(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つ以上のエネルギーストレージと、
前記エネルギーストレージを制御するドライブユニットと、
車両の進行方向から導入された空気が通る空気通路と、
電気を発電する燃料電池と、
前記燃料電池に供給する燃料を蓄える燃料タンクと、
前記燃料タンクから前記燃料電池に燃料を供給する導入管とを備え、
前記エネルギーストレージを、前記車両の進行方向に対して左右に配置し、
前記ドライブユニットを、前記エネルギーストレージに密接させ、かつ前記エネルギーストレージよりも高さが低くなるように前記２つ以上のエネルギーストレージの間に介装し、
前記空気通路を、前記ドライブユニット上方かつ前記２つ以上のエネルギーストレージの対向する側面間に配置し、
前記燃料電池を、前記ドライブユニットおよび前記２つ以上のエネルギーストレージを挟むように、前記車両の一方側に配置し、
前記燃料タンクを、前記車両の他方側に配置し、
前記導入管を、前記車両の進行方向に沿うように、前記ドライブユニットの上面に配置したことを特徴とする蓄電装置搭載車両。
【請求項２】
前記エネルギーストレージの上部に、前記車両の幅方向に対して端部から中央部に向かって高くなる屋根部を設け、
前記屋根部は、その内部が中空に形成されると共に、前記空気通路に対向する側面を開口して空気導入口を形成していることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置搭載車両。
【請求項３】
少なくとも２つ以上のエネルギーストレージと、
前記エネルギーストレージを制御するドライブユニットと、
車両の進行方向から導入された空気が通る空気通路とを備え、
前記エネルギーストレージは、前記車両の進行方向に対して左右に配置され、
前記ドライブユニットは、前記車両の進行方向に対する角部を面取りしてなる傾斜部が形成されていると共に、前記エネルギーストレージに密接し、かつ前記エネルギーストレージよりも高さが低くなるように、前記２つ以上のエネルギーストレージの間に介装され、
前記空気通路は、前記ドライブユニット上方かつ前記２つ以上のエネルギーストレージの対向する側面間に配置されたことを特徴とする蓄電装置搭載車両。
【請求項４】
前記ドライブユニットを介装するエネルギーストレージに、前記空気通路に対向する部位に空気導入口を形成することを特徴とする請求項３に記載の蓄電装置搭載車両。
【請求項５】
前記ドライブユニットおよび前記２つ以上のエネルギーストレージを挟むように、前記車両の一方側に燃料電池を、前記車両の他方側に前記燃料電池へ供給する燃料を蓄える燃料タンクをそれぞれ配置して、
前記燃料タンクから前記燃料電池へ燃料を導入する導入管を前記ドライブユニットの上面に配置することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の蓄電装置搭載車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気エネルギーを蓄電可能なエネルギーストレージと、該エネルギーストレージを制御するドライブユニットとを備える蓄電装置搭載車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気エネルギーを蓄電可能なエネルギーストレージを搭載した蓄電装置搭載車両において、水素貯蔵タンク側に冷却風導入ダクトを設け、水素貯蔵タンクから水素を放出する際の潜熱によって冷やされた空気を、２次電池冷却風として導入することで、エネルギーストレージ（この場合は２次電池）の冷却を図るものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２９１６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述のようなエネルギーストレージを備える車輌においては、エネルギーストレージを制御するためのドライブユニットが搭載されている。このドライブユニットにおいても作動時に発熱するため、ドライブユニットを適温に保持するために冷却する必要がある。しかしながら、従来の技術においては、ドライブユニットを冷却するための機構をエネルギーストレージとは別に確保する必要があり、冷却に必要なスペースが嵩張ってしまい周辺部品のレイアウト自由度に影響することがあるため、このような点の改善が要望されている。
