WO2010137150A1 - 燃料電池システムおよび車両 - Google Patents

Abstract

　下側からの衝突に対して燃料電池や関連装置を効果的に保護しうる燃料電池システムおよび車両を提供する。燃料電池（２０）を収容する燃料電池ユニット（２０１）と、燃料電池ユニット（２０１）に隣接して設置される関連装置（９０）と、を備え、燃料電池ユニット（２０１）および関連装置（９０）の各々は、保護構造体（２２０、２６０）に設けられており、燃料電池ユニット（２０１）が設けられる保護構造体（２２０）、または、関連装置（９０）が設けられる保護構造体（２６０）の少なくとも一方は、保護構造体の底面にアンダーパネル（２４０、２７０）を備える。

Description

燃料電池システムおよび車両

　本発明は、燃料電池システムを搭載した車両に係り、特に、燃料電池やＤＣ／ＤＣコンバーター等の燃料電池の関連装置の保護構造に関する。

　燃料電池システムから電力を供給して車両走行用モーターを駆動させて走行するよう構成された車両（以下「燃料電池車」ともいう。）が開発されている。燃料電池車では燃料電池システムの構成部材を車両中央のフロア下部に配置することによって、衝突時の安全性を確保している。

　例えば、特開２００５－２０５９４５号公報には、燃料電池車の車両前後方向に設けられたフロアフレームと、車両幅方向に設けられたクロスメンバーとによって囲まれた車体フロア下部に、燃料電池ユニットと補機ユニットとを隣接して配置する車両搭載構造が開示されている。このような構造によって、配管長および配線長を短くし、かつ、衝突安全性を確保することができていた（特許文献１）。

　特開２００４－１６１０９２号公報には、燃料電池および燃料ガス希釈ボックスを保持する燃料電池ボックスと、燃料ガスタンクを保持するサブフレームと、を前後に並べて配置する構造を開示している。特に、燃料電池ボックス内で、燃料ガス希釈ボックスを燃料電池よりもサブフレーム側に配置することを特徴としている。この構成により、車両衝突時にサブフレームが受けた衝突エネルギーを燃料ガス希釈ボックスの変形で吸収させるものとしていた（特許文献２）。

　燃料電池の出力電圧を昇圧したり降圧したりするＤＣ－ＤＣコンバーターについては、例えば、特開２００７－２０９１６１号公報や特開２００７－３１８９３８号公報に開示されている。これら公報は、ＤＣ－ＤＣコンバーターへの衝撃緩和構造を特に開示していない（特許文献３および特許文献４）。

特開２００５－２０５９４５号公報 特開２００４－１６１０９２号公報 特開２００７－２０９１６１号公報 特開２００７－３１８９３８号公報

　しかしながら、上記従来の技術における搭載構造では、燃料電池車の底面側からの物体の衝突に対して、燃料電池ユニットを十分に保護することができなかった。

　例えば、特許文献１に記載の技術では、フロアフレームが側突の衝撃を一旦吸収し、燃料電池ユニットへの衝撃を緩和するものの、地面からの衝撃に対して燃料電池ユニットを保護することはできなかった。特許文献２に記載の技術では、横方向からの衝突のエネルギーを燃料ガス希釈ボックスが変形により吸収するものの、地面からの衝撃エネルギーを吸収することは不可能であった。特許文献３および特許文献４には、衝撃吸収構造について具体的には記載されていなかった。

　特に、特許文献１に記載された構造では、燃料電池システムを搭乗者室の下側に配置することになるため、燃料電池や関連装置と地面との距離が短くならざるを得ない。このため、燃料電池車の底面が走行面の突起に衝突（以下「路面干渉」という場合もある。）することがあると、燃料電池や関連装置へ直接的に大きな衝撃が加えられるおそれがあった。

　そこで、本発明、下側からの衝突に対して燃料電池や関連装置を比較的軽量な構造物で効果的に保護しうる燃料電池システムおよび車両を提供することを目的としている。

　上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池を収容する燃料電池ユニットと、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、燃料電池ユニットおよび関連装置の各々は、保護構造体に設けられており、燃料電池ユニットが設けられる保護構造体、または、関連装置が設けられる保護構造体の少なくとも一方は、保護構造体の底面にアンダーパネルを備えることを特徴とする。

　本発明の車両は、走行面上を移動可能に構成された車両であって、燃料電池を収容する燃料電池ユニットと、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、燃料電池ユニットおよび関連装置の各々は、保護構造体に設けられており、燃料電池ユニットが設けられる保護構造体、または、関連装置が設けられる保護構造体の少なくとも一方は、保護構造体の底面にアンダーパネルが設けられていることを特徴とする。

　かかる構成によれば、燃料電池ユニットおよび関連装置のそれぞれは保護構造体上に設置され、その保護構造体の底面にアンダーパネルが設けられる。燃料電池ユニットおよび関連装置とアンダーパネルとの間には保護構造体により間隙が生じるため、燃料ガス等を換気することが可能となる。また、最底面に設けられるアンダーパネルに、走行面からの衝撃を吸収させ、燃料電池ユニットや関連装置を保護することが可能である。 

　本発明では、所望により以下の要素を加えることが可能である。

　（１）アンダーパネルは、補強フレームを含んで構成することが可能である。

　かかる構成によれば、補強フレームが含まれることにより、比較的軽量な、すなわち、比較的剛性が小さい材料をアンダーパネルの主材料として用いたとしても、補強フレームによりパネル全体の剛性を高めることが可能である。

　（２）アンダーパネルには、カーボンファイバーを含んで構成することが可能である。

　かかる構成によれば、カーボンファイバーが含まれるので、耐摩耗性、耐熱性、熱伸縮性、耐酸性、低電気伝導度、耐引張力に優れたアンダーパネルを提供可能である。特にカーボンファイバーはアルミニウム等の金属よりも軽量であるため、車両に搭載する保護構造として適する。

　（３）関連装置が設けられる保護構造体または燃料電池ユニットが設けられる保護構造体の少なくとも一方は、前進方向からの衝撃を抑制する衝撃抑制部を備えるようにしてもよい。

　かかる構成によれば、衝撃抑制部が前進方向からの衝撃を抑制するので、特に走行中の車両に搭載された場合に想定される前方下方からの衝撃を効果的に緩和することが可能である。

　（４）燃料電池システムは、車両に搭載されており、燃料電池ユニットが設けられる前記保護構造体および関連装置が設けられる保護構造体が、車両を構成するフレームに締結されていることは好ましい。

　かかる構成によれば、車両の構造物であるフレームへは保護構造体が締結されるので、燃料電池ユニットや関連装置は、車両への締結部からストレスを受けることがない。よって、比較的剛性の低い燃料電池ユニットや関連装置を衝突の衝撃から効果的に保護することが可能である。

　（５）燃料電池ユニットが設けられる保護構造体は、関連装置が設けられる保護構造体よりも、車両の走行面からの高さが高い位置に配置されることは好ましい。

　かかる構成によれば、走行面からの衝突の衝撃を、燃料電池ユニットの保護構造体よりも先に関連装置の保護構造体が受けるので、特に走行面からの衝突の衝撃に弱い燃料電池を効果的に保護することが可能である。すなわち、走行面からの衝突の衝撃は、関連装置の保護構造体を通じて車体に伝播し衝突のエネルギーが吸収され、燃料電池ユニットに衝撃が及ぼされる可能性を低くすることが可能である。

　（６）燃料電池と燃料電池ユニットが設けられる保護構造体との間には、電気系部品を収納することは好ましい。

　かかる構成によれば、保護構造体が衝突の衝撃を受ける障壁となり、衝撃を受けた場合には保護構造体と燃料電池ユニットとが一体として移動する。このため、保護構造体の裏側、すなわち保護構造体の上面と燃料電池ユニットとの間の空間は衝突の衝撃により潰される可能性が極めて低くなる。よって、機械的強度が低く壊れやすい電気系部品をこの空間に収納することが極めて妥当する。

