CN110605965A - 燃料电池车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明所涉及的燃料电池车辆在前室收纳有：燃料电池组，其固定于电池组框架的上部；高电压部件，其固定于燃料电池组的上部；离子交换器，其配置于燃料电池组以及高电压部件的前方。在电池组框架设置有倾斜部，当燃料电池车辆发生正面碰撞时而离子交换器向后方位移时，离子交换器的下端的后方部沿着倾斜部的倾斜面滑动，使得离子交换器向斜上方位移，从而离子交换器的盖部位于比高电压部件更靠铅垂方向上侧的位置。

Description

燃料电池车辆
技术领域
本发明涉及燃料电池车辆。
背景技术
近几年，正在开发将燃料电池作为动力源的燃料电池车辆。燃料电池是利用燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应来生成电力的装置，具备层叠有多个燃料电池单电池的燃料电池组。
在日本特开2017-190090中公开了与在前室收纳有燃料电池组与高电压部件(FCPC、PCU)的燃料电池车辆相关的技术。
在日本特开2017-190090所公开的技术中，在燃料电池车辆的前室收纳燃料电池组与高电压部件(FCPC、PCU)。燃料电池组在发电时产生热，因而需要利用冷却液进行冷却。这里，若利用冷却液冷却燃料电池组，则在冷却液中产生离子，因而需要使用离子交换器除去冷却液中包含的离子。离子交换器是定期需要维护的部件，因而需要配置于维护性较佳的位置，具体而言配置于燃料电池组以及高电压部件的前方。
然而，离子交换器具有刚度高的部件(盖部)，因而在燃料电池车辆发生正面碰撞时，离子交换器向后方位移，刚度高的盖部撞击高电压部件，存在因该冲击导致高电压部件破损的问题。
发明内容
鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种能够在正面碰撞时抑制高电压部件破损的燃料电池车辆。
本发明的一个形态所涉及的燃料电池车辆在前室收纳有：燃料电池组，其固定于电池组框架的上部；高电压部件，其固定于上述燃料电池组的上部；以及离子交换器，其配置于上述燃料电池组以及上述高电压部件的前方，除去对上述燃料电池组进行冷却的冷却液中所含有的离子。上述离子交换器具备主体部和盖部，上述盖部设置于上述主体部的上侧，且刚度比上述主体部的刚度高，上述电池组框架比上述燃料电池组更向前方突出，并且在该突出的部分的上侧具备倾斜部，上述倾斜部的倾斜面相对于铅垂方向上侧向后方倾斜，当上述燃料电池车辆发生正面碰撞时而上述离子交换器向后方位移时，上述离子交换器的下端的后方部沿着上述倾斜部的倾斜面滑动，使得上述离子交换器向斜上方位移，从而上述离子交换器的上述盖部位于比上述高电压部件更靠铅垂方向上侧的位置。
在上述燃料电池车辆中，在电池组框架的突出的部分的上侧设置有倾斜部。通过这样设置倾斜部，当燃料电池车辆发生正面碰撞时而离子交换器向后方位移时，能够使离子交换器向斜上方位移。因此，能够使离子交换器的盖部的铅垂方向上的位置比高电压部件的铅垂方向上的位置更靠上侧，能够抑制正面碰撞时高电压部件破损。
在上述燃料电池车辆的基础上，可以构成为在上述离子交换器的下端的后方部形成有与上述倾斜部的倾斜面平行的倾斜面。
通过这样在离子交换器的下端的后方部形成倾斜面，能够使离子交换器平滑地向斜上方位移。
在上述燃料电池车辆的基础上，可以构成为上述离子交换器的上述主体部以比上述燃料电池车辆发生正面碰撞时上述离子交换器的上述主体部破损的载荷更强的耐受载荷固定于上述燃料电池组的前方。
通过形成为这样的结构，在燃料电池车辆发生正面碰撞时，离子交换器不会远离燃料电池组，离子交换器被压溃，能够实现作为缓冲件的作用。因此，能够使正面碰撞时作用于燃料电池组以及高电压部件的冲击缓和。
在上述燃料电池车辆的基础上，上述离子交换器的上述主体部可以构成为上述主体部的左右方向上的侧壁的壁厚比上述主体部的前后方向上的侧壁的壁厚薄。
