CN100593879C - 燃料电池搭载装置 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池搭载装置，包括具有燃料电池组件(3)和燃料电池箱(2)的燃料电池单元(1)。燃料电池组件(3)包括相互层积的电池(5)且收纳在燃料电池箱(2)内。管件(11)沿电池(5)的层积方向设在燃料电池组件(3)的一侧处。燃料电池单元(1)经由支持件(搭载隔离体15A至15C)在设置管件(11)一侧或者最靠近燃料电池单元的重心(G)一侧的两点处以及相对侧的一点处支持在基台上。

Description

燃料电池搭载装置
技术领域
本发明涉及燃料电池搭载装置。
背景技术
现在已提出多种用于将燃料电池单元安装到各种装置(例如车辆、机器人、船舶和航空器)上的技术。一般，在将安装到装置上的燃料电池单元内，燃料电池组件被收纳在一箱内以保护其免受外部的湿气和电磁波并使其电绝缘。另外，近年来，已提出一种经由具有橡胶一类弹性件的支持件将燃料电池安装在装置上以减小从外部传输给该燃料电池的振动的技术(例如，参见日本专利申请公开文献No.JP-A-2002-235801)。
然而，在日本专利申请公开文献No.JP-A-2002-235801公开的技术中，没有充分考虑到支持件的数量和该支持件支持燃料电池的位置。因此，需要扩大支持件以减小对燃料电池的振动。然而，若仅扩大支持件，则不能确保供安装在燃料电池单元上的附件使用的空间，因而变得难以安装它们。
发明内容
本发明的目的是减小燃料电池单元及其支持件的尺寸，从而能够容易地安装或安置燃料电池单元及其附件。
本发明的第一方面涉及一种燃料电池搭载装置，包括：燃料电池单元，该燃料电池单元包括具有多个电池的燃料电池组和设置在该燃料电池组的沿着电池的层积方向的一端部或该端部附近的管件；以及多个支持件，燃料电池单元经由该支持件支持在基台上。燃料电池单元在该燃料电池单元的设置管件的一侧的两点处以及在该燃料电池单元的与设置管件那一侧相对的一侧的一点处支持在基台上。
根据本发明的第一方面，燃料电池单元支持在靠近其重心那一侧的两点处以及相对一侧的一点处(由于管件的重量等，燃料电池单元的重心相对于沿电池层积方向的燃料电池单元的中心位于设置该管件等的那一侧)。因此，燃料电池单元的荷重分配给各个支持点，从而使得各个点的荷重小。另外，按照这种方式在三点处支持燃料电池单元允许使支持件的尺寸小，易于安装或安置该燃料电池单元及其附件。另外，由于这些支持点限定的平面被唯一地确定，所以易于推定该平面移动的方向和距离。这使得例如在燃料电池单元包括燃料电池组件和用于收纳该燃料电池组件的燃料电池箱的情况下可以优化该燃料电池箱的形状，不会不必要地扩大该燃料电池箱的外部尺寸。结果，使燃料电池单元的尺寸小，因而易于安装该燃料电池单元。
在此燃料电池单元中，燃料电池组配置成至少两列，且装有一对端板以从两侧夹持该燃料电池组的列。设在设置管件那一侧的端板被配置成或形成为用于覆盖同侧的燃料电池组的所有列的端部。
设在设置管件那一侧的支持件位于除燃料电池组的列之间的边界及该边界附近以外的区域(例如，端板的端部附近的位置)内。
在此情况下，可确保燃料电池组的列之间的边界附近的用于配置各种附件和管件的空间。另外，若支持件分别设置在端板的端部附近，则可更稳定地支持燃料电池单元。
另外，燃料电池单元包括具有燃料电池组的燃料电池组件和用于收纳该燃料电池组件的燃料电池箱，使得收纳该燃料电池组件的燃料电池箱经由支持件支持在基台上。在此情况下，燃料电池单元支持在靠近燃料电池箱的最靠近该燃料电池单元的重心的侧面的两点处以及靠近燃料电池箱的与最靠近该燃料电池单元的重心的侧面相对的侧面的一点处。
