燃料電池自動車
【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に車両前後方向に沿う左右一対のセンターフレーム２７を設け、センターフレーム２７よりも車幅方向外側位置に車両前後方向に沿う左右一対のサイドフレーム２を設ける。車幅方向の略中央位置でフロアパネル１から上方に膨出するセンターコンソール２３を設け、センターコンソール２３の側壁下端の近傍をセンターフレーム２７に支持させる。燃料電池スタック１２をサブフレーム４０に取り付け、サブフレーム４０を、サイドフレーム２とセンターフレーム２７に結合して、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する。
【解決手段】車幅方向の略中央位置に車両前後方向に沿う左右一対のセンターフレーム２７を設け、センターフレーム２７よりも車幅方向外側位置に車両前後方向に沿う左右一対のサイドフレーム２を設ける。車幅方向の略中央位置でフロアパネル１から上方に膨出するセンターコンソール２３を設け、センターコンソール２３の側壁下端の近傍をセンターフレーム２７に支持させる。燃料電池スタック１２をサブフレーム４０に取り付け、サブフレーム４０を、サイドフレーム２とセンターフレーム２７に結合して、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する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料電池自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【特許文献１】特開２００３−１８２６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
また、この種の燃料電池自動車においては、燃料電池セル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。
【０００５】
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って車室内の快適性を損なうことなく、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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、車両の左右のフロントシート間で上方に膨出して形成した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）と、車幅方向の略中央位置に車両前後方向に沿って配置されて、前記センターコンソールを支持する左右一対のセンターフレーム（例えば、後述の実施形態におけるセンターフレーム２７）を設け、前記サブフレームに搭載した燃料電池スタックが前記センターコンソールの内側に収容されるよう、前記サブフレームを前記左右一対のセンターフレームに結合するようにした。
【０００７】
これにより、燃料電池スタックは、左右のシート間で上方に膨出したセンターコンソールの内側に車体前後方向に沿って配置されるようになり、また、燃料電池スタックを支持するサブフレームは、燃料電池スタックの直近両側においてセンターフレームに結合されるようになる。
【０００８】
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、前記センターフレームよりも車幅方向外側位置に車両前後方向に沿って配置された左右一対のサイドフレーム（例えば、後述の実施形態におけるサイドフレーム２）を設け、前記サブフレームを前記センターフレームと前記サイドフレームとに連結するようにした。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記サブフレームを、車幅方向に延出する車体前側と後側のサブクロスフレーム（例えば、後述の実施形態におけるサブクロスフレーム４１，４２）と、車体前後方向に延出する車体左側と右側のサブセンターフレーム（例えば、後述の実施形態におけるサブセンターフレーム４４）と、を備えた構成とし、これらのサブクロスフレームとサブセンターフレームとに囲まれた領域に、前記燃料電池スタックを取り付けるようにした。
これにより、燃料電池スタックは、前後のサブクロスフレームと左右のサブセンターフレームによって方形状に組まれた強固な骨格部に支持されることとなる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記サブフレームを、前記サブセンターフレームとサブクロスフレームとの各交点で、前記センターフレームに結合するようにした。
これにより、各センターフレームがサブセンターフレームによってそれぞれ補強されるとともに、左右のセンターフレームがサブクロスフレームを介して相互に補強されることとなる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の発明において、前記センターフレームよりも車幅方向外側位置に車両前後方向に沿って配置された左右一対のサイドフレームを設け、前記各サブクロスフレームを前記左右のサイドフレーム間に亘って延在させるとともに、前記各サブクロスフレームの両端部を前記左右のサイドフレームに連結するようにした。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記サブセンターフレームをサブクロスフレームとの結合点から延長し、前記サイドフレーム側に連結される前記サブクロスフレームの端部と、前記サブセンターフレームの前記結合点からの延長部とを結合する傾斜フレーム（例えば、後述の実施形態におけるガセットパイプ４６）を設けるようにした。
これにより、サイドフレームの側方から外部加重が入力されると、その加重がサブクロスフレームを介してサブセンターフレーム上のサブクロスフレームとの結合点に伝達されるとともに、傾斜フレームを介してサブセンターフレームの延長部にも伝達されることとなる。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記燃料電池スタックを前記サブフレームに取り付けるためのブラケットを設け、このブラケットが前記サブフレームと左右のセンターフレームの間に挟持されるように、前記サブフレームを左右のセンターフレームにそれぞれ結合するようにした。
これにより、燃料電池スタックを取り付けるためのブラケットが左右のセンターフレームを相互に連結する補強部材として機能するようになる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、燃料電池スタックが左右のフロントシート間においてセンターコンソールの内側に車体前後方向に沿って配置されるため、燃料電池スタックの少なくとも一部をフロアレベルの上側に位置させることで外部からの荷重入力に対し燃料電池スタックを有利に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することができる。また、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を無くすことができるので、車室内の快適性を損なうことがない。しかも、燃料電池スタックを支持するサブフレームが車体前後方向に沿い、センターコンソールを支持するセンターフレームに結合されるため、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することができる。
【００１５】
