮により温度が上昇しやすい酸化体とが供給されるが、燃料用加湿手段４２を、露出されにくいように、燃料電池３２と酸化体用加湿手段４３との間に配置し、逆に、酸化体用加湿手段４３を、燃料用加湿手段４２よりも車両右側寄りの外側で且つ車両前方側寄りに配置し、走行風等に触れやすくしている。

また、燃料電池３２と加湿手段３７との並びに対して、車両前後各方向位置の一方である車両後方の第２空間２４に複数（４本）の燃料貯蔵手段３３が配設されるとともに、車両前後各方向位置の他方である車両前方のモータ室１１には酸化体加圧手段３８が配設される。

各燃料貯蔵手段３３に対して、燃料圧力調整手段３４が夫々設けられる。この燃料圧力調整手段３４は、燃料貯蔵手段３３から燃料電池３２に供給する高圧の燃料を、より低い圧力に調整して取り出し、燃料が高圧のまま流出しないようにするものであり、車両幅方向に延出した燃料貯蔵手段３３の車両他側である車両右側寄りないし燃料電池３２側である車両前側寄りとして、この実施例においては、車両他側である車両右側寄りに配設されている。また、この燃料圧力調整手段３４は、車両後部のリア左側部１８Ｌとリア右側部１８Ｒとの間の幅内で、車両幅方向に延出させた上で、平面状に揃うように、各燃料貯蔵手段３３に対応して複数（４個）並べられ、ブラケット等の固定具により、点検等のために着脱可能に搭載されている。

燃料貯蔵手段３３と加湿手段３７の燃料用加湿手段４２と燃料電池３２とは、燃料供給系配管４６で繋がれている。この燃料供給系配管４６は、各燃料貯蔵手段３３と燃料用加湿手段４２とを繋ぐ第１燃料配管４７と、燃料用加湿手段４２と燃料電池３２とを繋ぐ第２燃料配管４８とからなる。第１燃料配管４７は、各燃料圧力調整手段３４に連絡している。

駆動モータ３５は、フロント左側部１６Ｌとフロント右側部１６Ｒとの間で、車両中心よりも車両他側である車両右側で車両幅方向に延出して、サブフレーム２５の上方に搭載されている。よって、駆動モータ３５と加湿手段３７の酸化体用加湿手段４３とは、車両他側である車両右側寄りに偏倚して配設され、これにより、燃料電池３２と共働して車両中心寄りに重量マスを集中させている。

酸化体加圧手段３８は、部組み搭載可能な構成であり、駆動モータ３５及びモータ用インバータ３６の上方で、且つ駆動モータ３５及び温度調節手段３９よりも車両後方に配設されている。

酸化体加圧手段３８と加湿手段３７の酸化体用加湿手段４３と燃料電池３２とは、酸化体供給系配管４９で繋がれている。この酸化体供給系配管４９は、酸化体加圧手段３８と酸化体用加湿手段４３とを繋ぐ第１酸化体配管５０と、酸化体用加湿手段４３と燃料電池３２とを繋ぐ第２酸化体配管５１からなる。

温度調節手段３９は、駆動モータ３５と酸化体加圧手段３９と共に、モータ室１１内に配設されている。このモータ室１１内では、燃料電池３２に向けて温度調節手段３９と熱交換器である第１、第２ラジエータ４４、４５とが順次に並べられて設けられる。

冷却装置４０の第１ラジエータ４４と第２ラジエータ４５とは、走行風の当たり易い車両前方の前端付近で、車両幅方向に延出して配設されている。第１ラジエータ４４と温度調節手段３９と燃料電池３２とは、燃料電池用液体配管５２で繋がれている。この燃料電池用液体配管５２は、第１ラジエータ４４と温度調節手段３９とを繋ぐ第１液体配管５３と、温度調節手段３９と燃料電池３２とを繋ぐ第２液体配管５４とからなる。第２ラジエータ４５と駆動モータ３５とは、モータ用液体配管５５で繋がれている。

