JPWO2010143262A1 - 燃料電池車両 - Google Patents

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Abstract

この燃料電池車両ＦＣＶは、燃料電池ＦＣと、燃料電池ＦＣに供給する反応ガスを貯蔵する第１タンク１０及び第２タンクを備える。第１タンク１０及び第２タンク２０は、燃料電池車両ＦＣＶの前方に配置されている。第１タンク１０に対して第２タンク２０は後方寄りに配置されると共に、それぞれの位置が鉛直方向においてずれた位置となるように配置されている。このような構成によって、タンク容量の増大と乗員室内やトランク内のスペースの拡大とを両立することができると共に、衝突時においてもその衝撃を吸収することが可能になる。

Description

本発明は、燃料電池を搭載する燃料電池車両に関する。
このような燃料電池車両として、燃料電池と反応ガスを貯蔵するタンクとをキャビン床下に配置したものが知られている。しかしながら、このよう燃料電池車両のように床下にタンクを配置するものは、タンクの容量を大きくすれば、乗員室内のスペースを圧迫することになる。そのため、タンク容量の増大と乗員室内のスペースの拡大とを両立することは困難であった。このような状況に対して、タンク容量の増大と乗員室内のスペースの拡大とを両立させるため、タンクを燃料電池車両前方の車軸近傍に配置することが提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。
特開２００４−１２２９７２号公報
ところで、上述した従来の技術では、タンクを燃料電池車両前方の車軸近傍に配置するため、例えば燃料電池車両が衝突した場合等にはその衝撃を吸収しきれない恐れがある。一方、燃料電池車両後方のトランク内にタンクを配置することも想定されるが、その場合にはトランク内のスペースを削ってしまうことになる。また、前輪を駆動輪とする場合は、タンクのような重量物はなるべく前方に配置したいものである。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池車両のタンク容量の増大と乗員室内やトランク内のスペースの拡大とを両立することができると共に、衝突時においてもその衝撃を吸収することが可能な燃料電池車両を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池車両は、反応ガスの供給を受けて電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に供給する前記反応ガス又は前記反応ガスとなる原料ガスを貯蔵するガス貯蔵部と、を備える燃料電池車両であって、前記ガス貯蔵部は、少なくとも第１タンク及び第２タンクを有しており、前記第１タンク及び前記第２タンクは、前記燃料電池車両の前方に配置され、前記第１タンクに対して前記第２タンクは後方寄りに配置されると共に、それぞれの位置が鉛直方向においてずれた位置となるように配置されていることを特徴とする。
本発明では、ガス貯蔵部を構成する第１タンク及び第２タンクを燃料電池車両の前方に配置することで、乗員室の下方に配置する必要が無くなり、乗員室内のスペースの拡大に寄与することができる。また、重量配分を前方寄りとすることができるので、前輪を駆動輪とした場合に走行性能を良好に保つことができる。更に本発明では、ガス貯蔵部を構成する第１タンク及び第２タンクの特性に着目している。反応ガス又は原料ガスを貯蔵する第１タンク及び第２タンクは内部が高圧になるため、その高圧に耐えられるように、また、外部からの衝撃によって破損することが無いように、頑丈に作られている。本発明ではこの第１タンク第２タンクの強度を利用し、互いに干渉しても破損に至ることはないことを利用している。具体的には、ガス貯蔵部を構成するタンクを第１タンク及び第２タンクの少なくとも二つに分割しており、それぞれの位置が鉛直方向においてずれた位置となるように配置している。このように第１タンク及び第２タンクをオフセットして配置しているので、燃料電池車両が衝突して衝撃が加わって第１タンクと第２タンクとが接近して干渉したとしても、鉛直方向におけるずれ量を増やして相対的な位置関係を変更しながら衝撃を吸収することができる。
