JP7056536B2 - 燃料電池車両 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池スタックが搭載された燃料電池車両に関する。

従来から、燃料電池車両には、車両前方のフロントルームに燃料電池スタックおよびその周辺機器（補機）が搭載されている。燃料電池スタックは、フロントルームに固定されたスタックフレームに載置されており、コンプレッサおよび燃料ガスポンプなどの補機が、スタックフレームの下部に取付けられている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１７－７４８１９号公報

ここで、スタックフレームの下部に取付けられた燃料ガスポンプは、燃料電池スタックからの燃料オフガスを回収し、回収した燃料オフガスの一部を燃料ガスとして、再度燃料電池スタックへ供給する。燃料電池スタックは、スタックフレームに載置されているため、燃料ガスポンプにより燃料電池スタックに燃料オフガスをより短い経路で循環させようとすると、燃料ガスポンプを、例えば、スタックフレームから、ダッシュパネル側に突出させて、スタックフレームに取付けることが想定される。

しかしながら、このような取付け状態において、燃料電池車両が正面から衝突した場合、スタックフレームとともに、これに取付けられた燃料電池スタックおよび補機が、ダッシュパネル側に移動する。この際、スタックフレームから突出した燃料ガスポンプがダッシュパネルに押し込まれ、燃料ガスポンプが破損するとともに、ダッシュパネルがキャビン側に変形してしまうおそれがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、本発明として、車両が正面から衝突した際に、燃料ガスポンプの破損およびダッシュパネルのキャビン側の変形を抑えることができる燃料電池車両を提供する。

前記課題に鑑みて、本発明に係る燃料電池車両は、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックから排出された燃料オフガスの一部を前記燃料電池スタックへ循環させる燃料ガスポンプと、を備えた燃料電池車両であって、前記燃料電池車両は、車両前方において、前記燃料電池スタックおよび前記燃料ガスポンプを収容するフロントルームと、前記フロントルームとキャビンとを区画するダッシュパネルと、を備えており、前記燃料電池スタックは、スタックフレームに載置され、前記スタックフレームは、前記フロントルームに固定されており、前記燃料ガスポンプは、前記スタックフレームから前記ダッシュパネル側に突出した状態で、前記スタックフレームの下部に取付けられており、前記燃料ガスポンプは、前記燃料電池車両の平面視において、前記燃料ガスポンプを駆動するモータの回転軸線が、前記燃料電池車両の前後方向に沿った基準線に対して傾斜するように、第１および第２ブラケットを介して前記スタックフレームおよび前記燃料電池スタックに固定されている。

前記第１ブラケットは、水平方向に延在した平板状の取付け部を有し、前記第１ブラケットは、前記取付け部において、第１および第２締結部材により前記スタックフレームに取付けられており、前記第１締結部材は、前記取付け部に形成された貫通孔に挿通した状態で、前記スタックフレームと前記第１ブラケットとを固定しており、前記第２締結部材は、前記取付け部に形成された第１切欠き部に挿通した状態で、前記スタックフレームと前記第１ブラケットとを固定しており、前記第２ブラケットは、水平方向に延在した第１アームと、前記第１アームに屈曲部を介して連結され、鉛直方向に延在した第２アームとを備え、前記第１アームは第２切欠き部に挿通した第３締結部材で前記燃料ガスポンプに取付けられ、前記第２アームは前記燃料電池スタックに固定されている。

前記第１ブラケットの貫通孔に挿通された前記第１締結部材を回転中心として、前記第１ブラケットが前記燃料ガスポンプとともに前記スタックフレームに対して回動したときに、前記第２締結部材が前記第１ブラケットから外れて前記第１切欠き部から抜け出すように、前記第１切欠き部が形成され、かつ、前記第３締結部材が前記第２ブラケットから外れて前記第２切欠き部から抜け出すように、前記第２切欠き部が形成され、前記燃料ガスポンプの回動により、前記第２締結部材が前記第１ブラケットから外れるタイミングとは異なるタイミングで、前記第３締結部材が前記第２ブラケットから外れて前記第２切欠き部から抜け出すように、前記第１および第２ブラケットが形成されている。

本発明によれば、車両が正面から衝突した際には、フロントルームに取付けられたスタックフレームが、ダッシュパネル側に移動する。このとき、燃料ガスポンプは、スタックフレームからダッシュパネル側に突出した状態で、スタックフレームの下部に取付けられているので、燃料ガスポンプは、スタックフレームとともにダッシュパネル側に移動し、燃料ガスポンプがダッシュパネルに接触する。

ここで、燃料ガスポンプは、燃料電池車両の平面視において、燃料ガスポンプを駆動するモータの回転軸線が、燃料電池車両の前後方向に沿った基準線に対して傾斜するように、第１および第２ブラケットを介してスタックフレームに燃料電池スタックが固定されている。これにより、燃料ガスポンプがダッシュパネルに接触すると、燃料ガスポンプにモーメントが作用し、燃料ガスポンプはダッシュパネルから離れる方向に回動しようとする。

このとき、貫通孔に挿通された第１締結部材を回転中心として、第１ブラケットが燃料ガスポンプとともにスタックフレームに対して回動し、第２締結部材が、第１ブラケットから外れて第１切欠き部から抜け出す。このようにして、燃料ガスポンプが、第１ブラケットとともに無理なく回動するので、燃料ガスポンプが、ダッシュパネルをキャビン側に押し込むことを回避することができる。この結果、燃料ガスポンプの破損を抑えるとともに、燃料ガスポンプによるダッシュパネルのキャビン側への変形を抑えることができる。

