JP3690345B2

JP3690345B2 - 車両用配電システム

Info

Publication number: JP3690345B2
Application number: JP2001394277A
Authority: JP
Inventors: 慎一出口
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2021-12-26
Also published as: JP2003191756A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池で発電した電力を負荷に供給する車両用配電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の自動車では、燃料電池を搭載し、燃料電池で発電された電力をモータや電気機器等の負荷に供給する配電システムが用いられている。この配電システムでは、電力を供給するためのハーネス等の電力ケーブルが燃料電池と負荷との間に配置される。電力ケーブルとしては、導体がシールドによって被覆されたシールド線が用いられる。特開平８−９８３２８号公報、特開２０００−３５７４２０号公報、特開２００１−７４６１１号公報等には、シールド線からのノイズを低減させる方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動車には数多くの電気機器が搭載されているため、電力ケーブルには大電流が流れており、特に、燃料電池と交流変換を行うインバータとの間には、他の機器との間に比べて大きな電流が流れている。このため、電力ケーブルの導体が発熱するが、シールド線では、導体の周囲をシールドで覆っているため、放熱性が悪くなっている。また、自動車は使用環境温度が高いため、電力ケーブルとしては、発熱を考慮した大きな径寸法のケーブルを選択する必要がある。しかしながら、径寸法が大きい場合には、剛性が大きくなるため、屈曲させにくくなり、配線がしにくい。また、ケーブルの径寸法が大きくなると、車両搭載性が悪くなるという問題点がある。
【０００４】
一方、シールドのない電力ケーブルを用いる場合には、放熱性が向上するため、径寸法が小さく車両搭載性が向上するが、ノイズの影響が大きくなる問題が発生する。
【０００５】
そこで、本発明は、放熱性を向上させ、しかも径が小さく車両搭載性を向上させることが可能な電力ケーブルの使用を可能とした車両用配電システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の車両用配電システムは、水素貯蔵タンクと、燃料電池と、前記水素貯蔵タンク及び前記燃料電池を接続すると共に、前記水素貯蔵タンクから放出されることにより冷却された水素ガスを前記燃料電池へ向けて流す水素配管と、前記水素配管で流された水素ガスの流量に対応した発電量に応じて発生した電流を流す電力ケーブルと、前記電力ケーブルに接続された負荷と、を備える車両用配電システムであって、前記電力ケーブルが前記水素配管内の水素により吸熱されるように前記水素配管に沿って配置されていることを特徴とする
【０００７】
請求項１記載の発明では、水素配管内の水素ガスの流量に応じて燃料電池での発電量が規定され、この発電量に応じて電力ケーブルの発熱量が規定され、水素ガス流量が増えると発電量も増え、水素ガス流量が減ると発電量も減る関係となり、水素配管に沿って配置された電力ケーブルの発熱を水素配管内を流れる水素ガスにより効率よく吸熱することができる。このように、電力ケーブルが発熱しても効率よく冷却することができるため、径寸法の小さな電力ケーブルを用いることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の車両用配電システムであって、前記水素配管及び前記電力ケーブルがシールド部材によって囲まれていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明では、電力ケーブルがシールド部材によって囲まれるため、ノイズを低減させることができる。従って、シールドのない電力ケーブルを用いることができるため、さらに放熱性が向上すると共に、径の小さな電力ケーブルを使用することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の車両用配電システムであって、前記電力ケーブルが前記水素配管に内蔵されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明では、電力ケーブルが水素配管内に配置されるため、充分に冷却される。このため、シールドのない電力ケーブルを用いることができ、放熱性が向上すると共に、径の小さな電力ケーブルを使用することができる。なお、水素雰囲気は空気雰囲気に比べて熱伝導性が良好である。
