CN112242548A - 燃料电池系统以及燃料电池车辆 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及燃料电池系统以及燃料电池车辆。燃料电池车辆(10)搭载有燃料电池系统(16)，该燃料电池系统(16)具备：堆壳体(27)，其收纳发电单电池(32)的单电池层叠体(25)；辅助设备壳体(28)，其邻接地设置于堆壳体(27)的一端，收纳燃料电池用辅助设备(60)；以及燃料气体配管(74)，其与辅助设备壳体(28)连接，向燃料电池用辅助设备(60)导入燃料气体。燃料电池系统(16)具备将辅助设备壳体(28)的一部分切缺而成的切缺部(70b)，以通过切缺部(70b)的附近的方式配置燃料气体配管(74)。

Description

燃料电池系统以及燃料电池车辆
技术领域
本发明涉及具备堆壳体和辅助设备壳体的燃料电池系统以及燃料电池车辆，堆壳体收纳层叠多个发电单电池而成的层叠体，辅助设备壳体收纳燃料电池用辅助设备。
背景技术
例如，固体高分子型燃料电池具备电解质膜-电极结构体(MEA)，该电解质膜-电极结构体(MEA)在由高分子离子交换膜形成的电解质膜的一方配设阳极电极，在另一方配设阴极电极。由隔板夹持电解质膜-电极结构体来构成发电单电池，层叠多个发电单电池来构成层叠体。
在该层叠体进一步层叠接线板、绝缘板、端板等，从而得到燃料电池堆。燃料电池堆收容于堆壳体，还有，将包括燃料气体的喷射器等在内的燃料电池用辅助设备收纳的辅助设备壳体邻接地设置于堆壳体，来构成燃料电池系统。这样的燃料电池系统搭载于燃料电池车辆的前箱来使用。
然而，在燃料电池车辆中使用的燃料电池系统，要求在燃料电池车辆发生碰撞等而向燃料电池系统输入冲击载荷时氢气等燃料气体不会泄漏的结构。在专利文献1中公开了如下结构：将辅助设备壳体内的燃料气体配管配置在刚性高的堆附近来保护燃料气体配管的结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3671864号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，虽然专利文献1的燃料电池系统能够实现保护辅助设备壳体内的氢配管，但是没有示出关于保护从辅助设备壳体到氢罐的氢配管的结构。
本发明的目的在于提供即使在输入冲击载荷的情况下也能够保护与辅助设备壳体连接的氢配管的燃料电池系统以及燃料电池车辆。
用于解决问题的方案
本发明的一方面是燃料电池系统，具备：堆壳体，其收纳发电单电池的层叠体；辅助设备壳体，其邻接地设置于所述堆壳体的一端，收纳燃料电池用辅助设备；以及燃料气体配管，其向所述燃料电池用辅助设备导入燃料气体，在所述辅助设备壳体设置切缺部，该切缺部是将所述辅助设备壳体的同所述堆壳体分离的一端面与上端部之间的上端角部切缺而形成的，所述切缺部以随着从所述一端面朝向所述堆壳体侧而升高的方式倾斜，所述燃料气体配管以通过所述切缺部的附近的方式配置。
本发明的另一方面是燃料电池车辆，其搭载有上述的燃料电池系统。
发明的效果
根据上述方面的燃料电池系统以及燃料电池车辆，即使在输入冲击载荷的情况下，也能够实现由辅助设备壳体的切缺部产生的空间来保护氢配管。
根据参照附图来说明的以下实施方式的说明，能容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是本发明的实施方式涉及的搭载有燃料电池系统的燃料电池车辆的概要结构说明图。
图2是示出图1的燃料电池系统的外观的立体图。
图3是示出图1的燃料电池系统向燃料电池车辆的搭载布局的图。
图4是示出从正面侧观察图3的燃料电池系统的图。
图5是示出图1的燃料电池系统的作用的说明图。
图6是示出比较例涉及的燃料电池系统的作用的说明图。
具体实施方式
以下，例举优选的实施方式并参照附图来详细地说明本发明涉及的燃料电池系统以及燃料电池车辆。
在各图中，以燃料电池车辆10为基准，从驾驶员侧观察，分别用箭头符号“L”表示左侧，用箭头符号“R”表示右侧，用箭头符号“Fr”表示前方，用箭头符号“Rr”表示后方，用箭头符号“U”表示上方，用箭头符号“D”表示下方。
