JP2006131146A - 燃料電池自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池から電力分岐装置および電力変換調整装置に接続する強電用電線による弱電信号へのノイズを低減する。
【解決手段】 車両の床下スペースにおいて、サブフレーム３に、車両前方側から順に、各種補機類５，燃料電池７，電力分岐装置９，電力変換調整装置１１をそれぞれ搭載する。燃料電池７の車幅方向右側の後端から、電力分岐装置９および電力変換調整装置１１へ強電用ハーネス１７を配索する。一方、車幅方向左側には、補機類５，燃料電池７，電力分岐装置９にそれぞれ接続する弱電用ハーネス２３，２５，２７を配索する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池を、車両の床下に搭載する燃料電池自動車に関する。

従来、車両の床下に、燃料電池、燃料電池の発電に際して必要な各種補機類、燃料電池で発生する電力の供給を受けて作動する駆動用モータなどの部品への電力供給状態を調整する電力供給調整装置などを搭載した燃料電池自動車においては、例えば下記特許文献１に記載されているように、床下の車両前方から、電力供給調整装置、蓄電池、燃料電池および各種補機類、燃料タンクの順に配置されている。

上記した特許文献１においては、車室内のスペースを確保するべく各機器類を床下に配置し、さらに各機器類の車両前後方向の搭載位置により、燃料電池と蓄電池間の電気配線、燃料電池と補機類間の配管、燃料電池と燃料タンク間の配管が複雑にならないようにしている。

また、下記特許文献２には、車両床下の中央に燃料電池、燃料電池の車両前方と後方に補機類、燃料電池上部に、燃料電池からの電力取り出しを可能とするか遮断するかを設定する燃料電池出力遮断手段を配置するものが提案されている。

上記した特許文献２においては、車両中央に燃料電池を配置しているので、車両全体の重量バランスがよく、燃料電池と燃料電池出力遮断手段、燃料電池と各補機類が、それぞれ隣接して配置されているので、これらの電気配線や配管を短くできる。
特開２００４−１２７７４７号公報 特開２００３−１８２３７９号公報

しかしながら、特許文献１においては、燃料電池からの電力取出し可否を制御する電力取出し可否制御装置（特許文献２の燃料電池出力遮断手段に相当）の配置についての記載がなく、その搭載位置によっては、燃料電池から電力取出し可否制御装置および、電力取出し可否制御装置から電力供給調整装置へ接続する強電用電線により、補機類に接続する弱電用電線に流れる弱電信号にノイズを与えてしまう恐れがある。

一方、特許文献２においては、燃料電池出力遮断手段を燃料電池上方という補機類と離れた場所に配置しているが、電力供給調整装置についての記載がなく、その搭載位置によっては、燃料電池出力遮断手段から電力供給調整装置へ接続する強電用電線により、補機類に接続する弱電用電線に流れる弱電信号にノイズを与えてしまう恐れがある。

そこで、本発明は、燃料電池から電力取出し可否制御装置および電力供給調整装置に接続する強電用電線による弱電信号へのノイズを低減することを目的としている。

本発明は、燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池で発生する電力の供給を受けて作動する作動装置への電力供給を調整する電力供給調整装置と、前記燃料電池で発生する電力の取出し可否を制御する電力取出し可否制御装置と、前記燃料電池の発電に際して必要な補機類とを、車両の床下に搭載する燃料電池自動車であって、前記燃料電池を、前記電力供給調整装置および前記電力取出し可否制御装置と、前記補機類との間に配置したことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、燃料電池を、補機類と、電力供給調整装置および電力取出し可否制御装置との間に配置することで、燃料電池から電力取出し可否制御装置および電力供給調整装置に接続する強電用電線を、補機類に接続する弱電用電線から離れた位置に配索できるので、強電用電線から弱電信号へのノイズ混入を低減できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池自動車における燃料電池システムのレイアウトを示す平面図である。車両床下の車幅方向両側に車体サイドフレーム１を設けてあり、この車体サイドフレーム１相互間に、サブフレーム３を固定する。

上記した燃料電池自動車は、車両の床下スペースにおいて、上記したサブフレーム３に、図１中の矢印ＦＲで示す車両前方側から順に、各種補機類５，燃料電池７，電力取出し可否制御装置としての電力分岐装置９，電力供給調整装置としての電力変換調整装置１１を、それぞれ搭載している。これら各機器類を配置している床下スペースの車両後方には、燃料タンク１３を配置している。

