(57)【要約】  車両重量の増加を抑制しながら、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。車両（１００）に搭載される燃料電池システムにおいて、燃料電池（２０）が収納される燃料電池ユニットと、燃料電池（２０）に電気的に接続されて燃料電池ユニットに隣接して設置される関連装置（９０）とを備える。関連装置（９０）は、燃料電池ユニットよりも車両の外面に近い位置に配置されている。
2010137147.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、
燃料電池が収納される燃料電池ユニットと、
前記燃料電池に電気的に接続されて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、
前記関連装置は、前記燃料電池ユニットよりも前記車両の外面に近い位置に配置されていること、
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記車両は、中央隆起部が設けられた乗員室を備え、
前記関連装置は、前記中央隆起部の下側に配置されている、
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、前記車両の前記外面側に傾斜部が設けられている、
請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記傾斜部は、前記関連装置のハウジングの一部形状によって形成されている、
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。
【請求項５】
前記傾斜部は、前記関連装置に取り付けられる衝撃抑制部材によって形成されている、
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。
【請求項６】
前記関連装置は、傾斜面に配置されている、
請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池ユニットは、２方向に分岐した分岐形状を備えており、
前記関連装置は、前記燃料電池ユニットの前記分岐形状の間に配置されている、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記関連装置および前記燃料電池の前記分岐形状の一方または双方には、前記関連装置と前記燃料電池とが対向する側に緩衝部材が設けられている、
請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池が収納される燃料電池ユニットと、
前記燃料電池に電気的に接続されて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は、前記車両の乗員室に配置される座席の下側に配置され、
前記関連装置は、前記乗員室に設けられた中央隆起部の下側に配置され、
前記関連装置には、前記車両の前記外面側に傾斜部が設けられていること、
を特徴とする燃料電池システム。
【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、国際公開２００３−１０４０１０号には、フロントシートの下方領域に燃料電池を配置し、左右のフロントシートの間のセンタートンネル内部に燃料電池の補機類の一部を収納した燃料電池車が開示されている（特許文献１）。【０００４】
特開２００７−１５６１６号公報には、車両の前後方向に伸びるセンターコンソールの下側に形成されるセンタートンネル内に燃料電池スタックおよび燃料電池の補機である空気排出補機や水素供給補機を前後に並ぶように収容した燃料電池車が開示されている（特許文献２）。【０００５】
特開２００７−０１５６１２号公報には、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開示されている（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】国際公開２００３−１０４０１０号
【特許文献２】特開２００７−１５６１６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、衝突の衝撃が加わった場合に、燃料電池システムの安全性を確保するような構成になっていなかった。燃料電池システムの安全性を確保するには、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバーター等、燃料電池の関連装置を燃料電池よりも先に短絡させたり、衝突の衝撃が加わる方向を変更して燃料電池に直接衝撃が加わらないようにしたりする必要がある。【０００９】
例えば、特許文献１および特許文献２に記載された技術は、燃料電池の補機類の配置は開示されているものの、ＤＣ−ＤＣコンバーター等の関連装置の配置について開示されていなかった。【００１０】
燃料電池３に記載の技術では、車両側面からの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、コンバーターの短絡よりも先に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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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】
【００１４】
