JP7259667B2 - 燃料電池スタックの車両搭載構造及び車両搭載方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池スタックの車両搭載構造に関する。

下記特許文献１には、燃料電池を駆動モータの車両上方に搭載した車両構造が開示されている。この車両構造では、燃料電池は車両前部に設けられた左右一対のサイドメンバに跨るように搭載され、駆動モータは燃料電池と干渉しないように車両下側に配置されている。

特開２００９－１９０４３８号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、駆動モータの上端よりも車両上方側に燃料電池が配置されているため、モータルーム（パワーユニット室）全体の高さが高くなってしまう。これにより、車両の意匠の自由度に制約が生じるため、意匠性の観点で改善の余地がある。

本発明は、上記事実を考慮し、パワーユニット室の高さを抑えて車両の意匠の自由度を向上させることができる燃料電池スタックの車両搭載構造を得ることを目的とする。

第１態様に係る燃料電池スタックの車両搭載構造は、車両下側に配置された骨格部材と、車両前部又は車両後部に配置されると共に、前記骨格部材に防振部材を介して弾性的に支持された燃料電池スタックと、車両前部及び車両後部のうちの前記燃料電池スタックが配置された側に配置され、かつ前記燃料電池スタックと別体に構成されると共に、上端、下端及び高さ方向中央の少なくとも一つの高さ位置が前記燃料電池スタックの上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置されるように前記骨格部材に防振部材を介して弾性的に支持された駆動モータと、を備えている。

第１態様に係る燃料電池スタックの車両搭載構造では、車両前部又は車両後部に配置された燃料電池スタックと駆動モータとが、車両下側に配置された骨格部材に防振部材を介して弾性的に支持されている。ここで、燃料電池スタックと駆動モータとは、別体に構成されている。また、駆動モータの上端、下端及び高さ方向中央の少なくとも一つの高さ位置が燃料電池スタックの上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置される。このため、駆動モータの上端よりも車両上方に燃料電池スタックが配置される構成と比較して、パワーユニット室の高さを抑えることができる。結果として、車両の意匠の自由度を向上させることができる。なお、ここでの「高さ位置」とは、燃料電池スタックと駆動モータとが車両に搭載されているときのタイヤ接地面を基準とした高さ方向の位置を意味する。

第２態様に係る燃料電池スタックの車両搭載構造は、第１態様において、前記骨格部材は、車両前後方向に延在する左右一対の下側サイドメンバと、前記一対の下側サイドメンバを車両幅方向に連結する下側クロスメンバと、を備え、前記燃料電池スタックと前記駆動モータとは、前記下側クロスメンバにそれぞれ前記防振部材を介して弾性的に支持されている。

第２態様に係る燃料電池スタックの車両搭載構造では、骨格部材は、車両前後方向に延在する左右一対の下側サイドメンバと、一対の下側サイドメンバを車両幅方向に連結する下側クロスメンバと、を含んで構成されている。燃料電池スタックと駆動モータとは、車両幅方向に延在する下側クロスメンバにそれぞれ防振部材を介して弾性的に支持されているので、車両の前後方向の振動に対して高い支持剛性を得ることができる。

第３態様に係る燃料電池スタックの車両搭載構造は、第１態様又は第２態様において、前記燃料電池スタック及び前記駆動モータの少なくとも一方は、前記骨格部材よりも車両上側において車両前後方向に延在する左右一対の上側サイドメンバに防振部材を介して弾性的に支持されている。

第３態様に係る燃料電池スタックの車両搭載構造では、左右一対の上側サイドメンバが骨格部材よりも車両上側において車両前後方向に延在されており、一対の上側サイドメンバによって燃料電池スタック及び駆動モータの少なくとも一方が防振部材を介して弾性的に支持されている。これにより、車両幅方向の振動に対して高い支持剛性を得ることができる。

第４態様に係る燃料電池スタックの車両搭載構造は、第１態様～第３態様のいずれか１つにおいて、前記骨格部材は、サスペンションメンバを含んでおり、前記燃料電池スタック及び前記駆動モータの車両前後方向内側の端部は、前記サスペンションメンバにそれぞれ前記防振部材を介して弾性的に支持されている。

第４態様に係る燃料電池スタックの車両搭載構造では、燃料電池スタック及び前記駆動モータの車両前後方向内側の端部が、骨格部材の一部を構成するサスペンションメンバに防振部材を介して弾性的に支持されているので、燃料電池スタックの車両前後方向内側の端部を支持するための部品を別途設ける必要がない。これにより、部品点数を増やすことなく車両前後方向の振動に対して高い支持剛性を得ることができる。

第５態様に係る燃料電池スタックの車両搭載構造は、第１態様において、前記骨格部材はフレーム付車のフレームであり、前記燃料電池スタックは、前記フレームの前部に配置され、前記駆動モータは、前記燃料電池スタックよりも車両後方側に配置される。

第５態様に係る燃料電池スタックの車両搭載構造では、骨格部材はフレーム付車のフレームを構成している。このフレームの前部に燃料電池スタックが配置され、燃料電池スタックよりも車両後方側に駆動モータが配置される。これにより、フレーム付車においても、駆動モータの上端よりも車両上方に燃料電池スタックが配置される構成と比較してパワーユニット室の高さを抑え、車両の意匠の自由度を向上させることができる。

第６態様に係る燃料電池スタックの車両搭載構造は、第５態様において、前記フレームは、車両前後方向に延在する左右一対のサイドレールと、前記一対のサイドレールを車両幅方向に連結するクロスメンバと、を備え、前記燃料電池スタックと前記駆動モータとは、前記クロスメンバにそれぞれ前記防振部材を介して弾性的に支持されている。