また、上述した燃料ガスポンプのスタックフレームに対する回動により、第２締結部材が第１ブラケットから外れるタイミングとは異なるタイミングで、第３締結部材が第２ブラケットから外れて、第２切欠き部から抜け出す。このようにして、第１ブラケットから第２締結部材が外れるタイミングと、第２ブラケットから第３締結部材が外れるタイミングとが異なることで、衝突時に、ダッシュパネルに加わる荷重を２段階で抑えることができる。この結果、ダッシュパネルの変形を抑え、乗員の安全を確保しやすくすることができる。なお、ここで、本明細書でいう、締結部材がブラケットから外れるとは、締結部材によるブラケットの固定状態が解除されることをいう。

ここで、第２締結部材と第３締結部材とが、異なるタイミングで第１および第２ブラケットから外れるのであれば、第１ブラケットと第２ブラケットの材質および形状等は特に限定されるものではない。例えば、燃料ガスポンプが回動する区間において、第２締結部材が接触する接触長と、第３締結部材が接触する接触長とを調整することにより、第２締結部材が第１ブラケットから外れるタイミングと、第３締結部材が第２ブラケットから外れるタイミングとを調整することができる。

しかしながら、より好ましい態様としては、前記第２ブラケットは、塑性変形可能な金属製の部材であり、前記燃料ガスポンプが前記スタックフレームに対して回動したときに、前記第２ブラケットの少なくとも前記屈曲部が塑性変形し、前記屈曲部の塑性変形の後、前記第３締結部材が前記第２ブラケットから外れるように、前記第２ブラケットが形成されている。

この態様によれば、第１ブラケットにおいて、燃料ガスポンプがスタックフレームに対して回動したときに、第２ブラケットの少なくとも屈曲部が塑性変形するので、車両の衝突時の衝撃荷重を第２ブラケットで吸収することができる。また、第２ブラケットが塑性変形している間に、第２締結部材を第１ブラケットから外し、その後、第３締結部材を第２ブラケットから外すことが可能となる。これにより、燃料ガスポンプが回動する際のダッシュパネルに加わる衝撃荷重を、第２ブラケットの塑性変形により吸収しつつ、２段階で抑えることができる。

ここで、第２ブラケットが塑性変形をするのであれば、第２ブラケットの形状は、特に限定されるものではないが、前記第２ブラケットは、前記屈曲部でくびれた形状になっている。

この態様によれば、第２ブラケットの屈曲部は他の部分に比べて、脆弱な部分となるので、第２ブラケットを屈曲部において塑性変形し易くすることができる。これにより、屈曲部で衝撃荷重を吸収しつつ、燃料ガスポンプの回動が阻害されることを抑えることができる。

ここで、第２締結部材と第３締結部材とが異なるタイミングで第１および第２ブラケットから外れるのであれば、回転中心から第２締結部材の取付け位置までの長さ、および、回転中心から第３締結部材の取付け位置までの長さは同じであってもよく、これらが異なっていてもよい。しかしながら、より好ましい態様としては、前記回転中心から前記第３締結部材の取付け位置までの距離は、前記回転中心から前記第２締結部材の取付け位置までの距離よりも長い。

この態様によれば、燃料ガスポンプがスタックフレームに対して回動したときに、第２締結部材に比べて、第３締結部材がより大きいモーメントが作用するので、第２ブラケットが塑性変形し易い。これにより、屈曲部で衝撃荷重を吸収しつつ、燃料ガスポンプ３８の回動が阻害されることを抑えることができる。

本発明の燃料電池車両によれば、車両が正面から衝突した際に、燃料ガスポンプの破損およびダッシュパネルのキャビン側の変形を抑えることができる。

本発明に係る燃料電池車両の一実施形態の概念図である。 図１に示す燃料電池車両で用いる燃料電池システムのシステム構成図である。 図１に示す燃料電池車両の一実施形態の主要部分の側面を示す要部模式図である。 図３の底面を示す要部模式図である。 図３および図４に示す主要部分の展開斜視図である。 図３～５に示す燃料ガスポンプと気液分離器の要部斜視図である。 第１ブラケットの平面図である。 第２ブラケットの斜視図である。 衝撃の小さい衝突時の動作を示す底面側の要部模式図である。 衝撃の大きい衝突時の動作を示す底面側の要部模式図である。 燃料ガスポンプの通常時の配置位置を示す底面図である。 燃料ガスポンプの衝突時の回動時の配置位置を示す底面図である。 燃料ガスポンプの衝突時の回動動作を示す概略平面図である。 燃料ガスポンプの衝突時にダッシュパネルに加わる荷重と、燃料ガスポンプおよび補機類の移動量との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る燃料電池車両の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
先ず、本発明に係る燃料電池車両について、図１を参照して説明する。図１において、燃料電池車両１は乗用車等の車両であり、車両前方においてフロントルームＲが形成されている。フロントルームＲには、燃料電池スタック１０と、補機の一部として、コンプレッサ２２、気液分離器３７、および水素ポンプなどの燃料ガスポンプ３８が収容されている。コンプレッサ２２は、燃料電池スタック１０に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系２０の一部を構成している。気液分離器３７および燃料ガスポンプ３８は、燃料電池スタック１０から排出された燃料オフガスを燃料電池スタック１０に循環させる循環流路３６を構成している（図２参照）。

燃料電池車両１は、車両前方において、フロントルームＲと、搭乗者が搭乗するキャビンＣとの間に、これらを区画するダッシュパネル４０を備えている。ダッシュパネル４０は、鋼またはアルミニウム合金などの金属製のパネルであり、気液分離器３７に比べて剛性が高い。ダッシュパネル４０は、キャビンＣの床面を構成するフロアボード４１とこのフロアボード４１から傾斜して上方に延在するトーボード４２とを備えている。ダッシュパネル４０は、キャビンＣの空間を確保するための図示していない補強材を備えている。この補強材は燃料ガスポンプ３８に比べて剛性が高い。

