JP4083545B2 - 燃料電池車両の冷却構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池車両における燃料電池及び燃料電池車両の駆動モータ等の冷却構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池車両の冷却構造としては、駆動モータ、制御装置等と燃料電池とを独立して冷却するものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。又、ラジエータを車体の後部に配置して広い面積を確保するようにした構造が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−315513号公報
【特許文献2】
特開2002−141079号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の冷却構造においては駆動モータ、制御装置等と燃料電池とを独立して冷却する点で優れているが、ラジエータを前後に配置する構造であるため、通風抵抗が大きくなる上、前方のラジエータの排熱により後方のラジエータが熱的に影響を受けてしまい、所望の冷却性能を得ることが困難であるという問題がある。又、後者の冷却構造においては、車体後部で広い冷却面積を確保できるメリットがあるが、走行風利用率が低く所望の冷却性能を得ることが困難であり、配管の取り回しが困難となるという問題がある。
そこで、この発明は、燃料電池車両における車体スペースを有効利用して、燃料電池と駆動モータの冷却性能を向上させることできる燃料電池車両の冷却構造を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、燃料電池(例えば、実施形態における燃料電池2)と、燃料電池の発電エネルギーにより車両を駆動する駆動モータ(例えば、実施形態における駆動モータ3)と、燃料電池を主ラジエータ(例えば、実施形態における主ラジエータ4)によって冷却された第1の冷却媒体により冷却するための第1の冷却流路(例えば、実施形態における第1の冷却流路5)と、前記駆動モータ又は前記駆動モータの動力制御装置(例えば、実施形態における動力制御装置50)を副ラジエータ(例えば、実施形態における副ラジエータ6)によって冷却された第2の冷却媒体により冷却するための第2の冷却流路(例えば、実施形態における第2の冷却流路7)とを備えた燃料電池車両の冷却構造であって、車体前後方向に沿って配置された左右一対のメインフレーム(例えば、実施形態におけるメインフレーム22)の間を車幅方向に接続し、前記主ラジエータを載置したバルクヘッド(例えば、実施形態におけるバルクヘッド30)と、一端を前記メインフレームに接続し、他端を前記メインフレームよりも外側の車体部材に接続し、前記副ラジエータを載置したサポート部材(例えば、実施形態におけるサポート部材33)を設け、前記バルクヘッドと前記サポート部材との間に、両者の間を塞ぐシール部材(例えば、実施形態におけるメイン遮蔽部材23)を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、燃料電池と駆動モータ(又はその動力制御装置)とをメインフレームを挟んで配置された主ラジエータと副ラジエータにより独立して冷却することが可能となると共に、両者をメインフレームによって仕切ることができるので主ラジエータと副ラジエータとが互いに熱的影響を受けることがなくなる。
【0007】
また、他のラジエータからの排出風の回り込みを抑えることが可能となる。
【0008】
請求項2に記載した発明は、前記バルクヘッドと前記サポート部材とを接続する取付部材(例えば、実施形態における下部ブラケット38,取付部39)を設けたことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図1に示すように、燃料電池車両1は、収納ボックスS内に配置された燃料電池(FC)2と、燃料電池2の発電エネルギーにより車両を駆動する駆動モータ(MOT)3と、その駆動モータ3の動力制御装置(PCU)50と、燃料電池2を主ラジエータ4により冷却するための第1の冷却流路5と、前記駆動モータ3及び駆動モータ3の動力制御装置50を副ラジエータ6により冷却するための第2の冷却流路7とを備えている。
【0012】
燃料電池2は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟持し更にセパレータで挟持したセルを複数積層して構成されている。アノード電極に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード電極に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給すると、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソード電極まで移動し、カソード電極で酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。この反応は発熱反応であり、その燃料電池2の温度は反応効率を確保するために70度前後に抑制する必要がある。
