(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動を吸収するマウントを介して、車体フレームに対して主モータが取り付けられ、
前記主モータに対して、燃料電池システムを塔載する車両における補機の少なくとも一部が取り付けられて、
前記マウントが前記主モータ並びに前記補機のうちの圧縮機および圧縮機駆動モータの振動を吸収する共用マウントとなるように配置され、
前記圧縮機駆動モータによって、前記主モータに取り付けられる補機のうちの前記圧縮機を含む複数の補機が駆動されるように構成されていることを特徴とする燃料電池システムを塔載する車両における機器の配置構造。
【請求項２】
前記主モータに取り付けられる前記補機全体が占める範囲の前後方向の幅が、前記主モータの前後方向の幅よりも狭く、前記補機全体が前後方向において前記主モータに納まるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムを塔載する車両における機器の配置構造。
【請求項３】
前記圧縮機駆動モータによって駆動される補機により生じる負荷量に応じて、前記圧縮機駆動モータの回転数制御を行う制御装置を備える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を塔載する車両における機器の配置構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムを塔載する車両における機器の配置構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気を駆動源とする車両として電気自動車が知られている。この電気自動車は、車両を動かすための主モータを有している。また、自動車として機能させるために、ウォーターポンプ、エアコンコンプレッサ、ブレーキ負圧ポンプなどの補機を必要とするが、従来における電気自動車では、補機を主モータによって駆動する方式が用いられるものがあった。
【０００３】
また、電気自動車の停止中など、主モータがアイドリングしている時間があるので、補機を駆動するためには、主モータの効率の悪い領域で運転しなければならない場合が生じることがある。あるいは、電気自動車の発進時などには、大きな負荷がかかるため、その分の大容量の発進クラッチを必要とするので、効率的でないとともに、コストもかかるなどの問題があった。
【０００４】
これらの問題に対処すべく、従来の電気自動車では、補機を車体に直接取り付けるようにしていた。また、各補機に対してこれらの補機を駆動するためのモータを設けるようにしていた。
【０００５】
ところで、これらの補機およびこれらの補機を駆動するモータは、振動・騒音（以下「振動等」という。）を発生するので、車体に直接取り付ける場合には、それらの振動等が大きくなることが懸念される。しかし、電気自動車における補機およびこれらを駆動するモータは、さほど大きな振動等を発生するものではない。したがって、車体に取り付けてもラバーマウントによって十分にそれらの振動等を吸収できるものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これに対して、さらに近年においては、燃料電池システムを搭載する車両、たとえば燃料電池電気自動車（ＦＣＥＶ）の開発が盛んになってきている。この燃料電池電気自動車に使用される燃料電池システムは、水素を燃料ガスとして燃料電池のアノードの電極（陰極）に供給するとともに、空気などの酸素を含む酸化ガスを燃料電池のカソード電極（陽極）に供給して発電を行う燃料電池を中核とした発電システムである。
【０００７】
この燃料電池システムにおいては、酸化ガスを燃料電池に供給するための圧縮機（エアコンプレッサ）を有しているとともに、この圧縮機を駆動するための駆動モータが必要なものとなっている。
【０００８】
ところが、この圧縮機は、大きな振動等を発生するものであるため、圧縮機を車体に直接取り付ける場合には、振動等が激しくなりすぎ、この振動等を遮断するための専用のマウント部材を設けなければならない。このような専用のマウント部材を設けるとすると、その分重量が嵩み、あるいはコスト高となるなどの問題が生じる。
