KR100630644B1 - 연료 전지 탑재차량 - Google Patents

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Abstract

연료 전지 탑재차량 (10) 에서는 프론트 시트 (14) 의 하방 영역 (15) 에 연료 전지 (20) 를 집약하여 배치하고, 리어 시트 (17) 의 하방 영역 (18) 에는 이차 전지 (40) 를 집약하여 배치하고 있다. 이처럼, 연료 전지 (20) 와 이차 전지 (40) 가 각 시트 (14, 17) 의 하방 영역 (15, 18) 으로 분리되어 집약 배치되어 있기 때문에, 사용 환경이 다른 연료 전지 (20) 와 이차 전지 (40) 를 양호하게 운전할 수 있다. 또, 데드 스페이스가 많은 각 시트 (14, 17) 의 하방 영역 (15, 18) 을 효과적으로 이용하여 연료 전지 (20) 와 이차 전지 (40) 를 배치할 수 있다.

Description

연료 전지 탑재차량{FUEL CELL-EQUIPPED VEHICLE}
본 발명은 주행용 모터와 연료 전지와 축전 장치를 갖는 연료 전지 탑재차량에 관한 것이다.
종래 연료 전지 탑재차량으로는, 주행용 모터와 연료 전지와 이차 전지를 갖는 동시에 승객이 착석할 수 있는 프론트 시트 및 리어 시트를 구비한 것이 알려져 있다. 예를 들어 일본 공개특허공보 2001-113960호에는, 차량의 바닥 밑에 차체 전후 방향에 걸쳐 이차 전지와 연료 전지를 배치한 연료 전지 탑재차량이 제안되어 있다.
그러나, 사용환경이 다른 이차 전지와 연료 전지가 근접한 상태로 배치되기 때문에, 양 전지를 운전하는 면에서 바람직하다고는 할 수 없었다. 또, 이차 전지와 연료 전지를 차량의 바닥 밑에 배치하는 경우 차량의 바닥 밑에는 충분한 스페이스를 마련하기 어렵고, 세단이나 쿠페 등의 지상고(地上高)가 낮은 차량에는 적용하기 어렵다는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 사용환경이 다른 축전 장치와 연료 전지를 양호하게 운전할 수 있는 연료 전지 탑재차량을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 데드 스페이스를 효과적으로 이용하여 축전 장치와 연료 전지를 배치할 수 있는 연료 전지 탑재차량을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 그리고, 지상고가 낮더라도 대처할 수 있는 연료 전지 탑재차량을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명은 상기 서술한 목적의 적어도 하나를 달성하기 위해 이하의 수단을 채용하였다. 즉 본 발명은, 주행용 모터와 연료 전지와 축전 장치를 갖는 동시에 승객이 착석할 수 있는 프론트 시트 및 리어 시트를 구비하는 연료 전지 탑재차량으로서,
상기 연료 전지는 상기 프론트 시트 및 상기 리어 시트 중 어느 하나의 하방 영역에 집약하여 배치되고,
상기 축전 장치는 상기 프론트 시트 및 상기 리어 시트 중 어느 하나의 하방 영역에 집약하여 배치되어 있는
것이다.
이 연료 전지 탑재차량에서는, 프론트 시트의 하방 영역과 리어 시트의 하방 영역 양쪽에 연료 전지를 배치하거나 프론트 시트의 하방 영역과 리어 시트의 하방 영역 양쪽에 축전 장치를 배치하거나 하는 것이 아니라, 프론트 시트의 하방 영역에는 연료 전지를 집약하여 배치하고 리어 시트의 하방 영역에는 축전 장치를 집약하여 배치하거나 또는 리어 시트의 하방 영역에는 연료 전지를 집약하여 배치하고 프론트 시트의 하방 영역에는 축전 장치를 집약하여 배치한다. 이처럼 연료 전지와 축전 장치가 각 시트의 하방 영역으로 분리되어 집약 배치되기 때문에, 사용 환경이 다른 연료 전지와 축전 장치를 양호하게 운전할 수 있다. 또한, 데드 스페이스가 많은 시트의 하방 영역을 효과적으로 이용할 수 있다.
여기서 「프론트 시트」는 차량 앞측의 시트, 「리어 시트」는 차량 후측의 시트를 의미하며, 예를 들어 차량 전후 방향으로 3 열의 시트가 존재하는 경우, 최전 열의 시트를 프론트 시트로 하면 중간 열 또는 최후 열의 시트가 리어 시트가 되고, 중간 열의 시트를 프론트 시트로 하면 최후 열의 시트가 리어 시트가 된다. 또, 「주행용 모터」는 연료 전지 및 축전 장치 양쪽을 구동원으로 해도 되지만, 연료 전지 및 축전 장치 중 어느 하나를 구동원으로 해도 된다. 또한, 「축전 장치」는 충방전이 가능한 축전 장치라면 특별히 어떠한 장치든 상관없으며, 예를 들어 이차 전지일 수도 있고 커패시터일 수도 있다.
본 발명의 연료 전지 탑재차량에 있어서, 상기 연료 전지 및 상기 축전 장치에 관한 기기류는, 상기 프론트 시트의 하방 영역, 상기 리어 시트의 하방 영역, 앞바퀴 근방의 차량 전방실 및 뒷바퀴 근방의 차량 후방실 중 어느 하나에 배치되어 있을 수 있고, 이들 기기류는 모여 배치되어 있어도 되고 분산하여 배치되어 있어도 된다. 이렇게 하면, 연료 전지 및 축전 장치에 관한 기기류에 대해서도 데드 스페이스가 많은 시트의 하방 영역을 효과적으로 이용하거나 비교적 스페이스에 여유가 있는 차량 전방실이나 차량 후방실을 효과적으로 이용하거나 할 수 있다.
