燃料電池搭載車両
【課題】燃料電池搭載車両において、車両の床下に配置される燃料電池の下側に設けられるアンダーカバーを備える構成において、降雪時の走行時等にアンダーカバーの上側に雪が溜まった場合でも、燃料電池の暖気時間が長くなることを防止し、燃料電池の運転温度が過度に低下するのを防止することである。
【解決手段】燃料電池搭載車両は、車両の床下に配置される燃料電池スタック１２の下側に設けられるアンダーカバー２０と、燃料電池スタック１２を冷却するための伝熱媒体である、冷却水を循環して流す冷媒経路２４とを備える。冷媒経路２４は、アンダーカバー２０に接触するように設けられる配管であって、冷媒経路２４を循環する冷却水が流れることを可能とするアンダーカバー温調用配管４４を有する。
【解決手段】燃料電池搭載車両は、車両の床下に配置される燃料電池スタック１２の下側に設けられるアンダーカバー２０と、燃料電池スタック１２を冷却するための伝熱媒体である、冷却水を循環して流す冷媒経路２４とを備える。冷媒経路２４は、アンダーカバー２０に接触するように設けられる配管であって、冷媒経路２４を循環する冷却水が流れることを可能とするアンダーカバー温調用配管４４を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の床下に配置される燃料電池の下側に設けられるアンダーカバーを備える燃料電池搭載車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、環境に与える影響が少ないことから、車両に燃料電池を搭載した燃料電池搭載車両が考えられ、一部で実用化されている。燃料電池は、例えば燃料電池スタックのアノード側に水素ガス等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む酸化ガス、例えば空気を供給し、電解質膜を通しての反応によって必要な電力を取り出す。
【０００３】
また、従来から、燃料電池搭載車両において、車両の床下、すなわちフロアパネルの下側に燃料電池スタックを配置し、燃料電池スタックの下側にアンダーカバーを設けることが考えられている。アンダーカバーを設けることにより、燃料電池スタックに路面側から石等の異物が直接衝突することを防止できる可能性がある。また、従来から、アンダーカバーを樹脂製とすることが考えられている。
【０００４】
また、特許文献１には、システムサブフレームに締結され、車体メンバーを介して車両下方から車両へ固定された燃料電池システムが記載されている。システムサブフレームの下部には、アンダーカバーが取り付けられて、アンダーカバーの上側に燃料電池システムが配置されている。
【０００５】
また、特許文献２には、燃料電池スタックの発熱によって加熱された冷却液の熱を利用して車室内を暖房する熱交換部を備える燃料電池車用床暖房装置において、燃料電池スタックは、車室内の床面より下方に配置されるとともに、熱交換部は床面を形成する床部に配置されて、車室内の空気と熱交換を行う燃料電池車用床暖房装置が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−５５４０５号公報
【特許文献２】特開２００５−２８０６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来から考えられている、車両の床下に燃料電池スタックを配置し、燃料電池スタックの下側にアンダーカバーを設ける燃料電池搭載車両の場合、降雪時の走行時等に雪が車両の前方等からアンダーカバーの上側に載って、アンダーカバーの上側に雪が溜まる可能性がある。このようにアンダーカバー上側に雪が溜まると、雪の近くに位置する燃料電池スタックが冷却され、燃料電池搭載車両の停止後、再始動させようとした場合でも、燃料電池スタックの暖機運転時に燃料電池スタックの温度上昇に時間がかかってしまう。また、アンダーカバー上側に雪が溜まると、保温運転時に燃料電池スタックの温度を維持使用としても、運転温度が所望の温度よりも低下する可能性がある。
【０００８】
これに対して、特許文献１には、単にアンダーカバーの上側に燃料電池スタックを配置した構造が記載されているだけで、降雪時の走行時等にアンダーカバー上側に雪が溜まった場合でも、燃料電池の暖気時間が長くなることや、燃料電池の運転温度が過度に低下するのを防止することは考慮されていない。
【０００９】
また、特許文献２に記載された燃料電池車用床暖房装置を搭載した燃料電池車の場合には、伝熱媒体経路を循環する伝熱媒体が流れるアンダーカバー温調用配管を、燃料電池の下側に設けたアンダーカバーに接触するように設けることは開示されていない。特許文献２に記載された床暖房装置が備える配熱パイプは、車両の車室内に設けられた床部で、断熱材の上面に配置している。また、車両の下側にアンダーカバーを設けた場合に、アンダーカバーの上側に雪が溜まった場合でも、燃料電池の暖気時間が長くなることや、燃料電池の運転温度が過度に低下するのを防止することは考慮されていない。
【００１０】
本発明の目的は、燃料電池搭載車両において、車両の床下に配置される燃料電池の下側に設けられるアンダーカバーを備える構成において、降雪時の走行時等にアンダーカバーの上側に雪が溜まった場合でも、燃料電池の暖気時間が長くなることを防止し、燃料電池の運転温度が過度に低下するのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る燃料電池搭載車両は、車両の床下に配置される燃料電池の下側に設けられるアンダーカバーと、燃料電池を冷却するための伝熱媒体が循環して流れる伝熱媒体経路と、を備え、伝熱媒体経路は、アンダーカバーに接触するように設けられる配管であって、伝熱媒体経路を循環する伝熱媒体が流れることを可能とするアンダーカバー温調用配管を有することを特徴とする燃料電池搭載車両である。好ましくは、アンダーカバー温調用配管は、アンダーカバーに直接接触するように設ける。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池搭載車両において、好ましくは、アンダーカバーは、樹脂よりも熱伝導率の高い材料により造っている。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池搭載車両において、好ましくは、アンダーカバーは、金属製である。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池搭載車両において、好ましくは、伝熱媒体経路は、燃料電池と熱交換器との間で伝熱媒体を循環させる本経路と、本経路に設けられた伝熱媒体ポンプと、本経路から分岐される分岐経路と、を備え、アンダーカバー温調用配管は、分岐経路の少なくとも一部により構成する。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池搭載車両において、好ましくは、分岐経路は、分岐経路内の伝熱媒体の流れを遮断または接続する開閉弁を備え、さらに、開閉弁の開閉を制御する開閉弁制御手段を備える。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池搭載車両において、好ましくは、分岐経路を構成する配管と、本経路を構成する配管とを、着脱可能に接続している。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池搭載車両において、好ましくは、車両にアンダーカバーを固定した状態で、分岐経路を構成する配管と、本経路を構成する配管とを分離可能としている。
【００１８】
また、本発明に係る燃料電池搭載車両において、好ましくは、燃料電池の運転を制御する制御部を含む燃料電池制御装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、アンダーカバー温調用配管を流れる伝熱媒体は、燃料電池だけでなく燃料電池制御装置とＤＣ／ＤＣコンバータとの少なくとも一方を冷却する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る燃料電池搭載車両によれば、燃料電池の運転時の発熱により、燃料電池と熱交換する伝熱媒体が温度上昇する。そして、伝熱媒体がアンダーカバー温調用配管を流れることにより、アンダーカバー温調用配管に接触するアンダーカバーが温度上昇する。このため、降雪時の走行時等にアンダーカバーの上側に雪が載って、溜まった場合でも、この雪を早期に溶かすことができる。したがって、燃料電池を暖気運転したり、保温運転する場合に、アンダーカバー上の雪により燃料電池の温度上昇が過度に妨げられたり、燃料電池が過度に温度低下するのを防止できる。この結果、アンダーカバーの上側に雪が溜まった場合でも、燃料電池の暖気時間が長くなることを防止するとともに、燃料電池の運転温度が過度に低下するのを防止することができる。
【００２０】
また、アンダーカバーは、樹脂よりも熱伝導率の高い材料により造っている構成によれば、アンダーカバーの上側に雪が溜まった場合でも、アンダーカバー温調用配管内を流れる伝熱媒体により、より早期に雪を溶かすことができる。
