JP7119046B2 - 燃料電池搭載システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池を搭載した燃料電池搭載システムに関する。

従来から、燃料電池搭載システムの１つとして、燃料電池を備えた車両（以下「燃料電池車両」という）が知られている。燃料電池車両では、燃料となるＨ_２ガス（以下「水素」という）と、酸化剤となる空気中のＯ_２ガス（以下「酸素」という）とが燃料電池に供給され、両者が反応して水（水蒸気）が生成する際に発生する電力を外部に取り出して、駆動用電動機を駆動する電力として利用する。燃料電池車両は、走行時に水蒸気のみを排出し、窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の大気汚染物質や地球温暖化の原因とされる二酸化炭素（ＣＯ_２）を排出しないため、環境に優しい車両として乗用車のみならずトラック等の商用車両においても、その普及が期待されている。

他方、燃料電池の燃料である水素は最も軽い気体で非常に燃焼・爆発しやすいため、燃料電池車両では、水素の漏れ防止対策に加えて、万一水素が漏れ出した際の早期検知及び漏れ出した水素の滞留防止と速やかな排出が不可欠な対応として求められる。

特開平８－１７７６４１号公報 特開２００３－２１１９８２号公報

例えば、特許文献１には、タンクに圧縮充填された天然ガスを燃料としてエンジンに供給するトラックやバス等の商用車両が記載されている。天然ガスは、水素と同様に非常に燃焼・爆発しやすい。しかしながら、特許文献１には、天然ガスの逆流漏れを防止する逆止弁についての記載はあるものの、万一天然ガスが漏れ出した場合に対する具体的な安全策についての記載はない。

また、例えば、特許文献２には、低圧水素配管に脆弱部を設けることによって、後面衝突時に車両が変形しても高圧水素配管の変形を防止する燃料電池車両が記載されているが、側面衝突時や、乗用車に比べて水素配管が長くなるトラック等の商用車両における水素の漏れ防止対策については記載されていない。

本発明は、水素漏れに対する安全性が向上した燃料電池搭載システムを提供する。

本発明は、
上下方向に対して垂直な第１方向に延在し、上下方向及び前記第１方向の双方に対して垂直な第２方向で対向する一対のサイドメンバを備えたフレーム構造を有し、
燃料電池と、
水素が圧縮充填された第１水素タンクと、
水素が圧縮充填された第２水素タンクと、
前記燃料電池と前記第１水素タンクとを接続する第１水素配管と、
前記燃料電池と前記第２水素タンクとを接続する第２水素配管と、を備える、燃料電池搭載システムであって、
前記第１水素タンクは、前記第１方向において、前記燃料電池と前記第２水素タンクとの間に配置され、
前記第１水素タンク及び前記第２水素タンクは、前記一対のサイドメンバよりも前記第２方向の外側に配置され、
前記第２水素配管は、前記第１方向で前記第１水素タンクと重なる領域において、前記第１方向から見て、前記第１水素タンクの上下方向中央よりも上方、且つ、前記第１水素タンクの上端部より下方であって、前記一対のサイドメンバよりも前記第２方向の外側、且つ、前記第１水素タンクの前記第２方向の中央よりも前記第２方向の内側に配置される。

本発明によれば、第２水素配管は、第１方向で第１水素タンクと重なる領域において、第１方向から見て、第１水素タンクの上下方向中央よりも上方、且つ、第１水素タンクの上端部より下方であって、一対のサイドメンバよりも第２方向の外側、且つ、第１水素タンクの第２方向の中央よりも第２方向の内側に配置されるので、燃料電池搭載システムが第２方向の外側から衝撃を受けた場合でも、第２水素配管は、第１水素タンクによって保護される。これにより、燃料電池搭載システムが第２方向の外側から衝撃を受けた場合に、第２水素配管が損傷して水素が漏れ出るリスクを低減しつつ、サイドメンバよりも第２方向の外側に配置された第２水素タンクと接続する第２水素配管をサイドメンバよりも第２方向の外側に配置できるので、第２水素配管の長さを短くでき、第２水素配管が損傷して水素が漏れ出るリスクをさらに低減できる。このようにして、燃料電池搭載システムは、水素漏れに対する安全性が向上する。

本発明の一実施形態の燃料電池車両を示す概略上面図である。 図１の燃料電池車両の概略側面図である。 図１のＡ－Ａ断面における要部を示した図である。 図１の燃料電池車両におけるタンク固定部材の変形例を示した図である。

以下、本発明の燃料電池搭載システムの一例としての燃料電池車両の一実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面は、符号の向きに見るものとする。また、以下の説明において、前後、左右、上下の各方向は、車両の運転者から見た方向に従って記載し、図面には、車両の前方をＦｒ、後方をＲｒ、右方をＲ、左方をＬ、上方をＵ、下方をＤ、として示す。

［燃料電池車両］
図１及び図２に示すように、燃料電池車両１は、前後方向に延在する左右一対のサイドメンバ２と、左右のサイドメンバ２間で車幅方向に延びて左右のサイドメンバ２を連結する複数のクロスメンバ３と、によって梯子状に形成されたフレーム構造の車体を有する。左右一対のサイドメンバ２の前端部の上方には、乗員が着席する座席６が内部に設けられた客室４が設けられている。客室４は、燃料電池車両１の前部に配置されている。客室４の後方である左右のサイドメンバ２の上方には、荷台部５が設けられている。客室４の下方には、左右一対の前輪ＦＷが設けられている。前輪ＦＷの後方には、左右一対の後前輪ＲＷ１及び後後輪ＲＷ２が設けられている。後前輪ＲＷ１は、左右それぞれに２つずつの車輪を有し、後後輪ＲＷ２は、後前輪ＲＷ１の後方で、左右それぞれに２つずつの車輪を有する。後前輪ＲＷ１及び後後輪ＲＷ２は、左右一対のサイドメンバ２の車幅方向外側に設けられている。

客室４の下方には、２つの燃料電池ＦＣが搭載されている。２つの燃料電池ＦＣは、車幅方向に並んで配置されている。左右一対のサイドメンバ２の車幅方向外側には、荷台部５よりも下方に、燃料電池ＦＣに供給される水素が圧縮充填された２つの第１水素タンクＴＮＫ１及び２つの第２水素タンクＴＮＫ２が設けられている。

