(57)【要約】      （修正有）【課題】追加の要素を必要とすることなく、車両衝突時に燃料電池スタックを保護する。【解決手段】乗員室２の車両長さ方向ＶＬ前方に形成された収容室３内に燃料電池スタック１０を収容する。コンプレッサ４３から燃料電池スタック１０に送られる酸化剤ガスを冷却するための空冷式インタークーラ４４を備える。収容室３内には、収容室３外から空気が流入するようになっている。収容室３内のうち燃料電池スタック１０の車両長さ方向ＶＬ前方でかつ空気が流れている領域内にインタークーラ４４を収容して空気がインタークーラ４４の空気通路内を流通するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗員室の車両長さ方向前方に形成された収容室内に燃料電池スタックを収容した電動車両であって、コンプレッサから吐出された酸化剤ガスが前記燃料電池スタックに供給されるようになっており、
該コンプレッサから燃料電池スタックに送られる酸化剤ガスを冷却するためのインタークーラを備え、
該インタークーラは空気通路を有すると共に該空気通路内を空気が流通することにより前記酸化剤ガスを冷却する空冷式インタークーラから構成されており、
前記収容室内には、収容室外から空気が流入するようになっており、
前記収容室内のうち前記燃料電池スタックの車両長さ方向前方でかつ前記空気が流れている領域内に前記インタークーラを収容して前記空気が前記空気通路内を流通するようにした、
電動車両。
【請求項２】
前記インタークーラの前記空気通路が隔壁により画定されると共に該隔壁がハニカム構造をなしており、該隔壁の長さ方向が車両長さ方向を指向するように前記インタークーラが前記収容室内に配置される、請求項１に記載の電動車両。
【請求項３】
前記収容室内に流入する空気を前記インタークーラの前記空気通路の入口に案内する案内部材を更に備える、請求項１又は２に記載の電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
乗員室の車両長さ方向前方に形成された収容室内に燃料電池スタックを収容すると共に、燃料電池スタックの車両長さ方向前方にラジエータを収容した電動車両であって、構造物と、この構造物を鉛直方向に延びる回転軸線回りに回転可能に支持する支持機構とを備え、構造物をラジエータと燃料電池スタック及びストラットタワーとの間に配置した電動車両が公知である（特許文献１参照）。この電動車両では、電動車両がその前端において衝突したときに、車両長さ方向後向きの衝撃荷重がまずラジエータに作用し、ラジエータが車両長さ方向後向きに移動する。その結果、ラジエータが構造物に接触して構造物が回転する。次いで、構造物がストラットタワーに接触する。その結果、衝撃荷重が燃料電池スタックに伝達されず、したがって燃料電池スタックが保護される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２６７０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、構造物と構造物を回転可能に支持する支持機構とを必須とする。すなわち、燃料電池スタックを保護するために、追加の要素が必要となり、コストの増大を避けられない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、乗員室の車両長さ方向前方に形成された収容室内に燃料電池スタックを収容した電動車両であって、コンプレッサから吐出された酸化剤ガスが前記燃料電池スタックに供給されるようになっており、コンプレッサから燃料電池スタックに送られる酸化剤ガスを冷却するためのインタークーラを備え、インタークーラは空気通路を有すると共に空気通路内を空気が流通することにより前記酸化剤ガスを冷却する空冷式インタークーラから構成されており、前記収容室内には、収容室外から空気が流入するようになっており、前記収容室内のうち前記燃料電池スタックの車両長さ方向前方でかつ前記空気が流れている領域内に前記インタークーラを収容して前記空気が前記空気通路内を流通するようにした、電動車両が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
