JPWO2010137147A1 - 燃料電池システムおよび車両 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)車両は、中央隆起部が設けられた乗員室を備え、関連装置は、中央隆起部の下側に配置されていてもよい。
以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
本発明において使用される用語を以下のように定義する。
「車両」:燃料電池の発電電力を利用して移動可能な構造体をいい、移動原理を問わない。本実施形態では、特に走行面に力を作用させて移動する態様(車や鉄道)を意味するが、その他の移動態様を排除するものではない。例えば、媒体に力を作用させて移動する態様(航空機、船舶、潜水艦等)を含みうる。また、車両は、有人制御であるか無人制御であるかを問わない。
「後」:車両が後退(バック)にシフトチェンジされた場合に進行する方向をいい、「後方向」または「後側」とも称する。
「横」:上記前方向または後方向に対して水平面において横の方向をいい、「横方向」または「幅方向」とも称する。
「上」:車両の走行面を基準に走行面に鉛直な方向(「高さ方向」ともいう。)(図2の側面図および正面図の上方向)を「上方向」または「上部側」、下向きの方向(車両100の路面方向、図2の側面図および正面図の下方向)を「下方向」または「下部側」と称する。
「隣接」:燃料電池と関連装置との距離が近いことを意味するが、その距離に限定はない。ただし、本発明を適用しないで衝突の衝撃が加わった場合に、関連装置が燃料電池に物理的な影響を及ぼしうる距離である。
「車両の外面」:車両の前後方向における外面となる前面および後面、車両の幅方向における外面となる右側面および左側面を含む。
「車両の外面に近い位置」:平面視において燃料電池ユニットや関連装置の幾何学的中心と車両の外面との距離をいう。車両に複数の外面が存在する場合には、そのうちいずれか一つと前記幾何学的中心との距離をいう。
本発明の実施形態1は、関連装置であるDC−DCコンバーターを燃料電池ユニットよりも車両の前面(外面の一態様)に近い位置に配置した燃料電池車に関する。以下、まず燃料電池システムの構成について説明してから、個々の構成装置の詳細について説明する。
図1は、本発明が適用された燃料電池システムの構成図である。
図1における燃料電池システム10は、燃料ガス供給系統4、酸化ガス供給系統7、冷却液供給系統3、電力系統9を備えて構成されている。燃料ガス供給系統4は、燃料電池20に燃料ガス(水素ガス)を供給するための系統である。酸化ガス供給系統7は、燃料電池20に酸化ガス(空気)を供給するための系統である。冷却液供給系統3は、燃料電池20を冷却するための系統である。電力系統9は、燃料電池20からの発電電力を充放電するための系統である。
(1/2)O2+2H++2e−→H2O・・・(2)
H2+(1/2)O2→H2O・・・(3)
(2)図示しないガスペダル、シフトポジションの検出信号、回転数センサ99からの回転数信号を取り込んで、必要な電力供給量であるシステム要求電力等の制御パラメーターを演算すること;
(3)圧力センサ73が検出した酸化ガス供給路71の圧力相対値に基づき、酸化ガス供給路71への酸化ガス供給量が適正な量となるよう、エアコンプレッサー75の回転数を制御すること;
(4)酸化オフガス排出路72に排出される酸化オフガス量が適切になるように、調圧弁77の開度を制御すること;
(5)圧力センサ44、58、59が検出した圧力相対値に基づき、燃料ガス供給路40に供給される酸化ガス供給量が適切な量となるように、元弁43の開度やイジェクタ45の調整圧力を調整すること;
(6)回転数センサ57の値を監視しながら、循環経路51に循環する燃料オフガス量が適切な量となるように、水素ポンプ55の回転数を制御したりパージ弁63の開度を制御したりすること;
(7)運転モードに応じて元弁43、遮断弁46、遮断弁52等の開閉を制御すること;
(8)温度センサ32、36の検出した冷却液温度の相対値に基づき冷却液の循環量を演算し、冷却液ポンプ35の回転数を制御すること;
(9)電圧センサ84により検出された電圧値、電流センサ86により検出された電流値に基づき、燃料電池20の交流インピーダンスを算出し、電解質膜の含水量を推測演算し、車両停止時等の掃気量を制御すること;および
(10)電力系統9の制御、例えば、FCコンバーター90、バッテリーコンバーター98、インバーター93および95、車両走行用モーター94、高電圧補機96等を制御すること。
次に図2〜図7を参照しながら、本実施形態1における燃料電池車の構造について説明する。図2に本実施形態1における燃料電池車の燃料電池20および関連装置の配置を示す。図2では、側面図(Side View)、平面図(Plan View)、および正面図(Front View)が示されている。
図3に本実施形態1における車両100の構造並びに燃料電池および関連装置の配置を含む車両底面図を示す。
次いで、燃料電池アセンブリ200およびコンバーターアセンブリ250の構造について詳細に説明する。図5に、本実施形態1における燃料電池アセンブリ200およびコンバーターアセンブリ250の斜視図を示す。
図5〜図7を参照しながら、コンバーターアセンブリ250の構造を詳しく説明する。図6は、コンバーターアセンブリ250の上側からの斜視図である。図7は、コンバーターアセンブリ250の下側からの斜視図である。
図5に示すように、コンバーターアセンブリ250は、燃料電池アセンブリ200よりも車両100の前部から近い側に配置される。このような配置をすることにより、車両前方からの衝突の衝撃に対して、コンバーターアセンブリ250が燃料電池アセンブリ200よりも先に衝突の衝撃を受けることになる。衝撃を受けることによって、リレー97が遮断状態となれば、FCコンバーター90と、インバーター93、インバーター95、およびバッテリーコンバーター98との間の接続が遮断され、当該燃料電池システム10を安全な状態に移行可能になっている。
