JP5510168B2 - 車両 - Google Patents

Description

本発明は、車両前方のフードの下方領域に燃料電池を搭載した車両に関する。

車両前方のフードの下方領域は、燃料電池や車両駆動用のモーターの搭載領域として多用されている（例えば、特許文献１等）。これら特許文献では、既存のエンジン搭載車両におけるエンジンに代えて燃料電池を車幅方向に沿って配置し、車両の前方衝突における燃料電池の損傷回避を図っている。例えば、特許文献１では、エネルギー吸収部材を燃料電池より車両前方側に延ばして、衝突時のエネルギーを吸収し、特許文献２では、燃料電池より車両前方側をいわゆるクラッシュゾーンとして確保している。

特開平８−１９２６３９号公報 特開２００７−２４５９５４号公報

ところで、車両前方のフードの下方領域の広さは、車両タイプの制限を受けることから、燃料電池より車両前方側のスペースを十分確保できないことも有り得る。よって、燃料電池よりも車両前方側に部材配置やクラッシュゾーン確保を前提とした搭載手法では、燃料電池の搭載スペースが制約され、電池搭載性の悪化が指摘されるに到った。なお、搭載スペースに合わせて燃料電池を小型化することも可能であるが、電池の小型化は概ねその出力の低下をもたらすことから、電池の小型化では現実的な解決とならないのが実情である。

本発明は、上述した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、車両前方のフードの下方領域に搭載した燃料電池の保護の実効性確保と搭載性の向上との両立を図ることを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決することを目的としてなされたものであり、以下の構成を採用した。

[適用１：車両]
車両前方のフードの下方領域に燃料電池を搭載した車両であって、
前記燃料電池の一つのコーナー部から両側に延びる電池側面を前記コーナー部を含んで補強用に覆う補強部材を、前記コーナー部を車両前方側に位置させて電池搭載用の車両側部材に前記燃料電池と共に搭載した
ことを要旨とする。

上記構成を備える車両では、搭載された燃料電池の一つのコーナー部が車両前方側に位置することから、このコーナー部を覆う補強部材部位にあっても車両前方側に位置することになる。しかも、このコーナー部の両側の電池側面は、車両前方側から離れるようにコーナー部から両側に延びるので、この電池側面を覆う補強部材は車両前方側から離れて延びる。仮に、この車両に車両前方側から衝撃が加わると、その衝撃は、燃料電池の一つのコーナー部を覆う補強部材部位、或いは、このコーナー部からその両側に延びる電池側面を覆う補強部材に加わる。このため、補強部材で衝撃を受けて燃料電池自体の損傷を緩和して電池保護を図ることができる。特に、燃料電池の一つのコーナー部を覆う補強部材部位は、角形状となって高い剛性を有することから、耐衝撃性が高まるので、燃料電池の損傷緩和の実効性も高まる。

加えて、上記構成を備える車両では、燃料電池の電池側面を覆う補強部材を上記したように車両前方側から離れるように延ばすことで、車両前端部とこの補強部材との間に間隙を確保する。つまり、上記構成を備える車両では、燃料電池の一つのコーナー部が車両前方側に位置するよう燃料電池をその補強部材と共に搭載するだけで、上記の間隙を確保して、その間隙をクラッシュゾーンとできる。このため、車両前方側の衝突が車両幅方向でオフセットしたいわゆるオフセット衝突に対しては、上記したクラッシュゾーンの確保により、高い実効性で燃料電池保護を図ることができる。しかも、こうした電池保護を図るに当たっては、燃料電池の一つのコーナー部が車両前方側に位置するよう燃料電池をその補強部材と共に搭載するだけで良いので、燃料電池の搭載スペースの制約が緩和され、電池搭載性も高まる。そして、燃料電池の一つのコーナー部を車両前方側に近づけることもできるので、燃料電池の搭載スペースを広くでき、高出力で大きな燃料電池であっても、車両前方のフードの下方領域に搭載できる。