電力分岐装置９は、燃料電池７で発生する電力の取出し可否を制御するものであり、燃料電池７からの電力取り出しを可能とするか遮断するかを設定する。また、電力変換調整装置１１は、燃料電池７で発生する電力の供給を受けて作動する図示しない作動装置としての電動機などの部品への電力を変換して調整する。

各種補機類５とは、燃料タンク１３から導入する燃料ガスを燃料電池７へ供給する燃料供給装置や、床下スペースの車両前方に位置するエンジンルームから導入される酸化ガスを加湿して燃料電池５へ供給する加湿装置、燃料電池７や他の補機類５に対する温度調節装置および、これら各装置に接続する配管類など、から構成される。

燃料電池７と補機類５との間には、上記した燃料ガスおよび酸化ガスや冷却水などからなる各流体の配管接続部１５を設けている。

燃料タンク１３内の燃料ガスは、図示しない燃料ガス配管を通して補機類５における燃料供給装置に導入された後、この燃料供給装置によって圧力や温度が制御され、前記した配管接続部１５を通して燃料電池７へ供給される。この場合の燃料ガスは、主に水素であるが、例えばメタノールなどの改質ガスであっても構わない。

一方、エンジンルームから導入される酸化ガスは、補機類５における加湿装置によって加湿され、前記した配管接続部１５を通して燃料電池７へ供給される。この場合の酸化ガスは主に空気である。

燃料電池７内において、燃料ガスと酸化ガスの反応により発電した電力は、燃料電池７から電力分岐装置９および電力変換調整装置１１へと導かれ、電力変換調整装置１１から前記した電動機を駆動させ、その発生トルクを車軸に伝えることで、車両を動かす推進力を得ることになる。

このような電力の伝導のために、燃料電池７の車幅方向右側の後端から、電力分岐装置９および電力変換調整装置１１へ順次接続する強電用電線としての強電用ハーネス１７を設けている。この強電用ハーネス１７の電力変換調整装置１１からの引出部は、車幅方向右側の車体サイドフレーム１に沿って車体前後方向に配索する強電用電線としての強電用ハーネス１９に接続する。

強電用ハーネス１９の車体前方側は、エンジンルーム内の図示しない例えば電動機に接続し、同後方側は例えば図示しない蓄電池に接続する。

一方、車幅方向左側の車体サイドフレーム１に沿って車体前後方向に弱電用電線としての弱電用ハーネス２１を配索する。この弱電用ハーネス２１の途中には、補機類５，燃料電池７，電力分岐装置９にそれぞれ接続する弱電用電線としての弱電用ハーネス２３，２５，２７をそれぞれ接続する。

ここで、本実施形態においては、車両の床下スペースのサブフレーム３内において、補機類５と、電力分岐装置９および電力変換調整装置１１との間に燃料電池７を配置している。

このため、補機類５と、電力分岐装置９および電力変換調整装置１１とを離して配置することができ、燃料電池７から電力分岐装置９、電力分岐装置９から電力変換調整装置１１へと、燃料電池７内で燃料ガスと酸化ガスの反応によって発電した電力を伝える強電ハーネス１７を、各種補機類５に接続する弱電ハーネス２３へ接近させることなく配策できるので、強電ハーネス１７による弱電信号へのノイズを低減できる。

また、各種補機類５を、サブフレーム３内で燃料電池７の車両前方に配置しているので、エンジンルームから補機類５における加湿装置への配管，ホース類の短縮化や、エンジンルームのリザーバタンクから補機類５における温度調節装置への配管，ホース類の短縮化が可能になる。

さらには、各種補機類５を設置するにあたり、サブフレーム３の車両前方のスペースを利用できるので、各種補機類５に接続する配管，ホース類の接続作業性も向上する。さらに、前面から車両衝突などによる衝撃を受けた場合でも、燃料電池７はその車両前方の補機類５によって保護でき、燃料電池７から燃料ガスが漏れることを防ぐことができる。

また、電力分岐装置９および電力変換調整装置１１を燃料電池７の車両後方に配置しているので、電力変換調整装置１１から、例えばリヤフロアに搭載する場合の図示しない蓄電池や電動機などへ接続する強電ハーネス１９の短縮化が可能となり、強電ハーネス１７，１９の接続作業性にも有利である。

さらに、車両後方からの衝突などにより衝撃を受けた場合でも、車両後方の電力変換調整装置１１によって燃料電池７を保護でき、燃料電池７から燃料ガスが漏れることを防ぐことができる。