另外，支持件的至少一个包括箱支持件和组件支持件，该箱支持件设置在燃料电池箱的底板下面，并且该燃料电池箱经由该箱支持件支持在基台上，该组件支持件设置在燃料电池箱的底板上，并且该燃料电池组件经由该组件支持件在燃料电池箱内支持于底板上。
根据此构造，燃料电池组件的荷重经由箱支持件和组件支持件作用于基台。也就是说，可使燃料电池组件的荷重的作用位置与包括该燃料电池组件的整个燃料电池单元的荷重的作用位置一致。因此，可减小由于燃料电池组件的荷重的作用位置与整个燃料电池单元的荷重的作用位置之间的差异产生的对燃料电池箱的额外荷重(弯曲力矩等)。结果，可使燃料电池箱薄型化，并使整个构造轻量化和小型化。
箱支持件和组件支持件沿竖直方向具有公共轴。
本发明的第二方面涉及一种燃料电池搭载装置，包括经由支持件支持在基台上的燃料电池单元。此燃料电池单元在该燃料电池单元的最靠近该燃料电池单元重心的一侧的两点处以及在该燃料电池单元的与最靠近该燃料电池单元重心那一侧相对的一侧的一点处被支持。
根据本发明的第二方面，燃料电池单元支持在靠近其重心那一侧的两点处和相对一侧的一点处。因此，燃料电池单元的荷重分配给各个支持点，从而使得各个点的荷重小。另外，按照这种方式在三点处支持燃料电池单元允许使支持件的尺寸小，易于安装或安置该燃料电池单元及其附件。另外，由于这些支持点限定的平面被唯一地确定，所以易于推定该平面移动的方向和距离。这使得例如在燃料电池单元包括燃料电池组件和用于收纳该燃料电池组件的燃料电池箱的情况下可以优化该燃料电池箱的形状，不会不必要地扩大该燃料电池箱的外部尺寸。结果，使燃料电池单元的尺寸小，因而易于安装该燃料电池单元。
燃料电池单元包括具有多个相互层积的电池的燃料电池组件和用于收纳该燃料电池组件的燃料电池箱，使得收纳该燃料电池组件的燃料电池箱经由支持件支持在基台上。在此情况下，燃料电池单元支持在靠近燃料电池箱的最靠近该燃料电池单元的重心的侧面的两点处以及靠近燃料电池箱的与最靠近该燃料电池单元的重心的侧面相对的侧面的一点处。
本发明的第三方面涉及一种燃料电池搭载装置，包括：燃料电池单元，该燃料电池单元包括具有多个相互层积的电池的燃料电池组和设置在该燃料电池组的沿着电池的层积方向的端部或该端部附近的管件；以及支持件，燃料电池单元经由该支持件支持在基台上，燃料电池单元在该燃料电池单元的设置管件的一侧的两点处以及在该燃料电池单元的与设置管件那一侧相对的一侧的一点处支持在基台上。
本发明的第四方面涉及一种燃料电池搭载装置，包括：燃料电池单元；以及支持件，燃料电池单元经由该支持件支持在基台上，燃料电池单元在该燃料电池单元的最靠近该燃料电池单元重心的一侧的两点处以及在该燃料电池单元的与最靠近该燃料电池单元重心那一侧相对的一侧的一点处支持在基台上。
由此，通过像本发明的第一至第四方面那样设定适当数量的支持件并将它们配置在适当位置，可使燃料电池单元和支持件的尺寸小，易于安装或安置该燃料电池单元及其附件。
附图说明
自以下参照附图对优选实施例的说明，本发明的前述及其它目的、特征和优点将变得明显，附图中，相同附图标记用于指示相同的部件且其中：
图1是根据本发明实施例的燃料电池搭载装置的燃料电池单元的侧视截面图；
图2是表示设在图1所示燃料电池单元内的燃料电池组件的平面图；
图3是设在图1所示燃料电池单元内的燃料电池组件的底视图；
图4是燃料电池单元搭载于其上的燃料电池车辆的平面图；
图5是图4所示燃料电池车辆的侧视截面图；
图6是用于将图1所示燃料电池单元搭载在燃料电池车辆上的支持件(搭载隔离体)的透视图；
图7是图6所示的搭载隔离体之一的放大截面图；以及
图8是沿图7中线VIII-VIII的截面图。
具体实施方式
