(57)【要約】【課題】燃料電池と、この燃料電池で発電される電気を蓄える蓄電装置とを軽量化・コンパクト化、高電圧配線の短縮化、かつ低コスト化することができ、さらに燃料電池や蓄電装置を効果的に冷却することができる燃料電池電気自動車を提供する。【解決手段】燃料電池システム１２と、この燃料電池システム１２で発電される電気を蓄える蓄電装置１３とを有する燃料電池電気自動車１０において、燃料電池システム１２と、蓄電装置１３とを共通のボックス１４に収納してキャビン２０の床２１の床下に固定し、前記ボックス１４の内部の燃料電池システム１２と蓄電装置１３との間を仕切板１５によって仕切り、蓄電装置１３の冷媒導入口１６及び冷媒排出口１７と、キャビン２０とを連通する貫通孔２４、２５を前記キャビン２０の床２１に設ける。【選択図】　　　図２
2004026008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の温度に管理される燃料電池と、この燃料電池で発電される電気を蓄える蓄電装置とを有する燃料電池電気自動車において、
前記燃料電池と、前記蓄電装置とを共通のボックスに収納してキャビンの床下に配置し、
前記燃料電池と前記蓄電装置との間を仕切る仕切板と、
前記蓄電装置と前記キャビンとを連通する貫通孔と、
を備え、
前記貫通孔を通ってきた前記キャビン内の空気によって前記蓄電装置を冷却することを特徴とする燃料電池電気自動車。
【請求項２】
前記仕切板には断熱材が備えられることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池と、この燃料電池で発電される電気を蓄える蓄電装置とを有する燃料電池電気自動車に関し、特に、燃料電池と蓄電装置とを仕切板を介して並べて配置した構造を有する燃料電池電気自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池電気自動車において、管理温度の高い燃料電池スタックは、フロントノーズ部あるいはキャビンの床下に配置し、そして燃料電池で発電される電気を一時的に蓄える蓄電装置は、管理温度が低いため車両後部のトランクルーム内など燃料電池スタックとは異なる場所に別々に分散して配置している。
【０００３】
図３は、燃料電池と、蓄電装置とを燃料電池電気自動車（以下、車両とも言う）に配置した従来の構造を示している。この燃料電池スタック３１を含む燃料電池システム３２（以下、燃料電池とも言う）は、車両３０のフロントノーズ部３５に収納されており、独自の経路で冷却されている。この燃料電池システム３２は、燃料電池スタック３１に加えて、図示しない加湿器、熱交換器、発電制御回路などが同一の筐体に収められた構造をしている。また、蓄電装置３３はトランクルーム３６に収納されており、独自の経路で冷却されている。このとき燃料電池スタック３１と蓄電装置３３との間を高電圧配線３４で接続している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料電池と蓄電装置の各々の管理温度に応じた冷却を独自の経路で容易に行うことはできるが、燃料電池と蓄電装置が異なる場所に離れて配置されているために装置全体の体積、重量、コストが大きくなってしまうという問題があった。
【０００５】
また、燃料電池と蓄電装置との間の高電圧配線が長くなり、電気配線の取りまわしが複雑である、そして電力損失の増加といった問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池と、この燃料電池で発電される電気を蓄える蓄電装置とを軽量化・コンパクト化、高電圧配線の短縮化、かつ低コスト化することができ、さらに燃料電池や蓄電装置を効果的に冷却することができる燃料電池電気自動車を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明のうちの請求項１に記載の発明は、所定の温度に管理される燃料電池と、この燃料電池で発電される電気を蓄える蓄電装置とを有する燃料電池電気自動車において、前記燃料電池と、前記蓄電装置とを共通のボックスに収納してキャビンの床下に配置し、前記燃料電池と前記蓄電装置との間を仕切る仕切板と、前記蓄電装置と前記キャビンとを連通する貫通孔とを備え、前記貫通孔を通ってきた前記キャビン内の空気によって前記蓄電装置を冷却することを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、ボックスの内部の燃料電池と蓄電装置との間を仕切って、燃料電池と蓄電装置をキャビンの床下のボックス内に一括して配置することで、燃料電池と蓄電装置とを軽量化・コンパクト化、かつ低コスト化することができる。さらに共通のボックスに配置することによって、燃料電池と蓄電装置との間の高電圧配線の短縮化及び電力損失の低減をすることができる。
【０００９】
さらに管理温度が相対的に低い蓄電装置をキャビン内の空気で冷却することができ、管理温度が相対的に高く蓄電装置と管理温度の異なる燃料電池を蓄電装置とは別経路で冷却することができるため、燃料電池と蓄電装置をそれぞれの管理温度に対して効果的に冷却することができる。
【００１０】
