JP6213331B2 - 電動車両 - Google Patents
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Description
本発明は電動車両に関する。
乗員室の車両前方に形成された収容室内に車両駆動用電気モータを収容すると共に電気モータ上方に燃料電池スタックを収容した電動車両であって、燃料電池スタックは概ね直方体形状をなすと共に高さが長さ及び幅よりも小さい扁平状をなしており、燃料電池スタックの長さ方向軸線が車両幅方向を指向しかつ燃料電池スタックの幅方向軸線が車両長さ方向を指向するように燃料電池スタックが収容室内に配置されている、電動車両が公知である(特許文献1参照)。
しかしながら、電動車両が例えばその前端において衝突することにより燃料電池スタックに車両長さ方向内向きの力が作用すると、燃料電池スタックが乗員室に向けて移動し、乗員室内に進入するおそれがある。
本発明によれば、乗員室の車両長さ方向外側に形成された収容室内に燃料電池スタックを収容した電動車両であって、燃料電池スタックは概ね直方体形状をなすと共に高さが長さ及び幅よりも小さい扁平状をなしており、燃料電池スタックの面のうち最も大きい2つの面が燃料電池スタックの頂面及び底面を構成するように燃料電池スタックが収容室内に配置されており、燃料電池スタックよりも車両長さ方向外側でかつ燃料電池スタックよりも下方に受力部材を配置し、それにより車両衝突時に車両長さ方向内向きの力が受力部材に作用にするようにし、車両衝突により受力部材に作用した車両長さ方向内向きの力があらかじめ定められた上限値よりも大きいときに該内向きの力を上向きの力に変換すると共に該上向きの力を燃料電池スタックの車両長さ方向外側底面に伝達する力伝達機構を更に備え、それにより車両衝突時に燃料電池スタックの車両長さ方向外側端部が燃料電池スタックの車両長さ方向内側端部に対し持ち上げられるようにした、電動車両が提供される。
簡単な構造でもって燃料電池スタックが乗員室内に進入するのを抑制することができる。
図1から図3を参照すると、電動車両1は乗員室2と、乗員室2の車両長さ方向外側、すなわち前側に形成された収容室3とを備える。図1に示される実施例では、収容室3はダッシュボード4により乗員室2から分離される。この収容室3、特に収容室3の底部にはケーシング内に収容された車両駆動用の電気モータ5が収容され固定される。また、電気モータ5上方の収容室3内に燃料電池スタック6が収容される。燃料電池スタック6は電気エネルギを発生し、この電気エネルギは電気モータ5に供給される。その結果、電動車両1が駆動される。また、収容室3の底部にはサスペンションメンバ7も収容される。
なお、図1及び図2において、1Fは車両外側端部すなわち前端、8はフードをそれぞれ示している。したがって、収容室3は車両前端1F、ダッシュボード4、及びフード8により画定される。また、図1及び図2において、9Sはドライブシャフト、9Wは車輪をそれぞれ示している。更に、図1から図3において、VLは車両長さ方向、VWは車両幅方向、VHは車両高さ方向をそれぞれ示している。ここで、車両長さ方向VL及び車両幅方向VWは水平方向であり、車両高さ方向VHは鉛直方向である。
燃料電池スタック6は、複数の燃料電池単セルを積層した積層体と、この積層体を収容するケーシングとから形成される。図4に示されるように、燃料電池スタック6は概ね直方体状をなしている。また、燃料電池スタック6の高さSHは燃料電池スタック6の長さSL及び幅SWよりも小さく、したがって燃料電池スタック6は扁平状をなしている。すなわち、燃料電池スタック6は、互いにほぼ平行に拡がる第1の面6a及び第2の面6bと、互いにほぼ平行に拡がる第3の面6c及び第4の面6dと、互いにほぼ平行に拡がる第5の面6e及び第6の面6fとを備える。