JP2007015591A - 燃料電池自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 フロアパネルの全高の上昇や車室内の着座スペースの圧迫等による車室内の快適性を損なうことなく、しかも、外部からの荷重入力に対して燃料電池スタックを確実に保護し得る燃料電池自動車を提供する。
【解決手段】 車幅方向の略中央位置でフロアパネルから上方に膨出して車両前後方向に延出するセンターコンソール２３を設ける。燃料電池スタック１２を、燃料電池セル１２ａの高さ方向の寸法が幅方向の寸法に対して長くなり、かつ、燃料電池セル１２ａの積層方向が車両前後方向になるようにサブフレーム４０に取り付け、燃料電池スタック１２がセンターコンソール２３内に収容されるようにサブフレーム４０を車体に取り付ける。燃料電池スタック１２は、その重心Ｇの下方側位置と上方側位置で車体に支持固定する。
【選択図】 図８

Description

この発明は燃料電池自動車に関するものである。

燃料電池自動車においては、複数の燃料電池セルを積層して燃料電池スタックが形成され、その燃料電池スタックがフロアパネルの下方等に搭載されている。この種の燃料電池自動車として、燃料電池スタックをサブフレームに取り付け、このサブフレームを車体下方側から車両のサイドフレーム等の車体骨格部材に結合したものが案出されている（例えば、特許文献１等参照）。
特開２００３−１８２６２４号公報

しかし、この従来の燃料電池自動車の場合、燃料電池スタックがフロアパネルの下面側で車幅方向に広範囲に亙って配置されるため、フロアパネル全体の高さの上昇や、乗員の着座スペースの圧迫等の不具合を招く。

また、この種の燃料電池自動車においては、燃料電池スタックを車体前後方向に積層することも検討されているが、この場合には、燃料電池スタックの積層方向と直交する車両側方からの荷重入力に対して、燃料電池スタックを確実に保護することが課題となる。

そこでこの発明は、フロアパネルの全高の上昇や車室内の着座スペースの圧迫等による車室内の快適性を損なうことなく、しかも、外部からの荷重入力に対して燃料電池スタックを確実に保護し得る燃料電池自動車を提供しようとするものである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、燃料電池スタック（例えば、後述の実施形態における燃料電池スタック１２）がサブフレーム（例えば、後述の実施形態におけるサブフレーム４０）を介して車両のフロアパネル（例えば、後述の実施形態におけるフロアパネル１）の下方に取り付けられる燃料電池自動車において、車幅方向の略中央位置で前記フロアパネルを左右のフロントシート間で上方に膨出して形成した車両前後方向に延出するセンターコンソール（例えば、後述の実施形態におけるセンターコンソール２３）を設け、前記燃料電池スタックを、燃料電池セル（例えば、後述の実施形態における燃料電池セル１２ａ）の高さ方向の寸法が幅方向の寸法に対して長くなり、かつ、燃料電池セルの積層方向が車両前後方向になるようにして前記センターコンソール内に収容するとともに、前記燃料電池スタックを、その重心（例えば、後述の実施形態における重心Ｇ）の下方側位置と上方側位置で車体に支持させるようにした。

これにより、燃料電池スタックは縦長の断面が車体前後方向に連続するようにセンターコンソール内に配置されるとともに、その重心を挟む下方位置と上方位置で車体に支持されるようになる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記燃料電池スタックの積層方向の端部にエンドプレート（例えば、後述の実施形態におけるエンドプレート１２ＦＥ，１２ＲＥ）を設け、燃料電池スタックを車体に支持するための部材（例えば、後述の実施形態における下部ブラケット４８，４９、上部ブラケット６０，６１）をこのエンドプレートに取り付けるようにした。

請求項１に記載の発明によれば、燃料電池スタックが左右のフロントシート間のセンターコンソールの内側に、燃料電池スタックを縦長の断面が車体前後方向に連続するように配置するため、燃料電池スタックをフロアレベル上側に位置させることで車両の側方からの荷重入力に対し燃料電池スタックを保護することができると共に、センターコンソールによって居住空間と燃料電池スタックとを区分けすることができる。また、フロアパネルの全高の上昇や居住空間内の着座スペースの圧迫を無くすことができるので、居住空間内の快適性を損なうことがない。しかも、重心を挟む下方位置と上方位置で燃料電池スタックを車体に支持させることから、荷重の入力時に燃料電池スタックに大きなモーメントが生じず、このことから外部からの荷重入力に対して燃料電池スタックをより確実に保護することができる。