本発明に係る燃料電池車両では、前記第１タンクよりも前記第２タンクが下方に位置するように配置されていることも好ましい。上述したような衝突による衝撃が加わった場合、前方の第１タンクは後方に後退し、後方の第２タンクは前方に移動し、第１タンクと第２タンクとが干渉し合う状態となる。この好ましい態様では、第２タンクの位置を第１タンクよりも下方に位置するように配置しているので、互いに接近して干渉しあった場合に、後方寄りの第２タンクは第１タンクによって更に下方に押し下げられながら後退するように構成することが可能となる。また、前方寄りの第１タンクの後退する勢いは、第２タンクと干渉することで大きく減殺するように構成することが可能となる。従って、衝突時における第１タンク及び第２タンクの後退する方向を制御することが可能となるので、乗員や他の機器に当たってしまうような事態を確実に回避することができる。
本発明に係る燃料電池車両では、第１タンク及び前記第２タンクは、前記燃料電池車両の幅方向に延びるクロスメンバに固定されており、前記クロスメンバは、前記第１タンクを固定する部分と前記第２タンクを固定する部分の間に脆弱部を有していることも好ましい。上述したような衝突による衝撃が加わった場合、前方の第１タンクは後方に後退し、後方の第２タンクは前方に移動するので、第１タンク及び第２タンクを固定しているクロスメンバに外力が加わり脆弱部から破損する。そのため、クロスメンバの形態や脆弱部の位置及び態様を調整することで、第１タンク及び第２タンクの衝突時の挙動を制御しやすくなる。また、第１タンク及び第２タンクの衝突後の挙動をクロスメンバによって規制することもできるので、第１タンク及び第２タンクの衝突後の移動量を少なくすることができる。
本発明に係る燃料電池車両では、車輪を駆動するための駆動モータが、前記車輪の近傍に配置されていることも好ましい。この態様では、車輪を駆動するための駆動モータが車輪の近傍に配置されているので、前方のエンジンルーム内にはモータが配置されていない。そのため、エンジンルーム内における機器の配置自由度が向上し、本発明の第１タンク及び第２タンクの配置もより適切なものとすることができる。
尚、上述したそれぞれの好ましい態様を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
本発明によれば、燃料電池車両のタンク容量の増大と乗員室内やトランク内のスペースの拡大とを両立することができると共に、衝突時においてもその衝撃を吸収することが可能な燃料電池車両を提供することができる。
本発明の実施形態である燃料電池車両に搭載される燃料電池システムの構成を示す図である。 図１に示す燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した状態を示す平面図である。 図１に示す燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した状態を示す側面図である。 図１に示す燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した状態を示す側面図であって、衝突初期の状態を示す図である。 図１に示す燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した状態を示す側面図であって、衝突後期の状態を示す図である。 タンクとＰＣＵとを搭載した部分を示す平面図である。 タンクとＰＣＵとを搭載した部分を示す側面図である。 タンクとＰＣＵとを搭載した部分を示す側面図であって、衝突後期の状態を示す図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
最初に、本発明の実施形態である燃料電池車両に搭載される燃料電池システムＦＣＳについて図１を参照しながら説明する。図１は燃料電池車両の車載電源システムとして機能する燃料電池システムＦＣＳのシステム構成を示す図である。燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池自動車（ＦＣＨＶ）、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載することができる。
燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池ＦＣと、酸化ガス供給系ＡＳＳと、燃料ガス供給系ＦＳＳと、電力系ＥＳと、冷却系ＣＳと、コントローラＥＣとを備えている。燃料電池ＦＣは、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給を受けて発電するものである。酸化ガス供給系ＡＳＳは、酸化ガスとしての空気を燃料電池ＦＣに供給するための系である。燃料ガス供給系ＦＳＳは、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池ＦＣに供給するための系である。電力系ＥＳは、電力の充放電を制御するための系である。冷却系ＣＳは、燃料電池ＦＣを冷却するための系である。コントローラＥＣは、燃料電池システムＦＣＳ全体を統括制御するコントローラである。
