JP5713237B2 - 燃料電池車両 - Google Patents
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Description
この発明は、燃料電池車両に係り、特に燃料電池を保護する燃料電池車両に関する。
燃料電池車両においては、空気を車両前方から取り入れて車両後方へ排出する燃料電池と、走行用モータと、駆動力を前輪に伝達するギヤボックスとを、車両の前部に搭載したものがある。
特許文献１に係る車両用燃料電池システムは、ギヤボックスの車両幅方向両端部に燃料電池と走行用モータとを連結してなるユニット体を、車両の前部に搭載した構造である。
ところが、上記の特許文献１では、その構造上、燃料電池を車両に搭載した場合、燃料電池の寸法を車両幅方向に拡大することが困難になるという不具合があった。
また、燃料電池には、ファン等の送風機によって車両前方から燃料電池内へ吸入した空気によって発電と燃料電池の冷却とを行い、燃料電池を冷却した後の空気を車両後方へ排出するものがある。このような燃料電池では、燃料電池の幅と高さを増やすことができず、必要な発電量が確保できなくなる問題があった。
これに対して、走行用モータやギヤボックスを燃料電池の後方に配置すれば、燃料電池を車両幅方向ヘ延ばせて上記の問題を解決できるが、車両前方から衝撃力が作用した場合、燃料電池が走行用モータやギヤボックスと衝突するおそれがあり、燃料電池を保護できる構造が望まれていた。
また、燃料電池には、ファン等の送風機によって車両前方から燃料電池内へ吸入した空気によって発電と燃料電池の冷却とを行い、燃料電池を冷却した後の空気を車両後方へ排出するものがある。このような燃料電池では、燃料電池の幅と高さを増やすことができず、必要な発電量が確保できなくなる問題があった。
これに対して、走行用モータやギヤボックスを燃料電池の後方に配置すれば、燃料電池を車両幅方向ヘ延ばせて上記の問題を解決できるが、車両前方から衝撃力が作用した場合、燃料電池が走行用モータやギヤボックスと衝突するおそれがあり、燃料電池を保護できる構造が望まれていた。
そこで、この発明の目的は、空気を車両前方から取り入れて車両後方へ排出する燃料電池について、発電量を増加させるとともに、車両に衝撃力が作用した場合、燃料電池を保護できる燃料電池車両を提供することにある。
この発明は、空気を車両前方から取り入れて車両後方へ排出する燃料電池と走行用モータと駆動力を前輪に伝達するギヤボックスとを車両の前部に搭載した燃料電池車両において、車両前側の側面に吸気ダクトが取り付けられるとともに車両後側の側面に排気ダクトが取り付けられる燃料電池ケース内に前記燃料電池を収納し、前記燃料電池ケースを前記燃料電池ケースの前後と左右両側部とを囲む籠状のサブフレーム内に配置し、前記走行用モータと前記ギヤボックスとを連結してなる駆動ユニットを前記サブフレームの後側部に連結し、前記サブフレームの左右両端部と前記駆動ユニットとを夫々マウント装置によって車体に支持し、前記サブフレームは前記燃料電池ケースの前方を車両幅方向に横切るクロスメンバを複数本備え、前記クロスメンバの１つを前記燃料電池ケースの前方に配置されるバンパメンバと対向させたことを特徴とする。
