燃料電池車両
【課題】車両衝突時の燃料電池スタックやコンバータの破損を抑制する。
【解決手段】燃料電池車両１に搭載された燃料電池システム２は、燃料電池スタック１０と、当該燃料電池スタック１０の出力電圧を変圧するＤＣ−ＤＣコンバータ１４と、当該燃料電池スタック１０を稼働させるために必要な関連装置群Ａ１、Ａ２と、を有している。燃料電池車両１において、燃料電池スタック１０は、車両１の左右方向に２分割されて配置されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、分割された燃料電池スタック１０の間に配置されている。関連装置群Ａ１、Ａ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の前後に配置されている。
【解決手段】燃料電池車両１に搭載された燃料電池システム２は、燃料電池スタック１０と、当該燃料電池スタック１０の出力電圧を変圧するＤＣ−ＤＣコンバータ１４と、当該燃料電池スタック１０を稼働させるために必要な関連装置群Ａ１、Ａ２と、を有している。燃料電池車両１において、燃料電池スタック１０は、車両１の左右方向に２分割されて配置されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、分割された燃料電池スタック１０の間に配置されている。関連装置群Ａ１、Ａ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の前後に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムが搭載された燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば燃料電池システムが搭載された燃料電池自動車には、車両のフロア下部に、燃料電池システムの構成装置である、燃料電池スタック、コンバータ、及びその他の気液分離器、ポンプなどの関連装置や、水素タンク等が搭載されている。
【０００３】
通常、燃料電池自動車には、前方から燃料電池スタックと水素タンクがこの順に配置され、その他の関連装置、コンバータが適宜配置されている。また、コンバータは、燃料電池スタックの近辺に配置することが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０７５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の燃料電池自動車では、車両衝突時に車両の前方から大きな外力が加わると、車両が潰され、燃料電池スタックに外力が作用して燃料電池スタックやコンバータが破損することがある。特に、比較的重量があり強度の高い水素タンクが後方にある場合には、燃料電池タンクが慣性により車両の前方側に移動し、燃料電池スタックに衝突して燃料電池スタックやコンバータを破損する場合がある。燃料電池スタックは、多数の単セルが積層された構造を有しており、衝突により大きなダメージを受けやすい。燃料電池スタックは、発電により高電圧となっている場合があり、また反応ガスとして水素ガス等が使用されているために、破損すると不都合が生じる恐れがある。また、使用時には通常コンバータにも電荷が蓄積されており、破損すると不都合が生じる恐れがある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、車両衝突時の燃料電池スタックやコンバータの破損を抑制できる燃料電池車両を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、燃料電池システムが搭載された燃料電池車両であって、前記燃料電池システムは、燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックの出力電圧を変圧するコンバータと、当該燃料電池スタックを稼働させるために必要な関連装置群と、を有し、前記燃料電池スタックは、車両の左右方向に２分割されて配置され、前記コンバータは、分割された前記燃料電池スタックの間に配置され、前記関連装置群は、前記コンバータの前後に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、燃料電池スタックが車両の左右方向に２分割されており、その間にコンバータが配置され、その前後に関連装置群が配置されているため、車両衝突時には、初めに関連装置群に外力が加わることになり、それによって燃料電池スタックやコンバータが保護される。特に燃料電池スタックは、左右方向に２分割されており、外力により関連装置群が移動しても関連装置群が直接衝突しないので、車両衝突時の破損を十分に抑制できる。
【０００９】
分割された前記燃料電池スタックは、車両の中央側が低くなるように斜めに傾斜されて設置されていてもよい。かかる場合、燃料電池スタックで生成された液体の排水を好適に行うことができる。
【００１０】
前記燃料電池スタック、前記コンバータ及び前記関連装置群は、保護フレームにより囲まれていてもよい。かかる場合、燃料電池スタックやコンバータが十分に保護される。
【００１１】
前記燃料電池スタックの側面側の前記保護フレームには、筋交いが形成されていてもよい。かかる場合、車両の側面からの外力に対しても燃料電池スタックやコンバータをより強固に保護できる。
【００１２】
前記保護フレームの下面には、衝撃緩衝用カバーが設けられていてもよい。かかる場合、保護フレーム内の燃料電池スタックやコンバータが、路面や路面上の障害物との衝突から保護される。
【００１３】
前記燃料電池スタック及び前記コンバータを囲む前記保護フレームの前記衝撃緩衝用カバーは、車両の前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部が前後方向の中央より前方側に位置し、前記最下部から後方側が前方側よりも緩やかな傾斜に形成されていてもよい。かかる場合、路面衝突時における燃料電池スタックやコンバータへの衝撃を効果的に緩和できる。
【００１４】
前記コンバータより前方の前記関連装置群を囲む前記保護フレームの前記衝撃緩衝用カバーは、車両の前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部が前後方向の中央より後方側に位置し、前記最下部から前方側が後方側よりも緩やかな傾斜に形成されていてもよい。かかる場合、路面衝突時におけるコンバータへの衝撃を効果的に緩和できる。
