JP4265367B2

JP4265367B2 - 車両用燃料電池システム

Info

Publication number: JP4265367B2
Application number: JP2003360451A
Authority: JP
Inventors: 弘斉藤; 邦弘広瀬
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2023-10-21
Also published as: JP2005130545A

Description

この発明は車両用燃料電池システムに係り、特に、車両用燃料電池システムの部品を搭載した車両のボンネットフードを低くすることができ、車両用燃料電池システムの部品の車両への搭載作業を簡素化することができる車両用燃料電池システムに関する。

燃料電池自動車等の車両においては、走行用モータを駆動する電気エネルギを車両用燃料電池システムにより発生している。車両用燃料電池システムは、燃料電池セルを多数積層した燃料電池スタックを設け、この燃料電池スタックに水素ガスを供給して電気エネルギを発生し、走行用モータを駆動して車両を走行させる。

車両用燃料電池システムは、燃料電池スタックや走行用モータ、ギヤボックス等の部品を分散して車両に搭載している。

従来の車両用燃料電池システムには、車軸を駆動するためのモータと燃料電池とパワーコントロールユニットとを車両の同一空間内に配設し、モータをサスペンションフレームに搭載し、燃料電池とパワーコントロールユニットとをサスペンションフレーム上方のフレームに搭載したものがある。
従来の車両用燃料電池システムには、燃料電池車両のフロント室に搭載される燃料電池スタックの単位燃料電池セルを、鉛直方向に向かうように積層したものがある。
従来の車両用燃料電池システムには、振動を吸収するマウントを介して車体フレームに主モータが取付けられ、この主モータに圧縮機及び圧縮機駆動モータが取付けられ、前記マウントが主モータ並びに圧縮機及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ているものがある。
特開２００２−３７０５４４号公報特開２００３−１７３７９０号公報特開２０００−３１３２３９号公報

ところで、車両用燃料電池システムにおいては、車室のスペースを広く確保するために、燃料電池スタックや走行用モータ、ギヤボックス等の部品を分散してコンパクトに搭載する必要がある。

ところが、軽自動車のように小型で前輪駆動方式の車両においては、車両前部のエンジンルームに相当するフロント室のスペースが限られているため、このフロント室に車両用燃料電池システムの燃料電池スタックや走行用モータ、インバータ等の部品を搭載することが困難な問題がある。

また、前記車両においては、限られたスペース内に車両用燃料電池システムの多くの部品を搭載することにより、搭載性の悪化が懸念される問題がある。

さらに、前記車両においては、フロント室内に多くの部品を搭載することにより、フロント室前部に配置される放熱器を通過する冷却風の抜けが悪くなり、要求される冷却性能を満足することができない不都合がある。

また、車両の前部に走行用モータやギヤボックスに加えて燃料電池スタックを搭載する場合には、走行用モータの上部に燃料電池スタックを積み重ねて配設すると、燃料電池スタックの上方を覆うボンネットフードの高さが高くなる問題があった。

さらに、燃料電池スタックを走行用モータやギヤボックスと別体で車両に搭載する場合には、車両への搭載作業が複雑化する問題があった。

この発明は、走行用モータとドライブシャフトを介して前輪を駆動するギヤボックスと燃料電池スタックとを車両の前部に搭載した車両用燃料電池システムにおいて、前記車両の幅方向に前記ギヤボックスを挟んで前記走行用モータと前記燃料電池スタックとを配設し、前記ギヤボックスと前記走行用モータと前記燃料電池スタックとを一体化したユニット体を構成して前記車両に搭載したことを特徴とする。

この発明の車両用燃料電池システムは、車両の幅方向にギヤボックスを挟んで走行用モータと燃料電池スタックとを配設したことにより、ギヤボックスを挟んで燃料電池スタックを走行用モータと同程度の低い位置に配設することができ、ユニット体の上部を覆うボンネットフードの高さを低くすることができ、また、ギヤボックスと走行用モータと燃料電池スタックとを一体化したユニット体を構成して車両に搭載したことにより、車両への搭載作業を簡素化することができる。