モータ用インバータ３６は、駆動モータ３５の近傍で、該駆動モータ３５よりも車両後方且つ車両中心寄りで、サブフレーム２５の上方に搭載されている。モータ用インバータ３６は、サブフレーム２５の後部位と燃料電池３２の前部位との間で、車両中心付近に搭載されている。また、このモータ用インバータ３６は、車体フレーム３の上下高さの下半部に対応する位置に配置され、車体フレーム３の下面やサブフレーム２５の下面より上方の位置で搭載されている。

駆動モータ３５には、図４に示すように、車両幅方向左側に、車両前後方向に延出したギヤボックス５６が付設されている。このギヤボックス５６は、複数の駆動輪に動力を分配する差動装置や伝動装置を内蔵し、車両中心側に配設される。この駆動モータ３５とギヤボックス５６とは、車両１のパワーユニット５７を構成する。

駆動モータ３５は、客室１２の運転席側又は助手席側に偏倚させて配設して別な装置との重量バランスをとりつつ、主に、車体フレーム３にマウント支持されるか、又は、懸架装置２８を設けるサブフレーム２５を介して車体フレーム３に支持され、高い剛性を得る構造とする。

この駆動モータ３５を含むパワーユニット５７は、第一の弾性部材（ゴムマウント）５８により、車体２としての、例えば、車体フレーム３に浮動支持される。

この第一の弾性部材５８は、図４、図５に示すように、左側マウント５９と右側マウント６０と後側マウント６１とからなる。左側マウント５９においては、左側ブラケット６２の下側がギヤボックス５６の車両左側の側面に複数の左側取付ボルト６３によって取り付けられ、左側ブラケット６２の上側に備えた左側弾性体（ゴム材）６４がフロント左側部１６Ｌに取り付けられる。右側マウント６０においては、右側ブラケット６５の下側がギヤボックス５６の車両右側の側面に複数の右側取付ボルト６６によって取り付けられ、右側ブラケット６５の上側に備えた右側弾性体（ゴム材）６７がフロント右側部１６Ｒに取り付けられる。後側マウント６１においては、連結ブラケット６８の一端側がギヤボックス５６の後端に連結され、この連結ブラケット６８の他端側に後側弾性体６９が取り付けられ、この後側弾性体６９に取付ブラケット７０が取り付けられ、この取付ブラケット７０が接合部１５に取り付けられる。

なお、このパワーユニット５７を、車体フレーム３に限られず、フェンダエプロンパネル８等の車体パネルやサブフレーム２５等の他の車体部材に浮動支持させることも可能である。

また、駆動モータ３５を含むパワーユニット５７の上方には、酸化体加圧手段３８と温度調節手段３９とが搭載支持される。よって、この酸化体加圧手段３８と温度調節手段３９とは、パワーユニット５７を介し、車体フレーム３に対して浮動支持される。

また、酸化体加圧手段３８と温度調節手段３９とは、駆動モータ３５よりも上方で且つ該駆動モータ３５に重なるよう配設されるとともに、第二の弾性部材（ゴムマウント）７１により駆動モータ３５の上部に浮動支持される。

図６に示すように、酸化体加圧手段３８は、第二の弾性部材７１の一つとして、複数の耐熱性弾性体７２を介してパワーユニット５７の上部の左側台座７３Ｌ及び右側台座７３Ｒに浮動支持される。この耐熱性弾性体７２を採用した理由は、酸化体加圧手段３８がそれ自体で加熱するので、熱に強いものが必要だからである。また、この酸化体加圧手段３８は、上方からの複数の第１支持ボルト７４でパワーユニット５７の上部に支持されている。

また、温度調節手段３９は、第二の弾性部材７１の他の一つとして、複数の断熱性弾性体７５を介してパワーユニット５７の上部の左側台座７３Ｌ及び中央側台座７３Ｃに浮動支持される。この断熱性弾性体７５を採用した理由は、温度調節手段３９に熱影響を与えないためである。また、この温度調節手段３９は、上方からの複数の第２支持ボルト７６でパワーユニット５７の上部に支持されている。

