CN106476642B - 燃料电池车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池车辆。在燃料电池车辆(10)中，收容有燃料电池堆(12)的电池堆壳体(14)搭载于前箱(16)。在形成于电池堆壳体(14)的上侧板(70)的开口部(80a～80d)连接有排气管道(82a～82d)。与排气管道(82a、82d)连接的右侧排气管道(84R)向右侧挡泥板部(86R)开口，与排气管道(82b、82c)连接的左侧排气管道(84L)向左侧挡泥板部(86L)开口。

Description

燃料电池车辆
技术领域
本发明涉及一种燃料电池车辆，该燃料电池车辆将多个燃料电池层叠而成的燃料电池堆收纳于电池堆壳体，并且所述电池堆壳体搭载在车辆主体的内部。
背景技术
例如，固体高分子型燃料电池具备在由高分子离子交换膜构成的电解质膜的一方配设有阳极电极且在另一方配设有阴极电极的电解质膜·电极结构体(MEA)。电解质膜·电极结构体被隔板夹持而构成发电单元。该燃料电池通常通过层叠规定个数的发电单元而作为例如车载用燃料电池组搭载于燃料电池车辆。
在燃料电池车辆中，特别是担心作为燃料气体的氢气向搭载燃料电池堆的空间内泄漏。因此，以高效地将从燃料电池堆泄漏的氢气向外部排出作为目的，例如，提出了日本特开2004-040950号公报公开的燃料电池汽车。
该燃料电池汽车在驾驶室的前方配置有搭载燃料电池的封闭空间。并且，根据需要在封闭空间的上部设置有第一开口部，且在行驶时产生负压的位置设置有第二开口部，从而将从燃料电池系统泄漏至所述封闭空间内的氢气排出。
因此，在封闭空间的上部设置有开口部的情况下，特别是在车辆停止的状态下，能够可靠地在封闭空间内将从燃料电池系统泄漏的氢气向车外换气。另外，在负压的产生位置设置有开口部的情况下，能够在行驶时将从燃料电池系统泄漏的氢气从封闭空间排出。
在上述的日本特开2004-040950号公报中，在封闭空间的上部设置有开口部。因此，在车辆前后倾斜时或左右倾斜时，担心氢气残留在封闭空间中。因此，存在无法可靠地将泄漏的氢气向车外换气的问题。
发明内容
本发明解决了这种问题，其目的在于提供能够通过简单的结构将泄漏至电池堆壳体内的燃料气体容易且可靠地向车辆外部排出的燃料电池车辆。
本发明所涉及的燃料电池车辆构成为，将通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应而发电的燃料电池层叠而成的多个燃料电池堆收纳于电池堆壳体，并且所述电池堆壳体搭载在车辆主体的内部。
在该燃料电池车辆中，在所述电池堆壳体上连接管道构件的一端，另一方面，所述管道构件的另一端向所述车辆主体的挡泥板部开口。
另外，优选的是，所述电池堆壳体搭载在形成于前围板的前方的前箱内，并且在所述管道构件的另一端设置有向前轮的所述挡泥板部的上部开口的排气口。
此外，优选的是，在所述电池堆壳体的车宽方向两端分别连接有所述管道构件的一端，并且各管道构件配置为在俯视观察车辆时朝车辆前后方向的后方向车宽方向外侧倾斜。
进一步优选的是，所述排气口的上端位置设定在比所述管道构件的内壁面的至少一部分的下端位置靠下方的位置。
另外，优选的是，所述排气口设定为随着朝向车辆前后方向的后方而开口面积增大。
另外，优选的是，左侧的所述管道构件与右侧的所述管道构件通过旁通管道而连结。
另外，优选的是，四根所述管道构件与所述电池堆壳体的四角连接。
另外，优选的是，所述电池堆壳体的车宽方向一端的两根所述管道构件汇流后，向设置在所述挡泥板部的上部的排气口开口。
另外，优选的是，在所述排气口上设置有网状构件。
根据本发明，在电池堆壳体上连接有管道构件的一端，另一方面，所述管道构件的另一端向车辆主体的挡泥板部开口。因此，能够通过简单的结构将泄漏至电池堆壳体内的燃料气体容易且可靠地向车辆外部排出。