【００１２】
請求項４記載の発明は、水素貯蔵タンクと、燃料電池と、前記水素貯蔵タンク及び前記燃料電池を接続すると共に、前記水素貯蔵タンクから放出されることにより冷却された水素ガスを前記燃料電池へ向けて流す水素配管と、前記燃料電池で発電された電力が供給される負荷と、を備える車両用配電システムであって、前記水素配管が導電性を有し、前記燃料電池及び前記負荷に電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明では、導電性の水素配管に電流を流すことができるため、水素配管を電力ケーブルの代替えとして用いることができる。このとき、水素配管内を通る水素ガスによって冷却することができる。従って、この発明では、電力ケーブルが不要となるため、部品点数を削減することができる。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、水素配管に電力ケーブルを沿わせることにより、水素ガスの吸熱反応で電力ケーブルを効率的に冷却できるため、電力ケーブルの放熱性が向上する。このため、径の小さな電力ケーブルを用いることができ、車両搭載性が向上する。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、請求項１の発明の効果を有するのに加えて、電力ケーブルがシールド部材によって囲まれることによりノイズが低減する。このため、シールドのない電力ケーブルを用いることができ、放熱性が向上すると共に、径寸法の小さな電力ケーブルを使用することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、請求項１の発明の効果を有するのに加えて、電力ケーブルを水素配管内に配置することにより、電力ケーブルを充分に冷却することができる。このため、請求項３記載の発明によれば、シールドのない電力ケーブルを用いることができ、放熱性が向上すると共に、径の小さな電力ケーブルを使用することができる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、導電性の水素配管を電力ケーブルの代替えとして用いることができ、しかも、内部を通る水素ガスによって冷却することができる。このように電力ケーブルが不要となることにより、部品点数を削減することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る車両用配電システムの詳細を図示する実施の形態に基づいて具体的に説明する。なお、各実施の形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態の全体を示す概略説明図、図２はその水素配管及び電力ケーブルを示す断面図である。
【００２０】
図１に示すように、車両１には、水素貯蔵タンク２と、燃料電池３と、負荷としてのインバータ４及びモータ５とが搭載されている。水素貯蔵タンク２は水素ガスを貯蔵するものであり、燃料電池３は水素貯蔵タンク２からの水素ガスと図示しない空気供給源からの空気ガスとにより発電を行って、直流電流を発生させる。また、インバータ４は燃料電池からの直流電流を交流電流に変換し、モータ５は車両１の駆動力を発生させる。
【００２１】
水素ガスを燃料電池３に供給するため、水素貯蔵タンク２と燃料電池３とが水素配管６によって接続されている。また、発電した直流電流をインバータ４に供給するため、インバータ４と燃料電池３とが電力ケーブル７によって接続されている。さらに、インバータ４からの交流電流をモータ５に供給するため、これらが電力ケーブル８によって接続されている。
【００２２】
電力ケーブル７、８は複数が配線されている。電力ケーブル８は、図２に示すように、銅線からなる導体１０と、導体１０を被覆する絶縁性の導体被覆１１と、導体被覆１１の周囲を囲むシールド１２と、シールド１２を被覆する絶縁性のシールド被覆１３とによって形成されている。
【００２３】
このような構造では、水素貯蔵タンク２内の水素ガスを、水素配管６を通して燃料電池３に供給する。燃料電池３では、供給された水素ガスと空気供給源からの空気ガスとによって発電を行い、直流発電を発生させる。発電された直流電流は、電力ケーブル７を介してインバータ４に供給され、インバータ４で交流電流に変換された後、モータ５に供給され、モータ５の駆動によって車両１が駆動される。
【００２４】