여기서, 「상기 연료 전지 및 상기 축전 장치에 관한 기기류」는 예를 들어 연료 전지 및 축전 장치의 적어도 일방을 구동원으로 하는 주행용 모터, 주행용 모 터의 구동력을 제어하는 제어 유닛, 연료 전지를 동작시키기 위한 각종 보조기 (예를 들어 연료 가스 공급장치, 산화 가스 공급장치, 냉각 장치) 등을 들 수 있다.
본 발명의 연료 전지 탑재차량에 있어서, 상기 각 시트의 하방 영역은 승객의 풋 스페이스와 간섭하지 않는 영역으로 할 수 있다. 이렇게 하면 승객의 발 주위의 승차안락성을 손상시키지 않는다.
본 발명의 연료 전치 탑재차량에 있어서, 상기 프론트 시트의 하방 영역은, 상기 프론트 시트의 하방이고 상기 프론트 시트에 승객이 착석하였을 때 무릎관절 위치를 포함하는 가상 수직면과 상기 프론트 시트의 시트 백 하단을 포함하는 가상수직면으로 둘러싸인 영역이고, 상기 리어 시트의 하방 영역은, 상기 리어 시트의 하방이고 상기 리어 시트에 승객이 착석하였을 때의 무릎관절 위치를 포함하는 가상수직면보다도 후방의 영역으로 할 수도 있다. 이렇게 하면, 프론트 시트에 착석한 승객은 프론트 시트의 하방 영역에 배치된 전지에 의해 발 주위의 승차안락성이 손상되지 않으며, 또 리어 시트에 착석한 승객은 프론트 시트의 하방 영역에 배치된 전지에 의해서도, 리어 시트의 하방 영역에 배치된 전지에 의해서도 발 주위의 승차안락성이 손상되지 않는다. 또, 리어 시트가 최후 열 시트인 경우에는 리어 시트의 하방 영역의 후측 경계를 특별히 정할 필요는 없지만, 리어 시트가 최후 열 시트가 아닌 경우 (예를 들어 중간 열 시트인 경우) 에는 최후 열 시트에 착석하는 승객의 발 주위를 고려하여 리어 시트의 하방 영역의 후측 경계를 리어 시트의 시트 백 하단을 포함하는 가상수직면으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 연료 전지 탑재차량에 있어서, 상기 연료 전지의 보조기류의 적어 도 일부는, 상기 연료 전지가 배치되어 있는 시트의 하방 영역에 배치되어 있어도 된다. 이렇게 하면, 연료 전지와 연료 전지의 보조기류의 일부 또는 전부는 동일한 시트의 하방 영역에 배치되기 때문에, 별도의 장소에 배치되는 경우에 비하여 가스배관 등의 설치를 간소화할 수 있다. 이 때, 상기 연료 전지의 보조기류의 적어도 일부는, 상기 연료 전지가 배치되어 있는 시트의 하방 영역에서 상기 연료 전지와 차량 폭방향에 나란히 배치되어 있어도 된다. 이렇게 하면, 일반적으로 각 시트의 하방 영역은 차량 전후 방향보다도 차량 폭방향으로 길기 때문에 연료 전지와 그 보조기류의 일부 또는 전부를 시트의 하방 영역에 수납하기 쉽다. 또한, 본 발명의 연료 전지 탑재차량에 있어서, 상기 연료 전지의 보조기류의 적어도 일부는 센터 터널의 내부에 배치되어 있어도 된다. 이렇게 하면, 센터 터널이 이미 존재하고 있는 경우에는 그 센터 터널의 내부를 효과적으로 이용하여 보조기류를 배치하기 때문에, 승객의 승차 공간을 손상시키지 않는다.
여기서, 「연료 전지의 보조기류」란 연료 전지의 작동에 필요한 기기류를 말하며, 예를 들어 연료 전지에 산화 가스를 공급하는 산화 가스 공급장치나, 연료 전지에 연료 가스를 공급하는 연료 가스 공급장치나, 연료 가스를 가습하여 연료 전지에 공급하는 가습기나, 연료 전지에 공급하는 연료 가스의 압력이나 유량을 조절하는 매스플로 컨트롤러나, 연료 전지로부터 반응하지 않는 상태로 배출된 연료 가스를 다시 연료 전지에 공급하는 연료 가스 순환펌프나, 연료 전지를 냉각하기 위해 연료 전지에 냉각수를 순환시키는 워터 펌프 등을 들 수 있다.
본 발명의 연료 전지 탑재차량에 있어서, 상기 프론트 시트의 하방 영역과 상기 리어 시트의 하방 영역 사이에는 센터 필러가 세워져 형성되어 있어도 된다. 이렇게 하면, 측면 충돌시에 센터 필러가 그 하중을 받기 때문에, 연료 전지나 축전 장치가 센터 필러에 의해 보호된다.