【０００９】
他方、従来の電気自動車では、各補機に対してこれらの補機を駆動するモータを設けていたので、その分の多くのモータを必要とし、コストが嵩むなどの問題もあった。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、燃料電池システムを搭載した車両において、圧縮機の専用のマウント部材を用いることなく振動等を抑制することにある。
また、他の課題は、多数のモータを設けることなく、燃料電池システムを搭載する車両の補機を駆動することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明は、振動を吸収するマウントを介して、車体フレームに対して主モータが取り付けられ、
前記主モータに対して、燃料電池システムを塔載する車両における補機の少なくとも一部が取り付けられて、前記マウントが前記主モータ並びに前記補機のうちの圧縮機および圧縮機駆動モータの振動を吸収する共用マウントとなるように配置され、前記圧縮機駆動モータによって、前記主モータに取り付けられる補機のうちの前記圧縮機を含む複数の補機が駆動されるように構成されていることを特徴とする燃料電池システムを塔載する車両における機器の配置構造である。
本発明においては、主モータに対して、圧縮機および圧縮機を駆動するための圧縮機駆動モータを取り付けている。このため、主モータの振動等を吸収するマウントが圧縮機および圧縮機駆動モータの振動等も吸収し、共用マウントとして機能するものである。したがって、専用のマウント部材を設けることなく、圧縮機の振動などを抑制することができる。また本発明では、圧縮機のほか、ウォーターポンプ、エアコンコンプレッサ、ブレーキ負圧ポンプなどの補機をも主モータに取り付けることにより、これらの補機に生じる振動等も同時に共用マウントによって吸収することができる。また本発明では、圧縮機駆動モータによって、主モータに取り付けられた補機を一気に駆動するようにしている。このため、それぞれの補機を駆動するためのモータが不要となるので、モータの数を少なくすることができる。
【００１３】
なお、本明細書において用いる「燃料電池を搭載する車両における補機」なる概念は、圧縮機を含めた燃料電池システムに用いる補機のほか、たとえばウォーターポンプ、エアコンコンプレッサ、ブレーキ負圧ポンプ、パワーステアリング、オイルポンプ、および交流発電機などの車両自体に用いる補機をも意味するものである。
【００１４】
さらに、請求項２に係る発明は、前記主モータに取り付けられる前記補機全体が占める範囲の前後方向の幅が、前記主モータの前後方向の幅よりも狭く、前記補機全体が前後方向において前記主モータに納まるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムを塔載する機器の配置構造である。
請求項２に係る発明においては、主モータに取り付けられた補機の前後方向の幅が、主モータの幅に納まるように配置されている。このため、前後方向に関して、補機が主モータよりも突出していることがない。したがって、たとえば燃料電池電気自動車が衝突事故を起こした場合に、主モータよりも小さな補機が主モータよりも座席側に突き出して、乗員などに障害を与えるなどの不具合を防止することができる。
【００１６】
そして、請求項３に係る発明は、前記圧縮機駆動モータによって駆動される補機により生じる負荷量に応じて、前記圧縮機駆動モータの回転数制御を行う制御装置を備える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を塔載する車両における機器の配置構造である。
請求項３に係る発明では、複数の補機を、圧縮機駆動モータ１つで駆動するようにしているが、このときに各補機の負荷を考慮して圧縮機駆動モータの回転数を制御している。したがって、各補機に掛かる負荷に基づいて、圧縮機駆動モータの適切な制御を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、具体的に説明する。
