JP7095556B2 - 燃料電池車両 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両に関する。

従来の燃料電池車両は、車両前方のフロントルーム内に燃料電池スタックとパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）などの高電圧部品が配置されている。燃料電池スタックは、スタックフレームに固定され、高電圧部品は、燃料電池スタックの上部に配置されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－１９００９０号公報

しかし、前記構造の燃料電池車両では、例えば前方からの衝突時に、車両の変形により、燃料スタックと高電圧部品が押し潰されて、損壊してしまうおそれがある。燃料電池車両では、燃料電池スタックと、燃料電池スタックから電力が供給される高電圧部品は、車両の駆動に重要な部品であるため、衝突時の損傷をできるだけ少なくすることが望ましい。

本発明では、車両が前方側から衝突した際に、重要部品である燃料電池スタックおよび高電圧部品の損傷を最小限に抑えることができる燃料電池車両を提供する。

前記課題を鑑みて、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の上部に配置された、燃料電池スタックから電力が供給される高電圧部品と、前記燃料電池スタックに取り付けられた第１部品と、前記第１部品よりも車両の前方側において、前記第１部品と間隔をあけて配置された第２部品と、を車両前方のフロントルーム内に収容した燃料電池車両であって、前記燃料電池スタックは、前記フロントルーム内に固定されたスタックフレームに載置固定されており、前記スタックフレームは、前記燃料電池車両の車台にマウントを介して連結固定されており、前記第１部品は、前記燃料電池車両の前方側の衝突時に、前記第１部品に向かって移動する前記第２部品の衝撃荷重により変形し、前記第２部品からの衝撃荷重を緩衝する緩衝部と、前記第２部品からの衝撃荷重が、所定以上となった際に、前記緩衝部のさらなる変形を制限する高剛性部と、を備えており、前記高剛性部により前記緩衝部の変形が制限された際に、前記第２部品からの前記衝撃荷重により、前記スタックフレームが前記車台から切り離されるように、前記マウントを介して、前記スタックフレームと前記車台とが連結固定されていることを特徴とする。

前記のごとく構成された本発明の燃料電池車両では、車両が前方側から衝突した際には、衝突等の衝撃荷重で車体が変形し、車両前方のフロントルーム内の第２部品が衝撃で後方に移動する。衝撃荷重が小さい（移動量は少ない）ときには、第１部品の緩衝部が変形して衝撃が緩和される。

一方、衝撃荷重が大きい（移動量が大きい）ときには、燃料電池スタックを載置固定しているスタックフレームが車台から切り離され、スタックフレームとともに、燃料電池スタックおよび高電圧部品が、第２部品の衝撃荷重をすべて受けることを回避することができる。この結果、燃料電池スタックと、その上部に配置された高電圧部品の損傷を最低限とすることができる。

ここで、上述したように、衝撃荷重が作用した際に、緩衝部が変形するのであれば、緩衝部とマウントとの位置関係は特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましい態様としては、前記衝突時に、前記緩衝部が、前記マウントよりも先に、前記第２部品に接触するように、前記緩衝部と前記マウントが配置されている。この態様によれば、第２部品が、移動する際に、マウントよりも先に緩衝部に接触するので、緩衝部が損傷する前に、マウントが損傷することを防止することができる。これにより、緩衝部により衝撃荷重を緩衝した後、スタックフレームを車台から切り離すことができる。

本発明の燃料電池車両によれば、車両が前方側から衝突した際に、燃料電池スタックおよび高電圧部品の破損や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要部構成を示す模式図である。 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主要部分の側面を示す要部模式図である。 図３の平面を示す要部模式図である。 図３および図４の要部構成を示す斜視図である。 本実施形態の燃料電池車両の動作説明図であり、ラジエータの第１の移動状態を示す、図３に対応する要部模式図である。 本実施形態の燃料電池車両の動作説明図であり、ラジエータの第２の移動状態を示す、図３に対応する要部模式図である。 本実施形態の燃料電池車両の動作説明図であり、ラジエータの第３の移動状態を示す、図３に対応する要部模式図である。 本実施形態の燃料電池車両の動作説明図であり、ラジエータの第４の移動状態を示す、図３に対応する要部模式図である。