【００２１】
また、伝熱媒体経路は、燃料電池と熱交換器との間で伝熱媒体を循環させる本経路と、本経路に設けられた伝熱媒体ポンプと、本経路から分岐される分岐経路と、を備え、アンダーカバー温調用配管は、分岐経路の少なくとも一部により構成する構成において、分岐経路は、分岐経路内の伝熱媒体の流れを遮断または接続する開閉弁を備え、さらに、開閉弁の開閉を制御する開閉弁制御手段を備える構成によれば、アンダーカバーの温度を検出する温度検出手段を備え、温度検出手段の検出信号が表すアンダーカバーの温度が予め設定した所定温度以下の場合に、開閉弁を開弁することにより、アンダーカバー温調用配管に無駄に伝熱媒体が流れるのを抑制できる。
【００２２】
また、分岐経路を構成する配管と、本経路を構成する配管とを、着脱可能に接続している構成において、車両にアンダーカバーを固定した状態で、分岐経路を構成する配管と、本経路を構成する配管とを分離可能としている構成によれば、車両からアンダーカバーを取り外す作業の前に、本経路を構成する配管に対し、分岐経路を構成する配管を取り外すことができ、その後の車両からアンダーカバーを取り外す作業を容易に行える。
【００２３】
また、燃料電池の運転を制御する制御部を含む燃料電池制御装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、アンダーカバー温調用配管を流れる伝熱媒体は、燃料電池だけでなく燃料電池制御装置とＤＣ／ＤＣコンバータとの少なくとも一方を冷却する構成によれば、アンダーカバー温調用配管を流れる伝熱媒体が、燃料電池と、燃料電池制御装置及びＤＣ／ＤＣコンバータの少なくとも一方とを通過することにより、アンダーカバーがより温度上昇しやすくなり、アンダーカバーの上側に雪が溜まった場合でも、この雪をより有効に溶かすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
［第１の発明の実施の形態］
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図４は、本発明に係る第１の実施の形態を示している。図１は、本実施の形態の燃料電池搭載車両の略図である。図２は、本実施の形態の燃料電池搭載車両が搭載するアンダーカバー上の燃料電池スタックと、冷却用の配管の一部とを示す平面図である。図３は、図２を下方から上方に見た図である。図４は、本実施の形態の燃料電池搭載車両が備える燃料電池冷却システムの構成図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池搭載車両１０は、燃料電池である燃料電池スタック１２を電源として、走行用モータ１４を駆動し、走行用モータ１４を駆動源として燃料電池搭載車両１０を走行可能としている。走行用モータ１４は、燃料電池搭載車両１０の前部に配置し、走行用モータ１４の動力を、図示しない動力伝達装置を介して車輪である前輪１６に伝達可能としている。なお、走行用モータ１４を、燃料電池搭載車両１０の後部、または前部及び後部に配置し、走行用モータ１４により、後輪１７、または前輪１６及び後輪１７を駆動することもできる。
【００２６】
燃料電池スタック１２は、車体を構成するフロアパネル１８の前後方向中間部の下側、すなわち、車両の床下に配置した状態で、車両に搭載している。燃料電池スタック１２は、例えば、複数の燃料電池セルを積層するとともに、燃料電池スタック１２の積層方向両端部に、集電板と、エンドプレートとを設けている。そして、複数の燃料電池セルと集電板とをタイロッド、ナット等で締め付けている。なお、集電板とエンドプレートとの間に絶縁板を設けることもできる。
【００２７】
各燃料電池セルの詳細図は省略するが、例えば、電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とにより狭持して成る膜−アセンブリと、その両側のセパレータとを備えたものとする。また、アノード側電極には燃料ガスであり、水素含有ガスである水素ガスを供給可能とし、カソード側電極には酸化ガスである空気を供給可能としている。そして、アノードで触媒反応により発生した水素イオンを、電解質膜を介してカソードまで移動させ、カソードで酸素と電気化学反応を起こさせることにより水を生成する。また、アノードからカソードへ外部回路を通じて電子を移動させることにより起電力を発生する。すなわち、燃料電池スタック１２は、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電し、必要な電力を取り出す。
【００２８】
また、フロアパネル１８の下側にアンダーカバー２０を、車体に支持した状態で設けている。アンダーカバー２０は、路面側から石等の異物が跳ね上げられ、燃料電池スタック１２に衝突するのを防止する機能を有する。アンダーカバー２０は、車体に対し、図示しないボルト等の締結部材により結合固定している。
【００２９】
図２、図３に示すように、アンダーカバー２０は、アルミニウム等の金属等の、樹脂よりも熱伝導率の高い材料により、平板状に造っている。なお、アンダーカバー２０は、アルミニウム以外に、例えば、鉄、ステンレス合金等の別の金属により造ることもできる。また、アンダーカバー２０の形状は、平板状に限定するものではなく、凹凸や段部を有する形状に形成する等、種々の形状とすることができる。
【００３０】
また、アンダーカバー２０の上側の前後方向後端部（図３、図４の右端部）に、燃料電池スタック１２の下部を接触させて配置している。すなわち、燃料電池スタック１２の下側にアンダーカバー２０を固定して設けている。なお、本明細書全体において、前後方向は、燃料電池搭載車両１０の前後方向を言う。
【００３１】
燃料電池スタック１２には、冷却用の配管を接続している。すなわち、図４に示すように、燃料電池スタック１２を含んで構成する燃料電池冷却システム２２は、燃料電池スタック１２を冷却するための伝熱媒体であり、冷媒である冷却水を、循環して流す伝熱媒体経路である、冷媒経路２４と、冷媒経路２４に設けられ、冷却水を冷却する熱交換器である、ラジエータ２６とを備える。また、冷媒経路２４は、燃料電池スタック１２から送り出された冷却水を、ラジエータ２６に通過させるため、燃料電池スタック１２とラジエータ２６との間で冷却水を循環させる本経路２８と、本経路２８から分岐する分岐経路３０とを備える。分岐経路３０は、ラジエータ２６から本経路２８に送り出された冷却水を、燃料電池スタック１２を介さずにラジエータ２６に還流させるバイパス経路としての機能を有する。すなわち、分岐経路３０は、冷却水の流れに関して、燃料電池スタック１２と並列に、本経路に接続している。冷却水は、例えば、エチレングリコール系の不凍液である、ＬＬＣの着色しないものである。
【００３２】
また、本経路２８に、冷媒経路２４に冷却水を循環させるために設けられた冷却水ポンプ３２と、分岐経路３０に設けられた開閉弁３４とを備える。開閉弁３４は、電磁弁であり、分岐経路３０内の冷却水の流れを遮断または接続する。開閉弁３４の開閉状態は、燃料電池搭載車両１０に搭載された制御部（ＥＣＵ）３６により制御される。制御部３６は、ＣＰＵ、メモリ等を有するマイクロコンピュータであり、燃料電池スタック１２の運転を制御する。例えば、制御部３６は、図示しない起動スイッチから出力される運転開始信号または運転停止信号等に対応して、燃料電池スタック１２に供給する酸化ガス及び燃料ガスの供給量を制御する。また、制御部３６は、開閉弁制御手段３８を有し、開閉弁３４と接続して、開閉弁制御手段３８が出力する制御信号を、開閉弁３４に出力し、開閉弁制御手段３８は、開閉弁３４の開閉状態を制御する。
【００３３】
図２、図３は、上記の図４に示す本経路２８を構成する冷媒供給用配管４０及び冷媒排出用配管４２と、アンダーカバー温調用配管４４とを示している。アンダーカバー温調用配管４４は、上記の図４に示す分岐経路３０の少なくとも一部、例えば全部により構成している。図２、図３に戻り、冷媒供給用配管４０及び冷媒排出用配管４２は、燃料電池スタック１２に接続し、冷媒供給用配管４０を通じて燃料電池スタック１２に送られた冷却水が、燃料電池スタック１２の内部に設けた図示しない内部冷媒経路を流れた後、冷媒排出用配管４２を通じて燃料電池スタック１２からラジエータ２６（図４）に向け送り出されるようにしている。アンダーカバー２０上で、冷媒供給用配管４０及び冷媒排出用配管４２は、燃料電池搭載車両１０の幅方向（図２の上下方向、図３の表裏方向）に関して同位置に位置し、冷媒排出用配管４２の下側に冷媒供給用配管４０が上下方向の空間を介して配置されている。図２は、冷媒排出用配管４２の裏側に冷媒供給用配管４０（図３）が隠れるように配置された図を示している。
【００３４】
