CN102714329A

CN102714329A - 燃料电池动力车辆

Info

Publication number: CN102714329A
Application number: CN2011800064173A
Authority: CN
Inventors: 矢桥洋树; 石户谷尽生
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2012-10-03
Also published as: DE112011100939T5; JP2011194954A; CA2787237A1; US20130008730A1; WO2011114206A1

Abstract

一种燃料电池动力车辆（10），包括覆盖件（28），其覆盖且保护安装在车身下部上的罐（18）。引入口（32）在车辆的罐（18）的前方形成在覆盖件（28）内，以将空气引入到覆盖件（28）内的空间内。另外，排出口（34）在车辆的罐（18）的后方形成在覆盖件（28）内，以将从引入口（32）引入到覆盖件（28）内的空间内的空气排出。

Description

燃料电池动力车辆

技术领域

本发明涉及燃料电池动力车辆。特别地，本发明涉及罐的安装结构的改进，该罐用于存储用于燃料电池的燃料气体。

背景技术

通常，燃料电池动力车辆使用由燃料电池生成的电力驱动，例如氢气等的燃料供给到所述燃料电池。在此燃料电池动力车辆中，用于燃料电池的燃料气体典型地在高压下存储在罐内，且罐可安装在车身的下部上，以保证最大可能的车室空间。一般地，罐覆盖有覆盖件，且被保护以防例如路面、突出的石头、水等的外部环境的影响。

存储在罐内的燃料气体被供给到燃料电池。当罐内的压力下降时，罐的温度通常降低。如果罐的温度明显降低，则罐可能由于其自身收缩而被损坏。

日本专利申请公开No.2009-78623（JP-A-2009-78623）中描述了燃料电池动力双轮车辆，用于冷却燃料电池的冷却风扇，和用于存储供给到燃料电池的燃料气体的燃料筒。在JP-A-2009-78623中描述的车辆中，冷却风扇将在冷却燃料电池之后已被加热的空气吹向燃料筒，因此防止燃料钢筒的温度随着消耗燃料气体而降低。

日本专利申请公开No.2006-188170（JP-A-2006-188170）描述了一种车辆，所述车辆包括安装在车身的顶部上的气态燃料罐以及覆盖且保护气态燃料罐的顶部覆盖件。此外，JP-A-2006-188170也描述了通过顶部覆盖件形成的外侧空气引入部分，且在车辆行驶期间吹向车辆的风通过外侧空气引入部分被引入到顶部覆盖件内。

在常规的燃料电池动力车辆中，当罐的温度降低到一定值（例如，-40℃）以下时，抑制罐内的压力下降。换言之，通过降低供给到燃料电池的燃料气体的流量，避免了罐的温度的进一步降低。然而，以此方法，燃料电池的输出由于燃料气体的流量的降低而下降，且作为结果，车辆的行驶性能恶化。

如在JP-A-2009-78623中描述，可提供风扇以使得空气循环且抑制在运行时罐的温度下降。然而，如上所述，在带有安装在车身的下部上的罐的燃料电池动力车辆中，需要在车身的下部上提供风扇和用于保护风扇的覆盖件。作为结果，燃料电池动力车辆的结构变得复杂。

发明内容

本发明提供了一种燃料电池动力车辆，所述燃料电池动力车辆结构简单，且有效地抑制了安装在车身的下部上的罐的温度降低。

根据本发明的一个方面的燃料电池动力车辆是如下一种燃料电池动力车辆，其具有燃料电池、安装在车身的下部上的罐，和覆盖且保护罐的覆盖件，在所述罐内在高压下存储了供给到燃料电池的燃料气体。在此燃料电池动力车辆内，覆盖件具有形成在覆盖件内的引入口和排出口，通过所述引入口将空气引入到覆盖件内的空间内，且通过所述排出口将从引入口引入到覆盖件内的空间内的空气排出，其中引入口形成在车辆的罐的前方且排出口形成在车辆的罐的后方。

此外，根据本发明的前述方面的燃料电池动力车辆可包括排气通道，所述排气通道将燃料电池与引入口连接，且从燃料电池排出的排气流过所述排气通道。

此外，根据本发明的前述方面的燃料电池动力车辆可包括与所述罐相同的多个罐。所述多个罐可从车辆的前方向后方依次地安装在车身上，且管道可形成在覆盖件内，所述管道将通过引入口引入的空气中的一些空气从所述多个罐中的一个罐向后引导，所述多个罐中的所述一个罐位于其它罐中的任何罐相对于车辆的前方。

