(57)【要約】【課題】車両の衝突発生時における固定部材の破断を抑制するとともに、固定部材の重量化を抑制する。【解決手段】車両は、直流電流を供給する電池モジュールと、車両において電池モジュールを収容する電池収容室と、電池収容室に自身の一部が配置された車体フレームと、電池モジュールを車体フレームに固定する固定部材であって、第１部材と第２部材とを有する固定部材と、を備える。第１部材は、第２部材を介して電池モジュールに固定され、第１部材は、第２部材に比べて、比重が軽い材料によって形成され、第２部材は、第１部材に比べて、靱性が高い材料によって形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両であって、
直流電流を供給する電池モジュールと、
前記車両において前記電池モジュールを収容する電池収容室と、
前記電池収容室に自身の一部が配置された車体フレームと、
前記電池モジュールを前記車体フレームに固定する固定部材であって、第１部材と第２部材とを有する固定部材と、
を備え、
前記第１部材は、前記第２部材を介して前記電池モジュールに固定され、
前記第１部材は、前記第２部材に比べて、比重が軽い材料によって形成され、
前記第２部材は、前記第１部材に比べて、靱性が高い材料によって形成されている、
車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を搭載した車両として、乗員室の前方に設けられた収容室に燃料電池スタックを含む燃料電池モジュールが収容され、乗員室の床下に設けられた水素タンク室に水素ガスが貯蔵されたタンクが収容された構造の燃料電池車両が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の燃料電池車両において、燃料電池モジュールは、サスペンションメンバに固定部材（マウント部品）を介して取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２３１３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池車両では、衝突に伴う外力が燃料電池モジュールおよび固定部材に加えられた際に、固定部材が破断しない機能が要求されることがある。しかし、固定部材の強度を向上させるには、固定部材の大型化や重量化が問題となる。このような問題は、サスペンションメンバに限らずサイドメンバやクロスメンバなど、車体フレームの任意の部分に燃料電池モジュールが固定部材により固定されている構成においても共通する。また、燃料電池モジュールを固定する固定部材に限らず、バッテリや二次電池等の直流電流を供給する電池モジュールを固定部材により車体フレームに固定する構成においても共通する。このため、車両の衝突発生時における固定部材の破断を抑制するとともに、固定部材の重量化を抑制可能な技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本開示の一形態によれば、車両が提供される。この車両は、直流電流を供給する電池モジュールと、前記車両において前記電池モジュールを収容する電池収容室と、前記電池収容室に自身の一部が配置された車体フレームと、前記電池モジュールを前記車体フレームに固定する固定部材であって、第１部材と第２部材とを有する固定部材と、を備える。ここで、前記第１部材は、前記第２部材を介して前記電池モジュールに固定され、前記第１部材は、前記第２部材に比べて、比重が軽い材料によって形成され、前記第２部材は、前記第１部材に比べて、靱性が高い材料によって形成されている。
この形態の車両によれば、電池モジュールを車体フレームに固定する固定部材であって、第１部材と第２部材とを有する固定部材は、第１部材が第２部材に比べて比重が軽い材料によって形成され、第２部材が第１部材に比べて靱性が高い材料によって形成されているので、固定部材が第１部材に比べて靱性が高い第２部材を有することによって車両の衝突発生時における固定部材の破断を抑制でき、固定部材が第２部材に比べて比重が軽い第１部材を有することによって固定部材の重量化を抑制できる。また、第１部材は、第２部材を介して電池モジュールに固定されるので、固定部材と電池モジュールとが分離することを抑制できる。
【０００７】