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。図１は、本実施形態に係る燃料電池車両の要部構成を示す模式図である。

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、燃料電池スタックの上部に配置された高電圧部品１１と、燃料電池スタック１０に付属する付属部品としてイオン交換器４７と、ラジエータ４３等の補機部品などが収容されている。イオン交換器４７およびラジエータ４３は、後述する燃料電池システム１Ａの冷却系４０を構成する。その他に、フロントルームＲ内には、図示していないコンプレッサ、気液分離器、および水素ポンプなどの燃料電池システム１Ａに必要な部品が収容されている。

高電圧部品１１は、燃料電池スタック１０の上部に固定され、燃料電池スタック１０と高圧ケーブルおよび制御ケーブルで接続され、燃料電池スタック１０で発電された電力が供給されるとともに、燃料電池スタック１０を制御する機能を有している。高電圧部品１１は、燃料電池車両のパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）を含む。燃料電池スタック１０および高電圧部品１１は、燃料電池システム１Ａの重要部品を構成しており、これらは後述するように、衝突等で破損、変形等の損傷が生じないように配置等が考慮されている。

燃料電池スタック１０は、フロントルームＲ内に固定されたスタックフレーム１２に載置固定されている。スタックフレーム１２は車体の構造部材である車台（シャーシ）１３にマウント１４を介して固定されている。本実施形態では、車台１３は、後述する図５に示すように、前方の前水平部１３ａと、水平部から後方に向けて傾斜して下降する傾斜部１３ｂと、傾斜部から後方に向けて延在する後水平部１３ｃとを有している。また、スタックフレーム１２は、車台１３の水平部に対して後方が下がるように傾斜して固定されている。

スタックフレーム１２を車台１３に固定するマウント１４は、図４に示すように前後４か所の位置に配設されている。前マウント１４ａは前水平部１３ａに固定され、スタックフレーム１２の前部に固定されたマウントアーム１２ｂを介してスタックフレーム１２の前部を支持し、後マウント１４ｂは後水平部１３ｃに固定され、スタックフレーム１２の後部を支持する。スタックフレーム１２は、前後のマウント１４で４点支持されるため、固定状態が安定している。

前マウント１４ａおよび後マウント１４ｂは、ボルト等の締結部材で車台１３に取付固定されている。また、マウントアーム１２ｂはスタックフレーム１２にボルト等の締結部材で固定され、マウントアーム１２ｂと前マウント１４ａも、ボルト等の締結部材で連結固定されている。前マウント１４ａおよび後マウント１４ｂと、車台１３との連結は、詳細については後述するが、例えば衝突時の衝撃荷重の大きさにより引き離される構造となっている。燃料電池車両１は、フロントルームＲとキャビンＣとを分けるダッシュパネル１５を備えている。

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１Ａ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１Ａ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（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、燃料電池スタック１０を冷却する冷却系４０とを備えている。

例えば、固体高分子型の燃料電池スタック１０の燃料電池セルは、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側触媒層（アノード電極）およびカソード側触媒層（カソード電極）とからなる膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を備えている。ＭＥＡの両側には、燃料ガスもしくは酸化剤ガスを供給するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するためのガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer）が形成されている。ＧＤＬが両側に配置された膜電極接合体は、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly）と称され、ＭＥＧＡは、一対のセパレータにより挟持されている。ここで、ＭＥＧＡが燃料電池の発電部であり、ガス拡散層がない場合には、ＭＥＡが燃料電池の発電部となる。

酸化剤ガス供給系２０は、例えば、燃料電池スタック１０（のカソード電極）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。なお、酸化剤ガス供給流路２５（のエアクリーナ２１）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。