【0013】
駆動モータ3は、燃料電池2あるいは図示しないキャパシタや高圧バッテリなどの蓄電装置の電気エネルギーにより駆動して燃料電池車両1を走行させるためのもので、減速時においては発電機として機能し蓄電装置へ充電を行うものである。
動力制御装置50は駆動モータ3への電力供給量を制御するもので、駆動モータ3と共に車両の前部(駆動モータ3の上方)に配置されている。
【0014】
第1の冷却流路5は、燃料電池2内の図示しない冷却流路と後述する車体前側中央部に配置された主ラジエータ4とを結ぶ流路である。この第1の冷却流路5は後述する第2の冷却流路7とは独立しており、主ラジエータ4により冷却されたエチレングリコール系の第1の冷却媒体で燃料電池2を冷却するものである。尚、この第1の冷却媒体は、燃料電池2内の冷却通路を流れる関係で後述する第2の冷却媒体とは異なり添加物を極力少なくしたものとなっている。
ここで、第1の冷却流路5には燃料電池2の出口側ポート8と主ラジエータ4との間に第1のポンプ(W/P)9が設けられている。この第1のポンプ9が駆動することにより、第1の冷却流路5内に第1の冷却媒体を強制的に循環させ、主ラジエータ4により冷却された第1の冷却媒体を燃料電池2に供給して冷却している。尚、10は燃料電池2の入口側ポートを示す。
【0015】
第2の冷却流路7は、駆動モータ3及び駆動モータ3の動力制御装置50の図示しない冷却流路と後述する車体前側両側部に配置された一対の副ラジエータ6,6とを結ぶ流路である。この第2の冷却流路7は、副ラジエータ6により冷却されたエチレングリコール系の第2の冷却媒体で駆動モータ3を冷却するものである。尚、この第2の冷却媒体は添加物を混入して劣化を抑え寿命を長くした冷媒である。
具体的には、第2の冷却流路7は一対の副ラジエータ6を結ぶメイン流路11と、メイン流路11に接続されかつ駆動モータ3及び駆動モータ3の動力制御装置50の冷却流路に接続されるサブ流路12を備えている。
【0016】
メイン流路11は左側の副ラジエータ6の前側の出口側ポート13と右側の副ラジエータ6の前側の入口側ポート14を接続する前流路17と、左側の副ラジエータ6の後側の入口側ポート15と右側の副ラジエータ6の後側の出口側ポート16を接続する後流路18を備えている。
サブ流路12は駆動モータ3の出口側ポート19と前記メイン流路11の前流路17とを接続し、駆動モータ3の入口側ポート20と前記メイン流路11の後流路18とを接続している。そして、駆動モータ3の入口側ポート20と後流路18との間には第2のポンプ(P)21が介装されている。この第2のポンプ21が駆動することにより、第2の冷却流路7内に第2の冷却媒体を強制的に循環させ、副ラジエータ6により冷却された第2の冷却媒体を駆動モータ3に供給して冷却している。
【0017】
ここで、主ラジエータ4は車体の前面かつ中央に配置され、副ラジエータ6は車体の前面でかつ主ラジエータ4と重なり合わないようにして主ラジエータ4の両側に配置されている。具体的には、車体前後方向に沿って配置された左右一対のメインフレーム22の間の車幅方向ほぼ全域に渡って主ラジエータ4が車体の前面に配置され、副ラジエータ6は車体の前面でかつ各メインフレーム22の外側に各々配置されている。
【0018】
ここで、主ラジエータ4はその熱交換面4Aが斜め上方の前方を向くように傾斜して配置され、前記副ラジエータ6はその熱交換面6Aが斜め前方外側に向くように傾斜して配置されている。尚、副ラジエータ6は主ラジエータ4に対して設置高さが低く、高さ寸法も小さく形成されている。
前記主ラジエータ4と副ラジエータ6との間には、両者の間に形成された空間部を閉じてシールするためのシール部材としてのメイン遮蔽部材(後述する)23,23が設けられ、副ラジエータ6の外側には副ラジエータ6とバンパー24内面との間に形成された空間部を閉じてシールするためのサブ遮蔽部材(後述する)25,25が設けられている。
【0019】
メインフレーム22の前端にはフランジ部26を介してバンパービーム27がボルト28により締め付け固定され、このバンパービーム27には車体前面を構成するバンパー24が取り付けられている。バンパー24の両側部は後ろ側に回り込んで、ホイルハウスインナパネル29に接続されている。
【0020】
次に図2〜図5に基づいて車体構造を含めた、主ラジエータ4と副ラジエータ6の取付構造を説明する。
