JP2015168307A - 燃料電池スタックのマウント構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つ経済的な構成で、外部荷重に対して燃料電池スタックを良好に保護することを可能にする。【解決手段】マウント構造１０は、燃料電池スタック１２を保持して、第１車両フレーム部１３Ｒ、１３Ｌに固定する側方マウント部８０ａ、８０ｂと、第２車両フレーム部１３ＳＦに固定する後方マウント部９８とを備える。燃料電池電気自動車１３に外部荷重が付与された際、側方マウント部８０ａ、８０ｂは、後方マウント部９８に先だって破断するように該後方マウント部９８よりも小さな強度に設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックを、燃料電池車両に搭載するための燃料電池スタックのマウント構造に関する。

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一方の面側にアノード電極が、他方の面側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セルを構成している。燃料電池は、通常、所定の数の発電セルが積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両（燃料電池電気自動車等）に組み込まれている。

燃料電池車両では、車両走行時の振動や衝突等の外部荷重に対して、燃料電池を良好に保護する必要がある。このため、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システム車両取付構造が知られている。

この燃料電池システム車両取付構造では、電気自動車のフロント部（モータルーム）に配置されたフレームサイドメンバに、圧縮荷重に対し圧縮変形と同時に上に凸に屈曲するよう切欠部が形成されている。従って、衝突エネルギを変形により吸収するエネルギ吸収部が構成されている。

エネルギ吸収部には、燃料電池を収納した収納ケースが取り付けられるとともに、前記収納ケースには、圧縮荷重により上に凸に屈曲するよう切込部及び溝が形成されている。そして、衝突時には、フレームサイドメンバのエネルギ吸収部が上に凸となるように屈曲変形し、収納ケースは、前記エネルギ吸収部と同一方向に屈曲変形している。さらに、燃料電池は、その中央の積層面で２つに分離し、破壊して衝突エネルギの一部を吸収する、としている。

特開平０８−１９２６３９号公報

しかしながら、上記の特許文献１では、収納ケースに収納されている燃料電池を確実に分割して衝突時の衝撃を吸収することが困難であるという問題がある。しかも、衝突時に、燃料電池を損傷させることがなく、燃料電池全体を良好に保護することが、経済的には望ましい。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、外部荷重に対して燃料電池スタックを良好に保護することが可能な燃料電池スタックのマウント構造を提供することを目的とする。

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックを、燃料電池車両に搭載するための燃料電池スタックのマウント構造に関するものである。燃料電池スタックには、車幅方向両端に側方マウント部が設けられるとともに、車両前後方向後方部に後方マウント部が設けられている。

一方、燃料電池車両には、側方マウント部が固定される第１車両フレーム部、及び燃料電池スタックよりも下方に配置され、後方マウント部が固定される第２車両フレーム部が設けられている。そして、燃料電池車両に外部荷重が付与された際、側方マウント部は、後方マウント部に先だって破断するように該後方マウント部よりも小さな強度に設定されている。

また、マウント構造は、側方マウント部と車体側とに連結されるブラケットを備えることが好ましい。その際、ブラケットは、側方マウント部が破断して第１車両フレーム部から切り離された後、該側方マウント部を介して燃料電池スタックを移動可能に支持することが好ましい。

さらに、燃料電池スタックの鉛直方向下方には、該燃料電池スタックの発電電力で駆動可能な走行用モータが配置され、マウント構造は、前記走行用モータを第２車両フレーム部に固定するモータマウント部を備えることが好ましい。その際、後方マウント部は、モータマウント部に一体に設けられるとともに、後方マウント部と前記モータマウント部との間が切り離されることにより、該後方マウント部と第２車両フレーム部との接続が解除されることが好ましい。

さらにまた、側方マウント部は、燃料電池スタックの車幅方向両端に固定され、衝撃緩衝部材が収容される衝撃緩衝部と、前記衝撃緩衝部を第１車両フレーム部に取り付ける２本以上の取り付け部と、を備えることが好ましい。その際、各取り付け部は、互いに異なる長さに設定されることが好ましい。

