JP4094357B2 - 燃料電池車両の車体構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池車両の車体構造に関するものであり、特に、燃料電池と燃料電池発電用燃料を貯蔵する燃料タンクとを結ぶ燃料供給配管を保護できる燃料電池車両の車体構造に係るものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車の中には燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素を供給して発電を行い、この発電電力でモータを駆動して走行する燃料電池車両が知られている。燃料ガスである水素は燃料タンクに充填し、空気中から取り出した酸素と共に燃料電池に供給されるが、水素ガスの燃料タンクと燃料電池とを供給配管で接続する必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前記燃料電池や燃料タンクには十分な衝突安全性が確保されているが、これら燃料電池と燃料タンクとを接続する燃料供給配管にも同様に衝突安全性を確保するためには、燃料供給配管にプロテクターを設けたり、プロテクターの周囲の車体パネルの強度・剛性を高める必要があり、車体重量の増加が避けられないという問題がある。
また、特開2000−149974号公報に開示されているように、あらゆる方向からの衝突安全性を高めるために燃料電池をルーフ部に配置する構造も提案されているが、ルーフの剛性を高める必要が生じて車体重量バランスの点で不利であるという問題がある。
そこで、この発明は、車体重量の増加を防止しつつ、燃料ガスの供給配管を確実に保護することができる燃料電池車両の車体構造を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、燃料電池(例えば、実施形態における燃料電池38)の発電電力により駆動する燃料電池車両の車体構造において、燃料電池発電用燃料を貯蔵する燃料タンク(例えば、実施形態における水素タンク29,30)を支持するフレームユニット(例えば、実施形態におけるサブフレーム22)と前記燃料電池を収納する燃料電池ボックス(例えば、実施形態における燃料電池ボックス39)とを離間させて車体床(例えば、実施形態におけるフロントフロア1、リヤフロア2)下の前後に配置し、前記フレームユニット及び前記燃料電池ボックスを車両のフロアフレームにそれぞれ支持し、前記燃料タンクと燃料電池とを結ぶ燃料供給配管(例えば、実施形態における集合配管46,供給配管47,49)を前記フレームユニットの側面よりも車幅方向内側に設け、前記燃料供給配管における平面から視て燃料電池ボックスとフレームユニットとを跨ぐ部分(例えば、実施形態における部分M)の側方にピラー(例えば、実施形態におけるセンターピラー71,81)を配置したことを特徴とする。
このように構成することで、燃料電池ボックスとフレームユニットとの間に側方から障害物が進入してきたとしても、車体側部の骨格部であるピラーによりこの障害物の進入を阻止することができる。
【0005】
請求項2に記載した発明は、燃料電池の発電電力により駆動する燃料電池車両の車体構造において、燃料電池発電用燃料を貯蔵する燃料タンクを支持するフレームユニットと前記燃料電池を収納する燃料電池ボックスとを離間させて車体床下の前後に配置し、前記フレームユニット及び前記燃料電池ボックスを車両のフロアフレームにそれぞれ支持し、前記燃料タンクと燃料電池とを結ぶ燃料供給配管を前記フレームユニットの側面よりも車幅方向内側に設け、前記燃料供給配管における平面から視て燃料電池ボックスとフレームユニットとを跨ぐ部分の側方にピラーとサイドシル(例えば、実施形態におけるサイドシル70,80)との接合部(例えば、実施形態における接合部S)を配置したことを特徴とする。
このように構成することで、燃料電池ボックスとフレームユニットとの間に側方から障害物が進入してきたとしても、車体側部の骨格部であり相対的に強度剛性の高いピラーとサイドシルとの接合部によりこの障害物の進入を阻止することができる。
請求項3に記載した発明は、前記ピラーを前記燃料供給配管よりも下方まで延出して設けたことを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1〜図3に示すように、フロントフロア1の後縁に、後方に立ち上がるように有段成形されたリヤフロア2が接合されている。リヤフロア2の段差部3の裏側には車体骨格部を形成するクロスメンバ4(図1のみに示す)が車幅方向に渡って接合されている。フロントフロア1の下面には外側寄りに車体前後方向に沿って車体骨格部を形成するフロアフレーム5,6が左右に各々接続されている。フロントフロア1の両側縁には左右にインサイドシル7,8が各々接続され、各インサイドシル7,8の後端部はインサイドシルイクステンション9,10が設けられている。そして、これらインサイドシル7,8にアウトサイドシル7’,8’が接合され車体骨格部であるサイドシル70,80が形成されている。