通过这样构成离子交换器，在对离子交换器的前方施加应力时，离子交换器容易被压溃，因而能够提高正面碰撞时的离子交换器的缓冲效果。
在上述燃料电池车辆的基础上，上述离子交换器的上述主体部可以具备在该主体部的内部对上述冷却液进行分流的分隔件，在上述离子交换器的前方配置有散热器，上述散热器以及上述离子交换器配置为：上述散热器所具备的侧板、风扇罩以及散热器上部支承件中的至少一者的铅垂方向上的位置不与上述离子交换器的上述分隔件以及上述盖部中的至少一者的铅垂方向上的位置重叠。
通过将离子交换器以及散热器形成为上述配置，能够抑制燃料电池车辆发生正面碰撞时从散热器向离子交换器施加较强的力。因此，能够抑制从离子交换器向燃料电池组以及高电压部件施加较强的力而导致燃料电池组以及高电压部件破损。
根据本发明，可提供一种能够在发生正面碰撞时抑制高电压部件破损的燃料电池车辆。
根据以下的详细描述和附图将更充分地理解本公开的上述和其他目的、特征以及优点，附图仅以例示的方式给出，因此不应认为限制本公开。
附图说明
图1是用于对实施方式所涉及的燃料电池车辆的前室附近的概要进行说明的俯视图。
图2是用于对实施方式所涉及的燃料电池车辆的燃料电池组、高电压部件以及离子交换器的配置进行说明的侧视图。
图3是用于对实施方式所涉及的燃料电池车辆的正面碰撞时的燃料电池组、高电压部件、以及离子交换器的配置进行说明的侧视图。
图4是离子交换器的水平方向上的剖视图。
图5是表示实施方式所涉及的燃料电池车辆的燃料电池组等安装于悬架构件的状态的侧视图。
图6是用于对离子交换器以及散热器在铅垂方向上的位置关系进行说明的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是用于对实施方式所涉及的燃料电池车辆的前室附近的概要进行说明的俯视图。如图1所示，在燃料电池车辆1的前室10收纳有燃料电池组11、高电压部件12、离子交换器13以及散热器14。在燃料电池车辆1的前室10附近的左侧以及右侧分别配置有前轮19。此外，在图1中，仅示出本发明的说明所需的构成要素，除此以外的构成要素省略图示。
图2是用于对本实施方式所涉及的燃料电池车辆的燃料电池组、高电压部件以及离子交换器的配置进行说明的侧视图。如图2所示，燃料电池组11固定于电池组框架15的上部。燃料电池组11利用燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应生成电力。向燃料电池组11供给燃料气体与氧化剂气体。另外，燃料电池组11在发电时产生热，因而需要使用冷却液进行冷却。
高电压部件12固定于燃料电池组11的上部。高电压部件12例如是FC转换器、马达用变频器、泵变频器、电池转换器等。例如FC转换器是将燃料电池组11的输出电压升压为适于驱动马达的驱动的高电压的DC-DC转换器。另外，马达用变频器是将由FC转换器升压后的直流电力转换为三相交流并向驱动马达供给的电路。例如也存在将FC转换器以及泵变频器称为FCPC(Fuel Cell Power Conditioner：燃料电池功率调节器)的情况。另外，也存在将马达用变频器以及电池转换器称为PCU(Power Control Unit：功率控制单元)的情况。
此外，在本实施方式中，高电压部件12并不限定于上述部件，只要是处理高电压的部件，也可以是除此以外的部件。
离子交换器13除去对燃料电池组11进行冷却的冷却液中所包含的离子。离子交换器13配置于燃料电池组11以及高电压部件12的前方。离子交换器13是需要定期维护的部件，因而通过这样配置于燃料电池组11以及高电压部件12的前方，能够使维护性提高。
