JP2007182130A - 車載燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両床下に配設する場合でも、部品の搭載性を良くして省スペース化が図れるようにする。
【解決手段】燃料ガスと酸化ガスの反応により発電する燃料電池と、燃料電池に対し燃料ガスの供給・排出を行う燃料ガス系と、燃料電池に対し酸化ガスの供給・排出を行う酸化ガス系と、燃料電池に対し冷却媒体を循環させる冷却系と、を有する燃料電池システムにおいて、前記冷却系を構成する部品のうち、燃料電池の冷却媒体入口側の部品（分岐管１２）と冷却媒体出口側の部品（三方弁１４）とを上下方向に並べて配置した。燃料電池から必要な絶縁距離をとった位置に、分岐管１２と三方弁１４を配置し、これら上下の部品を締結する締結金具４１、４２にアース用のボンディングハーネス５０を接続した。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷却系部品のレイアウトを改善して省スペース化を図った車載燃料電池システムに関するものである。

燃料電池では、燃料ガスと酸化ガスが反応する際、全てが電気エネルギーに変換される訳では無く、一部が熱エネルギーに変換される。そのため、燃料電池を冷却する必要がある。その燃料電池の冷却水系として、冷却水を流す冷却水ポンプ、熱を外部へ放熱するラジエータ等が配設される。

燃料電池システムには、この燃料電池の冷却水系以外にも、燃料(水素等)ガスを燃料電池に供給する燃料系、空気（酸化ガス）を燃料電池に供給する空気系（酸化ガス）が必要であり、車載する上では、限られたスペースに、如何にコンパクトにレイアウトするかが課題となっている。

そこで、特許文献１に記載されている技術では、車両前部のエンジンコンパートメント部（エンジン搭載部位）に燃料電池システムと車両駆動モータを並列に配置し、その近傍に冷却水系部品を配設することで、冷却水系配管の長さを短くして省スペース化を図っている。
特開２００５−１２５８１８号公報

しかしながら、車種や燃料電池システムの種類などによって、エンジンコンパートメント部に燃料電池システムを搭載することができず、車両床下に燃料電池システムを配設せざるを得ない場合には、特許文献１に記載の省スペース化の技術は使用できない。車両床下部は、エンジンコンパートメント部に比べてそのスペースに多くの制約があるため、燃料電池システムを構成する部品の搭載は効率良くレイアウトしなければならない。

そこで本発明は、上記事情を考慮し、燃料電池システム構成部品を車両床下に配設する場合でも、部品の搭載性を良くして省スペース化が図れるようにした車載燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明は、燃料ガスと酸化ガスの反応により発電する燃料電池と、燃料電池に対し燃料ガスの供給・排出を行う燃料ガス系と、燃料電池に対し酸化ガスの供給・排出を行う酸化ガス系と、燃料電池に対し冷却媒体を循環させる冷却系と、を有する燃料電池システムにおいて、前記冷却系を構成する部品のうち、前記燃料電池に対する冷却媒体入口側の部品と冷却媒体出口側の部品とを上下方向に並べて配置したことを特徴とする。

ここで、冷却媒体入口側の部品としては、冷却媒体の流れを分岐する分岐管や冷却水ポンプ及びその周辺の配管などを例に挙げることができ、冷却媒体出口側の部品としては、冷却媒体の流れる方向を切り換える三方弁やその周辺の配管などを例に挙げることができる。

本発明によれば、燃料電池の冷却系を構成する部品のうち、燃料電池の冷却媒体入口側の部品と冷却媒体出口側の部品とを上下方向（縦方向）に並べて配置したので、それらの部品による水平方向（横方向）の占有スペースを小さくすることができる。したがって、車両床下に燃料電池システムを配設する場合でも、前記の冷却系部品を、本来部品を配設しづらい縦長横狭のセンタートンネル内に配置することができ、それによって、その他の部品（燃料系や酸化ガス系）の使用スペースを増やすことができて、システム全体の搭載性を良くして、省スペース化を図ることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は実施形態の燃料電池システムにおける冷却水系だけを取り出して示すブロック図である。

