(57)【要約】本発明の主題は、電気自動車内の発電装置の配置である。本発電装置は、燃料電池に供給されるガスを処理及び計量する第１モジュール（２）、前記燃料電池を収容する第２モジュール（４）、及び配電モジュール（１５）を具備する。第１及び第２モジュール（２、４）は、容器（９）内に固定される。２つのモジュールを備えた容器によって形成されるユニットは、前記電気自動車内にそのために提供されたキャビティに、その底部から導入される。配電モジュール（１５）は次に容器の外側に固定される。
2006503742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの走行用電動機、燃料電池及び前記燃料電池に燃焼ガス及び酸化ガスを供給する手段を収容し、前後支持体を備えた耐荷重構造を有する電気自動車内の発電装置の配置であって、
前記発電装置（１）は、少なくとも前記燃料電池に送られる前記ガスを事前処理及び計量するための設備を備えた第１モジュール（２）と、前記燃料電池を備えた第２モジュール（４）とを収容し、前記燃料電池は、該燃料電池に供給される前記ガスを運び、前記燃料電池からの反応ガスを消散させ、さらに前記燃料電池を経由して少なくとも１種類の冷媒を運ぶための機械的結合手段によって、及びセンサからの測定値を伝送するための電気的結合手段によって、前記第１モジュール（２）に接続されること、前記第１のモジュール（２）と前記第２のモジュール（４）とは容器（９）内に一緒に据え付けられ、前記容器は前記自動車内のキャビティ（前記自動車の下からアクセス可能である）に挿入でき、前記容器側壁に取り付けられる少なくとも４つのホルダー（２１、２２）によって前記自動車内の前記前後支持体（２４、２５）に取り付けることができること、および、少なくともフューズ付き配電回路と、前記配電回路をオン及びオフに切り換える少なくとも１つの切換要素とを有する配電モジュール（１５）は、前記容器（９）の側壁に取り付けることができ、結合要素を介して前記燃料電池の電気的出力部に、及び前記電気自動車内の電気的負荷へのケーブルに接続できることを特徴とする配置。
【請求項２】
前記第１のモジュールは、前記燃料電池に送られる前記ガスを事前処理及び計量するための設備と一緒に前記容器（９）の前部（前記電気自動車の走行方向に見て）に配置され、前記容器（９）の底部（１０）にネジ止めされることを特徴とする請求項１に記載の配置。
【請求項３】
前記燃料電池を備えた前記第２のモジュール（４）は、電気的接続を備えた多数の個々の燃料電池を収容し、後部容器底部に２本のネジ（１２）によって、及び前記容器（９）の前面に沿うそれぞれ左側及び右側の１つのホルダー（１３）を介して前記容器（９）に接続されるハウジングを有することを特徴とする請求項１または２に記載の配置。
【請求項４】
前記配電モジュール（１５）は、前記容器（９）の外側の壁（１６）に取り付けることができ、前記壁（１６）は前記第２のモジュール（４）に近接し、前記前後支持体（２４、２５）に対して横方向に延びることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の配置。
【請求項５】
少なくとも２つのホルダー（２１、２２）は、前記容器（９）の２つの前後面のそれぞれに提供され、前記電気自動車内の前記前後支持体（２４、２５）内の穴に押し込むことができるガイドピン（２６）を有し、前記ホルダー（２１、２１）は、ネジ（２３）によって前記前後支持体（２４、２５）に取り付けることができることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の配置。
【請求項６】
前記ホルダー（２１、２２）は、それらが、前記前後支持体（２４、２５）に対する前記容器（９）の運動を抑制し、規定の衝撃強さを超える衝突の際にだけこのような運動を可能にする、運動抑制手段を有し、さらに前記容器から前記前後支持体（２４、２５）への運動エネルギーの制御された伝達のためのエネルギー吸収手段を有し、エネルギーが少なくとも部分的に消散されるように設計されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の配置。
【請求項７】
少なくとも１つの走行用電動機、燃料電池、及び前記燃料電池に燃焼ガスと酸化ガスとを供給する手段を収容し、前後支持体を備えた耐荷重構造を有する電気自動車内への発電装置の据付及び／又は設置の方法であって、
