JPWO2004020237A1 - 燃料電池搭載車両 - Google Patents
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Abstract
燃料電池車両10では、左車輪用モータ11及び右車輪用モータ12はそれぞれ左前輪FRW及び右前輪FLWを回転させるホイールインモータであるため、左前輪及び右前輪の両方を回転させるモータを用いる場合に比べて小型のものを用いることができ、車両前室61において両モータ11,12の間の空間(モータ間スペースS)を比較的大きく取ることができる。したがって、このモータ間スペースSを利用して燃料電池20を余裕を持って配置することができる。
Description
本発明は、燃料電池を搭載した燃料電池搭載車両に関する。
従来、燃料電池搭載車両としては、乗員室内を狭めることなく燃料電池を配置したものが種々提案されている。例えば、特開2001−253248号公報には、車両前室に走行用モータと燃料電池とを配置したものが開示されている。ここでは、走行用モータは左右前輪を架け渡す車軸の中央付近に配置され、燃料電池はその走行用モータに近接して配置されている。また、燃料電池に燃料ガス(水素)を供給する燃料タンクは燃料電池に近接して配置されている。
しかしながら、上述の公報に記載された燃料電池搭載車両では、一つの走行用モータで左右前輪の両方を回転させるため、走行用モータのサイズが大きくなりがちで燃料電池を配置するスペースを十分取ることができないという問題があった。また、燃料タンクも燃料電池と同じ場所に配置されているため、窮屈なレイアウトになっていた。
本発明は、このような課題に鑑みになされたものであり、左右両輪の間に燃料電池を余裕を持って配置可能な燃料電池搭載車両を提供することを目的の一つとする。また、搭載機器が窮屈にならないよう良好に配置可能な燃料電池搭載車両を提供することを目的の一つとする。
しかしながら、上述の公報に記載された燃料電池搭載車両では、一つの走行用モータで左右前輪の両方を回転させるため、走行用モータのサイズが大きくなりがちで燃料電池を配置するスペースを十分取ることができないという問題があった。また、燃料タンクも燃料電池と同じ場所に配置されているため、窮屈なレイアウトになっていた。
本発明は、このような課題に鑑みになされたものであり、左右両輪の間に燃料電池を余裕を持って配置可能な燃料電池搭載車両を提供することを目的の一つとする。また、搭載機器が窮屈にならないよう良好に配置可能な燃料電池搭載車両を提供することを目的の一つとする。
本発明は、上述の目的の少なくとも一つを達成するために以下の手段を採用した。即ち、本発明の第1の燃料電池搭載車両は、
車両前方及び車両後方の少なくとも一方の左右両輪の近傍にそれぞれ配置され車輪を回転させる左車輪用モータ及び右車輪用モータと、
車両前方又は車両後方の左右両輪の間に生じたスペースを利用して配置された燃料電池と
を備えたものである。
この燃料電池搭載車両では、左車輪用モータ及び右車輪用モータは、車両前方の左右両輪の近傍に配置されるか、車両後方の左右両輪の近傍に配置されるか、車両前方の左右両輪及び車両後方の左右両輪の近傍に配置される。また、燃料電池は、車両前方の左右両輪の間に生じたスペースか、車両後方の左右両輪の間に生じたスペースを利用して配置される。ここで、車輪用モータが配置されていない車輪間に生じたスペースを利用して燃料電池を配置する場合には、このスペースに車輪用モータがないため余裕を持って燃料電池を配置することができる。また、車輪用モータが配置されている車輪間に生じたスペースを利用して燃料電池が配置されている場合には、左車輪用モータ及び右車輪用モータはそれぞれ左車輪及び右車輪を回転させるため、左車輪及び右車輪の両方を回転させるモータを用いる場合に比べて小型のものを用いることができ、このスペースを比較的大きく取ることができ、このスペースに余裕を持って燃料電池を配置することができる。なお、燃料電池はその全体が車輪間に生じたスペースに収まるように配置されていてもよいし、その一部が車輪間に生じたスペースにかかるように配置されていてもよい。
ここで、「燃料電池」は、左車輪用モータや右車輪用モータに電力を供給可能なように構成されていてもよいし、他の車載機器(例えば空調機器、AV機器、ナビゲーション機器、照明機器など)に電力を供給するように構成されていてもよい。
この燃料電池搭載車両において、前記燃料電池は、前記左車輪用モータと前記右車輪用モータとの間に生じたモータ間スペースを利用して配置されていてもよい。この場合、左車輪用モータは左車輪の近傍に配置され、右車輪用モータは右車輪の近傍に配置されているため、両モータの間にはスペース(モータ間スペース)が生じる。また、左車輪用モータ及び右車輪用モータはそれぞれ左車輪及び右車輪を回転させるため、左車輪及び右車輪の両方を回転させるモータを用いる場合に比べて小型のものを用いることができ、モータ間スペースを比較的大きく取ることができる。したがって、このモータ間スペースを利用して燃料電池を余裕を持って配置することができる。なお、燃料電池はその全体がモータ間スペースに収まるように配置されていてもよいし、その一部がモータ間スペースにかかるように配置されていてもよい。
この燃料電池搭載車両において、前記燃料電池は車両前方に配置されていてもよい。こうすれば、燃料電池は車両前方に配置されフロントシップとなるため、交換作業や修理作業などを行ううえで便利である。
この燃料電池搭載車両において、前記左車輪用モータ及び前記右車輪用モータは、ホイールインモータであってもよい。こうすれば、モータ間スペースを十分広く取ることができる。
