CN103648825B - 燃料电池车辆 - Google Patents
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Abstract
一种燃料电池车辆（1）包括：燃料电池（11）；蓄电池（17）；电力控制单元（10），该电力控制单元与燃料电池（11）和蓄电池（17）电连接，以用于控制车辆（1）中的电力；电力分配单元（16），该电力分配单元设置在蓄电池（17）与电力控制单元之间的电气路径上，以用于分配来自蓄电池的电力；和发电用辅助机器（15），所述发电用辅助机器与电力分配单元（16）电连接，并且由电力分配单元（16）分配的电力被供给到所述发电用辅助机器以执行用于由燃料电池（11）发电的操作。电力分配单元（16）和电力控制单元（10）在不使用线束的情况下直接连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池车辆，在所述燃料电池车辆中装设有通过电化学反应来发电的燃料电池。
背景技术
燃料电池车辆使用通过燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应来发电的燃料电池作为动力源。当今，正在致力于将燃料电池车辆作为不使用基于石油的燃料的车辆投入实践使用。
另一方面，使用电力和基于石油的燃料两者的混合动力车辆已经投入实践使用。燃料电池车辆优于混合动力车辆之处在于燃料电池车辆完全不使用燃料油。
发明内容
在将燃料电池车辆投入实践使用时，一种考虑是将混合动力车辆的电气系统的构型应用于燃料电池车辆以获得最大生产率和最低成本。
然而，燃料电池车辆不仅需要燃料电池，而且需要用于在燃料电池发电时使用的发电用辅助机器，例如氢泵、冷却剂泵和电加热器。这意味着将混合动力车辆的电气系统的构型应用于燃料电池车辆要求那些发电用辅助机器作为附加机器与车辆的电力控制单元电连接。电力控制单元控制来自作为车辆电源的电池的电力。
当使用线束来将发电用辅助机器连接到电力控制单元时，需要许多高电压线束。这些高电压线束中的每一个都需要用于确保安全以防碰撞的保护装置及用于安装在车辆中的空间。此要求导致车辆重量的增加和成本的增加。
本发明提供了一种采用混合动力车辆的电气系统构型并且防止高电压线束的数量增加的燃料电池车辆。
本发明的一方面涉及一种燃料电池车辆，所述燃料电池车辆包括：蓄电池；电力控制单元，所述电力控制单元至少与燃料电池和所述蓄电池电连接，并且控制所述车辆中的电力；电力分配单元，所述电力分配单元设置在所述蓄电池与所述电力控制单元之间的电气路径上，并且分配来自所述蓄电池的电力；和多个发电用辅助机器，所述发电用辅助机器与所述电力分配单元电连接，由所述电力分配单元分配的电力被供给到所述发电用辅助机器，并且所述发电用辅助机器工作以用于由所述燃料电池发电。
根据本发明的该方面，由于电力分配单元设置在蓄电池与电力控制单元之间的电气路径上并且由电力分配单元分配的电力被供给到用于燃料电池的多个发电用辅助机器，故可采用其中蓄电池和电力控制单元彼此电连接的混合动力车辆的电气系统的构型。此外，由于由电力分配单元分配的电力被供给至每个辅助机器，故防止了高电压线束的数量的增加。使用蓄电池作为辅助机器的电源允许电力以针对辅助机器调节后的电压供给到辅助机器。
所述燃料电池车辆中的所述电力分配单元和所述电力控制单元可在不利用线束的情况下彼此直接连接。
所述电力分配单元和所述电力控制单元可设置有用于将所述电力分配单元和所述电力控制单元彼此直接连接和固定的连接器，并且所述连接器可设置在所述电力控制单元的后表面上。
可设置将所述电力分配单元和所述电力控制单元保持在一起的多个保持部，并且所述多个保持部可被设计成使得距离所述连接器远的保持部的强度低于距离所述连接器近的保持部的强度。
所述电力分配单元可在从顶部看时呈L形，并且可沿所述电力控制单元的一个侧表面和后表面形成。
所述电力分配单元的前表面可定位在所述电力控制单元的前表面的后方。
可设置将所述电力分配单元和所述蓄电池彼此电连接的线束，并且所述线束可连接到所述电力分配单元的上表面。
