JP5527057B2 - 燃料電池の搭載構造 - Google Patents
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Description
車両に燃料電池を搭載するための構造であって
第1および第2のエンドプレートと、前記第1および第2のエンドプレートに挟まれ2列に配された複数の発電セルと、を有する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに流通させる冷却液を保持するリザーブタンクと、
前記燃料電池スタックが生成した電力を制御するための制御回路と、を備え、
前記燃料電池スタックは、
前記複数の発電セルのうち発電時の電位がもっとも高い電極を有する発電セルと、前記複数の発電セルのうち発電時の電位がもっとも低い電極を有する発電セルと、を前記第2のエンドプレート側の前記列の端に備え、
前記第1のエンドプレートが前記第2のエンドプレートよりも低い位置であって、かつ前記車両の進行方向の後方に位置するように、配されており、
前記制御回路は、前記燃料電池スタックの上方であって、かつ、前記第1のエンドプレートよりも前記第2のエンドプレートに近い位置に配され
前記リザーブタンクは、前記燃料電池スタックの上方であって、かつ、前記第2のエンドプレートよりも前記第1のエンドプレートに近い位置に配されている、構造。
適用例1の構造であって、
前記制御回路は、前記第1のエンドプレートおよび前記第2のエンドプレートに対して固定されており、
前記制御回路と前記第1のエンドプレートは、前記制御回路と前記第2のエンドプレートとの固定の強度よりも弱い強度で、固定されている、構造。
適用例2の構造であって、さらに、
防水のためカバーであって、前記制御回路と前記第1のエンドプレートを固定する固定部のうち、他の部分に比べて固定が解除されやすく設けられた部分を少なくとも覆う、カバーを備える、構造。
適用例2または3の構造であって、さらに、
前記燃料電池スタックが生成する電力によって駆動されるモータを備え、
前記モータは、前記第1と第2のエンドプレートに固定されている、構造。
所定の対象に燃料電池を搭載するための構造であって
両端に第1と第2のエンドプレートを有する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックが生成する電力によって駆動され、前記燃料電池スタックに対して固定されているモータと、
前記モータの出力軸に接続され、前記モータの両側に伸びるドライブシャフトと、を備え、
前記燃料電池スタックは、前記第1のエンドプレートに、前記ドライブシャフトを支持する支持部を備え、
前記ドライブシャフトは、前記支持部と、前記モータと、によって支持される、構造。
適用例5の構造であって、
前記所定の対象は車両であり、
前記燃料電池スタックは、
前記第1および第2のエンドプレートが前記ドライブシャフトよりも上に位置するように配され、さらに、
前記第1のエンドプレートが、前記第2のエンドプレートよりも低い位置であって、かつ前記車両の進行方向の後方に位置するように、配される、構造。
適用例5または6の構造であって、
前記燃料電池スタックと前記モータは、前記所定の対象に対して、前記第1のエンドプレートにおいて固定されている、構造。
適用例5ないし7のいずれかの構造であって、
前記モータは、前記第1と第2のエンドプレートに固定されている、構造。
適用例6、適用例6を限定した適用例7、または適用例6もしくは7を限定した適用例8の構造であって、さらに、
前記燃料電池スタックが生成した電力を制御するための制御回路を備え、
前記燃料電池スタックは、
前記第1および第2のエンドプレートに挟まれ、2列に配された複数の発電セルを備え、
前記複数の発電セルのうち発電時の電位がもっとも高い電極を有する発電セルと、前記複数の発電セルのうち発電時の電位がもっとも低い電極を有する発電セルと、を前記第2のエンドプレート側の前記列の端に備え、
前記制御回路は、前記燃料電池スタックの上方であって、かつ、前記第1のエンドプレートよりも前記第2のエンドプレートに近い位置に配されている、構造。
適用例6、適用例6を限定した適用例7、適用例6もしくは7を限定した適用例8、または適用例9の構造であって、さらに、
前記燃料電池スタックに流通させる冷却液を冷却するためのラジエータと、
前記ラジエータに風を送るラジエータファンを回転させるためのラジエータファンモータと、を備え、
前記ラジエータファンモータは、前記車両の進行方向について投影したときに前記第2のエンドプレートと重なる位置であって、前記車両の進行方向について前記第2のエンドプレートより前方の位置に設けられている、構造。
適用例6、適用例6を限定した適用例7、適用例6もしくは7を限定した適用例8、または適用例9の構造であって、
前記第2のエンドプレートは、前記車両の進行方向について投影したときに、前記車両が備えるバンパービームと少なくとも一部が重なる位置に設けられる、構造。
車両に燃料電池を搭載するための構造であって
両端に第1と第2のエンドプレートを有する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給するための燃料ガスポンプと、
前記燃料電池スタックに冷却液を流通させるための冷却液ポンプと、
前記冷却液中のイオンを除去するためのイオン交換器と、を備え、