参照附图说明根据本发明一种实施例的搭载有燃料电池单元的装置(以下，“燃料电池搭载装置”)。在此实施例中，燃料电池搭载装置被构造成使燃料电池单元1经由支持件(图6及其它图中所示的搭载隔离体15A至15C)搭载在设置于燃料电池车辆内的基台(图6及其它图中的部件68)上。
首先，将参照图1至3说明根据此实施例的燃料电池搭载装置的燃料电池单元1的构造。
如图1至3所示，燃料电池单元1包括燃料电池箱2和燃料电池组件3，且该燃料电池组件3固定在燃料电池箱2内。燃料电池箱2如图1所示被构造成使上箱2A和下箱2B相互密封地固定，且具有高电磁屏蔽性、气密性和液密性。上箱2A构成燃料电池箱2的上半部，下箱2B构成下半部。燃料电池箱2收纳诸如连接器和电池监控器一类与燃料电池组件3相关的附件以及该燃料电池组件3。
如图2和3所示，燃料电池组件3包括层积体，该层积体包括层积在相互顶部上的多个电池5。每个电池5都包括膜电极接合体(MEA)和隔离器。端板22A，22B设在层积体的两端处。层积体被夹持在端板22A，22B之间以使夹持力沿电池的层积方向作用于该层积体，且在该层积体的外侧沿电池的层积方向延伸的固定件(例如张紧板)分别固定在端板22A，22B上，由此构成燃料电池组7。在此实施例中，燃料电池组7配置成两列，且端板22A，22B被该燃料电池组7的两列共用，也就是说，每个端板22A，22B在每侧覆盖两列的端部。
另外，如图2和3所示，系统辅助件10沿电池的层积方向设在燃料电池组件3的一侧。在同一侧，分配管11从燃料电池组7的两列之间的边界向外延伸。分配管11作为被供应给燃料电池组件3的反应气体和冷却剂的流路。如图2和3所示，由于分配管11的重量，燃料电池组件3的重心G沿电池的层积方向比该燃料电池组件3的中央更靠近分配管11。分配管11固定、安装或者连接在端板22A上。分配管11被设置为与端板22A一体或者分离。
搭载隔离体15A，15B，15C如图3所示固定在燃料电池组件3的底面上。搭载隔离体15A，15B，15C用于把燃料电池单元1固定在基台(图6及其它图中所示的部件68)上，还用于把燃料电池组件3固定在燃料电池箱2上。因此，利用搭载隔离体15A至15C，燃料电池单元1被支持于三点。搭载隔离体15A至15C是根据本发明的支持件的一例。搭载隔离体15A至15C的构造将随后更详细地描述。
在此实施例中，搭载隔离体15A至15C如图3所示设在当燃料电池单元1配置于基台上时该燃料电池单元1的最靠近重心G的侧面附近，即燃料电池单元1的系统辅助件10和分配管11配置于其上的侧面附近。位于分配管11一侧内的搭载隔离体15A，15B如图3所示分别固定在端板22A的其端部附近的部分上，从而避免把该搭载隔离体15A，15B安装在位于燃料电池组7的两列之间边界附近的区域上。搭载隔离体15C设在燃料电池单元1的与最靠近重心G的侧面相对的侧面附近以及燃料电池组7的两列之间的边界附近。搭载隔离体15C固定在端板22B上。搭载隔离体15A至15C固定在端板22A，22B上的原因是由于该端板22A，22B的刚性高。
接着，将参照图4和5说明燃料电池单元1的配置。
如图4和5所示，燃料电池单元1可搭载在例如车辆的客室38前方或后方的空间(以下分别称为“前方空间34”或“后方空间35”)内或者车辆的底板下面。当燃料电池单元1安装在前方空间34或后方空间35内时，该燃料电池单元1被配置成靠近客室38。具体地，当燃料电池单元1设在前方空间34内时，该燃料电池单元1被配置在图5所示前围板37的正前面。类似地，当燃料电池单元1设在后方空间35内时，该燃料电池单元1如图5所示被配置在后座40的正后面和后挡41的前面。如图4和6所示，燃料电池单元1经由搭载隔离体15A，15B，15C固定在设于侧件42之间的部件68上。在此实施例中，如图6所示，燃料电池单元1这样搭载在车辆内，使得该燃料电池单元1的系统辅助件10和分配管11设置于其内的一侧面向该车辆的后面。