【００１５】
前記コンバータは、コンデンサと、前記コンデンサの前に配置され、前方側からの外力によりコンデンサに短絡を生じさせてコンデンサの電荷を減少させることが可能な部材と、を有していてもよい。かかる場合、車両衝突時にコンデンサの電荷を減少させて、衝突時の安全性を向上できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、車両衝突時の燃料電池スタックやコンバータの破損を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】燃料電池車両の構成の概略を示す模式図である。
【図２】燃料電池システムの構成の概略を示す模式図である。
【図３】保護フレームの構造を示す説明図である。
【図４】衝撃緩衝用カバーが取り付けられた保護フレームを有する車両の側面を示す説明図である。
【図５】衝撃緩衝用カバーの斜視図である。
【図６】燃料電池スタックの保護フレームの衝撃緩衝用カバーに衝突物が衝突した様子を示す説明図である。
【図７】関連装置群の保護フレームの衝撃緩衝用カバーに衝突物が衝突した様子を示す説明図である。
【図８】ＤＣ−ＤＣコンバータの内部構造の概略を示す模式図である。
【図９】燃料電池スタックが斜めに配置された状態の保護フレームを車両の前後方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る燃料電池車両１の構成の概略を示す説明図である。
【００１９】
燃料電池車両１は、燃料電池システム２を有している。燃料電池システム２は、図２に示すように、例えば反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池スタック１０、燃料電池スタック１０に酸化ガス（例えば空気）を供給する酸化ガス配管系１１、燃料電池スタック１０に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系１２、燃料電池スタック１０に冷却液を供給する冷却液配管系１３等を備えている。
【００２０】
燃料電池スタック１０は、反応ガスの供給を受けて発電する単電池（単セル）を所要数積層して構成したスタック構造を有している。 燃料電池スタック１０には、燃料電池スタック１０の出力電圧を変圧するＤＣ−ＤＣコンバータ１４や、インバータ１５、発電された電力を制御するパワーコントロールユニット１６等が接続されている。
【００２１】
酸化ガス配管系１１は、例えば加湿器２０と、加湿器２０により加湿された酸化ガスを燃料電池スタック１０に供給するガス供給流路２１と、燃料電池スタック１０から排出された酸化オフガスを加湿器２０に送るガス排出流路２２と、加湿器２０の酸化オフガスを外部に排出するガス排気流路２３を備えている。ガス供給流路２１には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器２０に圧送するコンプレッサ２４等が設けられている。
【００２２】
水素ガス配管系１２は、例えば高圧（例えば７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク３０と、水素タンク３０の水素ガスを燃料電池スタック１０に供給するためのガス供給流路３１と、燃料電池スタック１０から排出された水素オフガスをガス供給流路３１に戻すための循環流路３２を備えている。
【００２３】
ガス供給流路３１には、例えば水素タンク３０の元弁として機能し、水素タンク３０から燃料電池スタック１０側への水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁３３と、水素ガスの圧力を予め設定した二次圧に減圧するレギュレータ３４と、燃料電池スタック１０側に供給する水素ガスの流量やガス圧を高精度に調整するインジェクタなどの調圧装置３５が設けられている。
【００２４】
循環流路３２には、例えば水素オフガスから水や不純物を除去する気液分離器３６と、循環流路３２内の水素オフガスを加圧してガス供給流路３１側へ圧送する水素ポンプ３７が設けられている。気液分離器３６には、気液分離器３６により分離された水や一部の水素オフガスを外部に排出する排出流路３８が接続されている。当該排出流路３８には、気液分離器３６からの水や一部の水素オフガスの排出を制御する排出制御弁３９が設けられている。
【００２５】
冷却液配管系１３は、例えば冷却液を燃料電池スタック１０との間で循環させる冷却液流路４０、ラジエータ４１、バルブ４２、冷却液を圧送するポンプ４３等を備えている。
【００２６】
図１に示すように燃料電池車両１には、上述した燃料電池システム２を構成する燃料電池スタック１０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４、気液分離器３６やポンプ４３などのその他の関連装置群Ａ１、Ａ２、水素タンク３０等が配置されている。燃料電池スタック１０は、車両の左右方向に２分割され、燃料電池車両１の中央より側面側に間隔をおいて配置されている。２分割された燃料電池スタック１０の間には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が配置されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の前後には、関連装置群Ａ１、Ａ２が配置されている。車両前方側の関連装置群Ａ１には、例えば気液分離器３６、ポンプ４３、インバータ１５などが含まれている。車両後方側の関連装置群Ａ２には、例えば水素ガス配管系１２の遮断弁３３、レギュレータ３４、調圧装置３５などの非発電系の装置が含まれている。水素タンク３０は、関連装置群Ａ２の後方に配置されている。なお、燃料電池スタック１０の単セルの積層方向は、車両１の前後方向、左右方向のどちらでもよい。
【００２７】