上記課題を解決する本発明の燃料電池システムは、車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料電池が収納される燃料電池ユニットと、燃料電池に電気的に接続されて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、関連装置は、燃料電池ユニットよりも車両の外面に近い位置に配置されていることを特徴とする。【００１５】
かかる構成によれば、関連装置の方が燃料電池ユニットよりも車両の外面の近くに配置されるため、その外面から衝突の衝撃が加わると、関連装置に先に衝撃が加わり、電気系統が短絡される。よって、万一、燃料電池ユニットから燃料ガスが漏洩しても、電気系が既にショートしているために安全性を高めることができる。 【００１６】
本発明は、所望により以下の特徴を備えていてもよい。
（１）車両は、中央隆起部が設けられた乗員室を備え、関連装置は、中央隆起部の下側に配置されていてもよい。【００１７】
かかる構成によれば、乗員室のデッドスペースである中央隆起部の下面に関連装置が配置されるので、空間を有効に利用しながら、燃料電池との接続配線を短くすることが可能である。【００１８】
（２）関連装置には、車両の外面側に傾斜部が設けられていてもよい。【００１９】
かかる構成によれば、外面側から衝突の衝撃が加わると傾斜部により衝撃の方向が変更され、燃料電池に衝撃が加わることを防止するとともに、関連装置自体に加わる衝撃を緩和することが可能である。【００２０】
（３）傾斜部は、関連装置のハウジングの一部形状によって形成してもよい。【００２１】
かかる構成によれば、関連装置の形状によって衝突の衝撃を緩和させることができ、他の部材を用いる必要がない。【００２２】
（４）傾斜部は、関連装置に取り付けられる衝撃抑制部材によって形成してもよい。【００２３】
かかる構成によれば、関連装置に取り付けられる衝撃抑制部材によって衝突の衝撃を緩和させることができ、関連装置を特別の形状に形成する必要がない。【００２４】
（５）関連装置は、傾斜面に配置されていてもよい。【００２５】
かかる構成によれば、衝突の衝撃が加わった場合に、関連装置が傾斜面から傾斜線方向に移動し、燃料電池ユニットの方向には移動しないので、関連装置が燃料電池ユニットと直接接触することを防止可能である。【００２６】
（６）燃料電池ユニットは、２方向に分岐した分岐形状を備えており、関連装置は、燃料電池ユニットの分岐形状の間に配置されるようにしてもよい。【００２７】
かかる構成によれば、関連装置に衝突の衝撃が加わり若干移動した場合であっても、関連装置が燃料電池ユニットの分岐形状の間に配置されているので、直ちに燃料電池ユニットに接触し破損することが無い。【００２８】
（７）関連装置および燃料電池ユニットの分岐形状の一方または双方には、関連装置と燃料電池とが対向する側に緩衝部材を設けてもよい。【００２９】
かかる構成によれば、万が一関連装置と燃料電池ユニットとが接触したとしても、緩衝部材により衝突の衝撃を緩和することが可能である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、関連装置の方が燃料電池ユニットよりも車両の外面の近くに配置されるため、その外面から衝突の衝撃が加わった場合には、関連装置に先に衝撃が加わり、電気系統が短絡され、安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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およびその関連装置の配置を説明する、側面図、平面図、および正面図。
【図３】実施形態１における燃料電池およびその関連装置の配置を説明する車両底面図。
【図４】実施形態１における燃料電池およびその関連装置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構造を説明する上面斜視図。
【図７】実施形態１におけるコンバーターアセンブリの構造を説明する底面斜視図。
【図８】実施形態２における燃料電池およびその関連装置の配置を説明する車両側面図。
【図９】実施形態２におけるＤＣ−ＤＣコンバーターの移動方向を説明する車両側面図。
【図１０】実施形態３における燃料電池およびその関連装置の配置を説明する車両平面図。
【図１１】実施形態３におけるＤＣ−ＤＣコンバーターと燃料電池ユニットとの位置関係を説明する平面図であり、図１１（Ａ）は非衝突時、図１１（Ｂ）は衝突の衝撃によりＤＣ−ＤＣコンバーターが移動した時の平面図。
【図１２】実施形態４における燃料電池およびその関連装置の配置を説明する車両正面図。
【図１３】実施形態４における燃料電池およびその関連装置の配置における作用を示す車両正面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
（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。本実施形態では、特に走行面に力を作用させて移動する態様（車や鉄道）を意味するが、その他の移動態様を排除するものではない。例えば、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）を含みうる。また、車両は、有人制御であるか無人制御であるかを問わない。
【００３４】
「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。
【００３５】
「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。
「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。