(1)本実施形態によれば、図2および図4に示すように、同一の直線上には3つ以上の関連装置が並ばないように配置されている。このような配置により、玉突き衝突により燃料電池ユニット201に損傷が及ぶ可能性を低減することができる。
本発明の実施形態2は、関連装置であるFCコンバーター90を傾斜面に配置する例に関する。
上記実施形態1で列記した利点は、矛盾しない限りにおいて、本実施形態2についても当てはまる。
本実施形態3は、燃料電池ユニットの形態の変形例に関する。
図10に、本実施形態3における燃料電池システムの配置を説明する車両平面図を示す。図10に示すように、本実施形態3における燃料電池ユニット201bは、平面視において二股に分岐した形状を有している。燃料電池ユニット201bに収納される燃料電池20は、第1燃料電池スタック20−1と第2燃料電池スタック20−2とに分離され、燃料電池ユニット201bのそれぞれの分岐形状ハウジングに収納されている。配管類291は、第1燃料電池スタック20−1と第2燃料電池スタック20−2とに酸化ガス、燃料ガス、および冷却液を供給可能に接続されている。燃料電池ユニット201bは、図10に示すように、例えば、二股に分岐した開口部293が車両前方に面するようにして、フロントシート103Lおよび103Rの下部に設置される。
本実施形態4は、車両100の幅方向からの衝突に対しても燃料電池ユニット201を保護可能な配置に関する。
本発明は上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。
例えば、上記実施形態1および4では、傾斜部をFCコンバーター90およびインバーター93に設けたが、その他の関連装置に設けてもよい。
先行技術文献
特許文献
[0007]
特許文献1:国際公開2003−104010号
特許文献2:特開2007−15616号公報
特許文献3:特開2007−015612号公報
特許文献4:特開2007−209161号公報
特許文献5:特開2007−318938号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0008]
しかしながら、上記従来の技術における搭載構造では、衝突の衝撃が加わった場合に、燃料電池システムの安全性を確保するような構成になっていなかった。燃料電池システムの安全性を確保するには、例えば、DC−DCコンバーター等、燃料電池の関連装置を燃料電池よりも先に短絡させたり、衝突の衝撃が加わる方向を変更して燃料電池に直接衝撃が加わらないようにしたりする必要がある。
[0009]
例えば、特許文献1および特許文献2に記載された技術は、燃料電池の補機類の配置は開示されているものの、DC−DCコンバーター等の関連装置の配置について開示されていなかった。
[0010]
特許文献3に記載の技術では、車両側面からの衝突の衝撃が高い場合にはその衝撃によりセンターフレームが変形する結果、燃料電池スタックが破壊され、コンバーターの短絡よりも先に燃料電池スタックから燃料ガスが漏洩する可能性があった。
[0011]
特許文献4および特許文献5に記載のDC−DCコンバーターは、燃料電池に近接して設けられる周辺装置であるため、その設置構造に不備があると、車両衝突時の衝撃によって燃料電池に突っ込んで燃料ガスの漏洩を引き起こす可能性があった。
[0012]
上記不都合に対処するため、燃料電池の衝撃耐性を高めるには極めて高い
Claims (9)
- 車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池が収納される燃料電池ユニットと、
前記燃料電池に電気的に接続されて前記燃料電池ユニットに隣接して設置される関連装置と、を備え、
前記関連装置は、前記燃料電池ユニットよりも前記車両の外面に近い位置に配置されていること、
を特徴とする燃料電池システム。 - 前記車両は、中央隆起部が設けられた乗員室を備え、
前記関連装置は、前記中央隆起部の下側に配置されている、
請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記関連装置には、前記車両の前記外面側に傾斜部が設けられている、
請求項1または2に記載の燃料電池システム。 - 前記傾斜部は、前記関連装置のハウジングの一部形状によって形成されている、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 - 前記傾斜部は、前記関連装置に取り付けられる衝撃抑制部材によって形成されている、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 - 前記関連装置は、傾斜面に配置されている、
請求項1または2に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池ユニットは、2方向に分岐した分岐形状を備えており、
前記関連装置は、前記燃料電池ユニットの前記分岐形状の間に配置されている、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 - 前記関連装置および前記燃料電池の前記分岐形状の一方または双方には、前記関連装置と前記燃料電池とが対向する側に緩衝部材が設けられている、
請求項7に記載の燃料電池システム。 - 車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池が収納される燃料電池ユニットと、
前記燃料電池に電気的に接続されて前記燃料電池ユニットに隣接して設置される関連装置と、を備え、
前記燃料電池ユニットは、前記車両の乗員室に配置される座席の下側に配置され、
前記関連装置は、前記乗員室に設けられた中央隆起部の下側に配置され、
前記関連装置には、前記車両の前記外面側に傾斜部が設けられていること、
を特徴とする燃料電池システム。
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