さらに、請求項２に記載の発明によれば、燃料電池スタックを搭載するサブフレームが車両前後方向に沿うセンターフレームとサイドフレームの両方に連結されるため、特に、車体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できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、燃料電池スタックが、前後のサブクロスフレームと左右のサブセンターフレームによって方形状に組まれた強固な骨格部に支持されるため、燃料電池スタックの支持剛性を高めることができるとともに、外部からの加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。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、サブフレームが、サブセンターフレームとサブクロスフレームとの各交点でセンターフレームに結合されるため、サブフレームによってセンターフレームの剛性を効率良く高めることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、サブセンターフレームとともに燃料電池スタックを支持するサブクロスフレームがセンターフレームとサイドフレームの両方に連結されるため、車体側方からの加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。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、サイドフレームに入力された車体側方からの外部加重を、サブクロスフレームと傾斜フレームを介してセンターフレームの長手方向に離間した部位に分散させて伝達することができるため、センターフレームの断面の大型化を招くことなく、車体側方からの入力加重に対するセンターフレームの強度を高めることができる。したがって、この発明においては、センターフレームの断面積や重量の増大を抑制することができるため、部品配置の自由度の向上と車両の軽量化を図ることができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明によれば、サブフレームとセンターフレームによるブラケットの挟み込みによってブラケットの取付剛性を確実に高めることができるうえ、ブラケットが左右のセンターフレームを相互に連結する補強部材として機能することから、部品点数の増加や重量増加を招くことなく、左右のセンターフレームの剛性を効率良く高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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４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。
【００２２】
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。
【００２３】
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してフロアパネル１に形成されている。
【００２４】
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。
【００２５】
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と補機類１９と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。
【００２６】
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連結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。
【００２７】
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。この各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に結合され、各サブセンターフレーム４４の後縁部は後サブクロスフレーム４２に結合されており、各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との結合点を超えて後方側に延長している。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（傾斜パイプ）によって連結されている。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１２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。
【００２８】
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に下方からボルト、ナットにより締め付け固定され、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。
【００２９】
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に夫々固定したブラケット４８，４９（図６，図７参照）を介してサブフレーム４０に固定されている。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。
【００３０】
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。特に、ボルト結合によって構成要素間を結合する場合には、例えば、図８，図９に示すような結合部構造を採用することも可能である。
【００３１】
図８，図９は、一方のサブセンターフレーム４４と後サブクロスフレーム４２の結合部構造を一例として示すものである。この結合部では、サブセンターフレーム４４に車幅方向に貫通する貫通孔６０を形成し、この貫通孔６０に後サブクロスフレーム４２を嵌合して両者の交差部をボルト６１とナット６２で結合した概略構造となっている。さらに詳細には、図９に示すようにサブセンターフレーム４４の下面側からは、後サブクロスフレーム４２の上壁に達する補強用のカラー６３を嵌入した状態でボルト６１を挿入し、ボルト６１の先端部を後サブクロスフレーム４２とサブセンターフレーム４４の上壁、更に車体側のセンターフレーム２７まで貫通させた状態でセンターフレーム２７の上面側からナット６２を締め込むようになっている。この構造の場合、後サブクロスフレーム４２とサブセンターフレーム４４がボルト６１とナット６２によって結合されることに加え、両フレーム４２，４４が相互に嵌合されるため、結合部の強度と剛性がより一層高まり、更に、センターフレーム２７も同時に共締め固定するようにしているため、組み付け工数も削減される。
【００３２】
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（以下、「単セル」と呼ぶ）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７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，１２ＲＥによって積層された単セル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、前述のようにブラケット４８，４９を介してサブクロスフレーム４１，４２に固定されるが、このときスタック１２は単セルのなす略長方形状の長辺が上下方向を向くようにしてサブフレーム４０に搭載される。したがって、燃料電池スタック１２はこれによって横断面が縦長になり、サブフレーム４０が前述のように車体下面側に取り付けられた状態において、センターコンソール２３の横幅の狭い横断面内に収容することが可能となっている。
【００３３】