客室４の下方には、２つの燃料電池ＦＣが収容される収容空間７が形成されている。客室４の内部と収容空間７とは、水素の流通がないように区画形成されており、収容空間７は、上方が客室４の底部によって形成された天井面に覆われ、後方が開口している。

燃料電池ＦＣは、例えば、イオン交換膜（プロトン交換膜）を燃料極（アノード）及び酸素極（カソード）からなる一対の電極で挟んだ固体高分子形燃料電池の単セルを有し、セパレータ（バイポーラプレート）を介して単セルを数百セル重ねて直列接続した構造の燃料電池スタックが用いられる。各電極とイオン交換膜との界面付近には白金（Ｐｔ）等からなる触媒が層状に設けられ、燃料極に供給された水素は触媒の作用により電子と水素イオン（プロトン）に分解される。電子は燃料極に接続された外部回路に取り出され、水素イオンはイオン交換膜を通過して酸素極に到達する。酸素極では、触媒の作用により水素イオンと空気中の酸素と外部回路を経て到達した電子とが結合して水が生成され、この一連の過程で外部回路に取り出された電子の流れが発電電力として利用される。

２つの第１水素タンクＴＮＫ１は、左右一対のサイドメンバ２の車幅方向外側に１つずつ設けられている。本実施形態では、左右の第１水素タンクＴＮＫ１は、いずれも後前輪ＲＷ１及び後後輪ＲＷ２よりも前方に配置されている。

左右の第１水素タンクＴＮＫ１は、左右それぞれのサイドメンバ２に固定されているタンク固定部材１０に支持されている。本実施形態では、タンク固定部材１０は、第１水素タンクＴＮＫ１を収容し、前後方向において第１水素タンクＴＮＫ１よりも前方から第１水素タンクＴＮＫ１のよりも後方まで延びている。

第１水素タンクＴＮＫ１は、前後方向に円筒状に延びるタンク胴部と、タンク胴部の前端を塞ぐ半球状のタンク前端部と、タンク胴部の後端を塞ぐ半球状のタンク後端部と、を一体的に有している。第１水素タンクＴＮＫ１のタンク前端部の中央付近には、水素の充填及び放出を行うための充填放出孔８が設けられている。

２つの第２水素タンクＴＮＫ２は、左右一対のサイドメンバ２の車幅方向外側に１つずつ設けられている。左右の第２水素タンクＴＮＫ２は、いずれも第１水素タンクＴＮＫ１の後方に配置されている。本実施形態では、左右の第２水素タンクＴＮＫ２は、いずれも第１水素タンクＴＮＫ１の後方であって、さらに後前輪ＲＷ１及び後後輪ＲＷ２よりも後方に配置されている。

第２水素タンクＴＮＫ２は、前後方向に円筒状に延びるタンク胴部と、タンク胴部の前端を塞ぐ半球状のタンク前端部と、タンク胴部の後端を塞ぐ半球状のタンク後端部と、を一体的に有しており、タンク前端部の中央付近には、水素の充填及び放出を行うための充填放出孔９が設けられている。

第２水素タンクＴＮＫ２は、第１水素タンクＴＮＫ１よりも小径であり、前方投影面積が第１水素タンクＴＮＫ１よりも小さい。そして、第２水素タンクＴＮＫ２は、前面視で、第１水素タンクＴＮＫ１に隠れる位置に配置されている。

これにより、燃料電池車両１の走行時において、第２水素タンクＴＮＫ２によって生じる空気抵抗を低減することができる。

なお、第１水素タンクＴＮＫ１及び第２水素タンクＴＮＫ２への水素の充填は、例えば、水素ステーションに設置された水素ディスペンサのホース先端に取り付けられた充填ノズルを、第１水素タンクＴＮＫ１及び第２水素タンクＴＮＫ２の充填放出孔８、９に配管（不図示）を介して接続された水素充填インレット（不図示）に勘合させた後、水素ディスペンサから圧縮された水素を第１水素タンクＴＮＫ１及び第２水素タンクＴＮＫ２に供給することによって行うことができる。

燃料電池車両１は、燃料電池ＦＣと、左右それぞれの第１水素タンクＴＮＫ１の充填放出孔８とを接続する左右一対の第１水素配管Ｌ１を備える。燃料電池車両１は、燃料電池ＦＣと、左右それぞれの第２水素タンクＴＮＫ２の充填放出孔９とを接続する左右一対の第２水素配管Ｌ２を備える。

左右一対の第１水素配管Ｌ１は、いずれもサイドメンバ２の車幅方向外側において、左右それぞれの第１水素タンクＴＮＫ１それぞれの充填放出孔８と接続し、サイドメンバ２よりも車幅方向外側でサイドメンバ２に沿って前後方向に延びている。

左右一対の第２水素配管Ｌ２は、いずれもサイドメンバ２の車幅方向外側において、左右それぞれの第２水素タンクＴＮＫ２それぞれの充填放出孔９と接続し、サイドメンバ２よりも車幅方向外側、且つ、第１水素配管Ｌ１よりも車幅方向内側でサイドメンバ２に沿って前後方向に延びている。

各第１水素配管Ｌ１及び各第２水素配管Ｌ２には、前後方向において、客室４と荷台部５との間に、熱作動式過圧防止安全装置ＴＰＲＤ（Temperature activated Pressure Relief Device）が設けられている。

第１水素タンクＴＮＫ１及び第２水素タンクＴＮＫ２には、例えば７０ＭＰａ（約７００気圧）程度の高圧で水素が充填されている。そのため、外部環境の影響等によって第１水素タンクＴＮＫ１及び第２水素タンクＴＮＫ２の内部温度が上昇した場合、充填されている水素が膨張して第１水素タンクＴＮＫ１及び第２水素タンクＴＮＫ２が損傷する虞がある。熱作動式過圧防止安全装置ＴＰＲＤは、第１水素タンクＴＮＫ１及び第２水素タンクＴＮＫ２の内部温度が所定温度に達すると、第１水素タンクＴＮＫ１及び第２水素タンクＴＮＫ２に充填された水素の一部を大気中に安全に放出するように作動して、第１水素タンクＴＮＫ１及び第２水素タンクＴＮＫ２が損傷するのを回避するための装置である。