上記した燃料電池は、次のような態様とすることができる。例えば、前記補強部材を、前記コーナー部から一方の側に延びる電池側面を覆う第１補強部と、前記コーナー部から他方の側に延びる電池側面を覆う第２補強部とを接合した物とし、その上で、前記第１補強部と前記第２補強部とを、前記コーナー部を挟んだ車両幅方向において前記車両側部材に固定するに当たり、前記第１補強部を、前記車両側部材に対する前記第２補強部の固定強度より高い強度で前記車両側部材に固定するようにできる。こうすれば、次の利点がある。

既述したオフセット衝突が補強部材の第２補強部の側で起きたり、衝突による衝撃が大きいと、その衝撃は、第２補強部の側にも加わる。ところで、この第２補強部の固定強度は第１補強部の固定強度より低いことから、オフセット衝突の衝撃により第２補強部の固定は解除されることが有り得る。こうなると、補強部材は、高い固定強度で固定されている第１補強部のその固定箇所を中心に、オフセット衝突の衝撃により回転しようとするので、燃料電池に及ぶ衝撃を緩和する。よって、上記の態様によれば、燃料電池の保護の実効性を高めることができる。

この場合、高い固定強度で固定されている第１補強部を前記第２補強部より大きな剛性を備えるものにすれば、この第１補強部の側でのオフセット衝突の衝撃を、大きな剛性を備える第１補強部自体で緩和でき、好ましい。

また、前記燃料電池を収容して前記車両側部材に固定されるケースを備えた上で、該ケースの一部部位を前記補強部材とすることができる。こうすれば、燃料電池収容済みのケースを車両側部材に固定するだけで良く、簡便となる。

加えて、車両前輪のドライブシャフトの駆動に関与する駆動機器を収容した駆動機器ケースを前記車両側部材とし、前記駆動機器ケースの上面に前記補強部材を前記燃料電池と共に固定するようにできる。こうすれば、燃料電池搭載のためだけの部材が不要となるので、車両前方のフードの下方領域における他の機器の搭載性も高まる。

燃料電池搭載の様子を車両上方から概略的に示す説明図である。 燃料電池搭載の様子を車両側方から概略的に示す説明図である。 燃料電池３０を横置き収容した様子を示す説明図である。 燃料電池３０を縦置き収容した様子を示す説明図である。 車両前方から外力が及んだ場合の燃料電池３０の挙動を説明する説明図である。 オフセットして車両前方から外力が及んだ場合の燃料電池３０の挙動を説明する説明図である。 車両走行時の風の吹き抜けの様子を示す説明図である。 変形例の電池ケース４０Ａを用いて燃料電池３０を搭載した様子を示す説明図である。 また別の変形例の車両１０Ｂにおける燃料電池搭載の様子を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は燃料電池搭載の様子を車両上方から概略的に示す説明図、図２は燃料電池搭載の様子を車両側方から概略的に示す説明図である。車両１０は、車両前方の１２の下方領域に、燃料電池３０とトランスミッション機構６０とを搭載する。トランスミッション機構６０は、前輪ＦＷの駆動力を発生する図示しない動力源モーターと、そのモーター駆動力を車軸１３に伝達する変速機とを内蔵し、モーター軸芯を車軸１３と同軸としている。トランスミッション機構６０は、車両幅方向にアーム６１を延ばし、車両前後に延びる左右のサイドフレーム１４と、アーム６１の先端の台座部６２にて固定されている。このようにトランスミッション機構６０を固定するに当たり、図２に示すように、トランスミッション機構６０は、台座部６２においてマウント８０を介在させた上で、サイドフレーム１４に固定されている。

燃料電池３０は、発電単位の電池セルを対向するエンドプレート間に積層した方形のスタック構造を備え、方形の電池ケース４０に収容された状態で、トランスミッション機構６０に固定される。電池ケース４０は、図１に示すように、補強コーナー４１を挟んで延びる第１側壁４２と第２側壁４３とを、他の二つの側壁より厚肉とし、ケース下端に３本の固定アーム４４〜４６を延ばしている。燃料電池３０は、電池ケース４０の補強コーナー４１が燃料電池コーナー部を覆い、電池ケース４０の第１側壁４２と第２側壁４３とが燃料電池コーナー部から両側に延びる電池側面を覆うようにして、電池ケース４０に収容されている。