また、第１車両フレーム部は、他の部分よりも強度が小さな衝撃吸収部を有し、前記衝撃吸収部は、側方マウント部よりも車両前後方向前方に配置されることが好ましい。

さらに、燃料電池車両は、隔壁部材により車室と隔離されるモータルームを備え、燃料電池スタックは、モータルームに収容されることが好ましい。その際、燃料電池スタックの車両前後方向後方の端部と隔壁部材との間には、燃料電池車両に外部荷重が付与された際、前記燃料電池スタックが後方に移動して前記端部が前記隔壁部材に当接可能な可動領域が設けられることが好ましい。

本発明によれば、側方マウント部が第１車両フレーム部に固定されるとともに、後方マウント部が第２車両フレーム部に固定されている。このため、燃料電池スタックは、安定した固定状態を確保することができ、しかも部品点数を良好に削減させることが可能であり、経済的である。

さらに、燃料電池車両に外部荷重が付与された際、側方マウント部は、後方マウント部に先だって破断することができる。従って、燃料電池スタックは、第２車両フレーム部に固定された状態で、水平方向に容易に移動することが可能になる。

これにより、簡単且つ経済的な構成で、外部荷重に対して燃料電池スタックを良好に保護することが可能になる。

本発明の実施形態に係るマウント構造が適用される燃料電池スタックを搭載する燃料電池電気自動車の前方側の概略側面説明図である。 前記燃料電池電気自動車の概略平面説明図である。 前記燃料電池スタックを収容するケーシングの一部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。 前記マウント構造を構成する側方マウント部の斜視説明図である。 前記側方マウント部の要部断面説明図である。 前記燃料電池電気自動車に外部荷重が付与されて前記側方マウント部が破断した際の説明図である。 後方マウント部及びモータブラケットが破断した際の説明図である。 前記燃料電池スタックが隔壁部材に当接した際の説明図である。 前記燃料電池電気自動車が傾斜した際の説明図である。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係るマウント構造１０が適用される燃料電池スタック１２は、燃料電池電気自動車（燃料電池車両）１３のモータルーム（フロントボックス）１３ｆに搭載される。モータルーム１３ｆは、隔壁部材（ダッシュボード）１３Ｗにより車室１３ｃａから隔離されて設けられる。

燃料電池スタック１２は、図２及び図３に示すように、燃料電池１４と、積層された複数の前記燃料電池１４を収容するケーシング１６とを備える。なお、ケーシング１６は、必要に応じて用いればよく、不要にすることもできる。燃料電池１４は、図３に示すように、電極面を立位姿勢にして燃料電池電気自動車１３の車長方向（車両前後方向）（矢印Ａ方向）に交差する車幅方向（矢印Ｂ方向）に積層される。

図１及び図２に示すように、モータルーム１３ｆには、車体フレームを構成する第１車両フレーム部（例えば、サイドフレーム）１３Ｒ、１３Ｌが矢印Ａ方向に延在している。第１車両フレーム部１３Ｒ、１３Ｌ及び後述する第２車両フレーム部１３ＳＦには、燃料電池スタック１２が搭載される。なお、燃料電池スタック１２の収容場所は、モータルーム１３ｆに限定されるものではなく、例えば、車両中央部床下や後部トランク近傍であってもよい。

図３に示すように、燃料電池１４の積層方向一端には、第１ターミナルプレート２０ａ、第１絶縁プレート２２ａ及び第１エンドプレート２４ａが、外方に向かって、順次、配設される。燃料電池１４の積層方向他端には、第２ターミナルプレート２０ｂ、第２絶縁プレート２２ｂ及び第２エンドプレート２４ｂが、外方に向かって、順次、配設される。

横長形状（長方形状）の第１エンドプレート２４ａの略中央部（中央部から偏心していてもよい）からは、第１ターミナルプレート２０ａに接続された第１電力出力端子２６ａが外方に向かって延在する。横長形状（長方形状）の第２エンドプレート２４ｂの略中央部からは、第２ターミナルプレート２０ｂに接続された第２電力出力端子２６ｂが外方に向かって延在する。