本開示は、種々の実施形態で実現することも可能である。例えば、車両の製造方法、車両における電池モジュールと車体フレームとの固定方法、電池モジュールを車体フレームに固定するための固定部材等の形態で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の一実施形態としての車両の構成を示す説明図。
【図２】電池収容室を前方方向から見たときの概略構成を模式的に示す説明図。
【図３】フロントブラケットの外観構成を示す説明図。
【図４】フロントブラケットの分解斜視図。
【図５】車両の通常時におけるフロントブラケットおよび支持フレームを模式的に示す説明図。
【図６】車両の衝突発生時におけるフロントブラケットおよび支持フレームを模式的に示す説明図。
【図７】他の実施形態（１）におけるフロントブラケットの概略構成を模式的に示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．実施形態：
図１は、本開示の一実施形態としての車両１００の構成を示す断面図である。図１では、衝突が発生していない通常時における、車両１００の車両幅方向ＬＨの中央位置での、車両の前方方向ＦＤおよび後方方向ＲＤに沿った断面を表している。以降の説明では、前方方向ＦＤと後方方向ＲＤとを合わせて「車両長さ方向」と呼ぶ。本実施形態において、車両１００は、燃料電池モジュール２００を搭載した燃料電池車両であり、燃料電池モジュール２００の発電した電力によって駆動モータＭを駆動して一対の後輪ＲＷを駆動させることにより走行する。なお、図１では、車両幅方向ＬＨ、前方方向ＦＤ、および後方方向ＲＤに加えて、重力方向、すなわち、鉛直下方Ｇを図示している。図１における各方向を示す符号および矢印は、他の図における各方向を示す符号および矢印に対応する。
【００１０】
車両１００には、客室１０と、タンク収容室２０と、電池収容室３０とが形成されている。客室１０は、乗員が搭乗する空間であり、一対の前輪ＦＷと一対の後輪ＲＷとに挟まれた車両１００の車両長さ方向と平行な方向に延びる空間として形成されている。
【００１１】
タンク収容室２０は、車両１００の床下において電池収容室３０に対して後方方向ＲＤに形成されている。タンク収容室２０の天井部分は、客室１０のフロアパネルにより形成されている。タンク収容室２０には、水素ガスタンク２５０が、車両長さ方向に対して自身の長手方向が平行となるように載置されている。
【００１２】
電池収容室３０は、客室１０の前方側において一対の前輪ＦＷに挟まれた領域を含む空間として形成されている。電池収容室３０は、サスペンションメンバ５０と、燃料電池モジュール２００を含む燃料電池システムの少なくとも一部の構成要素とを収容する。サスペンションメンバ５０は、図示しないサイドメンバに固定されている。燃料電池モジュール２００は、燃料電池２１０と、スタックケース２１１と、支持フレーム２２０とを備える。
【００１３】
燃料電池２１０は、複数の単セルが積層されることによって構成され、箱状のスタックケース２１１に収容されている。燃料電池２１０は、直流電流を出力し、図示しないインバータによって直流電流から交流電流に変換された後、駆動モータＭ等の負荷に電力が供給される。燃料電池２１０は、支持フレーム２２０によって下側から支持されている。支持フレーム２２０は、剛性の高い金属製の部材であり、平面視において矩形状の部材である。燃料電池モジュール２００は、車両長さ方向において、支持フレーム２２０の後端が支持フレーム２２０の前端よりも下側に位置するように、水平方向に対して傾斜して配置されている。
【００１４】
燃料電池モジュール２００（より正確には、支持フレーム２２０）は、ブラケットおよびマウント部材を介してサスペンションメンバ５０に固定されている。具体的には、燃料電池モジュール２００の前方方向ＦＤの端部は、フロントマウント部材３３０およびフロントブラケット３１０により、サスペンションメンバ５０に固定されている。燃料電池モジュール２００の後方方向ＲＤの端部は、リアマウント部材３４０およびリアブラケット３２０により、サスペンションメンバ５０に固定されている。ブラケット３１０、３２０およびマウント部材３３０、３４０についての詳細な説明は、後述する。なお、本開示において、フロントブラケット３１０は、課題を解決するための手段における固定部材の下位概念に相当する。
【００１５】
