燃料电池车辆的制作方法

1.本公开涉及燃料电池车辆。


背景技术：

2.伴随着燃料电池组的小型化，考虑将燃料电池组搭载于车辆的前舱(马达室)内。此时，燃料电池组所具备的多个发电单元(燃料电池单元)以在铅垂方向上层叠的形态搭载。
3.在日本特开2011-051379中公开有：在将包括将多个燃料电池单元层叠而成的燃料电池组在内的燃料电池单元配置于在仪表板的前方形成的前舱的车辆中，在上下方向上层叠燃料电池单元。
4.在日本特开2011-051379中，前保险杠框架的高度与燃料电池组的燃料电池单元部分一致，因此成为以下构造，即，在车辆的前方与障碍物碰撞的情况下，前保险杠框架向后方移动，前保险杠框架、配置于前舱的部件碰到燃料电池单元的可能性较高。在燃料电池单元碰到这些部件的情况下，在所层叠的多个燃料电池单元之间产生偏移，从而担心密封性能的降低、发电性能的降低。


技术实现要素：

5.本公开提供一种能够提高燃料电池单元的保护性能的燃料电池车辆。
6.本发明的形态涉及燃料电池车辆，上述燃料电池车辆具备燃料电池组，该燃料电池组具备作为收纳多个燃料电池单元的壳体的电池组盒、和堵塞电池组盒的开口的板状的端板，端板具有相对于电池组盒中的收纳有燃料电池单元的部位伸出来设置的伸出部，燃料电池组配置于前舱或者后舱，伸出部的高度位置在伸出部的至少一部分与燃料电池车辆的框架的高度位置一致。
7.也可以构成为：在燃料电池组的外表面配置有部件，该部件能够隔着燃料电池组配置于与框架相反的一侧的面。
8.也可以构成为：伸出部在不同部位伸出量不同。
9.车辆的框架能够为前保险杠框架、侧框架、以及后保险杠框架的至少一个。
10.根据本公开的燃料电池车辆，在碰撞时也能够提高燃料电池单元的保护性能。
11.以下参考附图，对本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件
附图说明
12.图1是对第1方式的车辆10进行说明的示意图，并且是从侧面观察的图。
13.图2是对第1方式的车辆10进行说明的示意图，并且是从正面观察的图。
14.图3是燃料电池组21的外观立体图。
15.图4是对燃料电池组21与前保险杠框架15的关系进行说明的图。
16.图5是对第2方式的车辆10’进行说明的示意图，并且是从侧面观察的图。
17.图6是对第3方式的车辆10”进行说明的示意图，并且是从侧面观察的图。
具体实施方式
18.[第1方式]
[0019]
1.车辆的构造
[0020]
如公知的那样，车辆由大量的部件组合而成，在本方式中，对于以下说明的事项以外的事项，也能够具备公知的部件，并对此省略说明。以下，对必要的事项进行说明。
[0021]
在图1、图2中，示出了对第1方式所涉及的车辆10中的前舱11的内部进行说明的图。图1是从侧方观察车辆10的图，并且纸面左方是前进方向。另外，图2是从正面观察车辆10的图。如公知的那样，前舱11是形成于前围板12的前方的空间，在此容纳有用于驱动车辆的各种设备。另外，在图1、图2中，用虚线表示前轮胎13和前驱动轴14。本方式的车辆10还具备以下的结构部件。
[0022]
1.1.前保险杠框架
[0023]
前保险杠框架15是构成车身的框架的部件之一，是设置于前方侧端部的框架，并且也具有缓冲功能。因此，根据图1、图2可知，前保险杠框架15是设置于前舱11中的前方侧端部并在前舱11(车辆10)的左右方向上延伸的框架。
[0024]
这样的前保险杠框架15是公知的部件即可，并不特别地限定。
[0025]
1.2.侧框架
[0026]
侧框架16是构成车身的框架的部件之一，并且是设置于左右的两侧部的框架。因此，根据图1、图2可知，侧框架16是配置于车辆10的左右两侧部并且在车辆的前后方向上延伸的框架。
[0027]
这样的侧框架16是公知的部件即可，并不特别地限定。
[0028]
1.3.燃料电池系统
[0029]
燃料电池系统构成为具有燃料电池组21、辅机单元30、转换器31、氢罐、空气取得机构。由此，从氢罐通过氢供给配管向燃料电池组21供给氢，并且从空气取得机构向燃料电池组21供给空气。通过被供给氢和空气的燃料电池组21来发电，通过所发电的电力来驱动配置于前舱11的电动马达。
[0030]
在图1、图2中示出了该燃料电池系统中的燃料电池组21、辅机单元30、转换器31，对于其他的部件，并未图示。对于这些其他的部件，能够应用公知的部件。对以下图示的各部件进行说明。