如图1所示，实施方式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具备：燃料电池系统16，其配设于在仪表板12的前方形成的前箱14(电机室)内；以及用于装配的托架24，其用于将燃料电池系统16固定于设置构件20(车身架)。一对设置构件20设置于车辆(燃料电池车辆10)的右侧以及左侧，在车辆的前后方向延伸。在后述的端板30以及辅助设备壳体28中，燃料电池系统16借助托架24被固定于设置构件20。前箱14设置在左右的前轮26L、26R之间。在前箱14内，除了燃料电池系统16以外，还配设未图示的用于车辆行驶的电机等。
燃料电池系统16具有单电池层叠体25、堆壳体27、辅助设备壳体28以及端板30。单电池层叠体25是多个发电单电池32在一方向(车宽方向、左右方向)层叠而形成的。发电单电池32包括电解质膜-电极结构体34、从两侧夹持电解质膜-电极结构体34的一组隔板36、38。
电解质膜-电极结构体34例如具有固体高分子电解质膜40、在固体高分子电解质膜40的一方的面40a设置的阴极电极42以及在固体高分子电解质膜40的另一方的面40b设置的阳极电极44。固体高分子电解质膜40是含有水分的全氟磺酸的薄膜。固体高分子电解质膜40除了使用氟系电解质以外，还可以使用HC(碳化氢)系电解质。
隔板36、38例如是将钢板、不锈钢板、铝板、镀处理钢板、或者在金属表面实施了用于防腐蚀的表面处理的金属薄板的截面冲压成型为波形而构成的。也可以是，隔板36、38由碳材料构成。
在隔板36中的与阴极电极42相向的面，形成氧化剂气体(例如空气)流通的氧化剂气体流路46。在隔板38中的与阳极电极44相向的面，形成燃料气体(例如氢气)流通的燃料气体流路48。在彼此邻接的隔板36与隔板38之间形成冷却介质流通的制冷剂流路50。
向阴极电极42供给氧化剂气体。向阳极电极44供给燃料气体。发电单电池32通过被供给至阴极电极42的氧化剂气体与被供给至阳极电极44的燃料气体的电化学反应，来进行发电。
在单电池层叠体25的层叠方向一端(箭头符号L方向的端)朝向外方依次配设第一接线板52和第一绝缘板54。在单电池层叠体25的层叠方向另一端(箭头符号R方向的端)朝向外方依次配设第二接线板56和第二绝缘板58。
如图1以及图2所示，堆壳体27是沿着车宽方向延伸的四边筒形状。堆壳体27将单电池层叠体25从上下方向和前后方向覆盖。在图1中，辅助设备壳体28是用于保护燃料电池用辅助设备60的保护壳体，被固定于堆壳体27的一端部(箭头符号L方向的端部)。在辅助设备壳体28内收容有燃料气体系设备和氧化气体系设备，作为燃料电池用辅助设备60。
如图1以及图2所示，端板30以将堆壳体27的另一端部的开口部封闭的方式固定于堆壳体27的另一端部(箭头符号R方向的端部)。端板30由长方形的金属板构成，被多个螺栓61紧固于堆壳体27的另一端部。端板30对单电池层叠体25施加层叠方向的紧固载荷。而且，虽然省略图示，但在堆壳体27与端板30之间，遍及堆壳体27与端板30的接合部整周地配置有由弹性材料形成的密封构件。
如图2所示，辅助设备壳体28具备一端(箭头符号L方向的端)开口的箱形的第一壳体构件62、另一端(箭头符号R方向的端)开口的箱形的第二壳体构件66。第二壳体构件66以封闭第一壳体构件62的开口的方式配置，来构成辅助设备壳体28。在第一壳体构件62的一端部的周缘部设置有以向外方突出的方式形成的凸缘部64。另外，在第二壳体构件66的另一端部的周缘部设置有以向外方突出的方式形成的凸缘部68。第一壳体构件62的凸缘部64与第二壳体构件66的凸缘部68被多个螺栓67紧固，从而第一壳体构件62与第二壳体构件66接合为一体。
第一壳体构件62的另一端(箭头符号R方向的端)以将堆壳体27的一端侧的开口部封闭的方式接合，第一壳体构件62被螺栓紧固于堆壳体27的一端。第一壳体构件62也兼具堆壳体27的端板的功能。因此，第一壳体构件62抵接于第一绝缘板54(参照图1)，与端板30之间对单电池层叠体25施加层叠方向的紧固载荷。
第二壳体构件66具备：主体部66e，其具备正面66a、一端面66b、背面66c、底面66d；以及上端部66f，其形成于主体部66e的上端侧。正面66a配置于车身的前方，背面66c是配置于车身的后方的面。正面66a以及背面66c形成为与前后方向(箭头符号Fr、Rr方向)大致垂直的面。底面66d设置于正面66a的下端部与背面66c的下端部之间，覆盖第二壳体构件66的底部。一端面66b是将第二壳体构件66的一端部(箭头符号L方向)覆盖的面，形成为与车宽方向(箭头符号R、L方向)大致垂直的面。
