JP2004168139A - 燃料電池車 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池，及び強電駆動系システムの冷却装置を個別に有して冷却性能を維持でき、しかも、車両の重量バランスの悪化を抑制できる燃料電池車を提供する。
【解決手段】燃料電池２０と、燃料電池２０から電圧、電流、周波数の少なくともひとつを変換して負荷に応じてモータへ電力を送る強電駆動系システムと、車両前方に配置したラジエータ１１，１２および冷却水を循環させる冷却配管１４，１５，２４，２５を有する冷却系とを備える燃料電池車において、冷却系は燃料電池用、強電駆動系システム用をモータルーム２内に夫々個別に備え、冷却配管を車両進行方向に対して左右に分散させて配置させた。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，燃料電池が走行用モータの電源として搭載された燃料電池自動車に関し，詳しくは，前記燃料電池や強電駆動系システムを含む熱発生源を冷却する燃料電池自動車の冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来から，燃料電池を搭載する燃料電池自動車には，燃料電池や強電駆動系システムを含む熱発生源を冷却する冷却装置が設けられている。例えば，特開２００１−３３９８０８号公報には、燃料電池を冷却する１次循環流路と、強電駆動系システムを含む熱発生源を冷却する２次循環流路を車両進行方向前後に夫々個別に冷却する冷却装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，前記公報に開示された冷却装置において，燃料電池，及び強電駆動系システムの冷却装置を前後個別に有することで、冷却水の配管の配置が車両の重量バランスに与える影響も大きくなり、配管の方法によっては車両の重量バランスが悪くなることがある。
【０００４】
そこで，本発明は，燃料電池，及び強電駆動系システムの冷却装置を個別に有して冷却性能を維持でき、しかも、車両の重量バランスの悪化を抑制できる燃料電池車を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため本発明は、燃料電池と、燃料電池から電圧、電流、周波数の少なくともひとつを変換して負荷に応じてモータへ電力を送る強電駆動系システムと、車両前方に配置したラジエータおよび冷却水を循環させる冷却配管を有する冷却系とを備える燃料電池車において、冷却系は燃料電池用、強電駆動系システム用をモータルーム内に夫々個別に備え、冷却配管を車両進行方向に対して左右に分散させて配置させた。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却配管を、車両の車両進行方向に対して左右に分散させて配置させることにより、車両重量バランスを向上させた。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１を説明する。
【０００８】
図１は本発明に係わる車両のモータルーム２を上側から見た概略構成図である。なお図１の矢印は車両進行方向を示す。図１に示すように、車両前方の左右のサイドフレーム４の間の空間をモータルーム２として用いている。
【０００９】
モータルーム２内後方のモータ１の上に燃料電池２０を、その上に強電駆動系システム１０を重ねて配置している。なお強電駆動系システム１０とは、図１０に示すように燃料電池２０から電圧、電流、周波数などを変換して負荷に応じてモータ１等へ電力を送る装置である。
【００１０】
モータルーム２内に、車両前方に設けられた燃料電池冷却用ラジエータ２１と冷却水を循環させる燃料電池冷却水配管２４．２５を有する燃料電池用の冷却系を備える。
【００１１】
同じく車両前方に設けられた強電駆動系システム冷却用ラジエータ１１と冷却水を循環させる強電駆動系システム冷却水配管１４．１５を有する強電駆動系システム用の冷却系を燃料電池用の冷却系とは個別に備える。
【００１２】
なお，モータ１の冷却も強電駆動系システム用の冷却系で行う。
【００１３】
さらに、車両進行方向向って左側に、燃料電池用冷却水リザーバタンク２２、および燃料電池用冷却水ポンプ２３を配置している。また、車両進行方向向って右側に、強電駆動系システム用冷却水リザーバタンク１２、および強電駆動系システム用冷却水ポンプ１３がある。
