JP2017074934A - 燃料電池車 - Google Patents
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Abstract
Description
このような燃料電池車において、燃料電池システムとモータとがフロントボディの車体空間内に搭載されることがある。また、特許文献1によれば、モータの上方に離間した状態で燃料電池システムを搭載するマウント構造が開示されている。
また、特許文献1のマウント構造は、平面視において、第1側方マウントと第2側方マウントと共用マウントとを結ぶ仮想三角形内に燃料電池システムの重心が位置し、燃料電池システムの姿勢を水平に保持できるようになっている。
以上から、モータのメンテナンス時に共用マウントが車体から取り外されたとしても、燃料電池システムの姿勢を水平に保持することができる。
また、ボス部がコネクタよりも下方に位置することから、ボス部とコネクタとの接触を回避でき、安全性を確保することができる。
図1に示すように、燃料電池車200は、車輪(前輪)を駆動させるためのモータ100と、水素タンクから供給される水素と車外から吸気された空気(酸素)とを電気化学反応させて発電する燃料電池システム1と、モータ100と燃料電池システム1とを燃料電池車200に固定するためのマウント構造70と、を備える。
モータ100及び燃料電池システム1は、燃料電池車200のフロントボディの車体空間内に搭載されている。
また、燃料電池システム1は、マウント構造70によって、モータ100の上方に離間した状態で配置されている。
以下、モータ100を収容するフロントボディの車体空間をモータルームと称する。
モータルーム10の上壁は、回動自在なフード11により構成されている。そして、フード11を上方に回動することで(図1の矢印A参照)、モータルーム10の上部開口が開放する。
このサブフレーム12は、モータルーム10の下部骨格を成すメインフレーム(サイドフレーム及びクロスメンバ)に分離可能に連結している。
また、ジャッキ等により燃料電池車200を上方に持ち上げ、モータルーム10の下方からサブフレーム12を下方に移動させることで、燃料電池車200からサブフレーム12を取り外すことができる。
図1に示すように、モータ100は、モータケース101内に収容され、モータルーム10の後寄りに配置されている。
モータケース101には、左右の両側面から前方に延びる一対の前方ブラケット102(図1において左側の前方ブラケット102のみ図示)と、後面から後方に延びる後方ブラケット103とが設けられている。
マウント構造70は、モータ100の前方に位置するモータ用マウント71と、燃料電池システム1の車幅方向両側に位置し、燃料電池システム1の前部を支持する第1側方マウント72及び第2側方マウント73(図2参照)と、モータ及び燃料電池システム1の後方に位置し、モータ100に連結するとともに燃料電池システム1の後部を支持する共用マウント74と、を備える。
以下、モータ用マウント71と共用マウント74を説明し、第1側方マウント72及び第2側方マウント73については後述する。
モータ用マウント71は、モータ100の前方に配置され、一対の前方ブラケット102とサブフレーム12を連結するためのものである。
なお、モータ用マウント71は、各前方ブラケット102に対応するため、車幅方向に離間した状態で2つ設けられている(図1において左側のモータ用マウント71のみ図示)。
共用マウント74は、モータ100の後方に配置されている。
共用マウント74は、サブフレーム12上に固定されるとともに燃料電池システム1の下方近傍に延びる本体部74aと、本体部74aの上下方向中間部の貫通孔に嵌め込まれた円筒状の第1弾性体74bと、第1弾性体74b内に挿通され両端面にフランジが形成された第1軸部材74cと、本体部74aの上部の貫通孔に嵌め込まれた円筒状の第2弾性体74dと、第2弾性体74d内に挿通され両端面にフランジが形成された第2軸部材74eとを備える。
そして、ボルトにより、第1軸部材74cのフランジと後方ブラケット103とが固定され、共用マウント74とモータ100とが一体になっている。
図1〜図3に示すように、燃料電池システム1は、燃料電池スタック2と、アノード系カバー3に格納されて燃料電池スタック2の左側方に固定されたアノード系(不図示)と、アノード系の左側面に固定されたカソード系(不図示)と、冷媒系(図示しない)と、燃料電池スタック2の上方に固定された電圧電流制御ユニット4と、を備える。
燃料電池スタック2は、固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:PEFC)であり、膜/電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)を一対の導電性のセパレータで挟持してなるセルを複数積層して構成される。
なお、本実施形態の燃料電池スタック2は、図4に示すように、4枚のプレート21a、21b、21c、21dを組み合わせて車幅方向から視て矩形筒状に形成されたケーシング21に収容されている。
