(57)【要約】【課題】  所望の車室内空間を確保しつつ、床下に搭載した燃料電池システムにより車両の地上高が所望の高さよりも低下してしまうことを防止する。【解決手段】  燃料電池１１を前方側シート５６ｆのシート可動範囲の車両上下方向下方の位置であって、車体フロア５１の前方側突出部５７下方の位置に配置した。車両後方側の車体フロア５１の車幅方向略央部に車両前後方向に延設されて車室内に突出するセンタトンネル部６１を設け、センタトンネル部６１の内部に水素タンク１４を配置した。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を車体フロアの下方であって、シートの可動範囲の下方の位置に配置し、
前記シートの下方の前記車体フロアを上方に向かい盛り上がるように形成したことを特徴とする燃料電池システムの車両搭載構造。
【請求項２】
前記燃料電池を、車両前後方向に伸びる車体フレームの下端よりも上方、かつ、前記車体フロアよりも下方の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの車両搭載構造。
【請求項３】
燃料タンクを前記車体フロアの下方であって、センタトンネル下方の位置に配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムの車両搭載構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システムの車両搭載構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池を駆動用電源として搭載し、この燃料電池の発電電力によって走行用モータを駆動して走行する燃料電池車両が知られている。
このような燃料電池車両において、燃料電池および燃料電池の補機ユニットを収容した燃料電池ボックスを燃料電池車両の床下の車体フレームに下方から搭載し、燃料タンクを燃料電池ボックスよりも後方の車体フレームに下方から搭載した燃料電池車両が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２９１８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この燃料電池車両においては、燃料電池ユニットを床下の車体フレームに下方からぶら下げるようにして燃料電池ボックスを搭載しているため、燃料電池ボックスが車体フレームの下端よりも車両上下方向下方に向かい突出している。このため、燃料電池車両の床面を下げる際に制約が生じ、所定の地上高を確保するように設定されている場合には、所望の車室内空間を確保することが困難になるという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所望の車室内空間を確保しつつ、車両の地上高が所望の高さよりも低下してしまうことを防止することが可能な燃料電池システムの車両搭載構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の燃料電池システムの車両搭載構造は、燃料電池（実施の形態での燃料電池１１）を車体フロアの下方であって、シート（実施の形態での前方側シート５６ｆ）の可動範囲の下方の位置に配置し、前記シートの下方の前記車体フロアを上方に向かい盛り上がるように形成したことを特徴としている。
【０００５】
上記構成の燃料電池システムの車両搭載構造によれば、車室内において相対的に収容空間を確保しやすいシート可動範囲の下方の位置で車体フロアをシートに向かい突出させ、この車体フロアの下方に燃料電池を含む燃料電池システムの各種構成要素を配置することにより、所望の車室内空間を確保しつつ燃料電池の地上高が所望の高さよりも低下してしまうことを防止することができる。
【０００６】
さらに、請求項２に記載の本発明の燃料電池システムの車両搭載構造は、前記燃料電池を、車両前後方向に伸びる車体フレームの下端よりも上方、かつ、前記車体フロアよりも下方の位置に配置したことを特徴とする。
【０００７】
上記構成の燃料電池システムの車両搭載構造によれば、燃料電池が車体フレームの下端よりも車両上下方向下方に向かい突出することを防止し、路面上の障害物等から燃料電池を車体フレームによって保護することができる。
【０００８】