본 발명은, 주행용 모터와 연료 전지와 축전 장치를 갖는 연료 전지 탑재차량으로서, 차량 전후 방향의 앞에서부터 상기 주행용 모터, 상기 연료 전지, 상기 축전 장치의 순서로 배치되어 있는 것이어도 된다. 이렇게 하면, 차량 전후 방향의 앞에서부터 주행용 모터, 축전지, 연료 전지의 순서로 배치되어 있는 경우에 비하여 주행용 모터와 연료 전지를 접속하는 비교적 직경이 굵은 배선의 길이를 짧게 할 수 있으며, 나아가서는 장치 전체의 구성을 컴팩트화할 수 있다.
본 발명은, 주행용 모터와 연료 전지와 축전 장치를 갖는 연료 전지 탑재차량으로서, 차량 전후 방향의 앞에서부터 상기 연료 전지의 냉각 장치, 상기 연료 전지, 상기 축전 장치의 순서로 배치되어 있는 것이어도 된다. 이렇게 하면, 차량 전후 방향의 앞에서부터 연료 전지의 냉각 장치, 이차 전지, 연료 전지의 순서로 배치되어 있는 것에 비하여 연료 전지와 그 냉각 장치 간의 거리가 짧아지기 때문에, 구성을 컴팩트하게 할 수 있다.
본 발명의 연료 전지 탑재차량에 있어서, 상기 주행용 모터는 앞바퀴 근방의 차량 전방실 내에 배치되고, 상기 연료 전지에 연료 가스를 공급하는 연료 가스 공급원은 뒷바퀴 근방의 차량 후방실 내에 배치되어 있어도 된다. 이렇게 하면 차량 전후 방향의 중량배분을 적정화할 수 있다. 이 때, 상기 연료 전지 및 상기 축전 장치로부터의 전력을 제어함으로써 주행용 모터의 출력을 제어하는 제어 유닛은, 상기 주행용 모터와 함께 앞바퀴 근방의 차량 전방실 내에 배치되어 있어도 된다. 이렇게 하면 차량 전후 방향의 중량 배분을 보다 더 적정화할 수 있다. 또, 연료 가스 공급원은 수소 탱크 (수소 봄베나 수소흡장 합금 등) 이어도 되며, 탄화 수소계 연료와 물의 반응에 의해 수소가 많은 가스를 생성하는 개질기이어도 된다.
본 발명의 연료 전지 탑재차량에 있어서, 상기 연료 전지의 적어도 일부는 차량 바닥의 레벨면보다도 상방에 배치되어 있어도 된다. 이렇게 하면, 연료 전지의 전체를 차량 바닥의 레벨면보다도 하방에 배치하는 경우에 비하여 차량의 최저 지상고를 확보하기 쉽다. 또, 「차량 바닥의 레벨면」이란, 운전석에 착석한 승객이 운전할 때의 뒤꿈치와 접하는 점을 포함하는 수평면을 말한다.
본 발명의 연료 전지 탑재차량에 있어서, 상기 축전 장치의 적어도 일부는 차량 바닥의 레벨면보다도 상방에 배치되어 있어도 된다. 이렇게 하면 축전 장치의 전체를 차량 바닥의 레벨면보다도 하방에 배치하는 경우에 비하여 차량의 최저 지상고를 확보하기 쉽다.
본 발명의 연료 전지 탑재차량에 있어서, 상기 연료 전지는 차량 객실 외 (차량 전방실, 차량 후방실 또는 차량 바닥 밑) 에 배치되어 있어도 되지만, 차량 객실 내 (차량 바닥 위) 에 배치되어 있어도 된다. 또, 상기 축전 장치에 대해서도 마찬가지이다.
도 1 은 본 실시형태의 연료 전지 탑재차량의 평면도.
도 2 는 본 실시형태의 연료 전지 탑재차량의 개략 단면도.
도 3 은 본 실시형태의 연료 전지 탑재차량의 블록도.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
본 발명을 한층 더 명확하게 하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 도 1 은 본 실시형태의 연료 전지 탑재차량의 평면도, 도 2 는 연료 전지 탑재차량의 개략 단면도, 도 3 은 연료 전지 탑재차량의 블록도이다.
본 실시형태의 연료 전지 탑재차량 (10) 은 섀시 프레임과 보디가 일체로 만들어진 모노코크 구조이며, 주로 주행용 모터 (11), 프론트 시트 (14), 리어 시트 (17), 연료 전지 (20), 이차 전지 (40), 파워 컨트롤 유닛 (50 ; 이하 PCU 라 함) 을 구비하고 있다. 또, 모노코크 구조를 채용하는 대신 프레임 구조를 채용해도 된다.
주행용 모터 (11) 는 3상 동기 모터이며, 앞바퀴 (FW) 의 근방, 즉 승객실 (63) 과는 대쉬 패널에 의해 구분되어 차량 전방실 (61) 에 인버터 (12) 와 함께 배치되어 있다. 이 주행용 모터 (11) 에는 도 3 에 나타내는 바와 같이 연소 전지 (20) 나 이차 전지 (40) 가 출력하는 직류전류가 분배기 (27) 를 거친 후 인버터 (12) 에 의해 3상 교류로 변환되어 공급된다. 주행용 모터 (11) 는 이러한 전력의 공급을 받아 회전구동력을 발생시키고, 이 회전구동력은 디퍼렌셜 기어 (44) 를 통하여 앞바퀴 (FW) 의 차축 (46) 에 전해져 연료 전지 탑재차량 (10) 을 주행시키는 동력이 된다.