また共通のボックスに配置することで、燃料電池及び蓄電装置を外力による損傷から防止することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記仕切板には断熱材が備えられることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、仕切板には断熱材が備えられているため、管理温度の異なる燃料電池と蓄電装置との間を断熱することができ、冷却の効率を向上させ、効果的に冷却することができる。換言すると、燃料電池と蓄電装置とを近接・隣接して配置しても、相互の熱の影響が遮断されるので、異なる温度帯域での温度管理を容易に行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る燃料電池電気自動車の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池電気自動車の燃料電池システムと蓄電装置の配置構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面の部分断面図である。図１に示すように、平板状の燃料電池を複数積層してなる燃料電池スタック１１を含む燃料電池システム１２と、この燃料電池システム１２で発電される電気を蓄える蓄電装置１３とを有する燃料電池電気自動車１０において、燃料電池システム１２と、蓄電装置１３とを共通のボックス１４に収納してキャビン２０の床２１の床下に配置し、ボックス１４の内部には、このボックス１４の内部の燃料電池システム１２と蓄電装置１３との間を仕切る仕切板１５を設けている。さらに仕切板１５の表裏には、断熱材１８、１８が貼設されている。
【００１４】
この燃料電池システム１２は、図示しない高圧タンクなどからなる水素供給源と、コンプレッサなどからなる空気供給源とから供給される水素及び酸素の電気化学反応によって電気を発生させる。その発電電力は図示しない駆動用のモータに供給され、燃料電池電気自動車を駆動するようになっている。
【００１５】
また、蓄電装置１３は、前述した燃料電池の発電電力の一部を蓄電することが可能で、特に燃料電池電気自動車の減速時などに発生する余剰発電電力を蓄電する。さらに、この蓄電した電力は、たとえば燃料電池電気自動車の加速時などに駆動用のモータに供給され、燃料電池のアシストをするようになっている。
【００１６】
この蓄電装置１３は、キャビン２０の床２１を介してリアシート１９のほぼ真下に位置して設けられており、蓄電装置１３の冷媒導入口１６及び冷媒排出口１７を後述する貫通孔を通してキャビン２０内に開口し、キャビン２０内の空気を冷媒として循環させる。
【００１７】
図２は、燃料電池システムと蓄電装置の配置構造を示す拡大断面図である。図２において、ボックス１４の内部の燃料電池システム１２と蓄電装置１３との間を仕切板１５によって仕切り、この仕切板１５には断熱材１８、１８が貼設されているので、燃料電池システム１２と蓄電装置１３は各々熱的に仕切られている。
【００１８】
燃料電池は、水素と酸化剤の電気化学反応によって発電する際に発熱するので、燃料電池システム１２には、冷却用のポンプ２３などの冷却手段によって冷却水を循環させ、不図示のラジエータのような冷却装置により冷却水を冷却することで、燃料電池システム１２は冷却され所定の温度に管理される。
【００１９】
蓄電装置１３は、たとえば電気二重層コンデンサや二次電池からなり、燃料電池の発電電力の一部を蓄電可能になっている。また、蓄電装置１３は、蓄電および放電をする際に、その電気化学反応によって、またはその電流抵抗によって発熱する。そのため、蓄電装置１３には、蓄電装置１３の冷媒導入口１６及び冷媒排出口１７と、キャビン２０とを連通する貫通孔２４、２５が、キャビン２０の床２１に設けられている。さらに冷媒排出口１７にはファン２２が設けられ、蓄電装置１３内の空気をキャビン２０内へ排出する。このとき、蓄電装置１３は、冷媒導入口１６と冷媒排出口１７とを備えているので、蓄電装置１３内の空気は冷媒排出口１７から貫通孔２５を経てキャビン２０内へ排出されると共に、キャビン２０内の空気が貫通孔２４から冷媒導入口１６を経て蓄電装置１３内へ吸引される。また、貫通孔２５を経てキャビン２０内へ排出された空気は冷媒排出口１７から直接、冷媒導入口１６へ入らないように冷媒導入口１６と冷媒排出口１７は、適当な角度をもって配置されている。
【００２０】
冷媒導入口１６から吸引された冷媒としての空気は、蓄電装置１３を冷却したあと、蓄電装置１３の冷媒排出口１７からファン２２によって、キャビン２０の床２１に設けられた貫通孔２５を通ってキャビン２０内のリアシート１９の下方の空間へ排出される。
【００２１】
次に、以上の構成を備えた燃料電池電気自動車の動作について説明する。図２に示すように、ボックス１４の内部の燃料電池システム１２と蓄電装置１３との間が仕切板１５によって仕切られているので、燃料電池システム１２は、独自に冷却手段を有することができ、冷却用のポンプ２３と不図示のポンプ制御手段によって約６０〜８０℃の管理温度に制御される。
【００２２】
また、蓄電装置１３の冷媒排出口１７がキャビン２０へ向けて開口し、この開口した冷媒排出口１７に備えたファン２２によって、蓄電装置１３内の空気を、キャビン２０の床２１に設けた貫通孔２５を通ってキャビン２０へ排出する。このとき、蓄電装置１３は、冷媒導入口１６と冷媒排出口１７とを備えているので、蓄電装置１３内の空気は冷媒排出口１７から貫通孔２５を経てキャビン２０内へ排出されると共に、キャビン２０内の空気が貫通孔２４から冷媒導入口１６を経て蓄電装置１３内へ吸引される。これによって蓄電装置１３は、燃料電池システム１２と比較して、約４０〜５０℃という低い管理温度に制御される。