追加の要素を必要とすることなく、車両衝突時に燃料電池スタックを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】電動車両の収容室内における各種要素のレイアウトを示す、側方から見た概略図である。
【図２】電動車両の収容室内における各種要素のレイアウトを示す、上方から見た概略図である。
【図３】電動車両の収容室内における各種要素のレイアウトを示す、後方から見た概略図である。
【図４】燃料電池システムの全体図である。
【図５】インタークーラの概略正面図である。
【図６】図５の線ＶＩ−ＶＩに沿ってみた概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１から図３を参照すると、電動車両１は乗員室２と、乗員室２の車両長さ方向ＶＬ前方に形成された収容室３とを備える。図面に示される実施例では、収容室３はダッシュボード４により乗員室２から分離される。あるいは、収容室３はフード３ａ、車両ボディ３ｂ及びダッシュボード４により画定されるという見方もできる。なお、図１から図３において、ＶＬは車両長さ方向、ＶＷは車両幅方向、ＶＨは車両高さ方向をそれぞれ示している。ここで、車両長さ方向ＶＬ及び車両幅方向ＶＷは水平方向であり、車両高さ方向ＶＨは鉛直方向である。一方、電動車両１は図４に示されるような燃料電池システムＡを備えており、燃料電池システムＡの要素の一部又は全部が収容室３内に収容されている。
【０００９】
図４を参照すると、燃料電池システムＡは燃料電池スタック１０を備える。燃料電池スタック１０は積層方向に互いに積層された複数の燃料電池単セルを備える。各燃料電池単セルは膜電極接合体２０を含む。膜電極接合体２０は膜状の電解質と、電解質の一側に形成されたアノード極と、電解質の他側に形成されたカソード極とを備える。また、各燃料電池単セル内には、アノード極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流通路と、カソード極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流通路と、燃料電池単セルに冷却水を供給するための冷却水流通路とがそれぞれ形成される。複数の燃料電池単セルの燃料ガス流通路、酸化剤ガス流通路、及び冷却水流通路をそれぞれ直列に接続することにより、燃料電池スタック１０には燃料ガス通路３０、酸化剤ガス通路４０、及び冷却水通路５０がそれぞれ形成される。
【００１０】
燃料ガス通路３０の入口には燃料ガス供給路３１が連結され、燃料ガス供給路３１は燃料ガス源３２に連結される。本発明による実施例では燃料ガスは水素から形成され、燃料ガス源３２は水素タンクから形成される。燃料ガス供給路３１内には燃料ガス供給路３１内を流れる燃料ガスの量を制御する燃料ガス制御弁３３が配置される。一方、燃料ガス通路３０の出口にはアノードオフガス通路３４が連結される。燃料ガス制御弁３３が開弁されると、燃料ガス源３２内の燃料ガスが燃料ガス供給路３１を介して燃料電池スタック１０内の燃料ガス通路３０内に供給される。このとき燃料ガス通路３０から流出するガス、すなわちアノードオフガスはアノードオフガス通路３４内に流入する。アノードオフガス通路３４内にはアノードオフガス通路３４内を流れるアノードオフガスの量を制御するアノードオフガス制御弁３５が配置される。
【００１１】
また、酸化剤ガス通路４０の入口には酸化剤ガス供給路４１が連結され、酸化剤ガス供給路４１は酸化剤ガス源４２に連結される。本発明による実施例では酸化剤ガスは空気から形成され、酸化剤ガス源４２は大気から形成される。酸化剤ガス供給路４１内には、エアクリーナ４２ａと、酸化剤ガスを圧送する酸化剤ガス供給器ないしコンプレッサ４３とが順次配置される。また、コンプレッサ４３下流の酸化剤ガス供給路４１内にはコンプレッサ４３から燃料電池スタック１０に送られる酸化剤ガスを冷却するためのインタークーラ４４が配置される。本発明による実施例では、インタークーラ４４は空気通路を有すると共に空気通路内に空気が流通することにより酸化剤ガスを冷却する空冷式インタークーラから構成される。一方、酸化剤ガス通路４０の出口にはカソードオフガス通路４５が連結される。コンプレッサ４３が駆動されると、酸化剤ガス源４２内の酸化剤ガスが酸化剤ガス供給路４１を介して燃料電池スタック１０内の酸化剤ガス通路４０内に供給される。このとき酸化剤ガス通路４０から流出するガス、すなわちカソードオフガスはカソードオフガス通路４５内に流入する。カソードオフガス通路４５内にはカソードオフガス通路４５内を流れるカソードオフガスの量を制御するカソードオフガス制御弁４６が配置される。