此外，在根据本发明的前述方面的燃料电池动力车辆中，引导部可形成在覆盖件内，所述引导部引导从管道的出口流入到所述罐中的位于管道出口后方的一个罐内的空气。

此外，根据本发明的前述方面的燃料电池动力车辆可包括与所述罐相同的多个罐、与所述管道相同的多个管道和与所述引导部相同的多个引导部，在车辆的所述多个罐中的每个罐的前方布置了另外的罐，设置所述多个管道和所述多个引导部以将从引入口引入的空气引导到相应罐内，所述相应罐中的每个罐的前方布置了所述另外的罐。

此外，在根据本发明的前述方面的燃料电池动力车辆中，排出口可穿过覆盖件的下表面和覆盖件的后表面中的至少一个表面而形成。

此外，在根据本发明的前述方面的燃料电池动力车辆中，引入口和排出口可在形状上相同。

根据本发明的燃料电池动力车辆可使用简单的结构有效地抑制安装在车身的下部上的罐的温度的降低。

附图说明

本发明的前述和/或另外的目的、特征和优点将从如下的参考附图的对于本发明的示例实施例的描述中更加显见，其中相同的附图标号用于代表相同的元件，且其中：

图1是示出了根据本发明的第一实施例的安装在燃料电池动力车辆上的燃料电池系统的构造的视图；

图2是示出了当从车辆侧面的位置观察时的车身的下部的总体构造的视图，所述车身的下部上安装了根据本发明的第一实施例的罐；

图3是从上方观察时的根据本发明的第一实施例的覆盖件的内部的俯视图；和

图4是示出了当从车辆侧面的位置观察时车身的下部的总体构造的视图，所述车身的下部上安装了根据本发明的第二实施例的罐。

具体实施方式

在下文中将使用附图描述根据本发明的燃料电池动力车辆的实施例。

首先，将参考图1描述根据本发明的第一实施例的安装在燃料电池动力车辆10上的燃料电池系统12。燃料电池系统12包括燃料电池14，所述燃料电池14通过燃料气体和氧化气体之间的电化学反应生成电力。应注意的是用于燃料电池系统12的燃料气体是氢，且氧化气体是空气。

燃料气体流动通道16以及氧化气体流动通道（未示出）连接到燃料电池14，其中燃料气体通过所述燃料气体流动通道16供给到燃料电池14的阳极（未示出），氧化气体通过所述氧化气体流动通道供给到燃料电池14的阴极（未示出）。

燃料电池14是质子交换膜燃料电池，所述质子交换膜燃料电池使用电解质膜作为质子传导膜体，它由例如碳氟化合物树脂的高聚物材料等形成。电池的每个单体电池（未示出）通过另外地将膜电极组件（MEA）夹在两个分离器之间而构造，所述膜电极组件通过将电解质膜夹在阳极和阴极之间而构造。燃料电池14通过将多个这样的单体电池相互层叠而构造。

燃料电池系统12包括两个罐18，所述罐18用作将燃料气体供给到燃料电池14的燃料气体源。燃料气体在高压下（例如，70MPa）存储在罐18内。燃料气体流动通道16将罐18与燃料电池14连接。应注意的是在此实施例中描述的罐18的数量仅是示例，且根据本发明的罐18的数量不绝对地要求为两个，如将在后文中描述。

燃料气体流动通道16在从罐18向燃料电池14的方向上顺序地装配有主止回阀20和降压阀22。主止回阀22装配到燃料气体流动通道16，以分别对应于罐18。主止回阀20是电磁阀，其通过由电信号驱动电磁体来致动。降压阀22将从罐18引入的燃料气体的压力（例如，70MPa）降低到适合于供给有燃料气体的燃料电池14的压力（例如，1MPa）。

通过使用从如此构造的燃料电池系统12输出的电力驱动用作原动机的马达（未示出），燃料电池动力车辆10可移动。

然后，将参考图2和图3描述根据本发明的此实施例的燃料电池动力车辆10的构造。图2是示出了从车辆侧面的位置观察时的安装有罐的车身的下部的总体构造的视图。图3是从上方观察时的覆盖件的内部的俯视图。

