CN1910066B - 燃料电池系统的车辆搭载构造 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池系统的车辆搭载构造，具有车体底板、车体骨架部、燃料电池单元和燃料电池的辅助部件单元，上述车体骨架部具有底板框架和多个横向构件并位于上述车体底板之下，上述底板框架沿车辆前后方向被设置在车体侧部，上述多个横向构件沿车宽方向设置并与上述底板框架相连接，上述燃料电池单元和燃料电池的辅助部件单元被配置成在车辆前后方向上相邻的状态，上述燃料电池单元和上述辅助部件单元分别由两个上述横向构件从车辆前后方向的两侧夹在里面。由此，在防止配管和配线冗长的同时，使碰撞安全性提高。

Description

燃料电池系统的车辆搭载构造

技术领域

本发明涉及燃料电池系统的车辆搭载构造。 

本申请要求在2004年1月20日提出的特愿2004-11872号申请的优先权，并在此引用其内容。 

背景技术

过去，人们已经知道的燃料电池车辆是将燃料电池作为驱动用电源进行搭载，并依靠该燃料电池的发电电力来驱动行驶用马达而行驶的。 

在这样的燃料电池车辆中，人们已经知道的结构是，将燃料电池配置在下述区域内的车体底板下方的位置上，该区域是由车体框架的各两个纵向框架和横向框架所围成的，该车体框架形成车体骨架部，并将燃料电池的辅助部件类配置在由两个横向框架夹在里面的区域，该区域处于由两个纵向框架夹在里面的区域之外的车体底板下方的位置上(例如，参见专利文献1：美国专利第US5641031号说明书)。 

发明所要解决的课题 

但是，在与上述现有技术有关的燃料电池车辆中，由于将燃料电池配置在由车体框架所围的区域内，将燃料电池的辅助部件类配置在该区域外，所以，存在着在燃料电池与辅助部件类之间使反应用的气体(以下称为反应气体)流通的配管冗长的问题。另外，由于由燃料电池和燃料电池的辅助部件类构成的高压电装系统的配线冗长，所以存在着传送损失增大的问题。 

而且，由于燃料电池的辅助部件类被配置在由车体框架所围的区域外，所以，存在着燃料电池的辅助部件类容易受到冲击载荷的作用而损伤的问题。 

发明内容

本发明就是鉴于上述状况而进行的，目的在于提供一种具有下述发明效果的燃料电池系统的车辆搭载构造：在能够防止配管和配线冗长的同时，能够使碰撞安全性提高。 

为了实现解决上述课题的目的，本发明提供的燃料电池系统的车辆搭载构造为，其具有车体底板、车体骨架部、燃料电池单元和燃料电池的辅助部件单元， 

上述车体骨架部位于上述车体底板的下方，并具有底板框架(实施方式中的底板框架105、106)和多个横向构件(实施方式中的横向构件104、第一横向构件141、第二横向构件142、第三横向构件143)，上述底板框架沿车辆前后方向被设置在车体侧部，上述多个横向构件沿车宽方向设置并与上述底板框架相连接，其特征在于，上述燃料电池单元(实施方式中的燃料电池单元11)和燃料电池的辅助部件单元(实施方式中的辅助部件单元40)被配置成在车辆前后方向上相邻的状态，上述燃料电池单元和上述辅助部件单元分别由上述多个横向构件中的两个横向构件(实施方式中的横向构件104和第一横向构件141、第一横向构件141和第二横向构件142)和左右一对的上述底板框架包围，并分别安装在车辆前后方向上的上述两个横向构件上，且分别安装在位于车宽方向上两侧的上述左右一对底板框架上。 

根据上述燃料电池系统的车辆搭载构造，由于燃料电池单元和燃料电池的辅助部件单元分别由形成车体骨架部的底板框架和横向构件围绕在周围，所以，可以在车辆碰撞时等抑制燃料电池单元和辅助部件单元产生损伤，使碰撞安全性提高。 

上述燃料电池系统的车辆搭载构造最好还具有蓄电装置(实施方式中的电容33)，并且在车辆前后方向上依次配置上述辅助部件单元、上述燃料电池单元和上述蓄电装置，上述蓄电装置由两个上述横向构件(实施方式中的第二横向构件142和第三横向构件143)从车辆前后方向的两侧夹在里面。 