第１エンドプレート２４ａと第２エンドプレート２４ｂとの各辺間には、それぞれ各辺の中央位置に対応して一定の長さを有する連結バー２８が配置される。連結バー２８の両端は、ねじ３０により第１エンドプレート２４ａと第２エンドプレート２４ｂとに固定され、複数の積層された燃料電池１４に積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重を付与する。

図４に示すように、燃料電池１４は、電解質膜・電極構造体３２と、前記電解質膜・電極構造体３２を挟持する第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６とを備える。

第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６に代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。

第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６は、横長形状を有するとともに、長辺が水平方向（矢印Ａ方向）に延在し且つ短辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に延在するように構成される。なお、短辺が水平方向に延在し且つ長辺が重力方向に延在するように構成してもよい。

燃料電池１４の長辺方向（矢印Ａ方向）の一端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス供給連通孔４０ａが設けられる。酸化剤ガス供給連通孔３８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス供給連通孔４０ａは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給する。

燃料電池１４の長辺方向の他端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔４０ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとが設けられる。

燃料電池１４の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部一方側（水平方向一端側）には、すなわち、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス供給連通孔４０ａ側には、２つの冷却媒体供給連通孔４２ａが設けられる。２つの冷却媒体供給連通孔４２ａは、冷却媒体を供給するために、矢印Ｂ方向にそれぞれ連通しており、対向する辺に上下に設けられる。

燃料電池１４の短辺方向の両端縁部他方側（水平方向他端側）には、すなわち、燃料ガス排出連通孔４０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔３８ｂ側には、２つの冷却媒体排出連通孔４２ｂが設けられる。２つの冷却媒体排出連通孔４２ｂは、冷却媒体を排出するために、矢印Ｂ方向にそれぞれ連通しており、対向する辺に上下に設けられる。

電解質膜・電極構造体３２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４４と、前記固体高分子電解質膜４４を挟持するカソード電極４６及びアノード電極４８とを備える。

カソード電極４６及びアノード電極４８は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４４の両面に形成される。

第１金属セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、酸化剤ガス供給連通孔３８ａと酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとを連通する酸化剤ガス流路５０が形成される。酸化剤ガス流路５０は、矢印Ａ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

第２金属セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、燃料ガス供給連通孔４０ａと燃料ガス排出連通孔４０ｂとを連通する燃料ガス流路５２が形成される。燃料ガス流路５２は、矢印Ａ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

第２金属セパレータ３６の面３６ｂと隣接する第１金属セパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａと冷却媒体排出連通孔４２ｂ、４２ｂとに連通する冷却媒体流路５４が形成される。この冷却媒体流路５４は、水平方向に延在しており、電解質膜・電極構造体３２の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。

第１金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、この第１金属セパレータ３４の外周端縁部を周回して第１シール部材５６が一体成形される。第２金属セパレータ３６の面３６ａ、３６ｂには、この第２金属セパレータ３６の外周端縁部を周回して第２シール部材５８が一体成形される。

第１シール部材５６及び第２シール部材５８としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。

図３に示すように、第１エンドプレート２４ａには、酸化剤ガス供給マニホールド部材６０ａ、酸化剤ガス排出マニホールド部材６０ｂ、燃料ガス供給マニホールド部材６２ａ及び燃料ガス排出マニホールド部材６２ｂが取り付けられる。酸化剤ガス供給マニホールド部材６０ａ及び酸化剤ガス排出マニホールド部材６０ｂは、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び酸化剤ガス排出連通孔３８ｂに連通する。燃料ガス供給マニホールド部材６２ａ及び燃料ガス排出マニホールド部材６２ｂは、燃料ガス供給連通孔４０ａ及び燃料ガス排出連通孔４０ｂに連通する。

図２に示すように、第２エンドプレート２４ｂには、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａに連通する樹脂製の冷却媒体供給マニホールド部材６４ａが取り付けされる。第２エンドプレート２４ｂには、一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂに連通する樹脂製の冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂが取り付けられる。

