CN111384420A

CN111384420A - 燃料电池车辆

Info

Publication number: CN111384420A
Application number: CN201911365334.8A
Authority: CN
Inventors: 石川大祐; 西海弘章
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-07-07
Also published as: JP7139940B2; US11225152B2; US20200207224A1; JP2020104598A; EP3675260A1

Abstract

本发明实现一种燃料电池车辆，在该燃料电池车辆与刚体碰撞时，能够通过目视来廉价地判定电堆是否损伤。燃料电池车辆具备：脆弱部，其配置为与电堆框架中与电堆的电池单体的层叠方向正交的侧面接触，在被输入了预先设定的使电堆损伤的碰撞力的情况下变形；以及变形部，其构成车体的一部分，在碰撞力输入到车体的情况下发生变形而与脆弱部接触。

Description

燃料电池车辆

技术领域

本公开涉及一种燃料电池车辆，例如涉及电堆经由电堆框架而固定于车体的燃料电池车辆。

背景技术

一般的燃料电池车辆如日本特开2007-335184号公报所公开的那样，搭载有由多个电池单体层叠而成的电堆。并且，电堆经由坚固的电堆框架而固定于车体，从而当碰撞力输入到燃料电池车辆时，电堆不会损伤。此时，电堆框架的强度被设定为比被输入到电堆而使该电堆损伤的碰撞力大。

本申请人发现了以下的课题。在一般的燃料电池车辆中，在燃料电池车辆与刚体碰撞而电堆无外伤的情况下，仅靠目视电堆无法判定是否电堆的电池单体发生横移等而电堆在与该电堆的电池单体的层叠方向正交的方向上损伤。

于是，一般的燃料电池车辆为了判定电堆是否被输入了使电堆在与该电堆的电池单体的层叠方向正交的方向上发生损伤的碰撞力，在车体搭载有加速度传感器、压力传感器等，存在成本增加的课题。

发明内容

本公开是鉴于这样的问题点而作出的，其实现一种燃料电池车辆，能够通过目视来廉价地判定在燃料电池车辆与刚体碰撞时电堆在与该电堆的电池单体的层叠方向正交的方向上是否损伤。

本公开的一个形态的燃料电池车辆是电堆经由电堆框架而固定于车体的燃料电池车辆，其具备：

脆弱部，其配置为，在所述电堆固定于所述电堆框架的状态下与所述电堆框架中与所述电堆的电池单体的层叠方向正交的侧面接触，在被输入了预先设定的使电堆损伤的碰撞力的情况下变形；以及

变形部，其构成所述车体的一部分，在碰撞力输入到所述车体的情况下发生变形而与所述脆弱部接触。

根据这样的结构，只需目视脆弱部，就能够判定电堆在与该电堆的电池单体的层叠方向正交的方向上是否损伤，能够省略搭载于一般的燃料电池车辆的、用于检测输入到电堆的碰撞力的加速度传感器、压力传感器。

因此，能够通过目视，廉价地判定在燃料电池车辆与刚体碰撞时电堆在与该电堆的电池单体的层叠方向正交的方向上是否损伤。

在上述燃料电池车辆中，优选所述脆弱部为从所述电堆框架中与所述电堆的电池单体的层叠方向正交的侧面凸出的突起部。

根据这样的结构，能够将脆弱部与电堆框架一体成型。

在上述燃料电池车辆中，优选所述脆弱部的厚度随着朝向所述电堆框架的外侧而逐渐变薄。

根据这样的结构，当碰撞力输入到脆弱部时能够使该脆弱部的前端大幅变形，能够易于目视脆弱部的变形。

根据本公开，可以实现下述燃料电池车辆，其能够通过目视来廉价地判定在燃料电池车辆与刚体碰撞时电堆在与该电堆的电池单体的层叠方向正交的方向上是否损伤。

通过参照作为并非用于限制本公开的例子而附加的附图，并阅读以下详细说明，能够进一步明确本公开的其他的特征、目的、优点。

附图说明

图1是示意性地示出实施方式1的燃料电池车辆的图。

图2是将实施方式1的燃料电池车辆的前舱的内部简化而示出的俯视图。

图3是将实施方式1的燃料电池车辆的电堆主体简化而示出的剖视图。

图4是示意性地示出实施方式1的燃料电池车辆的电堆框架的立体图。

图5是示意性地示出实施方式1的燃料电池车辆的电堆框架的主视图。

图6是示意性地示出在实施方式1的燃料电池车辆中电堆搭载于电堆框架的状态的立体图。

图7为示意性地示出在实施方式1的燃料电池车辆中电堆搭载于电堆框架的状态的俯视图。

图8为放大示出电堆与电堆框架之间的固定部的立体图。

图9为图5的IX部分的放大图。

图10为示意性地示出实施方式2的燃料电池车辆中的脆弱部周边的放大图。

图11为示意性地示出实施方式3的燃料电池车辆中的脆弱部周边的放大图。

具体实施方式

以下，参照附图对应用了本公开的具体实施方式进行详细说明。但是，本公开并非限定于以下的实施方式。此外，为了使说明明确，以下的记载及附图被适当地简化。

<实施方式1>

首先，简单地说明本实施方式的燃料电池车辆的基本结构。图1是示意性地示出本实施方式的燃料电池车辆的图。图2是将本实施方式的燃料电池车辆的前舱的内部简化而示出的俯视图。图3是将本实施方式的燃料电池车辆的电堆主体简化而示出的剖视图。

