JP2007326474A - 燃料電池を電力源とする電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池を電力源とする電気自動車において、燃料電池の冷却を促進する。
【解決手段】燃料電池１１０が発生する電力により駆動される電気自動車１０は、燃料電池１１０により発生した熱を空気中に放出するためのラジエータ１２２と、電気自動車１０の前方から後方に貫通する貫通流路とを有している。電気自動車１０が有する燃料電池１１０とラジエータ１２２は、それぞれ貫通流路の内部に配置されている。電気自動車１０が走行する際、貫通流路の内部には電気自動車１０の前方から後方に向かう貫通気流が発生し、この貫通気流はラジエータ１２２を通過する。
【選択図】図４

Description

この発明は、電気自動車に使用される燃料電池を冷却する技術に関する。

電気自動車の電力源等に使用される燃料電池では、発電の際の燃料電池反応により燃料電池内部で熱が発生する。この発熱により燃料電池の温度が過度に上昇すると、燃料電池が損傷するおそれがある。そのため、燃料電池を電力源とする電気自動車では、燃料電池で発生した熱を放出するため、種々の方法で燃料電池を冷却することが行われる。例えば、燃料電池を冷却水で冷却し、燃料電池から熱を受け取った冷却水をラジエータに通して、熱を空気中に放出することが行われる。

特開２００２−１８７５７７号公報 特開２００４−１８７４８５号公報 特開平７−４７８４２号公報 特開平８−５８６１７号公報 特開２００４−２２１９０号公報

しかしながら、燃料電池とラジエータとを電気自動車の車両前方の空間に格納する従来の電気自動車では、ラジエータに近接する燃料電池によりラジエータを通過する空気の流れが妨げられる可能性がある。ラジエータを通過する空気の流れが妨げられると、ラジエータからの放熱量が低下し、燃料電池の冷却が不十分となる虞がある。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池を電力源とする電気自動車において、燃料電池の冷却を促進することを目的とする。

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の電気自動車は、燃料電池が発生する電力により駆動される電気自動車であって、前記燃料電池により発生した熱を空気中に放出するためのラジエータと、前記電気自動車の前方から後方に貫通し、前記電気自動車が走行する際に内部に前記電気自動車の前方から後方に向かう貫通気流が生じる貫通流路と、を備え、前記燃料電池と、前記貫通気流が通過する前記ラジエータと、のそれぞれは、前記貫通流路の内部に配置されていることを特徴とする。

電気自動車に電気自動車の前方から後方に貫通する貫通流路を設けることにより、電気自動車が走行する際には、貫通流路内を電気自動車の前方から後方に向かう貫通気流が生じる。そして、走行の際に生じた貫通気流がラジエータを通過することにより、ラジエータを通過する気流の流量が増大し、ラジエータからの熱の放出が促進される。また、貫通流路内に設けられた燃料電池は、貫通気流によって外部からも冷却される。そのため、この構成によれば、ラジエータでの熱の放出の促進と、貫通気流による外部からの冷却の促進とにより、燃料電池の冷却を促進することができる。

前記貫通流路は、少なくとも前記ラジエータと前記燃料電池との間において閉じた横断面を有しているものとしても良い。

この構成によれば、ラジエータと燃料電池との間で、貫通流路の内部と外部とが隔絶される。そのため、ラジエータを通過した空気の貫通流路外部への流出が抑制されるので、燃料電池に到達する気流の流量低下を抑制することができる。また、ラジエータと燃料電池との間で貫通流路外部からの空気の流入が抑制されるので、ラジエータを通過する気流の流量低下を抑制することができる。

前記ラジエータは、前記燃料電池よりも前方に配置されており、前記貫通流路は、前記ラジエータと前記燃料電池との間の前記貫通流路内部に設けられ、前記貫通気流の流速を高めるための絞り部材を有するものとしても良い。

この構成によれば、燃料電池に到達する貫通気流の流速が上昇することにより、貫通気流への燃料電池からの熱の放出量が増加するので、燃料電池の冷却をより促進することができる。

前記貫通流路の少なくとも一部は、前記燃料電池が内部に配置された中空部材によって形成されており、前記中空部材は、前記電気自動車の車体の強度を受け持つ骨格部材を構成する、電気自動車。