ケーシング１６は、図３に示すように、車幅方向（矢印Ｂ方向）両端の２辺（面）が第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂにより構成される。ケーシング１６の車長方向（矢印Ａ方向）両端の２辺（面）は、横長プレート形状の前方サイドパネル６６及び後方サイドパネル６８により構成される。ケーシング１６の車高方向（矢印Ｃ方向）両端の２辺（面）は、上方サイドパネル７０及び下方サイドパネル７２により構成される。上方サイドパネル７０及び下方サイドパネル７２は、横長プレート形状を有する。

前方サイドパネル６６、後方サイドパネル６８、上方サイドパネル７０及び下方サイドパネル７２は、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの側部に設けられた各ねじ穴７４に、各孔部７６を介してねじ７８を螺入して固定される。

図１及び図２に示すように、マウント構造１０は、燃料電池スタック１２を支持して第１車両フレーム部１３Ｒ、１３Ｌに固定する側方マウント部８０ａ、８０ｂを備える。側方マウント部８０ａは、断面Ｌ字状に屈曲する板部材８２ａを有し、前記板部材８２ａは、複数本のねじ８４を介して第１エンドプレート２４ａの矢印Ａｆ方向前方側にねじ止めされる。

図５に示すように、側方マウント部８０ａは、燃料電池スタック１２の車幅方向一端に板部材８２ａを介して固定される衝撃緩衝部（液封マウント）８６ａを備える。板部材８２ａには、ねじ８４を介して連結板８８ａが固定されるとともに、前記連結板８８ａは、図６に示すように、柱体部９０ａに固定される。

衝撃緩衝部８６ａは、柱体部９０ａを囲繞する衝撃緩衝部材、例えば、ゴム部材９２ａを有し、前記ゴム部材９２ａの下部側には、液封止部９３ａが形成される。衝撃緩衝部８６ａには、前記衝撃緩衝部８６ａを第１車両フレーム部１３Ｌに取り付ける２本以上、本実施形態では、２本の取り付け部９４ａ、９６ａが設けられる。各取り付け部９４ａ、９６ａは、互いに異なる長さに設定され、例えば、前記取り付け部９４ａは、前記取り付け部９６ａよりも長尺に構成される。

側方マウント部８０ａには、後述する破断位置よりも上部に、例えば、衝撃緩衝部８６ａの上部に、ブラケット９７ａの一端がねじ８４を介して固定される。ブラケット９７ａは、屈曲する長尺板状を有し、他端がねじ８４を介して車体１３ＢＬに固定される。ブラケット９７ａは、所望の部位で破断させるために、例えば、両端部近傍及び中央部近傍（屈曲部）に強度を低下させる構成を有することが好ましい。

側方マウント部８０ｂは、図２に示すように、上記の側方マウント部８０ａと同様に構成される。同一の構成要素には、同一の参照数字にａに代えてｂを付し、その詳細な説明は省略する。側方マウント部８０ｂは、第１車両フレーム部１３Ｒにねじ止め固定されるとともに、ブラケット９７ｂが車体１３ＢＲに固定される。

燃料電池スタック１２を構成するケーシング１６の剛性は、側方マウント部８０ａ、８０ｂのゴム剛性よりも高く設定される。ケーシング１６の強度は、側方マウント部８０ａ、８０ｂのゴム強度よりも高く設定される。

図１に示すように、マウント構造１０は、燃料電池スタック１２よりも下方に配置される第２車両フレーム部（例えば、クロスメンバー）１３ＳＦを備え、前記第２車両フレーム部１３ＳＦに一対の後方マウント部９８が固定される（図２参照）。燃料電池スタック１２の鉛直方向下方には、該燃料電池スタック１２の発電電力で駆動可能な走行用モータ１００が配置される。走行用モータ１００の前方側は、モータブラケット１０１を介して第２車両フレーム部１３ＳＦにねじ止めされる（図１参照）。

マウント構造１０は、走行用モータ１００の後方側を第２車両フレーム部１３ＳＦに固定するモータマウント部１０２を備える。モータマウント部１０２は、燃料電池固定部１０４とモータ固定部１０６とを上下に配置し、前記モータ固定部１０６の下部には、第２車両フレーム部１３ＳＦにねじ止めされる取り付け部１０８ａ、１０８ｂが設けられる。取り付け部１０８ａ、１０８ｂは、互いに異なる長さに設定される。