在所述电力分配单元的壳体的上表面上可形成有倾斜部。在所述倾斜部上可形成有插口，所述线束的端子被嵌合并固定在所述插口中。在所述壳体的位于所述倾斜部的高度大的一侧的侧表面上可形成有供工具插入的插入开口，所述工具用于将所述线束的所述端子和所述电力分配单元的连接端子在所述壳体内紧固在一起。
所述多个发电用辅助机器可包括设置在比所述电力分配单元低的位置的电加热器。
所述电力分配单元和所述电力控制单元可在所述车辆的左右方向上彼此并列配置。所述电加热器可配置在所述电力分配单元的后方。从所述电力分配单元延伸到所述电加热器的线束可从所述电力分配单元的位于所述电力分配单元的与所述电力控制单元相反的一侧的侧表面引出。
所述燃料电池车辆还可包括保持部件，所述保持部件将所述电力分配单元和所述发电用辅助机器保持在一起。
根据本发明的该方面，可采用混合动力车辆的电气系统的构型，并且由于该构型防止了高电压线束的数量的增加，故在提高车辆的生产率的同时大幅降低了成本。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：
图1是示意性地示出了燃料电池车辆的电气系统的大体构型的图；
图2是示意性地示出了车辆中的单元的配置示例的图；
图3是示意性地示出了车辆内位于下侧的单元的配置示例的图；
图4是示出了电力分配单元的大体构型的透视图；
图5是示出了电力分配单元的壳体的顶部的构型的剖视图；
图6是示出了电力分配单元与电加热器之间在高度方向上的位置关系的图；
图7是示出了具有带肋的保持部和带缺口的保持部的电力分配单元的大体构型的透视图；和
图8是示出了由保持部件保持在一起的电力控制单元和发电用辅助机器之间的连接示例的图。
具体实施方式
下文将参照附图描述本发明的一个示例性实施例。图1是示意性地示出了根据本实施例的燃料电池车辆1的电气系统的构型的图。
在燃料电池车辆1中，以下装置与电力控制单元（PCU）10电连接：燃料电池（FC）11、驱动前轮的驱动马达12、当燃料电池11发电时向燃料电池11供给氧气的空气压缩机13、用于车厢的空气调节的空调装置14、当燃料电池11发电时工作的多个发电用辅助机器15、电力分配单元16和蓄电池17。
电力控制单元10控制车辆1中的电力。电力控制单元10将由燃料电池11产生的电力或储存在蓄电池17中的电力供给到需要电力的单元如驱动马达12，或者将由燃料电池11产生的电力储存在蓄电池17中。
蓄电池17经由电力分配单元16连接到电力控制单元10。发电用辅助机器15与电力分配单元16电连接。例如，用于加热燃料电池11的电加热器20以及用于燃料电池11用的泵的逆变器——更具体为用于冷却剂泵21的逆变器22和用于氢泵23的逆变器24——与电力分配单元16电连接。因此，储存在蓄电池17中的电力经由电力分配单元16被供给到发电用辅助机器15。冷却剂泵21被设置成冷却燃料电池11，并且氢泵23被设置成将被用作燃料气体的氢气供给到燃料电池11。
图2和图3示出了燃料电池车辆1中的电气系统的安装示例。形状呈矩形的电力控制单元10设置在车辆1的前部的中央。如图2所示，电力分配单元16配置在电力控制单元10的一侧（图2中的右侧）。电加热器20、蓄电池17和燃料电池11配置在电力控制单元10的后方（图2中的X方向表示朝车辆的前部的方向）。逆变器22、24配置在电力分配单元16的右侧。驱动马达12、空气压缩机13、空调装置14、冷却剂泵21和氢泵23配置在电力控制单元10的下方。如图3所示，驱动马达12配置在电力控制单元10的左侧。空气压缩机13、空调装置14、冷却剂泵21和氢泵23配置在电力控制单元10的右侧。
如图2所示，电力分配单元16不是经由线束而是直接连接到电力控制单元10。更具体地，当如图2和图4所示从顶部看时呈L形的电力分配单元16沿电力控制单元10的一个侧表面（右侧表面）和后表面形成。连接器30在电力控制单元10的后表面上设置成将电力分配单元16和电力控制单元10彼此直接连接。连接器30由电力控制单元10上的端口（未示出）和电力分配单元16上的插头端子30a组成。因此，将电力分配单元16上的插头端子30a插入电力控制单元10上的端口致使电力控制单元10和电力分配单元16彼此紧固以建立电连接。
