(57)【要約】【課題】車両衝突後の修復コストを抑えることができる燃料電池システムの車体配置構造の提供。【解決手段】燃料電池３８を保持する燃料電池ボックス３９と、燃料ガスタンク２９，３０を保持するサブフレーム２２とを前後に並べて配置するとともに、燃料電池ボックス３９の燃料電池３８よりもサブフレーム２２側に燃料ガス希釈ボックス５３を配置し、車両衝突時にサブフレーム２２に導入された衝突エネルギを燃料ガス希釈ボックス５３の変形で吸収する。【選択図】        図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を保持する燃料電池ボックスと、燃料ガスタンクを保持するサブフレームとを前後に並べて配置するとともに、前記燃料電池ボックスの前記燃料電池よりも前記サブフレーム側に燃料ガス希釈ボックスを配置してなることを特徴とする燃料電池システムの車体配置構造。
【請求項２】
前記燃料ガス希釈ボックスに固定されたステーは、根元部が脆弱構造とされていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの車体配置構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムの車体配置構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走行駆動用の電動モータに電力を供給するために燃料電池システムを搭載した燃料電池車においても、他の種々の車両と同様、車両衝突時に生じる衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収構造が採用されている。その一例として、サイドメンバを上方凸に屈曲変形しやすい形状にするとともに、サイドメンバ上に配置される燃料電池を保持する燃料電池ボックスも上方凸に屈曲変形しやすい形状とすることで、車両衝突時に、サイドメンバを屈曲変形させるとともに燃料ボックスを屈曲変形させさらに燃料電池を破断させることで衝撃エネルギを吸収するものがある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１９２６３９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の衝突エネルギ吸収構造では、高価な燃料電池を破断させることによって衝突エネルギを吸収するため、衝突後の修復コストが膨大なものになってしまう。
【０００５】
したがって、本発明は、車両衝突後の修復コストを抑えることができる燃料電池システムの車体配置構造の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、燃料電池（例えば実施の形態における燃料電池３８）を保持する燃料電池ボックス（例えば実施の形態における燃料電池ボックス３９）と、燃料ガスタンク（例えば実施の形態における水素タンク２９，３０）を保持するサブフレーム（例えば実施の形態におけるサブフレーム２２）とを前後に並べて配置するとともに、前記燃料電池ボックスの前記燃料電池よりも前記サブフレーム側に燃料ガス希釈ボックス（例えば実施の形態における希釈ボックス５３）を配置してなることを特徴としている。
【０００７】
これにより、燃料電池ボックスの燃料電池と、燃料ガスタンクを保持するサブフレームとの間に燃料ガス希釈ボックスが配置されることから、車両衝突時にサブフレームに導入された衝突エネルギは燃料ガス希釈ボックスが変形することで十分に吸収されることになる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記燃料電池希釈ボックスに固定されたステー（例えば実施の形態におけるステー５６）は、根元部（例えば実施の形態における根元部５４）が脆弱構造とされていることを特徴としている。
【０００９】
これにより、車両衝突時に、燃料電池希釈ボックスに対しこれに固定されたステーに支持された部品が相対的に変位することになっても、ステーの根元部が脆弱構造とされていることから、ステーが破断または変形して変位を吸収することになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態の燃料電池システムの車体配置構造を図面を参照して以下に説明する。なお、以下における前後左右は、車両の進行方向に対する前後左右である。
【００１１】
