JP2009190438A

JP2009190438A - 燃料電池システムの車両搭載構造

Info

Publication number: JP2009190438A
Application number: JP2008030361A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Miho; 佳孝美保; Satoshi Shigematsu; 聡重松; Hajime Saito; 元齋藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】新規な構成によってより効果的に燃料電池やパワーコントロールユニットを搭載することが可能な燃料電池システムの車両搭載構造を得る。
【解決手段】燃料電池２０およびパワーコントロールユニット３０の両方を、左右のサイドメンバ６に跨って搭載した。このため、既存の車体骨格部材としてのサイドメンバ６に、搭載用のフレーム等を用いることなく、燃料電池２０およびパワーコントロールユニット３０を直接的に搭載でき、搭載用のフレームを用いた場合に比べて、より安価、軽量、かつ小型に構成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムの車両搭載構造に関する。

燃料電池システムの車両搭載構造として、従来、サスペンションフレームの上側に別個にフレームを取り付け、そのフレーム上に燃料電池を固定し、さらにその燃料電池上に駆動モータを制御するパワーコントロールユニットを固定したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３７０５４４号公報

しかしながら、かかる従来の燃料電池システムの車両搭載構造では、システム搭載用のフレームを追加する分、製造コストが嵩む上、重量が増大してしまうという問題がある。また、フレームを設けた分だけ、燃料電池およびパワーコントロールユニットの搭載位置が嵩上げされるため、モータルーム内のスペース効率が低下してしまう。

そこで、本発明は、新規な構成によってより効果的に燃料電池やパワーコントロールユニットを搭載することが可能な燃料電池システムの車両搭載構造を得ることを目的とする。

本発明は、燃料電池およびパワーコントロールユニットのうち少なくともいずれか一方を、モータルームの車幅方向両側で車両前後方向に延在する左右のサイドメンバに跨って搭載したことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、燃料電池およびパワーコントロールユニットのうちいずれか一方を、搭載用フレームを用いずに車両に搭載することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、これら同様の構成要素については共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）図１〜図３は、本発明の第１実施形態にかかる燃料電池システムの車両搭載構造を示しており、このうち図１は、燃料電池システムの車両搭載構造の分解斜視図、図２は、燃料電池システムの車両搭載構造の平面図、図３は、燃料電池システムの車両搭載構造の側面図である。なお、各図中、車両前方をＦＲ、車幅方向をＷＤ、車両上方をＵＰと記す。

図１〜図３に示すように、本実施形態では、燃料電池自動車１の車体前部のモータルーム２内に、燃料電池システム１０の燃料電池２０およびパワーコントロールユニット３０が配置されている。

モータルーム２は、車幅方向両側をフードリッジパネル３で画成するとともに、車両後方をダッシュパネル４で画成して形成されており、その車両前方にはラジエータコアサポート５（図２、図３参照）に取り付けたラジエータ５ａを配置してある。そして車幅方向両側に配置した各フードリッジパネル３の下部には、当該フードリッジパネル３との間に略矩形状の閉断面を形成して車両前後方向に延在するサイドメンバ６を結合してある。また、各フードリッジパネル３のダッシュパネル４近傍には、フロントサスペンションのショックアブソーバまたはストラット（いずれも図示せず）を支持するストラットタワー７を、一体に結合してある。

そして、本実施形態では、燃料電池２０とパワーコントロールユニット３０とを結合して一体化したサブアッセンブリ１００を左右のサイドメンバ６に跨って搭載してある。サブアッセンブリ１００は全体として略直方体状に形成されており、その車幅方向両端部に、ブラケット等からなる取付部１１が設けられている。左右のサイドメンバ６には、被取付部６１が設けられており、この被取付部６１にボルト等の締結具１２を用いてサブアッセンブリ１００の取付部１１を固定することで、サブアッセンブリ１００を左右のサイドメンバ６，６間に架設するようになっている。

燃料電池２０は、前後方向に比較的薄い略直方体状のケース２１を有しており、このケース２１内に燃料電池の本体部分が収納されている。一方、パワーコントロールユニット３０は、前後方向に比較的薄い略直方体状のケース３１を有しており、このケース３１内に電子回路や半導体素子等の電子部品が収納されている。