図３に示すように燃料電池スタック１０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４及び関連装置群Ａ１、Ａ２は、それらを外力から保護する保護フレーム５０により囲まれている。燃料電池スタック１０及びＤＣ−ＤＣコンバータ１４を収容する保護フレーム５０ａは、例えば直方体の枠形状に形成されている。保護フレーム５０ａの燃料電池スタック１０の側面側には、筋交い５１が形成されている。また、関連装置群Ａ１、Ａ２を収容する保護フレーム５０ｂ、５０ｃは、例えば下面が方形の枠形状で、側面が直角三角形の枠形状に形成されている。
【００２８】
図４に示すように各保護フレーム５０ａ、５０ｂ、５０ｃの下面には、路面衝突による衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２が設けられている。図５に示すように衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２は、各保護フレーム５０ａ、５０ｂ、５０ｃの下面を覆うように車両１の左右方向に長い略長方形の板形状に形成されている。衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２の表面には、複数のビードＳが形成されており、衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２は、可撓性を有している。
【００２９】
図４に示すように衝撃緩衝用カバー６０は、保護フレーム５０ａの下面に取り付けられ、例えば前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部６０ａが前後方向の中央より前方側に位置し、最下部６０ａから後方側が前方側よりも緩やかな傾斜に形成されている。衝撃緩衝用カバー６０は、保護フレーム５０ａの下面の両端部に亘って形成されている。かかる場合、走行中に燃料電池車両１の底が路面や障害物などに衝突した際に、例えば図６に示すように衝突物Ｐが最初に最下部６０ａにあたり、衝撃緩衝用カバー６０が当該衝撃を緩衝しつつ、そのときの力で保護フレーム５０ａが上方に移動し衝突物Ｐから退避する。この結果、燃料電池スタック１０やＤＣ−ＤＣコンバータ１４に大きな力が直接的になおかつ継続的に作用せず、燃料電池スタック１０やＤＣ−ＤＣコンバータ１４が、路面衝突による衝撃から守られる。
【００３０】
図７に示すように衝撃緩衝用カバー６１は、保護フレーム５０ｂの下面に取り付けられ、例えば前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部６１ａが前後方向の中央より後方側に位置し、最下部６１ａから前方側が後方側よりも緩やかな傾斜に形成されている。この衝撃緩衝用カバー６１は、他の衝撃緩衝用カバー６０、６２に比べて最下部が低く形成されている。走行中に燃料電池車両１の底に路面の障害物などが衝突した際に、例えば衝突物Ｐが先ず緩やかな傾斜面に当たり、その後最下部６１ａに当たる。これにより、保護フレーム５０ｂが、当該衝突物Ｐにより徐々に押し上げられ、衝突物Ｐに対し斜め上方にジャンプする。この結果、保護フレーム５０ｂの後方の保護フレーム５０ａが衝突物Ｐを飛び越え、保護フレーム５０ａに直接衝突物Ｐが衝突しなくなる。これにより、保護フレーム５０ａの燃料電池スタック１０やＤＣ−ＤＣコンバータ１４が、路面衝突による衝撃から守られる。
【００３１】
図４に示すように衝撃緩衝用カバー６２は、保護フレーム５０ｃの下面に取り付けられ、衝撃緩衝用カバー６０と同様に、例えば前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部６２ａが前後方向の中央より前方側に位置し、最下部６２ａから後方側が前方側よりも緩やかな傾斜に形成されている。これにより、走行中に燃料電池車両１の底に衝突物Ｐが衝突した際に、保護フレーム５０ｃの関連装置Ａ２に大きな力が直接的になおかつ継続的に作用せず、路面衝突による衝撃から関連装置Ａ２が守られる。
【００３２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、図８に示すように燃料電池スタック１０の出力電圧を保持し平準化するコンデンサ７０、電流を一時的に保持し元電流に上乗せして昇圧させるリアクタンス７１、スイッチングを行うＩＰＭ７２、及びリレー及びサービスプラグ７３等を有している。例えばコンデンサ７０は、前方に配置され、その後ろにリアクタンス７１が配置されている。ＩＰＭ７２は、コンデンサ７０の下方に配置されている。リレー及びサービスプラグ７３は、コンデンサ７０の両電極の端子の前の最前部に配置されている。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に前方から外力が加わった場合に、最初にリレー及びサービスプラグ７３に外力が加わり、リレー及びサービスプラグ７３が後方に移動してコンデンサ７０に衝突し、それによってコンデンサ７０に短絡を生じさせてコンデンサ７０の電荷を強制的に減少或いは消滅させることができる。
【００３３】
以上の実施の形態によれば、燃料電池スタック１０が車両１の左右方向に２分割されており、その間にＤＣ−ＤＣコンバータ１４が配置され、その前後に関連装置群Ａ１、Ａ２が配置されているため、車両衝突時に車両１が押しつぶされたときに、初めに関連装置群Ａ１、Ａ２に外力が加わるので、燃料電池スタック１０やＤＣ−ＤＣコンバータ１４が守られる。特に燃料電池スタック１０は、左右方向に２分割されており、外力により関連装置群Ａ１、Ａ２が移動しても関連装置群Ａ１、Ａ２が直接衝突しないので、車両衝突時の破損を十分に抑制できる。
【００３４】
燃料電池スタック１０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４及び関連装置群Ａ１、Ａ２は、保護フレーム５０により囲まれているので、車両衝突時の外力から燃料電池スタック１０やＤＣ−ＤＣコンバータ１４が十分に保護される。
【００３５】
保護フレーム５０ａの燃料電池スタック１０の側面側には、筋交い５１が形成されているので、車両１の側面からの外力に対しても燃料電池スタック１０を保護できる。
【００３６】