프론트 시트 (14) 는 승객실 (63) 내에 설치된 2 열의 시트 중 앞 열의 시트이고, 운전석과 조수석으로 이루어진다. 또, 리어 시트 (17) 는 이들 2 열의 시트 중 뒤 열의 시트이고, 이른바 벤치 시트이다. 연료 전지 탑재차량 (10) 의 좌측면 및 우측면에는 프론트 시트 (14) 와 리어 시트 (17) 사이에 센터 필러 (60,60) 가 세워져 형성되어 있다.
연료 전지 (20) 는 주지된 고체 고분자 전해질형 연료 전지이고, 구성 단위인 단(單)셀을 복수 적층한 스택 구조를 갖고 있다. 연료 전지 (20) 를 구성하는 각 단셀에서는, 도 3 에 나타내는 바와 같이 수소 탱크 (21) 에서 수소 가스 (연료 가스) 가 매스플로 컨트롤러 (22) 에 의해 압력ㆍ유량이 조절된 후 가습기 (23) 에 의해 가습되어 애노드에 공급되고, 공기 압축기 (13) 로부터 압력이 조절된 압축 공기 (산화 가스) 가 캐소드에 공급되어, 소정의 전기화학 반응이 진행함으로써 기전력이 생긴다. 즉, 애노드에서는 수소가 프로톤과 전자로 분리되며, 애노드에서 분리된 프로톤이 고체 고분자 전해질막을 전도하여 캐소드에 달하는 동시에 동일하게 애노드에서 분리된 전자가 부하를 통하여 접속된 전선을 통과해 캐소드에 달하고, 캐소드에서는 산소가 프로톤과 전자와 결합하여 물이 생성되는 전기화학 반응이 진행됨으로써 기전력이 생긴다.
이 연료 전지 (20) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이 프론트 시트 (14) 의 하방 영역 (15) 에 집약하여 배치되어 있다. 이 하방 영역 (15) 은, 구체적으로는 프론트 시트 (14) 의 하방이고 프론트 시트 (14) 에 승객이 착석하였을 때의 무릎관절 위치 (16) 를 포함하는 가상수직면 (15a) 과 프론트 시트 (14) 의 시트 백 하단을 포함하는 가상수직면 (15b) 으로 둘러싸인 영역이다. 또, 이 연료 전지 (20) 의 일부는, 프론트 시트 (14) 의 운전석에 착석한 승객이 운전할 때의 발꿈치와 접하는 점을 포함하는 수평면 (이하, 차량 바닥의 레벨면 (FL) 이라 함) 보다도 하방에 배치되고, 나머지는 차량 바닥의 레벨면 (FL) 보다도 상방에 배치되어 있다. 본 실시형태에서는 연료 전지 (20) 의 1/2 이상이 차량 바닥의 레벨면 (FL) 보다도 상방에 배치되어 있다. 여기에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이 차량 바닥을 프론트 시트 (14) 의 하방 영역에서 레벨면 (FL) 보다도 올라간 형상으로 하여 그 올라간 부분의 내측에 연료 전지 (20) 를 배치함으로써, 연료 전지 (20) 의 일부를 레벨면 (FL) 보다도 하방에 배치하고 나머지를 레벨면 (FL) 보다도 상방에 배치하고 있다. 단, 차량 바닥을 프론트 시트 (14) 의 하방 영역에서 레벨면 (FL) 보다도 오목한 형상으로 하여 그 오목한 부분에 연료 전지 (20) 를 배치함으로써, 연료 전지 (20) 의 일부를 레벨면 (FL) 보다도 하방에 배치하고 나머지를 레벨면 (FL) 보다도 상방에 배치해도 된다. 이 경우에는 연료 전지 (20) 는 차량 바닥의 상측, 즉 차량 객실에 배치된다. 또, 무릎관절 위치 (16) 는 프론트 시트 (14) 에 3차원 마네킨 (성인 남자) 을 착석시켜 정해도 된다.
연료 전지 (20) 의 보조기류 (30) 는, 이미 서술한 공기 압축기 (13) 나, 이미 서술한 수소 탱크 (21) 나, 이미 서술한 매스플로 컨트롤러 (22) 나, 이미 서술한 가습기 (23) 나, 연료 전지 (20) 및 이차 전지 (40) 로부터의 출력전압을 소정의 전압까지 강하시키는 DC/DC 컨버터 (24) 나, 연료 전지 (20) 로부터 반응하지 않은 상태로 배출된 수소 가스를 다시 연료 전지 (20) 에 공급하는 수소 가스 순환 펌프 (25) 나, 연료 전지 (20) 를 냉각하기 위해 연료 전지 (20) 에 냉각수를 순환시키는 워터 펌프 (26) 나, 연료 전지 (20) 및 이차 전지 (40) 의 출력을 분배하는 분배기 (27) 나, 워터 펌프 (26) 에 의해 연료 전지 (20) 에 순환시키는 액체 냉매 (냉각수) 를 방열시키는 방열기 (32) 등이다. 또, 분배기 (27) 는 보조기류 (30) 및 주행용 모터 (11) 에 대한 전력공급을 연료 전지 (20) 및 이차 전지 (40) 중 어느 하나 또는 양쪽에서 실시하거나 연료 전지 (20) 에 의한 이차 전지 (40) 의 충전을 실시하거나 하기 위한 스위칭 회로이다.