还有，在第二壳体构件66的上端部66f形成有与正面66a、一端面66b以及背面66c的上端相比向上方突出的鼓出部70。由从正面66a的上端延伸的正面侧上端面70a、与一端面66b的上端相连的切缺部(日文：切欠部)70b以及从背面66c的上端延伸的背面侧上端面70c构成第二壳体构件66的鼓出部70。
正面侧上端面70a由朝向前方的倾斜面构成，以随着朝向第二壳体构件66的前后方向的中央部分而逐渐向上方突出的方式倾斜。背面侧上端面70c由朝向后方的倾斜面构成，以随着朝向第二壳体构件66的前后方向的中央部分向上方突出的方式倾斜。
切缺部70b在假定的冲击载荷输入方向即车辆的前后方向平行地延伸，将辅助设备壳体28的上端角部倾斜地切缺而形成。即，切缺部70b以相对于车宽方向(箭头符号R、L方向)以及上下方向(箭头符号U、D方向)倾斜的方式，从一端面66b的上端朝向第二壳体构件66的凸缘部68而逐渐向上方突出地倾斜。另外也可以是，将辅助设备壳体28的一端面66b从一端侧切缺成V字状来构成切缺部70b。
鼓出部70在侧视观察时由于正面侧上端面70a以及背面侧上端面70c而形成为，第二壳体构件66的前后方向的中央部分为最高。另外，鼓出部70在正视观察时由于切缺部70b而形成为，形成有凸缘部68的另一端部为最高。
以从正面66a、底面66d、背面66c以及鼓出部70的另一端部向外方突出的方式来形成第二壳体构件66的凸缘部68。第一壳体构件62的凸缘部64与第二壳体构件66的凸缘部68形成为大致相同的外形形状，在凸缘部64与凸缘部68面接触的状态下被螺栓67紧固，由此构成肋结构65。肋结构65从辅助设备壳体28的正面66a、背面66c、上端部66f以及底面66d突出。在辅助设备壳体28中，肋结构65是对前后方向刚性高的部分，构成在产生了向前后方向的冲击载荷输入时不容易发生变形、破损的增强结构。
在本实施方式的辅助设备壳体28中，还有，肋结构65具备：第一突出部78，其向鼓出部70的正面侧上端面70a的外方(上方以及前方)突出；以及第二突出部80，其从背面侧上端面70c向外方(上方以及后方)突出得大。其中，第二突出部80构成为：在燃料电池系统16因冲击载荷的输入而向仪表板12(参照图1)侧位移时，第二突出部80抵接于仪表板12，在辅助设备壳体28与仪表板12之间产生空间。第二突出部80的尺寸在如下范围适当设定：在辅助设备壳体28与仪表板12之间产生能够保护燃料气体配管74的空间的范围。
另外，为了在维修作业等时容易进行燃料电池系统16的吊装作业，在第一突出部78以及第二突出部80分别设置有孔部78a、80a，孔部78a、80a在厚度方向贯通由凸缘部64以及凸缘部68构成的肋结构65。孔部78a、80a形成为能够安装吊钩的尺寸。这样，具有孔部78a的第一突出部78以及具有孔部80a的第二突出部80构成燃料电池系统16的吊装结构。
在鼓出部70的切缺部70b设置连接接口76。在连接接口76连接有向喷射器等燃料电池用辅助设备60(参照图1)供给燃料气体的燃料气体配管74。燃料气体配管74沿着切缺部70b朝向辅助设备壳体28的后方布置管道。另外，燃料气体配管74具有向车宽方向折弯的蜿蜒曲折部74a。蜿蜒曲折部74a具有：折回部74b，其从上方观察时以向车宽方向的左侧突出方式折回成U字状；以及折弯部74c，其设置于折回部74b的两端。而且，蜿蜒曲折部74a不限定于三个折弯部位，也可以根据需要设置多个折回部74b。蜿蜒曲折部74a配置在与将切缺部70b向后方延长而成的面相比靠外方(箭头符号L方向的外侧)的位置，即使在燃料电池系统16因冲击载荷的输入而向后方位移的情况下，蜿蜒曲折部74a也配置在不会被夹在仪表板12与燃料电池系统16之间的位置。如图所示，折弯部74c之前的燃料气体配管74朝向车辆的下部延伸。燃料气体配管74通过车室21的下方并且与在车辆后方设置的燃料气体罐(例如，氢罐)连接。如图4所示，燃料气体配管74在与辅助设备壳体28相比不会向车宽方向突出的位置处配置于辅助设备壳体28的背面66c侧。
由橡胶、各种弹性体等柔软的树脂材料、或者不锈钢、铝或其合金、铜或铜合金等能够塑性变形的金属材料来构成燃料气体配管74。即使燃料电池系统16发生位移，也由蜿蜒曲折部74a吸收变形，由此以不会断裂的方式构成燃料气体配管74。