また、この発明は、空気を車両前方から取り入れて車両後方へ排出する燃料電池と走行用モータと駆動力を前輪に伝達するギヤボックスとを車両の前部に搭載した燃料電池車両において、車両前側の側面に吸気ダクトが取り付けられるとともに車両後側の側面に排気ダクトが取り付けられる燃料電池ケース内に前記燃料電池を収納し、前記燃料電池ケースを前記燃料電池ケースの前後と左右両側部とを囲む籠状のサブフレーム内に配置し、前記走行用モータと前記ギヤボックスとを連結してなる駆動ユニットを前記サブフレームの後側部に連結し、前記サブフレームの左右両端部と前記駆動ユニットとを夫々マウント装置によって車体に支持し、前記吸気ダクトの空気取入口を車両下向きに開口させ、前記吸気ダクトを前記サブフレームから車両前方に突出させたことを特徴とする。
また、この発明は、空気を車両前方から取り入れて車両後方へ排出する燃料電池と走行用モータと駆動力を前輪に伝達するギヤボックスとを車両の前部に搭載した燃料電池車両において、車両前側の側面に吸気ダクトが取り付けられるとともに車両後側の側面に排気ダクトが取り付けられる燃料電池ケース内に前記燃料電池を収納し、前記燃料電池ケースを前記燃料電池ケースの前後と左右両側部とを囲む籠状のサブフレーム内に配置し、前記走行用モータと前記ギヤボックスとを連結してなる駆動ユニットを前記サブフレームの後側部に連結し、前記サブフレームの左右両端部と前記駆動ユニットとを夫々マウント装置によって車体に支持し、前記吸気ダクトの空気取入口を車両下向きに開口させ、前記吸気ダクトを前記サブフレームから車両前方に突出させたことを特徴とする。
この発明の燃料電池車両は、空気を車両前方から取り入れて車両後方へ排出する燃料電池について、発電量を増加させるとともに、車両に前方から衝撃力が作用した場合、燃料電池を保護できる。
この発明は、空気を車両前方から取り入れて車両後方へ排出する燃料電池について、発電量を増加させるとともに、車両に前方から衝撃力が作用した場合、燃料電池を保護する目的を、燃料電池を車両幅方向に延ばし、また、サブフレームと駆動ユニットとを夫々マウント装置によって車体に支持して実現するものである。
図１〜図６は、この発明の実施例を示すものである。
図６において、１は四輪車である燃料電池車両（以下「車両」という）、２Ｌは左前輪、２Ｒは右前輪、３Ｌは左後輪、３Ｒは右後輪である。
車両１には、前部で、空気を車両前方から取り入れて車両後方へ排出する燃料電池４と、走行用モータ５と、駆動力を左前輪２Ｌ・右前輪２Ｒに伝達するギヤボックス６とを搭載している。走行用モータ５とギヤボックス６は、車両幅方向に並べられるとともに互いに連結されて駆動ユニット７を構成する。この場合、ギヤボックス６の出力部は、走行用モータ５よりも下方に位置する。ギヤボックス６には、左前輪２Ｌを取り付けた左前車軸８Ｌが連結するとともに、右前輪２Ｒを取り付けた右前車軸８Ｒが連結する。また、左後輪３Ｌと右後輪３Ｒは、リヤ車軸９で連結している。
また、車両１には、後部で、水素タンク１０を搭載している。この水素タンク１０には、水素配管１１の一端が接続している。この水素配管１１は、車両前後方向に延びて、他短が車両１の前部の燃料電池４に接続している。
図６において、１は四輪車である燃料電池車両（以下「車両」という）、２Ｌは左前輪、２Ｒは右前輪、３Ｌは左後輪、３Ｒは右後輪である。
車両１には、前部で、空気を車両前方から取り入れて車両後方へ排出する燃料電池４と、走行用モータ５と、駆動力を左前輪２Ｌ・右前輪２Ｒに伝達するギヤボックス６とを搭載している。走行用モータ５とギヤボックス６は、車両幅方向に並べられるとともに互いに連結されて駆動ユニット７を構成する。この場合、ギヤボックス６の出力部は、走行用モータ５よりも下方に位置する。ギヤボックス６には、左前輪２Ｌを取り付けた左前車軸８Ｌが連結するとともに、右前輪２Ｒを取り付けた右前車軸８Ｒが連結する。また、左後輪３Ｌと右後輪３Ｒは、リヤ車軸９で連結している。
