JP4668029B2 - Fuel cell vehicle - Google Patents
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Description
この発明は、燃料電池自動車、特に燃料電池等を収納する筐体内の水素濃度を迅速に検出できる燃料電池自動車に関する。 The present invention relates to a fuel cell vehicle, and more particularly to a fuel cell vehicle capable of quickly detecting the hydrogen concentration in a housing that houses a fuel cell or the like.
従来から、燃料電池を搭載した燃料電池自動車が知られている。燃料電池を搭載するにあたっては、水素ガスを用いる関係で燃料電池を収納する筐体内の換気を行うために様々な換気構造が採用されている(特許文献1参照)。
ところで、燃料電池を収容する筐体内を換気する場合には、筐体内に水素センサを配置し、この水素センサの検出結果に基づいてこれを行う必要ある。ところが、水素センサの検出精度が低いと、必要以上に換気を行わなければならず煩雑であるという問題がある。
また、検出精度を高めるために複数の水素センサを設けるとコストアップにつながるという問題がある。
By the way, when ventilating the inside of the housing that houses the fuel cell, it is necessary to arrange a hydrogen sensor in the housing and perform this based on the detection result of the hydrogen sensor. However, when the detection accuracy of the hydrogen sensor is low, there is a problem that ventilation must be performed more than necessary, which is complicated.
In addition, if a plurality of hydrogen sensors are provided to increase the detection accuracy, there is a problem that the cost increases.
そこで、この発明は、水素センサの検出精度を向上させることができる燃料電池自動車を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell vehicle capable of improving the detection accuracy of a hydrogen sensor.
上記目的を達成するために、水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池(例えば、実施形態における燃料電池3)を収容し、少なくとも上部が上壁(例えば、実施形態における蓋22)により閉塞された筐体(例えば、実施形態における燃料電池システムボックス5)を搭載した燃料電池自動車において、前記筐体は燃料電池とは高さが異なる補機類を収容すると共に、該補機類は少なくとも水素ガスを燃料電池へ供給、または燃料電池から排出するための水素系補機類(例えば、実施形態における水素循環系61)を含み、前記筐体はフロア(例えば、実施形態におけるフロントフロア9)の下面の左右に車体前後方向に沿って設けたフレーム(例えば、実施形態におけるメインフレーム9)に固定されると共に、前記上壁は車幅方向中央部が山形に形成された蓋によって構成されて前記左右のフレーム間に入り込んでおり、前記蓋の下方に固定された高さ調整用のスペーサ(例えば、実施形態における第1スペーサS1、第2スペーサS2、第3スペーサS3)は複数により構成され、前記蓋の下面に高低に変化を持たせており、前記スペーサは前記蓋の車幅方向にせり上がった部分に沿うように取り付けられ、前記筐体内の水素濃度を検出する水素センサ(例えば、実施形態における水素センサ48)を前記スペーサに設けた切除部(例えば、実施形態における切除部C)により前記筐体内の最も高い位置に配置し、前記筐体内のガスを最も高い位置にある前記水素センサに導くことを特徴とする。
このように構成することで、空気より比重の小さい水素ガスを検出精度上で有利な筐体内の高所で水素センサにより検出できる。上壁の下面が高い部位に水素センサを配置することができる。
また、高さ調整用のスペーサにより、蓋の下面、つまり筐体の実質的な高さを調整して徐々に高所へと水素ガスを導き、ここで水素センサによる検出を行うことができる。
更に、他の補機器類に比べ水素濃度が高くなると考えられる燃料電池スタックや水素系補機類の近傍の水素濃度を共通の水素センサによって検知できる。
In order to achieve the above object, a fuel cell (for example, the
With this configuration, hydrogen gas having a specific gravity smaller than that of air can be detected by a hydrogen sensor at a high position in the housing that is advantageous in terms of detection accuracy. A hydrogen sensor can be arranged at a site where the lower surface of the upper wall is high.
Further, the lower surface of the lid, that is, the substantial height of the casing is adjusted by the height adjusting spacer, and hydrogen gas is gradually guided to a high place, where detection by the hydrogen sensor can be performed.