また、アンダーカバー温調用配管４４の上流端は、冷媒供給用配管４０の冷却水流れ方向中間部に接続され、アンダーカバー温調用配管４４の下流端は、冷媒排出用配管４２の冷却水流れ方向中間部に接続されている。図２に示すように、アンダーカバー温調用配管４４の上流端寄り部分に、上記の図４に示した開閉弁３４を設けている。また、アンダーカバー温調用配管４４の冷却水の流れ方向に関して中間部は、アンダーカバー２０の上面の、燃料電池スタック１２よりも前側に外れた部分に直接接触した状態で、例えばロウ付け、接着等により固定している。アンダーカバー温調用配管４４は、開閉弁３４が開弁された状態で、冷媒経路２４を循環する冷却水が流れることを可能としている。
【００３５】
なお、アンダーカバー２０の上側にアンダーカバー温調用配管４４を、図示しない締め付け部材と、ボルト及びナット等の締結部材とを用いて締め付けるとともに、アンダーカバー２０に接触した状態で固定することもできる。なお、図２に示すように、アンダーカバー温調用配管４４の一部は、Ｕ字形を複数連続させ、全体として略波形に、いわゆるサーペンタイン状に形成している。このため、アンダーカバー２０の表面積を過度に大きくすることなく、アンダーカバー２０とアンダーカバー温調用配管４４との熱交換面積を大きくすることができる。このようなアンダーカバー温調用配管４４は、アルミニウム、鉄、鋼、ステンレス合金等の金属製としている。また、好ましくは、アンダーカバー温調用配管４４は、アルミニウム等の、鉄よりも、熱伝導率の高い材料により造る。このように構成するため、アンダーカバー温調用配管４４とアンダーカバー２０とは、一体型となる。
【００３６】
また、アンダーカバー温調用配管４４の上流端と下流端とにそれぞれゴムホースを設けることにより、アンダーカバー温調用配管４４の上流端と冷媒供給用配管４０との接続部、及び、アンダーカバー温調用配管４４の下流端と冷媒排出用配管４２との接続部に、それぞれゴムホースを設けている。そして、分岐経路３０を構成するアンダーカバー温調用配管４４と、本経路２８を構成する冷媒供給用配管４０及び冷媒排出用配管４２とを、着脱可能に接続している。すなわち、これらの配管４４，４０，４２同士の接続部が、溶接等により着脱不能に接続されることがなく、アンダーカバー温調用配管４４に設けたゴムホースを、冷媒供給用配管４０及び冷媒排出用配管４２の接続口から引き抜くことにより、互いに接続した配管４４，４０，４２同士を容易に分離できるようにしている。また、そして、このようにゴムホースを設けることにより、分岐経路３０を構成する配管４４と、本経路２８を構成する配管４０，４２との分離作業が、車両にアンダーカバー２０を固定した状態で行えるようにしている。なお、ゴムホースは、本経路２８を構成する配管４０，４２の接続口側に設けて、ゴムホースに分岐経路３０を構成する配管４４を着脱可能に接続することもできる。なお、ゴムホース以外の適宜の手段、例えば、人の力により変形させることが可能な材料製の接続用管の使用により、分岐経路３０を構成する配管４４と、本経路２８を構成する配管４０，４２とを、着脱可能に接続することもできる。
【００３７】
また、アンダーカバー２０に、アンダーカバー２０の温度を検出する温度検出手段である、アンダーカバー側温度センサ（図示せず）を設け、アンダーカバー側温度センサからの検出信号を制御部３６（図４）に入力可能としている。アンダーカバー側温度センサは、例えばサーミスタ等により構成する。開閉弁制御手段３８は、アンダーカバー側温度センサからの検出信号が表す検出温度が予め設定した所定温度以下の場合に開閉弁３４を開弁するように、開閉弁３４の開閉状態を制御する。
【００３８】
図４に示すように、燃料電池冷却システム２２は、冷却水ポンプ３２を駆動させることにより、冷却水が図４の矢印方向に流れて、ラジエータ２６に通過する。ラジエータ２６を通過した冷却水は、ラジエータ２６を厚さ方向に通過する空気との間で熱交換を行って温度低下する、すなわち冷却される。このため、燃料電池スタック１２が運転時の発熱により温度上昇するのにもかかわらず、ラジエータ２６を通過した冷却水が燃料電池スタック１２の内部を流れることで、燃料電池スタック１２の温度が過度に上昇することが防止される。
【００３９】
一方、分岐経路３０に燃料電池スタック１２通過後の冷却水が流れることにより、分岐経路３０を構成するアンダーカバー温調用配管４４（図２、図３）内を流れる冷却水は、徐々に温度上昇する。すなわち、燃料電池スタック１２の運転時の発熱により、燃料電池スタック１２と熱交換する冷却水が温度上昇する。そして、アンダーカバー温調用配管４４内を流れる冷却水と、アンダーカバー温調用配管４４と接触するアンダーカバー２０とが熱交換を行って、アンダーカバー２０が温度上昇する。すなわち、冷却水がアンダーカバー温調用配管４４を流れることにより、アンダーカバー２０が温度上昇する。このため、降雪時の車両の走行時等にアンダーカバー２０の上側に雪が載って、溜まった場合でも、この雪を早期に溶かすことができる。すなわち、アンダーカバー２０上に溜まった雪を、燃料電池スタック１２の排熱で早期に溶かすことができる。したがって、燃料電池スタック１２を暖気運転したり、保温運転する場合に、アンダーカバー２０上の雪により燃料電池スタック１２の温度上昇が過度に妨げられたり、燃料電池スタック１２が過度に温度低下するのを防止できる。この結果、アンダーカバー２０の上側に雪が溜まった場合でも、燃料電池スタック１２の暖気時間が過度に長くなるのを防止するとともに、燃料電池スタック１２の運転温度が過度に低下するのを防止することができる。
【００４０】
なお、アンダーカバー２０の１個所または複数個所に上下方向に貫通する孔部を設けることもできる。この孔部を設けた構成によれば、アンダーカバー２０上で雪が溶けることにより発生する水を、孔部を通じてアンダーカバー２０外に容易に排出できるとともに、アンダーカバー２０の軽量化を図れる。
【００４１】
また、アンダーカバー２０は、樹脂よりも熱伝導率の高い材料により造っているため、アンダーカバー２０の上側に雪が溜まった場合でも、アンダーカバー温調用配管４４内を流れる冷却水により、より早期に雪を溶かすことができる。
【００４２】
また、冷媒経路２４は、本経路２８と、冷却水ポンプ３２と、本経路２８から分岐される分岐経路３０と、を備え、アンダーカバー温調用配管４４は、分岐経路３０の少なくとも一部により構成し、分岐経路３０は開閉弁３４を備え、さらに、開閉弁３４の開閉を制御する開閉弁制御手段３８を備えるので、本実施の形態のように、アンダーカバー２０の温度を検出するアンダーカバー側温度センサを備え、アンダーカバー側温度センサの検出信号が表すアンダーカバー２０の温度が、予め設定した所定温度以下の場合に、開閉弁３４を開弁する構成を備えることにより、アンダーカバー温調用配管４４に無駄に冷却水が流れるのを抑制できる。例えば、開閉弁制御手段３８は、アンダーカバー２０の温度が所定温度を上回っていると判定された場合には、開閉弁３４を閉弁するように開閉弁３４を制御するため、アンダーカバー温調用配管４４に冷却水が流れることが阻止される。この場合でも、所定温度を適切に設定することにより、アンダーカバー２０上に雪が溜まった場合でも、雪をアンダーカバー２０の表面温度で溶かすことができる。
【００４３】
また、分岐経路３０を構成する配管４４と、本経路２８を構成する配管４０，４２とを、着脱可能に接続している構成において、車両にアンダーカバー２０を固定した状態で、分岐経路３０を構成する配管４４と、本経路２８を構成する配管４０，４２とを分離可能としているので、車両からアンダーカバー２０を取り外す作業の前に、本経路２８を構成する配管４０，４２に対し、分岐経路３０を構成する配管４４を取り外すことができ、その後の車両からアンダーカバー２０を取り外す作業を容易に行える。この場合には、配管４０，４２，４４の接続部の位置も、アンダーカバー２０とアンダーカバー温調用配管４４との固定部の位置、及び、ゴムホース等の接続部を構成する部材の変形可能量との関係で、配管４０，４２，４４同士の分離が可能となるように適切に設定する。
【００４４】
なお、図示は省略するが、アンダーカバー温調用配管４４にドレンプラグを設け、車両からアンダーカバー２０を取り外す前に、アンダーカバー温調用配管４４内から冷却水を抜き取ることを可能とすることもできる。このようにすれば、車両からアンダーカバー２０や、アンダーカバー温調用配管４４を取り外す作業を、より容易に行える。
【００４５】
また、本実施の形態の構成を用いて、燃料電池スタック１２の温度が予め設定した所定温度以上となった場合等の、燃料電池スタック１２を温度低下させる必要がある場合に、アンダーカバー温調用配管４４に冷却水を流し、温度低下したアンダーカバー２０により燃料電池スタック１２を早期に温度低下させることもできる。この場合、開閉弁制御手段３８は、燃料電池スタック１２の検出温度が予め設定した第２の所定温度以上である場合に、開閉弁３４が開弁するように開閉弁３４の開閉を制御する構成とする。また、燃料電池スタック１２の検出温度を求めるために、燃料電池スタック１２に燃料電池側温度センサを設け、燃料電池側温度センサの検出温度を制御部３６に入力する。このような構成によれば、アンダーカバー２０とアンダーカバー温調用配管４４とにより、ラジエータ２６等の燃料電池スタック冷却装置の冷却機能を補助することができ、燃料電池スタック冷却装置の小型化に寄与できる。また、燃料電池スタック１２の冷却性能を向上することができる。