对于上述的目的、特征和优点，通过参照附图进行说明的以下的实施方式的说明会很容易地解释。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的燃料电池车辆的前方部分的简要立体说明图。
图2是所述燃料电池车辆的简要俯视说明图。
图3是所述燃料电池车辆的简要主视说明图。
图4是构成所述燃料电池车辆的、收纳燃料电池堆的电池堆壳体的分解立体说明图。
图5是构成所述燃料电池堆的燃料电池的主要部位分解立体图。
图6是所述燃料电池车辆的左前方正面的说明图。
具体实施方式
如图1～图3所示那样，本发明的实施方式所涉及的燃料电池车辆10例如是燃料电池电动汽车。燃料电池车辆10具有具备前轮11F以及后轮11R的车辆主体10a(参照图2)。在车辆主体10a的前轮11F侧，搭载收容有燃料电池堆12的电池堆壳体14的前箱(马达室)16形成在前围板18的前方。
如图4所示那样，燃料电池堆12在车辆宽度方向(箭头B方向)上层叠有多个燃料电池20。在燃料电池20的层叠方向一端，朝向外侧依次配设有第一接线板22a、第一绝缘板24a以及第一端板26a。
在燃料电池20的层叠方向另一端，朝向外侧依次配置有第二接线板22b、第二绝缘板24b以及第二端板26b。在燃料电池堆12的车辆宽度方向两端配置有第一端板26a与第二端板26b。
第一端板26a以及第二端板26b设定为比燃料电池20、第一绝缘板24a以及第二绝缘板24b的外形尺寸大的外形尺寸。也可以是第一接线板22a收容在第一绝缘板24a的内部的凹部，另一方面第二接线板22b收容在第二绝缘板24b的内部的凹部。
与第一接线板22a连接的第一电力输出端子28a从横长形状的第一端板26a的中央部朝向外侧延伸。与第二接线板22b连接的第二电力输出端子28b从横长形状的第二端板26b的中央部朝向外侧延伸。第一端板26a与第二端板26b的各角部通过在层叠方向上延伸的拉杆30而被固定，在所述层叠方向上被施加有紧固负载。
如图5所示，燃料电池20的电解质膜·电极结构体32被第一隔板34及第二隔板36夹持。第一隔板34以及第二隔板36由金属制隔板或者碳制隔板构成。
在燃料电池20的箭头A方向的一端缘部，以在层叠方向(箭头B方向)上相互连通的方式沿箭头C方向(铅垂方向)排列设置有氧化剂气体入口连通孔38a、冷却介质入口连通孔40a以及燃料气体出口连通孔42b。氧化剂气体入口连通孔38a供给氧化剂气体，例如含氧气体。冷却介质入口连通孔40a供给冷却介质，另一方面，燃料气体出口连通孔42b将燃料气体、例如含氢气体排出。
在燃料电池20的箭头A方向的另一端缘部，以在箭头B方向上相互连通的方式沿箭头C方向排列设置有供给燃料气体的燃料气体入口连通孔42a、排出冷却介质的冷却介质出口连通孔40b、以及排出氧化剂气体的氧化剂气体出口连通孔38b。
在第一隔板34的面向电解质膜·电极结构体32的面上设有与氧化剂气体入口连通孔38a和氧化剂气体出口连通孔38b连通的氧化剂气体流路44。在第二隔板36的面向电解质膜·电极结构体32的面设有与燃料气体入口连通孔42a和燃料气体出口连通孔42b连通的燃料气体流路46。
在彼此相邻且构成燃料电池20的第一隔板34与第二隔板36之间设有将冷却介质入口连通孔40a和冷却介质出口连通孔40b连通的冷却介质流路48。在第一隔板34及第二隔板36上分别一体或单独地设有密封构件50、52。
电解质膜·电极结构体32具备例如在全氟磺酸的薄膜中浸入水而成的固体高分子电解质膜54和夹持所述固体高分子电解质膜54的阴极电极56及阳极电极58。阴极电极56及阳极电极58包括由复写纸等构成的气体发散层以及在所述气体扩散层的表面均匀地涂敷在表面承载有铂合金的多孔碳颗粒而形成的电极催化剂层。电极催化剂层形成于固体高分子电解质膜54的两面。
