(57)【要約】  車両重量の増加を抑制しながら、前方からの衝突の衝撃が加わった場合に、燃料電池に関連装置が衝突することを抑制可能な燃料電池システムの搭載構造を提供する。燃料電池（２０１）と、燃料電池に電気的に接続されて燃料電池に隣接して設置される関連装置（２５０）と、を備え、関連装置（２５０）は、車両（１００）の前進方向側に傾斜部（２５６）を備えることを特徴とする。前進方向側から車両（１００）に衝突の衝撃が加わった場合に、関連装置（２５０）の移動方向が前進方向と平行ではない方向（例えば下側）に変更される。よって、関連装置（２５０）が直接進入して燃料電池（２０１）を破損することが抑制される。
2010137149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に電気的に接続されて前記燃料電池に隣接して設置される関連装置と、を備え、
前記関連装置は、前記車両の前進方向側に傾斜部を備える、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記関連装置は、前記前進方向に沿って互いに離間した少なくとも２つの締結部材により前記車両に固定されており、
前記少なくとも２つの前記締結部材のうち前記前進方向側に設けられる前記締結部材は、前記前進方向側とは反対側に設けられる前記締結部材よりも弱い力で締結が解除されるように構成されている、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記関連装置には、前記燃料電池側に突起部が設けられており、
前記突起部は、
前記車両が衝突した場合において想定される前記関連装置の移動により前記燃料電池の電極端子に当接することになる位置に設けられている、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に電気的に接続されて前記燃料電池に隣接して設置される関連装置と、を備え、
前記関連装置は、前記前進方向に沿って互いに離間した少なくとも２つの締結部材により前記車両に固定されており、
前記少なくとも２つの前記締結部材のうち前記前進方向側に設けられる前記締結部材は、前記前進方向側とは反対側に設けられる前記締結部材よりも弱い力で締結が解除されるように構成されている、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に電気的に接続されて前記燃料電池に隣接して設置される関連装置と、を備え、
前記関連装置には、前記燃料電池側に突起部が設けられており、
前記突起部は、
前記車両が衝突した場合において想定される前記関連装置の移動により前記燃料電池の電極端子に当接することになる位置に設けられている、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
前記関連装置は、一定以上の力が加わることにより前記関連装置の電源を短絡可能に構成された短絡部を前記燃料電池側に備える、
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。
【請求項７】
前記短絡部は、
前記車両が衝突した場合において想定される前記関連装置の移動により前記燃料電池の一部に当接することになる位置に設けられている、
請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記関連装置と前記燃料電池との間には、衝突緩衝部材が設けられている、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記関連装置は、前記燃料電池に電気的に接続されるコンバーターである、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の燃料電池システムを備えた車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムを搭載した車両に係り、特に、燃料電池およびＤＣ／ＤＣコンバーター等の燃料電池の関連装置の搭載構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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）。【０００４】
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）。【０００５】
特開２００７−０１５６１２号公報には、車両中央位置のセンターコンソールを支持するように設けられた左右一対のセンターフレームと、センターフレームの車幅方向外側に設けられた左右一対のサイドフレームとを備えたフレーム構造が開示されている。センターコンソールに燃料電池スタックが収納され、センターフレームとサイドフレームとの間の車幅方向の領域にＤＣ−ＤＣコンバーターが格納されるとされていた（特許文献３）。【０００６】
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（特許文献４および特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２０５９４５号公報
【特許文献２】特開２００４−１６１０９２号公報
【特許文献３】特開２００７−０１５６１２号公報
【特許文献４】特開２００７−２０９１６１号公報
【特許文献５】特開２００７−３１８９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の技術における搭載構造では、燃料電池車の前面その他の方面から物体が衝突した際の衝撃から燃料電池を十分に保護することができなかった。【０００９】
例えば、特許文献１に記載された技術は、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、側突の衝撃の強さや物体の高さによっては、物体が燃料電池ユニットの設置位置まで進入する可能性があった。【００１０】
特許文献２に記載の技術では、燃料ガス希釈ボックスが衝撃の多くを吸収し得たとしても燃料ガス希釈ボックスが動いて燃料電池に接触することは防止できなかった。このため、燃料電池内部から燃料ガスが漏洩し、スパークにより発火する可能性があった。【００１１】
特許文献３に記載の技術では、センターフレームがＤＣ−ＤＣコンバーターの移動に抵抗する構造になっているので、ＤＣ−ＤＣコンバーターの破損程度で衝突の衝撃が吸収できる場合には有効であった。しかしながら、衝突の衝撃が高い場合にはその衝撃によりセンターフレームが変形する結果、燃料電池スタックが破壊され、燃料電池スタックから燃料ガスが漏洩する可能性があった。【００１２】
特許文献４および特許文献５に記載のＤＣ−ＤＣコンバーターは、燃料電池に近接して設けられる周辺装置であるため、その設置構造に不備があると、車両衝突時の衝撃によって燃料電池に突っ込んで燃料ガスの漏洩を引き起こす可能性があった。【００１３】
上記不都合に対処するため、燃料電池の衝撃耐性を高めるには極めて高い剛性を有する構造物を燃料電池と関連装置との間に配置することが考えられる。しかしながら、重量制限のある車両では極端に重量が嵩む剛性構造による保護対策を採ることができない。車両重量を増加させることを抑制しながら効果的に燃料電池を保護する必要があるのである。【００１４】
そこで本発明は、車両重量の増加を抑制しながら、燃料電池に燃料電池の関連装置が衝突することを抑制可能な燃料電池システムの搭載構造を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決する本発明の燃料電池システムにおける第１の特徴は、車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料電池と、燃料電池に電気的に接続されて燃料電池に隣接して設置される関連装置と、を備え、関連装置は、車両の前進方向側に傾斜部を備えることを特徴とする。【００１６】
かかる構成によれば、前進方向側から車両に衝突の衝撃が加わった場合に、関連装置の移動方向が前進方向と平行ではない方向に変更される。すなわち、関連装置より先に衝突の衝撃を受けた部材が、上記関連装置の傾斜部に当接すると、当接部分が傾斜しているために部材の移動方向が変わる。部材は間接的にまたは直接的に関連装置に接続されているので、部材の移動に連動して関連装置が前進方向と平行ではない方向（例えば下側）に移動する。よって、関連装置が燃料電池に直接進入して燃料電池を破損することが抑制される。【００１７】
本発明の燃料電池システムの第２の特徴は、関連装置は、前進方向に沿って互いに離間した少なくとも２つの締結部材により車両に固定されており、少なくとも２つの締結部材のうち前進方向側に設けられる締結部材は、前進方向側とは反対側に設けられる締結部材よりも弱い力で締結が解除されるように構成されていることを特徴とする。【００１８】
かかる構成によれば、前進方向側から車両に衝突の衝撃が加わった場合に、衝撃により関連装置を固定している締結部材のうち、前進方向側に設けられた締結部材の締結が先に解除される。よって、解除されない締結部材を中心に、関連装置は回転するような方向に移動し、燃料電池に接近しない。よって、関連装置が燃料電池に直接進入して燃料電池を破損することが抑制される。【００１９】
本発明の燃料電池システムにおける第３の特徴は、関連装置には、燃料電池側に突起部が設けられており、突起部は、車両が衝突した場合において想定される関連装置の移動により燃料電池の電極端子に当接することになる位置に設けられていることを特徴とする。【００２０】
かかる構成によれば、前進方向側から車両に衝突の衝撃が加わった場合、関連装置の移動によって突起部が燃料電池の電極端子に衝突する。この衝突によって電極端子が変形する結果、電気的に燃料電池が短絡される。よって、万が一、関連装置が燃料電池を損傷して燃料ガスが漏洩したとしてもスパークが発生することが無く、燃料電池の破壊によって生じうる不都合を未然に抑制可能である。【００２１】
上記第１〜第３の特徴は、互いに単独に、または、２以上を組み合わせて用いることが可能である。 【００２２】
本願発明は、所望により以下の要素を加えることが可能である。【００２３】
（１）関連装置は、一定以上の力が加わることにより関連装置の電源を短絡可能に構成された短絡部を燃料電池側に備えることは好ましい（第４の特徴）。【００２４】
かかる構成によれば、関連装置が燃料電池の一部に当接することによって、関連装置の電源が短絡されるので、万が一、関連装置が燃料電池を損傷して燃料ガスが漏洩したとしてもスパークが発生することが無く、燃料電池の破壊によって生じうる不都合を未然に抑制可能である。【００２５】
（２）短絡部は、車両が衝突した場合において想定される関連装置の移動により燃料電池の一部に当接することになる位置に設けられていることが好ましい。【００２６】
かかる構成によれば、衝突時に短絡部に一定以上の力が加わって電源を短絡させる可能性を高くすることができる。【００２７】
（３）関連装置と燃料電池との間には、衝突緩衝部材が設けられていることは好ましい。【００２８】
かかる構成によれば、衝突緩衝部材が燃料電池と関連装置とが当接する際の衝撃を緩和するので、燃料電池の破損を効果的に抑制することが可能である。【００２９】
（４）関連装置は、燃料電池に電気的に接続されるコンバーターであることは好ましい。【００３０】
コンバーターは燃料電池の出力電圧を変換する電圧変換手段であるため、燃料電池に隣接して設けられることが多いからである。【００３１】
（５）本願発明は、上記特徴を備える燃料電池システムを備えた車両でもある。【００３２】
本願発明の燃料電池システムを搭載すれば、車両が万が一衝突したとしても、燃料電池を破損する可能性や、破損した場合に不都合が生じる可能性を抑制することが可能である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、前進方向と平行ではない方向に関連装置の移動方向が変更されるので、関連装置が燃料電池を破損することを抑制可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】実施形態１における燃料電池アセンブリおよびコンバーターアセンブリの斜視図。
【図６】実施形態１におけるコンバーターアセンブリの上側からの斜視図。
【図７】実施形態１におけるコンバーターアセンブリの下側からの斜視図。
【図８】実施形態１における機能説明図であり、（Ａ）は前面衝突時、（Ｂ）はコンバーターアセンブリの位置まで物体が進入してきた時の図、（Ｂ）は物体の移動方向の変化に連れてコンバーターアセンブリの移動方向が変わる時の図。
【図９】実施形態１におけるコンバーターアセンブリの遮断機能説明図であり、（Ａ）は衝突前の配置説明図、（Ｂ）はコンバーターアセンブリの移動方向が変化した場合の配置説明図。
【図１０】実施形態２における燃料電池アセンブリの斜視図。
【図１１】実施形態２における燃料電池アセンブリの配置を説明する車両側面図。
【図１２】実施形態２における燃料電池アセンブリの配置を説明する車両底面図。
【図１３】実施形態２における機能説明図であり、（Ａ）は前面衝突時、（Ｂ）は燃料電池アセンブリの位置まで物体が進入してきた時の図、（Ｂ）は物体の移動方向が変わる時の図。
【図１４】実施形態３における燃料電池アセンブリの配置を説明する車両側面図。
【図１５】変形例における燃料電池アセンブリの配置を説明する車両側面図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
「移動体」：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。また、有人であるか無人であるかを問わない。
「車両」：本発明の移動体の一例である自動車の車体を意味する。
「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」：車両の高さ方向のうち、上向きの方向（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。
【００３７】
（実施形態１）
本発明の実施形態１は、関連装置であるＤＣ−ＤＣコンバーターに本発明の燃料電池システムにおける第１〜第４の特徴を適用したコンバーターアセンブリに関する。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、コンバーターアセンブリの詳細について説明する。
【００３８】
（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。
【００３９】
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。
【００４０】
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−・・・（１）
（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ・・・（２）
Ｈ２＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ・・・（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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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おり、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。
【００４６】
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が設けられており、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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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ＤＣ−ＤＣ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。これらは本実施形態における「関連装置」である。
