JP2014151682A - 燃料電池搭載車両及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、燃料電池から漏洩する水素が空調装置に吸引されることを確実に抑制することができ、車室内に前記水素が導入されることを可及的に阻止することを可能にする。
【解決手段】燃料電池搭載車両１０を構成する空調装置５４は、外気導入口５６、内気導入口５８及び経路切り替えダンパー６２を備える。ＥＣＵ６８は、水素センサ６６により検出されたフロントルーム１８内の水素濃度が、閾値以上であるか否かを判定する水素濃度判定部７０と、前記水素濃度が前記閾値以上であると判定された際、空調用空気導入経路６０を内気導入口５８に切り替えるために、経路切り替えダンパー６２を制御する切り替え機構制御部７２とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、ダッシュボード前方に形成されたフロントルーム内に燃料電池が搭載される燃料電池搭載車両及びその運転方法に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、アノード電極とカソード電極とが配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。

この車載用燃料電池スタックでは、燃料電池を車両のフロントルーム（モータルーム）に配置する構成が知られている。その際、フロントルーム内には、燃料電池から燃料ガスが漏れるおそれがあり、前記燃料ガスの漏れを検出可能な燃料ガス検出装置が採用されている。

例えば、特許文献１に開示されている車両用燃料ガス検出装置が知られている。この車両用燃料ガス検出装置は、車両のフロントルームに搭載された燃料電池を有する燃料電池システムと、前記燃料電池システムから漏洩した燃料ガスを検出する燃料ガス検出手段とを備えている。そして、車両は、開閉式で、且つ閉じた状態ではフロントルーム全体を覆うフードを設け、燃料ガス検出手段は、前記フードのフロントルームと対向する側で、且つ最も車室に近い側の位置に設けられている。

特開２０１０−１２９５８号公報

上記のように、特許文献１では、燃料電池が車両のフロントルームに配置されている。このため、フロントルーム内では、燃料電池から水素が漏れた状態で、空調装置（エアコンユニット）が作動される場合がある。その際、空調装置の外気導入口は、フロントルーム内に開口しており、前記外気導入口から水素が吸引されてしまい、車室（キャビン）内に前記水素が進入するおそれがある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、燃料電池から漏洩する水素が空調装置に吸引されることを確実に抑制することができ、車室内に前記水素が導入されることを可及的に阻止することが可能な燃料電池搭載車両及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明は、ダッシュボード前方に形成されたフロントルーム内に搭載される燃料電池と、前記フロントルーム内に配置される水素検出部と、前記フロントルーム内に開口され、該フロントルームを通流した空気を導入する外気導入口、ダッシュボード後方に形成された車室内の空気を導入する内気導入口、及び空調用空気導入経路を前記外気導入口と前記内気導入口とに切り替える経路切り替え機構を備える空調装置と、前記空調装置を制御する制御装置と、を備える燃料電池搭載車両及びその運転方法に関するものである。

この燃料電池搭載車両では、制御装置は、水素検出部により検出されたフロントルーム内の水素濃度が、閾値以上であるか否かを判定する水素濃度判定部と、検出された前記フロントルーム内の水素濃度が、前記閾値以上であると判定された際、空調装置の運転状況に関わらず、空調用空気導入経路を内気導入口に切り替えるために、経路切り替え機構を制御する切り替え機構制御部と、を備えている。

また、この燃料電池搭載車両では、空調装置は、車室内に空気を供給するためのブロアを備え、制御装置は、検出されたフロントルーム内の水素濃度が、閾値以上であると判定された際、前記ブロアの駆動を停止させるブロア制御部を備えることが好ましい。

さらに、この燃料電池搭載車両では、外気導入口は、フロントルームの上方を開閉自在なフード部材とダッシュボードの上部との間隙に隣接して配置されることが好ましい。

さらにまた、この運転方法は、水素検出部により検出されたフロントルーム内の水素濃度が、閾値以上であるか否かを判定する工程と、検出された前記フロントルーム内の水素濃度が、前記閾値以上であると判定された際、空調装置の運転状況に関わらず、空調用空気導入経路を内気導入口に切り替える工程と、を有している。