図３に示すように、燃料電池スタック１０は、スタックフレーム２の上部に載置され、スタックフレーム２は、フロントルームＲを形成する部材に固定されている。コンプレッサ２２は、コンプレッサブラケット３を介してスタックフレーム２の下部に吊下げた状態で取付け固定されている。燃料ガスポンプ３８は、スタックフレーム２からダッシュパネル４０側に突出した状態でかつ第１ブラケット４および第２ブラケット７を介して吊下げられた状態で、スタックフレーム２の下部および燃料電池スタック１０に取付けられている。

また、気液分離器３７は、スタックフレーム２および燃料ガスポンプ３８からダッシュパネル４０側に突出した状態で、燃料ガスポンプ３８の下部に取付けられている。燃料ガスポンプ３８は、例えば、鉄系材料またはアルミニウム系材料などの金属材料からなる金属製の機器であり、気液分離器３７は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）などの樹脂製の機器である。そして、燃料電池車両１のリア部分には、燃料電池スタック１０に水素ガスを供給する燃料ガス供給系３０を構成する燃料ガス供給源３１が搭載されている。

つぎに、本実施形態に係る燃料電池車両１で用いる燃料電池システムのシステム構成について、図２を参照して説明する。図２に示される燃料電池システムは、例えば、単位セルである燃料電池セルを複数個積層させて構成された燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０に空気等の酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系２０と、燃料電池スタック１０に水素等の燃料ガスを供給する燃料ガス供給系３０とを備えている。

酸化剤ガス供給系２０は、例えば、燃料電池スタック１０に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給流路２５と、燃料電池スタック１０に供給され、各燃料電池セルで電気化学反応に供された後の酸化剤オフガスを燃料電池スタック１０から排出する酸化剤ガス排出流路２９と、を備えている。さらに、酸化剤ガス供給流路２５を介して供給される酸化剤ガスを、燃料電池スタック１０を介さずに酸化剤ガス排出流路２９へと流通させるバイパス流路２６とを有する。酸化剤ガス供給系２０の各流路は、例えば、ゴムホースや金属製のパイプ等の配管によって構成することができる。

酸化剤ガス供給流路２５には、上流側から、エアクリーナ２１、コンプレッサ２２、インタクーラ２３等が備えられ、酸化剤ガス排出流路２９には、マフラ２８等が備えられている。酸化剤ガス供給流路２５には、インタクーラ２３と燃料電池スタック１０との間の酸化剤ガスの流れを遮断するための入口弁２５Ｖが設けられている。酸化剤ガス排出流路２９には、燃料電池スタック１０に供給される酸化剤ガスの背圧を調整するための調圧弁２９Ｖが設けられる。なお、酸化剤ガス供給流路２５には、例えば、図示を省略する大気圧センサ、エアフローメータ等が設けられる。

バイパス流路２６は、一端が酸化剤ガス供給流路２５に接続され、他端が酸化剤ガス排出流路２９に接続されている。バイパス流路２６には、コンプレッサ２２によって圧送され、インタクーラ２３によって冷却されて排出された酸化剤ガスが、燃料電池スタック１０をバイパスして酸化剤ガス排出流路２９へ向けて流れる。このバイパス流路２６には、酸化剤ガス排出流路２９へ向けて流れる酸化剤ガスを遮断して当該バイパス流路２６を流れる酸化剤ガスの流量を調整するためのバイパス弁２６Ｖが設けられている。

一方、燃料ガス供給系３０は、例えば、水素等の高圧の燃料ガスを貯留する水素タンク等の燃料ガス供給源３１と、燃料ガス供給源３１からの燃料ガスを燃料電池スタック１０へ供給する燃料ガス供給流路３５と、燃料電池スタック１０から排出された燃料オフガス（未消費の燃料ガス）の一部を燃料ガス供給流路３５に還流させる循環流路３６と、循環流路３６に分岐接続されて循環流路３６内の燃料オフガスを外部へ排出（大気放出）する燃料ガス排出流路３９とを有する。燃料ガス供給系３０の各流路は、例えば、ゴムホースや金属製のパイプ等の配管によって構成することができる。

燃料ガス供給流路３５には、燃料ガス供給流路３５を開閉して燃料電池スタック１０へ向けて流れる燃料ガスを遮断するための遮断弁３５Ｖと、燃料ガス供給流路３５を流れる燃料ガスの圧力を調整（減圧）するためのレギュレータ３４と、調圧された燃料ガスを燃料電池スタック１０へ向けて供給するためのインジェクタ３３とが設けられる。

循環流路３６には、上流側（燃料電池スタック１０側）から、気液分離器３７、燃料ガスポンプ３８等が備えられている。気液分離器３７は、循環流路３６に流れる燃料ガス（水素等）に含まれる生成水を気液分離して貯留する。この気液分離器３７から分岐して、燃料ガス排出流路３９が設けられている。燃料ガスポンプ３８は、気液分離器３７で気液分離し液体分が分離された燃料オフガスの一部を圧送して燃料ガス供給流路３５へ循環させる。

燃料ガス排出流路３９には、燃料ガス排出流路３９を開閉して、気液分離器３７で分離した生成水と燃料電池スタック１０から排出された燃料オフガスの一部を排出するためのパージ弁３９Ｖが設けられる。燃料ガス排出流路３９のパージ弁３９Ｖの開閉調整を経て排出される燃料オフガスは、酸化剤ガス排出流路２９を流れる酸化剤オフガスと混合され、マフラ２８を介して外部に大気放出される。

上記構成を有する燃料電池システムは、酸化剤ガス供給系２０によって燃料電池（のカソード電極）に供給された空気等の酸化剤ガスと、燃料ガス供給系３０によって燃料電池（のアノード電極）に供給された水素等の燃料ガスとの電気化学反応によって発電を行う。

