(57)【要約】【課題】  所望の衝突安全性を確保しつつ、燃料電池の搭載に要するスペースを削減して燃料電池車両を小型化する。【解決手段】  燃料電池ボックス１４０を、フロアフレーム後部１０５ａ，１０６ａおよびフロアフレーム前部１０５ｂ，１０６ｂに接合されて車体骨格部の一部をなす骨格部１４１を備えて構成した。骨格部１４１の内部には、フロアフレーム後部１０５ａ，１０６ａおよびフロアフレーム前部１０５ｂ，１０６ｂの各内部に気密可能に接続される複数（例えば４つ）の中空部１４２，…，１４２を形成した。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を固定する固定部材を備え、
前記固定部材の骨格部は車体骨格部を形成するフレームの少なくとも一部をなし、
前記骨格部の内部には気密可能に外部に接続される中空部を備えることを特徴とする燃料電池の車両搭載構造。
【請求項２】
前記中空部は前記燃料電池に接続され、少なくとも反応ガスまたは冷却媒体の流路とされてなることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の車両搭載構造。
【請求項３】
前記中空部は前記燃料電池の燃料ガス排出部および酸化剤ガス排出部に接続され、
前記燃料ガス排出部から排出される燃料ガスを前記酸化剤ガス排出部から排出される酸化剤ガスにより希釈することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の車両搭載構造。
【請求項４】
前記骨格部は押出成型により形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかひとつに記載の燃料電池の車両搭載構造。
【請求項５】
前記骨格部は電気配線が収容される配線収容部を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかひとつに記載の燃料電池の車両搭載構造。
【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、燃料電池を略箱型のケース内に収容し、このケースを車体骨格部をなす車体フレームにボルト等で締め付け固定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】
ところで、上記従来技術に係る燃料電池車両においては、所望の衝突安全性を確保しつつ、燃料電池の搭載に要するスペースを削減して燃料電池車両を小型化することが望まれている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所望の衝突安全性を確保しつつ、燃料電池の搭載に要するスペースを削減して燃料電池車両を小型化することが可能な燃料電池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の車両搭載構造は、燃料電池を固定する固定部材（実施の形態の燃料電池ボックス１４０）を備え、前記固定部材の骨格部（実施の形態の骨格部１４１）は車体骨格部を形成するフレーム（実施の形態のフロアフレーム後部１０５ａ，１０６ａおよびフロアフレーム前部１０５ｂ，１０６ｂ）の少なくとも一部をなし、前記骨格部の内部には気密可能に外部に接続される中空部（実施の形態の中空部１４２）を備えることを特徴としている。
【０００５】
上記構成の燃料電池の車両搭載構造によれば、例えば燃料電池を内部に収容する燃料電池ボックスや燃料電池が載置される支持フレーム等からなる固定部材が、車体骨格部を兼ねることにより、所望の衝突安全性を確保しつつ、燃料電池の搭載に要するスペースを削減することができる。
しかも、固定部材の骨格部の内部に気密可能に外部に接続される中空部を形成することにより、この中空部を燃料電池の反応ガスや冷却媒体の流路として利用することができ、配管等の配設に要するスペースを削減することができる。
【０００６】
さらに、請求項２に記載の本発明の燃料電池の車両搭載構造は、前記中空部は前記燃料電池に接続され、少なくとも反応ガスまたは冷却媒体の流路とされてなることを特徴とする。
【０００７】
上記構成の燃料電池の車両搭載構造によれば、固定部材の骨格部の中空部を燃料電池の反応ガスや冷却媒体の流路として利用することができ、配管等の配設に要するスペースを削減することができる。
【０００８】
さらに、請求項３に記載の本発明の燃料電池の車両搭載構造は、前記中空部は前記燃料電池の燃料ガス排出部および酸化剤ガス排出部に接続され、前記燃料ガス排出部から排出される燃料ガスを前記酸化剤ガス排出部から排出される酸化剤ガスにより希釈することを特徴とする。
【０００９】
上記構成の燃料電池の車両搭載構造によれば、固定部材の骨格部の中空部を希釈ボックスとして利用することができ、燃料電池システムの搭載に要するスペースを削減することができる。
【００１０】
さらに、請求項４に記載の本発明の燃料電池の車両搭載構造では、前記骨格部は押出成型により形成されてなることを特徴とする。
【００１１】
上記構成の燃料電池の車両搭載構造によれば、固定部材の骨格部の中空部に対して所望の気密性を容易に確保することができる。
【００１２】
さらに、請求項５に記載の本発明の燃料電池の車両搭載構造では、前記骨格部は電気配線が収容される配線収容部（実施の形態の中空部１４２が兼ねる）を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記構成の燃料電池の車両搭載構造によれば、電気配線の配設に要するスペースを削減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池の車両搭載構造によれば、所望の衝突安全性を確保しつつ、燃料電池の搭載に要するスペースを削減することができ、さらに、燃料電池の反応ガスや冷却媒体を流通させる配管等の配設に要するスペースを削減することができる。