如图4所示那样，在第一端板26a的一方的对角位置，设置有与氧化剂气体入口连通孔38a连通的氧化剂气体供给歧管60a、以及与氧化剂气体出口连通孔38b连通的氧化剂气体排出歧管60b。在第一端板26a的另一方的对角位置，设置有与燃料气体入口连通孔42a连通的燃料气体供给歧管62a、以及与燃料气体出口连通孔42b连通的燃料气体排出歧管62b。
如图2所示那样，在第二端板26b上设置有与冷却介质入口连通孔40a连通的冷却介质供给歧管64a、以及与冷却介质出口连通孔40b连通的冷却介质排出歧管64b。
如图4所示那样，燃料电池堆12收纳在俯视观察时呈矩形状、例如俯视观察时呈长方形的电池堆壳体14内。电池堆壳体14具备前方侧板66、后方侧板68、上侧板70、下侧板72、第一端板26a以及第二端板26b。构成电池堆壳体14的各部件相互还通过穿过孔部74与螺纹孔76螺合的螺钉78而相对于第一端板26a以及第二端板26b固定。
构成电池堆壳体14的上表面部的上侧板70的内表面、即与燃料电池堆12对置的顶面形成为平坦面。在上侧板70的一方的对角位置形成有使电池堆壳体14内与外部连通的开口部80a、80b，在另一方的对角位置形成有使所述电池堆壳体14内与外部连通的开口部80c、80d。
开口部80a、80c设置在电池堆壳体14的前方侧(箭头Af方向)两侧部，配置在燃料气体入口连通孔42a的铅垂方向上方。开口部80b、80d设置在电池堆壳体14的后方侧(箭头Ab方向)两侧部。即，在电池堆壳体14(上侧板70)的四角形成有开口部80a～80d。
在开口部80a～80d连接有排气管道(管道构件)82a～82d的一端部。因此，排气管道82a～82d与电池堆壳体14(上侧板70)的四角连接。如图1以及图2所示那样，排气管道82a的另一端部与排气管道82d的另一端部汇流后与右侧排气管道(管道构件)84R的一端连接。排气管道82b的另一端部与排气管道82c的另一端部汇流后与左侧排气管道(管道构件)84L的一端连接。右侧排气管道84R以及左侧排气管道84L如以下说明那样，局部设置有高低差且具有台阶或弯曲形状。为了抑制前箱16的高度而高低差形成为最小。
如图2所示那样，右侧排气管道84R以及左侧排气管道84L配置为，在俯视观察车辆时朝车辆前后方向的后方(箭头Ab方向)向车宽方向外侧(箭头BR方向以及BL方向)倾斜。右侧排气管道84R向构成燃料电池车辆10的车辆主体10a的右侧挡泥板部86R开口，另一方面，左侧排气管道84L向所述车辆主体10a的左侧挡泥板部86L开口。右侧排气管道84R以及左侧排气管道84L也可以在中途连接具有弹性的软管。另外，右侧排气管道84R以及左侧排气管道84L也可以在水平方向上形成为扁平形状。
如图1～图3所示那样，在左侧挡泥板部86L以及右侧挡泥板部86R，以位于前轮11F的上方且后方的方式分别设置有左侧排气构件88L以及右侧排气构件88R。左侧排气构件88L以及右侧排气构件88R分别在内部设置有空间，并且在表面设置有网状构件90L以及网状构件90R。利用网状构件90L、90R形成左侧排气口92L以及右侧排气口92R。需要说明的是，左侧排气构件88L以及右侧排气构件88R也可以在使外部气体经由网状构件90L以及网状构件90R而流通的板上设置有多个孔。
如图6所示那样，左侧排气口92L设定为随着朝向车辆前后方向的后方而开口面积增大。左侧排气口92L在主视观察时，前端部分具有随着朝向前方而上下方向的开口尺寸减小的大致三角形状，后端部分具有大致四边形状。右侧排气口92R同样设定为随着朝向车辆前后方向的后方而开口面积增大。