つぎに、本実施形態に係る燃料電池車両１の特徴構成について、図３～図６Ｂを参照して以下に詳細に説明する。本実施形態の燃料電池車両１は、燃料電池スタック１０に供給される酸化剤ガスを圧縮して吐出するコンプレッサ２２と、燃料電池スタック１０から排出された燃料オフガスより気液を分離する気液分離器３７と、気液分離器３７で液体分を分離された燃料オフガスの一部を燃料電池スタック１０へ循環させる水素ポンプ等の燃料ガスポンプ３８と、をフロントルームＲ内に備えている。

より具体的には、燃料電池スタック１０は、スタックフレーム２の上部に搭載されており、コンプレッサ２２は、燃料ガスポンプ３８よりも車両前方側において、スタックフレーム２の下部に、コンプレッサブラケット３を介して取付けられている。

燃料ガスポンプ３８は、燃料ガスを吸い込み、吸込んだ燃料ガスを外部に吐出するためのモータＭを備えている。燃料ガスポンプ３８は、コンプレッサ２２よりも車両の後方側において、スタックフレーム２からダッシュパネル４０側に突出した状態で、第１ブラケット４および第２ブラケット７を介してスタックフレーム２の下部と、燃料電池スタック１０（具体的にはスタックケース）に取付けられている。

気液分離器３７は、スタックフレーム２および燃料ガスポンプ３８からダッシュパネル４０側に突出した状態で、燃料ガスポンプ３８の下部に、ボルトナット等の締結部材３７ａを貫通孔３７ｂに挿通させて取付けられている。

このような取付け状態により、燃料ガスポンプ３８の車両後方の端面は、燃料電池スタック１０の車両後方の端面より後方に突出しており、気液分離器３７の車両後方の端面は、燃料ガスポンプ３８の車両後方の端面より後方に突出している。

具体的には、ダッシュパネル４０に対する、気液分離器３７、燃料ガスポンプ３８、および、スタックフレーム２の、燃料電池車両１の前後方向の間隔Ｓ１～Ｓ３は、以下に示す関係を満たす。これらの間隔Ｓ１～Ｓ３のうち、ダッシュパネル４０と気液分離器３７との間隔Ｓ１が最も小さく、つぎに、燃料ガスポンプ３８との間隔Ｓ２が間隔Ｓ１よりも大きく、スタックフレーム２との間隔Ｓ３が間隔Ｓ２よりもさらに大きくなる。

ダッシュパネル４０に一番接近している気液分離器３７は、実質的には樹脂製であり、燃料ガスポンプ３８に比べて剛性が低い。さらに、燃料ガスポンプ３８は、実質的には金属製であり、気液分離器３７に比べて剛性が高い。

また、燃料電池車両１では、図４および図５に示すように、燃料ガスポンプ３８は、燃料電池車両１の平面視において、燃料ガスポンプ３８を駆動するモータＭの回転軸線Ｌ１が、燃料電池車両１の前後方向に沿った基準線Ｌ２に対して傾斜するように、第１ブラケット４を介してスタックフレーム２に固定されている。基準線Ｌ２に対する回転軸線Ｌ１の傾斜角度としては、例えば２０°以上かつ４０°以下であることが好ましい。

このため、燃料ガスポンプ３８は、燃料電池車両１の進行方向に対して斜めに配置固定され、燃料ガスポンプ３８の後方の角部がダッシュパネル４０の前面に対向し、この角部がダッシュパネル４０に接近している。また、気液分離器３７の後方の角部も、ダッシュパネル４０の前面に対向し、この角部がダッシュパネル４０にさらに接近している。前記のように、燃料ガスポンプ３８が傾斜してスタックフレーム２に固定されているため、燃料ガスポンプ３８の車両後方の角部とダッシュパネル４０とが当接すると、燃料ガスポンプ３８はダッシュパネル４０から離れるように回動することが可能になる。

本実施形態では、図４に示すように、燃料ガスポンプ３８は、フロントフェンダ寄りのスタックフレーム２に取付けられ、かつ、モータＭの回転軸線Ｌ１を、車両前方に進むに従って、燃料電池車両１の前後方向に沿った中心線に近づくように傾斜させている。なお、図４では、この中心線を上述した基準線Ｌ２に一致するように描いている。このように、配置することにより、衝突時に、燃料電池車両１の平面視において、燃料ガスポンプ３８は、フロントルームＲの空間Ｓで回動するので、スタックフレーム２の下部に取付けられた他の補機類と接触することを回避することができる。

鉄またはアルミニウムなどの金属製の第１ブラケット４は、燃料ガスポンプ３８をスタックフレーム２に取付け固定するための部材であり、水平方向に延在する平板状の取付け部４ａを有している。取付け部４ａは、第１ブラケット４をスタックフレーム２に取付けるための平板状の部分であり、第１ブラケット４は、取付け部４ａにおいて、２つのボルト等の第１および第２締結部材５ａ、５ｂにより、スタックフレーム２に取付けられている。

さらに、第１ブラケット４は、取付け部４ａの両側から下方に延在し、燃料ガスポンプ３８を挟み込む挟持部４ｂ、４ｂを有している。さらに、第１ブラケット４は、挟持部４ｂ、４ｂから外側に向けて延在する取付け部４ｃ、４ｃを有している。取付け部４ｃは、第１ブラケット４を燃料ガスポンプ３８に取付けるための部分である。このようにして、第１ブラケット４は、燃料ガスポンプ３８に配置された概略鞍形に形成された部材となる。さらに、取付け部４ｃ、４ｃには、燃料ガスポンプ３８を第１ブラケット４に固定するための溶接ナット４ｄが一方に１個、他方に２個、合計３個固着されている。

第１ブラケット４の取付け部４ａには、この第１ブラケット４をスタックフレーム２に固定する（支持する）ための貫通孔４ｅが形成されている。第１締結部材５ａは、貫通孔４ｅに挿通した状態で、スタックフレーム２と第１ブラケット４とを固定している。

