JP2010188965A - 燃料電池車の車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】インストルメントパネルの下方のセンタトンネル内にスタックを配置しても、正面衝突時の荷重からスタックを守る燃料電池車の車体構造を提供する。
【解決手段】燃料電池車１１の車体構造１２は、運転席３６と助手席３７の間に設けられ、床（アンダボデー２４）に含まれるセンタトンネル３４内に、且つインストルメントパネル４１の下方へ水素と酸素で電気を発生させるスタック１３を配置した。センタトンネル３４は、フロアパネル３３の中央を車両前後に延びるトンネル前部４４がスタック１３を保護するためにスタック１３近傍から車両前方に設けられて正面衝突時の荷重を吸収する緩衝機構で、トンネル前部４４に連なるトンネル後部４５はスタック１３をスタック収納構造１６で収納しているとともに、荷重に対する反力を発生する反力発生機構である。
【選択図】図１

Description

本発明は、床下に燃料電池スタックを収納した燃料電池車の車体構造に関するものである。

燃料電池車は、発電用の燃料電池スタックを有し、燃料電池車の車体構造では、燃料電池スタックをフロアパネルの上方へ膨出させたセンターコンソール内に配置し、センターコンソールの側壁に、燃料電池スタックに沿う補強フレームを取付けることで、燃料電池スタックを保護しているものがある（例えば、特許文献１（図７）参照）。

また、車体構造では、運転席、助手席の前に配置されたインストルメントパネル内の空調ユニットとエンジンとの間に荷重吸収部材が取付けられ、正面衝突時に、エンジンが後退すると荷重吸収部材で荷重を吸収するようにして、さらなる後退を防止しているものがある（例えば、特許文献２（図１）参照）。

しかし、従来技術（特許文献１）は、燃料電池スタックの保護と室内空間の拡大とを図っているが、さらに他の機器を同様にフロアパネルの下に収納するということはできない。
すなわち、室内空間を損なうことなく車両の小型化を図るために、例えば、燃料電池スタックを前の隔壁（ダッシュボードパネルロア）近傍まで移動すると、収納空間は拡大するが、ダッシュボードパネルロアの前に配置しているパワーコントロールユニットが正面衝突で後退すると、燃料電池スタックに干渉するという問題が発生する。

特許文献２は、エンジンの後退を荷重吸収部材で受けて、後退を抑制しつつ荷重を吸収するが、吸収ストロークが短く、インストルメントパネルの下方を含むインストルメントパネル近傍に配置した機器を損傷してしまう。例えば、インストルメントパネルの下方まで前方に燃料電池スタックを移動すると、吸収ストロークを十分な長さにする必要があり、燃料電池車を小型化できないという問題がある。

特開２００７−１５５８９号公報 特許第４１２２８９５号公報

本発明は、インストルメントパネルの下方のセンタトンネル内にスタックを配置しても、正面衝突時の荷重からスタックを守り、小型車でも室内空間を広げることができる燃料電池車の車体構造を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、運転席と助手席の間に設けられ、床に含まれるセンタトンネル内に、且つ、運転席と助手席とに対向しているインストルメントパネルの下方へ水素と酸素で電気を発生させるスタックを配置した燃料電池車の車体構造であって、センタトンネルは、床のフロアパネルの中央を車両前後に延びるトンネル前部と、トンネル前部に連なり車両後方へ延びるトンネル後部と、からなり、トンネル前部は、スタックを保護するためにスタック近傍から車両前方に設けられて正面衝突時の荷重を吸収する緩衝機構であり、トンネル後部は、スタックをスタック収納構造で収納しているとともに、荷重に対する反力を発生する反力発生機構としていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、スタック収納構造は、スタックを収納しているスタック骨格をトンネル後部の天部に接続機構で接続しているとともに、トンネル後部のベース部に下方から支持されているトンネルサブフレームに連結していることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、接続機構は、天部からピンを下方へ垂下し、ピンをスタック骨格の孔に挿入して締結していることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、トンネル前部は、少なくとも、車両前後方向に交差する凹凸形状部、トンネル後部の板厚に比べ板厚が薄い、トンネル後部の材質の強度に比べ材質の強度が小さい、のうち一つを採用していることを特徴とする。