【００５２】
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、二次側端子にインバーター９３が接続されている。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。
【００５３】
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、車両走行用モーター９４への制動動作により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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
バッテリー９１は、二次電池として余剰電力や回生電力を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、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、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等のモーター類を表す。
【００５７】
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するために用いられる。
【００５８】
高電圧補機  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。
【００５９】
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。
【００６０】
（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。
【００６１】
（車両における燃料電池システムの配置）
次に図２〜図７を参照しながら、本実施形態１における燃料電池システムの構成について説明する。図２に本実施形態１における車両の構造および燃料電池システムの配置を示す。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。
【００６２】
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の各構成要素は、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、および第１燃料ガスタンク４２ａについての配置が例示されている。
【００６３】
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の底面部に燃料電池システム１０の各構成要素が配置されている。燃料電池２０は、車両の前後左右方向のほぼ中心であって、当該実施形態では、フロントシート１０３の真下に配置されている。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。
【００６４】
上述したように、燃料電池２０およびＦＣコンバーター９０は、車両１００のほぼ中心であって下部側に、車両１００の前後方向に延在するフレーム（後述）や車両１００の幅方向に延在するクロスメンバー（後述）によって囲まれて配置されている。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。特に、ＦＣコンバーター９０は、後述するように、本発明の関連装置に相当し、車両１００の前側に傾斜部を備えているので、前方向からの衝突に対して極めて高い耐性を備えている。
【００６５】
なお、以下の説明において、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。コンバーターアセンブリ２５０は、本発明における「関連装置」に相当している。
【００６６】
（車両構造）
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。
【００６７】
図３に示すように、車両１００の底面には、フロアパネル１１１が前面に敷設されている。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。
【００６８】
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で後述する）にブラケット１２２および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。なお、図３では、保護構造体２２０の裏面に設けられるパネルの図示は省略してある。
【００６９】
車両１００の中央部において、車両１００の側面には、サイドロッカーメンバー１２８および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おり、車両中央部の横方向からの衝撃に対する剛性構造を形成している。燃料電池アセンブリ２００は、本願発明に係り、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。
【００７０】
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おり、車両後部の横方向からの衝撃に対する耐性構造を形成している。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との間に設けられたバインダ１５２および１５３により、第２燃料ガスタンク４２ｂが固定されている。
【００７１】
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。
【００７２】
図４に本実施形態１におけるコンバーターアセンブリ２５０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。しかしながら、本発明の関連装置としての後述する構成をコンバーターアセンブリ２５０が備えているので、燃料電池アセンブリ２００を衝突の衝撃から保護するように構成されている。図２でも前述したように、ダッシュボード１０５の車両中央部に設けられたトンネル部１０９の内部に、コンバーターアセンブリ２５０および燃料電池アセンブリ２００が配置されている。サイドロッカーメンバー１２８（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、コンバーターアセンブリ２５０および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。
【００７３】
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。
【００７４】
（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。
【００７５】
（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に燃料電池ユニット２０１が設置されて構成されている。
【００７６】
図５に示すように、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とにより、燃料電池２０を収納して構成されている。内部に燃料電池２０を介在させて、上側ハウジング２０２の上側フランジ２０４と下側ハウジング２０３の下側フランジ２０６とを整合させ締結することにより、燃料電池ユニット２０１が構成される。燃料電池ユニット２０１の車両前側には、図９に示すような端子ソケット２１９が設けられている。
【００７７】
ここで、図５に示すように、上側フランジ２０４および下側フランジ２０６は、側面において燃料電池ユニット２０１の底面または上面に対して傾斜している。すなわち燃料電池ユニット２０１の側面を斜めに横断するようにフランジが形成されている。フランジが形成されている部分は一般的に機械的強度が増加する。このため、上側フランジ２０４および下側フランジ２０６が斜めに形成されている側面に対し、いずれの高さに衝突の衝撃が加わったとしても、燃料電池ユニット２０１はその衝撃に耐えうるように構成されている。
【００７８】
図５に示すように、保護構造体２２０は、燃料電池ユニット２０１の底面より一回り大きく燃料電池ユニット２０１を取り囲むような大きさに形成されている。保護構造体２２０を構成する四つの辺部材によって形成される内角部分には、燃料電池ユニット２０１を締結するための図示しない取付座が設けられている。取付座の裏側には、図示しないパネルが取り付けられている。枠構造体２２１には、傾斜フレーム２３４および２３５が設けられている。枠構造体２２１の車両前側の角部には、取付部２２６および２２７が設けられ、締結穴２３０および２３１が形成されている。車両前側の取付部２２６および２２７は、フロントフレーム１１４および１１５に、それぞれ締結されている。具体的には、取付部２２６および２２７に設けられた締結穴２３０および２３１と、フロントフレーム１１４および１１５に設けられた締結穴とが、締結部材（ボルトおよびナットなど）で締結される。傾斜フレーム２３４および２３５の車両後側の端部には、取付部２２４および２２５が設けられ、締結穴２２８および２２９が形成されている。取付部２２４および２２５は、第３クロスメンバー１３６に締結される。具体的には、取付部２２４および２２５に設けられた締結穴２２８および２２９と、第３クロスメンバー１３６に設けられた締結穴とが、締結部材で締結される。
【００７９】
図５に示すように、保護構造体２２０は、燃料電池ユニット２０１の２つの側面に対向する位置に、水平面に対して斜めに設けられた傾斜フレーム２３４および２３５を有している。このため、傾斜フレーム２３４および２３５に対して、いずれの高さに衝突の衝撃が加わったとしても、燃料電池ユニット２０１はその衝撃に耐えうるように構成されている。
【００８０】
また、図５に示すように、保護構造体２２０は、傾斜フレーム２３４および２３５の傾斜方向が、燃料電池ユニット２０１の上側フランジ２０４および下側フランジ２０６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を設置している。例えば、図５では、保護構造体２２０の傾斜フレーム２３４および２３５が車両前部から車両後部にかけて高くなるように傾斜している。このため、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の車両前部から車両後部に向けて低くなるような向きで保護構造体２２０に取り付けられる。このような向きで、燃料電池ユニット２０１のフランジと保護構造体２２０の傾斜フレーム２３４および２３５とが組み合わせてあるので、機械的強度を一段と高めることが可能となっている。燃料電池アセンブリ２００を側面方向から見た場合に、燃料電池ユニット２０１のフランジと保護構造体２２０の傾斜フレームとが交差構造体を構成することになるからである。
【００８１】
（コンバーターアセンブリ２５０）
図５〜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６は、コンバーターアセンブリ２５０の上側からの斜視図である。図７は、コンバーターアセンブリ２５０の下側からの斜視図である。
【００８２】
図５に示すように、コンバーターアセンブリ２５０は、燃料電池アセンブリ２００の車両前側に配置される。このような配置をすることにより、車両前方からの衝突の衝撃に対して、コンバーターアセンブリ２５０が燃料電池アセンブリ２００よりも先に衝突の衝撃を受けることになる。そして、後述する本発明の構造によって、衝突の衝撃が燃料電池２０に悪影響を及ぼすことを効果的に回避可能となっている。
【００８３】
図５〜図７に示すように、コンバーターアセンブリ２５０は、ＦＣコンバーター９０に、底面保護プレート２６２および前面保護プレート２７０を取り付けて構成されている。底面保護プレート２６２は、ＦＣコンバーター９０の底面に設けられている。前面保護プレート２７０は、ＦＣコンバーター９０の前面２５５の一部に形成されている傾斜部２５６を覆うように取り付けられている。
【００８４】
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とが接合されて構成されている。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の後部には、リレー部２５７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９７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、電気系統を電気的に切り離すようになっている。
【００８５】
またコンバーターアセンブリ２５０の後部には、電源ケーブル２５９が接続されており、電源ケーブル２５９の先端に設けられた端子コネクタ２６０が燃料電池ユニット２０１に電気的に接続するようになっている。図５に示すように、コンバーターアセンブリ２５０の後部には、さらに電源コード２８２が電源ケーブル２５９と電気的に並列接続されている。電源コード２８２は、先端に設けられた電源プラグ２８３により、図１に示すインバーター９３に接続するようになっている。
【００８６】
さらにコンバーターアセンブリ２５０の後部には、端子コネクタ２６０に対応した一に突起部２５８が設けられている。突起部２５８は、本発明の第３の特徴に係り、燃料電池２０の出力端子をショートさせる短絡保護手段として機能する。突起部２５８は、車両１００が衝突した場合において想定されるＦＣコンバーター９０の移動により燃料電池ユニット２０１の端子ソケット２１９の電極端子に当接することになる位置に設けられている。
【００８７】
底面保護プレート２６２は、車両下側、すなわち底面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。底面保護プレート２６２は、車両後側に取付部２６３が設けられており、車両前側に取付部２６５が設けられている。取付部２６３および２６５は、底面保護プレート２６２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。底面保護プレート２６２の取付部２６３および２６５は、本発明の第２の特徴に係り、前側に設けられる取付部２６５が後側に設けられる取付部２６３よりも弱い力で締結が解除されるように構成されている。
【００８８】
具体的には、図６および図７に示すように、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。
【００８９】
ここで、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。
【００９０】
前面保護プレート２７０は、ＦＣコンバーター９０の前面２５５の下側一部に設けられた傾斜部２５６を覆うような形状をした保護手段である。傾斜部２５６は、本発明の第１の特徴に係り、ＦＣコンバーター９０の下側ハウジング２５２の前方に形成されている。傾斜部２５６は、その面の法線が下側前方を向くように形成された傾斜面であり、前方からの衝突時に当接した部材の移動方向を変えるように機能する保護手段である。
【００９１】
図６および図７に示すように、この傾斜部２５６を覆って、前面保護プレート２７０が取り付けられている。前面保護プレート２７０は、ＦＣコンバーター９０の底面側に回り込んで保護する屈曲部２７２が設けられている。前面保護プレート２７０には、４つの取付部２７３が設けられており、各取付部２７３には、締結穴２７４が設けられている。締結部材であるボルト２８０を取付部２７３の締結穴２７４に挿通させてＦＣコンバーター９０の側面の締結穴に締結することにより、前面保護プレート２７０はＦＣコンバーター９０の傾斜部２５６に取り付けられる。