[0031]
1.3a.燃料电池组
[0032]
在图3中示出了燃料电池组21的外观立体图。根据图1～图3可知，燃料电池组21具有燃料电池单元22、电池组盒23、以及端板24。
[0033]
燃料电池单元22如公知那样，但由两个隔离件夹着膜－电极接合体(mea)而构成。mea是由固体高分子膜、负极催化剂层、正极催化剂层、负极气体扩散层、正极气体扩散层等形成的层叠体。而且在燃料电池组21中，在车辆高度方向上重叠多个这样的燃料电池单元22。
[0034]
电池组盒23是将所重叠的多个燃料电池单元22收纳于其内侧的壳体。在本方式
中，电池组盒23是立方体的壳体，未设置其一个壁部而开口，并且板状的片沿着其开口的边向与开口相反的一侧伸出，从而形成凸缘23a。从该开口将燃料电池单元22收纳于电池组盒23的内侧。该开口向车辆下方开口。
[0035]
从具有从外部保护燃料电池单元22的功能的观点出发，优选电池组盒23具有规定的强度，并优选由厚度3mm左右的金属构成。
[0036]
另外，并不特别地限定图3所示的凸缘23a的伸出量a，但从在该凸缘23a通过螺栓和螺母等将电池组盒23与端板24接合并且获得止水性的观点出发，优选具有一定程度的量。从上述的观点出发，优选伸出量为10mm以上。
[0037]
端板24是板状的部件，配置成堵塞电池组盒23的开口并且与电池组盒23的凸缘23a重叠。而且例如，通过以贯通凸缘23a和端板24的方式配置的螺栓和螺母等将端板24固定于电池组盒23，使得电池组盒23被盖住。
[0038]
由此，在凸缘23a与端板24重叠的部分，形成相对于电池组盒23中的收纳有燃料电池单元22的部位伸出的伸出部21a。
[0039]
端板24作为电池组盒23的盖发挥功能，并且如之后说明的那样，对伸出部21a赋予强度，因此优选端板24具有较高的强度。因此，优选端板24是金属，并且其板厚至少厚于构成电池组盒23的壁、凸缘23a的板厚。更优选厚度为20mm以上。
[0040]
在本方式中，凸缘23a的端面与端板24的端面一致，但并不限定于此，端板24的端面也可以从凸缘23a的端面伸出。
[0041]
1.3b.辅机单元
[0042]
辅机单元30是包括反应气体供给
·
循环装置、冷却介质供给
·
循环装置等在内的单元。
[0043]
在本方式中，辅机单元30安装于端板24的面中的与配置电池组盒23的面相反的一侧的面。
[0044]
1.3c.转换器
[0045]
转换器31是具有将燃料电池组21的输出电压升压的功能的部件，能够应用公知的部件。
[0046]
在本方式中，转换器31安装于电池组盒23的外表面中的收纳有燃料电池单元22的部位的外表面。
[0047]
1.4.燃料电池组等的配置
[0048]
在本方式中，优选燃料电池组21如以下那样配置于前舱11。图4是关注于图1中的前保险杠框架15和燃料电池组21并放大的图，并且是对其配置、位置关系进行说明的图。
[0049]
根据图1、图2、图4可知，燃料电池组21是端板24为下并且燃料电池单元22在上下方向上重叠的朝向。
[0050]
辅机单元30和转换器31配置于不存在前保险杠框架15和侧框架16的一侧的面。即在本方式中，转换器31隔着燃料电池组21配置于与前保险杠框架15相反的一侧，辅机单元30配置于燃料电池组21的下表面。
[0051]
这里，作为配置于燃料电池组的外表面的部件，以辅机单元和转换器为例进行了说明，但并不局限于此，配置于燃料电池组21的外表面的部件如上所述配置于不存在前保险杠框架15和侧框架16的一侧的面。
[0052]
根据图1、图4可知，燃料电池组21的伸出部21a中的伸出方向朝向前保险杠框架15的伸出部21a配置成其至少一部分为与存在前保险杠框架15的高度位置的范围(在图4中用b示出的范围的高度位置)一致的高度位置。优选伸出方向朝向前保险杠框架15的伸出部21a全部处于与该b的范围一致的高度位置。
[0053]
同样，根据图2可知，燃料电池组21的伸出部21a中的伸出方向朝向侧框架16的伸出部21a配置成其至少一部分为与存在侧框架16的高度位置的范围一致的高度位置。优选伸出方向朝向侧框架16的伸出部21a全部处于与该范围一致的高度位置。
[0054]
2.效果