この構成によれば、燃料電池が骨格部材を構成するの中空部材に配置することにより、電気自動車が衝突した際の燃料電池の破損が抑制される。

前記電気自動車は、前記電気自動車の複数の車輪にそれぞれ設けられたモータにより駆動されるものとしても良い。

この構成によれば、車輪を駆動するためのドライブシャフト等を省略することにより、車輪付近での貫通流路の横断面積をより広くして、貫通流路の圧力損失を低減することができる。貫通流路の圧力損失を低減することにより、貫通気流の流量を高めることができるので、燃料電池の冷却をより促進することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池の冷却装置と冷却方法、その冷却装置および冷却方法を利用した燃料電池システム、また、その燃料電池システムを利用した発電装置およびその燃料電池システムを搭載した電気自動車等の態様で実現することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．中空部材の変形例：
Ｄ．変形例：

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施形態としての電気自動車の駆動に使用される駆動システム１２の概略図である。この駆動システム１２は、燃料電池システム１００と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）２００と、二次電池３００と、４つのモータ４１０〜４４０と、を備えている。燃料電池システム１００は、複数のセル１１２を積層することにより構成された燃料電池スタック１１０（以下、単に「燃料電池１１０」とも呼ぶ）と、燃料電池冷却部１２０と、酸化剤ガス給排部１３０と、燃料ガス給排部１４０と、を備えている。

燃料電池１１０とパワーコントロールユニット２００は、配線２０２，２０４を介して互いに接続されている。燃料電池システム１００が備える種々の機器への電力は、配線２０２，２０４に接続された図示しない配線を介して供給される。

酸化剤ガス給排部１３０は、空気ポンプ１３２を備えている。この空気ポンプ１３２は、外気から圧縮空気を生成する。生成された圧縮空気は、燃料電池１１０で使用される酸素を含む酸化剤ガスとして、酸化剤ガス供給配管１８６を介して燃料電池１１０に供給される。

燃料電池１１０に供給された酸化剤ガスは、燃料電池１１０を構成するセル１１２内のカソードに供給される。カソードでは、酸化剤ガス中の酸素が燃料電池反応により消費される。燃料電池反応により酸素濃度が低下した酸化剤ガス（一般に、「カソードオフガス」と呼ばれる）は、カソードオフガス排出配管１８８を介して酸化剤ガス給排部１３０に排出される。酸化剤ガス給排部１３０は、燃料電池１１０から排出されたカソードオフガスを大気中に放出する。

燃料ガス給排部１４０は、水素ガスタンク１４２を備えている。この水素ガスタンク１４２には、燃料ガスとして用いられる水素ガスが充填されている。水素ガスタンク１４２に充填されている水素ガスは、燃料ガス給排部１４０に設けられた減圧装置（図示しない）により圧力が調整される。圧力が調整された水素ガスは、燃料ガス供給配管１９０を介して燃料電池１１０に供給される。

燃料電池１１０に供給された燃料ガスは、セル１１２内のアノードに供給される。アノードでは、燃料電池反応により燃料ガス中の水素が消費される。燃料電池反応により水素濃度が低下した燃料ガス（一般に、「アノードオフガス」と呼ばれる）は、アノードオフガス排出配管１９２を介して燃料ガス給排部１４０に供給される。燃料ガス給排部１４０は、供給されたアノードオフガスを図示しない循環ポンプにより燃料ガス供給配管１９０に還流する。

アノードオフガスを燃料ガス供給配管１９０に還流することにより、燃料電池１１０に供給される燃料ガスの不純物濃度は、時間の経過とともに上昇する。そのため、燃料ガス給排部１４０は、燃料ガスの不純物濃度が高くなった場合等、必要に応じてアノードオフガスを大気中に放出する。アノードオフガス中に含まれる水素は、大気中への放出に際して、燃料ガス給排部１４０により希釈あるいは燃焼される。

燃料電池冷却部１２０は、ラジエータ１２２と、冷却水ポンプ１２４と、ラジエータファン１２６と、を備えている。冷却水ポンプ１２４は、冷却水供給配管１８４を介して冷却水を燃料電池１１０に供給する。燃料電池１１０に供給された冷却水は、燃料電池１１０内に設けられた冷却水流路を通過する際に、燃料電池反応で生じた熱をセル１１２から受け取る。

熱を受け取って温度が上昇した冷却水は、冷却水還流配管１８２を介してラジエータ１２２に供給される。ラジエータ１２２に供給された冷却水は、熱を大気中に放出することにより温度が低下する。ラジエータ１２２で熱を放出した冷却水が冷却水ポンプ１２４に供給されることにより、冷却水は燃料電池冷却部１２０と燃料電池１１０との間を循環する。ラジエータファン１２６は、ラジエータ１２２を通過する気流を発生させることにより、ラジエータ１２２における放熱を促進する。

二次電池３００には、二次電池３００の残存容量を検出するための残存容量モニタ３０２が設けられている。残存容量モニタ３０２としては、二次電池３００における充電・放電の電流値と時間とを積算するＳＯＣメータや、電圧センサを利用することができる。