この燃料電池搭載車両において、前記燃料電池の補機類のうち少なくとも一部は、前記燃料電池の近傍に配置されていてもよい。こうすれば、燃料電池とその補機類の少なくとも一部とを離れた場所に配置する場合に比べて、配線、配管等の引き回しを簡素化することができる。ここで、「燃料電池の補機類」とは、燃料電池の作動に必要な機器類をいい、例えば燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置や、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置や、燃料電池に供給する酸化ガスや燃料ガスの圧力や流量を調節するマスフロコントローラや、燃料電池から未反応のまま排出された酸化ガスや燃料ガスを再び燃料電池に供給するガス循環装置や、燃料電池を冷却するために燃料電池に冷却水を循環させる冷却水循環装置などが挙げられる。
この燃料電池搭載車両は、乗員室のシートの下方領域に配置された二次を備えていてもよい。シートの下方領域は燃料電池に占有されていないため、ここに二次電池を配置することができる。このとき、二次電池は、車室内(車両床上)に配置されていてもよいし、車室外(車両床下)に配置されていてもよい。また、二次電池は、該二次電池の長手方向が車両左右方向となるような姿勢で車両前後方向に架け渡された床下リインホースメントを利用して配置されていることが好ましい。こうすれば、通常、車両に用いられる床下リインホースメントを利用して二次電池を配置するため二次電池の取付具を減らすことができ、また、車両の側面衝突に対する剛性を向上させることができる。ここで、「二次電池」は、左車輪用モータや右車輪用モータに電力を供給可能なように構成されていてもよいし、他の車載機器(例えば空調機器、AV機器、ナビゲーション機器、照明機器など)に電力を供給するように構成されていてもよい。また、キャパシタなどの充放電が可能な蓄電装置を二次電池の代わりに採用してもよい。
この燃料電池搭載車両は、乗員室のシートの下方領域に配置され前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給源を備えていてもよい。シートの下方領域は燃料電池に占有されていないため、ここに燃料ガス供給源を配置することができる。ここで、「燃料ガス供給源」は、燃料電池の電気化学反応に用いられる燃料ガスを供給可能な機器であればどのようなものでもよく、例えば燃料ガスを貯蔵した容器であってもよいし、ある原料から燃料ガスを生成する生成器であってもよい。
本発明の第2の燃料電池搭載車両は、
車両前室に配置された燃料電池と、
乗員室の前側シートの下方領域に配置された二次電池と、
乗員室の後側シートの下方領域に配置され前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給源と
を備えたものである。
この燃料電池搭載車両では、車両前方から後方に向かって搭載機器である燃料電池、二次電池、燃料ガス供給源がこの順に間隔をもって配置されている。このため、これらの搭載機器を窮屈にならないよう良好に配置することができる。また、高圧電源系の燃料電池や二次電池を燃料ガス供給源から離間して配置することができる。このとき、前記燃料電池及び前記二次電池は、本発明の第1の燃料電池搭載車両における燃料電池及び二次電池であってもよい。こうすれば、本発明の第1の作用効果も併せて得ることができる。なお、車両前後方向に三列のシートが存在する場合、最前列のシートを前側シートとすると中列又は最後列のシートが後側シートとなり、中列のシートを前側シートとすると最後列のシートが後側シートとなる。また、キャパシタなどの充放電が可能な蓄電装置を二次電池の代わりに採用してもよい。
車両前方及び車両後方の少なくとも一方の左右両輪の近傍にそれぞれ配置され車輪を回転させる左車輪用モータ及び右車輪用モータと、
車両前方又は車両後方の左右両輪の間に生じたスペースを利用して配置された燃料電池と
を備えたものである。
この燃料電池搭載車両では、左車輪用モータ及び右車輪用モータは、車両前方の左右両輪の近傍に配置されるか、車両後方の左右両輪の近傍に配置されるか、車両前方の左右両輪及び車両後方の左右両輪の近傍に配置される。また、燃料電池は、車両前方の左右両輪の間に生じたスペースか、車両後方の左右両輪の間に生じたスペースを利用して配置される。ここで、車輪用モータが配置されていない車輪間に生じたスペースを利用して燃料電池を配置する場合には、このスペースに車輪用モータがないため余裕を持って燃料電池を配置することができる。また、車輪用モータが配置されている車輪間に生じたスペースを利用して燃料電池が配置されている場合には、左車輪用モータ及び右車輪用モータはそれぞれ左車輪及び右車輪を回転させるため、左車輪及び右車輪の両方を回転させるモータを用いる場合に比べて小型のものを用いることができ、このスペースを比較的大きく取ることができ、このスペースに余裕を持って燃料電池を配置することができる。なお、燃料電池はその全体が車輪間に生じたスペースに収まるように配置されていてもよいし、その一部が車輪間に生じたスペースにかかるように配置されていてもよい。
ここで、「燃料電池」は、左車輪用モータや右車輪用モータに電力を供給可能なように構成されていてもよいし、他の車載機器(例えば空調機器、AV機器、ナビゲーション機器、照明機器など)に電力を供給するように構成されていてもよい。
この燃料電池搭載車両において、前記燃料電池は、前記左車輪用モータと前記右車輪用モータとの間に生じたモータ間スペースを利用して配置されていてもよい。この場合、左車輪用モータは左車輪の近傍に配置され、右車輪用モータは右車輪の近傍に配置されているため、両モータの間にはスペース(モータ間スペース)が生じる。また、左車輪用モータ及び右車輪用モータはそれぞれ左車輪及び右車輪を回転させるため、左車輪及び右車輪の両方を回転させるモータを用いる場合に比べて小型のものを用いることができ、モータ間スペースを比較的大きく取ることができる。したがって、このモータ間スペースを利用して燃料電池を余裕を持って配置することができる。なお、燃料電池はその全体がモータ間スペースに収まるように配置されていてもよいし、その一部がモータ間スペースにかかるように配置されていてもよい。
