JPWO2015049857A1 - 燃料電池車両および燃料電池スタックの車載方法 - Google Patents

Abstract

燃料電池スタックを搭載する燃料電池車両は、燃料電池スタックを収容するスタックケースと、スタックケースを車体に固定するマウントと、マウントの隣接位置から延伸してスタックケースの上面を渡るように配設されたリブと、スタックケースの上面における隣り合うリブの間に配設された制振材を備える。制振材は、ブチルゴムの上にアルミシートを貼り付けた材料である。かかる構成により、騒音振動を抑制できる。

Description

本発明は、燃料電池スタックを搭載する燃料電池車両と、燃料電池スタックの車載方法に関する。

近年、燃料電池スタックを搭載する燃料電池車両が提案されている。こうした燃料電池車両では、燃料電池スタックがマウント部を介して車両フレームに固定される。

特開２００５−２３１５４９号公報

燃料電池をマウント部を介して車両フレームに固定すると、マウント部によって多少の振動を抑えることができるが、燃料電池スタックの周辺には震動源となるポンプ等のアクチュエータが多数、存在することから、振動騒音（NV；Noise Vibration）対策について、なお改善の余地があった。燃料電池車両では、この他、小型化、低コスト化、省資源化、製造の容易化等が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態は、燃料電池スタックを搭載する燃料電池車両である。この燃料電池車両は、前記燃料電池スタックを収容するスタックケースと、前記スタックケースを車体に固定する少なくとも１つのマウント部と、前記マウント部の隣接位置から延伸して前記スタックケースの上面を渡るように配設されたリブと、前記スタックケースの上面における前記リブの配設部を除く面の少なくとも一部に配設された制振材と、を備えてよい。
この燃料電池車両によれば、
ｉ）剛性の高いマウント部に隣り合ってリブが設けられたことで、スタックケース全体の剛性が高まること、
ii）スタックケースにリブが設けられたことで、スタックケースの平坦面が分割され、各面の面積が低減されること、
iii）制振材が備えられたこと、
の一つまたはいくつかの組み合わせによって、振動と共に騒音を充分に抑制することができるという効果を奏する。

（２）前記形態の燃料電池車両において、前記スタックケースは、前記燃料電池スタックに備えられる複数の発電セルの積層方向が車両車幅方向（左右方向）と一致するように固定され、前記マウント部は、前記スタックケースの車両前側と後ろ側との少なくとも一方に設けられ、前記リブは、車両前後方向に延びる構成としてよい。この構成によれば、マウント部がスタックケースの車両前側と後ろ側との少なくとも一方に設けられることから、マウント部がスタックケースの左右方向に設けられる場合よりも、燃料電池スタックの積層方向におけるスタックケースの長さをマウント部分だけ低減することができる。このため、側突時などの横方向からの衝撃エネルギーの入力を低減できる。また、燃料電池スタックの積層数が増加した場合、容易に対応することができる。

（３）前記形態の燃料電池車両において、前記マウント部と前記リブの組は、複数、備えられ、前記複数のマウント部のうちの一部は、前記スタックケースの車両前側に設けられ、前記複数のマウント部のうちの前記一部を除く残りは、前記スタックケースの車両うしろ側に設けられた構成としてよい。この構成によれば、複数のマウント部によってスタックケースを車体に対して安定的に載置することができる。また、マウント部が複数になり、スタックケースの剛性を向上することができる。したがって、騒音・振動をより抑制することができる。

（４）前記形態の燃料電池車両において、前記制振材は、アルミニウム層を少なくとも含む構成としてもよい。リブを設けることで、スタックケースの振れの共振点を高周波へ移動させることができ、制振材をアルミニウム層を含む構成とすることで、上記高周波での制振性を高めることができる。換言すれば、高周波を制振するアルミニウムを用いた制振材を選択することができ、高周波での制振性を高めることができる。したがって、騒音・振動をより抑制することができ、また軽量化も図ることができる。