　本発明によれば、底面にアンダーパネルを備えた保護構造体に燃料電池ユニットや関連装置が設置されるので、走行面からの衝突の衝撃から燃料電池や関連装置を比較的軽量な構造体で効果的に保護することが可能である。

本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０のシステム構成図。 実施形態１における車両への燃料電池システムの各ユニット配置を説明する、側面図、平面図、および正面図。 実施形態１における燃料電池システムの配置を説明する車両底面図。 実施形態１における燃料電池システムの配置を説明する車両側面図。 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。 実施形態１における燃料電池アセンブリ２００の分解斜視図。 実施形態１におけるコンバーターアセンブリ２５０の構造を説明する底面斜視図。 実施形態１におけるアンダーパネル２４０の構造を説明する分解斜視図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のVIIIb断面におけるアンダーパネル２４０（２７０）の断面図。 実施形態１における電気系部品の収納空間を説明する燃料電池ユニット２０１の模式断面図。 実施形態１におけるコンバーター９０が設けられる保護構造体２６０と燃料電池ユニット２０１が設けられる保護構造体２２０とを設置する高さの説明図である。 実施形態２におけるアンダーパネル２４０ｂの構造を説明する斜視図であり、図１１（Ａ）はアンダーパネル２４０ｂの構造を示す斜視図、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）のXIb断面におけるアンダーパネル２４０ｂの断面図。

　次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
　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。

　（実施形態１）
　本発明の実施形態１は、車両（燃料電池車）に搭載された燃料電池システムに係る。特に、補強フレームを含むアンダーパネルが設けられた保護構造体に燃料電池ユニットおよび関連装置であるＤＣ－ＤＣコンバーターを設置した燃料電池システムに関する。本実施形態１において、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、燃料電池車の構造の詳細について説明する。

　（発明の定義）
　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」（燃料電池車）：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。走行面に力を作用させて移動する態様（車や鉄道）の他、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）を含む。有人であるか無人であるかを問わない。

　「前」：車両がドライブ（運転）にシフトチェンジされた場合に進行する側をいい、「前方向」または「前側」とも称する。
　「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。

　「関連装置」：燃料電池システムを構成する、燃料電池以外の構成要素であり、その種類を問わない。「関連装置」には、コンバーター、補機インバーター、車両走行用インターバー、冷却ポンプ、駆動ポンプ、コンプレッサー、バッテリー等が含まれる。必ずしも燃料電池と電気的な接続は必要ではない。

　「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。

　（システム構成）
　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。

　燃料電池２０は、フッ素系樹脂などにより形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜などから成る高分子電解質膜２１の両面に、アノード極２２とカソード極２３をスクリーン印刷などで形成した膜・電極接合体（ＭＥＡ）２４を備えている。膜・電極接合体２４の両面は、燃料ガス、酸化ガス、冷却水の流路を有するセパレータ（図示せず）によって挟み込まれている。このセパレータとアノード極２２およびカソード極２３との間には、それぞれ溝状のアノードガスチャンネル２５およびカソードガスチャンネル２６が形成されている。アノード極２２は、燃料極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成され、カソード極２３は、空気極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成されている。これら電極の触媒層は、例えば、白金粒子を付着して構成されている。燃料電池２０では、以下の式（１）～（３）に示すような電気化学反応を生ずる。

　Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ^－・・・（１）
　（１／２）Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ^－→Ｈ_２Ｏ・・・（２）
　Ｈ_２＋（１／２）Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ・・・（３）
アノード極２２側では、式（１）に示すような反応を生じる。カソード極２３側では、式（２）に示すような反応を生じる。燃料電池２０の全体としては、式（３）に示すような反応が生じている。このような電気化学反応を生じさせるために、燃料電池２０は、後述するようなハウジングに収納されて燃料電池ユニットという形態で車両に搭載される。

　なお、図１では説明の便宜上、膜・電極接合体２４、アノードガスチャンネル２５およびカソードガスチャンネル２６からなる単位セルの構造を模式的に図示している。実際には、上述したセパレータを介して複数の単位セル（セル群）が直列に接続したスタック構造を備えている。

　燃料電池システム１０の冷却液供給系統３には、冷却路３１、温度センサ３２および３５、ラジエータ３３、バルブ３４、並びに冷却液ポンプ３５を備える。冷却路３１は、冷却液を循環させる流路である。温度センサ３２は、燃料電池２０から排水される冷却液の温度を検出する温度検出手段である。ラジエータ３３は、冷却液の熱を外部に放熱する熱交換器である。バルブ３４は、ラジエータ３３へ流入する冷却液の水量を調整する弁手段である。冷却液ポンプ３５は、図示しないモーターにより冷却液を加圧して循環させる駆動手段である。温度センサ３６は、燃料電池２０に供給される冷却液の温度を検出する温度検出手段である。

　燃料電池システム１０の燃料ガス供給系統４には、燃料ガス供給装置４２、燃料ガス供給路４０、および循環経路５１を備えている。燃料ガス供給装置４２は、燃料ガス（アノードガス）、例えば、水素ガスを貯蔵する貯蔵手段である。燃料ガス供給路４０は、当該燃料ガス供給装置４２からの燃料ガスをアノードガスチャンネル２５に供給するための流路手段である。循環経路５１は、アノードガスチャンネル２５から排気される燃料オフガスを燃料ガス供給路４０に循環させるための流路手段（循環経路）である。

　燃料ガス供給装置４２は、例えば、高圧水素タンク、水素吸蔵合金、改質器などより構成される。当該実施形態においては、燃料ガス供給装置４２として、第１燃料ガスタンク４２ａおよび第２燃料ガスタンク４２ｂを備える。

　燃料ガス供給路４０には、元弁４３、圧力センサ４４、イジェクター４５、および遮断弁４６が設置されている。元弁４３は、燃料ガス供給装置４２からの燃料ガス流出を制御する遮断弁である。圧力センサ４４は、元弁４３の下流側であってイジェクター４５の上流側の管路における比較的高い燃料ガスの圧力を検出する圧力検出手段である。イジェクター４５は、循環経路５１の内部の燃料ガス圧力を調整する調整弁である。遮断弁４６は、燃料電池２０への燃料ガス供給の有無を制御する弁手段である。

　循環経路５１には、遮断弁５２、気液分離器５３、排出弁５４、および水素ポンプ５５を備える。遮断弁５２は、燃料電池２０から循環経路５１への燃料オフガス供給の有無を制御する弁手段である。気液分離器５３は、燃料オフガスに含まれる水分を除去する分離手段である。排出弁５４は、気液分離器５３により分離された水分を外部に排出する弁手段である。水素ポンプ５５は、図示しないモーターを備えている。水素ポンプ５５は、アノードガスチャンネル２５を通過する際に、圧力損失を受けた燃料オフガスを圧縮して適度なガス圧まで昇圧させて、燃料ガス供給路４０に還流させる強制循環装置である駆動手段である。水素ポンプ５５の駆動によって、燃料ガス供給路４０と循環経路５１との合流点において、燃料オフガスが燃料ガス供給装置４２から供給される燃料ガスと合流し、燃料電池２０に供給されて再利用される。なお、水素ポンプ５５には、水素ポンプ５５の回転数を検出する回転数センサ５７および水素ポンプ５５前後の循環経路圧力を検出する圧力センサ５８・５９が設置されている。

　さらに循環経路５１には、排気流路６１が分岐して配管されている。排気流路６１には、パージ弁６３および希釈器６２が設けられている。排気流路６１は、燃料電池２０から排気された燃料オフガスを車外に排気するための排出手段である。パージ弁６３は、燃料オフガスの排気を制御するための弁手段である。パージ弁６３を開閉することで、燃料電池２０内の循環が繰り返されて不純濃度が増加した燃料オフガスを外部に排出し、新規の燃料ガスを導入してセル電圧の低下を防止することができる。希釈器６２は、燃料オフガスを酸化オフガスで希釈して酸化反応の生じない濃度まで希釈する希釈手段であり、例えば水素濃度低減装置である。