燃料電池３０をその電池ケース４０と共に搭載するに当たっては、図１に示すように、燃料電池コーナー部を覆う電池ケース４０の補強コーナー４１が車両前部のラジエーター１５に向いて車両前方側に位置させ、この姿勢（以下、コーナー前方位置姿勢）で、電池ケース４０の固定アーム４４〜４６をボルトにてトランスミッション機構６０に固定する。本実施例では、車両幅方向に延びた固定アーム４４と車両後方側に延びた固定アーム４５とについては、Ｍ８のネジ呼び径のボルト４７〜４８で固定し、固定アーム４４と逆向きに延びた固定アーム４６については、Ｍ１２のネジ呼び径のボルト４９で固定した。

本実施例の車両１０は、電池ケース４０に収容した燃料電池３０を上記のコーナー前方位置姿勢で搭載することから、図１に示すように、電池ケース４０の第１側壁４２と第２側壁４３とを車両前方側から離れるよう斜めに延ばす。そして、車両１０は、第１側壁４２と第２側壁４３よりも車両前方側に、サイレンサー１６と、エアクリーナー１７と、リザーブタンク１８とを配設する。この他、本実施例の車両１０は、トランスミッション機構６０の車両前方側の側面に、エアコンプレッサー７０とその駆動源である補器モーター７５とを装着して備える。エアコンプレッサー７０は、マウント８０を介在させて固定脚７１にてサイドフレーム１４に固定支持されている。このエアコンプレッサー７０は、エアクリーナー１７からエアーパイプ７２を経て送られたエアーを燃料電池３０に供給する。

ここで、電池ケース４０における燃料電池３０の収容の様子について説明する。図３は燃料電池３０を横置き収容した様子を示す説明図、図４は燃料電池３０を縦置き収容した様子を示す説明図である。この両図に示すように、燃料電池３０の横置き収容と縦置き収容のいずれの収容であっても可能である。図３に示す横置き収容では、電池ケース４０は、燃料電池３０の一方のエンドプレート３１をそのプレート面に亘って第２側壁４３で覆い、当該エンドプレートのコーナー部を補強コーナー４１で覆う。そして、エンドプレート３１のコーナー部から延びる燃料電池３０の側面、詳しくは対向するエンドプレート３１とこれに挟持された全ての電池セルの側面を第１側壁４２で覆う。電池ケース４０は、第２側壁４３と離れたエンドプレート３１の側に、ガス供給用のパイプＰや給電用のケーブルＫと、その他の補器ＨＫを収容する。

図４に示す縦置き収容では、電池ケース４０は、燃料電池３０の対向する一方のエンドプレート３１から他方のエンドプレート３１まで延びる縦方向の電池コーナー部を補強コーナー４１で覆った上で、図４における紙面手前側と奥側において、電池コーナー部から両側に延びる燃料電池３０の側面、詳しくは対向するエンドプレート３１とこれに挟持された全ての電池セルの側面を第１側壁４２と第２側壁４３で覆う。電池ケース４０は、電池下端のエンドプレート３１の側に、ガス供給用のパイプＰや給電用のケーブルＫと、その他の補器ＨＫを収容する。この他、本実施例の車両１０は、電池ケース４０の上端に補器ケース５０を装着し、当該ケース内に、燃料電池３０の電力給電に必要な電気機器、例えばＤＣ／ＤＣコンバーターやインバーター等の電装品ＤＨを収容して備える。なお、補器ケース５０は、図３の電池横置き収容の場合にも電装品ＤＨを収容して電池ケース４０に装着される。