电力分配单元16具有用于将电力分配单元16和电力控制单元10紧固在一起的多个（例如，三个）保持部35、36和37，如图4所示。保持部35、36和37中的每一个例如由具有通孔的板部件构成。电力分配单元16和电力控制单元10使用螺栓紧固在一起，所述螺栓经由保持部35、36和37上的通孔配合在电力控制单元10上的孔中。
如图2所示，电力分配单元16被固定在使得电力分配单元16的前表面位于电力控制单元10的前表面的后方的位置。
通向蓄电池17的线束40连接在电力分配单元16的长边部（沿电力分配单元10的右侧表面的部分）的上表面上。如图4和图5所示，在电力分配单元16的壳体的上表面上形成有作为倾斜部的倾斜表面50。在倾斜表面50上形成有插口51，线束40的端子40a被扣合/嵌入在所述插口中。在电力分配单元16的壳体的侧表面（前表面）上形成有供工具A插入的插入开口52。形成有插入开口52的侧表面位于倾斜表面50的高度大的一侧。通常，在插入开口52上设有盖53，并且工具A能通过打开盖53而被插入到插入开口52中。工具A用于将线束40的端子40a和设置在电力分配单元16中的线束60的连接端子60a在电力分配单元16的壳体内紧固在一起。
线束40的端子40a在末端具有环形的O端子。线束40的端子40a能通过使螺栓61进入O端子并使用螺母62将线束60的连接端子60a固定在O端子上而与线束60的连接端子60a电连接。注意，线束40的端子40a和线束60由电力分配单元16的壳体支承。
在电力分配单元16的与电力控制单元10相反的一侧（右侧）设置有连接端子54，如图2所示。分别通向电加热器20和逆变器22、24的线束70、71和72连接到连接端子54。
在电力控制单元10的后表面上设置有连接端子80、81、82和83。通向驱动马达12、燃料电池11、空调装置14和空气压缩机13的线束90、91、92和93分别连接到连接端子80、81、82和83。连接端子80至83并排设置在电力分配单元16的连接器30的旁边。
设置在电力控制单元10和电力分配单元16的后方的电加热器20如图6所示设置在比电力分配单元16的位置低的位置，使得电加热器20和电力分配单元16在竖直方向上彼此不重叠。该配置防止了电力分配单元16和电加热器20之间的碰撞——即使这些装置在水平方向上移动。
在本实施例中，电力分配单元16设置在蓄电池17与电力控制单元10之间的电气路径上，并且由电力分配单元16分配的电力被供给到用于燃料电池11的发电用辅助机器15。这意味着，在本实施例中可采用其中蓄电池和电力控制单元电连接的混合动力车辆电气系统的构型。此外，在本实施例中设置的电力分配单元16将电力供给到发电用辅助机器15，从而防止高电压线束的数量的增加。使用蓄电池17作为发电用辅助机器15的电源允许以针对每个辅助机器调节后的电压将电力供给到辅助机器。
在本实施例中，电力分配单元16和电力控制单元10在不使用线束的情况下彼此直接连接。此构型消除了对诸如用于检测在使用线束的情况下可能检测到的线束分离的互锁装置的机构的需求，从而降低了成本。此外，此构型不会占用用于线束的空间，从而使电气系统紧凑。
电力分配单元16和电力控制单元10设置有用于直接连接和固定的连接器30。连接器30设置在电力控制单元10的后表面上，以最大限度地抑制在车辆1的碰撞事件中将导致的连接器30的破损。此构型还减少了高电压在其中流动的连接器30的破损，从而提高了安全性。
此外，当从顶部看时呈L形的电力分配单元16沿电力控制单元10的一个侧表面和后表面形成。此配置允许电力控制单元10和电力分配单元16被组装在一个紧凑单元中。
电力分配单元16的前部配置在电力控制单元10的前部的后方的构型防止了在车辆1的碰撞事件中碰撞冲击直接施加于电力分配单元16，并且因此保护了电力分配单元16。一般而言，电力控制单元10被加强以防碰撞，从而该加强也保护了电力分配单元16。因此，此加强消除了对用于电力分配单元16的另外的加强的需求，从而减轻了车辆1的重量并且降低了成本。