如图3所示，燃料电池系统16配置在由燃料电池车辆10的罩盖15以及仪表板12包围的前箱14内。此时，辅助设备壳体28的鼓出部70配置在与仪表板12的上端朝向车身前方折弯而成的仪表板上部(日文：ダッシュアッパー)18相向的位置。
燃料气体配管74沿着鼓出部70的切缺部70b朝向后方的仪表板12的附近延伸，进而朝向仪表板12的下方布置管道。如图4所示，在辅助设备壳体28的切缺部70b的附近，由具备第二突出部80(参照图3)的肋结构65形成不会与仪表板12以及仪表板上部18等的周边构件抵接的空间71。以通过该空间71的方式布置管道燃料气体配管74。
本实施方式的燃料电池系统16如以上的结构，以下说明其作用。
如图5所示，因从燃料电池车辆10的前方(箭头符号Fr方向)朝向后方(箭头符号Rr方向)输入冲击载荷，而燃料电池系统16向后方(箭头符号Rr方向)位移。当燃料电池系统16位移时，在辅助设备壳体28(第二壳体构件66)的肋结构65设置的第二突出部80抵接于仪表板12，一边将仪表板上部18向上方推起一边进一步向后方位移。
由此，在第二壳体构件66的切缺部70b的附近产生不会与仪表板12等车身结构发生干扰的、安全的空间71。燃料气体配管74配设在切缺部70b的附近，因此在该空间71收容燃料气体配管74。因而，即使在燃料电池系统16因输入冲击载荷而位移的情况下，也能够保护燃料气体配管74。
另一方面，如图6所示，在比较例的燃料电池堆96中，在辅助设备壳体28不设置切缺部70b，在肋结构98也不设置突出部。在这样的燃料电池堆96中，在燃料电池堆96因冲击载荷的输入而向后方位移的情况下，在与仪表板12之间无法确保安全的空间71。因此，燃料气体配管74有时会与仪表板12等车身侧的部件发生干扰，有大的载荷作用于燃料气体配管74的风险。
与之相对，根据本实施方式的燃料电池系统16，在第二壳体构件66的切缺部70b的附近，能够将燃料气体配管74收容并保护于不会与仪表板12等车身结构发生干扰的、安全的空间71。
本实施方式的燃料电池系统16以及燃料电池车辆10实现以下的效果。
本实施方式的燃料电池系统16具备：堆壳体27，其收纳发电单电池32的层叠体(单电池层叠体25)；辅助设备壳体28，其邻接地设置于堆壳体27的一端，收纳燃料电池用辅助设备60；以及燃料气体配管74，其向燃料电池用辅助设备60导入燃料气体，在辅助设备壳体28设置切缺部70b，该切缺部70b是将辅助设备壳体28的同堆壳体27分离的一端面66b与上端部66f之间的上端角部切缺而形成的，切缺部70b以随着从一端面66b朝向堆壳体27侧而升高的方式倾斜，燃料气体配管74以通过切缺部70b的附近的方式配置。通过这样的结构，在切缺部70b的附近产生不会与仪表板12等车身结构发生干扰的、安全的空间71，能够将燃料气体配管74收容并保护于该空间71。另外，即使在燃料电池系统16因输入冲击载荷而向后方位移的情况下，也能够在切缺部70b的附近产生不会与仪表板12等车身结构发生干扰的、安全的空间71。
在上述的燃料电池系统16中，也可以是，在切缺部70b设置燃料气体配管74的连接接口76。通过这样的结构，能够将燃料气体配管74和连接接口76保护于安全的空间71内。
在上述的燃料电池系统16中，也可以是，辅助设备壳体28具备：第一壳体构件62，其一端与堆壳体27接合并且另一端开口；以及第二壳体构件66，其以与第一壳体构件62相向地覆盖开口的方式被安装于第一壳体构件62，切缺部70b设置于第二壳体构件66。这样，优选的是，在远离堆壳体27的第二壳体构件66设置切缺部70b，由此能够将燃料气体配管74布置管道在不会被燃料电池系统16与仪表板12等车身结构夹住的位置。
在上述的燃料电池系统16中，也可以是，第一壳体构件62以及第二壳体构件66借助凸缘部64、68被接合，并且在辅助设备壳体28的背面侧上端面70c形成朝向外方突出的第二突出部80。通过这样的结构，在燃料电池系统16因冲击载荷的输入而朝向后方位移时，第二突出部80抵接于仪表板12等车身结构，能够在切缺部70b的附近产生不会与车身结构发生干扰的、安全的空间71。
在上述的燃料电池系统16中，在凸缘部64、68的第二突出部80形成有吊装结构，该吊装结构具有在厚度方向贯通凸缘部64、68的孔部80a。由此，不需要另外设置吊装构件，能够使辅助设备壳体28的结构简单化。