【００２３】
このように蓄電装置１３の冷媒排出口１７から排出された空気は、キャビン２０の床２１に設けられた貫通孔２５を通ってキャビン２０内のリアシート１９の下方へ排出され、キャビン２０と蓄電装置１３との間を循環する。
【００２４】
また、ボックス１４の内部は、燃料電池システム１２と蓄電装置１３とが仕切板１５によって仕切られ、それぞれ、密閉構造となっており、仕切板１５には、断熱材１８、１８が貼着されているので、燃料電池システム１２と蓄電装置１３との間は断熱されており、蓄電装置１３より比較的に温度が高い燃料電池システム１２からの熱を伝達し難く、蓄電装置１３の温度の上昇を防止することができる。
【００２５】
また、燃料電池システム１２と蓄電装置１３とは、ボックス１４に一括で収納されているため、燃料電池システム１２と蓄電装置１３との間の高電圧配線（不図示）を短くすることができ、電力損失の低減ができる。
【００２６】
また、管理温度が相対的に低い蓄電装置１３の冷媒導入口１６及び冷媒排出口１７を、キャビン２０の床２１を貫通させてキャビン２０へ導通させることによって、空調管理されたキャビン２０内の空気を利用することができ、蓄電装置１３を効果的に冷却することができる。
【００２７】
さらに燃料電池システム１２と蓄電装置１３をキャビン２０の床下に搭載するため、直射日光の影響を受けず、燃料電池システム１２及び蓄電装置１３を炎天下での放置時にも高温になりにくくすることができる。
【００２８】
このように管理温度が相対的に低い蓄電装置１３の冷媒導入口１６及び冷媒排出口１７を、キャビン２０の床２１を貫通させてキャビン２０へ導通させることによって、空調管理されたキャビン２０内の空気を利用することができ、蓄電装置１３を効果的に冷却することができる。
【００２９】
また、ボックス１４の内部の燃料電池システム１２と蓄電装置１３との間を仕切る仕切板１５を設けたため、管理温度の異なる燃料電池システム１２と蓄電装置１３を別経路で冷却することができると共に、仕切板１５を介して一体に構成することができるため、保守点検を効率的におこなうことができ、さらに一体に構成することでボックス１４の剛性を高めることができ、燃料電池システム１２及び蓄電装置１３を外力による損傷から防止することができる。
【００３０】
また、貫通孔２４、２５が、キャビン２０のリアシート１９の下方に設けられているため、キャビン２０のスペースを有効に使うことができると共に、ファン２２から排気された風が乗員に当らないようにすることができる。
【００３１】
以上述べた実施の形態は本発明を説明するための一例であり、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。たとえば、ファンを用いて冷媒としての空気をキャビンへ排出することによって蓄電装置を冷却する例で説明したが、冷媒導入口付近にファンを配置し、このファンを用いてキャビンの空気を冷媒導入口から蓄電装置に取り込み、蓄電装置を冷却したあと、冷媒としての空気をキャビンへ排出するようにしても良い。
【００３２】
また、蓄電装置１３としては、電気二重層を作動原理とした電気二重層コンデンサ、ニッケル水素組電池などを利用したものが適用できる。そして、以上説明したようにして、高温対策をほどこすことで、蓄電装置の静電容量の低下・寿命の低下を防止することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、ボックスの内部の燃料電池と蓄電装置との間を仕切って、管理温度の異なる燃料電池と蓄電装置を別経路で冷却することによって、燃料電池と蓄電装置をキャビンの床下のボックス内に一括して配置することが可能となり、燃料電池と蓄電装置を軽量化・コンパクト化、かつ低コスト化することができる。さらに一括して配置することによって燃料電池と蓄電装置との間の高電圧配線の短縮化及び電力損失の低減ができる。また、蓄電装置の温度を管理することにより、蓄電装置の寿命の低下を防止することができる。
【００３４】
請求項２に記載の発明によれば、仕切板には断熱材が備えられているため、管理温度の異なる燃料電池と蓄電装置との間を断熱することができ、冷却の効率を向上させ、効果的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムと蓄電装置の配置構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面の部分断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池システムと蓄電装置の配置構造を示す拡大断面図である。
【図３】従来の実施形態に係る燃料電池システムと蓄電装置の配置構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面図である。
【符号の説明】
１０　燃料電池電気自動車
１１　燃料電池スタック
１２　燃料電池システム
１３　蓄電装置
１４　ボックス
１５　仕切板
１６　冷媒導入口
１７　冷媒排出口
１８　断熱材
１９　リアシート
２０　キャビン
２１　床
２２　ファン
２３　ポンプ
２４、２５　貫通孔
【図１】
2004026008.tif 000003
【図２】
2004026008.tif 000004
【図３】
2004026008.tif 000005