左右一対のサイドメンバ２の間には、荷台部５よりも下方に、駆動用電動機ＭＯＴと、二次電池ＢＡＴと、制御ユニットＰＣＵと、が搭載されている。駆動用電動機ＭＯＴは、左右一対の後前輪ＲＷ１及び後後輪ＲＷ２の少なくとも一方を駆動する。二次電池ＢＡＴは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池、キャパシタ等の再充電可能な蓄電池である。制御ユニットＰＣＵは、直流電力を交流電力に、交流電力を直流電力に変換可能であり、燃料電池車両１の走行状態に応じて、二次電池ＢＡＴの充放電及び駆動用電動機ＭＯＴの入出力電力を制御する装置である。

二次電池ＢＡＴ及び制御ユニットＰＣＵは、駆動用電動機ＭＯＴよりも前方に配置されている。本実施形態では、制御ユニットＰＣＵは、前後方向において、二次電池ＢＡＴと駆動用電動機ＭＯＴとの間に配置されているが、二次電池ＢＡＴと制御ユニットＰＣＵとの位置関係は任意である。例えば、二次電池ＢＡＴと制御ユニットＰＣＵとを別個に配置してもよく、二次電池ＢＡＴと制御ユニットＰＣＵとを一つの筐体に収めたＩＰＵ（Intelligent Power Unit）として配置してもよい。

燃料電池ＦＣ、駆動用電動機ＭＯＴ、二次電池ＢＡＴ、及び制御ユニットＰＣＵは、電力線Ｌｅによって電気的に接続されている。電力線Ｌｅは、駆動用電動機ＭＯＴと制御ユニットＰＣＵとを電気的に接続する三相交流の第１電力線Ｌｅ１と、燃料電池ＦＣと制御ユニットＰＣＵとを電気的に接続する直流の第２電力線Ｌｅ２と、二次電池ＢＡＴと制御ユニットＰＣＵとを電気的に接続する直流の第３電力線Ｌｅ３と、を有する。第１電力線Ｌｅ１、第２電力線Ｌｅ２、及び第３電力線Ｌｅ３を含む電力線Ｌｅは、車幅方向において、左右一対のサイドメンバ２の間に配置されている。

燃料電池車両１において、燃料電池ＦＣは、駆動用電動機ＭＯＴを駆動するための電力を発電する発電機として用いられる。燃料となる水素が第１水素タンクＴＮＫ１及び／又は第２水素タンクＴＮＫ２から第１水素配管Ｌ１及び／又は第２水素配管Ｌ２を通じて燃料電池ＦＣに供給されるとともに、空気中の酸素が酸化剤として燃料電池ＦＣに供給されることによって、燃料電池ＦＣで直流電力が発電される。燃料電池ＦＣで発電された直流電力は、必要に応じて昇圧コンバータ（不図示）によって昇圧された後、第２電力線Ｌｅ２を通じて制御ユニットＰＣＵへと流れ、燃料電池車両１の走行状態に応じて、制御ユニットＰＣＵから三相交流電力に変換されて第１電力線Ｌｅ１を通じて駆動用電動機ＭＯＴに供給される電力と、制御ユニットＰＣＵから第３電力線Ｌｅ３を通じて二次電池ＢＡＴに充電される電力と、に分配される。燃料電池車両１の走行状態に応じて、燃料電池ＦＣで発電された直流電力の全てが、第１電力線Ｌｅ１を通じて駆動用電動機ＭＯＴに供給される場合や、制御ユニットＰＣＵから第３電力線Ｌｅ３を通じて二次電池ＢＡＴに充電される場合もある。

燃料電池車両１において、二次電池ＢＡＴは、駆動用電動機ＭＯＴを駆動するための電力を蓄電する蓄電池として用いられる。例えば、燃料電池車両１が発進・加速時等の通常走行時よりも大きな電力を必要とする場合には、二次電池ＢＡＴから第３電力線Ｌｅ３を通じて制御ユニットＰＣＵに放電し、制御ユニットＰＣＵにおいて、燃料電池ＦＣで発電された直流電力と二次電池ＢＡＴから放電された電力とを重畳して三相交流電力に変換し、第１電力線Ｌｅ１を通じて駆動用電動機ＭＯＴに供給することができる。また、例えば、燃料電池ＦＣの起動時や故障時、燃料の水素が枯渇した時等、燃料電池ＦＣで発電を行わない場合、又は燃料電池ＦＣで発電を行うことができない場合には、燃料電池車両１の走行に必要な電力を二次電池ＢＡＴから第３電力線Ｌｅ３を通じて制御ユニットＰＣＵに放電し、制御ユニットＰＣＵにおいて三相交流電力に変換して第１電力線Ｌｅ１を通じて駆動用電動機ＭＯＴに供給することができる。

二次電池ＢＡＴは、少なくとも一部が第１水素タンクＴＮＫ１と前後方向で重なるように配置されている。したがって、二次電池ＢＡＴは、燃料電池車両１が側面衝突した場合でも、左右の第１水素タンクＴＮＫ１と、左右一対のサイドメンバ２と、によって保護される。これにより、燃料電池車両１が側面衝突した場合に、二次電池ＢＡＴが損傷して高電圧の電力が漏電するリスクを低減できる。

二次電池ＢＡＴの充電方法については、上述した燃料電池ＦＣで発電された直流電力を充電する方法に加えて、燃料電池車両１に、外部電源からの電力を受電可能な充電インレット（不図示）、及び、充電インレットと二次電池ＢＡＴ又は制御ユニットＰＣＵとを電気的に接続する電力線（不図示）を設け、充電インレットを介して外部電源からの電力を充電する方法が可能であってもよい。

また、駆動用電動機ＭＯＴは、燃料電池車両１の制動時において、三相交流の回生電力を発電する発電機として機能することができる。駆動用電動機ＭＯＴで発電された三相交流の回生電力は、第１電力線Ｌｅ１を通じて制御ユニットＰＣＵへと流れ、制御ユニットＰＣＵにおいて直流電力に変換されて、第３電力線Ｌｅ３を通じて二次電池ＢＡＴに充電される。