また、前部側のエンドプレート１２ＦＥには，図６に示すように冷却水の給排通路３０ａ，３０ｂが設けられ、後部側のエンドプレート１２ＲＥには，図７に示すように水素系の給排口３１ａ，３１ｂ（一方は前述の水素タンク１７に接続されている。）と酸素系の給排口３２ａ，３２ｂ（一方は前述のコンプレッサ１３に接続されている。）が夫々対角位置に設けられている。
【００３４】
ここで、この車両に搭載される燃料電池のシステムについて簡単に説明すると、この燃料電池においては、図１０に示すように燃料電他スタック１２の後方側から水素と酸素（コンプレッサ１３によって加圧された空気）が導入され、この導入された水素と酸素が各セル内のアノードとカソードに供給されると、両ガスの反応によって発電が行われるようになっている。また、燃料電他スタック１２の前方側からは冷却水が循環供給され、前述のガスの反応の際に発生する熱を冷却水によって冷却するようになっている。なお、各セルのアノードに供給される水素は図示しないエゼクタによって未反応分が再循環して用いられるが、ここで完全に反応しきらなかった残留水素を含む排出ガスは希釈ボックスで希釈されて車外に排出される。
【００３５】
また、図５に示すようにサブフレーム４０の車体左側の中間パイプ４７，４７間にはＤＣ−ＤＣコンバータ５１が取り付けられ、車体右側の中間パイプ４７，４７間には水素タンク１７内の水素の燃焼等によって発熱を行うヒータ５０が取り付けられている。ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は電圧調整をための電装機器であり、その電力変換ケーブル７０が中間パイプ４７の上面に沿い、更に車体左側のセンターフレーム２７とサブセンターフレーム４４の対向面を跨いでセンターフレーム２７の車幅方向内側に沿って配線されている。また、ヒータ５０は冷寒始動時に燃料電池スタック１２内に温水を供給するためのものであり、その配管７１が中間パイプ４７の上面に沿い、更に車体右側のセンターフレーム２７とサブセンターフレーム４４の対向面を跨いで燃料電池スタック１２に接続されている。
【００３６】
図５，図１１に示すように、車体右側のセンターフレーム２７とサブセンターフレーム４４の対向面には相互に対向する窪み部７２，７３が形成され、この窪み部７２，７３間に形成される貫通孔にヒータ５０の配管７１が挿通されている。車体左側のセンターフレーム２７とサブセンターフレーム４４の対向面には同様の窪み部７２，７３（図５中にサブセンターフレーム４４側の窪み部７３のみ図示）が形成され、その窪み部７２，７３間の貫通孔に電力変換ケーブル７０が挿通されている。なお、図１１において、Ｇは、燃料電池スタック１２の重心を示す。
【００３７】
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の重心Ｇ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。
【００３８】
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。特に、サブフレーム４０の車幅方向外側は断面が大きく強度的に有利なサイドフレーム２，２に結合され、サブフレーム４０の車幅方向内側は燃料電池スタック１２の直近位置でセンターフレーム２７，２７に結合されているため、燃料電池スタック１２の積層方向と直交する車体側方からの荷重入力に対して燃料電池スタック１２を有効に保護することができる。
【００３９】
また、サブフレーム４０は、センターコンソール２３の側壁下端を支持するセンターフレーム２７自体の曲げ方向の強度を高めることができるため、側方荷重入力時におけるセンターコンソール２３の変形や燃料電池スタック１２に対するずれを有効に抑えることができる。
【００４０】
この実施形態の場合、サブクロスフレーム４１，４２と左右のサブセンターフレーム４４，４４によって囲まれた長方形状の強固な骨格部の内側に燃料電池スタック１２が取り付けられているため、燃料電池スタック１２の支持剛性を高めることができるうえ、車体側部からの加重入力に対して燃料電池スタック１２をより確実に保護することができる。
そして、この実施形態では、サブフレーム４０はサブセンターフレーム４４とサブクロスフレーム４１，４２の各交点でセンターフレーム２７に結合されているため、サブクロスフレーム４１，４２とサブセンターフレーム４４，４４による前述の長方形状の骨格部構造によってセンターフレーム２７，２７の剛性を効率良く高めることができる。さらに、燃料電池スタック１２を支持するサブクロスフレーム４１，４２は車幅方向中央側のセンターフレーム２７と車幅方向外側のサイドフレーム２，２に結合されているため、車体側方からの加重入力に対して燃料電池スタック１２をより確実に保護することができる。
【００４１】
また、この実施形態においては、サブフレーム４０の後サブクロスフレーム４２の両端部と、サブセンターフレーム４４，４４の後端部（エンドパイプ４５の両端部）を斜めに連結するガセットパイプ４６が設けられているため、車両側方からサイドフレーム２に入力された衝撃加重を、サブクロスフレーム４１，４２とガセットパイプ４６を介してセンターフレーム２７の長手方向に離間した複数箇所に分散して伝達することができる。したがって、センターフレーム２７の断面の大型化を招くことなく、側方荷重に対するセンターフレーム２７の強度を高めることができることから、充分な車体強度を保ったままセンターフレーム２７の断面を小型化し、部品配置の自由度の向上と車両の軽量化を図ることができる。そして、特に、ガセットパイプ４６は、後サブクロスフレーム４２の端部と、サブセンターフレーム４４上の燃料電池スタック１２の搭載位置から離間した部位とを斜めに連結し、側方からの衝突加重を燃料電池スタック１２から遠ざける方向に逃がすことができるため、燃料電池スタック１２をより有利に保護することができる。
【００４２】
つづいて、図１２〜図１９に示すこの発明の他の実施形態について説明する。
この実施形態の燃料電池自動車は、基本的な構造は前述した実施形態とほぼ同様であるが、燃料電池スタック１２をサブフレーム１４０に取り付けるためのブラケット１４８，１４９の取付構造と、サブフレーム１４０のフレーム要素の接合部構造が前述の実施形態のものと異なっている。なお、ここで説明する他の実施形態においては、前述の実施形態と同一部分に同一符号付して重複する説明を一部省略するものとする。
【００４３】
サブフレーム１４０の基本構成は、前述の実施形態とほぼ同様であるが、燃料電池スタック１２をサブフレーム１４０に取り付けるためのブラケット１４８，１４９は、図１２，図１３に示すようにサブフレーム１４０側に結合される取付ベース部８０が左右のサブセンターフレーム１４４，１４４の上方に跨るように延出し、それぞれサブクロスフレーム１４１，１４２の上面とサブセンターフレーム４４，４４の一部上面とに重合されている。そして、ブラケット１４８，１４９の各取付ベース部８０は、図１３に示すように複数のボルト８１…，８２…によってサブクロスフレーム１４１，１４２に結合されている。なお、図１３は、前サブクロスフレーム１４１側のブラケット１４８の取付構造を示し、後サブクロスフレーム１４２側のブラケット１４９の取付構造は直接示されていないが、後サブクロスフレーム１４２側のブラケット１４９の取付部も前サブクロスフレーム１４１側のブラケット１４８の取付部とほぼ同様の構造となっている。したがって、図１３においては、後サブクロスフレーム１４２側のブラケット１４９の取付部の対応部分に符号を括弧に入れて付すものとする。
【００４４】
この実施形態のサブフレーム１４０は、後述するように各フレーム要素が重合され、重合されたフレーム要素が適宜溶接固定されている。サブクロスフレーム１４１，１４２の各上下面には左右のサブセンターフレーム１４４，１４４がそれぞれ重合され、その各重合部が車体骨格部材であるセンターフレーム１２７にボルト８２…とナット８３…で結合されるようになっている。こうしてサブフレーム１４０がセンターフレーム１２７に結合されるとき、前記ブラケット１４８，１４９の各端部は、図１４，図１５に示すようにサブフレーム１４０とセンターフレーム１２７の間にそれぞれ挟み込まれ、その状態においてボルト８２…とナット８３…によって共締め固定される。なお、各ブラケット１４８，１４９は、左右のサブセンターフレーム１２７，１２７よりも幅方向内側位置においてサブクロスフレーム１４１，１４２に単独でボルト８１によって結合されている。