【００１４】
ここで燃料電池冷却水配管２４．２５と強電駆動系システム冷却水配管１４．１５は車両進行方向に対して左右に分散させて配置している。具体的には、燃料電池冷却水配管２４．２５を左側のサイドフレーム４Ｌと強電駆動系システム１０との間に配置し、強電駆動系システム冷却水配管１４．１５を右側のサイドフレーム４Ｒと強電駆動系システム１０との間に配置し夫々サイドフレーム４に設けられた取付け金具３を介して取付けた。
【００１５】
上記の構成で、燃料電池用冷却水は、燃料電池冷却水リザーバタンク２２から燃料電池用冷却水ポンプ２３を用いて燃料電池冷却水配管２５を通り燃料電池２０へ送られ、燃料電池２０を冷却した後、もう一つの燃料電池冷却水配管２４を通り、燃料電池冷却用ラジエータ２１へ送られて冷却され、燃料電池用冷却水リザーバタンク２２に戻り、これを循環する。
【００１６】
同様に、強電駆動系システム用冷却水は、強電駆動系システム用冷却水リザーバタンク１３から強電駆動系システム用冷却水ポンプ１３を用いて強電駆動系システム冷却水配管１５を通り強電駆動系システム１０へ送られ、強電駆動系システム１０を冷却した後、もう一つの強電駆動系システム冷却水配管１４を通り、強電駆動系システム冷却用ラジエータ１１へ送られて冷却水を冷却し、強電駆動系システム用冷却水リザーバタンク１３に戻り、これを循環する。
【００１７】
このように実施の形態１では、燃料電池冷却水配管２４．２５と強電駆動系システム冷却水配管１４．１５は車両進行方向に対して左右に分散させて配置された略左右対称の構成をしており、重量配分を左右均等に近づけることができ車両の重量バランスがよくなる。
【００１８】
なお、本発明はこれに限らず、例えば、夫々の冷却水の出入り口が、図３に示すように車両進行方向側に位置してもよいし、図４に示すのようサイドフレーム４側と車両進行方向側に設けてもよい。また，隣接する冷却配管を一体に形成してもよい。これらの場合も本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００１９】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１の燃料電池冷却水配管２４、２５および強電駆動系システム冷却水配管１４，１５の配置を変更したものである。
【００２０】
図２に示すように、燃料電池冷却用ラジエータ２１へ冷却水を供給する燃料電池冷却水配管２４を右側のサイドフレーム４Ｒと強電駆動系システム１０との間に配置し、燃料電池冷却用ラジエータ２１から冷却水を排出する燃料電池冷却水配管２５を左側のサイドフレーム４Ｌと強電駆動系システム１０との間に配置すると共に、強電駆動系システム冷却用ラジエータ１１へ冷却水を供給する強電駆動系システム冷却水配管１４を左側のサイドフレーム４Ｌと強電駆動系システム１０との間に配置し、強電駆動系システム冷却用ラジエータ１１から冷却水を排出する強電駆動系システム冷却水配管２５を右側のサイドフレーム４Ｒと強電駆動系システム１０との間に配置し、夫々サイドフレーム４に設けられた取付け金具３を介して取付けた。また、燃料電池２０、および強電駆動系システム１０への冷却水の出入り口が略左右対称に位置する。
【００２１】
このように実施の形態２では、燃料電池及び強電駆動系システムのラジエータ２１，１１へ冷却水を供給する冷却水配管２４、１４とラジエータ２１，１１から冷却水を排出する冷却水配管２５、１５とを車両進行方向に対して左右に分散させて配置したので、重量配分を左右均等に近づけることができ車両バランスがよくなる。
【００２２】
なお、本発明はこれに限らず、例えば、夫々の冷却水の出入り口が、図３に示すように車両進行方向側に位置してもよいし、図４に示すのようサイドフレーム４側と車両進行方向側に設けてもよい。また，隣接する冷却配管を一体に形成してもよい。これらの場合も本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
（実施の形態３）
実施の形態３では、図５、および図６に示すように、燃料電池２０が車両の床３４の下に配置し、運転席３２前方のモータルーム２内に強電駆動系システムを配置する。