さらに、請求項３に記載の本発明の燃料電池の車両搭載構造によれば、固定部材の骨格部の中空部を希釈ボックスとして利用することができ、燃料電池システムの搭載に要するスペースを削減することができる。
さらに、請求項４に記載の本発明の燃料電池の車両搭載構造によれば、固定部材の骨格部の中空部に対して所望の気密性を容易に確保することができる。
さらに、請求項５に記載の本発明の燃料電池の車両搭載構造によれば、電気配線の配設に要するスペースを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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図２から図８を参照して説明する。
例えば図２に示すように、車体フロアをなすフロントフロア１０１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１０２が接合されている。リヤフロア１０２の段差部１０３の裏側には車体骨格部を形成するクロスメンバ１０４が接合されている。フロントフロア１０１の下面には外側寄りに車長方向に沿って左右に車体骨格部を形成するフロアフレーム１０５，１０６が各々接続されている。
フロントフロア１０１の両側縁には左右にインサイドシル１０７，１０８が各々接続され、各インサイドシル１０７，１０８の後端部はインサイドシルイクステンション１０９，１１０が設けられている。尚、インサイドシル１０７，１０８は図示しないアウトサイドシルに接合され車体骨格部を形成する部材である。
【００２１】
各インサイドシルイクステンション１０９，１１０の内側面には各々フロントブラケット１１１，１１２が接合されている。
フロントブラケット１１１，１１２は、リヤフロア１０２の下面に接合され車体骨格部を形成する部材であるリヤフレーム１１３，１１４およびクロスメンバ１０４の下面およびフロアフレーム１０５，１０６に接合されることにより、リヤフレーム１１３，１１４の前端部が、フロントブラケット１１１，１１２を介して、インサイドシル１０７，１０８とフロアフレーム１０５，１０６に接続されている。
【００２２】
各リヤフレーム１１３，１１４の後端部下面にはリヤブラケット１１７，１１８が取り付けられている。
ここで、左右のリヤフレーム１１３，１１４間には前後に２つのクロスメンバ１０４Ａ，１０４Ｂが接合され、各々の後端部、具体的にはリヤブラケット１１７，１１８にバンパビーム１２１が取り付けられている。
【００２３】
そして、フロントブラケット１１１，１１２とリヤブラケット１１７，１１８とに設けられた各カラーナット１１５，１１６，１１９，１２０に下方からサブフレーム１２２がボルト１２３，１２３，１２３，１２３により固定されている。
サブフレーム１２２は、図２に示すように左右のフレーム部材１２４，１２５と前後のフレーム部材１２６，１２７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１２８を備え、このクロスビーム１２８により振り分けたスペースに水素タンク１４としての２つの水素タンク１４Ａ，１４Ｂが各々バンド１３１，１３２により締め付け固定されている。また、サブフレーム１２２にはサスペンションユニット１３３が取り付けられている。
そして、左右のフレーム部材１２４，１２５の前端と前部のフレーム部材１２６の両端との角部には前記カラーナット１１５，１１６に挿入されるボルト１２３の挿通部１３４，１３５が設けられ、左右のフレーム部材１２４，１２５の後端と後部のフレーム部材１２７の両端との角部には前記カラーナット１１９，１２０に挿入されるボルト１２３の挿通部１３６，１３７が設けられている。
【００２４】
このようにして構成されたサブフレーム１２２の各挿通部１３４，１３５、１３６，１３７にボルト１２３を挿通して、このボルト１２３をリヤフレーム１１３，１１４のフロントブラケット１１１，１１２とリヤブラケット１１７，１１８とに取り付けたカラーナット１１５，１１６、１１９，１２０に挿入して締め付け固定することで、サブフレーム１２２をリヤフレーム１１３，１１４に固定している。
【００２５】
図４から図８に示すように、燃料電池１１および燃料電池１１の補機ユニット（例えば、加湿器１３とエゼクタ１６と燃料ポンプ１７と希釈ボックス１８等）を内部に収容して固定する燃料電池ボックス１４０は、フロントフロア１０１の下方において左右のフロアフレーム１０５，１０６の一部をなすように配置されている。つまりフロアフレーム１０５，１０６は、燃料電池ボックス１４０が配置される領域が切除されてフロアフレーム後部１０５ａ，１０６ａとフロアフレーム前部１０５ｂ，１０６ｂとに分断されている。
そして、燃料電池ボックス１４０は、フロアフレーム後部１０５ａ，１０６ａおよびフロアフレーム前部１０５ｂ，１０６ｂに接合されて車体骨格部の一部をなす骨格部１４１を備えている。
【００２６】
燃料電池ボックス１４０の骨格部１４１は、例えば図５から図８に示すように、例えば押出成型等により外観略矩形柱状に形成され、骨格部１４１の内部には、フロアフレーム後部１０５ａ，１０６ａおよびフロアフレーム前部１０５ｂ，１０６ｂの各内部に気密可能に接続される複数（例えば４つ）の中空部１４２，…，１４２が形成されている。