Furthermore, the hydrogen concentration in the vicinity of the fuel cell stack and the hydrogen-based auxiliary devices, which are considered to have a higher hydrogen concentration than other auxiliary devices, can be detected by a common hydrogen sensor.
請求項2に記載した発明は、前記筐体に換気風を送風する送風手段(例えば、実施形態における導入管38、供給管40、開口端41)を設け、該換気風の下流に水素センサ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、送風手段により筐体内の換気風を素早く水素センサで検出できる。
The invention described in
By comprising in this way, the ventilation air in a housing | casing can be rapidly detected with a hydrogen sensor by a ventilation means .
請求項1に記載した発明によれば、空気より比重の小さい水素ガスを検出精度上で有利な筐体内の高所で水素センサにより検出できるため、検出精度を高めることができる効果がある。また、上壁の下面が高い部位に水素センサを配置することができるため、水素センサを複数設ける必要がなくコストダウンを図ることができる効果がある。 According to the first aspect of the present invention, since hydrogen gas having a specific gravity smaller than that of air can be detected by a hydrogen sensor at a high position in the housing that is advantageous in terms of detection accuracy, the detection accuracy can be improved. In addition, since the hydrogen sensor can be disposed at a portion where the lower surface of the upper wall is high, there is an effect that it is not necessary to provide a plurality of hydrogen sensors and the cost can be reduced.
更に、高さ調整用のスペーサにより、蓋の下面、つまり筐体の実質的な高さを調整して徐々に高所へと水素ガスを導き、ここで水素センサによる検出を行うことができるため、確実かつ正確に単一の水素センサで検出を行うことができる効果がある。
また、他の補機器類に比べ水素濃度が高くなると考えられる燃料電池スタックや水素系補機類の近傍の水素濃度を共通の水素センサによって検知できるので、素早く短期間で水素センサによって検出を行うことができ、所定の保護動作を取ることができる効果がある。
Furthermore , because the height adjustment spacer adjusts the lower surface of the lid, that is, the substantial height of the housing, hydrogen gas is gradually guided to a high place, where detection by a hydrogen sensor can be performed. There is an effect that detection can be performed with a single hydrogen sensor reliably and accurately.
In addition, the hydrogen concentration in the vicinity of fuel cell stacks and hydrogen-based auxiliary devices, which are considered to have higher hydrogen concentrations than other auxiliary devices, can be detected by a common hydrogen sensor. Therefore, there is an effect that a predetermined protection operation can be taken.
請求項2に記載した発明によれば、送風手段により筐体内の換気風を素早く水素センサで検出できるため、短時間で検出を行うことができる効果がある。 According to the second aspect of the present invention, since the ventilation air in the housing can be quickly detected by the hydrogen sensor by the blowing means, there is an effect that the detection can be performed in a short time .