在上述的燃料电池系统16中，也可以是，燃料气体配管74从连接接口76朝向辅助设备壳体28的后表面侧延伸并且设置有向侧方折弯的蜿蜒曲折部74a。
本实施方式的燃料电池车辆10搭载有上述的燃料电池系统16。由此，优选的是，即使在输入冲击载荷时，也能够保护燃料气体配管74。
也可以是，本实施方式的燃料电池车辆10还具备前箱14、在前箱14的后方形成的车室21以及将前箱14与车室21分隔开的仪表板12，燃料电池系统16中，辅助设备壳体28以及堆壳体27在车宽方向排列并搭载于前箱14，并且燃料气体配管74沿着切缺部70b朝向仪表板12的附近在前后方向延伸，在燃料气体配管74设置有向车宽方向折弯的蜿蜒曲折部74a。通过这样的结构，优选的是，即使在输入冲击载荷时，也能够保护燃料气体配管74。
上述的燃料电池车辆10中，在仪表板12的上端设置有朝向前方折弯并延伸的仪表板上部18，并且，辅助设备壳体28具备：第一壳体构件62，其一端与堆壳体27接合并且另一端开口；以及第二壳体构件66，其以与第一壳体构件62相向地覆盖开口的方式被安装于第一壳体构件62，在输入冲击载荷时，在第一壳体构件62与第二壳体构件66的接合部设置的凸缘部64、68将仪表板上部18推起，从而在切缺部70b与仪表板12之间形成收容燃料气体配管74的空间71。由此，优选的是，能够保护燃料气体配管74。
在上述中，举出适合的实施方式对本发明进行说明，但本发明并不限定于所述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可作出各种改变。

Claims (8)

1.一种燃料电池系统(16)，具备：
堆壳体(27)，其收纳发电单电池(32)的层叠体(25)；
辅助设备壳体(28)，其邻接地设置于所述堆壳体的一端，收纳燃料电池用辅助设备(60)；以及
燃料气体配管(74)，其向所述燃料电池用辅助设备导入燃料气体，
在所述辅助设备壳体设置有切缺部(70b)，该切缺部(70b)是将所述辅助设备壳体的同所述堆壳体分离的一端面(66b)与上端部(66f)之间的上端角部切缺而形成的，所述切缺部以随着从所述一端面朝向所述堆壳体侧而升高的方式倾斜，
所述燃料气体配管以通过所述切缺部的附近的方式配置。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述切缺部设置所述燃料气体配管的连接接口(76)。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述辅助设备壳体具备：第一壳体构件(62)，其一端与所述堆壳体接合并且另一端开口；以及第二壳体构件(66)，其以与所述第一壳体构件相向地覆盖所述开口的方式被安装于所述第一壳体构件，所述切缺部设置于所述第二壳体构件。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第一壳体构件以及所述第二壳体构件借助凸缘部(64、68)被接合，并且在所述辅助设备壳体的背面侧上端面(70c)形成向外方突出的突出部(80)。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述凸缘部的所述突出部形成吊装结构，该吊装结构具有在厚度方向贯通所述凸缘部的孔部(80a)。
6.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料气体配管从所述连接接口朝向所述辅助设备壳体的后表面侧延伸并且设置有向侧方折弯的蜿蜒曲折部(74a)。
7.一种燃料电池车辆(10)，其搭载有根据权利要求1至6中的任一项所述的燃料电池系统。
8.根据权利要求7所述的燃料电池车辆，其特征在于，
还具备前箱(14)、在所述前箱的后方形成的车室(21)以及将所述前箱与所述车室分隔开的仪表板(12)，
所述燃料电池系统中，所述辅助设备壳体以及所述堆壳体在车宽方向排列并搭载于所述前箱，并且所述燃料气体配管沿着所述切缺部朝向所述仪表板的附近在前后方向延伸，
在所述燃料气体配管设置有向所述车宽方向折弯的蜿蜒曲折部(74a)。
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