【００１２】
更に図４を参照すると、冷却水通路５０の入口には冷却水供給路５１の一端が連結され、冷却水供給路５１の出口には冷却水供給路５１の他端が連結される。冷却水供給路５１内には冷却水を圧送する冷却水ポンプ５２と、ラジエータ５３とが配置される。ラジエータ５３上流の冷却水供給路５１と、ラジエータ５３と冷却水ポンプ５２間の冷却水供給路５１とはラジエータバイパス通路５４により互いに連結される。また、ラジエータバイパス通路５４内を流れる冷却水量を制御するラジエータバイパス制御弁５５が設けられる。図４に示される燃料電池システムＡではラジエータバイパス制御弁５５は三方弁から形成され、ラジエータバイパス通路５４の入口に配置される。冷却水ポンプ５２が駆動されると、冷却水ポンプ５２から吐出された冷却水は冷却水供給路５１を介して燃料電池スタック１０内の冷却水通路５０内に流入し、次いで冷却水通路５０を通って冷却水供給路５１内に流入し、ラジエータ５３又はラジエータバイパス通路５４を介して冷却水ポンプ５２に戻る。
【００１３】
また、燃料電池単セルのアノード極及びカソード極はそれぞれ直列に電気的に接続され、燃料電池スタック１０の電極を構成する。燃料電池スタック１０の電極は図４に示されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に電気的に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は一方ではインバータ１２を介してモータジェネレータ１３に電気的に接続され、他方ではＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介して蓄電器１５に電気的に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は燃料電池スタック１０からの電圧を高めてインバータ１２に送るためのものであり、インバータ１２はＤＣ／ＤＣコンバータ１１からの直流電流を交流電流に変換するためのものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は燃料電池スタック１０又はモータジェネレータ１３からの電圧を低くし、又はモータジェネレータ１３への電圧を高くするためのものである。なお、図４に示される燃料電池システムＡでは蓄電器１５はバッテリから構成される。
【００１４】
更に、燃料電池システムＡはコンピュータを含む制御ユニット６０を備える。制御ユニット６０はモータジェネレータ１３や制御弁３３などに接続され、モータジェネレータ１３などは制御ユニット６０からの信号に基づいて制御される。
【００１５】
燃料電池スタック１０で発電すべきときには燃料ガス制御弁３３が開弁され、燃料ガスが燃料電池スタック１０に供給される。また、コンプレッサ４３が駆動され、酸化剤ガスがコンプレッサ４３から吐出される。この酸化剤ガスは次いでインタークーラ４４に送られて冷却され、次いで燃料電池スタック１０に供給される。その結果、燃料電池単セルにおいて電気化学反応が起こり、電気エネルギが発生される。この発生された電気エネルギはモータジェネレータ１３に送られる。その結果、モータジェネレータ１３が車両駆動用の電気モータとして作動され、車両が駆動される。あるいは、燃料電池スタック１０で発生された電気エネルギは蓄電器１５に送られ、蓄えられる。一方、例えば車両制動時にはモータジェネレータ１３が回生装置として作動し、このとき回生された電気エネルギは蓄電器１５に蓄えられる。
【００１６】
