CN105576274B - 车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆，具备：燃料电池，具有将多个燃料电池单体层叠而成的电池组和配置在该电池组的一端部的端板，该端板承受沿层叠方向按压电池组的按压力并且具有抵抗该按压力的强度；及车辆侧电池组架，以燃料电池单体沿水平方向层叠的搭载姿势将上述燃料电池搭载于车辆地板下区域。燃料电池以上述搭载姿势在上述车辆地板下区域所占据的占有区域中，该车辆侧电池组架沿燃料电池单体的层叠方向从端板这一侧架设到上述电池组的另一端部这一侧，在假定为在端板的周边外力波及上述占有区域的区域中，该车辆侧电池组架与端板之间的最短距离小于该车辆侧电池组架与在端板的周边构成上述燃料电池的其他构件之间的最短距离。

Description

车辆
本申请主张在2014年11月4日提出的日本专利申请2014-224117号的优先权，并通过参照将其内容并入本申请中。
技术领域
本发明涉及车辆。
背景技术
近年来，搭载有燃料电池作为新的动力源的车辆的开发不断进展，从车室空间的确保的方面出发，提出了将燃料电池搭载在车辆地板下的方案(例如，日本专利第4503502号公报)。
发明内容
在上述结构中，在与作为车辆骨架的主框架连接的副框架上搭载燃料电池，但是希望尽可能提高对于能够作用在所搭载的燃料电池上的外力的安全性。例如，车辆的行驶路面多种多样，所以来自路面的突出物或飞来物与副框架产生干扰而受外力波及的情况并非完全没有。当产生这样的情况时，外力作用于副框架而副框架变形，会导致构成燃料电池的燃料电池单体的损伤。由此，研究了对于各种情况更优选的燃料电池车辆的结构。
用于解决课题的方案
为了达到上述课题的至少一部分，本发明可以作为以下的方式实施。
(1)根据本发明的一方式，提供一种车辆。该车辆可以具备：燃料电池，具有将多个燃料电池单体层叠而成的电池组和配置在该电池组的一端部的端板，上述端板承受沿层叠方向按压上述电池组的按压力并且具有抵抗该按压力的强度；及车辆侧电池组架，以上述燃料电池单体沿水平方向层叠的搭载姿势将上述燃料电池搭载于车辆地板下区域。并且，上述燃料电池以上述搭载姿势在上述车辆地板下区域所占据的占有区域中，该车辆侧电池组架可以沿上述燃料电池单体的层叠方向从上述端板这一侧架设到上述电池组的另一端部这一侧，在假定为在上述端板的周边外力波及上述占有区域的区域中，可以采用如下构造：该车辆侧电池组架与上述端板之间的最短距离小于该车辆侧电池组架与在上述端板的周边构成上述燃料电池的其他构件(以下称为燃料电池构成构件)之间的最短距离。
若采用上述方式，则用于搭载燃料电池的车辆侧电池组架在燃料电池的占有区域中沿燃料电池单体的层叠方向从端板这一侧架设到电池组的另一端部这一侧，而且使端板比端板周边的燃料电池构成构件更接近车辆侧电池组架。由此，当在端板的周边外力波及燃料电池的占有区域时，经由车辆侧电池组架而最先由端板来承受该外力。这样最先承受外力的端板由于具有抵抗沿层叠方向按压电池组的按压力的强度，所以避免了外力从车辆侧电池组架直接波及以端板周边的燃料电池单体为首的燃料电池构成构件或者抑制了波及的外力。其结果是，根据该方式的车辆，在端板的周边，能够减轻以燃料电池单体为首的燃料电池构成构件的损伤。
(2)在上述方式的车辆中，也可以是，假定为从车辆行驶路面的方向波及上述外力，使上述端板在该车辆行驶路面这一侧与上述车辆侧电池组架接近。这样一来，即使产生与来自车辆行驶路面的突出物或飞来物的干扰，在端板的周边，也能够减轻以燃料电池单体为首的燃料电池构成构件的损伤。
(3)在上述方式的车辆中，也可以是，上述端板使从上述电池组的层叠方向观察的上述端板外周与上述燃料电池构成构件的外周相比靠外侧。这样一来，仅通过将端板配置在电池组的一端部，就能够使端板比以燃料电池单体为首的燃料电池构成构件更接近车辆侧电池组架，比较简便。
另外，本发明能够以各种方式实现，例如，能够作为燃料电池用的端板、燃料电池或燃料电池的搭载结构的方式实现。
附图说明
图1是概略性地表示作为本发明的实施方式的车辆的结构的说明图。