請求項５に係る発明では、トンネル後部は、車両前後方向に沿うように、ビード、凹凸形状部のうち少なくとも一つが形成されていることを特徴とする。

請求項６に係る発明では、スタック収納構造は、スタックを収納しているスタック骨格をトンネル後部のベース部に下方から支持されているトンネルサブフレームに連結しているとともに、スタック骨格に立設しているピンをトンネル後部の天部に設けた孔に挿入していることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、センタトンネル内に、且つ、インストルメントパネルの下方へスタックを配置した燃料電池車の車体構造であって、センタトンネルは、トンネル前部と、トンネル後部と、からなり、トンネル前部は、スタックを保護するためにスタック近傍から車両前方に設けられて正面衝突時の荷重を吸収する緩衝機構であり、トンネル後部は、スタックをスタック収納構造で収納しているとともに、荷重に対する反力を発生する反力発生機構としているので、トンネル後部を反力発生機構とすることで、トンネル前部の緩衝機構による正面衝突時の荷重吸収効率を高めることができ、トンネル前部（緩衝機構）の前後長を短くすることができる。つまり、インストルメントパネルの下方のセンタトンネル内にスタックを配置しても、正面衝突時の荷重からスタックを守ることができる。

また、インストルメントパネルの下方のセンタトンネル内にスタックを配置してもスタックを保護することができるので、インストルメントパネルの下方のセンタトンネル内にスタックを配置することで、小型車でも室内空間を広げることができる。

請求項２に係る発明では、スタック収納構造は、スタックを収納しているスタック骨格をトンネル後部の天部に接続機構で接続しているとともに、トンネル後部のベース部に下方から支持されているトンネルサブフレームに連結しているので、トンネル後部を、スタック骨格、トンネルサブフレーム、ベース部で一体化することができ、トンネル後部の強度を高めることができる。従って、大きな反力を発生させることができ、スタックをより確実に守ることができる。

請求項３に係る発明では、接続機構は、天部からピンを下方へ垂下し、ピンをスタック骨格の孔に挿入して締結しているので、ピンをスタック骨格の孔に挿入すると、スタック骨格の位置決めに寄与するという利点がある。

請求項４に係る発明では、トンネル前部は、少なくとも、車両前後方向に交差する凹凸形状部、トンネル後部の板厚に比べ板厚が薄い、トンネル後部の材質の強度に比べ材質の強度が小さい、のうち一つを採用しているので、圧縮変形が滑らかに進行し、正面衝突の荷重をより確実に吸収することができる。

請求項５に係る発明では、トンネル後部は、車両前後方向に沿うように、ビード、凹凸形状部のうち少なくとも一つが形成されているので、正面衝突の荷重に対するトンネル後部の強度を高めることができる。また、トンネル前部はより確実に衝撃を吸収することができる。

請求項６に係る発明では、スタック収納構造は、スタックを収納しているスタック骨格をトンネル後部のベース部に下方から支持されているトンネルサブフレームに連結しているとともに、スタック骨格に立設しているピンをトンネル後部の天部に設けた孔に挿入しているので、トンネル後部を、スタック骨格、トンネルサブフレーム、ベース部で一体化することができ、トンネル後部の強度を高めることができる。従って、大きな反力を発生させることができ、スタックをより確実に守ることができる。

本発明の実施例１に係る燃料電池車の車体構造の斜視図である。 実施例１に係る燃料電池車の車体構造の断面図である。 実施例１に係る燃料電池車の車体構造を天地反転した状態で示した底面図である。 実施例１に係る燃料電池車の車体構造が備えるスタック骨格の取付けを説明する図。 本発明の実施例２に係る燃料電池車の車体構造の斜視図である。 本発明の実施例３に係る燃料電池車の車体構造の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例１、実施例２、実施例３で詳細に説明する。

実施例１に係る燃料電池車１１の車体構造１２は、図１に示しているように、燃料である水素を酸素と反応させて電気に変換するスタック１３、スタック補助装置１４及びスタック収納構造１６を有する。以降で具体的に説明していく。

燃料電池車１１は、図１、図２に示しているように、電動機で前輪（図に示していない）を駆動することで走行し、車室２３と、アンダボデー２４と、アンダボデー２４に取付けられているトンネルサブフレームであるところの燃料電池サブフレーム２５と、フロントボデー２６と、隔壁をなすダッシュボードパネルロア２７と、を備えている。

アンダボデー２４は、図１〜図３に示しているように、左右のサイドシル３１と、左右のサイドシル３１間に設けたクロスメンバー３２と、フロアパネル３３と、フロアパネル３３の中央に車両前後（Ｘ軸方向）に延ばして設けたセンタトンネル３４と、を備える。そして、センタトンネル３４にトンネルサブフレーム（燃料電池サブフレーム）２５が車両下方から、予めスタック補助装置１４を載せた状態で取付けられ、センタトンネル３４にスタック収納構造１６が設けられている。