酸化剤ガス供給流路２５において、エアクリーナ２１は、大気中から取り込む酸化剤ガス（空気等）中の塵埃を除去する。コンプレッサ２２は、前記エアクリーナ２１を介して導入された酸化剤ガスを圧縮し、圧縮された酸化剤ガスをインタクーラ２３へ圧送する。インタクーラ２３は、コンプレッサ２２から圧送されて導入された酸化剤ガスを通過させるときに、例えば冷媒との熱交換によって冷却し、燃料電池スタック１０（のカソード電極）に供給する。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。

バイパス流路２６は、一端が酸化剤ガス供給流路２５（のインタクーラ２３もしくはその下流側）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。

酸化剤ガス排出流路２９において、マフラ２８は、酸化剤ガス排出流路２９に流れる酸化剤オフガス（排出ガス）を、例えば、気相と液相とに分離して外部に排出する。また、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。調圧弁２９Ｖの下流側に、前記したバイパス流路２６が接続されている。

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からの燃料ガスを各燃料電池セル（のアノード電極）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。遮断弁３５Ｖを開くと、燃料ガス供給源３１に貯留された高圧の燃料ガスが燃料ガス供給源３１から燃料ガス供給流路３５に流出し、レギュレータ３４やインジェクタ３３により調圧（減圧）されて、各燃料電池セル（のアノード電極）に供給される。

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（水素ポンプともいう）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１Ａは、酸化剤ガス供給系２０によって各燃料電池セル（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によって各燃料電池セル（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。燃料電池スタック１０は、発電の際の電気化学反応による温度上昇を冷却系４０で所定の温度に制御される。

各燃料電池セルを冷却する冷却系４０は、燃料電池スタック１０内の冷却流路に連通する冷媒流路４１と、冷媒流路４１に設けられた冷却ポンプ４２およびモータ（ポンプモータ）４２ａと、を備えている。また、冷却系４０は、燃料電池スタック１０から排出される冷媒を冷却するラジエータ４３と、ラジエータ４３の放熱部４３ａを冷却するファンモータ４３ｂと、を備えている。さらに、冷却系４０は、ラジエータ４３をバイパスするバイパス流路４４と、ラジエータ４３及びバイパス流路４４の冷却水の流通を制御する三方弁４５と、バイパス流路４４と並列に設けた冷却配管４６に配置されたイオン交換器４７を備えている。冷却ポンプ４２は、モータ４２ａの駆動により、冷媒流路４１内の冷媒を燃料電池スタック１０に循環供給する。イオン交換器４７は、燃料電池スタック１０を冷却する冷媒からイオンを除去する機能を有している。

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５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と、その上部に配置され、燃料電池スタック１０から電力が供給される高電圧部品１１と、を車両前方のフロントルームＲ内に備えている。さらに、燃料電池車両１は、燃料電池スタック１０に取り付けられたイオン交換器４７と、イオン交換器４７よりも車両前方側において、イオン交換器４７と間隔をあけて配置されたラジエータ４３と、をフロントルームＲ内に備えている。

なお、イオン交換器４７が、本発明でいう「第１部品」に相当し、ラジエータ４３が、本発明でいう「第２部品」に相当する。また、フロントルームＲ内には、図示していないが、図２に示されるコンプレッサ２２、燃料ガスポンプ３８が、車両前方側において、スタックフレーム１２の下部に、コンプレッサブラケット等を介して取付けられている。

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１２の上部に搭載されており、ボルト等の締結部材で固定されている。高電圧部品１１は、燃料電池スタック１０の上部に配置され、ボルト等により固定されている。燃料電池スタック１０と高電圧部品１１とは、高電圧ケーブル、制御ケーブル等で接続されている。冷却系４０を構成するイオン交換器４７（第１部品）は、燃料電池スタック１０の車両前方側の面にボルト等の締結部材で固定されており、燃料電池スタック１０から前方に突出した状態で固定されている。イオン交換器４７は、冷却系４０の冷媒流路４１に並列に設置されており、高電圧部品１１とラジエータ４３の放熱部４３ａとの間に設置されている。