サスペンションメンバ５０は、電池収容室３０内において、車両幅方向ＬＨの左右それぞれに設けられている。サスペンションメンバ５０は、車両１００の車体フレームの一部を構成する。サスペンションメンバ５０は、車両長さ方向に延び、自身の後端が自身の前端よりも下側に位置するように、屈曲した形態を有している。サスペンションメンバ５０の前端付近は、フロントマウント部材３３０と締結され、サスペンションメンバ５０の後端付近は、リアマウント部材３４０と締結されている。
【００１６】
図２は、電池収容室３０を前方方向ＦＤから見たときの概略構成を模式的に示す説明図である。図２に示すように、車両幅方向ＬＨの左側において、燃料電池モジュール２００とサスペンションメンバ５０とは、フロントマウント部材３３０Ｌおよびフロントブラケット３１０Ｌにより結合されている。また、車両幅方向ＬＨの右側において、燃料電池モジュール２００とサスペンションメンバ５０とは、フロントマウント部材３３０Ｒおよびフロントブラケット３１０Ｒにより結合されている。
【００１７】
各フロントマウント部材３３０Ｌおよび３３０Ｒは、例えば、スチールや、アルミニウム合金等の金属により形成されている。各フロントマウント部材３３０Ｌおよび３３０Ｒは、各フロントブラケット３１０Ｌおよび３１０Ｒを介して支持フレーム２２０を支持するとともに、サスペンションメンバ５０から支持フレーム２２０への振動の伝達を抑制する。
【００１８】
各フロントブラケット３１０Ｌおよび３１０Ｒは、支持フレーム２２０と各フロントマウント部材３３０Ｌおよび３３０Ｒとを固定するためのブラケットである。各フロントブラケット３１０Ｌおよび３１０Ｒは、互いに同様な構成を有するので、以降の説明では、車両幅方向ＬＨの左側に設けられているフロントブラケット３１０Ｌについて代表して説明する。
【００１９】
図３は、フロントブラケット３１０Ｌの外観構成を示す説明図である。図４は、フロントブラケット３１０Ｌの分解斜視図である。図４では、フロントブラケット３１０Ｌに固定される支持フレーム２２０もあわせて示している。図３および図４に示すように、フロントブラケット３１０Ｌは、第１部材３１１と、第２部材３１２とを有する。第１部材３１１および第２部材３１２は、互いに同様な平面視形状を有する。第１部材３１１および第２部材３１２は、第２部材３１２が第１部材３１１の鉛直上方側の面の全面を覆うように重ねられて、ボルト３１５で共締めされている。フロントブラケット３１０Ｌは、第１部材３１１の鉛直下方Ｇ側の面をサスペンションメンバ５０の鉛直上方側の面に固定し、第２部材３１２の鉛直上方側の面を支持フレーム２２０の鉛直下方側の面に固定することによって、支持フレーム２２０とサスペンションメンバ５０とを固定する。換言すると、フロントブラケット３１０Ｌにおいて、第１部材３１１は、第２部材３１２を介して支持フレーム２２０に固定され、第２部材３１２は、第１部材３１１を介してサスペンションメンバ５０に固定される。
【００２０】
第１部材３１１は、第２部材３１２に比べて、比重が軽い材料によって形成されている。また、第２部材３１２は、第１部材３１１に比べて、靱性が高い材料によって形成されている。具体的には、第１部材３１１は、アルミニウム鋳物や、鉄鋳物等により形成され、第２部材３１２は、鉄、ステンレス、マグネシウム等により形成されている。
【００２１】
本実施形態において、靱性の異なる２つの部材３１１および３１２を用いてフロントブラケット３１０Ｌを構成するのは、以下の理由による。すなわち、２つの部材（例えば、アルミニウムと鉄）を合金化してフロントブラケットを形成した場合、フロントブラケットの靱性は向上するものの、フロントブラケットの靱性値は鉄の靱性値にはならない。このため、第１部材３１１と、第１部材３１１に比べて靱性の高い第２部材３１２とを用いることで、フロントブラケット３１０Ｌにおいて第２部材３１２の靱性値を維持させている。また、フロントブラケット３１０Ｌが第２部材３１２の靱性値を保つことによって、フロントブラケット３１０Ｌの破断を抑制し、支持フレーム２２０とサスペンションメンバ５０とが分離することを抑制している。
【００２２】
図３および図４に示すように、第１部材３１１の厚みは、第２部材３１２の厚みに比べて大きい。したがって、第１部材３１１の体積は、第２部材３１２の体積に比べて大きくなる。このため、第１部材３１１の厚みによってフロントブラケット３１０Ｌの強度を確保するとともに、比重がより軽い第１部材３１１の占める割合を第２部材３１２の占める割合より多くすることによって、フロントブラケット３１０Ｌ全体として軽量化を図れる。