在此，在以下的说明中，为了使说明明确，使用三维(XYZ)坐标系来进行说明。另外，X轴正向侧为燃料电池车辆的前侧，X轴负向侧为燃料电池车辆的后侧，Y轴正向侧为燃料电池车辆的左侧，Y轴负向侧为燃料电池车辆的右侧，Z轴正向侧为燃料电池车辆的上侧，Z轴负向侧为燃料电池车辆的下侧。

本实施方式的燃料电池车辆1例如如图1及图2所示，在电堆2搭载于电堆框架3的状态下收纳于车身(body)4的前舱41的内部。

此时，如图2所示，至少电堆框架3的X轴正向侧的端部被作为车体一部分的前构件5保护。并且，至少电堆框架3在Y轴方向上的两端部被作为车体一部分的侧构件6保护。

即，从Z轴方向观察，以包围至少电堆框架3的X轴正向侧的端部及电堆框架3在Y轴方向上的两端部的方式，将前构件5及侧构件6配置成大致コ字形状。

此时，在燃料电池车辆1的X轴正向侧的面与刚体碰撞时，如图2所示，侧构件6作为以弯曲的方式变形来吸收冲击的变形部而发挥功能。另外，在图2中，以双点划线示出了侧构件6变形后的状态。

如图1所示，电堆2具备电堆主体21及电源控制单元22，经由电堆框架3固定于作为车体一部分的悬挂框架7。如图3所示，电堆主体21的在X轴方向上层叠的多个电池单体21a收纳在框体21b的内部。

电池单体21a如下构成：由阳极与阴极从X轴方向夹持由离子交换膜构成的电解质膜，进而由一对分隔件从X轴方向将夹持有电解质膜的阳极及阴极夹持。

电池单体21a的层叠体被由橡胶等弹性体构成的间隔件21c保持在框体21b的内部。另外，在图3中，省略了形成于电池单体21a的用于流过空气或氢气、冷却水的多个通孔等，将电堆主体21简化地进行了表示。

这样的电堆主体21使向电堆2的阴极供给的空气中所包含的氧气与从氢气罐8向电堆2的阳极供给的氢气发生化学反应而发电，来驱动电动机9。电动机9的驱动力被传递到车轮10，由此燃料电池车辆1行驶。这样的电堆主体21及电动机9被电源控制单元22控制。

接下来，对本实施方式的燃料电池车辆的电堆框架的结构进行说明。图4是示意性地示出本实施方式的燃料电池车辆的电堆框架的立体图。图5是示意性地示出本实施方式的燃料电池车辆的电堆框架的主视图。

如图4及图5所示，电堆框架3以平板形状为基本形态，具有比预先设定的使电堆2损伤的碰撞力高的强度。详细而言，电堆框架3的Z轴正向侧的第1平板31与Z轴负向侧的第2平板32被肋部33连结从而被加强，电堆框架3例如为铝的挤压成型品。即，电堆框架3具有将在X轴方向上贯通的空洞部34在Y轴方向上排列多列而成的结构。

顺便，虽然附图示例的电堆框架3为一体成型品，但也可以根据成型模具的大小等而为分割为多个的结构。在该情况下，能够通过焊接等方式将分割出的成型品彼此接合，从而形成电堆框架3。另外，电堆框架3的形状并无特别限定，只要是具有从Z轴方向观察下能够包围电堆2的尺寸且能够搭载电堆2的形状即可。

图6是示意性地示出在本实施方式的燃料电池车辆中电堆搭载于电堆框架的状态的立体图。图7是示意性地示出在本实施方式的燃料电池车辆中电堆搭载于电堆框架的状态的俯视图。图8为放大示出电堆与电堆框架之间的固定部的立体图。

电堆2配置于电堆框架3的Z轴正向侧的面上，如图6及图7所示，电堆2螺栓接合于电堆框架3。详细而言，如图4所示，从配置于电堆框架3的最靠近Y轴正向侧及最靠近Y轴负向侧的空洞部34形成有在Z轴方向上贯通第1平板31的通孔31a。