【００４５】
また、この実施形態の場合、サブフレーム１４０のフレーム要素同士は基本的に溶接によって接合されている。図１６〜図１９は、サブフレーム１４０の接合部構造の一例を示すものであり、ここではサブサイドフレーム１４３、後サブクロスフレーム１４２、ガセットパイプ１４６の三者の接合部とその周辺部が描かれている。
サブサイドフレーム１４３とガセットパイプ１４６は、いずれも、断面ハット状のプレート材１４３ａ，１４３ｂと１４６ａ，１４６ｂの両縁のフランジ部が相互にスポット溶接された基本構造とされ、サブサイドフレーム１４３とガセットパイプ１４６の接合部では、サブサイドフレーム１４３のプレート材１４３ａ，１４３ｂの外面にガセットパイプ１４６のプレート材１４６ａ，１４６ｂが重合され、重合された４枚のプレート材１４３ａ，１４３ｂ，１４６ａ，１４６ｂのフランジ部が同時にスポット溶接されている。そして、サブサイドフレーム１４３とガセットパイプ１４６の接合部のうちの、車幅方向内側のコーナー部分には方形状の開口８５が形成され、この開口部分にサブクロスフレーム１４２の端部が挿入されて、同フレーム１４２がサブサイドフレーム１４３とガセットパイプ１４６にミグ溶接によって固定されている。なお、図１６中、ｓは、スポット溶接部分を示し、ｍは、ミグ溶接部分を示す。
【００４６】
この実施形態の場合にも、前述の実施形態と同様にサブフレーム１４０には、後サブクロスフレーム１４２の両端部とサブセンターフレーム１４４，１４４の後端部を斜めに連結するガセットパイプ１４６が設けられているため、車両側方から入力される衝撃荷重をセンターフレーム２７上の長手方向に離間した複数箇所に分散支持されることができる。そして、燃料電池スタック１２から離間する方向に伝達荷重を分散させることができるため、燃料電池スタック１２をより有利に保護することができる。
【００４７】
また、この実施形態の燃料電池自動車においては、燃料電池スタック１２をサブフレーム１４０に取り付けるためのブラケット１４８，１４９の取付ベース部８０が左右のサブセンターフレーム１４４，１４４の上方に跨るように形成されるとともに、その取付ベース部８０の両端部がセンターフレーム１２７とサブフレーム１４０で挟み込まれるようにしてセンターフレーム１２７にボルト８２とナット８２で結合されているため、ブラケット１４８，１４９を高い剛性をもって車体に取り付けることができるうえ、ブラケット１４８，１４９によって左右のセンターフレーム１２７，１２７を補強することができる。したがって、この実施形態においては、部品点数の増加や重量の大幅増加を招くことなく、左右のセンターフレーム１２７，１２７の剛性を効率良く高めることができる。
また、サブフレーム１４０とブラケット１４８，１４９は同材質の材料によって形成することも可能であるが、それぞれ特性の異なる材料によって形成して、それぞれ役割に応じた適正材料によって支持強度を担うようにしても良い。
【００４８】
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、サブフレーム４０の具体的な構造も上述の実施形態のものに限るものでなく、種々の態様が採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】この発明の一実施形態の車両の側面説明図。
【図２】同実施形態の車両の平面説明図。
【図３】同実施形態の車両を裏面から見た斜視図。
【図４】図２のＡ−Ａ線に沿うフロアパネルの断面図。
【図５】この発明の一実施形態のサブフレームの平面図。
【図６】同実施形態の燃料電池スタックの前部側の構造を示す斜視図。
【図７】同実施形態の燃料電池スタックの後部側の構造を示す斜視図。
【図８】同実施形態のサブフレームの結合部構造を示す部分破断斜視図。
【図９】図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図１０】この発明の一実施形態の燃料電池システムを示す概略構成図。
【図１１】図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図１２】この発明の他の実施形態のサブフレームの平面図。
【図１３】同実施形態の燃料電池スタックの前部側の構造を示す斜視図。
【図１４】図１２のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図１５】図１２のＥ−Ｅ線に沿う断面図。
【図１６】図１２のＦ部の拡大平面図
【図１７】図１６のＨ矢視図。
【図１８】図１６のＩ−Ｉ線に沿う断面図。
【図１９】図１６のＪ−Ｊ線に沿う断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１…フロアパネル
２…サイドフレーム
１２…燃料電池スタック
２３…センターコンソール
２７，１２７…センターフレーム
４０，１４０…サブフレーム
４１，４２，１４１，１４２…サブクロスフレーム
４４，１４４…サブセンターフレーム
４６，１４６…ガセットパイプ（傾斜パイプ）
４８，４９，１４８，１４９…ブラケット
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料電池自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【特許文献１】特開２００３−１８２６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
また、この種の燃料電池自動車においては、燃料電池セル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。
【０００５】
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って車室内の快適性を損なうことなく、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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、車両の左右のフロントシート間で上方に膨出して形成した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）と、車幅方向の略中央位置に車両前後方向に沿って配置されて、前記センターコンソールを支持する左右一対のセンターフレーム（例えば、後述の実施形態におけるセンターフレーム２７）を設け、前記サブフレームに搭載した燃料電池スタックが前記センターコンソールの内側に収容されるよう、前記サブフレームを前記左右一対のセンターフレームに結合するようにした。
【０００７】
これにより、燃料電池スタックは、左右のシート間で上方に膨出したセンターコンソールの内側に車体前後方向に沿って配置されるようになり、また、燃料電池スタックを支持するサブフレームは、燃料電池スタックの直近両側においてセンターフレームに結合されるようになる。
【０００８】
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、前記センターフレームよりも車幅方向外側位置に車両前後方向に沿って配置された左右一対のサイドフレーム（例えば、後述の実施形態におけるサイドフレーム２）を設け、前記サブフレームを前記センターフレームと前記サイドフレームとに連結するようにした。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記サブフレームを、車幅方向に延出する車体前側と後側のサブクロスフレーム（例えば、後述の実施形態におけるサブクロスフレーム４１，４２）と、車体前後方向に延出する車体左側と右側のサブセンターフレーム（例えば、後述の実施形態におけるサブセンターフレーム４４）と、を備えた構成とし、これらのサブクロスフレームとサブセンターフレームとに囲まれた領域に、前記燃料電池スタックを取り付けるようにした。