燃料電池固定部１０４には、ゴム部材１０９が配設され、一対の後方マウント部９８がねじ止めされる。モータ固定部１０６には、走行用モータ１００に装着されたブラケット部１１０がねじ止めされる。後方マウント部９８は、モータマウント部１０２に一体に設けられるとともに、側方マウント部８０ａ、８０ｂは、後方マウント部９８に先だって破断するように、該後方マウント部９８よりも小さな強度に設定される。

後方マウント部９８とモータマウント部１０２との間が切り離されることにより、該後方マウント部９８と第２車両フレーム部１３ＳＦとの接続が解除される。側方マウント部８０ａ、８０ｂ及び後方マウント部９８は、例えば、アルミニウム合金等で形成される。

図１に示すように、第１車両フレーム部１３Ｌ、１３Ｒは、他の部分よりも強度が小さな衝撃吸収部１１２ａ、１１２ｂを有する。衝撃吸収部１１２ａ、１１２ｂは、例えば、フレーム部材を薄肉状に構成しており、側方マウント部８０ａ、８０ｂよりも車両前後方向前方に配置される。

第２車両フレーム部１３ＳＦの途上には、薄肉状に構成される衝撃吸収部１１４が設けられる。第２車両フレーム部１３ＳＦの先端には、燃料電池冷却用ラジエータ１１６が配置されるとともに、燃料電池スタック１２は、前記ラジエータ１１６の後方に近接して配置される。燃料電池スタック１２の車両前後方向後方の端部１２ｅと隔壁部材１３Ｗとの間には、燃料電池電気自動車１３に外部荷重Ｆが付与された際、前記燃料電池スタック１２が水平方向後方に移動して前記端部１２ｅが前記隔壁部材１３Ｗに当接可能な可動領域１１８が設けられる。

このように構成される燃料電池電気自動車１３において、燃料電池スタック１２の動作について、以下に説明する。

先ず、図３に示すように、第１エンドプレート２４ａの酸化剤ガス供給マニホールド部材６０ａから酸化剤ガス供給連通孔３８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。第１エンドプレート２４ａの燃料ガス供給マニホールド部材６２ａから燃料ガス供給連通孔４０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。

さらに、第２エンドプレート２４ｂでは、図２に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａから一対の冷却媒体供給連通孔４２ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

このため、図４に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３８ａから第１金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路５０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体３２のカソード電極４６に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４０ａから第２金属セパレータ３６の燃料ガス流路５２に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路５２に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体３２のアノード電極４８に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体３２では、カソード電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。

次いで、電解質膜・電極構造体３２のカソード電極４６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体３２のアノード電極４８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔４０ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。

また、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａに供給された冷却媒体は、第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６間の冷却媒体流路５４に導入される。冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ａ方向に移動して電解質膜・電極構造体３２を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。

上記のように、燃料電池スタック１２からの電力が走行用モータ１００に供給されることにより、燃料電池電気自動車１３が走行する。その際、図１に示すように、燃料電池電気自動車１３に前方から矢印Ａｂ方向（車長方向後方）に衝撃である外部荷重Ｆが付与されると、前記燃料電池電気自動車１３の前方部分が内部に変形し易い。

このため、図７に示すように、ラジエータ１１６は、後方（矢印Ａｂ方向）に移動して燃料電池スタック１２に当接し、前記燃料電池スタック１２には、後方への荷重が付与される。その際、マウント構造１０は、第１車両フレーム部１３Ｒ、１３Ｌに固定される側方マウント部８０ａ、８０ｂと、第２車両フレーム部１３ＳＦに固定される後方マウント部９８とを備えている。

この場合、本実施形態では、側方マウント部８０ａ、８０ｂは、後方マウント部９８よりも小さな強度に設定されている。従って、燃料電池スタック１２に水平方向に向かって規定以上の外部荷重Ｆが付与されると、第１車両フレーム部１３Ｒ、１３Ｌが衝撃吸収部１１２ａ、１１２ｂで屈曲するとともに、側方マウント部８０ａ、８０ｂは、後方マウント部９８に先だって破断する。