　一方、燃料電池システム１０の酸化ガス供給系統７には、酸化ガス供給路７１、および酸化オフガス排出路７２が配管されている。酸化ガス供給路７１は、カソードガスチャンネル２６に酸化ガス（カソードガス）を供給するための流路手段である。酸化オフガス排出路７２は、カソードガスチャンネル２６から排気される酸化オフガス（カソードオフガス）を排気するための流路手段である。

　酸化ガス供給路７１には、エアクリーナ７４、およびエアコンプレッサー７５が設けられている。エアクリーナ７４は、大気からエアを取り込んでろ過し、酸化ガス供給路７１に供給する取り込み手段であり、かつ、ろ過手段である。エアコンプレッサー７５は、取り込んだエアを図示しないモーターにより圧縮し、圧縮したエアを酸化ガスとしてカソードガスチャンネル２６に送給する駆動手段である。エアコンプレッサー７５には、エアコンプレッサー７５のエア供給圧力を検出する圧力センサ７３が設置されている。

　酸化ガス供給路７１と酸化オフガス排出路７２との間には加湿器７６が設けられている。加湿器７６は、酸化ガス供給路７１と酸化オフガス排出路７２との間で湿度を交換し、酸化ガス供給路７１の湿度を上昇させる。

　酸化オフガス排出路７２には、調圧弁７７、およびマフラー６５が設けられている。調圧弁７７は、酸化オフガス排出路７２の排気圧力を調整するレギュレータとして機能する調圧手段である。マフラー６５は、酸化オフガスの排気音を吸収する消音手段である。調圧弁７７から排出された酸化オフガスは分流される。分流された酸化オフガスの一方は、希釈器６２に流れ込み、希釈器６２内に滞留する燃料オフガスと混合希釈される。分流された酸化オフガスの他方は、マフラー６５にて吸音され、希釈器６２により混合希釈されたガスと混合されて、車外に排出される。

　燃料電池システム１０の電力系統９には、電圧センサ８４、電流センサ８６、燃料電池用ＦＣコンバーター９０、バッテリー９１、バッテリーコンピューター９２、インバーター９３、車両走行用モーター９４、インバーター９５、高電圧補機９６、リレー９７、およびバッテリー用ＤＣ－ＤＣコンバーター９８が接続されている。

　燃料電池用ＤＣ－ＤＣコンバーター（以下「ＦＣコンバーター」という。）９０は、一次側端子と二次側端子との間で電圧を変換する電圧変換手段である。具体的に、一次側端子に燃料電池２０の出力端子が接続され、一次側二次側端子にバッテリー９１の出力インバーター９３端子が接続されている、二次側端子に燃料電池２０の出力端子が接続され、一次側と二次側との間で電圧を変換する電圧変換手段である。また、バッテリー用ＤＣ－ＤＣコンバーター（以下「バッテリーコンバーター」という。）９８も、一次側端子と二次側端子との間で電圧を変換する電圧変換手段である。具体的に、一次側端子がバッテリー９１の出力端子に接続され、二次側端子がインバーター９３の入力端子に接続されており、ＦＣコンバーター９０と並列接続されている。

　具体的には、ＦＣコンバーター９０は、一次側端子に接続された燃料電池２０の出力電圧を昇圧して、二次側端子に接続されたインバーター９３の入力端子に供給する。バッテリーコンバーター９８は、燃料電池２０の発電電力が不足している場合には、一次側端子に接続されたバッテリー９１の出力電圧を昇圧して、二次側端子に接続されたインバーター９３の入力端子に供給する。また、燃料電池２０に余剰電力が発生した場合には、燃料電池２０の余剰電力がＦＣコンバーター９０およびバッテリーコンバーター９８経由でバッテリー９１に充電される。さらに、または車両走行用モーター９４への制動動作により発生する回生電力が発生した場合には、回生電力がバッテリーコンバーター９８経由でバッテリー９１に充電される。電圧変換してバッテリー９１に供給して充電させる。また、車両走行用モーター９４の要求電力に対する燃料電池２０の発電電力の不足分を補填するため、ＦＣコンバーター９０は、バッテリー９１からの放電電力を電圧変換して二次側端子に出力する。ＦＣコンバーター９０は、リレー９７を備え、一定の衝撃が加えられると出力端子が短絡されるようになっている。

　すなわち、ＦＣコンバーター９０は、二次側端子にリレー９７を備えている。リレー９７は、通常状態では導通接続を維持するようになっている。しかし、ＦＣコンバーター９０に対して一定の衝撃が加えられると、リレー９７は遮断状態となり、ＦＣコンバーター９０の二次側端子を、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から電気的に切り離すように構成されている。

　またＦＣコンバーター９０の二次側端子は、後述する電源プラグ２８３を介して、インバーター９３およびインバーター９５の入力端子、並びに、バッテリーコンバーター９８の二次側端子に、電気的に接続されるように構成されている。

　バッテリー９１は、二次電池として余剰電力や回生電力を蓄電充電する蓄電装置である。バッテリーコンピューター９２は、バッテリー９１の充電状況を監視する監視手段である。インバーター９３は、燃料電池２０の出力するＦＣコンバーター９０またはバッテリーコンバーター９８経由で供給された直流電流を三相交流電流に変換し、燃料電池２０の負荷または駆動対象となる車両走行用モーター９４に供給する直流－交流変換手段である。車両走行用モーター９４は、この燃料電池車の主たる駆動装置であり、インバーター９３からの三相交流電力電流によって駆動される駆動手段である。インバーター９５は、燃料電池システム１０を構成する各種の高電圧補機９６に交流電力を供給する直流－交流変換手段である。高電圧補機９６は、車両走行用モーター９４以外のモーターを利用した駆動手段の総称である。具体的には、冷却液ポンプ３５、水素ポンプ５５、エアコンプレッサー７５、インバーター９５等のモーター類を表す。

　電圧センサ８４は、燃料電池２０の出力電圧を測定する電圧検出手段であり、電流センサ８６は、燃料電池２０の出力電流を測定する電流検出手段である。電圧センサ８４および電流センサ８６は、燃料電池２０の出力電圧および出力電流を検出し、燃料電池２０に含まれる水分量を推測するために用いられる。

　インバーター９３および９５は、直流電流を三相交流電流に変換して、車両走行用モーター９４および高電圧補機９６にそれぞれ出力する。なお、車両走行用モーター９４には、車両走行用モーター９４の回転数を検出する回転数センサ９９が設置されている。車両走行用モーター９４は、ディファレンシャルを介して車輪であるフロントタイヤ１０１が機械的に結合されており、車両走行用モーター９４の回転力を車両の推進力に変換可能となっている。

　さらに、燃料電池システム１０には、燃料電池システム１０の発電全体を制御するための制御部８０が設置されている。制御部８０は、図示しない、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェイス回路などを備えた汎用コンピューターで構成されている。制御部８０は、一つのコンピューターで構成されていても、協働する複数のコンピューターで構成されていてもよい。制御部８０は、例えば以下のような制御を行うが、これらに限られない。

　（１）イグニッションスイッチ８２からのスイッチ信号を入力して、燃料電池システム１０を始動させたり停止させたりすること；
　（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ー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。

　（車両における燃料電池システムの配置）
　次に図２～図１０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に燃料電池車における燃料電池システムの主要な装置の配置を示す。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２の側面図および平面図に示すように、車両１００、フロントタイヤ１０１、リヤタイヤ１０２、フロントシート１０３、およびリヤシート１０４は、破線で外形が示されている。図２の側面図に示すように、搭乗者が乗り込むコンパートメント（以下「乗員室」という。）を仕切るダッシュボード１０５が太字破線により示されている。燃料電池システム１０の各構成装置は、実線で外形が示されている。図２では、燃料電池システム１０の各構成装置のうち、特に、燃料電池２０、ＦＣコンバーター９０、インバーター９３、車両走行用モーター９４、第１燃料ガスタンク４２ａ、および第２燃料ガスタンク４２ｂについての配置が例示されている。