【００９２】
ここで、傾斜部２５６は、水平面との角度が９０度より小さい角度となるように傾いている。このため、車両前方からの衝突の衝撃により、フロントサスペンションメンバー１１２等の構造部材が移動し、この傾斜部２５６に設けられた前面保護プレート２７０に当接すると、その移動方向が下方に変更されるようになっている。例えば、ＦＣコンバーター９０よりも先に衝突の衝撃を受けたフロントサスペンションメンバー１１２等の部材は衝突の衝撃で後側に移動して、傾斜部２５６、直接的には前面保護プレート２７０、に衝突する。このとき、傾斜部２５６は下側に向いた傾斜面になっているので、当接した部材の移動方向が変えられるのである。
【００９３】
また、コンバーターアセンブリ２５０は、燃料電池ユニット２０１に対向することになる後部に図示しない衝突緩衝部材が設けられている。このように衝突緩衝部材を設けることにより、万が一、衝突の衝撃により、コンバーターアセンブリ２５０が燃料電池ユニット２０１に当接するようなことになっても、衝突緩衝部材が当接する際の衝撃を緩和するので、燃料電池２０の破損を効果的に抑制することが可能である。
【００９４】
なお、上記底面保護プレート２６２および前面保護プレート２７０は、一定の剛性を有する金属材料、例えば、アルミニウム、ＳＵＳ、鉄等で構成可能である。
【００９５】
（本発明に係る機能）
図８および図９を参照しながら、本実施形態の構造によって奏する特徴的な機能を説明する。
【００９６】
（第１の特徴（傾斜部２５６）に係る機能）
本発明の第１の特徴は、燃料電池ユニット２０１に隣接して設置される関連装置であるＦＣコンバーター９０に、車両前側に傾斜部２５６を備えたことである。この構造によれば、車両前側から車両１００に衝突の衝撃が加わった場合に、ＦＣコンバーター９０の移動方向が前進方向と平行ではない方向、すなわち下方向に変更されるのである。図８を参照して説明する。
【００９７】
図８（Ａ）は、車両１００が壁Ｗに衝突した状態を示している。上述したように、車両１００の前進方向に沿って、燃料電池ユニット２０１、コンバーターアセンブリ２５０、フロントサスペンションメンバー１１２の順に配置されている。この時点では、車両走行用モーター９４は衝突の衝撃を受けていない。
【００９８】
図８（Ｂ）は、車両１００の前側部分が潰れ、衝突の衝撃が車両走行用モーター９４に及ぼされた後の状態を示している。車両走行用モーター９４は一定の重量があるため、車両前方から衝突の衝撃を受けると、その慣性によって後退する。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に取り付けられている。このため、車両走行用モーター９４に引きずられる形で、または、自らが衝突の衝撃を受けて、フロントサスペンションメンバー１１２が後退する。フロントサスペンションメンバー１１２の移動方向は、車両進行方向とは逆の方向である。そのためフロントサスペンションメンバー１１２が所定距離だけ移動すると、コンバーターアセンブリ２５０に到達する。フロントサスペンションメンバー１１２は、その位置から車両進行方向とは逆の方向に進行した場合には、コンバーターアセンブリ２５０の傾斜部２５６に当接するように位置決めされて配置されている。よって、フロントサスペンションメンバー１１２が衝突の衝撃を受けて後退すると、コンバーターアセンブリ２５０の傾斜部２５６の一部に当接する。直接的には前面保護プレート２７０にフロントサスペンションメンバー１１２が衝突してくる。前面保護プレート２７０が直接衝突の衝撃を受けるので、ＦＣコンバーター９０が直接衝撃を受けて破損等することを回避可能である。
【００９９】
図８（Ｃ）は、車両走行用モーター９４やフロントサスペンションメンバー１１２を含む部材の移動方向が変更された後の状態である。前面保護プレート２７０はその法線が下方を向いている。このため、フロントサスペンションメンバー１１２が前面保護プレート２７０に当接すると、図８（Ｃ）に示すように、その移動方向が下方に向けられる。フロントサスペンションメンバー１１２の移動方向が下方に変わると、それに引きずられて、車両走行用モーター９４の移動方向も下方に変わる。車両走行用モーター９４を含む重量のある関連装置が下方に移動すると、フロアパネル１１１が下方に曲がるように変形する。そして、後述する本発明の第２の特徴により、コンバーターアセンブリ２５０は首をうなだれるように前傾する。すなわち、図８（Ｃ）の白抜き矢印で示すような方向に移動する。
【０１００】
万一、コンバーターアセンブリ２５０に、後方向へ移動させる衝撃が加わっても、第１クロスメンバー１２６がＦＣコンバーター９０の後部上端に当接するので、それ以上、ＦＣコンバーター９０を後方向へ移動することが阻止される。よって、ＦＣコンバーター９０が燃料電池ユニット２０１に進入して燃料電池ユニット２０１を損傷することを防止可能である。コンバーターアセンブリ２５０といった関連装置の移動や、フロントサスペンションメンバー１１２、サブフレーム１１８および１１９、並びにフロアパネル１１１等の関連部材の変形の過程をとおして、衝突の衝撃は吸収されていく。
【０１０１】
なお、フロントサスペンションメンバー１１２の移動方向が変わると、それに引きずられて、車両走行用モーター９４も、その移動方向を下方に変更する。さらに衝突の衝撃が強い場合には、自らも次のように移動方向を変更する。車両走行用モーター９４の車両後方へ移動すると、図８（Ｂ）に示すように、そこにはダッシュボード１０５が存在する。ダッシュボード１０５は、傾斜部２５６と同様に、その前面が前傾している。すなわち、ダッシュボード１０５の前面の法線が下方に向いている。このため、強い衝突の衝撃により、ダッシュボード１０５に当接するまで移動し、ダッシュボード１０５の前面に衝突した車両走行用モーター９４は、その移動方向が下方に向けられる。よって、車両走行用モーター９４自身も移動方向が変更されるのである。
【０１０２】
以上、本発明の第１の特徴によれば、コンバーターアセンブリ２５０の後方向への移動が回転運動に変更されるので、コンバーターアセンブリ２５０が燃料電池ユニット２０１に進入して損傷することを効果的に抑制可能である。
【０１０３】
（第２の特徴（傾斜部２５６）に係る機能）
本発明の燃料電池システムの第２の特徴は、関連装置であるコンバーターアセンブリ２５０において、底面保護プレート２６２の前側に設けられる取付部２６５が後側に設けられる取付部２６３よりも弱い力で締結が解除されるように構成されていることである。
【０１０４】
図８（Ｂ）に示すように、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の前面保護プレート２７０に衝突すると、ＦＣコンバーター９０は車両後方向へ押される。図６および図７で説明したように、ＦＣコンバーター９０の底面保護プレート２６２は、取付部２６３および２６５によりサブフレーム１１８および１１９にボルト２８１で締結されている。このとき、後側の取付部２６３の締結溝２６４に挿通されているボルト２８１が取付部２６３に及ぼす応力方向は前進方向と同じ方向であるため、締結溝２６４が開口している幅方向とは異なる。よって、後ろ向きの力が加わっても、締結溝２６４からボルト２８１が外れることはなく、この取付部２６３の締結は容易に解除されない。
【０１０５】
これに対し、前側の取付部２６５の締結溝２６６は、開口方向が車両前進方向を向いて配置されている。後ろ向きの力が加わった場合に、締結溝２６６に挿通されているボルト２８１が取付部２６５に及ぼす応力方向はこの前進方向と同じ方向となる。このため、前側から衝突の衝撃を受けた場合には、締結溝２６６からボルト２８１が外れ、この取付部２６５の締結は容易に解除されることになる。
【０１０６】
そして、後側の取付部２６３の締結が解除されないまま、前側の取付部２６５の締結が解除されると、コンバーターアセンブリ２５０は、前側の重量によって俯くように下側に落ちやすくなる。万一、コンバーターアセンブリ２５０に後方向へ移動させる衝撃が加わり、コンバーターアセンブリ２５０が後退した場合でも、第１クロスメンバー１２６がＦＣコンバーター９０の後部上端に当接して、それ以上の後退を阻止する。よって、第１クロスメンバー１２６付近を回転の中心として、コンバーターアセンブリ２５０は、弧を描くように前部を落とす。このとき、コンバーターアセンブリ２５０は、後方向に移動することが無いので、燃料電池ユニット２０１を損傷することを回避可能である。
【０１０７】
以上、本発明の第２の特徴によれば、前側の取付部２６５の締結が後側の取付部２６３の締結よりも容易に解除されるように構成したので、衝撃を受けたコンバーターアセンブリ２５０の移動方向を容易に変更することが可能である。コンバーターアセンブリ２５０の移動方向が変更されることにより、燃料電池ユニット２０１の損傷を回避可能である。
【０１０８】
（第３の特徴（突起部２５８）に係る機能）
本発明の燃料電池システムの第３の特徴は、関連装置であるＦＣコンバーター９０の後部、すなわち燃料電池ユニット２０１側に設けられた突起部２５８に関する。この突起部２５８は、車両が衝突した場合において想定されるコンバーターアセンブリ２５０の移動により、燃料電池ユニット２０１の電極端子に当接することになる位置に設けられていることを特徴とする。図９を参照して説明する。
【０１０９】
図９（Ａ）は、コンバーターアセンブリ２５０と燃料電池ユニット２０１との接続構造を示す側面図である。図９（Ａ）に示すように、ＦＣコンバーター９０の後部には、先端に端子コネクタ２６０が設けられた電源ケーブル２５９が設けられている。燃料電池ユニット２０１の前側の側面には、端子ソケット２１９が設けられている。端子ソケット２１９には、図１に示す燃料電池２０の二次側端子になる正極端子２１６と負極端子２１７とが設けられている。正極端子２１６には、電源ケーブル２５９のうち正極に係る電源線２５９ａの先端部が端子ネジ２１８により締結されている。負極端子２１７には、電源ケーブル２５９のうち負極に係る電源線２５９ｂの先端部が端子ネジ２１８により締結されている。
【０１１０】
図９（Ａ）に示すように、コンバーターアセンブリ２５０と燃料電池ユニット２０１とは、ＦＣコンバーター９０の後部の突起部２５８が、燃料電池ユニット２０１の端子ソケット２１９のやや下側に対向するように位置決めされて配置されている。具体的には、車両前方からの衝突の衝撃によりコンバーターアセンブリ２５０が回転しながら後退した場合に、突起部２５８が移動する軌跡に沿って、正極端子２１６と負極端子２１７とが重なるように配置されている。すなわち、車両前方からの衝突時に、突起部２５８が負極端子２１７と正極端子２１６とを短絡（ショート）させうるような位置関係となるよう配置されている。
【０１１１】
図９（Ｂ）は、車両前方から衝突の衝撃が加わった場合の突起部２５８の動きを示している。車両前方から衝突の衝撃が加えられると、上述した第１の特徴および第２の特徴により、図８（Ｃ）に示すように、コンバーターアセンブリ２５０は回転しながら後退する。すなわち、コンバーターアセンブリ２５０が僅かに後退すると、図９（Ｂ）に示すように、第１クロスメンバー１２６にＦＣコンバーター９０の後部が位置Ａで当接する。この位置Ａを中心としてコンバーターアセンブリ２５０は回転する。ＦＣコンバーター９０の後部に設けられた突起部２５８は、端子ソケット２１９に向かって移動する。このとき、突起部２５８の移動軌跡は負極端子２１７と正極端子２１６とに重なるようになっているので、図９（Ｂ）に示すように、負極端子２１７が突起部２５８により曲げられ正極端子２１６に当接することになる。負極端子２１７と正極端子２１６とが当接すると、図１に示す燃料電池２０が電気的に短絡させられたことになる。燃料電池２０は電気的に短絡させられると、発電中であっても発電機能が停止し、内部に保持されていた電荷が放出される。よって、万一、衝突の衝撃により燃料電池システムから燃料ガスの漏洩が生じたとしても、高い電圧が印加された電極からの放電により火災が発生するようなことを防止可能である。
【０１１２】
なお、負極端子２１７および正極端子２１６は、突起部２５８の移動軌跡に忠実に並んで配置されている必要はない。衝突の衝撃により突起部２５８が移動したときに、いずれか一方の電極端子に力が加わって変形し、他方の電極端子に接触するような構造を備えていればよい。突起部２５８そのものを導電体で構成し、衝突の衝撃が加わった場合に電極端子間に挿入等されて燃料電池２０を短絡させるように構成してもよい。
【０１１３】
また、上述したように、コンバーターアセンブリ２５０は、第１クロスメンバー１２６と当接する位置Ａを中心として回転する。よって、第１クロスメンバー１２６は、コンバーターアセンブリ２５０の後退を単に阻止するだけでなく、コンバーターアセンブリ２５０の回転軌跡を制御する役割を有している。この役割によって、本第３の特徴や次に説明する第４の特徴を効果的に機能させることができている。
【０１１４】
（第４の特徴（リレー部２５７）に係る機能）
本発明の燃料電池システムの第４の特徴は、一定以上の力が加わることにより関連装置であるＦＣコンバーター９０の電源を短絡可能に構成されたリレー部２５７（短絡部）をＦＣコンバーター９０の後部に備えたことである。
【０１１５】
図９（Ｂ）に示すように、ＦＣコンバーター９０の後部に設けられたリレー部２５７は、燃料電池ユニット２０１を設置する保護構造体２２０の前側フレームのやや下側に対向するように位置決めされて配置されている。具体的には、車両前方からの衝突の衝撃によりコンバーターアセンブリ２５０が回転しながら後退した場合に、リレー部２５７が、保護構造体２２０の前側フレームに位置Ｂにおいて当接するように配置されている。リレー部２５７には、図１に示すリレー９７が配置されている。
【０１１６】
このような配置において、車両前方から衝突の衝撃が加えられると、コンバーターアセンブリ２５０は第１クロスメンバー１２６と当接するまで後退し、当接後は、位置Ａを中心として回転する。このとき、ＦＣコンバーター９０の後部に設けられたリレー部２５７は、保護構造体２２０の前側フレームに向かって移動し、位置Ｂにおいて当接する。リレー部２５７は、一定以上の力が加わると破壊され、リレー９７が、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、電気系統を電気的に切り離すようになっている。よって、万一、衝突の衝撃により燃料電池システムから燃料ガスの漏洩が生じたとしても、ＦＣコンバーター９０の二次側端子に接続されていた電気系統が切り離されているので、放電により火災が発生するようなことを防止可能である。
【０１１７】
（本実施形態の利点）
（１）本実施形態における第１の特徴によれば、コンバーターアセンブリ２５０の前側に傾斜部２５６を備えている。かかる構成により、車両前側から衝突の衝撃が加わった場合に、先に衝突の衝撃を受けるフロントサスペンションメンバー１１２や車両走行用モーター９４の移動方向を下側に変更可能であり、燃料電池ユニット２０１の破損を防止することが可能である。
【０１１８】
（２）本実施形態における第２の特徴によれば、コンバーターアセンブリ２５０を締結する２組の取付部２６３および２６５のうち、前側の取付部２６５の締結が容易に解除可能に構成されている。よって、車両前方から衝突の衝撃が加わった場合に、前側の取付部２６５の締結が先に解除され、コンバーターアセンブリ２５０を回転しながら後退させる。よって、コンバーターアセンブリ２５０が燃料電池ユニット２０１に直接進入して破損することを防止可能である。
【０１１９】
（３）本実施形態における第３の特徴によれば、ＦＣコンバーター９０の後部に突起部２５８が設けられており、この突起部２５８は、燃料電池ユニット２０１の端子ソケット２１９のやや下側に対向している。よって、車両前方から衝突の衝撃が加わった場合に、突起部２５８が燃料電池ユニット２０１の電源端子を短絡させる。このため、万一、燃料ガスの漏洩が生じていたとしても、火災を未然に防止可能である。
【０１２０】