图2是俯视观察并概略性地表示车辆中的燃料电池的搭载的情况的说明图。
图3是表示燃料电池的概略结构的分解立体图。
图4是在燃料电池搭载于车辆侧电池组架的状态下，以图3的4-4线剖切而概略性地表示前端侧端板及其周边结构的说明图。
图5是以图4的5-5线剖切前端侧端板而概略性地表示板周边结构的说明图。
图6是以图4的6-6线剖切前端侧端板而概略性地表示板周边结构的说明图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。图1是概略性地表示作为本发明的实施方式的车辆10的结构的说明图。本实施方式的车辆10具备：燃料电池100、第一气体罐111及第二气体罐112。燃料电池100横向设置在划分出车室20的下车身11的下方侧，即车室20的地板下的前轮FW与后轮RW之间的车室地板下区域40，即以后述的燃料电池单体的层叠方向为车辆的车宽方向进行搭载。以下，关于车辆的各方向，车辆宽度方向由x轴表示，车辆前后方向由y轴表示，上下方向由z轴表示，x轴也表示后述的燃料电池单体110C的层叠方向。
第一气体罐111和第二气体罐112这两个气体罐储存氢气。各气体罐以使其长轴方向为车辆宽度方向的方式横向搭载于下车身11的下方。两个气体罐在车辆前后方向上，搭载于比燃料电池100靠后轮RW这一侧。第二气体罐112在相向的后轮RW之间，以与后轮RW的车轴不干扰的方式横向搭载。第一气体罐111横向搭载在燃料电池100与第二气体罐112的中间位置。第一气体罐通过氢第一供给管113而与燃料电池100连接。在第一气体罐111与第二气体罐112之间夹设开闭阀115地配置有氢第二供给管114。氢第一供给管113和氢第二供给管114包括开闭阀115而构成气体供给系统。通过未图示的控制装置对罐附属的未图示的盖阀和开闭阀115进行驱动，由此储存于第一气体罐111和第二气体罐112的氢气从两个气体罐向燃料电池100供给。燃料电池100除了接受氢的供给之外，还从未图示的空气供给系统接受空气的供给并进行氢与氧的电化学反应来发电。该发电电力传递至未图示的电动机，用作车辆10的驱动力。另外，燃料电池100生成作为氢与氧的电化学反应的反应生成物的水。生成水从排气管116排出。
图2是俯视而概略性地表示车辆10中的燃料电池100的搭载的情况的说明图，图3是表示燃料电池100的概略结构的分解立体图。如图所示，燃料电池100采取构成电池组110的燃料电池单体110C的层叠方向与x方向一致的搭载姿势。而且，燃料电池100通过图2所示的车辆侧电池组架40F而搭载于车室地板下区域40(参照图1)。车辆侧电池组架40F在燃料电池100在车室地板下区域40中所占据的占有区域中，沿图3所示的燃料电池单体110C的层叠方向从前端侧端板170F这一侧到电池组110的另一端部这一侧，架设于未图示的车辆主框架。如图2及图3所示，燃料电池100具备燃料电池壳体120，将从该燃料电池壳体120的两侧面延伸的固定用腿121载置于车辆侧电池组架40F。并且，燃料电池100将该固定用腿121通过未图示的螺栓固定于车辆侧电池组架40F，由此以上述搭载姿势搭载、固定于车辆侧电池组架40F。
这样搭载的燃料电池100除了具备电池组110、三根张力轴131、132、133(将三根张力轴一并都称为张力轴130)、燃料电池壳体120、辅机罩125、下罩180之外，还具备后述的各种板。电池组110将作为发电单位的燃料电池单体110C沿x轴方向层叠多个而构成。在电池组110的一端部这一侧层叠地设有前端侧集电板160F和前端侧端板170F，在电池组另一端这一侧层叠地设有后端侧集电板160E、后端侧绝缘板165E、后端侧端板170E。另外，前端侧端板170F在与前端侧集电板160F接触的接触区域具有绝缘性的树脂覆盖层，所以在电池组110的前端侧不需要绝缘板。