　図２の側面図に示すように、ダッシュボード１０５で仕切られた車両１００の下側に燃料電池システム１０の各構成要素が配置されている。ダッシュボード１０５の上側は乗員室になっている。燃料電池２０は、車両の前後方向における車両全長および左右方向における車両幅のほぼ中間部であって、フロントシート１０３の下側に配置されている。ＦＣコンバーター９０は、燃料電池２０の出力端子が直接接続されるため、燃料電池２０に隣接して、燃料電池２０の前側に配置されている。搭乗者の足下を広くするため、ダッシュボード１０５には、右側フロントシート１０３Ｒと左側フロントシート１０３Ｌとの間に前後方向に盛り上がったトンネル部１０９が設けられている。ＦＣコンバーター９０は、このトンネル部１０９に収容されている。車両走行用モーター９４は、フロントタイヤ１０１を駆動するために、フロントタイヤ１０１の近傍であって車両１００の前側に配置されている。インバーター９３は、車両走行用モーター９４に電力を供給するため、車両走行用モーター９４の近傍に配置されている。第１燃料ガスタンク４２ａは、燃料電池２０に燃料ガスを供給するため、燃料電池２０の後側に配置されている。第２燃料ガスタンク４２ｂは、第１燃料ガスタンク４２ａのさらに後側に設けられている。

　上述したように、燃料電池２０およびＦＣコンバーター９０は、平面視では車両１００のほぼ中心付近であって、側面視ではダッシュボード１０５の下側に設けられている。車両１００の前後方向に延在するフレームや車両１００の幅方向に延在するクロスメンバーが、燃料電池２０およびＦＣコンバーター９０を取り囲むように配置されている。このため、車両１００の前方からの衝突の他、横方向からの衝突に対しても容易に破壊されない位置に設けられている。さらに燃料電池２０は、後述するように、本発明の燃料電池システムとしての構成を備えているので、路面干渉、すなわち、下方向からの衝突に対して極めて高い耐性を備えている。

　なお、後述の説明において、燃料電池２０は、燃料電池アセンブリ２００の形態で、ＦＣコンバーター９０は、コンバーターアセンブリ２５０の形態で、それぞれ車両１００に配置される。ＦＣコンバーター９０は本発明の関連装置の例示である。

　図３に本実施形態１における燃料電池システムの配置を含む車両底面図を示す。以下に説明するフレームやメンバー、ピラー等の各種部材は、一定の剛性を有する金属材料、例えば、アルミニウム、ＳＵＳ、鉄等で構成されるものとする。金属材料は、加工の容易さ、強度、耐性、重量、コスト等の観点から任意に選択可能である。金属材料に公知の硬化処理、例えば焼き入れや合金化を図ってもよい。

　図３に示すように、車両１００の底部全面にフロアパネル１１１が設けられている。車両１００の前部において、底部にフロントフレーム１１４および１１５が延在して設けられており、車両１００前部の骨格構造を形成している。フロントフレーム１１４および１１５の最前部には、フロントクロスメンバー１１０が設けられており、さらに図１で示したラジエータ３３が取り付けられている。フロントクロスメンバー１１０の後側には、フロントサスペンションメンバー１１２が設けられている。フロントサスペンションメンバー１１２は、フロントフレーム１１４および１１５に締結されている。フロントクロスメンバー１１０とフロントサスペンションメンバー１１２とで囲まれた領域には、図１および図２で示した車両走行用モーター９４が配置されるようになっている。

　燃料電池アセンブリ２００は、車両前側においてフロントフレーム１１４およびフロントフレーム１１５に締結されており、車両後側において第３クロスメンバー１３６に締結されている。図３に示すように、フロントフレーム１１４および１１５のフロントサスペンションメンバー１１２の締結位置の後方から燃料電池アセンブリ２００にかけて、一対のサブフレーム１１８およびサブフレーム１１９が延在している。サブフレーム１１８および１１９の端部は、燃料電池アセンブリ２００の保護構造体２２０（図５以降で後述する）にブラケット１２２およびブラケット１２３と共に締結されている。一対のサブフレーム１１８および１１９の間には、コンバーターアセンブリ２５０（図５以降で後述する）が配置されている。コンバーターアセンブリ２５０は、サブフレーム１１８および１１９に締結されている。燃料電池アセンブリ２００を構成する保護構造体２２０の底面には、アンダーパネル２４０が設けられている。またコンバーターアセンブリ２５０を構成する保護構造体２６０の底面には、アンダーパネル２７０が設けられている。

　車両１００の側面には、サイドロッカーメンバー１２８およびサイドロッカーメンバー１２９が設けられている。サイドロッカーメンバー１２８および１２９には、前側から後側にかけて、第１クロスメンバー１２６、第２クロスメンバー１３２、および第３クロスメンバー１３６が掛け渡されて締結されている。これらのクロスメンバーは、車両１００の横方向からの衝撃に対する剛性構造を提供している。燃料電池アセンブリ２００は、本願発明に係り、平面視において、前後方向においては第１クロスメンバー１２６と第３クロスメンバー１３６との間であって、幅方向においてはフロントフレーム１１４とフロントフレーム１１５との間に配置されている。

　車両１００の後部において、サイドロッカーメンバー１２８および１２９の後側からリヤタイヤ１０２の周辺に掛けて、リヤロッカーメンバー１４６およびリヤロッカーメンバー１４７が延在している。リヤロッカーメンバー１４６および１４７には、前側から後側にかけて、第４クロスメンバー１３８、第５クロスメンバー１５０、およびリヤクロスメンバー１６０が掛け渡されて締結されている。これらのクロスメンバーは、車両後部の横方向からの衝撃に対する耐性構造を提供している。リヤロッカーメンバー１４６および１４７において、第４クロスメンバー１３８の後側には、サブクロスメンバー１４４が掛け渡されており、第４クロスメンバー１３８とサブクロスメンバー１４４との間に第１燃料ガスタンク４２ａが配置されている。第４クロスメンバー１３８とサブクロスメンバー１４４との間には、バインダ１４０およびバインダ１４１が設けられており、第１燃料ガスタンク４２ａを固定している。第５クロスメンバー１５０の後部には、サブクロスメンバー１５１が掛け渡されており、第５クロスメンバー１５０とサブクロスメンバー１５１との間に第２燃料ガスタンク４２ｂが配置されている。第５クロスメンバー１５０とサブクロスメンバー１５１との間には、バインダ１５２およびバインダ１５３が設けられており、第２燃料ガスタンク４２ｂを固定している。

　なお、上記構成において、フロントサスペンションメンバー１１２の中央部後側には、切り欠き状の変形促進部１１３が設けられている。変形促進部１１３は、車両前方から衝突の衝撃が加わり、フロントサスペンションメンバー１１２がコンバーターアセンブリ２５０に当接すると、容易に変形して折れ曲がってエネルギーを吸収する。そのため、それ以上、コンバーターアセンブリ２５０が後退することを抑制可能になっている。

　図４に本実施形態１における燃料電池システムの配置を含む車両側面図を示す。
　図４に示すように、車両走行用モーター９４は、取付ゴム１３１を介して、フロントサスペンションメンバー１１２に設けられたモーターマウント１３０に締結されている。車両前方からの衝突の衝撃が加わると、車両走行用モーター９４が後退し、フロントサスペンションメンバー１１２が後退するような構造になっている。図２でも前述したように、ダッシュボード１０５の一部であってフロントシート１０３Ｒおよび１０３Ｌの間に設けられたトンネル部１０９の内部に、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が配置されている。燃料電池アセンブリ２００は、アンダーパネル２４０が底面に設けられた保護構造体２２０に、燃料電池ユニット２０１が設置されて構成されている。コンバーターアセンブリ２５０は、アンダーパネル２７０が設けられた保護構造体２６０に、ＦＣコンバーター９０が設置されて構成されている。サイドロッカーメンバー１２８および１２９の前方からはフロントピラー１０６が立設し、中央部からはセンターピラー１０７が立設している。リヤロッカーメンバー１４６の中央部からはリヤピラー１０８が立設している。図３で前述したように、サイドロッカーメンバー１２８および１２９は、第１クロスメンバー１２６、第２クロスメンバー１３２、第３クロスメンバー１３６により、燃料電池アセンブリ２００を囲む骨格構造が構成されている。