フロアフレーム後部１０５ａ，１０６ａおよびフロアフレーム前部１０５ｂ，１０６ｂに接合される骨格部１４１の端部において、例えば図６に示すように、内部に各２つの中空部１４２，１４２を有する上端部１４１ａおよび下端部１４１ｂのうち、上端部１４１ａの一部が切り欠けられて切欠部１４３が形成されている。
また、骨格部１４１の端部に接合されるフロアフレーム後部１０５ａ，１０６ａおよびフロアフレーム前部１０５ｂ，１０６ｂの各端部には、例えば図５に示すように、骨格部１４１の端部に形成された切欠部１４３に向かい突出する各突出部１４５，１４６が形成されている。
【００２７】
そして、例えば図５および図８に示すように、燃料電池ボックス１４０の骨格部１４１の端部に形成された切欠部１４３において露出する下端部１４１ｂの上面１４１Ｂは、フロアフレーム後部１０５ａ，１０６ａおよびフロアフレーム前部１０５ｂ，１０６ｂの各端部に形成された各突出部１４５，１４６の下面１４５Ａ，１４６Ａと面接触している。下端部１４１ｂは上面１４１Ｂにて開口する貫通孔を備え、各突出部１４５，１４６は下端部１４１ｂの貫通孔に臨んで各下面１４５Ａ，１４６Ａにて開口する締結孔を備え、これらの貫通孔および締結孔にボルト等の締結部材１４７が装着されることによって、燃料電池ボックス１４０の骨格部１４１とフロアフレーム後部１０５ａ，１０６ａおよびフロアフレーム前部１０５ｂ，１０６ｂとが固定されている。
【００２８】
なお、フロアフレーム後部１０５ａ，１０６ａおよびフロアフレーム前部１０５ｂ，１０６ｂの各内部には、例えば骨格部１４１の上端部１４１ａの各中空部１４２，１４２に接続され、これらの中空部１４２，１４２内に配設される電気配線を収容する配線収容部１５１が形成され、さらに、例えば骨格部１４１の下端部１４１ｂの各中空部１４２，１４２に気密可能に接続され、これらの中空部１４２，１４２内を流通する燃料電池１１の反応ガスまたは冷却水の流路とされる配管１５２が形成されている。
【００２９】
上述したように、本実施の形態による燃料電池の車両搭載構造によれば、燃料電池ボックス１４０の骨格部１４１が、車体骨格部をなすフロアフレーム１０５，１０６の一部を兼ねることにより、所望の衝突安全性を確保しつつ、燃料電池１１の搭載に要するスペースを削減することができる。
しかも、骨格部１４１の内部には気密可能に外部に接続される中空部１４２を形成し、この中空部１４２を燃料電池１１の反応ガスや冷却媒体の流路として利用することにより、配管等の配設に要するスペースを削減することができる。
【００３０】
なお、上述した実施の形態においては、骨格部１４１の下端部１４１ｂの各中空部１４２，１４２に燃料電池１１の反応ガスを流通させるとしたが、これに限定されず、例えば中空部１４２を希釈ボックス１８として機能させてもよい。この場合、中空部１４２は、燃料電池１１の燃料ガス排出部および酸化剤ガス排出部に接続され、例えば燃料電池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するようになっている。
また、上述した実施の形態においては、中空部１４２，…，１４２はフロアフレーム後部１０５ａ，１０６ａおよびフロアフレーム前部１０５ｂ，１０６ｂの各内部に気密可能に接続されるとしたが、これに限定されず、例えば図９に示すように、電気配線が配設される骨格部１４１の上端部１４１ａの各中空部１４２，１４２に対しては、上端部１４１ａの上面１４１Ａにて開口し、各中空部１４２，１４２に連通する開口部１６１を設けてもよい。この場合には、各中空部１４２，１４２内に電気配線を配設する際に煩雑な手間がかかることを防止することができる。
【００３１】
なお、上述した実施の形態においては、燃料電池ボックス１４０の骨格部１４１は、フロアフレーム１０５，１０６の一部をなすとしたが、これに限定されず、さらに、フロアフレーム１０５，１０６に接合されて車体骨格部を形成するクロスメンバの一部をなすものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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の車両搭載構造の要部分解斜視図である。
【図３】図１に示す燃料電池システムの車両搭載構造の要部斜視図である。
【図４】図１に示す燃料電池システムの車両搭載構造の要部を車両上下方向の上方から下方に向かい見た平面図である。
【図５】図１に示す燃料電池システムの車両搭載構造の要部を車幅方向に沿って見た側面図である。
【図６】図５に示す燃料電池ボックスの骨格部の要部斜視図である。
【図７】図５に示すＡ−Ａ線断面図である。
【図８】図５に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】本実施形態の変形例に係る燃料電池ボックスの骨格部の要部斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  燃料電池システム
１１  燃料電池
１０５ａ，１０６ａ  フロアフレーム後部（フレーム）
１０５ｂ，１０６ｂ  フロアフレーム前部（フレーム）
１４０  燃料電池ボックス（固定部材）
１４１  骨格部
１４２  中空部（配線収容部）
【図１】
2005199952.tif 000003
【図２】
2005199952.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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