燃料电池车辆的制作方法

本发明涉及燃料电池车辆。

背景技术：

在燃料电池车辆中，在车辆前方的前舱搭载有燃料电池及其周边设备(辅机)(参照专利文献1)。另外，在燃料电池车辆中，需要实施在前方碰撞时保护燃料电池的对策，例如可考虑在燃料电池的外壳内设置气囊(参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2012/004829号

专利文献2：日本特开2008-230519号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

然而，可以认为，即使实施上述那样的对策，若在行驶期间发生了激烈的碰撞，则燃料电池也会因惯性力而撞到处于前舱内的前方的散热器，旋转力矩以该撞到的部分为起点发挥作用而使燃料电池旋转。在该情况下，难以预测燃料电池会撞到何处，所以难以实施对策以使得在碰撞时燃料电池及其周边的辅机不会破损。

本申请是鉴于这一点而完成的发明，其目的在于，提供一种能够抑制车辆碰撞时的燃料电池的旋转，将燃料电池及其周边的辅机的破损抑制成最小限度的燃料电池车辆。

用于解决课题的技术方案

本发明人进行了深入研究，结果发现：通过利用组件框架将燃料电池和辅机一体化来形成燃料电池组件，并使该燃料电池组件的重心与组件框架的散热器侧的顶端的高度大致相同，能够抑制车辆碰撞时的燃料电池的旋转，由此，完成了本发明。

即，本发明包括以下的方案。

(1)一种燃料电池车辆，具有：散热器，设置于前舱内；和燃料电池组件，相对于所述前舱内的所述散热器设置于车辆后方方向，所述燃料电池组件具有组件框架和一体地安装于所述组件框架的包括燃料电池以及辅机的燃料电池装置组，所述组件框架相对于所述燃料电池装置组向所述散热器所在的一侧突出，所述燃料电池组件以所述组件框架的车辆前方侧的顶端的高度与所述燃料电池组件整体的重心的高度大致一致的方式设置于所述前舱内。

(2)根据(1)所记载的燃料电池车辆，所述组件框架形成为平板状，所述燃料电池装置组一体地安装于所述组件框架的上下表面。

(3)根据(1)或(2)所记载的燃料电池车辆，所述组件框架以倾斜成车辆前方高且车辆后方低的姿势设置。

(4)根据(1)～(3)中任一项所记载的燃料电池车辆，所述组件框架的车辆前方侧的顶端处于比所述散热器的风扇的电动机轴高的位置。

(5)根据(1)～(4)中任一项所记载的燃料电池车辆，安装于所述组件框架的下侧的燃料电池装置组配置于从使所述散热器的风扇的电动机轴延长后的车辆后方位置向车辆的宽度方向偏移的位置。

(6)根据(1)～(5)中任一项所记载的燃料电池车辆，在所述燃料电池装置组与所述散热器之间设置有缓冲部件。

(7)根据(6)所记载的燃料电池车辆，使用空气滤清器、进气口或离子交换器作为所述缓冲部件。

(8)根据(1)～(7)中任一项所记载的燃料电池车辆，所述组件框架的车辆前方侧的顶端是尖状部件。

(9)根据(8)所记载的燃料电池车辆，所述尖状部件是导电体。

(10)根据(1)～(9)中任一项所记载的燃料电池车辆，在所述燃料电池组件的车辆后方设置有将所述前舱与乘员室隔开的前围板，在所述燃料电池的车辆后方端面设置有在所述燃料电池组件与所述前围板碰撞时供所述前围板进行面碰撞的围板垫板。

(11)根据(1)～(10)中任一项所记载的燃料电池车辆，在所述燃料电池组件的车辆后方的下部设置有燃料气体罐，在所述燃料电池组件的车辆后方端部设置有在所述燃料气体罐与所述燃料电池组件碰撞时供所述燃料气体罐进行面碰撞的罐垫板。

(12)根据(11)所记载的燃料电池车辆，所述罐垫板构成为使碰撞后的所述燃料气体罐的车辆前方侧向下避开。

(13)根据(1)～(12)中任一项所记载的燃料电池车辆，所述辅机至少具有升压转换器、变换器、泵以及空气压缩机，所述燃料电池装置组的燃料电池、所述升压转换器以及所述变换器设置于比所述组件框架靠上的位置，所述泵和空气压缩机设置于比所述组件框架靠下的位置。