【００４６】
なお、このような燃料電池スタック１２の冷却性能を向上させることを考慮しない場合には、燃料電池スタック１２とアンダーカバー２０とを接触しないように構成することもできる。
【００４７】
［第２の発明の実施の形態］
図５は、本発明に係る第２の実施の形態を示す、図２に対応する図である。図６は、第２の実施の形態を示す、図３に対応する図である。図５、図６に示す本実施の形態を、上記の図２、図３に示す第１の実施の形態と比較すれば明らかなように、本実施の形態では、アンダーカバー温調用配管４４ａの上流端と冷媒供給用配管４０との接続部を、車両の前後方向（図５、図６の左右方向）に関して、アンダーカバー温調用配管４４ａの下流端と冷媒排出用配管４２との接続部（図６のＸ位置）とほぼ一致する位置に設けている。その他の構成及び作用については、上記の第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略する。
【００４８】
［第３の発明の実施の形態］
図７は、本発明に係る第３の実施の形態を示す、図４に対応する図である。本実施の形態では、燃料電池冷却システム２２ａを構成する本経路２８の一部から第２の分岐経路４６を分岐させている。第２の分岐経路４６は、冷却水の流れに関して、燃料電池スタック１２及び分岐経路３０と並列に、本経路２８に接続している。第２の分岐経路４６の途中に、燃料電池制御装置であるＰＣＵ（Power Control Unit）４８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０とを設け、第２の分岐経路４６を流れる冷却水がＰＣＵ４８とＤＣ／ＤＣコンバータ５０とにそれぞれ設けた冷却水流路（図示せず）を流れるようにしている。ＰＣＵ４８は、上記の図４に示した第１の実施の形態を構成する制御部３６（ＥＣＵ）と、インバータ（図示せず）等の他の電気回路を含んで構成する。インバータは、燃料電池スタック１２または燃料電池スタック１２により電力が供給され、蓄電する二次電池（図示せず）と、走行用モータ１４（図１参照）との間に設けて、燃料電池スタック１２または二次電池から供給される直流電圧を交流電圧に変換して、走行用モータ１４を駆動する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、燃料電池スタック１２または二次電池から供給される直流電圧を昇圧して、インバータに供給可能とする。
【００４９】
このような本実施の形態によれば、燃料電池スタック１２冷却用の冷却系により、ＰＣＵ４８とＤＣ／ＤＣコンバータ５０とを冷却することもでき、燃料電池搭載車両１０の性能向上を図れる。しかも、アンダーカバー温調用配管４４（図２、図３参照）を流れる冷却水を、より早期に有効に温度上昇させ、アンダーカバー温調用配管４４に接触するアンダーカバー２０（図２、図３参照）を、より早期に有効に温度上昇させることができる。すなわち、アンダーカバー温調用配管４４を流れる冷却水が、燃料電池スタック１２と、ＰＣＵ４８及びＤＣ／ＤＣコンバータ５０を通過することにより、アンダーカバー２０がより温度上昇しやすくなり、アンダーカバー２０の上側に雪が溜まった場合でも、この雪をより有効に溶かすことができる。ＰＣＵ４８及びＤＣ／ＤＣコンバータ５０の一方または両方は、アンダーカバー２０の上側に、例えばアンダーカバー２０の上面に接触した状態で設けることもできる。また、本実施の形態において、第２の分岐経路４６の途中に、ＰＣＵ４８とＤＣ／ＤＣコンバータ５０とのうち、一方のみを設けて、この一方のみを燃料電池スタック１２の冷却系により冷却可能とすることもできる。その他の構成及び作用については、上記の図１から図４に示した第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略する。
【００５０】
［第４の発明の実施の形態］
図８は、本発明に係る第４の実施の形態において、図３からアンダーカバーのみを取り出して、図３の左右方向片側から他側に見た図に対応する図である。本実施の形態では、アンダーカバー２０ａの下面に、複数の板状の冷却フィン５２を、それぞれ燃料電池搭載車両１０（図１参照）の前後方向（図８の表裏方向）に伸びるように突出させて設けている。このような構成によれば、アンダーカバー２０ａが、燃料電池搭載車両１０走行時の走行風により、空気と熱交換しやすくなり、アンダーカバー２０ａの温度が過度に上昇するのを有効に抑制できる。その他の構成及び作用については、上記の図１から図４に示した第１の実施の形態と同様であるため、重複する図示及び説明を省略する。
【００５１】
なお、上記の各実施の形態において、アンダーカバー温調用配管４４，４４ａとアンダーカバー２０，２０ａとを直接に接触させず、金属等の樹脂よりも熱伝導率が高い材料により造った部材を介して間接的に接触させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池搭載車両の略図である。
【図２】第１の実施の形態の燃料電池搭載車両が搭載するアンダーカバー上の燃料電池スタックと、冷却用の配管の一部とを示す平面図である。
【図３】図２を下方から上方に見た図である。
【図４】第１の実施の形態の燃料電池搭載車両が備える燃料電池冷却システムの構成図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態を示す、図２に対応する図である。
【図６】第２の実施の形態を示す、図３に対応する図である。
【図７】本発明に係る第３の実施の形態を示す、図４に対応する図である。
【図８】本発明に係る第４の実施の形態において、図３からアンダーカバーのみを取り出して、図３の左右方向片側から他側に見た図に対応する図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 燃料電池搭載車両、１２ 燃料電池スタック、１４ 走行用モータ、１６ 前輪、１７ 後輪、１８ フロアパネル、２０，２０ａ アンダーカバー、２２，２２ａ 燃料電池冷却システム、２４ 冷媒経路、２６ ラジエータ、２８ 本経路、３０ 分岐経路、３２ 冷却水ポンプ、３４ 開閉弁、３６ 制御部（ＥＣＵ）、３８ 開閉弁制御手段、４０ 冷媒供給用配管、４２ 冷媒排出用配管、４４，４４ａ アンダーカバー温調用配管、４６ 第２の分岐経路、４８ ＰＣＵ、５０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５２ 冷却フィン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の床下に配置される燃料電池の下側に設けられるアンダーカバーを備える燃料電池搭載車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、環境に与える影響が少ないことから、車両に燃料電池を搭載した燃料電池搭載車両が考えられ、一部で実用化されている。燃料電池は、例えば燃料電池スタックのアノード側に水素ガス等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む酸化ガス、例えば空気を供給し、電解質膜を通しての反応によって必要な電力を取り出す。
【０００３】
また、従来から、燃料電池搭載車両において、車両の床下、すなわちフロアパネルの下側に燃料電池スタックを配置し、燃料電池スタックの下側にアンダーカバーを設けることが考えられている。アンダーカバーを設けることにより、燃料電池スタックに路面側から石等の異物が直接衝突することを防止できる可能性がある。また、従来から、アンダーカバーを樹脂製とすることが考えられている。
【０００４】
また、特許文献１には、システムサブフレームに締結され、車体メンバーを介して車両下方から車両へ固定された燃料電池システムが記載されている。システムサブフレームの下部には、アンダーカバーが取り付けられて、アンダーカバーの上側に燃料電池システムが配置されている。
【０００５】
また、特許文献２には、燃料電池スタックの発熱によって加熱された冷却液の熱を利用して車室内を暖房する熱交換部を備える燃料電池車用床暖房装置において、燃料電池スタックは、車室内の床面より下方に配置されるとともに、熱交換部は床面を形成する床部に配置されて、車室内の空気と熱交換を行う燃料電池車用床暖房装置が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−５５４０５号公報