以上説明したように、本実施例の車両１０は、燃料電池３０を搭載するに当たり、燃料電池３０を電池ケース４０に収容した上で、この電池ケース４０を介してトランスミッション機構６０に燃料電池３０を固定する。こうして搭載された燃料電池３０は、そのコーナー部を車両前方のラジエーター１５の側に位置させ、電池ケース４０についても、電池コーナー部を覆う補強コーナー４１を車両前方のラジエーター１５の側に位置させる。しかも、燃料電池３０のコーナー部から両側に延びる電池側面と当該側面を覆う電池ケース４０の第１側壁４２と第２側壁４３とを、車両前方側から離れるように斜めに補強コーナー４１の両側に延ばす。このため、次の利点がある。図５は車両前方から外力が及んだ場合の燃料電池３０の挙動を説明する説明図、図６はオフセットして車両前方から外力が及んだ場合の燃料電池３０の挙動を説明する説明図である。

図５（Ａ）に示すように、車両１０に車両前方側から衝撃が加わると、その衝撃は、燃料電池３０のコーナー部を覆う電池ケース４０の補強コーナー４１、或いは、この補強コーナー４１からその両側に延びて電池側面を覆う第１側壁４２、第２側壁４３に加わる。補強コーナー４１は、第１側壁４２と第２側壁４３の接合箇所であるため、補強コーナー４１自体が高い剛性を備え強度に優れる。また、第１側壁４２と第２側壁４３についても、厚肉であるために高い強度を備える。このため、本実施例の車両１０によれば、電池ケース４０の補強コーナー４１或いは第１側壁４２、第２側壁４３で衝撃を受けて燃料電池３０自体の損傷を緩和して電池保護を図ることができる。特に、補強コーナー４１自体が高い剛性を備え強度に優れることから、耐衝撃性が高まり、高い実効性で燃料電池３０の損傷を緩和できる。

また、本実施例の車両１０では、燃料電池３０を収容した電池ケース４０を固定アーム４４〜４６にてトランスミッション機構６０に固定するに当たり、車両幅方向に延びた固定アーム４４と車両後方側に延びた固定アーム４５とについては、Ｍ８のボルト４７〜４８で固定し、固定アーム４４と逆向きに延びた固定アーム４６については、Ｍ１２のボルト４９で固定した。ボルトによる部材固定を図る場合、Ｍ１２程度以上のネジ呼び径であれば、その固定強度は各段に高まると共に、衝撃によるボルト破損も起きにくい。これに対し、Ｍ８程度のネジ呼び径では、部材固定の強度は確保できるものの、ボルト破損は起きやすい。つまり、補強コーナー４１の両側の第１側壁４２と第２側壁４３をトランスミッション機構６０に固定するに当たり、本実施例の車両１０では、第１側壁４２を第２側壁４３の固定強度より高い強度でトランスミッション機構６０に固定するようにした。このため、車両１０に車両前方側から加わる衝撃が大きいと、図５（Ｂ）に示すように、第２側壁４３ではＭ８のボルト４７による固定であり、補強コーナー４１の反対側のコーナーにあってもＭ８のボルト４８による固定であることから、この両ボルトの破損が起き得る。ところが、第１側壁４２では、Ｍ１２のボルト４９による大きな固定強度での固定であることから、電池ケース４０およびこれに収容された燃料電池３０は、Ｍ１２のボルト４９による固定箇所を中心に回転するので、燃料電池３０に及ぶ衝撃を緩和することができ、高い実効性で燃料電池３０の損傷抑制を図ることができる。

また、本実施例の車両１０では、燃料電池３０の電池側面を覆う第１側壁４２と第２側壁４３とを車両前方側から離れるように斜めに延ばしているので、第１、第２の両側壁と車両前端部（例えば、ラジエーター１５）との間に間隙を確保して、当該間隙に、エアクリーナー１７やサイレンサー１６を配置した。よって、本実施例の車両１０によれば、燃料電池３０を電池ケース４０に収容して補強コーナー４１が車両前方側に位置するよう搭載するだけで、上記の間隙を確保して、その間隙をクラッシュゾーンとでき、このゾーンに衝撃緩和に寄与し得るエアクリーナー１７やサイレンサー１６を配置できる。このため、車両前方側の衝突が車両幅方向でオフセットしたいわゆるオフセット衝突に対しては、上記したクラッシュゾーンの確保により、高い実効性で燃料電池保護を図ることができる。これに加え、図６に示すように、第２側壁４３の側でのオフセット衝突の際には、第２側壁４３のボルト４７とボルト４８により、既述したように燃料電池３０の回転を来すようにできるので、燃料電池保護の実効性がより高まる。

