JP2014076716A

JP2014076716A - 燃料電池搭載車両

Info

Publication number: JP2014076716A
Application number: JP2012224987A
Authority: JP
Inventors: Hideharu Naito; 秀晴内藤; Shiro Yagawa; 士郎矢川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2014-05-01

Abstract

【課題】衝突荷重の入力時に燃料電池や燃料電池発電電圧制御ユニットを確実に保護できる燃料電池搭載車両を提供する。
【解決手段】車両のキャビン４に対してダッシュボード５を隔てて区画されたモータルーム３に、駆動用モータ２１、燃料電池２２、及びＶＣＵ２３が下方から順に積載された燃料電池搭載車両１において、燃料電池２２とダッシュボード５とは、車両の前後方向に車両衝突時の隙間確保距離として第１距離Ａをあけて配置され、ＶＣＵ２３とダッシュボード５とは、第１距離Ａ以上の距離を有する第２距離Ｂをあけて配置され、燃料電池２２は、所定の衝突荷重が外部から作用したときに第１距離Ａ内で変位させられることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池搭載車両に関するものである。

従来から、車体前部に画成されたモータルーム（前方空間）内に燃料電池や駆動用モータを収納し、燃料電池で発生した電気エネルギで駆動用モータを駆動させることで走行する、いわゆる燃料電池搭載車両が知られている。

ところで、このような燃料電池搭載車両のモータルーム内には、上述した燃料電池や駆動用モータに加え、これら燃料電池や駆動モータを制御する電子機器等の各種機器が収納されている。
そこで、例えば特許文献１には、モータルーム内で互いに隣接して配設された弱電バッテリとヒューズボックスとの間にエアダクトを配置し、このエアダクトを衝突時の緩衝体として機能させる構成が開示されている。この構成によれば、弱電バッテリとヒューズボックスとの間のスペースを縮小した上で、両者が直接干渉するのを防止できるとされている。

特開２００６−２２４８７４号公報

しかしながら、上述した特許文献１の構成のように、弱電バッテリとヒューズボックスとの間のスペースを縮小し過ぎると、エアダクトにより衝撃荷重を良好に吸収することが難しい。
また、弱電バッテリとヒューズボックスとの間にエアダクトが配置されるので、レイアウトが複雑になり、メンテナンス性が悪化するという問題もある。

そこで、本発明は、衝突荷重の入力時に燃料電池や燃料電池発電電圧制御ユニットを確実に保護できる燃料電池搭載車両を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、車両のキャビン（例えば、実施形態におけるキャビン４）に対してダッシュボード（例えば、実施形態におけるダッシュボード５）を隔てて区画された前方空間（例えば、実施形態におけるモータルーム３）に、駆動用モータ（例えば、実施形態における駆動用モータ２１）、燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池２２）、及び燃料電池電圧制御ユニット（例えば、実施形態におけるＶＣＵ２３）が下方から順に積載された燃料電池搭載車両（例えば、実施形態における燃料電池搭載車両１）において、前記燃料電池と前記ダッシュボードとは、前記車両の前後方向に車両衝突時の隙間確保距離として第１距離Ａをあけて配置され、前記燃料電池電圧制御ユニットと前記ダッシュボードとは、前記第１距離Ａ以上の距離を有する第２距離Ｂをあけて配置され、前記燃料電池は、所定の衝突荷重が外部から作用したときに前記第１距離Ａ内で変位させられることを特徴とする。

請求項２に記載した発明では、前記前方空間において、前記ダッシュボードと前記燃料電池電圧制御ユニットとの間には、前記燃料電池に供給する反応ガスを加湿する加湿器（例えば、実施形態における加湿器３１）が配置されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明では、前記前方空間において、前記ダッシュボードと前記燃料電池電圧制御ユニットとの間には、燃料電池発電制御ユニット（例えば、実施形態におけるＥＣＵ３３）が配置されていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明では、前記前方空間において、前記ダッシュボードと前記燃料電池電圧制御ユニットとの間には、前記燃料電池の温度を調整するための冷却回路（例えば、実施形態におけるラジエータ２４）に接続されるイオン交換ユニット（例えば、実施形態におけるイオン交換ユニット４１）が配置されていることを特徴とする。

