JP2016047671A - 燃料電池車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料ガスの漏れを容易且つ確実に検知するとともに、特に燃料ガス検知器のメンテナンス性を良好に向上させることを可能にする。
【解決手段】燃料電池車両１０は、水素タンク２０に燃料ガスを充填するためのガス充填口３４が内部に設けられた充填用リッドボックス３２を備える。充填用リッドボックス３２内には、水素センサ４２が配置されるとともに、前記充填用リッドボックス３２と水素タンク２０とは、水素充填配管３０により接続される。流体機器２６が配置される空間部５２は、連通孔５０を介して充填用リッドボックス３２内に連通する。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池に供給される燃料ガスを貯蔵する燃料貯蔵容器を備え、車両外部から前記燃料貯蔵容器に前記燃料ガスを充填するガス充填口が設けられる燃料電池車両に関する。
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方側にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方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。アノード電極及びカソード電極は、それぞれ触媒層（電極触媒層）とガス拡散層（多孔質カーボン）とを有している。
電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、燃料電池が構成されている。この燃料電池は、所定の数だけ積層されることにより、車載用燃料電池スタックとして使用され、燃料電池車両に搭載されている。
燃料電池車両では、例えば、車両の後部（トランクリッドや床下）に燃料ガスタンク（水素タンク）が配置されている。その際、燃料ガスタンクからのガス漏れを検出するために、種々の工夫がなされている。
例えば、特許文献１に開示されている燃料電池車両では、車両の床下に、燃料電池システム、燃料電池制御装置、水素漏れを検知する水素センサ及び前記水素センサから供給される水素ガスを遮断する遮断装置が設けられている。燃料電池システムは、燃料電池、水素タンク、前記水素タンクから前記燃料電池へ水素ガスを供給する水素供給配管及び前記燃料電池から排出される水素排ガスを排出する水素排出配管を備えている。
車両の床上には、燃料電池制御装置と第１接続ケーブルにより接続されて、前記車両の車両制御を行う車両制御装置が設けられている。そして、車両の床には、第１接続ケーブルが貫通して配策される貫通孔が形成され、前記貫通孔は、水素漏れが発生する可能性のある水素ガス流通領域から外れた位置に配置されている。
このように、水素漏れが発生する可能性のある、燃料電池と水素タンクとで挟まれる領域の上方に位置する床面には、貫通孔が形成されていない。従って、水素漏れが発生した場合でも、床上の客室内等に水素ガスが入り込むのを防止することができる、としている。
特開２００９−２９２１９０号公報
本発明は、この種の燃料ガスの漏れ検知に関するものであり、前記燃料ガスの漏れを容易且つ確実に検知するとともに、特に燃料ガス検知器のメンテナンス性を良好に向上させることが可能な燃料電池車両を提供することを目的とする。
本発明に係る燃料電池車両は、燃料電池、燃料貯蔵容器及び充填用リッドボックスを備えている。燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電し、燃料貯蔵容器は、前記燃料ガスを貯蔵している。充填用リッドボックスは、車両外部から燃料貯蔵容器に燃料ガスを充填するためのガス充填口が内部に設けられている。
この燃料電池車両は、充填用リッドボックス内に配置され、燃料ガスの漏れを検知する燃料ガス検知器と、燃料貯蔵容器の少なくとも一部が配置される容器配置空間と、を有している。この燃料電池車両は、さらに充填用リッドボックスに形成され、該充填用リッドボックス内と容器配置空間とを連通させる連通孔を有している。そして、容器配置空間における燃料ガス濃度は、燃料ガス検知器により検出可能である。
また、この燃料電池車両では、燃料貯蔵容器の燃料ガス導入口とガス充填口とを接続する充填配管と、前記燃料ガス導入口に配置される開閉弁と、前記充填配管及び前記開閉弁を密封して覆うダクト部材と、を有することが好ましい。その際、ダクト部材は、連通孔を密封して充填用リッドボックスに接続されることが好ましい。
さらに、この燃料電池車両では、燃料貯蔵容器の上方に配置されるフロアパネルを有することが好ましい。その際、フロアパネルは、連通孔よりも下方に位置し、該連通孔に向かって上方に傾斜することにより、燃料貯蔵容器の上方に存在する燃料ガスを前記連通孔に誘導することが好ましい。
さらにまた、この燃料電池車両では、充填用リッドボックス内には、燃料ガスの充填が中止された状態を視認可能な状態表示部が設けられることが好ましい。