本実施形態では、貫通孔４ｅに第１締結部材５ａが挿通され、スタックフレーム２の下面に開口している雌ねじ穴に第１締結部材５ａをねじ込んで、第１締結部材５ａの頭部とスタックフレーム２との間に、第１ブラケット４を挟み込むことにより、第１ブラケット４はスタックフレーム２の下部に固定される。この貫通孔４ｅにより、燃料ガスポンプ３８は、第１ブラケット４の貫通孔４ｅに挿通された第１締結部材５ａを中心として水平方向に回動可能に固定される（支持される）ことになる。

さらに、第１ブラケット４の取付け部４ａの縁部には、第１切欠き部６が形成されている。第２締結部材５ｂは、第１切欠き部６に挿通した状態で、スタックフレーム２と第１ブラケット４とを固定している。第１切欠き部６は、第２締結部材５ｂの軸部が挿通する凹部６ａと、凹部６ａから開口する開口部６ｂとを有している。第１切欠き部６は、凹部６ａから開口部６ｂに向かって広がるように形成されている（例えば図６Ｂ参照）。

本実施形態では、第１切欠き部６に第２締結部材５ｂが挿通され、スタックフレーム２の下面に開口している雌ねじ穴に、第２締結部材５ｂをねじ込んで、第２締結部材５ｂの頭部とスタックフレーム２との間に、第１ブラケット４を挟み込むことにより、第１ブラケット４はスタックフレーム２の下部に固定される。これにより、第１切欠き部６に、第２締結部材５ｂが係合した状態になる。

第１切欠き部６は、貫通孔４ｅに挿通された第１締結部材５ａを回転中心として、第１ブラケット４が燃料ガスポンプ３８とともにスタックフレーム２に対して回動したときに、第２締結部材５ｂが、第１ブラケット４から外れて第１切欠き部６の開口部６ｂから抜け出すように形成されている。この結果、後述するように、燃料電池車両１の正面衝突時に、第１締結部材５ａを回転中心として、第１ブラケット４が回動した際に、第２締結部材５ｂと第１切欠き部６との係合が解除され、第２締結部材５ｂを第１切欠き部６から円滑に離脱させることができる。

また、燃料ガスポンプ３８には、図５および図６Ａ等に示されるように、両側面から突出して水平方向に延在するつば状部３８ａ、３８ａが形成され、つば状部３８ａ、３８ａには第１ブラケット４の取付け部４ｃ、４ｃに固着された３個の溶接ナット４ｄに対応して３個の貫通孔３８ｂが形成されている。この３個の貫通孔３８ｂにボルト３８ｃ等を挿通し、スタックフレーム２の下方に第１および第２締結部材５ａ、５ｂで固定した第１ブラケット４に燃料ガスポンプ３８を取付けることができる。

さらに、図６Ａおよび図６Ｃに示すように、燃料ガスポンプ３８の上部が、第２ブラケット７を介して、燃料電池スタック１０に取付けられている。これにより、燃料ガスポンプ３８を、第１ブラケット４および第２ブラケット７の２つのブラケットを介して、燃料電池スタック１０およびスタックフレーム２に取付けることで、燃料ガスポンプ３８の取付け状態が安定する。

第２ブラケット７は、例えば、鋼またはアルミニウム合金などの塑性変形可能な金属材料からなるプレート材をプレス成形した部材である。第２ブラケット７は、図６Ｃに示すように、水平方向に延在した第１アーム７ａと、鉛直方向に延在した第２アーム７ｂとを備え、第１アーム７ａと、第２アーム７ｂとが、屈曲部７ｃを介して連結されたＬ字状のブラケットである。例えば、一方のアームが固定された状態で他方のアームに荷重が作用すると、屈曲部７ｃの近傍で容易に塑性変形するように構成されている。

第２ブラケット７の水平状の第１アーム７ａには、第２切欠き部８が形成されている。第２切欠き部８は、第３締結部材９ａの軸部が嵌合する凹部８ａと、凹部８ａから開口する開口部８ｂとを有している。第１アーム７ａは、第２切欠き部８に挿通した第３締結部材９ａで燃料ガスポンプ３８に取付けられている。第２切欠き部８は第１ブラケット４の貫通孔４ｅに挿通された第１締結部材５ａを回転中心として、第１ブラケット４が回動したときに、第３締結部材９ａが第２ブラケット７から外れて第２切欠き部８から抜け出すように、第２切欠き部８が形成されている。第２ブラケット７の第２アーム７ｂには、貫通孔７ｄが形成され、貫通孔７ｄに第４締結部材９ｂが挿通されて、第２アーム７ｂは燃料電池スタック１０に固定されている。

このように、第１アーム７ａは、燃料ガスポンプ３８の上面に配置され、ボルトなどの第３締結部材９ａを、燃料ガスポンプ３８に締結することにより、燃料ガスポンプ３８に固定されている。一方、第２アーム７ｂは、燃料ガスポンプ３８の上面から燃料電池スタック１０側に延在し、燃料電池スタック１０の側面に形成された雌ねじ孔１０ａ（図５参照）に、第４締結部材９ｂを締結することにより、燃料電池スタック１０に固定されている。このようにして、燃料ガスポンプ３８を、その上部において、スタックフレーム２に安定して固定することができる。なお、本実施形態では、第２アーム７ｂは、第４締結部材９ｂで燃料電池スタック１０に固定さているが、例えば、第２アーム７ｂが燃料電池スタック１０に溶接されていてもよい。