また、電力分岐装置９を燃料電池７と電力変換調整装置１１との間に配置することで、車両前後方向からの衝突だけでなく、車両側面からの衝突などにより衝撃を受けた場合でも、剛性を持ったケースに収納している電力変換調整装置１１によって、電力変換調整装置１１より車幅方向の幅が狭い電力分岐装置９を保護することができる。このとき、電力変換調整装置１１の車幅方向の長さを、燃料電池７の車幅方向の長さより長くしておくと、電力変換調整装置１１によって、燃料電池７も側面衝突などによる衝撃から保護することができる。

さらには、電力分岐装置９を燃料電池７と電力変換調整装置１１との間に配置することは、燃料電池７や電力変換調整装置１１の車幅方向側面のスペースを有効利用できることにつながる。例えば、その側面の空きスペースを電力変換調整装置１１の図示しない冷却水配管の配置に利用することや、電力変換調整装置１１からリヤフロアやエンジンルームの電動機や蓄電池へのハーネス類の配置に利用できる。

上記した車幅方向側面の空きスペースを利用して冷却水配管やハーネス類を配策することで、サブフレーム３の側方を通ってサブフレーム３の外側へ冷却水配管やハーネス類を配策することが不要となり、サブフレーム３の剛性の向上や側面衝突などの衝撃による冷却水配管やハーネス類の保護にもつながる。

ここで図１においては、電力分岐装置９と電力変換調整装置１１の搭載位置は、どちらを車両前方に配置しても構わないが、燃料電池７から電力分岐装置９、電力分岐装置９から電力変換調整装置１１へと配索する強電ハーネス１７を短縮化することを考慮すると、電力分岐装置９を車両前方に配置するほうが望ましい。

さらに、燃料電池７と電力変換調整装置１１との間に配置した電力分岐装置９において、電力分岐装置９から電力変換調整装置１１への強電ハーネス１７と、電力分岐装置９に接続する弱電ハーネス２７とは、互いに車幅方向の反対側に配策している。

このため、燃料電池７で発電した電力を電力変換調整装置１１へ向けて取出すか否かを診断するための弱電ハーネス２７に流れる弱電信号に、強電ハーネス１７からのノイズが混入することを防ぐことができる。

また、電力分岐装置９に接続する強電ハーネス１７と弱電ハーネス２７とを、互いに車幅方向反対側へ配策することで、床下という限られた領域においても、これら強電ハーネス１７および弱電ハーネス２７にそれぞれ接続する強電ハーネス１９および弱電ハーネス２１を、サブフレーム３内で互いに遠ざけた位置に配置することが可能になる。

例えば、蓄電池や電動機などを車両の前方や後方に配置している場合は、図１に示すように、床下のサブフレーム３内の車両右側を強電ハーネスルートとして利用する一方、車両左側を弱電ハーネスルートとして利用し、強電ハーネス１７，１９をサブフレーム３内の弱電信号にはできる限りノイズを混入させない配置とする。

この場合、サブフレーム３内での、強電ハーネス１７，１９および弱電ハーネス２１，２３，２５，２７の組付け作業性も向上する。ここで、強電ハーネス１７，１９を車両左側に配置し、弱電ハーネス２１，２３，２５，２７を車両右側に配置しても同様の効果が得られる。

さらに本実施形態では、燃料電池７と各種補機類５との間の各流体の配管接続部１５は、燃料電池７の車両前方としている。各流体とは、主に燃料ガス、酸化ガス、冷却水であるが、他にも燃料電池７のドレイン口や換気口に接続する配管を流れるものなどが含まれていても構わない。

ここで燃料電池７は、各流体の温度や圧力などによって常に最適な状態に制御する必要があり、そのため、それらの制御に使用するセンサ類を燃料電池７の流体出入口直前に配置したほうが、燃料電池７を制御するということに関しては望ましい。また、それらセンサ類の弱電信号に強電ハーネス１７，１９によるノイズが混入することは、センサ類を利用して燃料電池７を最適に制御できなくなることになり、燃料電池７の寿命低下につながる可能性がある。

そこで本実施形態のように、燃料電池７への各流体の配管接続部１５を燃料電池７の車両前方に配置し、電力分岐装置９を燃料電池７の車両後方に配置することで、燃料電池７の制御診断用のセンサ類を、燃料電池７の流体出入口直前に配置しつつ、電力分岐装置９から離れた配管接続部１５に配置でき、これによりセンサ類を利用して燃料電池７を最適に制御しつつ強電ハーネス１７からセンサ類の弱電信号へのノイズ混入も低減することができる。弱電信号へのノイズ混入を低減できることから、これらセンサ部位に設置するノイズキャンセル用部品が不要となり、コスト低減が可能になる。