燃料電池ＦＣは、多数のセル（アノード、カソード、及び電解質を備える単一の電池（発電体））を直列に積層してなる固体高分子電解質形のセルスタックとして構成されている。燃料電池ＦＣでは、アノードにおいて（１）式の酸化反応が生じ、カソードにおいて（２）式の還元反応が生じる。燃料電池ＦＣ全体としては（３）式の起電反応が生じる。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- （１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ （２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ （３）
酸化ガス供給系ＡＳＳは、酸化ガス流路ＡＳ３と酸化オフガス流路ＡＳ４とを有している。酸化ガス流路ＡＳ３は、燃料電池ＦＣのカソードに供給される酸化ガスが流れる流路である。酸化オフガス流路ＡＳ４は、燃料電池ＦＣから排出される酸化オフガスが流れる流路である。
酸化ガス流路ＡＳ３には、エアコンプレッサＡＳ２と、加湿器ＡＳ５と、遮断弁Ａ１とが設けられている。エアコンプレッサＡＳ２は、フィルタＡＳ１を介して大気中から酸化ガスを取り込むためのコンプレッサである。加湿器ＡＳ５は、エアコンプレッサＡＳ２により加圧される酸化ガスを加湿するための加湿器である。遮断弁Ａ１は、燃料電池ＦＣへの酸化ガス供給を遮断するための弁である。
酸化オフガス流路ＡＳ４には、遮断弁Ａ２と、背圧調整弁Ａ３と、加湿器ＡＳ５とが設けられている。遮断弁Ａ２は、燃料電池ＦＣからの酸化オフガス排出を遮断するための弁である。背圧調整弁Ａ３は、酸化ガス供給圧を調整するための弁である。加湿器ＡＳ５は、酸化ガス（ドライガス）と酸化オフガス（ウェットガス）との間で水分交換するためのものとして設けられている。
燃料ガス供給系ＦＳＳは、燃料ガス供給源ＦＳ１（ガス貯蔵部）と、燃料ガス流路ＦＳ３と、循環流路ＦＳ４と、循環ポンプＦＳ５と、排気排水流路ＦＳ６とを有している。燃料ガス流路ＦＳ３は、燃料ガス供給源ＦＳ１から燃料電池ＦＣのアノードに供給される燃料ガスが流れる流路である。循環流路ＦＳ４は、燃料電池ＦＣから排出される燃料オフガスを燃料ガス流路ＦＳ３に帰還させるための流路である。循環ポンプＦＳ５は、循環流路ＦＳ４内の燃料オフガスを燃料ガス流路ＦＳ３に圧送するポンプである。排気排水流路ＦＳ６は、循環流路ＦＳ４に分岐接続される流路である。
燃料ガス供給源ＦＳ１は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧（例えば、３５ＭＰａ〜７０ＭＰａ）の水素ガスを貯蔵するものである。本実施形態の場合は、高圧水素タンクによって構成されている。尚、燃料ガス供給源ＦＳ１は、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクとから構成してもよい。遮断弁Ｈ１を開くと、燃料ガス供給源ＦＳ１から燃料ガス流路ＦＳ３に燃料ガスが流出する。燃料ガスは、レギュレータＨ２やインジェクタＦＳ２により、例えば、２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池ＦＣに供給される。
燃料ガス流路ＦＳ３には、遮断弁Ｈ１と、レギュレータＨ２と、インジェクタＦＳ２と、遮断弁Ｈ３と、圧力センサＳ４とが設けられている。遮断弁Ｈ１は、燃料ガス供給源ＦＳ１からの燃料ガスの供給を遮断又は許容するための弁である。レギュレータＨ２は、燃料ガスの圧力を調整するものである。インジェクタＦＳ２は、燃料電池ＦＣへの燃料ガス供給量を制御するものである。遮断弁Ｈ３は、燃料電池ＦＣへの燃料ガス供給を遮断するための弁である。
レギュレータＨ２は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置であり、例えば、一次圧を減圧する機械式の減圧弁などで構成される。機械式の減圧弁は、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする構成を有する。インジェクタＦＳ２の上流側にレギュレータＨ２を配置することにより、インジェクタＦＳ２の上流側圧力を効果的に低減させることができる。このため、インジェクタＦＳ２の機械的構造（弁体、筺体、流路、駆動装置等）の設計自由度を高めることができる。また、インジェクタＦＳ２の上流側圧力と下流側圧力との差圧の増大に起因してインジェクタＦＳ２の弁体が移動し難くなることを抑制することもできる。