离子交换器13具备主体部21与盖部22。在主体部21收纳有用于吸附冷却液中包含的离子的离子交换树脂。盖部22是用于在主体部21形成盖的部件，配置于主体部21的上侧。这里，盖部22具有刚度比主体部21高(即较硬而难以变形)的性质。即，主体部21以及盖部22使用金属材料等强度较强的材料构成，但主体部21在内部具备收纳离子交换树脂的空间，因而水平方向上的刚度较低。另一方面，盖部22是在主体部21形成盖的部件，因而内部不具备空间，因此刚度比主体部21高。
离子交换器13固定于燃料电池组11的前方。具体而言，在离子交换器13的主体部21设置有向后方延伸的安装部23、25，并将上述安装部23、25固定于燃料电池组11的紧固部24、26，从而能够将离子交换器13固定于燃料电池组11。例如，离子交换器13的主体部21以比燃料电池车辆1发生正面碰撞时离子交换器13的主体部21破损的载荷更强的耐受载荷固定于燃料电池组11的前方的紧固部24、26。
固定有燃料电池组11的电池组框架15具备比燃料电池组11更向前方突出的突出部16。在突出部16的更前方设置有碰撞吸能盒17。碰撞吸能盒17是在碰撞时通过自身变形来吸收碰撞时的能量而使对车辆的冲击减少的部件。
另外，在电池组框架15的突出部16的上侧设置有倾斜部31。在倾斜部31形成有倾斜面32。倾斜部31的倾斜面32相对于铅垂方向上侧朝后方倾斜。
如图3所示，通过设置倾斜部31，当燃料电池车辆1发生正面碰撞时，离子交换器13向后方位移时，能够使离子交换器13的下端的后方部27沿着倾斜部31的倾斜面32滑动，使离子交换器13向斜上方位移。因此，能够使离子交换器13的盖部22的铅垂方向上的位置h2(即盖部22的下端的铅垂方向上的高度h2)比高电压部件12的铅垂方向上的位置h1(即高电压部件12的上端的铅垂方向上的高度h1)更靠上侧。因此，能够抑制正面碰撞时高电压部件12破损。
即，在本实施方式所涉及的燃料电池车辆1中，考虑维护性而将离子交换器13配置于燃料电池组11以及高电压部件12的前方。然而，离子交换器13具有盖部22那样的刚度高的部件，因而在燃料电池车辆1发生正面碰撞时，离子交换器13向后方位移，刚度高的盖部22撞击高电压部件12，存在因该冲击导致高电压部件12破损的问题。
为了解决这样的问题，在本实施方式所涉及的燃料电池车辆1中，在电池组框架15的突出的部分(突出部16)的上侧设置倾斜部31。通过这样设置倾斜部31，当燃料电池车辆1发生正面碰撞时，离子交换器13向后方位移时，能够使离子交换器13向斜上方位移。因此，能够使离子交换器13的盖部22的铅垂方向上的位置比高电压部件12的铅垂方向上的位置更靠上侧，能够抑制正面碰撞时高电压部件12破损。
此外，如图2所示，可以在离子交换器13的下端的后方部27形成与倾斜部31的倾斜面32平行的倾斜面。这里，与倾斜面32平行除了包括与倾斜面32平行的情况，还包括与倾斜面32大致平行的情况。这样，通过在离子交换器13的下端的后方部27形成倾斜面，能够使离子交换器13平滑地向斜上方位移。
另外，在本实施方式中，离子交换器13以比燃料电池车辆1发生正面碰撞时离子交换器13的主体部21破损的载荷更强的耐受载荷固定于燃料电池组11。因此，如图3所示，在燃料电池车辆1发生正面碰撞时，离子交换器13不会远离燃料电池组11，离子交换器13被压溃，能够实现作为缓冲件的作用。因此，能够使正面碰撞时作用于燃料电池组11以及高电压部件12的冲击缓和。此时，如图3所示，正面碰撞时，碰撞吸能盒17也产生变形，从而吸收正面碰撞时的能量，能够使对车辆的冲击减少。
例如，离子交换器13的主体部21破损的载荷为10kN以下，将离子交换器13以100kN的耐受载荷固定于燃料电池组11。在该情况下，若对离子交换器13施加比100kN低的载荷，则离子交换器13不会远离燃料电池组11，离子交换器13被压溃，能够实现作为缓冲件的作用。
