JP4265367B2 - Vehicle fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は車両用燃料電池システムに係り、特に、車両用燃料電池システムの部品を搭載した車両のボンネットフードを低くすることができ、車両用燃料電池システムの部品の車両への搭載作業を簡素化することができる車両用燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system for a vehicle, and in particular, can lower the hood of a vehicle equipped with components of the fuel cell system for vehicles, and simplifies the work of mounting the components of the fuel cell system for vehicles on the vehicle. The present invention relates to a vehicular fuel cell system.
燃料電池自動車等の車両においては、走行用モータを駆動する電気エネルギを車両用燃料電池システムにより発生している。車両用燃料電池システムは、燃料電池セルを多数積層した燃料電池スタックを設け、この燃料電池スタックに水素ガスを供給して電気エネルギを発生し、走行用モータを駆動して車両を走行させる。 In a vehicle such as a fuel cell vehicle, electric energy for driving a traveling motor is generated by a vehicle fuel cell system. A vehicle fuel cell system includes a fuel cell stack in which a large number of fuel cells are stacked, supplies hydrogen gas to the fuel cell stack to generate electrical energy, and drives a traveling motor to cause the vehicle to travel.
車両用燃料電池システムは、燃料電池スタックや走行用モータ、ギヤボックス等の部品を分散して車両に搭載している。 In a vehicle fuel cell system, components such as a fuel cell stack, a driving motor, and a gear box are dispersed and mounted on a vehicle.
従来の車両用燃料電池システムには、車軸を駆動するためのモータと燃料電池とパワーコントロールユニットとを車両の同一空間内に配設し、モータをサスペンションフレームに搭載し、燃料電池とパワーコントロールユニットとをサスペンションフレーム上方のフレームに搭載したものがある。
従来の車両用燃料電池システムには、燃料電池車両のフロント室に搭載される燃料電池スタックの単位燃料電池セルを、鉛直方向に向かうように積層したものがある。
従来の車両用燃料電池システムには、振動を吸収するマウントを介して車体フレームに主モータが取付けられ、この主モータに圧縮機及び圧縮機駆動モータが取付けられ、前記マウントが主モータ並びに圧縮機及び圧縮機駆動モータの振動を吸収する共用マウントとなるように配置されているものがある。
2. Description of the Related Art There are conventional vehicle fuel cell systems in which unit fuel cells of a fuel cell stack mounted in a front chamber of a fuel cell vehicle are stacked so as to face in the vertical direction.
In a conventional vehicle fuel cell system, a main motor is attached to a vehicle body frame via a mount that absorbs vibration, and a compressor and a compressor drive motor are attached to the main motor, and the mount is the main motor and the compressor. Some of them are arranged to be a common mount that absorbs the vibration of the compressor drive motor.
ところで、車両用燃料電池システムにおいては、車室のスペースを広く確保するために、燃料電池スタックや走行用モータ、ギヤボックス等の部品を分散してコンパクトに搭載する必要がある。 Incidentally, in a vehicle fuel cell system, it is necessary to disperse and mount components such as a fuel cell stack, a traveling motor, and a gear box in a compact manner in order to secure a wide space in the passenger compartment.
ところが、軽自動車のように小型で前輪駆動方式の車両においては、車両前部のエンジンルームに相当するフロント室のスペースが限られているため、このフロント室に車両用燃料電池システムの燃料電池スタックや走行用モータ、インバータ等の部品を搭載することが困難な問題がある。 However, in a small and front-wheel drive type vehicle such as a light vehicle, the space in the front room corresponding to the engine room in the front part of the vehicle is limited, so the fuel cell stack of the fuel cell system for vehicles is placed in this front room. In addition, there is a problem that it is difficult to mount components such as a motor for driving and an inverter.
また、前記車両においては、限られたスペース内に車両用燃料電池システムの多くの部品を搭載することにより、搭載性の悪化が懸念される問題がある。 Moreover, in the said vehicle, there exists a problem that mounting property may be aggravated by mounting many components of the fuel cell system for vehicles in the limited space.
さらに、前記車両においては、フロント室内に多くの部品を搭載することにより、フロント室前部に配置される放熱器を通過する冷却風の抜けが悪くなり、要求される冷却性能を満足することができない不都合がある。 Furthermore, in the vehicle, by mounting many parts in the front room, the escape of the cooling air passing through the radiator disposed in the front part of the front room becomes worse, and the required cooling performance can be satisfied. There are inconveniences that cannot be made.