ここで、第1の面6a及び第2の面6bはそれぞれ長さSL及び幅SWにより画定され、第3の面6c及び第4の面6dはそれぞれ燃料電池スタック6の長さSL及び高さSHにより画定され、第5の面6e及び第6の面6fはそれぞれ燃料電池スタック6の幅SW及び高さSHにより画定される。第1の面6a及び第2の面6bは燃料電池スタック6の面のうちで最も大きく、第3の面6c及び第4の面6dは第5の面6e及び第6の面6fよりも大きい。なお、燃料電池スタック6の各面6a,6b,6c,6d,6e,6fは必ずしも平坦でなく、多少の凹凸を含む場合もある。また、燃料電池単セルは燃料電池スタック6の長さ方向軸線ASL(図2,3)に沿って積層される。別の実施例では、燃料電池単セルは燃料電池スタック6の幅方向軸線ASW(図2,3)に沿って積層される。
図1から図3に示される実施例では、燃料電池スタック6の長さ方向軸線ASLが車両幅方向VWを指向しかつ燃料電池スタック6の幅方向軸線ASWが車両長さ方向VLを指向するように、燃料電池スタック6が収容室3内に配置される。この場合、燃料電池スタック6の最も大きい第1の面6a及び第2の面6bがそれぞれ燃料電池スタック6の頂面6T及び底面6Bを構成する。また、燃料電池スタック6の第3の面6c,6dがそれぞれ燃料電池スタック6の前面6F及び後面6Rを構成し、燃料電池スタック6の第5の面6e及び第6の面6fがそれぞれ燃料電池スタック6の側面6S,6Sを構成する。また、この場合、燃料電池スタック6の高さ方向軸線ASHは車両高さ方向VHを指向する。
燃料電池スタック6はスタック支持具10を介して例えば電気モータ5上に支持される。スタック支持具10は、燃料電池スタック6の車両前側端部6FEから電気モータ5まで延びる例えば一対の前側スタック支持具10Fと、燃料電池スタック6の車両後側端部6REから電気モータ5まで延びる例えば一対の後側スタック支持具10Rとを含む。この場合、前側スタック支持具10Fと燃料電池スタック6との連結強度は後側スタック支持具10Rと燃料電池スタック6との連結強度よりも小さい。言い換えると、前側スタック支持具10Fは後側スタック支持具10Rよりも燃料電池スタック6から容易に離脱する。なお、別の実施例では、燃料電池スタック6はサスペンションメンバ7(図1)上に支持される。
図1から図3に示される実施例では更に、燃料電池スタック6並びに電気モータ5及びサスペンションメンバ7よりも車両前側でかつ燃料電池スタック6よりも下方に受力部材11が配置される。受力部材11は概ね円筒状をなしており、図3に示されるように受力部材11の長さ方向軸線ARLが車両幅方向VWを指向するように配置される。
図1から図3に示される実施例では、受力部材11は電動車両1の補機から構成される。補機には、燃料電池スタック6に空気を供給するためのコンプレッサ、燃料電池スタック6に冷却水を供給する冷却水ポンプ、及び、車両1の空気調節器の冷媒を圧送するためのコンプレッサが含まれる。また、受力部材11は例えば一対の受力部材保持具12を介して電気モータ5に保持される。別の実施例では、受力部材11はサスペンションメンバ7(図1)に保持される。
この場合、受力部材11が燃料電池スタック6並びに電気モータ5及びサスペンションメンバ7よりも車両前側に配置されるので、電動車両1が前端1Fにおいて衝突したときに受力部材11に車両長さ方向VL内向き、すなわち後向きの力が作用することになる。
更に、電動車両1は、車両衝突により受力部材11に作用した車両長さ方向内向きVLの力があらかじめ定められた上限値よりも大きいときにこの内向きの力を上向きの力に変換すると共にこの上向きの力を燃料電池スタック6の底面の前側部分、すなわち前側底面6BFに伝達する力伝達機構Aを更に備える。