由于电力分配单元16和蓄电池17经由连接到电力分配单元16的上表面上的线束40彼此连接，故在车辆1的碰撞事件中保护了高电压线束40的连接部。与线束40以其他方式连接到电力分配单元16的情况相比，上述连接使工人能够更容易地接近连接部，因此提高了制造或组装车辆1的效率。
倾斜表面50形成在电力分配单元16的壳体的上表面上。插口51形成在倾斜表面50上，线束40的端子40a被扣合在所述插口中。插入开口52形成在位于壳体的倾斜表面50的高度大的一侧的侧表面上。工具A被允许插入到插入开口52中以在壳体内将线束40的端子40a和位于电力分配单元16中的线束60的连接端子60a紧固在一起。此结构允许工具A容易地从倾斜上侧插入而不干涉通常设置在电力分配单元16的前方的部件（例如，上部散热器支承件）。此结构还消除了对将线束40的端子40a与线束60的连接端子60a之间的连接位置升高到足够高以使工具水平插入而不干涉设置在电力分配单元16的前方的部件的位置的需求，从而保持电力分配单元16具有薄外形。结果，此结构有助于行人保护和车辆的低重心。
发电用辅助机器15包括设置得比电力分配单元16低的电加热器20。因此，即使电加热器20和电力分配单元16在车辆1的碰撞事件中移动，也防止了电加热器20与电力分配单元16之间的碰撞。电加热器20设置在较低位置的结构防止了空气蓄积在电加热器20中并且确保了加热器正确工作。
电力分配单元16和电力控制单元10彼此并列配置在车辆1的左右方向上。电加热器20配置在电力分配单元16和电力控制单元10的后方。从电力分配单元16延伸到电加热器20的线束70从位于电力分配单元16的与电力控制单元10相反的一侧的连接端子54引出。此配置防止了线束70的输出部在车辆1的碰撞事件中破损。电力分配单元16与电加热器20之间的适当距离允许线束70的正确连接。电加热器20配置在电力分配单元16的后方的构型防止了在车辆1的碰撞事件中碰撞冲击直接施加于电加热器20以防止电加热器20的破损。因此，此配置提高了车辆的安全性。
在本实施例中将电力分配单元16和电力控制单元10保持在一起的保持部35至37可被设计成使得如图7所示比保持部36、37距离连接器30远的保持部35的强度比保持部36、37的强度低。例如，在保持部36、37的板上设置有肋100，并且在保持部35的板上形成有缺口101。对于以此方式设计的保持部35至37，距离连接器30较远的保持部35在车辆1的碰撞事件中首先断裂。因此，电力分配单元16在保持部35附近的部分变形并且碰撞能量在该部分中被吸收，从而保护了高电压电流流过的连接器30。用于改变连接器30附近的保持部与距离连接器30远的保持部之间的强度的手段可按需改变。例如，连接器30附近的保持部的数量与距离连接器30远的保持部的数量可彼此不同。或者，连接器30附近的保持部与距离连接器30远的保持部的形状或材料可以不同。
在上述实施例中，电力分配单元16和作为供电目的地的发电用辅助机器15（例如，逆变器22、24）可由保持部件110保持在一起，如图8所示。从电力分配单元16延伸到逆变器22、24的保持部件110分别连接到电力分配单元16和逆变器22、24。此结构最大限度地减小了在车辆1的碰撞事件中电力分配单元16与发电用辅助机器15之间的相对位移，从而防止电力分配单元16与发电用辅助机器15之间的碰撞。一部分发电用辅助机器15和电力分配单元16可如本实施例中那样被保持在一起，或者所有发电用辅助机器15和电力分配单元16可被保持在一起。
尽管已参照附图描述了本发明的示例性实施例，但本发明并不限于以上给出的示例。
例如，虽然在上述实施例中电力控制单元与蓄电池和燃料电池电连接并与空调装置、驱动马达和空气压缩机电连接，但电力控制单元也可连接到车辆中的其他单元。其他单元可包括在发电期间工作的发电用辅助机器的一部分，例如空气压缩机。虽然在上述实施例中连接到电力分配单元的发电用辅助机器是电加热器以及设置有逆变器的氢泵和设置有逆变器的冷却剂泵，但发电用辅助机器的类型和数量也可改变。此外，虽然在上述实施例中电力控制单元和电力分配单元彼此直接连接，但本发明也可适用于电力控制单元和电力分配单元经由线束彼此连接的情况。
Claims (15)