发明效果

根据本发明，能够抑制车辆碰撞时的燃料电池的旋转，将燃料电池及其周边的辅机的破损抑制成最小限度。

附图说明

图1是示出燃料电池车辆的内部结构的概略的说明图。

图2是从平面观察燃料电池车辆的内部结构而得到的说明图。

图3是示出前舱的内部结构的概略的说明图。

图4是示出燃料电池组件与散热器碰撞后的状态的说明图。

图5是示出组件框架的下表面的辅机的配置例的说明图。

图6是示出具备缓冲部件的情况下的燃料电池组件与散热器碰撞后的状态的说明图。

图7是示出使用了空气滤清器作为缓冲部件的情况下的燃料电池组件与散热器碰撞后的状态的说明图。

图8是示出使用了进气口作为缓冲部件的情况下的燃料电池组件与散热器碰撞后的状态的说明图。

图9是示出使用了离子交换器作为缓冲部件的情况下的燃料电池组件与散热器碰撞后的状态的说明图。

图10是设置有肋的缓冲部件的立体图。

图11是具有尖状部件的组件框架的立体图。

图12是具有另外的尖状部件的组件框架的立体图。

图13是示出燃料电池组件具备垫板的情况下的前舱的内部结构的概略的说明图。

图14的(a)是示出燃料气体罐与垫板碰撞的样子的说明图，图14的(b)是示出通过垫板使燃料气体罐向下方避开的样子的说明图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行详细说明。此外，关于附图的上下左右等的位置关系，只要没有特别说明，则该位置关系就基于附图所示的位置关系。另外，附图的尺寸比率不限于图示的比率。而且，以下的实施方式是用于说明本发明的例示，并非旨在将本发明仅限定于该实施方式。而且，本发明只要没有脱离其要旨就能够实施各种各样的变形。

图1是示出本实施方式的燃料电池车辆1的结构的概略的示意图，图2是示出从平面观察燃料电池车辆1时的结构的概略的示意图。

燃料电池车辆1例如是fr车，在前舱10具备散热器11和燃料电池组件12。燃料电池车辆1在乘员室13的下方具备燃料气体罐14、15，在后轮部分具备驱动电动机16。燃料气体罐14配置成朝向车辆1的前后方向(图1和图2的左右方向)(接头朝向前后方向)，燃料气体罐15配置成朝向车辆1的宽度方向(图2的上下方向)(接头朝向宽度方向)。如图1所示，在前舱10的后方侧设置有将乘员室13与其他区域隔开的前围板20。在散热器11的上部例如设置有进气系统21。

如图3所示，前围板20例如具有设置在前舱10与乘员室13之间的直立部30、设置在乘员室13的下方的水平部31、以及将直立部30和水平部31连接的倾斜部32。例如在倾斜部32与直立部30之间的连接部设置有用于提高强度的通道交叉件(日文：トンネルクロス)33。

散热器11具有方形板状的壳体40，在该壳体40的后方侧具有风扇41。风扇41具有沿前后方向延伸的水平的电动机轴42。

燃料电池组件12具有组件框架60和一体地安装于组件框架60的燃料电池装置组61。

组件框架60例如由高强度的铝和/或sus构成，如图2和图3所示那样形成为具有厚度的方形板状。

如图3所示，燃料电池装置组61包括燃料电池70和作为其周边设备的多个辅机。辅机例如包括使燃料电池70的电力升压的升压转换器71、将燃料电池70的直流电压变换为交流电压的变换器72、从大气中取入氧化气体的空气压缩机73、向燃料电池70供给燃料气体的燃料气体泵74、以及向燃料电池70输送冷却水的冷却泵75。此外，搭载于燃料电池组件12的燃料电池装置组61的辅机不限于此，也可以是作为剩余电力的贮藏源、再生制动时的再生能量贮藏源、或者与燃料电池车辆1的加速或减速相伴的负荷变动时的能量缓冲器发挥功能的蓄电池、用于对氧化气体进行加湿的加湿器、功率控制单元、用于向燃料电池70供给燃料气体的调节器和/或喷射器、其他泵类、阀类等。

例如在组件框架60的上表面侧从下到上依次层叠燃料电池70、升压转换器71以及变换器72，这些燃料电池70、升压转换器71以及变换器72例如通过螺栓等而一体地固定于组件框架60。

在组件框架60的下表面侧配置空气压缩机73、燃料气体泵74以及冷却泵75，这些空气压缩机73、燃料气体泵74以及冷却泵75通过螺栓等一体地固定于组件框架60。

组件框架60与燃料电池装置组61相比向散热器11所在的前方侧突出。即，即使在前后方向上的较强的外力作用于车辆1，燃料电池组件12因惯性力而移动从而撞到散热器11的情况下，也会是组件框架60最先与散热器11碰撞，而不是燃料电池装置组61最先与散热器11碰撞。另外，组件框架60的宽度也形成为与燃料电池装置组61相比向宽度方向突出。