燃料電池システムに設けられる燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソードとを備え、アノードに供給される水素ガス（燃料ガス）とカソードに供給される酸素を含む空気（酸化剤ガス）との酸化還元反応にかかる化学エネルギを直接電気エネルギとして抽出する。そして、燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に供給する水素ガスを貯留させる水素タンク（燃料ガスタンク）と、燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサとを有しており、さらに、アノードに溜まった水や水素ガスに混入した窒素のパージを行う際に同時に排出される水素ガスをカソードから排出される空気と混合することで水素濃度を低減してから大気に排出する希釈ボックス（燃料ガス希釈ボックス）を有している。
【００１２】
図１〜図３に示すように、フロントフロア１の後縁に、後方に立ち上がるように有段成形されたリヤフロア２が接合されている。リヤフロア２の段差部３の裏側には車体骨格部を形成するクロスメンバ４が車幅方向にわたって接合されている。フロントフロア１の下面には外側寄りに車体前後方向に沿って車体骨格部を形成するフロアフレーム５，６が左右に各々接続されている。
【００１３】
フロントフロア１の両側縁には左右にインサイドシル７，８が各々接続され、各インサイドシル７，８の後端部にはインサイドシルイクステンション９，１０が設けられている。そして、これらインサイドシル７，８にアウトサイドシル７’，８’が接合され車体骨格部であるサイドシル７０，８０が形成されている。
【００１４】
図４に示すように各インサイドシルイクステンション９，１０の内側面には各々フロントブラケット１１，１２が接合されている。なお、図４においては左側のインサイドシルイクステンション９、フロントブラケット１１のみを示し、右側は番号のみをかっこ内に示す。
【００１５】
フロントブラケット１１（１２）の後壁上縁のフランジ部１１ｆ（１２ｆ）には後述するリヤフレーム１３（１４）の底壁が接続され、前壁上縁のフランジ部１１ｇ（１２ｇ）にはクロスメンバ４の下面が接続され、前壁１１ｂ（１２ｂ）は内壁１１ａ（１２ａ）とともに前方に延びてフロントフレーム接続部１１ｈ（１２ｈ）となりフロアフレーム５（６）に接続されている。また、底壁にはカラーナット１５（１６）が立設されている。ここで、リヤフレーム１３（１４）はリヤフロア２の下面に接合され車体骨格部を形成する部材である。
【００１６】
したがって、リヤフレーム１３（１４）の前端部が、フロントブラケット１１（１２）を介して、サイドシル７０（８０）とフロアフレーム５（６）に接続されることとなる。
【００１７】
図２に示すように各リヤフレーム１３，１４の後端部下面には、上に開いた断面形状のリヤブラケット１７，１８が取り付けられている。このリヤブラケット１７，１８はその側壁がリヤフレーム１３，１４の両側壁外面に接合され、前部の底壁にはカラーナット１９，２０が立設されている。
【００１８】
ここで、図１に示すように左右のリヤフレーム１３，１４間には前後に２つのクロスメンバ４Ａ，４Ｂが接合され、各々の後端部、具体的にはリヤブラケット１７，１８の後端にバンパビーム２１が取り付けられている。
【００１９】
そして、フロントブラケット１１，１２とリヤブラケット１７，１８の各カラーナット１５，１６、１９，２０に下方からサブフレーム２２がボルト２３により固定されている。
【００２０】
サブフレーム２２は、左右のフレーム部材２４，２５と前後のフレーム部材２６，２７とにより矩形枠状に形成された部材で車幅方向にクロスビーム２８を備え、このクロスビーム２８により振り分けたスペースに２つの水素タンク（燃料ガスタンク）２９，３０が各々バンド３１，３２により締め付け固定されている。また、サブフレーム２２にはサスペンションユニット３３が取り付けられ、このサスペンションユニット３３に図示しないタイヤが取り付けられている。ここで、水素タンク２９，３０は略両端が球面形状で閉塞された円筒状をなしている。
【００２１】
そして、左右のフレーム部材２４，２５の前端と前部のフレーム部材２６の両端との角部には前記カラーナット１５，１６に挿入されるボルト２３の挿通部３４，３５が設けられ、左右のフレーム部材２４，２５の後端と後部のフレーム部材２７の両端との角部には前記カラーナット１９，２０に挿入されるボルト２３の挿通部３６，３７が設けられている。
【００２２】
このようにして構成されたサブフレーム２２の各挿通部３４，３５、３６，３７にボルト２３を挿通して、このボルト２３をリヤフレーム１３，１４のフロントブラケット１１，１２とリヤブラケット１７，１８とに取り付けたカラーナット１５，１６、１９，２０に挿入して締め付け固定することで、サブフレーム２２をリヤフレーム１３，１４に固定している。ここで、上記サブフレーム２２の前部のフレーム部材２６の前面には平坦面２６ａが形成されている。