【００２４】
モータルーム２内のダッシュ部の運転席３２側に、ブレーキマスターバック３０、およびステアリング系部品３１がある。このため、これらの部品との干渉を回避するためには燃料電池２０の冷却配管２４，２５は、これらのない助手席３３側のダッシュ部をとおって燃料電池冷却用ラジエータ２１と燃料電池２０をつなぐ必要がある。
【００２５】
そこで助手席３３側に燃料電池２０の冷却配管２４，２５を配置し、運転席３２側に強電駆動系システム１０の冷却配管１４、１５を配置する。
【００２６】
具体的には、燃料電池冷却水配管２４．２５を助手席３３側のサイドフレーム４Ｌと強電駆動系システム１０との間に配置し、強電駆動系システム冷却水配管１４．１５を運転席３２側のサイドフレーム４Ｒと強電駆動系システム１０との間に配置し夫々サイドフレーム４に設けられた取付け金具３を介して取付けた。
【００２７】
その他の配置、冷却水の基本的な循環流路は、実施の形態１に示すものと同じである。
【００２８】
このように実施の形態３では、助手席３３側に燃料電池２０の冷却配管２４，２５を配置したので、ダッシュ部に設けられたブレーキマスターバック３０、およびステアリング系部品３１との干渉を避けることができた。また、このままでは、燃料電池２０の冷却水の重量により車両の重量バランスが左右どちらかに偏ってしまう恐れがあるが、運転席３２側に強電駆動系システム１０の冷却配管１４、１５を配置することで、車両の重量バランスを確保することができた。
【００２９】
なお、本発明はこれに限らず、例えば、夫々の冷却水の出入り口が、車両進行方向側に位置してもよいし、サイドフレーム４側と車両進行方向側に設けてもよい。また，隣接する冷却配管を一体に形成してもよい。これらの場合も本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
（実施の形態４）
実施の形態４では、図７に示すように、実施の形態１の冷却配管１４，１５、２４，２５の一部を二重配管１６，２６に変えたものである。
【００３１】
図７のＡ−Ａの断面が図９のような内部に内側通路２６ｉｎ（１６ｉｎ）、外側通路２６ｏｕｔ（１６ｏｕｔ）を同心状に備える二重構造となっている燃料電池用冷却水二重配管２６（強電駆動系システム用冷却水二重配管１６）を車両進行方向に配置する。
【００３２】
燃料電池用冷却水二重配管２６の外側通路２６ｏｕｔをラジエータ２１から排出される冷却水の冷却配管として用い、内側通路２６ｉｎをラジエータへ２１供給する冷却水の冷却配管として用いる。
【００３３】
また、強電駆動系システム用冷却水二重配管１６の外側通路１６ｏｕｔをラジエータ１１から排出される冷却水の冷却配管として用い、内側通路１６ｉｎをラジエータ１１へ供給する冷却水の冷却配管として用いる。
【００３４】
燃料電池用冷却水二重配管２６、強電駆動系システム用冷却水二重配管１６は夫々左右のサイドフレーム４に設けられた取付け金具３を介して取付けられる。基本的な循環流路は、図１と同じである。
【００３５】
このように、実施の形態４では、冷却配管として二重配管１６，２８を用いたので組み付け作業が容易になる。
【００３６】
また、外側通路１６ｏｕｔ、２６ｏｕｔをラジエータから排出される冷却水の冷却配管として用いたので内側通路をこれに用いる場合に対して冷却水の放熱性が向上する。
【００３７】
さらに、燃料電池２０、および強電駆動系システム１０以外に冷却したいユニットが追加された場合などは、冷却するユニットを車両前後方向に横断する夫々の二重配管の横に配置し、夫々の二重配管に出口パイプまたは入口パイプを追加することで、複雑な形状をした連続配管は必要なく、直線的な配管でつなぐことができる。
【００３８】
なお、本発明はこれに限らず、実施の形態３と同様に燃料電池２０、または強電駆動系システム１０を床３４の下に配置してもよい。また、夫々の冷却水の出入り口が、車両進行方向側に位置してもよいし、サイドフレーム４側と車両進行方向側に設けてもよい。そして、これらの組み合せも可能である。これらの場合も本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
（実施の形態５）
実施の形態５は、図８に示すように、実施の形態４の冷却配管の配置を変更したものである。
【００４０】