【0007】
図4に示すように各インサイドシルイクステンション9,10の内側面には各々フロントブラケット11,12が接合されている。尚、図4においては左側のインサイドシルイクステンション9、フロントブラケット11のみを示し、右側は番号のみをかっこ内に示す。
フロントブラケット11(12)の後壁上縁のフランジ部11f(12f)には後述するリヤフレーム13(14)の底壁が接続され、前壁上縁のフランジ部11g(12g)にはクロスメンバ4の下面が接続され、前壁11b(12b)は内壁11a(12a)とともに前方に延びてフロントフレーム接続部11h(12h)となりフロアフレーム5(6)に接続されている。また、底壁にはカラーナット15(16)が立設されている。ここで、リヤフレーム13(14)はリヤフロア2の下面に接合され車体骨格部を形成する部材である。
したがって、リヤフレーム13(14)の前端部が、フロントブラケット11(12)を介して、サイドシル70(80)とフロアフレーム5(6)に接続されることとなる。
【0008】
図2に示すように各リヤフレーム13,14の後端部下面には、上に開いた断面形状のリヤブラケット17,18が取り付けられている。このリヤブラケット17,18はその側壁がリヤフレーム13,14の両側壁外面に接合され、前部の底壁にはカラーナット19,20が立設されている。
ここで、図1に示すように左右のリヤフレーム13,14間には前後に2つのクロスメンバ4A,4Bが接合され、各々の後端部、具体的にはリヤブラケット17,18の後端にバンパビーム21が取り付けられている。
【0009】
そして、フロントブラケット11,12とリヤブラケット17,18の各カラーナット15,16、19,20に下方からサブフレーム(フレームユニット)22がボルト23,23,23,23により固定されている。
サブフレーム22は、左右のフレーム部材24,25と前後のフレーム部材26,27とにより矩形枠状に形成された部材で車幅方向にクロスビーム28を備え、このクロスビーム28により振り分けたスペースに燃料タンクとしての2つの水素タンク29,30が各々バンド31,32により締め付け固定されている。また、サブフレーム22にはサスペンションユニット33が取り付けられ、このサスペンションユニット33に図示しないタイヤが取り付けられている。
そして、左右のフレーム部材24,25の前端と前部のフレーム部材26の両端との角部には前記カラーナット15,16に挿入されるボルト23の挿通部34,35が設けられ、左右のフレーム部材24,25の後端と後部のフレーム部材27の両端との角部には前記カラーナット19,20に挿入されるボルト23の挿通部36,37が設けられている。
【0010】
このようにして構成されたサブフレーム22の各挿通部34,35、36,37にボルト23を挿通して、このボルト23をリヤフレーム13,14のフロントブラケット11,12とリヤブラケット17,18とに取り付けたカラーナット15,16、19,20に挿入して締め付け固定することで、サブフレーム22をリヤフレーム13,14に固定している。ここで、上記サブフレーム22の前部のフレーム部材26の前面には平坦面26aが形成されている。
【0011】
図3に示すように、フロントフロア1下には前記左右のフロアフレーム5,6に跨るようにして燃料電池38と周辺機器を含む燃料電池ユニットNUが収納された燃料電池ボックス39が配置されている。
この燃料電池38は前記水素タンク29,30から供給される水素ガスと、図示しないコンプレッサーから供給される空気中の酸素を反応させて発電を行い、図示しない駆動用モータに発電電力を供給することで、燃料電池車両を駆動する。
【0012】
燃料電池ボックス39は燃料電池ユニットを覆うケース本体39aと上部に蓋39bを備えたものである。ケース本体39aは上部が凸状に形成され、これに対応して蓋39bの上部も凸状に形成されたもので、フロアフレーム5,6の底壁5a,6aに下方からボルト40をナット41に締め付けて、ケース本体39a、蓋39bとを固定するようになっている。尚、燃料電池ボックス39の後面、つまりケース本体39aの後面には平坦面39c(図1、図2に示す)が形成されている。このように構成された燃料電池ボックス39の後面の平坦面39cが、前記サブフレーム22の前面(前部のフレーム部材26)の平坦面26aに対向するようにして両者が車体の前後に近接して配置されている。
【0013】