また、燃料電池７への各流体の配管接続部１５を電力分岐装置９と反対側に配置することで、配管接続部１５における接続作業スペースを確保でき、作業性が向上する。

図２は、本発明の第２の実施形態に係わる燃料電池自動車における燃料電池システムのレイアウトを示す平面図である。

第２の実施形態は、車両の床下スペースのサブフレーム３内において、補機類５を燃料電池７の車両前方に配置し、電力分岐装置９および電力変換調整装置１１を燃料電池７の車両後方で、かつ電力分岐装置９が車幅方向右側で電力変換調整装置１１が同左側となるようこれらを車幅方向に並べて配置している。

また、燃料電池７の車幅方向右側の後端から、強電用ハーネス１７を、電力分岐装置９の電力変換調整装置１１近傍および電力変換調整装置１１へ順次接続している。この強電用ハーネス１７の電力変換調整装置１１からの引出部は、車幅方向左側の車体サイドフレーム１に沿って車体前後方向に配索する強電用ハーネス１９に接続する。

一方、車幅方向右側の車体サイドフレーム１に沿って車体前後方向に弱電用ハーネス２１を配索する。この弱電用ハーネス２１の途中には、補機類５，燃料電池７，電力分岐装置９にそれぞれ接続する弱電用ハーネス２３，２５，２７を接続する。

このような構成の第２の実施形態は、以下に示すような第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

燃料電池７から電力分岐装置９、電力分岐装置９から電力変換調整装置１１へと、燃料電池７内で燃料ガスと酸化ガスの反応によって発電した電力を伝える強電ハーネス１７を、各種補機類５に接続する弱電ハーネス２３へ接近させることなく配策できるので、強電ハーネス１７による弱電信号へのノイズを低減できる。

また、電力分岐装置９への弱電ハーネス２７と、電力分岐装置９から電力変換調整装置１１への強電ハーネス２７を車幅方向反対側へ配策しているので、燃料電池７で発電した電力を電力変換調整装置１１へ向けて取出すか否かを診断するための弱電信号に、強電ハーネス１７からのノイズが混入することを防ぐことができる。

また、補機類５と燃料電池７との各流体の配管接続部１５を電力分岐装置９および電力変換調整装置１１と反対側に設置しているので、燃料電池７の制御診断用のセンサ類を、燃料電池７の流体出入口直前に配置しつつ、電力分岐装置９から離れた配管接続部１５に配置でき、これによりセンサ類を利用して燃料電池７を最適に制御しつつ強電ハーネス１７からセンサ類の弱電信号へのノイズ混入も低減することができる。

また、燃料電池７への各流体の配管接続部１５を電力分岐装置９と反対側に配置することで、配管接続部１５における接続作業スペースを確保でき、作業性が向上する。

図３は、本発明の第３の実施形態に係わる燃料電池自動車における燃料電池システムのレイアウトを示す平面図である。

第３の実施形態は、車両の床下スペースのサブフレーム３内において、車両の左側に各種補機類５を配置し、車両の中央に燃料電池７を配置し、車両の右側に電力分岐装置９および電力変換調整装置１１を配置している。電力分岐装置９は電力変換調整装置１１の車両後方である。

また、燃料電池７の車両後方側の車幅方向右側から、強電用ハーネス１７を、電力分岐装置９および電力変換調整装置１１へ順次接続している。この強電用ハーネス１７の電力変換調整装置１１からの引出部は、第１の実施形態と同様に、車幅方向右側の車体サイドフレーム１に沿って車体前後方向に配索する強電用ハーネス１９に接続する。

一方、車幅方向左側の車体サイドフレーム１に沿って車体前後方向に弱電用ハーネス２１を配索する。この弱電用ハーネス２１の途中には、補機類５，燃料電池７，電力分岐装置９にそれぞれ接続する弱電用ハーネス２３，２５，２７を接続する。

このように構成した第３の実施形態は、第１の実施形態と同様に、燃料電池７から電力分岐装置９、電力分岐置９から電力変換調整装置１１へと、燃料電池７内で燃料ガスと酸化ガスの反応によって発電した電力を伝える強電ハーネス１７を、各種補機類５に接続する弱電ハーネス２３の弱電信号へ接近させることなく配策できるので、強電ハーネス１７による弱電信号へのノイズを低減できる。

また、電力分岐装置９への弱電ハーネス２７を車両後方から配策し、電力分岐装置９から電力変換調整装置１１への強電ハーネス１７を車両前方へ配策しているので、燃料電池７で発電した電力を電力変換調整装置１１へ向けて取出すか否かを診断するための弱電ハーネス２７に流れる弱電信号に、強電ハーネス１７からのノイズが混入することを防ぐことができる。