이들 보조기류 (30) 에는 연료 전지 (20) 및 이차 전지 (40) 로부터의 전력이 분배기 (27) 를 거친 후 DC/DC 컨버터 (24) 에 의해 소정 전압으로 강하되어 공급된다. 이들 보조기류 (30) 중, 공기 압축기 (13) 및 방열기 (32) 는 앞바퀴 (FW) 근방의 차량 전방실 (61) 에 배치되고, 복수의 수소 탱크 (21) 는 뒷바퀴 (FR) 근방의 차량 후방실 (62) 에 배치되어 있지만, 매스플로 컨트롤러 (22) 나 가습기 (23) 나 DC/DC 컨버터 (24) 나 수소 가스 순환펌프 (25) 나 워터 펌프 (26) 나 분배기 (27) 는, 연료 전지 (20) 가 배치되어 있는 프론트 시트 (14) 의 하방 영역 (15) 에서 연료 전지 (20) 의 좌측 (차량 진행 방향을 향해 좌측) 에 나란히 배치되어 있다.
이차 전지 (40) 는 주지된 니켈 수소 이차 전지를 복수 개 직렬로 접속한 구조를 갖고 있다. 이 이차 전지 (40) 는, PCU (50) 의 제어에 의해 차량 시동시에 주행용 모터 (11) 를 구동하거나, 감속 회생시에 회생 전력을 회수하거나, 가속시에 주행용 모터 (11) 를 어시스트하거나, 부하에 따라 연료 전지 (20) 에 의해 충전되기도 한다. 또, 이 이차 전지 (40) 는 충방전할 수 있는 전지이면 되고, 니켈 수소 이차 전지에 한하지 않고 예를 들어 니카드 이차 전지나 리튬 수소 이차 전지나 납축전지 등이어도 된다. 또는 커패시터이어도 된다.
이 이차 전지 (40) 는 리어 시트 (17) 의 하방 영역 (18) 에 집약하여 배치되어 있다. 이 하방 영역 (18) 은 구체적으로는 리어 시트 (17) 의 하방이고 리어 시트 (17) 에 승객이 착석하였을 때의 무릎관절 위치 (19) 를 포함하는 가상수직면 (18a) 보다도 후방의 영역이다. 또, 이 이차 전지 (40) 의 일부는 차량 바닥의 레벨면 (FL) 보다도 아래쪽에 배치되고, 나머지는 차량 바닥의 레벨면 (FL) 보다도 상방에 배치되어 있다. 본 실시형태에서는 이차 전지 (40) 의 1/2 이상이 차량 바닥의 레벨면 (FL) 보다도 상방에 배치되어 있다. 여기에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이 차량 바닥을 리어 시트 (17) 의 하방 영역에서 레벨면 (FL) 보다도 올라간 형상으로 하고, 그 올라간 부분의 내측에 이차 전지 (40) 를 배치함으로써 이차 전지 (40) 의 일부를 레벨면 (FL) 보다도 하방에 배치하고 나머지를 레벨면 (FL) 보다도 상방에 배치하고 있다. 단, 차량 바닥을 리어 시트 (17) 의 하방 영역에서 레벨면 (FL) 보다도 오목한 형상으로 하여 그 오목한 부분에 이차 전지 (40) 를 배치함으로써, 이차 전지 (40) 의 일부를 레벨면 (FL) 보다도 하방에 배치하고 나머지를 레벨면 (FL) 보다도 상방에 배치해도 된다. 이 경우에는 이차 전지 (40) 는 차량 바닥의 상측, 즉 차량 객실에 배치된다. 또, 무릎관절 위치 (19) 는 리어 시트 (17) 에 3차원 마네킨 (성인 남자)를 착석시켜 정해도 된다. 또, 본 실시형태에서는 리어 시트 (17) 의 하방 영역 (18) 의 후측과 차량 후방실 (62) 이 오버랩되어 있으나, 리어 시트 (17) 의 하방 영역 (18) 을 리어 시트 (17) 의 하방이고 가상수직면 (18a) 과 리어 시트 (17) 의 시트 백 하단을 포함하는 가상수직면에 둘러싸인 영역으로 하고, 그 후측을 차량 후방실 (62) 로 해도 된다.
PCU (50) 는 주행용 모터 (11) 의 구동력을 제어하는 것으로, 마이크로컴퓨터를 중심으로 한 논리회로로서 구성되며, 도시하지 않지만 주지된 CPU, ROM, RAM 및 입출력 포트로 구성되어 있다. 이 PCU (50) 는 엑셀 패달 센서의 페달 위치나 인버터 (12) 의 출력전류/출력전압이나 이차 전지 (40) 의 잔류용량치나 도시하지 않는 각종 센서의 검출치를 입력하고, 입력한 각 값에 기초하여 매스플로 컨트롤러 (22) 및 공기 압축기 (13) 에 공급가스량을 제어하기 위한 제어신호를 출력하거나 인버터 (12) 나 분배기 (27) 에 대한 제어신호를 출력하기도 한다.
여기에서, 연료 전지 (20) 의 사용온도는 80℃ 전후인 것에 반하여, 이차 전지 (40) 의 사용온도는 60℃ 이하이다. 또, 연료 전지 (20) 는 액랭 (예를 들어 수랭) 인 것에 반하여 이차 전지 (40) 는 액랭이 아니라 공랭이다. 이와 같이 연료 전지 (20) 와 이차 전지 (40) 에서는 사용온도나 냉각방법 등의 사용환경이 다르다.
