CN110620255A - 燃料电池系统以及燃料电池车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供燃料电池系统以及燃料电池车辆，在承受到外力的情况下抑制燃料电池壳体的变形。燃料电池系统(13)具备：燃料电池壳体(140)，收纳燃料电池；和辅机(15)，被固定于燃料电池壳体(140)的侧面。辅机(15)具有：第一支承部(151)，固定于燃料电池壳体(140)；第二支承部(152)，在与第一支承部(151)分离的位置被固定于燃料电池壳体(140)；以及主体部(153)，被第一支承部(151)及第二支承部(152)支承为与燃料电池壳体(140)分离，在对于主体部(153)向接近燃料电池壳体(140)的方向施加了外力的情况下，第一支承部(151)比第二支承部(152)先断裂。

Description

燃料电池系统以及燃料电池车辆
技术领域
本发明涉及燃料电池系统以及燃料电池车辆。
背景技术
近年来，在燃料电池车辆的开发中研究了构成燃料电池车辆的系统的配置。
在专利文献1(日本特开2013-247083号公报)中，针对具备被配置于燃料电池组的层叠方向上的一端侧并将辅机类收纳于内部的辅机壳体和使燃料电池组的输出电压升压并输出电力的升压转换器的燃料电池系统，如以下那样进行了记载。即，在燃料电池系统中，升压转换器在层叠方向上是成为包括燃料电池组和辅机壳体的整体形状的大致中央的位置，且被配置于与燃料电池组的一个侧面邻接的位置。
在使用氢气的燃料电池车辆中，抑制氢气因事故等而泄漏的可能性较为重要。因此，要求即便在因事故等而对于燃料电池系统施加了外力的情况下也为了抑制单电池的破坏而抑制燃料电池壳体变形的构造。然而，采用了专利文献1所记载的配置的燃料电池车辆在从外部承受到冲击的情况下，冲击会从升压转换器传递至燃料电池组。该情况下，存在因从升压转换器承受到的冲击而导致电池组壳体内的单电池被破坏的担忧。即，对于燃料电池车辆而言，燃料电池组和与燃料电池组的一个侧面邻接配置的辅机的结构存在课题。
发明内容
本公开是为了解决这样的课题而完成的，其目的在于，提供在受到外力的情况下抑制燃料电池壳体变形的燃料电池系统以及燃料电池车辆。
一个实施方式中的燃料电池系统具备：燃料电池壳体，收纳燃料电池；和辅机，被固定于该燃料电池壳体的侧面，辅机具有：第一支承部，固定于燃料电池壳体；第二支承部，在与第一支承部分离的位置固定于燃料电池壳体；以及主体部，被第一支承部以及第二支承部支承为与燃料电池壳体分离，在对于主体部向接近燃料电池壳体的方向施加外力的情况下，第一支承部比第二支承部先断裂。
由此，在从外部受到的冲击传递至辅机的情况下，首先第一支承部被破坏。因此，能够抑制燃料电池壳体的直接变形。
在上述燃料电池系统中，优选上述主体部包括抵接部，该抵接部被配置为与燃料电池壳体分离，并在第一支承部因外力而断裂的情况下与燃料电池壳体抵接，燃料电池壳体具有在因外力而第一支承部断裂的情况下与抵接部接触的接触部，该接触部设置于比上述侧面的中央部靠近上述侧面的缘部的位置。由此，由于在燃料电池壳体中由具有相对高的刚度的部分与抵接部接触，所以能够使对燃料电池壳体所收纳的燃料电池的损伤减少。
另外，优选上述抵接部设置于比第二支承部靠近第一支承部的位置。通过这样的结构，在第一支承部断裂之后，能够适当地使上述抵接部与燃料电池壳体抵接。
另外，在上述燃料电池系统中，可以构成为第一支承部以及上述抵接部沿着由上述侧面和燃料电池壳体的上表面形成的棱线配置。通过这样的结构，能够在燃料电池壳体中刚度相对高的位置配置第一支承部和上述抵接部。
另外，在上述燃料电池系统中，优选接触部沿着棱线形成为肋状。通过这样的结构，能够相对地提高上述接触部的刚度。
在上述燃料电池系统中，可以构成为辅机的第一支承部被固定于比上述侧面的中央部靠上侧的位置，第二支承部被固定于比上述侧面的中央部靠下侧的位置。通过这样的结构，能够在燃料电池壳体中刚度相对高的位置固定辅机。
另外，在上述燃料电池系统中，可以构成为辅机是用于控制对燃料电池进行冷却的冷却水的阀，抵接部是用于调整主体部的内部压力的压力调整部。由于阀的压力调整部的刚度比较高且从周围突出，所以不另外设定抵接部就能够抑制燃料电池壳体的变形。
在上述燃料电池系统中，可以构成为第一支承部具有在因外力而断裂的情况下承受应力集中的断裂引导部。由此，能够适当地使第一支承部断裂。