この発明の車両用燃料電池システムは、ギヤボックスを挟んで燃料電池スタックを走行用モータと同程度の低い位置に配設してユニット体の上部を覆うボンネットフードの高さを低くし、また、ギヤボックスと走行用モータと燃料電池スタックとを一体化して車両への搭載作業を簡素化するものである。
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図８は、この発明の実施例を示すものである。図１〜図３において、２は車両、４は車体、６・８は右側・左側前輪、１０・１２は右側・左側後輪、１４はダッシュパネル、１６はフロアパネル、１８は車室、２０はフロント室、２２はボンネットフードである。この車両２は、車体４前部のダッシュパネル１４後方に車室１８を設け、ダッシュパネル１４前方にエンジンルームに相当するフロント室２０を設けている。フロント室２０は、車体４を構成するダッシュパネル１４と右側・左側エプロンパネル２４・２６と前端部材２８とに囲まれて形成される。

この車両２には、車両用燃料電池システム３０を搭載している。車両用燃料電池システム３０は、図１に示す如く、水素タンク３２と燃料電池スタック３４と走行用モータ３６とギヤボックス３８とインバータ４０とを備えている。

前記水素タンク３２は、車両２後部に搭載され、水素を貯留している。前記燃料電池スタック３４は、車両２前部のフロント室２０に配設され、固体高分子電解質膜を挟んでアノード側電極（水素極）とカソード側電極（空気極）とを対向して配置してなる燃料電池セル（図示せず）を多数積層して構成される。燃料電池スタック３４は、水素タンク３２の供給する水素ガスに酸化ガスを反応させて電気エネルギを発生する。

前記走行用モータ３６は、フロント室２０に配設され、燃料電池スタック３４の発生する電気エネルギにより駆動される。前記ギヤボックス３８は、フロント室２０に配設され、走行用モータ３６に接続されている。ギヤボックス３８は、右側・左側ドライブシャフト４２・４４を介して右側・左側前輪６・８に連絡している。前記インバータ４０は、燃料電池スタック３４の発電電力を交流電力に変換し、走行用モータ３６に供給する。

また、車両用燃料電池システム３０は、図２に示す如く、フロント室２０に燃料電池スタック３４用の放熱器４６と走行用モータ３６用の放熱器４８とを配設している。燃料電池スタック３４用の放熱器４６は、走行用モータ３６の前側に配設されている。走行用モータ３６用の放熱器４８は、燃料電池スタック３４の前側に配設されている。

このように、車両用燃料電池システム３０は、水素ガスにより電気エネルギを発生する燃料電池スタック３４と、この燃料電池スタック３４の発生する電気エルギにより駆動される走行用モータ３６と、走行用モータ３６に接続されて右側・左側ドライブシャフト４２・４４を介して右側・左側前輪６・８を駆動するギヤボックス３８とを、車両２前部のフロント室２０に搭載している。

この車両用燃料電池システム３０は、図１に示す如く、車両２の幅方向の中央にギヤボックス３８を配設し、このギヤボックス３８を挟んで車両２の幅方向の各側に燃料電池スタック３４と走行用モータ３６とを配設し、図２に示す如く、燃料電池スタック３４と走行用モータ３６とギヤボックス３８とを一体化したユニット体５０を構成して車両２に搭載している。

燃料電池スタック３４は、図４に示す如く、下部が左側ドライブシャフト４４の前側に位置するように配設され、且つ上部が後方に傾斜した状態で車両２に搭載される。燃料電池スタック３４は、図５〜図７に示す如く、支持ブラケット５２により支持される。支持ブラケット５２は、前側ブラケット部５２−１と後側ブラケット部５２−２と右側・左側ブラケット部５２−３・５２−４と底側ブラケット部５２−５とからなり、燃料電池スタック３４の前面・後面・左右側面・底面を囲むように組付けられる。