（４）本実施形態における第４の特徴によれば、ＦＣコンバーター９０の後部に、一定以上の力が加わることにより電源を遮断可能に構成されたリレー部２５７（リレー９７）を備えている。よって、車両前方から衝突の衝撃が加わった場合、リレー部２５７が燃料電池アセンブリ２００の保護構造体２２０に当接して破損され、リレー９７が、ＦＣコンバーター９０の二次側端子を他の電気系統から切り離す。このため、このため、万一、燃料ガスの漏洩が生じていたとしても、火災を未然に防止可能である。
【０１２１】
（５）本実施形態によれば、コンバーターアセンブリ２５０の後側上部に第１クロスメンバー１２６が配置されている。よって、車両前方から衝突の衝撃があった場合でもコンバーターアセンブリ２５０のそれ以上の後退を阻止することが可能である。また、コンバーターアセンブリ２５０の移動方向を、回転しながら後退する方向に確実に変更可能である。
【０１２２】
（６）本実施形態によれば、コンバーターアセンブリ２５０の後部には衝突緩衝部材が設けられているので、万が一、コンバーターアセンブリ２５０が燃料電池ユニット２０１に当接したとしても、当接の衝撃を緩和し、燃料電池ユニット２０１の破損を効果的に抑制することが可能である。
【０１２３】
（７）本実施形態によれば、関連装置としてＦＣコンバーター９０に本発明の第１の特徴に係る構造である傾斜部２５６を形成した。ＦＣコンバーター９０は、燃料電池２０の出力電圧を変換する電圧変換手段として燃料電池２０に最も関連性の高い関連装置であり、隣接して設けられる必然性が高い部材だからである。
【０１２４】
（実施形態２）
本発明の実施形態２は、本発明の第１の特徴の変形例に関する。
上記実施形態１では、燃料電池アセンブリ２００の前側にコンバーターアセンブリ２５０を配置し、ＦＣコンバーター９０に本発明の第１の特徴、すなわち傾斜部２５６を設けた。本実施形態２では、ＦＣコンバーター９０以外の関連装置に本発明の第１の特徴を設けるものである。
【０１２５】
図１０に本実施形態２における燃料電池アセンブリ３００の斜視図を示す。図１１に本実施形態２における燃料電池アセンブリ３００の配置を説明する車両側面図を示す。図１２に本実施形態２における燃料電池アセンブリ３００の配置を説明する車両底面図を示す。
【０１２６】
図１０および図１２に示すように、本実施形態２の燃料電池アセンブリ３００は、燃料電池ユニット２０１とＦＣコンバーター９０とが車両の幅方向に並べられている。但し、燃料電池ユニット２０１とともに収納する関連装置は、ＦＣコンバーター９０に限定されるものではなく、インバーターその他の関連装置を燃料電池ユニット２０１とともに設置するようにしてもよい。保護構造体３１０は、燃料電池ユニット２０１とＦＣコンバーター９０とを収容しうる大きさと形状に形成されている。
【０１２７】
図１０および図１１に示すように、保護構造体３１０には、傾斜フレーム３１１が設けられている。またＦＣコンバーター９０には、傾斜フランジ構造Ｆが設けられている。燃料電池ユニット２０１にも、図示しないが、傾斜フランジ構造が設けられている。ＦＣコンバーター９０は、その傾斜フランジ構造Ｆが保護構造体３１０の傾斜フレーム３１１と交差するように配置されている。燃料電池ユニット２０１は、そのフランジ構造が保護構造体３１０の傾斜フレーム３１１と交差するように配置されている。
【０１２８】
なお、燃料電池ユニット２０１とＦＣコンバーター９０とを別体として一つの保護構造体３１０に設置する他、これらを一つのハウジングに収納してもよい。また、燃料電池２０とともに収納する関連装置は、ＦＣコンバーター９０に限定されるものではない。ＦＣコンバーター９０の代わりに、または、それに加えて、インバーターその他の関連装置を燃料電池２０とともに収納するように構成してもよい。
【０１２９】
図１０〜図１２に示すように、保護構造体３１０は、後側に後側構造体３２０、前側に前側構造体３３０が、一体をなすように設けられている。後側構造体３２０には、燃料電池２０の関連装置を収納する収納部３２１が設置されている。図１１の側面図に示すように、本実施形態２では、後側構造体３２０が燃料電池ユニット２０１の後部に配置される。このため、ダッシュボード１０５のリヤシート１０４の脚置き部分が若干高く形成されている。
【０１３０】
前側構造体３３０には、図１に示す冷却液ポンプ３５、インバーター９５、および関連装置収納部３３１が設置されている。特に、本実施形態２では、燃料電池アセンブリ３００の最も前側に冷却液ポンプ３５を配置した点に特徴がある。
【０１３１】
図１０〜１２に示すように、冷却液ポンプ３５は、円筒形状をしている。この円筒形状の軸方向を車両幅方向に向くように配置することで、円筒形状の円周面が車両前側に向く。よって、このように配置された冷却液ポンプ３５の下半分では、上記実施形態１の傾斜部２５６（図５〜７参照）と同様に、円周面の法線方向が下側を向いている。そして本実施形態２では、図１１に示すように、フロントサスペンションメンバー１１２の水平方向の延長線が冷却液ポンプ３５の側面の下半分に位置するように、フロントサスペンションメンバー１１２と燃料電池アセンブリ３００とが配置されている。
【０１３２】
（本実施形態２に係る機能）
本実施形態２では、冷却液ポンプ３５が本発明における第１の特徴として機能する。すなわち、車両前側から車両１００に衝突の衝撃が加わった場合に、フロントサスペンションメンバー１１２等の関連装置の移動方向が前進方向と平行ではない方向、すなわち下方向に変更されるのである。図１３を参照して説明する。
【０１３３】
図１３（Ａ）は、車両１００が壁Ｗに衝突した状態を示している。フロントサスペンションメンバー１１２の後方には、燃料電池アセンブリ３００が配置されている。燃料電池アセンブリ３００の最前部には、冷却液ポンプ３５が前側構造体３３０から飛び出すように配置されている。この時点では、車両走行用モーター９４は衝突の衝撃を受けていない。
【０１３４】
図１３（Ｂ）は、車両１００の前側部分が潰れ、衝突の衝撃が車両走行用モーター９４に及ぼされた後の状態を示している。車両走行用モーター９４は一定の重量があるため、車両前方から衝突の衝撃を受けると、その慣性によって後退する。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に取り付けられている。このため、車両走行用モーター９４に引きずられる形で、または、自らが衝突の衝撃を受けて、フロントサスペンションメンバー１１２が後退する。フロントサスペンションメンバー１１２の移動方向は、車両進行方向とは逆の方向である。そのためフロントサスペンションメンバー１１２が所定距離だけ移動すると、燃料電池アセンブリ３００の最前部に設けられた冷却液ポンプ３５に到達する。上述したように、フロントサスペンションメンバー１１２は、その位置から車両進行方向とは逆の方向に進行した場合には、冷却液ポンプの円周面の下半分に当接するように位置決めされて配置されている。よって、フロントサスペンションメンバー１１２が衝突の衝撃を受けて後退すると、冷却液ポンプ３５の円周面の下半分に当接する。
【０１３５】
図１３（Ｃ）は、車両走行用モーター９４やフロントサスペンションメンバー１１２を含む部材の移動方向が変更された後の状態である。冷却液ポンプ３５の円周面の下半分では、その法線が下方を向いている。このため、フロントサスペンションメンバー１１２が冷却液ポンプ３５の円周面の下半分に当接すると、図１３（Ｃ）に示すように、その移動方向が下方に向けられる。フロントサスペンションメンバー１１２の移動方向が下方に変わると、それに引きずられて、車両走行用モーター９４の移動方向も下方に変わる。車両走行用モーター９４を含む重量のある関連装置が下方に移動すると、フロアパネル１１１が下方に曲がるように変形する。すなわち、図１３（Ｃ）の白抜き矢印で示すような方向に移動する。
【０１３６】
以上、本実施形態２によれば、冷却液ポンプ３５によりフロントサスペンションメンバー１１２および車両走行用モーター９４の移動方向が下向き後方に変更されるので、燃料電池ユニット２０１を損傷することを効果的に抑制可能である。
【０１３７】
特に本実施形態２によれば、冷却液ポンプ３５の本来有している円周面形状を効果的に利用して本発明の第１の特徴に係る機能を奏することに成功している。
【０１３８】
（実施形態３）
本発明の実施形態３は、上記実施形態２の変形例に関する。
図１４に本実施形態３における燃料電池アセンブリ３００ｂの車両側面図を示す。図１４に示すように、本実施形態３の燃料電池アセンブリ３００ｂは、保護構造体３１０に後側構造体３２０および前側構造体３３０が設けられている点で、上記実施形態２と共通している。
【０１３９】
保護構造体３１０には、燃料電池ユニット２０１およびＦＣコンバーター９０が車両の幅方向に並べられて配置されている。後側構造体３２０は、燃料電池２０の関連装置を収納する収納部３２１が設置されている。これらは上記実施形態２と同様である。
【０１４０】
前側構造体３３０において、冷却液ポンプ３５、イオン交換器３３２、インバーター９５、および関連装置収納部３３１が設置されている。特に本実施形態３では、冷却液ポンプ３５の後部にイオン交換器３３２を配置した点に特徴がある。イオン交換器３３２は、車両前方から衝突の衝撃があった場合に、衝突の衝撃を緩和する衝突緩衝部材として機能する。
【０１４１】
上記構成において、車両前方から衝突の衝撃があると、図１３（Ｂ）において前述したように、フロントサスペンションメンバー１１２が所定距離だけ移動し、燃料電池アセンブリ３００ｂの最前部に設けられた冷却液ポンプ３５に到達する。その到達位置は、冷却液ポンプ３５の円周面の下半分である。そして図１３（Ｃ）において上述したように、フロントサスペンションメンバー１１２が冷却液ポンプ３５の円周面の下半分に当接すると、その移動方向が下方に向けられる。フロントサスペンションメンバー１１２の移動方向が下方に変わると、それに引きずられて、車両走行用モーター９４の移動方向も下方に変わる。
【０１４２】
ここで、フロントサスペンションメンバー１１２が冷却液ポンプ３５に当接する際に、衝突の衝撃が大きいと、冷却液ポンプ３５が衝撃を受けて車両後方へ移動する。ここで、本実施形態３では、冷却液ポンプ３５の背後にイオン交換器３３２が配置されている。イオン交換器３３２は、冷却液の導電率制御を行うためのイオン交換膜を備えており、冷却液が常時充填られている部材である。冷却液ポンプ３５が衝突の衝撃を受けて後退し、ある程度の強さでイオン交換器３３２に衝突すると、イオン交換器３３２が潰される。このとき、イオン交換器３３２には多量の冷却液が充填されているので、イオン交換器３３２が衝突緩衝部材として機能し、衝突のエネルギーを効果的に吸収する。
【０１４３】
以上、本実施形態３によれば、上記実施形態２と同様の機能を奏する他、冷却液ポンプ３５の背後にイオン交換器３３２を備えたので、衝突緩衝部材として機能させ、衝突の衝撃を効果的に吸収させることが可能である。
【０１４４】
（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。
【０１４５】
例えば、実施形態１では、本願発明の第１〜第４の特徴に係る構造をＦＣコンバーター９０に設けたが、その他の関連装置に設けても無論よい。例えば、インバーター９３やインバーター９５は、ＦＣコンバーター９０と同様に、燃料電池２０との関連性が高い関連装置である。このため、ＦＣコンバーター９０に代えて、または、ＦＣコンバーター９０と並行してインバーター９３やインバーター９５を燃料電池ユニット２０１の前側に配置してもよい。
【０１４６】
また、上記各実施形態では、車両の前側からの衝突に対処するために本発明の第１〜第４の特徴を設けるように記載したがこれに限られない。車両の横方向や後方向からの衝突の衝撃に対処するため、本発明に係る特徴的な構造を設けてもよい。
【０１４７】
さらに、上記各実施形態では、ＦＣコンバーター９０の前側に傾斜部２５６を設けて、フロントサスペンションメンバー１１２の移動方向を変更させていた。しかしながら、ＦＣコンバーター９０等の関連装置と燃料電池ユニット２０１とに高さ方向のオフセットを設けても、本発明の第１の特徴に係る機能を発揮させることが可能である。例えば、図１５の車両側面図に示すように、コンバーターアセンブリ２５０と燃料電池ユニット２０１との間に高さΔｈのオフセットを設けておく。フロントサスペンションメンバー１１２の水平方向後側はコンバーターアセンブリ２５０の底面より下になるように位置決めしておく。このようにオフセットΔｈを設ける場合には、トンネル部１０９の高さを若干高めに構成しておく必要がある。
このように構成すれば、前側から衝突の衝撃を受けた場合に、フロントサスペンションメンバー１１２はコンバーターアセンブリ２５０の下側に入り込む。よって、燃料電池ユニット２０１と衝突しない程度にフロントサスペンションメンバー１１２の移動方向を変更することが可能である。
【産業上の利用の可能性】
【０１４８】
本発明の燃料電池システムは、車両のみならず、他の形態の移動体に適用することも可能である。そのような移動体として、列車、船舶、航空機、潜水艇等に適用可能である。本発明の燃料電池システムを備えていれば、どのような形態の移動体であっても、前方からの衝突の衝撃から心臓部である燃料電池を効果的に保護することが可能だからである。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、燃料電池を前方からの衝撃から効果的に保護することが可能である。
【符号の説明】
【０１４９】
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）、高電圧補機９９…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、２０８…ボルト、２０９…ナット、２１０、２１１…側面、２１２…上面、２１３…底面、２１４…起伏形状、２１５…換気窓、２１６…正極端子、２１７…負極端子、２１８…端子ネジ、２１９…端子ソケット、２２０、３１０…保護構造体、２２１…枠構造体、２２２…柱状部材、２２３…補強フレーム、２２４−２２７…取付部、２３４、２３５…傾斜フレーム、２３６…取付座、２３９…バインダ、２４０…保護パネル��２４１…パネル本体、２４６…カーボンクロスファイバー、２５０…コンバーターアセンブリ、２５１…上側ハウジング、２５２…下側ハウジング、２５３…冷却液入口、２５４…冷却液出口、２５５…前面、２５６…傾斜部、２５７…リレー部、２５８…突起部、２５９、２８２…電源ケーブル、２５９ａ、２５９ｂ…電源線、２６０…端子コネクタ、２６２…底面保護プレート、２６３、２６５、２７３…取付部、２６４、２６６…締結溝、２７０…前面保護プレート、２７２…屈曲部、２７４…締結穴、２８０、２８１…ボルト、２８３…電源プラグ、３００、３００ｂ…燃料電池アセンブリ、３１１…傾斜フレーム、３２０…後側構造体、３２１…収納部、３３０…前側構造体、３３１…関連装置収納部、３３２…イオン交換器、Ａ、Ｂ…余長部分、Ｆ…傾斜フランジ構造、Ｐ…物体、Ｓ…ボディ
【図１】
2010137149.tif 000003
【図２】
2010137149.tif 000004
【図３】
2010137149.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010137149.tif 000010
【図９】
2010137149.tif 000011
【図１０】
2010137149.tif 000012
【図１１】
2010137149.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2010137149.tif 000015
【図１４】
2010137149.tif 000016
【図１５】
2010137149.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月25日(2010.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に電気的に接続されて前記燃料電池に隣接して設置される関連装置と、を備え、