根据上述结构的燃料电池系统的车辆搭载构造，可以防止被配置在燃料电池单元与燃料电池的辅助部件单元之间的使反应气体流通的配管和使冷却剂流通的配管等冗长，并且可以防止被配置在燃料电池单元与蓄电装置之间的高压电线冗长，减小在将燃料电池系统搭载到车辆上之际需要的空间。 

上述燃料电池系统的车辆搭载构造最好还具有高压电装系统的辅助部件(实施方式中的辅助部件单元50)和侧栏(实施方式中的内侧栏107、108)，上述侧栏沿着车辆前后方向设置，它们的位置在车宽方向上位于上述底板框架的外侧，上述高压电装系统的辅助部件被配置在由上述底板框架和上述侧栏夹在里面的区域内。 

根据上述燃料电池系统的车辆搭载构造，由于将由燃料电池单元和蓄电装置提供电力的高压电装系统的辅助部件配置在由侧栏和底板框架夹成的区域内，所以，可以防止被配置在燃料电池单元以及蓄电装置与高压电装系统的辅助部件之间的电气配线冗长。 

附图说明

图1是与本发明的一个实施方式有关的燃料电池系统的结构图。 

图2是图1所示的燃料电池系统的车辆搭载构造的主要部分分解立体图。 

图3是图1所示的燃料电池系统的车辆搭载构造的主要部分立体图。 

图4是从车辆的上方向向下方看图1所示的燃料电池系统的车辆搭载构造时的主要部分所得到的俯视图。 

图5是沿车宽方向看图1所示的燃料电池系统的车辆搭载构造的主要部分时所得到的侧视图。 

图6是图4所示的用A-A线剖切得到的剖视图。 

图7是图4所示的用B-B线剖切得到的剖视图。 

(符号说明) 

10：燃料电池系统；11：燃料电池；33：电容(蓄电装置)； 40：辅助部件单元；50：辅助部件单元(辅助部件)；104：横向构件；105、106：底板框架；107、108：内侧栏(inside sill)(侧栏)(side sill)；141：第一横向构件(横向构件)；142：第二横向构件(横向构件)；143：第三横向构件(横向构件) 

具体实施方式

下面在参照附图的同时，对与本发明的一个实施方式有关的燃料电池系统的车辆搭载构造进行说明。 

例如，如图1所示，与本实施方式有关的燃料电池系统10具有燃料电池11、空气供给装置12、加湿器13、氢容器14、燃料供给控制阀15、喷射器(ejector)16、燃料泵17、稀释盒18、排泄阀19、电流控制器20、中央控制装置(ECU)21，搭载此燃料电池系统10的燃料电池车辆具有燃料电池系统10、行驶用马达31、输出控制器(PCU)32、电容33。 

燃料电池11是这样构成的：由阳极催化剂和气体扩散层构成燃料极(阳极)，由阴极催化剂和气体扩散层构成氧极(阴极)，用燃料极和氧极夹持由阳离子交换膜等构成的固体高分子电解质膜，由此来构成电解质电极构造体，进而用一对隔离部件(separator)夹持上述电解质电极构造体来构成燃料电池单元，使上述燃料电池单元进行多组层叠。由一对端板从层叠方向的两侧将燃料电池单元的层叠体夹在里面。 

作为包含氧在内的氧化剂气体(反应气体)的空气，由空气供给装置(S/C)12提供，并在由加湿器13适当地进行了加湿之后被导入到燃料电池11的阴极，由氢构成的燃料气体(反应气体)从高压的氢容器14经由燃料供给控制阀15和喷射器16被提供给阳极。在阳极的阳极催化剂上通过催化反应而被离子化了的氢，通过被适当地加湿了的固体高分子电解质膜向阴极移动，随着此移动而产生的电子被导出到外部回路，并作为直流的电能被利用。此时，在阴极上，氢离子、电子和氧发生反应而生成水。

对由空气压缩机等构成的空气供给装置(S/C)12进行驱动的马达(未图示)的转速，基于从ECU21输入的控制指令，由例如具备通过脉冲宽度进行变换的PWM变频器(inverter)的S/C控制器12a进行控制，S/C控制器12a与电流控制器20和电容33被并列地连接着。 