さらに、請求項３に記載の本発明の燃料電池システムの車両搭載構造は、燃料タンク（実施の形態での水素タンク１４）を前記車体フロアの下方であって、センタトンネル下方の位置に配置したことを特徴としている。
【０００９】
上記構成の燃料電池システムの車両搭載構造によれば、燃料電池と同様に燃料タンクを車体フロア下に配置することができ、さらに、センタートンネルの下方の位置に燃料タンクを配置しているので、所望の車室内空間を確保しつつ燃料電池および燃料タンクを含む燃料電池システムの各種構成要素の地上高が所望の高さよりも低下してしまうことを防止することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料電池システムの車両搭載構造によれば、所望の車室内空間を確保しつつ燃料電池および燃料電池システムの各種構成要素の地上高が所望の高さよりも低下してしまうことを防止することができる。
さらに、請求項２に記載の本発明の燃料電池システムの車両搭載構造によれば、不適切な位置で車体フロアの地上高が高くなることを防止し、所望の車室内空間を確保しつつ燃料電池の地上高が所望の高さよりも低下してしまうことを防止することができる。これにより、燃料電池が車体フレームの下端よりも車両上下方向下方に向かい突出することを防止し、路面上の障害物等から車体フレームによって燃料電池を保護することができる。
さらに、請求項３に記載の本発明の燃料電池システムの車両搭載構造によれば、燃料電池および燃料タンクを車体フロア下に配置することができるので、所望の車室内空間を確保しつつ燃料電池および燃料タンクの地上高が所望の高さよりも低下してしまうことを防止することができる、しかも、燃料タンクを車体フロア下に配置することにより、車体後部の設計の自由度を増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの車両搭載構造について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態に係る燃料電池システム１０は、例えば図１に示すように、燃料電池１１と、空気供給装置１２と、加湿器１３と、水素タンク１４と、燃料供給制御弁１５と、エゼクタ１６と、燃料ポンプ１７と、希釈ボックス１８と、パージ弁１９と、電流制御器２０と、中央制御装置（ＥＣＵ）２１とを備えて構成され、この燃料電池システム１０が搭載される燃料電池車両は、燃料電池システム１０と、走行用モータ３１と、出力制御器（ＰＣＵ）３２と、キャパシタ３３とを備えて構成されている。
【００１２】
燃料電池１１は、陽イオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜を、アノード触媒およびガス拡散層からなる燃料極（アノード）と、カソード触媒およびガス拡散層からなる酸素極（カソード）とで挟持してなる電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セルを多数組積層して構成され、燃料電池セルの積層体は一対のエンドプレートによって積層方向の両側から挟み込まれている。
燃料電池１１のカソードには、酸素を含む酸化剤ガス（反応ガス）である空気が空気供給装置（Ｓ／Ｃ）１２から供給され、加湿器１３にて適宜に加湿された後に導入され、アノードには、水素からなる燃料ガス（反応ガス）が高圧の水素タンク１４から燃料供給制御弁１５およびエゼクタ１６を介して供給される。アノードのアノード触媒上で触媒反応によりイオン化された水素は、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介してカソードへと移動し、この移動に伴って発生する電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。このときカソードにおいては、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。
【００１３】
エアーコンプレッサー等からなる空気供給装置（Ｓ／Ｃ）１２を駆動するモータ（図示略）の回転数は、ＥＣＵ２１から入力される制御指令に基づき、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを具備するＳ／Ｃ制御器１２ａによって制御され、Ｓ／Ｃ制御器１２ａは電流制御器２０およびキャパシタ３３に並列に接続されている。