そこでこの発明は、冷却に必要なスペースのコンパクト化を図って周辺部品のレイアウト自由度を向上できるとともに、エネルギーストレージのみならずドライブユニットの冷却を行うことができる蓄電装置搭載車両を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、少なくとも２つ以上のエネルギーストレージ（例えば、実施の形態におけるバッテリ１２、１２）と、前記エネルギーストレージを制御するドライブユニット（例えば、実施の形態におけるコンタクタボックス１８）と、車両（例えば、実施の形態における燃料電池自動車１）の進行方向から導入された空気が通る空気通路（例えば、実施の形態における空気通路２０）と、電気を発電する燃料電池（例えば、実施の形態における燃料電池２）と、前記燃料電池に供給する燃料を蓄える燃料タンク（例えば、実施の形態における水素タンク７）と、前記燃料タンクから前記燃料電池に燃料を供給する導入管（例えば、実施の形態における水素供給管１０）とを備え、前記エネルギーストレージを、前記車両の進行方向に対して左右に配置し、前記ドライブユニットを、前記エネルギーストレージに密接させ、かつ前記エネルギーストレージよりも高さが低くなるように前記２つ以上のエネルギーストレージの間に介装し、前記空気通路を、前記ドライブユニット上方かつ前記２つ以上のエネルギーストレージの対向する側面間に配置し、前記燃料電池を、前記ドライブユニットおよび前記２つ以上のエネルギーストレージを挟むように、前記車両の一方側に配置し、前記燃料タンクを、前記車両の他方側に配置し、前記導入管を、前記車両の進行方向に沿うように、前記ドライブユニットの上面に配置したことを特徴とする。
【０００５】
この構成によれば、空気通路を流通する空気によって、エネルギーストレージのみならずドライブユニットを冷却することができる。このように、エネルギーストレージとドライブユニットとを一体的に配置することで、両者の冷却に必要なスペースを共通化できるので、両者の冷却に必要なスペースをコンパクト化することができ、周りの部品のレイアウト自由度を向上することができる。
また、燃料タンクから燃料電池に燃料を供給する導入管を、車両の進行方向に沿うように、ドライブユニットの上面に配置している。このため、導入管を流通する燃料によってドライブユニットをさらに冷却することができ、ドライブユニットの冷却効率をさらに高めることが可能となる。
一方、導入管を流通する燃料が、ドライブユニットにより加熱されて燃料電池に供給されるので、燃料循環系の燃料電池システムにおいても、燃料の湿度を一定以下に保って燃料電池に燃料を供給できる。このため、燃料電池の運転を安定して行うことが可能となる。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、前記エネルギーストレージの上部に、前記車両の幅方向に対して端部から中央部に向かって高くなる屋根部（例えば、実施の形態における屋根部４０）を設け、前記屋根部は、その内部が中空に形成されると共に、前記空気通路に対向する側面を開口して空気導入口（例えば、実施の形態における空気導入口３０）を形成していることを特徴とする。
この構成によれば、空気通路を流通する空気を空気導入口を介してエネルギーストレージの上面に積極的に導くことが可能となり、エネルギーストレージの換気と冷却を効率良く行うことができる。
また、屋根部が車両幅方向に対して端部から中央部に向かって高くなるように形成されている、つまり、空気通路に接近するに従って高くなるように形成されている。このため、空気導入口から流入した空気が、屋根部に沿うようにしてエネルギーストレージの下方に向かって流れる。よって、エネルギーストレージ内をより効果的に冷却できる。
【０００７】
請求項３に記載した発明は、少なくとも２つ以上のエネルギーストレージと、前記エネルギーストレージを制御するドライブユニットと、車両の進行方向から導入された空気が通る空気通路とを備え、前記エネルギーストレージは、前記車両の進行方向に対して左右に配置され、前記ドライブユニットは、前記車両の進行方向に対する角部を面取りしてなる傾斜部（例えば、実施の形態における傾斜部１８ａ）が形成されていると共に、前記エネルギーストレージに密接し、かつ前記エネルギーストレージよりも高さが低くなるように、前記２つ以上のエネルギーストレージの間に介装され、前記空気通路は、前記ドライブユニット上方かつ前記２つ以上のエネルギーストレージの対向する側面間に配置されたことを特徴とする。