[0055]
具备以上那样的结构的车辆如以下那样发挥作用。
[0056]
＜与前保险杠框架的关系＞
[0057]
在车辆10与前方的障碍物碰撞后，前保险杠框架15相对于客舱相对地向后方移动，侧框架16的一部分收缩，由此吸收碰撞的冲击来维持、保护客舱的空间。
[0058]
这里，在由碰撞引起的前保险杠框架的缩进量较大的情况下，存在前保险杠框架或者配置于前保险杠框架与燃料电池组之间的部件碰到燃料电池组的情况。在这样的部件撞到电池组盒中的收纳有燃料电池单元的部分、或者直接撞到燃料电池单元的情况下，电池组盒的一部分破损，从而所层叠的燃料电池单元可能偏移。在燃料电池单元偏移的情况下，存在单元间的密封性能降低、没有对燃料电池单元赋予适当的面压而发电性能降低的情况。
[0059]
与此相对地，根据本方式，燃料电池组21的伸出部21a定位于存在前保险杠框架15的高度位置的范围内，因此在前保险杠框架15后退时，首先碰到伸出部21a。如上述那样，伸出部21a的刚性较高，因此即使在碰到的情况下，也不会立即破损。另外，伸出部21a比燃料电池单元22向车辆前方突出，因此伸出部21a可靠地比配置有燃料电池单元22的部分先碰到，从而能够承受载荷。因此，根据该结构，即使在车辆10的碰撞时，燃料电池组21也不易受到损伤，因此在碰撞后也能够继续使用燃料电池组21的可能性变高。
[0060]
＜与侧框架的关系＞
[0061]
侧框架16与燃料电池组21的关系也能够与前保险杠框架15与燃料电池组21的关系相同地考虑。在该情况下，在其他的车辆从侧方碰撞到车辆10的前舱11等侧框架16向前舱11内侧侵入并碰到燃料电池组21时，也能够通过刚性较高的伸出部21a承受载荷，从而燃料电池组21不易损伤。
[0062]
＜配置于燃料电池组的外表面的部件＞
[0063]
在本方式中，将辅机单元30配置于燃料电池组21的下表面，并在燃料电池组21的车辆后方侧(即隔着燃料电池组21与前保险杠框架15相反的一侧)具备转换器31，由此前驱动轴14在辅机单元30的后方并且转换器31的下方贯通车辆10的左右方向来配置。通过该布局，能够在车辆10的前舱11以较高的空间效率容纳这些部件。
[0064]
另外，通过辅机单元30和转换器31那样的配置，在碰撞时辅机单元30和转换器31碰到前保险杠框架15和侧框架16等的可能性变低，从而能够担保碰撞时的氢安全、高压安全。
[0065]
3.其他
[0066]
在上述方式中，伸出部21a的伸出量在所有的部位相同。但并不限定于此，也可以
根据部位改变伸出量。例如，伸出方向是前保险杠框架15和侧框架16的伸出部21a也可以使伸出量比其他的伸出部21a大。由此，能够使上述的效果更显著。
[0067]
[第2方式]
[0068]
在图5中，示出了对第2方式所涉及的车辆10’进行说明的图。图5是相当于图1的图。根据图5可知，在车辆10’中，以燃料电池组21的上方后退并且伸出部21a侧向前方凸出的方式倾斜这一点与车辆10不同。其他的结构能够与上述第1方式的车辆10相同地考虑，因此标注相同的附图标记并省略说明。
[0069]
对于前舱11的上表面而言，一般来说，前方较低而后方较高。在车辆10’中，通过燃料电池组21倾斜，从而将燃料电池组21的上部定位于后方，因此即使在前舱11的高度较低的情况下，也能够搭载燃料电池组21。另外，燃料电池组21的下部向车辆前方移动，因此容易确保与前驱动轴14的距离，从而更容易进行燃料电池组21向前舱11的配置。
[0070]
[第3方式]
[0071]
在图6中示出了对第3方式所涉及的车辆10”进行说明的图。图6是相当于图1的图。在车辆10”中，燃料电池组21容纳于比车辆10”的客舱靠后方的后舱51内。
[0072]
在车辆10”中，也以与第1方式的车辆10相同的想法配置燃料电池组21即可。此时，代替前保险杠框架15而考虑作为构成车身的框架之一的后保险杠框架55即可，在第1方式中代替正面碰撞而考虑从后侧的追尾即可。即，在从后方追尾车辆10”的情况下，后保险杠框架55相对于客舱相对地向前方移动，并且侧框架16的一部分收缩，由此吸收碰撞的冲击，从而维持、保护客舱的空间。在该结构的情况下，在碰撞时后保险杠框架55或者搭载于后保险杠框架55与燃料电池组21之间的部件首先碰到燃料电池组21的伸出部21a。由此起到与上述的效果相同的效果。