「車両の外面」：車両の前後方向における外面となる前面および後面、車両の幅方向における外面となる右側面および左側面を含む。
「車両の外面に近い位置」：平面視において燃料電池ユニットや関連装置の幾何学的中心と車両の外面との距離をいう。車両に複数の外面が存在する場合には、そのうちいずれか一つと前記幾何学的中心との距離をいう。
【００３６】
（実施形態１）
本発明の実施形態１は、関連装置であるＤＣ−ＤＣコンバーターを燃料電池ユニットよりも車両の前面（外面の一態様）に近い位置に配置した燃料電池車に関する。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、個々の構成装置の詳細について説明する。
【００３７】
（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。
【００３８】
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。
【００３９】
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−・・・（１）
（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ・・・（２）
Ｈ２＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ・・・（３）
【００４０】
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における燃料電池車の構造について説明する。図２に本実施形態１における燃料電池車の燃料電池２０および関連装置の配置を示す。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。
【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（１０３Ｒおよび１０３Ｌ）、およびリヤシート１０４は、破線で外形が示されている。車両１００の輪郭となっている破線が、本燃料電池車の「外面」となる。図２の側面図に示すように、乗員が乗り込む乗員室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に示すように、車両１００の前側から後側にかけて、車両走行用モーター９４、インバーター９３、ＦＣコンバーター９０、および燃料電池２０が配置されている。
【００６４】
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（底面）に燃料電池２０およびＦＣコンバーター９０が配置されている。燃料電池２０は、平面視において、車両の左右方向および前後方向のほぼ中心であって、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。すなわち、ＦＣコンバーター９０は、燃料電池２０に比べ、車両１００の外面の一つである前面に近い位置に配置されている。乗員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。トンネル部１０９は、本発明の「中央隆起部」に相当する。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。
【００６５】
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。図４に示すように、車両走行用モータ−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。インバーター９３は、車両走行用モーター９４に電力を供給可能とするため、車両走行用モーター９４の直ぐ後側であって、かつ、並列接続されるＦＣコンバーター９０の上側に配置されている。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。
【００６６】
本実施形態では、図２から明らかなように、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が、総て車両前方から見て重ならないように配置されている。言い換えれば、同一の直線上には３つ以上の装置が並ばないように配置されている。このような配置により、玉突き衝突が回避される。
【００６７】
また、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。
【００６８】
なお、以下の説明において、燃料電池２０は、ハウジングに収容された燃料電池ユニット２０１、さらに保護構造体２２０と一体化された燃料電池アセンブリ２００の形態で、車両１００に配置される。また、ＦＣコンバーター９０は、保護構造体２６０と一体化されたコンバーターアセンブリ２５０の形態で、車両１００に配置される。
【００６９】
（車両構造）
図３に本実施形態１における車両１００の構造並びに燃料電池および関連装置の配置を含む車両底面図を示す。
【００７０】
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。
【００７１】
図３に示すように、車両１００の底面全面には、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が車両１００の前後方向に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、車両の幅方向に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、車両の幅方向に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。