内部に内側通路を同心状に備える二重構造となっている二重配管３５、３６を車両進行方向に配置する。
【００４１】
二重配管３５の内側通路、外側通路を夫々のラジエータ１１，２１から排出される冷却水の冷却配管として用いる。
【００４２】
また、二重配管３６の内側通路、外側通路を夫々のラジエータ１１，２１へ供給する冷却水の冷却配管として用いる。
【００４３】
二重配管３６、３５は夫々左右のサイドフレーム４に設けられた取付け金具３を介して取付けられる。基本的な循環流路は、図１と同じである。
【００４４】
冷却配管として二重配管を用いた場合には、夫々の二重配管の内部の断熱性が低い場合に夫々の出入口冷却水の間で熱交換が発生し、冷却性能が低下する。
【００４５】
そこで実施の形態５では、温度差の小さい冷却水同士を同一の二重配管内部を通過するようにすることで、夫々の二重配管内部での熱交換を低下させ、冷却性能の低下を抑制している。
【００４６】
つまり、二重配管３５の内側通路、外側通路の冷却水はどちらも各ラジエータ１１，２１を通過したばかりの状態であるため、どちらも温度が低く、温度差を最小限にとどめられる。
【００４７】
また、二重配管３６の内側通路、外側通路の冷却水はどちらも高温の熱源を通過した状態であるので、どちらも温度が高く、こちらも温度差を最小限にとどめられる。
【００４８】
このように実施の形態５では、燃料電池２０と強電駆動系システム１０夫々の冷却効果を低下させることなく、実施の形態４と同様な重量配分と高い組み付け性を両立させることができる。
【００４９】
なお、本発明はこれに限らず、実施の形態３と同様に燃料電池２０、または強電駆動系システム１０を床３４の下に配置してもよい。また、夫々の冷却水の出入り口が、車両進行方向側に位置してもよいし、サイドフレーム４側と車両進行方向側に設けてもよい。そして、これらの組み合せも可能である。これらの場合も本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
以上本発明の実施の形態１〜５を説明したが、本発明はこれに限らず、例えば燃料電池２０と強電駆動系システム１０、および各冷却系の配置を入れ替えてもよい。また、冷却配管の取付け位置に関しても、サイドフレーム４に直接取付けるものに限らず、モータルーム２の左右側面の内壁に取付けてもよい。これらの場合も上記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１における燃料電池車のモータルームを上面から見た概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態２における燃料電池車のモータルームを上面から見た概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態２における燃料電池，強電駆動系システム及びその冷却配管の配置の他の例を示す概略構成図である。
【図４】本発明の実施形態２における燃料電池，強電駆動系システム及びその冷却配管の配置の他の例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態３における燃料電池車のモータルームを上面から見た概略構成図である。
【図６】本発明の実施形態３における燃料電池車を側面から見た概略構成図である。
【図７】本発明の実施形態４における燃料電池車のモータルームを上面から見た概略構成図である。
【図８】本発明の実施形態５における燃料電池車のモータルームを上面から見た概略構成図である。
【図９】二重配管の断面を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態１〜３における強電駆動系システムの概略構成図である。
【符号の説明】
１ モータ
２ モータルーム
３ 取付け金具
４Ｒ 右側サイドフレーム
４Ｌ 左側サイドフレーム
５ ダッシュ部
１０ 強電駆動系システム
１１ 強電駆動系システム冷却用ラジエータ
１２ 強電駆動系システム用冷却水リザーバタンク
１３ 強電駆動系システム用冷却水ポンプ
１４ 強電駆動系システム冷却水配管
１５ 強電駆動系システム冷却水配管
１６ 強電駆動系システム冷却水二重配管
１６ｉｎ 内側通路
１６ｏｕｔ 外側通路
２０ 燃料電池
２１ 燃料電池冷却用ラジエータ