図1から図3に示される実施例では、力伝達機構Aは電気モータ5の前側に取り付けられた案内部材13を備える。案内部材13は例えば一対の案内レールから構成される。また、案内部材13は車両長さ方向VL内向き、すなわち後向きに向かうにつれて上向きに傾斜する傾斜部13SLPと、傾斜部13SLPの車両長さ方向VL内側、すなわち後側において車両長さ方向VLに延びる平坦部13FLとを含む。別の実施例では、案内部材13はサスペンションメンバ7(図1)の前側に取り付けられる。
更に図1から図4を参照すると、燃料電池スタック6の底面6B及び前面6Fには滑り部14が設けられる。滑り部14は燃料電池スタック6の底面6Bにおいて燃料電池スタック6の幅方向ないし車両長さ方向VLに延びている。滑り部14は例えば燃料電池スタック6のケーシングに一体的に形成された一対の凸状部から構成される。この場合、これら凸状部は燃料電池スタック6の剛性を高めるリブとしても作用する。別の実施例では、滑り部14は燃料電池スタック6と別個に形成されて燃料電池スタック6に取り付けられたレールから構成される。
さて、上述したように、電動車両1がその前端において衝突すると車両長さ方向VL内向きの力が受力部材11に作用する。言い換えると、燃料電池スタック6に車両長さ方向VL内向きの力が直接的に作用しない。その結果、燃料電池スタック6が乗員室2内に進入するのが抑制される。
図1から図4に示される実施例では、車両衝突により受力部材11に作用した車両長さ方向VL内向きの力の大きさが上述の上限値よりも大きいときには、受力部材11が受力部材保持具12から離脱する。その結果、図5に示されるように、受力部材11が車両長さ方向VL内向きに移動し、電気モータ5に取り付けられた案内部材13の傾斜部13SLPに当接する。
次いで、受力部材11は案内部材13の傾斜部13SLPにより案内され、すなわち傾斜部13SLP上を滑り、車両長さ方向VL内向きに移動しつつ上向きに移動する。次いで、受力部材11は燃料電池スタック6の前側底面6BF、特に滑り部14に当接する。その結果、燃料電池スタック6の前側底面6BFに上向きの力が作用する。言い換えると、受力部材11に作用した車両長さ方向VL内向きの力の一部が上向きの力に変換されると共にこの上向きの力が燃料電池スタック6の前側底面6BFに伝達される。
ここで、上述したように、前側スタック支持具10Fは後側スタック支持具10Rよりも燃料電池スタック6から容易に離脱する。その結果、図6に示されるように、燃料電池スタック6の前側端部6FEが燃料電池スタック6の後側端部6REに対し持ち上げられる。すなわち、燃料電池スタック6が立ち上げられる。
このように燃料電池スタック6が立ち上げられると、受力部材11が車両長さ方向VL内向き及び上向きに更に移動可能となる。次いで、受力部材11は案内部材13及び滑り部14上を滑りながら、車両長さ方向VL内向き及び上向きに更に移動する。その結果、燃料電池スタック6に車両長さ方向VL内向きの力及び上向きの力が更に伝達され、燃料電池スタック6が更に立ち上げられる。
次いで、受力部材11が案内部材13の平坦部13FLに達すると、受力部材11は平坦部13FL上を車両長さ方向VL内向きに更に移動する。したがって、燃料電池スタック6には車両長さ方向内向き、すなわち後向きの力が伝達される。その結果、燃料電池スタック6が立ち上げられた状態で後向きに更に移動される。
このように受力部材11が燃料電池スタック6を立ち上げるので、車両衝突時の車両長さ方向VL内向きの力が良好に吸収される。また、燃料電池スタック6が立ち上げられると、燃料電池スタック6の広い頂面6Tが乗員室2に対面することになる。したがって、燃料電池スタック6が立ち上げられていない場合、すなわち燃料電池スタック6の狭い後面6Rが乗員室2に対面する場合に比べて、燃料電池スタック6が乗員室2内に進入しにくくなる。すなわち、簡単な構造でもって燃料電池スタック6が乗員室2内に進入するのが抑制される。