燃料电池单体110C具备阳极侧隔板(未图示)、阴极侧隔板(未图示)和密封构件一体型MEA(Membrane Electrode Assembly：膜电极接合体)(未图示)。如图3所示，燃料电池单体110C在单体周缘具备用于氢气的供给排出的供给排出孔、用于空气的供给排出的供给排出孔及用于冷却水的供给排出的供给排出孔，上述供给排出孔与前端侧集电板160F中的供给排出孔相连。前端侧端板170F除了具备将从所安装的氢泵140供给的氢经由上述各前端侧板而向燃料电池单体110C供给的歧管之外，还具备将作为氧化剂气体的空气从延伸至辅机罩125的空气供给管经由前端侧集电板160F而向燃料电池单体110C供给的歧管。另外，前端侧端板170F具备将冷却水从延伸至辅机罩125的冷却水供给管经由前端侧集电板160F而向燃料电池单体110C供给的歧管。此外，前端侧端板170F具备使阳极废气、阴极废气及冷却水从各燃料电池单体110C排出的歧管。形成于前端侧端板170F的上述各歧管与贯通层叠而成的燃料电池单体110C的、气体及冷却水的供给用的歧管及气体及冷却水的排出用歧管分别连通。另外，在上述供给排出孔及歧管的周围形成有未图示的密封部，通过密封部而确保层叠燃料电池单体110C时的隔板之间及隔板与上述各板之间的密封性。为了如已述那样在板表背面具备各歧管之外，在板内部也具备各歧管，前端侧端板170F是铝等金属的铸造成形品(压铸品)。前端侧端板170F中的歧管的形成的情况与本发明的主旨不直接相关，因此省略关于其详细的说明。
前端侧集电板160F及后端侧集电板160E收集各燃料电池单体110C的发电电力，并经由集电端子161而向外部输出。前端侧集电板160F在其周缘具备与燃料电池单体110C相同的供给排出孔。后端侧集电板160E不具备这些供给排出孔。后端侧绝缘板165E是绝缘性的树脂板，后端侧端板170E是铝制的金属板。与后端侧集电板160E同样，后端侧绝缘板165E和后端侧端板170E不具备相当于上述燃料电池单体110C所具备的供给排出孔的供给排出孔。由此，在本实施方式中采用的燃料电池100是从前端侧端板170F侧对各个燃料电池单体110C供给反应气体(氢、空气)及冷却水，并将来自各个燃料电池单体110C的排出气体及排出水从前端侧的前端侧端板170F向外部排出的类型的燃料电池。但是，并不限定于此，例如，也可以使用从前端侧端板170F供给反应气体及冷却水，并从后端侧端板170E将排出气体及排出水向外部排出的类型等各种类型的燃料电池。
如图所示，燃料电池壳体120在前侧具备开口，后侧由壳体端面(未图示)闭塞。电池组110以将除了前端侧端板170F之外的上述各板层叠的状态收容于燃料电池壳体120内，前端侧端板170F一将燃料电池壳体120的前端侧的开口闭塞的状态被螺栓固定。在该状态下，在电池组110的下方侧(图3中的z轴负方向)，张力轴130从前端侧端板170F配置至后端侧端板170E。使用该张力轴130来对电池组110的燃料电池单体110C及上述各板施加层叠载荷。另外，在将电池组110和上述各板装入燃料电池壳体120时，从燃料电池壳体120的闭塞壳体端面侧，通过压力轴(未图示)而将电池组110的层叠方向的按压力施加于后端侧端板170E，并通过载荷调整螺钉128在后端侧端板170E被按压的状态下进行固定。由此，对电池组110施加层叠方向的按压力。前端侧端板170F接受上述层叠方向的按压力，由此，维持电池组110的各构成构件的层叠状态，并且良好地维持各构成构件之间的接触状态。这样受到沿层叠方向按压电池组110的按压力的前端侧端板170F被制造为能够确保抵抗该按压力的强度的厚度的压铸品，并且具备抑制歧管形成引起的强度下降的肋等。
当电池组110向燃料电池壳体120的收容及基于张力轴130和载荷调整螺钉128的按压力调整完成时，下罩180将燃料电池壳体120的下端开口闭塞。接着，进行氢泵140向前端侧端板170F的安装、将空气供给管或冷却水供给管的末端的安装用具、阳极废气、阴极废气及废冷却水的管路起点的安装用具等辅机类作为燃料电池构成构件的一部分而安装于前端侧端板170F，通过螺栓而将辅机罩125固定于前端侧端板170F。然后，燃料电池100如已述那样搭载于车辆10的车辆侧电池组架40F。
接下来，对将燃料电池100搭载于车辆侧电池组架40F的状态下的前端侧端板170F的周边的结构进行说明。图4是在将燃料电池100搭载于车辆侧电池组架40F的状态下以图3的4-4线剖切而概略地表示前端侧端板170F及其周边结构的说明图，图5是以图4的5-5线剖切前端侧端板170F而概略性地表示板周边结构的说明图，图6是以图4的6-6线剖切前端侧端板170F而概略性地表示板周边结构的说明图。