可以构成为第二支承部具有沿与上述侧面正交的方向延伸并将主体部与燃料电池壳体连接的连接部。由此，能够在第一支承部断裂之后适当地使抵接部与燃料电池壳体抵接。
一个实施方式中的燃料电池车辆是搭载有上述任一技术方案所记载的燃料电池系统的燃料电池车辆，该燃料电池系统被配置为其侧面与该燃料电池车辆的侧面平行。由此，能够提供一种在受到侧面碰撞的情况下抑制燃料电池的损伤的燃料电池车辆。
根据本发明，能够提供在受到外力的情况下抑制燃料电池壳体变形的燃料电池系统以及燃料电池车辆。
根据以下的详细描述和附图将会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是俯视观察燃料电池车辆的内部结构的说明图。
图2是实施方式1所涉及的燃料电池系统的外观立体图。
图3是实施方式1所涉及的燃料电池系统的分解立体图。
图4是实施方式1所涉及的燃料电池系统的后视图。
图5是对因外力而导致裂缝进入至阀装置的第一支承部的状态进行说明的图。
图6是表示辅机承受外力而导致支承部断裂的状态的图。
图7是表示辅机承受外力而导致抵接部与燃料电池壳体抵接的状态的图。
图8是用于说明支承部的形状的图。
图9是表示支承部的形状的其他例子的图。
图10是表示支承部的形状的又一其他例子的图。
图11是实施方式2所涉及的燃料电池系统的外观立体图。
图12是实施方式2所涉及的燃料电池系统的后视图。
具体实施方式
＜实施方式1＞
以下，通过发明的实施方式来对本发明进行说明，但并不将技术方案所涉及的发明限定为以下的实施方式。另外，实施方式中说明的结构未必全部是用于解决课题的手段。
首先，参照图1对搭载了作为本发明的一个实施方式的燃料电池系统的燃料电池车辆的结构进行说明。图1是俯视观察燃料电池车辆的内部结构概要的说明图。燃料电池车辆1是通过使氢与氧发生化学反应来发电并通过发出的电来驱动马达而进行行驶的汽车。
作为主要结构，燃料电池车辆1具有车辆驱动系统11、升压逆变器12、燃料电池系统13、氢罐17以及电池18。其中，在以后的附图中标注了用于说明构成要素的位置关系的右手系XYZ坐标。在附图中，XY平面为水平面，Z轴表示铅垂方向。另外，X轴正方向表示燃料电池车辆1的右方，Y轴正方向表示燃料电池车辆1的前方。
车辆驱动系统11被配置于燃料电池车辆1的前方，担负驱动车辆的任务。车辆驱动系统11作为主要的功能而接受从升压逆变器12供给的电流来驱动用于使车轮FW旋转的交流马达。另外，车辆驱动系统11在减速时回收电并向电池18供给。
升压逆变器12被配置于车辆驱动系统11的后方，担负使燃料电池系统13产生的电的电压升压并向车辆驱动系统11供给的任务。
燃料电池系统13使从氢罐17接受到的氢与空气中的氧发生电化学反应来发电，并将产生的电流向升压逆变器12供给。燃料电池系统13配置于升压逆变器12的后方且座席ST的下方。燃料电池系统13具有燃料电池组14和阀装置15。其中，在附图中，为了便于说明而透视示出燃料电池组14的一部分。
如图所示，燃料电池组14收纳有沿Y轴方向层叠多个单电池而成的燃料电池16。燃料电池16通过使氢气与空气发生电化学反应来生成电和水。
阀装置15是配置于燃料电池组14的左侧侧面(YZ面)的燃料电池系统13的辅机。阀装置15为旋转阀，担负对在未图示的散热器与燃料电池组14之间循环的冷却水中的、通过散热器的量与不通过散热器而旁通的量的流量比进行调整的任务。
氢罐17被配置于燃料电池系统13的后方，并储存氢。氢罐17将所储存的氢气向燃料电池系统13供给。在氢罐17的后方配置有电池18。电池18对车辆驱动系统11回收到的电进行储藏，并根据需要将所储藏的电向车辆驱动系统11供给。
接下来，参照图2以及图3对燃料电池系统的详细进行说明。图2是实施方式1所涉及的燃料电池系统的外观立体图。图3是实施方式1所涉及的燃料电池系统的分解立体图。
如图所示，燃料电池组14由壳体140与框架143构成。壳体140与框架143通过未图示的螺栓被螺合。另外，框架143通过未图示的螺栓被螺合于燃料电池车辆1的底盘。由此，燃料电池系统13被固定于燃料电池车辆1。