前記燃料電池スタックは、前記第1のエンドプレートが前記第2のエンドプレートよりも前記車両の進行方向の後方に位置するように、配され、
前記燃料ガスポンプと、前記冷却液ポンプと、前記イオン交換器とは、前記第1のエンドプレートの後方に配され、
前記イオン交換器は、前記車両の進行方向について、前記燃料ガスポンプと前記冷却液ポンプとの少なくとも一方が存在する範囲内に含まれるように配される、構造。
A.第1実施例:
図1は、燃料電池を備える駆動システムを車両に取りつけるための構造を示す概要図である。この駆動システムは、燃料電池スタック100と、モータユニット200と、ドライブシャフト300と、制御回路ユニット400と、リザーバタンク500と、ラジエータ600と、ラジエータファンユニット700と、を備える。また、図1には、バンパービーム800も示されている。このバンパービーム800は、駆動システムの構成要素ではない。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
上記実施例においては、燃料電池スタック100は、2列に配された複数の発電セル130を有する。しかし、燃料電池スタックは、3以上の列状に配された複数の発電セルを備える態様とすることもできる。ただし、燃料電池スタックは、偶数本の列を構成するように配された複数の発電セルを備えることが好ましい。そのような態様とすれば、最も電位が高い電極と最も電位が低い電極とを、各列の同じ側の端に配することができる。
上記実施例においては、燃料電池スタック100は、モータユニット200に対して6点F11〜F13,F21〜F23で固定されている。しかし、モータとエンドプレートとの固定の態様はこれに限られない。たとえば、モータと燃料電池スタックは、1箇所、2箇所または4箇所以上で固定されることもできる。ただし、モータと燃料電池スタックは、3箇所以上で固定されることが好ましい。そのような態様とすれば、3軸方向の変位および回転に関して、相対変位しにくいように、モータと燃料電池スタックとを固定することができる。
上記実施例においては、モータユニット200は、第1のエンドプレート110に対して3箇所の部位F11,F12,F13で固定されている。また、モータユニット200は、第2のエンドプレート120に対して3箇所の部位F21,F22,F23で固定されている。しかし、モータとエンドプレートとの固定の態様はこれに限られない。
上記実施例においては、3個の構成要素、すなわち、エンドプレート110,120およびモータユニット200(特に第1のエンドプレート110)を介して、駆動システムがボディに取りつけられている。しかし、燃料電池を備える駆動システムは、他の態様でボディに取りつけられることもできる。たとえば、駆動システムは、燃料電池の二つのエンドプレートおよびモータのうちの任意の1または2の要素を介して、ボディに取りつけられることができる。そのような態様においても、本来的な機能上の要請から強固に設けられる構成要素を介して駆動システムがボディに取りつけられる。このため、駆動システムを車両のボディに対して強固かつ高精度に取りつけつつ、全体として駆動システムを軽量化できる。
上記実施例においては、燃料電池スタック100と、モータユニット200と、ドライブシャフト300と、制御回路ユニット400と、リザーバタンク500とは、発電セル130の積層方向Dsが水平面に対してθだけ傾いた向きとなる姿勢で、車両のボディに対して固定される。このθは、0より大きく90度より小さいことが好ましく、0より大きく60度より小さいことがより好ましい。そして、0より大きく30度より小さいことがさらに好ましい。
上記実施例においては、燃料電池スタック100において、発電セル130を貫通する燃料ガス流路、酸化ガス流路、および冷却液流路は、積層方向Dsに沿って設けられている部分を有する。しかし、燃料電池スタック内の燃料ガス流路、酸化ガス流路、および冷却液流路は、他の方向に設けられることもできる。それらの流路が、発電セルの積層方向Dsと車両の左右方向L,Rとで張られる面内に含まれる方向に沿って伸びる流路部分を含む場合には、燃料電池スタック100を水平方向に対して傾けて配することで、流路内の液体の効率的な排出を行うことができる。
上記実施例においては、イオン交換器630は、車両の進行方向Dtに投影したときに、燃料電池スタック100の第1のエンドプレート110と投影面積の半分以上が重なる位置に配される。また、イオン交換器630は、車両の進行方向Dtに沿ってみたときに、水素ポンプ610と冷却液ポンプ620が存在する範囲Rps内に配されている。そして、イオン交換器630は、車両の左右方向L,Rに沿ってみたときに、水素ポンプ610と冷却液ポンプ620が存在する範囲内に配されている。すなわち、イオン交換器630は、第1のエンドプレート110と水素ポンプ610と冷却液ポンプ620とによって囲まれている。しかし、イオン交換器630は、他の態様で配されることもできる。
上記実施例においては、車両に燃料電池を搭載する構造について説明した。しかし、本願発明は、建造物や地面など、他の対象に燃料電池を搭載する構造に適用することもできる。すなわち、本発明の少なくとも一部の態様は、据え置き型の原動機に適用することもできる。