また、車両１には、後部で、水素タンク１０を搭載している。この水素タンク１０には、水素配管１１の一端が接続している。この水素配管１１は、車両前後方向に延びて、他短が車両１の前部の燃料電池４に接続している。
図１、図２に示すように、前記燃料電池４と前記駆動ユニット７は、車両１の前部で、ダッシュパネル１２とフロントフード１３とによって形成されたユニット用空間１４に配置されている。
また、車両１の前部には、図１〜図３に示すように、車体１５を構成するように、車両前後方向に延びる一対の左サイドメンバ１６Ｌ・右サイドメンバ１６Ｒが配置され、また、サスペンションフレーム１７と、ロアメンバ１８と、バンパメンバ１９と、フードロックメンバ２０と、フロントバンパ２１とが所定の高さ位置に配置されている。さらに、図１に示すように、車両１の前部には、左側で、バンパメンバ１９の後方に、放熱器２３が搭載されている。
図１、図３に示すように、燃料電池４は、燃料電池ケース２４内に収納されている。この燃料電池ケース２４には、車両前側の側面に上下一対の吸気ダクト２５・２６が取り付けられるとともに、車両後側の側面に左右一対の排気ダクト２７・２８が取り付けられる。
排気ダクト２７・２８の上方には、図２に示すように、排気チャンバ２９と排気カバー３０が配置されている。また、フロントフード１３には、この排気カバー３０付近で水素ガス排出口３１が設けられている。
また、車両１の前部には、図１〜図３に示すように、車体１５を構成するように、車両前後方向に延びる一対の左サイドメンバ１６Ｌ・右サイドメンバ１６Ｒが配置され、また、サスペンションフレーム１７と、ロアメンバ１８と、バンパメンバ１９と、フードロックメンバ２０と、フロントバンパ２１とが所定の高さ位置に配置されている。さらに、図１に示すように、車両１の前部には、左側で、バンパメンバ１９の後方に、放熱器２３が搭載されている。
図１、図３に示すように、燃料電池４は、燃料電池ケース２４内に収納されている。この燃料電池ケース２４には、車両前側の側面に上下一対の吸気ダクト２５・２６が取り付けられるとともに、車両後側の側面に左右一対の排気ダクト２７・２８が取り付けられる。
排気ダクト２７・２８の上方には、図２に示すように、排気チャンバ２９と排気カバー３０が配置されている。また、フロントフード１３には、この排気カバー３０付近で水素ガス排出口３１が設けられている。
燃料電池ケース２４は、この燃料電池ケース２４の前後と左右両側部とを囲む籠状のサブフレーム３２内に配置される。
図５に示すように、サブフレーム３２の後側部には、駆動ユニット７が連結される。そして、サブフレーム３２の左右両端部と駆動ユニット７とは、夫々マウント装置としての、左マウント装置３３と右マウント装置３４とリヤマウント装置３５とによって車体１５に支持されている。図３及び図５に示すように、左マウント装置３３は、マウントブラケット３６を介してサブフレーム３２の左側部に取り付けられる。右マウント装置３４は、サブフレーム３２の右側部に取り付けられる。リヤマウント装置３５は、後部位の走行用モータ５に取り付けられる。
図５に示すように、サブフレーム３２の後側部には、駆動ユニット７が連結される。そして、サブフレーム３２の左右両端部と駆動ユニット７とは、夫々マウント装置としての、左マウント装置３３と右マウント装置３４とリヤマウント装置３５とによって車体１５に支持されている。図３及び図５に示すように、左マウント装置３３は、マウントブラケット３６を介してサブフレーム３２の左側部に取り付けられる。右マウント装置３４は、サブフレーム３２の右側部に取り付けられる。リヤマウント装置３５は、後部位の走行用モータ５に取り付けられる。