この燃料電池の温度を調整する冷却水系は、燃料電池（燃料電池スタック）１の温度を調整するラジエータ２と、系内で冷却水を循環させる冷却水ポンプ１０と、送り出した冷却水を燃料電池１の入口側または２つの熱交換器３、４及びイオンフィルタ（冷却水の導電率を低下させる物質を取り除くフィルタ）５へ分岐させる分岐管１２と、それらをつなぐ配管(金属配管、ゴムホース等)２１、２２と、燃料電池１から出てくる冷却水をラジエータ２へと戻すかあるいは一方の熱交換器４へと分岐させる三方弁１４と、それらを接続する配管(金属配管、ゴムホース等)３１、３２とから構成されている。

燃料電池１の入口側に位置する部品（燃料電池の冷却媒体入口側の部品）の一つである分岐管１２は、少なくとも３つの接続口１２ａ〜１２ｃを持ち、第１の接続口１２ａには冷却水ポンプ１０からの配管２１が接続され、第２の接続口１２ｂには燃料電池１への配管２２が接続され、第３の接続口１２ｃには熱交換器３やイオンフィルタ５に繋がる配管が接続されている。

また、燃料電池１の出口側に位置する部品（燃料電池の冷却媒体出口側の部品）である三方弁１４は、３つの接続ポート１４ａ〜１４ｃを持ち、第１の接続ポート１４ａには燃料電池１からの配管３１が接続され、第２の接続ポート１４ｂにはラジエータ２への配管３２が接続され、第３の接続ポート１４ｃには熱交換器４への配管２４が接続されている。

図２は分岐管１２と三方弁１４とその周辺部品の配置関係を示す斜視図、図３は分岐管１２と三方弁１４の配置関係を示す斜視図、図４は図３と同じ部分を車両右方から見た図、図５は図３と同じ部分を車両後方から見た図、図６は図２と同じ部分を車両前方から見た図である。

これらの図に示すように、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池１の入口側の部品である冷却水ポンプ１０、分岐管１２、及びその前後の配管２１、２２を車両高さ方向で上側に、また、燃料電池１の出口側の部品である三方弁１４、及びその前後の配管３１、３２を下側にして、上下に縦に並べて２段構成に配置している。

こうすることで、燃料電池１の冷却水系の主要部品が縦方向に並ぶことになって、横方向の寸法が狭くなる。その結果、図６に示すように、縦長横狭のセンタートンネル６０内に、冷却水ポンプ１０、分岐管１２、三方弁１４を集約的に配設することができる。

また、燃料電池１の入口側部品である冷却水ポンプ１０の入口配管、燃料電池１の出口側部品である三方弁２０の出口配管、その他のフロントルーム（＝エンジンコンパートメント）側の部品（ラジエータ等）につながる配管についても、中央に集約された形となるため、車体との締結部品の共有化等を行うことができる。

ところで、このような冷却水系の部品を車両にレイアウトする場合には、燃料電池１から必要な絶縁距離をとった位置に、アース用のボンディングハーネスをつなぐ必要がある。このボンディングハーネスは、従来では、燃料電池１の入口側と出口側の両部品につないでいたが、本実施形態では、図３〜図５に示すように、燃料電池１から必要な絶縁距離をとった位置に分岐管１２と三方弁１４を上下方向に並べて配置しているので、これら分岐管１２と三方弁１４を互いに締結している締結金具４１、４２に、アース用のボンディングハーネス５０を接続している。アース用のボンディングハーネス５０は、前記締結金具４１、４２に対してボルトナットなどの締結手段で固定される。このように締結することで、ボンディングハーネス５０の接続の共有化ができるようになる。つまり、従来２本使用していたボンディングハーネス５０を１本のみとすることができると共にその接続部位も１箇所とすることができる。

以上のように、本実施形態では、燃料ガスと酸化ガスの反応により発電する燃料電池１と、燃料電池１に対し燃料ガスの供給・排出を行う燃料ガス系と、燃料電池１に対し酸化ガスの供給・排出を行う酸化ガス系と、燃料電池１に対し冷却媒体を循環させる冷却系と、を有する燃料電池システムにおいて、冷却系を構成する部品のうち、燃料電池１の冷却媒体入口側の部品（分岐管１２、冷却水ポンプ１０、分岐管１２の前後の配管２１、２２）と冷却媒体出口側の部品（三方弁１４と、その前後の配管３１、３２）とを、上下方向に並べて２段構成にして配置している。