インジェクタＦＳ２は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタＦＳ２は、燃料ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座と、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に格納保持され噴射孔を開閉する弁体とを備えている。
インジェクタＦＳ２の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、コントローラＥＣから出力される制御信号によってインジェクタＦＳ２のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御することが可能なように構成されている。インジェクタＦＳ２は、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタＦＳ２のガス流路に設けられた弁体の開口面積（開度）及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側に供給されるガス流量（又は水素モル濃度）を調整する。
循環流路ＦＳ４には、遮断弁Ｈ４が設けられ、排気排水流路ＦＳ６が接続されている。排気排水流路ＦＳ６には、排気排水弁Ｈ５が設けられている。排気排水弁Ｈ５は、コントローラＥＣからの指令によって作動することにより、循環流路ＦＳ４内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出するための弁である。排気排水弁Ｈ５の開弁により、循環流路ＦＳ４内の燃料オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環系内を循環する燃料オフガス中の水素濃度を上げることができる。
排気排水弁Ｈ５を介して排出される燃料オフガスは、酸化オフガス流路ＡＳ４を流れる酸化オフガスと混合され、希釈器（図示せず）によって希釈される。循環ポンプＦＳ５は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池ＦＣに循環供給する。
電力系ＥＳは、ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１と、バッテリＥＳ２と、トラクションインバータＥＳ３と、トラクションモータＥＳ４と、補機類ＥＳ５とを備えている。燃料電池システムＦＣＳは、ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１とトラクションインバータＥＳ３とが並列に燃料電池ＦＣに接続するパラレルハイブリッドシステムとして構成されている。
ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１は、バッテリＥＳ２から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータＥＳ３に出力する機能と、燃料電池ＦＣが発電した直流電力、又は回生制動によりトラクションモータＥＳ４が回収した回生電力を降圧してバッテリＥＳ２に充電する機能とを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１のこれらの機能により、バッテリＥＳ２の充放電が制御される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１による電圧変換制御により、燃料電池ＦＣの運転ポイント（出力端子電圧、出力電流）が制御される。燃料電池ＦＣには、電圧センサＳ１と電流センサＳ２とが取り付けられている。電圧センサＳ１は、燃料電池ＦＣの出力端子電圧を検出するためのセンサである。電流センサＳ２は、燃料電池ＦＣの出力電流を検出するためのセンサである。
バッテリＥＳ２は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリＥＳ２としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。バッテリＥＳ２には、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を検出するためのＳＯＣセンサＳ３が取り付けられている。