前記関連装置は、前記車両の前進方向側に傾斜部を備え、
前記車両の衝突の衝撃により前記関連装置が移動する際に前記関連装置の端部に当接することになる位置にクロスメンバーが配置されている、
燃料電池システム。
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月2日(2011.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に電気的に接続されて前記燃料電池に隣接して設置される関連装置と、を備え、
前記関連装置は、前記車両の前進方向側に傾斜部を備え、
前記車両の衝突の衝撃により前記関連装置が移動する際に前記関連装置の端部に当接することになる位置にクロスメンバーが配置されており、
前記関連装置は、前記車両の衝突の衝撃により前記車両の前進方向側から移動する前記クロスメンバーが前記傾斜部に当接することになるような位置に配置されている、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記関連装置は、前記前進方向に沿って互いに離間した少なくとも２つの締結部材により前記車両に固定されており、
前記少なくとも２つの前記締結部材のうち前記前進方向側に設けられる前記締結部材は、前記前進方向側とは反対側に設けられる前記締結部材よりも弱い力で締結が解除されるように構成されている、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記関連装置には、前記燃料電池側に突起部が設けられており、
前記突起部は、
前記車両が衝突した場合において想定される前記関連装置の移動により前記燃料電池の電極端子に当接することになる位置に設けられている、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に電気的に接続されて前記燃料電池に隣接して設置される関連装置と、を備え、
前記関連装置は、前記前進方向に沿って互いに離間した少なくとも２つの締結部材により前記車両に固定されており、
前記少なくとも２つの前記締結部材のうち前記前進方向側に設けられる前記締結部材は、前記前進方向側とは反対側に設けられる前記締結部材よりも弱い力で締結が解除されるように構成されており、
前記関連装置は、
前記車両の前進方向側に傾斜部を備え、
前記車両の衝突の衝撃により前記車両の前進方向側から移動する構造部材が前記傾斜部に当接することになるような位置に配置されている、
燃料電池システム。
【請求項５】
車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に電気的に接続されて前記燃料電池に隣接して設置される関連装置と、を備え、
前記関連装置には、前記燃料電池側に突起部が設けられており、
前記突起部は、
前記車両が衝突した場合において想定される前記関連装置の移動により前記燃料電池の電極端子に当接することになる位置に設けられている、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
前記関連装置は、一定以上の力が加わることにより前記関連装置の電源を短絡可能に構成された短絡部を前記燃料電池側に備える、
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。
【請求項７】
前記短絡部は、
前記車両が衝突した場合において想定される前記関連装置の移動により前記燃料電池の一部に当接することになる位置に設けられている、
請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記関連装置と前記燃料電池との間には、衝突緩衝部材が設けられている、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記関連装置は、前記燃料電池に電気的に接続されるコンバーターである、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の燃料電池システムを備えた車両。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】燃料電池システムおよび車両
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムを搭載した車両に係り、特に、燃料電池およびＤＣ／ＤＣコンバーター等の燃料電池の関連装置の搭載構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
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）。
【０００５】
特開２００７−０１５６１２号公報には、車両中央位置のセンターコンソールを支持するように設けられた左右一対のセンターフレームと、センターフレームの車幅方向外側に設けられた左右一対のサイドフレームとを備えたフレーム構造が開示されている。センターコンソールに燃料電池スタックが収納され、センターフレームとサイドフレームとの間の車幅方向の領域にＤＣ−ＤＣコンバーターが格納されるとされていた（特許文献３）。
【０００６】
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（特許文献４および特許文献５）。
【０００７】
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】特開２００５−２０５９４５号公報
【特許文献２】特開２００４−１６１０９２号公報
【特許文献３】特開２００７−０１５６１２号公報
【特許文献４】特開２００７−２０９１６１号公報
【特許文献５】特開２００７−３１８９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の技術における搭載構造では、燃料電池車の前面その他の方面から物体が衝突した際の衝撃から燃料電池を十分に保護することができなかった。
【０００９】
例えば、特許文献１に記載された技術は、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、側突の衝撃の強さや物体の高さによっては、物体が燃料電池ユニットの設置位置まで進入する可能性があった。
【００１０】
特許文献２に記載の技術では、燃料ガス希釈ボックスが衝撃の多くを吸収し得たとしても燃料ガス希釈ボックスが動いて燃料電池に接触することは防止できなかった。このため、燃料電池内部から燃料ガスが漏洩し、スパークにより発火する可能性があった。
【００１１】
特許文献３に記載の技術では、センターフレームがＤＣ−ＤＣコンバーターの移動に抵抗する構造になっているので、ＤＣ−ＤＣコンバーターの破損程度で衝突の衝撃が吸収できる場合には有効であった。しかしながら、衝突の衝撃が高い場合にはその衝撃によりセンターフレームが変形する結果、燃料電池スタックが破壊され、燃料電池スタックから燃料ガスが漏洩する可能性があった。
【００１２】
特許文献４および特許文献５に記載のＤＣ−ＤＣコンバーターは、燃料電池に近接して設けられる周辺装置であるため、その設置構造に不備があると、車両衝突時の衝撃によって燃料電池に突っ込んで燃料ガスの漏洩を引き起こす可能性があった。
【００１３】
上記不都合に対処するため、燃料電池の衝撃耐性を高めるには極めて高い剛性を有する構造物を燃料電池と関連装置との間に配置することが考えられる。しかしながら、重量制限のある車両では極端に重量が嵩む剛性構造による保護対策を採ることができない。車両重量を増加させることを抑制しながら効果的に燃料電池を保護する必要があるのである。
【００１４】
そこで本発明は、車両重量の増加を抑制しながら、燃料電池に燃料電池の関連装置が衝突することを抑制可能な燃料電池システムの搭載構造を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決する本発明の燃料電池システムにおける第１の特徴は、車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料電池と、燃料電池に電気的に接続されて燃料電池に隣接して設置される関連装置と、を備え、関連装置は、車両の前進方向側に傾斜部を備え、車両の衝突の衝撃により関連装置が移動する際に関連装置の端部に当接することになる位置にクロスメンバーが配置されており、関連装置は、車両の衝突の衝撃により車両の前進方向側から移動するクロスメンバーが傾斜部に当接することになるような位置に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
かかる構成によれば、前進方向側から車両に衝突の衝撃が加わった場合に、関連装置の移動方向が前進方向と平行ではない方向に変更される。すなわち、関連装置より先に衝突の衝撃を受けた部材が、上記関連装置の傾斜部に当接すると、当接部分が傾斜しているために部材の移動方向が変わる。部材は間接的にまたは直接的に関連装置に接続されているので、部材の移動に連動して関連装置が前進方向と平行ではない方向（例えば下側）に移動する。よって、関連装置が燃料電池に直接進入して燃料電池を破損することが抑制される。
【００１７】
本発明の燃料電池システムの第２の特徴は、関連装置は、前進方向に沿って互いに離間した少なくとも２つの締結部材により車両に固定されており、少なくとも２つの締結部材のうち前進方向側に設けられる締結部材は、前進方向側とは反対側に設けられる締結部材よりも弱い力で締結が解除されるように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
かかる構成によれば、前進方向側から車両に衝突の衝撃が加わった場合に、衝撃により関連装置を固定している締結部材のうち、前進方向側に設けられた締結部材の締結が先に解除される。よって、解除されない締結部材を中心に、関連装置は回転するような方向に移動し、燃料電池に接近しない。よって、関連装置が燃料電池に直接進入して燃料電池を破損することが抑制される。
【００１９】
本発明の燃料電池システムにおける第３の特徴は、関連装置には、燃料電池側に突起部が設けられており、突起部は、車両が衝突した場合において想定される関連装置の移動により燃料電池の電極端子に当接することになる位置に設けられていることを特徴とする。
【００２０】
かかる構成によれば、前進方向側から車両に衝突の衝撃が加わった場合、関連装置の移動によって突起部が燃料電池の電極端子に衝突する。この衝突によって電極端子が変形する結果、電気的に燃料電池が短絡される。よって、万が一、関連装置が燃料電池を損傷して燃料ガスが漏洩したとしてもスパークが発生することが無く、燃料電池の破壊によって生じうる不都合を未然に抑制可能である。
【００２１】
上記第１〜第３の特徴は、互いに単独に、または、２以上を組み合わせて用いることが可能である。
【００２２】
本願発明は、所望により以下の要素を加えることが可能である。
【００２３】
（１）関連装置は、一定以上の力が加わることにより関連装置の電源を短絡可能に構成された短絡部を燃料電池側に備えることは好ましい（第４の特徴）。
【００２４】
かかる構成によれば、関連装置が燃料電池の一部に当接することによって、関連装置の電源が短絡されるので、万が一、関連装置が燃料電池を損傷して燃料ガスが漏洩したとしてもスパークが発生することが無く、燃料電池の破壊によって生じうる不都合を未然に抑制可能である。
【００２５】
（２）短絡部は、車両が衝突した場合において想定される関連装置の移動により燃料電池の一部に当接することになる位置に設けられていることが好ましい。
【００２６】
かかる構成によれば、衝突時に短絡部に一定以上の力が加わって電源を短絡させる可能性を高くすることができる。
【００２７】
（３）関連装置と燃料電池との間には、衝突緩衝部材が設けられていることは好ましい。
【００２８】
かかる構成によれば、衝突緩衝部材が燃料電池と関連装置とが当接する際の衝撃を緩和するので、燃料電池の破損を効果的に抑制することが可能である。
【００２９】
（４）関連装置は、燃料電池に電気的に接続されるコンバーターであることは好ましい。
【００３０】
コンバーターは燃料電池の出力電圧を変換する電圧変換手段であるため、燃料電池に隣接して設けられることが多いからである。
【００３１】
（５）本願発明は、上記特徴を備える燃料電池システムを備えた車両でもある。
【００３２】
本願発明の燃料電池システムを搭載すれば、車両が万が一衝突したとしても、燃料電池を破損する可能性や、破損した場合に不都合が生じる可能性を抑制することが可能である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、前進方向と平行ではない方向に関連装置の移動方向が変更されるので、関連装置が燃料電池を破損することを抑制可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】実施形態１における燃料電池アセンブリおよびコンバーターアセンブリの斜視図。
【図６】実施形態１におけるコンバーターアセンブリの上側からの斜視図。
【図７】実施形態１におけるコンバーターアセンブリの下側からの斜視図。
【図８】実施形態１における機能説明図であり、（Ａ）は前面衝突時、（Ｂ）はコンバーターアセンブリの位置まで物体が進入してきた時の図、（Ｃ）は物体の移動方向の変化に連れてコンバーターアセンブリの移動方向が変わる時の図。
【図９】実施形態１におけるコンバーターアセンブリの遮断機能説明図であり、（Ａ）は衝突前の配置説明図、（Ｂ）はコンバーターアセンブリの移動方向が変化した場合の配置説明図。
【図１０】実施形態２における燃料電池アセンブリの斜視図。
【図１１】実施形態２における燃料電池アセンブリの配置を説明する車両側面図。
【図１２】実施形態２における燃料電池アセンブリの配置を説明する車両底面図。
【図１３】実施形態２における機能説明図であり、（Ａ）は前面衝突時、（Ｂ）は燃料電池アセンブリの位置まで物体が進入してきた時の図、（Ｃ）は物体の移動方向が変わる時の図。
【図１４】実施形態３における燃料電池アセンブリの配置を説明する車両側面図。
【図１５】変形例における燃料電池アセンブリの配置を説明する車両側面図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
「移動体」：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。また、有人であるか無人であるかを問わない。
「車両」：本発明の移動体の一例である自動車の車体を意味する。
「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」：車両の高さ方向のうち、上向きの方向（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。
【００３７】
（実施形態１）
本発明の実施形態１は、関連装置であるＤＣ−ＤＣコンバーターに本発明の燃料電池システムにおける第１〜第４の特徴を適用したコンバーターアセンブリに関する。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、コンバーターアセンブリの詳細について説明する。
【００３８】
（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。
【００３９】
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。
【００４０】
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-・・・（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ・・・（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ・・・（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。