請求項２に記載の発明によれば、燃料電池スタックのエンドプレートに支持部材を取付けるように構成したので、強度的に強い部材であるエンドプレートによって強固に車体に支持することができ、例えば車両の側方からの荷重入力に対し燃料電池スタックが損傷するのを阻止することができ、燃料電池スタックを確実に保護することができる。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図５に示すように、燃料電池自動車には車体前部から車体後部に亘りフロアパネル１下に車体骨格部材を形成する左右一対のサイドフレーム２が設けられている。車体左右のサイドフレーム２は車体前後方向に沿って配置されており、各サイドフレーム２の外側壁３にはアウトリガー４を介してサイドシル５が接合されている。サイドシル５の後端部はイクステンション６を介してサイドフレーム２の後部に合流するように接続されている。サイドフレーム２には車幅方向に車体骨格部材であるクロスメンバ７，８，９が接続されている。

車体前部のモータルーム１０にはフロントサブフレーム１１が設けられ、ここに燃料電池スタック１２に空気を送給するコンプレッサ１３と走行用の駆動モータ１４からなるポンプモータユニット１５が配置されている。
車体後部にはサイドフレーム２に下側から図示しない車輪及びサスペンションを一体で備えたリヤサブフレーム１６が取り付けられ、このリヤサブフレーム１６には燃料電池スタック１２の燃料である水素を貯留する水素タンク１７及び蓄電池１８が取り付けられている。
このように構成されたサイドフレーム２上であってサイドシル５，５間に亘る部位にフロアパネル１が接合されている。フロアパネル１の前端部は前側に立ち上がりダッシュロア１ａへと連なり、フロアパネル１の後端部は前記リヤサブフレーム１６の水素タンク１７上部を覆う位置まで延出している。

フロアパネル１上には、フロントシート２０とリヤシート２１が配置され、左右のフロントシート２０間には、ダッシュロア１ａの下端部からリヤシート２１の近傍まで延出するセンターコンソール２３が車室内上方に膨出するように形成されている。

図４に示すように、センターコンソール２３の左右の側壁２５の付根側の立ち上がり部２４には、略三角形状の断面を形成するようにレインフォース２６が下面側から接合され、これによってセンターコンソール２３の側壁２５下端が補強されている。一方、車体幅方向の略中央位置には、閉断面構造の左右一対のセンターフレーム２７が車体前後方向に延出して設けられている。このセンターフレーム２７の上方にはセンターコンソール２３の各側壁２５の下端が配置され、各センターフレーム２７の上面に前記レインフォース２６が結合されることで前記センターコンソール２３が支持されている。

また、両側のセンターフレーム２７の車幅方向外側に位置されている左右のサイドフレーム２とその上面に接続されるフロアパネル１との内側コーナー部分には、車体前後方向に沿った閉断面構造を成す補強フレーム２８が接合されている。そして、この左右のサイドフレーム２に一体化された補強フレーム２８と、前記各センターフレーム２７の下面には後述するサブフレーム４０が結合され、このサブフレーム４０に搭載された燃料電池スタック１２と一部の補機類１９がセンターコンソール２３内に配置されるようになっている。

図５に示すように、サブフレーム４０は、前記アウトリガー４に対応した位置に配置され車幅方向に延出する前サブクロスフレーム４１と後サブクロスフレーム４２を備えている。前後のサブクロスフレーム４１，４２の間には、これらのサブクロスフレーム４１，４２の左右の端部同士を接合するサブサイドフレーム４３，４３が設けられている。このサブサイドフレーム４３，４３は前記サイドフレーム２の内側壁に沿って補強フレーム２８下に配置される。尚、図５中ＦＲはフロント側を示す。

各サブサイドフレーム４３の内側には前記センターフレーム２７の下側に位置するサブセンターフレーム４４が車体前後方向に沿って配置されている。このサブセンターフレーム４４の前端部は前サブクロスフレーム４１に接続され、サブセンターフレーム４４の後端部は後サブクロスフレーム４２に接合され、サブセンターフレーム４４は更に後サブクロスフレーム４２よりも後方に延出している。左右のサブセンターフレーム４４の後端部は車幅方向に配置されたエンドパイプ４５によって連結され、エンドパイプ４５の左右の端部と後サブクロスフレーム４２の左右の端部は斜めに配置されたガセットパイプ４６により接合されている。ガセットパイプ４６は、アウトリガー４に対し側部から衝撃荷重が入力された場合には、その衝撃荷重を燃料電池スタック１２から遠ざける方向に逃がすように配置されており、側突時の衝撃荷重が燃料電池スタックに作用しづらくなっている。
各サブセンターフレーム４４とサブサイドフレーム４３との間には前側と後側に中間パイプ４７，４７が所定間隔をもって接続されている。