上記実施例では、制御回路ユニット400は、第1のエンドプレート110に対して、切り欠き465,466を有する固定具463,464で、固定されている(図3参照)。そして、固定具463,464は、外力が加わった際に、切り欠き465,466の部位で破壊されるように、設けられている。しかし、制御回路ユニット400を第1のエンドプレート110に固定する方法は、このような態様に限られない。
固定具463,464のうち、切り欠き465,466が設けられている部分、および第1のエンドプレート110との接続部分は、防水カバー470で覆われている(図3参照)。しかし、防水カバーは、制御回路ユニット400と第1のエンドプレート110との接続部分と、制御回路ユニット400全体と、を覆うように設けるなど、他の態様で設けることもできる。
上記実施例においては、エンドプレート110,120は、ともにモータユニット200に固定されている。しかし、エンドプレート110,120は、少なくとも一方がモータユニット200に固定されない態様とすることもできる。ただし、エンドプレート110,120は、燃料電池スタック100よりも変形しにくい部材に対してともに固定されていることが好ましい。そのような態様においては、制御回路ユニット400は、二つのエンドプレート110,120に固定されていても、エンドプレート110,120の相対変位によって破壊されにくい。
以上では、本願発明をその好ましい例示的な実施例を参照して詳細に説明した。しかし、本願発明は、以上で説明した実施例や構成に限定されるものではない。そして、本願発明は、様々な変形や均等な構成を含むものである。さらに、開示された発明の様々な要素は、様々な組み合わせおよび構成で開示されたが、それらは例示的な物であり、各要素はより多くてもよく、また少なくてもよい。そして、要素は一つであってもよい。それらの態様は本願発明の範囲に含まれるものである。
110…第1のエンドプレート
112…支持部
114…メインベアリング
120…第2のエンドプレート
130…発電セル
131…発電時において最も電位が高い電極を有する発電セル
132…発電時において最も電位が低い電極を有する発電セル
133,134…発電セル
140…防水カバー
200…モータユニット
210…駆動モータ
220…変速機
300…ドライブシャフト
310,320…延長シャフト
400…制御回路ユニット
410…ダイオード
451,452…バスバー
461,462…固定具
463,464…固定具
470…防水カバー
500…リザーバタンク
510…供給口
600…ラジエータ
610…水素ポンプ
612…分配管
620…冷却液ポンプ
630…イオン交換器
700…ラジエータファンユニット
710…ファン
720…ファンモータ
800…バンパービーム
900…ステアリング機構
910…ステアリングホイール
920…ステアリングシャフト
930…ステアリングリンク
Ac1…衝突時のファンモータ720の移動方向を示す矢印
Ac2…衝突時のバンパービーム800の移動方向を示す矢印
C…車両の左右方向の中央
Ds…発電セル130の積層方向
Dt…車両の進行方向
F11,F12,F13…モータユニット200が第1のエンドプレート110に固定されている部位
F21…モータユニット200が第2のエンドプレート120に固定されている部位
L…進行方向に向かって左方向
M1〜M5…マウント
R…進行方向に向かって右方向
Rps…車両の進行方向Dtに沿ってみたときに水素ポンプ610と冷却液ポンプ620が存在する範囲
U…鉛直方向
Claims (4)
- 車両に燃料電池を搭載するための構造であって
第1および第2のエンドプレートと、前記第1および第2のエンドプレートに挟まれ2列に配された複数の発電セルと、を有する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに流通させる冷却液を保持するリザーブタンクと、
前記燃料電池スタックが生成した電力を制御するための制御回路と、を備え、
前記燃料電池スタックは、
前記複数の発電セルのうち発電時の電位がもっとも高い電極を有する発電セルと、前記複数の発電セルのうち発電時の電位がもっとも低い電極を有する発電セルと、を前記第2のエンドプレート側の前記列の端に備え、
前記第1のエンドプレートが前記第2のエンドプレートよりも低い位置であって、かつ前記車両の進行方向の後方に位置するように、配されており、
前記制御回路は、前記燃料電池スタックの上方であって、かつ、前記第1のエンドプレートよりも前記第2のエンドプレートに近い位置に配され
前記リザーブタンクは、前記燃料電池スタックの上方であって、かつ、前記第2のエンドプレートよりも前記第1のエンドプレートに近い位置に配されている、構造。 - 請求項1記載の構造であって、
前記制御回路は、前記第1のエンドプレートおよび前記第2のエンドプレートに対して固定されており、
前記制御回路と前記第1のエンドプレートは、前記制御回路と前記第2のエンドプレートとの固定の強度よりも弱い強度で、固定されている、構造。 - 請求項2記載の構造であって、さらに、
防水のためカバーであって、前記制御回路と前記第1のエンドプレートを固定する固定部のうち、他の部分に比べて固定が解除されやすく設けられた部分を少なくとも覆う、カバーを備える、構造。 - 請求項2または3記載の構造であって、さらに、
前記燃料電池スタックが生成する電力によって駆動されるモータを備え、
前記モータは、前記第1と第2のエンドプレートに固定されている、構造。
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