パワーコントロールユニット３０の内部には、動作時に発熱する半導体素子（スイッチング素子等）が収容されている。このため、本実施形態では、パワーコントロールユニット３０の過熱を抑制する冷却機構（例えば冷却水等の冷媒の通路など）を備える冷却板５０をケース３１に密着させて設けてある。

ここで、本実施形態では、冷却板５０を、燃料電池２０およびパワーコントロールユニット３０のケース２１，３１間に介在させてある。すなわち、車両前方から後方にかけて、パワーコントロールユニット３０（ケース３１）、冷却板５０、および燃料電池２０（ケース２１）がこの順に配列され、冷却板５０がパワーコントロールユニット３０（ケース３１）と燃料電池２０（ケース２１）との前後方向中間位置に挟まれた状態でこれらが一体的に結合されてサブアッセンブリ１００が形成されている。

また、図１および図３に示すように、本実施形態では、モータルーム２の下部に駆動モータ８を設置してある。駆動モータ８の出力は、変速機構（図示せず）を介して駆動輪（前輪）に伝達される。

パワーコントロールユニット３０は、各種センサからの情報等に基づいて駆動モータ８に供給する電力を制御する。パワーコントロールユニット３０と駆動モータ８との間には、高電圧ケーブル８１（配線）が配索されており、駆動モータ８には、この高電圧ケーブル８１を介して電力が供給される。

燃料電池２０とパワーコントロールユニット３０との間にも高電圧ケーブル８２（配線）が配索されており、燃料電池２０で発生した電力が、この高電圧ケーブル８２を介して取り出されるようになっている。本実施形態では、燃料電池２０およびパワーコントロールユニット３０のケース２１，３１（すなわちサブアッセンブリ１００のケース）の一部を車幅方向の同じ側（本実施形態では左舷側）に膨出させて膨出部２１ａ，３１ａを形成し、これら膨出部２１ａ，３１ａ同士をシール部材２１ｂを挟んで突き合わせ、この膨出部２１ａ，３１ａ内、すなわちケース２１，３１内で高電圧ケーブル８２を配索してある。

また、燃料電池システム１０は、上述した燃料電池２０やパワーコントロールユニット３０、駆動モータ８の他に、高圧水素タンクや、燃料電池システム１０の補機部品等（いずれも図示せず）を備えている。燃料電池システム１０の補機部品としては、例えば、水素を循環させるための各種ポンプや、空気を圧送するコンプレッサ、水を循環するポンプ等がある。

本実施形態では、図２および図３に示すように、これら燃料電池システム１０の補機部品の配置領域４０を、サブアッセンブリ１００の後方のモータルーム２内で、サブアッセンブリ１００の後端部に隣接して設けてある。この配置領域４０内では、図示しないブラケット等を介して複数の部品が取り付けられている。

一方、ダッシュパネル４の運転席側（本実施形態では右舷側）からは、モータルーム２内に向けて、ブースター９Ｂとマスターシリンダ９Ｍを含むブレーキ液圧発生装置９が突出している。

そして、燃料電池システム１０の補機部品が、車両前面衝突時にブレーキ液圧発生装置９と干渉するのを抑制するため、本実施形態では、図２に示すように、補機部品の配置領域４０とブレーキ液圧発生装置９とを車幅方向にずらして配置している。

さらに、本実施形態では、配置領域４０の前後長Ｌａを、ブレーキ液圧発生装置９のダッシュパネル４から前方への突出長Ｌｂより長く設定してある。これにより、車両前面衝突時にサブアッセンブリ１００と燃料電池システム１０の補機部品とが後方へ移動した際に、サブアッセンブリ１００がブレーキ液圧発生装置９と干渉するより先に、燃料電池システム１０の補機部品がダッシュパネル４に当接することとなって、ブレーキ液圧発生装置９が損傷するのを抑制することができる。

なお、本実施形態では、駆動モータ８や高電圧ケーブル８１等は、サブアッセンブリ１００に対して上下方向に（本実施形態では下方に）ずらして配置し、これらの相互干渉を抑制している。また、車両前面衝突の際に、燃料電池２０およびパワーコントロールユニット３０のケース２１，３１内に収容された高電圧部品が外へ飛び出さないよう、各ケース２１，３１の板厚や材質等を適宜に調整することで、その剛性および強度を高めてある。