本実施形態では、燃料ガスポンプ３８がスタックフレーム２に対して回動したときに、第２締結部材５ｂが第１ブラケット４から外れるタイミングとは異なるタイミングで、第３締結部材９ａが第２ブラケット７から外れて第２切欠き部８から抜け出すように、第１および第２ブラケット４、７が形成されている。例えば、燃料ガスポンプ３８の回動動作の間、第２締結部材５ｂが第１ブラケット４に接触する接触長と、第３締結部材９ａが接触する接触長とを調整すれば、これらの外れるタイミングを異なるものにすることができるが、本実施形態では、以下の構成が採用されている。

より具体的には、第２ブラケット７は、塑性変形可能な金属製の部材であり、燃料ガスポンプ３８がスタックフレーム２に対して回動したときに、第２ブラケット７の少なくとも屈曲部７ｃが塑性変形し、屈曲部７ｃの塑性変形の後、第３締結部材９ａが第２ブラケット７から外れるように、第２ブラケット７が形成されている。

これにより、第１ブラケット４において、燃料ガスポンプ３２がスタックフレーム２に対して回動したときに、第２ブラケット７は、第３および第４締結部材９ａ、９ｂにより拘束されているため、屈曲部７ｃが塑性変形する。この塑性変形により、車両の衝突時の衝撃荷重を第２ブラケット７で吸収することができる。また、第２ブラケット７が塑性変形している間に、第２締結部材５ｂを第１ブラケット４から外し、その後、第３締結部材９ａを第２ブラケット７から外すことができるため、これらの外れるタイミングを異なるものにすることができる。

さらに、第２ブラケット７は、第１アーム７ａと第２アーム７ｂとを連結する屈曲部７ｃにおいて、くびれた形状になっている。すなわち、プレート状である第１および２アーム７ａ、７ｂの幅は、屈曲部７ｃに進むに従って減少している。

このように、第２ブラケット７の屈曲部７ｃが他の部分に比べて、脆弱な部分となるので、第２ブラケット７を屈曲部７ｃにおいて塑性変形し易くすることができる。これにより、屈曲部７ｃで衝撃荷重を吸収しつつ、燃料ガスポンプ３８の回動が阻害されることを抑えることができる。

さらに、本実施形態では、第１締結部材５ａの位置する回転中心から、第３締結部材９ａの取付け位置までの距離ｒ２は、その回転中心から第２締結部材５ｂの取付け位置までの距離ｒ１よりも長い（図１１等参照）。

燃料ガスポンプ３２がスタックフレーム２に対して回動したときに、第２締結部材５ｂに比べて、第３締結部材９ａにより大きいモーメントが作用するので、第２ブラケット７が塑性変形し易い。これにより、屈曲部７ｃで衝撃荷重を吸収しつつ、燃料ガスポンプ３８の回動が阻害されることを抑えることができる。

また、図６Ａにおいて、本実施形態では、燃料ガスポンプ３８に接続される循環流路３６を構成する配管３６Ａ、３６Ｂは、ゴム製または樹脂製の可撓性を有する配管である。配管３６Ａは燃料電池スタック１０に接続されたポンプ吐出側の配管であり、配管３６Ｂは、気液分離器３７に接続されたポンプ吸込み側の配管である。これらの配管３６Ａ、３６Ｂは、可撓性を有した配管であるので、燃料電池車両１の衝突時に、燃料ガスポンプ３８が回動しても、この回動が阻害されることを抑え、配管自体が破損することも抑えることができる。

本実施形態では、気液分離器３７は樹脂製であり、燃料ガスポンプ３８の下面に形成された２つの雌ねじ穴にボルト等の締結部材３７ａ（図５参照）をねじ込んで取付けるようになっている。気液分離器３７は、燃料電池スタック１０から排出された燃料オフガスより気液を分離する機能を有しており、分離された液体部分は燃料電池スタック１０から排出された酸化剤オフガスと合流され、燃料電池車両１の外部に排出されるようになっている。

前記の如く構成された本実施形態の燃料電池車両１の作用について、図７から図１０を参照して以下に説明する。なお、図７、８は燃料ガスポンプ３８を簡略化した模式図で示しており、図９、１０は燃料ガスポンプ３８を詳細な下面図で示している。

燃料電池車両１が例えば障害物等に衝突すると、車両のフロントルームＲが押し潰されて変形し、燃料電池スタック１０とこれに付随する補機類は、障害物によって後方に移動する。具体的には、スタックフレーム２の移動により、これに取付けられた燃料電池スタック１０、コンプレッサ２２、燃料ガスポンプ３８、および気液分離器３７は後方に移動し、ダッシュパネル４０に接近する。

衝突の衝撃が小さい場合は、図７に示すように、燃料電池スタック１０や補機類はダッシュパネル４０に接近するだけですむ。例えば、気液分離器３７とダッシュパネル４０とが当接したときには、図３に示す間隔から、燃料ガスポンプ３８とダッシュパネル４０との間隔は（Ｓ２－Ｓ１）に変化し、スタックフレーム２とダッシュパネル４０との間隔は（Ｓ３－Ｓ１）に変化する。

衝突の衝撃が大きい場合には、最も後方に位置する気液分離器３７が金属製のダッシュパネル４０に衝突して破壊される。気液分離器３７は、樹脂製であるので、これが容易に破壊されて衝撃を吸収する。衝撃がさらに大きい場合には、燃料ガスポンプ３８がダッシュパネル４０に衝突する。なお、気液分離器３７が、燃料ガスポンプ３８からダッシュパネル４０側に突出していない場合、または、気液分離器３７を省略する場合には、以下に示すよう、燃料ガスポンプ３８がダッシュパネル４０に衝突する。