これにより、燃料電池スタックは、前後のサブクロスフレームと左右のサブセンターフレームによって方形状に組まれた強固な骨格部に支持されることとなる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記サブフレームを、前記サブセンターフレームとサブクロスフレームとの各交点で、前記センターフレームに結合するようにした。
これにより、各センターフレームがサブセンターフレームによってそれぞれ補強されるとともに、左右のセンターフレームがサブクロスフレームを介して相互に補強されることとなる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の発明において、前記センターフレームよりも車幅方向外側位置に車両前後方向に沿って配置された左右一対のサイドフレームを設け、前記各サブクロスフレームを前記左右のサイドフレーム間に亘って延在させるとともに、前記各サブクロスフレームの両端部を前記左右のサイドフレームに連結するようにした。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記サブセンターフレームをサブクロスフレームとの結合点から延長し、前記サイドフレーム側に連結される前記サブクロスフレームの端部と、前記サブセンターフレームの前記結合点からの延長部とを結合する傾斜フレーム（例えば、後述の実施形態におけるガセットパイプ４６）を設けるようにした。
これにより、サイドフレームの側方から外部加重が入力されると、その加重がサブクロスフレームを介してサブセンターフレーム上のサブクロスフレームとの結合点に伝達されるとともに、傾斜フレームを介してサブセンターフレームの延長部にも伝達されることとなる。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記燃料電池スタックを前記サブフレームに取り付けるためのブラケットを設け、このブラケットが前記サブフレームと左右のセンターフレームの間に挟持されるように、前記サブフレームを左右のセンターフレームにそれぞれ結合するようにした。
これにより、燃料電池スタックを取り付けるためのブラケットが左右のセンターフレームを相互に連結する補強部材として機能するようになる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、燃料電池スタックが左右のフロントシート間においてセンターコンソールの内側に車体前後方向に沿って配置されるため、燃料電池スタックの少なくとも一部をフロアレベルの上側に位置させることで外部からの荷重入力に対し燃料電池スタックを有利に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することができる。また、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を無くすことができるので、車室内の快適性を損なうことがない。しかも、燃料電池スタックを支持するサブフレームが車体前後方向に沿い、センターコンソールを支持するセンターフレームに結合されるため、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することができる。
【００１５】
さらに、請求項２に記載の発明によれば、燃料電池スタックを搭載するサブフレームが車両前後方向に沿うセンターフレームとサイドフレームの両方に連結されるため、特に、車体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できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、燃料電池スタックが、前後のサブクロスフレームと左右のサブセンターフレームによって方形状に組まれた強固な骨格部に支持されるため、燃料電池スタックの支持剛性を高めることができるとともに、外部からの加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。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、サブフレームが、サブセンターフレームとサブクロスフレームとの各交点でセンターフレームに結合されるため、サブフレームによってセンターフレームの剛性を効率良く高めることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、サブセンターフレームとともに燃料電池スタックを支持するサブクロスフレームがセンターフレームとサイドフレームの両方に連結されるため、車体側方からの加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。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、サイドフレームに入力された車体側方からの外部加重を、サブクロスフレームと傾斜フレームを介してセンターフレームの長手方向に離間した部位に分散させて伝達することができるため、センターフレームの断面の大型化を招くことなく、車体側方からの入力加重に対するセンターフレームの強度を高めることができる。したがって、この発明においては、センターフレームの断面積や重量の増大を抑制することができるため、部品配置の自由度の向上と車両の軽量化を図ることができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明によれば、サブフレームとセンターフレームによるブラケットの挟み込みによってブラケットの取付剛性を確実に高めることができるうえ、ブラケットが左右のセンターフレームを相互に連結する補強部材として機能することから、部品点数の増加や重量増加を招くことなく、左右のセンターフレームの剛性を効率良く高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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４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。
【００２２】
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。
【００２３】
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してフロアパネル１に形成されている。
【００２４】
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。
【００２５】
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と補機類１９と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。
【００２６】
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連結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。
【００２７】