第６態様に係る燃料電池スタックの車両搭載構造では、フレームは車両前後方向に延在する左右一対のサイドレールと、一対のサイドレールを車両幅方向に連結するクロスメンバと、を備えている。燃料電池スタックと駆動モータとは、クロスメンバにそれぞれ防振部材を介して弾性的に支持されるので、車両前後方向の振動に対して高い支持剛性を得ることができる。

第７態様に係る燃料電池スタックの車両搭載方法は、駆動モータの上端、下端及び高さ方向中央の少なくとも一つの高さ位置が燃料電池スタックの上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置されるように前記燃料電池スタックと前記駆動モータとを骨格部材に防振部材を介して取り付ける工程と、前記燃料電池スタックと前記駆動モータとが取り付けられた前記骨格部材を車体に車両下方側から取り付ける工程と、前記燃料電池スタックと前記駆動モータとを防振部材を介してそれぞれ前記車体に取り付ける工程と、を有している。

第７態様に係る燃料電池スタックの車両搭載方法では、駆動モータの上端、下端及び高さ方向中央の少なくとも一つの高さ位置が燃料電池スタックの上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置されるように燃料電池スタックと駆動モータとが骨格部材に防振部材を介して取り付けられる。このため、駆動モータの上端よりも上方に燃料電池スタックが配置される場合と比較して、パワーユニット室の高さを抑えて車両の意匠の自由度を向上させることができる。なお、ここでの「高さ位置」とは、燃料電池スタックと駆動モータとが車両に搭載されているときのタイヤ接地面を基準とした高さ方向の位置を意味する。

また、燃料電池スタックと駆動モータとが取り付けられた骨格部材が車体に車両下方側から取り付けられる。さらに、燃料電池スタックと駆動モータとが防振部材を介してそれぞれ車体に取り付けられる。燃料電池スタックと駆動モータとが取り付けられた骨格部材が、従来のガソリン車及びハイブリッド車と同様に車両下方側から車体に取り付けられるので、従来の車両の生産ラインにおいて燃料電池車両を混流生産することが可能となる。

第８態様に係る燃料電池スタックの車両搭載方法は、第７態様において、前記骨格部材は、車体に固定したときに車両前後方向に延在する左右一対の下側サイドメンバと、前記一対の下側サイドメンバを車両幅方向に連結する下側クロスメンバと、前記左右一対の下側サイドメンバの車両前後方向内側の端部に固定されたサスペンションメンバと、を備えており、前記燃料電池スタックと前記駆動モータとを前記骨格部材に前記防振部材を介して取り付ける前記工程は、前記燃料電池スタックを前記下側クロスメンバと前記サスペンションメンバとに前記防振部材を介して取り付ける工程と、前記駆動モータを前記下側クロスメンバと前記サスペンションメンバとに前記防振部材を介して取り付ける工程と、を含んでいる。

第８態様に係る燃料電池スタックの車両搭載方法では、骨格部材は、車体に固定したときに車両前後方向に延在する左右一対の下側サイドメンバと、一対の下側サイドメンバを車両幅方向に連結する下側クロスメンバと、左右一対の下側サイドメンバの車両前後方向内側の端部に固定されたサスペンションメンバと、を備えている。また、燃料電池スタックと駆動モータとが下側クロスメンバ及びサスペンションメンバに防振部材を介してそれぞれ取り付けられる。この方法によれば、略井形に構成された骨格部材の車両幅方向に延在する下側クロスメンバとサスペンションメンバとに燃料電池スタックと駆動モータとがそれぞれ取り付けられるので、燃料電池スタックと駆動モータとが取り付けられた骨格部材を車体に取り付ける際の取り付け剛性を向上させることができる。

第９態様に係る燃料電池スタックの車両搭載方法は、第７態様又は第８態様において、前記燃料電池スタックと前記駆動モータとを前記防振部材を介してそれぞれ前記車体に取り付ける前記工程は、前記骨格部材よりも車両上側において車両前後方向に延在する左右一対の上側サイドメンバの各々に前記防振部材を介して前記燃料電池スタックと前記駆動モータとを取り付ける工程を含んでいる。

第９態様に係る燃料電池スタックの車両搭載方法では、燃料電池スタック及び駆動モータが一対の上側サイドメンバに防振部材を介して取り付けられるので、取付状態を車両上方側から目視で確認することができる。

以上説明したように、本開示に係る燃料電池スタックの車両搭載構造では、パワーユニット室の高さを抑えて車両の意匠の自由度を向上させることができる。

第１実施形態に係る燃料電池スタックの車両搭載構造が適用された車両を示す模式図である。 第１実施形態に係る燃料電池スタックの車両搭載構造を示す平面図である。 図２に示される燃料電池スタックの車両搭載構造の３－３線断面図である。 図２に示される燃料電池スタックの車両搭載構造の４－４線断面図である。 図２に示される燃料電池スタックの車両搭載構造の５－５線断面図である。 第２実施形態に係る燃料電池スタックの車両搭載構造を示す平面図である。式図である。 図６に示される燃料電池スタックの車両搭載構造の７－７線断面図である。 図６に示される燃料電池スタックの車両搭載構造の８－８線断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、図１～図５を用いて、第１実施形態について説明する。なお、各図において適宜示される矢印ＦＲは、車両前方側を示しており、矢印ＵＰは、車両上方側を示しており、矢印ＲＨは、進行方向を向いた場合の車両右側を示している。また、以下の説明で特記なく前後、上下、左右の方向を用いる場合は、車両前後方向の前後、車両上下方向の上下、進行方向を向いた場合の左右を示すものとする。