図１は、本発明に係る燃料電池電気自動車における駆動部分の平面図、図２はその側断面図、図３は、燃料電池電気自動車の前部の概要を示す側面図である。
図１および図３に示すように、本発明に係る燃料電池システムを搭載する燃料電池電気自動車Ｍは、主モータ１を備えている。この主モータ１は減速機２を有しており、主モータ１の回転数を制御して図示しないドライブシャフトに動力を伝達している。主モータ１は、図１に示すように、第１マウント部材３、第２マウント部材４、および第３マウント部材５を介して車体フレーム６に固定されている。各マウント部材３，４，５は、図４に示すように、それぞれブラケット３Ａ，４Ａ，５Ａおよびゴム製のラバーマウント３Ｂ，４Ｂ，５Ｂを有しており、これらが図示しないボルトナットなどの締結具によって接合されて構成されている。なお、ラバーマウントとしては液体封入マウントなど、適宜公知のラバーマウントを用いることもできる。
【００１８】
そして、図１および図４に示すように、第１マウント部材３におけるラバーマウント３Ｂは車体フレーム６の右フレーム６Ａに固定され、ブラケット３Ａは主モータ１に固定される。また、第２マウント部材４におけるラバーマウント４Ｂは車体フレーム６のクロスメンバー６Ｂに固定され、ブラケット４Ａは主モータ１または減速機２に固定される。さらに、第３マウント部材５におけるラバーマウント５Ｂは車体フレーム６の左フレーム６Ｃに固定され、ブラケット５Ａは減速機２に固定されている。これらの各マウント部材３，４，５によって、主モータ１の振動等が吸収されるようになっている。
【００１９】
さらに、主モータ１には、図１および図２に示すように、燃料電池システムの一部を構成する圧縮機１０および圧縮機駆動モータ１１が取り付けられている。この圧縮機１０は、本発明にいう補機を複数集めてなる補機類Ｆの一部を構成する。図１に示すように、圧縮機１０は圧縮機駆動モータ１１に固定されており、圧縮機駆動モータ１１は、結合部１２を介して、図示しないボルトによってボルト結合されて主モータ１に取り付けられて固定されている。その他、燃料電池システムは、図示しない蒸発器、改質器、あるいは一酸化炭素除去器などを備えている。
【００２０】
このように、圧縮機１０および圧縮機駆動モータ１１は、それぞれ実質的に主モータ１によって支えられており、車体フレーム６には接触しないように配置されている。したがって、圧縮機１０および圧縮機駆動モータ１１により発生する振動等は比較的大きいものの、マウント部材３，４，５によって吸収されて、車体フレーム６に伝わる量は大きく軽減される。このように、圧縮機１０および圧縮機駆動モータ１１により生じる振動等を効果的に抑制することができる一方で、専用のマウント部材を設ける必要もない。すなわち、主モータ１のための各マウント部材３，４，５が、圧縮機１０および圧縮機駆動モータ１１のマウント部材ともなり、本発明にいう共用マウントとして機能する。
【００２１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図５は、本実施形態に係る燃料電池電気自動車Ｍにおける補機類Ｆ′を主モータ１に取り付けたときの配置を示す側面概念図である。本実施形態は、主モータ１に対して、燃料電池電気自動車Ｍにおける補機類Ｆ′を取り付けた例であり、主モータ１が車体フレームに取り付けられる態様は、前記第１の実施形態と同じであるので、その説明は省略する。
【００２２】
図５に示すように、本実施形態に係る燃料電池電気自動車Ｍでは、補機類Ｆ′が主モータ１に取り付けられている。具体的に説明すると、交流発電機２１と、冷却ポンプ２２とが向かって左側に配置されており、圧縮機駆動モータ１１に第１ベルト３１で連繋されている。また、第１ベルト３１は、アイドラー２３によって張り具合の調整がなされている。一方、向かって正面から右側にかけては、負圧ポンプ２４、エアコンコンプレッサ２５、パワーステアリングポンプ２６が配置され、第２ベルト３２によって圧縮機駆動モータ１１と連繋されている。さらに、第２ベルト３２は、テンショナー２７により緊張されている。