トラクションインバータＥＳ３は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータである。トラクションインバータＥＳ３は、コントローラＥＣからの制御指令に従って、燃料電池ＦＣ又はバッテリＥＳ２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータＥＳ４の回転トルクを制御する。トラクションモータＥＳ４は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。
補機類ＥＳ５は、燃料電池システムＦＣＳ内の各部に配置されている各モータ（例えば、ポンプ類などの動力源）、これらのモータを駆動するためのインバータ類、及び各種の車載補機類（例えば、エアコンプレッサ、インジェクタ、冷却水循環ポンプ、ラジエータなど）を総称するものである。
冷却系ＣＳは、ラジエータＣＳ１と、冷却液ポンプＣＳ２と、冷却液往路ＣＳ３と、冷却液復路ＣＳ４とを有している。ラジエータＣＳ１は、燃料電池ＦＣを冷却するための冷却液を放熱して冷却するものである。冷却液ポンプＣＳ２は、冷却液を燃料電池ＦＣとラジエータＣＳ１との間で循環させるためのポンプである。冷却液往路ＣＳ３は、ラジエータＣＳ１と燃料電池ＦＣとを繋ぐ流路であって、冷却液ポンプＣＳ２が設けられている。冷却液ポンプＣＳ２が駆動することで、冷却液はラジエータＣＳ１から燃料電池ＦＣへと冷却液往路ＣＳ３を通って流れる。冷却液復路ＣＳ４は、燃料電池ＦＣとラジエータＣＳ１とを繋ぐ流路であって、水温センサＳ５が設けられている。冷却液ポンプＣＳ２が駆動することで、燃料電池ＦＣを冷却した冷却液はラジエータＣＳ１へと還流する。
コントローラＥＣは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システムＦＣＳの各部を制御するものである。例えば、コントローラＥＣは、イグニッションスイッチから出力される起動信号ＩＧを受信すると、燃料電池システムＦＣＳの運転を開始する。その後、コントローラＥＣは、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ＡＣＣや、車速センサから出力される車速信号ＶＣなどを基に、燃料電池システムＦＣＳ全体の要求電力を求める。燃料電池システムＦＣＳ全体の要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。
ここで、補機電力には、車載補機類（加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等）で消費される電力、乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）で消費される電力などが含まれる。
そして、コントローラＥＣは、燃料電池ＦＣとバッテリＥＳ２とのそれぞれの出力電力の配分を決定する。コントローラＥＣは、燃料電池ＦＣの発電量が目標電力に一致するように、酸化ガス供給系ＡＳＳ及び燃料ガス供給系ＦＳＳを制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１を制御して、燃料電池ＦＣの運転ポイント（出力端子電圧、出力電流）を制御する。更に、コントローラＥＣは、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をトラクションインバータＥＳ３に出力し、トラクションモータＥＳ４の出力トルク、及び回転数を制御する。更に、コントローラＥＣは、冷却系ＣＳを制御して燃料電池ＦＣが適切な温度になるように制御する。
続いて、燃料電池システムＦＣＳを燃料電池車両ＦＣＶに搭載する具体的な態様について図２を参照しながら説明する。図２は、燃料電池システムＦＣＳを燃料電池車両ＦＣＶに搭載した状態を示す平面図である。図２に示す燃料電池車両ＦＣＶは、図１に示すトラクションモータＥＳ４を、右前輪モータＥＳ４Ｒ及び左前輪モータＥＳ４Ｌとして二つ設けている。右前輪モータＥＳ４Ｒは、右前輪ＦＲを駆動するための駆動モータであって、右前輪ＦＲの近傍において右前輪ＦＲのホイール内に配置されている。左前輪モータＥＳ４Ｌは、左前輪ＦＬを駆動するための駆動モータであって、左前輪ＦＬの近傍において右前輪ＦＬのホイール内に配置されている。従って、右後輪ＲＲ及び左後輪ＲＬは、従動輪として構成されている。尚、駆動モータの態様はこのようなインホイールタイプに限られるものではなく、通常のＦＦ用モータやＦＲ用モータや４ＷＤ用モータ、４ＷＤ−ＦＲのインホイールモーであっても構わない。