【特許文献２】特開２００５−２８０６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来から考えられている、車両の床下に燃料電池スタックを配置し、燃料電池スタックの下側にアンダーカバーを設ける燃料電池搭載車両の場合、降雪時の走行時等に雪が車両の前方等からアンダーカバーの上側に載って、アンダーカバーの上側に雪が溜まる可能性がある。このようにアンダーカバー上側に雪が溜まると、雪の近くに位置する燃料電池スタックが冷却され、燃料電池搭載車両の停止後、再始動させようとした場合でも、燃料電池スタックの暖機運転時に燃料電池スタックの温度上昇に時間がかかってしまう。また、アンダーカバー上側に雪が溜まると、保温運転時に燃料電池スタックの温度を維持使用としても、運転温度が所望の温度よりも低下する可能性がある。
【０００８】
これに対して、特許文献１には、単にアンダーカバーの上側に燃料電池スタックを配置した構造が記載されているだけで、降雪時の走行時等にアンダーカバー上側に雪が溜まった場合でも、燃料電池の暖気時間が長くなることや、燃料電池の運転温度が過度に低下するのを防止することは考慮されていない。
【０００９】
また、特許文献２に記載された燃料電池車用床暖房装置を搭載した燃料電池車の場合には、伝熱媒体経路を循環する伝熱媒体が流れるアンダーカバー温調用配管を、燃料電池の下側に設けたアンダーカバーに接触するように設けることは開示されていない。特許文献２に記載された床暖房装置が備える配熱パイプは、車両の車室内に設けられた床部で、断熱材の上面に配置している。また、車両の下側にアンダーカバーを設けた場合に、アンダーカバーの上側に雪が溜まった場合でも、燃料電池の暖気時間が長くなることや、燃料電池の運転温度が過度に低下するのを防止することは考慮されていない。
【００１０】
本発明の目的は、燃料電池搭載車両において、車両の床下に配置される燃料電池の下側に設けられるアンダーカバーを備える構成において、降雪時の走行時等にアンダーカバーの上側に雪が溜まった場合でも、燃料電池の暖気時間が長くなることを防止し、燃料電池の運転温度が過度に低下するのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る燃料電池搭載車両は、車両の床下に配置される燃料電池の下側に設けられるアンダーカバーと、燃料電池を冷却するための伝熱媒体が循環して流れる伝熱媒体経路と、を備え、伝熱媒体経路は、アンダーカバーに接触するように設けられる配管であって、伝熱媒体経路を循環する伝熱媒体が流れることを可能とするアンダーカバー温調用配管を有することを特徴とする燃料電池搭載車両である。好ましくは、アンダーカバー温調用配管は、アンダーカバーに直接接触するように設ける。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池搭載車両において、好ましくは、アンダーカバーは、樹脂よりも熱伝導率の高い材料により造っている。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池搭載車両において、好ましくは、アンダーカバーは、金属製である。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池搭載車両において、好ましくは、伝熱媒体経路は、燃料電池と熱交換器との間で伝熱媒体を循環させる本経路と、本経路に設けられた伝熱媒体ポンプと、本経路から分岐される分岐経路と、を備え、アンダーカバー温調用配管は、分岐経路の少なくとも一部により構成する。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池搭載車両において、好ましくは、分岐経路は、分岐経路内の伝熱媒体の流れを遮断または接続する開閉弁を備え、さらに、開閉弁の開閉を制御する開閉弁制御手段を備える。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池搭載車両において、好ましくは、分岐経路を構成する配管と、本経路を構成する配管とを、着脱可能に接続している。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池搭載車両において、好ましくは、車両にアンダーカバーを固定した状態で、分岐経路を構成する配管と、本経路を構成する配管とを分離可能としている。
【００１８】
また、本発明に係る燃料電池搭載車両において、好ましくは、燃料電池の運転を制御する制御部を含む燃料電池制御装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、アンダーカバー温調用配管を流れる伝熱媒体は、燃料電池だけでなく燃料電池制御装置とＤＣ／ＤＣコンバータとの少なくとも一方を冷却する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る燃料電池搭載車両によれば、燃料電池の運転時の発熱により、燃料電池と熱交換する伝熱媒体が温度上昇する。そして、伝熱媒体がアンダーカバー温調用配管を流れることにより、アンダーカバー温調用配管に接触するアンダーカバーが温度上昇する。このため、降雪時の走行時等にアンダーカバーの上側に雪が載って、溜まった場合でも、この雪を早期に溶かすことができる。したがって、燃料電池を暖気運転したり、保温運転する場合に、アンダーカバー上の雪により燃料電池の温度上昇が過度に妨げられたり、燃料電池が過度に温度低下するのを防止できる。この結果、アンダーカバーの上側に雪が溜まった場合でも、燃料電池の暖気時間が長くなることを防止するとともに、燃料電池の運転温度が過度に低下するのを防止することができる。
【００２０】
また、アンダーカバーは、樹脂よりも熱伝導率の高い材料により造っている構成によれば、アンダーカバーの上側に雪が溜まった場合でも、アンダーカバー温調用配管内を流れる伝熱媒体により、より早期に雪を溶かすことができる。
【００２１】
また、伝熱媒体経路は、燃料電池と熱交換器との間で伝熱媒体を循環させる本経路と、本経路に設けられた伝熱媒体ポンプと、本経路から分岐される分岐経路と、を備え、アンダーカバー温調用配管は、分岐経路の少なくとも一部により構成する構成において、分岐経路は、分岐経路内の伝熱媒体の流れを遮断または接続する開閉弁を備え、さらに、開閉弁の開閉を制御する開閉弁制御手段を備える構成によれば、アンダーカバーの温度を検出する温度検出手段を備え、温度検出手段の検出信号が表すアンダーカバーの温度が予め設定した所定温度以下の場合に、開閉弁を開弁することにより、アンダーカバー温調用配管に無駄に伝熱媒体が流れるのを抑制できる。
【００２２】
また、分岐経路を構成する配管と、本経路を構成する配管とを、着脱可能に接続している構成において、車両にアンダーカバーを固定した状態で、分岐経路を構成する配管と、本経路を構成する配管とを分離可能としている構成によれば、車両からアンダーカバーを取り外す作業の前に、本経路を構成する配管に対し、分岐経路を構成する配管を取り外すことができ、その後の車両からアンダーカバーを取り外す作業を容易に行える。
【００２３】
また、燃料電池の運転を制御する制御部を含む燃料電池制御装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、アンダーカバー温調用配管を流れる伝熱媒体は、燃料電池だけでなく燃料電池制御装置とＤＣ／ＤＣコンバータとの少なくとも一方を冷却する構成によれば、アンダーカバー温調用配管を流れる伝熱媒体が、燃料電池と、燃料電池制御装置及びＤＣ／ＤＣコンバータの少なくとも一方とを通過することにより、アンダーカバーがより温度上昇しやすくなり、アンダーカバーの上側に雪が溜まった場合でも、この雪をより有効に溶かすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
［第１の発明の実施の形態］
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図４は、本発明に係る第１の実施の形態を示している。図１は、本実施の形態の燃料電池搭載車両の略図である。図２は、本実施の形態の燃料電池搭載車両が搭載するアンダーカバー上の燃料電池スタックと、冷却用の配管の一部とを示す平面図である。図３は、図２を下方から上方に見た図である。図４は、本実施の形態の燃料電池搭載車両が備える燃料電池冷却システムの構成図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池搭載車両１０は、燃料電池である燃料電池スタック１２を電源として、走行用モータ１４を駆動し、走行用モータ１４を駆動源として燃料電池搭載車両１０を走行可能としている。走行用モータ１４は、燃料電池搭載車両１０の前部に配置し、走行用モータ１４の動力を、図示しない動力伝達装置を介して車輪である前輪１６に伝達可能としている。なお、走行用モータ１４を、燃料電池搭載車両１０の後部、または前部及び後部に配置し、走行用モータ１４により、後輪１７、または前輪１６及び後輪１７を駆動することもできる。
【００２６】
燃料電池スタック１２は、車体を構成するフロアパネル１８の前後方向中間部の下側、すなわち、車両の床下に配置した状態で、車両に搭載している。燃料電池スタック１２は、例えば、複数の燃料電池セルを積層するとともに、燃料電池スタック１２の積層方向両端部に、集電板と、エンドプレートとを設けている。そして、複数の燃料電池セルと集電板とをタイロッド、ナット等で締め付けている。なお、集電板とエンドプレートとの間に絶縁板を設けることもできる。