また、この燃料電池車両では、燃料ガス検知器は、充填用リッドボックスの開閉に応じて検知信号の送信先を変更することが好ましい。
本発明によれば、燃料貯蔵容器に燃料ガスを充填する際、ガス充填口から前記燃料ガスが漏れると、充填用リッドボックス内に配置された燃料ガス検知器により、前記燃料ガスの漏れが検知される。一方、燃料貯蔵容器から容器配置空間に燃料ガスが漏れると、前記燃料ガスが連通孔を介して充填用リッドボックス内に流入し、燃料ガス検知器により検知される。
従って、燃料ガスの漏れを容易且つ確実に検知することができる。特に、燃料ガス検知器は、充填用リッドボックス内に配置されており、外部からのアクセスが簡素化し、前記燃料ガス検知器のメンテナンス性を良好に向上させることが可能になる。
本発明の第１の実施形態に係る燃料電池車両の概略全体構成を模式的に示した説明図である。 前記燃料電池車両の要部説明図である。 図２に示す要部に充填プラグが接続された状態の説明図である。 図２に示す要部の正面説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池車両の要部説明図である。
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池車両１０は、例えば、燃料電池電気自動車であり、燃料電池システム１２が搭載される。燃料電池システム１２では、燃料電池スタック１４が前輪１６ｆ、１６ｆの近傍のモータルーム１８内に配設される。後輪１６ｒ、１６ｒ間には、水素タンク（燃料貯蔵容器）２０が配設される。
燃料電池スタック１４は、複数の燃料電池２２が水平方向（矢印Ｂ方向）又は重力方向に積層される。燃料電池２２は、図示しないが、例えば、電解質膜・電極構造体を一対のセパレータにより挟持する。電解質膜・電極構造体は、固体高分子電解質膜の両面にカソード電極とアノード電極とが設けられる。カソード電極には、酸化剤ガス（例えば、空気）が供給される一方、アノード電極には、燃料ガス（例えば、水素ガス）が供給され、前記酸化剤ガスと前記燃料ガスとの電気化学反応により発電する。
燃料電池スタック１４には、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置２３の他、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置（図示せず）、及び冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置（図示せず）が接続される。
図１及び図２に示すように、水素タンク２０全体は、一体成形されており、高圧水素を貯留するとともに、一方の端部にのみ水素流通口（燃料ガス導入口及び燃料ガス導出口）２４が形成される。水素流通口２４には、流体機器２６が接続される。流体機器２６は、開閉弁を含むバルブ類及びジョイント類を有する。流体機器２６には、例えば、ジョイント類を介して水素供給配管２８の一端部が接続されるとともに、前記水素供給配管２８の他端部は、燃料ガス供給装置２３に接続される（図１参照）。
流体機器２６には、開閉弁を介して水素充填配管３０の一端部が接続される。水素充填配管３０の他端部は、燃料電池車両１０の車幅方向（矢印Ｂ方向）一方（例えば、左側後方）に延在し、充填用リッドボックス３２に配置された外部接続ポートであるガス充填口３４に接続される。ガス充填口３４には、燃料電池車両１０の外部から水素タンク２０に燃料ガスを充填するために、図３に示すように、充填プラグ３６が連結される。充填プラグ３６は、図示しない、水素供給ステーションに設けられ、手動操作（又は自動操作）される。
図２に示すように、充填用リッドボックス３２の先端には、蓋部材３８が開閉自在に設けられる。充填用リッドボックス３２内には、図２〜図４に示すように、天板３２ａにブラケット４０を介して水素センサ（燃料ガス検知器）４２が配置される。水素センサ４２は、燃料ガスの漏れを検知し、その検知信号を図示しない通信制御コントローラ（通信充填用ＥＣＵ）と燃料電池システム１２の制御を行う車両コントローラ（車両用ＥＣＵ）とに選択的に送る。検知信号の送り先は、例えば、蓋部材３８の開閉状態によって変更し、前記蓋部材３８が開であれば、通信制御コントローラに送る一方、前記蓋部材３８が閉であれば車両コントローラに送る。送信の要否には、濃度閾値が設定されており、送信先によって通知濃度を同一に設定してもよく、又は、異なる値に設定してもよい。
充填用リッドボックス３２内には、通信充填用赤外線送信機４４が配置される。通信充填用赤外線送信機４４は、通信制御コントローラから燃料ガス漏れによる充填中止指令がなされた際、図示しない水素供給ステーションに対し、充填中止信号（アボート）を発信する。
充填用リッドボックス３２内には、燃料ガスの充填が中止された状態をユーザに視認可能な状態表示部４６が設けられる。状態表示部４６は、例えば、ＬＥＤ等の発光素子を有し、燃料ガスの充填が許可された状態では、例えば、緑色に点灯する一方、前記燃料ガスの充填が許可されない状態では、例えば、赤色に点灯する。