パワーコントロールユニット２００は、コンバータ２１０と、インバータ２２０とを備えている。コンバータ２１０は、配線２０６を介して接続された二次電池３００の電圧を変換して配線２０２と配線２０４との間の電圧を目標電圧に設定する。燃料電池１１０の出力電流は、コンバータ２１０により設定される２つの配線２０２，２０４間の電圧により調節される。

インバータ２２０は、２つの配線２０２，２０４を介して供給される直流電力を三相交流電力に変換し４つのモータ４１０〜４４０のそれぞれに供給する。モータ４１０〜４４０は、インバータ２２０から供給される電力により、電気自動車の推進力を発生する。４つのモータ４１０〜４４０は、それぞれインホイールモータとして構成されており、モータ４１０〜４４０のそれぞれの回転は、電気自動車の車輪に減速機を介して伝達される。ただし、モータ４１０〜４４０の回転を直接車輪に伝達するものとしても良い。

パワーコントロールユニット２００は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，タイマなどを有するマイクロコンピュータ（図示しない）を備えている。マイクロコンピュータが所定のプログラムを実行することにより、パワーコントロールユニット２００は、燃料電池システム１００各部に設けられた図示しないセンサの出力信号、残存容量モニタ３０２の出力信号、電気自動車の起動スイッチのオン・オフ信号、および、電気自動車のシフト位置やアクセル開度等の操作信号等の各種の信号を取得する。そして、これらの各種の信号に基づいて、コンバータ２１０およびインバータ２２０における種々の制御処理を実行し、燃料電池システム１００を構成する各機器に駆動信号を出力する。

図２は、第１実施例の電気自動車１０において、駆動システム１２（図１）が備える機器の配置を示す説明図である。図２（ａ）は、電気自動車１０の側面から見た様子を示しており、図２（ｂ）は、電気自動車１０の上面から見た様子を示している。図２の矢印は、中空部材５１０中における気流の様子を示している。なお、図２では、図示の便宜上、駆動システム１２が備える種々の機器のうち、燃料電池１１０と、パワーコントロールユニット２００と、ラジエータ１２２と、水素ガスタンク１４２と、モータ４１０，４２０，４３０，４４０との配置を示している。

図２の一点鎖線は、電気自動車１０の車輪４１２，４２２，４３２，４４２を示している。上述のように、第１実施例の電気自動車１０は、４つの車輪４１２，４２２，４３２，４４２の駆動を４つのモータ４１０，４２０，４３０，４４０で駆動するインホイール駆動方式を採用している。そのため、図２に示すように、４つのモータ４１０，４２０，４３０，４４０は、４つの車輪４１２，４２２，４３２，４４２のそれぞれに取り付けられている。４つのモータ４１０，４２０，４３０，４４０は、それぞれ図示しない懸架装置により二点鎖線で示す車体５００に取り付けられている。

車体５００の内部には、太線で示すように、電気自動車１０を前後に貫通する中空部材５１０が組み込まれている。この中空部材５１０は、図２（ｂ）に示すように、電気自動車１０の車両中心線上に配置されている。中空部材５１０の下面の形状は、車体５００の形状に応じて適宜決定することができる。中空部材５１０の上面の形状については、後述する。

電気自動車１０の車体５００は、中空部材５１０に図示しないサイドボディやルーフ等を、例えば、溶接により接合することにより形成されている。すなわち、中空部材５１０は、モノコック構造の車体５００のアンダーボディ５０４を構成している。ただし、中空部材５１０は、アンダーボディ５０４の一部を構成するものとしても良い。この場合、中空部材５１０に他の部材を接合することにより、アンダーボディ５０４が構成される。

車体５００は、電気自動車１０のフロント部１４と車室１６との間を仕切る板状のダッシュロア５０２を有している。駆動システム１２（図１）のパワーコントロールユニット２００は、ダッシュロア５０２前方のフロント部１４にある、中空部材５１０上方の空間に配置されている。

中空部材５１０の前端には、ラジエータ１２２とラジエータファン１２６とが取り付けられている。中空部材５１０内部の前輪４１２，４２２と後輪４３２，４４２との間の位置には、燃料電池１１０と二次電池３００とがこの順に前方から後方に向かって配置されている。水素ガスタンク１４２は、中空部材５１０の後端部に配置されている。