在根据本发明的此实施例的燃料电池动力车辆10中，两个罐18布置在作为车身的下部结构的车身框架24的下部上。罐18通过固定支架26固定到车身框架24。

这些罐18筒形地形成，即形成为所谓的筒的形状，以分散存储在罐18内的燃料气体的压力。两个罐18从车辆的前方向后依次布置，且以分别在车辆宽度方向上延伸的方式布置。

此外，车身框架24包括用于覆盖罐18的覆盖件28。覆盖件28是所谓的下覆盖件，所述下覆盖件覆盖了罐18以保护罐18不受例如路面、突出的石头、水等的外部环境的影响，且防止罐18被损坏或变坏。排屑孔30穿过覆盖件28的下表面而形成，排屑孔30用于允许可能已进入覆盖件28内侧的空间的石头、水和其它碎屑落下。

在根据本发明的此实施例的燃料电池动力车辆10中，覆盖件28的特征在于具有引入口32和排出口34，所述引入口32用于将空气引入到覆盖件28内侧的空间内，且所述排出口34用于将从引入口32引入到覆盖件28内侧空间内的空气排出。引入口32形成在罐18的相对于车辆的前方，且排出口34形成在罐18的相对于车辆的后方。

在燃料电池动力车辆10内，当车辆运动时，使用简单的结构将外侧空气供给到罐18。即，在车辆移动时，迎头风将空气通过引入口32引入到覆盖件28内侧的空间内，且被引入的空气有效地与罐18换热，然后通过排出口34被排出。在此，应注意的是在罐18的温度低于引入的空气的温度时，罐18可通过罐18和引入的空气之间的热交换而被加热。因此，即使罐18的温度已由于燃料气体的消耗而明显降低，在车辆移动时，罐18的温度降低也可被引入到覆盖件28内侧的空间内的空气抑制，而不抑制燃料电池的输出。

两个引入口32形成在覆盖件28的前表面内，且两个排出口34形成在覆盖件28的与其前表面相对的后表面内。为降低制造成本，引入口32和排出口34可具有相同的形状。应注意的是，在此描述的引入口32的数量和排出口34的数量仅是示例，且本发明可使用适于特定应用的任何数量的端口实施。此外，虽然在本发明的此实施例中的排出口34示出为形成在覆盖件28的后表面内，但本发明不限制于此构造。只要已引入到覆盖件28内侧且已与罐18进行换热的空气可平滑地排出，则排出口34可穿过覆盖件28的下表面而形成。

此外，在根据本发明的此实施例的燃料电池动力车辆10内，两个罐18相对于车辆从前向后依次安装。在此构造中，通过与位于前方的罐18换热而冷却的空气直接流向位于后方的罐18。因此，位于后方的罐18的换热效率下降。因而，不能均匀地抑制两个罐18的温度的下降。

因此，如在图2和图3中所示，管道36提供在覆盖件28的内侧，该管道36用于将通过引入口32引入的空气从位于前方的罐18向后引入。利用这些管道36，位于后方的罐18可被提供以其温度与供给到位于此罐18前方的罐18的空气的温度相同的空气。因此，尽可能均匀地抑制了两个罐18的温度的下降。

管道36连接到引入口32的区域的部分，以将从引入口32引入的空气中的部分空气向后供给。管道36形成为延伸经过前罐18下方的空间。然而，本发明不限制于此构造。只要空气从位于前方的罐18向后引入，则管道36可形成为延伸通过另一条路径，例如经过前罐18上方的空间。

此外，引导部38提供在覆盖件28的内侧，该引导部38用于将从管道36的出口流出的空气从该出口引导到后罐18。通过这些引导部38引导的空气可有效地与位于后方的罐18接触。因此，空气和位于后方的罐18之间的接触面积增加。通过增加与在覆盖件28的内侧流动的空气的接触面积，提高了后罐18的换热效率。因此，可进一步均匀化在覆盖件28内侧的罐18的温度降低的抑制。

如在图2中所示，引导部38具有倾斜面，所述倾斜面从覆盖件28以倾斜的方式突出，且碰到此倾斜面的空气被目标罐18引导。此外，如在图3中所示，多个引导部38在车辆的宽度方向上延伸。应注意的是，引导部28的数量是示例，且引导部38的数量可以调整以适合本发明的特定的应用。