また、この運転方法では、空調装置は、車室内に空気を供給するためのブロアを有しており、検出されたフロントルーム内の水素濃度が、閾値以上であると判定された際、前記ブロアの駆動を停止させている。

本発明によれば、フロントルーム内に搭載されている燃料電池からの水素漏れが検出された際、空調装置では、空調用空気導入経路が内気導入口に切り替えられている。このため、外気導入口は、フロントルームから閉塞され、前記フロントルーム内の水素が、前記外気導入口に吸引されることを確実に阻止することができる。

従って、空調装置から車室内に水素が進入することがない。特に、燃料電池電気自動車の走行により発生し易いラム圧によって、空調装置から車室に水素が流入することを抑制することが可能になる。これにより、簡単な構成で、燃料電池から漏洩する水素が空調装置に吸引されることを確実に抑制することができ、車室内に前記水素が導入されることを可及的に阻止することが可能になる。

本発明の実施形態に係る燃料電池搭載車両の一部概略側面図である。 前記燃料電池搭載車両の一部概略斜視説明図である。 前記燃料電池搭載車両を構成する空調装置の部分断面説明図である。 前記燃料電池搭載車両を構成するＥＣＵの説明図である。 本発明の実施形態に係る運転方法を説明するフローチャートである。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池電気自動車（燃料電池搭載車両）１０は、自動車車体１２を備える。

自動車車体１２は、ダッシュボード１４及びフロントガラス１６により車室（キャビン）１７を形成するとともに、前記ダッシュボード１４の前方には、フロントルーム（モータールーム）１８が形成される。ダッシュボード１４の上方先端には、フロントガラス１６の前端部１６ａが配置される。フロントルーム１８の上部は、フロントカバー（フード部材）２０により開閉自在である。

自動車車体１２は、一対のメインフレーム２２を備え、前記メインフレーム２２は、車長方向（矢印Ａ方向）に延在してフロントルーム１８内の先端まで配置されるとともに、車幅方向（図２中、矢印Ｂ方向）に連結される。図１に示すように、メインフレーム２２には、燃料電池ユニット２６が取り付けられる。

図２に示すように、燃料電池ユニット２６は、複数の発電セル２８が車幅方向（矢印Ｂ方向）に積層される燃料電池スタック３０を備える。発電セル２８の積層方向両端には、ターミナルプレート３２ａ、３２ｂ、絶縁プレート３４ａ、３４ｂ及びエンドプレート３６ａ、３６ｂが配置される。なお、発電セル２８は、車長方向（矢印Ａ方向）や車高方向（矢印Ｃ方向）に積層されてもよい。

発電セル２８は、図示しないが、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータ（金属セパレータ又はカーボンセパレータ）により挟持して構成される。エンドプレート３６ａには、複数の発電セル２８の積層方向に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス供給マニホールド３８ａ、前記燃料ガスを排出する燃料ガス排出マニホールド３８ｂ、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給マニホールド４０ａ及び前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出マニホールド４０ｂが設けられる。

エンドプレート３６ｂには、図示しないが、複数の発電セル２８の積層方向に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体供給マニホールド及び前記冷却媒体を排出する冷却媒体排出マニホールドが設けられる。エンドプレート３６ａ、３６ｂは、取り付け部材４２ａ、４２ｂを介してメインフレーム２２に固定される。

図１に示すように、メインフレーム２２には、駆動モータ４４が取り付けられるとともに、前記駆動モータ４４は、左右両側の車軸４６Ｌ、４６Ｒに連結される。各車軸４６Ｌ、４６Ｒには、ホイール４８Ｌ、４８Ｒが装着される。

図１及び図２に示すように、ダッシュボード１４の上方先端には、フロントガラス１６から流れ落ちる雨水を通過させるための通気孔５０が形成される。フロントガラス１６の前端部１６ａの下方には、排水用のカウル部材５２が配置される。カウル部材５２は、車幅方向に延在するとともに、その車幅方向両端は、自動車車体１２に固定される。