（車両の全体構成）
図１に示されるように、第１実施形態に係る燃料電池スタックの車両搭載構造が適用された車両１０は、車両前部１１に配置された燃料電池スタック１２（以下、「ＦＣスタック１２」と称する）と、「駆動モータ」の一例としてのトランスアクスル１４と、インバータ１６と、図示しない高圧水素タンク及び蓄電池と、を含んで構成された燃料電池車である。

図２に示されるように、車両前部１１は、図示しない車室との間をダッシュパネル１８によって隔てられている。ＦＣスタック１２は、車両前部１１のパワーユニット室２０に配置されており、個々の燃料電池（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）が複数積層されてスタック構造とされている。ＦＣスタック１２を構成する個々の燃料電池は、図示しない高圧水素タンクから供給される水素ガスと、図示しないエアコンプレッサから供給される空気中の酸素との電気化学反応により発電を行う。

インバータ１６（図１、図５参照）は、ＦＣスタック１２の出力を直流からトランスアクスル１４の駆動に適した交流に変換する。

トランスアクスル１４は、パワーユニット室２０に配置され、図示しないモータ本体と動力伝達機構とを含んで構成されている。モータ本体は、インバータ１６の出力によって駆動され、モータ本体の出力は、動力伝達機構を介してドライブシャフト２２へ伝達される。すなわち、トランスアクスル１４の出力が、ドライブシャフト２２を介して前輪２４（図１参照）へ伝達されるように構成されている。

また、車両前部１１には、車両前後方向に延在する「一対の上側サイドメンバ」の一例としての左右一対のフロントサイドメンバ２６と、一対のフロントサイドメンバ２６の前端に図示しないクラッシュボックスを介して固定されると共に車両幅方向に延在するバンパリインフォースメント２８と、車両下部に配置される「骨格部材」の一例としてのサブフレーム３０と、を含んで構成されている。一対のフロントサイドメンバ２６には、後述する「防振部材」の一例としての左側マウント部材３２と右側マウント部材３４とがそれぞれ固定されている。なお、サブフレーム３０についての詳細は後述する。

（ＦＣスタック１２の車両搭載構造）
次に、ＦＣスタック１２の車両搭載構造について説明する。図２に示されるように、ＦＣスタック１２の車両搭載構造は、上述のサブフレーム３０と、車両前部１１において車両幅方向右側に配置され、サブフレーム３０に弾性的に支持されたＦＣスタック１２と、ＦＣスタック１２と別体に構成され、車両前部１１の車両幅方向左側に配置されると共にサブフレーム３０に弾性的に支持されたトランスアクスル１４と、を含んで構成されている。

サブフレーム３０は、左右一対の下側サイドメンバ３６と、下側リインフォースメント３８と、下側クロスメンバ４０と、サスペンションメンバ４２と、を含んで略格子状に構成されている。

一対の下側サイドメンバ３６は、一対のフロントサイドメンバ２６よりも車両下側において車両前後方向に延在しており、後端がサスペンションメンバ４２に溶接により接合されるか、または、ボルト及びナットによってサスペンションメンバ４２に締結されている。

下側リインフォースメント３８は、一対の下側サイドメンバ３６の前端に固定されると共に、バンパリインフォースメント２８よりも車両下側において車両幅方向に延在している。

下側クロスメンバ４０は、下側リインフォースメント３８よりも車両後側において、一対の下側サイドメンバ３６を車両幅方向に連結している。

サスペンションメンバ４２は、車両下部において車幅方向に延在する本体部４２Ａと、本体部４２Ａの車両幅方向両端から車両上方へ向かって延設された左右一対のアーム部４２Ｂ（図４参照）と、を含んで構成されている。一対のアーム部４２Ｂは、一対のフロントサイドメンバ２６に支持されている。

なお、本実施形態においては、一対のフロントサイドメンバ２６と、バンパリインフォースメント２８と、一対の下側サイドメンバ３６と、下側リインフォースメント３８と、下側クロスメンバ４０とは、金属の押出成形によって形成されているが、２枚の鋼板のフランジ部を溶接により接合した中空の閉断面構造としてもよい。

下側クロスメンバ４０及びサスペンションメンバ４２には、複数の防振部材が取り付けられている。具体的には、図２及び図３に示されるように、下側クロスメンバ４０の上面４０Ａには、「防振部材」の一例としてのトランスアクスルフロントマウント部材４４（以下、「ＴＡフロントマウント部材４４」と称する）、第１ＦＣスタックフロントマウント部材４６、及び第２ＦＣスタックフロントマウント部材４８がそれぞれ車両幅方向を板厚方向として上方へ向かって立設されている。

ＴＡフロントマウント部材４４は、図５に示されるように、一対の脚部４４Ａと、本体部４４Ｂとを含んで構成されている。本体部４４Ｂの中央には図示しないボルトを挿通するための挿通孔４４Ｃが形成されており、ボルトの周りには、図示しない防振ゴムが設けられている。第１ＦＣスタックフロントマウント部材４６及び第２ＦＣスタックフロントマウント部材４８もＴＡフロントマウント部材４４と同様の構成とされている。