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。この各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に結合され、各サブセンターフレーム４４の後縁部は後サブクロスフレーム４２に結合されており、各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との結合点を超えて後方側に延長している。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（傾斜パイプ）によって連結されている。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１２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。
【００２８】
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に下方からボルト、ナットにより締め付け固定され、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。
【００２９】
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に夫々固定したブラケット４８，４９（図６，図７参照）を介してサブフレーム４０に固定されている。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。
【００３０】
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。特に、ボルト結合によって構成要素間を結合する場合には、例えば、図８，図９に示すような結合部構造を採用することも可能である。
【００３１】
図８，図９は、一方のサブセンターフレーム４４と後サブクロスフレーム４２の結合部構造を一例として示すものである。この結合部では、サブセンターフレーム４４に車幅方向に貫通する貫通孔６０を形成し、この貫通孔６０に後サブクロスフレーム４２を嵌合して両者の交差部をボルト６１とナット６２で結合した概略構造となっている。さらに詳細には、図９に示すようにサブセンターフレーム４４の下面側からは、後サブクロスフレーム４２の上壁に達する補強用のカラー６３を嵌入した状態でボルト６１を挿入し、ボルト６１の先端部を後サブクロスフレーム４２とサブセンターフレーム４４の上壁、更に車体側のセンターフレーム２７まで貫通させた状態でセンターフレーム２７の上面側からナット６２を締め込むようになっている。この構造の場合、後サブクロスフレーム４２とサブセンターフレーム４４がボルト６１とナット６２によって結合されることに加え、両フレーム４２，４４が相互に嵌合されるため、結合部の強度と剛性がより一層高まり、更に、センターフレーム２７も同時に共締め固定するようにしているため、組み付け工数も削減される。
【００３２】
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（以下、「単セル」と呼ぶ）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７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，１２ＲＥによって積層された単セル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、前述のようにブラケット４８，４９を介してサブクロスフレーム４１，４２に固定されるが、このときスタック１２は単セルのなす略長方形状の長辺が上下方向を向くようにしてサブフレーム４０に搭載される。したがって、燃料電池スタック１２はこれによって横断面が縦長になり、サブフレーム４０が前述のように車体下面側に取り付けられた状態において、センターコンソール２３の横幅の狭い横断面内に収容することが可能となっている。
【００３３】
また、前部側のエンドプレート１２ＦＥには，図６に示すように冷却水の給排通路３０ａ，３０ｂが設けられ、後部側のエンドプレート１２ＲＥには，図７に示すように水素系の給排口３１ａ，３１ｂ（一方は前述の水素タンク１７に接続されている。）と酸素系の給排口３２ａ，３２ｂ（一方は前述のコンプレッサ１３に接続されている。）が夫々対角位置に設けられている。
【００３４】
ここで、この車両に搭載される燃料電池のシステムについて簡単に説明すると、この燃料電池においては、図１０に示すように燃料電他スタック１２の後方側から水素と酸素（コンプレッサ１３によって加圧された空気）が導入され、この導入された水素と酸素が各セル内のアノードとカソードに供給されると、両ガスの反応によって発電が行われるようになっている。また、燃料電他スタック１２の前方側からは冷却水が循環供給され、前述のガスの反応の際に発生する熱を冷却水によって冷却するようになっている。なお、各セルのアノードに供給される水素は図示しないエゼクタによって未反応分が再循環して用いられるが、ここで完全に反応しきらなかった残留水素を含む排出ガスは希釈ボックスで希釈されて車外に排出される。
【００３５】
また、図５に示すようにサブフレーム４０の車体左側の中間パイプ４７，４７間にはＤＣ−ＤＣコンバータ５１が取り付けられ、車体右側の中間パイプ４７，４７間には水素タンク１７内の水素の燃焼等によって発熱を行うヒータ５０が取り付けられている。ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は電圧調整をための電装機器であり、その電力変換ケーブル７０が中間パイプ４７の上面に沿い、更に車体左側のセンターフレーム２７とサブセンターフレーム４４の対向面を跨いでセンターフレーム２７の車幅方向内側に沿って配線されている。また、ヒータ５０は冷寒始動時に燃料電池スタック１２内に温水を供給するためのものであり、その配管７１が中間パイプ４７の上面に沿い、更に車体右側のセンターフレーム２７とサブセンターフレーム４４の対向面を跨いで燃料電池スタック１２に接続されている。
【００３６】
図５，図１１に示すように、車体右側のセンターフレーム２７とサブセンターフレーム４４の対向面には相互に対向する窪み部７２，７３が形成され、この窪み部７２，７３間に形成される貫通孔にヒータ５０の配管７１が挿通されている。車体左側のセンターフレーム２７とサブセンターフレーム４４の対向面には同様の窪み部７２，７３（図５中にサブセンターフレーム４４側の窪み部７３のみ図示）が形成され、その窪み部７２，７３間の貫通孔に電力変換ケーブル７０が挿通されている。なお、図１１において、Ｇは、燃料電池スタック１２の重心を示す。
【００３７】
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の重心Ｇ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。
【００３８】
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。特に、サブフレーム４０の車幅方向外側は断面が大きく強度的に有利なサイドフレーム２，２に結合され、サブフレーム４０の車幅方向内側は燃料電池スタック１２の直近位置でセンターフレーム２７，２７に結合されているため、燃料電池スタック１２の積層方向と直交する車体側方からの荷重入力に対して燃料電池スタック１２を有効に保護することができる。
【００３９】
また、サブフレーム４０は、センターコンソール２３の側壁下端を支持するセンターフレーム２７自体の曲げ方向の強度を高めることができるため、側方荷重入力時におけるセンターコンソール２３の変形や燃料電池スタック１２に対するずれを有効に抑えることができる。
【００４０】
この実施形態の場合、サブクロスフレーム４１，４２と左右のサブセンターフレーム４４，４４によって囲まれた長方形状の強固な骨格部の内側に燃料電池スタック１２が取り付けられているため、燃料電池スタック１２の支持剛性を高めることができるうえ、車体側部からの加重入力に対して燃料電池スタック１２をより確実に保護することができる。