このように、第１実施例の電気自動車１０では、重量の大きい燃料電池１１０と二次電池３００とを前輪４１２，４２２と後輪４３２，４４２との間に配置することにより、電気自動車１０の操縦性を高めることが可能となる。また、燃料電池１１０と水素ガスタンク１４２とをアンダーボディ５０４を構成する中空部材５１０の内部に設けることにより、衝突による燃料電池１１０と水素ガスタンク１４２との破損が抑制されるので、電気自動車１０の衝突安全性をより高めることが可能となる。

中空部材５１０は、後述するように、電気自動車１０の走行に伴って生じる気流（走行風）の流路となっている。そのため、燃料電池１１０等が配置される車室１６の下部（以下、「床下」とも呼ぶ）における中空部材５１０の上面高さは、燃料電池１１０等により空気の流れが妨げられないようにより高くされるのが好ましい。一方、床下での中空部材５１０の上面高さは、乗員スペースを確保するため、より低くされるのが好ましい。

そこで、床下での中空部材５１０の上面高さは、燃料電池１１０等による中空部材５１０の圧力損失と乗員スペース等を考慮して適宜決定される。床下での中空部材５１０の上面高さは、例えば、燃料電池１１０と、二次電池３００と、水素ガスタンク１４２と、のそれぞれの横断面積が、床下部分における中空部材５１０の横断面積の８０％を超えないように設定される。ここで、横断面とは、電気自動車１０の車両中心線と直交する面での断面のことをいう。

また、中空部材５１０に導入される走行風は、後述するように、ラジエータ１２２や燃料電池１１０等の冷却に使用される。そのため、中空部材５１０には、より多くの走行風を導入するのが好ましい。そのため、前端部における中空部材５１０の上面高さは、前端部の横断面積を大きくするため、床下部分における中空部材５１０の上面高さよりも高くなっている。ただし、中空部材５１０は、必ずしも前端部の横断面積が床下部分よりも大きいものとする必要はない。中空部材５１０の形状は、ラジエータ１２２の放熱量や、燃料電池１１０の発熱量などを考慮して適宜変更することができる。

このとき、前端部から床下に向かって中空部材５１０の上面高さが急激に低下すると、車両中心線に沿った横断面積の変化により中空部材５１０の圧力損失が大きくなる。そこで、第１実施例では、中空部材５１０の上面の高さを前端部から床下部分まで連続的に低減することにより、中空部材５１０の圧力損失の上昇を抑制している。

図２で図示を省略した機器類は、ラジエータ１２２を通過する気流を妨げないような位置であれば、任意の位置に配置することが可能である。これらの機器を中空部材５１０内部に配置する場合、ラジエータ１２２から所定の距離（例えば、２００ｍｍ）以上離れた位置に配置するのが好ましい。

図３は、中空部材５１０を形成する様子を示す説明図である。中空部材５１０（図２）は、図３（ａ）に示す上側部材５２０と、図３（ｂ）に示す下側部材５３０とによって形成される。

図３（ａ）に示す上側部材５２０は、中空部材５１０の上面部分を形成する上面部材５２２と、上面部材５２２から直角に折れ曲がった２つの側面部材５２４とを備えている。これらの側面部材５２４は、中空部材５１０の側面部分を形成する。上面部材５２２と側面部材５２４との形状は、それぞれ、中空部材５１０の形状に合わせて形成されている。上面部材５２２と側面部材５２４とは、例えば、プレス加工により一体に形成される。ただし、上面部材５２２と側面部材５２４とをそれぞれ別個に形成し、溶接等によりこれら上面部材５２２と側面部材５２４とを接合するものとしても良い。

図３（ｂ）に示す下側部材５３０は、中空部材５１０の下面部分を形成する下面部材５３２と、下面部材５３２から直角に折れ曲がった２つの接合部材５３６とを備えている。下面部材５３２は、上面部材５２２と同様に、中空部材５１０の形状に合わせて形成されている。上側部材５２０と同様に、下側部材５３０の下面部材５３２と接合部材５３６とは、例えば、プレス加工により一体に形成される。

中空部材５１０は、図３（ｃ）に示すように、横断面がコの字型に形成された上側部材５２０と下側部材５３０とを重ね合わせ、ハッチングで示す側面部材５２４と接合部材５３６とが重なり合っている部分を溶接やリベット等で接合することにより形成される。このように形成された中空部材５１０は、車両前方の前端部から車両後方の後端部まで、閉じた横断面を有する部材となる。

なお、図３の例では、上側部材５２０と下側部材５３０とは、いずれも横断面がコの字型の部材となっているが、上側部材５２０と下側部材５３０とのそれぞれの形状は適宜変更される。例えば、上側部材５２０と下側部材５３０との少なくとも一方に、リブや補強部材を設けるものとしても良い。これらの各部材５２０，５３０の形状は、中空部材５１０が有すべき強度等に基づいて適宜決定される。