また、左側のエンドプレート22の左側面には、後部上側に酸素供給口26が設けられ、前部下側に酸素排出口27が設けられている。
図示しないが、右側のエンドプレートの右側面には、冷媒供給用マニホールドと、冷媒排出用マニホールドが設けられている。
アノード系は、水素供給口24及び水素排出口25に接続し、燃料電池スタック2のアノードに水素を給排するためのものである。
アノード系は、水素タンクから供給された水素を所定圧で噴射するインジェクタと、水素排出口25から排出されたアノードオフガスを循環させるための循環ポンプと、アノードオフガスを吸引して新規水素と混合し、所定圧で噴射するエゼクタと、を備える。
図3に示すように、アノード系カバー3は、2つの部品(左カバー部31、右カバー部32)を車幅方向に組み合わせてなる筐体である。
アノード系カバー3は、アルミニウム合金で形成されて比較的高い剛性を有し、車両衝突の際の荷重からアノード系を保護している。
また、アノード系カバー3は、アノード系を囲っていることから、インジェクタ等の作動音を運転者に聞こえ難くする防音壁として機能したり、アノード系から漏出した水素がモータルーム10に拡散しないようにする容器として機能したりしている。
図4の二点鎖線で示すように、アノード系カバー3の上面3aは、前部と中間部と亘って平面状に形成された平面部3bと、上面3aの後部であって平面部3bの後端から下方に延びてさらに後方に延びる側面視L状のL字面部3cとを備える。
このL字面部3cによれば、アノード系カバー3と酸素供給口26との干渉が回避される。
図5に示すように、雌ねじ部50は、上方に開口するねじ穴51が形成されており、モータ100のメンテナンス時において、上方から垂らされた吊り具55のボルト56を雌ねじ部50に螺合して燃料電池システム1の後部を支持するためのものである(図7参照)。
なお、雌ねじ部50の詳細については後述する。
カソード系は、燃料電池スタック2のカソードに空気(酸素)を給排するためのものであり、特に図示しないが、モータルーム10内の空気(酸素)を吸い込むためのエアポンプと、燃料電池スタック2のカソード流路に向かう空気を加湿する加湿器と、カソード流路内の空気の圧力を高めるための背圧弁と、を備える。また、カソード系は、アノード系カバー3を介して燃料電池スタック2と一体になっている。
冷媒系は、燃料電池スタック2を経由するように冷媒を循環させるためのものであり、図示しないが、冷媒を送り出すための冷媒ポンプと、冷媒を放熱させるためのラジエータと、を備える。
冷媒ポンプ(不図示)は、燃料電池スタック2の右側面に固定され、燃料電池スタック2と一体になっている。
一方で、ラジエータ(不図示)は、モータルーム10の底面に固定されており、燃料電池システム1の総重量にラジエータは含まれない。
電圧電流制御ユニット4は、燃料電池スタック2の一対の出力端子(不図示)に接続し、燃料電池スタック2の発電電力の制御等を行っている。
図2に示すように、電圧電流制御ユニット4は、平面視で略矩形状に形成され、燃料電池スタック2(ケーシング21)の上面の略全てを覆っている。
電圧電流制御ユニット4は、左側部の前側が左側に突出する突出部41が形成されている。このため、アノード系カバー3の平面部3bの右前部分は、突出部41に覆われている(図3の二点鎖線参照)。
図2に示すように、突出部41の後端面には、電圧電流制御ユニット4の出力端子42が設けられており、この出力端子42にコネクタ43が接続している。
そのほか、燃料電池システム1には、第1側方マウント72と第2側方マウント73と共用マウント74に連結するための連結部材が設けられている。
図3に示すように、連結部材は、アノード系カバー3の左側面のフランジ31aに固定されて左方に延びる左連結板61と、燃料電池スタック2の右側面に設けられた右側ブラケット28を介して右方に延びる右連結板62と、燃料電池スタック2の下面(ケーシング21の下面)に固定された後連結部材63と、を備える。
図4に示すように、後連結部材63の後端部は、後ろ下方に斜めに延びている。そして、ボルトにより、後連結部材63の後端部に第2軸部材73eのフランジが固定され、燃料電池システム1の後部が共用マウント74に支持されている。
第1側方マウント72と第2側方マウント73とは、同じ構成になっているため、代表として第1側方マウント72を説明する。
そして、ボルトにより、第1側方マウント72の軸部77の上面に左連結板61が固定される。
これにより、燃料電池システム1の前部は、第1側方マウント72と第2側方マウント73とにより支持される。
また、軸部77は、水平方向及び上下方向に移動自在に本体部75に支持され、軸部77に伝達した燃料電池システム1の振動が弾性体により吸収される。
図3に示すように、雌ねじ部50は、アノード系カバー3の平面部3bであって、電圧電流制御ユニット4に覆われていない領域に設けられている。
ここで、電圧電流制御ユニット4の上面に雌ねじ部50を設けない理由は、電圧電流制御ユニット4の筐体(ケース)の剛性が低く、吊り具55で吊り上げた場合に燃料電池システム1の荷重により変形するおそれがあるからである。