（５）本発明の他の形態によれば、燃料電池スタックを燃料電池車両に搭載する車載方法が提供される。この車載方法は、前記燃料電池スタックを収容するスタックケースの縁部に、マウント部を設けると共に、前記スタックケースの上面に、前記マウント部の隣接位置から続くリブを車両前後方向に沿って設け、前記スタックケースの上面における前記リブの配設部を除く面の少なくとも一部に制振材を配設し、前記スタックケースを、前記燃料電池スタックを収容した状態で、前記マウント部によって車体に固定してよい。あるいは、この種の車載方法では、前記燃料電池スタックを収容するスタックケースを、マウント部によって車体に固定し、前記マウント部の隣接位置から延伸して前記スタックケースの上面を渡るように、リブを配設し、前記スタックケースの上面における前記リブの配設部を除く面の少なくとも一部に制振材を配設してよい。この形態の燃料電池スタックの車載方法は、前記（１）の形態の燃料電池車両と同様に、振動と共に騒音を充分に抑制することができる効果を奏する。

本発明の一実施形態としての燃料電池車両の全体構成を示す説明図である。 スタックケースの燃料電池車両への搭載の様子を示す分解斜視図である。 マウントの周辺の斜視図である。 スタックケースの平面図である。

次に、本発明の実施形態を説明する。
Ａ．構成：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池車両の全体構成を示す説明図である。燃料電池車両１００は、四隅に右左の前車輪ＦＲ、ＦＬ、右左の後輪ＲＲ、ＲＬを備え、燃料電池システム１０を床下に搭載する。図中における「前後左右」の矢印は、燃料電池車両１００を基準にして定めた向きである。以下、前側、後ろ側、右側、左側と呼ぶときは、「前後左右」の矢印に示す方向を意味する。なお、車両の左右方向は、車幅方向と呼ぶことがある。

燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１５を収容するスタックケース２０と、図示しない燃料電池用のコンバータを収容するコンバータケース８０と、図示しない流体給排用ユニットを収容する補機カバー９０等を備える。図１では、スタックケース２０の一部を破断して、燃料電池スタック１５等を示してあるが、スタックケース２０内の燃料電池スタック１５の数や、配置場所については、図１は、例示に過ぎない。燃料電池スタック１５は、一つのスタックケース２０内に複数個収納される場合があり、その場合の燃料電池スタック１５の配置は、特に制約されるものではない。前後に配列しても良いし、左右に配列しても良い。斜めでも良い。もとより、燃料電池毎にスタックケースを用意しても良い。

スタックケース２０に収容される燃料電池スタック１５は、燃料電池のセル（発電の最小ユニットである発電セル）１７が複数、積層されたセル積層体であり、例えば固体高分子型のものである。各発電セル１７は、燃料電池車両１００が搭載する燃料ガスタンク（図示省略）から供給される燃料ガスと、燃料電池車両の周囲から酸化剤ガスとして供給される空気とを用いて発電する。本実施形態においては、燃料ガスとして水素ガスを採用する。

コンバータケース８０に収容される燃料電池用のコンバータは、燃料電池スタック１５から供給された電力を昇圧する電圧変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）である。コンバータによって昇圧された電力は、燃料電池車両１００が備える駆動用モータ（図示省略）に出力される。本実施形態の車両１００は前輪駆動車なので、駆動用モータによって、前側の車輪ＦＲ、ＦＬが回転駆動される。

補機カバー９０に収容される流体給排用ユニットは、燃料ガス用、酸化剤ガス用、冷却媒体用等の種々の配管、および、配管に流通するポンプやインジェクタ等のアクチュエータを備える。なお、ポンプやインジェクタ等のアクチュエータは作動時に震動源となり得る。

スタックケース２０は、燃料電池スタック１５の複数の発電セル１７の積層方向が燃料電池車両１００の左右方向（車幅方向）と略一致するように横置きとなっている。スタックケース２０の前側にコンバータケース８０が連結して配置され、スタックケース２０の右側に補機カバー９０が連結して配置される。なお、スタックケース２０、コンバータケース８０、および補機カバー９０は、金属（例えば、アルミニウム）製の鋳造品である。