そして、上記したような電池保護を、燃料電池３０を電池ケース４０に収容して補強コーナー４１が車両前方側に位置するよう搭載するだけで達成できるので、燃料電池３０の搭載スペースの制約が緩和され、電池搭載性も高まる。しかも、燃料電池３０のコーナー部を車両前方側に近づけることもできるので、燃料電池３０の搭載スペースを広くでき、高出力で大きな燃料電池であっても、車両前方のフード１２の下方領域に搭載できる。

また、本実施例の車両１０では、燃料電池３０の搭載を、電池ケース４０に収容した状態で実行できるので、上記した電池保護が簡便となる。加えて、サイドフレーム１４に掛け渡して車両搭載済みのトランスミッション機構６０の上面に燃料電池３０を電池ケース４０を介して固定すればよいので、燃料電池搭載のためだけの部材が不要となり、車両前方のフード１２の下方領域における他の機器の搭載性も高まる。例えば、車両後方側の電池ケース４０の両側壁周辺を他の機器の搭載スペースに有効利用できる。この他、電池ケース４０に収容した燃料電池３０はトランスミッション機構６０と一体となることから、これらを一つの振動系と捉えることができるので、マウント８０による静振性も確保できる。

また、本実施例の車両１０では、次の利点もある。図７は車両走行時の風の吹き抜けの様子を示す説明図である。図示するように、フード１２の下方領域では、燃料電池３０を収容した電池ケース４０は、補強コーナー４１をラジエーター１５の後方側に位置させ、当該コーナーから第１側壁４２と第２側壁４３を斜めに位置させる。よって、車両走行に伴いラジエーター１５を通過してフード１２の下方領域に入り込んだ風は、図中に矢印で示すように補強コーナー４１でその左右に分かれ、第１側壁４２と第２側壁４３に案内されつつ通過する。このため、ラジエーター１５を通る風（走行風）の風抜け性が高まるので、ラジエーター１５での冷却およびフード１２の下方領域に搭載済みの機器の冷却の効果が高まる。

この他、本実施例の車両１０では、電池ケース４０の上端に補器ケース５０を設けて当該ケース内に種々の電装品ＤＨを配設した。燃料電池３０とこれを収容する電池ケース４０とは、既述したように耐衝撃性に優れることから、電装品ＤＨについても、その損傷を抑制できる。しかも、電装品ＤＨをフード１２に近づけて配設できることから、水たまり等の走行の際の電装品ＤＨの水濡れ抑制も可能となると共に、フード１２を開いて行うメンテナンス作業も容易となる。

また、本実施例の車両１０では、エアコンプレッサー７０や補器モーター７５を車両前方側のトランスミッション機構６０の側面に設置して、ノイズ源となり得るエアコンプレッサー７０と補器モーター７５を車室から離した。よって、車室の静寂性を高めることができる。

また、図３〜図４に示すように燃料電池３０を搭載して、ケース内に補器ＨＫを収容する場合、これら補器ＨＫを車室から離れた側に設置した。よって、ノイズ源となり得る補器ＨＫを車室から離すことによっても、車室の静寂性を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、既述した実施例では、第１側壁４２と第２側壁４３をほぼ同じ厚みとしたが、次のように変形することもできる。図８は変形例の電池ケース４０Ａを用いて燃料電池３０を搭載した様子を示す説明図である。