請求項５に記載した発明では、前記前方空間において、前記ダッシュボードと前記燃料電池電圧制御ユニットとの間には、リレーボックス（例えば、実施形態におけるリレーボックス４３）が配置されていることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、燃料電池がダッシュボードに対して第１距離Ａをあけて配置されるため、所定の衝撃荷重が外部から作用したときには、燃料電池とダッシュボードとの間の距離は小さくなるが、隙間が形成される。これにより、ダッシュボードロアとの干渉を抑制した上で、衝撃荷重を効率的に吸収できる。
なお、車両衝突時の隙間確保距離とは、所定（例えば、フルラップ前面衝突、速度５６ｋｍ／ｈの際）の衝撃荷重が外部から作用したときに２つの物体の間の距離が小さくなっても、少なくとも隙間が確保される（ゼロより大きい空間が確保される）距離である。
さらに、所定より大きい衝撃荷重が外部から作用したときには、燃料電池とダッシュボードとが接触して変位するが、燃料電池とダッシュボードとの干渉を極力低減できる。そして、その場合であっても、第２距離Ｂを第１距離Ａ以上に設定することが可能なので、燃料電池電圧制御ユニットとダッシュボードとの接触を確実に回避でき、あるいは干渉の程度を低減することが可能である。
しかも、燃料電池及び燃料電池電圧制御ユニットが、ダッシュボードに対して距離Ａ，Ｂをあけて配置されているので、従来のようにエアダクト等を緩衝体として設ける場合に比べてレイアウトを簡素化でき、メンテナンス性が悪化するのを抑制できる。

請求項２に記載した発明によれば、燃料電池電圧制御ユニットとダッシュボードとの間の第２距離Ｂ内に加湿器が配置されているため、衝撃荷重によって燃料電池電圧制御ユニットが後方に向けて変位させられる際、加湿器を圧潰しながら変位させられることになる。すなわち、加湿器が緩衝材として機能し、より効果的に衝撃荷重を吸収できる。
また、加湿器を燃料電池の近くに配置できるので、反応ガスや反応オフガスが外気の影響（結露等）を受け難く、所望の加湿性能を発揮させることができる。

請求項３に記載した発明によれば、燃料電池電圧制御ユニットとダッシュボードとの間の第２距離Ｂ内に燃料電池発電制御ユニットが配置されているため、衝撃荷重によって燃料電池電圧制御ユニットが後方に向けて変位させられる際、燃料電池発電制御ユニットを圧潰しながら変位させられることになる。すなわち、燃料電池発電制御ユニットが緩衝材として機能し、より効果的に衝撃荷重を吸収できる。
また、燃料電池発電制御ユニットを燃料電池や燃料電池電圧制御ユニットの近くに配置できるので、これら燃料電池や燃料電池電圧制御ユニットと接続するハーネスの長さを短縮できる。これにより、レイアウト性を向上させることができるとともに、ノイズを低減できる。

請求項４に記載した発明によれば、燃料電池電圧制御ユニットとダッシュボードとの間の第２距離Ｂ内にイオン交換ユニットが配置されているため、衝撃荷重によって燃料電池電圧制御ユニットが後方に向けて変位させられる際、イオン交換ユニットを圧潰しながら変位させられることになる。すなわち、イオン交換ユニットが緩衝材として機能し、より効果的に衝撃荷重を吸収できる。
また、前方空間内において、燃料電池電圧制御ユニットとダッシュボードとの間にイオン交換ユニットを配置することで、メンテナンス性を向上させることもできる。