【００２３】
このように、補機類Ｆ′が主モータ１に取り付けられていることにより、圧縮機１０や圧縮機駆動モータ１１の振動等のほか、他の補機の振動等もマウント部材３，４，５によって吸収することができる。
【００２４】
なお、本実施形態においては、主モータ１に取り付けられる補機類Ｆ′全体が占める範囲の前後方向の幅は、主モータ１の幅よりも広くして配置されている。これに対して、図６（ａ）に示すように、補機類Ｆ′全体が占める前後方向の幅が、主モータ１の幅Ｌよりも狭く、補機類Ｆ′全体が前後方向において主モータ１に納まるように配置する態様とすることもできる。このような配置とすることにより、燃料電池電気自動車が衝突事故を起こした場合に、補機類Ｆ′におけるいずれかの補機が、図示しない座席側に突出し、この補機が乗員に接触して乗員が怪我をするなどの事故を起こす可能性が低くなる。
なお、主モータ１を寝かせて配置するような場合には、図６（ｂ）に示すように、主モータ１の前後方向の幅Ｌ′を比較的広くとることができる
【００２５】
続いて、前記第２の実施形態における燃料電池電気自動車Ｍにおける圧縮機駆動モータ１１の制御方法について、図７ないし図９に示すフローチャートに沿って説明する。
図７は、本発明に係る圧縮機（図７ないし図９の説明において、「Ｓ／Ｃ」と記す）の制御工程を示すフローチャート、図８は、Ｓ／Ｃ回転制御の制御工程を示すフローチャート、図９は、他のＳ／Ｃ回転制御の制御工程を示すフローチャートである。なお、これらの制御は、図示しない制御装置において行われる。
【００２６】
図７に示すように、Ｓ／Ｃの制御が開始され（Ｓ１）、運転者がアクセルを入力する（踏む）と、主モータの回転数が入力される（Ｓ２）。入力された回転数により、主モータの目標トルクが算出され（Ｓ３）、燃料電池システム（ＦＣ）に要求される出力が決定される（Ｓ４）。
【００２７】
燃料電池システムの要求出力が決定されると、この要求出力を満たすべく、Ｓ／Ｃ回転数−圧力検索マップにより、Ｓ／Ｃ目標回転数および目標圧力を検索する（Ｓ５）。そして、検索されたＳ／Ｃ目標回転数および目標圧力を出力し（Ｓ６）、圧力制御処理を行う（Ｓ７）。その後、Ｓ／Ｃ回転制御処理が行われ（Ｓ８）、Ｓ／Ｃ制御が終了する（Ｓ９）。
【００２８】
ここで、ステップＳ８において行われるＳ／Ｃ回転制御についてさらに説明する。
図８に示すように、Ｓ／Ｃ回転制御が開始され（Ｓ１１）、Ｓ／Ｃ目標回転数が入力されると（Ｓ１２）、Ｓ／Ｃモータ出力制御が開始される（Ｓ１３）。このＳ／Ｃモータ出力制御が開始すると、今現在のＳ／Ｃ回転数を読み込み（Ｓ１４）、Ｓ／Ｃ回転数とＳ／Ｃ目標回転数とが等しいか否かを判断する（Ｓ１５）。そして、Ｓ／Ｃ回転数と、Ｓ／Ｃ目標回転数とが等しくない場合には、Ｓ／Ｃモータのトルクの補正を行うが、本実施形態では、Ｓ／Ｃモータのトルクを算出する際に補機負荷による回転変動の補正を行う。
【００２９】
この補機負荷による回転変動について、たとえば図５に示す態様で説明すると、第１ベルト３１が連繋する交流発電機２１および冷却ポンプ２２の現在の使用状況により、それらに要する負荷を算出する。一方、第２ベルト３２が連繋する負圧ポンプ２４、エアコンコンプレッサ２５およびパワーステアリングポンプ２６の使用状況により、それらに要する負荷を算出する。
【００３０】
そして、このＳ／Ｃ回転数とＳ／Ｃ目標回転数を比較し（Ｓ１６）、Ｓ／Ｃ回転数の方がＳ／Ｃ目標回転数より大きい場合には、Ｓ／ＣのトルクをＤＯＷＮする指令をＳ／Ｃモータに向けて発する（Ｓ１７）。このトルクのＤＯＷＮ量は、Ｓ／Ｃ回転数とＳ／Ｃ目標回転数の差に応じて、適宜算出される。また、Ｓ／Ｃ回転数の方がＳ／Ｃ目標回転数より小さい場合には、Ｓ／ＣのトルクをＵＰする指令をＳ／Ｃに向けて発する（Ｓ１８）。トルクのＵＰ量は、トルクをＤＯＷＮする場合と同様に、Ｓ／Ｃ回転数とＳ／Ｃ目標回転数の差に応じて、適宜算出される。これらのＳ／ＣモータのトルクのＤＯＷＮ量またはＵＰ量を算出する際に、前記の補機負荷による回転変動が考慮される。