壳体140的X轴负侧的侧面是用于固定阀装置15的固定面140A。在固定面140A，沿着由固定面140与上表面形成的棱线R1立设有两个第一凸台(boss)141。另外，在两个第一凸台和固定面140A的下方部，与第一凸台141分离地立设有第二凸台142。在第一凸台141以及第二凸台142的顶部分别加工有螺孔，供螺栓20螺合。第一凸台141供阀装置15的第一支承部151螺合。另外，第二凸台142供阀装置15的第二支承部152螺合。将第一凸台141设置于比侧面的中央部靠上侧，将第二凸台142设置于比侧面的中央部靠下侧，由此阀装置15被固定于刚度相对高的区域。
阀装置15由主体部153、两个第一支承部151、以及第二支承部152构成。主体部153具有与管90连接来引入冷却水的流入口、将冷却水向管91供给的流出口、流量调整用的转子、以及转子驱动马达155等。其中，转子驱动马达155设置于第二支承部152延伸突出的一侧。换言之，第二支承部152从转子驱动马达155的附近延伸突出。
另外，在主体部153的上部，在与壳体140对置的面且比第二支承部152接近第一支承部151的位置立设有内部压力调整用的呼吸帽(gap)154。呼吸帽154被配置为与固定面140A分离，如后述那样，构成为在第一支承部151断裂的情况下与壳体140抵接。呼吸帽154也可以被称为呼吸阀或通气阀。
两个第一支承部151在主体部153的上部侧从隔着呼吸帽154而分离的位置沿着YZ面向外侧分别延伸突出，分别具有用于供螺栓20插通的贯通孔。第一支承部151配置在与两个第一凸台141分别对应的位置，并通过螺栓20分别固定于壳体140。第一支承部151以及呼吸帽154沿着由燃料电池组14的侧面与上表面形成的棱线R1配置。
第二支承部152从与第一支承部分离的主体部153的下部侧向Z轴负侧延伸突出、并在向X轴正侧折弯后再次向Z轴负侧延伸突出，且在该处具有用于供螺栓20插通的贯通孔。第二支承部152被配置在与第二凸台142对应的位置，通过螺栓20被固定于壳体。
接下来，参照图4对燃料电池组14与阀装置15的位置关系进一步进行说明。图4是实施方式1所涉及的燃料电池系统的后视图。其中，为了容易理解，第一支承部151以及第一凸台141用虚线表示。
如图所示，阀装置15通过第一支承部151螺合于第一凸台141、第二支承部152螺合于第二凸台142而被固定于固定面140A。即，主体部153被第一支承部151以及第二支承部152支承为与壳体140分离。这里，主体部153与壳体140(固定面140A)的距离为D2。另一方面，从主体部153向壳体140侧突出的呼吸帽154也是与壳体140(固定面140A)分离的状态，其距离是比D2小的D1。
接下来，对阀装置15因外力而被破坏的状态进行说明。图5是对因外力而裂缝进入至阀装置的第一支承部的状态进行说明的图。外力F1是任意物体从燃料电池车辆1的外部发生碰撞的情况下产生的按压力。外力F1作用为使阀装置15的主体部153从X轴负侧向X轴正方向接近壳体140侧。
若外力F1施加于主体部153，则外力F1的分力分别传递至第一支承部151和第二支承部152。第一支承部151被预先设定为在被施加外力F1的情况下比第二支承部先被破坏。因此，若外力F1的分力施加于第一支承部151且其超过屈服应力，则第一支承部151产生裂缝BR。
图6以及图7均表示对阀装置15施加外力F1且第一支承部151被破坏的状态，为了便于说明，将第一支承部151的状态与呼吸帽154的状态分为不同的图来示出。图6是表示作为辅机的阀装置15承受外力而支承部断裂的状态的图。图7是表示作为辅机的阀装置15承受外力而抵接部与燃料电池壳体抵接的状态的图。
如图所示，第一支承部151在产生了裂缝之后达到断裂。在第一支承部151断裂之后，若进一步继续施加外力F1，则第二支承部152发生变形，主体部153的上部侧以接近壳体140的方式移动。而且，从主体部153突出的呼吸帽154与壳体140的接触部P1抵接。其中，该情况下的第二支承部152的变形可以是弹性变形，也可以是塑性变形。
这样，通过预先设定的呼吸帽154与壳体140的接触部P1抵接，能够防止主体部153的其他部分与壳体140接触。因此，通过这样的结构，燃料电池系统13能够抑制意外的燃料电池的破坏。
另外，为了抑制壳体140的变形，优选接触部P1的刚度较高。如图7所示，接触部P1被设置于固定面140A的比中央部C1靠近缘部C2的位置。通过这样构成，能够相对地提高接触部P1的刚度。此外，为了相对地提高接触部P1的刚度，也可以加厚壳体140中的接触部P1的板厚。另外，也可以通过对于壳体140附加其他的加强部件来提高接触部P1的刚度。