このように、パワーユニット５７を第一の弾性部材５８によって車体フレーム３に浮動支持させるとともに、酸化体加圧手段３８及び温度調節手段３９を第二の弾性部材７１によってパワーユニット５７に浮動支持させることにより、マスダンパ的に、互いに共振点をずらす、不快に感じる大きな振動を抑制する効果がある。

そして、温度調節手段３８を、車両側面視で、駆動モータ３５の上方に重なるように（特に、車両中央に位置するギヤボックス５６の差動装置の上方に配設し、モータ室１１内での車両前後方向の寸法及び冷却媒体を通す燃料電池用液体配管５２を短く抑えるとともに、下方に配設されるパワー電力ライン４１と交錯することを回避している。

従って、駆動モータ３５と酸化体加圧手段３８と温度調節手段３９等の振動・音の発生源となる各機器は、モータ室１１内に集中して配設され、モータ室１１内を中心に振動・防音対策を行うことができる。その他の燃料電池３２、加湿手段３７、燃料貯蔵手段３３、燃料圧力調整手段３４等の音、振動を生じない各機器は、フロアパネル４の床下に配置される。これにより、振動・防音対策は、モータ室１１内に限定できるので、効果的であり、また、効果的に振動を防止することができる。

また、駆動モータ３５は、第一の弾性部材５８を構成する各マウント５９、６０、６１で車体２に固定されるとともに、酸化体加圧手段３８及び温度調整手段３９は、特定の機能を有する各弾性体７２、７５で駆動モータ３５の上部に固定され、これにより、振動を効果的に防止することができる。

燃料系機器である、燃料電池３２、加湿手段３７の燃料用加湿手段４２、燃料圧力調整手段３４、燃料貯蔵手段３３の配置において、燃料圧力調整手段３４は、燃料貯蔵手段３３の後部以外の前部（燃料貯蔵手段３３の車両前方の面）、側面（燃料貯蔵手段３３の車両の側面側の面）、内部（燃料貯蔵手段３３の内部）の燃料貯蔵手段３３直近か又は接触する形で配置される。また、加湿手段３７の燃料用加湿手段４２は、燃料圧力調整手段３４の前部、側面（燃料圧力調整手段３４の車両の側面側の面）に配置される。更に、燃料電池３２は、加湿手段３７の直近か又は接触する形で、前部（加湿手段３７の車両前方の面）、側面（加湿手段３７の車両の側面側の面）に配置される。

このように燃料系機器を配設することにより、高圧の燃料が、燃料貯蔵手段３３と燃料圧力調整手段３４と燃料電池３２とにスムーズに流れることから、燃料供給配管４６を非常に短くすることが可能となる。また、加湿手段３７の燃料用加湿手段４２を燃料電池３２の直近か又は接触する形で配置することにより、加湿した燃料を応答性よく供給させることができるとともに、燃料中に分散した水が途中の配管に溜まったりする可能性がなくなるため、均一な加湿した燃料を燃料電池３２に供給させることができる。更に、燃料貯蔵手段３３と燃料圧力調整手段３４とを直近か又は接触する形で配置することにより、高圧の燃料供給配管４６を最短にすることが可能となる。このように各機器を配置とすることにより、高圧の燃料供給配管４６を、最短にすることが可能となる。

酸化体系機器である、酸化体加圧手段３８、加湿手段３７の酸化体加湿手段４３、燃料電池３２の配置において、酸化体加湿手段４３は、燃料電池３２の後部以外の前部（燃料電池３２の車両前方の面）、側面（燃料電池３２の車両の側面側の面）の燃料電池３２の直近又は接触する形で配置する。また、酸化体加圧手段３８は、加湿手段３７の前部（加湿手段３７の車両前方の面）とする。