図１及び図３に示すように、ダッシュボード１４には、車室１７側から空調装置５４が取り付けられる。空調装置５４は、フロントルーム１８内に開口され、前記フロントルーム１８を通流した空気を導入する外気導入口５６、ダッシュボード１４の後方に形成された車室１７内の空気を導入する内気導入口５８、及び空調用空気導入経路６０を前記外気導入口５６と前記内気導入口５８とに切り替える経路切り替えダンパー（経路切り替え機構）６２を備える。

空調用空気導入経路６０は、外気導入口５６又は内気導入口５８から吸入した空気を熱交換部（図示しない）に供給するための流路であり、前記熱交換部により温度調整された空気は、車室１７内に噴出される。空調装置５４は、車室１７内に空気を供給するためのブロア（又はファン）６４を備える。

外気導入口５６は、フロントルーム１８の上方を開閉自在なフロントカバー２０とダッシュボード１４の上部との間隙に隣接して配置される。具体的には、外気導入口５６は、カウル部材５２の側方上部に開口して設けられる。

フロントカバー２０の裏面には、燃料電池ユニット２６の上方に位置して水素センサ（水素検出部）６６が、直接、又は、図示しないフレーム等を介装して取り付けられる。燃料電池ユニット２６には、制御装置であるＥＣＵ６８が装着される。

図４に示すように、ＥＣＵ６８は、水素センサ６６により検出されたフロントルーム１８内の水素濃度が、閾値以上であるか否かを判定する水素濃度判定部７０と、検出された前記フロントルーム１８内の水素濃度が、前記閾値以上であると判定された際、空調装置５４の運転状況に関わらず、空調用空気導入経路６０を内気導入口５８に切り替えるために、経路切り替えダンパー６２を制御する切り替え機構制御部７２と、を備える。

ＥＣＵ６８は、さらに検出されたフロントルーム１８内の水素濃度が、閾値以上であると判定された際、ブロア６４の駆動を停止させるブロア制御部７４を備える。なお、水素濃度の閾値は、車室１７内に実際に導入される水素濃度等に基づいて、適宜設定される。

このように構成される燃料電池搭載車両１０の動作について、以下に説明する。

燃料電池ユニット２６では、図２に示すように、エンドプレート３６ａに設けられている燃料ガス供給マニホールド３８ａに、燃料ガスとして水素ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス供給マニホールド４０ａに、酸化剤ガスとして空気が供給される。

これにより、各発電セル２８で発電が行われ、燃料電池ユニット２６からの出力電力は、例えば、駆動モータ４４に送られる。このため、燃料電池搭載車両１０は、駆動モータ４４の回転作用下に走行可能となる。

一方、エンドプレート３６ｂ側では、図示しない冷却媒体供給マニホールドに冷却媒体が供給される。従って、各発電セル２８が冷却されて所望の温度範囲内に維持される。

次いで、本発明に係る運転方法について、図５に示すフローチャートに沿って以下に説明する。

フロントルーム１８内の水素濃度は、水素センサ６６により検出されている（ステップＳ１）。ＥＣＵ６８では、検出された水素濃度が、閾値以上であるか否かが水素濃度判定部７０により判定される（ステップＳ２）。

検出された水素濃度が、閾値以上であると判定されると（ステップＳ２中、ＹＥＳ）、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、空調装置５４のブロア６４が駆動されているか否かが判断される。ブロア６４が駆動中であると判断されると（ステップＳ３中、ＹＥＳ）、ステップＳ４に進んで、ブロア制御部７４により前記ブロア６４の駆動が停止される。

さらに、ステップＳ５に進んで、切り替え機構制御部７２により経路切り替えダンパー６２が制御される。このため、空調用空気導入経路６０は、内気導入口５８に切り替えられ、外気導入口５６がフロントルーム１８から閉塞される（図４中、実線参照）。

一方、ステップＳ３において、ブロア６４が停止中であると判断されると（ステップＳ３中、ＮＯ）、ステップＳ５に進む。従って、空調装置５４の運転状況に関わらず、切り替え機構制御部７２の作用下に、空調用空気導入経路６０が内気導入口５８に切り替えられる。