【００４１】
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。
【００４２】
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３６、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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おり、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。
【００４６】
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が設けられており、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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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ＤＣ−ＤＣ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。これらは本実施形態における「関連装置」である。
【００５２】
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、二次側端子にインバーター９３が接続されている。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。
【００５３】
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、車両走行用モーター９４への制動動作により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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
バッテリー９１は、二次電池として余剰電力や回生電力を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、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、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等のモーター類を表す。
【００５７】
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するために用いられる。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
（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。
【００６１】
（車両における燃料電池システムの配置）
次に図２〜図７を参照しながら、本実施形態１における燃料電池システムの構成について説明する。図２に本実施形態１における車両の構造および燃料電池システムの配置を示す。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。
【００６２】
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の各構成要素は、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、および第１燃料ガスタンク４２ａについての配置が例示されている。
【００６３】
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の底面部に燃料電池システム１０の各構成要素が配置されている。燃料電池２０は、車両の前後左右方向のほぼ中心であって、当該実施形態では、フロントシート１０３の真下に配置されている。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。
【００６４】
上述したように、燃料電池２０およびＦＣコンバーター９０は、車両１００のほぼ中心であって下部側に、車両１００の前後方向に延在するフレーム（後述）や車両１００の幅方向に延在するクロスメンバー（後述）によって囲まれて配置されている。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。特に、ＦＣコンバーター９０は、後述するように、本発明の関連装置に相当し、車両１００の前側に傾斜部を備えているので、前方向からの衝突に対して極めて高い耐性を備えている。
【００６５】
なお、以下の説明において、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。コンバーターアセンブリ２５０は、本発明における「関連装置」に相当している。
【００６６】
（車両構造）
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。
【００６７】
図３に示すように、車両１００の底面には、フロアパネル１１１が前面に敷設されている。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。
【００６８】
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で後述する）にブラケット１２２および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。なお、図３では、保護構造体２２０の裏面に設けられるパネルの図示は省略してある。
【００６９】
車両１００の中央部において、車両１００の側面には、サイドロッカーメンバー１２８および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おり、車両中央部の横方向からの衝撃に対する剛性構造を形成している。燃料電池アセンブリ２００は、本願発明に係り、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。
【００７０】
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おり、車両後部の横方向からの衝撃に対する耐性構造を形成している。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との間に設けられたバインダ１５２および１５３により、第２燃料ガスタンク４２ｂが固定されている。
【００７１】
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。
【００７２】
図４に本実施形態１におけるコンバーターアセンブリ２５０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。しかしながら、本発明の関連装置としての後述する構成をコンバーターアセンブリ２５０が備えているので、燃料電池アセンブリ２００を衝突の衝撃から保護するように構成されている。図２でも前述したように、ダッシュボード１０５の車両中央部に設けられたトンネル部１０９の内部に、コンバーターアセンブリ２５０および燃料電池アセンブリ２００が配置されている。サイドロッカーメンバー１２８（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、コンバーターアセンブリ２５０および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。
【００７３】
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。
【００７４】
（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。
【００７５】
（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に燃料電池ユニット２０１が設置されて構成されている。
【００７６】
図５に示すように、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とにより、燃料電池２０を収納して構成されている。内部に燃料電池２０を介在させて、上側ハウジング２０２の上側フランジ２０４と下側ハウジング２０３の下側フランジ２０６とを整合させ締結することにより、燃料電池ユニット２０１が構成される。燃料電池ユニット２０１の車両前側には、図９に示すような端子ソケット２１９が設けられている。
【００７７】
ここで、図５に示すように、上側フランジ２０４および下側フランジ２０６は、側面において燃料電池ユニット２０１の底面または上面に対して傾斜している。すなわち燃料電池ユニット２０１の側面を斜めに横断するようにフランジが形成されている。フランジが形成されている部分は一般的に機械的強度が増加する。このため、上側フランジ２０４および下側フランジ２０６が斜めに形成されている側面に対し、いずれの高さに衝突の衝撃が加わったとしても、燃料電池ユニット２０１はその衝撃に耐えうるように構成されている。
【００７８】
図５に示すように、保護構造体２２０は、燃料電池ユニット２０１の底面より一回り大きく燃料電池ユニット２０１を取り囲むような大きさに形成されている。保護構造体２２０を構成する四つの辺部材によって形成される内角部分には、燃料電池ユニット２０１を締結するための図示しない取付座が設けられている。取付座の裏側には、図示しないパネルが取り付けられている。枠構造体２２１には、傾斜フレーム２３４および２３５が設けられている。枠構造体２２１の車両前側の角部には、取付部２２６および２２７が設けられ、締結穴２３０および２３１が形成されている。車両前側の取付部２２６および２２７は、フロントフレーム１１４および１１５に、それぞれ締結されている。具体的には、取付部２２６および２２７に設けられた締結穴２３０および２３１と、フロントフレーム１１４および１１５に設けられた締結穴とが、締結部材（ボルトおよびナットなど）で締結される。傾斜フレーム２３４および２３５の車両後側の端部には、取付部２２４および２２５が設けられ、締結穴２２８および２２９が形成されている。取付部２２４および２２５は、第３クロスメンバー１３６に締結される。具体的には、取付部２２４および２２５に設けられた締結穴２２８および２２９と、第３クロスメンバー１３６に設けられた締結穴とが、締結部材で締結される。
【００７９】
図５に示すように、保護構造体２２０は、燃料電池ユニット２０１の２つの側面に対向する位置に、水平面に対して斜めに設けられた傾斜フレーム２３４および２３５を有している。このため、傾斜フレーム２３４および２３５に対して、いずれの高さに衝突の衝撃が加わったとしても、燃料電池ユニット２０１はその衝撃に耐えうるように構成されている。
【００８０】
また、図５に示すように、保護構造体２２０は、傾斜フレーム２３４および２３５の傾斜方向が、燃料電池ユニット２０１の上側フランジ２０４および下側フランジ２０６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を設置している。例えば、図５では、保護構造体２２０の傾斜フレーム２３４および２３５が車両前部から車両後部にかけて高くなるように傾斜している。このため、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の車両前部から車両後部に向けて低くなるような向きで保護構造体２２０に取り付けられる。このような向きで、燃料電池ユニット２０１のフランジと保護構造体２２０の傾斜フレーム２３４および２３５とが組み合わせてあるので、機械的強度を一段と高めることが可能となっている。燃料電池アセンブリ２００を側面方向から見た場合に、燃料電池ユニット２０１のフランジと保護構造体２２０の傾斜フレームとが交差構造体を構成することになるからである。
【００８１】
（コンバーターアセンブリ２５０）
図５〜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６は、コンバーターアセンブリ２５０の上側からの斜視図である。図７は、コンバーターアセンブリ２５０の下側からの斜視図である。
【００８２】
図５に示すように、コンバーターアセンブリ２５０は、燃料電池アセンブリ２００の車両前側に配置される。このような配置をすることにより、車両前方からの衝突の衝撃に対して、コンバーターアセンブリ２５０が燃料電池アセンブリ２００よりも先に衝突の衝撃を受けることになる。そして、後述する本発明の構造によって、衝突の衝撃が燃料電池２０に悪影響を及ぼすことを効果的に回避可能となっている。
【００８３】
図５〜図７に示すように、コンバーターアセンブリ２５０は、ＦＣコンバーター９０に、底面保護プレート２６２および前面保護プレート２７０を取り付けて構成されている。底面保護プレート２６２は、ＦＣコンバーター９０の底面に設けられている。前面保護プレート２７０は、ＦＣコンバーター９０の前面２５５の一部に形成されている傾斜部２５６を覆うように取り付けられている。
【００８４】
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とが接合されて構成されている。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の後部には、リレー部２５７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９７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、電気系統を電気的に切り離すようになっている。
【００８５】
またコンバーターアセンブリ２５０の後部には、電源ケーブル２５９が接続されており、電源ケーブル２５９の先端に設けられた端子コネクタ２６０が燃料電池ユニット２０１に電気的に接続するようになっている。図５に示すように、コンバーターアセンブリ２５０の後部には、さらに電源コード２８２が電源ケーブル２５９と電気的に並列接続されている。電源コード２８２は、先端に設けられた電源プラグ２８３により、図１に示すインバーター９３に接続するようになっている。
【００８６】
さらにコンバーターアセンブリ２５０の後部には、端子コネクタ２６０に対応した位置に突起部２５８が設けられている。突起部２５８は、本発明の第３の特徴に係り、燃料電池２０の出力端子をショートさせる短絡保護手段として機能する。突起部２５８は、車両１００が衝突した場合において想定されるＦＣコンバーター９０の移動により燃料電池ユニット２０１の端子ソケット２１９の電極端子に当接することになる位置に設けられている。
【００８７】
底面保護プレート２６２は、車両下側、すなわち底面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。底面保護プレート２６２は、車両後側に取付部２６３が設けられており、車両前側に取付部２６５が設けられている。取付部２６３および２６５は、底面保護プレート２６２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。底面保護プレート２６２の取付部２６３および２６５は、本発明の第２の特徴に係り、前側に設けられる取付部２６５が後側に設けられる取付部２６３よりも弱い力で締結が解除されるように構成されている。
【００８８】
具体的には、図６および図７に示すように、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。
【００８９】
ここで、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。
【００９０】