【００２３】
図４に示すように、第１部材３１１は、厚み方向（鉛直方向）に貫通しボルト３１５を挿入するボルト孔３１４を備える。図３および図４に示すように、第２部材３１２は、厚み方向（鉛直方向）に貫通しボルト３１５を挿入するボルト孔３１６を備える。ボルト３１５は、第１部材３１１と第２部材３１２とを締結するために用いられる。
【００２４】
図４に示すように、支持フレーム２２０の鉛直下方側の面には、ボルト孔３１４および３１６と重なる位置にナット２２６が配置されており、かかるナット２２６とボルト３１５とが嵌め合わされることにより、支持フレーム２２０は、フロントブラケット３１０Ｌに固定される。なお、図４において図示を省略するが、第１部材３１１の鉛直下方Ｇ側の面にもボルト孔が形成されており、かかるボルト孔にボルトが挿入され、サスペンションメンバ５０と締結される。
【００２５】
図５は、車両１００の通常時におけるフロントブラケット３１０Ｌおよび支持フレーム２２０を模式的に示す説明図である。車両１００の走行中等の通常時、路面からの突き上げや、燃料電池モジュール２００に働く慣性によって、フロントブラケット３１０Ｌは、サスペンションメンバ５０および支持フレーム２２０によって、上下方向に引っ張られたり、上下方向に圧縮させられたりする。このため、フロントブラケット３１０Ｌに対して上向きの荷重と下向きの荷重とが繰り返し働くことになる。フロントブラケット３１０Ｌに対して上向きの荷重が働いた場合、フロントブラケット３１０Ｌの上面側に配置されている第２部材３１２には、圧縮応力が働き、フロントブラケット３１０Ｌの下面側に配置されている第１部材３１１には、引張応力が働く。他方、フロントブラケット３１０Ｌに対して下向きの荷重が働いた場合、フロントブラケット３１０Ｌの上面側に配置されている第２部材３１２には、引張応力が働き、フロントブラケット３１０Ｌの下面側に配置されている第１部材３１１には、圧縮応力が働く。
【００２６】
上述のように、第１部材３１１は、第２部材３１２に比べて靱性が高く、第２部材３１２は、第１部材３１１に比べて比重が軽い。このため、フロントブラケット３１０Ｌを単一の部材で構成するよりも、フロントブラケット３１０Ｌへ加わる応力を低減できる。したがって、車両１００の通常時において、フロントブラケット３１０Ｌの損傷や、フロントブラケット３１０Ｌと支持フレーム２２０との分離を抑制できる。
【００２７】
図６は、車両１００の衝突発生時におけるフロントブラケット３１０Ｌおよび支持フレーム２２０を模式的に示す説明図である。例えば、車両１００の前方衝突が発生し、その衝撃によりサスペンションメンバ５０が変形すると、フロントブラケット３１０Ｌは上方向に引っ張られて、フロントブラケット３１０Ｌに対して上向きの大きな荷重が働く。第１部材３１１は、第２部材３１２に比べて靱性が低いので、フロントブラケット３１０Ｌに対して大きな荷重が働いた場合には、第２部材３１２に比べて破断しやすい。このため、図６に示すように、フロントブラケット３１０Ｌと支持フレーム２２０との締結部分の近傍に応力が集中して第１部材３１１が破断し、第１部材３１１は、第１部材３１１ａと３１１ｂとに分離されるおそれがある。他方、第２部材３１２は、第１部材３１１に比べて靱性が高いので、フロントブラケット３１０Ｌに大きな荷重が働いた場合であっても、破断が抑制されて、支持フレーム２２０との締結状態を維持できる。
【００２８】
以上の構成を有する本実施形態の車両１００によれば、燃料電池モジュール２００をサスペンションメンバ５０に固定する固定部材であって、第１部材３１１と第２部材３１２とを有するフロントブラケット３１０Ｌおよび３１０Ｒは、第１部材３１１が第２部材３１２に比べて比重が軽い材料によって形成され、第２部材３１２が第１部材３１１に比べて靱性が高い材料によって形成されている。したがって、フロントブラケット３１０Ｌおよび３１０Ｒが第１部材３１１に比べて靱性が高い第２部材３１２を有することによって、車両１００の衝突発生時におけるフロントブラケット３１０Ｌおよび３１０Ｒの破断を抑制でき、フロントブラケット３１０Ｌおよび３１０Ｒが第２部材３１２に比べて比重が軽い第１部材３１１を有することによって、フロントブラケット３１０Ｌおよび３１０Ｒの重量化を抑制できる。また、第１部材３１１は、第２部材３１２を介して燃料電池モジュール２００（支持フレーム２２０）に固定されるので、フロントブラケット３１０Ｌおよび３１０Ｒと燃料電池モジュール２００とが分離することを抑制できる。
