(57)【要約】【課題】車両重衝突時に燃料電池スタックでの発電を迅速にかつ確実に停止させる。【解決手段】コンプレッサ４３、インタークーラ４２及び燃料電池スタック１０を収容室３内に収容する。コンプレッサとインタークーラとを上流側配管４１ｕにより互いに連結し、インタークーラと燃料電池スタックとを下流側配管４１ｄにより互いに連結する。上流側配管４１ｕを上流側第１管部分４１ｕ１及び上流側第２管部分４１ｕ２から形成し、下流側配管４１ｄを下流側第１管部分４１ｄ１及び下流側第２管部分４１ｄ２から形成する。車両重衝突時にコンプレッサ及び燃料電池スタックがインタークーラに対し相対移動することにより上流側第１管部分と上流側第２管部分との間の連結が外れ、下流側第１管部分と下流側第２管部分との間の連結が外れ、それにより上流側配管及び下流側配管が収容室の内部空間３ａに連通する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスを吐出するコンプレッサと、コンプレッサから吐出された酸化剤ガスを冷却するインタークーラと、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックとを乗員室の車両長さ方向外方に形成された収容室内に収容し、
コンプレッサの出口とインタークーラの入口とを上流側配管により互いに連結すると共に、インタークーラの出口と燃料電池スタックの酸化剤ガス通路の入口とを下流側配管により互いに連結した、電動車両であって、
車両に入力される衝撃荷重があらかじめ定められた上限値よりも大きい車両重衝突時に、コンプレッサ及び燃料電池スタックの一方又は両方がインタークーラに対し相対移動するようにこれらコンプレッサ、インタークーラ及び燃料電池スタックを収容室内に設け、
車両重衝突時にコンプレッサ及び燃料電池スタックの一方又は両方がインタークーラに対し相対移動することにより上流側配管及び下流側配管の一方又は両方が収容室の内部空間に連通するように上流側配管又は下流側配管を形成した、
電動車両。
【請求項２】
前記インタークーラが車両フレームに直接的に固定され、前記コンプレッサ及び前記燃料電池スタックが車両フレームにマウントを介して間接的に固定される、請求項１に記載の電動車両。
【請求項３】
前記上流側配管又は前記下流側配管が互いに連結された複数の管部分から形成されており、前記車両重衝突時に前記コンプレッサ及び前記燃料電池スタックの一方又は両方が前記インタークーラに対し相対移動することによりこれら管部分同士間の連結が外れ、それにより上流側配管及び下流側配管の一方又は両方が収容室の内部空間に連通する、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】
水素と酸素との電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックと、燃料電池スタックと水素タンクとを互いに連結する水素供給路内に配置された水素遮断弁と、燃料電池スタックに空気を供給するコンプレッサと、を備え、車両衝突時にはまず水素遮断弁を閉弁し、次いでコンプレッサを停止する、電動車両が公知である（特許文献１参照）。すなわち、特許文献１では、車両衝突後もしばらくの間は、コンプレッサの作動を継続し、それにより、燃料電池スタック内に残存する水素を消費するようにしている。
【０００３】
一方、コンプレッサと、コンプレッサから吐出された酸化剤ガスを冷却するインタークーラと、燃料電池スタックとを乗員室の車両長さ方向外方に形成された収容室内に収容し、コンプレッサの出口とインタークーラの入口とを上流側配管により互いに連結すると共に、インタークーラの出口と燃料電池スタックの酸化剤ガス通路の入口とを下流側配管により互いに連結した、電動車両も公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３５７８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１では、車両衝突後に残存水素が消費される。このことは、車両衝突後も、燃料電池スタックにおいて発電が継続されることを意味する。その結果、燃料電池スタックが高電圧に維持されるおそれがある。