燃料电池组件12以组件框架60的前方侧的顶端部a的高度与燃料电池组件12整体的重心p的高度大致一致的方式设置于前舱10内。此外，“大致相同”是指，只要是处于在组件框架60的顶端部a与散热器11碰撞时燃料电池组件12不会实质上以组件框架60的顶端部a为支点进行旋转的范围即可，也可以有数cm左右的偏移。另外，燃料电池组件12的重心p的高度调整例如可以通过调整搭载于燃料电池组件12的辅机的机种的选择和配置以及组件框架60相对于水平面的倾斜角度等来进行。

组件框架60的姿势以前方高而后方低的方式倾斜。另外，组件框架60的前方侧的顶端部a处于比散热器11的风扇41的电动机轴42高的位置。

燃料电池组件12例如通过将组件框架60和燃料电池车辆1的悬架梁80连接的支架81而一体地安装于车辆本体。

根据本实施方式，使组件框架60和燃料电池装置组61成为一体而形成燃料电池组件12，使组件框架60的前方侧的顶端部a与燃料电池装置组61相比向前方突出，使组件框架60的前方侧的顶端部a的高度与燃料电池组件12整体的重心p的高度大致相同。例如如图4所示，在燃料电池车辆1发生前方碰撞而对车辆1的前方作用了较大的外力的情况下，散热器11向后方移动，或者燃料电池组件12因惯性力而向前方移动，从而组件框架60的顶端部a与散热器11碰撞。此时，由于组件框架60的顶端部a与燃料电池组件12的重心p的高度大概相同，所以旋转力矩难以发挥作用，可抑制燃料电池组件12以组件框架60的顶端部a为支点进行旋转。并且，撞到散热器11的组件框架60破坏散热器11，另外组件框架60的顶端压溃，由此，燃料电池组件12的碰撞能量被吸收，燃料电池组件12大体上维持着姿势而停止。由此，可抑制燃料电池70的旋转，能够大体上预测到燃料电池组件12的碰撞场所，所以能够稳定地防止燃料电池70的破损。另外，作为燃料电池70的周边设备的辅机也与燃料电池组件12成为一体，所以也能够稳定地防止它们的破损。

另外，根据本实施方式，组件框架60形成为平板状，燃料电池装置组61一体地安装于组件框架60的上下表面，所以燃料电池装置组61的配置的自由度多，能够容易地使燃料电池组件12的重心p与组件框架60的顶端部a的高度对齐。

另外，由于组件框架60的姿势以前方高而后方低的方式倾斜，所以容易使燃料电池组件12的重心p与组件框架60的顶端部a的高度对其。另外，也能够提高在发电时由燃料电池70生成的水的排水性。

由于组件框架60的顶端部a处于比散热器11的风扇41的电动机轴42高的位置，所以在碰撞时，组件框架60的顶端部a不会与坚硬的电动机轴42碰撞，而会与散热器11的其他的柔软的部分碰撞。由此，在碰撞时受到组件框架60碰撞的散热器11的碰撞部分会充分压溃，所以能够充分吸收燃料电池组件12的碰撞能量。

在上述实施方式中，也可以如图5所示，安装于组件框架60的下侧的燃料电池装置组61(例如空气压缩机73、燃料气体泵74以及冷却泵75)配置在从散热器11的电动机轴42上的后方位置向车辆的宽度方向偏移的位置。在该情况下，能够抑制组件框架60的下表面侧的燃料电池装置组61直接撞到坚硬的电动机轴42，所以能够防止这些燃料电池装置组61的破损。另外，由于燃料电池装置组61不会撞到电动机轴42，组件框架60与风扇41碰撞而压溃，所以能够充分地吸收碰撞能量。

在上述实施方式中，也可以如图6所示，在燃料电池装置组61与散热器11之间设置有缓冲部件90。缓冲部件90例如是长方体的箱形状，可以是树脂制。另外，缓冲部件90也可以是金属管。缓冲部件90既可以安装于燃料电池装置组61侧，也可以安装于散热器11侧。在该情况下，在组件框架60碰撞而散热器11破损时，能够防止该破损部分与燃料电池装置组61接触。由此，能够保护燃料电池装置组61免受破损的散热器11的影响。另外，也能够利用缓冲部件90来吸收在碰撞时产生的燃料电池装置组61的惯性力，能够减少燃料电池装置61的碰撞能量。也可以与利用缓冲部件90能够吸收的碰撞能量的量相应地缩短组件框架60的前后方向上的突出长度。

在上述例子中，对于缓冲部件90，也可以如图7～图9所示那样使用燃料电池车辆1的空气滤清器90a、进气口90b或离子交换器90c。空气滤清器90a是对从进气口90b吸入的空气进行净化的部件，进气口90b是取入外部气体的部件，离子交换器90c是例如从冷却燃料电池70的冷却水中除去离子的部件。这些空气滤清器90a、进气口90b以及离子交换器90c的壳体是树脂制。这样，通过使用现有的装置作为缓冲部件90，无需设置新的部件作为缓冲部件。