具体的には、図１及び図５に示すように、側方マウント部８０ａを構成する衝撃緩衝部８６ａは、第１車両フレーム部１３Ｌに取り付けられるそれぞれ長さの異なる２本の取り付け部９４ａ、９６ａを有している。これにより、短尺側の取り付け部９６ａに応力集中が発生し、前記取り付け部９６ａが、取り付け部９４ａに先行して破断される。なお、側方マウント部８０ｂでは、上記の側方マウント部８０ａと同様に作用する。次いで、取り付け部９４ａが破断する。

このため、燃料電池スタック１２は、それぞれ別部材である第１車両フレーム部１３Ｒ、１３Ｌ及び第２車両フレーム部１３ＳＦに一体に拘束されることがなく、前記第１車両フレーム部１３Ｒ、１３Ｌから分離されている（図７参照）。従って、燃料電池スタック１２は、ブラケット９７ａ、９７ｂにより側方マウント部８０ａ、８０ｂの上部を介して車体１３ＢＬ、１３ＢＲに支持されている。

一方、第２車両フレーム部１３ＳＦでは、衝撃吸収部１１４から折れ始める。そして、燃料電池スタック１２がさらに後方に移動すると、図８に示すように、後方マウント部９８が破断し、前記燃料電池スタック１２は、第２車両フレーム部１３ＳＦから分離される。燃料電池スタック１２は、ブラケット９７ａ、９７ｂの案内作用下に水平方向後方への移動が継続される。その際、ブラケット９７ａ、９７ｂは、所望の部位で破壊され、燃料電池スタック１２の移動に干渉することがない。

第２車両フレーム部１３ＳＦでは、図８に示すように、走行用モータ１００の前方側を固定するモータブラケット１０１が破断する。従って、走行用モータ１００は、後方に移動する。一方、第２車両フレーム部１３ＳＦは、衝撃吸収部１１４で破断する。

次いで、図９に示すように、走行用モータ１００は、斜め下方に向かって後退している。その際、燃料電池スタック１２は、下方に落下することがなく、可動領域１１８に沿って水平方向後方に移動し、端部１２ｅが隔壁部材１３Ｗに当接する。

これにより、本実施形態では、簡単且つ経済的な構成で、外部荷重Ｆに対して燃料電池スタック１２を良好に保護することが可能になるという効果が得られる。

しかも、本実施形態では、側方マウント部８０ａ、８０ｂが第１車両フレーム部１３Ｌ、１３Ｒに固定されるとともに、後方マウント部９８が第２車両フレーム部１３ＳＦに固定されている。このため、燃料電池スタック１２の安定した固定状態を確保することができ、しかも部品点数を良好に削減させることが可能であり、経済的である。

さらに、本実施形態では、燃料電池スタック１２を構成するケーシング１６の剛性は、側方マウント部８０ａ、８０ｂのゴム剛性（ゴム部材９２ａの剛性）よりも高く設定されている。従って、燃料電池電気自動車１３に上下の振動が発生した際には、ゴム部材９２ａが潰れて燃料電池スタック１２の入力を低減させることができる。

一方、図１０に示すように、燃料電池電気自動車１３が水平線Ｈに対して右側（矢印ＢＲ方向）を下方に向かって傾斜した際には、側方マウント部８０ａのゴム部材９２ａが潰れて圧縮される。これにより、燃料電池スタック１２が水平姿勢を維持することが可能になり、振動に対して、前記燃料電池スタック１２を良好に保持することができる。

また、燃料電池スタック１２を構成するケーシング１６の強度は、側方マウント部８０ａ、８０ｂのゴム強度よりも高く設定されている。このため、燃料電池電気自動車１３に外部荷重Ｆが正面から、又はオフセットして付与された際、側方マウント部８０ａ、８０ｂを確実に破断させることが可能になる。従って、燃料電池スタック１２は、後方に移動することができ、衝突ストロークを確保することが可能になる。