参照图6至8说明作为根据本发明的支持件的一例的搭载隔离体15A的构造。应注意的是，搭载隔离体15B，15C的构造与搭载隔离体15A的构造基本相同，因此将省略对它们的说明。
如图6至8所示，搭载隔离体15A包括第一支持件65和第二支持件66。第一支持件65设在燃料电池箱2的下箱2B的底板的上面，使燃料电池组件3经由该第一支持件65支持在燃料电池箱2的底板上。第一支持件65是本发明中的组件支持件的一例。第二支持件66设在燃料电池箱2的外侧，使燃料电池箱2的下箱2B经由该第二支持件66支持在部件68上。第二支持件66是本发明中的箱支持件的一例。如图6至8所示，第二支持件66配置在第一支持件65的竖直下方。
如图7和8所示，第一支持件65包括利用螺栓70和螺母71固定在燃料电池箱2的下箱2B上的座板65a，以及被配置成与该座板65a相邻且接触的座台65b。螺栓72插入其内的插入孔被形成为分别穿过燃料电池箱2的下箱2B和第一支持件65的座台65b。螺栓72从下方插入此插入孔，然后通过把该螺栓72的螺纹部拧入形成在燃料电池组件3的端板22A内的螺纹孔中而固定在该端板22A上。按照这种方式，第一支持件65固定在燃料电池组件3上。另外，绝缘体65c设在座板65a内。绝缘体65c确保端板22A与燃料电池箱2之间的绝缘。
如图6至8所示，第二支持件66具有中央部66a向下突出的帽形截面。第二支持件66包括位于中央部66a的上部两侧上的法兰部66b。中央部66a的底面焊接在部件68上。螺栓70插入其内的每个插入孔被形成为穿过第二支持件66的法兰部66b、第一支持件65的座板65a和下箱2B。下箱2B被夹持在法兰部66b与座板65a之间，螺栓70从上方插入该插入孔且然后用螺母71紧固。按照这种方式，第一支持件65和燃料电池箱2固定在第二支持件66和部件68上。由于燃料电池组件3固定在第一支持件65上，所以整个燃料电池单元1(燃料电池箱2和燃料电池组件3)固定在部件68上。
由于第一支持件65和第二支持件66被构造成如上所述，燃料电池组件3的荷重经由该第一支持件65和第二支持件66作用于部件68。通过在第二支持件66与下箱2B之间提供密封材料例如垫圈，可提高燃料电池箱2的密封性能。
在根据上述实施例的燃料电池搭载装置中，燃料电池单元1支持在靠近该燃料电池单元1的重心G的分配管11一侧的两点处(即，燃料电池单元1的最靠近重心G的侧面附近的两点处)以及该燃料电池单元1的与最靠近重心的侧面相对的侧面附近的一点处。因此，作用于支持点的荷重可分配给每个支持点且因而变小。按照这种方式，燃料电池单元1支持在三点处，因而使得作为支持件的搭载隔离体15A至15C小型化。结果，变得更易于搭载燃料电池单元1及其附件。另外，由于支持件限定的平面被唯一地确定，所以易于推定该平面移动的方向和距离。这使得可以优化燃料电池箱2的构造，不会不必要地扩大该燃料电池箱的外部尺寸。结果，使燃料电池单元1小型化，且易于搭载该燃料电池单元1。
另外，在根据上述实施例的燃料电池搭载装置中，支持件(搭载隔离体15A，15B)位于分配管11一侧的除燃料电池组7的两列之间边界附近区域以外的区域内。因此，可在燃料电池组7的两列之间的边界附近设置用于搭载附件和管件的空间。结果，变得更易于安装附件。应注意的是，尽管燃料电池组7包括多列电池，但其也可仅包括一列。
在根据上述实施例的燃料电池搭载装置中，搭载隔离体15A，15B设在端板22A的端部附近，以使分配管11一侧的两支持点相互远离。这使得可以更稳定地支持燃料电池。