この実施の形態では、電力ケーブル８を水素配管６に沿わせるように配線している。このため、図２に示すように、電力ケーブル８及び水素配管６がブラケット１５に固定されている。この場合、電力ケーブル８は、水素配管６と接触した状態で同配管６と平行に沿わせてもよく、接触することなく水素配管６に接近した状態で同配管６と平行に沿わせてもよい。
【００２５】
電力ケーブル８は、流れる電流値に応じて発熱量が増大する特性を有しているため、その径寸法は一般に電流値、通電時間、使用雰囲気温度等の使用環境によって設定されるが、この実施の形態では、後述するように電力ケーブル８が効率良く冷却されるため、使用環境に合わせた一般的な径寸法よりも小さな径寸法の電力ケーブル８を使用できる。
【００２６】
すなわち、この実施の形態においては、電力ケーブル８に大電流を流すとき、流す電流値に応じて水素貯蔵タンク２から水素配管６に水素ガスが流れる。この水素ガスを放出するとき、水素貯蔵タンク２及び水素配管６が吸熱反応を起こすため、水素配管６は雰囲気温度よりも温度が低下する。電力ケーブル８は、この水素配管６に沿っているため、温度が低下した水素配管６によって冷却される。この実施の形態では、水素貯蔵タンク２及び水素配管６において水素ガスが大量に流れると温度が下がると共に大電流が流れるようになっている。
【００２７】
なお、電力ケーブル８は、導体１０及び導体被覆１１をシールド１２及びシールド被覆１３が覆っているため、シールドが覆っていない電力ケーブルに比べて放熱性が悪く、従来では、通電電流による導体１０の発熱量と雰囲気温度とを考慮して導体の径を大きめに設定する必要がある。これに対し、この実施の形態では、水素配管６に放熱して雰囲気温度を低下させて冷却を行うことができるため、導体１０の径寸法を小さく設定ことができる。これにより、径寸法の小さな電力ケーブル８を用いることができるため、ケーブルの屈曲が容易となり、車載性が向上する。
【００２８】
なお、この実施の形態では、インバータ４とモータ５とを接続する電力ケーブル８を水素配管６に沿わせているが、燃料電池３とインバータ４を接続する電力ケーブル７を同様にして水素配管６に沿わせることも可能である。
【００２９】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態を示す断面図である。この実施の形態における電力ケーブル１６では、導体１０が導体被覆１１に被覆されており、シールドには被覆されていない。また、電力ケーブル１６及び水素配管６がシールド部材１７に囲まれることにより、電力ケーブル１６が水素配管６に沿った状態となっている。
【００３０】
シールド部材１７は、金属製の管体からなり、その内部に電力ケーブル１６及び水素配管６を挿通することにより、これらを囲んだ状態となっている。これに限らず、水素配管６及び電力ケーブル１６を束ねた状態で金属製のプレートを巻き付けてもよい。
【００３１】
この実施の形態では、電力ケーブル１６としてシールド及びシールド被覆に被覆されていない構造としているため、導体１０の放熱性が向上する。また、電力ケーブル１６が水素配管６に沿っており、水素配管６が雰囲気温度を低下させることを利用して電力ケーブル１６が冷却される。このため、第１実施形態に比べて、さらに径寸法の小さな導体１０を用いることができ、電力ケーブル１６の径寸法も小さくすることができる。
【００３２】
また、電力ケーブル１６が水素配管６と共にシールド部材１３によって囲まれているため、シールド電線と同様にノイズを低減させることも可能となる。
【００３３】
（第３実施形態）
図４〜図７は、本発明の第３実施形態であり、図４はその全体を示す概略説明図、図５及び図６はケーブル内蔵水素配管２０を示す断面図、図７はケーブル内蔵水素配管２おの側面図である。図４に示すように、水素貯蔵タンク２、燃料電池３、インバータ４及びモータ５がケーブル内蔵水素配管２０によって接続されている。
【００３４】
ケーブル内蔵水素配管２０は、図５に示すように、水素配管６の内部に電力ケーブル１６を挿通させることにより形成されている。なお、電力ケーブル１６は導体１０が導体被覆１１に被覆され、シールド及びシールド被覆に被覆されていない構造となっている。
【００３５】
図６及び図７は、この実施形態において、水素配管６内部の電力ケーブル１６から電力を取り出すための構造を示す。水素配管６の所定部分に孔を開け、その孔にバスバー２１を通してバスバー２１を固定する。この固定は、孔に樹脂モールド２２を施すことにより行い、これにより、同時に孔を封鎖して水素ガスの漏れを防止する。一方、電力ケーブル１６の先端に端子部２３を取り付け、この端子部２３をバスバー２１の電極に接続する。なお、この接続は、溶接、ボルト止め等によって行うことができる。従って、バスバー２１の水素配管６から外部に出ている部分に対して、コネクタや端子等によってシールド電線等を接続することにより電力の取り出しが可能となる。