図示するように、この変形例の車両１０Ａでは、電池ケース４０Ａにおいて補強コーナー４１から両側に延びる第１側壁４２と第２側壁４３とを異なる厚みとし、第１側壁４２を第２側壁４３より厚肉とした。こうすれば、次の利点がある。図５や図６で説明したように、車両正面や第２側壁４３の側にオフセットした衝突に対しては、高剛性の補強コーナー４１での電池保護、補強用に厚肉の第１側壁４２と第２側壁４３とによる電池保護、或いは、ボルト４９を中心とした燃料電池３０の回転による電池保護を図ることができる。ところが、第１側壁４２の側にオフセットした衝突では、ボルト４９のネジ呼び径がＭ１２と大きいことから、ボルト４９の破損は起きないことも有り得る。しかしながら、この変形例では、第１側壁４２をより厚肉としたので、厚肉の第１側壁４２自体で第１側壁４２の側のオフセット衝突の衝撃を緩和して、電池保護を図ることができる。しかも、ボルト４９を中心とした燃料電池３０の回転についても、厚肉の第１側壁４２が支えになるので、ボルト４９を中心とした燃料電池３０の回転を安定して起こすことができ、回転による電池保護の実効性も高まる。

図９はまた別の変形例の車両１０Ｂにおける燃料電池搭載の様子を示す説明図である。この変形例では、トランスミッション機構６０は、前輪ＦＷの動力源モーターを前輪ＦＷの車軸１３と同軸としない形態を取る。つまり、図示するように、トランスミッション機構６０は、動力源モーター６６を、車両前方側に固定して備え、そのモーターの駆動力を車軸１３に伝達する。こうした形態のトランスミッション機構６０であっても、サイドフレーム１４に掛け渡して搭載されているので、燃料電池３０については、電池ケース４０に収容した状態で、この電池ケース４０を介してトランスミッション機構６０に固定される。そして、この変形例であっても、既述したように電池保護を図ることができる。

１０、１０Ａ〜１０Ｂ…車両
１２…フード
１３…車軸
１４…サイドフレーム
１５…ラジエーター
１６…サイレンサー
１７…エアクリーナー
１８…リザーブタンク
３０…燃料電池
３１…エンドプレート
４０、４０Ａ…電池ケース
４１…補強コーナー
４２…第１側壁
４３…第２側壁
４４〜４６…固定アーム
４７〜４９…ボルト
５０…補器ケース
６０…トランスミッション機構
６１…アーム
６２…台座部
６６…動力源モーター
７０…エアコンプレッサー
７１…固定脚
７２…エアーパイプ
７５…補器モーター
８０…マウント
ＤＨ…電装品
ＨＫ…補器
ＦＷ…前輪

Claims (5)

1. 車両前方のフードの下方領域に燃料電池を搭載した車両であって、
   前記燃料電池の一つのコーナー部から両側に延びる電池側面を前記コーナー部を含んで補強用に覆う補強部材を、前記コーナー部を車両前方側に位置させて電池搭載用の車両側部材に前記燃料電池と共に搭載した
   車両。
2. 請求項１に記載の車両であって、
   前記補強部材は、前記コーナー部から一方の側に延びる電池側面を覆う第１補強部と、該第１補強部に接合して前記コーナー部から他方の側に延びる電池側面を覆う第２補強部とを備え、
   前記第１補強部と前記第２補強部とを、前記コーナー部を挟んだ車両幅方向において前記車両側部材に固定するに当たり、前記第１補強部を、前記車両側部材に対する前記第２補強部の固定強度より高い強度で前記車両側部材に固定した
   車両。
3. 前記第１補強部は前記第２補強部より大きな剛性を備える請求項２に記載の車両。
4. 前記燃料電池を収容して前記車両側部材に固定されるケースを備え、該ケースは一部の部位を前記補強部材としている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の車両。
5. 車両前輪のドライブシャフトの駆動に関与する駆動機器を収容した駆動機器ケースを前記車両側部材とし、前記駆動機器ケースの上面に前記補強部材を前記燃料電池と共に固定した請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の車両。

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