前面保護プレート２７０は、ＦＣコンバーター９０の前面２５５の下側一部に設けられた傾斜部２５６を覆うような形状をした保護手段である。傾斜部２５６は、本発明の第１の特徴に係り、ＦＣコンバーター９０の下側ハウジング２５２の前方に形成されている。傾斜部２５６は、その面の法線が下側前方を向くように形成された傾斜面であり、前方からの衝突時に当接した部材の移動方向を変えるように機能する保護手段である。
【００９１】
図６および図７に示すように、この傾斜部２５６を覆って、前面保護プレート２７０が取り付けられている。前面保護プレート２７０は、ＦＣコンバーター９０の底面側に回り込んで保護する屈曲部２７２が設けられている。前面保護プレート２７０には、４つの取付部２７３が設けられており、各取付部２７３には、締結穴２７４が設けられている。締結部材であるボルト２８０を取付部２７３の締結穴２７４に挿通させてＦＣコンバーター９０の側面の締結穴に締結することにより、前面保護プレート２７０はＦＣコンバーター９０の傾斜部２５６に取り付けられる。
【００９２】
ここで、傾斜部２５６は、水平面との角度が９０度より小さい角度となるように傾いている。このため、車両前方からの衝突の衝撃により、フロントサスペンションメンバー１１２等の構造部材が移動し、この傾斜部２５６に設けられた前面保護プレート２７０に当接すると、その移動方向が下方に変更されるようになっている。例えば、ＦＣコンバーター９０よりも先に衝突の衝撃を受けたフロントサスペンションメンバー１１２等の部材は衝突の衝撃で後側に移動して、傾斜部２５６、直接的には前面保護プレート２７０、に衝突する。このとき、傾斜部２５６は下側に向いた傾斜面になっているので、当接した部材の移動方向が変えられるのである。
【００９３】
また、コンバーターアセンブリ２５０は、燃料電池ユニット２０１に対向することになる後部に図示しない衝突緩衝部材が設けられている。このように衝突緩衝部材を設けることにより、万が一、衝突の衝撃により、コンバーターアセンブリ２５０が燃料電池ユニット２０１に当接するようなことになっても、衝突緩衝部材が当接する際の衝撃を緩和するので、燃料電池２０の破損を効果的に抑制することが可能である。
【００９４】
なお、上記底面保護プレート２６２および前面保護プレート２７０は、一定の剛性を有する金属材料、例えば、アルミニウム、ＳＵＳ、鉄等で構成可能である。
【００９５】
（本発明に係る機能）
図８および図９を参照しながら、本実施形態の構造によって奏する特徴的な機能を説明する。
【００９６】
（第１の特徴（傾斜部２５６）に係る機能）
本発明の第１の特徴は、燃料電池ユニット２０１に隣接して設置される関連装置であるＦＣコンバーター９０に、車両前側に傾斜部２５６を備えたことである。この構造によれば、車両前側から車両１００に衝突の衝撃が加わった場合に、ＦＣコンバーター９０の移動方向が前進方向と平行ではない方向、すなわち下方向に変更されるのである。図８を参照して説明する。
【００９７】
図８（Ａ）は、車両１００が壁Ｗに衝突した状態を示している。上述したように、車両１００の前進方向に沿って、燃料電池ユニット２０１、コンバーターアセンブリ２５０、フロントサスペンションメンバー１１２の順に配置されている。この時点では、車両走行用モーター９４は衝突の衝撃を受けていない。
【００９８】
図８（Ｂ）は、車両１００の前側部分が潰れ、衝突の衝撃が車両走行用モーター９４に及ぼされた後の状態を示している。車両走行用モーター９４は一定の重量があるため、車両前方から衝突の衝撃を受けると、その慣性によって後退する。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に取り付けられている。このため、車両走行用モーター９４に引きずられる形で、または、自らが衝突の衝撃を受けて、フロントサスペンションメンバー１１２が後退する。フロントサスペンションメンバー１１２の移動方向は、車両進行方向とは逆の方向である。そのためフロントサスペンションメンバー１１２が所定距離だけ移動すると、コンバーターアセンブリ２５０に到達する。フロントサスペンションメンバー１１２は、その位置から車両進行方向とは逆の方向に進行した場合には、コンバーターアセンブリ２５０の傾斜部２５６に当接するように位置決めされて配置されている。よって、フロントサスペンションメンバー１１２が衝突の衝撃を受けて後退すると、コンバーターアセンブリ２５０の傾斜部２５６の一部に当接する。直接的には前面保護プレート２７０にフロントサスペンションメンバー１１２が衝突してくる。前面保護プレート２７０が直接衝突の衝撃を受けるので、ＦＣコンバーター９０が直接衝撃を受けて破損等することを回避可能である。
【００９９】
図８（Ｃ）は、車両走行用モーター９４やフロントサスペンションメンバー１１２を含む部材の移動方向が変更された後の状態である。前面保護プレート２７０はその法線が下方を向いている。このため、フロントサスペンションメンバー１１２が前面保護プレート２７０に当接すると、図８（Ｃ）に示すように、その移動方向が下方に向けられる。フロントサスペンションメンバー１１２の移動方向が下方に変わると、それに引きずられて、車両走行用モーター９４の移動方向も下方に変わる。車両走行用モーター９４を含む重量のある関連装置が下方に移動すると、フロアパネル１１１が下方に曲がるように変形する。そして、後述する本発明の第２の特徴により、コンバーターアセンブリ２５０は首をうなだれるように前傾する。すなわち、図８（Ｃ）の白抜き矢印で示すような方向に移動する。
【０１００】
万一、コンバーターアセンブリ２５０に、後方向へ移動させる衝撃が加わっても、第１クロスメンバー１２６がＦＣコンバーター９０の後部上端に当接するので、それ以上、ＦＣコンバーター９０を後方向へ移動することが阻止される。よって、ＦＣコンバーター９０が燃料電池ユニット２０１に進入して燃料電池ユニット２０１を損傷することを防止可能である。コンバーターアセンブリ２５０といった関連装置の移動や、フロントサスペンションメンバー１１２、サブフレーム１１８および１１９、並びにフロアパネル１１１等の関連部材の変形の過程をとおして、衝突の衝撃は吸収されていく。
【０１０１】
なお、フロントサスペンションメンバー１１２の移動方向が変わると、それに引きずられて、車両走行用モーター９４も、その移動方向を下方に変更する。さらに衝突の衝撃が強い場合には、自らも次のように移動方向を変更する。車両走行用モーター９４の車両後方へ移動すると、図８（Ｂ）に示すように、そこにはダッシュボード１０５が存在する。ダッシュボード１０５は、傾斜部２５６と同様に、その前面が前傾している。すなわち、ダッシュボード１０５の前面の法線が下方に向いている。このため、強い衝突の衝撃により、ダッシュボード１０５に当接するまで移動し、ダッシュボード１０５の前面に衝突した車両走行用モーター９４は、その移動方向が下方に向けられる。よって、車両走行用モーター９４自身も移動方向が変更されるのである。
【０１０２】
以上、本発明の第１の特徴によれば、コンバーターアセンブリ２５０の後方向への移動が回転運動に変更されるので、コンバーターアセンブリ２５０が燃料電池ユニット２０１に進入して損傷することを効果的に抑制可能である。
【０１０３】
（第２の特徴（傾斜部２５６）に係る機能）
本発明の燃料電池システムの第２の特徴は、関連装置であるコンバーターアセンブリ２５０において、底面保護プレート２６２の前側に設けられる取付部２６５が後側に設けられる取付部２６３よりも弱い力で締結が解除されるように構成されていることである。
【０１０４】
図８（Ｂ）に示すように、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の前面保護プレート２７０に衝突すると、ＦＣコンバーター９０は車両後方向へ押される。図６および図７で説明したように、ＦＣコンバーター９０の底面保護プレート２６２は、取付部２６３および２６５によりサブフレーム１１８および１１９にボルト２８１で締結されている。このとき、後側の取付部２６３の締結溝２６４に挿通されているボルト２８１が取付部２６３に及ぼす応力方向は前進方向と同じ方向であるため、締結溝２６４が開口している幅方向とは異なる。よって、後ろ向きの力が加わっても、締結溝２６４からボルト２８１が外れることはなく、この取付部２６３の締結は容易に解除されない。
【０１０５】
これに対し、前側の取付部２６５の締結溝２６６は、開口方向が車両前進方向を向いて配置されている。後ろ向きの力が加わった場合に、締結溝２６６に挿通されているボルト２８１が取付部２６５に及ぼす応力方向はこの前進方向と同じ方向となる。このため、前側から衝突の衝撃を受けた場合には、締結溝２６６からボルト２８１が外れ、この取付部２６５の締結は容易に解除されることになる。
【０１０６】
そして、後側の取付部２６３の締結が解除されないまま、前側の取付部２６５の締結が解除されると、コンバーターアセンブリ２５０は、前側の重量によって俯くように下側に落ちやすくなる。万一、コンバーターアセンブリ２５０に後方向へ移動させる衝撃が加わり、コンバーターアセンブリ２５０が後退した場合でも、第１クロスメンバー１２６がＦＣコンバーター９０の後部上端に当接して、それ以上の後退を阻止する。よって、第１クロスメンバー１２６付近を回転の中心として、コンバーターアセンブリ２５０は、弧を描くように前部を落とす。このとき、コンバーターアセンブリ２５０は、後方向に移動することが無いので、燃料電池ユニット２０１を損傷することを回避可能である。
【０１０７】
以上、本発明の第２の特徴によれば、前側の取付部２６５の締結が後側の取付部２６３の締結よりも容易に解除されるように構成したので、衝撃を受けたコンバーターアセンブリ２５０の移動方向を容易に変更することが可能である。コンバーターアセンブリ２５０の移動方向が変更されることにより、燃料電池ユニット２０１の損傷を回避可能である。
【０１０８】
（第３の特徴（突起部２５８）に係る機能）
本発明の燃料電池システムの第３の特徴は、関連装置であるＦＣコンバーター９０の後部、すなわち燃料電池ユニット２０１側に設けられた突起部２５８に関する。この突起部２５８は、車両が衝突した場合において想定されるコンバーターアセンブリ２５０の移動により、燃料電池ユニット２０１の電極端子に当接することになる位置に設けられていることを特徴とする。図９を参照して説明する。
【０１０９】
図９（Ａ）は、コンバーターアセンブリ２５０と燃料電池ユニット２０１との接続構造を示す側面図である。図９（Ａ）に示すように、ＦＣコンバーター９０の後部には、先端に端子コネクタ２６０が設けられた電源ケーブル２５９が設けられている。燃料電池ユニット２０１の前側の側面には、端子ソケット２１９が設けられている。端子ソケット２１９には、図１に示す燃料電池２０の二次側端子になる正極端子２１６と負極端子２１７とが設けられている。正極端子２１６には、電源ケーブル２５９のうち正極に係る電源線２５９ａの先端部が端子ネジ２１８により締結されている。負極端子２１７には、電源ケーブル２５９のうち負極に係る電源線２５９ｂの先端部が端子ネジ２１８により締結されている。
【０１１０】
図９（Ａ）に示すように、コンバーターアセンブリ２５０と燃料電池ユニット２０１とは、ＦＣコンバーター９０の後部の突起部２５８が、燃料電池ユニット２０１の端子ソケット２１９のやや下側に対向するように位置決めされて配置されている。具体的には、車両前方からの衝突の衝撃によりコンバーターアセンブリ２５０が回転しながら後退した場合に、突起部２５８が移動する軌跡に沿って、正極端子２１６と負極端子２１７とが重なるように配置されている。すなわち、車両前方からの衝突時に、突起部２５８が負極端子２１７と正極端子２１６とを短絡（ショート）させうるような位置関係となるよう配置されている。
【０１１１】
図９（Ｂ）は、車両前方から衝突の衝撃が加わった場合の突起部２５８の動きを示している。車両前方から衝突の衝撃が加えられると、上述した第１の特徴および第２の特徴により、図８（Ｃ）に示すように、コンバーターアセンブリ２５０は回転しながら後退する。すなわち、コンバーターアセンブリ２５０が僅かに後退すると、図９（Ｂ）に示すように、第１クロスメンバー１２６にＦＣコンバーター９０の後部が位置Ａで当接する。この位置Ａを中心としてコンバーターアセンブリ２５０は回転する。ＦＣコンバーター９０の後部に設けられた突起部２５８は、端子ソケット２１９に向かって移動する。このとき、突起部２５８の移動軌跡は負極端子２１７と正極端子２１６とに重なるようになっているので、図９（Ｂ）に示すように、負極端子２１７が突起部２５８により曲げられ正極端子２１６に当接することになる。負極端子２１７と正極端子２１６とが当接すると、図１に示す燃料電池２０が電気的に短絡させられたことになる。燃料電池２０は電気的に短絡させられると、発電中であっても発電機能が停止し、内部に保持されていた電荷が放出される。よって、万一、衝突の衝撃により燃料電池システムから燃料ガスの漏洩が生じたとしても、高い電圧が印加された電極からの放電により火災が発生するようなことを防止可能である。
【０１１２】
なお、負極端子２１７および正極端子２１６は、突起部２５８の移動軌跡に忠実に並んで配置されている必要はない。衝突の衝撃により突起部２５８が移動したときに、いずれか一方の電極端子に力が加わって変形し、他方の電極端子に接触するような構造を備えていればよい。突起部２５８そのものを導電体で構成し、衝突の衝撃が加わった場合に電極端子間に挿入等されて燃料電池２０を短絡させるように構成してもよい。
【０１１３】
また、上述したように、コンバーターアセンブリ２５０は、第１クロスメンバー１２６と当接する位置Ａを中心として回転する。よって、第１クロスメンバー１２６は、コンバーターアセンブリ２５０の後退を単に阻止するだけでなく、コンバーターアセンブリ２５０の回転軌跡を制御する役割を有している。この役割によって、本第３の特徴や次に説明する第４の特徴を効果的に機能させることができている。
【０１１４】
（第４の特徴（リレー部２５７）に係る機能）
本発明の燃料電池システムの第４の特徴は、一定以上の力が加わることにより関連装置であるＦＣコンバーター９０の電源を短絡可能に構成されたリレー部２５７（短絡部）をＦＣコンバーター９０の後部に備えたことである。
【０１１５】
図９（Ｂ）に示すように、ＦＣコンバーター９０の後部に設けられたリレー部２５７は、燃料電池ユニット２０１を設置する保護構造体２２０の前側フレームのやや下側に対向するように位置決めされて配置されている。具体的には、車両前方からの衝突の衝撃によりコンバーターアセンブリ２５０が回転しながら後退した場合に、リレー部２５７が、保護構造体２２０の前側フレームに位置Ｂにおいて当接するように配置されている。リレー部２５７には、図１に示すリレー９７が配置されている。
【０１１６】
このような配置において、車両前方から衝突の衝撃が加えられると、コンバーターアセンブリ２５０は第１クロスメンバー１２６と当接するまで後退し、当接後は、位置Ａを中心として回転する。このとき、ＦＣコンバーター９０の後部に設けられたリレー部２５７は、保護構造体２２０の前側フレームに向かって移動し、位置Ｂにおいて当接する。リレー部２５７は、一定以上の力が加わると破壊され、リレー９７が、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、電気系統を電気的に切り離すようになっている。よって、万一、衝突の衝撃により燃料電池システムから燃料ガスの漏洩が生じたとしても、ＦＣコンバーター９０の二次側端子に接続されていた電気系統が切り離されているので、放電により火災が発生するようなことを防止可能である。
【０１１７】
（本実施形態の利点）
（１）本実施形態における第１の特徴によれば、コンバーターアセンブリ２５０の前側に傾斜部２５６を備えている。かかる構成により、車両前側から衝突の衝撃が加わった場合に、先に衝突の衝撃を受けるフロントサスペンションメンバー１１２や車両走行用モーター９４の移動方向を下側に変更可能であり、燃料電池ユニット２０１の破損を防止することが可能である。
【０１１８】