燃料電池車両ＦＣＶのエンジンルーム４０内には、ラジエータＣＳ１と、第１タンク１０と、第２タンク２０と、ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）３０とが配置されている。第１タンク１０及び第２タンク２０は、燃料ガス供給源ＦＳ１を構成するガスタンクである。第１タンク１０及び第２タンク２０は、その内部に高圧の水素ガスを貯蔵することが可能なように、炭素繊維複合材にアルミ合金ライニングを施す等して円筒状に構成されている。第１タンク１０及び第２タンク２０は、エンジンルーム４０内において幅方向に沿って配置され、互いに略平行となるように配置されている。ＰＣＵ３０は、燃料電池車両ＦＣＶの駆動系全体をコントロールするユニットであって、コントローラＥＣを含んでいる。
燃料電池車両ＦＣＶの乗員室４１の下方には、燃料電池ＦＣとバッテリＥＳ２とが配置されている。尚、バッテリＥＳ２の位置にＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１を配置することも好ましい。
図３は、燃料電池システムＦＣＳを燃料電池車両ＦＣＶに搭載した状態を示す側面図である。図３に示すように、燃料電池ＦＣ及びバッテリＥＳ２は、乗員室４１の床下に配置されており、バッテリＥＳ２がエンジンルーム４０側に配置されている。
エンジンルーム４０内においては、ラジエータＣＳ１が最も前方に配置されている。ラジエータＣＳ１の後方には、ＰＣＵ３０と、第１タンク１０と、第２タンク２０とが配置されている。ＰＣＵ３０は、第１タンク１０及び第２タンク２０の上方に配置されている。
第１タンク１０は、第２タンク２０の前方に配置されている。第１タンク１０は、ラジエータＣＳ１の後方であってＰＣＵ３０の下方に配置されている。第２タンク２０は、第１タンク１０の後方であって、第１タンク１０よりも鉛直方向において下方にずれた位置に配置されている。説明の便宜上、図３に示す第１タンク１０の位置を設置位置１０ａとし、第２タンク２０の位置を設置位置２０ａとする。
図３に示す状態から、燃料電池車両ＦＣＶが前突したとすると、図４に示す状態から図５に示す状態になる。図４は、燃料電池車両ＦＣＶの側面図であって、衝突初期の状態を示す図であり、図５は、燃料電池車両ＦＣＶの側面図であって、衝突後期の状態を示す図である。
まず、図４に示す状態（前突した直後の状態）では、第１タンク１０は衝突の衝撃で後方に移動し、設置位置１０ａから衝突初期位置１０ｂに移動する。一方、第２タンク２０は、慣性で前方に移動し、設置位置２０ａから衝突初期位置２０ｂに移動する。第１タンク１０が設置位置１０ａから衝突初期位置１０ｂに移動し、第２タンク２０が設置位置２０ａから衝突初期位置２０ｂに移動することで、第１タンク１０と第２タンク２０とが衝突して干渉状態となる。
第１タンク１０は、第２タンク２０と衝突した段階で、その衝突により後退するエネルギーが大きく減殺される。一方、第２タンク２０は、第１タンク１０と衝突した段階で、その衝突により前進するエネルギーが大きく減殺される。その結果、図４に示す状態から更に図５に示す状態に進行する。
第１タンク１０は、第２タンク２０と衝突したことによって後退するエネルギーが減殺されるので、第２タンク２０との衝突後少し後退して停止する。また、第１タンク１０は第２タンク２０よりも上方に配置されているので、第２タンク２０との衝突によって上側に押し上げられる。従って第１タンク１０は、衝突初期位置１０ｂから停止位置１０ｃに移動して停止する。
第２タンク２０は、第１タンク１０と衝突したことによって前進するエネルギーが減殺されることに加えて、第２タンク２０の慣性による前進エネルギーは第１タンク１０の衝突による後退エネルギーよりも小さいことから、第１タンク１０との衝突後少し後退して停止する。また、第２タンク２０は第１タンク１０よりも下方に配置されているので、第１タンク１０との衝突によって下側に押し下げられる。従って第２タンク２０は、衝突初期位置２０ｂから停止位置２０ｃに移動して停止する。
このように、設置状態で第２タンク２０を第１タンク１０の後方であって鉛直方向において下側にずれた設置位置２０ａに配置することで、前突時に第１タンク１０及び第２タンク２０の後退方向と後退量とを制御することができる。従って、第１タンク１０及び第２タンク２０が乗員室４１側に入り込んだり、バッテリＥＳ２に当たったりといった事態を確実に回避することができる。