接下来，对第一支承部151以及第二支承部152的形状的变更进行说明。在外力F1施加于主体部153的情况下，第一支承部151被设定为比第二支承部152先断裂。实现此的具体构成例如下所示。
图8是用于说明支承部的形状的图。在图8中，为了示出第一支承部151以及第二支承部152的形状而切掉燃料电池系统13的一部分来进行表示。如图所示，第二支承部152具有将壳体140与主体部153连接的连接部152b。连接部152b沿与固定面140A正交的方向延伸。
通过第二支承部152具有连接部152b，由此在第一支承部151断裂之后，由于连接部152b发生变形，所以在主体部153产生旋转力矩M。由此，燃料电池系统13容易设定接触部P1的位置。
图9是表示支承部的形状的其他例子的图。图9所示的燃料电池系统13在第一支承部151具有断裂引导部251这点与图8的燃料电池系统13不同。断裂引导部251是在第一支承部151中设置于将壳体140与主体部153连接的区域的U字形或V字形的槽。
在对阀装置15施加了外力F1的情况下，会在断裂引导部251的底部251b产生应力集中。因此，在第一支承部151断裂时，从底部251b产生裂缝。通过这样的结构，燃料电池系统13容易控制第一支承部151的断裂位置。
图10是表示支承部的形状的又一其他例子的图。对于图10所示的燃料电池系统13而言，第二支承部152不具有连接部152b，并且厚度方向的尺寸与图8的例子不同。如图所示，第一支承部151的厚度方向的尺寸为D3。另外，第二支承部152的厚度方向的尺寸为比D3厚的D4。通过使厚度方向的尺寸为比D3厚的D4，由此第二支承部152的剪切方向的刚度高于第一支承部151的剪切方向的刚度。通过这样的结构，燃料电池系统13能够在被施加了外力F1的情况下适当地使第一支承部151断裂。
此外，也可以代替厚度方向的尺寸，而通过使第二支承部152的宽度方向的尺寸比第一支承部151的宽度方向的尺寸宽，来使第二支承部152的剪切方向的刚度比第一支承部151的剪切方向的刚度高。即，图10的例子被设定为第二支承部152的剪切方向的断面二次矩大于第一支承部151的剪切方向的断面二次矩。由此，能够使第二支承部152的剪切方向的刚度高于第一支承部151的剪切方向的刚度。
以上，对实施方式1进行了说明，但实施方式1所涉及的燃料电池系统13并不局限于上述的结构。例如，也可以构成为阀装置15的第一支承部151位于比固定面140A的中央部靠下侧且框架143的附近，第二支承部152位于比固定面140A的中央部靠上侧且由固定面140A与上表面形成的棱线的附近。该情况下，作为抵接部的呼吸帽154位于第一支承部151的附近。通过这样的结构，与呼吸帽154接触的接触部P1被设定于框架143的附近。因此，燃料电池系统13能够在具有高刚度的位置承受因外力F1引起的按压力，能够抑制所收纳的燃料电池的破坏。
另外，阀装置15也可以是具有1个第一支承部151并具有2个第二支承部152的结构。另外，固定于固定面140A的辅机可以为其他种类的辅机来代替阀装置15。主体部153所具有的抵接部只要为主体部153的一部分即可，也可以不是呼吸帽154，而是被配置为与壳体140分离并在第一支承部151因外力F1断裂的情况下与壳体140抵接的其他结构。
＜实施方式2＞
接下来，对实施方式2进行说明。实施方式2所涉及的燃料电池系统在壳体具有用于固定第一支承部151的肋(rib)这点上与实施方式1不同。
图11是实施方式2所涉及的燃料电池系统的外观立体图。图11所示的燃料电池系统23具有壳体240来代替燃料电池系统13的壳体140。壳体240在固定面140A的上侧沿着由固定面140A和上表面形成的棱线R1(与Y轴平行地)具有肋241。通过具有肋241，燃料电池系统13能够提高壳体240的刚度。肋241具有用于螺合阀装置15的第一支承部151的螺孔。通过在肋241固定第一支承部151，燃料电池系统13能够在受到外力F1的情况下抑制壳体240的变形。
接下来，参照图12对燃料电池组14与阀装置15的位置关系进一步进行说明。图12是实施方式2所涉及的燃料电池系统的后视图。其中，与图4同样，第一支承部151用虚线表示。