図４は、第１実施例の電気自動車１０が走行している際の中空部材５１０中における気流の様子を示す説明図である。図４は、中空部材５１０中の気流に対する影響が小さい機器等の図示を省略している点と、矢印により中空部材５１０中の気流の様子を示している点とで、図２と異なっている。その他は、図２とほぼ同じである。

第１実施例の電気自動車１０では、電気自動車１０を前後に貫通する中空部材５１０の前端にラジエータ１２２が配置されている。そのため、電気自動車１０の走行に伴ってラジエータ１２２を通過した気流は、図４の矢印に示すように、中空部材５１０の内部に導入される。中空部材５１０の内部に導入された気流は、中空部材５１０の内部を後方に流れ、燃料電池１１０に到達する。燃料電池１１０に到達した気流は、燃料電池１１０と二次電池３００の周囲を後方に流れ、中空部材５１０の後端部に配置された水素ガスタンク１４２に到達する。水素ガスタンク１４２に到達した気流は、水素ガスタンク１４２の周囲を後方に流れ、電気自動車１０の後方から導出される。

このように、電気自動車１０の走行に伴って生じる気流（走行風）は、ラジエータ１２２から中空部材５１０を通して、電気自動車１０の前後を貫通する。そのため、ラジエータ１２２を通過する走行風は、電気自動車１０の前後を貫通する貫通気流であるともいえる。また、ラジエータ１２２外周部の車体５００と中空部材５１０とは、貫通気流が通過する一体の流路を形成する。そのため、ラジエータ１２２外周部の車体５００と中空部材５１０とは、電気自動車１０の前後を貫通する貫通流路であるともいえる。

電気自動車１０の走行に伴って生じる気流（走行風）は、ラジエータ１２２を通過した後、電気自動車１０を貫通する中空部材５１０を通過して、電気自動車１０の後方から導出される。そのため、中空部材５１０の形状を適宜設定することにより、ラジエータ１２２を通過する気流に対する抵抗をより小さくし、ラジエータ１２２を通過する走行風の流量をより多くすることができる。ラジエータ１２２を通過する走行風の流量が増大すると、ラジエータ１２２からの熱の放出が促進されるので、燃料電池１１０の冷却が促進される。

また、中空部材５１０の内部を流れる気流により、燃料電池１１０は、外部から冷却される。そのため、燃料電池１１０の出力電流が大きい場合であっても、燃料電池１１０の冷却が十分行われ、燃料電池１１０の温度上昇が抑制される。また、燃料電池１１０と同様に、中空部材５１０の内部を流れる気流により、二次電池３００も冷却され、充放電による二次電池３００の温度上昇が抑制される。

さらに、水素ガスタンク１４２に到達する気流は、ラジエータ１２２と燃料電池１１０と二次電池３００とから放出された熱により、電気自動車１０の周囲の気温（外気温）よりも高くなっている。このように、外気温よりも温度が高い気流により、燃料ガスの放出等による水素ガスタンク１４２の温度の低下が抑制される。水素ガスタンク１４２の温度の低下が抑制されることにより、燃料ガスの残量が少ない場合であっても、水素ガスタンク１４２からの燃料ガスの取り出しがより容易になる。

上述したように、中空部材５１０は、車両前方の前端部から車両後方の後端部まで、閉じた横断面を有する部材である。そのため、燃料電池１１０と二次電池３００とを中空部材５１０内部に配置することにより、雨水などの水分の付着により燃料電池１１０や二次電池３００の絶縁不良が発生することを抑制することができる。

また、燃料電池１１０と水素ガスタンク１４２とを中空部材５１０内部に配置することにより、燃料電池１１０や水素ガスタンク１４２から水素ガスが漏洩した場合であっても、漏洩した水素ガスが車室１６内に到達することを抑制することができる。この場合、水素ガスタンク１４２を含む燃料ガス給排部１４０（図１）全体を中空部材５１０内部に配置するのがより好ましい。燃料ガス給排部１４０を中空部材５１０内部に配置することにより、水素ガスタンク１４２以外の部分からの水素ガス漏洩があった場合においても、漏洩した水素ガスが車室１６内に到達することを抑制することができる。

燃料ガス給排部１４０の全体を中空部材５１０内部に配置した場合には、燃料電池１１０から供給されるアノードオフガスをそのまま中空部材５１０中に放出しても、中空部材５１０の内部を流れる気流により、アノードオフガス中の水素が希釈される。そのため、水素の希釈のための希釈装置を省略することが可能となるので、燃料ガス給排部１４０の構成をより簡単なものにすることができる。