また、第１の実施形態と同様に、補機類５と燃料電池７との各流体の配管接続部１５を、電力分岐装置９および電力変換調整装置１１と反対側に設置しているので、
燃料電池７の制御診断用のセンサ類を、燃料電池７の流体出入口直前に配置しつつ、電力分岐装置９から離れた配管接続部１５に配置でき、これによりセンサ類を利用して燃料電池７を最適に制御しつつ強電ハーネス１７からセンサ類の弱電信号へのノイズ混入も低減することができる。

また、燃料電池７への各流体の配管接続部１５を電力分岐装置９と反対側に配置することで、配管接続部１５における接続作業スペースを確保でき、作業性が向上する。

なお、図示しないが、例えば第１，第２，第３の各実施形態において、補機類５と、電力分岐装置９および電力変換調整装置１１との搭載位置を逆にした場合も、強電ハーネス１７による弱電信号へのノイズを低減することができる。

その場合、燃料電池７と補機類５との配管接続部１５を、燃料電池７の車両後方側と補機類５の車両前方側との間とすることで、強電ハーネス１７から燃料電池７の流体出入口直前のセンサ類の弱電信号へのノイズ混入も低減できる。

ただし、この場合、第３の実施形態においては、車幅方向右側の強電ハーネス１９と同左側の弱電ハーネス２１との位置を逆にすることで、床下という限られた範囲においても、サブフレーム３内で強電ハーネス１７と弱電ハーネス２７とを互いに遠ざけた位置に配置することが可能になり、強電ハーネス１７から弱電ハーネス２７へのノイズ混入を低減できる。

また、第２，第３の各実施形態において、第１の実施形態と同様に、電力分岐装置９と電力変換調整装置１１との搭載位置を逆にした場合においても、強電ハーネス１７による弱電信号へのノイズを低減することができる。

この場合、第２の実施形態においては、車幅方向左側の強電ハーネス１９と同右側の弱電ハーネス２１との位置を逆にすることで、床下という限られた範囲においても、サブフレーム３内で強電ハーネス１７と弱電ハーネス２７とを互いに遠ざけた位置に配置することが可能になり、強電ハーネス１７から弱電ハーネス２７へのノイズ混入を低減できる。

以上、本発明においては、床下のサブフレーム３内に電力分岐装置９を最適に配置することによって、強電ハーネス１７，１９から弱電信号へのノイズ混入を低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池自動車における燃料電池システムのレイアウトを示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係わる燃料電池自動車における燃料電池システムのレイアウトを示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係わる燃料電池自動車における燃料電池システムのレイアウトを示す平面図である。

符号の説明

５ 各種補機類
７ 燃料電池
９ 電力分岐装置（電力取出し可否制御装置）
１１ 電力変換調整装置（電力供給調整装置）
１５ 配管接続部
１７，１９ 強電ハーネス（強電用電線）
２１，２３，２５，２７ 弱電ハーネス（弱電用電線）

Claims (5)

1. 燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池と、
   前記燃料電池で発生する電力の供給を受けて作動する作動装置への電力供給を調整する電力供給調整装置と、
   前記燃料電池で発生する電力の取出し可否を制御する電力取出し可否制御装置と、
   前記燃料電池の発電に際して必要な補機類とを、
   車両の床下に搭載する燃料電池自動車であって、
   前記燃料電池を、前記電力供給調整装置および前記電力取出し可否制御装置と、前記補機類との間に配置したことを特徴とする燃料電池自動車。
2. 請求項１に記載の燃料電池自動車において、
   前記補機類を前記燃料電池の車両前方に配置し、前記電力供給調整装置および前記電力取出し可否制御装置を前記燃料電池の車両後方に配置したことを特徴とする燃料電池自動車。
3. 請求項１または２に記載の燃料電池自動車において、
   前記電力取出し可否制御装置を、前記燃料電池と前記電力供給調整装置との間に配置したこと特徴とする燃料電池自動車。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池自動車において、
   前記電力取出し可否制御装置に、低圧電力に使用する弱電用電線と高圧電力に使用する強電用電線とをそれぞれ接続し、前記弱電用電線および強電用電線を、互いに車幅方向反対側に配策したことを特徴とする燃料電池自動車。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池自動車において、
   前記補機類から前記燃料電池へ供給する流体が流れる配管の、前記補機類と前記燃料電池との間の接続部を、前記電力取出し可否制御装置と反対側としたことを特徴とする燃料電池自動車。

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