このように酸化体系機器を配置することにより、酸化体供給配管４９を最短にすることが可能となり、酸化体は、酸化体加圧手段３８と加湿手段３７の酸化体加湿手段４３と燃料電池３２とにスムーズに流れる。また、加湿手段３７の酸化体加湿手段４３を燃料電池３２の直近か又は接触する形で配置することにより、加湿した酸化体を応答性よく供給することができるとともに、酸化体中に分散した水分が途中の酸化体供給配管４９に溜まったりする可能性がなくなるため、均一な加湿した酸化体を燃料電池３２に供給させることができる。

また、冷却系機器である冷却装置４０、温度調整手段３９、燃料電池３２は、車両前端の第１ラジエータ４４から順に、温度調整手段３９と燃料電池３２との順に配置される。このような各機器を配置することにより、冷却媒体用の燃料電池用液体配管５２を最短とすることが可能となり、冷却媒体をスムーズに流すことができる。

なお、モータ室１１には、客室１２用の空調装置のコンプレッサ等の機器を配設することも可能である。

次に、この実施例の作用を説明する。

燃料電池３２には、燃料貯蔵手段３３内の燃料が、燃料圧力調整手段３４で減圧され、燃料供給配管４６を経て加湿手段３７の燃料用加湿手段４２で加湿されて供給されるとともに、酸化体加圧手段３８からの酸化体が、酸化体供給配管４９を経て加湿手段３７の酸化体用加湿手段４３で加湿されて供給される。

そして、燃料電池３２においては、燃料と酸化体とが反応して発電し、この電力により駆動モータ３５を作動し、車両１を走行させる。

また、燃料電池３２は、第１ラジエータ４４からの冷却媒体により適正な温度に維持される。また、駆動モータ３５は、第２ラジエータ４５からの冷却媒体により適正な温度に維持される。

この実施例においては、燃料電池システム３１の高効率安定化を図りつつ、乗員快適性の向上をも図り、また、燃料電池システム３１では、各機器を様々な条件下で最適化して再配置している。具体的には、走行安定性やスペース効率を目的とした重量マスの集中化や、燃料電池システム３１の電力発生原理に沿った各機器の配置を基本としている。更に、振動騒音源の集中配置と、電力供給原料（主に酸素・水素）の最適化との両立、湿度調節（主に加湿）や温度調節機能の向上を図る。主に、振動騒音源の集中配置により、乗員快適性の向上を図りつつ、防音対策構造の簡略化を図っている。

即ち、燃料と酸化体との一つ以上を加湿することにより燃料電池３２に水分を供給する加湿手段３７を設け、燃料電池３２に供給する酸化体を圧送する酸化体加圧手段３８を設け、加湿手段３７と燃料電池３２とを車両幅方向に並べて且つ車両１のフロアパネル４の下方に配設する一方、加湿手段３７と燃料電池３２との並びに対して車両前後各方向位置の一方である車両後方に燃料貯蔵手段３３を配設するとともに車両前後各方向位置の他方である車両前方には酸化体加圧手段３８を配設した。これにより、燃料の燃料供給系と酸化体の酸化体供給系とを、車両前後方向に振り分けるとともに、加湿手段３７と燃料電池３２とを並設することにより、燃料電池３２が発電するための電力供給原料（主に酸素・水素）の各供給系である燃料供給配管４６及び酸化体供給配管４９を短くすることができる。そして、加湿された酸化体である空気を、応答性良く、また、水分を均一に分散した状態で供給できるとともに、温度調節手段３９の冷却水配管である燃料電池用液体配管５２を短く制御性を高めることで、燃料の供給だけでなく、両方の電力供給原料の安定供給により、燃料電池３２の稼働効率を高めることができる。