サブフレーム４０上のサブサイドフレーム４３と前後のサブクロスフレーム４１，４２との連結部には、車体側の補強フレーム２８に対する取付点Ｐが設定され、サブセンターフレーム４４と前後のサブクロスフレーム４１，４２との連結部には車体側のセンターフレーム２７に対する取付点Ｐが設定され、エンドパイプ４５とガセットパイプ４６とサブセンターフレーム４４との連結部には車体側のセンターフレーム２７に対する取付点Ｐが設定されている。これら１０箇所の取付点Ｐ，Ｐ，…において、前記サブフレーム４０が車体のセンターフレーム２７及び補強フレーム２８に下方から結合され、サイドフレーム２の上下幅寸法内に収まるようになっている。このように、補強フレーム２８の下側であって、サイドフレーム２の上下幅寸法内に収まるようにサブフレーム４０が取付けられているので、サブフレーム４０の上下幅寸法の分、フロアパネル１の低床化を図ることができる。

また、サブフレーム４０の前後のサブクロスフレーム４１，４２間には、左右のサブセンターフレーム４４間に納まるように燃料電池スタック１２が配置されている。この燃料電池スタック１２はサブクロスフレーム４１，４２に夫々固定した下部ブラケット４８，４９（図５，図６参照）を介してサブフレーム４０に支持固定されている。また、エンドパイプ４５と後サブクロスフレーム４２には、サブセンターフレーム４４間に位置されるように燃料電池スタック１２の一部の補機類１９が取り付けられている。具体的には、補機類１９は下側から酸素系補機類、その上に水素系補機類、更に上に燃料電池スタック１２のシステムを管理するＥＣＵの順に配置されている。

サブフレーム４０は、以上のように構成されているが、このサブフレーム４０の前後のサブクロスフレーム４１，４２や左右のサブセンターフレーム４４、エンドパイプ４５等の構成要素間はボルト結合や溶接等によって結合されている。

ところで、燃料電池スタック１２は、略長方形状の複数の燃料電池セル１２ａ…を積層して一体ブロック状にしたものであり、積層方向の端部である前端部と後端部には、図６〜図８に示すように金属製のエンドプレート１２ＦＥ、１２ＲＥが取り付けられ、このエンドプレート１２ＦＥ，２１ＲＥによって積層された燃料電池セル１２ａ…を挟み込んで締め付け固定されている。こうして構成された燃料電池スタック１２は前述のようにサブフレーム４０に取り付けられるが、このとき燃料電池スタック１２は、燃料電池セル１２ａ…の高さ方向の寸法が幅方向の寸法に対して長くなり、かつ、燃料電池セル１２ａの積層方向が車体前後方向となる。つまり、燃料電池スタック１２は縦長の断面が車体前後方向に連続するようにしてサブフレーム４０に取り付けられる。

燃料電池スタック１２は、前後のエンドプレート１２ＦＥ，２１ＲＥに下部ブラケット４８，１９がボルト結合され、この下部ブラケット４８，４９を介してサブフレーム４０の前後のサブクロスフレーム４１，４２に取り付けられるが、下部ブラケット４８，４９の結合位置は、図７，図８に示すようにエンドプレート１２ＦＥ，２１ＲＥの下縁部であって燃料電池スタック１２の重心Ｇよりも下方位置となっている。

一方、サブフレーム４０がサイドフレーム２とセンターフレーム２７に取り付けられることでセンターコンソール２３内に配置された燃料電池スタック１２は、図８に示すようにセンターコンソール２３の前壁２３ａ内面と後壁２３ｂ内面に接合された補強フレーム６２に夫々上部ブラケット６０，６１を介して支持結合される。この各上部ブラケット６０，６１は、燃料電池スタック１２のエンドプレート１２ＦＥ，２１ＲＥの各上縁部に結合されるが、この上部ブラケット６０，６１の結合位置は、燃料電池スタック１２の重心Ｇよりも上方位置となっている。
したがって、燃料電池スタック１２はその重心Ｇを挟む下方位置と上方位置において車体側に支持固定されている。