請求項５に記載した発明によれば、燃料電池電圧制御ユニットとダッシュボードとの間の第２距離Ｂ内にリレーボックスが配置されているため、衝撃荷重によって燃料電池電圧制御ユニットが後方に向けて変位させられる際、リレーボックスを圧潰しながら変位させられることになる。すなわち、リレーボックスが緩衝材として機能し、より効果的に衝撃荷重を吸収できる。
また、前方空間内において、燃料電池電圧制御ユニットとダッシュボードアッパとの間にリレーボックスを配置することで、メンテナンス性を向上させることもできる。

本実施形態における燃料電池搭載車両の前部を上方から見た斜視図である。本実施形態における燃料電池搭載車両の前部側面を示す概略構成図である。本実施形態の他の構成における燃料電池搭載車両の前部を上方から見た斜視図である。本実施形態の他の構成における燃料電池搭載車両の前部を上方から見た斜視図である。本実施形態の他の構成における燃料電池搭載車両の前部を上方から見た斜視図である。本実施形態の他の構成における燃料電池搭載車両の前部を上方から見た斜視図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態における燃料電池搭載車両の前部を上方から見た斜視図であり、図２は燃料電池搭載車両の前部側面を示す概略構成図である。なお、以下で用いる図面において、矢印ＦＲは車両の前方を示し、矢印ＵＰは車両の上方を示し、矢印ＬＨは車両の左方を示している。
図１、図２に示すように、本実施形態の燃料電池搭載車両１において、車体２の前部には、モータルーム３が画成されている。なお、モータルーム３の後部には、キャビン４内とモータルーム３内とを前後方向で区画するダッシュボード５（図２参照）が設けられている。

図２に示すように、ダッシュボード５は、上下方向に沿って延在するダッシュボードロア５ａと、ダッシュボードロア５ａの上端部から前方に向かって連設されたダッシュボードアッパ５ｂと、を備えている。ダッシュボードロア５ａの下部は、後斜め下方に向けて延在しており、その下端部が図示しないフロアパネルに接続されている。
ダッシュボードアッパ５ｂの上端部には、カウルトップ６が設けられている。カウルトップ６は、左右方向に亘って延びるとともに、後斜め上方に向けて傾斜しており、その前面にはワイパ装置７が取り付けられている。また、カウルトップ６の後端部には、後斜め上方に向けて延びる図示しないフロントガラスが取り付けられている。

モータルーム３の左右方向両側には、一対のサイドフレーム１１が前後方向に沿って延在している。これらサイドフレーム１１は、キャビン４の前部下方から上方に湾曲した後、前方に向けて延在している。両サイドフレーム１１の後端部は、車体２の前後方向中央に設けられた図示しないフロアフレームやサイドシル等のフレーム部材に結合されている。一方、両サイドフレーム１１の前部同士の間には、前後方向に開口する矩形枠状のフロントバルクヘッド１２が取り付けられている。

図１、図２に示すように、各サイドフレーム１１には、上方に向かうに従い左右方向の外側に向けて延在する一対のホイルハウス１３（図１参照）が設けられている。ホイルハウス１３の上端縁には、前後方向に沿って延びるアッパメンバ１４が設けられている。そして、アッパメンバ１４の前端部は、上述したフロントバルクヘッド１２の上部に結合されている。
このように、本実施形態では、上述した両サイドフレーム１１がモータルーム３の下部骨格をなし、両アッパメンバ１４がモータルーム３の上部骨格をなし、フロントバルクヘッド１２がモータルーム３の前部骨格をなしている。

モータルーム３内には、駆動用モータ２１（図２参照）、燃料電池２２、及び燃料電池電圧制御ユニット２３（以下、単にＶＣＵ２３という）が下方から順に積載されている。
駆動用モータ２１は、円筒状に形成され、回転軸を左右方向に向けた状態で、図示しない防振部材等を介して車体２に支持されている。