［燃料電池車両における水素漏れ防止対策］
次に、燃料電池車両１における水素漏れ防止対策について、図２及び図３を参照しながら説明する。

燃料電池車両１で水素漏れが発生した場合、二次電池ＢＡＴ、駆動用電動機ＭＯＴ、制御ユニットＰＣＵ、及び電力線Ｌｅは、漏れ出した水素と接触すると発火点になり得る。そのため、二次電池ＢＡＴ、駆動用電動機ＭＯＴ、制御ユニットＰＣＵ、及び電力線Ｌｅは、燃料電池車両１で水素漏れが発生した場合に、漏れ出した水素と接触しないように配置することが好ましい。

図２に示すように、第１水素配管Ｌ１及び第２水素配管Ｌ２は、側面視で、電力線Ｌｅよりも上方に配置されている。したがって、第１水素配管Ｌ１及び／又は第２水素配管Ｌ２で水素漏れが発生した場合、第１水素配管Ｌ１及び／又は第２水素配管Ｌ２から漏れ出た水素は上方に拡散するので、第１水素配管Ｌ１及び／又は第２水素配管Ｌ２から漏れ出た水素が電力線Ｌｅと接触することを防止できる。これにより、第１水素配管Ｌ１及び／又は第２水素配管Ｌ２で水素漏れが発生した場合でも、第１水素配管Ｌ１及び／又は第２水素配管Ｌ２から漏れ出た水素が電力線Ｌｅに接触して発火することを防止できる。

また、上述したように、各第１水素配管Ｌ１及び各第２水素配管Ｌ２に設けられた熱作動式過圧防止安全装置ＴＰＲＤは、前後方向において、客室４と荷台部５との間に配置されている。

したがって、熱作動式過圧防止安全装置ＴＰＲＤが作動して第１水素タンクＴＮＫ１及び／又は第２水素タンクＴＮＫ２から水素が放出された場合でも、放出された水素は、図２中の矢印Ａで示すように、客室４と荷台部５との間を通って、燃料電池車両１上方の大気中に排出される。これにより、熱作動式過圧防止安全装置ＴＰＲＤが作動して第１水素タンクＴＮＫ１及び／又は第２水素タンクＴＮＫ２から放出された水素が、収容空間７や荷台部５の下方に滞留することを防止できる。

図３に示すように、第１水素タンクＴＮＫ１を支持して左右一対のサイドメンバ２それぞれに固定されるタンク固定部材１０は、サイドメンバ２よりも車幅方向外側に配置され、第１水素タンクＴＮＫ１を支持するタンク支持部材２０と、タンク支持部材２０をサイドメンバ２に固定するブラケット３０と、を備える。

左側の第１水素タンクＴＮＫ１を支持するタンク固定部材１０と、右側の第１水素タンクＴＮＫ１を支持するタンク固定部材１０とは、左右対称の構成を有している。本明細書では、左側の第１水素タンクＴＮＫ１を支持するタンク固定部材１０の構成について詳細に説明し、右側の第１水素タンクＴＮＫ１を支持するタンク固定部材１０の構成についての詳細な説明は省略する。

本実施形態では、タンク支持部材２０は、第１水素タンクＴＮＫ１を支持して収容する収容ケースである。

タンク支持部材２０は、前面視で、第１水素タンクＴＮＫ１の上方を車幅方向に延びる上面２１と、第１水素タンクＴＮＫ１の下方を車幅方向に延びる下面２２と、第１水素タンクＴＮＫ１の車幅方向外側を上下方向に延びる外側側面２３と、第１水素タンクＴＮＫ１の車幅方向内側を上下方向に延びる内側側面２４と、を有する。

タンク支持部材２０は、前面視で、第１水素タンクＴＮＫ１の上下方向中央よりも上方、且つ、第１水素タンクＴＮＫ１の車幅方向中央よりも車幅方向内側において、上面２１の車幅方向内側端部から車幅方向内側に向かうにしたがって下方に傾斜して、内側側面２４の上端へと延びる傾斜面２５をさらに有する。

ブラケット３０は、前面視で、上下方向に延びる側面部３１と、側面部３１の下端から車幅方向外側に延びる底面部３２と、を備え、略Ｌ字形状を有する。

ブラケット３０は、側面部３１がサイドメンバ２の車幅方向外側側面２ａと当接して、サイドメンバ２に固定されている。側面部３１の下端は、サイドメンバ２と当接しておらず、側面部３１は、サイドメンバ２よりも下方に延びている。

ブラケット３０の底面部３２には、タンク支持部材２０の下面２２が当接し、タンク支持部材２０が載置固定されている。

このようにして、第１水素タンクＴＮＫ１を支持するタンク支持部材２０は、ブラケット３０によってサイドメンバ２に固定されている。

前面視で、第１水素タンクＴＮＫ１の上下方向中央よりも上方、且つ、第１水素タンクＴＮＫ１の車幅方向中央よりも車幅方向内側において、タンク支持部材２０とサイドメンバ２との間には、タンク支持部材２０の傾斜面２５とサイドメンバ２とによって囲まれた車幅方向に延びる空間部１１が形成される。

第２水素配管Ｌ２は、前後方向でタンク固定部材１０と重なる領域において、タンク支持部材２０の傾斜面２５とサイドメンバ２とによって囲まれた空間部１１に配置されている。

したがって、第２水素配管Ｌ２は、前後方向で第１水素タンクＴＮＫ１と重なる領域において、前面視で、第１水素タンクＴＮＫ１の上下方向中央よりも上方、且つ、第１水素タンクＴＮＫ１の上端部より下方であって、サイドメンバ２よりも車幅方向外側、且つ、第１水素タンクＴＮＫ１の車幅方向中央よりも車幅方向内側に配置されている。

したがって、燃料電池車両１が側面衝突した場合でも、第２水素配管Ｌ２は、第１水素タンクＴＮＫ１によって保護される。これにより、燃料電池車両１が側面衝突した場合に、第２水素配管Ｌ２が損傷して水素が漏れ出るリスクを低減しつつ、サイドメンバ２よりも車幅方向外側に配置された第２水素タンクと接続する第２水素配管Ｌ２をサイドメンバ２よりも車幅方向外側に配置できるので、第２水素配管Ｌ２の長さを短くでき、第２水素配管Ｌ２が損傷して水素が漏れ出るリスクをさらに低減できる。このようにして、燃料電池車両１は、水素漏れに対する安全性が向上する。