この燃料電池搭載車両において、前記燃料電池は車両前方に配置されていてもよい。こうすれば、燃料電池は車両前方に配置されフロントシップとなるため、交換作業や修理作業などを行ううえで便利である。
この燃料電池搭載車両において、前記左車輪用モータ及び前記右車輪用モータは、ホイールインモータであってもよい。こうすれば、モータ間スペースを十分広く取ることができる。
この燃料電池搭載車両において、前記燃料電池の補機類のうち少なくとも一部は、前記燃料電池の近傍に配置されていてもよい。こうすれば、燃料電池とその補機類の少なくとも一部とを離れた場所に配置する場合に比べて、配線、配管等の引き回しを簡素化することができる。ここで、「燃料電池の補機類」とは、燃料電池の作動に必要な機器類をいい、例えば燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置や、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置や、燃料電池に供給する酸化ガスや燃料ガスの圧力や流量を調節するマスフロコントローラや、燃料電池から未反応のまま排出された酸化ガスや燃料ガスを再び燃料電池に供給するガス循環装置や、燃料電池を冷却するために燃料電池に冷却水を循環させる冷却水循環装置などが挙げられる。
この燃料電池搭載車両は、乗員室のシートの下方領域に配置された二次を備えていてもよい。シートの下方領域は燃料電池に占有されていないため、ここに二次電池を配置することができる。このとき、二次電池は、車室内(車両床上)に配置されていてもよいし、車室外(車両床下)に配置されていてもよい。また、二次電池は、該二次電池の長手方向が車両左右方向となるような姿勢で車両前後方向に架け渡された床下リインホースメントを利用して配置されていることが好ましい。こうすれば、通常、車両に用いられる床下リインホースメントを利用して二次電池を配置するため二次電池の取付具を減らすことができ、また、車両の側面衝突に対する剛性を向上させることができる。ここで、「二次電池」は、左車輪用モータや右車輪用モータに電力を供給可能なように構成されていてもよいし、他の車載機器(例えば空調機器、AV機器、ナビゲーション機器、照明機器など)に電力を供給するように構成されていてもよい。また、キャパシタなどの充放電が可能な蓄電装置を二次電池の代わりに採用してもよい。
この燃料電池搭載車両は、乗員室のシートの下方領域に配置され前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給源を備えていてもよい。シートの下方領域は燃料電池に占有されていないため、ここに燃料ガス供給源を配置することができる。ここで、「燃料ガス供給源」は、燃料電池の電気化学反応に用いられる燃料ガスを供給可能な機器であればどのようなものでもよく、例えば燃料ガスを貯蔵した容器であってもよいし、ある原料から燃料ガスを生成する生成器であってもよい。
本発明の第2の燃料電池搭載車両は、
車両前室に配置された燃料電池と、
乗員室の前側シートの下方領域に配置された二次電池と、
乗員室の後側シートの下方領域に配置され前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給源と
を備えたものである。
この燃料電池搭載車両では、車両前方から後方に向かって搭載機器である燃料電池、二次電池、燃料ガス供給源がこの順に間隔をもって配置されている。このため、これらの搭載機器を窮屈にならないよう良好に配置することができる。また、高圧電源系の燃料電池や二次電池を燃料ガス供給源から離間して配置することができる。このとき、前記燃料電池及び前記二次電池は、本発明の第1の燃料電池搭載車両における燃料電池及び二次電池であってもよい。こうすれば、本発明の第1の作用効果も併せて得ることができる。なお、車両前後方向に三列のシートが存在する場合、最前列のシートを前側シートとすると中列又は最後列のシートが後側シートとなり、中列のシートを前側シートとすると最後列のシートが後側シートとなる。また、キャパシタなどの充放電が可能な蓄電装置を二次電池の代わりに採用してもよい。
図1は本実施形態の燃料電池搭載車両の平面図、図2は本実施形態の燃料電池搭載車両の概略断面図、図3は本実施形態の燃料電池搭載車両のブロック図、図4は二次電池の配置に関する説明図、図5は二次電池の別の配置に関する説明図である。
本発明を一層明らかにするために、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図1は本実施形態の燃料電池搭載車両の概略平面図、図2は燃料電池搭載車両の概略断面図、図3は燃料電池搭載車両のブロック図である。
本実施形態の燃料電池搭載車両10は、シャシフレームとボディとが一体に作られたモノコック構造であり、主として左車輪用モータ11、右車輪用モータ12、フロントシート14、リアシート16、燃料電池20、二次電池40、水素ボンベ21、パワーコントロールユニット(以下PCUという)50を備えている。なお、モノコック構造を採用する代わりにフレーム構造を採用してもよい。また、図2ではPCU50を省略した。