また、車両の前部に走行用モータやギヤボックスに加えて燃料電池スタックを搭載する場合には、走行用モータの上部に燃料電池スタックを積み重ねて配設すると、燃料電池スタックの上方を覆うボンネットフードの高さが高くなる問題があった。 In addition, when a fuel cell stack is mounted on the front part of the vehicle in addition to the traveling motor and gear box, a bonnet that covers the upper part of the fuel cell stack is arranged by arranging the fuel cell stack on top of the traveling motor. There was a problem that the height of the hood increased.
さらに、燃料電池スタックを走行用モータやギヤボックスと別体で車両に搭載する場合には、車両への搭載作業が複雑化する問題があった。 Further, when the fuel cell stack is mounted on the vehicle separately from the driving motor or gear box, there is a problem that the mounting operation on the vehicle becomes complicated.
この発明は、走行用モータとドライブシャフトを介して前輪を駆動するギヤボックスと燃料電池スタックとを車両の前部に搭載した車両用燃料電池システムにおいて、前記車両の幅方向に前記ギヤボックスを挟んで前記走行用モータと前記燃料電池スタックとを配設し、前記ギヤボックスと前記走行用モータと前記燃料電池スタックとを一体化したユニット体を構成して前記車両に搭載したことを特徴とする。 The present invention provides a fuel cell system for a vehicle in which a gear box for driving front wheels via a drive motor and a drive shaft and a fuel cell stack are mounted on the front portion of the vehicle, wherein the gear box is sandwiched in the width direction of the vehicle. The driving motor and the fuel cell stack are arranged in the above, and a unit body in which the gear box, the driving motor, and the fuel cell stack are integrated is mounted on the vehicle. .
この発明の車両用燃料電池システムは、車両の幅方向にギヤボックスを挟んで走行用モータと燃料電池スタックとを配設したことにより、ギヤボックスを挟んで燃料電池スタックを走行用モータと同程度の低い位置に配設することができ、ユニット体の上部を覆うボンネットフードの高さを低くすることができ、また、ギヤボックスと走行用モータと燃料電池スタックとを一体化したユニット体を構成して車両に搭載したことにより、車両への搭載作業を簡素化することができる。 In the fuel cell system for a vehicle according to the present invention, the traveling motor and the fuel cell stack are disposed with the gear box sandwiched in the width direction of the vehicle, so that the fuel cell stack is approximately the same as the traveling motor with the gear box interposed therebetween. The bonnet hood that covers the upper part of the unit body can be lowered in height, and the unit body that integrates the gear box, travel motor, and fuel cell stack By mounting on the vehicle, the mounting work on the vehicle can be simplified.
この発明の車両用燃料電池システムは、ギヤボックスを挟んで燃料電池スタックを走行用モータと同程度の低い位置に配設してユニット体の上部を覆うボンネットフードの高さを低くし、また、ギヤボックスと走行用モータと燃料電池スタックとを一体化して車両への搭載作業を簡素化するものである。
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
In the fuel cell system for a vehicle according to the present invention, the height of the hood for covering the upper part of the unit body is reduced by arranging the fuel cell stack at a position as low as the traveling motor with the gear box interposed therebetween. The gear box, the driving motor, and the fuel cell stack are integrated to simplify the mounting work on the vehicle.