このように、第１実施例の電気自動車１０には、閉じた横断面を有し、電気自動車１０の前後を貫通する中空部材５１０が設けられている。そして、中空部材５１０の前端にラジエータ１２２を配置し、中空部材５１０の内部に燃料電池１１０を配置することにより、ラジエータ１２２を通過する走行風の流量が増大し、ラジエータ１２２からの熱の放出が促進される。また、ラジエータ１２２を通過した走行風により燃料電池１１０が冷却されるので、燃料電池１１０の出力電流が大きい場合においても燃料電池１１０の温度上昇を抑制することができる。

Ｂ．第２実施例：
図５は、第２実施例の電気自動車１０ａが走行している際の中空部材５１０中における気流の様子を示す説明図である図５に示す第２実施例の電気自動車１０ａは、中空部材５１０内部の燃料電池１１０の前方の位置に絞り部材５１６が設けられている点で、図４に示す第１実施例の電気自動車１０と異なっている。他の点は、第１実施例と同じである。なお、中空部材５１０内部への絞り部材５１６の取り付けは、例えば、図３に示す上側部材５２０に絞り部材５１６を溶接等で取り付けることにより行うことができる。

図５の矢印に示すように、第２実施例の電気自動車１０ａでは、燃料電池スタック１１０の前方の位置に絞り部材５１６が設けられている。そのため、ラジエータ１２２を通過した走行風は、絞り部材５１６により絞られ、流速が早くなる。このように、流速が早くなった走行風が燃料電池１１０に到達すると、燃料電池１１０からの単位時間あたりの熱の放出量が増加し、走行風による燃料電池１１０の冷却がより促進される。

第２実施例は、燃料電池１１０の前方の位置に絞り部材５１６を設けることにより、燃料電池１１０の冷却がより促進される点で、第１実施例よりも好ましい。一方、第１実施例は、中空部材５１０の構造がより簡単になる点で、第２実施例よりも好ましい。

Ｃ．中空部材の変形例：
図６は、中空部材の変形例としての中空部材５１０ａを形成する様子を示す説明図である。図６の中空部材５１０ａは、図３に示す中空部材５１０と同様に、図６（ａ）に示す上側部材５２０ａと、図６（ｂ）に示す下側部材５３０ａとによって形成される。図６に示す変形例は、上側部材５２０ａおよび下側部材５３０ａの形状が、図３に示す第１実施例の上側部材５２０および下側部材５３０と異なっている点で、第１実施例と異なっている。他の点は、第１実施例と同様である。

図６（ａ）に示す上側部材５２０ａは、中空部材５１０ａの上面部分を形成する上面部材５２２ａと、上面部材５２２ａから直角に折れ曲がった２つの側面部材５２４ａと、２つの側面部材５２４ａのそれぞれから直角に折れ曲がった接合部材５２６ａとを備えている。接合部材５２６ａは、側面部材５２４ａから見て上面部材５２２ａとは反対方向に折れ曲がっている。すなわち、接合部材５２６ａは、中空部材５１０ａの外側方向に折れ曲がっている。こららの各部材５２２ａ，５２４ａ，５２６ａは、例えば、プレス加工により一体に形成される。

図６（ｂ）に示す下側部材５３０ａは、中空部材５１０ａの下面部分を形成する下面部材５３２ａと、下面部材５３２ａから直角に折れ曲がった２つの側面部材５３４ａと、２つの側面部材５３４ａのそれぞれから直角に折れ曲がった接合部材５３６ａとを備えている。接合部材５３６ａは、側面部材５３４ａから見て下面部材５３２ａとは反対方向に折れ曲がっている。すなわち、接合部材５３６ａは、中空部材５１０ａの外側方向に折れ曲がっている。こららの各部材５３２ａ，５３４ａ，５３６ａは、例えば、プレス加工により一体に形成される。

中空部材５１０ａは、図６（ｃ）に示すように、上側部材５２０ａと下側部材５３０ａとがそれぞれ有する接合部材５２６ａ，５３６ａを重ね合わせ、ハッチングで示す重なり合っている接合部材５２６ａ，５３６ａを溶接やリベット等で接合することにより形成される。このように形成された中空部材５１０ａも、第１実施例の中空部材５１０（図３）と同様に、車両前方の前端部から車両後方の後端部まで、閉じた横断面を有する部材となる。

Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｄ１．変形例１：
上記各実施例では、燃料電池１１０を前輪４１２，４２２と後輪４３２，４４２との間に配置しているが、燃料電池１１０を他の位置に配置することも可能である。一般に、燃料電池１１０は、中空部材５１０の内部であれば任意の位置に配置することができる。ただし、燃料電池１１０をフロント部１４の中空部材５１０内部に配置する場合、ラジエータ１２２と燃料電池１１０との距離を所定の距離（例えば、２００ｍｍ）以上とするのが好ましい。

Ｄ２．変形例２：
上記各実施例では、二次電池３００と水素ガスタンク１４２とを中空部材５１０内部に配置しているが、二次電池３００と水素ガスタンク１４２との少なくとも一方を中空部材５１０の外部に配置するものとしても良い。このようにしても、発熱量が大きく、十分な冷却が必要な燃料電池１１０の冷却を促進することができる。

Ｄ３．変形例３：
上記各実施例では、パワーコントロールユニット２００を中空部材５１０の外部に配置しているが、パワーコントロールユニット２００を中空部材５１０の内部に配置するものとしても良い。なお、燃料電池１１０とパワーコントロールユニット２００と二次電池３００と水素ガスタンク１４２との全てを中空部材５１０内部に配置する場合、電気自動車１０の前方からこの順に配置するのが好ましい。

パワーコントロールユニット２００を中空部材５１０の内部に配置することにより、中空部材５１０を通過する走行風によりパワーコントロールユニット２００の冷却が促進されるので、コンバータ２１０やインバータ２２０の温度が上昇することを抑制することができる。また、パワーコントロールユニット２００を中空部材５１０の内部に配置することにより、雨水などの水分によりコンバータ２１０やインバータ２２０の絶縁不良が発生することを抑制することができる。一方、パワーコントロールユニット２００を中空部材５１０の外部に配置することにより、中空部材５１０内部での圧力損失が低減され、中空部材５１０内部を通過する走行風の流量をより多くすることができる。

Ｄ４．変形例４：
上記各実施例では、４つの車輪４１２，４２２，４３２，４４２のそれぞれにモータ４１０，４２０，４３０，４４０が取り付けられているが、モータは、前輪４１２，４２２あるいは後輪４３２，４４２のいずれか一方のみに取り付けられるものとしても良い。また、電気自動車１０を必ずしもインホイール駆動方式とする必要はない。ただし、電気自動車１０を駆動するためのドライブシャフト等を省略することにより、車輪４１２，４２２，４３２，４４２付近での中空部材５１０の横断面積をより広くすることができ、中空部材５１０の圧力損失の上昇を抑制することができるので、電気自動車１０は、インホイール駆動方式とするのがより好ましい。

Ｄ５．変形例５：
上記各実施例では、ラジエータ１２２を中空部材５１０の外部である中空部材の前端にに配置しているが、ラジエータ１２２を中空部材５１０の内部に配置するものとしても良い。このようにしても、貫通気流がラジエータ１２２を通過することにより、ラジエータ１２２を通過する気流の流量が増大し、ラジエータ１２２からの熱の放出が促進される。この場合、必ずしもラジエータ１２２を中空部材５１０の前端部に配置する必要はない。例えば、ラジエータ１２２を中空部材５１０の前端部と燃料電池１１０との間に配置することも可能である。ただし、この場合、ラジエータ１２２と燃料電池１１０との距離を所定の距離（例えば、２００ｍｍ）以上とするのが好ましい。

Ｄ６．変形例６：
上記各実施例では、燃料電池１１０と二次電池３００と水素ガスタンク１４２とが配置された中空部材５１０は、その前端部から後端部まで横断面が閉鎖されているが、中空部材５１０はラジエータ１２２と燃料電池１１０との間の横断面が閉鎖されていればよい。このようにしても、ラジエータ１２２と燃料電池１１０の間は、横断面が閉鎖した中空部材５１０により覆われるので、ラジエータ１２２と燃料電池１１０の間で電気自動車１０を貫通する貫通流路の内部と外部とが隔絶される。そのため、ラジエータ１２２を通過した走行風が貫通流路外部に流出し、燃料電池１１０に到達する気流の流量が低下することが抑制される。また、ラジエータ１２２と燃料電池１１０との間で貫通流路外部から走行風が流入し、ラジエータ１２２を通過する走行風の流量が低下することが抑制される。

Ｄ７．変形例７：
上記各実施例では、車体５００をモノコック構造とし、中空部材５１０を車体５００の強度を受け持つ骨格部材であるアンダーボディ５０４として使用しているが、車体５００の構造を変更することも可能である。例えば、中空部材５１０を車体５００のフレームとして使用し、車体５００の強度を主に中空部材５１０に受け持たせるものとしても良い。ただし、電気自動車１０の床下をより低くして乗員スペースをより広くでき、また、電気自動車１０全体の重量を低減することができるので、車体５００をモノコック構造とするのがより好ましい。