図２は、スタックケース２０の燃料電池車両への搭載の様子を示す説明図である。図示するように、スタックケース２０は、スタックフレーム３０上に固定される。燃料電池車両１００はボデー（図示省略）と車体フレーム（図示省略）とが締結・保持された構造を有しており、車体フレームにスタックフレーム３０は固定される。この結果、スタックケース２０は車体に固定される。スタックケース２０とスタックフレーム３０との間の固定は、本実施形態では、３つのマウント４１、４２、４３（４３のみ図４を参照）によってなされる。

図３は、車両左側のマウント４１の周辺の斜視図である。図示するように、マウント４１は、スタックケース２０の下端から突出する形状に形成されたもので、図示しない孔部を備える。この孔部にマウントボルト４１ａを挿入し螺子止めすることで、スタックケース２０はスタックフレーム３０（図２）に固定される。詳しくは、マウント４１は、弾性体（例えば、ゴムなど：図示せず）が孔部とマウントボルト４１ａの間に介在する構成となっており、弾性体によって、振動の抑制が図られている。３つのマウント４１〜４３のうちの他のマウント４２、４３もマウント４１と同一の構成である。本実施形態においては、各マウント４１、４２、４３と、各マウント４１、４２、４３に付設される部材（マウントボルト、弾性体、補強用リブ）が、［発明の概要］の欄に記載の「マウント部」の下位概念に相当する。なお、弾性体を絶縁弾性体とし、孔部とマウントボルト４１ａの間を絶縁しても良い。

図４は、スタックケース２０の平面図である。図示するように、３つのマウント４１〜４３のうちの２つのマウント４１、４２はスタックケース２０の後ろ側に設けられ、他の１つのマウント４３はスタックケース２０の前側に設けられる。後ろ側の一方のマウント４１はスタックケース２０の後ろ側の壁面２０ａ下部における左側の端部近くに配置され、後ろ側の他方のマウント４２はスタックケース２０の後ろ側の壁面２０ａ下部における右側の端部近くに配置されている。前側のマウント４３は、スタックケース２０の前側の壁面２０ｂ下部における左右方向の真ん中よりも左側に配置されている。このため、マウント４３が、スタックケース２０の前側に配置されたコンバータケース８０と干渉することはない。

スタックケース２０の上面２０ｃには、補強用の第１ないし第４のリブ５１、５２、５３、５４が設けられている。ここで、「上面」とは、上を向いた面であり、上を向いた面が複数あるときには、複数の面のうちのスタックケースの載置面に最も平行な面のことである。詳しくは、第１のリブ５１は、後ろ左側のマウント４１の左側隣接位置から前側に向かって延伸するもので、後ろ側の壁面２０ａから上面２０ｃを渡って前側の壁面２０ｂに至る。第２のリブ５２は、後ろ右側のマウント４２の右側隣接位置から前側に向かって延伸するもので、後ろ側の壁面２０ａから上面２０ｃを渡って前側の壁面２０ｂに至る。第３および第４のリブ５３、５４は、前側のマウント４３の両側隣接位置から後ろ側に向かって延伸するもので、前側の壁面２０ｂから上面２０ｃを渡って後ろ側の壁面２０ａに至る。なお、スタックケース２０に収容される燃料電池スタック１５は、発電セル１７の積層方向両端にエンドプレート１８，１９が配設されているが、第１のリブ５１の配設位置はスタックケース２０の左側の端部近くであり、第２のリブ５２の配設位置はスタックケース２０の右側の端部近くである。従って、燃料電池車両１００の左右方向において、第１および第２のリブ５１、５２の配設位置は各エンドプレート１８，１９の配設位置とほぼ一致する。

スタックケース２０の上面における第１のリブ５１と第３のリブ５３との間、第３のリブ５３と第４のリブ５４との間、第４のリブ５４と第２のリブ５２との間には、制振材６０がそれぞれ配設されている。本実施形態では、制振材６０はブチルゴムの上にアルミニウム製のシート（アルミシート）を貼り付けたものであり、隣り合うリブ５１〜５４の間にブチルゴム側を接着面として接着される。