ここで、図1、図2に示すように、水素タンク29,30は右側で高圧集合配管46により接続され、この集合配管46に接続された供給配管47がサブフレーム22のフレーム部材25の内側に沿って前側の水素タンク29の前部に回り込み、フレーム部材26,24の内側に沿って左側の両水素タンク29,30間に配置されたレギュレータ48に接続され、このレギュレータ48から前側に延びる供給配管49がサブフレーム22と燃料電池ボックス39との幅寸法内で両者に跨り両者を横断するようにして配索され燃料電池ボックス39の左後部裏側から内部の燃料電池ユニットNU内に挿通されている。
【0014】
そして、上記レギュレータ48から前側に延びる供給配管49であって、燃料電池ボックス39とサブフレーム22とを跨ぐ部分Mの側方部位には、平面から視て燃料電池ボックス39の後部とサブフレーム22の前部を跨ぐ位置にセンターピラー71,81が配置されている。
【0015】
具体的には、図3に左側のみを示すように(右側は番号のみをかっこ内に示す)、インサイドシル7(8)とアウトサイドシル7’(8’)とは、上下部でフランジ部78f,78f’により接合され閉断面構造部としてのサイドシル70(80)を形成しているが、上部のフランジ部78fには、インサイドピラー71a(81a)が接合され、アウトサイドシル7’(8’)の外側面にアウトサイドピラー71b(81b)が接合され、これらインサイドピラー71a(81a)とアウトサイドピラー71b(81b)とが、車体骨格部としてのセンターピラー71(81)を構成している。
そして、前記上記レギュレータ48から前側に延びる供給配管49であって、燃料電池ボックス39とサブフレーム22とを跨ぐ部分Mの側方部位には、平面から視て燃料電池ボックス39の後部とサブフレーム22の前部を跨ぐ位置に、車体側部の骨格部として相対的に強度剛性の高い前記サイドシル70(80)とセンターピラー71(81)との接合部Sが配置されている。
【0016】
ここで、左右のフロアフレーム5,6と左右のインサイドシル7,8との間には、片側で3箇所、両側で6箇所にブラケット42が接合されている。このブラケット42はフロアフレーム5,6とインサイドシル7,8とフロントフロア1の裏面に接合されるフランジ部42aを備えたものである。
【0017】
上記実施形態によれば、車両後面衝突時に、例えば左右のリヤフレーム13,14の後端部のバンパビーム21に入力荷重が作用した場合には、この荷重はフロントブラケット11,12を介してインサイドシル7,8とフロアフレーム5,6に分担されて支持される。したがって、サブフレーム22には大きな荷重は作用しないため、水素タンク29,30を確実に保護することができる。
また、サブフレーム22の前端部はフロントブラケット11,12にカラーナット15,16を介して接続され、フロントブラケット11,12には、車室外側にインサイドシル7,8が、車室内側にフロアフレーム5,6が各々接続されているため、例えば、サブフレーム22の後端部に前側に向かって矢印(図1に示す)で示すように衝撃荷重が作用した場合に、この荷重はフロントブラケット11,12で2つに分散されインサイドシル7,8とフロアフレーム5,6に分担されて作用する。
【0018】
したがって、衝撃荷重がインサイドシル7,8とフロアフレーム5,6に分担されて支持される分だけ、インサイドシル7,8あるいはフロアフレーム5,6の一方に集中して作用する場合に比較して、支持強度・支持剛性を高めることができる。また、このとき衝撃荷重はインサイドシル7,8とフロアフレーム5,6に対して圧縮方向に作用するため強度的に有利である。
その結果、サブフレーム22の水素タンク29,30を確実に保護することができる。
【0019】
また、このようにサブフレーム22に前側に向かって衝撃荷重が作用した場合にサブフレーム22が前方に変位したとしても、サブフレーム22の前部のフレーム部材26の平坦面26aが、前記燃料電池ボックス39の後面の平坦面39cに対向して配置され、サブフレーム22の平坦面26aが燃料電池ボックス39側の平坦面39c全体に渡って均一に押圧力を作用させ、加重が面全体に分散されて作用するため、燃料電池ボックス39の後面の一部に対して集中的に荷重が作用した場合に比較して燃料電池ボックス39の破損を確実に防止することができる。
【0020】
そして、車両側面衝突時に、相対的に車両側方から障害物が進入して、燃料電池ボックス39とサブフレーム22との間に入り込もうとしても、上下方向に延びるセンターピラー71,81がプロテクターとして機能して障害物の車室内側への移動を阻止するため、燃料電池ユニットNUと水素タンク29,30とを接続する供給配管のうち、レギュレータ48の下流側の供給配管49であって燃料電池ボックス39とサブフレーム22とを跨ぐ部分Mが障害物によって破損するのを防止できる。
とりわけ、上記燃料電池ボックス39とサブフレーム22とを跨ぐ部分Mの側方位置に、車体側部の骨格部として相対的に強度剛性の高いサイドシル70,80とセンターピラー71,81との接合部Sが配置されているため、この接合部Sに荷重が入力されると、この荷重はブラケット42を介してフロアフレーム5,6に支持されると共にセンターピラー71,81を介して図示しないルーフサイドフレームに荷重分担される。