燃料電池スタックが高電圧であると、作業者が感電するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、酸化剤ガスを吐出するコンプレッサと、コンプレッサから吐出された酸化剤ガスを冷却するインタークーラと、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックとを乗員室の車両長さ方向外方に形成された収容室内に収容し、コンプレッサの出口とインタークーラの入口とを上流側配管により互いに連結すると共に、インタークーラの出口と燃料電池スタックの酸化剤ガス通路の入口とを下流側配管により互いに連結した、電動車両であって、車両に入力される衝撃荷重があらかじめ定められた上限値よりも大きい車両重衝突時に、コンプレッサ及び燃料電池スタックの一方又は両方がインタークーラに対し相対移動するようにこれらコンプレッサ、インタークーラ及び燃料電池スタックを収容室内に設け、車両重衝突時にコンプレッサ及び燃料電池スタックの一方又は両方がインタークーラに対し相対移動することにより上流側配管及び下流側配管の一方又は両方が収容室の内部空間に連通するように上流側配管又は下流側配管を形成した、
電動車両が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
車両重衝突時に燃料電池スタックでの発電を迅速にかつ確実に停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電動車両の部分側面断面図である。
【図２】燃料電池システムの全体図である。
【図３】車両重衝突時における電動車両の部分側面断面である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１を参照すると、電動車両１は乗員室２と、乗員室２の車両長さ方向外側、すなわち前側に形成された収容室３とを備える。図１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。この収容室３内には燃料電池システムＡの一部又は全部が収容される。
【００１０】
図２は燃料電池システムＡの一例を示している。図２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。
【００１１】
燃料ガス通路３０の入口には下流側燃料ガス配管３１ｄが連結され、下流側燃料ガス供給管３１は燃料ガスの圧力を調節するレギュレータ３２の出口に連結される。レギュレータ３２の入口には上流側燃料ガス配管３１ｕが連結され、上流側燃料ガス配管３１ｕは燃料ガス源３３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３３は水素タンクから形成される。上流側燃料ガス配管３１ｕ内には燃料ガス遮断弁３４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管３５が連結される。燃料ガス遮断弁３４が開弁されると、燃料ガス源３３内の燃料ガスが燃料電池スタック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管３５内に流入する。
【００１２】
また、酸化剤ガス通路４０の入口には下流側酸化剤ガス配管４１ｄが連結され、下流側酸化剤ガス配管４１ｄは酸化剤ガスを冷却するインタークーラ４２の出口に連結される。インタークーラ４２の入口には上流側酸化剤ガス配管４１ｕが連結され、上流側酸化剤ガス配管４１ｕは酸化剤ガスを吐出するコンプレッサ４３の出口に連結される。コンプレッサ４３の入口には酸化剤ガスダクト４４が連結され、酸化剤ガスダクト４４は酸化剤ガス源４５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４５は大気から形成される。一方、酸化剤ガス通路４０の出口にはカソードオフガス管４６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４５内の酸化剤ガスが燃料電池スタック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管４６内に流入する。
【００１３】
燃料電池スタック１０に燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されると、燃料電池単セルにおいて電気化学反応（Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ）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（図示しない）に送られる。その結果、モータジェネレータ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。
【００１４】
再び図１を参照すると、図１には、燃料電池システムＡのうちコンプレッサ４３、インタークーラ４２、燃料電池スタック１０、上流側酸化剤ガス配管４１ｕ、下流側酸化剤ガス配管４１ｄ、及び酸化剤ガスダクト４４が示されている。以下では、上流側酸化剤ガス配管４１ｕ及び下流側酸化剤ガス配管４１ｄをそれぞれ上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄと称することにする。