加湿器13由例如空心丝膜等透水膜构成，从燃料电池11的空气排出口11b被排出的排出空气，是作为加湿气体对作为反应气体从空气供给装置(S/C)12被提供给空气供给口11a的空气进行加湿而被利用的。也就是说，如果借助于透水膜使空气和排出空气相接触，则被含在排出空气内的水分(特别是水蒸气)在透过了透水膜的膜孔之后作为水蒸气被提供给空气。 

另外，从加湿器13被排出的排出空气，被导入到后叙的稀释盒18内。 

作为向燃料电池11提供的燃料氢，首先从高压的氢容器14被提供给燃料供给控制阀15。 

燃料供给控制阀15是例如空气式的比例压力控制阀，在设定它的压力时，是以从空气供给装置(S/C)12提供的空气的压力为信号压，使得经过了燃料供给控制阀15的氢在燃料供给控制阀15的出口具有的压力为与信号压相应的规定范围内的压力。 

经过了燃料供给控制阀15的氢流过喷射器16而从氢供给口11c被提供给燃料电池11的阳极。 

另外，从燃料电池11的氢排出口11d被排出的未反应的排出气体的一部分，经由氢泵17被导入到喷射器16，与从氢容器14提供的氢和从燃料电池11排出的排出气体进行混合，再次被提供给燃料电池11。 

喷射器16依靠发生在流通于内部的高速氢气体流的附近的负压吸入被作为副流的来自燃料电池11的排出气体的一部分，将此排出气体与从氢容器14提供的氢进行混合而再次提供给燃料电池11，由此，使从燃料电池11被排出的排出气体进行循环。

另外，从燃料电池11的氢排出口11d被排出的排出气体，经过由ECU21进行开闭控制的排出控制阀17a而被导入到稀释盒18。 

稀释盒18将在向外部排出积存在燃料电池11的阳极上的水和混入到氢中的氮气等之际同时被排出的未反应的排出气体中的氢与从阴极被排出的空气进行混合，由此将氢浓度降低到规定浓度以下之后，经由排泄阀19向外部(大气中等)排出。 

从燃料电池11被导出的发电电流被输入给电流控制器20，在此电流控制器20上，连接着形成蓄电装置的例如由电偶极子层电容器、电解电容器等构成的电容33。 

电流控制器20具有例如DC-DC变换器(chopper)，基于从ECU21被输出的电流指令值、即基于对燃料电池11的发电指令来控制从燃料电池11导出的发电电流的电流值。 

而且，燃料电池11和电容33与对行驶用马达31进行控制的输出控制器32和对用于驱动空气供给装置(S/C)12的马达(未图示)进行控制的S/C控制器12a等用电器而言，是通过电流控制器20并列地连接着的。 

下面，参照图2～图7，对具有上述结构的燃料电池系统10的车辆搭载构造进行说明。 

例如，如图2所示，在形成车体底板的前底板101的后边缘接合着后底板102，此后底板102被形成为向后方立起的阶梯状。在后底板102的阶梯部103的里侧，接合着形成车体骨架部的横向构件104。在前底板101的下表面上，分别连接着靠近外侧并沿车长方向分别在左、右形成车体骨架部的前框架105、106。 

在前底板101的两侧边缘，分别在左右连接着内侧栏107、108，各内侧栏107、108的后端部分别设有内侧栏扩展部109、110。另外，内侧栏107、108是分别被接合在未图示的外侧栏上并形成车体骨架部的部件。 

在各内侧栏扩展部109、110的内侧表面上，分别接合着前托座111、112。

前托座111、112分别被接合后框架113、114和横向构件104的下表面以及底板框架105、106上，后框架113、114被接合在后底板102的下表面上，它们是形成车体骨架部的部件，由此，后框架113、114的前端部通过前托座111、112而被连接在内侧栏107、108和底板框架105、106上。 