　なお、上記構成において、各フレーム、メンバー、ピラーはいずれも、板金に起伏構造を設けた構造、または、そのような板金を複数組み合わせた剛性強化構造を備えている。このような構造を採用することによって、軽量で高い機械的強度を提供可能となっている。

　（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の構造）
　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２～図４に示す車両１００には、コンバーターアセンブリ２５０が前側、燃料電池アセンブリ２００が後側になるように設置される。

　（燃料電池アセンブリ２００）
　図５に示すように、燃料電池アセンブリ２００は、保護構造体２２０の上面に燃料電池ユニット２０１が設置されて構成されている。保護構造体２２０の下面（底面／裏面）側にはアンダーパネル２４０が設置されている。燃料電池ユニット２０１は、上側ハウジング２０２と下側ハウジング２０３とを上側フランジ２０４および下側フランジ２０６を整合させて締結することで構成される。保護構造体２２０は、枠構造体２２１の対向する二辺上に傾斜フレーム２３４および傾斜フレーム２３５が設けられている。枠構造体２２１の前側の角部には、取付部２２６および取付部２２７が設けられ、後側の角部には、取付部２２４および取付部２２５が設けられている。取付部２２６および２２７において、図３に示すフロントフレーム１１４および１１５に締結され、取付部２２４および２２５において、図３に示す第３クロスメンバー１３６に締結されるようになっている。

　図５に示すように、保護構造体２２０は、傾斜フレーム２３４または２３５が車両幅方向を向くように、図２～図４に示す車両１００に取り付けられる。燃料電池ユニット２０１も、上側フランジ２０４および下側フランジ２０６のうち、傾斜している部分が車両幅方向を向くように保護構造体２２０に取り付けられる。このとき、図５に示すように、燃料電池ユニット２０１は、上側フランジ２０４および下側フランジ２０６の傾斜方向が、保護構造体２２０の傾斜フレーム２３４および２３５の傾斜方向と反対向きになるように保護構造体２２０に取り付けられる。このような構成を採用することにより、本実施形態における燃料電池アセンブリ２００は、車両横方向からの衝撃に格段に強い構造となっている。

　図６に、実施形態１における燃料電池アセンブリ２００の分解斜視図を示す。
　図６に示すように、燃料電池アセンブリ２００は、保護構造体２２０の上面側に燃料電池ユニット２０１が設置され、下面（底面）側にアンダーパネル２４０が設置されて構成される。

　アンダーパネル２４０は、図２に示す車両底面からの衝突（路面干渉）から燃料電池ユニット２０１を保護するための保護手段である。アンダーパネル２４０の四隅には、保護構造体２２０の底面に取り付けるための締結穴２４１が設けられている。アンダーパネル２４０の詳しい構造については、図８において後述する。

　図６に示すように、燃料電池ユニット２０１は、保護構造体２２０の上側から取り付けられ、アンダーパネル２４０は、保護構造体２２０の下側から取り付けられる。具体的には、燃料電池ユニット２０１は、保護構造体２２０の枠構造体２２１の内側に設けられた取付座２３６の上面側に、燃料電池ユニット２０１の底面２１３が接するように設置される。アンダーパネル２４０は、枠構造体２２１の内側に設けられた取付座２３６の裏面に嵌められる。そして、アンダーパネル２４０の下側から、アンダーパネル２４０に設けられた締結穴２４１のそれぞれに、締結部材であるボルト２０８が挿通される。ボルト２０８はさらに、取付座２３６に設けられた締結穴２３７のそれぞれに挿通され、燃料電池ユニット２０１の底面２１３に設けられたネジ穴に螺合される。この締結により、燃料電池ユニット２０１およびアンダーパネル２４０が保護構造体２２０と一体化され、燃料電池アセンブリ２００が構成される。

　このようにして一体化された保護構造体２２０は、図２～４に示す車両１００に取り付けられる。まず、保護構造体２２０の車両前側の取付部２２６および２２７は、図３に示すフロントフレーム１１４および１１５に取り付けられる。取付部２２６は、その締結穴２３０とフロントフレーム１１４の締結穴１１６とに、締結部材であるボルト２０８が一方側から挿通され、他方側からナット２０９が螺合されることにより締結される。取付部２２７は、その締結穴２３１とフロントフレーム１１５の締結穴１１７とにボルト２０８が一方側から挿通され、他方側からナット２０９が螺合されることにより締結される。

　また図６に示すように、保護構造体２２０の車両前側の辺部材は、ブラケット１２２および１２３を補強部材として、図３に示すサブフレーム１１８および１１９に強固に締結される。保護構造体２２０の車両前側の辺部材に設けられた締結穴２３２は、サブフレーム１１８の締結穴１２０、およびブラケット１２２の締結穴１２４と整合するよう位置決めされる。そして、締結部材であるボルト２０８が一方側から挿通されて、他方側からナット２０９が螺合されて、サブフレーム１１８の端部に締結される。また保護構造体２２０の車両前側の辺部材に設けられた締結穴２３３は、サブフレーム１１９の締結穴１２１、およびブラケット１２３の締結穴１２５と整合するよう位置決めされる。そして、ボルト２０８が一方側から挿通されて、他方側からナット２０９が螺合されて、サブフレーム１１９の端部に締結される。ブラケット１２２および１２３を補強部材として用いているので、サブフレーム１１８および１１９と保護構造体２２０との締結は極めて強固になっている。さらにブラケット１２２および１２３を、保護構造体２２０と溶接により固定してもよい。溶接による固定を適用することにより、ボルトやナットなどの締結部材により固定した場合より、さらに強固な締結が行える。

　また保護構造体２２０の車両後側の角部に設けられた取付部２２４および２２５は、図３に示す第３クロスメンバー１３６に締結される。すなわち、取付部２２４および２２５の締結穴２２８および２２９と第３クロスメンバー１３６の締結穴１３７とが位置決めされ、ボルト２０８が一方側から挿通されて、他方側からナット２０９が螺合されて締結される。

　燃料電池ユニット２０１は、上側フランジ２０４および下側フランジ２０６のうち傾斜している部分が配置される側面２１０および２１１が、車両幅方向を向くように取付座２３６に取り付けられている。フランジが設けられた面が車両幅方向を向くことで、燃料電池ユニット２０１の横方向からの衝突に対する衝撃耐性を高めることができるからである。

　また燃料電池ユニット２０１は、上側フランジ２０４および下側フランジ２０６の傾斜している部分が、車両前側から車両後側にかけて低くなっていくような向きで保護構造体２２０に締結されている。一方、保護構造体２２０の傾斜フレーム２３４および２３５は、車両前部から車両後部にかけて高くなるように配置されている。このため、燃料電池ユニット２０１におけるフランジの傾斜方向が、保護構造体２２０の傾斜フレーム２３４および２３５の傾斜方向と反対向きになるように、燃料電池ユニット２０１が保護構造体２２０に取り付けられている。このように、対向する位置に配置された傾斜構造体を互いに逆向きになるよう配置することで、燃料電池アセンブリ２００の機械的強度を一段と高めることが可能である。衝撃に対して極めて剛性の高い交差構造が生じているからである。
　（コンバーターアセンブリ２５０）
　前述した図５および図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７は、コンバーターアセンブリ２５０の構造を説明する底面斜視図である。

　図５および図７に示すように、コンバーターアセンブリ２５０は、保護構造体２６０の上面側にＦＣコンバーター９０が設置され、下面（底面）側にアンダーパネル２７０が設置されている。