この燃料電池自動車は、以上のように左右のフロントシート２０，２０間に部分的に膨出したセンターコンソール２３内に燃料電池スタック１２が収容されるため、フロアパネル１の全体の高さを低く抑え、かつ、居住空間内の着座スペースを圧迫することなく、燃料電池スタック１２を居住空間外となるフロアパネル１下にコンパクトに配置することができる。つまり、燃料電池スタック１２を配置するために居住空間内に大きく膨出するのはセンターコンソール２３部分のみであり、しかも、センターコンソール２３部分はその上方にアームレスト等が配置されて乗員にとって居住空間内への膨出が気にならない部分であるため、センターコンソール２３の膨出による圧迫感や違和感を乗員に与えることがない。
特に、この燃料電池自動車においては、燃料電池スタック１２をフロアレベルの上側に位置させることで車両の側方からの荷重入力に対し燃料電池スタック１２を保護することができると共に、センターコンソール２３によって居住空間と燃料電池スタック１２とを区分けすることができる。
さらに、この実施形態においては、横断面が縦長になるようにして燃料電池スタック１２をコンソールボックス２３内に収容するようにしているため、車室空間内におけるコンソールボックス２３の占有幅をより小さく抑えるのに有利となっている。

また、この燃料電池自動車の場合、燃料電池スタック１２を支持するサブフレーム４０が、フロアパネル１下において車体前後方向に沿う車体左右のサイドフレーム２，２とセンターフレーム２７，２７に夫々取り付けられているため、車体骨格部材に対して燃料電池スタック１２を充分な強度をもって支持させることができる。

さらに、この燃料電池自動車においては、燃料電池スタック１２が重心Ｇの下方位置で下部ブラケット４８，４９を介してサブフレーム４０に支持固定されるとともに、重心Ｇの上方位置において上部ブラケット６０，６１を介して補強フレーム６２に支持固定されているため、外部からの荷重入力時、特に、側方からの荷重入力時に燃料電池スタック１２に大きなモーメントが生じることがない。これにより、モーメントの作用による燃料電池スタック１２の位置ずれやそれに伴う周囲の部材との干渉等を防止でき、燃料電池スタック１２を確実に保護することが可能になる。

また、この実施形態の場合、燃料電池スタック１２の積層方向の前後端に一体に結合した金属製のエンドプレート１２ＦＥ，２１ＲＥに下部ブラケット４８，４９と上部ブラケット６０，６１を取り付けるようにしているため、燃料電池スタック１２を車体に強固にかつ安定的に固定することができるという利点がある。

なお、この発明は上記実施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で種々の設計変更が可能である。例えば、以上の実施形態においては、サブフレーム４０の車幅方向の両端部を、補強フレーム２８を介してサイドフレーム２に結合するようにしたが、サブフレーム４０をサイドフレーム２に直接結合するようにしても良い。
また、以上の実施形態では、燃料電池スタック１２の車体前後方向の端部のみを車体側に支持固定するようにしたが、燃料電池スタック１２の幅方向の端部も同様にブラケット等を介して車体側に支持固定するようにしても良い。

この発明の実施形態の車両の側面説明図である。 この発明の実施形態の車両の平面説明図である。 この発明の実施形態の車両を裏面から見た斜視図である。 図２のＡ−Ａ線に沿うフロアパネルの断面図である。 この発明の実施形態のサブフレームの平面図である。 この発明の実施形態の燃料電池スタックの取付部を示す平面図である。 図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

符号の説明

１…フロアパネル
１２…燃料電池スタック
１２ａ…燃料電池セル
１２ＦＥ，１２ＲＥ…エンドプレート
２３…センターコンソール
４０…サブフレーム
４８，４９…下部ブラケット（車体に支持するための部材）
６０，６１…上部ブラケット（車体に支持するための部材）
Ｇ…重心

Claims (2)

1. 燃料電池スタックがサブフレームを介して車両のフロアパネルの下方に取り付けられる燃料電池自動車において、
   車幅方向の略中央位置で前記フロアパネルを左右のフロントシート間で上方に膨出して形成した車両前後方向に延出するセンターコンソールを設け、
   前記燃料電池スタックを、燃料電池セルの高さ方向の寸法が幅方向の寸法に対して長くなり、かつ、燃料電池セルの積層方向が車両前後方向になるようにして前記センターコンソール内に収容するとともに、
   前記燃料電池スタックを、その重心の下方側位置と上方側位置で車体に支持させたことを特徴とする燃料電池自動車。
2. 前記燃料電池スタックの積層方向の端部にエンドプレートを設け、燃料電池スタックを車体に支持するための部材をこのエンドプレートに取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池自動車。
   
   

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