【００３６】
この実施の形態では、電力ケーブル１６を水素配管６の内部に配置するため、これらが別体の場合よりも、配線の本数を１本少なくすることができる。また、水素配管６の内部に電力ケーブル１６が挿通することにより、電力ケーブル１６は水素雰囲気の内部に配置された状態となっている。水素雰囲気は空気雰囲気に比べて熱伝導率が高く、冷却能に優れているため、電力ケーブル１６を充分に冷却することが可能となる。これにより、さらに径の小さな電力ケーブルを使用することができるため、車両、特に電力ケーブルや水素配管を配置する車体フロアの下面での配置の自由度が向上する。また、この実施形態では、水素配管６を金属によって形成した場合には、内部の電力ケーブル１６のノイズを低減させることが可能となる。
【００３７】
なお、水素配管６から水素ガスが漏れても、水素貯蔵タンクから水素ガスが供給されるため、電力ケーブル１６に対する冷却能力が低下することがない。漏れた水素ガスは、水素ガスセンサによって検知することができる。
【００３８】
（第４実施形態）
図８及び図９は、本発明の第４の実施の形態を示す。この実施の形態では、図８に示すように、水素貯蔵タンク２、燃料電池３、インバータ４及びモータ５が水素・電力配管２５によって接続されている。
【００３９】
水素・電力配管２５は、図９に示すように、内側から外側に向かって、水素配管６、水素配管６を覆う絶縁性の配管被覆２６、シールド２７、絶縁性のシールド被覆２８が配置されることにより形成されている。水素配管６の内部には、水素貯蔵タンク２からの水素ガスが流れている。この水素配管６としては、導電性金属が使用され、これにより水素配管６を電力ケーブルとして使用することができる。なお、配管被覆２６によって水素配管６を覆うことによって絶縁性が確保されている。
【００４０】
この実施の形態では、水素配管６の電流を流すことによって、燃料電池３、インバータ４、モータ５を電気的に接続することができる。電流を流すことにより、水素配管６が発熱するが、水素配管６の内部に水素ガスが流れているため、水素配管の冷却を行うことができる。
【００４１】
また、電力ケーブルとしての水素配管６の外側をシールド２７が覆っているため、ノイズを低減することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の全体を示す概略説明図である。
【図２】第１の実施の形態における水素配管及び電力ケーブルの断面図である。
【図３】第２の実施の形態の断面図である。
【図４】第３の実施の形態の全体側面図である。
【図５】第３の実施の形態におけるケーブル内蔵水素配管の断面図である。
【図６】第３の実施の形態におけるケーブル内蔵水素配管の接続状態を示す断面図である。
【図７】第３の実施の形態におけるケーブル内蔵水素配管の接続状態を示す平面図である。
【図８】第４の実施の形態の全体側面図である。
【図９】第４の実施の形態における水素・電力配管の断面図である。
【符号の説明】
１車両
２水素貯蔵タンク
３燃料電池
４インバータ
５モータ
６水素配管
８電力ケーブル

Claims

水素貯蔵タンクと、燃料電池と、前記水素貯蔵タンク及び前記燃料電池を接続すると共に、前記水素貯蔵タンクから放出されることにより冷却された水素ガスを前記燃料電池へ向けて流す水素配管と、前記水素配管で流された水素ガスの流量に対応した発電量に応じて発生した電流を流す電力ケーブルと、前記電力ケーブルに接続された負荷と、を備える車両用配電システムであって、
前記電力ケーブルが前記水素配管内の水素により吸熱されるように前記水素配管に沿って配置されていることを特徴とする車両用配電システム。
請求項１記載の車両用配電システムであって、
前記水素配管及び前記電力ケーブルがシールド部材によって囲まれていることを特徴とする車両用配電システム。
請求項１記載の車両用配電システムであって、
前記電力ケーブルが前記水素配管内に内蔵されていることを特徴とする車両用配電システム。
水素貯蔵タンクと、燃料電池と、前記水素貯蔵タンク及び前記燃料電池を接続すると共に、前記水素貯蔵タンクから放出されることにより冷却された水素ガスを前記燃料電池へ向けて流す水素配管と、前記燃料電池で発電された電力が供給される負荷と、を備える車両用配電システムであって、
前記水素配管が導電性を有し、前記燃料電池及び前記負荷に電気的に接続されていることを特徴とする車両用配電システム。