如图3以及图6所示那样，左侧排气口92L以及右侧排气口92R的上端位置设定在比左侧排气管道84L以及右侧排气管道84R的内壁面的至少一部分的下端位置向下方分离尺寸S(＞0)的位置。
如图1～图3所示那样，排气管道82a的中途与排气管道82c的中途通过旁通管道94而连结。即便在燃料电池车辆10倾斜时，也能够使电池堆壳体14的内部的氢浓度均匀。
燃料电池堆12借助设置于第一端板26a以及第二端板26b的未图示的安装构件而固定于车辆框架。
以下，对于如此构成的燃料电池车辆10的动作进行说明。
首先，在燃料电池车辆10的运转时，如图4所示那样，从第一端板26a的燃料气体供给歧管62a向燃料气体入口连通孔42a供给燃料气体。另一方面，从第一端板26a的氧化剂气体供给歧管60a向氧化剂气体入口连通孔38a供给氧化剂气体。
如图5所示，燃料气体从燃料气体入口连通孔42a被导入到第二隔板36的燃料气体流路46。该氢气沿着构成电解质膜·电极结构体32的阳极电极58供给。
氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔38a导入到第一金属隔板34的氧化剂气体流路44。氧化剂气体沿着构成电解质膜·电极结构体32的阴极电极56供给。
因此，在电解质膜·电极结构体32中，供给到阳极电极58的氢气与供给到阴极电极56的空气在电极催化剂层内因电化学反应而被消耗，由此进行发电。
燃料气体如图4所示那样从燃料气体出口连通孔42b向第一端板26a的燃料气体排出歧管62b排出。氧化剂气体从氧化剂气体出口连通孔38b向第一端板26a的氧化剂气体排出歧管60b排出。
另外，冷却介质如图2所示那样从第二端板26b的冷却介质供给歧管64a向冷却介质入口连通孔40a供给。如图5所示那样，冷却介质被导入到第一隔板34以及第二隔板36之间的冷却介质流路48。该冷却介质在将电解质膜·电极结构体32冷却之后，在冷却介质出口连通孔40b流通而从冷却介质排出歧管64b排出。
在该情况下，在本实施方式中，如图1所示那样，在构成电池堆壳体14的上表面部的上侧板70的一方的对角位置形成有开口部80a、80b，在另一方的对角位置形成有开口部80c、80d。在开口部80a～80d处连接有排气管道82a～82d的一端。并且，排气管道82a以及82d的另一端与右侧排气管道84R的一端连接，并且排气管道82b以及82c的另一端与左侧排气管道84L的一端连接。
此外，右侧排气管道84R向构成燃料电池车辆10的车辆主体10a的右侧挡泥板部86R开口，另一方面，左侧排气管道84L向所述车辆主体10a的左侧挡泥板部86L开口。
因此，由于从燃料电池堆12泄漏的燃料气体、例如氢气比空气轻，因此燃料气体在电池堆壳体14内上升，从各开口部80a～80d向外部排出。因此，燃料气体不会滞留在电池堆壳体14内。由此，得到能够通过简单的结构将泄漏至电池堆壳体14内的燃料气体容易且可靠地向车辆外部排出的效果。
并且，能够将原本无用的空间即右侧挡泥板部86R以及左侧挡泥板部86L用作排出口，能够有效地提高空间效率。
另外，电池堆壳体14搭载在形成于前围板18的前方的前箱16内。并且，在右侧排气管道84R以及左侧排气管道84L的另一端，设置有向各前轮11F的右侧挡泥板部86R以及左侧挡泥板部86L的上部开口的右侧排气口92R以及左侧排气口92L。因此，能够有效地运用前箱16内部，并且将泄漏至电池堆壳体14内的燃料气体容易且可靠地向车辆外部排出。
此外，在电池堆壳体14的车宽方向两端，分别间接地连接有右侧排气管道84R以及左侧排气管道84L的一端。如图2所示那样，右侧排气管道84R以及左侧排气管道84L配置为在俯视观察车辆时朝车辆前后方向的后方(箭头Ab方向)向车宽方向外侧(箭头BR方向以及箭头BL方向)倾斜。因此，由于右侧排气管道84R以及左侧排气管道84L朝向车辆斜后方延伸，因此在燃料电池车辆10向前方行驶时，能够顺畅地进行换气处理。其原因在于，在右侧排气管道84R和左侧排气管道84L之间、以及右侧排气口92R和左侧排气口92L之间产生压力差。