【００２３】
図３に示すように、フロントフロア１下には、前後左右のフロアフレーム５，６に跨るようにして上記した燃料電池３８等を収納状態で保持する燃料電池ボックス３９が配置されている。
【００２４】
燃料電池ボックス３９は、図５にも示すように、燃料電池３８を底板３９ｄ上に載置させるとともにこれらの横方向の四方を覆う形状をなしている。燃料電池ボックス３９は開口を上側に向けた状態で、図３に示すようにフロアフレーム５，６の底壁５ａ，６ａにボルト４０およびナット４１で固定されることになる。なお、図２に示すように、燃料電池ボックス３９の後面には平坦面３９ｃが形成されている。このように構成された燃料電池ボックス３９の後面の平坦面３９ｃが、前記サブフレーム２２（前部のフレーム部材２６）の前面の平坦面２６ａに対向するようにして両者が前後に近接して配置されている。
【００２５】
前後方向において燃料電池ボックス３９の後部とサブフレーム２２の前部とを跨ぐ位置にセンタピラー７１，８１が配置されている。具体的には、図３に左側のみを示すように（右側は番号のみをかっこ内に示す）、インサイドシル７（８）とアウトサイドシル７’（８’）とは、上下部でフランジ部７８ｆ，７８ｆ’により接合され閉断面構造部としてのサイドシル７０（８０）を形成しているが、上部のフランジ部７８ｆには、インサイドピラー７１ａ（８１ａ）が接合され、アウトサイドシル７’（８’）の外側面にアウトサイドピラー７１ｂ（８１ｂ）が接合され、これらインサイドピラー７１ａ（８１ａ）とアウトサイドピラー７１ｂ（８１ｂ）とが車体骨格部としてのセンターピラー７１（８１）を構成している。
【００２６】
ここで、左右のフロアフレーム５，６と左右のインサイドシル７，８との間には、片側で３カ所、両側で６カ所にブラケット４２が接合されている。このブラケット４２はフロアフレーム５，６とインサイドシル７，８とフロントフロア１の裏面に接合されるフランジ部４２ａを備えたものである。
【００２７】
以上により、燃料電池３８を保持する燃料電池ボックス３９と、水素タンク２９，３０を保持するサブフレーム２２とが前後に並べて配置されることになり、具体的には、燃料電池ボックス３９が前側にサブフレーム２２が後側に配置されることになる。
【００２８】
そして、図１および図２に示すように、本実施形態においては、燃料電池ボックス３９の底板３９ｄ上に、前側から順に、燃料電池３８用の周辺機器群５１、燃料電池３８、燃料電池３８用の周辺機器群５２、上記した希釈ボックス（燃料ガス希釈ボックス）５３が固定されている。これにより、燃料電池ボックス３９内の燃料電池３８よりもサブフレーム２２側に希釈ボックス５３が配置されることになる。
【００２９】
燃料電池３８は略直方体形状をなしており、車幅方向に長手方向を配置した状態で燃料電池ボックス３９の底板３９ｄに固定されている。
【００３０】
希釈ボックス５３も、略直方体形状をなしており、車幅方向に長手方向を配置した状態で燃料電池ボックス３９の底板３９ｄに固定されている。しかも、希釈ボックス５３は、図５に示すように、燃料電池ボックス３９の後側の壁部３９ｅとの間に隙間がないように該壁部３９ｅに突き当てられた状態で燃料電池ボックス３９に固定されている。希釈ボックス５３は、前側の壁部５３ａおよび車幅方向における一側の壁部５３ｂが凹凸形状をなしている。
【００３１】
希釈ボックス５３の車幅方向における一側の壁部５３ｂには、燃料電池３８を制御するＥＣＵ等の電装部品ボックス５５がステー５６を介して取り付けられている。このステー５６は、希釈ボックス５３への取付側の図６および図７に示す根元部５４が脆弱構造とされており、特に車体前後方向に傾倒変形しやすい形状となっている。
【００３２】
具体的に、ステー５６は、希釈ボックス５３の壁部５３ｂに面当たり状態で溶接等により固定される固定板部５６ａと、この固定板部５６ａの水平方向の一端縁部から折り起こされた略三角形状をなす側板部５６ｂと、この側板部５６ｂの上端縁部から固定板部５６ａと同側に水平に折り曲げられた取付板部５６ｃと、この取付板部５６ｃの側板部５６ｂに対し反対側から下方に折り曲げられた略三角形状をなす側板部５６ｄと、この側板部５６ｄの固定板部５６ａ側の端縁部の上下２カ所から固定板部５６ａ側に突出してこの固定板部５６ａに当接する突出片部５６ｅとを有している。ここで、取付板部５６ｃには穴部５７が、側板部５６ｂおよび側板部５６ｄには穴部５８が、それぞれ板厚方向に貫通するように形成されている。ここで、ステー５６は、金属板から上記形状に打ち抜きおよび折り曲げ加工により形成されている。
【００３３】