図2に示すように、メインフレーム22の前端部の内側壁には、枠状のバルクヘッド30の外側壁31が取り付けられている。この枠状のバルクヘッド30には主ラジエータ4がバルクヘッド30の上側部32を外した状態で上側から挿入して取り付けられるようになっている。主ラジエータ4の後部には図示しないラジエータファンなどが取り付けられており、後述するフロントグリルセンター47からの空気を吸引することで主ラジエータ4に空気を供給するようになっている。
【0021】
各メインフレーム22の外側部にはサポート部材33が取り付けられている。このサポート部材33は、図3に示すようにコの字形状の部材で上部と下部に副ラジエータ6の枠状の取付フレーム34(図2に示す)の固定部35,36を備え、中央部にメインフレーム22の取付部37を備えている。又、サポート部材33の下部には、バルクヘッド30の下部ブラケット38(図2に示す)に取り付けられる取付部39が設けられている。
副ラジエータ6の取付フレーム34は、前記サポート部材33に車室内側を支持されると共に車室外側をホイルハウスインナパネル29にブラケット40を介して支持されている。そして、上記取付フレーム34に副ラジエータ6が取り付けられた状態で車体に取り付けられるようになっている。副ラジエータ6の後部には主ラジエータ4と同様に図示しないラジエータファンなどが取り付けられており、後述するフロントグリルサイド48からの空気を吸引することで副ラジエータ6に空気を供給するようになっている。
【0022】
ここで、前記主ラジエータ4と副ラジエータ6との間には、両者の間を塞ぐメイン遮蔽部材23が設けられている。このメイン遮蔽部材23は図4に示すようにメインフレーム22の逃げ用切り欠き41を備えた部材であり、副ラジエータ6側に取付部42を有しており、主ラジエータ4と副ラジエータ6との間の空間部を覆うことによって副ラジエータ6の排出風が両者の空間部から前側に回り込んで再度主ラジエータ4の放熱面4Aに取り込まれないようにすると共に、前側からの外気が空間部から後方に抜けてしまうのを防止するものである。
【0023】
又、副ラジエータ6の上側部と外側部に渡る部位にはサブ遮蔽部材25が取り付けられている。このサブ遮蔽部材25は、図5に示すように略L字形状の部材で、上部遮蔽部43の後縁には副ラジエータ6の上側部に固定される取付フランジ部44を備え、側部遮蔽部45後縁には副ラジエータ6の外側部に固定される取付フランジ部46を備えている。
サブ遮蔽部材25の上部遮蔽部43はバンパー24内面上部に密接し、側部遮蔽部45はバンパー24の内面側部に密接してバンパー24との間の空間部を遮蔽している。これにより副ラジエータ6の排出風の回り込みを防止すると共に、副ラジエータ6に導入される外気が脇から逃げることなく遮蔽されて放熱面6Aに効率よく導入できるようになっている。
【0024】
このように配置された主ラジエータ4が、図6に示すようにバンパー24の前面に形成されたフロントグリルセンター47から外気を取り込み、副ラジエータ6はバンパー24の前面両側に形成されたフロントグリルサイド48,48から外気を取り込むことで第1の冷却媒体と第2の冷却媒体により燃料電池2と駆動モータ3とを冷却するようになっている。フロントグリルセンター47は前述したバンパービーム27の前面に設けられた左右に延びる仕切り51によって上下に仕切られると共に、フロントグリルサイド48,48と共に上下に延びる仕切52によって仕切られている。これにより、各々のラジエータ4,6へ吸入される空気が互いに影響を受け難いようになっている。ここで、副ラジエータ6の配置部位の上方後部にはヘッドランプ取付開口部49(図2に示す)が設けられている。
【0025】
上記実施形態によれば、第1のポンプ9が駆動することにより第1の冷却流路5に主ラジエータ4により冷却された第1の冷却媒体を図1に矢印で示すように流過させて燃料電池2を冷却することができる。又、第2のポンプ21が駆動することにより第2の冷却流路7に副ラジエータ6,6により冷却された第2の冷却媒体を図1に矢印で示すように流過させて駆動モータ3を冷却することができる。
よって、燃料電池2と駆動モータ3とを独立して冷却することが可能となると共に主ラジエータ4を車体の前面かつ中央に配置し、副ラジエータ6,6を車体の前面でかつその熱交換面6Aが主ラジエータ4の熱交換面4Aと重なり合わないようにして主ラジエータ4の両側に配置したため、主ラジエータ4と副ラジエータ6とが互いに熱的影響を受けることがなくなり、かつ配管の取り回しも容易で、燃料電池2と駆動モータ3を最適かつ効率よく冷却管理できる。
【0026】
又、主ラジエータ4と副ラジエータ6とがメインフレーム22に取り付けられているため、取付が容易となり取付信頼性を高めつつ燃料電池2と駆動モータ3を最適かつ効率よく冷却管理できる。
ここで、前記副ラジエータ6をその熱交換面6Aが斜め前方外側に向くように配置したことで、主ラジエータ4の排出風に副ラジエータ6の排出風を合流させて引き込むようにして排出することが可能となるため、排出風がスムーズに流れ停滞が少なく効率の良い冷却を実現できる。