【００１５】
図１に示される実施例では、上流側配管４１ｕは互いに連結された上流側第１管部分４１ｕ１及び上流側第２管部分４１ｕ２から形成される。すなわち、コンプレッサ４３の出口は上流側第１管部分４１ｕ１に連結され、上流側第１管部分４１ｕ１は上流側第２管部分４１ｕ２に連結され、上流側第２管部分４１ｕ２はインタークーラ４２の入口に連結される。同様に、下流側配管４１ｄは互いに連結された下流側第１管部分４１ｄ１及び下流側第２管部分４１ｄ２から形成される。すなわち、インタークーラ４２の出口は下流側第１管部分４１ｄ１に連結され、下流側第１管部分４１ｄ１は下流側第２管部分４１ｄ２に連結され、下流側第２管部分４１ｄ２は燃料電池スタック１０の酸化剤ガス通路の入口に連結される。別の実施例では、上流側配管４１ｕ又は下流側配管４１ｄは単一の管部分から形成される。更に別の実施例では、上流側配管４１ｕ又は下流側配管４１ｄは３つ以上の管部分から形成される。
【００１６】
コンプレッサ４３、インタークーラ４２及び燃料電池スタック１０と上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄとの間の連結、並びに、管部分４１ｕ１，４１ｕ２，４１ｄ１，４１ｄ２同士間の連結は、例えば一方を他方内に挿入して重なり部分を形成し、この重なり部分の周りに設けたクリップを締め付けることにより達成される。
【００１７】
また、図１に示される実施例では、上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄの一部、例えば上流側第１管部分４１ｕ１及び下流側第２管部分４１ｄ２は比較的剛性が高い材料、例えば金属から形成される。一方、上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄの残り、例えば上流側第２管部分４１ｕ２及び下流側第１管部分４１ｄ１は比較的柔軟性が高い材料、例えば樹脂から形成される。なお、図１に示される実施例では、上流側第１管部分４１ｕ１及び下流側第２管部分４１ｄ２は燃料電池スタック１０に固定される。一方、上流側第２管部分４１ｕ２及び下流側第１管部分４１ｄ１は燃料電池スタック１０に固定されない。
【００１８】
更に、図１に示される実施例では、インタークーラ４２は電動車両１のフレーム、例えばサスペンションメンバ５に直接的に固定される。これに対し、コンプレッサ４３及び燃料電池スタック１０はマウント（図示しない）を介しサスペンションメンバ５に間接的に固定される。具体的には、燃料電池スタック１０はマウントを介してサスペンションメンバ５に固定され、コンプレッサ４３はマウントを介して燃料電池スタック１０に固定される。別の実施例では、コンプレッサ４３はマウントを介してサスペンションメンバ５に固定される。更に別の実施例では、燃料電池スタック１０又はコンプレッサ４３はマウントを介して燃料電池システムＡの別要素、例えばモータジェネレータに固定される。
【００１９】
このようにコンプレッサ４３、燃料電池スタック１０及びインタークーラ４２を収容室３内に設けると、車両衝突時にコンプレッサ４３及び燃料電池スタック１０の一方又は両方がインタークーラ４２に対し相対移動することができる。すなわち、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内向き、すなわち後向きの衝撃荷重が作用する。この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、すなわち車両重衝突が発生したときには、比較的重量が大きいコンプレッサ４３及び燃料電池スタック１０の一方又は両方がマウントから離脱し、当初の位置から移動する。これに対し、比較的軽量のインタークーラ４２はサスペンションメンバ５に直接的に固定されており、移動しない。その結果、車両重衝突によりコンプレッサ４３及び燃料電池スタック１０の一方又は両方がインタークーラ４２に対し相対移動する。
【００２０】
図３は、車両重衝突によりコンプレッサ４３及び燃料電池スタック１０がインタークーラ４２に対し相対移動した場合を示している。図３に示される実施例では、燃料電池スタック１０の前端が燃料電池スタック１０の後端に対して持ち上がる方向にコンプレッサ４３及び燃料電池スタック１０が移動する。その結果、上流側第１管部分４１ｕ１と上流側第２管部分４１ｕ２との間の連結が外れる。また、下流側第１管部分４１ｄ１と下流側第２管部分４１ｄ２との間の連結が外れる。したがって、上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄが収容室３の内部空間３ａに連通することになる。別の実施例では、上流側第１管部分４１ｕ１と上流側第２管部分４１ｕ２との間の連結と、下流側第１管部分４１ｄ１と下流側第２管部分４１ｄ２との間の連結とのうち一方のみが外れる。