在各后框架113、114的后端部下表面上，安装着后托座117、118。 

这里，在左右后框架113、114之间，沿前后方向接合着两个横向构件104A、104B，在各后端部上，具体地说是在后托座117、118上，安装着保险杠梁121。 

而且，在被设置在前托座111、112和后托座117、118上的各凸边螺帽115、116、119、120上，分别从下方由螺栓123、123、123、123固定着副框架122。 

如图2所示，副框架122是由左右框架部件124、125和前后框架部件126、127形成为矩形框状的部件，在车宽方向上具有横梁128。在由此横梁128划分成的空间上，分别由各带状部件131、132紧固固定着构成氢容器14的两个氢容器14A、14B。另外，在副框架122上安装着悬挂单元133。 

而且，在左右框架部件124、125的前端与前部框架部件126的两端之间的角部，分别设有用于被插入到上述凸边螺帽115、116内的螺栓123的穿插部134、135，在左右框架部件124、125的后端与后部框架部件127的两端之间的角部，分别设有用于被插入到上述凸边螺帽119、120内的螺栓123的穿插部136、137。 

通过将螺栓123穿插在这样构成的副框架122的各穿插部134、135、136、137内，将上述螺栓123插入到安装在后框架113、114的前托座111、112和后托座117、118上的凸边螺帽115、116、119、120内并紧固固定，使副框架122固定在后框架113、114上。 

如图4和图5所示，在前底板101的下方，从车辆前后方向的后方部向前方部依次配置着燃料电池11的辅助部件单元40和燃料 电池11以及电容33，使得由左右底板框架105、106从两侧将它们夹在里面。燃料电池11的辅助部件单元40是通过将例如加湿器13、喷射器16、燃料泵17和稀释盒18容纳在单一的壳体内而构成的。 

而且，在前底板101的里侧，接合着被接合在左右底板框架105、106之间而形成车体骨架部的第一横向构件141、第二横向构件142、第三横向构件143，第一横向构件141被配置在辅助部件单元40与燃料电池11之间，第二横向构件142被配置在燃料电池11与电容33之间，与电容33相比，第三横向构件143被配置在车辆前后方向的向前方错开的位置上。 

如图6所示，在各辅助部件单元40和燃料电池11以及电容33上，安装着覆盖各辅助部件单元40和燃料电池11以及电容33的底部的各下罩151、152、153，在各下罩151、152、153上，分别形成了用于被接合在各横向构件141、142、143的底表面上的各法兰部151a、152a、153a和用于被接合在底板框架105、106的底表面上的各法兰部151b、152b、153b。 

而且，从剖视图中看在大致呈U字状的横向构件104和第一横向构件141的各底壁104a、104a以及下罩151的法兰部151a上，通过从下方将螺栓160紧固在螺母161上，使得辅助部件单元40的下罩151固定在横向构件104和第一横向构件141上。 

同样，从剖视图中看在大致呈U字状的第一和第二横向构件141、142的各底壁141a、142a和下罩152的法兰部152a上，通过从下方将螺栓160紧固在螺母161上，使得燃料电池11的下罩152固定在第一和第二横向构件141、142上。 

另外，从剖视图中看在大致呈U字状的第二和第三横向构件142、143的各底壁142a、143a和下罩153的法兰部153a上，从下方将螺栓160紧固在螺母161上，使得电容33的下罩153固定在第二及第三横向构件142、143上。 

另外，通过从剖视图中看在大致呈U字状的底板框架105、106的各底壁105a、106a和各下罩151、152、153的各法兰部151b、152b、 153b上，从下方将螺栓160紧固在螺母161上，使得各下罩151、152、153固定在底板框架105、106上。 

另外，如图4、图5所示，在左右底板框架105、106与左右内侧栏107、108之间，在单侧的两个部位、在两侧共四个部位上接合着托座172。上述托座172具有法兰部172a，上述法兰部172a用于被接合在底板框架105、106和内侧栏107、108以及前底板101的里表面上。 

另外，在由底板框架105、106和左右内侧栏107、108从两侧夹在里面的区域上，配置着通过将电流控制器20、输出控制器(PCU)32等容纳在壳体内而构成的高压电装系统的辅助部件单元50。 

在辅助部件单元50上安装着覆盖底部的下罩(未图示)，在此下罩上，形成了用于被接合在各底板框架105、106以及各内侧栏107、108的底表面上的各法兰部(未图示)。 