图4是离子交换器的水平方向上的剖视图。如图4所示，在离子交换器13的主体部21的内部收纳有用于吸附冷却液中包含的离子的离子交换树脂46。主体部21的内部使用板状的网状撑条47分隔，离子交换树脂46配置于由网状撑条47分隔的各个空间。此时，网状撑条47配置为不与前后方向平行，从而向离子交换器13的前方施加应力时，离子交换器13能够容易被压溃，因而能够提高正面碰撞时的离子交换器13的缓冲效果。此外，在图4所示的例子中，示出网状撑条47相对于前后方向偏移45度的例子。
另外，如图4所示，在构成离子交换器13的主体部21时，可以构成为离子交换器13的主体部21的左右方向上的侧壁43、44的壁厚比主体部21的前后方向上的侧壁41、42的壁厚薄。通过这样构成离子交换器13，在对离子交换器13的前方施加应力时，离子交换器13能够容易被压溃，因而能够提高正面碰撞时的离子交换器13的缓冲效果。
图5是表示本实施方式所涉及的燃料电池车辆的燃料电池组等安装于悬架构件的状态的侧视图。如图5所示，搭载有燃料电池组11、高电压部件12以及离子交换器13的电池组框架15使用支承部件72、73固定于悬架构件71。此外，在图5中，示出燃料电池车辆的左侧的侧视图，但在燃料电池车辆的右侧也同样，电池组框架15使用支承部件固定于悬架构件。即，电池组框架15共计在4个位置固定于悬架构件71。
例如，电池组框架15以100kN的耐受载荷固定于悬架构件71。例如，若在正面碰撞时施加比100kN大的载荷，则因悬架构件71的变形与电池组框架15的后退力而导致支承部件72、73断裂，电池组框架15从悬架构件71分离。在该情况下，搭载着燃料电池组11、高电压部件12以及离子交换器13的电池组框架15一起后退，因而能够抑制较强的冲击作用于燃料电池组11以及高电压部件12。
在上述例子中，电池组框架15以100kN的耐受载荷安装于悬架构件71，离子交换器13的主体部21破损的载荷为10kN以下，将离子交换器13以100kN的耐受载荷固定于燃料电池组11。因此，在正面碰撞时施加的载荷小于100kN的情况下，能够将离子交换器13作为缓冲件吸收冲击。另外，在正面碰撞时施加的载荷大于100kN的情况下，将离子交换器13作为缓冲件吸收冲击，并且电池组框架15从悬架构件71分离，搭载着燃料电池组11等的电池组框架15一起后退，从而能够抑制较强的冲击作用于燃料电池组11以及高电压部件12。
图6是用于对离子交换器以及散热器在铅垂方向上的位置关系进行说明的剖视图。如图6所示，散热器14配置于离子交换器13的前方(参照图1)。散热器14具备散热器主体51与风扇52。散热器主体51对在燃料电池组11的冷却中使用过的冷却液的热进行散热。风扇52向散热器主体51输送风，促进散热器主体51的散热。
在散热器主体51的上部配置有侧板53。另外，在风扇52的周围配置有风扇罩54。而且，在散热器主体51以及风扇52的上部配置有散热器上部支承件55。在散热器上部支承件55安装有吸收冲击的防护件(barrier)57。这里，在构成散热器14的部件中，侧板53、风扇罩54以及散热器上部支承件55为刚度高的部件。
另外，在离子交换器13的主体部21设置有在主体部21的内部分离冷却液的分隔件62。即，虽然从供给口61向主体部21供给冷却液，但设置有在主体部21的内部分离该冷却液的分隔件62。
这里，分隔件62为刚度高的部件，因而若构成配置于离子交换器13的前方的散热器14的部件中的刚度高的部件的铅垂方向上的位置与离子交换器13的分隔件62的铅垂方向上的位置重叠，则在燃料电池车辆1发生正面碰撞时，从散热器14向离子交换器13施加较强的力。若这样对离子交换器13施加较强的力，则从离子交换器13向燃料电池组11以及高电压部件12传递较强的力，存在燃料电池组11以及高电压部件12破损的担忧。
即，虽然在燃料电池车辆1发生正面碰撞时从散热器14向离子交换器13施加较强的力，但若构成离子交换器13以及散热器14的部件中的刚度高的部件在水平方向上排列于直线上，则特别强的力在该部分传递至燃料电池组11以及高电压部件12，存在燃料电池组11以及高电压部件12破损的担忧。