また、第２水素配管Ｌ２は、第１水素タンクＴＮＫ１の上下方向中央よりも上方、且つ、第１水素タンクＴＮＫ１の車幅方向中央よりも車幅方向内側において、タンク支持部材２０とサイドメンバ２との間に形成された空間部１１に配置されているので、第２水素配管Ｌ２は、燃料電池車両１が側面衝突した場合に、第１水素タンクＴＮＫ１に加えてタンク支持部材によっても保護される。これにより、燃料電池車両１が側面衝突した場合に、第２水素配管Ｌ２が損傷するリスクをより低減できる。

さらに、空間部１１は、サイドメンバ２と、タンク支持部材２０の車幅方向内側に向かうにしたがって下方に傾斜する傾斜面２５と、によって囲まれた空間であるので、燃料電池車両１が側面衝突して、第１水素タンクＴＮＫ１及びタンク支持部材２０が車幅方向内側に変位した場合、第２水素配管Ｌ２は、図３中の矢印Ｄに示すように、車幅方向内側に変位するタンク支持部材２０に対して傾斜面２５をスライドするように相対移動する。したがって、燃料電池車両１が側面衝突して、第１水素タンクＴＮＫ１及びタンク支持部材２０が車幅方向内側に変位した場合でも、第２水素配管Ｌ２は、第１水素タンクＴＮＫ１及びタンク支持部材２０から干渉を受けず、変位及び変形することが抑制される。これにより、燃料電池車両１が側面衝突した場合に、第２水素配管Ｌ２が損傷するリスクをより低減できる。

ブラケット３０は、燃料電池車両１が側面衝突し、図３中の矢印Ｂで示される車幅方向外側からの衝撃荷重をタンク固定部材１０が受けた場合に、塑性変形する座屈部３３を有する。座屈部３３は、ブラケット３０の側面部３１におけるサイドメンバ２の車幅方向外側側面２ａとの当接部分の下端部に形成される。燃料電池車両１が側面衝突し、図３中の矢印Ｂで示される車幅方向外側からの衝撃荷重をタンク固定部材１０が受けた場合、ブラケット３０は、ブラケット３０の座屈部３３より下方部分が、図３中の矢印Ｃで示されるように、座屈部３３を支点として車幅方向内側に向かって下方に凸の円弧状に変位するように変形する。

したがって、燃料電池車両１が側面衝突し、車幅方向外側からの衝撃荷重をタンク固定部材１０が受けた場合に、ブラケット３０の座屈部３３が衝撃荷重を吸収する衝撃吸収部として機能するので、タンク支持部材２０が変形することを抑制できる。これにより、燃料電池車両１が側面衝突し、車幅方向外側からの衝撃荷重をタンク固定部材１０が受けた場合に、タンク支持部材２０に支持された第１水素タンクＴＮＫ１が損傷するリスクを低減できる。

さらに、燃料電池車両１が側面衝突し、図３中の矢印Ｂで示される車幅方向外側からの衝撃荷重をタンク固定部材１０が受けた場合に、座屈部３３が塑性変形することによって衝撃荷重を吸収するので、ブラケット３０に別部材の衝撃吸収部を設ける必要がなく、ブラケット３０を大型化及び複雑化することなく、車幅方向外側からの衝撃荷重を吸収できる。

燃料電池車両１が側面衝突し、図３中の矢印Ｂで示される車幅方向外側からの衝撃荷重をタンク固定部材１０が受けた場合、座屈部３３が塑性変形して、ブラケット３０の座屈部３３より下方部分が、前面視で、図３中の矢印Ｃで示されるように、座屈部３３を支点として車幅方向内側に向かって下方に凸の円弧状に変位する。ブラケット３０の座屈部３３より下方部分が、前面視で、図３中の矢印Ｃで示されるように、座屈部３３を支点として車幅方向内側に向かって下方に凸の円弧状に変位するのに伴って、タンク支持部材２０、及びタンク支持部材２０に支持された第１水素タンクＴＮＫ１も、座屈部３３を支点として車幅方向内側に向かって下方に凸の円弧状に変位する。第１水素タンクＴＮＫ１が座屈部３３を支点として車幅方向内側に向かって下方に凸の円弧状に変位すると、第１水素タンクＴＮＫ１のタンク前端部に設けられた充填放出孔８は、座屈部３３を支点として車幅方向内側に向かって下方に凸の円弧状に変位して、図３中に示した変位軌跡Ｅを描く。

第１水素配管Ｌ１は、前面視で、変位軌跡Ｅと、変位軌跡Ｅの一端と座屈部３３とを結ぶ第１仮想直線ＶＬ１と、変位軌跡Ｅの他端と座屈部３３とを結ぶ第２仮想直線ＶＬ２と、によって囲まれた領域Ｚに配置される。

第１水素配管Ｌ１を前面視で領域Ｚに配置することによって、図３中の矢印Ｂで示される車幅方向外側からの衝撃荷重をタンク固定部材１０が受け、ブラケット３０の座屈部３３が塑性変形して第１水素タンクＴＮＫ１が変位した場合でも、第１水素タンクＴＮＫ１の充填放出孔８と接続する第１水素配管Ｌ１の変位量及び変形量を小さくすることができる。これにより、燃料電池車両１が側面衝突し、車幅方向外側からの衝撃荷重をタンク固定部材１０が受けた場合に、第１水素配管Ｌ１が損傷するリスクを低減できる。

（変形例）
上述した実施形態では、ブラケット３０は、前面視で、上下方向に延びる側面部３１と、側面部３１の下端から車幅方向外側に延びる底面部３２と、を備え、略Ｌ字形状を有するものとしたが、ブラケット３０は、側面部３１と底面部３２とを備える略Ｌ字形状でなくてもよい。

図４に示すように、変形例では、ブラケット３０は、サイドメンバ２の上面２ｂと当接して、サイドメンバ２に固定され、車幅方向に延びる形状を有している。ブラケット３０の車幅方向外側端部は、サイドメンバ２と当接しておらず、ブラケット３０は、サイドメンバ２よりも車幅方向外側に延びている。ブラケット３０には、タンク支持部材２０の上面２１が当接して、タンク支持部材２０が固定されている。