コンバータケース８０は、スタックケース２０を固定するマウント４１〜４３と同様なマウントによって、車体フレームに固定される。補機カバー９０は、車体フレームに直接固定されることがなく、スタックケース２０に連結固定される。コンバータケース８０を固定するマウントや補機カバー９０の連結構造については、図示を省略した。

Ｂ．作用、効果：
以上のように構成された燃料電池車両１００によれば、剛性の高い各マウント４１〜４３に隣り合って第１ないし第４のリブ５１〜５４が設けられていることから、スタックケース２０全体の剛性が高いものとなる。また、第１ないし第４のリブ５１〜５４が設けられたことで、スタックケース２０の平坦面が分割され、各面の面積が低減されることによって、制振性が高められている。さらに、隣り合うリブ５１〜５４の間に制振材６０が備えられていることによって、制振性は一層高められている。したがって、これらの特徴の一つまたはいくつかの組み合わせによって、振動と共に騒音を充分に抑制することができるという効果を奏する。また、燃料電池車両１００によれば、スタックケース２０に第１ないし第４のリブ５１〜５４が設けられていることで、スタックケース２０の振れの共振周波数を高周波側へ移動させることができる。また、第１ないし第４のリブ５１〜５４の間に設ける制振材６０をアルミシートを含む材料とすることで、上記高周波での制振性を高めることができる。換言すれば、高周波を制振するアルミニウムを用いた制振材を選択することができ、高周波での制振性を高めることができる。したがって、騒音・振動をより抑制することができ、また軽量化も図ることができる。

さらに、燃料電池車両１００によれば、スタックケース２０をスタックフレーム３０上に固定する各マウント４１〜４３がスタックケース２０の前側もしくは後ろ側に設けられることから、燃料電池スタック１５の積層方向におけるスタックケースの長さを低減することができる。このため、側突時などの横方向からの衝撃エネルギーの入力を回避することができる。また、こうした構造を採ることにより、燃料電池スタック１５の積層数が増加した場合に、マウント４１〜４３の位置を変更する必要がなく、対応が容易である。

Ｃ．変形例：
・変形例１：
前記実施形態では、マウント部は、マウント、マウントボルト、絶縁弾性体、および補強用のリブを含む構成としたが、本発明では、これら全てを必ず含む必要はない。例えば、補強用リブを除いた構成としてもよいし、絶縁弾性体と補強用リブを除いた構成としてもよい。さらに、マウント部は、スタックケースを車体に固定できる構成であれば、他の形状の部材、例えばリベットなどを用いた構成とすることもできる。複数のマウントは全て同じ形式にする必要はなく、設置される場所や部材に応じて、変更して差し支えない。

・変形例２：
前記実施形態では、スタックケース２０をスタックフレーム３０に固定し、スタックフレーム３０を車体フレームに固定することで、スタックケース２０を車体に固定する構成としたが、本発明ではこれに限られない。スタックケースを車体フレームに直接固定する構成としてもよいし、サイドフレームとサイドフレームの間にスタックフレームを固定する構成としてもよい。要は、スタックケースを車体に固定しうる構成であればいずれの構成としてもよい。

・変形例３：
前記実施形態では、スタックケースを車体に固定するマウント部を３つとしたが、３つに限る必要はなく、例えば、１つ、２つ、４つ等の他の数としてよい。また、前記実施形態では、スタックケースを車体に固定する全てのマウント部にリブを付設するようにしていたが、これに換えて、全てのマウント部のうちの一部に対してだけリブを付設する構成としてもよい。例えば、前記実施形態においてマウント４３に付設された第３および第４のリブ５３、５４の少なくとも一方を取り除いた構成とすることもできるし、前記実施形態においてマウント４１、４２に付設された第１および第２のリブ５１、５２の少なくとも一方を取り除いた構成とすることもできる。