イオン交換器４７は、樹脂等で成形された部材であり、上部のキャップ部４７ａおよび下部の有底の筒状部４７ｂを備えており、筒状部４７ｂの開口を覆うようにキャップ部４７ａが、ボルト等の締結部材を介して、筒状部４７ｂに固定されている。筒状部４７ｂおよびキャップ部４７ａは、内部に冷却用の冷媒が循環する空間を有している。筒状部４７ｂは、取付部４７ｃで燃料電池スタック１０のスタックケースに連結ボルト等で固定されている。

筒状部４７ｂは、後述する燃料電池車両１の前方側の衝突時に、筒状部４７ｂに向かって移動するラジエータ４３の衝撃荷重により変形し、ラジエータ４３からの衝撃荷重を緩衝する緩衝部である。

一方、キャップ部４７ａは、燃料電池車両１の前方側の衝突時に、ラジエータ４３からの衝撃荷重が、所定以上となった際に、筒状部４７ｂのさらなる変形を制限する（規制する）高剛性部（変形制限部）である。具体的には、キャップ部４７ａは、通常のイオン交換器よりも、高い剛性を有しており、筒状部４７ｂに固定されることにより、ラジエータ４３による筒状部４７ｂのさらなる変形を防止するものである。

すなわち、図３に示すように、区分ラインＬを境界として、イオン交換器４７の区分ラインＬよりも車両前方側の領域Ａが、ラジエータ４３からの衝撃荷重を緩衝するように変形する緩衝領域（変形領域）となる。一方、イオン交換器４７の区分ラインＬよりも車両後方側の領域Ｂが、ラジエータ４３からの衝撃荷重が、それ以上作用しても、キャップ部４７ａの剛性により筒状部４７ｂがさらに変形しない高剛性領域となる。

なお、領域Ｂでは、筒状部４７ｂが、衝撃荷重により、それ以上変形しない代わりに、ラジエータ４３からの衝撃荷重により、後述するように、スタックフレーム１２が車台１３から切り離されて、ラジエータ４３から燃料スタック１０への衝撃荷重を逃がすことができる。

本実施形態では、水平方向の衝撃荷重によるキャップ部４７ａの破壊強度（塑性変形が開始する強度）が、筒状部４７ｂの破壊強度（塑性変形が開始する強度）よりも高い。すなわち、キャップ部４７ａの破壊強度は、筒状部４７ｂの破壊強度よりも大きいため、キャップ部４７ａは、筒状部４７ｂよりも潰れ難い。たとえば、筒状部４７ｂの破壊強度は１０ＫＮ以下の値に設定され、キャップ部４７ａの破壊強度は１００ＫＮよりも高い値に設定されている。

上述したように、車両のフロントルームＲの前方に位置するラジエータ４３は、燃料電池システム１Ａの補機部品であり、放熱部４３ａとファンモータ４３ｂとを備えている。ファンモータ４３ｂを回転駆動し、燃料電池スタック１０内を循環して昇温した冷媒の熱を放熱部４３ａから放熱することで燃料電池スタック１０の温度上昇を抑制する。ファンモータ４３ｂは、放熱部４３ａの後方でスタックフレーム１２の方向に突出している。

スタックフレーム１２は、図４および図５に示すように、３枚の金属板材を溶接して構成されている、左右の板材は長く、中央の板材は短く形成されており、前方の端部には車幅方向に延在する前梁材１２ａが溶接等で接合されている。本実施形態では、３枚の金属板材はアルミニウムの押出し材で形成されているが、材質はアルミニウムに限られるものではない。