保護フレーム５０ａ、５０ｂ、５０ｃの下面には、衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２が設けられているので、保護フレーム５０ａ内の燃料電池スタック１０やＤＣ−ＤＣコンバータ１４が、路面や路面上の障害物との衝突による衝撃から守られる。また、衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２を保護フレーム５０に取り付けることにより、保護フレーム５０の強度を上げることができる。また、路面衝突があった場合の保護フレーム５０の破損も抑制でき、仮に強い衝撃があっても衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２の破損のみで留めることができるので、当該破損に対し衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２の取り換えで対応できる。
【００３７】
保護フレーム５０ａの衝撃緩衝用カバー６０は、前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部６０ａが前後方向の中央より前方側に位置し、最下部６０ａから後方側が前方側よりも緩やかな傾斜に形成されているので、路面衝突時に保護フレーム５０ａが上方に退避し、路面衝突による燃料電池スタック１０やＤＣ−ＤＣコンバータ１４への衝撃を効果的に緩和できる。
【００３８】
保護フレーム５０ｂの衝撃緩衝用カバー６１は、前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部６１ａが前後方向の中央より後方側に位置し、最下部６１ｂから前方側が後方側よりも緩やかな傾斜に形成されているので、路面衝突時に保護フレーム５０ｂと保護フレーム５０ａがジャンプし、路面衝突によるＤＣ−ＤＣコンバータ１４への衝撃を効果的に緩和できる。
【００３９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、コンデンサ７０と、コンデンサ７０の前に配置され、前方側からの外力によりコンデンサ７０に短絡を生じさせてコンデンサ７０の電荷を減少させることが可能な部材であるリレー及びサービスプラグ７３を有している。このため、車両衝突時にコンデンサ７０の電荷を減少させて、衝突時の安全性を向上できる。
【００４０】
以上の実施の形態において、図９に示すように分割された燃料電池スタック１０は、車両１の中央側が低くなるように斜めに傾斜されて設置されていてもよい。かかる場合、保護フレーム５０ａの燃料電池スタック１０を囲む部分も斜めに形成される。かかる場合、燃料電池スタック１０で生成された水が車両１の中央側に集められるので、燃料電池スタック１０の排水を容易になおかつ確実に行うことができる。
【００４１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４２】
例えば以上の実施の形態における関連装置群Ａ１、Ａ２に含まれる装置は、燃料電池システムを構成するいずれの装置を選択してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、車両衝突時の燃料電池スタックやコンバータの破損を抑制する際に有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 燃料電池車両
２ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック
１４ ＤＣ−ＤＣコンバータ
５０ 保護フレーム
６０、６１、６２ 衝撃緩衝用カバー
Ａ１、Ａ２ 関連装置群
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムが搭載された燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば燃料電池システムが搭載された燃料電池自動車には、車両のフロア下部に、燃料電池システムの構成装置である、燃料電池スタック、コンバータ、及びその他の気液分離器、ポンプなどの関連装置や、水素タンク等が搭載されている。
【０００３】
通常、燃料電池自動車には、前方から燃料電池スタックと水素タンクがこの順に配置され、その他の関連装置、コンバータが適宜配置されている。また、コンバータは、燃料電池スタックの近辺に配置することが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０７５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の燃料電池自動車では、車両衝突時に車両の前方から大きな外力が加わると、車両が潰され、燃料電池スタックに外力が作用して燃料電池スタックやコンバータが破損することがある。特に、比較的重量があり強度の高い水素タンクが後方にある場合には、燃料電池タンクが慣性により車両の前方側に移動し、燃料電池スタックに衝突して燃料電池スタックやコンバータを破損する場合がある。燃料電池スタックは、多数の単セルが積層された構造を有しており、衝突により大きなダメージを受けやすい。燃料電池スタックは、発電により高電圧となっている場合があり、また反応ガスとして水素ガス等が使用されているために、破損すると不都合が生じる恐れがある。また、使用時には通常コンバータにも電荷が蓄積されており、破損すると不都合が生じる恐れがある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、車両衝突時の燃料電池スタックやコンバータの破損を抑制できる燃料電池車両を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、燃料電池システムが搭載された燃料電池車両であって、前記燃料電池システムは、燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックの出力電圧を変圧するコンバータと、当該燃料電池スタックを稼働させるために必要な関連装置群と、を有し、前記燃料電池スタックは、車両の左右方向に２分割されて配置され、前記コンバータは、分割された前記燃料電池スタックの間に配置され、前記関連装置群は、前記コンバータの前後に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、燃料電池スタックが車両の左右方向に２分割されており、その間にコンバータが配置され、その前後に関連装置群が配置されているため、車両衝突時には、初めに関連装置群に外力が加わることになり、それによって燃料電池スタックやコンバータが保護される。特に燃料電池スタックは、左右方向に２分割されており、外力により関連装置群が移動しても関連装置群が直接衝突しないので、車両衝突時の破損を十分に抑制できる。