このように、本実施形態では、フロントルーム１８内に搭載されている燃料電池スタック３０からの水素漏れが検出された際、空調装置５４では、空調用空気導入経路６０が内気導入口５８に切り替えられている。これにより、外気導入口５６は、フロントルーム１８から閉塞され、前記フロントルーム１８内の水素が、前記外気導入口５６に吸引されることを確実に阻止することができる。

このため、空調装置５４から車室１７内に水素が進入することがない。特に、燃料電池電気自動車１０の走行により発生し易いラム圧によって、空調装置５４から車室１７に水素が流入することを抑制することが可能になる。従って、簡単な構成で、燃料電池スタック３０から漏洩する水素が空調装置５４に吸引されることを確実に抑制することができ、車室１７内に前記水素が導入されることを可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。

１０…燃料電池電気自動車 １２…自動車車体
１４…ダッシュボード １６…フロントガラス
１７…車室 １８…フロントルーム
２２…メインフレーム ２６…燃料電池ユニット
２８…発電セル ４４…駆動モータ
５０…通気孔 ５２…カウル部材
５４…空調装置 ５６…外気導入口
５８…内気導入口 ６０…空調用空気導入経路
６２…経路切り替えダンパー ６４…ブロア
６６…水素センサ ６８…ＥＣＵ
７０…水素濃度判定部 ７２…切り替え機構制御部
７４…ブロア制御部

Claims (5)

1. ダッシュボード前方に形成されたフロントルーム内に搭載される燃料電池と、
   前記フロントルーム内に配置される水素検出部と、
   前記フロントルーム内に開口され、該フロントルームを通流した空気を導入する外気導入口、ダッシュボード後方に形成された車室内の空気を導入する内気導入口、及び空調用空気導入経路を前記外気導入口と前記内気導入口とに切り替える経路切り替え機構を備える空調装置と、
   前記空調装置を制御する制御装置と、
   を備える燃料電池搭載車両であって、
   前記制御装置は、前記水素検出部により検出された前記フロントルーム内の水素濃度が、閾値以上であるか否かを判定する水素濃度判定部と、
   検出された前記フロントルーム内の水素濃度が、前記閾値以上であると判定された際、前記空調装置の運転状況に関わらず、前記空調用空気導入経路を前記内気導入口に切り替えるために、前記経路切り替え機構を制御する切り替え機構制御部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池搭載車両。
2. 請求項１記載の燃料電池搭載車両において、前記空調装置は、前記車室内に空気を供給するためのブロアを備え、
   前記制御装置は、検出された前記フロントルーム内の水素濃度が、前記閾値以上であると判定された際、前記ブロアの駆動を停止させるブロア制御部を備えることを特徴とする燃料電池搭載車両。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池搭載車両において、前記外気導入口は、前記フロントルームの上方を開閉自在なフード部材と前記ダッシュボードの上部との間隙に隣接して配置されることを特徴とする燃料電池搭載車両。
4. ダッシュボード前方に形成されたフロントルーム内に搭載される燃料電池と、
   前記フロントルーム内に配置される水素検出部と、
   前記フロントルーム内に開口され、該フロントルームを通流した空気を導入する外気導入口、ダッシュボード後方に形成された車室内の空気を導入する内気導入口、及び空調用空気導入経路を前記外気導入口と前記内気導入口とに切り替える経路切り替え機構を備える空調装置と、
   前記空調装置を制御する制御装置と、
   を備える燃料電池搭載車両の運転方法であって、
   前記水素検出部により検出された前記フロントルーム内の水素濃度が、閾値以上であるか否かを判定する工程と、
   検出された前記フロントルーム内の水素濃度が、前記閾値以上であると判定された際、前記空調装置の運転状況に関わらず、前記空調用空気導入経路を前記内気導入口に切り替える工程と、
   を有することを特徴とする燃料電池搭載車両の運転方法。
5. 請求項４記載の運転方法において、前記空調装置は、前記車室内に空気を供給するためのブロアを有しており、
   検出された前記フロントルーム内の水素濃度が、前記閾値以上であると判定された際、前記ブロアの駆動を停止させることを特徴とする燃料電池搭載車両の運転方法。

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