JP5721010B2 - 燃料電池車両 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池の電力を変換するコンバータを車両の床下に備えた燃料電池車両に関する。

いわゆる燃料電池車両には、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の電気化学反応によって発電する燃料電池や、燃料電池の電力を変換するコンバータ等が搭載されている。燃料電池やコンバータは、燃料電池車両の床下に設けられることがある。

例えば、燃料電池スタックをセンターコンソールであるセンタートンネル内に収容し、燃料電池スタックに配管と配線によってそれぞれ接続されるヒータやＤＣ−ＤＣコンバータ等の補機をセンターフレームとサイドフレームの間に配置したものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−１５６１２号公報

しかしながら、上記のように、車両の床下にコンバータを配置すると、車両の床面の高さが高くなり、十分な車室スペースを確保するのが困難となってしまう。特に、燃料電池の高出力化に伴い、コンバータは大型化しているため、十分な車室スペースを確保しつつ、コンバータを床下へ収容することが困難となっている。

また、車両の床下にコンバータを配置する場合、車両に対する外部入力からコンバータ内部のリアクトルや制御基板等の絶縁を守るため、空間を保つべくコンバータケースの剛性を向上することが望まれている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、車両の床下にコンバータを備える燃料電池車両において、車室スペースを確保しつつ、外部入力に対するコンバータの剛性を向上することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、燃料電池の電力を変換するコンバータを車両の床下に備えた燃料電池車両であって、前記コンバータのコンバータケース内には、複数のリアクトルが配置され、前記コンバータケースの下面には、内側に凹んだリブが形成され、前記リブは、平面から見て前記リアクトルがない位置に形成され、前記コンバータケースには、車両フレームが前記リブのある位置に配置されるように前記コンバータを前記車両フレームに固定するためのマウントが設けられている燃料電池車両である。

本発明によれば、コンバータケース下面の平面から見てリアクトルがない部分にリブが形成されるので、コンバータケース内のデットスペースを利用してリブを形成し、それによってコンバータケースの剛性を上げることができる。また、リブが内側に凹むように形成されているので、その分コンバータケースをコンパクト化できる。さらに、車両フレームがリブのある位置に配置されるので、その分コンバータの高さを抑えることができる。よって、車室スペースを確保できる。

前記マウントは、前記リアクトルが配置されている領域に対応する位置に設けられていてもよい。かかる場合、重いリアクトルがある領域に対応する位置にマウントが設けられるので、重心の近くでコンバータを車両フレームに固定できる。これによって、車両の走行時の速度変化に伴いコンバータに付加される荷重によるモーメントを低減でき、例えばより軽量な車両フレームにコンバータを固定できる。よって車両を軽量化できる。

前記複数のリアクトルは、平面から見て所定の位置に間隙ができるように並べて配置され、前記コンバータケースの下面の前記間隙に対応する位置に前記リブが形成されていてもよい。

前記複数のリアクトルは、前記間隙を挟んで線対称に配置され、前記マウントが、前記間隙に対応する位置に設けられていてもよい。かかる場合、前記間隙近辺にコンバータの重心ができ、マウントが、その重心のある間隙に対応する位置に設けられるので、コンバータをより重心の近くで固定できる。よって、車両の走行時の速度変化に伴いコンバータに付加される荷重によるモーメントをさらに低減でき、例えばより軽量な車両フレームにコンバータを固定できる。よって車両を軽量化できる。

本発明によれば、車両の床下にコンバータを配置する場合において、車室スペースを確保しつつ、外部入力に対するコンバータの剛性を向上できる。

燃料電池車両に搭載される燃料電池システムの電気系の構成を示す模式図である。 燃料電池車両におけるコンバータの設置例を示す車両の断面図である。 コンバータの内部構成を示す縦断面の説明図である。 コンバータの内部構成を示す横断面の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。図１に示すように本実施の形態にかかる燃料電池車両１は、燃料電池システム１０を備えている。