【０００９】
分割された前記燃料電池スタックは、車両の中央側が低くなるように斜めに傾斜されて設置されていてもよい。かかる場合、燃料電池スタックで生成された液体の排水を好適に行うことができる。
【００１０】
前記燃料電池スタック、前記コンバータ及び前記関連装置群は、保護フレームにより囲まれていてもよい。かかる場合、燃料電池スタックやコンバータが十分に保護される。
【００１１】
前記燃料電池スタックの側面側の前記保護フレームには、筋交いが形成されていてもよい。かかる場合、車両の側面からの外力に対しても燃料電池スタックやコンバータをより強固に保護できる。
【００１２】
前記保護フレームの下面には、衝撃緩衝用カバーが設けられていてもよい。かかる場合、保護フレーム内の燃料電池スタックやコンバータが、路面や路面上の障害物との衝突から保護される。
【００１３】
前記燃料電池スタック及び前記コンバータを囲む前記保護フレームの前記衝撃緩衝用カバーは、車両の前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部が前後方向の中央より前方側に位置し、前記最下部から後方側が前方側よりも緩やかな傾斜に形成されていてもよい。かかる場合、路面衝突時における燃料電池スタックやコンバータへの衝撃を効果的に緩和できる。
【００１４】
前記コンバータより前方の前記関連装置群を囲む前記保護フレームの前記衝撃緩衝用カバーは、車両の前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部が前後方向の中央より後方側に位置し、前記最下部から前方側が後方側よりも緩やかな傾斜に形成されていてもよい。かかる場合、路面衝突時におけるコンバータへの衝撃を効果的に緩和できる。
【００１５】
前記コンバータは、コンデンサと、前記コンデンサの前に配置され、前方側からの外力によりコンデンサに短絡を生じさせてコンデンサの電荷を減少させることが可能な部材と、を有していてもよい。かかる場合、車両衝突時にコンデンサの電荷を減少させて、衝突時の安全性を向上できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、車両衝突時の燃料電池スタックやコンバータの破損を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】燃料電池車両の構成の概略を示す模式図である。
【図２】燃料電池システムの構成の概略を示す模式図である。
【図３】保護フレームの構造を示す説明図である。
【図４】衝撃緩衝用カバーが取り付けられた保護フレームを有する車両の側面を示す説明図である。
【図５】衝撃緩衝用カバーの斜視図である。
【図６】燃料電池スタックの保護フレームの衝撃緩衝用カバーに衝突物が衝突した様子を示す説明図である。
【図７】関連装置群の保護フレームの衝撃緩衝用カバーに衝突物が衝突した様子を示す説明図である。
【図８】ＤＣ−ＤＣコンバータの内部構造の概略を示す模式図である。
【図９】燃料電池スタックが斜めに配置された状態の保護フレームを車両の前後方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る燃料電池車両１の構成の概略を示す説明図である。
【００１９】
燃料電池車両１は、燃料電池システム２を有している。燃料電池システム２は、図２に示すように、例えば反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池スタック１０、燃料電池スタック１０に酸化ガス（例えば空気）を供給する酸化ガス配管系１１、燃料電池スタック１０に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系１２、燃料電池スタック１０に冷却液を供給する冷却液配管系１３等を備えている。
【００２０】
燃料電池スタック１０は、反応ガスの供給を受けて発電する単電池（単セル）を所要数積層して構成したスタック構造を有している。 燃料電池スタック１０には、燃料電池スタック１０の出力電圧を変圧するＤＣ−ＤＣコンバータ１４や、インバータ１５、発電された電力を制御するパワーコントロールユニット１６等が接続されている。
【００２１】
酸化ガス配管系１１は、例えば加湿器２０と、加湿器２０により加湿された酸化ガスを燃料電池スタック１０に供給するガス供給流路２１と、燃料電池スタック１０から排出された酸化オフガスを加湿器２０に送るガス排出流路２２と、加湿器２０の酸化オフガスを外部に排出するガス排気流路２３を備えている。ガス供給流路２１には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器２０に圧送するコンプレッサ２４等が設けられている。
【００２２】
水素ガス配管系１２は、例えば高圧（例えば７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク３０と、水素タンク３０の水素ガスを燃料電池スタック１０に供給するためのガス供給流路３１と、燃料電池スタック１０から排出された水素オフガスをガス供給流路３１に戻すための循環流路３２を備えている。
【００２３】
ガス供給流路３１には、例えば水素タンク３０の元弁として機能し、水素タンク３０から燃料電池スタック１０側への水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁３３と、水素ガスの圧力を予め設定した二次圧に減圧するレギュレータ３４と、燃料電池スタック１０側に供給する水素ガスの流量やガス圧を高精度に調整するインジェクタなどの調圧装置３５が設けられている。
【００２４】
循環流路３２には、例えば水素オフガスから水や不純物を除去する気液分離器３６と、循環流路３２内の水素オフガスを加圧してガス供給流路３１側へ圧送する水素ポンプ３７が設けられている。気液分離器３６には、気液分離器３６により分離された水や一部の水素オフガスを外部に排出する排出流路３８が接続されている。当該排出流路３８には、気液分離器３６からの水や一部の水素オフガスの排出を制御する排出制御弁３９が設けられている。