したがって、進入しようとする障害物によりサイドシル70,80とセンターピラー71,81との接合部Sは変形することはなく、障害物の進入を阻止できるため、上記燃料電池ボックス39とサブフレーム22とを跨ぐ部分Mが障害物によって破損するのを確実に防止できる。尚、サブフレーム22の側方にはサスペンションユニット33に取り付けられたタイヤが設けられているため、このタイヤにより側方からの衝突に対抗でき、この部位でも衝突安全性を確保できる。
【0021】
その結果、前記燃料電池ボックス39とサブフレーム22との間を跨ぐ部分Mを特別に保護するために前記供給配管49の側方を覆うプロテクターを別途設けたり、その周囲の車体パネルの強度・剛性を高める必要がなくなり、既存の車体骨格部を有効利用して車体重量を増加することなく確実に供給配管49を保護することができる。
ここで、前記集合配管46、供給配管47及び供給配管49の後部はサブフレーム22のフレーム部材24,25,26,27に取り囲まれて保護され、また供給配管49の前部は燃料電池ボックス39の幅寸法内に収まっているため、車両側方からの障害物からは確実に保護できる。
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、水素タンク29,30と燃料電池ユニットNUとを結ぶ供給配管は、燃料電池ボックス39とサブフレーム22とを跨ぐ部分Mが存在すれば、それ以外の部分についての配索態様は一例であってこれに限られるものではない。
【0022】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項1に記載した発明によれば、燃料電池ボックスとフレームユニットとの間に側方から障害物が進入してきたとしても、車体骨格部であるピラーによりこの障害物の進入を阻止することができるため、燃料タンクと燃料電池ユニットとを結ぶ燃料供給配管の燃料電池ボックスとフレームユニットとの間に跨る部分を特別に保護する部材を必要とせずに保護することができる効果がある。
【0023】
請求項2に記載した発明によれば、燃料電池ボックスとフレームユニットとの間に側方から障害物が進入してきたとしても、車体側部の骨格部であり相対的に強度剛性の高いピラーとサイドシルとの接合部によりこの障害物の進入を阻止することができるため、燃料タンクと燃料電池ユニットとを結ぶ燃料供給配管の燃料電池ボックスとフレームユニットとの間に跨る部分を特別に保護する部材を必要とせず、より確実に保護することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施形態の平面説明図である。
【図2】 図1の側面説明図である。
【図3】 図1のA−A線に沿う断面図である。
【図4】 フロントブラケットの斜視図である。
【符号の説明】
S 接合部
1 フロントフロア(床)
2 リヤフロア(床)
22 サブフレーム(フレームユニット)
29,30 水素タンク(燃料タンク)
38 燃料電池
39 燃料電池ボックス
46 集合配管(燃料供給配管)
47,49 供給配管(燃料供給配管)
70,80 サイドシル
71,81 センターピラー(ピラー)
Claims (3)
- 燃料電池の発電電力により駆動する燃料電池車両の車体構造において、燃料電池発電用燃料を貯蔵する燃料タンクを支持するフレームユニットと前記燃料電池を収納する燃料電池ボックスとを離間させて車体床下の前後に配置し、前記フレームユニット及び前記燃料電池ボックスを車両のフロアフレームにそれぞれ支持し、前記燃料タンクと燃料電池とを結ぶ燃料供給配管を前記フレームユニットの側面よりも車幅方向内側に設け、前記燃料供給配管における平面から視て燃料電池ボックスとフレームユニットとを跨ぐ部分の側方にピラーを配置したことを特徴とする燃料電池車両の車体構造。
- 燃料電池の発電電力により駆動する燃料電池車両の車体構造において、燃料電池発電用燃料を貯蔵する燃料タンクを支持するフレームユニットと前記燃料電池を収納する燃料電池ボックスとを離間させて車体床下の前後に配置し、前記フレームユニット及び前記燃料電池ボックスを車両のフロアフレームにそれぞれ支持し、前記燃料タンクと燃料電池とを結ぶ燃料供給配管を前記フレームユニットの側面よりも車幅方向内側に設け、前記燃料供給配管における平面から視て燃料電池ボックスとフレームユニットとを跨ぐ部分の側方にピラーとサイドシルとの接合部を配置したことを特徴とする燃料電池車両の車体構造。
- 前記ピラーを前記燃料供給配管よりも下方まで延出して設けた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両の車体構造。
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