少なくとも前記燃料電池に送られる前記ガスを事前処理し、計量するための設備を備えた第１のモジュールと、前記燃料電池を備えた第２のモジュールとが製造されること、前記第１及び第２のモジュールは、装置内に配置され、次に、前記燃料電池に供給され、それから消散される物質のライン、前記燃料電池の冷媒経路及び前記２つのモジュール間の信号伝送の電気的結合要素に関する機械的結合要素によって互いに接続されること、前記結合要素によって互いに接続される前記モジュールは、次に共通容器内に据え付けられること、前記容器は、次に前記モジュールと一緒に下から電気自動車内に、この自動車内に提供されるキャビティ内に挿入され、前記前後支持体に取り付けられること、前記燃料電池の電気的出力部及び電気的負荷の接続のためのフューズ付き配電回路のための電気的接続、及び前記配電回路をオン及びオフに切り換える少なくとも１つの切換要素を収容する第３のモジュールが、次に前記容器の側壁外部に取り付けられること、前記電気的接続が、次に前記第３のモジュールから前記燃料電池及び前記電気自動車内の負荷に対して行われること、および、前記第１のモジュール（２）は、次に前記燃焼ガスの供給源に、及び前記空気供給用チャネルに接続され、前記電気自動車内の少なくとも１つの冷却回路に、及び前記燃料電池からの反応生成物の出力ラインに入力部及び出力部によって接続されることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記ガス事前処理モジュールは、前記容器（９）内に前部（前記自動車の前進走行方向に見て）において２本のネジ（１１）によって据え付けられることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記燃料電池モジュールは、前記容器底部の後部に２本のネジによって、及びそれぞれ前記モジュール（９）の片面の、２つのホルダーによって据え付けられることを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記配電モジュール（１５）は、前記燃料電池を備えた前記モジュール（４）に近接し、前記前後支持体（２４、２５）に対して横方向に延びる前記容器の壁に取り付けられることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの走行用電動機、燃料電池、及び燃料電池に燃焼ガス及び酸化ガスを供給する手段を収容し、前後支持体を備えた耐荷重構造を有する電気自動車内の発電装置の配置、及び電気自動車内の発電装置の据付及び／又は設置の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行用電動機、燃料電池、及び燃料電池に燃焼ガス及び酸化ガスを供給する手段を収容する発電装置を有する電気自動車は、すでに知られている（特許文献１）。電気自動車は、２つの前後支持体と２つの左右支持体とを具備する車台を有する。前車軸と後車軸とは、前後支持体に関着される。前車軸に配置される走行用電動機は、燃料電池から送られる電力の電力コントローラに接続される。燃料電池は、個々の燃料電池スタックを具備する。改質器、燃料タンク、及びイオン交換器、凝縮分離器、改質物冷却器、熱交換器、一時的水素貯蔵器及び燃料電池冷却器のような付属ユニットは、燃焼ガスを生成するために提供される。酸化ガスは、空気フィルタが先行して配置されるコンプレッサを使用して燃料電池に送られる。
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第４  ４１２  ４５０  Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、電気自動車に速やかに装備できる製造済みの部品を含む、電気自動車の発電及び配電装置、及び電気自動車内にこのような発電装置を簡単に設置する方法を規定する課題に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、冒頭に記載したタイプの配置の場合に伴う問題は、発電装置が、少なくとも燃料電池内に送られるガスを事前処理及び計量するための設備を備えた第１のモジュールと、燃料電池を備えた第２のモジュールとを収容し、その燃料電池は、燃料電池に供給されるガスを運び、燃料電池からの反応ガスを消散させ、さらに燃料電池を経由して少なくとも１種類の冷媒を運ぶための機械的結合手段によって、及びセンサからの測定値の伝送のための電気的結合要素によって、第１のモジュールに接続されること、第１のモジュールと第２のモジュールとは容器内に一緒に据え付けられ、前記容器は自動車内のキャビティ（自動車の下からアクセス可能である）に挿入でき、容器の前後方向側壁に取り付けられる少なくとも４つのホルダーによって自動車内の前後支持体に取り付けることができること、および、少なくともフューズ付き配電回路と、配電回路をオン及びオフに切り換えるための少なくとも１つの切換要素とを有する配電モジュールは、容器の側壁に取り付けることができ、結合要素を介して燃料電池の電気的出力部に、及び電気自動車内の電気負荷へのケーブルに接続できることで解決される。