【００２５】
冷却液配管系１３は、例えば冷却液を燃料電池スタック１０との間で循環させる冷却液流路４０、ラジエータ４１、バルブ４２、冷却液を圧送するポンプ４３等を備えている。
【００２６】
図１に示すように燃料電池車両１には、上述した燃料電池システム２を構成する燃料電池スタック１０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４、気液分離器３６やポンプ４３などのその他の関連装置群Ａ１、Ａ２、水素タンク３０等が配置されている。燃料電池スタック１０は、車両の左右方向に２分割され、燃料電池車両１の中央より側面側に間隔をおいて配置されている。２分割された燃料電池スタック１０の間には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が配置されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の前後には、関連装置群Ａ１、Ａ２が配置されている。車両前方側の関連装置群Ａ１には、例えば気液分離器３６、ポンプ４３、インバータ１５などが含まれている。車両後方側の関連装置群Ａ２には、例えば水素ガス配管系１２の遮断弁３３、レギュレータ３４、調圧装置３５などの非発電系の装置が含まれている。水素タンク３０は、関連装置群Ａ２の後方に配置されている。なお、燃料電池スタック１０の単セルの積層方向は、車両１の前後方向、左右方向のどちらでもよい。
【００２７】
図３に示すように燃料電池スタック１０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４及び関連装置群Ａ１、Ａ２は、それらを外力から保護する保護フレーム５０により囲まれている。燃料電池スタック１０及びＤＣ−ＤＣコンバータ１４を収容する保護フレーム５０ａは、例えば直方体の枠形状に形成されている。保護フレーム５０ａの燃料電池スタック１０の側面側には、筋交い５１が形成されている。また、関連装置群Ａ１、Ａ２を収容する保護フレーム５０ｂ、５０ｃは、例えば下面が方形の枠形状で、側面が直角三角形の枠形状に形成されている。
【００２８】
図４に示すように各保護フレーム５０ａ、５０ｂ、５０ｃの下面には、路面衝突による衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２が設けられている。図５に示すように衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２は、各保護フレーム５０ａ、５０ｂ、５０ｃの下面を覆うように車両１の左右方向に長い略長方形の板形状に形成されている。衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２の表面には、複数のビードＳが形成されており、衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２は、可撓性を有している。
【００２９】
図４に示すように衝撃緩衝用カバー６０は、保護フレーム５０ａの下面に取り付けられ、例えば前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部６０ａが前後方向の中央より前方側に位置し、最下部６０ａから後方側が前方側よりも緩やかな傾斜に形成されている。衝撃緩衝用カバー６０は、保護フレーム５０ａの下面の両端部に亘って形成されている。かかる場合、走行中に燃料電池車両１の底が路面や障害物などに衝突した際に、例えば図６に示すように衝突物Ｐが最初に最下部６０ａにあたり、衝撃緩衝用カバー６０が当該衝撃を緩衝しつつ、そのときの力で保護フレーム５０ａが上方に移動し衝突物Ｐから退避する。この結果、燃料電池スタック１０やＤＣ−ＤＣコンバータ１４に大きな力が直接的になおかつ継続的に作用せず、燃料電池スタック１０やＤＣ−ＤＣコンバータ１４が、路面衝突による衝撃から守られる。
【００３０】
図７に示すように衝撃緩衝用カバー６１は、保護フレーム５０ｂの下面に取り付けられ、例えば前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部６１ａが前後方向の中央より後方側に位置し、最下部６１ａから前方側が後方側よりも緩やかな傾斜に形成されている。この衝撃緩衝用カバー６１は、他の衝撃緩衝用カバー６０、６２に比べて最下部が低く形成されている。走行中に燃料電池車両１の底に路面の障害物などが衝突した際に、例えば衝突物Ｐが先ず緩やかな傾斜面に当たり、その後最下部６１ａに当たる。これにより、保護フレーム５０ｂが、当該衝突物Ｐにより徐々に押し上げられ、衝突物Ｐに対し斜め上方にジャンプする。この結果、保護フレーム５０ｂの後方の保護フレーム５０ａが衝突物Ｐを飛び越え、保護フレーム５０ａに直接衝突物Ｐが衝突しなくなる。これにより、保護フレーム５０ａの燃料電池スタック１０やＤＣ−ＤＣコンバータ１４が、路面衝突による衝撃から守られる。
【００３１】
図４に示すように衝撃緩衝用カバー６２は、保護フレーム５０ｃの下面に取り付けられ、衝撃緩衝用カバー６０と同様に、例えば前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部６２ａが前後方向の中央より前方側に位置し、最下部６２ａから後方側が前方側よりも緩やかな傾斜に形成されている。これにより、走行中に燃料電池車両１の底に衝突物Ｐが衝突した際に、保護フレーム５０ｃの関連装置Ａ２に大きな力が直接的になおかつ継続的に作用せず、路面衝突による衝撃から関連装置Ａ２が守られる。
【００３２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、図８に示すように燃料電池スタック１０の出力電圧を保持し平準化するコンデンサ７０、電流を一時的に保持し元電流に上乗せして昇圧させるリアクタンス７１、スイッチングを行うＩＰＭ７２、及びリレー及びサービスプラグ７３等を有している。例えばコンデンサ７０は、前方に配置され、その後ろにリアクタンス７１が配置されている。ＩＰＭ７２は、コンデンサ７０の下方に配置されている。リレー及びサービスプラグ７３は、コンデンサ７０の両電極の端子の前の最前部に配置されている。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に前方から外力が加わった場合に、最初にリレー及びサービスプラグ７３に外力が加わり、リレー及びサービスプラグ７３が後方に移動してコンデンサ７０に衝突し、それによってコンデンサ７０に短絡を生じさせてコンデンサ７０の電荷を強制的に減少或いは消滅させることができる。