【００２７】
各燃料電池セルの詳細図は省略するが、例えば、電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とにより狭持して成る膜−アセンブリと、その両側のセパレータとを備えたものとする。また、アノード側電極には燃料ガスであり、水素含有ガスである水素ガスを供給可能とし、カソード側電極には酸化ガスである空気を供給可能としている。そして、アノードで触媒反応により発生した水素イオンを、電解質膜を介してカソードまで移動させ、カソードで酸素と電気化学反応を起こさせることにより水を生成する。また、アノードからカソードへ外部回路を通じて電子を移動させることにより起電力を発生する。すなわち、燃料電池スタック１２は、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電し、必要な電力を取り出す。
【００２８】
また、フロアパネル１８の下側にアンダーカバー２０を、車体に支持した状態で設けている。アンダーカバー２０は、路面側から石等の異物が跳ね上げられ、燃料電池スタック１２に衝突するのを防止する機能を有する。アンダーカバー２０は、車体に対し、図示しないボルト等の締結部材により結合固定している。
【００２９】
図２、図３に示すように、アンダーカバー２０は、アルミニウム等の金属等の、樹脂よりも熱伝導率の高い材料により、平板状に造っている。なお、アンダーカバー２０は、アルミニウム以外に、例えば、鉄、ステンレス合金等の別の金属により造ることもできる。また、アンダーカバー２０の形状は、平板状に限定するものではなく、凹凸や段部を有する形状に形成する等、種々の形状とすることができる。
【００３０】
また、アンダーカバー２０の上側の前後方向後端部（図３、図４の右端部）に、燃料電池スタック１２の下部を接触させて配置している。すなわち、燃料電池スタック１２の下側にアンダーカバー２０を固定して設けている。なお、本明細書全体において、前後方向は、燃料電池搭載車両１０の前後方向を言う。
【００３１】
燃料電池スタック１２には、冷却用の配管を接続している。すなわち、図４に示すように、燃料電池スタック１２を含んで構成する燃料電池冷却システム２２は、燃料電池スタック１２を冷却するための伝熱媒体であり、冷媒である冷却水を、循環して流す伝熱媒体経路である、冷媒経路２４と、冷媒経路２４に設けられ、冷却水を冷却する熱交換器である、ラジエータ２６とを備える。また、冷媒経路２４は、燃料電池スタック１２から送り出された冷却水を、ラジエータ２６に通過させるため、燃料電池スタック１２とラジエータ２６との間で冷却水を循環させる本経路２８と、本経路２８から分岐する分岐経路３０とを備える。分岐経路３０は、ラジエータ２６から本経路２８に送り出された冷却水を、燃料電池スタック１２を介さずにラジエータ２６に還流させるバイパス経路としての機能を有する。すなわち、分岐経路３０は、冷却水の流れに関して、燃料電池スタック１２と並列に、本経路に接続している。冷却水は、例えば、エチレングリコール系の不凍液である、ＬＬＣの着色しないものである。
【００３２】
また、本経路２８に、冷媒経路２４に冷却水を循環させるために設けられた冷却水ポンプ３２と、分岐経路３０に設けられた開閉弁３４とを備える。開閉弁３４は、電磁弁であり、分岐経路３０内の冷却水の流れを遮断または接続する。開閉弁３４の開閉状態は、燃料電池搭載車両１０に搭載された制御部（ＥＣＵ）３６により制御される。制御部３６は、ＣＰＵ、メモリ等を有するマイクロコンピュータであり、燃料電池スタック１２の運転を制御する。例えば、制御部３６は、図示しない起動スイッチから出力される運転開始信号または運転停止信号等に対応して、燃料電池スタック１２に供給する酸化ガス及び燃料ガスの供給量を制御する。また、制御部３６は、開閉弁制御手段３８を有し、開閉弁３４と接続して、開閉弁制御手段３８が出力する制御信号を、開閉弁３４に出力し、開閉弁制御手段３８は、開閉弁３４の開閉状態を制御する。
【００３３】
図２、図３は、上記の図４に示す本経路２８を構成する冷媒供給用配管４０及び冷媒排出用配管４２と、アンダーカバー温調用配管４４とを示している。アンダーカバー温調用配管４４は、上記の図４に示す分岐経路３０の少なくとも一部、例えば全部により構成している。図２、図３に戻り、冷媒供給用配管４０及び冷媒排出用配管４２は、燃料電池スタック１２に接続し、冷媒供給用配管４０を通じて燃料電池スタック１２に送られた冷却水が、燃料電池スタック１２の内部に設けた図示しない内部冷媒経路を流れた後、冷媒排出用配管４２を通じて燃料電池スタック１２からラジエータ２６（図４）に向け送り出されるようにしている。アンダーカバー２０上で、冷媒供給用配管４０及び冷媒排出用配管４２は、燃料電池搭載車両１０の幅方向（図２の上下方向、図３の表裏方向）に関して同位置に位置し、冷媒排出用配管４２の下側に冷媒供給用配管４０が上下方向の空間を介して配置されている。図２は、冷媒排出用配管４２の裏側に冷媒供給用配管４０（図３）が隠れるように配置された図を示している。
【００３４】
また、アンダーカバー温調用配管４４の上流端は、冷媒供給用配管４０の冷却水流れ方向中間部に接続され、アンダーカバー温調用配管４４の下流端は、冷媒排出用配管４２の冷却水流れ方向中間部に接続されている。図２に示すように、アンダーカバー温調用配管４４の上流端寄り部分に、上記の図４に示した開閉弁３４を設けている。また、アンダーカバー温調用配管４４の冷却水の流れ方向に関して中間部は、アンダーカバー２０の上面の、燃料電池スタック１２よりも前側に外れた部分に直接接触した状態で、例えばロウ付け、接着等により固定している。アンダーカバー温調用配管４４は、開閉弁３４が開弁された状態で、冷媒経路２４を循環する冷却水が流れることを可能としている。
【００３５】
なお、アンダーカバー２０の上側にアンダーカバー温調用配管４４を、図示しない締め付け部材と、ボルト及びナット等の締結部材とを用いて締め付けるとともに、アンダーカバー２０に接触した状態で固定することもできる。なお、図２に示すように、アンダーカバー温調用配管４４の一部は、Ｕ字形を複数連続させ、全体として略波形に、いわゆるサーペンタイン状に形成している。このため、アンダーカバー２０の表面積を過度に大きくすることなく、アンダーカバー２０とアンダーカバー温調用配管４４との熱交換面積を大きくすることができる。このようなアンダーカバー温調用配管４４は、アルミニウム、鉄、鋼、ステンレス合金等の金属製としている。また、好ましくは、アンダーカバー温調用配管４４は、アルミニウム等の、鉄よりも、熱伝導率の高い材料により造る。このように構成するため、アンダーカバー温調用配管４４とアンダーカバー２０とは、一体型となる。
【００３６】
また、アンダーカバー温調用配管４４の上流端と下流端とにそれぞれゴムホースを設けることにより、アンダーカバー温調用配管４４の上流端と冷媒供給用配管４０との接続部、及び、アンダーカバー温調用配管４４の下流端と冷媒排出用配管４２との接続部に、それぞれゴムホースを設けている。そして、分岐経路３０を構成するアンダーカバー温調用配管４４と、本経路２８を構成する冷媒供給用配管４０及び冷媒排出用配管４２とを、着脱可能に接続している。すなわち、これらの配管４４，４０，４２同士の接続部が、溶接等により着脱不能に接続されることがなく、アンダーカバー温調用配管４４に設けたゴムホースを、冷媒供給用配管４０及び冷媒排出用配管４２の接続口から引き抜くことにより、互いに接続した配管４４，４０，４２同士を容易に分離できるようにしている。また、そして、このようにゴムホースを設けることにより、分岐経路３０を構成する配管４４と、本経路２８を構成する配管４０，４２との分離作業が、車両にアンダーカバー２０を固定した状態で行えるようにしている。なお、ゴムホースは、本経路２８を構成する配管４０，４２の接続口側に設けて、ゴムホースに分岐経路３０を構成する配管４４を着脱可能に接続することもできる。なお、ゴムホース以外の適宜の手段、例えば、人の力により変形させることが可能な材料製の接続用管の使用により、分岐経路３０を構成する配管４４と、本経路２８を構成する配管４０，４２とを、着脱可能に接続することもできる。
【００３７】
また、アンダーカバー２０に、アンダーカバー２０の温度を検出する温度検出手段である、アンダーカバー側温度センサ（図示せず）を設け、アンダーカバー側温度センサからの検出信号を制御部３６（図４）に入力可能としている。アンダーカバー側温度センサは、例えばサーミスタ等により構成する。開閉弁制御手段３８は、アンダーカバー側温度センサからの検出信号が表す検出温度が予め設定した所定温度以下の場合に開閉弁３４を開弁するように、開閉弁３４の開閉状態を制御する。
【００３８】