左車輪用モータ11は、左前輪FLWのホイールに組み込まれたホイールインモータであり、左前輪FLWの車軸を回転させる役割を果たす。右車輪用モータ12は、右前輪FRWのホイールに組み込まれたホイールインモータであり、右前輪FRWの車軸を回転させる役割を果たす。この左車輪用モータ11と右車輪用モータ12とは分離しているため、乗員室62とダッシュパネル15により区切られた車両前室61のうち両モータ11,12の間には比較的広いモータ間スペースSが形成されている。このモータ間スペースSは、左前輪FLWを直進方向に向け車両左右方向から左車輪用モータ11をみたときの外郭形状と、右前輪FRWを直進方向に向け車両左右方向から右車輪用モータ12をみたときの外郭形状とを車両左右方向に繋げたときに生じる仮想空洞スペースである。
また、両モータ11,12には、図3に示すように、燃料電池20や二次電池40の出力する直流電流が分配器27を経たあとインバータ11a,12aによって三相交流に変換されて供給される。両モータ11,12はこのような電力の供給を受けて回転駆動力を発生し、この回転駆動力はそれぞれ左前輪FLW及び右前輪FRWの車軸に伝えられ、燃料電池搭載車両10を走行させる動力となる。
フロントシート14は、図2に示すように、乗員室62内に設置された二列のシートのうちの前列のシートであり、運転席と助手席とからなる。車両の床面70はフロントシート14の下側で盛り上がった形状となっており、この盛り上がった部分即ち段差面71にフロントシート14が設置されている。この段差面71と地上高を決めるときの基準面74との間に生じたスペースがフロントシート14の下方領域63であり、ここに二次電池40が配置されている。また、リアシート16は、二列のシートのうちの後列のシートであり、いわゆるベンチシートである。車両の床面70はリアシート16の下側でも盛り上がった形状となっており、この盛り上がった部分即ち段差面72にリアシート16が設置されている。この段差面72と基準面74との間に生じたスペースがリアシート16の下方領域64であり、ここに水素ボンベ21が設置されている。本実施形態では、段差面72に連なるようにしてトランクルーム65の仕切面73が設けられ、この仕切面73と基準面74との間に生じたスペースもリアシート16の下方領域64に含まれるものとする。
燃料電池20は、図1及び図2に示すように、車両前室61に配置され、詳しくは燃料電池20の一部がモータ間スペースSにかかるように配置されている。この燃料電池20は、周知の固体高分子電解質型の燃料電池であり、構成単位である単セルを複数積層したスタック構造を有し、高電圧電源(数百V)として機能する。燃料電池20を構成する各単セルでは、図3に示すように、水素ボンベ21から水素ガス(燃料ガス)がマスフロコントローラ22で圧力・流量が調節されたあと加湿器23により加湿されてアノードに供給され、エアコンプレッサ13から圧力が調節された圧縮空気(酸化ガス)がカソードに供給され、所定の電気化学反応が進行することにより起電力が生じる。即ち、アノードでは水素がプロトンと電子とに分離し、アノードで分離したプロトンが固体高分子電解質膜を伝導してカソードに達すると共に同じくアノードで分離した電子が負荷を介して接続された電線を通ってカソードに達し、カソードでは酸素がプロトンと電子と結合して水が生成する、という電気化学反応が進行することにより、起電力が生じる。
燃料電池20の補機類は、既述のエアコンプレッサ13や、既述の水素ボンベ21や、既述のマスフロコントローラ22や、既述の加湿器23や、燃料電池20及び二次電池40からの出力電圧を所定の電圧まで降下させるDC/DCコンバータ24や、燃料電池20から未反応のまま排出された水素ガスを再び燃料電池20に供給する水素ガス循環ポンプ25や、燃料電池20を冷却するために燃料電池20に冷却水を循環させるウォータポンプ26や、燃料電池20及び二次電池40の出力を分配する分配器27や、ウォータポンプ26によって燃料電池20を循環する冷却水を放熱させる放熱器32などである。なお、分配器27は、各車輪用モータ11,12への電力供給を燃料電池20及び二次電池40のいずれか一方又は両方で行ったり燃料電池20による二次電池40の充電を行ったりするためのスイッチング回路である。
これら補機類のうち、エアコンプレッサ13やマスフロコントローラ22や加湿器23や水素ガス循環ポンプ25やウォータポンプ26や放熱器32のクーリングファンには、燃料電池20及び二次電池40からの電力が分配器27を経たあとDC/DCコンバータ24により所定の電圧に降下されて供給される。また、これら補機類のうち、エアコンプレッサ13やマスフロコントローラ22や加湿器23やDC/DCコンバータ24や水素ガス循環ポンプ25やウォータポンプ26や分配器27や放熱器32は、燃料電池20の配置された車両前室61に配置されている。また、エアコンプレッサ13はその一部がモータ間スペースSにかかるように配置されている。
二次電池40は、周知のニッケル水素二次電池を複数個直列に接続した構造を有し、高電圧電源(数百V)として機能する。この二次電池40は、PCU50の制御によって、車両の始動時に各車輪用モータ11,12を駆動したり、減速回生時に回生電力を回収したり、加速時に各車輪用モータ11,12をアシストしたり、負荷に応じて燃料電池20によって充電されたりする。なお、この二次電池40は充放電可能な電池であればよく、ニッケル水素二次電池に限らず例えばニッカド二次電池やリチウムイオン二次電池や鉛蓄電池などであってもよい。また、二次電池40の代わりにキャパシタを採用してもよい。