本変形例では、座屈部３３は、ブラケット３０におけるサイドメンバ２の上面２ｂとの当接部分の車幅方向外側端部に形成される。燃料電池車両１が側面衝突し、図３中の矢印Ｂで示される車幅方向外側からの衝撃荷重をタンク固定部材１０が受けた場合、ブラケット３０は、ブラケット３０の座屈部３３より車幅方向外側部分が、図３中の矢印Ｃで示されるように、座屈部３３を支点として車幅方向内側に向かって下方に凸の円弧状に変位するように変形する。

以上、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

例えば、本実施形態では、本発明の燃料電池搭載システムの一例として、燃料電池車両について説明したが、本発明の燃料電池搭載システムは、燃料電池車両に限らず、例えば、定置型の燃料電池搭載システムであってもよい。

また、例えば、燃料電池車両１に搭載される燃料電池ＦＣの個数は２つに限られない。燃料電池車両１に搭載される燃料電池ＦＣの個数は、１つでもよいし、必要とする発電電力に応じて、３つ以上であってもよい。

また、例えば、燃料電池車両１に搭載される水素タンクの個数とその配置場所も上記実施形態に限られない。燃料電池車両１は、必要する水素量や他の部材との重量バランス等に応じて、第１水素タンクＴＮＫ１及び第２水素タンクＴＮＫ２に加えて、さらに別個の水素タンクが搭載されていてもよい。

また、例えば、第２水素タンクＴＮＫ２は、後前輪ＲＷ１及び後後輪ＲＷ２よりも後方に配置されていなくてもよい。第２水素タンクＴＮＫ２は、後前輪ＲＷ１及び後後輪ＲＷ２よりも前方に配置されていてもよいし、前後方向において後前輪ＲＷ１と後後輪ＲＷ２との間に配置されていてもよい。

また、例えば、タンク支持部材２０は、第１水素タンクＴＮＫ１を支持して収容する収容ケースに限られない。タンク支持部材２０は、例えば、第１水素タンクＴＮＫ１の左上部、左下部、右上部、右下部を前後方向に延びる４本のフレーム部材を備えるフレーム枠体等であってもよい。

また、例えば、本実施形態では、車幅方向外側からの衝撃荷重をタンク固定部材１０が受けた場合に、ブラケット３０の座屈部３３が衝撃荷重を吸収する衝撃吸収部として機能するものとしたが、車幅方向外側からの衝撃荷重をタンク固定部材１０が受けた場合に衝撃荷重を吸収する衝撃吸収部を、ブラケット３０の座屈部３３とは別個の部材としてもよい。

本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を一例として示しているが、これに限定されるものではない。

（１） 上下方向に対して垂直な第１方向（前後方向）に延在し、上下方向及び前記第１方向の双方に対して垂直な第２方向（左右方向）で対向する一対のサイドメンバ（サイドメンバ２）を備えたフレーム構造を有し、
燃料電池（燃料電池ＦＣ）と、
水素が圧縮充填された第１水素タンク（第１水素タンクＴＮＫ１）と、
水素が圧縮充填された第２水素タンク（第２水素タンクＴＮＫ２）と、
前記燃料電池と前記第１水素タンクとを接続する第１水素配管（第１水素配管Ｌ１）と、
前記燃料電池と前記第２水素タンクとを接続する第２水素配管（第２水素配管Ｌ２）と、を備える、燃料電池搭載システム（燃料電池車両１）であって、
前記第１水素タンク及び前記第２水素タンクは、前記一対のサイドメンバよりも前記第２方向の外側に配置され、
前記第２水素配管は、前記第１方向で前記第１水素タンクと重なる領域において、前記第１方向から見て、前記第１水素タンクの上下方向中央よりも上方、且つ、前記第１水素タンクの上端部より下方であって、前記一対のサイドメンバよりも前記第２方向の外側、且つ、前記第１水素タンクの前記第２方向の中央よりも前記第２方向の内側に配置される、燃料電池搭載システム。

（１）によれば、第２水素配管は、第１方向で第１水素タンクと重なる領域において、第１方向から見て、第１水素タンクの上下方向中央よりも上方、且つ、第１水素タンクの上端部より下方であって、一対のサイドメンバよりも第２方向の外側、且つ、第１水素タンクの第２方向の中央よりも第２方向の内側に配置されるので、燃料電池搭載システムが第２方向の外側から衝撃を受けた場合でも、第２水素配管は、第１水素タンクによって保護される。これにより、燃料電池搭載システムが第２方向の外側から衝撃を受けた場合に、第２水素配管が損傷して水素が漏れ出るリスクを低減しつつ、サイドメンバよりも第２方向の外側に配置された第２水素タンクと接続する第２水素配管をサイドメンバよりも第２方向の外側に配置できるので、第２水素配管の長さを短くでき、第２水素配管が損傷して水素が漏れ出るリスクをさらに低減できる。このようにして、燃料電池搭載システムは、水素漏れに対する安全性が向上する。

（２） （１）に記載の燃料電池搭載システムであって、
前記第１水素タンクを支持して前記一対のサイドメンバの少なくとも一方に固定されるタンク固定部材（タンク固定部材１０）をさらに備え、
前記タンク固定部材は、前記サイドメンバよりも前記第２方向の外側に配置され、前記第１水素タンクを支持するタンク支持部材（タンク支持部材２０）と、前記タンク支持部材を前記サイドメンバに固定するブラケット（ブラケット３０）と、を備え、
前記第１方向から見て、前記第１水素タンクの上下方向中央よりも上方、且つ、前記第１水素タンクの前記第２方向の中央よりも前記第２方向の内側において、前記タンク支持部材と前記サイドメンバとの間には前記第２方向に延びる空間部（空間部１１）が形成されており、
前記第２水素配管は、前記第１方向で前記タンク固定部材と重なる領域において、前記空間部に配置される、燃料電池搭載システム。