そして、この実施形態では、サブフレーム４０はサブセンターフレーム４４とサブクロスフレーム４１，４２の各交点でセンターフレーム２７に結合されているため、サブクロスフレーム４１，４２とサブセンターフレーム４４，４４による前述の長方形状の骨格部構造によってセンターフレーム２７，２７の剛性を効率良く高めることができる。さらに、燃料電池スタック１２を支持するサブクロスフレーム４１，４２は車幅方向中央側のセンターフレーム２７と車幅方向外側のサイドフレーム２，２に結合されているため、車体側方からの加重入力に対して燃料電池スタック１２をより確実に保護することができる。
【００４１】
また、この実施形態においては、サブフレーム４０の後サブクロスフレーム４２の両端部と、サブセンターフレーム４４，４４の後端部（エンドパイプ４５の両端部）を斜めに連結するガセットパイプ４６が設けられているため、車両側方からサイドフレーム２に入力された衝撃加重を、サブクロスフレーム４１，４２とガセットパイプ４６を介してセンターフレーム２７の長手方向に離間した複数箇所に分散して伝達することができる。したがって、センターフレーム２７の断面の大型化を招くことなく、側方荷重に対するセンターフレーム２７の強度を高めることができることから、充分な車体強度を保ったままセンターフレーム２７の断面を小型化し、部品配置の自由度の向上と車両の軽量化を図ることができる。そして、特に、ガセットパイプ４６は、後サブクロスフレーム４２の端部と、サブセンターフレーム４４上の燃料電池スタック１２の搭載位置から離間した部位とを斜めに連結し、側方からの衝突加重を燃料電池スタック１２から遠ざける方向に逃がすことができるため、燃料電池スタック１２をより有利に保護することができる。
【００４２】
つづいて、図１２〜図１９に示すこの発明の他の実施形態について説明する。
この実施形態の燃料電池自動車は、基本的な構造は前述した実施形態とほぼ同様であるが、燃料電池スタック１２をサブフレーム１４０に取り付けるためのブラケット１４８，１４９の取付構造と、サブフレーム１４０のフレーム要素の接合部構造が前述の実施形態のものと異なっている。なお、ここで説明する他の実施形態においては、前述の実施形態と同一部分に同一符号付して重複する説明を一部省略するものとする。
【００４３】
サブフレーム１４０の基本構成は、前述の実施形態とほぼ同様であるが、燃料電池スタック１２をサブフレーム１４０に取り付けるためのブラケット１４８，１４９は、図１２，図１３に示すようにサブフレーム１４０側に結合される取付ベース部８０が左右のサブセンターフレーム１４４，１４４の上方に跨るように延出し、それぞれサブクロスフレーム１４１，１４２の上面とサブセンターフレーム４４，４４の一部上面とに重合されている。そして、ブラケット１４８，１４９の各取付ベース部８０は、図１３に示すように複数のボルト８１…，８２…によってサブクロスフレーム１４１，１４２に結合されている。なお、図１３は、前サブクロスフレーム１４１側のブラケット１４８の取付構造を示し、後サブクロスフレーム１４２側のブラケット１４９の取付構造は直接示されていないが、後サブクロスフレーム１４２側のブラケット１４９の取付部も前サブクロスフレーム１４１側のブラケット１４８の取付部とほぼ同様の構造となっている。したがって、図１３においては、後サブクロスフレーム１４２側のブラケット１４９の取付部の対応部分に符号を括弧に入れて付すものとする。
【００４４】
この実施形態のサブフレーム１４０は、後述するように各フレーム要素が重合され、重合されたフレーム要素が適宜溶接固定されている。サブクロスフレーム１４１，１４２の各上下面には左右のサブセンターフレーム１４４，１４４がそれぞれ重合され、その各重合部が車体骨格部材であるセンターフレーム１２７にボルト８２…とナット８３…で結合されるようになっている。こうしてサブフレーム１４０がセンターフレーム１２７に結合されるとき、前記ブラケット１４８，１４９の各端部は、図１４，図１５に示すようにサブフレーム１４０とセンターフレーム１２７の間にそれぞれ挟み込まれ、その状態においてボルト８２…とナット８３…によって共締め固定される。なお、各ブラケット１４８，１４９は、左右のサブセンターフレーム１２７，１２７よりも幅方向内側位置においてサブクロスフレーム１４１，１４２に単独でボルト８１によって結合されている。
【００４５】
また、この実施形態の場合、サブフレーム１４０のフレーム要素同士は基本的に溶接によって接合されている。図１６〜図１９は、サブフレーム１４０の接合部構造の一例を示すものであり、ここではサブサイドフレーム１４３、後サブクロスフレーム１４２、ガセットパイプ１４６の三者の接合部とその周辺部が描かれている。
サブサイドフレーム１４３とガセットパイプ１４６は、いずれも、断面ハット状のプレート材１４３ａ，１４３ｂと１４６ａ，１４６ｂの両縁のフランジ部が相互にスポット溶接された基本構造とされ、サブサイドフレーム１４３とガセットパイプ１４６の接合部では、サブサイドフレーム１４３のプレート材１４３ａ，１４３ｂの外面にガセットパイプ１４６のプレート材１４６ａ，１４６ｂが重合され、重合された４枚のプレート材１４３ａ，１４３ｂ，１４６ａ，１４６ｂのフランジ部が同時にスポット溶接されている。そして、サブサイドフレーム１４３とガセットパイプ１４６の接合部のうちの、車幅方向内側のコーナー部分には方形状の開口８５が形成され、この開口部分にサブクロスフレーム１４２の端部が挿入されて、同フレーム１４２がサブサイドフレーム１４３とガセットパイプ１４６にミグ溶接によって固定されている。なお、図１６中、ｓは、スポット溶接部分を示し、ｍは、ミグ溶接部分を示す。
【００４６】
この実施形態の場合にも、前述の実施形態と同様にサブフレーム１４０には、後サブクロスフレーム１４２の両端部とサブセンターフレーム１４４，１４４の後端部を斜めに連結するガセットパイプ１４６が設けられているため、車両側方から入力される衝撃荷重をセンターフレーム２７上の長手方向に離間した複数箇所に分散支持されることができる。そして、燃料電池スタック１２から離間する方向に伝達荷重を分散させることができるため、燃料電池スタック１２をより有利に保護することができる。
【００４７】
また、この実施形態の燃料電池自動車においては、燃料電池スタック１２をサブフレーム１４０に取り付けるためのブラケット１４８，１４９の取付ベース部８０が左右のサブセンターフレーム１４４，１４４の上方に跨るように形成されるとともに、その取付ベース部８０の両端部がセンターフレーム１２７とサブフレーム１４０で挟み込まれるようにしてセンターフレーム１２７にボルト８２とナット８２で結合されているため、ブラケット１４８，１４９を高い剛性をもって車体に取り付けることができるうえ、ブラケット１４８，１４９によって左右のセンターフレーム１２７，１２７を補強することができる。したがって、この実施形態においては、部品点数の増加や重量の大幅増加を招くことなく、左右のセンターフレーム１２７，１２７の剛性を効率良く高めることができる。
また、サブフレーム１４０とブラケット１４８，１４９は同材質の材料によって形成することも可能であるが、それぞれ特性の異なる材料によって形成して、それぞれ役割に応じた適正材料によって支持強度を担うようにしても良い。
【００４８】
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、サブフレーム４０の具体的な構造も上述の実施形態のものに限るものでなく、種々の態様が採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】この発明の一実施形態の車両の側面説明図。
【図２】同実施形態の車両の平面説明図。
【図３】同実施形態の車両を裏面から見た斜視図。