燃料電池車１１の車体構造１２は、既に図１〜図３で説明したように、運転席３６と助手席３７の間に設けられ、床（アンダボデー２４）に含まれるセンタトンネル３４内に、且つ、運転席３６と助手席３７とに対向しているインストルメントパネル４１の下方へ水素と酸素で電気を発生させるスタック１３を配置した。センタトンネル３４は、床のフロアパネル３３の中央を車両前後（Ｘ軸方向）に延びるトンネル前部４４と、トンネル前部４４に連なり車両後方へ延びるトンネル後部４５と、からなる。

トンネル前部４４は、スタック１３を保護するためにスタック１３近傍から車両前方に設けられて正面衝突時の荷重を吸収する緩衝機構であり、トンネル後部４５は、スタック１３をスタック収納構造１６で収納しているとともに、荷重に対する反力を発生する反力発生機構としている。

スタック収納構造１６は、スタック１３を収納しているスタック骨格４７をトンネル後部４５の天部４８に接続機構５１で接続し、トンネル後部４５のベース部５２に下方からトンネルサブフレーム（燃料電池サブフレーム）２５を支持している。
なお、図６に示すように、スタック骨格４７をトンネルサブフレーム（燃料電池サブフレーム）２５に載置して固定してもよい。

燃料電池サブフレーム２５は、トンネル後部４５の左側のベース部５２に平行に左フレーム部材５５が延び、トンネル後部４５の右側のベース部５２に平行に右フレーム部材５６が延びて、これらでトンネル後部４５の幅と略同等の幅を形成し、左フレーム部材５５と右フレーム部材５６を前クロス部材５７、中央クロス部材５８、後クロス部材６１で結合し、これらの結合している結合部にそれぞれ締結部６２が形成され合計６箇所の締結部６２がトンネル後部４５のベース部５２にボルト６３（図２）で締結されている。

接続機構５１は、図１、図４に示しているように、天部４８からピン６６を下方へ垂下し、ピン６６をスタック骨格４７の孔６７に挿入して締結している。孔６７は位置決め孔７１と締結孔７２とからなる。
ピン６６は、車両の前側に配置した位置決めピン７３と、図２に示した後側に配置したスタッドボルト７４（例えば溶接で固定）とからなり、位置決めピン７３は、付け根側に位置決め軸部７５が形成され、位置決め軸部７５に連ねておねじ７６が形成され、スタック骨格４７を固定する。
なお、位置決め軸部７５が車両の前側に配置されているが、配置位置は車両の後側でもよく、対角でもよい。

スタック骨格４７は、図２〜図４に示しているように、箱形状のボックス本体７８が形成され、ボックス本体７８の側壁の上端から第１ラグ８１、第２ラグ８２、第３ラグ８３、第４ラグ８４がそれぞれ突出し、第１ラグ８１並びに第２ラグ８２にピン６６の位置決め軸部７５に所望のすきまで嵌合する位置決め孔７１が開けられている。第３ラグ８３及び第４ラグ８４には、スタッドボルト７４に対応する締結孔７２が開けられている。
ボックス本体７８は、鋼製で所望の強度を有する丈夫なものである。

トンネル前部４４は、トンネル後部４５の板厚に比べ板厚が薄い材料を採用している。なお、トンネル前部４４は、トンネル後部４５の板厚と一致する板厚を採用して、トンネル後部４５の材質の強度に比べ材質の強度が小さいものを採用してもよい。
トンネル前部４４はトンネル後部４５の板厚に比べ板厚を薄くすることで、車両の正面に入力される衝撃を吸収する緩衝機構である。また、トンネル後部４５の材質の強度に比べ材質の強度を小さくすることで、衝撃を吸収する緩衝機構である。

トンネル後部４５は、トンネル前部４４と逆の構成で、トンネル前部４４の板厚に比べ板厚が厚い、トンネル前部４４の材質の強度に比べ材質の強度が大きい、の二つのうち少なくとも一つを採用している。ここでは、トンネル前部４４の板厚に比べ板厚が厚い材料を採用することで、反力発生機構をなしている。

次に、実施例１の車体構造１２が備えるスタック骨格４７及びトンネルサブフレーム（燃料電池サブフレーム）２５の組み付け要領を図２〜図４で簡単に説明する。
まず、スタック骨格４７をトンネル後部４５に取付ける。車両の下方から矢印ａ１のようにスタック１３を収納したスタック骨格４７を上昇させ、トンネル後部４５に設けた位置決めピン７３に第１ラグ８１並びに第２ラグ８２の位置決め孔７１を嵌める。嵌めることで、スタック骨格４７の位置決め（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）が行われる。同時に、スタッドボルト７４に第３ラグ８３及び第４ラグ８４の締結孔７２を嵌める。その次に、ナット８６をねじ込むことで第１ラグ８１〜第４ラグ８４を締結する。つまり、トンネル後部４５にスタック骨格４７を締結する。これでスタック骨格４７の取付けは完了する。