燃料電池システム１０は、例えば燃料電池２０、コンバータ２１、インバータ２２、バッテリ２３、バッテリコンバータ２４、トラクションモータ２５、センサ群２６及びコントローラ２７等を備えている。

燃料電池２０は、複数のセル（発電セル）が積層されてなるセルスタック（セル積層体）を備える例えば高分子電解質形燃料電池である。燃料電池２０は、アノード電極側に燃料ガスが供給され、カソード電極側に酸化ガスが供給され、当該燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応により発電する。燃料電池２０には、セルスタックからの出力電圧を検出するための電圧センサ、および出力電流を検出するための電流センサ（いずれも図示せず）が取り付けられている。

コンバータ２１は、燃料電池２０の出力電圧を変更する。バッテリ２３は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両１の加速または減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ２３の入出力電圧は、バッテリコンバータ２４により調整される。インバータ２２は、燃料電池２０或いはバッテリ２３から出力される直流電力を三相交流電力に変換しトラクションモータ２５に出力する。

トラクションモータ２５は、燃料電池車両１の駆動源であり、また減速時には回生電力を発生させる。トラクションモータ２５による回転は、減速装置３０により所定の回転数に減速され、シャフトを介してタイヤ３１に伝達される。

コントローラ２７は、燃料電池システム１０の制御用のコンピュータシステムであり、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えている。コントローラ２７は、センサ群２６から出力される各種の信号（例えば、アクセル開度をあらわす信号や車速をあらわす信号、燃料電池２０の出力電流や出力端子電圧をあらわす信号など）に基づいて、燃料電池２０、コンバータ２１、インバータ２２などを制御して、トラクションモータ２５に所定の要求電力を供給する。

本実施の形態に係る燃料電池車両１は、例えば図２に示すように少なくともコンバータ２１を車室４０の床板４１の下に配置した構造を有している。コンバータ２１は、例えば燃料電池車両１の左右の座席４２の間に配置されたセンタートンネル５０内に配置されている。コンバータ２１は、車両１の前後方向に延びる中心線に沿って設けられている。コンバータ２１は、例えば車両１の左右方向に向かって延びる車両フレームＡに固定されている。

コンバータ２１は、上ケース７０ａと下ケース７０ｂに分割されたコンバータケース７０を備えている。コンバータケース７０内には、例えば図３に示すように下から順に、リアクトル部８０、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）８１、制御基板８２を備えている。

ＩＰＭ８１は、例えば、電力を制御するパワーＭＯＳＦＥＴや絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのパワーデバイスと、該パワーデバイスの駆動回路と、自己保護機能等を備えている。制御基板８２は、ＩＰＭ８１を制御する制御回路を備えている。

リアクトル部８０は、複数のリアクトル９０を備えている。リアクトル９０は、例えば上下２段に配置され、各段において、前後方向（車両１の前後方向と同じ）に複数、例えば４つ並べて配置されている。複数のリアクトル９０は、前方側の第１のリアクトル群９２と後方側の第２のリアクトル群９２に分かれ、第１のリアクトル群９１と第２のリアクトル群９２には、それぞれ同数のリアクトル９０が同じ形で配置されている。第１のリアクトル群９１と第２のリアクトル群９２との間には、各リアクトル群内のリアクトル同士の間隔より広い間隙Ｄが設けられている。間隙Ｄは、例えば車両フレームＡの幅と同程度かそれより広く設定されている。かかる構成により、複数のリアクトル９０は、間隙Ｄを挟んで前後に線対称に配置されている。リアクトル９０は、他の部材に比べて重量があるため、コンバータ２１の全重量に占める割合は大きい。よって、コンバータ２１の重心は、間隙Ｄ近辺にある。

コンバータケース７０の下面中央部の間隙Ｄに対応する部分には、内側（上側）に凹んだリブ（補強部）１００が形成されている。リブ１００は、図４に示すようにコンバータ２１の左右方向に沿って形成されている。