【００２１】
ところで、本発明による実施例では、電動車両１は車両１の加速度を検出する加速度センサ（図示しない）を備えている。加速度センサにより検出された加速度があらかじめ定められた閾値を越えたときに車両重衝突が発生したと判断され、加速度が閾値を越えないときには車両重衝突が発生してないと判断される。車両重衝突が発生したと判断されたときには、コンプレッサ４３への通電を停止してコンプレッサ４３を停止させ、燃料電池スタック１０への酸化剤ガスの供給を停止する。また、このとき、燃料ガス遮断弁３４（図２）を閉弁し、燃料電池スタック１０への燃料ガスの供給を停止する。その結果、燃料電池スタック１０での発電が停止される。更に、燃料電池スタック１０には放電装置（図示しない）が設けられており、車両重衝突が発生したと判断されると、放電装置が作動されて燃料電池スタック１０が放電される。その結果、燃料電池スタック１０の電圧が低下され、作業者が安全に作業することが可能となる。なお、本発明による実施例では、車両重衝突が発生したと判断されたときに、乗員室２に設けられているエアバッグが展開され、車両重衝突が発生していないと判断されたときにはエアバッグは展開されない。
【００２２】
ところが、コンプレッサ４３への通電を停止しても、コンプレッサ４３の回転子のような可動要素が慣性により運動し続けるので、コンプレッサ４３からの酸化剤ガス供給は直ちに停止せず、すなわちコンプレッサ４３から酸化剤ガスが吐出され続ける。一方、燃料電池スタック１０内には燃料ガスが残存している。このため、コンプレッサ４３から吐出された酸化剤ガスが燃料電池スタック１０に供給され続けると、燃料電池スタック１０で発電が継続されることになる。その結果、燃料電池スタック１０が高電圧に維持されてしまう。
【００２３】
本発明による実施例では、上述したように、車両重衝突が発生すると、上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄが収容室３の内部空間３ａ内に連通する。その結果、コンプレッサ４３から酸化剤ガスが吐出され続けたとしても、酸化剤ガスが収容室３の内部空間３ａ内に放出され、すなわち燃料電池スタック１０に供給されなくなる。すなわち、車両重衝突時に燃料電池スタック１０への酸化剤ガスの供給が迅速に停止される。また、燃料電池スタック１０の酸化剤ガス通路４０（図２）内の圧力は収容室３の内部空間３ａ内の圧力よりも高いので、酸化剤ガス通路４０から内部空間３ａ内に残存酸化剤ガスが流出する。その結果、燃料電池スタック１０における発電が速やかに停止される。
【００２４】
なお、上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄが収容室３の内部空間３ａ内に連通した場合には、燃料電池スタック１０の酸化剤ガス通路４０も内部空間３ａ内に連通することになる。この場合、内部空間３ａ内の空気ないし酸化剤ガスが例えば対流により燃料電池スタック１０内に流入するおそれがある。その結果、燃料電池スタック１０で発電が継続され又は再開するおそれがある。しかしながら、内部空間３ａから燃料電池スタック１０内に流入する酸化剤ガス量は少なく、燃料電池スタック１０で発電されたとしても、上述の放電装置により燃料電池スタック１０は低電圧に維持される。
【００２５】
一方、車両重衝突が発生していないときには、上流側第１管部分４１ｕ１と上流側第２管部分４１ｕ２との間の連結及び下流側第１管部分４１ｄ１と下流側第２管部分４１ｄ２との間の連結は維持される。すなわち、上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄは収容室３の内部空間３ａから隔離され続ける。
【００２６】
したがって、図３に示される実施例では、車両重衝突時にコンプレッサ４３及び燃料電池スタック１０の一方又は両方がインタークーラ４２に対し相対移動することにより上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄの一方又は両方が収容室３の内部空間３ａに連通し、車両重衝突時以外には上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄの両方が内部空間３ａから隔離され続けるように、上流側第１管部分４１ｕ１と上流側第２管部分４１ｕ２との間の連結力及び下流側第１管部分４１ｄ１と下流側第２管部分４１ｄ２との間の連結力が設定されるという見方もできる。