【図４】図２のＡ−Ａ線に沿うフロアパネルの断面図。
【図５】この発明の一実施形態のサブフレームの平面図。
【図６】同実施形態の燃料電池スタックの前部側の構造を示す斜視図。
【図７】同実施形態の燃料電池スタックの後部側の構造を示す斜視図。
【図８】同実施形態のサブフレームの結合部構造を示す部分破断斜視図。
【図９】図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図１０】この発明の一実施形態の燃料電池システムを示す概略構成図。
【図１１】図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図１２】この発明の他の実施形態のサブフレームの平面図。
【図１３】同実施形態の燃料電池スタックの前部側の構造を示す斜視図。
【図１４】図１２のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図１５】図１２のＥ−Ｅ線に沿う断面図。
【図１６】図１２のＦ部の拡大平面図
【図１７】図１６のＨ矢視図。
【図１８】図１６のＩ−Ｉ線に沿う断面図。
【図１９】図１６のＪ−Ｊ線に沿う断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１…フロアパネル
２…サイドフレーム
１２…燃料電池スタック
２３…センターコンソール
２７，１２７…センターフレーム
４０，１４０…サブフレーム
４１，４２，１４１，１４２…サブクロスフレーム
４４，１４４…サブセンターフレーム
４６，１４６…ガセットパイプ（傾斜パイプ）
４８，４９，１４８，１４９…ブラケット
【特許請求の範囲】
【請求項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、車両の左右のフロントシート間で上方に膨出して形成したセンターコンソールと、
車幅方向の略中央位置に車両前後方向に沿って配置されて、前記センターコンソールを支持する左右一対のセンターフレームを設け、
前記サブフレームに搭載した燃料電池スタックが前記センターコンソールの内側に収容されるよう、前記サブフレームを前記左右一対のセンターフレームに結合したことを特徴とする燃料電池自動車。
【請求項２】
前記センターフレームよりも車幅方向外側位置に車両前後方向に沿って配置された左右一対のサイドフレームを設け、前記サブフレームを前記センターフレームと前記サイドフレームとに結合したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池自動車。
【請求項３】
前記サブフレームを、車幅方向に延出する車体前側と後側のサブクロスフレームと、車体前後方向に延出する車体左側と右側のサブセンターフレームと、を備えた構成とし、これらのサブクロスフレームとサブセンターフレームとに囲まれた領域に、前記燃料電池スタックを取り付けたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池自動車。
【請求項４】
前記サブフレームを、前記サブセンターフレームとサブクロスフレームとの各交点で、前記センターフレームに結合したことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池自動車。
【請求項５】
前記センターフレームよりも車幅方向外側位置に車両前後方向に沿って配置された左右一対のサイドフレームを設け、
前記各サブクロスフレームを前記左右のサイドフレーム間に亘って延在させるとともに、前記各サブクロスフレームの両端部を前記左右のサイドフレームに連結したことを特徴とする請求項３または４に記載の燃料電池自動車。
【請求項６】
前記サブセンターフレームをサブクロスフレームとの結合点から延長し、
前記サイドフレーム側に連結される前記サブクロスフレームの端部と、前記サブセンターフレームの前記結合点からの延長部とを結合する傾斜フレームを設けたことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池自動車。
【請求項７】
前記燃料電池スタックを前記サブフレームに取り付けるためのブラケットを設け、このブラケットが前記サブフレームと左右のセンターフレームの間に挟持されるように、前記サブフレームを左右のセンターフレームにそれぞれ結合したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池自動車。
【請求項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、車両の左右のフロントシート間で上方に膨出して形成したセンターコンソールと、
車幅方向の略中央位置に車両前後方向に沿って配置されて、前記センターコンソールを支持する左右一対のセンターフレームを設け、
前記サブフレームに搭載した燃料電池スタックが前記センターコンソールの内側に収容されるよう、前記サブフレームを前記左右一対のセンターフレームに結合したことを特徴とする燃料電池自動車。
【請求項２】
前記センターフレームよりも車幅方向外側位置に車両前後方向に沿って配置された左右一対のサイドフレームを設け、前記サブフレームを前記センターフレームと前記サイドフレームとに結合したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池自動車。
【請求項３】
前記サブフレームを、車幅方向に延出する車体前側と後側のサブクロスフレームと、車体前後方向に延出する車体左側と右側のサブセンターフレームと、を備えた構成とし、これらのサブクロスフレームとサブセンターフレームとに囲まれた領域に、前記燃料電池スタックを取り付けたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池自動車。
【請求項４】
前記サブフレームを、前記サブセンターフレームとサブクロスフレームとの各交点で、前記センターフレームに結合したことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池自動車。
【請求項５】
前記センターフレームよりも車幅方向外側位置に車両前後方向に沿って配置された左右一対のサイドフレームを設け、
前記各サブクロスフレームを前記左右のサイドフレーム間に亘って延在させるとともに、前記各サブクロスフレームの両端部を前記左右のサイドフレームに連結したことを特徴とする請求項３または４に記載の燃料電池自動車。
【請求項６】
前記サブセンターフレームをサブクロスフレームとの結合点から延長し、
前記サイドフレーム側に連結される前記サブクロスフレームの端部と、前記サブセンターフレームの前記結合点からの延長部とを結合する傾斜フレームを設けたことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池自動車。
【請求項７】
前記燃料電池スタックを前記サブフレームに取り付けるためのブラケットを設け、このブラケットが前記サブフレームと左右のセンターフレームの間に挟持されるように、前記サブフレームを左右のセンターフレームにそれぞれ結合したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００７−３９００４（Ｐ２００７−３９００４Ａ）
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５３３５８（Ｐ２００５−３５３３５８）
【出願日】平成１７年１２月７日（２００５．１２．７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月７日（２００５．１２．７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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