如图所示，阀装置15通过第一支承部151螺合于肋241、且第二支承部152螺合于第二凸台142而被固定于固定面140A。这里，主体部153与壳体140(固定面140A)的距离为D4。另一方面，呼吸帽154与壳体140(肋241)的距离为比D4小的D5。另外，呼吸帽154与肋241的距离亦即D5小于实施方式1中的呼吸帽154与固定面140A的距离亦即D1。通过形成为这样的结构，能够使主体部153与实施方式1的情况相比更接近壳体240侧。即，D4能够设定得小于D2。
在壳体240，供呼吸帽154抵接的接触部P2被设置于肋241上。即，接触部P2沿着由固定面140A与壳体240的上表面形成的棱线R1形成为肋状。通过形成为这样的结构，能够相对地提高固定面140A中的接触部P2的刚度。因此，燃料电池系统13成为在施加了外力F1而第一支承部151被破坏了的情况下抑制壳体240变形的构造。
以上，对实施方式2进行了说明，但实施方式2的结构并不局限于上述的情况，例如，肋241的固定第一支承部151的部分和与接触部P2相当的部分也可以构成为不同的肋形状。
此外，本发明并不局限于上述实施方式，在不脱离主旨的范围内能够适当地变更。例如，在图1所示的燃料电池车辆中，燃料电池系统13配置于车辆的中央部地板下，但并不局限于此。例如，燃料电池系统13也可以配置于车辆的前室(front room)内。
根据上述的公开内容，显然本公开的实施例可以通过多种方式进行变化。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技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统，其中，具备：
燃料电池壳体，收纳燃料电池；和
辅机，被固定于该燃料电池壳体的侧面，
所述辅机具有：
第一支承部，被固定于所述燃料电池壳体；
第二支承部，在与所述第一支承部分离的位置被固定于所述燃料电池壳体；以及
主体部，被所述第一支承部以及所述第二支承部支承为与所述燃料电池壳体分离，
在对于所述主体部向接近所述燃料电池壳体的方向施加了外力的情况下，所述第一支承部比所述第二支承部先断裂。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述主体部包括抵接部，该抵接部被配置为与所述燃料电池壳体分离、并在因所述外力而所述第一支承部断裂的情况下与所述燃料电池壳体抵接，
所述燃料电池壳体具有在因所述外力而所述第一支承部断裂的情况下与所述抵接部接触的接触部，
所述接触部被设置于比所述侧面的中央部靠近所述侧面的缘部的位置。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
所述抵接部被设置于比所述第二支承部靠近所述第一支承部的位置。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统，其中，
所述第一支承部以及所述抵接部沿着由所述侧面与所述燃料电池壳体的上表面形成的棱线配置。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，
所述接触部沿着所述棱线形成为肋状。
6.根据权利要求2～5中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述辅机的所述第一支承部被固定于比所述侧面的中央部靠上侧的位置，所述第二支承部被固定于比所述侧面的中央部靠下侧的位置。
7.根据权利要求2～6中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述辅机是用于控制对所述燃料电池进行冷却的冷却水的阀，
所述抵接部是用于调整所述主体部的内部压力的压力调整部。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述第一支承部具有在因所述外力而断裂的情况下承受应力集中的断裂引导部。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述第二支承部具有沿着与所述侧面正交的方向延伸并将所述主体部与所述燃料电池壳体连接的连接部。
10.一种燃料电池车辆，搭载有权利要求1～9中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统被配置为所述侧面与所述燃料电池车辆的侧面平行。
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