本発明による発電装置はゆえに、独立して製造できる３つのモジュールを有し、それらの２つは容器内に据え付けられ、第３のモジュールは容器の外壁に接続される。ガスの事前処理及び計量のための設備を備えたモジュールの、及び燃料電池を備えたモジュールの製造は、特にこの目的のために構成された工場で行うことができ、そこでは２つのモジュール間の接続も、それらの配置に基づいて、治具で行われる。互いに接続される２つのモジュールを具備するこのユニットは、次に容器に挿入される。このように形成されるアセンブリは、供給部品に適している。
【０００６】
第１のモジュールは、燃料電池に送られるガスを事前処理及び計量するための設備と一緒に、容器の前部（電気自動車の走行方向に見て）に配置され、容器の底部にネジ止めされることが好ましい。この配置により、以下の文章ではガス事前処理モジュールとも称されるモジュールを速やかに且つ容易に取り付けることが可能となる。
【０００７】
他の好ましい実施形態において、燃料電池を備えた第２のモジュールは、電気的接続を備えた多数の個々の燃料電池を収容し、後部容器底部の２本のネジによって、さらにそれぞれ前面に沿って並んだ左右の１つのホルダーを介して、容器に接続されるハウジングを有する。特に、比較的高い電力レベル用に設計される場合には、その燃料電池も比較的重くなるので、４点で容器に取り付けられる。
【０００８】
特に、配電モデルは、容器の外壁に取り付けることができ、その外壁は、第２のモジュールに近接しており、前後支持体に対して横方向に延びる。配電モジュールは、以下の文章では燃料電池モジュールとも称される燃料電池を備えたモジュールよりも、及びガス事前処理モジュールよりも軽量であるので、容易に取り扱うことができ、容器を電気自動車内に設置した後でも容易にその容器に取り付けることもできる。
【０００９】
容器の２つの前後方向面のそれぞれにガイドピンを備えた少なくとも２つのホルダーを提供してもよく、その場合、ガイドピンは、電気自動車内の前後支持体の穴に押し込まれ、ホルダーをネジによって前後支持体に取り付けることができる。この配置により、２つのモジュールを備えた容器を電気自動車に速やか且つ容易に取り付けることができるようになる。
【００１０】
これらのホルダーは、それらが、前後支持体に対する容器の運動を抑制し、規定衝撃強さを超える衝突の際にだけこのような運動を可能にする運動抑制手段を有し、さらに容器から前後支持体への運動エネルギーの制御された伝達を行わせるためのエネルギー吸収手段を有し、エネルギーが少なくとも部分的に消失するように設計されることが好ましい。
【００１１】
少なくとも１つの走行用電動機、燃料電池、及び燃料電池に燃焼ガスと酸化ガスとを供給する手段を収容し、前後支持体を備えた耐荷重構造を有する電気自動車内に発電装置への取付及び／又は設置の方法の場合、その課題は、本発明により、少なくとも燃料電池に送られるガスを事前処理し、計量するための設備を備えた第１のモジュールと、燃料電池を備えた第２のモジュールとが製造されること、第１及び第２のモジュールは、装置内に配置され、次に、燃料電池に供給され、それから消散される物質のラインに、燃料電池の冷媒経路に、及び２つのモジュール間のセンサ信号伝送のための電気的結合要素に関する機械的結合要素によって互いに接続されること、結合要素によって互いに接続されるこれらのモジュールは、次に共通容器内に据え付けられること、その容器は、次にモジュールと一緒に下から電気自動車に、この自動車内に提供されるキャビティ内に挿入され、前後支持体に取り付けられること、燃料電池の電気的出力部及び電気的負荷の接続のためのフューズ付き配電回路のための電気的接続、及び配電回路のオン及びオフを切り換える少なくとも１つの切換要素を収容する第３のモジュールが、次に容器の外部側壁に取り付けられること、前記電気的接続が、次に第３のモジュールから燃料電池及び自動車内の電気的負荷に対して行われること、および、第１のモジュールは、次に燃焼ガスの供給源に、及び空気供給用チャネルに接続され、電気自動車内の少なくとも１つの冷却回路に、及び燃料電池からの反応生成物の出力ラインに入力部及び出力部によって接続されることで解決される。