燃料電池スタック３４の支持ブラケット５２は、右側ブラケット部５２−３をギヤボックス３８に取付けられ、左側ブラケット部５２−４を後述する左側マウント部材６８を介して左側エプロンパネル２６に取付けられる。

また、ユニット体５０には、燃料電池スタック３４の発電電力を交流電力に変換する前記インバータ４０を備えている。このインバータ４０は、図３・図８に示す如く、走行用モータ３６の上部に空間部５４を介して配設される。

インバータ４０は、図６〜図８に示す如く、左前部を左前側ブラケット５６により支持ブラケット５２の右側ブラケット部５２−３に取付けられ、左後部を左後側ブラケット５８によりギヤボックス３８に取付けられ、右前部を右前側ブラケット６０により走行用モータ３６に締結された後述する右側マウント部材６６の右側ユニット用ブラケット７２に取付けられ、右後部を右後側ブラケット６２により走行用モータ３６に取付けられる。

車両２の平面視におけるユニット体５０の前縁部には、図１に示す如く、燃料電池スタック３４を走行用モータ３６よりも前方に突出させて配置したことによって、走行用モータ３６の前側に段差部６４が形成されている。この段差部６４には、図２に示す如く、燃料電池スタック３４用の前記放熱器４６を配設している。また、この放熱器４６の車両２の幅方向において並列する位置の燃料電池スタック３４の前側には、この放熱器４６よりも小さい容量の走行用モータ３６用の前記放熱器４８を配設している。

また、ユニット体５０は、図５〜図７に示す如く、振動を吸収するマウント部材を介して複数箇所で車体４に支持されている。この実施例においては、ユニット体５０を右側マウント部材６６と左側マウント部材６８と後側マウント部材７０とにより車体４に支持している。

右側マウント部材６６は、右側ユニット用ブラケット７２により走行用モータ３６に取付けられ、右側エプロンパネル２４に取付けられた右側パネル用ブラケット７４に支持されている。左側マウント部材６８は、左側ユニット用ブラケット７６により支持ブラケット５２の左ブラケット部５２−４に取付けられ、左側エプロンパネル２６に取付けられた左側パネル用ブラケット７８に支持されている。後側マウント部材７０は、後側ユニット用ブラケット８０によりギヤボックス３８に支持され、ダッシュパネル１４下端に連続するフロアパネル１６下面に取付けられる。

マウント部材６６〜７０は、各マウント部材６６〜７０のうち少なくとも１つ、この実施例においては左側マウント部材６８を、燃料電池スタック３４をギヤボックス３８に連結して支持する支持ブラケット５２の左側ブラケット部５２−４に取付けている。これにより、ユニット体５０は、振動を吸収する各マウント部材６６〜７０を介して、車体４を構成する右側エプロンパネル２４と左側エプロンパネル２６とフロアパネル１６とに複数箇所で支持されている。

このように、この車両用燃料電池システム３０は、車両２の幅方向にギヤボックス３８を挟んで走行用モータ３６と燃料電池スタック３４とを配設したことにより、ギヤボックス３８を挟んで燃料電池スタック３４を走行用モータ３６と同程度の低い位置に配設することができ、ユニット体５０の上部を覆うボンネットフード２２の高さを低くすることができ、また、ギヤボックス３８と走行用モータ３６と燃料電池スタック３４とを一体化したユニット体５０を構成して車両２に搭載したことにより、車両２への搭載作業を簡素化することができる。

燃料電池スタック３４は、左側ドライブシャフト４４の前側に配設され、且つ上部が後方に傾斜した状態で車両２に搭載されることことにより、箱型の燃料電池スタック３４を左側ドライブシャフト４４の上方を覆うように傾斜させており、ボンネットフード２２の傾斜に沿って燃料電池スタック３４を配設することができるとともに、燃料電池スタック３４内で生成される生成水を傾斜方向に流れさせて排出を容易にすることができる。