【００３３】
以上の実施の形態によれば、燃料電池スタック１０が車両１の左右方向に２分割されており、その間にＤＣ−ＤＣコンバータ１４が配置され、その前後に関連装置群Ａ１、Ａ２が配置されているため、車両衝突時に車両１が押しつぶされたときに、初めに関連装置群Ａ１、Ａ２に外力が加わるので、燃料電池スタック１０やＤＣ−ＤＣコンバータ１４が守られる。特に燃料電池スタック１０は、左右方向に２分割されており、外力により関連装置群Ａ１、Ａ２が移動しても関連装置群Ａ１、Ａ２が直接衝突しないので、車両衝突時の破損を十分に抑制できる。
【００３４】
燃料電池スタック１０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４及び関連装置群Ａ１、Ａ２は、保護フレーム５０により囲まれているので、車両衝突時の外力から燃料電池スタック１０やＤＣ−ＤＣコンバータ１４が十分に保護される。
【００３５】
保護フレーム５０ａの燃料電池スタック１０の側面側には、筋交い５１が形成されているので、車両１の側面からの外力に対しても燃料電池スタック１０を保護できる。
【００３６】
保護フレーム５０ａ、５０ｂ、５０ｃの下面には、衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２が設けられているので、保護フレーム５０ａ内の燃料電池スタック１０やＤＣ−ＤＣコンバータ１４が、路面や路面上の障害物との衝突による衝撃から守られる。また、衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２を保護フレーム５０に取り付けることにより、保護フレーム５０の強度を上げることができる。また、路面衝突があった場合の保護フレーム５０の破損も抑制でき、仮に強い衝撃があっても衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２の破損のみで留めることができるので、当該破損に対し衝撃緩衝用カバー６０、６１、６２の取り換えで対応できる。
【００３７】
保護フレーム５０ａの衝撃緩衝用カバー６０は、前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部６０ａが前後方向の中央より前方側に位置し、最下部６０ａから後方側が前方側よりも緩やかな傾斜に形成されているので、路面衝突時に保護フレーム５０ａが上方に退避し、路面衝突による燃料電池スタック１０やＤＣ−ＤＣコンバータ１４への衝撃を効果的に緩和できる。
【００３８】
保護フレーム５０ｂの衝撃緩衝用カバー６１は、前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部６１ａが前後方向の中央より後方側に位置し、最下部６１ｂから前方側が後方側よりも緩やかな傾斜に形成されているので、路面衝突時に保護フレーム５０ｂと保護フレーム５０ａがジャンプし、路面衝突によるＤＣ−ＤＣコンバータ１４への衝撃を効果的に緩和できる。
【００３９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、コンデンサ７０と、コンデンサ７０の前に配置され、前方側からの外力によりコンデンサ７０に短絡を生じさせてコンデンサ７０の電荷を減少させることが可能な部材であるリレー及びサービスプラグ７３を有している。このため、車両衝突時にコンデンサ７０の電荷を減少させて、衝突時の安全性を向上できる。
【００４０】
以上の実施の形態において、図９に示すように分割された燃料電池スタック１０は、車両１の中央側が低くなるように斜めに傾斜されて設置されていてもよい。かかる場合、保護フレーム５０ａの燃料電池スタック１０を囲む部分も斜めに形成される。かかる場合、燃料電池スタック１０で生成された水が車両１の中央側に集められるので、燃料電池スタック１０の排水を容易になおかつ確実に行うことができる。
【００４１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４２】
例えば以上の実施の形態における関連装置群Ａ１、Ａ２に含まれる装置は、燃料電池システムを構成するいずれの装置を選択してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、車両衝突時の燃料電池スタックやコンバータの破損を抑制する際に有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 燃料電池車両
２ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック
１４ ＤＣ−ＤＣコンバータ
５０ 保護フレーム
６０、６１、６２ 衝撃緩衝用カバー
Ａ１、Ａ２ 関連装置群
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子素子が設けられた構成部が積層されており、
前記構成部同士の貼り合せ面には、冷却水を流す冷却水路が形成され、少なくとも当該貼り合せ面を挟んだ両側の構成部を貫通する貫通孔が開口し、
前記貼り合せ面の前記冷却水路と前記貫通孔との間には、冷却水路から漏れた冷却水が入り込む溝が形成されていることを特徴とする、電力変換装置。
【請求項２】
前記溝は、前記貫通孔と連通しない前記貼り合せ面内の排水部に連通していることを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記溝は、
燃料電池システムが搭載された燃料電池車両であって、
前記燃料電池システムは、燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックの出力電圧を変圧するコンバータと、当該燃料電池スタックを稼働させるために必要な関連装置群と、を有し、
前記燃料電池スタックは、車両の左右方向に２分割されて配置され、
前記コンバータは、分割された前記燃料電池スタックの間に配置され、