燃料電池２２は、左右方向を長手方向とする箱型とされ、モータルーム３内で略水平に配置されている。具体的に、燃料電池２２は、ダッシュボードロア５ａに対して前後方向に車両衝突時の隙間確保距離として第１距離Ａをあけて配置されている。そして、燃料電池２２は、所定の衝突荷重が外部（例えば、前方）から作用したときに、燃料電池２２とダッシュボードロア５ａとの間の第１距離Ａ内で変位させられるようになっている。
なお、車両衝突時の隙間確保距離とは、所定（例えば、フルラップ前面衝突、速度５６ｋｍ／ｈの際）の衝撃荷重が外部から作用したときに２つの物体の間の距離が小さくなっても、少なくとも隙間が確保される（ゼロより大きい空間が確保される）距離である。

また、本実施形態の燃料電池２２は、反応ガスを電気化学反応させて電力を得るタイプのものであり、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとの間に挟み込んでセルを形成し、そのセルを複数積層した燃料電池スタックとして構成されている。そして、アノード側に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード側に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給する。すると、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動し、カソードにおいて酸素と電気化学反応を起こす。これにより、燃料電池２２において発電がなされ、燃料電池２２の発電電力によって、駆動用モータ２１が駆動される。

また、モータルーム３内における燃料電池２２の前方には、燃料電池２２や駆動用モータ２１等を循環する冷却水と、走行風である外気と、を熱交換させることにより、冷却水を冷却するラジエータ２４（図２参照）が、冷却回路として配置されている。ラジエータ２４の後方には、冷却ファン２５、及びラジエータ２４と冷却ファン２５との間を覆うファンシュラウド２６が設けられている。

ＶＣＵ２３は、燃料電池２２と図示しないバッテリとの間に接続され、ＥＣＵ（例えば、図４中ＥＣＵ４１）の指令に従って燃料電池２２から出力される発電電力を制御する。具体的に、ＶＣＵ２３は、左右方向を長手方向とするケース２７内に、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ等が収納されて構成されている。また、ＶＣＵ２３（ケース２７）は、燃料電池２２の上面における前部に取り付けられ、上述したダッシュボードアッパ５ｂの前方に位置している。この場合、ＶＣＵ２３は、ダッシュボードアッパ５ｂとの間に上述した第１距離Ａ以上の第２距離Ｂをあけて配置され、所定の衝突荷重が作用したときに燃料電池２２とともに後方に変位させられるようになっている。なお、図示の例では、第２距離Ｂは第１距離Ａよりも大きく設定されている。

次に、燃料電池搭載車両１の前突時等において、前方から所定の衝撃荷重が入力されたときにおけるモータルーム３内での挙動について説明する。
本実施形態の燃料電池搭載車両１において、前方から所定の衝撃荷重が車体２に入力された場合、車体２の前部（例えば、サイドフレーム１１等）が潰れ変形することで、衝撃荷重が吸収される。また、衝撃荷重がサイドフレーム１１等を介して燃料電池２２やＶＣＵ２３に伝達されると、これら燃料電池２２やＶＣＵ２３が、ダッシュボード５に対して後方に向けて相対変位する。

このとき、燃料電池２２及びＶＣＵ２３は、ダッシュボード５（ダッシュボードロア５ａ及びダッシュボードアッパ５ｂ）との間の距離Ａ，Ｂ内で変位させられることで、燃料電池２２やＶＣＵ２３に伝達された衝撃荷重が吸収されることになる。

このように、本実施形態では、燃料電池２２が、ダッシュボードロア５ａに対して第１距離Ａをあけて配置され、所定の衝撃荷重が作用したときに燃料電池２２が第１距離Ａ内で変位させられる構成とした。
この構成によれば、燃料電池２２がダッシュボードロア５ａに対して第１距離Ａをあけて配置されるため、所定の衝撃荷重が外部から作用したときには、燃料電池２２とダッシュボードロア５ａとの間の距離は小さくなるが、隙間が形成される。これにより、ダッシュボードロア５ａとの干渉を抑制した上で、衝撃荷重を効率的に吸収できる。
さらに、所定より大きい衝撃荷重が外部から作用したときには、燃料電池２２とダッシュボードロア５ａとが接触して変位するが、燃料電池２２とダッシュボードロア５ａとの干渉を極力低減できる。そして、その場合であっても、第２距離Ｂを第１距離Ａ以上に設定することが可能なので、ＶＣＵ２３とダッシュボードアッパ５ｂとの接触を確実に回避でき、あるいは干渉の程度を低減することが可能である。