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、燃料電池自動車1は水素と酸素との電気化学反応によって発電を行う燃料電池3を搭載したものであり、この発電により生じた電力でモータ2を駆動して走行する。燃料電池3はフロントフロア4の下面に取り付けられる燃料電池システムボックス(筐体)5内に収容されていて、車体後部のリヤフロア6下に配置された水素タンク19,20から供給される水素ガスと、車体前部に設けたコンプレッサ8から供給される空気中の酸素により発電を行う。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a
図2、図3に示すように、フロントフロア4の下面の左右両側にはハット型断面形状のメインフレーム9がフランジ部10により接合され、このメインフレーム9とフロントフロア4とで車体前後方向に車体骨格部11が形成されている。メインフレーム9の外側壁にはハット型断面形状で車幅方向に延びるアウトリガ12が3箇所に接合され、アウトリガ12の外側端はサイドシル13に接合されている。アウトリガ12はメインフレーム9と同様にフロントフロア4の下面に接合されている。そして、メインフレーム9の下壁14にボルト15及びナット16により燃料電池システムボックス5が締め付け固定されている。尚、図2中前後左右の矢印は各々車体の前後左右を示す。
As shown in FIGS. 2 and 3, a hat-shaped
そして、前記メインフレーム9とサイドシル13とがサイドシル後端部を介して車体後部に前後方向に設けた左右のリヤフレーム17(図1参照)に連接されている。図1に示すようにこのリヤフレーム17に図示しないリヤサスペンションを備えたサブフレーム18が下側から取り付けられている。このサブフレーム18の前側と後側に水素タンク19,20が各々横向きに固定されている。
The
図4に示すように、燃料電池3が収容される前記燃料電池システムボックス5は矩形で箱形のボックス本体21とこのボックス本体21を上部から覆う蓋22とで構成されている。
As shown in FIG. 4, the fuel
前記ボックス本体21は前壁23、後壁24、両側壁25,25及び下壁26とで箱型に形成されたもので、前記側壁25の前部上縁と後部上縁には前記メインフレーム9への取付ブラケット27が取り付けられている。前記側壁25と下壁26との間には骨格部28を形成するサイドレインフォース29が取り付けられている。下壁26には車幅方向に亘って各サイドレインフォース29間に前側スタックフレーム31と後側スタックフレーム32が接合されている。前側スタックフレーム31はボックス本体21の前端部からやや後側に、後側スタックフレーム32はボックス本体21の後端部からやや前側に各々取り付けられている。
The
これら前側スタックフレーム31と後側スタックフレーム32はハット型断面形状に形成され、前側スタックフレーム31、後側スタックフレーム32の各周縁フランジ部34をボックス本体21の下壁26上面及び前記サイドレインフォース29に溶接接合してボックス本体21の下壁26上面に閉断面構造の骨格部35を形成している。
そして、前記前側スタックフレーム31と後側スタックフレーム32との間には左右2つに分割構成され電気的に直列に接続された燃料電池3,3がブラケット36を介して各々固定されるようになっている。
The
Between the
図5は前述した燃料電池3が取り付けられた状態で、燃料電池3の補機類を模式的に示したものである。
前述したように燃料電池3には空気、水素ガス、及び燃料電池3の冷却液を供給排出する流通配管類が接続されている。これら流通配管類は前記前壁23と後壁24を貫通して燃料電池3や以下に説明する補機類に接続されている。
FIG. 5 schematically shows auxiliary equipment of the
As described above, the
具体的には前壁23の車幅方向略中央部分には燃料電池3に空気を供給する空気供給配管50が貫通して設けられ、この空気供給配管50は燃料電池3間に配置された加湿器51に接続されている。この加湿器51は前記燃料電池3に供給される反応ガスを排出ガスの水分を用いて湿度を確保した状態にして燃料電池3内に供給し固体高分子電解質膜のイオン交換機能を最適に維持するためのものである。燃料電池3に接続された空気排出配管52は燃料電池3後方に配置された希釈ボックス64を介して燃料電池3の後壁24の車幅方向略中央部を貫通する排出配管53に接続されている。
Specifically, an
また、前壁23の車幅方向右側に、車体前側に配置された図示しないラジエータに接続される冷却液供給配管54が貫通して設けられ、この冷却液供給配管54は燃料電池3の前側右寄りに配置されたワックスペレット型のサーモスタット55に接続されている。この冷却液は燃料電池3と燃料電池3の給電系等の高圧電装部品類をも冷却するものであり、前記ラジエータにより放熱を行う。
Further, a