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1〜図8は、この発明の実施例を示すものである。図1〜図3において、2は車両、4は車体、6・8は右側・左側前輪、10・12は右側・左側後輪、14はダッシュパネル、16はフロアパネル、18は車室、20はフロント室、22はボンネットフードである。この車両2は、車体4前部のダッシュパネル14後方に車室18を設け、ダッシュパネル14前方にエンジンルームに相当するフロント室20を設けている。フロント室20は、車体4を構成するダッシュパネル14と右側・左側エプロンパネル24・26と前端部材28とに囲まれて形成される。
1 to 8 show an embodiment of the present invention. 1-3, 2 is a vehicle, 4 is a vehicle body, 6 and 8 are right and left front wheels, 10 and 12 are right and left rear wheels, 14 is a dash panel, 16 is a floor panel, 18 is a vehicle compartment, 20 Is a front room and 22 is a hood. The
この車両2には、車両用燃料電池システム30を搭載している。車両用燃料電池システム30は、図1に示す如く、水素タンク32と燃料電池スタック34と走行用モータ36とギヤボックス38とインバータ40とを備えている。
The
前記水素タンク32は、車両2後部に搭載され、水素を貯留している。前記燃料電池スタック34は、車両2前部のフロント室20に配設され、固体高分子電解質膜を挟んでアノード側電極(水素極)とカソード側電極(空気極)とを対向して配置してなる燃料電池セル(図示せず)を多数積層して構成される。燃料電池スタック34は、水素タンク32の供給する水素ガスに酸化ガスを反応させて電気エネルギを発生する。
The
前記走行用モータ36は、フロント室20に配設され、燃料電池スタック34の発生する電気エネルギにより駆動される。前記ギヤボックス38は、フロント室20に配設され、走行用モータ36に接続されている。ギヤボックス38は、右側・左側ドライブシャフト42・44を介して右側・左側前輪6・8に連絡している。前記インバータ40は、燃料電池スタック34の発電電力を交流電力に変換し、走行用モータ36に供給する。
The
また、車両用燃料電池システム30は、図2に示す如く、フロント室20に燃料電池スタック34用の放熱器46と走行用モータ36用の放熱器48とを配設している。燃料電池スタック34用の放熱器46は、走行用モータ36の前側に配設されている。走行用モータ36用の放熱器48は、燃料電池スタック34の前側に配設されている。
In the vehicle
このように、車両用燃料電池システム30は、水素ガスにより電気エネルギを発生する燃料電池スタック34と、この燃料電池スタック34の発生する電気エルギにより駆動される走行用モータ36と、走行用モータ36に接続されて右側・左側ドライブシャフト42・44を介して右側・左側前輪6・8を駆動するギヤボックス38とを、車両2前部のフロント室20に搭載している。
As described above, the vehicular
この車両用燃料電池システム30は、図1に示す如く、車両2の幅方向の中央にギヤボックス38を配設し、このギヤボックス38を挟んで車両2の幅方向の各側に燃料電池スタック34と走行用モータ36とを配設し、図2に示す如く、燃料電池スタック34と走行用モータ36とギヤボックス38とを一体化したユニット体50を構成して車両2に搭載している。
As shown in FIG. 1, the vehicle
燃料電池スタック34は、図4に示す如く、下部が左側ドライブシャフト44の前側に位置するように配設され、且つ上部が後方に傾斜した状態で車両2に搭載される。燃料電池スタック34は、図5〜図7に示す如く、支持ブラケット52により支持される。支持ブラケット52は、前側ブラケット部52−1と後側ブラケット部52−2と右側・左側ブラケット部52−3・52−4と底側ブラケット部52−5とからなり、燃料電池スタック34の前面・後面・左右側面・底面を囲むように組付けられる。
As shown in FIG. 4, the
燃料電池スタック34の支持ブラケット52は、右側ブラケット部52−3をギヤボックス38に取付けられ、左側ブラケット部52−4を後述する左側マウント部材68を介して左側エプロンパネル26に取付けられる。
In the
また、ユニット体50には、燃料電池スタック34の発電電力を交流電力に変換する前記インバータ40を備えている。このインバータ40は、図3・図8に示す如く、走行用モータ36の上部に空間部54を介して配設される。
Further, the
インバータ40は、図6〜図8に示す如く、左前部を左前側ブラケット56により支持ブラケット52の右側ブラケット部52−3に取付けられ、左後部を左後側ブラケット58によりギヤボックス38に取付けられ、右前部を右前側ブラケット60により走行用モータ36に締結された後述する右側マウント部材66の右側ユニット用ブラケット72に取付けられ、右後部を右後側ブラケット62により走行用モータ36に取付けられる。
As shown in FIGS. 6 to 8, the
車両2の平面視におけるユニット体50の前縁部には、図1に示す如く、燃料電池スタック34を走行用モータ36よりも前方に突出させて配置したことによって、走行用モータ36の前側に段差部64が形成されている。この段差部64には、図2に示す如く、燃料電池スタック34用の前記放熱器46を配設している。また、この放熱器46の車両2の幅方向において並列する位置の燃料電池スタック34の前側には、この放熱器46よりも小さい容量の走行用モータ36用の前記放熱器48を配設している。
At the front edge of the