図４に示すように、燃料電池冷却システム２２は、冷却水ポンプ３２を駆動させることにより、冷却水が図４の矢印方向に流れて、ラジエータ２６に通過する。ラジエータ２６を通過した冷却水は、ラジエータ２６を厚さ方向に通過する空気との間で熱交換を行って温度低下する、すなわち冷却される。このため、燃料電池スタック１２が運転時の発熱により温度上昇するのにもかかわらず、ラジエータ２６を通過した冷却水が燃料電池スタック１２の内部を流れることで、燃料電池スタック１２の温度が過度に上昇することが防止される。
【００３９】
一方、分岐経路３０に燃料電池スタック１２通過後の冷却水が流れることにより、分岐経路３０を構成するアンダーカバー温調用配管４４（図２、図３）内を流れる冷却水は、徐々に温度上昇する。すなわち、燃料電池スタック１２の運転時の発熱により、燃料電池スタック１２と熱交換する冷却水が温度上昇する。そして、アンダーカバー温調用配管４４内を流れる冷却水と、アンダーカバー温調用配管４４と接触するアンダーカバー２０とが熱交換を行って、アンダーカバー２０が温度上昇する。すなわち、冷却水がアンダーカバー温調用配管４４を流れることにより、アンダーカバー２０が温度上昇する。このため、降雪時の車両の走行時等にアンダーカバー２０の上側に雪が載って、溜まった場合でも、この雪を早期に溶かすことができる。すなわち、アンダーカバー２０上に溜まった雪を、燃料電池スタック１２の排熱で早期に溶かすことができる。したがって、燃料電池スタック１２を暖気運転したり、保温運転する場合に、アンダーカバー２０上の雪により燃料電池スタック１２の温度上昇が過度に妨げられたり、燃料電池スタック１２が過度に温度低下するのを防止できる。この結果、アンダーカバー２０の上側に雪が溜まった場合でも、燃料電池スタック１２の暖気時間が過度に長くなるのを防止するとともに、燃料電池スタック１２の運転温度が過度に低下するのを防止することができる。
【００４０】
なお、アンダーカバー２０の１個所または複数個所に上下方向に貫通する孔部を設けることもできる。この孔部を設けた構成によれば、アンダーカバー２０上で雪が溶けることにより発生する水を、孔部を通じてアンダーカバー２０外に容易に排出できるとともに、アンダーカバー２０の軽量化を図れる。
【００４１】
また、アンダーカバー２０は、樹脂よりも熱伝導率の高い材料により造っているため、アンダーカバー２０の上側に雪が溜まった場合でも、アンダーカバー温調用配管４４内を流れる冷却水により、より早期に雪を溶かすことができる。
【００４２】
また、冷媒経路２４は、本経路２８と、冷却水ポンプ３２と、本経路２８から分岐される分岐経路３０と、を備え、アンダーカバー温調用配管４４は、分岐経路３０の少なくとも一部により構成し、分岐経路３０は開閉弁３４を備え、さらに、開閉弁３４の開閉を制御する開閉弁制御手段３８を備えるので、本実施の形態のように、アンダーカバー２０の温度を検出するアンダーカバー側温度センサを備え、アンダーカバー側温度センサの検出信号が表すアンダーカバー２０の温度が、予め設定した所定温度以下の場合に、開閉弁３４を開弁する構成を備えることにより、アンダーカバー温調用配管４４に無駄に冷却水が流れるのを抑制できる。例えば、開閉弁制御手段３８は、アンダーカバー２０の温度が所定温度を上回っていると判定された場合には、開閉弁３４を閉弁するように開閉弁３４を制御するため、アンダーカバー温調用配管４４に冷却水が流れることが阻止される。この場合でも、所定温度を適切に設定することにより、アンダーカバー２０上に雪が溜まった場合でも、雪をアンダーカバー２０の表面温度で溶かすことができる。
【００４３】
また、分岐経路３０を構成する配管４４と、本経路２８を構成する配管４０，４２とを、着脱可能に接続している構成において、車両にアンダーカバー２０を固定した状態で、分岐経路３０を構成する配管４４と、本経路２８を構成する配管４０，４２とを分離可能としているので、車両からアンダーカバー２０を取り外す作業の前に、本経路２８を構成する配管４０，４２に対し、分岐経路３０を構成する配管４４を取り外すことができ、その後の車両からアンダーカバー２０を取り外す作業を容易に行える。この場合には、配管４０，４２，４４の接続部の位置も、アンダーカバー２０とアンダーカバー温調用配管４４との固定部の位置、及び、ゴムホース等の接続部を構成する部材の変形可能量との関係で、配管４０，４２，４４同士の分離が可能となるように適切に設定する。
【００４４】
なお、図示は省略するが、アンダーカバー温調用配管４４にドレンプラグを設け、車両からアンダーカバー２０を取り外す前に、アンダーカバー温調用配管４４内から冷却水を抜き取ることを可能とすることもできる。このようにすれば、車両からアンダーカバー２０や、アンダーカバー温調用配管４４を取り外す作業を、より容易に行える。
【００４５】
また、本実施の形態の構成を用いて、燃料電池スタック１２の温度が予め設定した所定温度以上となった場合等の、燃料電池スタック１２を温度低下させる必要がある場合に、アンダーカバー温調用配管４４に冷却水を流し、温度低下したアンダーカバー２０により燃料電池スタック１２を早期に温度低下させることもできる。この場合、開閉弁制御手段３８は、燃料電池スタック１２の検出温度が予め設定した第２の所定温度以上である場合に、開閉弁３４が開弁するように開閉弁３４の開閉を制御する構成とする。また、燃料電池スタック１２の検出温度を求めるために、燃料電池スタック１２に燃料電池側温度センサを設け、燃料電池側温度センサの検出温度を制御部３６に入力する。このような構成によれば、アンダーカバー２０とアンダーカバー温調用配管４４とにより、ラジエータ２６等の燃料電池スタック冷却装置の冷却機能を補助することができ、燃料電池スタック冷却装置の小型化に寄与できる。また、燃料電池スタック１２の冷却性能を向上することができる。
【００４６】
なお、このような燃料電池スタック１２の冷却性能を向上させることを考慮しない場合には、燃料電池スタック１２とアンダーカバー２０とを接触しないように構成することもできる。
【００４７】
［第２の発明の実施の形態］
図５は、本発明に係る第２の実施の形態を示す、図２に対応する図である。図６は、第２の実施の形態を示す、図３に対応する図である。図５、図６に示す本実施の形態を、上記の図２、図３に示す第１の実施の形態と比較すれば明らかなように、本実施の形態では、アンダーカバー温調用配管４４ａの上流端と冷媒供給用配管４０との接続部を、車両の前後方向（図５、図６の左右方向）に関して、アンダーカバー温調用配管４４ａの下流端と冷媒排出用配管４２との接続部（図６のＸ位置）とほぼ一致する位置に設けている。その他の構成及び作用については、上記の第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略する。
【００４８】
［第３の発明の実施の形態］
図７は、本発明に係る第３の実施の形態を示す、図４に対応する図である。本実施の形態では、燃料電池冷却システム２２ａを構成する本経路２８の一部から第２の分岐経路４６を分岐させている。第２の分岐経路４６は、冷却水の流れに関して、燃料電池スタック１２及び分岐経路３０と並列に、本経路２８に接続している。第２の分岐経路４６の途中に、燃料電池制御装置であるＰＣＵ（Power Control Unit）４８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０とを設け、第２の分岐経路４６を流れる冷却水がＰＣＵ４８とＤＣ／ＤＣコンバータ５０とにそれぞれ設けた冷却水流路（図示せず）を流れるようにしている。ＰＣＵ４８は、上記の図４に示した第１の実施の形態を構成する制御部３６（ＥＣＵ）と、インバータ（図示せず）等の他の電気回路を含んで構成する。インバータは、燃料電池スタック１２または燃料電池スタック１２により電力が供給され、蓄電する二次電池（図示せず）と、走行用モータ１４（図１参照）との間に設けて、燃料電池スタック１２または二次電池から供給される直流電圧を交流電圧に変換して、走行用モータ１４を駆動する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、燃料電池スタック１２または二次電池から供給される直流電圧を昇圧して、インバータに供給可能とする。
【００４９】
このような本実施の形態によれば、燃料電池スタック１２冷却用の冷却系により、ＰＣＵ４８とＤＣ／ＤＣコンバータ５０とを冷却することもでき、燃料電池搭載車両１０の性能向上を図れる。しかも、アンダーカバー温調用配管４４（図２、図３参照）を流れる冷却水を、より早期に有効に温度上昇させ、アンダーカバー温調用配管４４に接触するアンダーカバー２０（図２、図３参照）を、より早期に有効に温度上昇させることができる。すなわち、アンダーカバー温調用配管４４を流れる冷却水が、燃料電池スタック１２と、ＰＣＵ４８及びＤＣ／ＤＣコンバータ５０を通過することにより、アンダーカバー２０がより温度上昇しやすくなり、アンダーカバー２０の上側に雪が溜まった場合でも、この雪をより有効に溶かすことができる。ＰＣＵ４８及びＤＣ／ＤＣコンバータ５０の一方または両方は、アンダーカバー２０の上側に、例えばアンダーカバー２０の上面に接触した状態で設けることもできる。また、本実施の形態において、第２の分岐経路４６の途中に、ＰＣＵ４８とＤＣ／ＤＣコンバータ５０とのうち、一方のみを設けて、この一方のみを燃料電池スタック１２の冷却系により冷却可能とすることもできる。その他の構成及び作用については、上記の図１から図４に示した第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略する。