また、サスペンションメンバ４２の本体部４２Ａには、図２及び図４に示されるように、「防振部材」の一例としてのトランスアクスルリアマウント部材５０（以下、「ＴＡリアマウント部材５０」と称する）及びＦＣスタックリアマウント部材５２がそれぞれ車両幅方向を板厚方向として上方へ向かって立設されている。ＴＡリアマウント部材５０は、図５に示されるように、一対の脚部５０Ａと、本体部５０Ｂと、挿通孔５０Ｃと、を含んで構成されている。一対の脚部５０Ａの間の開口部５０Ｄには、ステアリングギア５４が挿通されている。ＦＣスタックリアマウント部材５２もＴＡリアマウント部材５０と同様の構成とされており、図示しない脚部及び本体部を備えている。

トランスアクスル１４の車両前後方向前側の端部には、図２、図３及び図５に示されるように、フロントブラケット６０が設けられている。フロントブラケット６０は、車両幅方向を板厚方向としてトランスアクスル１４から車両前方へ向かって突設されている。

トランスアクスル１４の車両前後方向後側の端部（車両前後方向内側の端部）には、図２、図４及び図５に示されるように、リアブラケット６２が設けられている。リアブラケット６２は、車両幅方向を板厚方向としてトランスアクスル１４から車両後方へ向かって突設されている。

フロントブラケット６０がＴＡフロントマウント部材４４に、リアブラケット６２がＴＡリアマウント部材５０にそれぞれ図示しないボルト及びナットによって締結されることにより、トランスアクスル１４は、サブフレーム３０に弾性的に支持されている。ここで、上述の通り、ＴＡフロントマウント部材４４及びＴＡリアマウント部材５０には図示しない防振ゴムが設けられており、トランスアクスル１４の振動を抑制すると共に、トランスアクスル１４から下側クロスメンバ４０及びサスペンションメンバ４２へ入力される振動が低減されるように構成されている。

ＦＣスタック１２の車両前後方向前側の端部には、図２及び図３に示されるように、第１フロントブラケット６４及び第２フロントブラケット６６が設けられている（図５では図示省略）。第１フロントブラケット６４及び第２フロントブラケット６６は、車両幅方向を板厚方向としてＦＣスタック１２から車両前方へ向かってそれぞれ突設されている。

ＦＣスタック１２の車両前後方向後側の端部（車両前後方向内側の端部）には、図２及び図４に示されるように、リアブラケット６８が設けられている（図５では図示省略）。リアブラケット６８は、車両幅方向を板厚方向としてＦＣスタック１２から車両後方へ向かって突設されている。

第１フロントブラケット６４及び第２フロントブラケット６６は、図示しないボルト及びナットによって第１ＦＣスタックフロントマウント部材４６及び第２ＦＣスタックフロントマウント部材４８にそれぞれ締結されている。また、リアブラケット６８は、図示しないボルト及びナットによってＦＣスタックリアマウント部材５２に締結されている。これにより、ＦＣスタック１２は、サブフレーム３０に弾性的に支持され、ＦＣスタック１２と下側クロスメンバ４０及びサスペンションメンバ４２との間で伝達される振動が低減される。

ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とは、図２に示されるように、別体に構成されており、互いに離間して下側クロスメンバ４０及びサスペンションメンバ４２にそれぞれ取り付けられている。

また、図５に示されるように、トランスアクスル１４の上端の高さ位置（タイヤ接地面を基準とした高さ方向の位置）がＦＣスタック１２の上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置されるように、フロントブラケット６０、リアブラケット６２、第１フロントブラケット６４、第２フロントブラケット６６、リアブラケット６８の寸法、取り付け位置、突出方向等が設定されている。また、側面視でＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とが重なるように構成されている。換言すると、ＦＣスタック１２の車両幅方向内側の面とトランスアクスル１４の車両幅方向内側の面とが少なくとも部分的に互いに対向するように構成されている。

トランスアクスル１４の車両幅方向左側には、図２～図４に示されるように、左側サイドブラケット７０が設けられている。左側サイドブラケット７０は、車両前後方向を板厚方向としてトランスアクスル１４から車両上方かつ車両幅方向外側へ向かって突設されている。左側サイドブラケット７０は、左側のフロントサイドメンバ２６に設けられた左側マウント部材３２に図示しないボルト及びナットによって締結されている。左側マウント部材３２は、車両前後方向を板厚方向として左側のフロントサイドメンバ２６の車両幅方向内側の側壁から車両幅方向内側へ向かって突設されており、図示しない防振ゴムを備えている。この防振ゴムにより、トランスアクスル１４の振動が抑制されると共に、トランスアクスル１４と左側のフロントサイドメンバ２６との間で伝達される振動が低減される。

ＦＣスタック１２の車両幅方向右側には、右側サイドブラケット７２が設けられている。右側サイドブラケット７２は、ＦＣスタック１２から車両上方かつ車両幅方向外側へ向かって突設された延出部７２Ａと、車両幅方向を板厚方向とされた取付部７２Ｂとを含んで構成されている。この取付部７２Ｂが、右側のフロントサイドメンバ２６に設けられた右側マウント部材３４に図示しないボルト及びナットによって締結されている。右側マウント部材３４は、車両幅方向を板厚方向として、右側のフロントサイドメンバ２６から上方へ向かって立設されている。右側マウント部材３４も、上述の他の防振部材と同様に、図示しない防振ゴムを備えており、ＦＣスタック１２と右側のフロントサイドメンバ２６との間で伝達される振動が低減される。

（ＦＣスタック１２の車両搭載方法）
次に、第１実施形態のＦＣスタック１２の車両搭載方法について説明する。

まず、ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とがサブフレーム３０に取り付けられる。ここで、サブフレーム３０は、左右一対の下側サイドメンバ３６と、下側リインフォースメント３８と、下側クロスメンバ４０と、サスペンションメンバ４２とを溶接又は図示しないボルト及びナットにより締結することにより、略格子状に一体に構成されている。なお、サブフレーム３０のうち、下側リインフォースメント３８をバンパリインフォースメント２８と予め連結しておき、左右一対の下側サイドメンバ３６と、下側クロスメンバ４０と、サスペンションメンバ４２とを一体とした略井形状のフレームにＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とを取り付けてもよい。

ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とをサブフレーム３０に取り付ける上記工程は、より詳細には、第１ＦＣスタックフロントマウント部材４６及び第２ＦＣスタックフロントマウント部材４８に第１フロントブラケット６４及び第２フロントブラケット６６をそれぞれ締結することにより下側クロスメンバ４０にＦＣスタック１２を取り付ける工程と、ＦＣスタックリアマウント部材５２にリアブラケット６８を締結することによりサスペンションメンバ４２にＦＣスタック１２を取り付ける工程と、ＴＡフロントマウント部材４４にフロントブラケット６０を締結することにより下側クロスメンバ４０にトランスアクスル１４を取り付ける工程と、ＴＡリアマウント部材５０にリアブラケット６２を締結することによりサスペンションメンバ４２にトランスアクスル１４を取り付ける工程と、を含んでいる。

ここで、トランスアクスル１４の上端の高さ位置がＦＣスタック１２の上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置される。なお、ここでの「高さ位置」とは、ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とが車両に搭載されているときのタイヤ接地面を基準とした高さ方向の位置を意味する。ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とを下側クロスメンバ４０及びサスペンションメンバ４２にそれぞれ取り付ける上述の各工程の順番は、上記の順番に限定されない。

次に、ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とが取り付けられたサブフレーム３０が、車体に車両下方側から取り付けられる。具体的には、車体の一部を構成する一対のフロントサイドメンバ２６の下面にサスペンションメンバ４２のアーム部４２Ｂの上部を固定する。なお、ここで、上述のようにサブフレーム３０のうち下側リインフォースメント３８をバンパリインフォースメント２８に予め連結しておく場合には、下側リインフォースメント３８に一対の下側サイドメンバ３６を締結する。

次に、ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とをそれぞれ車体に取り付ける。具体的には、右側マウント部材３４に右側サイドブラケット７２を締結することによりＦＣスタック１２が右側のフロントサイドメンバ２６に取り付けられる。また、左側マウント部材３２に左側サイドブラケット７０を締結することによりトランスアクスル１４が左側のフロントサイドメンバ２６に取り付けられる。

（作用及び効果）
次に、第１実施形態のＦＣスタック１２の車両搭載構造の作用及び効果について説明する。

本実施形態に係るＦＣスタック１２の車両搭載構造では、図２に示されるように、車両前部１１に配置されたＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とが、車両下側に配置されたサブフレーム３０に防振部材（ＴＡフロントマウント部材４４、第１ＦＣスタックフロントマウント部材４６、第２ＦＣスタックフロントマウント部材４８、ＴＡリアマウント部材５０、及びＦＣスタックリアマウント部材５２）を介して弾性的に支持されている。ここで、トランスアクスル１４の上端の高さ位置がＦＣスタック１２の上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置される（図５参照）。このため、トランスアクスルの上端よりも車両上方に燃料電池スタックが配置される構成と比較して、パワーユニット室２０の高さを抑えることができる。結果として、車両の意匠の自由度を向上させることができる。

また、本実施形態に係るＦＣスタック１２の車両搭載構造では、ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とが別体に構成されていると共に、それぞれがサブフレーム３０に弾性的に支持されているので、トランスアクスル１４の振動がＦＣスタック１２に入力されることを防止又は抑制することができる。

また、一般に、車両前部の重心高が高くなると、車両前部において慣性主軸がロール軸から離れ、ロール軸に対する慣性主軸の傾きが大きくなってバランスが悪くなるため、ハンドル操作や乗り心地が悪化してしまう。本実施形態に係るＦＣスタック１２の車両搭載構造では、トランスアクスル１４の上端の高さ位置がＦＣスタック１２の上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置されるため、トランスアクスルの上端よりも車両上方に燃料電池スタックが配置される構成と比較して、車両前部１１の重心高が低くなる。これにより、ハンドル操作及び乗り心地を向上させることができる。

また、本実施形態に係るＦＣスタック１２の車両搭載構造では、サブフレーム３０は、車両前後方向に延在する左右一対の下側サイドメンバ３６と、一対の下側サイドメンバ３６を車両幅方向に連結する下側クロスメンバ４０と、を含んで構成されている。ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とは、車両幅方向に延在する下側クロスメンバ４０にそれぞれ防振部材（ＴＡフロントマウント部材４４、第１ＦＣスタックフロントマウント部材４６、及び第２ＦＣスタックフロントマウント部材４８）を介して弾性的に支持されているので、車両前後方向の振動に対して高い支持剛性を得ることができる。

また、本実施形態に係るＦＣスタック１２の車両搭載構造では、図３に示されるように、左右一対のフロントサイドメンバ２６が一対の下側サイドメンバ３６よりも車両上側において車両前後方向に延在されており、一対のフロントサイドメンバ２６によってＦＣスタック１２及びトランスアクスル１４が防振部材（左側マウント部材３２、及び右側マウント部材３４）を介して弾性的に支持されている。これにより、車両幅方向の振動に対して高い支持剛性を得ることができる。