【００３１】
これらＳ／Ｃモータに向けて発せられたＤＯＷＮ量またはＵＰ量に応じて、Ｓ／Ｃモータの出力制御が行われる（Ｓ１３）。その後、同様のルーチンを繰り返し、ステップＳ１５においてＳ／Ｃ回転数がＳ／Ｃ目標回転数と等しくなったときに、Ｓ／Ｃ回転制御を終了する（Ｓ１９）。
【００３２】
ここまで、Ｓ／Ｃ回転制御をフィードバック制御による方法について説明してきたが、他の例として、フィードフォワード制御によることもできる。
このフローについて、図９を用いて説明すると、まず、Ｓ／Ｃ回転制御が開始されると（Ｓ２１）、Ｓ／Ｃ目標回転数が入力される（Ｓ２２）。ここで、Ｓ／Ｃモータには、Ｓ／Ｃに用いられる負荷のほかに、補機負荷による回転変動を考慮して、Ｓ／Ｃ目標回転数の補正を行う。補機負荷の要素としては、具体的にたとえば、エアコンクラッチのＯＮ／ＯＦＦを検出して、エアコンコンプレッサ２５の負荷量を検出するものが該当する。また、パワーステアリングポンプ２６の油圧を考慮したり、ハンドル角度を検出し、パワーステアリングポンプ２６の負荷量を算出することもできる。さらには、交流発電機２２の発電量を検出し、この発電量から交流発電機の負荷量を算出することなどができる。これらの補機の負荷量に基づいて、Ｓ／Ｃ目標回転数の補正を行う。
【００３３】
そして、補正されたＳ／Ｃ目標回転数に基づいて、Ｓ／Ｃモータの出力を制御し（Ｓ２４）、その後、Ｓ／Ｃ回転制御を終了する（Ｓ２５）。この制御を一定時間おきに行うことにより、Ｓ／Ｃ回転制御をフィードフォワード制御によって行うことができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、燃料電池システムを搭載する車両において、圧縮機の専用のマウント部材を用いることなく振動等を抑制することができる。
さらに、多数のモータを設けることなく、燃料電池システムを搭載する車両における補機を駆動することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池電気自動車における駆動部分の平面図である。
【図２】本発明に係る燃料電池電気自動車における駆動部分の側面図である。
【図３】本発明に係る燃料電池電気自動車の前部の概要を示す側面図である。
【図４】本発明に係る燃料電池電気自動車における駆動部分の他の例の側面図である。
【図５】燃料電池電気自動車における補機類を主モータに取り付けたときの配置を示す側面概念図である。
【図６】燃料電池電気自動車における補機類を主モータに取り付けたときの配置の他の例を示す側面概念図である。
【図７】圧縮機の制御工程を示すフローチャートである。
【図８】圧縮機の回転制御の制御工程を示すフローチャートである。
【図９】圧縮機の回転制御の制御工程の他の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１    主モータ
２    減速機
３    第１マウント部材
４    第２マウント部材
５    第３マウント部材
１０  圧縮機（補機）
１１  圧縮機駆動モータ
２１  交流発電機（補機）
２２  冷却ポンプ（補機）
２４  負圧ポンプ（補機）
２５  エアコンコンプレッサ（補機）
２６  パワーステアリングポンプ（補機）
３１  第１ベルト
３２  第２ベルト
Ｆ，Ｆ′    補機類
【図１】
0004339953.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004339953.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004339953.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004339953.tif 000008
【図８】
0004339953.tif 000009
【図９】
0004339953.tif 000010