　ＦＣコンバーター９０は、上側ハウジング２５１と下側ハウジング２５２とにより構成されている。ＦＣコンバーター９０の前面２５５には、冷却液入口２５３および冷却液出口２５４が設けられている。ＦＣコンバーター９０の後側には電源ケーブル２５６が設けられており、端子コネクタ２５７によって燃料電池ユニット２０１内部に設けられる燃料電池２０と電気的に接続されるようになっている。ＦＣコンバーター９０の後側底面にはリレー部２５８が設けられており、図１に示すリレー９７が収納されている。リレー部２５８は、一定以上の衝突の衝撃が加わることにより、ＦＣコンバーター９０内の二次側端子を、インバーター９３およびインバーター９５の入力端子、並びに、バッテリーコンバーター９８の二次側端子と電気的に切り離すようになっている。

　またＦＣコンバーター９０の後部には先端に電源プラグ２８３が設けられた電源ケーブル２８２が接続されており、車両走行用モーター９４に電力を供給可能に構成されている。

　保護構造体２６０は、路面干渉、すなわち車両の下面側からの衝突の衝撃からＦＣコンバーター９０を保護する保護手段である。保護構造体２６０は、取付部２６３および２６５が設けられた枠構造体２６１の下面（底面）にアンダーパネル２７０が設けられている。

　保護構造体２６０の車両後側には、取付部２６３が設けられており、車両前側には、取付部２６５が設けられている。取付部２６３および２６５は、保護構造体２６０を対角線の４点で保持する部材となっており、図示するような屈曲構造を備えている。車両後側の取付部２６３は、その先端に車両幅方向に開いた締結溝２６４を有している。一方、車両前側の取付部２６５は、その先端に車両前方に開いた締結溝２６６を有している。一対の取付部２６３および一対の取付部２６３は、それぞれの締結溝２６４および２６６にボルト２８１を挿通させて、サブフレーム１１８および１１９の締結穴に締結されるようになっている。車両前側の取付部２６５の締結溝２６６は車両前方向に開いているのに対し、車両後側の取付部２６３の締結溝２６４は車両幅方向に開いている。よって、車両前側からコンバーターアセンブリ２５０に衝撃が加えられた場合には、車両前側の取付部２６５の締結溝２６６が車両後側の取付部２６３の締結溝２６４よりも容易にボルト２８１の締結から外れ易くなっている。枠構造体２６１の４つの内角部には、それぞれ取付座２６２が設けられている。取付座２６２の各々には締結穴２６７が設けられている。

　アンダーパネル２７０は、図２に示す車両下面からの衝突（路面干渉）からＦＣコンバーター９０を保護するための保護手段である。アンダーパネル２７０の四隅には、保護構造体２６０の取付座２６２に取り付けるための締結穴２７１が設けられている。アンダーパネル２７０の詳しい構造については、図８において後述する。

　保護構造体２６０の前側には、反り返るように張り出した衝撃抑制部２６８が設けられている。衝撃抑制部２６８は、枠構造体２６１と一体成形されている。ただし、衝撃抑制部２６８を枠構造体２６１とは別の構造体として、ＦＣコンバーター９０に取り付けるように構成してもよい。衝撃抑制部２６８は、張り出し面の法線が下側前方を向くように形成されている。このような構造を有することにより、前方下方からの衝撃を効果的に受けることが可能となる。

　（アンダーパネル２４０および２７０）
　次に、本実施形態におけるアンダーパネル２４０および２７０の構造について説明する。保護構造体２２０に設置されるアンダーパネル２４０と保護構造体２６０に設置されるアンダーパネル２７０とは、外形形状を除き、内部構造が類似している。以下の説明では、双方の構造を併せて説明する。括弧書き内でコンバーターアセンブリ２５０における構造の符号等であることを示すものとする。

　図８は、本実施形態１におけるアンダーパネル２４０（２７０）の構造を説明する分解斜視図である。図８（Ａ）はアンダーパネル２４０（２７０）と枠構造体２２１（２６１）との構造を示す分解斜視図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のVIIIb断面におけるアンダーパネル２４０（２７０）の断面図である。

　図８に示すように、アンダーパネル２４０（２７０）は、保護構造体２２０（２６０）の枠構造体２２１（２６１）に下側から組み合わせられ、それぞれ燃料電池ユニット２０１（図６参照）（ＦＣコンバーター９０（図７参照））に取り付けられる。

　この構造によれば、燃料電池ユニット２０１（ＦＣコンバーター９０）とアンダーパネル２４０（２７０）との間には枠構造体２２１（２６１）の存在により間隙が確保される。このような間隙は気体の流通を可能とし、燃料ガス等を換気するための流路を提供する。また、車両１００の走行面からの衝撃（路面干渉）は、最底面に設けられるアンダーパネル２４０（２７０）が受けて衝撃を吸収するので、燃料電池ユニット２０１（ＦＣコンバーター９０）を路面干渉の直接的な衝撃から保護することが可能である。

　また図８に示すように、アンダーパネル２４０（２７０）は、補強フレーム２４３を含んで構成される。補強フレーム２４３の枠構造の内部は、カーボンファイバー２４４により充填されている。カーボンファイバーは、例えば、アクリル繊維等を焼成して製造された繊維の集合体である。アンダーパネル２４０（２７０）は、補強フレーム２４３の枠構造体の内部にカーボンファイバー２４０を充填することによって構成される。このようなカーボンファイバーは、耐摩耗性、耐熱性、熱伸縮性、耐酸性、低電気伝導度、耐引張力に優れている。特にカーボンファイバーはアルミニウム等の金属よりも軽量であり、軽量化が命題の一つとなる車両に搭載する保護構造として適している。また、アンダーパネル２４０（２７０）は、補強フレーム２４３を含んでいるので、パネル全体を金属板で構成した場合に比べ大幅に軽量化しながら、パネル全体の剛性を高めることが可能である。

　なお、カーボンファイバー２４４は、繊維方向が整っているものを適用してもよいが、繊維を十文字に編み上げて構成されるカーボンクロスを用いることはさらに好ましい。カーボンクロスは、カーボンファーバーが編み上げてあるので、さらに強度を増すことができるからである。

　（燃料電池ユニット２０１における電気系部品収納）
　図９に、電気系部品の収納空間を説明する燃料電池ユニット２０１の模式断面図を示す。図９は、図６におけるIX断面における燃料電池アセンブリ２００の模式的な断面図である。

　図９に示すように、燃料電池ユニット２０１内において、燃料電池２０は、脚部２０７に締結されている。具体的には、脚部２０７は、枠構造体２２１の取付座２３６に設けられた締結穴２３７およびアンダーパネル２４０の締結穴２４１に対応した位置に設けられている。そしてアンダーパネル２４０の裏面側から締結穴２４１および２３７に挿通されたボルト２０８が脚部２０７に挿通され、燃料電池２０に締結されるようになっている。

　ここで、燃料電池ユニット２０１は、燃料電池２０の上側に上部空間Ａａを形成し、燃料電池２０の下側に下部空間Ａｂを形成するような大きさに設けられている。これら上部空間Ａａおよび下部空間Ａｂには、燃料電池２０に関連する電気系部品が収納されている。

　本実施形態において、燃料電池ユニット２０１が設置される保護構造体２２０は、アンダーパネル２４０が底面側に設けられているため、極めて強固な保護構造を提供している。このため、保護構造体２２０により保護される保護構造体２２０の上面側の空間は、下側からの衝撃に対して十分に保護されているといえる。そこで、本実施形態では、機械的に脆弱であると思われる電気系部品を積極的に保護構造体２２０の上面側に配置したのである。具体的には、そのような電気系部品は、燃料電池２０の内部温度を計測する温度センサ３２および３６（図１参照）や燃料電池セルの電圧を計測するセルモニタ等のセンサ類が挙げられる。