上記のような構造により、燃料電池４を走行用モータ５やギヤボックス６の影響を受けずに車両幅方方向へ延ばせる。このため、燃料電池４のセルと空気通路の数を増加させるとともに燃料電池ケース２４を拡大でき、燃料電池４を通過する空気量を増加させことができる。その結果、燃料電池４の発電量を増加させることができる。
また、車両１に前方から衝撃力が作用した場合、燃料電池４を燃料電池ケース２４によって保護するとともに燃料電池ケース２４の前面部をサブフレーム３２で覆い、車両後方へ移動する車体部品や放熱器２３との衝突から保護することができる。
更に、燃料電池ケース２４の駆動ユニット７と対向する側面をサブフレーム３２で覆い、燃料電池ケース２４が直接駆動ユニット７と衝突しないようにし、燃料電池ケース２４を保護することができる。
更にまた、燃料電池４を収納した燃料電池ケース２４を駆動ユニット７と一体で車両１に搭載でき、燃料電池４と燃料電池ケース２４の車両１への搭載性を向上することができる。
また、車両１に前方から衝撃力が作用した場合、燃料電池４を燃料電池ケース２４によって保護するとともに燃料電池ケース２４の前面部をサブフレーム３２で覆い、車両後方へ移動する車体部品や放熱器２３との衝突から保護することができる。
更に、燃料電池ケース２４の駆動ユニット７と対向する側面をサブフレーム３２で覆い、燃料電池ケース２４が直接駆動ユニット７と衝突しないようにし、燃料電池ケース２４を保護することができる。
更にまた、燃料電池４を収納した燃料電池ケース２４を駆動ユニット７と一体で車両１に搭載でき、燃料電池４と燃料電池ケース２４の車両１への搭載性を向上することができる。
図５に示すように、サブフレーム３２は、車両幅方向に延びる複数のクロスメンバと車両前後方向に延びる複数のサイドメンバと車両上下方向に延びる複数のサイドブレースとによって籠状に形成される。
クロスメンバは、サブフレーム３２の前部に配置される前上方クロスメンバ３７Ｕ・前下方クロスメンバ３７Ｄと、サブフレーム３２の後部に配置される後上方クロスメンバ３８Ｕ・後下方クロスメンバ３８Ｄと、サブフレーム３２の左前部に配置される斜め上方クロスメンバ３９Ｕ・斜め下方クロスメンバ３９Ｄとからなる。
サイドメンバは、サブフレーム３２の左部に配置される左上方サイドメンバ４０Ｕ・左下方サイドメンバ４０Ｄと、サブフレーム３２の右部に配置される右上方クロスメンバ４１Ｕ・右下方クロスメンバ４１Ｄとからなる。
サイドブレースは、前上方クロスメンバ３７Ｕと前下方クロスメンバ３７Ｄの間を連絡する左前サイドブレース４２Ｌ・右前サイドブレース４２Ｒと、左上方サイドメンバ４０Ｕと左下方サイドメンバ４０Ｄの間を連絡する左前サイドブレース４３Ｆ・左後サイドブレース４３Ｂと、右上方サイドメンバ４１Ｕと右下方サイドメンバ４１Ｄの間を連絡する右後サイドブレース４４とからなる。
サブフレーム３２の前部には、前上方クロスメンバ３７Ｕ・前下方クロスメンバ３７Ｄと、左前サイドブレース４２Ｌ・右前サイドブレース４２Ｒとによって四角形の前側枠が形成される。
サブフレーム３２の後部には、後上方クロスメンバ３８Ｕ・後下方クロスメンバ３８Ｄと、左後サイドブレース４３Ｂと、右後サイドブレース４４とによって四角形の後側枠が形成され、その内側を斜めに横切る第１・第２後側補強斜めメンバ４５Ａ・４５Ｂが配置される。