また、本実施形態に係るＦＣスタック１２の車両搭載構造では、図２に示されるように、ＦＣスタック１２及びトランスアクスル１４の車両前後方向内側の端部が、サブフレーム３０の一部を構成するサスペンションメンバ４２に防振部材（ＴＡリアマウント部材５０、及びＦＣスタックリアマウント部材５２）を介して弾性的に支持されているので、ＦＣスタック１２の車両前後方向内側の端部を支持するための部品を別途設ける必要がない。これにより、部品点数を増やすことなく車両前後方向の振動に対して高い支持剛性を得ることができる。

また、本実施形態に係るＦＣスタック１２の車両搭載方法では、図２及び図５に示されるように、トランスアクスル１４の上端の高さ位置がＦＣスタック１２の上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置されるようにＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とがサブフレーム３０に防振部材（ＴＡフロントマウント部材４４、第１ＦＣスタックフロントマウント部材４６、第２ＦＣスタックフロントマウント部材４８、ＴＡリアマウント部材５０、及びＦＣスタックリアマウント部材５２）を介して取り付けられる。このため、トランスアクスル１４の上端よりも上方にＦＣスタック１２が配置される場合と比較して、パワーユニット室２０の高さを抑えて車両の意匠の自由度を向上させることができる。

また、ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とが取り付けられたサブフレーム３０が車体に車両下方側から取り付けられる。さらに、ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とが防振部材（左側マウント部材３２、及び右側マウント部材３４）を介してそれぞれ車体に取り付けられる。ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とが取り付けられたサブフレーム３０が、従来のガソリン車及びハイブリッド車と同様に車両下方側から車体に取り付けられるので、従来の車両の生産ラインにおいて燃料電池車両を混流生産することが可能となる。結果として、車両モデルの派生展開が容易になると共に、製造コストを低減させることができる。

また、本実施形態に係るＦＣスタック１２の車両搭載方法では、図２に示されるように、サブフレーム３０は、車体に固定したときに車両前後方向に延在する左右一対の下側サイドメンバ３６と、一対の下側サイドメンバ３６を車両幅方向に連結する下側クロスメンバ４０と、左右一対の下側サイドメンバ３６の車両前後方向内側の端部に固定されたサスペンションメンバ４２と、を備えている。また、ＦＣスタック１２が下側クロスメンバ４０及びサスペンションメンバ４２に防振部材を介して取り付けられると共に、トランスアクスル１４が下側クロスメンバ４０及びサスペンションメンバ４２に防振部材を介して取り付けられる。略井形に構成されたサブフレーム３０の車両幅方向に延在する下側クロスメンバ４０とサスペンションメンバ４２とにＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とがそれぞれ取り付けられるので、ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とが取り付けられたサブフレーム３０を車体に取り付ける際の取り付け剛性を向上させることができる。また、この方法により製造された車両１０では、ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とが、車両幅方向に延在する下側クロスメンバ４０及びサスペンションメンバ４２にそれぞれ防振部材を介して弾性的に支持されているので、車両前後方向の振動に対して高い支持剛性を得ることができる。

また、本実施形態に係るＦＣスタック１２の車両搭載方法では、図２～図４に示されるように、ＦＣスタック１２及びトランスアクスル１４が一対のフロントサイドメンバ２６に防振部材（左側マウント部材３２、及び右側マウント部材３４）を介して取り付けられる。これにより、取付状態を車両上方側から目視で確認することができる。また、この方法により製造された車両１０では、車両幅方向の振動に対して高い支持剛性を得ることができる。

＜第２実施形態＞
次に、図６～図８を用いて、第２実施形態について説明する。

（車両の全体構成）
図６に示されるように、第２実施形態に係る燃料電池スタックの車両搭載構造が適用された車両１００は、はしご形のフレーム１０２を有するフレーム付車（一例としてピックアップトラック）として構成されている。

車両１００は、上述のフレーム１０２と、燃料電池スタック１０４（以下、「ＦＣスタック１０４」と称する）と、「駆動モータ」の一例としてのトランスアクスル１０６と、プロペラシャフト１０８と、デファレンシャルギヤ１１０と、高圧水素タンク１１２と、図示しないインバータ及び蓄電池と、を含んで構成されている。車両１００は、トランスアクスル１０６の出力がプロペラシャフト１０８、デファレンシャルギヤ１１０、及びドライブシャフト１１４を介して後輪１１６へ伝達される、後輪駆動の車両として構成されている。

（ＦＣスタック１０４の車両搭載構造）
次に、ＦＣスタック１０４の車両搭載構造について説明する。図６に示されるように、ＦＣスタック１０４の車両搭載構造は、上述のフレーム１０２と、フレーム１０２の前部１１８に弾性的に支持されたＦＣスタック１０４と、ＦＣスタック１０４と別体に構成されると共にＦＣスタック１０４よりも車両後方側に配置されたトランスアクスル１０６と、を含んで構成されている。

フレーム１０２は、車両前後方向に延在する左右一対のサイドレール１２０と、一対のサイドレール１２０を車両幅方向にそれぞれ連結する第１クロスメンバ１２２、第２クロスメンバ１２４、及び第３クロスメンバ１２６と、一対のサイドレール１２０の前端及び後端にそれぞれ固定されると共に車両幅方向に延在するフロントバンパリインフォースメント１２８及び図示しないリアバンパリインフォースメントと、を含んで略はしご状に構成されている。

一対のサイドレール１２０の車両幅方向内側の側壁１２０Ａには、図６及び図７に示されるように、図示しない防振ゴムを備えた「防振部材」の一例としての一対のＦＣスタックマウント部材１３０が固定されている。この一対のＦＣスタックマウント部材１３０は、車両上下方向よりも車両幅方向外側に傾いた方向を板厚方向として、側壁１２０Ａから車両幅方向内側かつ上方へ向かって突設されている。