加湿器１３は、例えば中空糸膜等の水透過膜を備えて構成され、燃料電池１１の空気排出口１１ｂから排出される排出空気を、反応ガスとして空気供給装置（Ｓ／Ｃ）１２から空気供給口１１ａへ供給される空気に対する加湿ガスとして利用している。すなわち、水透過膜を介して空気と排出空気とを接触させると、排出空気に含まれる水分（特に、水蒸気）は水透過膜の膜穴を透過した後に水蒸気として空気に供給される。
また、加湿器１３から排出された排出空気は、後述する希釈ボックス１８へ導入されている。
【００１４】
燃料電池１１に対する燃料としての水素は、先ず、高圧の水素タンク１４から燃料供給制御弁１５へ供給される。
燃料供給制御弁１５は、例えば空気式の比例圧力制御弁であって、空気供給装置（Ｓ／Ｃ）１２から供給される空気の圧力を信号圧として、燃料供給制御弁１５を通過した水素が燃料供給制御弁１５の出口で有する圧力が信号圧に応じた所定範囲の圧力となるように設定されている。
燃料供給制御弁１５を通過した水素はエゼクタ１６を流通して水素供給口１１ｃから燃料電池１１のアノードに供給される。
また、燃料電池１１の水素排出口１１ｄから排出された未反応の排出ガスの一部は、水素ポンプ１７を通じてエゼクタ１６へと導入されており、水素タンク１４から供給された水素と、燃料電池１１から排出された排出ガスとが混合されて燃料電池１１に再び供給されている。
エゼクタ１６は、内部を流通する高速の水素ガス流の近傍に発生する負圧によって、副流とされる燃料電池１１からの排出ガスの一部を吸い込み、この排出ガスを水素タンク１４から供給される水素と混合して燃料電池１１へ再度供給することで、燃料電池１１から排出された排出ガスを循環させている。
また、燃料電池１１の水素排出口１１ｄから排出された排出ガスは、ＥＣＵ２１により開閉制御される排出制御弁１７ａを通じて希釈ボックス１８へ導入されている。
希釈ボックス１８は、燃料電池１１のアノードに溜まった水や水素に混入した窒素等を外部に排出する際に同時に排出される未反応の排出ガスの水素を、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所定濃度以下に低減してから、パージ弁１９を介して外部（大気中等）へ排出する。
【００１５】
燃料電池１１から取り出される発電電流は電流制御器２０に入力されており、この電流制御器２０には、蓄電装置をなす、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなるキャパシタ３３が接続されている。
電流制御器２０は、例えばＤＣ−ＤＣチョッパ等を備えて構成され、ＥＣＵ２１から出力される電流指令値つまり燃料電池１１に対する発電指令に基づいて、燃料電池１１から取り出される発電電流の電流値を制御する。
そして、燃料電池１１およびキャパシタ３３は、電流制御器２０を介して、走行用モータ３１を制御する出力制御器３２および空気供給装置（Ｓ／Ｃ）１２を駆動するモータ（図示略）を制御するＳ／Ｃ制御器１２ａ等の電気負荷に対して並列に接続されている。
【００１６】
以下に、上記構成を備える燃料電池システム１０の車両搭載構造について説明する。
例えば図２から図４（ａ），（ｂ）に示すように、車体フロア５１の下面５１Ａの車幅方向両端部には、車体骨格部を形成し車体前後方向に沿って伸びるサイドシル５２，５３が接続されている。
サイドシル５２，５３は、燃料電池システム１０を支持する支持フレーム５４の上面５４Ａ上の車幅方向両端部に載置され、各サイドシル５２，５３の下部には支持フレーム５４を貫通する貫通孔に臨んで開口する締結孔が設けられ、これらの貫通孔および締結孔にボルト等の締結部材５５が装着されることによって、各サイドシル５２，５３と支持フレーム５４とが固定されている。
ここで、支持フレーム５４の地上高（車両の走行路面上から車両上下方向上方に沿って支持フレーム５４の下面５４Ｂまでの距離）ｈ０は所定の一定値となるように設定されている。
車体フロア５１の車両前後方向の前方部であって、前方側シート５６ｆのシート可動範囲の下方における車体フロア５１には、各サイドシル５２，５３の上端部よりも車両上下方向上方に向かい車室内に一段突出するようにして前方側突出部５７が形成されている。そして、この前方側突出部５７の上面５７Ａ上に前方側シート５６ｆが載置され、さらに、前方側突出部５７の車両上下方向下方の位置であって、前方側突出部５７と支持フレーム５４とによって車両上下方向の両側から挟み込まれるようにして形成された空間内には燃料電池１１およびキャパシタ３３が配置されている。