サブフレーム３２の右部には、右上方クロスメンバ４１Ｕ・右下方クロスメンバ４１Ｄと、右前サイドブレース４２Ｒと、右後サイドブレース４４とによって四角形の右側枠が形成され、その内側に右補強メンバ４６が配置される。
また、右上方クロスメンバ４１Ｕの上方には、右マウント装置３４を連結するため前斜めサイドブレース４７Ｆ・後斜めサイドブレース４７Ｂと、これら前斜めサイドブレース４７Ｆと後斜めサイドブレース４７Ｂの間を連絡する右連結サイドメンバ４８が配置される。
そして、図１に示すように、前上方クロスメンバ３７Ｕと前下方クロスメンバ３７Ｄとの１つである前上方クロスメンバ３７Ｕを、燃料電池ケース２４の前方に配置されるバンパメンバ１９と対向して配置する。
このような構造により、車両前方から作用する衝撃力でバンパメンバ１９が車両後方に移動した場合、バンパメンバ１９を前上方クロスメンバ３７Ｕに衝突させて燃料電池ケース２４及び燃料電池４を保護できる。
クロスメンバは、サブフレーム３２の前部に配置される前上方クロスメンバ３７Ｕ・前下方クロスメンバ３７Ｄと、サブフレーム３２の後部に配置される後上方クロスメンバ３８Ｕ・後下方クロスメンバ３８Ｄと、サブフレーム３２の左前部に配置される斜め上方クロスメンバ３９Ｕ・斜め下方クロスメンバ３９Ｄとからなる。
サイドメンバは、サブフレーム３２の左部に配置される左上方サイドメンバ４０Ｕ・左下方サイドメンバ４０Ｄと、サブフレーム３２の右部に配置される右上方クロスメンバ４１Ｕ・右下方クロスメンバ４１Ｄとからなる。
サイドブレースは、前上方クロスメンバ３７Ｕと前下方クロスメンバ３７Ｄの間を連絡する左前サイドブレース４２Ｌ・右前サイドブレース４２Ｒと、左上方サイドメンバ４０Ｕと左下方サイドメンバ４０Ｄの間を連絡する左前サイドブレース４３Ｆ・左後サイドブレース４３Ｂと、右上方サイドメンバ４１Ｕと右下方サイドメンバ４１Ｄの間を連絡する右後サイドブレース４４とからなる。
サブフレーム３２の前部には、前上方クロスメンバ３７Ｕ・前下方クロスメンバ３７Ｄと、左前サイドブレース４２Ｌ・右前サイドブレース４２Ｒとによって四角形の前側枠が形成される。
サブフレーム３２の後部には、後上方クロスメンバ３８Ｕ・後下方クロスメンバ３８Ｄと、左後サイドブレース４３Ｂと、右後サイドブレース４４とによって四角形の後側枠が形成され、その内側を斜めに横切る第１・第２後側補強斜めメンバ４５Ａ・４５Ｂが配置される。
サブフレーム３２の右部には、右上方クロスメンバ４１Ｕ・右下方クロスメンバ４１Ｄと、右前サイドブレース４２Ｒと、右後サイドブレース４４とによって四角形の右側枠が形成され、その内側に右補強メンバ４６が配置される。
また、右上方クロスメンバ４１Ｕの上方には、右マウント装置３４を連結するため前斜めサイドブレース４７Ｆ・後斜めサイドブレース４７Ｂと、これら前斜めサイドブレース４７Ｆと後斜めサイドブレース４７Ｂの間を連絡する右連結サイドメンバ４８が配置される。
そして、図１に示すように、前上方クロスメンバ３７Ｕと前下方クロスメンバ３７Ｄとの１つである前上方クロスメンバ３７Ｕを、燃料電池ケース２４の前方に配置されるバンパメンバ１９と対向して配置する。
このような構造により、車両前方から作用する衝撃力でバンパメンバ１９が車両後方に移動した場合、バンパメンバ１９を前上方クロスメンバ３７Ｕに衝突させて燃料電池ケース２４及び燃料電池４を保護できる。