また、燃料貯蔵手段３３から燃料電池３２に供給する燃料の圧力を調整する燃料圧力調整手段３４を設け、車両一側である車両左側寄りに燃料電池３２を偏倚させて配設する一方、車両他側である車両右側寄りに加湿手段３７の燃料用加湿手段４２を配設するとともに車両幅方向に延出した燃料貯蔵手段３３の車両他側である車両右側寄りないし燃料電池３２側の車両前側寄りに燃料圧力調整手段３４を配設し、燃料貯蔵手段３３と加湿手段３７の燃料用加湿手段４２と燃料電池３２とを燃料供給配管４６で繋ないでいる。これにより、燃料供給配管４６の長さが短くなり、他の配管と交錯することもなくなり、また、起動時等の供給初期や供給量を増大するときの応答性も向上することができる。

更に、車両一側寄りである車両左側に燃料電池３２を偏倚させて配設する一方、車両他側寄りである車両右側に駆動モータ３５と加湿手段３７の酸化体用加湿手段４３とを配設し、酸化体用加湿手段４３と燃料電池３２とを酸化体供給配管４９で繋ないでいる。これにより、酸化体供給配管４９の長さが短くなり、他の配管と交錯することがなくなり、また、起動時等の供給初期や供給量を増大する時の応答性も向上することができる。

更にまた、熱交換器である第１、第２ラジエータ４４、４５と配管である燃料電池用液体配管５２とを通じて冷却媒体を循環することにより燃料電池３２の温度を調節する温度調節手段３９を設け、この温度調節手段３９を駆動モータ３５と酸化体加圧手段３８と共にモータ室１１内に配設し、燃料電池３２に向けて温度調節手段３９と熱交換器である第１、第２ラジエータ４４、４５とをこの順に並べて設けている。これにより、燃料電池３２の車両左側への偏倚により、作動音を発する装置である温度調節手段３９を駆動モータ３５と酸化体加圧手段３８と共にモータ室１１に集約して配置することができ、客室２への騒音・振動の伝達を抑制できる。

また、駆動モータ３５を第一の弾性部材５８により車体４に浮動支持し、酸化体加圧手段３８と温度調節手段３９との一つ以上を駆動モータ３５に搭載支持している。これにより、振動発生源である装置である酸化体加圧手段３８と温度調節手段３９と駆動モータ３５とを浮動支持することで、直接振動を車体２に伝えにくくし、また、駆動モータ３５の車両前後長に収めることで、モータ室１１をコンパクトにすることができ、全長が短い車両への搭載わ容易とする。

更に、酸化体加圧手段３８と温度調節手段３９との一つ以上を、駆動モータ３５よりも上方で且つ駆動モータ３５に重なるよう配設するとともに第二の弾性部材７１により駆動モータ３５に浮動支持している。これにより、酸化体加圧手段３８と温度調節手段３９とを第二の弾性部材７１によってさらに浮動支持することで、振動等が相殺され、平均的な騒音・振動を小さく抑えることができ、また、作動時に高温となる駆動モータ３５との断熱をして、耐久性を確保することができる。

また、加湿手段３７として、燃料用加湿手段４２と酸化体用加湿手段４３とを並設し、この燃料用加湿手段４２と酸化体用加湿手段４３とのいずれか一方を、燃料電池３２に隣接させて設けている。これにより、燃料供給配管４６のうち、加湿後の燃料が流通する第２燃料配管４８の長さを最小限に短くすることができ、また、結露等で温度変化に伴う不具合も回避することができ、更に、燃料電池３２の車両前後長に収めることで、燃料貯蔵手段３３等を燃料電池３２に近づけて配置することができ、全長が短い車両への搭載を容易とする。

なお、この発明においては、加湿手段を燃料電池の車両幅方向に並べて設けているが、燃料電池と面を合わせるようにして互いに前後に並べて設ける形態とすることも可能である。また、駆動モータに対して燃料電池と並列的に設けた二次電池（バッテリ、キャパシタ）を、燃料貯蔵手段に代えて車体後部に搭載することも可能である。

また、加湿手段は、燃料、酸化体を共に備えるようにしたが、燃料のみ備える場合や、酸化体のみ備える場合、燃料、酸化体が共に無い場合には、上記の車両から、加湿手段のみを取り除いた配置とすることも可能である。