燃料電池１１およびキャパシタ３３は、例えば支持フレーム５４の上面５４Ａ上に載置された状態で露出した各燃料電池１１およびキャパシタ３３の外周面上に沿って装着された各支持バンド５８ａ，５８ｂの両端部がボルト等の締結部材５８ｃ，５８ｄによって支持フレーム５４に固定されることで、支持フレーム５４に締め付け固定されるようになっている。
ここで、前方側シート５６ｆが載置される前方側突出部５７の上面５７Ａの地上高（車両の走行路面上から車両上下方向上方に沿って前方側突出部５７の上面５７Ａまでの距離）ｈ１は所定の一定値となるように設定されている。
【００１７】
また、車体フロア５１の車両前後方向の後方部において車幅方向略央部には、各サイドシル５２，５３の上端部よりも車両上下方向下方に向かい一段陥没して上面５９Ａ上に後方側シート５６ｂが載置されるシート載置部５９よりも、車両上下方向上方に向かい車室内に一段突出するようにして車両前後方向に延設された後方側突出部６０が形成されている。
つまり、後方側シート５６ｂが載置されるシート載置部５９の上面５９Ａの地上高（車両の走行路面上から車両上下方向上方に沿ってシート載置部５９の上面５９Ａまでの距離）ｈ２に対して、後方側突出部６０の上面６０Ａの地上高ｈ３は、より大きな値となるよう（ｈ３＞ｈ２）に設定されている。
そして、この後方側突出部６０と支持フレーム５４とによって車両上下方向の両側から挟み込まれるようにして形成されたセンタトンネル部６１には水素タンク１４が配置されている。
ここで、支持フレーム５４の上面５４Ａ上には水素タンク１４の外周面の一部に面接触する凹面状の当接面６２Ａを有するタンク載置部６２が設けられ、このタンク載置部６２に載置された水素タンク１４の露出した外周面上に沿ってバンド６３が装着され、このバンド６３の両端部がボルト等の締結部材６４によってタンク載置部６２に固定されることで水素タンク１４がタンク載置部６２に締め付け固定されるようになっている。
【００１８】
そして、燃料電池１１およびキャパシタ３３は前方側シート５６ｆのシート可動範囲の下方に配置され、水素タンク１４はセンタトンネル部６１に配置されることにより、水素タンク１４と、燃料電池１１およびキャパシタ３３とは、車両上下方向に沿って互いに重なり合わないように設定されている。
また、車両前後方向の前方部から後方部に亘って支持フレーム５４の地上高（車両の走行路面上から車両上下方向上方に沿って支持フレーム５４の下面５４Ｂは平坦面に形成され、この支持フレーム５４の地上高（車両の走行路面上から車両上下方向上方に沿って支持フレーム５４の下面５４Ｂまでの距離）ｈ０は所定の一定値となるように設定されている。
【００１９】
さらに、車両前後方向の前方部において、車体フロア５１の下方の位置であって、車体フロア５１と支持フレーム５４とによって車両上下方向の両側から挟み込まれるようにして形成された空間内には、燃料電池１１およびキャパシタ３３よりも車両前後方前方側にずれた位置で支持フレーム５４の上面５４Ａ上に載置されるようにして出力制御器（ＰＣＵ）３２が配置されている。
そして、この出力制御器（ＰＣＵ）３２よりも車両前後方前方にずれた位置には駆動輪（前輪）Ｗに接続された走行用モータ３１が配置されている。
【００２０】
上述したように、本実施の形態による燃料電池システム１０の車両搭載構造によれば、車室内において相対的に収容空間を確保しやすいシート可動範囲の下方の位置に燃料電池１１を含む燃料電池システム１０の各種構成要素を配置することにより、例えば各シート５６ｆ，５６ｂの構造や各シート５６ｆ，５６ｂの取り付け構造等を調整することによって、所望の車室内空間を確保しつつ燃料電池１１および燃料電池システム１０の各種構成要素の地上高が所望の高さ、例えば各サイドシル５２，５３の下端よりも低下してしまうことを防止することができる。
しかも、シート可動範囲以外の不適切な位置において車体フロア５１の地上高が高くなることを防止し、所望の車室内空間を容易に確保することができる。
【００２１】
