(57)【要約】【課題】従来よりも円滑に、燃料電池スタックから水素タンクへの荷重伝達を可能とする。【解決手段】第一水素タンク１０の底面１４は、燃料電池スタック２０に対して露出される。ダッシュパネル３０は、その車幅方向中央３２が、車幅方向側方部３３Ａ，３３Ｂよりも車両後方に凹むように形成される。第一水素タンク１０の底面１４の半球頂点１４Ａは、ダッシュパネル３０の車幅方向中央３２と車幅方向位置が揃えられ、さらに、ダッシュパネル３０の車幅方向中央３２と車両前後方向位置が揃えられるか、またはダッシュパネル３０の車幅方向中央３２よりも車両前方に配置される。【選択図】図３
2020104563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒部と、前記円筒部の長手方向一端に設けられ水素ガスノズルが挿入される口金が設けられた充填部と、前記円筒部の長手方向他端に設けられた半球状の底面と、を備え、前記底面が車両前方に向けられた状態で、車室の床板を構成するフロアパネル下の車幅方向中央に配置される、水素タンクと、
前記車室前方のフロントコンパートメントに設けられるとともに、前記水素タンクの車両前方に配置される燃料電池スタックと、
前記車室と前記フロントコンパートメントとを隔てるダッシュパネルと、
を備え、
前記水素タンクの前記底面は、前記燃料電池スタックに対して露出され、
前記ダッシュパネルは、その車幅方向中央が、車幅方向側方部よりも車両後方に凹むように形成され、
前記水素タンクの前記底面の半球頂点は、前記ダッシュパネルの車幅方向中央と車幅方向位置が揃えられ、さらに、前記ダッシュパネルの車幅方向中央と車両前後方向位置が揃えられるか、または前記ダッシュパネルの車幅方向中央よりも車両前方に配置される、
燃料電池車両の前部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素タンクが搭載される燃料電池車両の前部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池車両には、燃料電池スタックの燃料極（負極）に水素を送り込むための水素タンクが搭載される。例えば特許文献１では、車室（キャビン）の床板を構成するフロアパネル下に水素タンクが配置される。
【０００３】
水素タンクは、その長手方向が車両前後方向に向けられる、いわゆる縦置き配置される。例えば水素タンクは、当該タンクの底面が車両前方に配置され、底面と対向する上面の口金が車両後方に配置される。また車室に対する位置として、タンク底面がダッシュボードよりも後方となるように、水素タンクが配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１４９３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、水素タンクには耐荷重性能が要求される。例えば万が一車両が衝突破壊された場合であっても水素タンクから水素漏洩が起こらないレベルの耐荷重性能が要求される。このような要求に応えるために、水素タンクは、例えば車両の衝突試験において水素タンクに入力される衝突荷重よりも遥かに高い荷重（例えば１０倍程度）に耐え得る仕様となる場合がある。このような場合、すなわち通常の車両衝突時の荷重に十分耐え得る頑強な水素タンクを備える場合においては、水素タンクを衝突衝撃の伝達経路として積極的に利用することが考えられる。
【０００６】
例えば水素タンクが配置される車室の前方には、フロントコンパートメントが設けられる。フロントコンパートメントには、燃料電池スタック等の高剛性の機器が搭載される。例えば車両の前面衝突（以下適宜これを前突と記載する）時に、障害物（バリア）によって燃料電池スタックが後方に押しやられる。この燃料電池スタックを水素タンクが受け止めることで、水素タンクに衝突荷重が伝達される。
【０００７】
そこで本発明は、従来よりも円滑に、燃料電池スタックから水素タンクへの荷重伝達が可能な、燃料電池車両の前部構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は燃料電池車両の前部構造に関する。当該構造は、水素タンク、燃料電池スタック及びダッシュパネルを備える。水素タンクは、円筒部と、円筒部の長手方向一端に設けられ水素ガスノズルが挿入される口金が設けられた充填部と、円筒部の長手方向他端に設けられた半球状の底面と、を備える。また水素タンクは、底面が車両前方に向けられた状態で、車室の床板を構成するフロアパネル下の車幅方向中央に配置される。燃料電池スタックは、車室前方のフロントコンパートメントに設けられるとともに、水素タンクの車両前方に配置される。ダッシュパネルは、車室とフロントコンパートメントとを隔てる。水素タンクの底面は、燃料電池スタックに対して露出される。ダッシュパネルは、その車幅方向中央が、車幅方向側方部よりも車両後方に凹むように形成される。水素タンクの底面の半球頂点は、ダッシュパネルの車幅方向中央と車幅方向位置が揃えられ、さらに、ダッシュパネルの車幅方向中央と車両前後方向位置が揃えられるか、またはダッシュパネルの車幅方向中央よりも車両前方に配置される。
