(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池ユニットをダッシュパネルおよびその下方のトーボードよりも前方に配置した形態の車両において、運転者の足元空間を狭くすることなく、不慮の衝撃を受けたときに燃料電池ユニットがトーボードと衝接するのを回避できるようにした燃料電池ユニットを備えた車両を提供する。【解決手段】燃料電池ユニットは車両のトーボードより前方に位置している。燃料電池ユニットは、燃料電池と燃料電池の車両後方側に設けられたスタックマニホルド１０とスタックマニホルド１０に固定されたエアバルブ装置２０とを備えている。スタックマニホルド１０は一部に凹部３０を有しており、エアバルブ装置２０の一部は凹部３０内に入り込んだ状態でスタックマニホルド１０に固定されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池ユニットを備えた車両であって、
前記燃料電池ユニットは前記車両のトーボードより前方に位置しており、
前記燃料電池ユニットは、燃料電池と前記燃料電池の車両後方側に設けられたスタックマニホルドと前記スタックマニホルドに固定されたエアバルブ装置とを少なくとも備えており、
前記スタックマニホルドは一部に凹部を有しており、
前記エアバルブ装置の少なくとも一部は前記凹部に入り込んだ状態で前記スタックマニホルドに固定されている、
ことを特徴とする燃料電池ユニットを備えた車両。
【請求項２】
前記凹部は前記スタックマニホルドの周縁部に近接して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ユニットを備えた車両。
【請求項３】
前記スタックマニホルドは直方体形状であり、前記凹部は短辺側の縁部に近接して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ユニットを備えた車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池ユニットを備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載した燃料電池で発電をし、その電力で電動機を駆動して走行するようになっている、いわゆる燃料電池ユニットを備えた車両は知られている。特許文献１あるいは特許文献２などにその例が記載されている。特許文献１に記載の車両は、燃料電池ユニットを車両における運転席より後方に配置しており、特許文献２に記載の車両は、燃料電池ユニットを、車室とエンジンコンパートメントとを隔成するダッシュパネルの位置よりも前方に配置している。なお、本明細書において、「前方」とは当該車両の前進方向をいい、「後方」とは当該車両の後退方向をいう。
【０００３】
燃料電池ユニットは、通常、特許文献３や特許文献４に記載されるように、積層された複数個の単電池（単セル）からなる燃料電池と、燃料電池が発電するのに必要な水素ガスや酸化剤ガスを単セルに供給するための各種補機類および冷却水流路等を備えたスタックマニホルド（エンドプレート）を備えている。前記補機類の中には、通常、エアバルブ装置が含まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２４７０８３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６２１０８号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３２１８９号公報
【特許文献４】特許第５３５４０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に記載される燃料電池車のように、燃料電池ユニットをダッシュパネルおよびその下方のトーボードよりも前方に配置した形態の車両では、エンジンコンパートメント内に配置に必要な十分なスペースを確保できない場合がある。その場合、燃料電池ユニットの後方側とトーボードとの間の隙間が狭くなる。両者間の隙間が狭くなると、事故等で燃料電池ユニットに前方から衝撃力が加わり、燃料電池ユニットが後方に移動した場合に、燃料電池ユニットがトーボードに衝接することが起こりうる。