在根据上述实施例的燃料电池搭载装置中，每个支持件(搭载隔离体15A至15C)都包括第一支持件65和第二支持件66，且第二支持件66被配置在第一支持件65的竖直下方。因此，燃料电池组件3的荷重经由第一支持件65和第二支持件66作用于部件68。也就是说，可使燃料电池组件3的荷重的作用位置与整个燃料电池单元1的荷重的作用位置一致。因此，可减小由于燃料电池组件3的荷重的作用位置与整个燃料电池单元1的荷重的作用位置之间的差异产生的对燃料电池箱2的额外荷重(弯曲力矩等)。结果，可使燃料电池箱2薄型化，并使整个燃料电池单元1轻量化和小型化。
尽管在前述实施例中搭载隔离体包括多于一个部件(即第一支持件65和第二支持件66)，但该搭载隔离体也可由具有一般中空正方形截面的单个部件组成。另外，在此实施例中，搭载隔离体用作根据本发明的支持件的一例。然而，支持件的构造不限于此实施例的构造，包括弹性件或弹性部分的其它各种搭载件也可用作支持件。
尽管在上述实施例中燃料电池箱包括上箱和下箱，但该燃料电池箱的构造不限于此实施例的构造。另外在此实施例中，本发明应用于具有燃料电池箱的燃料电池单元。然而，本发明也可应用于具有燃料电池组件和附件、但不具有用于收纳该燃料电池组件的燃料电池箱的燃料电池单元。在此情况下，燃料电池单元在三点处支持于例如同上述“基台”对应的一箱的底板上侧上，且此用于收纳燃料电池单元的箱在四点处支持于某部分上。
在以上实施例中，本发明应用于燃料电池搭载装置被构造成使燃料电池搭载在燃料电池车辆的基台上的情况。然而，本发明也可应用于燃料电池搭载装置被构造成使燃料电池搭载在除燃料电池车辆以外的各种装置(例如机器人、船舶、航空器等)的基台上的其它情况。
在前述实施例中，因为燃料电池单元1的重心由于分配管11较重的重量而位于设置分配管11的一侧内，所以该分配管11一侧内的端板22A支持于两点而另一侧内的端板22B支持于一点。然而，本发明不限于此配置。例如，若辅助部件设在另一侧内且因而重心位于那一侧内而不位于分配管11一侧内，则端板22B可选择性地支持于两点。另外，尽管在前述实施例中端板22A，22B被支持，但本发明不限于此配置。例如，若诸如张紧板一类的张紧件被设置成跨过端板22A，22B之间且由此夹持燃料电池组，则该张紧件的更靠近燃料电池单元1重心一侧内的部分可支持于两点，而另一侧内的部分可支持于一点。另外，尽管在前述实施例中燃料电池单元1被从下方支持于三点，但其也可选择性地被从上方支持。也就是说，只要燃料电池单元1被支持在其重心一侧内的两点处以及另一侧内的一点处，可采用各种其它构造和配置来实现前述实施例中获得的效果和优点。

Claims (11)

1.一种燃料电池搭载装置，包括：燃料电池单元(1)，所述燃料电池单元(1)包括具有多个电池(5)的燃料电池组(7)和设置在所述燃料电池组(7)的沿着所述电池(5)的层积方向的一端部或所述端部附近的管件(11)；以及多个支持件(15A，15B，15C)，所述燃料电池单元(1)经由所述支持件(15A，15B，15C)支持在基台(68)上，其中
所述燃料电池单元(1)在所述燃料电池单元(1)的设置所述管件(11)的一侧的两点处以及在所述燃料电池单元(1)的与设置所述管件(11)那一侧相对的一侧的一点处支持在所述基台(68)上，
所述燃料电池单元(1)包括具有燃料电池组(7)的燃料电池组件(3)和用于收纳所述燃料电池组件(3)的燃料电池箱(2)，使得收纳所述燃料电池组件(3)的所述燃料电池箱(2)经由所述支持件(15A，15B，15C)支持在所述基台(68)上，以及
所述燃料电池单元(1)的设置所述管件(11)的那一侧对应于所述燃料电池单元(1)的最靠近所述燃料电池单元(1)重心(G)的一侧。