さらに、図３に示すように、スタックフレーム１２は、車両前方から車両後方に向かって下方に傾斜していてもよい。これにより、ラジエータ４３からの衝撃荷重がイオン交換器４７を介して燃料電池スタック１０に作用した際に、スタックフレーム１２に固定されたマウント１４にモーメントが作用する。これにより、ラジエータ４３から燃料スタック１０に作用する衝撃荷重を逃がすように、スタックフレーム１２を車台１３から切り離すことができる。

本実施形態では、スタックフレーム１２の前梁材１２ａから、クラッシュボックス４８が車両前方に突出して固定されている。そして、ラジエータ４３のファンモータ４３ｂが、クラッシュボックス４８と離間しており、車両後方側において、クラッシュボックス４８に対向するように配置されている。クラッシュボックス４８は、上述した衝撃荷重を受けたときにつぶれて変形して、衝撃荷重を吸収する構造であり、樹脂製あるいは金属製の箱型に形成されている。

本実施形態では、上述したように、マウント１４と車台１３は、例えば衝突時の衝撃荷重の大きさにより引き離される構造となっている。具体的には、車台１３は車体の前後方向に延在する平行な２本のメンバーで構成され、一方の車台１３の前方に前マウント１４ａがボルト等で固定され、後方に後マウント１４ｂがボルト等で固定されている。そして、前マウント１４ａの上部に、スタックフレーム１２から前方に突出して固定されたマウントアーム１２ｂの前部がボルト等で連結されている。また、後マウント１４ｂの上部にスタックフレーム１２の後部が固定されている。

さらに、キャップ部４７ａにより筒状部４７ｂの変形が制限された際に、ラジエータ４３からの衝撃荷重により、スタックフレーム１２が車台１３から切り離されるように、マウント１４を介して、スタックフレーム１２と車台１３とが連結固定されている。

具体的には、本実施形態では、ラジエータ４３から、一定以上の衝撃荷重がマウント１４に加わると、前マウント１４ａと車台１３との連結、および後マウント１４ｂと車台１３との連結が外れるように構成されている。たとえば、スタックフレーム１２と車台１３との取付強度（すなわち、スタックフレーム１２と車台１３とを連結固定した状態を維持可能な強度）は、上述した筒状部４７ｂの破壊強度よりも高く、かつ、上述したキャップ部４７ａの破壊強度より小さく、例えば１００ＫＮに設定されている。

なお、スタックフレーム１２が車台１３から切り離されるのであれば、前マウント１４ａとマウントアーム１２ｂとの連結が外れるものでもよく、マウントアーム１２ｂとスタックフレーム１２との連結が外れるものでもよい。また、後マウント１４ｂとスタックフレーム１２との連結が外れるものでもよい。

さらに、燃料電池車両１の前方側の衝突時に、イオン交換器４７の筒状部４７ｂが、マウント１４（具体的には、前マウント１４ａ）よりも先に、ラジエータ４３に接触するように、イオン交換器４７の筒状部４７ｂとマウント１４が配置されている。ラジエータ４３が車両後方に移動する際に、マウント１４よりも先に筒状部４７ｂに接触するので、筒状部４７ｂが損傷するより前に、マウント１４が損傷することを防止することができる。これにより、筒状部４７ｂにより衝撃荷重を緩衝した後、スタックフレーム１２を車台から切り離すことができる。

前記の如く構成された本実施形態の燃料電池車両の作用について、図６～図９を参照して以下に説明する。図６～図９は、燃料電池車両１が前方から衝突した際の、ラジエータ４３の第１～第４の移動状態を示している。なお、図６～図９はフロントルームＲ内の部品等の配置を模式的に示しているので詳細な構成については略示している。

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、ラジエータ４３は障害物によって、燃料電池スタック１０、高電圧部品１１および、イオン交換器４７に向かって、後方に移動する。これにより、スタックフレーム１２に固定された燃料電池スタック１０、高電圧部品１１、およびイオン交換器４７に、ラジエータ４３が、図６に示すように接近する。図６では、図３に示す初期位置Ｓ１からその第２位置Ｓ２までラジエータ４３が後方に移動する第１の移動状態を示している。この段階では、ファンモータ４３ｂとクラッシュボックス４８は当接している。