しかも、燃料電池２２及びＶＣＵ２３が、ダッシュボード５に対して距離Ａ，Ｂをあけて配置されているので、従来のようにエアダクト等を緩衝体として設ける場合に比べてレイアウトを簡素化でき、メンテナンス性が悪化するのを抑制できる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、モータルーム３内のレイアウト等は適宜設計変更が可能である。その一例として、ＶＣＵ２３とダッシュボードアッパ５ｂとの間（第２距離Ｂ）に、ＶＣＵ２３のケース２７よりも剛性の低い部材を配置し、緩衝材として機能させても構わない。

具体的に、図３に示すモータルーム３内には、燃料電池２２の上方で、かつＶＣＵ２３とダッシュボードアッパ５ｂとの間に燃料電池２２に供給される反応ガス（例えば、酸化剤ガス）を加湿する加湿器３１が収納されている。
加湿器３１は、左右方向を軸方向とする円筒状の樹脂ケース３２と、樹脂ケース３２内に収納された多数の中空糸膜と、を備えている。加湿器３１は、燃料電池２２から排出されて水分を含んだ反応オフガスと、燃料電池２２に供給される反応ガスと、を中空糸膜の内外で流通させることで、反応オフガスから反応ガスへと水分が移動して、反応ガスを加湿する。

この構成によれば、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、ＶＣＵ２３とダッシュボードアッパ５ｂとの間に樹脂ケース３２を有する加湿器３１が配置されているため、衝撃荷重によってＶＣＵ２３が後方に向けて変位させられる際、加湿器３１を圧潰しながら変位させられることになる。すなわち、加湿器３１が緩衝材として機能し、より効果的に衝撃荷重を吸収できる。
また、加湿器３１を燃料電池２２の近くに配置できるので、反応ガスや反応オフガスが外気の影響（結露等）を受け難く、所望の加湿性能を発揮させることができる。

また、図４に示すモータルーム３内には、燃料電池２２の上方で、かつＶＣＵ２３とダッシュボードアッパ５ｂとの間に燃料電池発電制御ユニット３４（以下、単にＥＣＵ３４という）が配置されている。ＥＣＵ３４は、燃料電池２２への出力要求を検出して、この検出結果に基づき燃料電池２２への反応ガスの供給量等、燃料電池２２を統括的に制御する。具体的に、ＥＣＵ３４は、箱型の樹脂ケース３５内に制御基盤等が収納されて構成されている。

この構成によれば、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、ＶＣＵ２３とダッシュボードアッパ５ｂとの間に樹脂ケース３５を有するＥＣＵ３４が配置されているため、衝撃荷重によってＶＣＵ２３が後方に向けて変位させられる際、ＥＣＵ３４を圧潰しながら変位させられることになる。すなわち、ＥＣＵ３４が緩衝材として機能し、より効果的に衝撃荷重を吸収できる。
また、ＥＣＵ３４を燃料電池２２やＶＣＵ２３の近くに配置できるので、これら燃料電池２２やＶＣＵ２３とＥＣＵ３４とを接続するハーネスの長さを短縮できる。これにより、レイアウト性を向上させることができるとともに、ノイズを低減できる。

さらに、図５に示すモータルーム３内には、燃料電池２２の上方で、かつとダッシュボードアッパ５ｂとの間にイオン交換ユニット４１が配置されている。イオン交換ユニット４１は、上述したラジエータ２４を含む、燃料電池２２の冷却回路に接続され、冷却液中のイオンを回収するためのものであって、樹脂ケース４２と、樹脂ケース４２内に収納されたイオン交換樹脂と、を備えている。