この二次電池40は、フロントシート14の下方領域63にて二次電池40の長手方向が車両左右方向となるような姿勢で、車両左側及び車両右側にて車両前後方向に延びる一対の床下リインホースメント66,67を利用して配置されている。床下リインホースメント66,67は、燃料電池搭載車両10のモノコック構造を構成するメンバの一つである。ここでは、床下リインホースメント66,67とフロントシート14の段差面71との間隔よりも二次電池40の高さが高いため、図4に示すように一対の床下リインホースメント66,67の下部同士を架け渡した架橋部材68を設けて、その架橋部材68に二次電池40を載せた状態で固定している。なお、図4(a)はフロントシート14付近の側面図、(b)はその正面図である。但し、床下リインホースメント66,67とフロントシート14の段差面71との間隔に二次電池40が収まる場合には、図5に示すように二次電池40を一対の床下リインホースメント66,67に架け渡すように載せた状態で固定してもよい。なお、図5(a)はフロントシート14付近の側面図、(b)はその正面図である。図4や図5では、二次電池40を乗員室外(車両床下)に配置した様子を示したが、二次電池40を乗員室内(車両床上)に配置してもよい。例えばフロアパネルのうちフロントシート14の下方に凹部を設けその凹部に二次電池40を配置し、段差面71を含むハット状の蓋部を被せてもよい。
PCU50は、左車輪用モータ11や右車輪用モータ12の駆動力を制御するものであり、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、図示しないが周知のCPU、ROM、RAM及び入出力ポートなどから構成されている。このPCU50は、車両前室61の上方に配置されている。また、PCU50は、アクセルペダルセンサのペダル位置やインバータ11a,12aの出力電流/出力電圧や二次電池40の残留容量値や図示しない各種センサの検出値を入力し、入力した各値に基づいて、マスフロコントローラ22及びエアコンプレッサ13に供給ガス量を制御するための制御信号を出力したりインバータ11a,12aや分配器27への制御信号を出力したりする。
以上のように構成された本実施形態の燃料電池搭載車両10では、左車輪用モータ11及び右車輪用モータ12はそれぞれ左前輪FLW及び右前輪FRWを回転させるホイールインモータであるため、左前輪FLW及び右前輪FRWの両方を回転させるモータを用いる場合に比べて小型のものを用いることができ、車両前室61においてモータ間スペースSを比較的大きく取ることができる。したがって、このモータ間スペースSを利用して燃料電池20を余裕を持って配置することができる。
また、燃料電池20はフロントシップとなりボンネットを開いて交換作業や修理作業を行うことができるため、便利である。
更に、燃料電池20の補機類のうち、エアコンプレッサ13(酸化ガス供給装置)やマスフロコントローラ22や水素ガス循環ポンプ25(燃料ガス循環装置)やウォータポンプ26(冷却水循環装置)や分配器27や放熱器32は、燃料電池40の配置された車両前室61に配置されているため、燃料電池20と別の場所に配置される場合に比べて、燃料電池20との配線、配管等の引き回しを簡素化することができる。
更にまた、二次電池40はフロントシート14の下方領域63を有効に利用して配置され、しかも、二次電池40の長手方向が車両左右方向となるような姿勢で車両前後方向に架け渡された床下リインホースメント66,67を利用して配置されているため二次電池40の取付具を減らすことができるし、車両の側面衝突に対する剛性を向上させることもできる。この二次電池40を車室内に配置してもよく、その場合には塵埃から二次電池40を防止することができる。
そしてまた、水素ボンベ21(燃料ガス供給源)はリアシート16の下方領域64(トランクルーム65の仕切面73の下方領域を含む)を有効に利用して配置されている。この結果、車両前方から燃料電池20、二次電池40、水素ボンベ21がこの順に間隔をもって窮屈にならないように良好に配置されるうえ、高圧電源系の燃料電池20や二次電池40を水素ボンベ21から離間して配置することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、乗員室62の車両前後方向に二列のシートを設けたが、三列以上のシートを設けてもよい。例えば三列のシートを設けた場合、最前列のシートをフロントシートとすると中列又は最後列のシートがリアシートとなり、中列のシートをフロントシートとすると最後列のシートがリアシートとなる。あるいは、乗員室62に一列のシートしか持たない場合には、そのシートの下方領域に二次電池40を配置し、トランクルーム65の仕切面73の下方領域に水素ボンベ21を配置してもよい。
また、上述した実施形態では、燃料電池20に水素ガス(燃料ガス)を供給する供給源として水素ボンベ21を用いたが、水素ボンベ21に代えて水素吸蔵合金を用いてもよいし炭化水素系燃料(例えばガソリンやメタノールなど)と水との反応により水素リッチなガスを生成する改質器を用いてもよい。
更に、上述した実施形態では、前輪駆動車を例示したが、後輪駆動車や四輪駆動車に本発明の構成を採用してもよい。後輪駆動車の場合には、左後輪及び右後輪をそれぞれ回転させるホイールインモータを設けて両モータ間に生じる空間(モータ間スペース)を利用して燃料電池20を配置すればよく、四輪駆動車の場合には、前輪側か後輪側のモータ間スペースを利用して燃料電池20を配置すればよい。
更にまた、上述した実施形態では、車両前室61にて燃料電池20の一部がモータ間スペースSにかかるように燃料電池20を配置したが、燃料電池20の全部がモータ間スペースSに収まるように燃料電池20を配置してもよい。
そしてまた、上述した実施形態では、燃料電池20及び二次電池40の両方を各車輪用モータ11,12の駆動源として利用可能な構成を採用したが(制御上は、燃料電池20及び二次電池40の両方でモータ11,12を駆動する場合や、燃料電池20及び二次電池40のいずれか一方のみでモータ11,12を駆動する場合も含む)、燃料電池20及び二次電池40のいずれか一方のみをモータ11,12の駆動源として利用可能な構成を採用してもよく、例えば、一方の電池をモータ11,12の駆動源として利用可能な構成とし他方の電池を別の機器(例えば補機類)の電源として利用可能な構成としてもよい。あるいは、両電池20,40以外にモータ11,12の駆動源を有しており、両電池20,40の一方又は両方はその駆動源を補助する役割を果たすようにしてもよい。このように、モータ11,12は、燃料電池20及び二次電池40の少なくとも一方を駆動源として利用可能なように構成されていればよい。