【０００６】
運転者に不慮の衝撃を与えないために、このような衝接が生じないようにすることが求められ、そのための一つの解決策として、少なくともダッシュパネルの下方部であるトーボードの位置をいままでよりも後方に後退させることが考えられる。しかし、この解決策は、一方では、運転車の足元空間を狭くすることとなるので、好ましい解決策とは言えない。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池ユニットをダッシュパネルおよびその下方のトーボードよりも前方に配置した形態の車両において、運転者の足元空間を狭くすることなく、不慮の衝撃を受けたときに燃料電池ユニットがトーボードと衝接するのを回避できるようにした燃料電池ユニットを備えた車両を提供すること課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決すべく、本発明者は、現在実用に供されている燃料電池ユニットを備えた車両のうち、特に、燃料電池ユニットが車両のトーボードより前方に位置しているタイプの車両について、詳細に検討を行った。そこにおいて、現在の車両搭載用燃料電池では、スタックマニホルドに取り付けられる各種部品のなかで、エア流量圧力制御によるスタック性能向上等の目的で備えられるエアバルブ装置は、剛体であり、かつ、バルブを駆動するためのモータ、ギア、弁体を有する等の理由から、体格は特に大きいこと、また、大流量圧力制御、凍結解除等に大トルクモータ、大型弁体が必要となること、等の理由から、その体格を小さくすることは困難なことを知った。
【０００９】
一方において、燃料電池に取り付けられるスタックマニホルドには、通常、特許文献４にも記載のように、冷却水やガスのための流路を内部に形成する必要があることと、所望の機械的強度を備えることが必要とされることから、スタックマニホルドはある程度の厚みを備えた部材であることが求められており、そのような厚みを備えたスタックマニホルドの一部に凹溝のような切欠き部を形成しても、スタックマニホルドの本来の機能遂行に支障を生じさせることなく、運転が可能なことも知った。本発明は、本発明者が得た上記の知見に基づいている。
【００１０】
すなわち、本発明は燃料電池ユニットを備えた車両であって、前記燃料電池ユニットは前記車両のトーボードより前方に位置しており、前記燃料電池ユニットは、燃料電池と前記燃料電池の車両後方側に設けられたスタックマニホルドと前記スタックマニホルドに固定されたエアバルブ装置とを少なくとも備えており、前記スタックマニホルドは一部に凹部を有しており、前記エアバルブ装置の少なくとも一部は前記凹部に入り込んだ状態で前記スタックマニホルドに固定されている、ことを特徴とする。
【００１１】
燃料電池ユニットを備えた車両の一態様では、前記凹部は前記スタックマニホルドの周縁部に近接して形成されている。
【００１２】
燃料電池ユニットを備えた車両の一態様では、前記スタックマニホルドは直方体形状であり、前記凹部は短辺側の縁部に近接して形成されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、車両に搭載したときの前後方向の長さが、従来のものよりも短くなった燃料電池ユニットを得ることができる。それにより、本発明による燃料電池ユニットを備えた車両では、トーボードの位置を後退させることなく、従来と同様の広さの運転者の足元空間を確保しながら、衝撃時等に燃料電池ユニットが不慮に後退した場合でも、その移動が運転者に影響を与えるのを効果的に回避することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】燃料電池ユニットを備えた車両の概略構成を示す断面図。
【図２】燃料電池ユニットの概略構成を示す平面図。
【図３】スタックマニホルドとエアバルブ装置の一例を示す斜視図。