次に、トンネルサブフレーム（燃料電池サブフレーム）２５を取付ける。予めスタック補助装置１４を固定した燃料電池サブフレーム２５を車両の下方から矢印ａ２のように上昇させ、位置決め手段（図に示していない）で位置決めを行う。引き続き、燃料電池サブフレーム２５にボルト６３を通してトンネル後部４５のベース部５２にねじ込む。これでトンネルサブフレーム（燃料電池サブフレーム）２５の取付けは完了する。

次に、本発明の実施例１に係る燃料電池車１１の車体構造１２の作用を説明する。
実施例１の車体構造１２は、図１〜図３に示すように、車両の正面に衝撃（荷重）が矢印ａ３のように入力されると、トンネル前部４４が変形することで、衝撃を吸収し、トンネル後部４５は変形しないで形状を維持するので、スタック１３を保護することができる。

具体的には、車両のフロントボデー２６が荷重で変形しつつ、ダッシュボードパネルロア２７からセンタトンネル３４に荷重を伝えると、センタトンネル３４では、トンネル前部４４及びトンネル後部４５に荷重が伝わるが、トンネル前部４４が既に説明した緩衝機構であるため変形して荷重を吸収する。

一方、トンネル後部４５が前述した反力発生機構であるため、一般的な荷重に対して微小の変形は起きるものの、形状を維持する。つまり、トンネル後部４５（反力発生機構）は反力を発生する。その結果、トンネル前部４４（緩衝機構）をより確実に作動させることができ、緩衝機構（トンネル前部４４）の衝撃吸収効率を高めることができる。

センタトンネル３４では、センタトンネル３４に達した荷重はトンネル後部４５からスタック骨格４７及びトンネルサブフレーム（燃料電池サブフレーム）２５に伝わる。すなわち、スタック収納構造１６によって、トンネル後部４５を、スタック骨格４７及びトンネルサブフレーム（燃料電池サブフレーム）２５と一体化した状態で荷重をそれぞれに分散することができ、結果的に、トンネル後部４５の強度が高まり、大きな反力を発生させることができる。同時に、スタック１３を守ることができる。

接続機構５１は、図２、図３、図４に示したように、トンネル後部４５の位置決めピン７３にスタック骨格４７に突出させた第１ラグ８１並びに第２ラグ８２の位置決め孔７１を嵌めることで、スタック骨格４７の位置決め（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）を行うことができる。

次に、本発明の実施例２に係る燃料電池車１１の車体構造１２Ｂを図１、図５で説明する。上記図１〜図４に示す実施例１と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。

実施例２に係る車体構造１２Ｂは、センタトンネル３４Ｂを有し、センタトンネル３４Ｂはトンネル前部４４Ｂと、トンネル後部４５Ｂと、を備えていることを特徴とする。
トンネル前部４４Ｂは、凹凸形状部であるところの横凹凸機構９１がセンタトンネル３４Ｂの長手方向（Ｘ軸方向）、つまり車両の前後方向に交差する（Ｙ軸方向）ように横（車幅方向）に延ばして形成されている。また、凹凸形状部であるところの鉛直凹凸機構９２がセンタトンネル３４Ｂの長手方向（Ｘ軸方向）に交差する（Ｚ軸方向）ように鉛直方向へ延ばして形成されている。

トンネル後部４５Ｂは、ビード９３がセンタトンネル３４Ｂの長手方向（Ｘ軸方向）、つまり車両の前後方向に沿って形成されている。なお、ビード９３以外に凹凸形状部（トンネル前部４４Ｂの横凹凸機構９１や鉛直凹凸機構９２と同様）であるところの縦凹凸機構（図に示していない）をセンタトンネル３４Ｂに沿って縦に延ばして形成してもよい。
ビード９３は、溝状に形成したもので、断面コ字形とした。なお、ビード９３の断面形状やビード９３の数は任意である。

実施例２に係る車体構造１２Ｂは、実施例１に係る車体構造１２と同様の作用、効果を発揮する。
また、トンネル前部４４Ｂは、凹凸形状部であるところの横凹凸機構９１、鉛直凹凸機構９２によって、圧縮変形を滑らかに進行させることができるという利点がある。
トンネル後部４５Ｂは、同一板厚や強度の材料を採用した場合に比べ、ビード９３によって、より圧縮荷重に対する反力を高めることができる。