第２クロスメンバ１２４には、図６に示されるように、図示しない防振ゴムを備えた「防振部材」の一例としてのＦＣスタックリアマウント部材１３２及び一対のトランスアクスルマウント部材１３４（以下、「一対のＴＡマウント部材１３４」と称する）が固定されている。ＦＣスタックリアマウント部材１３２は、車両幅方向を板厚方向として第２クロスメンバ１２４から上方へ向かって立設されている。また、一対のＴＡマウント部材１３４は、図８に示されるように、車両上下方向よりも車両幅方向外側に傾いた方向を板厚方向として、第２クロスメンバ１２４から車両幅方向内側かつ上方へ向かって突設されている。

第３クロスメンバ１２６には、図６に示されるように、図示しない防振ゴムを備えた「防振部材」の一例としてのトランスアクスルリアマウント部材１３６（以下、「ＴＡリアマウント部材１３６」と称する）が固定されている。ＴＡリアマウント部材１３６は、略円筒状に構成され、車両上下方向を軸線方向として第３クロスメンバ１２６の上面１２６Ａに固定されている。

ＦＣスタック１０４は、フレーム１０２の前部１１８において前輪１３８の間に配置されており、一対のサイドレール１２０及び第２クロスメンバ１２４に弾性的に支持されている。具体的には、ＦＣスタック１０４の前部には、図６及び図７に示されるように、ＦＣスタック１０４の側部から車両幅方向外側かつ下方へ向かって突設された左右一対のサイドブラケット１４０が設けられている。この一対のサイドブラケット１４０が、一対のＦＣスタックマウント部材１３０に図示しないボルト及びナットによって締結されている。また、ＦＣスタック１０４の車両前後方向後側の端部（車両前後方向内側の端部）には、リアブラケット１４２（図７では図示省略）が車両幅方向を板厚方向として車両後方へ向かって突設されている。リアブラケット１４２は、図示しないボルト及びナットによってＦＣスタックリアマウント部材１３２に締結されている。

トランスアクスル１０６は、フレーム１０２の前部１１８において第２クロスメンバ１２４及び第３クロスメンバ１２６に弾性的に支持されている。具体的には、トランスアクスル１０６の前部には、図６及び図８に示されるように、トランスアクスル１０６の側部から車両幅方向外側かつ下方へ向かって突設された左右一対のサイドブラケット１４４が設けられている。この一対のサイドブラケット１４４が、一対のＴＡマウント部材１３４に図示しないボルト及びナットによって締結されている。また、トランスアクスル１０６の後部においてその下面がＴＡリアマウント部材１３６に連結されている。ここで、トランスアクスル１０６の上端の高さ位置がＦＣスタック１０４の上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置されている（図７参照）。

（作用及び効果）
次に、第２実施形態のＦＣスタック１０４の車両搭載構造の作用及び効果について説明する。

本実施形態に係るＦＣスタック１０４の車両搭載構造では、図６に示されるように、骨格部材はフレーム構造の車両１００のフレーム１０２を構成している。このフレーム１０２の前部１１８にＦＣスタック１０４が配置され、ＦＣスタック１０４よりも車両後方側にトランスアクスル１０６が配置される。これにより、フレーム構造の車両１００においても、駆動モータの上端よりも車両上方に燃料電池スタックが配置される構成と比較してパワーユニット室の高さを抑え、車両の意匠の自由度を向上させることができる。

また、本実施形態に係るＦＣスタック１０４の車両搭載構造では、フレーム１０２は車両前後方向に延在する左右一対のサイドレール１２０と、一対のサイドレール１２０を車両幅方向に連結する第２クロスメンバ１２４と、を備えている。ＦＣスタック１０４とトランスアクスル１０６とは、第２クロスメンバ１２４にそれぞれ防振部材を介して弾性的に支持され、トランスアクスル１０６はさらに第３クロスメンバ１２６にも防振部材を介して弾性的に支持されるので、車両前後方向の振動に対して高い支持剛性を得ることができる。

以上、本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの車両搭載構造及び車両搭載方法について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上記第１実施形態及び第２実施形態においては、燃料電池スタックの車両搭載構造が車両前部に配置されている例を示したが、車両後部に配置されていてもよい。車両後部に配置される場合、燃料電池スタックの車両搭載構造は、上記第１実施形態及び第２実施形態の構成に対して、前後対称に構成される。

また、上記第１実施形態においては、ＦＣスタック１２が車両右側、トランスアクスル１４が車両左側に配置される例を示したが、ＦＣスタック１２が車両左側、トランスアクスル１４が車両右側に配置されてもよい。

また、上記第１実施形態においては、トランスアクスル１４の上端の高さ位置がＦＣスタック１２の上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置され（図５参照）、上記第２実施形態においては、トランスアクスル１０６の上端の高さ位置がＦＣスタック１０４の上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置されているが（図７参照）、ＦＣスタックとトランスアクスルの高さ方向の位置関係はこれに限定されない。すなわち、トランスアクスルの上端、下端及び高さ方向中央の少なくとも一つの高さ位置がＦＣスタックの上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置されていればよい。例えば、トランスアクスルの上端及び下端の両方の高さ位置がＦＣスタックの上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置されるように構成してもよいし、トランスアクスルの下端の高さ位置のみがＦＣスタックの上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置されるように構成してもよい。さらに、トランスアクスルの高さ寸法が燃料電池スタックの高さ寸法よりも大きく、トランスアクスルの高さ方向中央の高さ位置のみがＦＣスタックの上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置されるように構成してもよい。これらの場合であっても、トランスアクスルの上端よりも車両上方にＦＣスタックが配置される構成と比較して、パワーユニット室の高さを抑えて車両の意匠の自由度を向上させることができる。