Ｄ８．変形例８：
上記各実施例では、電気自動車１０の前方から後方に貫通する貫通流路を車体５００の強度を受け持たせる中空部材５１０により形成しているが、貫通流路は必ずしも骨格部材を構成する中空部材５１０により形成する必要はない。一般に、電気自動車１０の前方から後方に貫通する貫通流路を設け、貫通流路を通過する走行風がラジエータを通過するように構成されていればよい。ただし、衝突時に燃料電池１１０等の破損を抑制でき、衝突安全性をより高めることができるので、貫通流路の少なくとも一部を中空部材５１０を車体５００の強度を受け持つ骨格部材とするのがより好ましい。

Ｄ９．変形例９：
上記各実施例では、電気自動車１０の駆動システム１２（図１）に、燃料ガス給排部１４０が燃料電池１１０から供給されたアノードオフガスを燃料ガス供給配管１９０に還流する、いわゆる循環型の燃料電池システム１００を使用しているが、駆動システム１２には、アノードオフガスを燃料ガス供給配管１９０に還流しない、いわゆる非循環型の燃料電池システムを使用することも可能である。

本発明の一実施形態としての電気自動車の駆動に使用される駆動システム１２の概略図。 第１実施例の電気自動車１０において、駆動システム１２が備える機器の配置を示す説明図。 中空部材５１０を形成する様子を示す説明図。 第１実施例の電気自動車１０が走行している際の中空部材５１０中における気流の様子を示す説明図。 第２実施例の電気自動車１０ａが走行している際の中空部材５１０中における気流の様子を示す説明図。 中空部材の変形例としての中空部材５１０ａを形成する様子を示す説明図。

符号の説明

１０，１０ａ…電気自動車
１２…駆動システム
１４…フロント部
１６…車室
１００…燃料電池システム
１１０…燃料電池スタック
１１２…セル
１２０…燃料電池冷却部
１２２…ラジエータ
１２４…冷却水ポンプ
１２６…ラジエータファン
１３０…酸化剤ガス給排部
１３２…空気ポンプ
１４０…燃料ガス給排部
１４２…水素ガスタンク
１８２…冷却水還流配管
１８４…冷却水供給配管
１８６…酸化剤ガス供給配管
１８８…カソードオフガス排出配管
１９０…燃料ガス供給配管
１９２…アノードオフガス排出配管
２００…パワーコントロールユニット
２０２，２０４，２０６…配線
２１０…コンバータ
２２０…インバータ
３００…二次電池
３０２…残存容量モニタ
４１０，４２０，４３０，４４０…モータ
４１２，４２２，４３２，４４２…車輪
５００…車体
５０２…ダッシュロア
５０４…アンダーボディ
５１０，５１０ａ…中空部材
５１６…絞り部材
５２０，５２０ａ…上側部材
５２２，５２２ａ…上面部材
５２４，５２４ａ…側面部材
５２６ａ…接合部材
５３０，５３０ａ…下側部材
５３２，５３２ａ…下面部材
５３４ａ…側面部材
５３６，５３６ａ…接合部材

Claims (5)

1. 燃料電池が発生する電力により駆動される電気自動車であって、
   前記燃料電池により発生した熱を空気中に放出するためのラジエータと、
   前記電気自動車の前方から後方に貫通し、前記電気自動車が走行する際に内部に前記電気自動車の前方から後方に向かう貫通気流が生じる貫通流路と、
   を備え、
   前記燃料電池と、前記貫通気流が通過する前記ラジエータと、のそれぞれは、前記貫通流路の内部に配置されている、電気自動車。
2. 請求項１記載の電気自動車であって、
   前記貫通流路は、少なくとも前記ラジエータと前記燃料電池との間において閉じた横断面を有している、電気自動車。
3. 請求項２記載の電気自動車であって、
   前記ラジエータは、前記燃料電池よりも前方に配置されており、
   前記貫通流路は、前記ラジエータと前記燃料電池との間の前記貫通流路内部に設けられ、前記貫通気流の流速を高めるための絞り部材を有する、電気自動車。
4. 請求項１ないし３のいずれか記載の電気自動車であって、
   前記貫通流路の少なくとも一部は、前記燃料電池が内部に配置された中空部材によって形成されており、
   前記中空部材は、前記電気自動車の車体の強度を受け持つ骨格部材を構成する、電気自動車。
5. 請求項１ないし４のいずれか記載の電気自動車であって、
   前記電気自動車の複数の車輪にそれぞれ設けられたモータにより駆動される、電気自動車。

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