そして、固定板部５６ａに当接する突出片部５６ｅが固定板部５６ａに溶接されている。また、取付板部５６ｃは、固定板部５６ａに対し間に空間を形成するように離間している。ここで、固定板部５６ａと側板部５６ｂとの境界の折曲部５９と、固定板部５６ａと突出片部５６ｅとの当接状態で溶接される当接部６０とがステー５６の上記した根元部５４を構成している。なお、ステー５６には、取付板部５６ｃの上面に電装部品ボックス５５が、取付板部５６ｃの穴部５７を介したボルト止め等で取り付けられることになるが、この電装部品ボックス５５は、燃料電池ボックス３９側にステーで支持される（図示略）とともに希釈ボックス５３側にもステー５６で支持され、狭い空間内にコンパクトに配置される。
【００３４】
以上により、ステー５６は、固定板部５６ａと取付板部５６ｃとの間に取付板部５６ｃを相対的に当接部６０から折曲部５９の方向に移動させるように設定以上の荷重が加わると、固定板部５６ａに溶接されることで接合強度が抑えられた突出片部５６ｅが固定板部５６ａから容易に外れる（つまり根元部５４の一方が破断する）。その結果、ステー５６は固定板部５６ａに対し一体の側板部５６ｂ側においてのみ接合状態が維持されることになることから、この側板部５６ｂの固定板部５６ａとの間の折曲部５９のみで支持される状態となって、この折曲部５９を中心として、固定板部５６ａに対し残りの側板部５６ｂ、取付板部５６ｃ、側板部５６ｄおよび突出片部５６ｅが容易に全体的に傾倒する（つまり根元部５４の他方が折れ曲がる）。
【００３５】
このような破断および変形に方向性のあるステー５６は、固定板部５６ａにおいて希釈ボックス５３の壁部５３ｂに固定される際に、後方からの車両衝突で前方に移動する希釈ボックス５３を介して固定板部５６ａに前方の力が加わる一方で取付板部５６ｃの移動が規制されたときに、固定板部５６ａと突出片部５６ｅとの当接部６０が離間容易な姿勢とされる。つまり、車両衝突時における希釈ボックス５３および固定板部５６ａの相対変位方向に対し上流側に折曲部５９が下流側に当接部６０がそれぞれ配置される姿勢で設けられている。なお、ステー５６は、根元部５４も含んで通常の走行時に加わる荷重に対しては変形しない強度を有しており、上記形状とすることで特に上下方向および左右方向に関しては高い強度を有している。
【００３６】
以上の構成の本実施形態において、図８〜図１０にそれぞれ（ａ）で示す通常の状態から、車両の後部衝突時に水素タンク２９，３０を保護するサブフレーム２２が前方に変位しても、サブフレーム２２の前部のフレーム部材２６の平坦面２６ａが燃料電池ボックス３９の壁部３９ｅの平坦面３９ｃに全体にわたって均一に押圧力を作用させることになり、荷重が面全体に分散して、燃料電池ボックス３９の変形を防止することになる。
【００３７】
そして、さらに大きな衝突エネルギをもってサブフレーム２２が前方に変位した場合であっても、サブフレーム２２は、図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すように、燃料電池ボックス３９の壁部３９ｅを変形させさらに希釈ボックス５３を変形させることになり、これら壁部３９ｅおよび希釈ボックス５３の変形で衝突エネルギが吸収されることになる。特に希釈ボックス５３は密閉されておりしかも変形しても容積変化は生じるものの密閉状態が維持されることになって、衝突エネルギを良好に吸収する。これにより、サブフレーム２２が希釈ボックス５３の前方の燃料電池３８にまで至ることを防止できる。
【００３８】
また、このようにサブフレーム２２が希釈ボックス５３を変形させるように変位する際に、希釈ボックス５３が衝撃で前方に移動すると、側方に設けられた電装部品ボックス５５は希釈ボックス５３に対し相対的に後方に変位することになり、この電装部品ボックス５５を希釈ボックス５３に取り付けているステー５６も電装部品ボックス５５が取り付けられている取付板部５６ｃが、希釈ボックス５３に固定されている固定板部５６ａに対して相対的に後方に変位しようとする。すると、ステー５６は、図１０（ａ）に示すように当接状態で溶接された固定板部５６ａおよび突出片部５６ｅの当接部６０が、図１０（ｂ）に示すように離間、つまり固定板部５６ａから突出片部５６ｅが容易に外れ、側板部５６ｂおよび固定板部５６ａの境界の折曲部５９を中心として、固定板部５６ａに対し残りの側板部５６ｂ、取付板部５６ｃ、側板部５６ｄおよび突起片部５６ｅが容易に、相対的に後方に傾倒して取付板部５６ｃを後方に変位させることになる。つまり、希釈ボックス５３が衝撃で前方に移動しても、取付板部５６ｃの位置はそのまま維持した状態で固定板部５６ａが容易に前方に移動することになる。その結果、希釈ボックス５３に接合された固定板部５６ａは希釈ボックス５３に対する変位量が抑えられる。したがって、希釈ボックス５３のステー５６の取付位置に局部的に力が加わることがなくなり、希釈ボックス５３の破れを防止することができる。