また、上記第１実施形態においては、図２～図４に示されるように、ＦＣスタック１２及びトランスアクスル１４の両方が一対のフロントサイドメンバ２６に支持されている例を示したが、ＦＣスタック１２及びトランスアクスル１４のいずれか一方が、一対のフロントサイドメンバ２６ではなく一対の下側サイドメンバ３６のうちの一方に支持される構成としてもよい。

また、上記第１実施形態においては、図５に示されるように、側面視でＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とが重なる構成としたが、これに限定されず、トランスアクスル１４の上端、下端及び高さ方向中央の少なくとも一つの高さ位置がＦＣスタック１２の上端の高さ位置と下端の高さ位置との間に配置されていればよい。例えば、ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とが側面視では重ならないが、正面視では重なるように構成してもよい。または、ＦＣスタック１２とトランスアクスル１４とが側面視でも正面視でも重ならないように構成してもよい。

また、上記第２実施形態においては、同じ第２クロスメンバ１２４にＦＣスタック１０４とトランスアクスル１０６とが支持される構成としたが、異なるクロスメンバに支持される構成としてもよい。さらに、ＦＣスタック１０４の前部は一対のサイドレール１２０に支持される構成としたが、クロスメンバに支持される構成としてもよい。

また、上記第１実施形態及び第２実施形態においては、防振部材（トランスアクスルリアマウント部材１３６を除く）は防振ゴムを備える平板状の部材としたが、防振部材の形状は平板状に限られない。また、各防振部材の形状が異なっていてもよく、支持される装置の特性等によって異なる防振部材を用いてもよい。

１１ 車両前部
１２ 燃料電池スタック
１４ トランスアクスル（駆動モータ）
２６ 一対のフロントサイドメンバ（一対の上側サイドメンバ）
３０ サブフレーム（骨格部材）
３２ 左側マウント部材（防振部材）
３４ 右側マウント部材（防振部材）
３６ 一対の下側サイドメンバ
４０ 下側クロスメンバ
４２ サスペンションメンバ
４４ トランスアクスルフロントマウント部材（防振部材）
４６ 第１燃料電池スタックフロントマウント部材（防振部材）
４８ 第２燃料電池スタックフロントマウント部材（防振部材）
５０ トランスアクスルリアマウント部材（防振部材）
５２ 燃料電池スタックリアマウント部材（防振部材）
１００ 車両
１０２ フレーム（骨格部材）
１０４ 燃料電池スタック
１０６ トランスアクスル（駆動モータ）
１２０ 一対のサイドレール
１２４ 第２クロスメンバ（クロスメンバ）
１２６ 第３クロスメンバ（クロスメンバ）
１３０ 一対の燃料電池スタックマウント部材（防振部材）
１３２ 燃料電池スタックリアマウント部材（防振部材）
１３４ 一対のトランスアクスルマウント部材（防振部材）
１３６ トランスアクスルリアマウント部材（防振部材）

Claims (5)

1. 車両下側に配置された骨格部材と、
   前記骨格部材よりも車両上側において車両前後方向に延在する左右一対の上側サイドメンバと、
   車両前部又は車両後部に配置されると共に、前記骨格部材に防振部材を介して弾性的に支持された燃料電池スタックと、
   車両前部及び車両後部のうちの前記燃料電池スタックが配置された側に、前記燃料電池スタックとは直接連結されていない状態で前記燃料電池スタックに対して間隔をあけて配置され、かつ前記燃料電池スタックと別体に構成されると共に、前記骨格部材に防振部材を介して弾性的に支持された駆動モータと、
   を備え、
   前記燃料電池スタック及び前記駆動モータは、それぞれの下端部が車両前後方向から見て前記骨格部材と重なる位置に配置されると共に、それぞれの上端部が前記上側サイドメンバの上端部よりも下方に配置されており、
   前記燃料電池スタックの上端部は、一方の前記上側サイドメンバに防振部材を介して弾性的に支持されており、
   前記駆動モータの上端部は、他方の前記上側サイドメンバに防振部材を介して弾性的に支持されている、
   燃料電池スタックの車両搭載構造。
2. 前記骨格部材は、車両前後方向に延在する左右一対の下側サイドメンバと、前記一対の下側サイドメンバを車両幅方向に連結する下側クロスメンバと、を備え、
   前記燃料電池スタックと前記駆動モータとは、前記下側クロスメンバにそれぞれ前記防振部材を介して弾性的に支持されている、請求項１に記載の燃料電池スタックの車両搭載構造。
3. 前記骨格部材は、サスペンションメンバを含んでおり、
   前記燃料電池スタック及び前記駆動モータの車両前後方向内側の端部は、前記サスペンションメンバにそれぞれ前記防振部材を介して弾性的に支持されている、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池スタックの車両搭載構造。
4. 前記骨格部材はフレーム付車のフレームであり、前記燃料電池スタックは、前記フレームの前部に配置され、前記駆動モータは、前記燃料電池スタックよりも車両後方側に配置される、請求項１に記載の燃料電池スタックの車両搭載構造。
5. 前記フレームは、車両前後方向に延在する左右一対のサイドレールと、前記一対のサイドレールを車両幅方向に連結するクロスメンバと、を備え、
   前記燃料電池スタックと前記駆動モータとは、前記クロスメンバにそれぞれ前記防振部材を介して弾性的に支持されている、請求項４に記載の燃料電池スタックの車両搭載構造。

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