そして更にまた、上述した実施形態では、左車輪用モータ11及び右車輪用モータ12は左前輪FLW及び右前輪FRWに取り付けたホイールインモータとしたが、燃料電池20を車両前方に配置し、左車輪用モータ11及び右車輪用モータ12は左後輪及び右後輪に取り付けたホイールインモータとしてもよい。こうすれば、左前輪FLWと右前輪FRWとの間のスペースには車輪用モータが配置されていないためこのスペースに燃料電池20を余裕を持って配置することができる。
本実施形態の燃料電池搭載車両10は、シャシフレームとボディとが一体に作られたモノコック構造であり、主として左車輪用モータ11、右車輪用モータ12、フロントシート14、リアシート16、燃料電池20、二次電池40、水素ボンベ21、パワーコントロールユニット(以下PCUという)50を備えている。なお、モノコック構造を採用する代わりにフレーム構造を採用してもよい。また、図2ではPCU50を省略した。
左車輪用モータ11は、左前輪FLWのホイールに組み込まれたホイールインモータであり、左前輪FLWの車軸を回転させる役割を果たす。右車輪用モータ12は、右前輪FRWのホイールに組み込まれたホイールインモータであり、右前輪FRWの車軸を回転させる役割を果たす。この左車輪用モータ11と右車輪用モータ12とは分離しているため、乗員室62とダッシュパネル15により区切られた車両前室61のうち両モータ11,12の間には比較的広いモータ間スペースSが形成されている。このモータ間スペースSは、左前輪FLWを直進方向に向け車両左右方向から左車輪用モータ11をみたときの外郭形状と、右前輪FRWを直進方向に向け車両左右方向から右車輪用モータ12をみたときの外郭形状とを車両左右方向に繋げたときに生じる仮想空洞スペースである。
また、両モータ11,12には、図3に示すように、燃料電池20や二次電池40の出力する直流電流が分配器27を経たあとインバータ11a,12aによって三相交流に変換されて供給される。両モータ11,12はこのような電力の供給を受けて回転駆動力を発生し、この回転駆動力はそれぞれ左前輪FLW及び右前輪FRWの車軸に伝えられ、燃料電池搭載車両10を走行させる動力となる。
フロントシート14は、図2に示すように、乗員室62内に設置された二列のシートのうちの前列のシートであり、運転席と助手席とからなる。車両の床面70はフロントシート14の下側で盛り上がった形状となっており、この盛り上がった部分即ち段差面71にフロントシート14が設置されている。この段差面71と地上高を決めるときの基準面74との間に生じたスペースがフロントシート14の下方領域63であり、ここに二次電池40が配置されている。また、リアシート16は、二列のシートのうちの後列のシートであり、いわゆるベンチシートである。車両の床面70はリアシート16の下側でも盛り上がった形状となっており、この盛り上がった部分即ち段差面72にリアシート16が設置されている。この段差面72と基準面74との間に生じたスペースがリアシート16の下方領域64であり、ここに水素ボンベ21が設置されている。本実施形態では、段差面72に連なるようにしてトランクルーム65の仕切面73が設けられ、この仕切面73と基準面74との間に生じたスペースもリアシート16の下方領域64に含まれるものとする。
燃料電池20は、図1及び図2に示すように、車両前室61に配置され、詳しくは燃料電池20の一部がモータ間スペースSにかかるように配置されている。この燃料電池20は、周知の固体高分子電解質型の燃料電池であり、構成単位である単セルを複数積層したスタック構造を有し、高電圧電源(数百V)として機能する。燃料電池20を構成する各単セルでは、図3に示すように、水素ボンベ21から水素ガス(燃料ガス)がマスフロコントローラ22で圧力・流量が調節されたあと加湿器23により加湿されてアノードに供給され、エアコンプレッサ13から圧力が調節された圧縮空気(酸化ガス)がカソードに供給され、所定の電気化学反応が進行することにより起電力が生じる。即ち、アノードでは水素がプロトンと電子とに分離し、アノードで分離したプロトンが固体高分子電解質膜を伝導してカソードに達すると共に同じくアノードで分離した電子が負荷を介して接続された電線を通ってカソードに達し、カソードでは酸素がプロトンと電子と結合して水が生成する、という電気化学反応が進行することにより、起電力が生じる。
燃料電池20の補機類は、既述のエアコンプレッサ13や、既述の水素ボンベ21や、既述のマスフロコントローラ22や、既述の加湿器23や、燃料電池20及び二次電池40からの出力電圧を所定の電圧まで降下させるDC/DCコンバータ24や、燃料電池20から未反応のまま排出された水素ガスを再び燃料電池20に供給する水素ガス循環ポンプ25や、燃料電池20を冷却するために燃料電池20に冷却水を循環させるウォータポンプ26や、燃料電池20及び二次電池40の出力を分配する分配器27や、ウォータポンプ26によって燃料電池20を循環する冷却水を放熱させる放熱器32などである。なお、分配器27は、各車輪用モータ11,12への電力供給を燃料電池20及び二次電池40のいずれか一方又は両方で行ったり燃料電池20による二次電池40の充電を行ったりするためのスイッチング回路である。