此外，如图8所示，在配置在电堆框架3的最靠近Y轴正向侧及最靠近Y轴负向侧的空洞部34中插入有第1加强板11。第1加强板11为矩形形状的平板，形成有在Z轴方向上贯通第1加强板11的通孔。

在这样的第1加强板11的通孔与第1平板31的通孔31a同轴配置的状态下，第1加强板11通过铆钉12固定于第1平板31。

并且，在电堆主体21的框体21b的固定片21d上形成的通孔与第1平板31的通孔31a及第1加强板11的通孔同轴配置的状态下，将螺栓13穿过电堆主体21的通孔、第1平板31的通孔31a及第1加强板11的通孔，在该螺栓13上旋入螺母14，从而电堆2固定于电堆框架3。

虽然省略了图示，但像这样固定有电堆2的电堆框架3螺栓接合于悬挂框架7。详细而言，以从配置于电堆框架3的最靠近Y轴正向侧及最靠近Y轴负向侧的空洞部34在Z轴方向上贯通第2平板32的方式形成有通孔。

此外，如图4所示，在配置在电堆框架3的最靠近Y轴正向侧及最靠近Y轴负向侧的空洞部34中插入有第1加强板11。第2加强板15为矩形形状的平板，形成有在Z轴方向上贯通第2加强板15的通孔。在这样的第2加强板15的通孔与第2平板32的通孔同轴配置的状态下，第2加强板15固定于第2平板32。

并且，在第2平板32的通孔及第2加强板15的通孔与形成于悬挂框架7的通孔同轴配置的状态下，将螺栓穿过第2平板32的通孔、第2加强板15的通孔及悬挂框架7的通孔，在该螺栓上旋入螺母16，从而固定有电堆2的电堆框架3固定于悬挂框架7。由此，电堆2经由电堆框架3而固定于悬挂框架7。

以与这样的电堆框架3中与电堆2的电池单体21a的层叠方向正交的侧面、即电堆框架3的各个Y轴正向侧的侧面3a及Y轴负向侧的侧面3b接触的方式，配置有脆弱部17。例如，如图5所示，脆弱部17为从电堆框架3的各个侧面3a及侧面3b凸出的突起部，与电堆框架3一体成型。另外，脆弱部17只要以与电堆框架3中与电堆2的电池单体21a的层叠方向正交的侧面接触的方式配置即可。

图9为图5的IX部分的放大图。另外，在图8及图9中，以双点划线示出了电堆框架3与脆弱部17的边界。如图5及图9所示，脆弱部17的YZ剖面为大致矩形形状，脆弱部17从电堆框架3的各个侧面3a及侧面3b的Z轴正向侧的部分向电堆框架3的外侧凸出。并且，脆弱部17沿X轴方向延伸，配置于电堆框架3的各个侧面3a及侧面3b沿X轴方向的大致整个区域中。

在被输入了预先设定的使电堆2损伤的碰撞力的情况下，这样的脆弱部17变形。即，脆弱部17的强度比预先设定的使电堆2损伤的碰撞力低。

使电堆2损伤的碰撞力与电堆2的试验应力相等，电堆2的试验应力能够通过相邻的电池单体21a之间的摩擦力和间隔件21c的反作用力(即，间隔件21c束缚电池单体21a的力)之和来求出。这些相邻的电池单体21a之间的摩擦力及间隔件21c的反作用力能够通过解析等而预先推导出来，其结果是能够预先设定使电堆2损伤的碰撞力。

使脆弱部17变形的负载能够通过电堆框架3的材料强度与脆弱部17的XZ剖面积之积来求出。电堆框架3的材料强度作为形成电堆框架3的材质而被预先公开。

在此，在如上述那样燃料电池车辆1与刚体碰撞的情况下，如图2所示，侧构件6以弯曲的方式变形，通过预先解析等，能够推定在侧构件6弯曲时该侧构件6所接触的脆弱部17的X轴方向的范围。换言之，来自脆弱部17的X轴方向的其他范围不会输入侧构件6的碰撞力。

因此，作为脆弱部17的XZ剖面积，可以通过推定出的脆弱部17的X轴方向的范围的长度与该范围的Z轴方向的高度之积求出。如果基于这样预先设定的使电堆2损伤的碰撞力、预先公开的电堆框架3的材料强度以及预先推定出的脆弱部17的X轴方向的范围的长度，设定该脆弱部17在X轴方向范围中的Z轴方向的高度，就能够实现在预先设定的使电堆2损伤的碰撞力输入到脆弱部17的情况下该脆弱部17变形的结构。

在这样的本实施方式的燃料电池车辆1中，燃料电池车辆1的X轴正向侧的面与刚体碰撞而侧构件6以弯曲的方式变形并与脆弱部17接触，碰撞力经由侧构件6输入到脆弱部17。即，使电堆2的电池单体21a发生横移的Y轴方向上的碰撞力输入到脆弱部17。