また、ユニット体50は、図5〜図7に示す如く、振動を吸収するマウント部材を介して複数箇所で車体4に支持されている。この実施例においては、ユニット体50を右側マウント部材66と左側マウント部材68と後側マウント部材70とにより車体4に支持している。
5 to 7, the
右側マウント部材66は、右側ユニット用ブラケット72により走行用モータ36に取付けられ、右側エプロンパネル24に取付けられた右側パネル用ブラケット74に支持されている。左側マウント部材68は、左側ユニット用ブラケット76により支持ブラケット52の左ブラケット部52−4に取付けられ、左側エプロンパネル26に取付けられた左側パネル用ブラケット78に支持されている。後側マウント部材70は、後側ユニット用ブラケット80によりギヤボックス38に支持され、ダッシュパネル14下端に連続するフロアパネル16下面に取付けられる。
The
マウント部材66〜70は、各マウント部材66〜70のうち少なくとも1つ、この実施例においては左側マウント部材68を、燃料電池スタック34をギヤボックス38に連結して支持する支持ブラケット52の左側ブラケット部52−4に取付けている。これにより、ユニット体50は、振動を吸収する各マウント部材66〜70を介して、車体4を構成する右側エプロンパネル24と左側エプロンパネル26とフロアパネル16とに複数箇所で支持されている。
The mounting
このように、この車両用燃料電池システム30は、車両2の幅方向にギヤボックス38を挟んで走行用モータ36と燃料電池スタック34とを配設したことにより、ギヤボックス38を挟んで燃料電池スタック34を走行用モータ36と同程度の低い位置に配設することができ、ユニット体50の上部を覆うボンネットフード22の高さを低くすることができ、また、ギヤボックス38と走行用モータ36と燃料電池スタック34とを一体化したユニット体50を構成して車両2に搭載したことにより、車両2への搭載作業を簡素化することができる。
As described above, the vehicle
燃料電池スタック34は、左側ドライブシャフト44の前側に配設され、且つ上部が後方に傾斜した状態で車両2に搭載されることことにより、箱型の燃料電池スタック34を左側ドライブシャフト44の上方を覆うように傾斜させており、ボンネットフード22の傾斜に沿って燃料電池スタック34を配設することができるとともに、燃料電池スタック34内で生成される生成水を傾斜方向に流れさせて排出を容易にすることができる。
The
ユニット体50には、燃料電池スタック34の発電電力を交流電力に変換するインバータ40を備え、このインバータ40は走行用モータ36の上部に空間部54を介して配設されることにより、ユニット体50にインバータ40を一体に装着して車両2への搭載性を向上させることができるとともに、インバータ40と走行用モータ36との間の空間部54に車両2前方から導入される走行風を導いて、走行用モータ36の冷却効果を向上させることができる。
The
車両2の平面視におけるユニット体50の前縁部には、燃料電池スタック34を走行用モータ36よりも前方に突出させた段差部64が形成され、この段差部64に燃料電池スタック34用の放熱器46を配設したことにより、ユニット体50に放熱器46を近接して配設することができ、車両2の前後長を短縮することができる。
A stepped
また、ユニット体50は、振動を吸収するマウント部材66〜70を介して複数箇所で車体4に支持され、マウント部材66〜70のうち少なくとも1つである左側マウント部材68を、燃料電池スタック34をギヤボックス38に連結して支持する支持ブラケット52の左側ブラケット部52−3に取付けたことにより、燃料電池スタック34に左側マウント部材68から過大な荷重が作用することを防止できる。
The
この発明の車両用燃料電池システムは、ギヤボックスを挟んで燃料電池スタックを走行用モータと同程度の低い位置に配設してユニット体の上部を覆うボンネットフードの高さを低くし、また、ギヤボックスと走行用モータと燃料電池スタックとを一体化して車両への搭載作業を簡素化するものであり、前輪駆動式の燃料電池自動車のみならず後輪駆動式の車両のレイアウトにも適用することができる。 In the fuel cell system for a vehicle according to the present invention, the fuel cell stack is disposed at a position as low as the traveling motor with the gear box interposed therebetween, and the height of the bonnet hood that covers the upper portion of the unit body is reduced. The gearbox, motor for driving, and fuel cell stack are integrated to simplify the mounting work on the vehicle, and it can be applied to the layout of not only front-wheel drive fuel cell vehicles but also rear-wheel drive vehicles. be able to.
2 車両
4 車体
6・8 右側・左側前輪
14 ダッシュパネル
16 フロアパネル
20 フロント室
22 ボンネットフード
24・26 右側・左側エプロンパネル
30 車両用燃料電池システム
32 水素タンク
34 燃料電池スタック
36 走行用モータ
38 ギヤボックス
40 インバータ
42・44 右側・左側ドライブシャフト
46 放熱器
50 ユニット体
52 支持ブラケット
54 空間部
64 段差部
66 右側マウント部材
68 左側マウント部材
70 後側マウント部材
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