根据本发明的第一实施例的燃料电池动力车辆10以如上所述的简单的结构便于罐18和外侧空气之间的换热，且因此可有效地抑制罐18的温度的下降。

然后，将参考图4描述根据本发明的第二实施例的燃料电池动力车辆10。图4是示出了从车辆的侧面位置观察时安装了根据本发明的第二实施例的罐的车身的下部的总体构造的视图。应注意的是与本发明的第一实施例的部件相同的部件使用相同的附图标号指示，且将省略对这些部件的详细描述。

在根据本发明的第二实施例的燃料电池动力车辆10中，燃料电池14布置在车身框架24的下部上在覆盖件28的前方。燃料电池动力车辆10具有排气通道40，所述排气通道40将燃料电池14连接到引入口32，且从燃料电池14排出的排气流过所述排气通道40。使用排气通道40，高温（例如，80℃）的排气从运行的燃料电池14引入到覆盖件28内的空间内。因此，因为排气的温度高于外侧空气的温度，所以与根据本发明的第一实施例的燃料电池动力车辆10的结构相比，可更有效地抑制罐18的温度下降。

在本发明的第二实施例中，燃料电池14被描述为布置在车身框架24的下部上。然而，本发明不限制于此构造。只要燃料电池14的排气可通过排气通道40发送到覆盖件28，则燃料电池14也可提供在车身框架24的上部分上。

在本发明的第二实施例中，引入口32连接到排气通道40。然而，本发明不限制于此构造。为保证预定量的空气被引入到覆盖件28内侧的空间，引入口32中的一些引入口可连接到排气通道40，且引入口32中的剩余引入口可向外打开。

在以上所述的本发明的两个实施例中包括两个罐18。然而，本发明不限制于使用两个罐18。如果仅使用一个罐18，则管道36和引导部38可省略。另外，如果使用三个或更多的罐18，则可提供分别对应于多个后罐18的管道部分36和分别对应于多个后罐18的引导部38，以提高多个后罐18的换热效率。

本发明已参考其示例实施例仅为图示目的而描述。应理解的是，本发明不意图于是排他的，或限制本发明的形式，且本发明可适合于使用在其它系统和应用中。本发明的范围包括可由本领域一般技术人员构思的多种改进和等价布置。

Claims

1.一种燃料电池动力车辆，其特征在于包括：

燃料电池；

罐，所述罐被安装在车身的下部上，燃料气体在高压下被存储在所述罐中，所述燃料气体被供给到所述燃料电池；和

覆盖件，所述覆盖件覆盖且保护所述罐，其中：

引入口和排出口形成在所述覆盖件中，其中空气通过所述引入口引入到所述覆盖件内的空间中，并且从所述引入口引入到所述覆盖件内的所述空间中的空气通过所述排出口被排出，其中所述引入口形成在所述车辆的所述罐的前方，并且所述排出口形成在所述车辆的所述罐的后方。

2.根据权利要求1所述的燃料电池动力车辆，进一步包括排气通道，所述排气通道将所述燃料电池与所述引入口连接，并且，从所述燃料电池排出的排气流过所述排气通道。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池动力车辆，包括与所述罐相同的多个罐，其中

所述多个罐从所述车辆的前方向所述车辆的后方依次被安装在所述车身上，并且

管道形成在所述覆盖件中，所述管道将通过所述引入口引入的空气中的一些空气从所述多个罐中的一个罐向后引导，所述多个罐中的上述一个罐位于其它罐中的任何罐的相对于所述车辆的前方。

4.根据权利要求3所述的燃料电池动力车辆，其中，引导部形成在所述覆盖件中，所述引导部将从所述管道的出口流出的空气引导到所述罐中的位于所述管道的所述出口的后方的一个罐中。

5.根据权利要求4所述的燃料电池动力车辆，包括与所述罐相同的多个罐、与所述管道相同的多个管道和与所述引导部相同的多个引导部，在所述车辆的所述多个罐中的每个罐的前方设置了另外的罐，所述多个管道和所述多个引导部被设置成将从所述引入口引入的空气引导到相应罐中，在上述相应罐中的每个罐的前方设置了所述另外的罐。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃料电池动力车辆，其中，所述排出口穿过所述覆盖件的下表面和所述覆盖件的后表面中的至少一个表面而形成。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的燃料电池动力车辆，其中，所述引入口和所述排出口在形状上相同。