另外，如图3以及图6所示那样，左侧排气口92L以及右侧排气口92R的上端位置设定在比左侧排气管道84L以及右侧排气管道84R的内壁面的至少一部分的下端位置靠下方的位置。即，右侧排气管道84R以及左侧排气管道84L局部设置有高低差并且具有台阶、弯曲形状。由此，能够可靠地抑制雨水等向左侧排气管道84L以及右侧排气管道84R内逆流的情况。
另外，左侧排气口92L以及右侧排气口92R设定为随着朝向车辆前后方向的后方而开口面积增大。因此，能够在左侧挡泥板部86L以及右侧挡泥板部86R上与各前轮11F接近地设置左侧排气口92L以及右侧排气口92R。因此，能够紧凑且良好地构成左侧排气口92L以及右侧排气口92R。
需要说明的是，如图2所示那样，存在收容有燃料电池堆12的电池堆壳体14配置在车辆主体10a的后方的情况。此时，能够在后轮11R的左侧挡泥板部86Lr以及右侧挡泥板部86Rr设置左侧排气构件88L以及右侧排气构件88R。
另外，虽在电池堆壳体14设置有开口部80a～80d，并且在所述开口部80a～80d连接有排气管道82a～82d，但不限于此。例如，也能够仅设置开口部80a、80b，将排气管道82a、82b连接于所述开口部80a、80b。
此外，虽然第一端板26a以及第二端板26b用作电池堆壳体14的构成构件，但不限于此，也可以在独立的长方体的壳体中收容燃料电池堆12。

Claims (8)

1.一种燃料电池车辆，其构成为将通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应而发电的燃料电池层叠多个而成的燃料电池堆收纳于电池堆壳体，并且所述电池堆壳体搭载在车辆主体的内部，其特征在于，
在所述电池堆壳体上连接有管道构件的一端，
另一方面，所述管道构件的另一端向所述车辆主体的挡泥板部开口，
所述电池堆壳体搭载在形成于前围板的前方的前箱内，
在所述电池堆壳体的车宽方向两端分别连接有所述管道构件的一端，
各管道构件配置为俯视观察车辆时朝车辆前后方向的后方向车宽方向外侧倾斜。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其特征在于，
在所述管道构件的另一端，设置有向前轮的所述挡泥板部的上部开口的排气口。
3.根据权利要求2所述的燃料电池车辆，其特征在于，
所述排气口的上端位置设定在比所述管道构件的内壁面的至少一部分的下端位置靠下方的位置。
4.根据权利要求2所述的燃料电池车辆，其特征在于，
所述排气口设定为随着朝向车辆前后方向的后方而开口面积增大。
5.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其特征在于，
左侧的所述管道构件与右侧的所述管道构件通过旁通管道而连结。
6.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其特征在于，
四根所述管道构件与所述电池堆壳体的四角连接。
7.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其特征在于，
所述电池堆壳体的车宽方向一端的两根所述管道构件汇流后，向设置在所述挡泥板部的上部的排气口开口。
8.根据权利要求2所述的燃料电池车辆，其特征在于，
在所述排气口上设置有网状构件。
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