第１タンク１０及び第２タンク２０は、エンジンルーム４０内のクロスメンバに固定されることがより好ましいものである。この態様について図６，図７，図８を参照しながら説明する。図６は、第１タンク１０及び第２タンク２０の搭載部分の平面図であり、図７は、側面図である。図８は、図７に示す状態から前突した後の状態を示す側面図である。
図６に示すように、エンジンルーム４０内には、前後方向（図中左右方向）に沿ってサイドメンバ４０１，４０２が配置されている。サイドメンバ４０１からサイドメンバ４０２に渡って、クロスメンバ４０３が配置されている。クロスメンバ４０３は、サイドメンバ４０１とサイドメンバ４０２とに固定されている。クロスメンバ４０３にはＰＣＵ３０が載置され固定されていると共に、第１タンク１０及び第２タンク２０も固定されている。
図７に示すように、クロスメンバ４０３は断面が略台形を成すように形成されている。クロスメンバ４０３は、台形の上辺に相当する位置に載置面４０３ａが形成されている。載置面４０３ａと対向する位置には第１取付部４０３ｂと第２取付部４０３ｃとが形成されている。第１取付部４０３ｂと第２取付部４０３ｃとの間には脆弱部を構成する穴４０３ｄが形成されている。尚、脆弱部を形成するのは穴４０３ｄに限られるものではなく、変形用のビードであっても構わない。
載置面４０３ａには、ＰＣＵ３０が載置され固定されている。ＰＣＵ３０の接続部３０２からは、高電圧ケーブル３０１が延出している。ＰＣＵ３０から高電圧ケーブル３０１が延出する方向は、ダッシュパネル４０４側である。また、ＰＣＵ３０とボンネット４０５との間には、歩行者保護のために所定の間隔が空けられている。第１取付部４０３ｂには、第１タンク１０が吊り下げられるように固定されている。第２取付部４０３ｃには、第２タンク２０が吊り下げられるように固定されている。
第１タンク１０は、第２タンク２０の前方に配置されている。第１タンク１０は、第２タンク２０の前方であって、第２タンク２０よりも鉛直方向において上方にずれた位置に配置されている。第２タンク２０は、第１タンク１０の後方であって、第１タンク１０よりも鉛直方向において下方にずれた位置に配置されている。
図７に示す状態から、燃料電池車両ＦＣＶが前突したとすると、図８に示す状態になる。図８に示すように、第１タンク１０は衝突の衝撃で後方に移動する。一方、第２タンク２０は、慣性で前方に移動する。第１タンク１０はクロスメンバの第１取付部４０３ｂに取り付けられており、第２タンク２０はクロスメンバの第２取付部４０３ｃに取り付けられている。従って、第１タンク１０が後方に移動し、第２タンク２０が前方に移動することで、クロスメンバ３０に曲げ力が加わる。クロスメンバ３０には脆弱部として機能する穴４０３ｄが設けられているので、この部分で折れ曲がって衝撃を吸収する。第１タンク１０及び第２タンク２０がクロスメンバ３０に固定されているので、その動きが規制され、図８に示すように衝突した状態で停止する。
また、図８に示すように、ＰＣＵ３０は上述したクロスメンバ３０の変形に伴って、高電圧ケーブル３０１が延出する後方が下がり、前方が上がるように回転運動する。ＰＣＵ３０の上方のボンネット４０５との間には、歩行者保護用の隙間があるので、ＰＣＵ３０の回転運動によってボンネット４０５と干渉することが無い。また、ＰＣＵ３０の後方のダッシュパネル４０４との間にも隙間があるので、ＰＣＵ３０から延出する高電圧ケーブル３０１とダッシュパネル４０４とが干渉することが無く、高電圧ケーブル３０１の損傷を確実に回避できる。図８に示すように、ＰＣＵ３０の前後長Ｙは、第１タンク１０及び第２タンク２０が互いに当接した場合の半径方向に沿った長さＸ（第１タンク１０の直径と第２タンク２０の直径との和）よりも短いので、ＰＣＵ３０が潰れてしまうようなことを回避することができる。
本実施形態のような構成では、右前輪モータＥＳ４Ｒは、右前輪ＦＲを駆動するための駆動モータであって、右前輪ＦＲの近傍において右前輪ＦＲのホイール内に配置されており、いわゆるインホイールモータ方式となっている。左側も同様に、左前輪モータＥＳ４Ｌが、左前輪ＦＬの近傍において右前輪ＦＬのホイール内に配置されるインホイールモータ方式となっている。従って、単にインホイールモータ方式を採用した場合には、エンジンルーム４０内には、駆動モータもトランスアクスルもないただの空間となってしまい、車両前後の重量バランスが崩れて登坂性能及び走行性能が低下してしまう。しかしながら本実施形態のように、エンジンルーム４０内に第１タンク１０及び第２タンク２０のように重量物を配することで、燃料電池車両ＦＣＶ全体のバランスを良好に保つことができ、登坂性能及び走行性能を良好なものとすることができる。更に、エンジンルーム４０内の配置は、第１タンク１０よりも後方かつ下方に第２タンク２０を配置すればよいので、他の部品や装置の配置の自由度が高まり、燃料電池車両ＦＣＶ前方の意匠自由度が高まることで、燃料電池車両ＦＣＶ特有のデザインが可能となる。