２２ 燃料電池用冷却水リザーバタンク
２３ 燃料電池用冷却水ポンプ
２４ 燃料電池冷却水配管
２５ 燃料電池冷却水配管
２６ 燃料電池冷却水二重配管
２６ｉｎ 内側通路
２６ｏｕｔ 外側通路
３０ ブレーキマスターバック
３１ ステアリング系部品
３２ 運転席
３３ 助手席
３４ 床
３５冷却水二重配管
３６冷却水二重配管
３７ 外側通路
３８ 内側通路

Claims (12)

1. 燃料電池と、燃料電池から電圧、電流、周波数の少なくともひとつを変換して負荷に応じてモータへ電力を送る強電駆動系システムと、車両前方に配置したラジエータおよび冷却水を循環させる冷却配管を有する冷却系とを備える燃料電池車において、前記冷却系は前記燃料電池用、前記強電駆動系システム用をモータルーム内に夫々個別に備え、前記冷却配管を車両進行方向に対して左右に分散させて配置したことを特徴とする燃料電池車。
2. 請求項１の燃料電池車において、前記燃料電池、前記強電駆動系システムのうち一方の装置を車両の床下に配置し、他方の装置を運転席前方のモータルームに配置し、助手席側に前記一方の装置の冷却配管を配置し、運転席側に前記他方の装置の冷却配管を配置したことを特徴とする燃料電池車。
3. 請求項１、および請求項２の燃料電池車において、内部に内側通路、外側通路を同心状に備える二重構造となっている配管を車両進行方向に配置し、内側通路、外側通路を前記燃料電池用の冷却系の冷却配管または強電システム用の冷却系の冷却配管として用いることを特徴とする燃料電池車。
4. 請求項３の燃料電池車において、前記外側通路を前記ラジエータから排出される冷却水の冷却配管として用い、前記内側通路を前記ラジエータへ供給する冷却水の冷却配管として用いることを特徴とする燃料電池車。
5. 請求項１の燃料電池車において内部に内側通路、外側通路を同心状に備える二重構造となっている配管を車両進行方向に配置し、前記内側通路、外側通路を夫々前記各ラジエータから排出される冷却水の冷却配管として用いることを特徴とする燃料電池車。
6. 請求項１の燃料電池車において内部に内側通路、外側通路を同心状に備える二重構造となっている配管を車両進行方向に配置し、前記内側通路、外側通路を夫々前記各ラジエータへ供給する冷却水の冷却配管として用いることを特徴とする燃料電池車。
7. 請求項１の燃料電池車において、前記冷却配管は、右側のサイドフレーム側に取付けた冷却配管と、左側のサイドフレーム側に取付けた冷却配管とを有することを特徴とする燃料電池車。
8. 請求項１の燃料電池車において、燃料電池の冷却配管を右側または左側のサイドフレーム側に取付け、強電駆動系システムの冷却配管をもう一方のサイドフレーム側に取付けたことを特徴とする燃料電池車。
9. 請求項１の燃料電池車において、前記燃料電池の冷却系のラジエータへ供給する冷却水の冷却配管を右側または左側のサイドフレームと前記強電駆動系システムとの間に配置し、前記ラジエータから排出される冷却水の冷却配管をもう一方のサイドフレームと前記強電駆動系システムとの間に配置すると共に、前記強電駆動系システムの冷却系のラジエータへ供給する冷却水の冷却配管を右側または左側のサイドフレームと前記強電駆動系システムとの間に配置し、前記ラジエータから排出される冷却水の冷却配管をもう一方のサイドフレームと前記強電駆動系システムとの間に配置したことを特徴とする燃料電池車。
10. 請求項１の燃料電池車において、前記燃料電池の冷却系の冷却配管を右側または左側のサイドフレームと前記強電駆動系システムとの間に配置し、前記強電駆動系システムの冷却配管をもう一方のサイドフレームと前記強電駆動系システムとの間に配置したことを特徴とする燃料電池車。
11. 請求項２の燃料電池車において、前記一方の装置の冷却配管を運転席と左右反対側のサイドフレーム側に取付け、前記他方の装置の冷却配管を運転席側のサイドフレーム側に取付けたことを特徴とする燃料電池車。
12. 請求項２の燃料電池車において、前記一方の装置の冷却配管を他方の装置と助手席のサイドフレームとの間に配置し、前記他方の装置の冷却配管を他方の装置と運転席側のサイドフレームとの間に配置したことを特徴とする燃料電池車。

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