燃料供給系と酸化体供給系とを車両前後方向に振り分けるとともに、加湿手段と燃料電池とを車両幅方向に並設して他の各機器を適正位置に配設することを、車両以外の他の装置にも適用することができる。

車両の平面図である。車両の側面図である。車両前部の拡大断面図である。駆動モータに第一の弾性部材を取り付ける状態の斜視図である。車体フレームに駆動モータを取り付けた状態の平面図である。駆動モータに第二の弾性部材を介して温度調整手段及び酸化体加圧手段を取り付ける状態の斜視図である。

符号の説明

１車両
２車体
３車体フレーム
４フロアパネル
１１モータ室
１２客室
１３フロントフレーム
１４リアフレーム
１５接合部
２３第１空間
２４第２空間
２５サブフレーム
３１燃料電池システム
３２燃料電池
３３燃料貯蔵手段
３４燃料圧力調整手段
３５駆動モータ
３６モータ用インバータ
３７加湿手段
３８酸化体加圧手段
３９温度調節手段
４０冷却装置
４２燃料用加湿手段
４３酸化体用加湿手段
４４第１ラジエータ
４５第２ラジエータ
４６燃料供給配管
４９酸化体供給配管
５８第一の弾性部材
７１第二の弾性部材
７２耐熱性弾性体
７５断熱性弾性体

Claims

燃料と酸化体とを反応させて発電する燃料電池と、この燃料電池に供給する燃料を貯蔵する燃料貯蔵手段と、前記燃料電池の発電する電力を利用して作動する駆動モータとを備える燃料電池搭載車両において、燃料と酸化体との一つ以上を加湿することにより前記燃料電池に水分を供給する加湿手段を設け、前記燃料電池に供給する酸化体を圧送する酸化体加圧手段を設け、前記加湿手段と前記燃料電池とを車両幅方向に並べて且つ車両のフロア下方に配設する一方、前記加湿手段と前記燃料電池との並びに対して車両前後各方向位置の一方に前記燃料貯蔵手段を配設するとともに車両前後各方向位置の他方には前記酸化体加圧手段を配設したことを特徴とする燃料電池搭載車両。
前記燃料貯蔵手段から前記燃料電池に供給する燃料の圧力を調整する燃料圧力調整手段を設け、前記燃料電池を車両一側寄りに偏倚させて配設する一方、前記加湿手段を車両他側寄りに配設するとともに、車両幅方向に延出した前記燃料貯蔵手段の車両他側寄りないし前記燃料電池側寄りに前記燃料圧力調整手段を配設し、前記燃料貯蔵手段と前記加湿手段と前記燃料電池とを配管で繋ぐことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池搭載車両。
前記燃料電池を車両一側寄りに偏倚させて配設する一方、前記駆動モータと前記加湿手段とを車両他側寄りに配設し、前記加湿手段と前記燃料電池とを配管で繋ぐことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池搭載車両。
熱交換器と配管とを通じて冷却媒体を循環することにより前記燃料電池の温度を調節する温度調節手段を設け、この温度調節手段を前記駆動モータと前記酸化体加圧手段と共にモータ室内に配設し、前記燃料電池に向けて前記温度調節手段と前記熱交換器とをこの順に並べて設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池搭載車両。
前記駆動モータを第一の弾性部材により車体に浮動支持し、前記酸化体加圧手段と前記温度調節手段との一つ以上を前記駆動モータに搭載支持することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池搭載車両。
前記酸化体加圧手段と前記温度調節手段との一つ以上を、前記駆動モータよりも上方で且つ前記駆動モータに重なるよう配設するとともに第二の弾性部材により前記駆動モータに浮動支持することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池搭載車両。
前記加湿手段として、燃料用加湿手段と酸化体用加湿手段とを並設し、この燃料用加湿手段と酸化体用加湿手段とのいずれか一方を、前記燃料電池に隣接させて設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池搭載車両。