　またＦＣコンバーター９０が設置される保護構造体２６０の上面側に電気系部品を設けてもよい。例えば、ＦＣコンバーター９０の後部に設けられたリレー部２５８は、保護構造体２６０によって路面干渉から保護されている。

　（保護構造体２２０と２６０との高さ調整）
　図１０に、コンバーター９０が設けられる保護構造体２６０と燃料電池ユニット２０１が設けられる保護構造体２２０とを設置する高さを説明する模式的な側面図を示す。図１０に示すように、燃料電池ユニット２０１が設けられる保護構造体２２０の底面となるアンダーパネル２４０は、関連装置であるＦＣコンバーター９０が設けられる保護構造体２６０の底面となるアンダーパネル２７０より高い位置に設けられている。すなわち、燃料電池アセンブリ２００の底面は、コンバーターアセンブリ２５０の底面に比べ高差Δｈだけ高い位置に配置されている。

　このような高差Δｈを設けることにより、燃料電池ユニット２０１を下面側からの衝突の衝撃（路面干渉）から効果的に保護することが可能である。例えば、図１０に示すように、車両１００の走行中に障害物Ｒにフロアパネル１１１が接触したとする。この障害物Ｒとの衝突の衝撃は、フロアパネル１１１の変形により一部吸収されるが、フロアパネル１１１の変形により、衝撃の一部がその上に配置された装置に及ぶ。このとき、コンバーターアセンブリ２５０のアンダーパネル２７０が低い位置に配置されているため、アンダーパネル２７０が変形したフロアパネル１１１に接触して衝突の衝撃を受ける。アンダーパネル２７０は、補強フレーム２４３およびカーボンファイバー２４４により強固な保護障壁となっている。また、アンダーパネル２７０を底面に設置する保護構造体２６０は、図３に示すサブフレーム１１８および１１９に締結されている。よって、アンダーパネル２７０が受けた衝突の衝撃は、保護構造体２６０を介してサブフレーム１１８および１１９に伝達され、サブフレーム１１８および１１９の振動や変形により吸収される。このため、燃料電池ユニット２０１に衝突の衝撃が及ぼされることが抑制され、衝突の衝撃に弱い燃料電池２０を効果的に保護することが可能となっている。

　燃料電池アセンブリ２００の底面とコンバーターアセンブリ２５０の底面との高差Δｈをどの程度設けるかは、保護が必要とされる衝撃の大きさと乗員室の容積とのバランスを考慮して定める。高差Δｈが大きければ大きい程、より大きい衝撃まで燃料電池２０を保護可能である。しかし、高差Δｈを大きくすればするほど、トンネル部１０９やフロントシート１０３の高さを高くしなければならず、乗員室の容積が減少する。

　（本実施形態１における利点）
　（１）本実施形態１に係る燃料電池システムによれば、燃料電池ユニット２０１はアンダーパネル２４０が底面に設けられた保護構造体２２０に設置され、ＦＣコンバーター９０はアンダーパネル２７０が底面に設けられた保護構造体２６０に設置される。よって、燃料電池ユニット２０１およびＦＣコンバーター９０とアンダーパネル２４０および２６０との間には間隙が確保され、燃料ガス等を換気することが可能となる。また、最下面にアンダーパネル２４０および２７０を設けるので、下面からの衝撃から燃料電池ユニット２０１やＦＣコンバーター９０を効果的に保護することが可能である。

　（２）本実施形態１に係る燃料電池システムによれば、アンダーパネル２４０および２６０は補強フレーム２４３を含んでいるので、パネル全体の剛性を高めることが可能である。

　（３）本実施形態１に係る燃料電池システムによれば、アンダーパネル２４０および２６０はカーボンファイバー２４４を含んで構成されているので、耐摩耗性、耐熱性、熱伸縮性、耐酸性、低電気伝導度、耐引張力に優れたアンダーパネルを提供可能である。特にカーボンファイバーはアルミニウム等の金属よりも軽量であるため、車両に搭載する保護構造として適する。

　（４）本実施形態１に係る燃料電池システムによれば、ＦＣコンバーター９０が設けられる保護構造体２６０に前進方向からの衝撃を抑制する衝撃抑制部２６８を備えている。よって、衝撃抑制部２６８が前進方向からの衝撃を抑制するので、特に走行中の車両１００に搭載された場合に想定される前方下方からの衝撃を効果的に緩和することが可能である。

　（５）本実施形態１に係る燃料電池システムによれば、燃料電池ユニット２０１が設けられる保護構造体２２０がフロントフレーム１１４および１１５、サブフレーム１１８および１１９、並びに第３クロスメンバー１３６に締結される。またＦＣコンバーター９０が設けられる保護構造体２６０が、サブフレーム１１８および１１９に締結される。よって、保護構造体２２０および２６０が車両の構造物に締結されるので、比較的剛性の低い燃料電池ユニット２０１やＦＣコンバーター９０を衝突の衝撃から効果的に保護することが可能である。

　（６）本実施形態１に係る燃料電池システムによれば、燃料電池アセンブリ２００の底面は、コンバーターアセンブリ２５０の底面に比べ高差Δｈだけ高い位置に配置されている。よって、走行面からの衝突の衝撃をＦＣコンバーター９０の保護構造体２６０が受けるので、特に走行面からの衝突の衝撃に弱い燃料電池２０を効果的に保護することが可能である。

　（７）燃料電池ユニット２０１の内部には、燃料電池２０の上部に上部空間Ａａが設けられ、下部に下部空間Ａｂが設けられ、機械的強度が低く壊れやすい電気系部品が収納される。このため、保護構造体２２０により下側からの衝撃に守られた空間を効果的に利用することが可能である。

　（実施形態２）
　本発明の実施形態２は、アンダーパネルの変形例に関する。
　図１１に本実施形態２におけるアンダーパネル２４０ｂの構造を説明する。図１１（Ａ）はアンダーパネル２４０ｂの構造を示す斜視図である。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）のXIb断面におけるアンダーパネル２４０ｂの断面図である。

　本実施形態に係るアンダーパネル２４０ｂは、保護構造体２２０に設置することも保護構造体２６０に設置することも可能である。また、保護構造体２２０および２６０のいずれか一方を本実施形態２に係るアンダーパネル２４０ｂとし、他方を上記実施形態１に係るアンダーパネル２４０（２７０）として適用することも可能である。

　図１１（Ｂ）に示すように、アンダーパネル２４０ｂは、パネル２４５にカーボンファイバー層２４６がコーティングされて構成されている。パネル２４５の材料は、一定の剛性を有する金属材料、例えば、アルミニウム、ＳＵＳ、鉄等で構成されるものとする。カーボンファイバー層２４６は、アクリル繊維等を焼成して製造されたカーボンファイバーをパネル２４５の片面または両面に塗布することによって形成される。

　アンダーパネル２４０ｂ全体の強度は、パネル２４５の強度とカーボンファイバー層２４６の強度とを併せた強度となる。よって、形成するカーボンファイバー層２４６の厚みに応じて、パネル２４５の厚みを薄くすることが可能である。

　本実施形態２に係るアンダーパネル２４０ｂによれば、カーボンファイバーを塗布して形成されるカーボンファイバー層２４６を備えるので、耐摩耗性、耐熱性、熱伸縮性、耐酸性、低電気伝導度、耐引張力に優れたパネルを提供可能である。

　また、アルミニウム等の金属よりも軽量であるカーボンファイバー層２４６を厚くし、パネル２４５を薄くすることで、パネル全体の強度を維持しながらパネルの軽量化を図ることが可能である。

　従って、本実施形態２に係るアンダーパネル２４０ｂを保護構造体２２０や２６０の底面に設置することにより、燃料電池ユニット２０１やＦＣコンバーター９０を下側からの衝突の衝撃から保護しつつ、車両１００の軽量化を図ることができる。