如图3及图4所示，前端侧端板170F在板周缘处通过螺栓178而固定于燃料电池壳体120，将壳体开口闭塞。该前端侧端板170F设为比包围燃料电池壳体120的前端侧开口(参照图3)包围的壳体外周形状大的外周形状，具备以从层叠方向主视观察到的电池组110的单体区域Cs为大致中央并从该单体区域的周缘扩张的外周形状。更详细而言，前端侧端板170F在板下端侧，避开为了对车辆侧电池组架40F加强而具备的凸部，使板外周的一部分形成为凹状，在车辆侧电池组架40F的凸部之间使板外周形成为凸状。并且，在与单体区域Cs产生干扰的区域和偏离单体区域Cs的区域中，具有与氢气供给排出、空气供给排出及冷却水供给排出相关的各种形状的多个歧管M。上述歧管M与由前端侧集电板160F而向电池组110的各个燃料电池单体110C的气体及冷却水的供给、来自燃料电池单体110C的气体及冷却水的排出相关。歧管M的路径及形状与本发明的主旨不直接相关，因此省略其说明。
图5所示的截面结构包含单体区域Cs的一部分，是沿上下方向切断的图。如图所示，前端侧端板170F在与前端侧集电板160F接触的接触面这一侧，在与前端侧集电板160F接触的接触面整个区域上具有树脂覆盖层170J。该树脂覆盖层170J使用树脂来形成，兼具有绝缘性和密封性。在歧管M的形成部位，树脂覆盖层170J以覆盖歧管周壁的方式形成。具有这样的树脂覆盖层170J的前端侧端板170F是使用铝通过高压铸造而制造的铝压铸产品。向前端侧端板170F与歧管M的周壁及与前端侧集电板160F接触的接触面吹出、涂敷能够发挥绝缘性和密封性的树脂等来形成树脂覆盖层170J。作为能发挥绝缘性和密封性的树脂，使用PA(polyamide：聚酰胺)或PPS(Polyphenylenesulfide：聚苯硫醚)即可。另外，在进行前端侧端板170F的压铸时，也可以代替铝而使用钛、不锈钢、它们的合金、铝与它们的合金等。
在前端侧端板170F上安装有图4所示的氢泵140，而且在偏离单体区域Cs的区域，在燃料电池壳体120的开口侧安装有作为阴极废气的回收用的辅机H等回收设备的燃料电池构成构件。如图5及图6所示，这样安装有辅机H的前端侧端板170F将板上端设为与燃料电池壳体120的上端壁120u大致相同的高度，另一方面，在与车辆行驶路面侧接触的车辆侧电池组架40F这一侧，使板下端比燃料电池壳体120的下端壁120d更接近车辆侧电池组架40F这一侧。前端侧端板170F与在燃料电池100的占有区域中从下方侧覆盖燃料电池100的车辆侧电池组架40F的分离距离D小于安装于燃料电池壳体120的下端壁120d或前端侧端板170F的辅机H、辅机罩125等端板周边的燃料电池构成构件。
本实施方式的车辆10将用于燃料电池100的搭载的车辆侧电池组架40F在燃料电池100的占有区域中，沿着燃料电池单体110C的层叠方向，从前端侧端板170F这一侧设置到电池组110的另一端部这一侧，而架设在未图示的车辆主框架上。而且，本实施方式的车辆10使前端侧端板170F的板下端比前端侧端板170F的周边的辅机H等燃料电池构成构件更接近车辆侧电池组架40F。该车辆侧电池组架40F朝向车室20的行驶路面这一侧，所以由于来自路面的突出物或飞来物而外力波及车辆侧电池组架40F。这样外力在前端侧端板170F的周边波及燃料电池100的占有区域时，因为前端侧端板170F与车辆侧电池组架40F的分离距离D最小，所以前端侧端板170F经由车辆侧电池组架40F而最先承受该外力。这样最先承受外力的前端侧端板170F由于具有抵抗沿层叠方向按压电池组110的按压力的强度，所以减轻了从车辆侧电池组架40F直接波及前端侧端板170F的周边的以燃料电池单体110C或辅机H为首的燃料电池构成构件的外力。其结果是，根据本实施方式的车辆10，在前端侧端板170F的周边，能够减轻以燃料电池单体110C或辅机H为首的燃料电池构成构件的损伤。