在本实施方式中，考虑到这点，在配置离子交换器13以及散热器14时，配置为散热器14所具备的侧板53、风扇罩54以及散热器上部支承件55的铅垂方向上的位置不与离子交换器13的分隔件62以及盖部22的铅垂方向上的位置重叠。
具体地说明，如图6所示，散热器14所具备的侧板53、风扇罩54以及散热器上部支承件55的铅垂方向上的位置58不与离子交换器13的分隔件62的铅垂方向上的位置65重叠。另外，如图6所示，散热器14所具备的侧板53、风扇罩54以及散热器上部支承件55的铅垂方向上的位置58不与离子交换器13的盖部22的铅垂方向上的位置66重叠。
通过将离子交换器13以及散热器14形成为上述配置，能够抑制燃料电池车辆1发生正面碰撞时从散热器14向离子交换器13施加较强的力。因此，能够抑制从离子交换器13向燃料电池组11以及高电压部件12施加较强的力而导致燃料电池组11以及高电压部件12破损。
此外，在上述例子中，示出了散热器14所具备的侧板53、风扇罩54以及散热器上部支承件55的全部的部件的铅垂方向的位置58配置为不与离子交换器13的分隔件62以及盖部22的至少一方的铅垂方向上的位置重叠的情况。然而，在本实施方式中，可以配置为散热器14所具备的侧板53、风扇罩54以及散热器上部支承件55的至少一者的铅垂方向上的位置不与离子交换器13的分隔件62以及盖部22的至少一方的铅垂方向上的位置重叠。
根据上述公开内容，显然本公开的实施例可以以多种方式变化。这些变化不应视为脱离本公开的精神和范围，并且对于本领域技术人员而言，显然所有这些变更包括在所附权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种燃料电池车辆，在前室收纳有：
燃料电池组，其固定于电池组框架的上部；
高电压部件，其固定于所述燃料电池组的上部；以及
离子交换器，其配置于所述燃料电池组以及所述高电压部件的前方，除去对所述燃料电池组进行冷却的冷却液中所含有的离子，其中，
所述离子交换器具备主体部和盖部，所述盖部设置于所述主体部的上侧，且刚度比所述主体部的刚度高，
所述电池组框架比所述燃料电池组更向前方突出，并且在该突出的部分的上侧具备倾斜部，
所述倾斜部的倾斜面相对于铅垂方向上侧向后方倾斜，当所述燃料电池车辆发生正面碰撞时而所述离子交换器向后方位移时，所述离子交换器的下端的后方部沿着所述倾斜部的倾斜面滑动，使得所述离子交换器向斜上方位移，从而所述离子交换器的所述盖部位于比所述高电压部件更靠铅垂方向上侧的位置。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其中，
在所述离子交换器的下端的后方部形成有与所述倾斜部的倾斜面平行的倾斜面。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆，其中，
所述离子交换器的所述主体部以比所述燃料电池车辆发生正面碰撞时所述离子交换器的所述主体部破损的载荷更强的耐受载荷固定于所述燃料电池组的前方。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池车辆，其中，
所述离子交换器的所述主体部构成为：所述主体部的左右方向上的侧壁的壁厚比所述主体部的前后方向上的侧壁的壁厚薄。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池车辆，其中，
所述离子交换器的所述主体部具备在该主体部的内部对所述冷却液进行分流的分隔件，
在所述离子交换器的前方配置有散热器，
所述散热器以及所述离子交换器配置为：所述散热器所具备的侧板、风扇罩以及散热器上部支承件中的至少一者的铅垂方向上的位置不与所述离子交换器的所述分隔件以及所述盖部中的至少一者的铅垂方向上的位置重叠。
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