以上説明したように、本実施形態では、燃料電池２０およびパワーコントロールユニット３０の両方を、左右のサイドメンバ６に跨って搭載した。このため、既存の車体骨格部材としてのサイドメンバ６に、搭載用のフレーム等を用いることなく、燃料電池２０およびパワーコントロールユニット３０を直接的に搭載でき、搭載用のフレームを用いた場合に比べて、より安価、軽量、かつ小型に構成することができる。

また、左右のサイドメンバ６，６間に、燃料電池２０やパワーコントロールユニット３０を架設したことで、車体の剛性および強度を向上することができる。特に、本実施形態では、燃料電池２０、パワーコントロールユニット３０、および冷却板５０を車幅方向に並べて架設したため、燃料電池２０およびパワーコントロールユニット３０のうちいずれか一つのみを架設した場合に比べて、剛性および強度の増大効果を高めることができる。

さらに、本実施形態では、左右のサイドメンバ６，６間に架設する前に、燃料電池２０、パワーコントロールユニット３０、および冷却板５０を一体的に結合してサブアッセンブリ１００を形成し、このサブアッセンブリ１００を左右のサイドメンバ６，６間に取り付けるようにしたため、これらを別個に取り付ける場合に比べて、取付作業の効率を向上することができる。

また、本実施形態では、燃料電池２０とパワーコントロールユニット３０とを電気的に接続する高電圧ケーブル８２を、サブアッセンブリ１００のケース２１，３１内（膨出部２１ａ，３１ａ内）で配索するようにした。このため、高電圧ケーブル８２を保護する部材を別個に設ける必要が無くなる分、部品点数が減る上、組み付けの手間が省けて、製造コストを低減することができる。

また、本実施形態では、パワーコントロールユニット３０の冷却板５０を、サブアッセンブリ１００の車幅方向略全幅に亘って設けた。このため、冷却板５０によるパワーコントロールユニット３０の冷却効率を高めることができる上、冷却板５０も左右のサイドメンバ６，６間に架設されることとなって、車体剛性および強度の更なる向上を図ることができる。

また、本実施形態では、サブアッセンブリ１００より後方のモータルーム２内に燃料電池システム１０の補機部品の配置領域４０を設けたため、車両前面衝突時の初期段階や衝突エネルギが比較的小さい場合等においては、このサブアッセンブリ１００によって補機部品を保護することができる。

また、本実施形態では、燃料電池システム１０の配置領域４０とブレーキ液圧発生装置９とを車幅方向にずらして配置するとともに、当該配置領域４０の前後長Ｌａを、ブレーキ液圧発生装置９のダッシュパネル４から前方への突出長Ｌｂより長く設定した。よって、車両前面衝突時にサブアッセンブリ１００と燃料電池システム１０の補機部品とが車体に対して相対的に後方へ移動した際に、サブアッセンブリ１００がブレーキ液圧発生装置９と干渉するより先に、燃料電池システム１０の補機部品がダッシュパネル４に当接することとなって、ブレーキ液圧発生装置９を、後方移動するサブアッセンブリ１００から保護することができる。

特に、本実施形態では、燃料電池システム１０の補機部品の配置領域４０をブレーキ液圧発生装置９よりも車幅方向中央側に位置させるとともに、配置領域４０の車幅方向の長さをブレーキ液圧発生装置９のそれより長くしてある。このため、車両前面衝突時に、燃料電池システム１０の補機部品をダッシュパネル４のより広い領域に当接させることができて、その分、衝撃吸収効率を高めることができる。

また、本実施形態では、サブアッセンブリ１００においては、パワーコントロールユニット３０を車両前方側に、燃料電池２０を車両後方側に配置した。よって、駆動モータ８や二次バッテリ（例えば車体後部のラゲッジルームなどに配置される）等に繋がるケーブルをパワーコントロールユニット３０に接続する結線作業を車両前方から行うことができる。かかる構成では、車体骨格部材や部品等によって遮られることで、側方、下方、後方からの結線作業は難しくなる場合が多いが、ラジエータコアサポート５やラジエータ５ａ等を一体的に含むフロントエンドモジュールを用いる場合、当該フロントエンドモジュールを取り付ける前に、前方からの結線作業を行いやすくなって、作業効率が向上するという効果がある。

（第２実施形態）図４および図５は、本発明の第２実施形態にかかる燃料電池システムの車両搭載構造を示しており、このうち、図４は、燃料電池システムの車両搭載構造の平面図、図５は、燃料電池システムの車両搭載構造の側面図である。