また、前記サーモスタット55は暖機運転時において燃料電池3の始動を優先するために、前記ラジエータ側への冷却液供給配管54を閉じ、後述するウォーターポンプ57側への連通配管56を開くものであり、サーモスタット55の下流側の冷却液供給配管54は燃料電池システムボックス5の右側の側壁25内を後方に配索され、各燃料電池3の後端部に接続されている。尚、サーモスタット55の側部には電磁開閉器であるコンタクタが収容されたコンタクタボックス49が配置されている。
そして、燃料電池3内の冷却通路を経て、各燃料電池3の後端部に接続された冷却液戻り配管58が今度は燃料電池システムボックス5の左側の側壁25内を前方に配索され、燃料電池3の前側左寄りに配置された冷却液供給用のウォーターポンプ57に接続され、冷却液吐出配管59となって前壁23を貫通しラジエータに向かって配索されている。
The
Then, the
後壁24の車幅方向左側に、前記水素タンク19,20に接続された水素ガスの水素供給配管60が貫通して設けられている。この水素供給配管60は燃料電池3の後側左寄りに配置された水素循環系(水素系補機類)61に接続されている。この水素循環系61は供給配管62から燃料電池3に水素ガスを供給すると共に、燃料電池3から排出された未反応水素ガスを環流配管63から図示しない水素ポンプやエゼクタなどによって戻して循環再利用するものである。そして、燃料電池3内で発電に供された水素ガスの図示しない水素排出配管は前記希釈ボックス64に接続されている。
A
ここで、前記燃料電池システムボックス5の前壁23と後壁24とには前述したように、空気供給配管50、冷却液供給配管54、排出配管53、冷却液吐出配管59、及び水素供給配管60が貫通しているが、これらはボルト65により固定されたブラケット66を介して燃料電池システムボックス5の前壁23と後壁24に支持されている。
Here, as described above, the
図6、図7に模式的に示すように、燃料電池システムボックス5の上壁を構成する蓋22には高さ調整用の第1〜第3スペーサS1〜S3が設けられている。この第1〜第3スペーサS1〜S3は蓋22の裏面に取り付けられて蓋22の下面に高低の変化が形成されるようにしたものである。つまり蓋22の下面に第1〜第3スペーサS1〜S3を取り付けることで燃料電池システムボックス5の天井部分の高さが変化することとなる。ここで、蓋22は側部よりも幅方向中央部がせり上がった幅方向山形断面に形成されている。
As schematically shown in FIGS. 6 and 7, the
具体的に説明すると、燃料電池3よりも前側の補機類であるサーモスタット55、コンタクタボックス49、ウォーターポンプ57の上方には燃料電池システムボックス5の幅方向に亘って厚さ寸法D1(その下面の下壁26からの高さがH1)の樹脂製の第1スペーサS1が蓋22の裏面に取り付けられ、燃料電池3及び加湿器51の上方には厚さ寸法D2(その下面の下壁26からの高さがH2(H2>H1))の第2スペーサS2が燃料電池システムボックス5の幅方向に亘って蓋22の下面に取り付けられている。ここで、厚さ寸法D1は厚さ寸法D2よりも大きく設定され、蓋22の下面高さはH(H>H2)に設定されている。
More specifically, above the
また、前記燃料電池3よりも後側の補機類である希釈ボックス64、水素循環系61の上方には燃料電池システムボックス5の幅方向に亘って厚さ寸法D2(その下面の下壁26からの高さがH2)の樹脂製などの第3スペーサS3が蓋22の裏面に取り付けられている。
ここで、前記第3スペーサS3は、燃料電池3及び加湿器51の後端部近傍を平面視で略台形状に切り欠いた切除部Cを備えていて、この切除部Cでは蓋22の下面が下方に露出して、燃料電池システムボックス5の中で最も高所に位置していることとなる。
Further, a thickness dimension D2 (the
Here, the third spacer S3 includes a cut-out portion C in which the vicinity of the rear end portions of the
そして、この切除部Cによって露出した蓋22の下面であって、燃料電池システムボックス5の幅方向略中央部分には燃料電池システムボックス5内の水素濃度を検出する水素センサ48が配置されている。したがって、前記第1スペーサS1、第2スペーサS2及び第3スペーサS3によって、燃料電池システムボックス5内の水素ガスは徐々に上側へ案内され水素センサ48に導かれることとなる。
A
ところで、前記燃料電池3の後方に位置する水素循環系61は燃料電池3へ水素ガスを供給する水素供給補機であり、希釈ボックス64は燃料電池3から反応済み水素ガスが排出される水素排出補機である。したがって、これらの水素系補機類の配置部位である燃料電池3の後方部位は水素検出頻度が他の部分よりも高くなるであろうと考えられる。特に、水素循環系61において顕著である。そのため、この部位にはその前後に縦壁として機能して、水素ガスを拡散させずにそのまま上方へ案内して水素センサ48に検知させるべく前側の第4スペーサS4と後側の第5スペーサS5が配置されている。言い換えれば、前記第1スペーサS1〜第3スペーサS3が水平方向に水素ガスを導くのに対して、第4スペーサS4と第5スペーサS5は上方へ水素ガスを導くものとなる。
尚、図4、図5、図8では、第4スペーサS4、第5スペーサS5の図示を省略する。
By the way, the
In FIGS. 4, 5, and 8, the fourth spacer S4 and the fifth spacer S5 are not shown.