更に、図４に示すように、吸気ダクト２５・２６の空気取入口２５Ａ・２６Ａは、車両下向きに開口されている。そして、吸気ダクト２５・２６は、サブフレーム３２から車両前方に突出されている。
このような構造により、吸気ダクト２５・２６の空気取入口２５Ａ・２６Ａを車両下向きに開口させることによって、吸気ダクト２５・２６を車両前方から作用する衝撃力で変形又は破損し易い構造にできる。
また、吸気ダクト２５・２６をサブフレーム３２から車両前方へ突出させることで、車両前方から衝撃力が作用した場合に吸気ダクト２５・２６を変形又は破損させて衝撃力を吸収することができる。
このような構造により、吸気ダクト２５・２６の空気取入口２５Ａ・２６Ａを車両下向きに開口させることによって、吸気ダクト２５・２６を車両前方から作用する衝撃力で変形又は破損し易い構造にできる。
また、吸気ダクト２５・２６をサブフレーム３２から車両前方へ突出させることで、車両前方から衝撃力が作用した場合に吸気ダクト２５・２６を変形又は破損させて衝撃力を吸収することができる。
この発明に係るサブフレームを、各種車両に適用可能である。
１ 車両
４ 燃料電池
５ 走行用モータ
６ ギヤボックス
７ 駆動ユニット
１９ バンパメンバ
２４ 燃料電池ケース
２５ 吸気ダクト（上側）
２６ 吸気ダクト（下側）
２７ 排気ダクト（左側）
２８ 排気ダクト（右側）
３２ サブフレーム
３７Ｕ 前上方クロスメンバ
３７Ｄ 前下方クロスメンバ
４ 燃料電池
５ 走行用モータ
６ ギヤボックス
７ 駆動ユニット
１９ バンパメンバ
２４ 燃料電池ケース
２５ 吸気ダクト（上側）
２６ 吸気ダクト（下側）
２７ 排気ダクト（左側）
２８ 排気ダクト（右側）
３２ サブフレーム
３７Ｕ 前上方クロスメンバ
３７Ｄ 前下方クロスメンバ
Claims (2)
- 空気を車両前方から取り入れて車両後方へ排出する燃料電池と走行用モータと駆動力を前輪に伝達するギヤボックスとを車両の前部に搭載した燃料電池車両において、車両前側の側面に吸気ダクトが取り付けられるとともに車両後側の側面に排気ダクトが取り付けられる燃料電池ケース内に前記燃料電池を収納し、前記燃料電池ケースを前記燃料電池ケースの前後と左右両側部とを囲む籠状のサブフレーム内に配置し、前記走行用モータと前記ギヤボックスとを連結してなる駆動ユニットを前記サブフレームの後側部に連結し、前記サブフレームの左右両端部と前記駆動ユニットとを夫々マウント装置によって車体に支持し、前記サブフレームは前記燃料電池ケースの前方を車両幅方向に横切るクロスメンバを複数本備え、前記クロスメンバの１つを前記燃料電池ケースの前方に配置されるバンパメンバと対向させたことを特徴とする燃料電池車両。
- 空気を車両前方から取り入れて車両後方へ排出する燃料電池と走行用モータと駆動力を前輪に伝達するギヤボックスとを車両の前部に搭載した燃料電池車両において、車両前側の側面に吸気ダクトが取り付けられるとともに車両後側の側面に排気ダクトが取り付けられる燃料電池ケース内に前記燃料電池を収納し、前記燃料電池ケースを前記燃料電池ケースの前後と左右両側部とを囲む籠状のサブフレーム内に配置し、前記走行用モータと前記ギヤボックスとを連結してなる駆動ユニットを前記サブフレームの後側部に連結し、前記サブフレームの左右両端部と前記駆動ユニットとを夫々マウント装置によって車体に支持し、前記吸気ダクトの空気取入口を車両下向きに開口させ、前記吸気ダクトを前記サブフレームから車両前方に突出させたことを特徴とする燃料電池車両。
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