【０００９】
上記構成によれば、水素タンクの底面が燃料電池スタックに対して露出され、両者の間に剛性部材等が配置されないことから、前突時には水素タンクから燃料電池スタックに直接衝突荷重を伝達可能となる。さらにダッシュパネルの車幅方向中央を車両後方に凹ませて、水素タンクの底面の半球頂点をダッシュパネルと車両前後方向で一致させるか、ダッシュパネルよりも前方に突出させることで、前突時にはダッシュパネルによる阻害（割り込み）が構造上抑制され、燃料電池スタックが水素タンクに突き当たることが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来よりも円滑に、燃料電池スタックから水素タンクへの荷重伝達が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る燃料電池車両を例示する底面図である。
【図２】本実施形態に係る燃料電池車両の前部構造を例示する斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面を例示する図である。
【図４】前突時の様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に、本実施形態に係る燃料電池車両の底面図が例示され、また図２に、当該車両の前部構造の斜視図が例示される。さらに図３には、図１のＡ−Ａ断面図が例示される。なお、図１−図４において、車両前後方向が記号ＦＲで表される軸で示され、車幅方向が記号ＲＷで表される軸で示され、車両上下方向が記号ＵＰで表される軸で示される。車両前後軸ＦＲは車両前方方向を正方向とする。車幅軸ＲＷは右幅方向を正方向とする。また車両上下軸ＵＰは上方向を正方向とする。これら３軸は互いに直交する。
【００１３】
図１を参照して、燃料電池車両の床下には、燃料電池スタック２０（図２参照）の燃料極に水素を送り込む水素タンクが収納される。図１の例では、第一水素タンク１０、第二水素タンク８０、及び第三水素タンク８２が、車室の床板を構成するフロアパネル６０の下方に収納される。
【００１４】
第一水素タンク１０はいわゆる縦置き配置であって、その長手方向が車両前後方向（ＦＲ軸方向）を向くように配置される。第一水素タンク１０の配置についての詳細は後述する。第二水素タンク８０、第三水素タンク８２はいわゆる横置き配置であって、いずれも第一水素タンク１０の後方に配置される。
【００１５】
第二水素タンク８０は、フロントサイドメンバ７０Ａ，７０Ｂの後端より車両後方に設けられ、また、一対のリアサイドメンバ７４Ａ，７４Ｂの前端に挟まれるようにして配置される。なお、フロントサイドメンバ７０Ａ，７０Ｂは車両前方から車両前後方向に延設される骨格部材であって、第一水素タンク１０を挟んで車幅方向に一対設けられる。リアサイドメンバ７４Ａ，７４Ｂは車両後方に延設される骨格部材であって、その前端は骨格部材であるロッカ７２Ａ，７２Ｂの後端に接続される。第二水素タンク８０はその長手方向が車幅方向に向くように（横置きに）配置される
【００１６】
第三水素タンク８２は、第二水素タンク８０とリアフロアクロス７６を挟んで配置される。第三水素タンク８２も第二水素タンク８０と同様にして、その長手方向が車幅方向を向くように（横置きに）、一対のリアサイドメンバ７４Ａ，７４Ｂの間に設けられる。
【００１７】
第一水素タンク１０、第二水素タンク８０、及び第三水素タンク８２は、はいわゆる高圧タンクであり、十分な耐圧強度を備える。例えばこれらのタンクは、内面層から、水素を封じ込めるプラスチックライナー層、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を捲回したＣＦＲＰプラスチック層、及び、表面保護のためにガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）を捲回したＧＦＲＰプラスチック層を含んで構成される。
【００１８】
また第一水素タンク１０、第二水素タンク８０、及び第三水素タンク８２は、耐荷重性能を備えている。例えばこれらのタンクは前突試験時の入力荷重の１５倍程度の荷重に耐え得るような耐荷重性能を備える。このような耐荷重性能を備えることで、万が一車両が衝突破壊された場合においても、第一水素タンク１０、第二水素タンク８０、及び第三水素タンク８２からの水素漏洩が防止される。
【００１９】