本实施方式的车辆10假定外力从车辆行驶路面的方向波及车辆侧电池组架40F，在作为车辆行驶路面这一侧的燃料电池下方这一侧，使前端侧端板170F的板下端最接近于车辆侧电池组架40F(参照图5、图6)。由此，即使产生与来自车辆行驶路面的突出物或飞来物的干扰，在前端侧端板170F的周边，也能够减轻以燃料电池单体110C或辅机H为首的燃料电池构成构件的损伤。
本实施方式的车辆10如图4所示，从燃料电池单体110C的层叠方向主视观察的情况下，使前端侧端板170F的下端侧的板形状大于以燃料电池单体110C或辅机H为首的燃料电池构成构件的外周形状。由此，仅通过将前端侧端板170F配置在燃料电池单体110C的规定的端部(前端侧端部)，就能够使前端侧端板170F的板下端最接近车辆侧电池组架40F，比较简便。
本发明并不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，为了解决上述课题的一部分或全部，或者为了实现上述效果的一部分或全部，能够对发明内容一栏记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式的技术特征适当进行更换、组合。另外，若该技术特征在本说明书中未作为必须的结构进行说明，就可以适当删除。
在本实施方式的车辆10中，如图1所示，将燃料电池100搭载于车辆大致中央，但是也可以将燃料电池100搭载于行李室附近的车辆后端侧、前格栅附近的车辆前端侧。在这样的情况下，外力能够从车辆后方侧或车辆前方侧波及燃料电池100。由此，在从燃料电池单体110C的层叠方向的主视观察下，将车辆侧电池组架40F也配置在电池组110的左右侧，在前端侧端板170F的板左右端侧，使前端侧端板170F的板外周形状大于以燃料电池单体110C或辅机H为首的燃料电池构成构件的外周形状，并接近车辆侧电池组架40F即可。
附图标记说明
10…车辆
11…下车身
20…车室
40…车室地板下区域
40F…车辆侧电池组架
100…燃料电池
110…电池组
110C…燃料电池单体
111…第一气体罐
112…第二气体罐
113…氢第一供给管
114…氢第二供给管
115…开闭阀
116…排气管
120…燃料电池壳体
120d…下端壁
120u…上端壁
121…固定用腿
125…辅机罩
128…载荷调整螺钉
130…张力轴
131～133…张力轴
140…氢泵
160E…后端侧集电板
160F…前端侧集电板
161…集电端子
165E…后端侧绝缘板
170E…后端侧端板
170F…前端侧端板
170J…树脂覆盖层
178…螺栓
180…下罩
M…歧管
H…辅机
D…分离距离
FW…前轮
RW…后轮
Cs…单体区域

Claims (2)

1.一种车辆，具备：
燃料电池，具有将多个燃料电池单体层叠而成的电池组和配置在该电池组的一端部的端板，所述端板承受沿层叠方向按压所述电池组的按压力并且具有抵抗该按压力的强度；及
车辆侧电池组架，以所述燃料电池单体沿水平方向层叠的搭载姿势将所述燃料电池搭载于车辆地板下区域，
所述端板的外周形状大于所述燃料电池单体的燃料电池构成构件的外周形状，至少端板下端比所述燃料电池单体向搭载姿势的下方突出，且在车辆行驶路面这一侧所述端板下端相对于所述车辆侧电池组架位于铅直方向上方且所述端板下端与所述车辆侧电池组架分离预定距离，
该车辆侧电池组架沿所述燃料电池单体的层叠方向从所述端板这一侧架设到所述电池组的另一端部这一侧，
所述燃料电池收纳于包含下罩的燃料电池壳体中，在通过所述车辆侧电池组架使所述燃料电池维持在上方的状态下，所述燃料电池固定于车辆侧电池组架，
所述车辆侧电池组架与所述端板下端之间的最短距离小于所述车辆侧电池组架与设于与所述端板邻接的位置的燃料电池用辅机之间的最短距离。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，
从所述电池组的层叠方向观察的所述端板的外周形状大于从所述电池组的层叠方向观察的所述燃料电池用辅机的外周形状。
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