【図４】スタックマニホルドの側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は、一実施の形態での車両の概略構成を示す断面図である。車両ＶＥは、燃料電池ＦＣを備えた電気自動車であり、エンジンコンパートメントＥＣと、車室ＣＡと、駆動用モータＭと、燃料電池ＦＣと、前輪ＦＷと、後輪ＲＷとを備える。エンジンコンパートメントＥＣは、車両の前方側に配置されている。車室ＣＡは、ダッシュパネルＤＰと、ダッシュパネルＤＰの下方につながるトーボードＴＢと、フロアパネルＦＰとを備えている。車室ＣＡは、ダッシュパネルＤＰおよびトーボードＴＢを介してエンジンコンパートメントＥＣの後方に配置されている。なお、図１において、矢印ＦＲの方向は車両ＶＥの前進方向であり、矢印ＦＲの方向が「前方」であり、反対方向が「後方」である。
【００１７】
駆動用モータＭは、後部座席の後方に配置されており、この例において、前輪ＦＷおよび／または後輪ＲＷを駆動する。なお、駆動用モータＭと後輪ＲＷとは、フロアパネルＦＰの下方に配置された図示しないドライブシャフトを介して接続されており、このドライブシャフトを介して駆動用モータＭの回転力が後輪ＲＷに伝達される。
【００１８】
燃料電池ＦＣは駆動用モータＭに電力を供給する。また、図示しないが、発電した電力を蓄える蓄電池も備える。燃料電池ＦＣとしては、例えば、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）を有する固体高分子型燃料電池（単セル）が多数積層された構成を有し、燃料ガスである純水素と、酸化剤ガスである空気に含まれる酸素とが、各セルにおいて電気化学反応を起こすことによって起電力を得る燃料電池を採用することができる。
【００１９】
この車両ＶＥでは、燃料電池ＦＣは、エンジンコンパートメントＥＣ内であって前記ダッシュパネルＤＰの下方につながるトーボードＴＢに近接するフロアパネルＦＰに取り付けられている。
【００２０】
図２は、車両ＶＥにおける、前記燃料電池ＦＣを備えた燃料電池ユニット１の概略構成を示す平面図であり、図１で上方から見て示している。燃料電池ＦＣは、垂直方向に立てた姿勢の単セルの複数個を、車両ＶＥの前後方向に積層した構成であり、その全体が箱型のケーシング２内に収められている。燃料電池ＦＣの車両後方側には、スタックマニホルド１０が配置されている。この例において、前記スタックマニホルド１０は、箱型のケーシング２の車両後方側の部分を構成する。スタックマニホルド１０は、積層された単セルに圧縮荷重を付与できるようにして、燃料電池ＦＣおよびケーシング２に対して固定されている。
【００２１】
スタックマニホルド１０は、通常、アルミダイカストで作られており、約２５ｍｍ程度の厚みのものである。スタックマニホルド１０は、燃料電池ＦＣの単セルが電気化学反応によって発電することができるように、単セルに燃料ガス（アノードガス）としての純水素や、酸化剤ガス（カソードガス）としての空気を送給し、また反応後のガスを排出するのに必要な、いくつかの補機類を取り付けるのに利用される。また、スタックマニホルド１０には、冷却水を循環させるための冷却水流路も形成されている。
【００２２】
図３は、スタックマニホルド１０の一例を表面から見て示す斜視図である。図３に示すように、スタックマニホルド１０には、カソードガス入口１１、カソードガス出口１２、冷却水入口１３、冷却水出口１４、アノードガス入口１５、およびアノードガス出口１６、などが設けられる。また、スタックマニホルド１０の裏面側には、冷却水流路が形成されている。前記したよう、この実施の形態で、図３に示したスタックマニホルド１０は、燃料電池ＦＣの車両後方側に配置されている。そして、スタックマニホルド１０の表面側は、車両ＶＥの前記トーボードＴＢのエンジンコンパートメントＥＣ側の面に近接して位置している。
【００２３】
図３に示したスタックマニホルド１０は、直方体形状であり、前記したアノードガス出口１６は、車両ＶＥの後方から前方を見たときに、短辺側の縁部に近接して形成されている。そして、該アノードガス出口１６には、図３に示す形状のエアバルブ装置２０が取り付けられる。
【００２４】