【００３９】
以上に述べたように、本実施形態によれば、燃料電池ボックス３９の燃料電池３８と、水素タンク２９，３０を保持するサブフレーム２２との間に希釈ボックス５３が配置されることから、後方からの車両衝突時にサブフレーム２２に導入された衝突エネルギは希釈ボックス５３が変形することで十分に吸収されることになる。したがって、燃料電池３８を破損させずに済むため、車両衝突後の修復コストを抑えることができる。
【００４０】
また、車両衝突時に、希釈ボックス５３に対しこれに固定されたステー５６に支持された電装部品ボックス５５に上記のような相対変位があっても、ステー５６の根元部５４が脆弱構造とされていることから、ステー５６が部分的に破断および変形して、この変位を吸収することになり、希釈ボックス５３のステー５６の取付位置に局部的に力が加わることを防止でき、希釈ボックス５３の破れを防止することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に係る発明によれば、燃料電池ボックスの燃料電池と、燃料ガスタンクを保持するサブフレームとの間に燃料ガス希釈ボックスが配置されることから、車両衝突時にサブフレームに導入された衝突エネルギは燃料ガス希釈ボックスが変形することで十分に吸収されることになる。したがって、燃料電池を破損させずに済むため、車両衝突後の修復コストを抑えることができる。
【００４２】
請求項２に係る発明によれば、車両衝突時に、燃料電池希釈ボックスに固定されたステーに支持された部品が変位することになっても、ステーの根元部が脆弱構造とされていることから、ステーが破断または変形して変位を吸収することになり、希釈ボックスのステー取付位置に局部的に力が加わることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の燃料電池システムの車体配置構造を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態の燃料電池システムの車体配置構造を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態の燃料電池システムの車体配置構造を示す図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】フロントブラケットの斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態の燃料電池システムの車体配置構造の要部を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態の燃料電池システムの車体配置構造に使用されるステーを示す斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態の燃料電池システムの車体配置構造に使用されるステーを示す別の角度から見た斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態の燃料電池システムの車体配置構造の要部を示す側面図で、（ａ）は車両衝突前の状態を、（ｂ）は車両衝突後の状態をそれぞれ示すものである。
【図９】本発明の一実施形態の燃料電池システムの車体配置構造の要部を示す平面図で、（ａ）は車両衝突前の状態を、（ｂ）は車両衝突後の状態をそれぞれ示すものである。
【図１０】本発明の一実施形態の燃料電池システムの車体配置構造のステーを示す平断面図で、（ａ）は車両衝突前の状態を、（ｂ）は車両衝突後の状態をそれぞれ示すものである。
【符号の説明】
２２  サブフレーム
２９，３０  水素タンク（燃料ガスタンク）
３８  燃料電池
３９  燃料電池ボックス
５３  希釈ボックス（燃料ガス希釈ボックス）
５４  根元部
５６  ステー
【図１】
2004161092.tif 000003
【図２】
2004161092.tif 000004
【図３】
2004161092.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004161092.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004161092.tif 000009
【図８】
2004161092.tif 000010
【図９】
2004161092.tif 000011
【図１０】
2004161092.tif 000012