本実施形態のように頑丈に構成された第１タンク１０及び第２タンク２０をエンジンルーム４０の幅方向に配置すると、フルラップ前突の場合やＯＤＢ前突の場合のいずれの場合においても、同じように外力を受け止めることができるので、構造上有効である。
また、第２タンク２０を設置状態でバッテリＥＳ２よりも鉛直方向において下方にずらして配置することも好ましい態様である。このように第２タンク２０を低い位置に配置することで、路面干渉や段差乗り上げの際に、バッテリＥＳ２の損傷を防止することができる。
また、図４に示す状態において、第１タンク１０の前方端と第２タンク２０の後方端との間の長さが、ＰＣＵ３０の前後方向の長さよりも長く構成することも好ましい態様である。このようにＰＣＵ３０の前後方向の長さを調整することで、頑丈な第１タンク１０及び第２タンク２０によってＰＣＵ３０をガードすることができる。
ＦＣＳ：燃料電池システム
ＦＣ：燃料電池
ＦＣＶ：燃料電池車両
ＦＵ：ユニット
ＡＳＳ：酸化ガス供給系
ＡＳ１：フィルタ
ＡＳ２：エアコンプレッサ
ＡＳ３：酸化ガス流路
ＡＳ４：酸化オフガス流路
ＡＳ５：加湿器
Ａ１：遮断弁
Ａ２：遮断弁
Ａ３：背圧調整弁
ＣＳ：冷却系
ＣＳ１：ラジエータ
ＣＳ２：冷却液ポンプ
ＣＳ３：冷却液往路
ＣＳ４：冷却液復路
ＦＳＳ：燃料ガス供給系
ＦＳ１：燃料ガス供給源
ＦＳ２：インジェクタ
ＦＳ３：燃料ガス流路
ＦＳ４：循環流路
ＦＳ５：循環ポンプ
ＦＳ６：排気排水流路
Ｈ１：遮断弁
Ｈ２：レギュレータ
Ｈ３：遮断弁
Ｈ４：遮断弁
Ｈ５：排気排水弁
ＥＳ：電力系
ＥＳ１：ＤＣ／ＤＣコンバータ
ＥＳ２：バッテリ
ＥＳ３：トラクションインバータ
ＥＳ４：トラクションモータ
ＥＳ５：補機類
ＥＣ：コントローラ
Ｓ１：電圧センサ
Ｓ２：電流センサ
Ｓ３：ＳＯＣセンサ
Ｓ４：圧力センサ
Ｓ５：水温センサ
ＡＣＣ：アクセル開度信号
ＩＧ：起動信号
ＶＣ：車速信号
１０：第１タンク
１０ａ：設置位置
１０ｂ：衝突初期位置
１０ｃ：停止位置
２０：第２タンク
２０ａ：設置位置
２０ｂ：衝突初期位置
２０ｃ：停止位置
３０：クロスメンバ
４０：エンジンルーム
４１：乗員室
３０１：高電圧ケーブル
３０２：接続部
４０１，４０２：サイドメンバ
４０３：クロスメンバ
４０３ａ：載置面
４０３ｂ：第１取付部
４０３ｃ：第２取付部
４０３ｄ：穴
４０４：ダッシュパネル
４０５：ボンネット
ＥＳ４Ｌ：左前輪モータ
ＥＳ４Ｒ：右前輪モータ
ＦＬ：右前輪
ＦＬ：左前輪
ＦＲ：右前輪
ＲＬ：左後輪
ＲＲ：右後輪

Claims (4)

  1. 反応ガスの供給を受けて電気化学反応により発電する燃料電池と、
    前記燃料電池に供給する前記反応ガス又は前記反応ガスとなる原料ガスを貯蔵するガス貯蔵部と、を備える燃料電池車両であって、
    前記ガス貯蔵部は、少なくとも第１タンク及び第２タンクを有しており、
    前記第１タンク及び前記第２タンクは、前記燃料電池車両の前方に配置され、
    前記第１タンクに対して前記第２タンクは後方寄りに配置されると共に、それぞれの位置が鉛直方向においてずれた位置となるように配置されていることを特徴とする燃料電池車両。
  2. 前記第１タンクよりも前記第２タンクが下方に位置するように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。
  3. 前記第１タンク及び前記第２タンクは、前記燃料電池車両の幅方向に延びるクロスメンバに固定されており、
    前記クロスメンバは、前記第１タンクを固定する部分と前記第２タンクを固定する部分の間に脆弱部を有し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. 車輪を駆動するための駆動モータが、前記車輪の近傍に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池車両。
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