（２）によれば、第２水素配管は、第１水素タンクの上下方向中央よりも上方、且つ、第１水素タンクの第２方向の中央よりも第２方向の内側において、タンク支持部材とサイドメンバとの間に形成された空間部に配置されているので、第２水素配管は、燃料電池搭載システムが第２方向の外側から衝撃を受けた場合に、第１水素タンクに加えてタンク支持部材によっても保護される。これにより、燃料電池搭載システムが第２方向の外側から衝撃を受けた場合に、第２水素配管が損傷するリスクをより低減できる。

（３） （２）に記載の燃料電池搭載システムであって、
前記タンク支持部材は、前記第１方向から見て、前記第１水素タンクの上下方向中央よりも上方、且つ、前記第１水素タンクの前記第２方向の中央よりも前記第２方向の内側において、前記第２方向の内側に向かうにしたがって下方に傾斜する傾斜面（傾斜面２５）を有し、
前記空間部は、前記サイドメンバと前記傾斜面とによって囲まれた空間である、燃料電池搭載システム。

（３）によれば、空間部は、サイドメンバと、タンク支持部材の第２方向の内側に向かうにしたがって下方に傾斜する傾斜面と、によって囲まれた空間であるので、燃料電池搭載システムが第２方向の外側から衝撃を受け、第１水素タンク及びタンク支持部材が第２方向の内側に変位した場合、第２水素配管は、第２方向の内側に変位するタンク支持部材に対して傾斜面をスライドするように相対移動する。したがって、燃料電池搭載システムが第２方向の外側から衝撃を受け、第１水素タンク及びタンク支持部材が第２方向の内側に変位した場合でも、第２水素配管は、第１水素タンク及びタンク支持部材から干渉を受けず、変位及び変形することが抑制される。これにより、燃料電池搭載システムが第２方向の外側から衝撃を受けた場合に、第２水素配管が損傷するリスクをより低減できる。

（４） （２）又は（３）に記載の燃料電池搭載システムであって、
前記ブラケットは、車幅方向外側からの衝撃荷重を吸収する衝撃吸収部（座屈部３３）を有する、燃料電池搭載システム。

（４）によれば、燃料電池搭載システムが第２方向の外側から衝撃を受け、第２方向の外側からの衝撃荷重をタンク固定部材が受けた場合に、ブラケットの衝撃吸収部が衝撃荷重を吸収するとして機能するので、タンク支持部材が変形することを抑制できる。これにより、燃料電池搭載システムが第２方向の外側から衝撃を受け、第２方向の外側からの衝撃荷重をタンク固定部材が受けた場合に、タンク支持部材に支持された第１水素タンクが損傷するリスクを低減できる。

（５） （４）に記載の燃料電池搭載システムであって、
前記衝撃吸収部は、前記第２方向の外側からの衝撃を受けた場合に変形して衝撃荷重を吸収する座屈部である、燃料電池搭載システム。

（５）によれば、衝撃吸収部は、第２方向の外側からの衝撃を受けた場合に変形して衝撃荷重を吸収する座屈部であるので、ブラケットに別部材の衝撃吸収部を設ける必要がなく、ブラケットを大型化及び複雑化することなく、第２方向の外側からの衝撃荷重を吸収できる。

（６） （５）に記載の燃料電池搭載システムであって、
前記第１水素タンクは、前記第１方向の一端部及び他端部の少なくとも一方に、水素の充填及び放出を行うための充填放出孔（充填放出孔８）が設けられており、
前記第１水素配管は、前記第１方向から見て、前記衝撃吸収部が前記第２方向の外側からの衝撃荷重を受けて変形した場合に、前記充填放出孔が変位する変位軌跡（変位軌跡Ｅ）と、前記変位軌跡の一端と前記衝撃吸収部とを結ぶ第１仮想直線（第１仮想直線ＶＬ１）と、前記変位軌跡の他端と前記衝撃吸収部とを結ぶ第２仮想直線（第２仮想直線ＶＬ２）と、によって囲まれた領域（領域Ｚ）に配置される、燃料電池搭載システム。

（６）によれば、第１水素配管は、第１方向から見て、衝撃吸収部が第２方向の外側からの衝撃荷重を受けて変形した場合に、充填放出孔が変位する変位軌跡と、変位軌跡の一端と衝撃吸収部とを結ぶ第１仮想直線と、変位軌跡の他端と衝撃吸収部とを結ぶ第２仮想直線と、によって囲まれた領域に配置されるので、第２方向の外側からの衝撃荷重をタンク固定部材が受け、衝撃吸収部が変形して第１水素タンクが変位した場合でも、第１水素タンクの充填放出孔と接続する第１水素配管の変位量及び変形量を小さくすることができる。これにより、燃料電池搭載システムが第２方向の外側から衝撃を受け、第２方向の外側からの衝撃荷重をタンク固定部材が受けた場合に、第１水素配管が損傷するリスクを低減できる。

（７） （１）～（６）のいずれかに記載の燃料電池搭載システムであって、
前記第２水素タンクは、
前記第１方向における投影面積が前記第１水素タンクよりも小さく、
前記第１方向の一方側から見て、前記第１水素タンクに隠れる位置に配置される、燃料電池搭載システム。

（７）によれば、第２水素タンクは、第１方向における投影面積が第１水素タンクよりも小さく、前記第１方向の一方側から見て、第１水素タンクに隠れる位置に配置されるので、燃料電池搭載システムが移動可能であった場合に、燃料電池搭載システムの移動時において、第２水素タンクによって生じる空気抵抗を低減することができる。

（８） （１）～（７）のいずれかに記載の燃料電池搭載システムであって、
二次電池（二次電池ＢＡＴ）と、
電動機（駆動用電動機ＭＯＴ）と、
前記燃料電池、前記二次電池、及び前記電動機を電気的に接続する電力線（電力線Ｌｅ）と、をさらに備え、
前記二次電池、前記電動機、及び前記電力線は、前記第２方向において、前記一対のサイドメンバの間に配置され、
前記第１水素配管及び前記第２水素配管は、前記第２方向から見て、前記電力線よりも上方に設けられている、燃料電池搭載システム。

