JP2020063011A

JP2020063011A - 燃料電池車の冷却構造

Info

Publication number: JP2020063011A
Application number: JP2018197551A
Authority: JP
Inventors: 高基中川; Takaki Nakagawa; 元哉坂部; Motochika Sakabe
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-10-19
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2020-04-23

Abstract

【課題】燃料電池車の熱交換器において冷却効率の向上を図る。【解決手段】燃料電池車の車両１２には、車両前方から順にコンデンサ３２、ＥＶラジエータ３４及びＦＣラジエータ３６が並んで配置されている。燃料電池車の冷却構造１０は、車両前方側のコンデンサ３２及びＥＶラジエータ３４を迂回し、かつ最も車両後方側のＦＣラジエータ３６に対して冷却風を導入するバイパス路２０を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池車において熱交換器を冷却する構造に関する。

特許文献１には、燃料電池車に設けられ、燃料電池を冷却するためのラジエータと、強電系を冷却するためのラジエータと、エアコン用のコンデンサとが車両前方から並べて配置された燃料電池システムが開示されている。

特開２００４−２５９４７２号公報

上記燃料電池システムでは、最後方に配置されたラジエータには、前方のラジエータ及びコンデンサを経由した冷却風が導入される。そのため、最後方に配置されたラジエータは、車両前方側のラジエータ及びコンデンサによる通風抵抗が大きいため、効果的に冷却することが困難である。

本発明は、上記問題点に鑑み、燃料電池車の熱交換器において冷却効率の向上を図ることができる冷却構造を提供することを目的とする。

請求項１の燃料電池車の冷却構造は、燃料電池を冷却するための第一の熱交換器と、車両前後方向に対して前記第一の熱交換器と並べて配置され、駆動系装置を冷却するための第二の熱交換器と、車両前後方向に対して前記第一の熱交換器及び前記第二の熱交換器と並べて配置され、空調機の冷媒を冷却するための第三の熱交換器と、車両前方側の２つの前記熱交換器を迂回し、かつ最も車両後方側の前記熱交換器に対して冷却風を導入する導風路と、を備えている。

請求項１の燃料電池車の冷却構造は、最も車両後方に配置した熱交換器に対して導風路を介した冷却風を導入することができる。この冷却風は前方の２つの熱交換器を経由しないため、当該冷却構造によれば、最も車両後方にある熱交換器に導入される冷却風の温度を低減することができ、かつ通風抵抗が低減される。したがって、請求項１の燃料電池車の冷却構造によれば、燃料電池車の熱交換器において冷却効率の向上を図ることができる。

本発明によれば、燃料電池車の熱交換器において冷却効率の向上を図ることができる。

実施形態に係る燃料電池車の冷却構造を示す側方断面図である。実施形態に係る燃料電池車の冷却構造の要部を示す図１の拡大断面図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係る燃料電池車の冷却構造について説明する。なお、各図において矢印ＦＲは車両前方側を示しており、矢印ＵＰはシート上方側を示している。

（構成）
図１に、本実施形態に係る燃料電池車の冷却構造（以下、単に「冷却構造」とする）１０を示す。図１に示されるように、冷却構造１０は車両１２のパワーユニットルーム５０の内部に備えられている。本実施形態の車両１２は、燃料電池車であって、パワーユニットルーム５０には、燃料電池スタック、インバータ及びコンバータ等が収容されている。また、パワーユニットルーム５０の車両前方側には、３つの熱交換器３０が収容されている。

本実施形態の熱交換器３０は、空調機としてのエアコンの冷媒を冷却するコンデンサ３２と、駆動系装置としてのインバータやモータを冷却するＥＶラジエータ３４と、燃料電池スタックを冷却するＦＣラジエータ３６と、を含んでいる。本実施形態では、熱交換器３０が、車両前方からコンデンサ３２、ＥＶラジエータ３４、ＦＣラジエータ３６の順に並んだ状態で配置されている。コンデンサ３２では、冷却風と冷媒であるエアコンガスとの間で熱交換が行われる。ＥＶラジエータ３４及びＦＣラジエータ３６では、それぞれ冷却風と冷媒である冷却液との間で熱交換が行われる。ここで、ＦＣラジエータ３６は第一の熱交換器に、ＥＶラジエータ３４は第二の熱交換器に、コンデンサ３２は第三の熱交換器にそれぞれ相当する。

パワーユニットルーム５０において、コンデンサ３２の車両前方側には、車幅方向に延在するラジエータサポートアッパ２６及びラジエータサポートクロス２８が配置されている。車両上方側のラジエータサポートアッパ２６は、車両上方側に凸となるハット状に形成されている。また、車両下方側のラジエータサポートクロス２８は、車両前方側に凸となるハット状に形成されている。

本実施形態では、各熱交換器３０を固定したサイドブラケット（図示省略）がラジエータサポートアッパ２６及びラジエータサポートクロス２８に対して固定されることで、各熱交換器３０が車両（車体）１２に対して支持されている。

図２に示されるように、ラジエータサポートアッパ２６の車両上方側にはラジエータサポートカバー２４が接続されている。ラジエータサポートアッパ２６は、例えば、ボルト２１Ａ及びナット２１Ｂによりラジエータサポートアッパ２６の上面に固定されている。ラジエータサポートカバー２４は、側面視において、ラジエータサポートアッパ２６から車両後方に延びた後、ＥＶラジエータ３４の車両後方側の端部に向けて斜め下方に延びている。