1.一种燃料电池车辆，在所述燃料电池车辆中装设有通过电化学反应来发电的燃料电池(11)，所述燃料电池车辆包括：
蓄电池(17)；
电力控制单元(10)，所述电力控制单元至少与所述燃料电池(11)和所述蓄电池(17)电连接，并且控制所述车辆中的电力；
电力分配单元(16)，所述电力分配单元设置在所述蓄电池(17)与所述电力控制单元(10)之间的电气路径上，并且分配来自所述蓄电池(17)的电力；和
多个发电用辅助机器(15)，所述发电用辅助机器与所述电力分配单元(16)电连接，由所述电力分配单元(16)分配的电力被供给到所述发电用辅助机器，并且所述发电用辅助机器工作以用于由所述燃料电池(11)发电。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其中
所述电力分配单元(16)和所述电力控制单元(10)在不利用线束的情况下彼此直接连接。
3.根据权利要求2所述的燃料电池车辆，其中：
所述电力分配单元(16)和所述电力控制单元(10)设置有用于将所述电力分配单元(16)和所述电力控制单元(10)彼此直接连接和固定的连接器(30)；并且
所述连接器(30)设置在所述电力控制单元(10)的后表面上。
4.根据权利要求3所述的燃料电池车辆，还包括：
将所述电力分配单元(16)和所述电力控制单元(10)保持在一起的多个保持部(35-37)，所述多个保持部(35-37)被设计成使得距离所述连接器远的保持部的强度低于距离所述连接器近的保持部的强度。
5.根据权利要求4所述的燃料电池车辆，其中
距离所述连接器近的所述保持部具有加强肋。
6.根据权利要求4所述的燃料电池车辆，其中
距离所述连接器远的所述保持部具有缺口。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的燃料电池车辆，其中
所述电力分配单元(16)在从顶部看时呈L形，并且沿所述电力控制单元(10)的一个侧表面和后表面形成。
8.根据权利要求7所述的燃料电池车辆，其中
所述电力分配单元(16)的前表面定位在所述电力控制单元(10)的前表面的后方。
9.根据权利要求7所述的燃料电池车辆，其中
在所述电力控制单元(10)的与所述电力分配单元(16)相反的一侧配置有驱动马达(12)。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的燃料电池车辆，还包括：
线束(40)，所述线束将所述电力分配单元(16)和所述蓄电池(17)彼此电连接，其中所述线束(40)连接到所述电力分配单元(16)的上表面。
11.根据权利要求10所述的燃料电池车辆，其中：
在所述电力分配单元(16)的壳体的上表面上形成有倾斜部(50)；
在所述倾斜部上形成有插口(51)，所述线束的端子被嵌合并固定在所述插口中；并且
在所述壳体的位于所述倾斜部的高度大的一侧的侧表面上形成有供工具插入的插入开口(52)，所述工具用于将所述线束的所述端子和所述电力分配单元的连接端子在所述壳体内紧固在一起。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的燃料电池车辆，其中
所述多个发电用辅助机器包括设置在比所述电力分配单元(16)低的位置的电加热器(20)。
13.根据权利要求12所述的燃料电池车辆，其中
所述电力分配单元(16)和所述电力控制单元(10)在所述车辆的左右方向上彼此并列配置；
所述电加热器(20)配置在所述电力分配单元(16)或所述电力控制单元(10)的后方；并且
从所述电力分配单元(16)延伸到所述电加热器(20)的线束(40)从所述电力分配单元的位于所述电力分配单元的与所述电力控制单元相反的一侧的侧表面引出。
14.根据权利要求12所述的燃料电池车辆，其中
所述多个发电用辅助机器包括冷却剂泵和氢泵。
15.根据权利要求1至6中任一项所述的燃料电池车辆，还包括：
保持部件(110)，所述保持部件将所述电力分配单元和所述发电用辅助机器保持在一起。
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