【００２７】
ところで、コンプレッサ４３と燃料電池スタック１０との間の例えば下流側配管４１ｄ内に酸化剤ガス遮断弁を追加し、車両重衝突時にこの酸化剤ガス遮断弁を閉弁すれば、燃料電池スタック１０への酸化剤ガスの供給を迅速に停止することができる。あるいは、コンプレッサ４３の可動要素の運動を停止する制動装置を追加し、車両重衝突時に可動要素の運度を停止させれば、酸化剤ガスの供給を迅速に停止することができる。しかしながら、これらの場合には追加のコストを必要とする。これに対し、本発明による実施例では追加のコストを要することなく、燃料電池スタック１０への酸化剤ガスの供給を迅速に停止することができる。
【００２８】
本発明による別の実施例では、車両重衝突時にコンプレッサ４３及び燃料電池スタック１０の一方又は両方がインタークーラ４２に対し相対移動することにより、コンプレッサ４３と上流側配管４１ｕとの間の連結と、上流側配管４１ｕとインタークーラ４２との間の連結と、インタークーラ４２と下流側配管４１ｄとの間の連結と、下流側配管４１ｄと燃料電池スタック１０との間の連結と、のうち少なくとも一つが外れる。この場合、車両重衝突時にコンプレッサ４３及び燃料電池スタック１０の一方又は両方がインタークーラ４２に対し相対移動することにより上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄの一方又は両方が収容室３の内部空間３ａに連通し、車両重衝突時以外には上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄの両方が内部空間３ａから隔離され続けるように、コンプレッサ４３、燃料電池スタック１０及びインタークーラ４２と、上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄとの間の連結力が設定されるという見方もできる。
【００２９】
本発明による更に別の実施例では、車両重衝突時にコンプレッサ４３及び燃料電池スタック１０の一方又は両方がインタークーラ４２に対し相対移動することにより、上流側配管４１ｕ又は下流側配管４１ｄの管壁が破断し、それにより上流側配管４１ｕ又は下流側配管４１ｄが収容室３の内部空間３ａ内に連通する。なお、この場合の破損は、車両重衝突時に上流側配管４１ｕ又は下流側配管４１ｄに例えばモータジェネレータが衝突して上流側配管４１ｕ又は下流側配管４１ｄが破損することと性質を異にする。この場合、車両重衝突時にコンプレッサ４３及び燃料電池スタック１０の一方又は両方がインタークーラ４２に対し相対移動することにより上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄの一方又は両方が収容室３の内部空間３ａに連通し、車両重衝突時以外には上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄの両方が内部空間３ａから隔離され続けるように、上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄの強度が設定されるということになる。なお、図３を参照して説明したような、上流側第１管部分４１ｕ１と上流側第２管部分４１ｕ２との間の連結解除及び下流側第１管部分４１ｄ１と下流側第２管部分４１ｄ２との間の連結解除をそれぞれ、上流側配管４１ｕの破損及び下流側配管４１ｄの破損と捉えることもできる。
【００３０】
いずれにしても、包括的に表現すると、車両重衝突時にコンプレッサ４３及び燃料電池スタック１０の一方又は両方がインタークーラ４２に対し相対移動することにより上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄの一方又は両方が収容室３の内部空間３ａに連通し、車両重衝突時以外には上流側配管４１ｕ及び下流側配管４１ｄの両方が内部空間３ａから隔離され続けるように、上流側配管４１ｕ又は下流側配管４１ｄが形成される、ということになる。
【００３１】
別の実施例では、コンプレッサ４３と燃料電池スタック１０との間に、加湿器、吸気バルブ等が配置される。
【符号の説明】
【００３２】
１    電動車両
２    乗員室
３    収容室
５    サスペンションメンバ
１０    燃料電池スタック
４１ｕ    上流側配管
４１ｄ    下流側配管
４２    インタークーラ
４３    コンプレッサ
Ａ    燃料電池システム
【図１】
2015205615.tif 000003
【図２】
2015205615.tif 000004
【図３】
2015205615.tif 000005