次に、本発明の実施例３に係る燃料電池車１１の車体構造１２Ｃを図１、図６で説明する。上記図１〜図４に示す実施例１と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。

実施例３に係る車体構造１２Ｃは、スタック収納構造１６Ｃを備えていることを特徴とする。
スタック収納構造１６Ｃは、スタック１３を収納しているスタック骨格４７をトンネル後部４５のベース部５２に下方から支持されているトンネルサブフレーム（燃料電池サブフレーム）２５Ｃに連結しているとともに、スタック骨格４７に立設しているピン６６Ｃをトンネル後部４５の天部４８Ｃに設けた孔６７Ｃに挿入している。
トンネルサブフレーム（燃料電池サブフレーム）２５Ｃは、スタック骨格４７を載置、連結している載置部９６を有する。

スタック収納構造１６Ｃは、言い換えると、スタック骨格４７を天部４８Ｃに接続機構５１Ｃで接続している。
接続機構５１Ｃは、第１ラグ８１、第２ラグ８２からピン６６Ｃを上方へ向け立設し、ピン６６Ｃを天部４８Ｃの孔６７Ｃに挿入して締結している。孔６７Ｃは位置決め孔７１と締結孔７２とからなる。
ピン６６Ｃは、車両の前側に配置した位置決めピン７３と、後側に配置したスタッドボルト７４（例えば溶接で固定）とからなる。

実施例３に係る車体構造１２Ｃは、実施例１に係る車体構造１２と同様の作用、効果を発揮する。

本発明の燃料電池車の車体構造は、燃料電池車の車体構造に好適である。

１１…燃料電池車、１２…車体構造、１３…スタック、２４…床（アンダボデー）、２５，２５Ｃ…トンネルサブフレーム（燃料電池サブフレーム）、３３…フロアパネル、３４…センタトンネル、３６…運転席、３７…助手席、４１…インストルメントパネル、４４…トンネル前部、４５…トンネル後部、４７…スタック骨格、４８，４８Ｃ…トンネル後部の天部、５１…接続機構、５２…トンネル後部のベース部、６６，６６Ｃ…ピン、６７，６７Ｃ…孔、９１…凹凸形状部（横凹凸機構）、９２…凹凸形状部（鉛直凹凸機構）、９３…ビード。

Claims (6)

1. 運転席と助手席の間に設けられ、床に含まれるセンタトンネル内に、且つ、前記運転席と前記助手席とに対向しているインストルメントパネルの下方へ水素と酸素で電気を発生させるスタックを配置した燃料電池車の車体構造であって、
   前記センタトンネルは、前記床のフロアパネルの中央を車両前後に延びるトンネル前部と、該トンネル前部に連なり車両後方へ延びるトンネル後部と、からなり、
   前記トンネル前部は、前記スタックを保護するために前記スタック近傍から車両前方に設けられて正面衝突時の荷重を吸収する緩衝機構であり、
   前記トンネル後部は、前記スタックをスタック収納構造で収納しているとともに、前記荷重に対する反力を発生する反力発生機構としていることを特徴とする燃料電池車の車体構造。
2. 前記スタック収納構造は、前記スタックを収納しているスタック骨格を前記トンネル後部の天部に接続機構で接続しているとともに、前記トンネル後部のベース部に下方から支持されているトンネルサブフレームに連結していることを特徴とする請求項１記載の燃料電池車の車体構造。
3. 前記接続機構は、前記天部からピンを下方へ垂下し、該ピンを前記スタック骨格の孔に挿入して締結していることを特徴とする請求項２記載の燃料電池車の車体構造。
4. 前記トンネル前部は、少なくとも、車両前後方向に交差する凹凸形状部、前記トンネル後部の板厚に比べ板厚が薄い、トンネル後部の材質の強度に比べ材質の強度が小さい、のうち一つを採用してい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車の車体構造。
5. 前記トンネル後部は、車両前後方向に沿うように、ビード、凹凸形状部のうち少なくとも一つが形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池車の車体構造。
6. 前記スタック収納構造は、前記スタックを収納しているスタック骨格を前記トンネル後部のベース部に下方から支持されているトンネルサブフレームに連結しているとともに、前記スタック骨格に立設しているピンを前記トンネル後部の天部に設けた孔に挿入していることを特徴とする請求項１記載の燃料電池車の車体構造。

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