ここで、図５及び図６を参照してインタークーラ４４について説明する。インタークーラ４４は、ケーシング４４ａと、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス通路４４ｂと、空気が流通する空気通路４４ｃと、を備える。酸化剤ガス通路４４ｂはケーシング４４ａ内を互いに平行に延びる複数の酸化剤ガス管４４ｄにより画定される。酸化剤ガス管４４ｄの両端は支持板４４ｅを貫通して上述の酸化剤ガス供給路４１に連通される。一方、空気通路４４ｃはケーシング４４ａ内に配置された隔壁４４ｆにより画定される。この隔壁４４ｆはハニカム構造をなしている。また、隔壁４４ｆはその長さ方向ＷＬに空気入口４４ｇから空気出口４４ｈまで延びており、空気入口４４ｇ及び空気出口４４ｈは収容室３に連通される。上述の酸化剤ガス管４４ｄは隔壁４４ｆを貫通して延びている。図面に示される実施例では、酸化剤ガス通路４４ｂ及び空気通路４４ｃは互いにほぼ直交する。空気入口４４ｇに空気が導かれると、この空気は空気通路４４ｃ内を流通し、したがって酸化剤ガス通路４４ｂ内を流通する酸化剤ガスが空気により冷却される。
【００１７】
再び図１から図３を参照すると、収容室３の底部には底部ケーシング５が収容される。底部ケーシング５はトランスアクスル収容部分５ｔと、トランスアクスル収容部分５ｔの一側に設けられたモータ収容部分５ｍと、トランスアクスル収容部分５ｔの他側に設けられた追加部分５ａとを有する。これらトランスアクスル収容部分５ｔ、モータ収容部分５ｍ、及び追加部分５ａは一体的に形成される。図３に示されるように、トランスアクスル収容部分５ｔにはトランスアクスル７が収容され、モータ収容部分５ｍには上述のモータジェネレータ１３が収容される。モータジェネレータ１３の入出力軸は上述のトランスアクスル７を介してフロントドライブシャフトＤＳに連結される。ドライブシャフトＤＳはトランスアクスル収容部分５ｔを貫通して車両幅方向ＶＷに延びており、フロントドライブシャフトＤＳの両端には車輪Ｗが取り付けられる。特に、図２及び図３に示されるように、トランスアクスル収容部分５ｔは収容室３の車両幅方向ＶＷのほぼ中央に、車両長さ方向ＶＬにほぼ沿って配置される。したがって、モータ収容部分５ｍはトランスアクスル収容部分５ｔの車両幅方向ＶＷの一側に位置し、追加部分５ａはトランスアクスル収容部分５ｔの車両幅方向ＶＷの他側に位置することになる。この場合、底部ケーシング５は例えばゴム製の底部マウントＭＢを介してサスペンションメンバ６により支持される。図面に示される実施例では、底部マウントＭＢは、トランスアクスル収容部分５ｔの下方でかつ車両長さ方向ＶＬ方向に離間した２つの位置と、モータ収容部分５ｍの下方との３箇所に配置される。
【００１８】
底部ケーシング５の車両高さ方向ＶＨ上方には上述の燃料電池スタック１０が配置される。この場合、燃料電池スタック１０は例えばゴム製のスタックマウントＭＳを介して底部ケーシング５により支持される。図面に示される実施例では、スタックマウントＭＳは、モータ収容部分５ｍの頂面上と、追加部分５ａの頂面上と、トランスアクスル収容部分５ｔの頂面のうち車両長さ方向ＶＬ後側の部分上との３箇所に配置される。また、燃料電池スタック１０の長さ方向が車両幅方向ＶＷを指向しかつ燃料電池スタック１０の幅方向が車両長さ方向ＶＬを指向するように燃料電池スタック１０が配置される。この場合、特に図２及び図３からわかるように、燃料電池スタック１０は車両幅方向ＶＷのほぼ中央に配置される。なお、図面に示される実施例では、燃料電池スタック１０の長さ方向は単セルの積層方向に一致する。
【００１９】
更に、燃料電池スタック１０の車両高さ方向ＶＨ上方には上述の制御ユニット６０が配置される。
【００２０】
一方、収容室３内には、例えばフード３ａと車両ボディ３ｂとの間に形成される隙間３ｃを介して、収容室３外から空気が流入するようになっている。上述したインタークーラ４４は、収容室３内のうち燃料電池スタック１０の車両長さ方向ＶＬ前方でかつ空気が流れている領域内に収容される。図面に示される実施例では、インタークーラ４４の隔壁４４ｆの長さ方向ＷＬ（図５，６）が車両長さ方向ＶＬを指向するようにインタークーラ４４が収容室３内に収容され、したがって空気通路４４ｃ（図５，６）は車両長さ方向ＶＬを指向し、酸化剤ガス通路４４ｂは車両幅方向ＶＷを指向する。また、インタークーラ４４の空気入口４４ｇは車両長さ方向ＶＬ前側に位置し、空気出口４４ｈ（図６）は車両長さ方向ＶＬ後側に位置して燃料電池スタック１０に対面する。この場合、特に図２及び図３からわかるように、インタークーラ４４は車両幅方向ＶＷのほぼ中央に配置される。なお、インタークーラ４４は図示しない支持具を介して例えば底部ケーシング５により支持される。