図１−図３を参照して、第一水素タンク１０は、円筒部１３と、その長手方向一端の充填部１１と、長手方向他端の底面１４とを備えるカプセル剤形状に形成される。充填部１１は例えば半球状（ドーム状）であって、その頂点には口金１２が設けられる。口金１２には図示しない水素ガスノズルが挿入される。
【００２０】
円筒部１３を挟んで充填部１１と対向して、底面１４が設けられる。底面１４も充填部と同様にして半球状に形成される。なお、半球とは半真球及び半楕円球を含む、いわゆるドーム形状を指す。
【００２１】
図１を参照して、第一水素タンク１０は、底面１４が車両前方を向けられた状態で、フロアパネル６０下の、車幅方向中央に配置される。例えば図２を参照して、フロアパネル６０の車幅方向中央には、上方に突出するフロアトンネル６２が車両前後方向に延設される。このフロアトンネル６２内に第一水素タンク１０が配置される。
【００２２】
図１を参照して、第一水素タンク１０は、タンクバンド１７及び保持部材１８を介してフロアパネル６０に支持される。保持部材１８は第一水素タンク１０の口金１２を支持する。例えば保持部材１８の車幅方向両端はフロアパネル６０に固定される。
【００２３】
タンクバンド１７は第一水素タンク１０の円筒部１３の下方を跨ぐようにして車幅方向に延設され、その車幅方向両端がフロアパネル６０に固定される。例えば、フロアトンネル６２（図２参照）の周辺を覆うようにして補強部材であるトンネルリーンフォースメント（図示せず）が設けられている場合は、当該トンネルリーンフォースメントにタンクバンド１７の両端が固定される。
【００２４】
図２に例示されるように、フロアトンネル６２の前端はダッシュパネル３０に接続される。言い換えるとダッシュパネル３０の車幅方向中央下部は、フロアトンネル６２の入り口（前端口）となる。
【００２５】
図３を参照して、ダッシュパネル３０は車室９０とフロントコンパートメント９２とを隔てる隔壁である。図２を参照して、ダッシュパネル３０は例えば略鉛直に立てられたパネル材が車幅方向に延設される。
【００２６】
上述したように、ダッシュパネル３０の車幅方向中央の下方にはフロアトンネル６２の入り口（前端口）が設けられる。この入り口から第一水素タンク１０の底面１４が露出される。また、図２に例示されるように、第一水素タンク１０の底面１４は燃料電池スタック２０に対して露出される。つまり、第一水素タンク１０の底面１４と燃料電池スタック２０の突出部２２との間には剛性部材は設けられない。
【００２７】
また、ダッシュパネル３０の、車幅方向中央３２は、その車幅方向側方部３３Ａ，３３Ｂよりも車両後方に凹むように形成される。図１を参照して、この車幅方向中央３２は、第一水素タンク１０の底面１４の半球頂点１４Ａと車幅方向位置が揃えられる。
【００２８】
図３には、図１のＡ−Ａ断面図、つまり、ダッシュパネル３０の車幅方向中央３２及び第一水素タンク１０の底面１４の半球頂点１４Ａを含む断面が例示される。この図を参照して、一点鎖線で示されるように、車幅方向中央３２では、ダッシュパネル３０の前面３１は、第一水素タンク１０の底面１４の半球頂点１４Ａと車両前後方向位置が揃えられるか、または半球頂点１４Ａの方が前面３１よりも車両前方に配置される。
【００２９】
このような配置を取ることで、後述するように車両前突時において、燃料電池スタック２０と第一水素タンク１０の底面１４とが、ダッシュパネル３０による阻害（割り込み）が抑制された状態で、衝突（荷重伝達）可能となる。
【００３０】
図３を参照して、車室９０の前方にはダッシュパネル３０を挟んでフロントコンパートメント９２が設けられる。フロントコンパートメント９２には、燃料電池スタック２０、フロントサスペンションメンバ５０、及びラジエータ５２等の機器が配置される。
【００３１】
燃料電池スタック２０は、燃料極及び空気極を備えたセル（単電池）が複数積層される積層体である。例えば車両衝突時に燃料電池スタック２０の燃料極から水素が漏洩することを防ぐために、燃料電池スタック２０は耐荷重性能を備える。例えば燃料電池スタックの対向する両端には高剛性の一対のエンドプレートが設けられ、また一対のエンドプレート間には、高剛性の複数の締結バーが掛け渡される。これにより、燃料電池スタック２０は、例えば前突試験時の入力荷重の１５倍程度の荷重に耐え得るような耐荷重性能を備える。
【００３２】
また、図２、図３を参照して、燃料電池スタック２０の後端には、突出部２２が車両後方に突設される。例えば突出部２２には、第一水素タンク１０、第二水素タンク８０、及び第三水素タンク８２から水素ガスが送り込まれる配管と接続される継ぎ手等が設けられる。
【００３３】
図２に例示されるように、突出部２２はフロントコンパートメント９２において車幅方向中央に設けられる。また、突出部２２の車幅方向の長さは、フロアトンネル６２の幅（車幅方向長さ）よりも短くなるように形成される。