이상과 같이 구성된 본 실시형태의 연료 전지 탑재차량 (10) 에서는, 각 시트 (14,17) 의 하방 영역 (15,18) 의 양쪽에 연료 전지 (20) 를 배치하거나 각 시트 (14,17) 의 하방 영역 (15,18) 의 양쪽에 이차 전지 (40) 를 배치하거나 하는 것은 아니고, 프론트 시트 (14) 의 하방 영역 (15) 에는 연료 전지 (20) 를 집약하 여 배치하고 리어 시트 (17) 의 하방 영역 (18) 에는 이차 전지 (40) 를 집약하여 배치하고 있다. 이와 같이, 연료 전지 (20) 와 이차 전지 (40) 가 각 시트 (14,17) 의 하방 영역 (15,18) 으로 분리되어 집약 배치되기 때문에, 사용환경이 다른 연료 전지 (20) 와 이차 전지 (40) 를 양호하게 운전할 수 있다. 또한, 연료 전지 (20), 이차 전지 (40) 및 이들에 관한 기기류를 배치하는 스페이스로서 데드 스페이스가 많은 각 시트 (14,17) 의 하방 영역 (15,18) 을 효과적으로 이용할 수 있다.
또한, 프론트 시트 (14) 에 착석한 승객은 프론트 시트 (14) 의 하방 영역 (15) 에 배치된 연료 전지 (20) 등에 의해 발 주위의 승차안락성이 손상되지 않으며, 리어 시트 (17) 에 착석한 승객은 프론트 시트 (14) 의 하방 영역 (15) 에 배치된 연료 전지 (20) 등에 의해서도 리어 시트 (17) 의 하방 영역 (18) 에 배치된 이차 전지 (40) 에 의해서도 발 주위의 승차안락성이 손상되지 않는다. 즉, 프론트 시트 (14) 의 하방 영역 (15) 및 리어 시트 (17) 의 하방 영역 (18) 은 모두 승객의 풋 스페이스와 간섭하지 않는 영역이기 때문에, 승객의 발 주위의 승차안락성을 손상시키지 않는다.
또한, 주행용 모터 (11) 및 PCU (50) 는 차량 전방실 (61) 에 배치되고, 연료 전지 (20) 에 수소 가스를 공급하는 수소 탱크 (21) 는 차량 후방실 (52) 에 배치되어 있기 때문에, 차량 전후 방향의 중량배분을 적정화할 수 있다. 본 실시형태의 연료 전지 탑재차량 (10) 은 전륜 구동차이기 때문에, 회생전력을 효율적으로 회수하는 등의 관점에서 차량 후방보다도 차량 전방이 약간 무겁게 배치되어 있 다.
또, 연료 전지 (20) 의 보조기류 (30) 의 일부 (매스플로 컨트롤러 (22), 가습기 (23), DC/DC 컨버터 (24), 수소 가스 순환펌프 (25), 워터 펌프 (26), 분배기 (27)) 는 연료 전지 (20) 가 배치되어 있는 프론트 시트 (14) 의 하방 영역 (15) 에 배치되어 있기 때문에, 이들이 별도의 장소에 배치되어 있는 경우에 비하여 가스배관 등의 설치를 간소화할 수 있다. 또, 이들은 프론트 시트 (14) 의 하방 영역 (15) 에서 연료 전지 (20) 와 차량 전후 방향보다도 긴 차량 폭방향으로 나란히 배치되어 있기 때문에, 연료 전지 (20) 와 함께 프론트 시트 (14) 의 하방 영역 (15) 에 수납하기 쉽다.
그리고, 본 실시형태에서는 차량 전후 방향의 앞에서부터 방열기 (32), 연료 전지 (20), 이차 전지 (40) 의 순서로 배치되어 있기 때문에, 방열기 (32), 이차 전지 (40), 연료 전지 (20) 의 순서로 배치되어 있는 것에 비하여 연료 전지 (20) 와 방열기 (32) 의 거리가 짧아져, 구성을 컴팩트하게 할 수 있다.
그리고 또, 본 실시형태에서는 차량 전후 방향의 앞에서부터 주행용 모터 (11), 연료 전지 (20), 이차 전지 (40) 의 순서로 배치되어 있기 때문에, 주행용 모터 (11), 이차 전지 (40), 연료 전지 (20) 의 순서로 배치되어 있는 경우에 비하여 주행용 모터 (11) 와 연료 전지 (20) 를 접속하는 비교적 굵은 직경의 배선 길이를 짧게 할 수 있고, 나아가서는 장치 전체의 구성을 컴팩트화할 수 있다.
그리고 또한, 연료 전지 (20) 및 이차 전지 (40) 의 1/2 이상은 차량 바닥의 레벨면 (FL) 보다도 상방에 배치되어 있기 때문에, 연료 전지 (20) 및 이차 전지 (40) 의 전체를 차량 바닥의 레벨면 (FL) 보다도 하방에 배치하는 경우에 비하여 차량의 최저 지상고를 확보하기 쉽다.
게다가, 측면 충돌시에는 연료 전지 탑재차량 (10) 의 좌우 측면 중 프론트 시트 (14) 의 하방 영역 (15) 과 리어 시트 (17) 의 하방 영역 (18) 사이에 세워져 형성된 센터 필러 (60,60) 가 그 하중을 받기 때문에, 연료 전지 (20) 나 이차 전지 (40) 가 센터 필러 (60,60) 에 의해 보호된다.
또, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 전혀 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러 가지 태양으로 실시할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
예를 들어, 상기 서술한 실시형태에서는, 객실 (63) 의 차량 전후 방향에 2 열의 시트를 설치하였지만, 3 열 이상의 시트를 설치해도 된다. 예를 들어 3 열의 시트를 설치한 경우, 최전 열의 시트를 프론트 시트로 하면 중간 열 또는 최후 열의 시트가 리어 시트가 되고, 중간 열의 시트를 프론트 시트로 하면 최후 열의 시트가 리어 시트가 된다. 여기에서, 리어 시트가 최후 열 시트인 경우에는 리어 시트의 하방 영역의 후측 경계를 특별히 정할 필요는 없지만, 리어 시트가 최후 열시트가 아닌 경우 (예를 들어 중간열 시트인 경우) 에는 최후 열 시트에 착석하는 승객의 발 주위를 고려하여 리어 시트의 하방 영역의 후측 경계를 리어 시트의 시트 백 하단을 포함하는 가상수직면으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 서술한 실시형태에서는 연료 전지 (20) 에 수소 가스 (연료 가스) 를 공급하는 공급원으로서 수소 탱크 (21) 를 사용하였지만, 수소 탱크 (21) 대신에 수소흡장 합금을 사용해도 되고 탄화수소계 연료 (예를 들어 가솔린이나 메탄올 등) 와 물의 반응에 의해 수소가 많은 가스를 생성하는 개질기를 사용해도 된다.
또한, 상기 서술한 실시형태에서는 전륜 구동차를 예시하였기 때문에 차량 바닥의 레벨면 (FL) 에서 높아진 중공 형상의 센터 터널을 갖고 있지 않지만, 센터 터널을 갖는 차량에 대해서는 연료 전지 (20) 의 보조기류 (30) 의 적어도 일부를 이 센터 터널의 내부에 배치해도 된다. 이렇게 하면, 이미 존재하고 있는 센터 터널의 내부를 효과적으로 이용하여 보조기류를 배치하기 때문에, 승객의 승차 공간을 손상시키지 않는다.
또한, 상기 서술한 실시형태에서는 연료 전지 (20) 등을 프론트 시트 (14) 의 하방 영역 (15) 에 배치하고 이차 전지 (40) 를 리어 시트 (17) 의 하방 영역 (18) 에 배치하였지만, 연료 전지 (20) 등을 리어 시트 (17) 의 하방 영역 (18) 에 배치하고 이차 전지 (40) 를 프론트 시트 (14) 의 하방 영역 (15) 에 배치해도 된다.
그리고, 상기 서술한 실시형태에서는 보조기류 (30) 의 일부 (공기 압축기 (13) 나 수소 탱크 (21)) 를 차량 전방실 (61) 이나 차량 후방실 (62) 로 분산하여 배치하였지만, 이들도 프론트 시트 (14) 의 하방 영역 (15) 또는 리어 시트 (17) 의 하방 영역 (18) 에 배치해도 된다.
그리고 또한, 상기 서술한 실시형태에서는 연료 전지 (20) 및 이차 전지 (40) 의 양쪽을 주행용 모터 (11) 의 구동원으로서 이용할 수 있는 구성을 채용하 였지만 (제어 상에서는 연료 전지 (20) 및 이차 전지 (40) 의 양쪽으로 주행용 모터 (11) 를 구동하는 경우나, 연료 전지 (20) 및 이차 전지 (40) 중 어느 일방만으로 주행용 모터 (11) 를 구동하는 경우도 포함), 연료 전지 (20) 및 이차 전지 (40) 중 어느 일방만을 주행용 모터 (11) 의 구동원으로 이용할 수 있는 구성을 채용해도 되고, 예를 들어 일방의 전지를 주행용 모터 (11) 의 구동원으로서 이용할 수 있는 구성으로 하고 타방의 전지를 별도의 기기 (예를 들어 보조기류) 의 전원으로 이용할 수 있는 구성으로 해도 된다. 또는, 양 전지 (20,40) 이외에 주행용 모터 (11) 의 구동원을 갖고 있고, 양 전지 (20,40) 의 일방 또는 양방은 그 구동원을 보조하는 역할을 하게 해도 된다. 이와 같이, 주행용 모터 (11) 는 연료 전지 (20) 및 이차 전지 (40) 의 적어도 일방을 구동원으로 이용할 수 있게 구성되어 있으면 된다.
본 발명은 자동차 산업에 이용할 수 있다.