【００２１】
また、図面に示される実施例では、隙間３ｃから空気入口４４ｇまで延びる案内部材ないし空気ダクト４４ｉが設けられる。したがって、隙間３ｃを介し収容室３内に流入した空気は空気ダクト４４ｉにより空気入口４４ｇまで案内され、次いでインタークーラ４４の空気通路４４ｃ（図５，６）内を流通する。別の実施例では、空気ダクト４４ｉは省略される。
【００２２】
また、燃料電池スタック１０の車両長さ方向ＶＬ前方には、インタークーラ４４と並べて、エアクリーナ４２ａが配置される。エアクリーナ４２ａの空気入口には図示しない空気ダクトが設けられる。更に、インタークーラ４４及びエアクリーナ４２ａの車両長さ方向ＶＬ前方には、ラジエータ５３が配置される。一方、底部ケーシング５の追加部分５ａよりも車両長さ方向ＶＬの後方でかつ燃料電池スタック１０の下方には、コンプレッサ４３が配置される。
【００２３】
なお、図１から３は概略図であり、例えばエアクリーナ４２ａからコンプレッサ４３まで及びコンプレッサ４３からインタークーラ４４まで延びる酸化剤ガス供給路４１などの図示が省略されている。
【００２４】
さて、車両１がその前端１ａにおいて衝突すると、車両１に車両長さ方向ＶＬ後向きの衝撃荷重が作用する。この衝撃荷重が燃料電池スタック１０に伝達されると、燃料電池スタック１０が破損するおそれがあり、燃料電池スタック１０が破損すると乗員などが感電するおそれがある。あるいは、燃料電池スタック１０が乗員室２内に進入するおそれもある。
【００２５】
本発明による実施例では、上述したように、燃料電池スタック１０の車両長さ方向ＶＬ前方にインタークーラ４４が配置される。その結果、車両衝突時の車両長さ方向ＶＬ後向きの衝撃荷重がこのインタークーラ４４により吸収される。すなわち、後向きの衝撃荷重があらかじめ定められた上限値よりも大きいときには、インタークーラ４４が車両長さ方向ＶＬに変形又は圧縮され、それにより衝撃荷重が吸収される。したがって、燃料電池スタック１０に伝達される衝撃荷重が低減される。また、図面に示される実施例では、インタークーラ４４の隔壁４４ｆの長さ方向が車両長さ方向ＶＬを指向しているので、衝撃荷重がインタークーラ４４により更に良好に吸収される。
【００２６】
この場合、インタークーラ４４は燃料電池システムＡの一要素であるので、燃料電池スタック１０を保護するために追加の要素を必要としない。したがって、コストを低くすることができ、構成を簡素化することができる。
【００２７】
しかも、収容室３内のうち空気が流れる領域内にインタークーラ４４が配置されるので、コンプレッサ４３からの酸化剤ガスをインタークーラ４４により良好に冷却することができる。すなわち、酸化剤ガスを良好に冷却しながら燃料電池スタック１０を確実に保護することができる。更に、インタークーラ４４を通過した空気は燃料電池スタック１０に衝突する。したがって、この空気により燃料電池スタック１０も冷却される。
【００２８】
更に、比較的重量が大きいモータジェネレータ１３が収容室３の底部に配置され、燃料電池スタック１０が底部ケーシング５より直接的に支持されるので、車両１の重心が低くなる。その結果、車両１の運動性能ないし安定性が高められる。また、燃料電池スタック１０が底部ケーシング５により支持されるので、燃料電池スタック１０を支持するための特別な構成を必要としない。また、燃料電池スタック１０の取り付けが容易になる。
【００２９】
本発明による別の実施例では、インタークーラ４４は水冷式インタークーラから構成される。すなわち、上述の空気通路４４ｃは冷却水通路を構成し、冷却水通路の冷却水入口及び冷却水出口は上述の冷却水供給路５１に連結され、冷却水通路内を冷却水が流通する。
【符号の説明】
【００３０】
１    電動車両
２    乗員室
３    収容室
１０    燃料電池スタック
１３    モータジェネレータ
４３    コンプレッサ
４４    インタークーラ
４４ｃ    空気通路
４４ｆ    隔壁
４４ｉ    空気ダクト
【図１】
2015157608.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015157608.tif 000008