【００７２】
燃料電池アセンブリ２００は、上記燃料電池２０を含むアセンブリ構造体であり、図５において詳述する。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１１５に締結されており、車両後側において、車両の幅方向に設けられた第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が車両の前後方向に延在している。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が配置されている。コンバーターアセンブリ２５０は、上記ＦＣコンバーター９０を含むアセンブリ構造体であり、図５〜図７において詳述する。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。
【００７３】
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が車両１００の前後方向に延在して設けられている。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、車両１００の幅方向に、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。
【００７４】
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が車両１００の前後方向に延在している。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、車両１００の幅方向に、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、車両１００の幅方向に、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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、フロントシート１０３Ｌおよび１０３Ｒの下側には、燃料電池アセンブリ２００が配置されている。フロントシート１０３Ｌと１０３Ｒとの間であって、ダッシュボード１０５の中央隆起部であるトンネル部１０９の底面側には、コンバーターアセンブリ２５０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。
【００７７】
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。
【００７８】
（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。
【００７９】
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。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、図示しない端子ソケットが設けられている。
【００８０】
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。
【００８１】
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、図示しないアンダー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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
（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。
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よりも車両１００の前部から近い側に配置される。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。衝撃を受けることによって、リレー９７が遮断状態となれば、ＦＣコンバーター９０と、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との間の接続が遮断され、当該燃料電池システム１０を安全な状態に移行可能になっている。
【００８５】
図５〜図７に示すように、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。
【００８６】
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（図１も参照のこと）により、図１および図２に示すインバーター９３に接続するようになっている。
【００８７】
またコンバーターアセンブリ２５０の後部であって、端子コネクタ２６０に対向する位置には、突起部２５８が設けられている。この突起部２５８は、コンバーターアセンブリ２５０に衝突の衝撃が加わって、ＦＣコンバーター９０が若干後退しながら回転した際に、端子コネクタ２６０に当接するような位置に設けられている。この突起部２５８が端子コネクタ２６０に当接することによって、燃料電池２０を電気的に短絡可能になっている。
【００８８】
また、ＦＣコンバーター９０は、前面２５５の下側ハウジング２５２の前方に、傾斜部２５６が設けられている。傾斜部２５６は、法線方向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。ＦＣコンバーター９０には、この傾斜部２５６を覆って、前面保護プレート２７０が設けられている。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。前面保護プレート２７０は、本発明の衝撃抑制部材に相当し、車両前方からの衝突の衝撃に対する耐性を向上するよう機能する。