（２）本実施形態における第２の特徴によれば、コンバーターアセンブリ２５０を締結する２組の取付部２６３および２６５のうち、前側の取付部２６５の締結が容易に解除可能に構成されている。よって、車両前方から衝突の衝撃が加わった場合に、前側の取付部２６５の締結が先に解除され、コンバーターアセンブリ２５０を回転しながら後退させる。よって、コンバーターアセンブリ２５０が燃料電池ユニット２０１に直接進入して破損することを防止可能である。
【０１１９】
（３）本実施形態における第３の特徴によれば、ＦＣコンバーター９０の後部に突起部２５８が設けられており、この突起部２５８は、燃料電池ユニット２０１の端子ソケット２１９のやや下側に対向している。よって、車両前方から衝突の衝撃が加わった場合に、突起部２５８が燃料電池ユニット２０１の電源端子を短絡させる。このため、万一、燃料ガスの漏洩が生じていたとしても、火災を未然に防止可能である。
【０１２０】
（４）本実施形態における第４の特徴によれば、ＦＣコンバーター９０の後部に、一定以上の力が加わることにより電源を遮断可能に構成されたリレー部２５７（リレー９７）を備えている。よって、車両前方から衝突の衝撃が加わった場合、リレー部２５７が燃料電池アセンブリ２００の保護構造体２２０に当接して破損され、リレー９７が、ＦＣコンバーター９０の二次側端子を他の電気系統から切り離す。このため、このため、万一、燃料ガスの漏洩が生じていたとしても、火災を未然に防止可能である。
【０１２１】
（５）本実施形態によれば、コンバーターアセンブリ２５０の後側上部に第１クロスメンバー１２６が配置されている。よって、車両前方から衝突の衝撃があった場合でもコンバーターアセンブリ２５０のそれ以上の後退を阻止することが可能である。また、コンバーターアセンブリ２５０の移動方向を、回転しながら後退する方向に確実に変更可能である。
【０１２２】
（６）本実施形態によれば、コンバーターアセンブリ２５０の後部には衝突緩衝部材が設けられているので、万が一、コンバーターアセンブリ２５０が燃料電池ユニット２０１に当接したとしても、当接の衝撃を緩和し、燃料電池ユニット２０１の破損を効果的に抑制することが可能である。
【０１２３】
（７）本実施形態によれば、関連装置としてＦＣコンバーター９０に本発明の第１の特徴に係る構造である傾斜部２５６を形成した。ＦＣコンバーター９０は、燃料電池２０の出力電圧を変換する電圧変換手段として燃料電池２０に最も関連性の高い関連装置であり、隣接して設けられる必然性が高い部材だからである。
【０１２４】
（実施形態２）
本発明の実施形態２は、本発明の第１の特徴の変形例に関する。
上記実施形態１では、燃料電池アセンブリ２００の前側にコンバーターアセンブリ２５０を配置し、ＦＣコンバーター９０に本発明の第１の特徴、すなわち傾斜部２５６を設けた。本実施形態２では、ＦＣコンバーター９０以外の関連装置に本発明の第１の特徴を設けるものである。
【０１２５】
図１０に本実施形態２における燃料電池アセンブリ３００の斜視図を示す。図１１に本実施形態２における燃料電池アセンブリ３００の配置を説明する車両側面図を示す。図１２に本実施形態２における燃料電池アセンブリ３００の配置を説明する車両底面図を示す。
【０１２６】
図１０および図１２に示すように、本実施形態２の燃料電池アセンブリ３００は、燃料電池ユニット２０１とＦＣコンバーター９０とが車両の幅方向に並べられている。但し、燃料電池ユニット２０１とともに収納する関連装置は、ＦＣコンバーター９０に限定されるものではなく、インバーターその他の関連装置を燃料電池ユニット２０１とともに設置するようにしてもよい。保護構造体３１０は、燃料電池ユニット２０１とＦＣコンバーター９０とを収容しうる大きさと形状に形成されている。
【０１２７】
図１０および図１１に示すように、保護構造体３１０には、傾斜フレーム３１１が設けられている。またＦＣコンバーター９０には、傾斜フランジ構造Ｆが設けられている。燃料電池ユニット２０１にも、図示しないが、傾斜フランジ構造が設けられている。ＦＣコンバーター９０は、その傾斜フランジ構造Ｆが保護構造体３１０の傾斜フレーム３１１と交差するように配置されている。燃料電池ユニット２０１は、そのフランジ構造が保護構造体３１０の傾斜フレーム３１１と交差するように配置されている。
【０１２８】
なお、燃料電池ユニット２０１とＦＣコンバーター９０とを別体として一つの保護構造体３１０に設置する他、これらを一つのハウジングに収納してもよい。また、燃料電池２０とともに収納する関連装置は、ＦＣコンバーター９０に限定されるものではない。ＦＣコンバーター９０の代わりに、または、それに加えて、インバーターその他の関連装置を燃料電池２０とともに収納するように構成してもよい。
【０１２９】
図１０〜図１２に示すように、保護構造体３１０は、後側に後側構造体３２０、前側に前側構造体３３０が、一体をなすように設けられている。後側構造体３２０には、燃料電池２０の関連装置を収納する収納部３２１が設置されている。図１１の側面図に示すように、本実施形態２では、後側構造体３２０が燃料電池ユニット２０１の後部に配置される。このため、ダッシュボード１０５のリヤシート１０４の脚置き部分が若干高く形成されている。
【０１３０】
前側構造体３３０には、図１に示す冷却液ポンプ３５、インバーター９５、および関連装置収納部３３１が設置されている。特に、本実施形態２では、燃料電池アセンブリ３００の最も前側に冷却液ポンプ３５を配置した点に特徴がある。
【０１３１】
図１０〜１２に示すように、冷却液ポンプ３５は、円筒形状をしている。この円筒形状の軸方向を車両幅方向に向くように配置することで、円筒形状の円周面が車両前側に向く。よって、このように配置された冷却液ポンプ３５の下半分では、上記実施形態１の傾斜部２５６（図５〜７参照）と同様に、円周面の法線方向が下側を向いている。そして本実施形態２では、図１１に示すように、フロントサスペンションメンバー１１２の水平方向の延長線が冷却液ポンプ３５の側面の下半分に位置するように、フロントサスペンションメンバー１１２と燃料電池アセンブリ３００とが配置されている。
【０１３２】
（本実施形態２に係る機能）
本実施形態２では、冷却液ポンプ３５が本発明における第１の特徴として機能する。すなわち、車両前側から車両１００に衝突の衝撃が加わった場合に、フロントサスペンションメンバー１１２等の関連装置の移動方向が前進方向と平行ではない方向、すなわち下方向に変更されるのである。図１３を参照して説明する。
【０１３３】
図１３（Ａ）は、車両１００が壁Ｗに衝突した状態を示している。フロントサスペンションメンバー１１２の後方には、燃料電池アセンブリ３００が配置されている。燃料電池アセンブリ３００の最前部には、冷却液ポンプ３５が前側構造体３３０から飛び出すように配置されている。この時点では、車両走行用モーター９４は衝突の衝撃を受けていない。
【０１３４】
図１３（Ｂ）は、車両１００の前側部分が潰れ、衝突の衝撃が車両走行用モーター９４に及ぼされた後の状態を示している。車両走行用モーター９４は一定の重量があるため、車両前方から衝突の衝撃を受けると、その慣性によって後退する。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に取り付けられている。このため、車両走行用モーター９４に引きずられる形で、または、自らが衝突の衝撃を受けて、フロントサスペンションメンバー１１２が後退する。フロントサスペンションメンバー１１２の移動方向は、車両進行方向とは逆の方向である。そのためフロントサスペンションメンバー１１２が所定距離だけ移動すると、燃料電池アセンブリ３００の最前部に設けられた冷却液ポンプ３５に到達する。上述したように、フロントサスペンションメンバー１１２は、その位置から車両進行方向とは逆の方向に進行した場合には、冷却液ポンプの円周面の下半分に当接するように位置決めされて配置されている。よって、フロントサスペンションメンバー１１２が衝突の衝撃を受けて後退すると、冷却液ポンプ３５の円周面の下半分に当接する。
【０１３５】
図１３（Ｃ）は、車両走行用モーター９４やフロントサスペンションメンバー１１２を含む部材の移動方向が変更された後の状態である。冷却液ポンプ３５の円周面の下半分では、その法線が下方を向いている。このため、フロントサスペンションメンバー１１２が冷却液ポンプ３５の円周面の下半分に当接すると、図１３（Ｃ）に示すように、その移動方向が下方に向けられる。フロントサスペンションメンバー１１２の移動方向が下方に変わると、それに引きずられて、車両走行用モーター９４の移動方向も下方に変わる。車両走行用モーター９４を含む重量のある関連装置が下方に移動すると、フロアパネル１１１が下方に曲がるように変形する。すなわち、図１３（Ｃ）の白抜き矢印で示すような方向に移動する。
【０１３６】
以上、本実施形態２によれば、冷却液ポンプ３５によりフロントサスペンションメンバー１１２および車両走行用モーター９４の移動方向が下向き後方に変更されるので、燃料電池ユニット２０１を損傷することを効果的に抑制可能である。
【０１３７】
特に本実施形態２によれば、冷却液ポンプ３５の本来有している円周面形状を効果的に利用して本発明の第１の特徴に係る機能を奏することに成功している。
【０１３８】
（実施形態３）
本発明の実施形態３は、上記実施形態２の変形例に関する。
図１４に本実施形態３における燃料電池アセンブリ３００ｂの車両側面図を示す。図１４に示すように、本実施形態３の燃料電池アセンブリ３００ｂは、保護構造体３１０に後側構造体３２０および前側構造体３３０が設けられている点で、上記実施形態２と共通している。
【０１３９】
保護構造体３１０には、燃料電池ユニット２０１およびＦＣコンバーター９０が車両の幅方向に並べられて配置されている。後側構造体３２０は、燃料電池２０の関連装置を収納する収納部３２１が設置されている。これらは上記実施形態２と同様である。
【０１４０】
前側構造体３３０において、冷却液ポンプ３５、イオン交換器３３２、インバーター９５、および関連装置収納部３３１が設置されている。特に本実施形態３では、冷却液ポンプ３５の後部にイオン交換器３３２を配置した点に特徴がある。イオン交換器３３２は、車両前方から衝突の衝撃があった場合に、衝突の衝撃を緩和する衝突緩衝部材として機能する。
【０１４１】
上記構成において、車両前方から衝突の衝撃があると、図１３（Ｂ）において前述したように、フロントサスペンションメンバー１１２が所定距離だけ移動し、燃料電池アセンブリ３００ｂの最前部に設けられた冷却液ポンプ３５に到達する。その到達位置は、冷却液ポンプ３５の円周面の下半分である。そして図１３（Ｃ）において上述したように、フロントサスペンションメンバー１１２が冷却液ポンプ３５の円周面の下半分に当接すると、その移動方向が下方に向けられる。フロントサスペンションメンバー１１２の移動方向が下方に変わると、それに引きずられて、車両走行用モーター９４の移動方向も下方に変わる。
【０１４２】
ここで、フロントサスペンションメンバー１１２が冷却液ポンプ３５に当接する際に、衝突の衝撃が大きいと、冷却液ポンプ３５が衝撃を受けて車両後方へ移動する。ここで、本実施形態３では、冷却液ポンプ３５の背後にイオン交換器３３２が配置されている。イオン交換器３３２は、冷却液の導電率制御を行うためのイオン交換膜を備えており、冷却液が常時充填られている部材である。冷却液ポンプ３５が衝突の衝撃を受けて後退し、ある程度の強さでイオン交換器３３２に衝突すると、イオン交換器３３２が潰される。このとき、イオン交換器３３２には多量の冷却液が充填されているので、イオン交換器３３２が衝突緩衝部材として機能し、衝突のエネルギーを効果的に吸収する。
【０１４３】
以上、本実施形態３によれば、上記実施形態２と同様の機能を奏する他、冷却液ポンプ３５の背後にイオン交換器３３２を備えたので、衝突緩衝部材として機能させ、衝突の衝撃を効果的に吸収させることが可能である。
【０１４４】
（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。
【０１４５】
例えば、実施形態１では、本願発明の第１〜第４の特徴に係る構造をＦＣコンバーター９０に設けたが、その他の関連装置に設けても無論よい。例えば、インバーター９３やインバーター９５は、ＦＣコンバーター９０と同様に、燃料電池２０との関連性が高い関連装置である。このため、ＦＣコンバーター９０に代えて、または、ＦＣコンバーター９０と並行してインバーター９３やインバーター９５を燃料電池ユニット２０１の前側に配置してもよい。
【０１４６】
また、上記各実施形態では、車両の前側からの衝突に対処するために本発明の第１〜第４の特徴を設けるように記載したがこれに限られない。車両の横方向や後方向からの衝突の衝撃に対処するため、本発明に係る特徴的な構造を設けてもよい。
【０１４７】
さらに、上記各実施形態では、ＦＣコンバーター９０の前側に傾斜部２５６を設けて、フロントサスペンションメンバー１１２の移動方向を変更させていた。しかしながら、ＦＣコンバーター９０等の関連装置と燃料電池ユニット２０１とに高さ方向のオフセットを設けても、本発明の第１の特徴に係る機能を発揮させることが可能である。例えば、図１５の車両側面図に示すように、コンバーターアセンブリ２５０と燃料電池ユニット２０１との間に高さΔｈのオフセットを設けておく。フロントサスペンションメンバー１１２の水平方向後側はコンバーターアセンブリ２５０の底面より下になるように位置決めしておく。このようにオフセットΔｈを設ける場合には、トンネル部１０９の高さを若干高めに構成しておく必要がある。
このように構成すれば、前側から衝突の衝撃を受けた場合に、フロントサスペンションメンバー１１２はコンバーターアセンブリ２５０の下側に入り込む。よって、燃料電池ユニット２０１と衝突しない程度にフロントサスペンションメンバー１１２の移動方向を変更することが可能である。
【０１４８】
【産業上の利用の可能性】
本発明の燃料電池システムは、車両のみならず、他の形態の移動体に適用することも可能である。そのような移動体として、列車、船舶、航空機、潜水艇等に適用可能である。本発明の燃料電池システムを備えていれば、どのような形態の移動体であっても、前方からの衝突の衝撃から心臓部である燃料電池を効果的に保護することが可能だからである。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、燃料電池を前方からの衝撃から効果的に保護することが可能である。
【符号の説明】
【０１４９】
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）、高電圧補機９９…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、２０８…ボルト、２０９…ナット、２１０、２１１…側面、２１２…上面、２１３…底面、２１４…起伏形状、２１５…換気窓、２１６…正極端子、２１７…負極端子、２１８…端子ネジ、２１９…端子ソケット、２２０、３１０…保護構造体、２２１…枠構造体、２２２…柱状部材、２２３…補強フレーム、２２４−２２７…取付部、２３４、２３５…傾斜フレーム、２３６…取付座、２３９…バインダ、２４０…保護パネル��２４１…パネル本体、２４６…カーボンクロスファイバー、２５０…コンバーターアセンブリ、２５１…上側ハウジング、２５２…下側ハウジング、２５３…冷却液入口、２５４…冷却液出口、２５５…前面、２５６…傾斜部、２５７…リレー部、２５８…突起部、２５９、２８２…電源ケーブル、２５９ａ、２５９ｂ…電源線、２６０…端子コネクタ、２６２…底面保護プレート、２６３、２６５、２７３…取付部、２６４、２６６…締結溝、２７０…前面保護プレート、２７２…屈曲部、２７４…締結穴、２８０、２８１…ボルト、２８３…電源プラグ、３００、３００ｂ…燃料電池アセンブリ、３１１…傾斜フレーム、３２０…後側構造体、３２１…収納部、３３０…前側構造体、３３１…関連装置収納部、３３２…イオン交換器、Ａ、Ｂ…余長部分、Ｆ…傾斜フランジ構造、Ｐ…物体、Ｓ…ボディ
【国際調査報告】
2010137149.tif 000018
2010137149.tif 000019
2010137149.tif 000020
2010137149.tif 000021