前記関連装置群は、前記コンバータの前後に配置されていることを特徴とする、燃料電池車両。
【請求項４】
分割された前記燃料電池スタックは、車両の中央側が低くなるように斜めに傾斜されて設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池車両。
【請求項５】
前記燃料電池スタック、前記コンバータ及び前記関連装置群は、保護フレームにより囲まれていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料電池車両。
【請求項６】
前記燃料電池スタックの側面側の前記保護フレームには、筋交いが形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池車両。
【請求項７】
前記保護フレームの下面には、衝撃緩衝用カバーが設けられていることを特徴とする、請求項３又は４に記載の燃料電池車両。
【請求項８】
前記燃料電池スタック及び前記コンバータを囲む前記保護フレームの前記衝撃緩衝用カバーは、車両の前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部が前後方向の中央より前方側に位置し、前記最下部から後方側が前方側よりも緩やかな傾斜に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池車両。
【請求項９】
前記コンバータより前方の前記関連装置群を囲む前記保護フレームの前記衝撃緩衝用カバーは、車両の前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部が前後方向の中央より後方側に位置し、前記最下部から前方側が後方側よりも緩やかな傾斜に形成されていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の燃料電池車両。
【請求項１０】
前記コンバータは、コンデンサと、前記コンデンサの前に配置され、前方側からの外力によりコンデンサに短絡を生じさせてコンデンサの電荷を減少させることが可能な部材と、を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池車両。
【請求項１】
電子素子が設けられた構成部が積層されており、
前記構成部同士の貼り合せ面には、冷却水を流す冷却水路が形成され、少なくとも当該貼り合せ面を挟んだ両側の構成部を貫通する貫通孔が開口し、
前記貼り合せ面の前記冷却水路と前記貫通孔との間には、冷却水路から漏れた冷却水が入り込む溝が形成されていることを特徴とする、電力変換装置。
【請求項２】
前記溝は、前記貫通孔と連通しない前記貼り合せ面内の排水部に連通していることを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記溝は、
燃料電池システムが搭載された燃料電池車両であって、
前記燃料電池システムは、燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックの出力電圧を変圧するコンバータと、当該燃料電池スタックを稼働させるために必要な関連装置群と、を有し、
前記燃料電池スタックは、車両の左右方向に２分割されて配置され、
前記コンバータは、分割された前記燃料電池スタックの間に配置され、
前記関連装置群は、前記コンバータの前後に配置されていることを特徴とする、燃料電池車両。
【請求項４】
分割された前記燃料電池スタックは、車両の中央側が低くなるように斜めに傾斜されて設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池車両。
【請求項５】
前記燃料電池スタック、前記コンバータ及び前記関連装置群は、保護フレームにより囲まれていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料電池車両。
【請求項６】
前記燃料電池スタックの側面側の前記保護フレームには、筋交いが形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池車両。
【請求項７】
前記保護フレームの下面には、衝撃緩衝用カバーが設けられていることを特徴とする、請求項３又は４に記載の燃料電池車両。
【請求項８】
前記燃料電池スタック及び前記コンバータを囲む前記保護フレームの前記衝撃緩衝用カバーは、車両の前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部が前後方向の中央より前方側に位置し、前記最下部から後方側が前方側よりも緩やかな傾斜に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池車両。
【請求項９】
前記コンバータより前方の前記関連装置群を囲む前記保護フレームの前記衝撃緩衝用カバーは、車両の前後方向の途中が下に凸に湾曲した板状に形成され、湾曲の最下部が前後方向の中央より後方側に位置し、前記最下部から前方側が後方側よりも緩やかな傾斜に形成されていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の燃料電池車両。
【請求項１０】
前記コンバータは、コンデンサと、前記コンデンサの前に配置され、前方側からの外力によりコンデンサに短絡を生じさせてコンデンサの電荷を減少させることが可能な部材と、を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１８５５３（Ｐ２０１１−１８５５３Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６２１７５（Ｐ２００９−１６２１７５）
【出願日】平成２１年７月８日（２００９．７．８）
【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２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月８日（２００９．７．８）
【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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