Claims (27)

  1. 주행용 모터와 연료 전지와 축전 장치를 갖는 동시에 승객이 착석할 수 있는 프론트 시트 및 리어 시트를 구비하는 연료 전지 탑재차량으로서,
    상기 연료 전지는 상기 프론트 시트 및 상기 리어 시트 중 어느 하나의 하방 영역에 집약하여 배치되고,
    상기 축전 장치는 상기 프론트 시트 및 상기 리어 시트 중 어느 하나의 하방 영역에 집약하여 배치되어 있는 연료 전지 탑재차량.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 전지 및 상기 축전 장치에 관한 기기류는, 상기 프론트 시트의 하방 영역, 상기 리어 시트의 하방 영역, 앞바퀴 근방의 차량 전방실 및 뒷바퀴 근방의 차량 후방실 중 어느 하나에 배치되어 있는 연료 전지 탑재차량.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 각 시트의 하방 영역은 승객의 풋 스페이스와 간섭하지 않는 영역인 연료 전지 탑재차량.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 프론트 시트의 하방 영역은, 상기 프론트 시트의 하방이고 상기 프론트 시트에 승객이 착석하였을 때 무릎관절 위치를 포함하는 가상수직면과 상기 프론트 시트의 시트 백 하단을 포함하는 가상수직면으로 둘러싸인 영역이며, 상기 리어 시트의 하방 영역은, 상기 리어 시트의 하방이고 상기 리어 시트에 승객이 착석하였을 때의 무릎관절 위치를 포함하는 가상수직면보다도 후방의 영역인 연료 전지 탑재차량.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연료 전지의 보조기류의 적어도 일부는, 상기 연료 전지가 배치되어 있는 시트의 하방 영역에 배치되어 있는 연료 전지차량.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 연료 전지의 보조기류의 적어도 일부는, 상기 연료 전지가 배치되어 있는 시트의 하방 영역에서 상기 연료 전지와 차량 폭방향에 나란히 배치되어 있는 연료 전지차량.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연료 전지의 보조기의 적어도 일부는 센터 터널의 내부에 배치되어 있는 연료 전지차량.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 프론트 시트의 하방 영역과 상기 리어 시트의 하방 영역 사이에는 센터 필러가 형성되어 있는 연료 전지차량.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된, 차량 전후 방향의 앞에서부터 상기 주행용 모터, 상기 연료 전지, 상기 축전 장치의 순서로 배치되어 있는 연료 전지 탑재차량.
  10. 주행용 모터와 연료 전지와 축전 장치를 갖는 연료 전지 탑재차량으로서,
    차량 전후 방향의 앞에서부터 상기 연료 전지의 냉각 장치, 상기 연료 전지, 상기 축전 장치의 순서로 배치되어 있는 연료 전지 탑재차량.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연료 전지 및 상기 축전 장치 중 적어도 하나는 차량 객실 내에 배치되어 있는 연료 전지 탑재차량.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 주행용 모터는, 앞바퀴 근방의 차량 전방실 내에 배치되고,
    상기 연료 전지에 연료 가스를 공급하는 연료 가스 공급원은, 뒷바퀴 근방의 차량 후방실 내에 배치되어 있는 연료 전지 탑재차량.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 연료 전지 및 상기 축전 장치로부터의 전력을 제어함으로써 상기 주행용 모터의 출력을 제어하는 제어 유닛을 구비하고, 그 제어 유닛은 상기 주행용 모터와 함께 앞바퀴 근방의 차량 전방실 내에 배치되어 있는 연료 전지 탑재차량.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 연료 가스 공급원은 수소 탱크인 연료 전지 탑재차량.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연료 전지의 적어도 일부는 차량 바닥의 레벨면보다도 상방에 배치되어 있는 연료 전지차량.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 축전 장치의 적어도 일부는 차량 바닥의 레벨면보다도 상방에 배치되어 있는 연료 전지차량.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 축전 장치는 이차 전지 또는 커패시터인 연료 전지차량.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 전지와 상기 축전 장치와의 사이에 풋 스페이스를 개재하는 연료 전지 탑재차량.
  19. 주행용 모터, 연료 전지 및 축전 장치를 구비한 연료 전지 탑재차량으로서,
    2 개소에 볼록한 부분 또는 2 개소에 오목한 부분이 형성되고 각 2 개소 사이에 공간을 갖는 차량 바닥을 구비하고,
    상기 연료 전지는 차량 바닥의 상기 2 개소 중 일방에 배치되어 있으며, 축전 장치는 차량 바닥의 상기 2 개소 중 다른 일방에 배치되는 연료 전지 탑재차량.
  20. 제 19 항에 있어서, 연료 전지의 주변 장치와 축전 장치는 차량 바닥의 상기 볼록한 부분 또는 오목한 부분, 앞바퀴 근방의 차량 전방실 및, 뒷바퀴 근방의 차량 후방실 중 어느 하나에 배치되는 연료 전지 탑재차량.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 볼록한 부분 또는 오목한 부분 중 어느 것도 운전자 및 승객의 풋 스페이스와 간섭하지 않는 연료 전지 탑재차량.
  22. 제 19 항에 있어서, 연료 전지 보조 기기의 적어도 일부는 상기 볼록한 부분 또는 오목한 부분에 연료 전지와 함께 배치되는 연료 전지 탑재차량.
  23. 제 19 항에 있어서, 연료 전지 보조 기기의 적어도 일부는 상기 볼록한 부분 또는 오목한 부분에 차량 폭 방향으로 연료 전지와 정렬되는 연료 전지 탑재차량.
  24. 제 19 항에 있어서, 연료 전지 보조 기기의 적어도 일부는 중앙 터널에 배치되는 연료 전지 탑재차량.
  25. 제 19 항에 있어서, 중앙 기둥이 상기 볼록한 부분 또는 오목한 부분 사이에 직립하여 형성되어 있는 연료 전지 탑재차량.
  26. 제 19 항에 있어서, 연료 전지의 적어도 일부는 차량의 바닥 레벨보다도 상방에 배치되는 연료 전지 탑재차량.
  27. 제 19 항에 있어서, 축전 장치의 적어도 일부는 차량 바닥 레벨보다도 상방에 배치되는 연료 전지 탑재차량.
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