　なお、カーボンファーバー層２４６をカーボンクロスで構成してもよい。カーボンクロスで構成すれば、さらに強度を上げることができるからである。

　（その他の変形例）
　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。
　（１）例えば、上記実施形態では、保護対象である関連装置としてＦＣコンバーター９０を例示したが、その他の装置であってもよい。例えば、バッテリーコンバーター９８、インバーター９３やインバーター９５、バッテリー９１、その他の電気系統９や冷却液供給系統３、燃料ガス供給系統４、および酸化ガス供給系統７の構成要素を保護対象としてもよい。

　（２）上記実施形態における保護構造体２２０や２６０の構造、アンダーパネル２４０、２４０ｂ、および２７０の構造は例示に過ぎず、軽量化を図りながら機械的強度を向上させることができる公知の構造を種々に適用することが可能である。

　（３）上記実施形態では、ＦＣコンバーター９０が設けられた保護構造体２６０に衝撃抑制部２６８を設けたが、燃料電池ユニット２０１が設けられた保護構造体２２０に衝撃抑制部を設けてもよい。前方下方からの衝撃が加わる位置に設置される保護構造体に衝撃抑制部を設ければ、前方下方からの衝撃を効果的に緩和することが可能だからである。

　（４）上記実施形態では、燃料電池ユニット２０１の内部に電気系部品を収容する空間ＡａおよびＡｂを設けたが、燃料電池ユニット２０１の外側に電気系部品を収容してもよい。またＦＣコンバーター９０と保護構造体２６０との間またはＦＣコンバーター９０の上部に電気系部品を収容するように構成してもよい。また、収容する部品は電気系部品に限られない。衝撃耐性が低い部品であれば、保護構造体２２０や２６０によって保護される空間に収容して保護することが妥当である。

産業上の利用の可能性

　本発明に係る燃料電池システムは、車両に燃料電池システムを搭載した燃料電池車のみならず、燃料電池を衝撃から保護する必要のあるあらゆる移動体に適用可能である。そのような移動体として、鉄道、船舶、航空機、潜水艇等に適用可能である。本発明に係る燃料電池システムとしての構成を備えていれば、どのような形態の移動体であっても、下部からの衝突の衝撃から心臓部である燃料電池や関連装置を効果的に保護することが可能である。特に、重量に制限のある移動体であっても、本発明を適用することにより、軽量な構造により、燃料電池や関連装置を衝撃から効果的に保護することが可能である。

３…冷却液供給系統、４…燃料ガス供給系統、７…酸化ガス供給系統、９…電力系統、１０…燃料電池システム、２０、２０ｂ、２０ｃ…燃料電池、２１…高分子電解質膜、２２…アノード極、２３…カソード極、２４…膜・電極接合体、２５…アノードガスチャンネル、２６…カソードガスチャンネル、３１…冷却路、３２…温度センサ、３３…ラジエータ、３４…バルブ、３５…冷却液ポンプ、３６…温度センサ、４０…燃料ガス供給路、４２…燃料ガス供給装置、４２ａ…第１燃料ガスタンク、４２ｂ…第２燃料ガスタンク、４３…元弁、４４…圧力センサ、４５…イジェクター、４６…遮断弁、５１…循環経路、５２…遮断弁、５３…気液分離器、５４…排出弁、５５…水素ポンプ、５７…回転数センサ、５８、５９…圧力センサ、６１…排気流路、６２…希釈器、６３…パージ弁、６５…マフラー、７１…酸化ガス供給路、７２…酸化オフガス排出路、７３…圧力センサ、７４…エアクリーナ、７５…エアコンプレッサー、７６…加湿器、７７…調圧弁、８０…制御部、８２…イグニッションスイッチ、８４…電圧センサ、８６…電流センサ、９０…燃料電池用ＤＣ－ＤＣコンバーター（ＦＣコンバーター）、９１…バッテリー、９２…バッテリーコンピューター、９３、９５…インバーター、９４…車両走行用モーター、９６…高電圧補機、９７…リレー、９８…バッテリー用ＤＣ－ＤＣコンバーター（バッテリーコンバーター）、９高電圧補機９…回転数センサ、１００…車両、１０１…フロントタイヤ、１０２…リヤタイヤ、１０３…フロントシート、１０３Ｌ…左側フロントシート、１０３Ｒ…右側フロントシート、１０４…リヤシート、１０５…ダッシュボード、１０６…フロントピラー、１０７…センターピラー、１０８…リヤピラー、１０９…トンネル部、１１０…フロントクロスメンバー、１１１…フロアパネル、１１２…フロントサスペンションメンバー、１１３…変形促進部、１１４、１１５…フロントフレーム、１１６、１１７、１２０、１２１、１２４、１２５、１３７、２０５、２０７、２２８－２３３、２４２-２４５…締結穴、１１８、１１９…サブフレーム、１２２、１２３…ブラケット、１２６…第１クロスメンバー、１２８、１２９…サイドロッカーメンバー、１３０…モーターマウント、１３１…取付ゴム、１３２…第２クロスメンバー、１３６…第３クロスメンバー、１３８…第４クロスメンバー、１４０、１４１、１５２、１５３…バインダ、１４４、１５１…サブクロスメンバー、１４６、１４７…リヤロッカーメンバー、１５０…第５クロスメンバー、１６０…リヤクロスメンバー、２００…燃料電池アセンブリ、２０１…燃料電池ユニット、２０２…上側ハウジング、２０３…下側ハウジング、２０４…上側フランジ、２０６…下側フランジ、２０７…脚部、２２０、２６０…保護構造体、２２１、２６１…枠構造体、２２４－２２７…取付部、２３４、２３５…傾斜フレーム、２３６、２６２…取付座、２３７、２６７…締結穴、２４０、２４０ｂ、２７０…アンダーパネル、２４１、２７１…締結穴、２４３…枠構造体、２４４…カーボンファイバー、２４５…パネル、２４６…カーボンファイバーコーティング層、２５０…コンバーターアセンブリ、２５１、２５２…上側ハウジング、２５３…冷却液入口、２５４…冷却液出口、２５５…前面、２５６、２８２…電源ケーブル、２５７…端子コネクタ、２５８…リレー部、２６３、２６５…取付部、２６４、２６６…締結溝、２６８…衝撃抑制部、２８３…電源プラグ、Ａａ、Ａｂ…収納空間、Ｒ…障害物、Δｈ…底面高差

Claims (8)

1. 　燃料電池を収容する燃料電池ユニットと、
   　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および前記関連装置の各々は、保護構造体に設けられており、
   　前記燃料電池ユニットが設けられる前記保護構造体、または、前記関連装置が設けられる前記保護構造体の少なくとも一方は、前記保護構造体の底面にアンダーパネルを備える、
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 　前記アンダーパネルは、補強フレームを含んで構成されている、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 　前記アンダーパネルには、カーボンファイバーを含んで構成されている、
   請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 　前記関連装置が設けられる前記保護構造体または前記燃料電池ユニットが設けられる前記保護構造体の少なくとも一方は、前記前進方向からの衝撃を抑制する衝撃抑制部を備えている、
   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。
5. 　前記燃料電池システムは、車両に搭載されており、
   　前記燃料電池ユニットが設けられる前記保護構造体および前記関連装置が設けられる保護構造体が、前記車両を構成するフレームに締結されている、
   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。
6. 　前記燃料電池ユニットが設けられる前記保護構造体は、前記関連装置が設けられる前記保護構造体よりも、前記車両の走行面からの高さが高い位置に配置されている、
   請求項４に記載の燃料電池システム。
7. 　前記燃料電池と前記燃料電池ユニットが設けられる前記保護構造体との間には、電気系部品が収納されている、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
8. 　走行面上を移動可能に構成された車両であって、
   　燃料電池を収容する燃料電池ユニットと、
   　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および前記関連装置の各々は、保護構造体に設けられており、
   　前記燃料電池ユニットが設けられる前記保護構造体、または、前記関連装置が設けられる前記保護構造体の少なくとも一方は、前記保護構造体の底面にアンダーパネルが設けられている、
   ことを特徴とする車両。

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