2.根据权利要求1所述的燃料电池搭载装置，其中
所述燃料电池组(7)配置成至少两列，
装有一对端板(22A，22B)以从两侧夹持所述燃料电池组(7)的列，其中，设在设置所述管件(11)那一侧的所述端板被配置成或形成为用于覆盖同侧的所述燃料电池组(7)的所有列的端部。
3.根据权利要求2所述的燃料电池搭载装置，其中
设在设置所述管件(11)那一侧的所述支持件(15A，15B)位于除所述燃料电池组(7)的列之间的边界及所述边界附近以外的区域内。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池搭载装置，其中
设在设置所述管件(11)那一侧的所述支持件(15A，15B)分别在靠近设置在同侧的所述端板的端部的位置固定在所述端板上。
5.根据权利要求1所述的燃料电池搭载装置，其中
所述燃料电池单元(1)支持在所述基台(68)上的所述两点包括靠近所述燃料电池箱(2)的最靠近所述燃料电池单元(1)的所述重心(G)的侧面的两点，以及
所述燃料电池单元(1)支持在所述基台(68)上的所述一点包括靠近所述燃料电池箱(2)的与最靠近所述燃料电池单元(1)的所述重心(G)的所述侧面相对的侧面的一点。
6.根据权利要求1所述的燃料电池搭载装置，其中
所述支持件(15A，15B，15C)的至少一个包括箱支持件(66)和组件支持件(65)，所述箱支持件(66)设置在所述燃料电池箱(2)的底板下面，并且所述燃料电池箱(2)经由所述箱支持件(66)支持在所述基台(68)上，所述组件支持件(65)设置在所述燃料电池箱(2)的所述底板上，并且所述燃料电池组件(3)经由所述组件支持件(65)在所述燃料电池箱(2)内支持于所述底板上。
7.根据权利要求6所述的燃料电池搭载装置，其中
所述箱支持件(66)和所述组件支持件(65)沿竖直方向具有公共轴。
8.一种燃料电池搭载装置，包括经由支持件(15A，15B，15C)支持在基台(68)上的燃料电池单元(1)，其中
所述燃料电池单元(1)在所述燃料电池单元(1)的最靠近所述燃料电池单元(1)重心(G)的一侧的两点处以及在所述燃料电池单元(1)的与最靠近所述燃料电池单元(1)重心(G)那一侧相对的一侧的一点处被支持，
所述燃料电池单元(1)包括具有多个相互层积的电池(5)的燃料电池组件(3)和用于收纳所述燃料电池组件(3)的燃料电池箱(2)，使得收纳所述燃料电池组件(3)的所述燃料电池箱(2)经由所述支持件(15A，15B，15C)支持在所述基台(68)上。
9.根据权利要求8所述的燃料电池搭载装置，其中
所述燃料电池单元(1)支持在所述基台(68)上的所述两点包括靠近所述燃料电池箱(2)的最靠近所述燃料电池单元(1)的所述重心(G)的侧面的两点，以及所述燃料电池单元(1)支持在所述基台(68)上的所述一点包括靠近所述燃料电池箱(2)的与最靠近所述燃料电池单元(1)的所述重心(G)的所述侧面相对的侧面的一点。
10.根据权利要求8所述的燃料电池搭载装置，其中
所述支持件(15A，15B，15C)的至少一个包括箱支持件(66)和组件支持件(65)，所述箱支持件(66)设置在所述燃料电池箱(2)的底板下面，并且所述燃料电池箱(2)经由所述箱支持件(66)支持在所述基台(68)上，所述组件支持件(65)设置在所述燃料电池箱(2)的所述底板上，并且所述燃料电池组件(3)经由所述组件支持件(65)在所述燃料电池箱(2)内支持于所述底板上。
11.根据权利要求10所述的燃料电池搭载装置，其中
所述箱支持件(66)和所述组件支持件(65)沿竖直方向具有公共轴。
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