另外，也可以如图10所示，在缓冲部件90的表面设置例如提高前后方向上的强度的肋91。这样一来，缓冲部件90的前后方向上的强度变高，碰撞部件90在充分吸收碰撞能量之后才压溃，在缓冲部件90中能够充分吸收碰撞能量。

另外，如图11、图12所示，组件框架60的前方侧的顶端部a也可以是尖状部件100。尖状部件100是sus等金属，使用导电体。尖状部件100既可以如图11所示那样形成为三角形的顶角的棱线沿垂直方向延伸，也可以如图12所示那样形成为三角形的顶角的棱线沿水平方向延伸。在该情况下，在车辆1碰撞时尖状部件100会撞到散热器11而制造将散热器11压溃的契机，能够切实地将散热器11压坏来吸收碰撞能量。尤其是，能够在散热器11的电动机等坚硬的部件与组件框架k60相撞时切实地将电动机等坚硬的部件压坏。另外，在车辆1碰撞时，虽然为了安全而想要确保散热器11绝缘，但若尖状部件100是导电体，则在充分刺入散热器11时能够使散热器11接地。

也可以如图13所示，在燃料电池70的后方端面设置有在燃料电池组件12与前围板20碰撞时供前围板20进行面碰撞的围板垫板110。另外，在燃料电池组件12的后方端部也可以设置有在燃料气体罐14与燃料电池组件12碰撞时供燃料气体罐14进行面碰撞的罐垫板111。

围板垫板110例如安装于构成燃料电池70的后方端面的端板120。端板120在燃料电池70的部件中强度较高，由具有厚度的铁和/或铝形成。围板垫板110例如由树脂等形成，在后方端面具有与前围板20的垂直部30大致平行的垂直面110a。围板垫板110具有使垂直面110a位于燃料电池组件12的最后方的厚度。围板垫板110形成为覆盖端板120的上部角部。

罐垫板111例如设置于燃料电池70或组件框架60的后端部。罐垫板111例如由树脂等形成，在后方端面具有与燃料气体罐14的弯曲形状相一致的弯曲面111a。

在燃料电池车辆1碰撞时，有时燃料电池组件12与前围板20会相撞，但此时前围板20与燃料电池70的后方端面的围板垫板110进行面碰撞。由此，能够防止燃料电池70的端板120直接接触前围板20而导致前围板20大幅凹陷。由此，乘员室13的安全性提高。另外，也能够抑制安装于燃料电池组件12的上侧的燃料电池70、升压转换器71以及变换器72直接接触前围板20而破损。另外，不使用保护件等就能够保护设置于升压转换器71和/或变换器72的后方端面的高电压的连接器。

同样，在车辆1碰撞时燃料电池组件12与燃料气体罐14相撞时，燃料气体罐14与罐垫板111进行面碰撞。由此，能够防止燃料电池组件12直接接触燃料气体罐14而导致燃料气体罐14破损。另外，也能够抑制安装于燃料电池组件12的下侧的例如空气压缩机73、燃料气体泵74以及冷却泵75直接接触燃料气体罐14而破损。

另外，在上述例子中，罐垫板111也可以构成为使碰撞后的燃料气体罐14的前方侧向下避开。这可以通过调整罐垫板111与燃料气体罐14接触的位置和/或角度，或者调整罐垫板111的弯曲面111a的形状来实现。在该情况下，如图14(a)、(b)所示，燃料气体罐14在碰到罐垫板111之后，向下侧避开。由此，能够释放掉燃料气体罐14的碰撞能量而抑制燃料电池组件12的破损。

以上，虽然参照附图对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明不限于该例子。应该理解，若是本领域技术人员的话，则显然能够在权利要求书所记载的思想范畴内想到各种变更例或修正例，这些例子当然也属于本发明的技术范围。

例如，在以上的实施方式中，是燃料电池装置组61的各种装置在组件框架60的上下表面使用的例子，但也可以仅设置于上表面和下表面中的任一方。一体地安装于组件框架60的辅机的数量不限于此，可以是五个以外的多个，也可以是一个。组件框架60无需倾斜，也可以是水平的。另外，组件框架60的形状不限于平板状。另外，燃料电池车辆1中的燃料气体罐14的配置和/或数量也不限于此。

产业上的可利用性

本发明在提供一种能够抑制车辆碰撞时的燃料电池的旋转，将燃料电池及其周边的辅机的破损抑制成最小限度的燃料电池车辆时是有用的。

标号说明

1：燃料电池车辆

10：前舱

11：散热器

12：前围板

13：乘员室

14：燃料气体罐

12：燃料电池组件

60：组件框架

61：燃料电池装置组

70：燃料电池

a：组件框架的顶端部

p：燃料电池组件的重心