【００２９】
Ｂ．他の実施形態：
（１）上記実施形態において、第２部材３１２は、第１部材３１１の鉛直上方側の面の全面を覆うようにして第１部材３１１に重ねて配置されていたが、本開示はこれに限定されない。
【００３０】
図７は、他の実施形態（１）におけるフロントブラケット３１０Ｌａの概略構成を模式的に示す説明図である。図７に示すように、フロントブラケット３１０Ｌａは、第１部材３１１ｃと、第２部材３１２ａとを備える。第２部材３１２ａは、平板を３つに折り曲げて形成されており、第１面Ｓ１、第２面Ｓ２および第３面Ｓ３を有する。第１部材３１１ｃと第２部材３１２ａとは、第１部材３１１ｃおよび第２部材３１２ａの長手方向が一致するとともに、第１部材３１１ｃにおける前方方向ＦＤ側の上面と第１面Ｓ１の下面とが重なるように配置され、第１部材３１１ｃにおける前方方向ＦＤ側の上面と第１面Ｓ１の下面とが締結されている。
【００３１】
支持フレーム２２０は、第１部材３１１ｃにおける後方方向ＲＤ側の上面と、第２部材３１２ａの第３面Ｓ３の下面と、の間に挟まれて第１部材３１１ｃおよび第２部材３１２ａと締結されることによって、フロントブラケット３１０Ｌａに固定されている。なお、図７では図示を省略しているが、第１部材３１１ｃの鉛直下方Ｇ側にはサスペンションメンバ５０が配置され、第１部材３１１ｃの鉛直下方Ｇ側の面とサスペンションメンバ５０とが締結される。このように、鉛直方向において第１部材３１１ｃと第２部材３１２ａとの間に支持フレーム２２０を挟み込むようにして、フロントブラケット３１０Ｌａに支持フレーム２２０を固定してもよい。このような構成においても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
【００３２】
（２）上記各実施形態において、フロントブラケット３１０Ｌ、３１０Ｒは、燃料電池モジュール２００とサスペンションメンバ５０とを固定していたが、サスペンションメンバ５０に代えて、サイドメンバやクロスメンバ等の任意の種類の車体フレームと燃料電池モジュール２００を固定してもよい。また、フロントブラケット３１０Ｌ、３１０Ｒは、燃料電池モジュール２００に代えて、二次電池やバッテリ等の直流電流を供給する任意の電池モジュールを車体フレームに固定してもよい。このような構成においても、上記各実施形態と同様な効果を奏する。
【００３３】
（３）上記各実施形態において、フロントマウント部材３３０およびフロントブラケット３１０は、燃料電池モジュール２００の前方方向ＦＤの端部に設けられていたが、燃料電池モジュール２００の後方方向ＲＤの端部に設けられてもよい。すなわち、リアマウント部材３４０およびリアブラケット３２０の構成をフロントマウント部材３３０およびフロントブラケット３１０と同様な構成としてもよい。このような構成においても、上記各実施形態と同様な効果を奏する。
【００３４】
本開示は、上述の実施形態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、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１０…客室、２０…タンク収容室、３０…電池収容室、５０…サスペンションメンバ、１００…車両、２００…燃料電池モジュール、２１０…燃料電池、２１１…スタックケース、２２０…支持フレーム、２２６…ナット、２５０…水素ガスタンク、３１０,３１０Ｌ,３１０Ｌａ,３１０Ｒ…フロントブラケット、３１１,３１１ａ,３１１ｂ,３１１ｃ…第１部材、３１２,３１２ａ…第２部材、３１４,３１６…ボルト孔、３１５…ボルト、３２０…リアブラケット、３３０,３３０Ｌ,３３０Ｒ…フロントマウント部材、３４０…リアマウント部材、ＦＤ…前方方向、ＦＷ…前輪、Ｇ…鉛直下方、ＬＨ…車両幅方向、Ｍ…駆動モータ、ＲＤ…後方方向、ＲＷ…後輪、Ｓ１…第１面、Ｓ２…第２面、Ｓ３…第３面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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