１０…マウント構造 １２…燃料電池スタック
１３…燃料電池電気自動車 １３ｆ…モータルーム
１３Ｌ、１３Ｒ、１３ＳＦ…車両フレーム部
１４…燃料電池 １６…ケーシング
２４ａ、２４ｂ…エンドプレート ３２…電解質膜・電極構造体
３４、３６…金属セパレータ ３８ａ…酸化剤ガス供給連通孔
３８ｂ…酸化剤ガス排出連通孔 ４０ａ…燃料ガス供給連通孔
４０ｂ…燃料ガス排出連通孔 ４２ａ…冷却媒体供給連通孔
４２ｂ…冷却媒体排出連通孔 ４４…固体高分子電解質膜
４６…カソード電極 ４８…アノード電極
５０…酸化剤ガス流路 ５２…燃料ガス流路
５４…冷却媒体流路
６０ａ…酸化剤ガス供給マニホールド部材
６０ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド部材
６２ａ…燃料ガス供給マニホールド部材
６２ｂ…燃料ガス排出マニホールド部材
６４ａ…冷却媒体供給マニホールド部材
６４ｂ…冷却媒体排出マニホールド部材
８０ａ、８０ｂ…側方マウント部 ８６ａ…衝撃衝突部
９２ａ、１０９…ゴム部材 ９３ａ…液封止部
９４ａ、９４ｂ、１０８ａ、１０８ｂ…取り付け部
９８…後方マウント部 １００…走行用モータ
１０１…モータブラケット １０２…モータマウント部
１１２ａ、１１２ｂ、１１４…衝撃吸収部
１１８…可動領域

Claims (6)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックを、燃料電池車両に搭載するための燃料電池スタックのマウント構造であって、
   前記燃料電池スタックには、車幅方向両端に側方マウント部が設けられるとともに、車両前後方向後方部に後方マウント部が設けられ、
   前記燃料電池車両には、前記側方マウント部が固定される第１車両フレーム部、及び前記燃料電池スタックよりも下方に配置され、前記後方マウント部が固定される第２車両フレーム部が設けられ、
   前記燃料電池車両に外部荷重が付与された際、前記側方マウント部は、前記後方マウント部に先だって破断するように該後方マウント部よりも小さな強度に設定されることを特徴とする燃料電池スタックのマウント構造。
2. 請求項１記載のマウント構造において、前記側方マウント部と車体側とに連結されるブラケットを備え、
   前記ブラケットは、前記側方マウント部が破断して前記第１車両フレーム部から切り離された後、該側方マウント部を介して前記燃料電池スタックを移動可能に支持することを特徴とする燃料電池スタックのマウント構造。
3. 請求項１又は２記載のマウント構造において、前記燃料電池スタックの鉛直方向下方には、該燃料電池スタックの発電電力で駆動可能な走行用モータが配置され、
   前記マウント構造は、前記走行用モータを前記第２車両フレーム部に固定するモータマウント部を備え、
   前記後方マウント部は、前記モータマウント部に一体に設けられるとともに、
   前記後方マウント部と前記モータマウント部との間が切り離されることにより、該後方マウント部と前記第２車両フレーム部との接続が解除されることを特徴とする燃料電池スタックのマウント構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のマウント構造において、前記側方マウント部は、前記燃料電池スタックの前記車幅方向両端に固定され、衝撃緩衝部材が収容される衝撃緩衝部と、
   前記衝撃緩衝部を前記第１車両フレーム部に取り付ける２本以上の取り付け部と、
   を備えるとともに、
   各取り付け部は、互いに異なる長さに設定されることを特徴とする燃料電池スタックのマウント構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のマウント構造において、前記第１車両フレーム部は、他の部分よりも強度が小さな衝撃吸収部を有し、
   前記衝撃吸収部は、前記側方マウント部よりも車両前後方向前方に配置されることを特徴とする燃料電池スタックのマウント構造。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のマウント構造において、前記燃料電池車両は、隔壁部材により車室と隔離されるモータルームを備え、
   前記燃料電池スタックは、前記モータルームに収容されるとともに、
   前記燃料電池スタックの車両前後方向後方の端部と前記隔壁部材との間には、前記燃料電池車両に外部荷重が付与された際、前記燃料電池スタックが後方に移動して前記端部が前記隔壁部材に当接可能な可動領域が設けられることを特徴とする燃料電池スタックのマウント構造。

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