ユニット体５０には、燃料電池スタック３４の発電電力を交流電力に変換するインバータ４０を備え、このインバータ４０は走行用モータ３６の上部に空間部５４を介して配設されることにより、ユニット体５０にインバータ４０を一体に装着して車両２への搭載性を向上させることができるとともに、インバータ４０と走行用モータ３６との間の空間部５４に車両２前方から導入される走行風を導いて、走行用モータ３６の冷却効果を向上させることができる。

車両２の平面視におけるユニット体５０の前縁部には、燃料電池スタック３４を走行用モータ３６よりも前方に突出させた段差部６４が形成され、この段差部６４に燃料電池スタック３４用の放熱器４６を配設したことにより、ユニット体５０に放熱器４６を近接して配設することができ、車両２の前後長を短縮することができる。

また、ユニット体５０は、振動を吸収するマウント部材６６〜７０を介して複数箇所で車体４に支持され、マウント部材６６〜７０のうち少なくとも１つである左側マウント部材６８を、燃料電池スタック３４をギヤボックス３８に連結して支持する支持ブラケット５２の左側ブラケット部５２−３に取付けたことにより、燃料電池スタック３４に左側マウント部材６８から過大な荷重が作用することを防止できる。

この発明の車両用燃料電池システムは、ギヤボックスを挟んで燃料電池スタックを走行用モータと同程度の低い位置に配設してユニット体の上部を覆うボンネットフードの高さを低くし、また、ギヤボックスと走行用モータと燃料電池スタックとを一体化して車両への搭載作業を簡素化するものであり、前輪駆動式の燃料電池自動車のみならず後輪駆動式の車両のレイアウトにも適用することができる。

実施例を示す車両用燃料電池システムを搭載した車両の概略平面図である。実施例を示す車両前部の拡大平面図である。実施例を示す車両前部の拡大右側面図である。実施例を示すユニット体の概略左側面図である。実施例を示す車両前部の正面図である。実施例を示すユニット体の後上方からの斜視図である。実施例を示すユニット体の正面図である。実施例を示すユニット体の右側面図である。

符号の説明

２車両
４車体
６・８右側・左側前輪
１４ダッシュパネル
１６フロアパネル
２０フロント室
２２ボンネットフード
２４・２６右側・左側エプロンパネル
３０車両用燃料電池システム
３２水素タンク
３４燃料電池スタック
３６走行用モータ
３８ギヤボックス
４０インバータ
４２・４４右側・左側ドライブシャフト
４６放熱器
５０ユニット体
５２支持ブラケット
５４空間部
６４段差部
６６右側マウント部材
６８左側マウント部材
７０後側マウント部材

Claims

走行用モータとドライブシャフトを介して前輪を駆動するギヤボックスと燃料電池スタックとを車両の前部に搭載した車両用燃料電池システムにおいて、前記車両の幅方向に前記ギヤボックスを挟んで前記走行用モータと前記燃料電池スタックとを配設し、前記ギヤボックスと前記走行用モータと前記燃料電池スタックとを一体化したユニット体を構成して前記車両に搭載したことを特徴とする車両用燃料電池システム。
前記燃料電池スタックは、前記ドライブシャフトの前側に配設され、且つ上部が後方に傾斜した状態で前記車両に搭載されることを特徴とする請求項１に記載の車両用燃料電池システム。
前記ユニット体には、前記燃料電池スタックの発電電力を交流電力に変換するインバータを備え、このインバータは前記走行用モータの上部に空間部を介して配設されることを特徴とする請求項１に記載の車両用燃料電池システム。
前記車両の平面視における前記ユニット体の前縁部には、前記燃料電池スタックを前記走行用モータよりも前方に突出させた段差部が形成され、この段差部に前記燃料電池スタック用の放熱器を配設したことを特徴とする請求項１に記載の車両用燃料電池システム。
前記ユニット体は、振動を吸収するマウント部材を介して複数箇所で車体に支持され、前記マウント部材のうち少なくとも１つを、前記燃料電池スタックを前記ギヤボックスに連結して支持する支持ブラケットに取付けたことを特徴とする請求項１に記載の車両用燃料電池システム。