（８）によれば、第１水素配管及び第２水素配管は、第２方向から見て、電力線よりも上方に設けられているので、第１水素配管及び／又は第２水素配管で水素漏れが発生した場合、第１水素配管及び／又は第２水素配管から漏れ出た水素は上方に拡散するため、第１水素配管及び／又は第２水素配管から漏れ出た水素が電力線と接触することを防止できる。これにより、第１水素配管及び／又は第２水素配管で水素漏れが発生した場合でも、第１水素配管及び／又は第２水素配管から漏れ出た水素が電力線に接触して発火することを防止できる。

（９） （８）に記載の燃料電池搭載システムであって、
前記二次電池は、少なくとも一部が前記第１水素タンクと前記第１方向で重なるように配置されている、燃料電池搭載システム。

（９）によれば、二次電池は、少なくとも一部が第１水素タンクと第１方向で重なるように配置されているので、二次電池は、燃料電池搭載システムが第２方向の外側から衝撃を受けた場合でも、第１水素タンクとサイドメンバとによって保護される。これにより、燃料電池搭載システムが第２方向の外側から衝撃を受けた場合に、二次電池が損傷して高電圧の電力が漏電するリスクを低減できる。

１ 燃料電池車両（燃料電池搭載システム）
２ サイドメンバ
８ 充填放出孔
１０ タンク固定部材
１１ 空間部
２０ タンク支持部材
２５ 傾斜面
３０ ブラケット
３３ 座屈部（衝撃吸収部）
ＦＣ 燃料電池
ＢＡＴ 二次電池
ＭＯＴ 駆動用電動機（電動機）
ＴＮＫ１ 第１水素タンク
ＴＮＫ２ 第２水素タンク
Ｌ１ 第１水素配管
Ｌ２ 第２水素配管
Ｌｅ 電力線
Ｅ 変位軌跡
ＶＬ１ 第１仮想直線
ＶＬ２ 第２仮想直線
Ｚ 領域

Claims (9)

1. 上下方向に対して垂直な第１方向に延在し、上下方向及び前記第１方向の双方に対して垂直な第２方向で対向する一対のサイドメンバを備えたフレーム構造を有し、
   燃料電池と、
   水素が充填された第１水素タンクと、
   水素が充填された第２水素タンクと、
   前記燃料電池と前記第１水素タンクとを接続する第１水素配管と、
   前記燃料電池と前記第２水素タンクとを接続する第２水素配管と、を備える、燃料電池搭載システムであって、
   前記第１水素タンクは、前記第１方向において、前記燃料電池と前記第２水素タンクとの間に配置され、
   前記第１水素タンク及び前記第２水素タンクは、前記一対のサイドメンバよりも前記第２方向の外側に配置され、
   前記第２水素配管は、前記第１方向で前記第１水素タンクと重なる領域において、前記第１方向から見て、前記第１水素タンクの上下方向中央よりも上方、且つ、前記第１水素タンクの上端部より下方であって、前記一対のサイドメンバよりも前記第２方向の外側、且つ、前記第１水素タンクの前記第２方向の中央よりも前記第２方向の内側に配置される、燃料電池搭載システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池搭載システムであって、
   前記第１水素タンクを支持して前記一対のサイドメンバの少なくとも一方に固定されるタンク固定部材をさらに備え、
   前記タンク固定部材は、前記サイドメンバよりも前記第２方向の外側に配置され、前記第１水素タンクを支持するタンク支持部材と、前記タンク支持部材を前記サイドメンバに固定するブラケットと、を備え、
   前記第１方向から見て、前記第１水素タンクの上下方向中央よりも上方、且つ、前記第１水素タンクの前記第２方向の中央よりも前記第２方向の内側において、前記タンク支持部材と前記サイドメンバとの間には前記第２方向に延びる空間部が形成されており、
   前記第２水素配管は、前記第１方向で前記タンク固定部材と重なる領域において、前記空間部に配置される、燃料電池搭載システム。
3. 請求項２に記載の燃料電池搭載システムであって、
   前記タンク支持部材は、前記第１方向から見て、前記第１水素タンクの上下方向中央よりも上方、且つ、前記第１水素タンクの前記第２方向の中央よりも前記第２方向の内側において、前記第２方向の内側に向かうにしたがって下方に傾斜する傾斜面を有し、
   前記空間部は、前記サイドメンバと前記傾斜面とによって囲まれた空間である、燃料電池搭載システム。
4. 請求項２又は３に記載の燃料電池搭載システムであって、
   前記ブラケットは、前記第２方向の外側からの衝撃荷重を吸収する衝撃吸収部を有する、燃料電池搭載システム。
5. 請求項４に記載の燃料電池搭載システムであって、
   前記衝撃吸収部は、前記第２方向の外側からの衝撃を受けた場合に変形して衝撃荷重を吸収する座屈部である、燃料電池搭載システム。
6. 請求項５に記載の燃料電池搭載システムであって、
   前記第１水素タンクは、前記第１方向の一端部及び他端部の少なくとも一方に、水素の充填及び放出を行うための充填放出孔が設けられており、
   前記第１水素配管は、前記第１方向から見て、前記衝撃吸収部が前記第２方向の外側からの衝撃荷重を受けて変形した場合に、前記充填放出孔が変位する変位軌跡と、前記変位軌跡の一端と前記衝撃吸収部とを結ぶ第１仮想直線と、前記変位軌跡の他端と前記衝撃吸収部とを結ぶ第２仮想直線と、によって囲まれた領域に配置される、燃料電池搭載システム。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の燃料電池搭載システムであって、
   前記第２水素タンクは、
   前記第１方向における投影面積が前記第１水素タンクよりも小さく、
   前記第１方向の一方側から見て、前記第１水素タンクに隠れる位置に配置される、燃料電池搭載システム。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の燃料電池搭載システムであって、
   二次電池と、
   電動機と、
   前記燃料電池、前記二次電池、及び前記電動機を電気的に接続する電力線と、をさらに備え、
   前記二次電池、前記電動機、及び前記電力線は、前記第２方向において、前記一対のサイドメンバの間に配置され、
   前記第１水素配管及び前記第２水素配管は、前記第２方向から見て、前記電力線よりも上方に設けられている、燃料電池搭載システム。
9. 請求項８に記載の燃料電池搭載システムであって、
   前記二次電池は、少なくとも一部が前記第１水素タンクと前記第１方向で重なるように配置されている、燃料電池搭載システム。
   

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