また、本実施形態では、ラジエータサポートカバー２４に沿ってバイパスダクト２５が設けられている。バイパスダクト２５は、例えば、ボルト２２Ａ及びナット２２Ｂによりボンネット５４の下面に固定されている。なお、バイパスダクト２５は、ラジエータサポートカバー２４に対して固定してもよい。バイパスダクト２５は、側面視において、車両前方からラジエータサポートカバー２４に沿って車両後方に延びた後、ＦＣラジエータ３６のアッパータンク３６Ａにおける車両前方側の端部に向けて車両下方側に湾曲しながら延びている。

以上、本実施形態ではラジエータサポートカバー２４とバイパスダクト２５とで挟まれた空間が導風路であるバイパス路２０として形成されている。なお、バイパスダクト２５は、車幅方向両側においてラジエータサポートカバー２４に向けて車両下方に延びる壁部（図示省略）を設けるとよい。

図１に示されるように、車両１２の前面には、車外５２とパワーユニットルーム５０とを連通する開口部として複数の導入口４０が設けられている。導入口４０は、ボンネット５４とバンパ５６との間に設けられた上部導入口４２と、バンパ５６の車両上下方向の略中央に設けられた下部導入口４４と、を含んでいる。

（作用）
本実施形態の冷却構造１０によれば、以下の作用を有する。

車両１２の走行により又はＦＣラジエータ３６の車両後方側に設けられたファン（図示省略）が回転することにより、車両１２では車両前方からパワーユニットルーム５０の内部に向けて外気が導入される。上部導入口４２及び下部導入口４４から導入された外気の多くは冷却風としてコンデンサ３２、ＥＶラジエータ３４、ＦＣラジエータ３６の順に導入される（図２矢印Ａ参照）。

ここで、燃料電池車ではエンジン車と比較して排気ガスによる放熱が少なく、代わりに冷却水による放熱負荷が大きいため、次のような課題がある。すなわち、エンジン車は２つの熱交換器(コンデンサ、エンジンラジエータ)で足りるのに対し、燃料電池車では、インバータ及びモータ等の冷却が必要なため、３つの熱交換器(コンデンサ、ＥＶラジエータ、ＦＣラジエータ)が必要となる。このように、燃料電池車では、熱交換器の数が多い上に、車両の搭載スペースから各熱交換器が車両前後方向に並んで配置されるため通風抵抗が大きくなる。そのため、最も車両後方側に設けられたＦＣラジエータを通過する風量が少なく、ＦＣラジエータの放熱量が不足するという問題点がある。

そこで、本実施形態では、ラジエータサポートカバー２４及びバイパスダクト２５によりバイパス路２０を形成した。これにより、上部導入口４２から導入された外気の一部がコンデンサ３２及びＥＶラジエータ３４を迂回して、ＦＣラジエータ３６に導入される（図２矢印Ｂ参照）。

なお、ＦＣラジエータ３６と、コンデンサ３２及びＥＶラジエータ３４とでは放熱負荷が厳しくなる条件が異なる。例えば、ＦＣラジエータ３６が最も厳しい条件の場合には、コンデンサ３２及びＥＶラジエータ３４の放熱負荷には余裕がある。そのため、バイパス路２０によりコンデンサ３２及びＥＶラジエータ３４に導入される冷却風が減少しても、コンデンサ３２及びＥＶラジエータ３４の冷却性能への影響は少ない。

本実施形態では、放熱負荷が厳しいＦＣラジエータ３６に対して、バイパス路２０から外気を直接冷却風として導入することで、コンデンサ３２及びＥＶラジエータ３４を経由した冷却風を導入する場合と比べて冷却風の温度を低減することができる。また、冷却風の全てを各熱交換器３０に対して順に通過する場合と比べて、通風抵抗を低減させることができる。その結果、ＦＣラジエータ３６に導入される冷却風の風量が増加する。

以上、本実施形態の冷却構造１０によれば、ＦＣラジエータ３６に導入される冷却風の温度の低減と風量の増加により、燃料電池車の熱交換器３０における冷却効率の向上を図ることができる。

（備考）
なお、本実施形態の変形例として、バイパス路２０に対して開閉可能な弁を設けてもよい。ＦＣラジエータ３６の放熱負荷が厳しい場合には弁を開いてバイパス路２０からコンデンサ３２及びＥＶラジエータ３４を迂回した外気を導入し、コンデンサ３２及びＥＶラジエータ３４の放熱負荷が厳しい場合には弁を閉じてバイパス路２０に向かう外気をコンデンサ３２側に導入させることができる。本変形例によれば、熱交換器３０における冷却機能の効率化を図ることができる。

１０燃料電池車の冷却構造
１２車両（車体）
２０バイパス路
３０熱交換器
３２コンデンサ（第三の熱交換器）
３４ＥＶラジエータ（第二の熱交換器）
３６ＦＣラジエータ（第一の熱交換器）

Claims

燃料電池を冷却するための第一の熱交換器と、
車両前後方向に対して前記第一の熱交換器と並べて配置され、駆動系装置を冷却するための第二の熱交換器と、
車両前後方向に対して前記第一の熱交換器及び前記第二の熱交換器と並べて配置され、空調機の冷媒を冷却するための第三の熱交換器と、
車両前方側の２つの前記熱交換器を迂回し、かつ最も車両後方側の前記熱交換器に対して冷却風を導入する導風路と、
を備えた燃料電池車の冷却構造。