【００８９】
ここで、傾斜部２５６は、法線方向が下側前方を向くように傾いている。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に当接した場合に、その移動方向を下方に変更するように機能する。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。
【００９０】
またＦＣコンバーター９０には、底面側に、底面保護プレート２６２が設けられている。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。
【００９１】
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。
【００９２】
（本実施形態１の利点）
（１）本実施形態によれば、図２および図４に示すように、同一の直線上には３つ以上の関連装置が並ばないように配置されている。このような配置により、玉突き衝突により燃料電池ユニット２０１に損傷が及ぶ可能性を低減することができる。
【００９３】
（２）本実施形態によれば、ＦＣコンバーター９０は、燃料電池ユニット２０１よりも車両１００の前面の近くに配置される。このため、車両前面から衝突の衝撃が加わると、ＦＣコンバーター９０に先に衝撃が加わり、ＦＣコンバーター９０の二次側端子を他の関連装置の電気系統と切り離すことになる。万一、燃料電池ユニット２０１から燃料ガスが漏洩しても、他の関連装置との電気的接続が解除されているので、システムの安全性を高めることができる。
【００９４】
（３）本実施形態によれば、車両１００にはトンネル部１０９（中央隆起部）が設けられ、ＦＣコンバーター９０は、トンネル部１０９の下側に配置されている。乗員室のデッドスペースであるトンネル部１０９を利用しながら、燃料電池２０との接続配線を短くすることが可能である。
【００９５】
（４）本実施形態によれば、ＦＣコンバーター９０には、車両前側に傾斜部２５６が設けられているので、車両前面側から衝突の衝撃が加わると傾斜部２５６により衝撃の方向が変更される。このため、ＦＣコンバーター９０自体に加わる衝撃を緩和するとともに、燃料電池２０に衝突の衝撃が加わる可能性を低くすることが可能である。
【００９６】
（５）本実施形態によれば、ＦＣコンバーター９０の傾斜部２５６には、衝撃抑制部材である前面保護プレート２７０が取り付けられているので、衝突の衝撃に対する耐性を向上させることができる。
【００９７】
（実施形態２）
本発明の実施形態２は、関連装置であるＦＣコンバーター９０を傾斜面に配置する例に関する。
【００９８】
上記実施形態１では、燃料電池ユニット２０１の車両前側にＦＣコンバーター９０を配置し、ＦＣコンバーター９０の車両前側に傾斜部２５６を設けた。本実施形態２は、燃料電池ユニット２０１の車両前側にＦＣコンバーター９０を配置する点では、上記実施形態１と同様であるが、ＦＣコンバーター９０を傾斜面に配置する点で異なる。
【００９９】
本実施形態２において、燃料電池システム１０（図１参照）、車両１００の構造（図２および図３参照）については上記実施形態１と同様である。このため、上記実施形態１と同様の符号を付すこととし、その説明を省略する。
【０１００】
図８に、本実施形態２における燃料電池ユニット２０１およびその関連装置の配置を説明する車両側面図を示す。図８に示すように、車両１００の前側から後側にかけて、車両走行用モーター９４、インバーター９３、ＦＣコンバーター９０、および燃料電池ユニット２０１が配置されている。図８から明らかなように、車両走行用モーター９４、インバーター９３、およびＦＣコンバーター９０等の関連装置並びに燃料電池ユニット２０１が、直線上に並ばないように配置されている。
【０１０１】
車両走行用モーター９４、インバーター９３、および燃料電池ユニット２０１については、上記実施形態１と同様である。
【０１０２】
ＦＣコンバーター９０は、フロントシート１０３Ｌと１０３Ｒとの間であって、ダッシュボード１０５の中央隆起部であるトンネル部１０９の下側に配置されている。特に、本実施形態では、ＦＣコンバーター９０は、台座２９０に設置されている。台座２９０は、車両１００の構造物に固定されている。例えば、図３に示す、センターフレーム１１４および１１５、サブフレーム１１８および１１９、またはサイドロッカーメンバー１２８および１２９のいずれか一つ以上に締結されている。台座２９０には、その上面が水平面に対して所定の傾斜角だけ傾いている傾斜面Ｓが設けられている。ＦＣコンバーター９０は、台座２９０の傾斜面Ｓに設置されている。ＦＣコンバーター９０は、図示しない締結部材により台座２９０に締結されるが、衝突の衝撃があった場合に解除される程度の力で締結されていればよい。台座２９０の傾斜面Ｓの傾斜角、および、ＦＣコンバーター９０と燃料電池ユニット２０１との距離は、傾斜面Ｓを傾斜線方向に滑った場合に、ＦＣコンバーター９０が燃料電池ユニット２０１と当接しないように設定してあるものとする。
【０１０３】
図９に示す車両側面図を参照して、本実施形態２における車両前方からの衝突時の作用について説明する。図９に示すように、車両１００が障壁Ｗに衝突する等して車両前方から衝突の衝撃が加わると、車両走行用モーター９４および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、本実施形態における２つの特徴により、燃料電池ユニット２０１に衝突の衝撃が及ぶことがない。