なお、上述した実施の形態においては、車体フロア５１の車両前後方向の後方部において車幅方向略央部に設けたセンタトンネル部６１に水素タンク１４を配置するとしたが、これに限定されず、例えば図５および図６に示す上述した実施の形態の変形例のように、車体フロア５１の車両前後方向の後方部であって、後方側シート５６ｂのシート可動範囲の下方の位置において車体フロア５１と支持フレーム５４とによって車両上下方向の両側から挟み込まれるようにして形成された空間内に水素タンク１４（例えば、２つの第１および第２水素タンク１４ａ，１４ｂ）を配置してもよい。
【００２２】
また、上述した実施の形態においては、車両前後方向の前方部において、燃料電池１１およびキャパシタ３３よりも車両前後方前方側にずれた位置で支持フレーム５４の上面５４Ａ上に出力制御器（ＰＣＵ）３２を配置するとしたが、これに限定されず、例えば図７に示す上述した実施の形態の変形例のように、燃料電池１１およびキャパシタ３３の上方の位置、例えば燃料電池１１およびキャパシタ３３を内部に収容する略箱形のボックス６１の上部に出力制御器（ＰＣＵ）３２を配置してもよい。
【００２３】
この図７に示す変形例においては、車体フロア５１の車両前後方向の前方部であって、前方側シート５６ｆのシート可動範囲の下方における前方側突出部５７の上面５７Ａ上に、隣り合う前方側シート５６ｆ，５６ｆ間において車両上下方向上方に向かい車室内に一段突出するようにして突出部６２が形成されている。そして、この突出部６２とボックス６１の上部とによって車両上下方向の両側から挟み込まれるようにして形成された空間内に出力制御器（ＰＣＵ）３２が配置されている。この変形例において出力制御器（ＰＣＵ）３２の下部には、ボックス６１の上部を貫通する貫通孔に臨んで開口する締結孔が設けられ、これらの貫通孔および締結孔にボルト等の締結部材６３が装着されることによって、ボックス６１と出力制御器（ＰＣＵ）３２とが固定されている。なお、燃料電池１１およびキャパシタ３３を内部に収容するボックス６１は、支持フレーム５４の上面５４Ａ上に載置された状態で露出した外周面上に沿って装着された各支持バンド６４の両端部がボルト等の締結部材６５によって支持フレーム５４に固定されることで、支持フレーム５４に締め付け固定されるようになっている。
【００２４】
なお、上述した実施の形態においては、駆動輪Ｗを前輪としたが、これに限定されず、例えば駆動輪Ｗを後輪とし、走行用モータ３１を車両の後部に配置してもよい。
この場合には、例えば前方側シート５６ａのシート可動範囲の下方の位置あるいは車体フロア５１の車両前後方向の前方部において車幅方向略央部に設けたセンタトンネル部に水素タンク１４を配置し、後方側シート５６ｂのシート可動範囲の下方の位置に燃料電池１１およびキャパシタ３３を配置し、さらに、燃料電池１１およびキャパシタ３３よりも車両前後方後方側にずれた位置あるいは燃料電池１１およびキャパシタ３３の上方の位置、例えば燃料電池１１およびキャパシタ３３を内部に収容する略箱形のボックスの上部に出力制御器（ＰＣＵ）３２を配置すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムを搭載した車両の構成図である。
【図３】図１に示す燃料電池システムを搭載した車両の構成図である。
【図４】図４（ａ）は図２に示すＡ−Ａ線断面図であり、図４（ｂ）は図２に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】本実施の形態の変形例に係る燃料電池システムの車両搭載構造を示す図である。
【図６】本実施の形態の変形例に係る燃料電池システムの車両搭載構造を示す図である。
【図７】図５に示すＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  燃料電池システム
１１  燃料電池
１４  水素タンク（燃料タンク）
５１  車体フロア
５２，５３  サイドシル（車体フレーム）
５７  前方側突出部（車体フロア）
６１  センタトンネル部
【図１】
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【図２】
2005212513.tif 000004
【図３】
2005212513.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005212513.tif 000007
【図６】
2005212513.tif 000008
【図７】
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