この例で、エアバルブ装置２０は、モータ部２１とギア部２２とバルブ部２３とからなっており、図示しない車両制御部からの信号を受けて、モータが回動し、その回動がギアを介してバルブに伝えられ、バルブが所要の開閉作動を行う。この種のエアバルブ装置２０は剛体であり、かつ、一般に、スタックマニホルド１０に接続される他の補機類と比較して、体格が大きい。そのために、エアバルブ装置２０がスタックマニホルド１０の表面から突出する突出距離が、燃料電池ユニット１をエンジンコンパートメントＥＣ内に設置するときの、車両前後方向の必要スペースを律することとなる。
【００２５】
図３および図４に示すように、スタックマニホルド１０は、前記エアバルブ装置２０が取り付けられるべき場所（この例では、アノードガス出口１６およびその近傍位置）に、スタックマニホルド１０の表面から裏面側に向けて凹陥する凹部３０を有している。
【００２６】
この例において、エアバルブ装置２０の前記ギア部２２は扁平な形状であり、その内部に互いにギア伝動する複数個のギアが収容されている。１つのギアには前記モータ部２１に収容されたモータの回転軸が減速機構を介して駆動連結しており、別のギアの回転中心軸には前記バルブ部２３に収容されたバルブが連結している。バルブ部２３の開口面は平坦面であり、その面は前記ギア部２２内での２つのギアの配列方向の面と直交している。そして、前記バルブ部２３のガス入口側の平坦な開口面の位置よりも、扁平なギア部２２の先端側は後方側に飛び出ており、また、モータ部２１の一部も前記バルブ部２３のガス入口側の平坦な開口面の位置よりも後方側に飛び出ている。
【００２７】
そして、前記スタックマニホルド１０の表面から裏面側に向けて凹陥する凹部３０は、エアバルブ装置２０を取り付けるときに、そのギア部２２およびモータ部２１が位置することとなるスタックマニホルド１０の表面部位に形成されている。
【００２８】
具体的には、スタックマニホルド１０にエアバルブ装置２０を取り付けるに当たって、エアバルブ装置２０の前記ギア部２２がスタックマニホルド１０の左側の縁部側となる姿勢で、スタックマニホルド１０のアノードガス出口１６に取り付ける。前記のようにバルブ部２３のガス入口側の開口面は平坦面となっており、該平坦面をスタックマニホルド１０の表面に当接した姿勢で、止めネジを用いて、両者を一体に固定する。
【００２９】
エアバルブ装置２０を取り付けるべきスタックマニホルド１０の表面領域が他の領域と同じレベルにある場合には、取り付けた状態で、エアバルブ装置２０の全体がスタックマニホルド１０の表面から車両後方側に、すなわち、前記トーボードＴＢ側に向けて突出した状態となる。しかし、上記した実施の形態でのスタックマニホルド１０は、エアバルブ装置２０を取り付けるべき領域における、前記モータ部２１と前記ギア部２２が位置することとなる部位に、スタックマニホルド１０の表面側から裏面側に向けて凹陥する凹部３０を有している。そのために、取り付けた状態で、エアバルブ装置２０の前記モータ部２１と前記ギア部２２の全部または少なくとも一部は、前記凹部３０の中に入り込んだ状態となる。その結果、その入り込んだ距離分だけ、スタックマニホルド１０に取り付けた状態でのエアバルブ装置２０の突出量は少なくなる。
【００３０】
前記凹部３０の面方向での大きさは、取り付け時に、エアバルブ装置２０におけるモータ部２１とギア部２２がスタックマニホルド１０に当接する面積より大きければ、所期の目的を達成することができる。しかし、スタックマニホルド１０の機械的強度を損なうことが無いように、好ましくは、凹部３０の面方向での形状は、取り付け時の姿勢でエアバルブ装置２０をスタックマニホルド１０の表面に投影したときのモータ部２１とギア部２２の形状と同じ形状であることが望ましい。また、凹部３０の面方向での大きさは、前記投影形状の周囲にエアバルブ装置２０のモータ部２１とギア部２２を挿入するときの最小限の挿入代を加えた大きさであることが望ましい。凹部３０の深さにも特に制限はなく、スタックマニホルド１０が必要な機械的強度を維持できることを条件に、スタックマニホルド１０の厚み方向に深いものであることが望ましい。
【００３１】