【0027】
又、前記主ラジエータ4をその熱交換面4Aが斜め上方の前方を向くように配置したことで、排出風を下側に指向させ、上部が後方に後退している分だけ車両前部のクラッシャブルゾーンを大きく確保でき、熱交換面積を同じにした場合に車体前高を低く抑えることが可能となる。
よって、風抜け性を向上して冷却性能を高めることができると共に、クラッシャブルゾーンの拡大により更に安全性を高めることができ、車体前高を低く抑えて車体造形上の自由度を高め、視認性を確保することが可能となる。
【0028】
前記主ラジエータ4と副ラジエータ6との間には、両者の間に形成された空間部を閉じてシールするためのメイン遮蔽部材23,23が設けられ、副ラジエータ6の外側には副ラジエータ6とバンパー24内面との間に形成された空間部を閉じてシールするためのサブ遮蔽部材25,25が設けられている。
よって、メイン遮蔽部材23,23により副ラジエータ6の排出風が両者の空間部から前側に回り込んで再度主ラジエータ4の放熱面4Aに取り込まれなくなると共に前側からの外気が空間部から後方に抜けてしまうのを防止でき、更にサブ遮蔽部材25,25により副ラジエータ6の排出風の回り込みを防止すると共に、副ラジエータ6に導入される外気が脇から逃げることなく遮蔽されて放熱面6Aに効率よく導入できるため、主ラジエータ4及び副ラジエータ6の双方で大幅に冷却性能を高めることができる。
【0029】
そして、主ラジエータ4に対して副ラジエータ6の設置高さを低くすることで、ヘッドランプ等の後方に配置される機能部品の配置自由度に悪影響を与えないため、設計の自由度を高められる。
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、主ラジエータ4や副ラジエータ6の取付に使用されるサポート部材33等は取付態様の一例であって、他の部材を用いて取り付けるようにしてもよい。又、副ラジエータ6により駆動モータ3及び駆動モータ3の動力制御装置50を冷却するように構成したが、どちらか一方でもよく、又、他の発熱機器を冷却するようにしても良い。更に、上記実施形態では主ラジエータ4の両側に副ラジエータ6を配置したが、どちらか片側でも良く、この場合は他の側に室内空調用のエアコンコンデンサなどを配置するようにしても良い。
【0031】
【発明の効果】
請求項1に記載した発明によれば、燃料電池と駆動モータ(又はその動力制御装置)とをメインフレームを挟んで配置された主ラジエータと副ラジエータにより独立して冷却することが可能となると両者をメインフレームによって仕切ることができるので主ラジエータと副ラジエータとが互いに熱的影響を受けることがなくなる。よって、燃料電池と駆動モータを最適かつ効率よく冷却管理できるという効果がある。
【0032】
また、他のラジエータからの排出風の回り込みを抑えることが可能となるため、冷却性能を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施形態の燃料電池車両の平断面図である。
【図2】 この発明の要部斜視図である。
【図3】 この発明の実施形態のサポート部材の斜視図である。
【図4】 この発明の実施形態のメイン遮蔽部材の斜視図である。
【図5】 この発明の実施形態のサブ遮蔽部材の斜視図である。
【図6】 この発明の実施形態のバンパーの斜視図である。
【符号の説明】
2 燃料電池
3 駆動モータ
4 主ラジエータ
4A 熱交換面
5 第1の冷却流路
6 副ラジエータ
6A 熱交換面
7 第2の冷却流路
22 メインフレーム
23 メイン遮蔽部材
40 動力制御装置
Claims (2)
- 燃料電池と、燃料電池の発電エネルギーにより車両を駆動する駆動モータと、燃料電池を主ラジエータによって冷却された第1の冷却媒体により冷却するための第1の冷却流路と、前記駆動モータ又は前記駆動モータの動力制御装置を副ラジエータによって冷却された第2の冷却媒体により冷却するための第2の冷却流路とを備えた燃料電池車両の冷却構造であって、車体前後方向に沿って配置された左右一対のメインフレームの間を車幅方向に接続し、前記主ラジエータを載置したバルクヘッドと、一端を前記メインフレームに接続し、他端を前記メインフレームよりも外側の車体部材に接続し、前記副ラジエータを載置したサポート部材を設け、前記バルクヘッドと前記サポート部材との間に、両者の間を塞ぐシール部材を設けたことを特徴とする燃料電池車両の冷却構造。
- 前記バルクヘッドと前記サポート部材とを接続する取付部材を設けたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池車両の冷却構造。
Priority Applications (2)
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