なお、受力部材ないし受力部材11が車両長さ方向VL内向きにどこまで移動するかは車両衝突により受力部材11に作用する車両長さ方向VL内向きの力の大きさによって変動する。
また、受力部材11は車両衝突により上述の上限値よりも大きい車両長さ方向VL内向きの力が作用しても変形しない程度の剛性を有しており、燃料電池スタック6ないし滑り部14は伝達される上向きの力が作用しても変形しない程度の剛性を有している。なお、図1から図4に示される実施例では滑り部14が凸状部ないしリブから形成されるので、受力部材11が当接する燃料電池スタック6の前側底面6BFにリブ状部位14を形成しているということもできる。
図7及び図8に本発明による別の実施例を示す。
図7及び図8に示す実施例では、力伝達機構Aは受力部材11を支持する例えば一対の受力部材支持具20を備えている。この場合、受力部材支持具20の一端20aが受力部材11に連結され、受力部材支持具20の他端20bが電気モータ5に連結される。すなわち、受力部材11は受力部材支持具20を介して電気モータ5により支持される。また、受力部材支持具20は受力部材11から電気モータ5まで後向きに向かうにつれて下向きに傾斜している。別の実施例では、受力部材支持具20の他端20bはサスペンションメンバ7に連結される。
力伝達機構Aは更に、受力部材11と燃料電池スタック6の前側底面6BFとの間を延びる力伝達部材21を備える。図7及び図8に示される実施例では、力伝達部材21は例えば一対の棒状部材から構成される。力伝達部材21は受力部材11から燃料電池スタック6まで後向きに向かうにつれて上向きに傾斜している。なお、図7及び図8ではスタック支持具10の図示が省略されている。
車両衝突により受力部材11に前記上限値よりも大きい後向きの力が作用すると、受力部材支持具20がその一端20a及び他端20bにおいて屈曲ないし変形する。その結果、図9に示されるように、受力部材11が受力部材支持具20の他端20bを中心として後向きに回転する。したがって、受力部材11が後向きに移動しつつ上向きに移動する。
その結果、力伝達部材21を介して燃料電池スタック6の前側底面6BFに上向きの力が伝達される。この場合、力伝達部材21はその両端において屈曲する。したがって、燃料電池スタック6の前側端部6FEが燃料電池スタック6の後側端部6REに対し持ち上げられる。すなわち、燃料電池スタック6が立ち上げられる。
ここで、図9に示されるように、鉛直面内において受力部材支持具20と力伝達部材21との間には角度θが形成される。そうすると、図7及び図8に示される実施例では、車両衝突により前記上限値よりも大きい後向きの力が受力部材11に作用すると角度θが大きくされ、それにより燃料電池スタック6に上向きの力が伝達される、という見方もできる。
図10に本発明による更に別の実施例を示す。
図10に示される実施例は、受力部材11が受力部材支持具20の一端20aから構成される点で、図7及び図8に示される実施例と構成を異にしている。言い換えると、受力部材11と受力部材支持具20が一体的に形成される。
車両衝突により受力部材11に前記上限値よりも大きい後向きの力が作用すると、図11に示されるように、受力部材11が受力部材支持具20の他端20bを中心として後向きに回転される。したがって、受力部材11が後向きに移動されつつ上向きに移動され、力伝達部材21を介して燃料電池スタック6の前側底面6BFに上向きの力が伝達される。このようにして、燃料電池スタック6の前側端部6FEが燃料電池スタック6の後側端部6REに対し持ち上げられる。
図12に本発明による更に別の実施例を示す。
図12に示される実施例は、力伝達部材21が設けられない点、及び、燃料電池スタック6に図1から図4に示されるような滑り部14が設けられる点で、図7及び図8に示される実施例と構成を異にしている。