衝撃荷重が極めて小さいときは、図６に示すように、ボディ等の変形でラジエータ４３の第２位置Ｓ２で、その衝撃荷重が緩衝されるが、衝撃荷重がやや大きい場合には、図７に示すように、ラジエータ４３がさらに後方の第３位置Ｓ３まで移動し、ラジエータ４３のファンモータ４３ｂも、後方に移動する。これにより、ファンモータ４３ｂが、クラッシュボックス４８をつぶして変形させる。このクラッシュボックス４８の変形により、車両前方側からのラジエータ４３の衝撃荷重を緩衝（吸収）することができる。

衝撃荷重がさらに大きい場合には、クラッシュボックス４８の変形で衝撃荷重を吸収できず、図８に示すように、ラジエータ４３（の放熱部４３ａ）が接触して、イオン交換器４７の筒状部４７ｂが変形し、ラジエータ４３からの衝撃荷重を、筒状部４７ｂで緩衝（吸収）する。図８では、図７の状態からラジエータ４３はさらに後退し、第４位置Ｓ４に移動する。この状態では、イオン交換器４７は、筒状部４７ｂが変形した状態となるが、筒状部４７ｂは、さらに区分ラインＬまで変形代を有している。図８は、ラジエータ４３の第３の移動状態を示している。なお、ラジエータ４３が車両後方に移動する際に、マウント１４よりも先に筒状部４７ｂに接触するので、筒状部４７ｂが損傷するより前に、マウント１４が損傷することを防止することができる。

衝撃荷重がより大きいときは、ラジエータ４３はさらに移動し、イオン交換器４７の筒状部４７ｂは、さらに区分ラインＬまで変形する。しかしながら、筒状部４７ｂには、キャップ部４７ａが取り付けられており、このキャップ部４７ａの構成により、筒状部４７ｂは、それ以上変形しない。そして、筒状部４７ｂで緩衝しきれないラジエータ４３からの衝撃荷重は、イオン交換器４７の取付部４７ｃを介して燃料電池スタック１０を後方に押圧する。

燃料電池スタック１０からの衝撃荷重は、スタックフレーム１２に伝達され、スタックフレーム１２を車台１３に連結固定している前後のマウント１４ａ、１４ｂに伝達される。これにより、マウント１４に一定以上の荷重が加わり、スタックフレーム１２と車台１３との連結が外れる。

このようにして、スタックフレーム１２に載置固定された燃料電池スタック１０と、その上に固定された高電圧部品１１は、車台１３から切り離され、フロントルームＲ内でフリーな状態となる。この結果、ラジエータ４３からの衝撃荷重が、燃料電池スタック１０等に直接的に作用することを回避することができる。この際、ラジエータ４３は、図９に示す第５位置Ｓ５の状態となる。図９は、第５の移動状態を示している。

このようにして、燃料電池車両１は、例えば前方からの衝突で、車両前部が損傷を受けたとき、衝撃荷重の大きさにより、ラジエータ４３の車両後方への移動量が変化する。ラジエータ４３は、衝撃荷重が小さいときは初期位置Ｓ１から第２位置Ｓ２（図６参照）まで移動して緩衝する。また、衝撃荷重がより大きいときは、ラジエータ４３等の補機部品は第３位置Ｓ３（図７参照）まで移動し、クラッシュボックス４８が変形して潰れる。

衝撃荷重がさらに大きいときは、ラジエータ４３は第４位置Ｓ４（図８参照）まで後退し、イオン交換器４７の筒状部４７ｂが変形し、衝撃荷重が緩衝される。衝撃荷重が、所定以上の荷重になった際には、キャップ部４７ａにより、筒状部４７ｂのさらなる変形が制限される。そして、ラジエータ４３からの衝撃荷重は、イオン交換器４７の取付部４７ｃを介して、燃料電池スタック１０からマウント１４に伝達され、スタックフレーム１２は、この押圧により、車台１３から切り離される（図９参照）。