本発明による方法により、自動車組立位置から遠く離れたところで発電装置の主要構成要素自体を製造し、それらを共に接合して、自動車組立位置に運ぶことができ、この自動車内に速やか且つ容易に設置できる自立ユニットを形成することが可能となる。全体として、これにより自動車の組立に多大な努力を払わなくても済む。ガス事前処理モジュールは、特に２本のネジによって、容器の前部（走行方向に見て）に据え付けられる。燃料電池モジュールは、容器底部の後部に２本のネジによって、及び容器の長手方向側壁の、モジュールの片面にそれぞれ配置される、２つのホルダーによって据え付けられると好都合である。ガス事前処理モジュールと燃料電池モジュールとの間の機械的インターフェイスは、それぞれ、水素ガス及び空気の入力部、少なくとも１種類の冷却媒体の入力部及び出力部、及び反応生成物の出力部を含む。電気的インターフェイスは、圧力及び温度センサからの測定値に対し提供される。インターフェイスの結合要素は、ガス事前処理モジュールの、及び燃料電池モジュールの配置及び接続後に治具で製造される。互いに接続されているモジュールは、次に容器内に据え付けられる。容器は次に、２つのモジュールと共に、自動車内のキャビティ内にリフト装置で押し込まれることによって、さらに容器の前後面に取り付けられている４つのホルダーにおいて前後支持体にネジ止めされることによって電気自動車内に設置される。燃料電池の電気的出力部及び自動車内の電気的負荷の接続用のフューズ付き送出ラインのための接続、及び送出ラインのオン／オフスイッチを収容する配電モジュールは、次に、前後支持体に対し横方向に延びる容器の側壁に取り付けられる。それで電気接続が行われる。最後に、水素源からガス事前処理モジュールの入力部へ、空気導入チャネルからガス事前処理モジュールへ、そこから燃料電池の反応生成物の出力ラインへ、通気ラインへ、及び冷却源への接続も行われる。
【００１２】
本発明を、図で示される１つの例示的実施形態に対する以下の文章でより詳細に説明し、それからさらなる細部、特徴及び利点が明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
電気自動車の発電装置１は、燃料電池に送られるガスを事前処理し、計量する設備を備えた第１モジュール２を有する。ガスは、例えば、燃焼ガスとしての水素及び酸化ガスとしての空気である。モジュール２は、計量弁を経て燃料電池に供給される水素の入力部３を有し、その燃料電池は、第２モジュール４内に配置される。空気のコンプレッサ、空気フィルタ、圧力、温度及びガス流量のセンサ、及び水素を計量する他の構成要素など、図示されない構成要素は、モジュール２内に配置される。モジュール４は、水素、空気、冷媒の供給及び反応生成物の出力のための接続部、ならびに燃料電池内の電流及びセンサからの測定値を放出するための電気的接続部を備えた、燃料電池（個々の燃料電池スタックの形態である）を収容する。
【００１４】
冷媒、例えば水、水素ガス、空気、及び燃料電池の反応生成物の運搬のため、結合要素のインターフェイスが２つのモジュール２、４間に提供され、それらの結合要素５、６の２つが図２で示されている。図示されていない他の電気的インターフェイスも同様に、燃料電池内に配置されるセンサからの測定値の伝送のための対応結合要素を備えている。入力部３に加えて、モジュール２は、冷媒のための入力部及び出力部、空気の入力部、及び燃料電池の反応生成物の少なくとも１つの出力部を有する。２つのこのような入力部及び出力部７、８は、図２に示されている。
【００１５】
２つのモジュール２、４は、トラフの形態であり、その底部がそれぞれの電気自動車の下面の一部を成し、容器９内に一緒に配置される。モジュール２は、ガスの事前処理及び計量のための設備と共に、前部−自動車の前後方向に見て−において容器９の底部１０にネジ（１１）によって据え付けられる。燃料電池を備えたモジュール４は、ここでは図示されていないが、多数の個々の燃料電池を収容するハウジングを有する。このモジュールは、２本のネジ（１２）によって容器９の後方底部１０にネジ止めされる。さらに、モジュール４は、容器９の前面の左側及び右側に位置する２つのホルダー１３を介して容器９の側壁にネジ１４によって取り付けられる。
【００１６】