車両衝突により受力部材11に前記上限値よりも大きい後向きの力が作用すると、受力部材支持具20がその一端20a及び他端20bにおいて屈曲する。その結果、図13に示されるように、受力部材11が受力部材支持具20の他端20bを中心として後向きに回転する。したがって、受力部材11が後向きに移動しつつ上向きに移動する。
次いで、受力部材11が燃料電池スタック6の前側底面6BFに当接する。その結果、燃料電池スタック6の前側底面6BFに上向きの力が作用し、したがって上向きの力が燃料電池スタック6の前側底面6BFに伝達される。次いで、受力部材11は滑り部14上を滑りながら車両長さ方向VL内向き及び上向きに更に移動する。その結果、燃料電池スタック6が立ち上げられる。
これまで述べてきた実施例では、収容室3が乗員室2の前側に形成される。別の実施例では、収容室3が乗員室2の後側に形成され、この収容室3内に燃料電池スタック6が収容される。この場合、力伝達機構Aは、車両衝突により受力部材11に作用した前向きの力が上限値よりも大きいときにこの前向きの力を上向きの力に変換すると共に、上向きの力を燃料電池スタック6の後側底面に伝達する。その結果、車両衝突時に燃料電池スタック6の後側端部6REが燃料電池スタック6の前側端部6FEに対し持ち上げられる。
これまで述べてきた各実施例では、燃料電池スタック6の長さ方向軸線ASLが車両幅方向VWを指向しかつ燃料電池スタック6の幅方向軸線ASWが車両長さ方向VLを指向するように、燃料電池スタック6が収容室3内に配置される。図14に示される実施例では、燃料電池スタック6の長さ方向軸線ASLが車両長さ方向VLを指向しかつ燃料電池スタック6の幅方向軸線ASWが車両幅方向VWを指向するように、燃料電池スタック6が収容室3内に配置される。この場合、燃料電池スタック6の第5の面6e及び第6の面6fがそれぞれ燃料電池スタック6の前面6F及び後面6Rを構成し、燃料電池スタック6の第3の面6c及び第4の面6dがそれぞれ燃料電池スタック6の側面6S,6Sを構成する。更に別の実施例では、平面視において、燃料電池スタック6の長さ方向軸線ASL及び幅方向軸線ASLが車両長さ方向VL及び車両幅方向VWに対し傾斜するように、燃料電池スタック6が配置される。
また、これまで述べてきた各実施例では、燃料電池スタック6の長さ方向軸線ASL又は幅方向軸線ASLが車両長さ方向VLを指向するように燃料電池スタック6が配置される。すなわち、燃料電池スタック6の車両長さ方向外側端部6FE及び車両長さ方向内側端部6FRがほぼ同じ高さ位置になるように燃料電池スタック6が配置される。図15に示される実施例では、燃料電池スタック6の長さ方向軸線ASL又は幅方向軸線ASLが車両長さ方向VLに対し、車両長さ方向外向きに向かうにつれて上向きに傾斜するように、燃料電池スタック6が配置される。すなわち、燃料電池スタック6の車両長さ方向外側端部6FEが車両長さ方向内側端部6FRよりも高くなるように燃料電池スタック6が配置される。このようにすると、車両衝突時に燃料電池スタック6が確実に立ち上げられる。
これまで述べてきた各実施例を包含するように表現すると、燃料電池スタック6の面のうち最も大きい2つの面6a,6bが燃料電池スタック6の頂面6T及び底面6Bを構成するように燃料電池スタック6が収容室3内に配置されるということになる。
1 電動車両
2 乗員室
3 収容室
5 電気モータ
6 燃料電池スタック
7 サスペンションメンバ
11 受力部材
13 案内部材
2 乗員室
3 収容室
5 電気モータ
6 燃料電池スタック
7 サスペンションメンバ
11 受力部材
13 案内部材
Claims (9)