水素タンク２０と充填用リッドボックス３２とは、樹脂又はゴム等で形成されるシール機能を有するダクト部材４８により連結される。ダクト部材４８の一端は、水素タンク２０の一方の端部に対し、流体機器２６を密封して覆うように固定される。ダクト部材４８は、水素充填配管３０を密封して覆うとともに、前記ダクト部材４８の他端は、充填用リッドボックス３２の連通孔５０を密封して前記充填用リッドボックス３２に接続される。
ダクト部材４８の内部には、水素タンク２０の少なくとも一部、第１の実施形態では、流体機器２６が配置される空間部（容器配置空間）５２が形成される。連通孔５０は、充填用リッドボックス３２内と空間部５２とを連通させる。空間部５２は、水素タンク２０側から充填用リッドボックス３２に向かって上方に傾斜するとともに、前記空間部５２の最も高い位置で連通孔５０に連通する。水素センサ４２は、連通孔５０よりも高い位置に配置される。充填用リッドボックス３２内は、蓋部材３８が閉じられた状態で、閉空間を構成する。
このように構成される燃料電池車両１０の動作について、以下に説明する。
先ず、燃料電池車両１０の運転時には、図１に示すように、燃料ガス供給装置２３において、水素タンク２０から導出された水素ガスが、水素供給配管２８を通って燃料電池スタック１４に供給されている。酸化剤ガス供給装置では、図示しないブロア等により酸化剤ガス（空気）が燃料電池スタック１４に供給されるとともに、冷却媒体供給装置では、図示しないポンプ等により冷却媒体が前記燃料電池スタック１４に供給されている。
このため、各燃料電池２２では、アノード電極に燃料ガスが供給される一方、カソード電極に酸化剤ガスが供給されている。従って、電解質膜・電極構造体では、アノード電極に供給される水素ガスと、カソード電極に供給される空気とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。これにより、走行用モータ（図示せず）に電力が供給され、燃料電池車両１０が走行可能となる。
次いで、水素供給ステーションにおいて、水素タンク２０に燃料ガスを充填する際には、図３に示すように、蓋部材３８が開放される。そして、充填プラグ３６は、ガス充填口３４に接続された状態で、通信充填用赤外線送信機４４から送信される制御信号に沿って、燃料ガスが所望の流量に調整されて前記ガス充填口３４に供給される。このため、燃料ガスは、水素充填配管３０を通って流体機器２６から水素流通口２４を介して水素タンク２０に充填される。
上記の燃料ガス充填時には、特にガス充填口３４と充填プラグ３６との接続部から燃料ガスの漏れが発生し易い。その際、第１の実施形態では、充填用リッドボックス３２は、ガス充填口３４を内部に設けるとともに、前記ガス充填口３４の上方には、水素センサ４２が配設されている。このため、特にガス充填口３４と充填プラグ３６との接続部から漏れて上方に移動する燃料ガスは、水素センサ４２により確実に検知される。なお、水素センサ４２は、蓋部材３８が開かれた際、その蓋開信号により充填監視モードに設定されている。
充填監視モードにおいて、水素センサ４２は、燃料ガスの漏れを検知すると、その検知信号を通信制御コントローラに送る。通信制御コントローラでは、燃料ガスの漏れが規定値以上であると判断すると、通信充填用赤外線送信機４４を介して水素供給ステーションに対し、充填中止信号（アボート）を発信する。従って、充填プラグ３６からガス充填口３４への燃料ガスの充填作業が中止される。
通信制御コントローラは、状態表示部４６に燃料ガスの充填が中止された状態を表示させる。状態表示部４６は、燃料ガスの充填が許可された状態では、例えば、緑色に点灯されており、前記燃料ガスの充填が中止された状態では、例えば、赤色に点灯している。これにより、ユーザは、燃料ガスの充填が中止された状態であることを、容易且つ確実に視認可能となる。
ところで、図２に示すように、水素タンク２０では、タンク外壁が一体成形されるため、接続部位である流体機器２６との連結部からのみ燃料ガスの漏れが発生するおそれがある。
この場合、第１の実施形態では、水素タンク２０の一方の端部に対し、流体機器２６を密封して覆うように、ダクト部材４８の一端が固定されている。ダクト部材４８は、水素充填配管３０を密封して覆うとともに、前記ダクト部材４８の他端は、充填用リッドボックス３２の連通孔５０を密封して前記充填用リッドボックス３２に接続されている。そして、ダクト部材４８の内部に形成される空間部５２は、連通孔５０を介して充填用リッドボックス３２内に連通している。
このため、流体機器２６の接続部から漏れた燃料ガスは、ダクト部材４８の空間部５２に沿って斜め上方に移動し、連通孔５０から充填用リッドボックス３２内に導入される。その際、充填用リッドボックス３２内は、蓋部材３８が閉じられて閉空間を構成しており、燃料ガスは、前記充填用リッドボックス３２内を上昇して水素センサ４２により検知される。従って、水素センサ４２は、空間部５２に燃料ガスの漏れが発生したことを効率的且つ確実に検知することができる。