【００５０】
［第４の発明の実施の形態］
図８は、本発明に係る第４の実施の形態において、図３からアンダーカバーのみを取り出して、図３の左右方向片側から他側に見た図に対応する図である。本実施の形態では、アンダーカバー２０ａの下面に、複数の板状の冷却フィン５２を、それぞれ燃料電池搭載車両１０（図１参照）の前後方向（図８の表裏方向）に伸びるように突出させて設けている。このような構成によれば、アンダーカバー２０ａが、燃料電池搭載車両１０走行時の走行風により、空気と熱交換しやすくなり、アンダーカバー２０ａの温度が過度に上昇するのを有効に抑制できる。その他の構成及び作用については、上記の図１から図４に示した第１の実施の形態と同様であるため、重複する図示及び説明を省略する。
【００５１】
なお、上記の各実施の形態において、アンダーカバー温調用配管４４，４４ａとアンダーカバー２０，２０ａとを直接に接触させず、金属等の樹脂よりも熱伝導率が高い材料により造った部材を介して間接的に接触させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池搭載車両の略図である。
【図２】第１の実施の形態の燃料電池搭載車両が搭載するアンダーカバー上の燃料電池スタックと、冷却用の配管の一部とを示す平面図である。
【図３】図２を下方から上方に見た図である。
【図４】第１の実施の形態の燃料電池搭載車両が備える燃料電池冷却システムの構成図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態を示す、図２に対応する図である。
【図６】第２の実施の形態を示す、図３に対応する図である。
【図７】本発明に係る第３の実施の形態を示す、図４に対応する図である。
【図８】本発明に係る第４の実施の形態において、図３からアンダーカバーのみを取り出して、図３の左右方向片側から他側に見た図に対応する図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 燃料電池搭載車両、１２ 燃料電池スタック、１４ 走行用モータ、１６ 前輪、１７ 後輪、１８ フロアパネル、２０，２０ａ アンダーカバー、２２，２２ａ 燃料電池冷却システム、２４ 冷媒経路、２６ ラジエータ、２８ 本経路、３０ 分岐経路、３２ 冷却水ポンプ、３４ 開閉弁、３６ 制御部（ＥＣＵ）、３８ 開閉弁制御手段、４０ 冷媒供給用配管、４２ 冷媒排出用配管、４４，４４ａ アンダーカバー温調用配管、４６ 第２の分岐経路、４８ ＰＣＵ、５０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５２ 冷却フィン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の床下に配置される燃料電池の下側に設けられるアンダーカバーと、
燃料電池を冷却するための伝熱媒体が循環して流れる伝熱媒体経路と、を備え、
伝熱媒体経路は、アンダーカバーに接触するように設けられる配管であって、伝熱媒体経路を循環する伝熱媒体が流れることを可能とするアンダーカバー温調用配管を有することを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池搭載車両において、
アンダーカバーは、樹脂よりも熱伝導率の高い材料により造っていることを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池搭載車両において、
アンダーカバーは、金属製であることを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の燃料電池搭載車両において、
伝熱媒体経路は、
燃料電池と熱交換器との間で伝熱媒体を循環させる本経路と、
本経路に設けられた伝熱媒体ポンプと、
本経路から分岐される分岐経路と、を備え、
アンダーカバー温調用配管は、分岐経路の少なくとも一部により構成することを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池搭載車両において、
分岐経路は、分岐経路内の伝熱媒体の流れを遮断または接続する開閉弁を備え、
さらに、開閉弁の開閉を制御する開閉弁制御手段を備えることを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の燃料電池搭載車両において、
分岐経路を構成する配管と、本経路を構成する配管とを、着脱可能に接続していることを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池搭載車両において、
車両にアンダーカバーを固定した状態で、分岐経路を構成する配管と、本経路を構成する配管とを分離可能としていることを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１に記載の燃料電池搭載車両において、
燃料電池の運転を制御する制御部を含む燃料電池制御装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、
アンダーカバー温調用配管を流れる伝熱媒体は、燃料電池だけでなく燃料電池制御装置とＤＣ／ＤＣコンバータとの少なくとも一方を冷却することを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項１】
車両の床下に配置される燃料電池の下側に設けられるアンダーカバーと、
燃料電池を冷却するための伝熱媒体が循環して流れる伝熱媒体経路と、を備え、
伝熱媒体経路は、アンダーカバーに接触するように設けられる配管であって、伝熱媒体経路を循環する伝熱媒体が流れることを可能とするアンダーカバー温調用配管を有することを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池搭載車両において、
アンダーカバーは、樹脂よりも熱伝導率の高い材料により造っていることを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池搭載車両において、
アンダーカバーは、金属製であることを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の燃料電池搭載車両において、
伝熱媒体経路は、
燃料電池と熱交換器との間で伝熱媒体を循環させる本経路と、
本経路に設けられた伝熱媒体ポンプと、
本経路から分岐される分岐経路と、を備え、
アンダーカバー温調用配管は、分岐経路の少なくとも一部により構成することを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池搭載車両において、
分岐経路は、分岐経路内の伝熱媒体の流れを遮断または接続する開閉弁を備え、
さらに、開閉弁の開閉を制御する開閉弁制御手段を備えることを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の燃料電池搭載車両において、
分岐経路を構成する配管と、本経路を構成する配管とを、着脱可能に接続していることを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池搭載車両において、
車両にアンダーカバーを固定した状態で、分岐経路を構成する配管と、本経路を構成する配管とを分離可能としていることを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１に記載の燃料電池搭載車両において、
燃料電池の運転を制御する制御部を含む燃料電池制御装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、
アンダーカバー温調用配管を流れる伝熱媒体は、燃料電池だけでなく燃料電池制御装置とＤＣ／ＤＣコンバータとの少なくとも一方を冷却することを特徴とする燃料電池搭載車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１７３１７７（Ｐ２００９−１７３１７７Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４３５７（Ｐ２００８−１４３５７）
【出願日】平成２０年１月２５日（２００８．１．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２５日（２００８．１．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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