【０１０４】
第１の特徴は、関連装置が一直線に並ばないように配置されている点である。図９に示すように、車両走行用モーター９４はインバーター９３に直接衝突する。しかし、インバーター９３は、ＦＣコンバーター９０と燃料電池ユニット２０１とを結ぶ直線上には配置されていない。このため、車両走行用モーター９４からインバーター９３へ、インバーター９３からＦＣコンバーター９０へ、ＦＣコンバーター９０から燃料電池ユニット２０１へ、という玉突き衝突が回避されている。言い換えれば、同一の直線上には３つ以上の装置が並ばないように配置をしておけば、玉突き衝突を回避できるのである。
【０１０５】
第２の特徴は、関連装置の一つ、本実施形態ではＦＣコンバーター９０が傾斜面Ｓに配置されている点である。図９に示すように、車両前方から衝突の衝撃が加わった場合、車両走行用モーター９４はフロントサスペンションメンバー１１２とともに、ＦＣコンバーター９０に衝突する。ＦＣコンバーター９０と傾斜面Ｓとの締結力を超える衝突の衝撃がＦＣコンバーター９０に加わると、ＦＣコンバーター９０の締結が解除される。ここで、ＦＣコンバーター９０は所定の傾斜角だけ傾いた傾斜面Ｓに載置されているので、ＦＣコンバーター９０は傾斜面Ｓを滑るように移動することになる。上述したように、傾斜面Ｓの傾斜角、および、ＦＣコンバーター９０と燃料電池ユニット２０１との距離は、傾斜面Ｓを傾斜線方向に滑った場合に、ＦＣコンバーター９０が燃料電池ユニット２０１と当接しないように設定してある。したがって、ＦＣコンバーター９０が大きく傾斜面Ｓを滑ったとしても、燃料電池ユニット２０１には何等衝突の衝撃が及ぼされない。傾斜面Ｓを移動したＦＣコンバーター９０は、フロアパネル１１１に当接して停止する。
【０１０６】
以上、本実施形態２によれば、ＦＣコンバーター９０は、台座２９０の傾斜面Ｓに配置されているので、衝突の衝撃が加わった場合に傾斜面Ｓの傾斜線方向に移動し、燃料電池ユニット２０１の方向には移動しない。よって、ＦＣコンバーター９０が燃料電池ユニット２０１と直接接触することを防止可能である。
上記実施形態１で列記した利点は、矛盾しない限りにおいて、本実施形態２についても当てはまる。
【０１０７】
（実施形態３）
本実施形態３は、燃料電池ユニットの形態の変形例に関する。
図１０に、本実施形態３における燃料電池システムの配置を説明する車両平面図を示す。図１０に示すように、本実施形態３における燃料電池ユニット２０１ｂは、平面視において二股に分岐した形状を有している。燃料電池ユニット２０１ｂに収納される燃料電池２０は、第１燃料電池スタック２０−１と第２燃料電池スタック２０−２とに分離され、燃料電池ユニット２０１ｂのそれぞれの分岐形状ハウジングに収納されている。配管類２９１は、第１燃料電池スタック２０−１と第２燃料電池スタック２０−２とに酸化ガス、燃料ガス、および冷却液を供給可能に接続されている。燃料電池ユニット２０１ｂは、図１０に示すように、例えば、二股に分岐した開口部２９３が車両前方に面するようにして、フロントシート１０３Ｌおよび１０３Ｒの下部に設置される。
【０１０８】
ＦＣコンバーター９０は、燃料電池ユニット２０１ｂの開口部２９３に一部を入れるように配置される。図示しないが、ＦＣコンバーター９０は、実施形態１と同様に、中央隆起部であるトンネル部１０９（図４参照）に配置される。ＦＣコンバーター９０の開口部２９３に対向する側には、緩衝部材として液封マウント２９２が設けられている。液封マウント２９２は、ゴム等の弾性部材で形成されるマウントワークに液体、例えばエチレングリコールを封入して構成されている。液封マウント２９２に代えて、ゴムや樹脂等で構成された弾性部材を設けてもよい。
【０１０９】
図１１（Ａ）に、本実施形態３におけるＦＣコンバーター９０と燃料電池ユニット２０１ｂとの位置関係を説明する平面図を示す。図１１（Ａ）に示すように、燃料電池ユニット２０１ｂの開口部２９３のうち、最も広い部分の幅Ｌ２は、ＦＣコンバーター９０の幅Ｌ１より大きくなるように設定されている。このような形状に構成しておくことにより、ＦＣコンバーター９０が燃料電池ユニット２０１ｂの開口部２９３の内部に入り込んだとしても、燃料電池ユニット２０１ｂに当接する可能性を少なくすることが可能である。
【０１１０】
図１１（Ｂ）に、衝突の衝撃によりＤＣ−ＤＣコンバーターが移動した時の平面図を示す。図１１（Ｂ）に示すように、車両前方から衝突の衝撃が及ぼされた場合、車両走行用モーター９４が白抜き矢印の方向に移動する。車両走行用モーター９４がＦＣコンバーター９０に衝突すると、ＦＣコンバーター９０は衝突の衝撃により車両後方に移動する。ここで、本実施形態では、ＦＣコンバーター９０が二股に分岐した燃料電池ユニット２０１ｂの開口部２９３の中央に配置されている。このため、ＦＣコンバーター９０が車両後方に移動したとしても、図１１（Ｂ）に示すように、燃料電池ユニット２０１ｂに当接することがない。よって、燃料電池ユニット２０１ｂが衝突の衝撃により破壊される可能性を少なくすることが可能である。
【０１１１】
なお、燃料電池ユニットは、本実施形態で説明したような分岐形状でなくてもよい。ＦＣコンバーター９０等の関連装置が衝突の衝撃で若干移動した場合に、燃料電池ユニットとの接触が回避されるような形状であればよい。例えば、燃料電池ユニットを複数の独立したサブユニットとして構成し、各サブユニットの車両前方には、関連装置が存在しないように配置してもよい。
【０１１２】
以上、本実施形態３によれば、ＦＣコンバーター９０を燃料電池ユニット２０１ｂの分岐形状の間に配置したので、衝突の衝撃によりＦＣコンバーター９０が移動しても、燃料電池ユニット２０１ｂに接触して破損することを回避可能である。