さらに、第１の実施形態では、水素センサ４２は、充填用リッドボックス３２内に配置されている。これにより、蓋部材３８を開くだけで、外部から水素センサ４２に容易にアクセスすることが可能になる。このため、水素センサ４２へのアクセスが簡素化し、前記水素センサ４２のメンテナンス性（点検及び交換作業性）を良好に向上させることが可能になるという効果が得られる。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池車両６０の要部説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池車両１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
燃料電池車両６０は、水素タンク２０が配置される空間部（容器配置空間）６２を設けるとともに、前記水素タンク２０の上方には、フロアパネル６４が配置される。フロアパネル６４は、充填用リッドボックス３２の連通孔５０よりも下方に位置し、該連通孔５０に向かって上方に角度α゜だけ傾斜する。
充填用リッドボックス３２では、必要に応じて通信充填用赤外線送信機４４の配置位置を変更してもよい。例えば、通信充填用赤外線送信機４４の中心位置は、ガス充填口３４の中心位置よりも上方にオフセットしてもよい。なお、第１の実施形態に示すように、通信充填用赤外線送信機４４の中心位置は、ガス充填口３４の中心位置よりも下方にオフセットしてもよい。
このように構成される第２の実施形態では、水素タンク２０と流体機器２６との接続部から漏れた燃料ガスは、空間部６２内を上昇してフロアパネル６４に規制されている。その際、フロアパネル６４は、連通孔５０に向かって上方に傾斜している。
従って、燃料ガスは、フロアパネル６４の傾斜に沿って水素タンク２０の上方から連通孔５０に誘導され、前記連通孔５０から充填用リッドボックス３２内に導入される。これにより、水素センサ４２は、空間部６２に燃料ガスの漏れが発生したことを確実に検知することができる他、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
１０、６０…燃料電池車両 １２…燃料電池システム
１４…燃料電池スタック ２０…水素タンク
２３…燃料ガス供給装置 ２４…水素流通口
２６…流体機器 ２８…水素供給配管
３０…水素充填配管 ３２…充填用リッドボックス
３４…ガス充填口 ３６…充填プラグ
３８…蓋部材 ４２…水素センサ
４４…通信充填用赤外線送信機 ４６…状態表示部
４８…ダクト部材 ５０…連通孔
５２、６２…空間部

Claims (5)

  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と、
    前記燃料ガスを貯蔵する燃料貯蔵容器と、
    車両外部から前記燃料貯蔵容器に前記燃料ガスを充填するためのガス充填口が内部に設けられる充填用リッドボックスと、
    を備える燃料電池車両であって、
    前記充填用リッドボックス内に配置され、前記燃料ガスの漏れを検知する燃料ガス検知器と、
    前記燃料貯蔵容器の少なくとも一部が配置される容器配置空間と、
    前記充填用リッドボックスに形成され、該充填用リッドボックス内と前記容器配置空間とを連通させる連通孔と、
    を有し、
    前記容器配置空間における燃料ガス濃度は、前記燃料ガス検知器により検出可能であることを特徴とする燃料電池車両。
  2. 請求項１記載の燃料電池車両において、前記燃料貯蔵容器の燃料ガス導入口と前記ガス充填口とを接続する充填配管と、
    前記燃料ガス導入口に配置される開閉弁と、
    前記充填配管及び前記開閉弁を密封して覆うダクト部材と、
    を有し、
    前記ダクト部材は、前記連通孔を密封して前記充填用リッドボックスに接続されることを特徴とする燃料電池車両。
  3. 請求項１記載の燃料電池車両において、前記燃料貯蔵容器の上方に配置されるフロアパネルを有し、
    前記フロアパネルは、前記連通孔よりも下方に位置し、該連通孔に向かって上方に傾斜することにより、前記燃料貯蔵容器の上方に存在する前記燃料ガスを前記連通孔に誘導することを特徴とする燃料電池車両。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、前記充填用リッドボックス内には、前記燃料ガスの充填が中止された状態を視認可能な状態表示部が設けられることを特徴とする燃料電池車両。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、前記燃料ガス検知器は、前記充填用リッドボックスの開閉に応じて検知信号の送信先を変更することを特徴とする燃料電池車両。
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