・変形例４：
前記実施形態では、隣り合うリブ５１〜５４の間に制振材６０を備える構成としたが、必ずしもリブとリブの間に制振材を備えた構成でなくてもよい。例えば、スタックケースに１本のリブを設けた構成では、そのリブの横に制振材を配設した構成とすることができる。配設される範囲も、制振材は、リブとリブとの間を完全に覆うように敷き詰めた構成であってもいいし、リブの配設部を除く面の一部分を覆うように敷き詰めた構成であってもよい。要は、制振材は、スタックケースの上面におけるリブの配設部を除く面の少なくとも一部に配設された構成であれば、どのような配設位置であってもよい。また、リブおよび制振材は、スタックケースの上面だけでなく、スタックケースの前面、後面等の側面にも配置された構成とすることもできる。

・変形例５：
前記実施形態では、制振材６０はブチルゴムの上にアルミシートを貼り付けた構成、すなわち、ブチル層とアルミニウム層とを含む構成としたが、これに代えて、ブチル層だけによって構成される材料としてもよいし、アルミニウム層を樹脂層に換えた材料としてもよい。すなわち、制振材６０は、ブチル層を少なくとも含んだ種々の構成とすることもできる。また、弾性材料であれば、ブチル以外の材料、例えばシリコンゴムや発泡体などを用いることも差し支えない。

・変形例６：
前記各実施形態および各変形例では、燃料電池に固体高分子型燃料電池を用いたが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池に本発明を適用してもよい。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、前述した実施形態および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。

本発明は、燃料電池スタックを搭載した燃料電池車両と、燃料電池車両への燃料電池スタックの搭載方法として利用可能である。

１０…燃料電池システム
１５…燃料電池スタッフ
１７…発電セル
１８，１９…エンドプレート
２０…スタックケース
２０ａ、２０ｂ…壁面
２０ｃ…上面
３０…スタックフレーム
４１〜４３…マウント
５１〜５４…第１ないし第４のリブ
６０…制振材
８０…コンバータケース
９０…補機カバー
１００…燃料電池車両
ＦＲ、ＦＬ…前輪
ＲＲ、ＲＬ…後輪

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。本発明の実施形態として、燃料電池スタックを搭載する燃料電池車両が提供される。この燃料電池車両は、前記燃料電池スタックを収容するスタックケースと、前記スタックケースを車体に固定する少なくとも１つのマウント部と、前記スタックケースに一体に設けられ、前記マウント部の隣接位置から延伸して前記スタックケースの上面を渡るように配設されたリブと、前記スタックケースの上面の少なくとも一部に、前記リブの配設部を除いて、配設された制振材と、を備える。

Claims (5)

1. 燃料電池スタックを搭載する燃料電池車両であって、
   前記燃料電池スタックを収容するスタックケースと、
   前記スタックケースを車体に固定する少なくとも１つのマウント部と、
   前記マウント部の隣接位置から延伸して前記スタックケースの上面を渡るように配設されたリブと、
   前記スタックケースの上面における前記リブの配設部を除く面の少なくとも一部に配設された制振材と、
   を備える、燃料電池車両。
2. 請求項１に記載の燃料電池車両であって、
   前記スタックケースは、前記燃料電池スタックに備えられる複数の発電セルの積層方向が車幅方向と一致するように固定され、
   前記マウント部は、前記スタックケースの車両前側と後ろ側との少なくとも一方に設けられ、
   前記リブは、車両前後方向に沿って形成された、燃料電池車両。
3. 請求項２に記載の燃料電池車両であって、
   前記マウント部と前記リブの組は、複数、備えられ、
   前記複数のマウント部のうちの一部は、前記スタックケースの車両前側に設けられ、
   前記複数のマウント部のうちの前記一部を除く残りは、前記スタックケースの車両うしろ側に設けられた、燃料電池車両。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池車両であって、
   前記制振材は、ブチル層を少なくとも含む、燃料電池車両。
5. 燃料電池スタックを燃料電池車両に搭載する車載方法であって、
   前記燃料電池スタックを収容するスタックケースの縁部に、マウント部を設けると共に、前記スタックケースの上面に、前記マウント部の隣接位置から続くリブを車両前後方向に沿って設け、
   前記スタックケースの上面における前記リブの配設部を除く面の少なくとも一部に制振材を配設し、
   前記スタックケースを、前記燃料電池スタックを収容した状態で、前記マウント部によって車体に固定する
   燃料電池スタックの車載方法。

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