これにより、燃料電池スタック１０と、この上部に配置固定された高電圧部品１１は、スタックフレーム１２とともに車台１３からフリーの状態となるため、衝突等によるラジエータ４３等の補機部品の後退による衝撃荷重から解放され、変形や破損が防止される。

すなわち、ラジエータ４３等の補機部品が初期位置Ｓ１から第４位置Ｓ４までの間は、クラッシュボックス４８の変形、イオン交換器４７の筒状部４７ｂの変形等により、ラジエータ４３からの衝撃荷重を緩衝する。第５位置Ｓ５の状態では、スタックフレーム１２と車台１３とのマウント１４による連結を切り離して、燃料電池スタック１０および高電圧部品１１の変形や破損を抑制することができる。

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、本発明の第１部品として、イオン交換器の例を示したが、破壊強度の大きい高剛性部と、破壊強度の小さい緩衝部とを備えていれば、イオン交換器に限られるものではない。燃料電池スタックに付属する他の付属部品であってもよい。

また、本発明の第２部品として、ラジエータの例を示したが、第１部品より車両前方側に配置され、車両の衝突等が発生したときに、車両後方に移動する部品であればラジエータに限られるものではない。

さらに、スタックフレームを車台に連結固定するマウントは、ボルト、ナット等の締結部品で連結する例を示したが、これに限られるものでなく、所定の衝撃荷重が作用したときに、切り離される構造であれば、所定の圧力が加わったときに破断するピン等でもよく、着脱ロック機構等の他の機構を用いることもできる。

１：燃料電池車両、１Ａ：燃料電池システム、１０：燃料電池スタック、１１：高電圧部品、１２：スタックフレーム、１２ａ：前梁材、１２ｂ：マウントアーム、１３：車台（シャーシ）、１４：マウント、１４ａ：前マウント、１４ｂ：後マウント、４０：冷却系、４３：ラジエータ（第２部品）、４３ａ：放熱部、４３ｂ：ファンモータ、４７：イオン交換器（第１部品）、４７ａ：キャップ部（高剛性部）、４７ｂ：筒状部（緩衝部）、４７ｃ：取付部、４８：クラッシュボックス、Ｌ：区分ライン、Ｒ：フロントルーム

Claims (2)

1. 燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの上部に配置された、前記燃料電池スタックから電力が供給される高電圧部品と、前記燃料電池スタックに取り付けられた第１部品と、前記第１部品よりも車両の前方側において、前記第１部品と間隔をあけて配置された第２部品と、を車両前方のフロントルーム内に収容した燃料電池車両であって、
   前記燃料電池スタックは、前記フロントルーム内に固定されたスタックフレームに載置固定されており、
   前記スタックフレームは、前記燃料電池車両の車台にマウントを介して連結固定されており、
   前記第１部品は、イオン交換器であり、
   前記イオン交換器は、
   前記燃料電池車両の前方側の衝突時に、前記第１部品に向かって移動する前記第２部品の衝撃荷重により変形し、前記第２部品からの衝撃荷重を緩衝する緩衝部としての有底の筒状部と、
   前記筒状部の開口を覆うように、締結部材を介して前記筒状部に固定され、前記第２部品からの衝撃荷重が所定以上となった際に、前記筒状部のさらなる変形を制限する高剛性部としてのキャップ部と、を備えており、
   前記キャップ部により前記筒状部のさらなる変形が制限された際に、前記第２部品からの前記衝撃荷重により、前記スタックフレームが前記車台から切り離されるように、前記マウントを介して、前記スタックフレームと前記車台とが連結固定されていることを特徴とする燃料電池車両。
2. 前記衝突時に、前記緩衝部が、前記マウントよりも先に、前記第２部品に接触するように、前記緩衝部と前記マウントが配置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。

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