一方で、アノード系カバー3は、剛性の高いアルミニウムで形成されている。よって、吊り具55で吊り上げた際の荷重がアノード系カバー3に作用しても変形し難く、燃料電池システム1の姿勢をより安定して水平に保持することができる。
また、アノード系カバー3の上面3aの後部側(L字面部3c)は、酸素供給口26に接続する配管に覆われるため、雌ねじ部50を設置できない。
言い換えると、第1側方マウント72と第2側方マウント73と雌ねじ部50とを結ぶ仮想三角形T2内に、平面視で前記燃料電池システム1の重心Gが位置するように、雌ねじ部50が形成されている。
これによれば、例えば、電圧電流制御ユニット4を燃料電池システム1から取り外して燃料電池システム1の重心Gが移動したとしても、仮想三角形T2の外側に移動し難い。
つまり、支持されている部品及び吊り上げられている部品(燃料電池スタック2及びアノード系カバー3)以外の部品を取り外してメンテナンスを行ったとしても、燃料電池システム1の姿勢を確実に水平に保持することができる。
よって、カウルトップ90を車体から取り外すとともに、出力端子42からコネクタ43を外すことで、図6に示すように、雌ねじ部50が露出し、雌ねじ部50に吊り具55を連結することができる。
雌ねじ部50は、アノード系カバー3の平面部3bから上方に突出してねじ穴51を上方に延長するボス部52を有している。また、ボス部52の突出量はL1である。これによれば、雌ねじ部50において左カバー部31内に延在している部位(図5のL2参照)は、ボス部52を有していない場合よりも、突出量L2分だけ短くなっている。
この結果、雌ねじ部50が形成されるアノード系カバー3内のレイアウトを変更するおそれを低減できる。
まず、カウルトップ90を車体から取り外すとともに、電圧電流制御ユニット4の出力端子42からコネクタ43を取り外す。これにより、図6に示すように、アノード系カバー3の雌ねじ部50が露出する。
これにより、サブフレーム12とともに、モータ100とモータ用マウント71と共用マウント74とが車体から取り外される。
そして、モータ100をモータ用マウント71と共用マウント74とから分離することで、モータ100のメンテナンスが可能となる。
そして、平面視において、第1側方マウント72と第2側方マウント73と雌ねじ部50とを結ぶ仮想三角形T2内に燃料電池システム1の重心Gが位置することから(図3参照)、燃料電池システム1の姿勢は水平に保持される。
例えば、本発明において、マウント構造70により支持される燃料電池システム1は、燃料電池スタック2のみから構成されてもよい。そして、雌ねじ部50(被吊り上げ部)を燃料電池スタック2のケーシング21に形成してもよい。
2 燃料電池スタック
3 アノード系カバー
4 電圧電流制御ユニット
10 モータルーム
12 サブフレーム
20 燃料電池スタック
50 雌ねじ部(被吊り上げ部)
51 ねじ穴
52 ボス部
55 吊り具
56 ボルト
70 マウント構造
71 モータ用マウント
72 第1側方マウント
73 第2側方マウント
74 共用マウント
90 カウルトップ
91 フロントガラス部
91a 下端辺
100 モータ
200 燃料電池車
G 重心
T1,T2 仮想三角形
Claims (5)
- フロントボディの車体空間内に収容されるモータと、
少なくとも燃料電池スタックを有し、前記モータの上方に配置される燃料電池システムと、
前記燃料電池システムの車幅方向両側に位置し、前記燃料電池システムの前部を支持する第1側方マウント及び第2側方マウントと、
前記モータ及び前記燃料電池システムの後方に位置し、前記モータを支持するとともに前記燃料電池システムの後部を支持する共用マウントと、
前記燃料電池システムに設けられた被吊り上げ部と、
を備え、
平面視において、前記第1側方マウントと前記第2側方マウントと前記被吊り上げ部とを結ぶ仮想三角形内に前記燃料電池システムの重心が位置していることを特徴とする燃料電池車。 - 前記燃料電池システムは、
前記燃料電池スタックのアノードに水素を給排するアノード系と、
前記アノード系を収容するアノード系カバーと、
を備え、
前記被吊り上げ部は、前記アノード系カバーに形成されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池車。 - 前記被吊り上げ部は、フロントガラス部の下端辺よりも前方に位置することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池車。
- 前記被吊り上げ部は、上方に開口するねじ穴が形成された雌ねじ部であり、
前記雌ねじ部の上方には、着脱自在なコネクタが配置され、
前記雌ねじ部は、上方に突出してねじ穴を上方に延長するボス部を有し、
前記ボス部の上面は、前記コネクタよりも下方に位置していることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池車。 - 前記被吊り上げ部は、前記燃料電池システムの後部側に設けられていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池車。
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