【０１１３】
本実施形態３によれば、ＦＣコンバーター９０にと燃料電池とが対向する側に液封マウント２９２で構成される緩衝部材を備えたので、万が一、ＦＣコンバーター９０が燃料電池ユニット２０１ｂと接触したとしても衝突の衝撃を緩和することが可能である。
【０１１４】
上記実施形態１で列記した利点は、矛盾しない限りにおいて、本実施形態３についても当てはまる。
【０１１５】
（実施形態４）
本実施形態４は、車両１００の幅方向からの衝突に対しても燃料電池ユニット２０１を保護可能な配置に関する。
【０１１６】
図１２に、本実施形態４における燃料電池および関連装置の配置を説明する車両正面図を示す。図１２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。
【０１１７】
本実施形態４は、燃料電池ユニット２０１、ＦＣコンバーター９０、およびインバーター９３の配置が、図２で説明した上記実施形態１における配置と異なる。その他については、上記実施形態１と同様であるため、同一の符号を付すこととし、その説明を省略する。
【０１１８】
図１２に示すように、本実施形態では、燃料電池ユニット２０１、ＦＣコンバーター９０、インバーター９３が、車両幅方向に並んで配置されている。ＦＣコンバーター９０は、燃料電池ユニット２０１よりも車両１００の右側面に近い位置に配置されている。インバーター９３は、燃料電池ユニット２０１よりも車両１００の左側面に近い位置に配置されている。
【０１１９】
さらに図１２の正面図に示すように、ＦＣコンバーター９０は車両右側面側に傾斜部Ｓａを備えている。インバーター９３は車両左側面側に傾斜部Ｓｂを備えている。
【０１２０】
図１３に、本実施形態４における配置における作用を示す。ステップＳＴ１は、障害物Ｐが車両左側面に近づいてきた様子を示している。ステップＳＴ２に示すように、障害物Ｐが車両１００の左側面に衝突すると、衝突の衝撃により、車両１００の側面が変形し、サイドフレームＳ／Ｆがインバーター９３の方に移動する。サイドフレームＳ／Ｆは、傾斜部Ｓｂにおいてインバーター９３と接触する。ステップＳＴ３に示すように、障害物Ｐから衝突の衝撃を受けたサイドフレームＳ／Ｆがインバーター９３の傾斜部Ｓｂに接触すると、傾斜部Ｓｂの傾斜によってその移動方向が変更される。移動方向が変更されたサイドフレームＳ／Ｆは、下方に向けて変形し、フロアパネル１１１を変形させる。よって、サイドフレームＳ／Ｆに締結されているインバーター９３は、サイドフレームＳ／Ｆの下方への変形に引きずられて、車両１００の下側に移動する。
【０１２１】
以上、本実施形態４によれば、ＦＣコンバーター９０やインバーター９３を燃料電池ユニット２０１よりも車両側面の近くに配置したので、車両側面から衝突の衝撃が加わった場合には、これら関連装置に先に衝突の衝撃が加わり電気系統を短絡させる。よって、燃料ガスの漏洩等が生じたとしても危険な状態とはならない。
【０１２２】
また本実施形態４によれば、ＦＣコンバーター９０やインバーター９３といった関連装置に傾斜部を設けたので、車両側面から衝突の衝撃が加わった場合に衝撃の方向が変更され、燃料電池ユニット２０１に衝撃が及ぶ可能性を低減できる。
【０１２３】
上記実施形態１で列記した利点は、矛盾しない限りにおいて、本実施形態４についても当てはまる。
【０１２４】
（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。
例えば、上記実施形態１および４では、傾斜部をＦＣコンバーター９０およびインバーター９３に設けたが、その他の関連装置に設けてもよい。
【０１２５】
また、上記実施形態２では、ＦＣコンバーター９０を傾斜面Ｓに設置したが、その他の関連装置を傾斜面Ｓに設置してもよい。
【０１２６】
また、上記実施形態３では、ＦＣコンバーター９０を分岐形状の燃料電池ユニット２０１ｂの間に配置したが、その他の関連装置を配置してもよい。
【０１２７】
また、上記実施形態１〜３では、車両前側からの衝突の衝撃を緩和し、上記実施形態４では、車両幅方向からの衝突の衝撃を緩和する配置を例示したが、これら配置を車両後側からの衝突の衝撃を緩和する配置に適用してもよい。燃料電池ユニットよりも関連装置を車両後面の近くに配置し、必要に応じて傾斜部を設けたり、傾斜面に設置したり、燃料電池ユニット２０１ｂを車両後側に開口するように配置したりすればよい。
【産業上の利用の可能性】
【０１２８】
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、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、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、移動体の各方面から及ぼされる衝突の衝撃から、燃料電池を効果的に保護することが可能である。
【符号の説明】
【０１２９】
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、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）、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、２５３…冷却液入口、２５４…冷却液出口、２２０…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、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、２５５…前面、２５６…傾斜部、２５７…リレー部、２５８…突起部、２５９、２８２…電源ケーブル、２６０…端子コネクタ、２６２…底面��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、２９０…台座、２９１…配管類、２９２…液封マウント（緩衝部材）、２９３…開口部、Ｐ…障害物、Ｓ…傾斜面、Ｓａ、Ｓｂ…傾斜部、Ｓ／Ｆ…サイドフレーム、Ｍ／Ｆ…メインフレーム、Ｗ…障壁、