在输入到脆弱部17的碰撞力为预先设定的使电堆2损伤的碰撞力以上的情况下，脆弱部17变形。此时，使电堆2损伤的碰撞力以上的碰撞力从Y轴方向经由电堆框架3输入到电堆2，因此在例如电池单体21a发生横移等但电堆2未产生外伤的情况下，仅靠目视电堆2，无法识别如下情况：电池单体21a发生横移等而电堆2在与该电池单体21a的层叠方向正交的Y轴方向上损伤。

然而，在本实施方式中，如上述那样脆弱部17变形，因此即使电堆2未产生外伤，也只需目视脆弱部17，就能够判定电堆2在与该电堆2的电池单体21a的层叠方向正交的Y轴方向上是否损伤。

像这样，关于本实施方式的燃料电池车辆1，只需目视脆弱部17，就能够判定电堆2在与该电堆2的电池单体21a的层叠方向正交的Y轴方向上是否损伤，因此能够省略搭载于一般的燃料电池车辆的、用于检测输入到电堆2的碰撞力的加速度传感器、压力传感器。

因此，关于本实施方式的燃料电池车辆1，能够通过目视来廉价地判定在燃料电池车辆1与刚体碰撞时电堆2在与该电堆2的电池单体21a的层叠方向正交的Y轴方向上是否损伤。并且，仅靠目视脆弱部17，就能够简单地判定电堆2是否损伤。

<实施方式2>

图10是示意性地示出本实施方式的燃料电池车辆中的脆弱部周边的放大图。另外，在图10中，以双点划线示出了电堆框架与脆弱部的边界。在实施方式1中，使脆弱部17从电堆框架3的各个侧面3a及侧面3b的Z轴正向侧的部分向电堆框架3的外侧凸出，但从电堆框架3的各个侧面3a及侧面3b凸出的Z轴方向的位置并无限定。例如，如图10所示，也可以从电堆框架3的侧面3a(3b)中的Z轴方向大致中央向该电堆框架3的外侧凸出。

<实施方式3>

图11是示意性地示出本实施方式的燃料电池车辆中的脆弱部周边的放大图。另外，在图11中，以双点划线示出了电堆框架与脆弱部的边界。实施方式1的脆弱部17的YZ剖面为大致矩形形状，但脆弱部17的YZ剖面形状并无限定。此时，例如，可以如图11所示，以随着越向电堆框架3的外侧而脆弱部17的Z轴方向高度(厚度)就越薄的方式，使YZ剖面为大致三角形状。

在此，在求出使脆弱部17变形的负载时的该脆弱部17的XZ剖面积，例如可以是脆弱部17在Y轴方向上的宽度中央处的XZ剖面积。由此，在碰撞力输入到脆弱部17时，能够使该脆弱部17的前端大幅变形，能够易于目视脆弱部17的变形。

另外，在求出使脆弱部17变形的负载时的该脆弱部17的XZ剖面积，可以是脆弱部17的前端以外的XZ剖面。

本公开不限于上述实施方式，能够在不脱离主旨的范围中适当地进行变更。

在上述实施方式中，将脆弱部17与电堆框架3一体成型，但也可以例如以树脂等形成脆弱部17，并安装于电堆框架3的各个侧面3a及侧面3b上。重要地是，只要脆弱部17以与电堆框架3的各个侧面3a及侧面3b接触的方式配置即可。

上述实施方式的脆弱部17配置于电堆框架3的各个侧面3a及侧面3b沿X轴方向的大致整个区域中，但只要脆弱部17配置在至少当侧构件6弯曲时该侧构件6所接触的范围中即可。但是，如果将脆弱部17配置在电堆框架3的各个侧面3a及侧面3b沿X轴方向的大致整个区域中，则能够简单地将脆弱部17与电堆框架3一体成型。

根据以上的本公开的说明，明确了能够对本公开进行各种变形。这样的变形不应被视为脱离了本公开的思想及范围，此外，所有的对本领域技术人员而言显而易见的改良都包括在权利要求书的保护范围中。

Claims

1.一种燃料电池车辆，其中，电堆经由电堆框架而固定于车体，所述燃料电池车辆具备：

脆弱部，其配置为，在所述电堆固定于所述电堆框架的状态下与所述电堆框架中与所述电堆的电池单体的层叠方向正交的侧面接触，在被输入了预先设定的使电堆损伤的碰撞力的情况下，该脆弱部变形；以及

2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其中，

所述脆弱部为从所述电堆框架中与所述电堆的电池单体的层叠方向正交的侧面凸出的突起部。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆，其中，

所述脆弱部的厚度随着朝向所述电堆框架的外侧而逐渐变薄。