配電モジュールとも称される第３のモジュール１５は、燃料電池の電気的出力部及び電気自動車の、例えば、２００Ｖ〜４００Ｖの、燃料電池から送られる、高圧網の電気負荷用のフューズ付き送出線のための接続部、及び送出線の少なくとも１つのオン／オフスイッチを収容する。自動車の前進走行方向に見て、モジュール１５は、容器９の後部壁１６の外側に取り付けられる。この壁１６はモジュール４に近接している。プラグコネクタ要素１８、１９、２０が確認される、２つ又はそれ以上のプラグコネクタ要素は、モジュール１５の壁１７に配置される。プラグコネクタ要素、例えば１８、１９、２０は、高圧網上の負荷に至るケーブルを接続することを目的とする。
【００１７】
２つのホルダー２１、２２は、それぞれ容器９の２つの前後面に、つまり自動車内の前後支持体に対し横方向に延びる面に取り付けられ、発電装置１を自動車に取り付けることを目的とする。ホルダー２１、２２は、ネジ２３によって電気自動車の耐荷重構造の２つの前後支持体２４、２５に取り付けられる。ホルダー２１、２２は、前後支持体２４、２５内の対応する穴（詳細に図示せず）に突き出るガイドピンを有し、組立中の前後支持体への容器９の取付位置に対する容器９の速やかな位置合わせのために提供される。ホルダー２１、２２は、前後支持体２４、２５に対する容器９の運動を抑制し、規定の衝撃強さを超える自動車の衝突の際にだけそのような運動を可能にする運動抑制手段を備えている。さらに、ホルダー２１、２２は、少なくとも部分的なエネルギーの消散を伴う、容器９から前後支持体２４、２５への運動エネルギーの制御された伝達を行うためのエネルギー吸収手段を有する。ホルダー２１、２２は、上述タイプの振動運動を可能にするタイプのフレームを有する。独国特許発明第１９７  ３８  ６２０  Ｃ１号明細書は、上述の運動及び衝突時のエネルギーの消散を可能にする電気自動車内のバッテリ台のホルダーを開示している。
【００１８】
モジュール２及び４は、さらに詳細に図示されない構成要素がモジュールに挿入され、それらに据え付けられることで、それぞれ別々に製造される。構成要素間に必要な接続が次にモジュール２及び４内で行われる。２つのモジュール２、４は、次に装置、例えば冶具で固定され、互いに接続される。結合要素が一旦２つのモジュール２、４間に取り付けられると、それらのモジュールは容器９に挿入される。モジュール２は、前部において、容器９の底部１０にネジ止めされる。後部において、モジュール４は、容器の底部２０に、及び容器９の側壁にネジ止めされる。モジュール２、４と一緒に容器は、そのままで運ぶことができ、特に電気自動車の供給部品として製造できる強固なユニットとなる。より大きなパワーを達成するためにはより重い燃料電池が必要となる。モジュール２、４と一緒に容器が、リフト装置上に置かれ、ガイドピン２６が、前後支持体２４、２５内にこの目的で提供された穴に係合し、ホルダー２１、２２が前後支持体２４、２５に当接するまで、ジャッキアップした電気自動車内のキャビティ（この目的で提供される）内に下から上昇される。ホルダー２１、２２は、次に前後支持体２４、２５にネジ止めされる。モジュール１５が次に、ストッパ（詳細に図示されない）まで壁１６上のガイドレールに沿って下から押され、ネジによって壁１６に取り付けられる。燃料電池上及びモジュール１５上の接触部（図示せず）が次に互いに接続される。モジュール１５が一旦、電気自動車に据え付けられる容器９の壁１６に据え付けられ、燃料電池とモジュール２５との間の電気的接続が行われると、入力部３への水素供給の接続ライン２８と、空気、反応生成物及び冷却水の入力部及び出力部へのラインとが配管される。高温及び低温冷却回路は、自動車内に配置でき、それらの両方とも容器を経由してモジュール２、４に通される。水素を準備する手段、例えば水素タンクは、発電装置１の設置前にすでに電気自動車内に据え付けられている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】モジュールから構成され、容器内に配置される、電気自動車用の発電装置の側面図である。
【図２】モジュールから構成され、容器内に配置される、電気自動車用の発電装置の上から見た斜視図である。
【図３】前面から見て概略的に示された発電装置のモジュールを備え、前後支持体に取り付けられる、容器を有する電気自動車内の前後支持体についての断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2006503742.tif 000009
2006503742.tif 000010
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