本実施形態では、燃料電池２０およびパワーコントロールユニット３０を車両上下方向に積み重ねた点が、上記第１実施形態と相違している。すなわち、燃料電池２０を最も下に配置し、その上に冷却板５０およびパワーコントロールユニット３０をこの順に積み重ねて結合して、サブアッセンブリ１００Ａを構成してある。

また、本実施形態でも、サブアッセンブリ１００Ａの後方のモータルーム２内に、燃料電池システム１０の補機部品の配置領域４０を設けてある。そして、この場合にあっても、燃料電池システム１０の補機部品の配置領域４０とブレーキ液圧発生装置９とを車幅方向にオフセットさせるとともに、かつ、燃料電池システム１０の補機部品の配置領域４０の前後長Ｌａ′をブレーキ液圧発生装置９のダッシュパネル４から前方への突出長Ｌｂ′よりも長くしてある。

したがって、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、モータルーム２の形状等によっては、燃料電池２０およびパワーコントロールユニット３０を上下方向に配置した分、前後方向に配置した場合に比べて燃料電池２０の容積を拡大しやすくなる。この場合、燃料電池２０による電力発生量を大きくして、駆動モータ８の出力を大きくすることができる。なお、パワーコントロールユニット３０を下方に配置し、燃料電池２０を上方に配置した場合にも同様の作用効果を得ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、左右のサイドメンバ間に、燃料電池およびパワーコントロールユニットの双方を架設したが、これらのうちいずれか一方のみを架設する構成とすることができる。

本発明の第１実施形態にかかる燃料電池システムの車両搭載構造の分解斜視図である。本発明の第１実施形態にかかる燃料電池システムの車両搭載構造の平面図である。本発明の第１実施形態にかかる燃料電池システムの車両搭載構造の側面図である。本発明の第２実施形態にかかる燃料電池システムの車両搭載構造の平面図である。本発明の第２実施形態にかかる燃料電池システムの車両搭載構造の側面図である。

符号の説明

１燃料電池自動車
２モータルーム
４ダッシュパネル
６サイドメンバ
８駆動モータ
９ブレーキ液圧発生装置
１０燃料電池システム
２０燃料電池
２１ケース
３０パワーコントロールユニット
３１ケース
４０補機部品の配置領域
５０冷却板
８２高電圧ケーブル（配線）
１００サブアッセンブリ

Claims

燃料電池と、駆動モータに供給する電力を制御するパワーコントロールユニットと、を含む燃料電池システムを車両に搭載する燃料電池システムの車両搭載構造であって、
前記燃料電池および前記パワーコントロールユニットのうち少なくともいずれか一方を、モータルームの車幅方向両側で車両前後方向に延在する左右のサイドメンバに跨って搭載したことを特徴とする燃料電池システムの車両搭載構造。
前記燃料電池と前記パワーコントロールユニットとを結合して一体化したサブアッセンブリを前記左右のサイドメンバに跨って搭載したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの車両搭載構造。
前記燃料電池と前記パワーコントロールユニットとを電気的に接続する配線を、前記サブアッセンブリのケース内で配索したことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システムの車両搭載構造。
前記パワーコントロールユニットの冷却板を、前記サブアッセンブリの車幅方向略全幅に亘って設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池システムの車両搭載構造。
前記サブアッセンブリより後方のモータルーム内に燃料電池システムの補機部品を配置したことを特徴とする請求項２〜４のうちいずれか一つに記載の燃料電池システムの車両搭載構造。
ダッシュパネルからモータルーム内に突出するブレーキ液圧発生装置と、前記サブアッセンブリの後部に隣接して配置された補機部品と、を備え、
前記ブレーキ液圧発生装置と補機部品とを車幅方向にずらして配置するとともに、前記補機部品の配置領域の前後長を、前記ブレーキ液圧発生装置の前記ダッシュパネルからの前方への突出長より長くしたことを特徴とする請求項２〜５のうちいずれか一つに記載の燃料電池システムの車両搭載構造。
前記サブアッセンブリでは、前記パワーコントロールユニットを車両前方に、前記燃料電池を車両後方に配置したことを特徴とする請求項２〜６のうちいずれか一つに記載の燃料電池システムの車両搭載構造。
前記サブアッセンブリでは、前記燃料電池と前記パワーコントロールユニットとを車両上下方向に配置したことを特徴とする請求項２〜６のうちいずれか一つに記載の燃料電池システムの車両搭載構造。