燃料ガスポンプ３８がダッシュパネル４０に衝突すると、図８に示すように、燃料ガスポンプ３８の後方の角部がダッシュパネル４０と当接し、その後方の角部に反力が発生する。ここで、上述したように、燃料ガスポンプ３８は、燃料電池車両１の平面視において、燃料ガスポンプ３８を駆動するモータＭの回転軸線Ｌ１が、燃料電池車両１の前後方向に沿った基準線Ｌ２に対して傾斜するように、第１ブラケット４を介してスタックフレームに固定され、第２ブラケット７を介して燃料電池スタック１０に固定されている。これにより、燃料ガスポンプ３８がダッシュパネル４０に接触すると、燃料ガスポンプ３８にモーメントが作用し、燃料ガスポンプ３８は、図８に示すように、ダッシュパネルから離れる方向に回動しようとする。

このとき、図８および図１０に示すように、第１ブラケット４の貫通孔に挿通された第１締結部材５ａを回転中心として、第１ブラケット４が燃料ガスポンプ３８とともにスタックフレーム２に対して反時計方向（車両外側に向かう方向）に回動し、第２締結部材５ｂが、第１ブラケット４から外れ、第１切欠き部６の開口部６ｂから抜け出す(図１２、第１離脱タイミングｔ１)。

燃料ガスポンプ３８が反時計方向に回動すると、燃料ガスポンプ３８はダッシュパネル４０を押圧しなくなるため、燃料ガスポンプ３８のダッシュパネル４０への押圧を回避することができる。これにより、燃料ガスポンプ３８およびダッシュパネル４０の損傷を回避することができる。なお、燃料ガスポンプ３８の回動により、第２ブラケット７は、屈曲部７ｃの屈曲が開くように、屈曲部７ｃで塑性変形し衝撃を吸収する。燃料ガスポンプ３８の回動によりスタックフレーム２とダッシュパネル４０との間隔はＳ４となる（図８参照）。

第１ブラケット４の第１切欠き部６から第２締結部材５ｂが抜け出し、第２ブラケット７の屈曲部７ｃが塑性変形した後も、さらに衝撃が続くときは、第２ブラケット７の第１アーム７ａに形成した第２切欠き部８を固定している第３締結部材９ａが、第２ブラケット７から外れ、第２切欠き部８から抜け出す(図１２、第２離脱タイミングｔ２)。これにより、第２ブラケット７の第１アーム７ａはフリーの状態となり、ダッシュパネル４０に加わる荷重を抑えることができ、ダッシュパネル４０の変形を最小限に抑えることができる。

つぎに、ここで、上述した第１および第２脱離タイミングｔ１、ｔ２における各部材の挙動を、図１１を参照して、さらに詳細に説明する。図１１は燃料電池スタック１０と、第１ブラケット４および第２ブラケット７と、燃料ガスポンプ３８と気液分離器３７とを合体した補機類Ｕと、ダッシュパネル４０との位置関係を示している概略平面図である。なお、図１１では、燃料電池スタック１０と補機類Ｕは、衝突時には車両後方に移動するとともに、回動するが、本図では、燃料電池スタック１０と補機類Ｕは回動するのみで、相対的にダッシュパネル４０が前方に移動するように表現している。

図１１において、第１ブラケット４の第１切欠き部６は、第１ブラケット４が回動するための回転中心である第１締結部材５ａに対して、第１距離ｒ１の円弧Ｒ１上に開口している。第２ブラケット７の第２切欠き部８は、第１ブラケット４が回動するための回転中心である第１締結部材５ａに対して、第２距離ｒ２の円弧Ｒ２上に開口している。

燃料ガスポンプ３８を取付けている第１ブラケット４は、実線の位置で通常の状態を示している。点線で示す第１ブラケット４Ａは、衝突等で衝撃が加わり、燃料ガスポンプ３８および補機類Ｕが回動し、第１離脱タイミングｔ１で第２締結部材５ｂが第１ブラケット４から外れ、第１切欠き部６から抜け出した状態を示している。また、二点鎖線で示す第１ブラケット４Ｂは、衝突等で衝撃が大きく、燃料ガスポンプ３８および補機類Ｕがさらに回動し、第２離脱タイミングｔ２で、第３締結部材９ａが第２ブラケット７から外れ、第２切欠き部８から抜け出した状態を示している。

第２ブラケット７は、貫通孔７ｄに第４締結部材９ｂを挿通し、燃料電池スタック１０の雌ねじ孔１０ａにねじ込んで固定されている。衝突等で衝撃が加わり、燃料ガスポンプ３８および補機類Ｕが回動し、第１離脱タイミングｔ１になると第３締結部材９ａは、９ａ１の位置まで回動するが、第２ブラケットの第１アーム７ａは、屈曲部７ｃが塑性変形して、７ａ１の位置まで伸びるように変形するため、この段階では第２ブラケット７の第２切欠き部８から第３締結部材９ａは抜け出さない。衝撃が大きく、さらに回動が進むと、第３締結部材９ａは９ａ２の位置まで回動し、第３締結部材９ａは第２ブラケット７から外れ、第２切欠き部８から抜け出す。

ここで、図１２に示すダッシュパネルに加わる荷重について説明する。図１２は横軸を燃料ポンプと補機類の移動量を示し、縦軸をダッシュパネルに加わる荷重を示している。図１２において、衝突等の衝撃で、燃料電池スタック１０とこれに付随する補機類が車両の後方に移動すると、ダッシュパネル４０に接近する。そして、移動量が増えるとダッシュパネルへ加わる荷重は徐々に増加する。そして、荷重が所定値を超えると第１ブラケット４を固定している第２締結部材５ｂが第１切欠き部６から抜け出し、荷重は減少する。その後、さらに移動量が増えると、荷重は増加し屈曲部７ｃが変形する。さらに、移動量が増えると、第２ブラケット７の第１アーム７ａを固定している第３締結部材９ａが第２切欠き部８から抜け出し、荷重は減少する。