- 乗員室の車両長さ方向外側に形成された収容室内に燃料電池スタックを収容した電動車両であって、燃料電池スタックは概ね直方体形状をなすと共に高さが長さ及び幅よりも小さい扁平状をなしており、燃料電池スタックの面のうち最も大きい2つの面が燃料電池スタックの頂面及び底面を構成するように燃料電池スタックが収容室内に配置されており、燃料電池スタックよりも車両長さ方向外側でかつ燃料電池スタックよりも下方に受力部材を配置し、それにより車両衝突時に車両長さ方向内向きの力が受力部材に作用にするようにし、車両衝突により受力部材に作用した車両長さ方向内向きの力があらかじめ定められた上限値よりも大きいときに該内向きの力を上向きの力に変換すると共に該上向きの力を燃料電池スタックの車両長さ方向外側底面に伝達する力伝達機構を更に備え、それにより車両衝突時に燃料電池スタックの車両長さ方向外側端部が燃料電池スタックの車両長さ方向内側端部に対し持ち上げられるようにした、電動車両。
- 前記収容室内の前記燃料電池スタック下方に車両駆動用電気モータ又はサスペンションメンバが収容されており、前記受力部材は該電気モータ又はサスペンションメンバよりも車両長さ方向外側に配置されており、前記力伝達機構が電気モータ又はサスペンションメンバに取り付けられた案内部材を備え、該案内部材は車両長さ方向内向きに向かうにつれて上向きに傾斜しており、車両衝突により前記受力部材に前記上限値よりも大きい車両長さ方向内向きの力が作用したときに、受力部材が案内部材により案内されつつ上向きに移動して前記燃料電池スタックの車両長さ方向外側底面に当接し、それにより燃料電池スタックに上向きの力が伝達されるようにした、請求項1に記載の電動車両。
- 前記収容室内の前記燃料電池スタック下方に車両駆動用電気モータ又はサスペンションメンバが収容されており、前記受力部材は該電気モータ又はサスペンションメンバよりも車両長さ方向外側に配置されており、前記力伝達機構が受力部材を支持する受力部材支持具を備え、該受力部材支持具の一端が受力部材に連結されると共に受力部材支持具の他端が電気モータ又はサスペンションメンバに連結され、該受力部材支持具は受力部材から電気モータ又はサスペンションメンバまで車両長さ方向内向きに向かうにつれて下向きに傾斜しており、車両衝突により受力部材に前記上限値よりも大きい車両長さ方向内向きの力が作用したときに、受力部材が受力部材支持具の前記他端を中心として車両長さ方向内向きに回転され、それにより受力部材が上向きに移動されるようにした、請求項1に記載の電動車両。
- 前記力伝達機構が前記受力部材と前記燃料電池スタックの車両長さ方向外側底面との間を延びる力伝達部材を備え、該力伝達部材は受力部材から燃料電池スタックまで車両長さ方向内向きに向かうにつれて上向きに傾斜しており、車両衝突により受力部材が上向きに移動されるときに該力伝達部材を介して燃料電池スタックの車両長さ方向外側底面に上向きの力が伝達されるようにした、請求項3に記載の電動車両。
- 車両衝突により前記受力部材が上向きに移動されたときに前記受力部材が前記燃料電池スタックの車両長さ方向外側底面に当接し、それにより燃料電池スタックに上向きの力が伝達されるようにした、請求項3に記載の電動車両。
- 前記受力部材が前記電動車両の補機から構成される、請求項1から5までのいずれか一項に記載の電動車両。
- 前記補機が、燃料電池スタックに空気を供給するためのコンプレッサ、燃料電池スタックに冷却水を供給する冷却水ポンプ、及び、車両の空気調節器の冷媒を圧送するためのコンプレッサを含む、請求項6に記載の電動車両。
- 前記受力部材が前記受力部材支持具の前記一端から構成される、請求項3又は4に記載の電動車両。
- 前記受力部材が当接する前記燃料電池スタックの車両長さ方向外側底面にリブ状部位を形成した、請求項2又は5に記載の電動車両。
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