図8に具体的に示すように、コンタクタボックス49には、燃料電池システムボックス5の前壁23を貫通する導入管(送風手段)38が取り付けられている。この導入管38は燃料電池システムボックス5前方の図示しないファンから供給される換気風を燃料電池システムボックス5内に導入するものである。前壁23を貫通した導入管38はコンタクタボックス49の上部の接続ポート39の左側壁39aに接続されている。そして、接続ポート39の右側壁39bにはコンタクタボックス49内部を通過した換気風を燃料電池システムボックス5内へその前部右側から後方に向かって供給する供給管(送風手段)40が接続されている。この供給管40の開口端(送風手段)41は右側の燃料電池3の前端部に向かって開口している。この供給管40の開口端41の下流に前記水素センサ48が位置することとなる。
そして、燃料電池システムボックス5内の水素濃度が高まり、水素センサ48によって水素を検知した場合には、燃料電池3への水素供給を遮断したり、また燃料電池3のコンタクタによって発電を停止したり、送風手段を用いて供給管40からの送風量を増大するなどの所定の保護動作が取られる。
As specifically shown in FIG. 8, the
When the hydrogen concentration in the fuel
上記実施形態によれば、空気より比重の小さい水素ガスを検出精度上で有利な燃料電池システムボックス5内の最も高い位置で水素センサ48により検出できるため、検出精度を高めることができる。とりわけ、蓋22の下面のうちで最も高い部位に水素センサ48を配置することができるため、単一の水素センサ48を用いるだけでよくなり、複数の水素センサ48を用いた場合に比較してコストダウンを図ることができる。
According to the above embodiment, hydrogen gas having a specific gravity smaller than that of air can be detected by the
即ち、水素ガスがどの部位に存在したとしても、前記第1スペーサS1、第2スペーサS2、第3スペーサS3により、蓋22の下面、つまり燃料電池システムボックス5の実質的な高さを調整して、高さH1、高さH2、高さHへと徐々に高所へ水素ガスを導きここで水素センサ48による検出を行うことができるため、確実かつ正確に水素濃度を検出できる。また、最も検出の必要がある水素循環系61や希釈ボックス64の部位においては、水平方向への水素ガスの拡散を防止する第4スペーサS4、第5スペーサS5が設けられているため、確実に上方へ水素ガスを導いて水素センサ48において検出を行うことができる。とりわけ、この実施形態の蓋22は幅方向の中央部が略山形に形成されているため、側部より高所の幅方向の中央部により効果的に水素ガスを導ける点で有利である。
That is, no matter where hydrogen gas exists, the lower surface of the
そして、前記燃料電池システムボックス5前方の図示しないファンから供給される換気風が導入管38を経てコンタクタボックス49内に導入され、コンタクタボックス49を冷却し、その後供給管40の開口端41から後方に向かって排出されるため、この供給管40の開口端41の下流に位置する水素センサ48によって換気風を素早く短時間で水素センサ48で検出できるので、所定の保護動作を取ることが可能となる。
Then, ventilation air supplied from a fan (not shown) in front of the fuel
尚、この発明は前記実施形態に限られるものではなく、例えば蓋22の形状等は一例であって、実質的な燃料電池システムボックス5の天井部分の高さに変化を持たせることができれば、蓋22の形状は上記実施形態に限定されない。また、前記各スペーサは模式的に別体で示したものであるが、各スペーサを一体形状として蓋22の裏側に取り付ける等種々の態様が採用可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the shape of the
3 燃料電池
5 燃料電池システムボックス(筐体)
22 蓋(上壁)
38 導入管(送風手段)
40 供給管(送風手段)
41 開口端(送風手段)
48 水素センサ
61 水素循環系(水素系補機類)
3
22 Lid (upper wall)
38 Introducing pipe (air blowing means)
40 Supply pipe (air blowing means)
41 Open end (air blowing means)
48
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