この構成によれば、空気通路を流通する空気によって、エネルギーストレージのみならずドライブユニットを冷却することができる。このように、エネルギーストレージとドライブユニットとを一体的に配置することで、両者の冷却に必要なスペースを共通化できるので、両者の冷却に必要なスペースをコンパクト化することができ、周りの部品のレイアウト自由度を向上することができる。
また、前記ドライブユニットは、車両の進行方向に対する角部を面取りしてなる傾斜部が形成されるので、車両の進行方向から流通する空気が空気通路に導入され易くなる。
請求項４に記載した発明は、前記ドライブユニットを介装するエネルギーストレージに、前記空気通路に対向する部位に空気導入口を形成することを特徴とする。
この構成によれば、空気通路を流通する空気を空気導入口を介してエネルギーストレージの上面に積極的に導くことが可能となり、エネルギーストレージの換気と冷却を効率良く行うことができる。
請求項５に記載した発明は、前記ドライブユニットおよび前記２つ以上のエネルギーストレージを挟むように、前記車両の一方側に燃料電池を、前記車両の他方側に前記燃料電池へ供給する燃料を蓄える燃料タンクをそれぞれ配置して、前記燃料タンクから前記燃料電池へ燃料を導入する導入管を前記ドライブユニットの上面に配置することを特徴とする。
この構成によれば、導入管を流通する燃料によってドライブユニットをさらに冷却することができ、ドライブユニットの冷却効率をさらに高めることが可能となる。一方、導入管を流通する燃料は、ドライブユニットにより加熱されて燃料電池へ供給される。これにより、燃料循環系の燃料電池システムにおいても、燃料の湿度を一定以下に保って燃料電池に燃料を供給できるので、燃料電池の運転を安定して行うことが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載した発明によれば、冷却に必要なスペースのコンパクト化を図って周辺部品のレイアウト自由度を向上できるとともに、エネルギーストレージのみならずドライブユニットの冷却を効率よく行うことができる。また、燃料電池の運転を安定して行うことが可能となる。
請求項２に記載した発明によれば、エネルギーストレージの換気と冷却を効率良く行うことができる。
請求項３に記載した発明によれば、エネルギーストレージ、およびドライブユニットの冷却に必要なスペースをコンパクト化することができ、周りの部品のレイアウト自由度を向上することができる。また、車両の進行方向に対する角部を面取りしてなる傾斜部が形成されるので、車両の進行方向から流通する空気が空気通路に導入され易くなる。
請求項４に記載した発明によれば、エネルギーストレージの換気と冷却を効率良く行うことができる。
請求項５に記載した発明によれば、ドライブユニットの冷却効率をさらに高めることが可能となる。加えて、燃料電池の運転を安定して行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ車両における向きと同一とする。また、図中矢印ＦＲは車両前方を、矢印ＬＨは車両左方を、矢印ＵＰは車両上方をそれぞれ示す。
【００１０】
図１，２に示す燃料電池自動車１は、水素と酸素との電気化学反応によって発電を行う燃料電池スタック（以下、単に燃料電池ということがある）２を車体のフロア下に搭載するもので、該燃料電池スタック２により生じた電力で駆動モータ３を駆動して走行する。燃料電池スタック２は、単位燃料電池（単位セル）を多数積層してなる周知の固体高分子膜型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）であり、そのアノード側に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード側に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給することで、電気化学反応により電力を生成すると共に水を生成する。
【００１１】
ここで、図３を参照して燃料電池自動車１における燃料電池システムの概略を説明すると、まずコンプレッサ４により昇圧された酸素を含む空気は、加湿器５で加湿されて燃料電池２のカソードに供給され、発電に供された後には燃料電池スタック２（図では単位燃料電池のみを示す）から排出され、加湿源として加湿器５を通過した後に圧力制御弁６を介して排出される。一方、水素タンク７内の水素ガスは、レギュレータ８により減圧されてエゼクタ９を経由してアノードに供給され、余った水素ガスは燃料電池２から排出されてエゼクタ９に吸引され、この水素ガスが水素タンク７から送り出された新鮮な水素ガスと合流して再び燃料電池２に供給される。燃料電池２から排出される一部の水素ガスは希釈ボックス１１（図４参照）に送られ、該希釈ボックス１１内で圧力制御弁６を介して排出された反応後の空気と希釈処理された後に排出される。なお、水素供給管１０には、エゼクタ９よりも上流側（この場合はレギュレータ８よりも上流側）に、ヒータ２９が設けられ、水素供給管１０を通る水素ガスを加熱する。本実施の形態では、詳細を後述するように、コンタクタボックス１８がヒータ２９としての機能を兼ねている。