技术特征：
1.一种燃料电池车辆，其特征在于，所述燃料电池车辆具备燃料电池组，该燃料电池组具备作为收纳多个燃料电池单元的壳体的电池组盒、和堵塞所述电池组盒的开口的板状的端板，所述端板具有相对于所述电池组盒中的收纳有所述燃料电池单元的部位伸出来设置的伸出部，所述燃料电池组配置于前舱或者后舱，所述伸出部的高度位置在所述伸出部的至少一部分与所述燃料电池车辆的框架的高度位置一致。2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其特征在于，在所述燃料电池组的外表面配置有部件，所述部件隔着所述燃料电池组配置于与所述框架相反的一侧的面。3.根据权利要求2所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述部件是辅机单元或者转换器。4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述伸出部在不同部位伸出量不同。5.根据权利要求4所述的燃料电池车辆，其特征在于，朝向所述框架伸出的伸出部的部位的伸出量大于未朝向所述框架伸出的伸出部的部位的伸出量。6.根据权利要求1～5中任一项所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述框架是前保险杠框架、侧框架以及后保险杠框架的至少一个。7.根据权利要求1～6中任一项所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述多个燃料电池单元层叠于所述燃料电池车辆的高度方向。8.根据权利要求1～7中任一项所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述电池组盒的所述开口朝向所述燃料电池车辆的下方开口。

技术总结
本发明是燃料电池车辆，上述燃料电池车辆具备燃料电池组，该燃料电池组具备作为收纳多个燃料电池单元的壳体的电池组盒、和堵塞电池组盒的开口的板状的端板，端板具有相对于电池组盒中的收纳有燃料电池单元的部位伸出来设置的伸出部，燃料电池组配置于前舱或者后舱，伸出部的高度位置在伸出部的至少一部分与车辆的框架的高度位置一致。辆的框架的高度位置一致。辆的框架的高度位置一致。


技术研发人员：市田有吾 伊藤雅之 篠崎祯宏
受保护的技术使用者：丰田自动车株式会社
技术研发日：2021.08.19
技术公布日：2022/3/8