なお、使用するエアバルブ装置２０の構成において、前記バルブ部２３が大きな厚みのものである場合には、取り付け時にバルブ部２３に対向するスタックマニホルド１０の表面にも、バルブ部２３の形状に即した形状の凹部を設けることが望ましい。
【００３２】
上記のように凹部３０の面方向での形状と大きさ、および深さを設定することで、スタックマニホルド１０の表面に形成される他の開口（例えば、カソードガス入口１１やカソードガス出口１２等）および裏面に形成する冷却水流路に与える影響を少なくした状態で、かつスタックマニホルド１０の機械的強度を所要に保持した状態で、前記凹部３０を形成することができる。
【００３３】
なお、エアバルブ装置２０のための凹部３０の形成位置は、燃料電池ユニット１全体の設計思想から割り出されるスタックマニホルド１０に対する各種補機類の取り付け位置から決定されるものであり、図３に示したように、スタックマニホルド１０の周縁部近傍でない場合も起こりうる。しかしながら、設計に際しては、冷却水流路の形成位置に支障が生じないように、スタックマニホルド１０の周縁部の近傍に、前記凹部３０を形成できるように、全体の配置を設定することが推奨される。
【００３４】
また、スタックマニホルド１０はその周縁部を前記ケーシング２にボルト等で一体に固定しているとともに、積層された単セルの圧縮荷重を保持するために、スタックマニホルド１０には曲げ応力が発生しており、その周縁部には応力が集中している。そして、スタックマニホルド１０が、図３に示すように、直方体形状である場合には、短辺側の方が長辺側に比べて、作用している応力は小さい。そのために、前記エアバルブ装置２０のための凹部３０を、前記スタックマニホルド１０の幅方向の縁部に近接して、特に、全体が直方体形状である場合には、その短辺側の縁部に近接して形成できるように、燃料電池ユニット１全体の設計を行うことが望ましい。
【００３５】
上記のように、スタックマニホルド１０の表面側に凹部３０を形成し、その中にエアバルブ装置２０の少なくとも一部を入り込ませた状態で、エアバルブ装置２０をスタックマニホルド１０に固定することで、燃料電池ユニット１の長さをその入り込んだ距離分だけ、短縮することができる。それにより、その短縮分だけエンジンコンパートメントＥＣ内での燃料電池ユニット１の設置位置の自由度が大きくなる。そのことは、燃料電池ユニット１をダッシュパネルＤＰの下方のトーボードＴＢよりも前方に配置した形態の車両において、トーボードＴＢの位置を後方側に移動することなく、すなわち、運転車の足元空間を狭くすることなく、所要の設置スペースを確保できることを意味している。結果、不慮の衝撃を受けたときに燃料電池ユニット１がトーボードＴＢと衝接するのを回避できるようになる。
【００３６】
上記の説明では、スタックマニホルド１０のアノードガス出口１６の位置にエアバルブ装置２０を取り付けるようにしたが、エアバルブ装置２０の取り付け位置は、そこに制限されない。燃料電池ユニット１の設計思想にしたがって、他の部位（カソードガス入口１１、カソードガス出口１２、あるいはアノードガス入口１５）にも、エアバルブ装置２０が取り付けられる場合がある。その場合には、取り付けられるエアバルブ装置が対応するスタックマニホルド１０の表面部位に、同じようにしてエアバルブ装置のための凹部を形成する。
【符号の説明】
【００３７】
ＶＥ…車両、
ＦＣ…燃料電池、
ＥＣ…エンジンコンパートメント、
ＣＡ…車室、
ＦＷ…前輪、
ＲＷ…後輪、
ＤＰ…ダッシュパネル、
ＴＢ…トーボード、
ＦＰ…フロアパネル、
Ｍ…駆動用モータ、
１…燃料電池ユニット、
２…箱型のケーシング、
１０…スタックマニホルド、
１１…カソードガス入口、
１２…カソードガス出口、
１３…冷却水入口、
１４…冷却水出口、
１５…アノードガス入口、
１６…アノードガス出口、
２０…エアバルブ装置、
２１…モータ部、
２２…ギア部、
２３…バルブ部、
３０…エアバルブ装置の一部が入り込むことのできる凹部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2018181542.tif 000006