【００３４】
燃料電池スタック２０はスタックフレーム４０上に配置され、同フレームに固定される。前突時に燃料電池スタック２０を車室９０下に滑り込ませるために、燃料電池スタック２０及びスタックフレーム４０は車両後方側が車両前方側よりも低位置となる後傾姿勢となるように位置決めされる。
【００３５】
図３を参照して、例えばスタックフレーム４０は、その前方はフロントマウント４２を介して、また後方はリアマウント４４を介してフロントサスペンションメンバ５０に支持される。これらフロントマウント４２及びリアマウント４４の長さ（高さ）を調節することで、スタックフレーム４０及びこれに搭載された燃料電池スタック２０が後傾姿勢となる。
【００３６】
燃料電池スタック２０の車両前方には、ラジエータ５２及びエアクリーナ５４が設けられる。エアクリーナ５４はラジエータ５２の上方に設けられ、車外からフロントコンパートメント９２内に入ってきた空気を取り込む。さらにエアインレットホース５６を介してコンプレッサ４６に空気が送り込まれる。コンプレッサ４６にて圧縮された空気が燃料電池スタック２０の空気極に送られる。
【００３７】
また、燃料電池スタック２０は第一水素タンク１０の車両前方に配置される。例えば燃料電池スタック２０の突出部２２の後面と第一水素タンク１０の底面１４とが、上下方向にずれながらも車両前後方向に離間して対向するような配置となる。
【００３８】
＜前突時の様子＞
図４には、車両の前突時の様子が例示される。車両前面が障害物１００（バリア）に衝突すると、ラジエータ５２及びエアクリーナ５４が車両前後方向に潰されながら車両後方に移動させられる（押し込まれる）。さらにラジエータ５２及びこれを支持する補強部材のラジエータサポート（図示せず）がフロントサスペンションメンバ５０の前端に衝突する。これにより例えばフロントサスペンションメンバ５０の前端が持ち上がるようにして屈曲変形させられる。さらにこれに応じてスタックフレーム４０の前端が持ち上げられる。その結果、燃料電池スタック２０が車両後方及び下方に回動されるようにして移動させられる。
【００３９】
ここで上述したように、第一水素タンク１０は燃料電池スタック２０の後方に配置されており、第一水素タンク１０の底面１４は燃料電池スタック２０に対して露出される。言い換えると、第一水素タンク１０と燃料電池スタック２０との間には、両者の衝突を妨げるような剛性部材が配置されていない。
【００４０】
加えて、図２のように、ダッシュパネル３０の車幅方向中央３２は車両後方に凹んでおり、第一水素タンク１０の底面１４の半球頂点１４Ａと車両前後方向で一致するか、半球頂点１４Ａよりも後方に退く配置となる。
【００４１】
このような構成において、図４を参照して、前突時に燃料電池スタック２０が車両後方及び下方に回動すると、燃料電池スタック２０の突出部２２の後面が第一水素タンク１０の底面１４に衝突する。その結果、燃料電池スタック２０から第一水素タンク１０への衝突荷重の伝達の際に、ダッシュパネル３０による阻害が構造上抑制され、当該荷重伝達が円滑に行われる。このように、第一水素タンク１０が燃料電池スタック２０を受け止め、燃料電池スタック２０の後退が押し留められるので、当該後退に伴うフロア空間の減少を抑制可能となる。
【００４２】
ここで、図２の例とは異なり、例えば燃料電池スタック２０の大部分がダッシュパネル３０に衝突すると、それにより燃料電池スタック２０の進路が変更されて第一水素タンク１０から逸れるおそれがある。しかし、上述のようにダッシュパネル３０の車幅方向中央３２において、ダッシュパネル３０の前面３１と第一水素タンク１０の半球頂点１４Ａが車両前後方向で一致するか、半球頂点１４Ａが前面３１より車両前方にせり出す構造となっているので、ダッシュパネル３０による燃料電池スタック２０の進路変更が抑制され、燃料電池スタック２０と第一水素タンク１０との円滑な荷重伝達が可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  第一水素タンク、１１  充填部、１２  口金、１３  円筒部、１４  第一水素タンクの底面、１４Ａ  底面の半球頂点、２０  燃料電池スタック、２２  突出部、３０  ダッシュパネル、３１  ダッシュパネル前面、３２  ダッシュパネルの車幅方向中央、３３Ａ，３３Ｂ  ダッシュパネルの車幅方向側方部、４０  スタックフレーム、６０  フロアパネル、６２  フロアトンネル、８０  第二水素タンク、８２  第三水素タンク、９０  車室、９２  フロントコンパートメント、１００  障害物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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