この構成によれば、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、ＶＣＵ２３とダッシュボードアッパ５ｂとの間にイオン交換ユニット４１が配置されているため、衝撃荷重によってＶＣＵ２３が後方に向けて変位させられる際、イオン交換ユニット４１を圧潰しながら変位させられることになる。すなわち、イオン交換ユニット４１が緩衝材として機能し、より効果的に衝撃荷重を吸収できる。
また、モータルーム３内において、燃料電池２２の上方で、かつＶＣＵ２３とダッシュボードアッパ５ｂとの間にイオン交換ユニット４１を配置することで、メンテナンス性を向上させることもできる。

図６に示すモータルーム３内には、燃料電池２２の上方で、かつＶＣＵ２３とダッシュボードアッパ５ｂとの間にリレーボックス４３が配置されている。リレーボックス４３は、駆動用モータ２１等の負荷に対して電力の供給制御（ＯＮ／ＯＦＦ制御）を行うものであって、樹脂ケース４４と、樹脂ケース４４内に収納された複数のリレーと、を有している。

この構成によれば、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、ＶＣＵ２３とダッシュボードアッパ５ｂとの間にリレーボックス４３が配置されているため、衝撃荷重によってＶＣＵ２３が後方に向けて変位させられる際、リレーボックス４３を圧潰しながら変位させられることになる。すなわち、リレーボックス４３が緩衝材として機能し、より効果的に衝撃荷重を吸収できる。
また、モータルーム３内において、燃料電池２２の上方で、かつＶＣＵ２３とダッシュボードアッパ５ｂとの間にリレーボックス４３を配置することで、メンテナンス性を向上させることもできる。

また、上述の説明では、燃料電池２２の上方で、かつＶＣＵ２３の後方に加湿器３１やＥＣＵ４３、イオン交換ユニット４１、リレーボックス４３をそれぞれ配置する構成について説明したが、これらの部材を複数配置してもよく、これら以外の部材を配置しても構わない。

さらに、上述した実施形態では、ＶＣＵ２３とダッシュボードアッパ５ｂとの第２距離Ｂが、第１距離Ａよりも大きい構成について説明したが、第２距離Ｂと第１距離Ａとは同等であっても構わない。すなわち、燃料電池２２の後面と、ＶＣＵ２３の後面とが面一になっていても構わない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１…燃料電池搭載車両３…モータルーム（前方空間）４…キャビン４…駆動用モータ５…ダッシュボード２１…駆動用モータ２２…燃料電池２３…ＶＣＵ（燃料電池電圧制御ユニット）２４…ラジエータ（冷却回路）３１…加湿器３４…ＥＣＵ（燃料電池発電制御ユニット）４１…イオン交換ユニット４３…リレーボックスＡ…第１距離Ｂ…第２距離

Claims

車両のキャビンに対してダッシュボードを隔てて区画された前方空間に、駆動用モータ、燃料電池、及び燃料電池電圧制御ユニットが下方から順に積載された燃料電池搭載車両において、
前記燃料電池と前記ダッシュボードとは、前記車両の前後方向に車両衝突時の隙間確保距離として第１距離Ａをあけて配置され、
前記燃料電池電圧制御ユニットと前記ダッシュボードとは、前記第１距離Ａ以上の距離を有する第２距離Ｂをあけて配置され、
前記燃料電池は、所定の衝突荷重が外部から作用したときに前記第１距離Ａ内で変位させられることを特徴とする燃料電池搭載車両。
前記前方空間において、前記ダッシュボードと前記燃料電池電圧制御ユニットとの間には、前記燃料電池に供給する反応ガスを加湿する加湿器が配置されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池搭載車両。
前記前方空間において、前記ダッシュボードと前記燃料電池電圧制御ユニットとの間には、燃料電池発電制御ユニットが配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃料電池搭載車両。
前記前方空間において、前記ダッシュボードと前記燃料電池電圧制御ユニットとの間には、前記燃料電池の温度を調整するための冷却回路に接続されるイオン交換ユニットが配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の燃料電池搭載車両。
前記前方空間において、前記ダッシュボードと前記燃料電池電圧制御ユニットとの間には、リレーボックスが配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の燃料電池搭載車両。