【図１】
2010137147.tif 000003
【図２】
2010137147.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
2010137147.tif 000011
【図１０】
2010137147.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年10月13日(2009.10.13)
【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、
燃料電池が収納される燃料電池ユニットと、
前記燃料電池に電気的に接続されて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、
前記関連装置は、前記燃料電池ユニットよりも前記車両の外面に近い位置に配置されており、
前記関連装置には、前記車両の前記外面側に傾斜部が設けられており、
前記関連装置は、前記車両前方からの衝突の衝撃により移動する構造部材が前記傾斜部に当接することになる位置に配置されていること、
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記車両は、中央隆起部が設けられた乗員室を備え、
前記関連装置は、前記中央隆起部の下側に配置されている、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記傾斜部は、前記関連装置のハウジングの一部形状によって形成されている、
請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記傾斜部は、前記関連装置に取り付けられる衝撃抑制部材によって形成されている、
請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記関連装置は、傾斜面に配置されている、
請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池ユニットは、２方向に分岐した分岐形状を備えており、
前記関連装置は、前記燃料電池ユニットの前記分岐形状の間に配置されている、
請求項１、２、および４−６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記関連装置および前記燃料電池の前記分岐形状の一方または双方には、前記関連装置と前記燃料電池とが対向する側に緩衝部材が設けられている、
請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池が収納される燃料電池ユニットと、
前記燃料電池に電気的に接続されて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は、前記車両の乗員室に配置される座席の下側に配置され、
前記関連装置は、前記乗員室に設けられた中央隆起部の下側に配置され、
前記関連装置には、前記車両の前記外面側に傾斜部が設けられており、
前記関連装置は、前記車両前方からの衝突の衝撃により移動する構造部材が前記傾斜部に当接することになる位置に配置されていること、
を特徴とする燃料電池システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
先行技術文献
特許文献
［０００７］
特許文献１：国際公開２００３−１０４０１０号
特許文献２：特開２００７−１５６１６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、衝突の衝撃が加わった場合に、燃料電池システムの安全性を確保するような構成になっていなかった。燃料電池システムの安全性を確保するには、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバーター等、燃料電池の関連装置を燃料電池よりも先に短絡させたり、衝突の衝撃が加わる方向を変更して燃料電池に直接衝撃が加わらないようにしたりする必要がある。
［０００９］
例えば、特許文献１および特許文献２に記載された技術は、燃料電池の補機類の配置は開示されているものの、ＤＣ−ＤＣコンバーター等の関連装置の配置について開示されていなかった。
［００１０］
特許文献３に記載の技術では、車両側面からの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、コンバーターの短絡よりも先に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。
［００１１］
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。
［００１２］
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
【国際調査報告】
2010137147.tif 000016
2010137147.tif 000017
2010137147.tif 000018
2010137147.tif 000019
2010137147.tif 000020
2010137147.tif 000021
2010137147.tif 000022