これら補機類のうち、エアコンプレッサ13やマスフロコントローラ22や加湿器23や水素ガス循環ポンプ25やウォータポンプ26や放熱器32のクーリングファンには、燃料電池20及び二次電池40からの電力が分配器27を経たあとDC/DCコンバータ24により所定の電圧に降下されて供給される。また、これら補機類のうち、エアコンプレッサ13やマスフロコントローラ22や加湿器23やDC/DCコンバータ24や水素ガス循環ポンプ25やウォータポンプ26や分配器27や放熱器32は、燃料電池20の配置された車両前室61に配置されている。また、エアコンプレッサ13はその一部がモータ間スペースSにかかるように配置されている。
二次電池40は、周知のニッケル水素二次電池を複数個直列に接続した構造を有し、高電圧電源(数百V)として機能する。この二次電池40は、PCU50の制御によって、車両の始動時に各車輪用モータ11,12を駆動したり、減速回生時に回生電力を回収したり、加速時に各車輪用モータ11,12をアシストしたり、負荷に応じて燃料電池20によって充電されたりする。なお、この二次電池40は充放電可能な電池であればよく、ニッケル水素二次電池に限らず例えばニッカド二次電池やリチウムイオン二次電池や鉛蓄電池などであってもよい。また、二次電池40の代わりにキャパシタを採用してもよい。
この二次電池40は、フロントシート14の下方領域63にて二次電池40の長手方向が車両左右方向となるような姿勢で、車両左側及び車両右側にて車両前後方向に延びる一対の床下リインホースメント66,67を利用して配置されている。床下リインホースメント66,67は、燃料電池搭載車両10のモノコック構造を構成するメンバの一つである。ここでは、床下リインホースメント66,67とフロントシート14の段差面71との間隔よりも二次電池40の高さが高いため、図4に示すように一対の床下リインホースメント66,67の下部同士を架け渡した架橋部材68を設けて、その架橋部材68に二次電池40を載せた状態で固定している。なお、図4(a)はフロントシート14付近の側面図、(b)はその正面図である。但し、床下リインホースメント66,67とフロントシート14の段差面71との間隔に二次電池40が収まる場合には、図5に示すように二次電池40を一対の床下リインホースメント66,67に架け渡すように載せた状態で固定してもよい。なお、図5(a)はフロントシート14付近の側面図、(b)はその正面図である。図4や図5では、二次電池40を乗員室外(車両床下)に配置した様子を示したが、二次電池40を乗員室内(車両床上)に配置してもよい。例えばフロアパネルのうちフロントシート14の下方に凹部を設けその凹部に二次電池40を配置し、段差面71を含むハット状の蓋部を被せてもよい。
PCU50は、左車輪用モータ11や右車輪用モータ12の駆動力を制御するものであり、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、図示しないが周知のCPU、ROM、RAM及び入出力ポートなどから構成されている。このPCU50は、車両前室61の上方に配置されている。また、PCU50は、アクセルペダルセンサのペダル位置やインバータ11a,12aの出力電流/出力電圧や二次電池40の残留容量値や図示しない各種センサの検出値を入力し、入力した各値に基づいて、マスフロコントローラ22及びエアコンプレッサ13に供給ガス量を制御するための制御信号を出力したりインバータ11a,12aや分配器27への制御信号を出力したりする。
以上のように構成された本実施形態の燃料電池搭載車両10では、左車輪用モータ11及び右車輪用モータ12はそれぞれ左前輪FLW及び右前輪FRWを回転させるホイールインモータであるため、左前輪FLW及び右前輪FRWの両方を回転させるモータを用いる場合に比べて小型のものを用いることができ、車両前室61においてモータ間スペースSを比較的大きく取ることができる。したがって、このモータ間スペースSを利用して燃料電池20を余裕を持って配置することができる。
また、燃料電池20はフロントシップとなりボンネットを開いて交換作業や修理作業を行うことができるため、便利である。
更に、燃料電池20の補機類のうち、エアコンプレッサ13(酸化ガス供給装置)やマスフロコントローラ22や水素ガス循環ポンプ25(燃料ガス循環装置)やウォータポンプ26(冷却水循環装置)や分配器27や放熱器32は、燃料電池40の配置された車両前室61に配置されているため、燃料電池20と別の場所に配置される場合に比べて、燃料電池20との配線、配管等の引き回しを簡素化することができる。
更にまた、二次電池40はフロントシート14の下方領域63を有効に利用して配置され、しかも、二次電池40の長手方向が車両左右方向となるような姿勢で車両前後方向に架け渡された床下リインホースメント66,67を利用して配置されているため二次電池40の取付具を減らすことができるし、車両の側面衝突に対する剛性を向上させることもできる。この二次電池40を車室内に配置してもよく、その場合には塵埃から二次電池40を防止することができる。
そしてまた、水素ボンベ21(燃料ガス供給源)はリアシート16の下方領域64(トランクルーム65の仕切面73の下方領域を含む)を有効に利用して配置されている。この結果、車両前方から燃料電池20、二次電池40、水素ボンベ21がこの順に間隔をもって窮屈にならないように良好に配置されるうえ、高圧電源系の燃料電池20や二次電池40を水素ボンベ21から離間して配置することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、乗員室62の車両前後方向に二列のシートを設けたが、三列以上のシートを設けてもよい。例えば三列のシートを設けた場合、最前列のシートをフロントシートとすると中列又は最後列のシートがリアシートとなり、中列のシートをフロントシートとすると最後列のシートがリアシートとなる。あるいは、乗員室62に一列のシートしか持たない場合には、そのシートの下方領域に二次電池40を配置し、トランクルーム65の仕切面73の下方領域に水素ボンベ21を配置してもよい。