コンバータケース７０の左右方向の側面には、コンバータ２１を車両フレームＡに固定するためのマウント１０１が形成されている。マウント１０１は、コンバータケース７０の側面から外側に突出し、その中央に、車両フレームＡと締結するためのボルト孔が形成されている。コンバータ２１は、例えばマウント１０１のボルト孔を通るボルト１１０によって車両フレームＡに固定される。

マウント１０１は、平面から見てリアクトル９０のある領域Ｒに対応する位置に設けられている。マウント１０１は、領域Ｒの中央の例えば間隙Ｄの位置に設けられている。マウント１０１は、図３に示すようにコンバータ２１の下を左右方向に通る車両フレームＡが、リブ１００のある位置と対応するように、コンバータ２１を車両フレームＡに固定している。

本実施の形態によれば、コンバータケース７０の下面の平面から見てリアクトル９０がない部分にリブ１００が形成されるので、コンバータケース７０内のデットスペースを利用してリブ１００を形成し、コンバータケース７０の剛性を上げることができる。また、リブ１００が内側に凹むように形成されているので、その分コンバータケース７０をコンパクト化できる。さらに、車両フレームＡがリブ１００のある位置に配置されるので、その分コンバータ２１の高さを抑えることができる。よって、車室スペースを確保できる。

マウント１０１は、重心のあるリアクトル９０が配置されている領域Ｒに対応する位置に設けられているので、重心の近くでコンバータ２１を車両フレームＡに固定できる。これによって、車両１の走行時の速度変化に伴いコンバータ２１に付加される荷重によるモーメントを低減でき、例えばコンバータ２１をより軽量な車両フレームＡに固定できる。よって車両１を軽量化できる。

また、複数のリアクトル９０は、間隙Ｄを挟んで線対称に配置され、マウント１０１が、重心のある間隙Ｄに対応する位置に設けられているので、コンバータ２１をより重心の近くで固定できる。これによって、車両１の走行時の速度変化に伴いコンバータ２１に付加される荷重によるモーメントをさらに低減でき、例えばコンバータ２１をより軽量な車両フレームＡに固定できる。よって車両１を軽量化できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば上記実施の形態におけるコンバータ２１の構造、コンバータ２１の設置位置等はこれに限られず、コンバータが他の構造、他の配置を有する場合にも本発明は適用できる。

本発明は、車両の床下にコンバータを配置する場合において、車室スペースを確保しつつ、外部入力に対するコンバータの剛性を向上する際に有用である。

１ 燃料電池車両
１０ 燃料電池システム
２０ 燃料電池
２１ コンバータ
７０ コンバータケース
９０ リアクトル
１００ リブ
１０１ マウント
Ａ 車両フレーム

Claims (4)

1. 燃料電池の電力を変換するコンバータを車両の床下に備えた燃料電池車両であって、
   前記コンバータのコンバータケース内には、複数のリアクトルが配置され、
   前記コンバータケースの下面には、内側に凹んだリブが形成され、
   前記リブは、平面から見て前記リアクトルがない位置に形成され、
   前記コンバータケースには、車両フレームが前記リブのある位置に配置されるように前記コンバータを前記車両フレームに固定するためのマウントが設けられている、燃料電池車両。
2. 前記マウントは、前記リアクトルが配置されている領域に対応する位置に設けられている、請求項１に記載の燃料電池車両。
3. 前記複数のリアクトルは、平面から見て所定の位置に間隙ができるように並べて配置され、
   前記コンバータケースの下面の前記間隙に対応する位置に前記リブが形成されている、請求項１又は２に記載の燃料電池車両。
4. 前記複数のリアクトルは、前記間隙を挟んで線対称に配置され、
   前記マウントが、前記間隙に対応する位置に設けられている、請求項３に記載の燃料電池車両。

Images