而且，例如如图4所示，氢容器14和燃料电池11的辅助部件单元40、辅助部件单元40和燃料电池11，是沿着车辆前后方向配置的，并由作为反应气体的氢流通的氢配管(未图示)连接着。 

另外，燃料电池11和电容33由沿着车辆前后方向配置的高压电线(未图示)连接着。 

如上所述，根据由本实施方式所述的燃料电池系统10的车辆搭载构造，由于燃料电池11和燃料电池11的辅助部件单元40以及电容33由形成车体骨架部的底板框架105、106以及各横向构件104、141、142、143围绕在周围，所以，可以在车辆碰撞时等抑制燃料电池11和辅助部件单元40以及电容33产生损伤，使碰撞安全性提高。 

而且，由于沿着车辆前后方向依次配置着氢容器14、辅助部件单元40、燃料电池11、电容33，所以，可以防止被配置在氢容器14与燃料电池11之间或燃料电池11与辅助部件单元40之间的使反应气体流通的氢配管和使冷却催化剂流通的配管等冗长，并且可以防止被配置在燃料电池11与电容33之间的高压电线冗长，减小在将燃料电池系统10搭载到车辆上之际需要的空间。

另外，在上述的实施方式中，采用了将用于覆盖各辅助部件单元40和燃料电池11以及电容33的底部的各下罩151、152、153接合在底板框架105、106以及各横向构件104、141、142、143上的结构，但是并不局限于此，也可以例如将各辅助部件单元40和燃料电池11以及电容33配置在形成为矩形框状等的框体内，并通过带状部件等将各辅助部件单元40和燃料电池11以及电容33固定在框体内并在此状态下，通过底板框架105、106将框体从车宽方向的两侧夹在里面，并通过螺栓等紧固部件将框体接合在底板框架105、106上。 

另外，作为高压电装系统的辅助部件单元50，并不被局限于上述的电流控制器20、输出控制器(PCU)32等，例如，也可以由用于使高压电装系统动作的各种辅助部件类等构成，具体地说，也可以是具有用于对电容33进行冷却的空气风扇或者用于电容33的电流整流器、燃料电池11的换气风扇等的结构。 

产业上的利用可能性 

根据本发明的燃料电池系统的车辆搭载构造，由于燃料电池单元和燃料电池的辅助部件单元由形成车体骨架部的底板框架和横向构件围绕在周围，所以，可以在车辆碰撞时等抑制燃料电池单元和辅助部件单元产生损伤，使碰撞安全性提高。 

而且，根据本发明的燃料电池系统的车辆搭载构造，可以防止被配置在燃料电池单元与燃料电池的辅助部件单元之间的使反应气体流通的配管和使冷却催化剂流通的配管等冗长，并且可以防止被配置在燃料电池单元与蓄电装置之间的高压的电气配线冗长，减小在将燃料电池系统搭载到车辆上之际需要的空间。 

而且，根据本发明的燃料电池系统的车辆搭载构造，可以防止被配置在燃料电池单元以及蓄电装置与高压电装系统的辅助部件之间电气配线冗长。

Claims (1)

1.一种燃料电池系统的车辆搭载构造，具有设置了左右一对的底板框架和多个横向构件的车体骨架部，上述左右一对的底板框架沿车辆前后方向设置，上述多个横向构件沿车宽方向设置并与上述左右一对的底板框架相连接，在由上述左右一对的底板框架和上述多个横向构件中的一对横向构件围成的第一区域内，配置燃料电池单元，

在由上述左右一对的底板框架和上述多个横向构件中的另外一对横向构件围成的、沿车辆前后方向与上述第一区域相邻的第二区域内，配置燃料电池的辅助部件单元，

在上述燃料电池系统的车辆搭载构造中，设置有从车辆前后方向夹着上述燃料电池单元而安装在上述一对横向构件上的前后一对的托座，并设置有从车宽方向夹着上述燃料电池单元而安装在上述左右一对的底板框架上的左右一对的托座，

上述前后一对的托座和上述左右一对的托座由从覆盖上述燃料电池单元的底部的下罩开始延伸的法兰部构成。

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