従って、それらの部品による水平方向（横方向）の占有スペースを小さくすることができ、車両床下に燃料電池システムを配設する場合でも、それらの部品を、本来部品を配設しづらい縦長横狭のセンタートンネル６０内に配置することができる。その結果、その他の部品（燃料系や酸化ガス系）の使用スペースを増やすことができて、システム全体の搭載性を良くして、省スペース化を図ることができる。

また、本実施形態では、燃料電池１から必要な絶縁距離をとった位置に、冷却媒体入口側の部品（分岐管１２）と冷却媒体出口側の部品（三方弁１４）とを配置し、上下方向に並べて配置したこれら冷却媒体入口側の部品と冷却媒体出口側の部品とを互いに締結して、その締結部（締結金具４１、４２）にアース用のハーネス（ボンディングハーネス６０）を接続している。

したがって、ボンディングハーネス５０を共有化することができて、部品の削減を図ることができる。

また、本実施形態では、上下方向に並べて配置した冷却媒体入口側の部品（分岐管１２、冷却水ポンプ１０、分岐管１２の前後の配管２１、２２）と冷却媒体出口側の部品（三方弁１４と、その前後の配管３１、３２）とを、車両床下のセンタートンネル６０内に配設している。

したがって、センタートンネル６０内の無駄な空間を有効に活用することができて、燃料電池１の冷却水系部品をコンパクトに配設することができる。また、車両前部のフロントルーム（エンジンコンパートメント）につながる配管類を集約することができて、他系統(空気系、水素系)部品のレイアウトの自由度が向上する。

なお、図３に示すように、上下方向に並べて配置した冷却媒体入口側の部品（分岐管１２、冷却水ポンプ１０、分岐管１２の前後の配管２１、２２）と冷却媒体出口側の部品（三方弁１４と、その前後の配管３１、３２）の最上部に、水素リークセンサ３４を固定する水素リークセンサ用ブラケット３３を締結すれば、同ブラケットの小型化、簡易化が図れるので、軽量化にもつながる。図３では、分岐管１２に水素リークセンサ用ブラケット３３を固定している。

燃料電池システムの冷却系の構成を示すブロック図である。 同冷却系部品である分岐管と三方弁とその周辺部品の配置関係を示す斜視図である。 前記分岐管と三方弁の配置関係を示す斜視図である。 図３と同じ部分を車両右方から見た図である。 図３と同じ部分を車両後方から見た図である。 図２と同じ部分を車両前方から見た図である。

符号の説明

１０…冷却水ポンプ（燃料電池の冷却媒体入口側の部品）
１２…分岐管（燃料電池の冷却媒体入口側の部品）
１４…三方弁（燃料電池の冷却媒体出口側の部品）
２１，２２…分岐管に接続される配管（燃料電池の冷却媒体入口側の部品）
３１，３２…三方弁に接続される配管（燃料電池の冷却媒体出口側の部品）
５０…ボンディングハーネス（アース用のハーネス）
６０…センタートンネル

Claims (4)

1. 燃料ガスと酸化ガスの反応により発電する燃料電池と、燃料電池に対し燃料ガスの供給・排出を行う燃料ガス系と、燃料電池に対し酸化ガスの供給・排出を行う酸化ガス系と、燃料電池に対し冷却媒体を循環させる冷却系と、を有する車載燃料電池システムにおいて、
   前記冷却系を構成する部品のうち、前記燃料電池に対する冷却媒体入口側の部品と冷却媒体出口側の部品とを上下方向に並べて配置した
   ことを特徴とする車載燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の車載燃料電池システムであって、
   前記燃料電池から必要な絶縁距離をとった位置に、前記冷却媒体入口側の部品と前記冷却媒体出口側の部品とを配置し、上下方向に並べて配置したこれら冷却媒体入口側の部品と冷却媒体出口側の部品とを互いに締結して、その締結部にアース用のハーネスを接続した
   ことを特徴とする車載燃料電池システム。
3. 請求項１または２に記載の車載燃料電池システムであって、
   上下方向に並べて配置した前記冷却媒体入口側の部品と前記冷却媒体出口側の部品とを、車両床下のセンタートンネル内に配設した
   ことを特徴とする車載燃料電池システム。
4. 少なくとも請求項１〜３の何れか一つに記載の車載燃料電池システムであって、
   上下方向に並べて配置した前記冷却媒体入口側の部品と前記冷却媒体出口側の部品の最上部に、水素リークセンサ用ブラケットを締結した
   ことを特徴とする車載燃料電池システム。

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