また、上述した実施形態では、燃料電池20に水素ガス(燃料ガス)を供給する供給源として水素ボンベ21を用いたが、水素ボンベ21に代えて水素吸蔵合金を用いてもよいし炭化水素系燃料(例えばガソリンやメタノールなど)と水との反応により水素リッチなガスを生成する改質器を用いてもよい。
更に、上述した実施形態では、前輪駆動車を例示したが、後輪駆動車や四輪駆動車に本発明の構成を採用してもよい。後輪駆動車の場合には、左後輪及び右後輪をそれぞれ回転させるホイールインモータを設けて両モータ間に生じる空間(モータ間スペース)を利用して燃料電池20を配置すればよく、四輪駆動車の場合には、前輪側か後輪側のモータ間スペースを利用して燃料電池20を配置すればよい。
更にまた、上述した実施形態では、車両前室61にて燃料電池20の一部がモータ間スペースSにかかるように燃料電池20を配置したが、燃料電池20の全部がモータ間スペースSに収まるように燃料電池20を配置してもよい。
そしてまた、上述した実施形態では、燃料電池20及び二次電池40の両方を各車輪用モータ11,12の駆動源として利用可能な構成を採用したが(制御上は、燃料電池20及び二次電池40の両方でモータ11,12を駆動する場合や、燃料電池20及び二次電池40のいずれか一方のみでモータ11,12を駆動する場合も含む)、燃料電池20及び二次電池40のいずれか一方のみをモータ11,12の駆動源として利用可能な構成を採用してもよく、例えば、一方の電池をモータ11,12の駆動源として利用可能な構成とし他方の電池を別の機器(例えば補機類)の電源として利用可能な構成としてもよい。あるいは、両電池20,40以外にモータ11,12の駆動源を有しており、両電池20,40の一方又は両方はその駆動源を補助する役割を果たすようにしてもよい。このように、モータ11,12は、燃料電池20及び二次電池40の少なくとも一方を駆動源として利用可能なように構成されていればよい。
そして更にまた、上述した実施形態では、左車輪用モータ11及び右車輪用モータ12は左前輪FLW及び右前輪FRWに取り付けたホイールインモータとしたが、燃料電池20を車両前方に配置し、左車輪用モータ11及び右車輪用モータ12は左後輪及び右後輪に取り付けたホイールインモータとしてもよい。こうすれば、左前輪FLWと右前輪FRWとの間のスペースには車輪用モータが配置されていないためこのスペースに燃料電池20を余裕を持って配置することができる。
本発明は、自動車産業に利用することができる。
Claims (15)
- 車両前方及び車両後方の少なくとも一方の左右両輪の近傍にそれぞれ配置され車輪を回転させる左車輪用モータ及び右車輪用モータと、
車両前方又は車両後方の左右両輪の間に生じたスペースを利用して配置された燃料電池と、
を備えた燃料電池搭載車両。 - 前記燃料電池は、前記左車輪用モータと前記右車輪用モータとの間に生じたモータ間スペースを利用して配置されている、
請求項1に記載の燃料電池搭載車両。 - 前記燃料電池は、車両前方に配置されている、
請求項1又は2に記載の燃料電池搭載車両。 - 前記左車輪用モータ及び前記右車輪用モータは、ホイールインモータである、
請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池搭載車両。 - 前記燃料電池の補機類のうち少なくとも一部は、前記燃料電池の近傍に配置されている、
請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池搭載車両。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池搭載車両であって、
乗員室のシートの下方領域に配置された二次電池
を備えた燃料電池搭載車両。 - 前記二次電池は、該二次電池の長手方向が車両左右方向となるような姿勢で車両前後方向に架け渡された床下リインホースメントを利用して配置されている、
請求項6に記載の燃料電池搭載車両。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池搭載車両であって、
乗員室のシートの下方領域に配置された蓄電装置
を備えた燃料電池搭載車両。 - 前記蓄電装置は、該蓄電装置の長手方向が車両左右方向となるような姿勢で車両前後方向に架け渡された床下リインホースメントを利用して配置されている、
請求項8に記載の燃料電池搭載車両。 - 請求項1〜9のいずれかに記載の燃料電池搭載車両であって、
乗員室のシートの下方領域に配置され前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給源
を備えた燃料電池搭載車両。 - 車両前室に配置された燃料電池と、
乗員室の前側シートの下方領域に配置された二次電池と、
乗員室の後側シートの下方領域に配置され前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給源と、
を備えた燃料電池搭載車両。 - 車両前室に配置された燃料電池と、
乗員室の前側シートの下方領域に配置された蓄電装置と、
乗員室の後側シートの下方領域に配置され前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給源と、
を備えた燃料電池搭載車両。 - 前記燃料電池の補機類のうち少なくとも一部は、前記燃料電池の近傍に配置されている、
請求項11又は12に記載の燃料電池搭載車両。 - 前記二次電池は、乗員室のシートの下方領域に配置されている、請求項11記載の燃料電池搭載車両。
- 前記蓄電装置は、乗員室のシートの下方領域に配置されている、請求項12記載の燃料電池搭載車両。
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