【００１２】
再び図１，２に示すように、例えばリヤシート３４の下方には、上下高さを抑えた長方体状をなすバッテリ１２が例えば左右に一対設けられる。このバッテリ１２は、燃料電池自動車１の減速時等に駆動モータ３からの回生電力を蓄電する等の用途に用いられる。また、円筒状の外観をなすガスボンベとしての水素タンク７は、その軸線を車幅方向に沿わせるようにしてリヤシート３４の斜め下後方に配置される。
以下、前記レギュレータ８及びエゼクタ９等を水素供給補機Ｄと総称し、加湿器５及び希釈ボックス１１等を空気排出補機Ｅと総称することがある。
【００１３】
駆動モータ３及びコンプレッサ４の前方には、燃料電池２等を循環する冷却水を冷却するためのラジエータ２１が配置される。
図４を併せて参照して説明すると、燃料電池２の前端部には、ラジエータ２１との間に渡る冷却水流出管２２及び冷却水流入管２３がそれぞれ接続される。冷却水流出管２２には冷却水循環用のウォータポンプ２４が配置される。
【００１４】
燃料電池２は、その後端部から水素ガス及び空気が供給されると共に、該後端部から前記希釈ボックス１１に向けて反応済みガスが排出される。このように燃料電池２の後端部にガス供給口及び排出口を集約して配置すると共に、燃料電池２の前端部には冷却水の導出入口を集約して配置することで、燃料電池２に接続される各種配管設計の合理化を図っていると共に、燃料電池車両１としての冷却水の保有量を減少させて軽量化を図っている。
【００１５】
駆動モータ３の駆動又は回生は、車両の走行状況及び燃料電池２やバッテリ１２からの電力量に応じてＰＤＵ（Power Drive Unit、図示せず）により制御される。ＰＤＵは、ＦＥＴ等のスイッチング素子からなるインバータを備えてなるもので、前記バッテリ１２や燃料電池２からの直流電力を所望の交流電力に変換したり電圧を調整したりする。燃料電池２とバッテリ１２との間、及びバッテリ１２と駆動モータ３との間においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４により電圧調整がなされる。
【００１６】
燃料電池２からの直流電力は、インバータ（図示せず）を介して交流電力に変換されて所定の電力駆動部品へ供給されると共に、ダウンバータ（図示せず）を介して降圧されて１２Ｖバッテリ（図示せず）へ供給される。ここで、前記所定の電力駆動部品とは、例えば前記コンプレッサ４、ウォータポンプ２４等である。また、１２Ｖバッテリから電力を供給される１２Ｖ負荷部品としては、例えば前記弁６、並びに各種灯火器等がある。ここで、図中符号１８は、必要に応じて燃料電池２からの電力供給を制限するコンタクタボックスを示す。本実施の形態においては、コンタクタボックス１８内に、ＰＤＵ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４、インバータ、ダウンバータが搭載されている。
【００１７】
前記ＰＤＵ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４、インバータ、ダウンバータ、及びコンタクタボックス１８等は、この燃料電池システム全体の運転制御を行うＥＣＵ（Electrical Control Unit、図示せず）に接続され、該ＥＣＵがスロットル開度信号、ブレーキ信号、及び車速信号等に基づき前記各部品を駆動制御することで、燃料電池２における発電制御や駆動モータ３における回生電力制御等がなされる。
【００１８】
図１、図２に示すように、車両の床下部下方に、井桁状に形成された車体フレーム５０が形成されている。車体フレーム５０のフロント部５０Ｆには、駆動モータ３やコンプレッサ４が配設される。車体フレーム５０のメイン部５０Ｍには、燃料電池スタック２及びその補機類が配設される。車体フレーム５０のリア部５０Ｒには、バッテリ１２やコンタクタボックス１８、そして、水素タンク７が配設される。
【００１９】