このように、第１ブラケット４の第１切欠き部６から第２締結部材５ｂが抜け出す第１離脱タイミングｔ１でダッシュパネル４０に加わる荷重を低減でき、さらに第２ブラケット７の第２切欠き部８から第３締結部材９ａが抜け出す第２離脱タイミングｔ２でダッシュパネル４０に加わる荷重を低減できる。これにより、ダッシュパネル４０の変形を最小限に押させることができ、キャビンＣ内への燃料電池スタック１０や補機類の突出を抑えることで乗員の安全をより高めることができる。

特に、本実施形態では、燃料ガスポンプ３８は、フロントフェンダ４５寄りのスタックフレーム２に取付けられ、かつ、モータＭの回転軸線Ｌ１を、車両前方に進むに従って、燃料電池車両１の前後方向に沿った中心線に近づくように傾斜させている。この結果、燃料ガスポンプ３８は、フロントルームＲのフロントフェンダ４５側の空間Ｓに回動するので、スタックフレーム２の下部に取付けられた他の補機類と接触することを回避することができる（図９および図１０参照）。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、燃料ガスポンプの基準線として、ポンプを駆動するモータの駆動軸の回転軸線の例を示したが、これに限られるものでなく、燃料ガスポンプの重心を通る長手方向の中心線を用いてもよい。

また、衝突時に燃料ガスポンプをダッシュパネルから逃げるように回動させる回転中心として、締結ボルトの例を示したが、ピン等の軸材を用いて回動させるように構成してもよい。

本実施形態では、気液分離器を燃料ガスポンプからダッシュパネル側に突出させたが、気液分離器を燃料ガスポンプからダッシュパネル側に突出させなくてもよく、または、必要に応じて気液分離器を省略してもよい。

１：燃料電池車両、２：スタックフレーム、４：第１ブラケット、４ａ：取付け部、４ｅ：貫通孔、５ａ：第１締結部材、５ｂ：第２締結部材、６：第１切欠き部、６ａ：凹部、６ｂ：開口部、７：第２ブラケット、７ａ：第１アーム、７ｂ：第２アーム、７ｃ：屈曲部、８：第２切欠き部、８ａ：凹部、８ｂ：開口部、９ａ：第３締結部材、９ｂ：第４締結部材、１０：燃料電池スタック、２２：コンプレッサ、３７：気液分離器、３８：燃料ガスポンプ（水素ポンプ）、４０：ダッシュパネル、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３：間隔、Ｌ１：燃料ガスポンプのモータの回転軸線、Ｌ２：燃料電池車両の前後方向の基準線、Ｍ：燃料ガスポンプのモータ、Ｒ：フロントルーム、Ｃ：キャビン

Claims (4)

1. 燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックから排出された燃料オフガスの一部を前記燃料電池スタックへ循環させる燃料ガスポンプと、を備えた燃料電池車両であって、
   前記燃料電池車両は、車両前方において、前記燃料電池スタックおよび前記燃料ガスポンプを収容するフロントルームと、前記フロントルームとキャビンとを区画するダッシュパネルと、を備えており、
   前記燃料電池スタックは、スタックフレームに載置され、前記スタックフレームは、前記フロントルームに固定されており、
   前記燃料ガスポンプは、前記スタックフレームから前記ダッシュパネル側に突出した状態で、前記スタックフレームの下部に取付けられており、
   前記燃料ガスポンプは、前記燃料電池車両の平面視において、前記燃料ガスポンプを駆動するモータの回転軸線が、前記燃料電池車両の前後方向に沿った基準線に対して傾斜するように、第１および第２ブラケットを介して前記スタックフレームおよび前記燃料電池スタックに固定されており、
   前記第１ブラケットは、水平方向に延在した平板状の取付け部を有し、前記第１ブラケットは、前記取付け部において、第１および第２締結部材により前記スタックフレームに取付けられており、
   前記第１締結部材は、前記取付け部に形成された貫通孔に挿通した状態で、前記スタックフレームと前記第１ブラケットとを固定しており、前記第２締結部材は、前記取付け部に形成された第１切欠き部に挿通した状態で、前記スタックフレームと前記第１ブラケットとを固定しており、
   前記第２ブラケットは、水平方向に延在した第１アームと、前記第１アームに屈曲部を介して連結され、鉛直方向に延在した第２アームとを備え、前記第１アームは第２切欠き部に挿通した第３締結部材で前記燃料ガスポンプに取付けられ、前記第２アームは前記燃料電池スタックに固定されており、
   前記第１ブラケットの貫通孔に挿通された前記第１締結部材を回転中心として、前記第１ブラケットが前記燃料ガスポンプとともに前記スタックフレームに対して回動したときに、前記第２締結部材が前記第１ブラケットから外れて前記第１切欠き部から抜け出すように、前記第１切欠き部が形成され、かつ、前記第３締結部材が前記第２ブラケットから外れて前記第２切欠き部から抜け出すように、前記第２切欠き部が形成され、
   前記燃料ガスポンプの回動により、前記第２締結部材が前記第１ブラケットから外れるタイミングとは異なるタイミングで、前記第３締結部材が前記第２ブラケットから外れて前記第２切欠き部から抜け出すように、前記第１および第２ブラケットが形成されていることを特徴とする燃料電池車両。
2. 前記第２ブラケットは、塑性変形可能な金属製の部材であり、前記燃料ガスポンプが前記スタックフレームに対して回動したときに、前記第２ブラケットの少なくとも前記屈曲部が塑性変形し、前記屈曲部の塑性変形の後、前記第３締結部材が前記第２ブラケットから外れるように、前記第２ブラケットが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
3. 前記第２ブラケットは、前記屈曲部でくびれた形状になっていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両。
4. 前記回転中心から前記第３締結部材の取付け位置までの距離は、前記回転中心から前記第２締結部材の取付け位置までの距離よりも長いことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料電池車両。

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