２つのバッテリ１２、１２は、燃料電池自動車１の進行方向に対して左右に配置され、コンタクタボックス１８はバッテリ１２、１２間に介装されている。コンタクタボックス１８は、バッテリ１２、１２よりも高さが低くなるように配設されている。これにより、コンタクタボックス１８上方かつバッテリ１２、１２の対向する側面間に、空気通路２０が形成される。また、コンタクタボックス１８には、車両の進行方向に対する角部を面取りしてなる傾斜部１８ａが形成され、この傾斜部１８ａが空気通路２０の案内部としての機能を有する。すなわち、コンタクタボックス１８に形成した傾斜部１８ａにより、車両の進行方向から流通する空気が空気通路２０に導入され易くなる。
【００２０】
従って、図５に示すように、車両の進行方向から導入された空気が空気通路２０を流通することにより、バッテリ１２、１２のみならずコンタクタボックス１８を冷却することができる。このように、バッテリ１２、１２とコンタクタボックス１８とを一体的に配置することで、両者の冷却に必要なスペースを共通化できるので、両者の冷却に必要なスペースをコンパクト化することができ、周りの部品のレイアウト自由度を向上することができる。
【００２１】
また、図５、図６に示すように、各バッテリ１２、１２の上部には、車両幅方向に対して端部から中央部に向かって（換言すれば空気通路２０に接近するに従って）高くなる屋根部４０、４０が形成されている。各屋根部４０、４０は、内部を中空に形成するとともに、空気通路２０に対向する側面を開口して空気導入口３０、３０を形成している。
これにより、空気通路２０を流通する空気を前記空気導入口３０、３０を介してバッテリ１２、１２の上面に積極的に導くことが可能となり、バッテリ１２、１２の換気と冷却を効率良く行うことができる。
【００２２】
そして、水素タンク７から燃料電池２へ燃料を導入する水素供給管１０を、車両の進行方向に沿うように、コンタクタボックス１８の上面に配置している。
このようにすると、水素供給管１０を流通する水素によってコンタクタボックス１８をさらに冷却することができ、コンタクタボックス１８の冷却効率をさらに高めることが可能となる。一方、水素供給管１０を流通する燃料は、コンタクタボックス１８により加熱されて燃料電池２へ供給される。これにより、燃料循環系の燃料電池システムにおいても、水素の湿度を一定以下に保って燃料電池２に燃料を供給できるので、燃料電池２の運転を安定して行うことが可能となる。
【００２３】
以上、本発明の内容を実施の形態に基づいて説明したが、本発明の内容は上述の実施の形態に限定されないことはもちろんである。例えば、実施の形態では、燃料電池を駆動源とする燃料電池車両について説明したが、蓄電装置やこれを制御するドライブユニットを搭載している車両であれば燃料電池車両に限られず、例えばエンジンとモータを駆動源とするハイブリッド車両であってもよい。また、蓄電装置としてバッテリを用いた場合について説明したが、バッテリに換えてまたはバッテリと共にキャパシタを用いる場合にも本発明を適用することができる。また、蓄電装置やドライブユニットを冷却する空気は、車両外部の空気であってもよいし、ファン等の換気装置を用いて強制的に空気通路に空気を導入するように形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施例における燃料電池自動車の側面説明図である。
【図２】上記燃料電池自動車の上面説明図である。
【図３】上記燃料電池自動車における燃料電池システムの概略構成図である。
【図４】上記燃料電池システムに係る部品の配置を示す下面説明図である。
【図５】上記燃料電池自動車におけるバッテリおよびコンタクタボックスを含む要部斜視図である。
【図６】上記燃料電池自動車におけるバッテリおよびコンタクタボックスの車両進行方向に対する正面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  燃料電池自動車（蓄電装置搭載車両）
２  燃料電池
７  水素タンク（燃料タンク）
１０  水素供給管（導入管）
１２  バッテリ（エネルギーストレージ）
１４  ＤＣ／ＤＣコンバータ（ドライブユニット）
１８  コンタクタボックス（ドライブユニット）
２９  ヒータ
３０  空気導入口
【図１】
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【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】
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