CN113609575A - 一种氢燃料电池通用化的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢燃料电池通用化的设计方法，通过分别获取两种不同车型氢燃料电池安装位置的最大可利用空间及根据所述氢燃料电池安装要求定义最大有效利用空间，并通过建模计算出两种模型的最大公共部分的外形尺寸，并将其作为通用化的外形尺寸，同时结合不同车型的整车结构布置特征，在通用化电池上设计通用的外部接口。实施本发明的有益效果是：结合主流商用车和乘用车的整车结构特征，采用布尔运算，提出了氢燃料电池通用化设计包络及尺寸拓展的研究方法，实现了在一定车型范围内的氢燃料电池的通用化设计，并降低了与整车布置匹配的复杂程度，减少了产品多样性，缩短了开发周期，对降低整车成本有积极作用。
Description
技术领域
本发明涉及氢燃料电池汽车技术领域，尤其涉及不同车型氢燃料电池通用化的设计方法。
背景技术
氢燃料电池汽车正处于蓬勃发展期。目前市场上的氢燃料电池多种多样，但不同功率的氢燃料电池的设计没有统一的规则，即便在同一个厂家内部，也未能呈现出系列化的设计策略。
主流氢燃料汽车所搭载的氢燃料电池，其设计仅仅基于与本车型的整车布置进行匹配，较少兼顾与其他车型的匹配便利性，因此适配其他车型时会带来诸多差异，这势必会降低氢燃料电池在不同车型之间的通用性。
发明内容
本发明针对现有氢燃料电池匹配不同车型时带来的产品多样性和复杂性的问题，提供了不同车型氢燃料电池通用化的设计方法，包括以下步聚：
S1、获取两种不同车型的氢燃料电池安装位置的最大有效利用空间尺寸数据；
S2、根据两种氢燃料电池安装位置的最大有效利用空间尺寸数据通过绘图软件分别进行建模，计算出两种模型的最大公共部分的外形尺寸；
S3、将最大公共部分的外形尺寸作为通用氢燃料电池的外形尺寸，并在通用氢燃料电池外部设计外部接口。
进一步地，所述两种不同车型的氢燃料电池分别为第一电池和第二电池，定义所述第一电池安装位置的最大利用空间尺寸为L1*W1*H1,其中L1为车辆长度方向所述第一电池安装位置的最大利用空间尺寸、W1为车辆宽度方向所述第一电池安装位置的最大利用空间尺寸、H1为车辆高度方向所述第一电池安装位置的最大利用空间尺寸，进而确定所述第一电池安装位置的最大有效利用空间尺寸为L1'*W1'*H1'，式中L1'＝L1-a1,W1'＝W1-b1,H1'＝H1-c1,其中a1为所述第一电池安装时在车辆长度方向预留的间隙尺寸、b1为所述第一电池安装时在车辆宽度方向预留的间隙尺寸、c1为所述第一电池安装时在车辆高度方向预留的间隙尺寸。
定义所述第二电池安装位置的最大利用空间尺寸为L2*W2*H2,其中L2为车辆长度方向所述第二电池安装位置的最大利用空间尺寸、W2为车辆宽度方向所述第二电池安装位置的最大利用空间尺寸、H2为车辆高度方向所述第二电池安装位置的最大利用空间尺寸，进而确定所述第二电池安装位置的最大有效利用空间尺寸为L2'*W2'*H2'，式中L2'＝L2-a2,W2'＝W2-b2,H2'＝H2-c2,其中a2为所述第二电池安装时在车辆长度方向预留的间隙尺寸、b2为第二电池安装时在车辆宽度方向预留的间隙尺寸、c2为第二电池安装时在车辆高度方向预留的间隙尺寸。
进一步地，在三维绘图软件中分别对两种不同车型的氢燃料电池安装位置的最大有效利用空间尺寸数据进行建模，通过布尔运算，计算出两种模型的最大公共部分的外形空间尺寸为L*W*H，式中L＝min(L1',L2')，W＝min(W1',W2')，H＝min(H1',H2')。
进一步地，所述外部接口包括冷却液的进水口与排水口、空气的进气口、废气水混合物的排气口、进氢口、高压接口；所述进气口、所述进水口、所述排水口设置于所述通用氢燃料电池的前部；所述进氢口、所述排气口设置于所述通用氢燃料电池的后部；所述高压接口设置于所述通用氢燃料电池的顶部。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过结合主流氢燃料汽车的结构特征，提供不同车型通用氢燃料电池的设计方法，并通过尺寸拓展，可以更好的解决现有氢燃料电池匹配整车布置时带来的产品多样性和复杂性的问题，同时该方法简便，易于理解实现，对整车电池匹配上提供了方向。
附图说明
图1是乘用车氢燃料电池安装位置及其最大有效利用空间示意图；
图2是商用车氢燃料电池安装位置及其最大有效利用空间示意图；
图3是商乘通用的氢燃料电池的外形空间尺寸示意图；
图4通用的氢燃料电池外部接口布局示意图。
图中：1-前围板、2-机盖内板、3-左纵梁、4-散热模块、5-右纵梁、6-前悬梁、7-顶部横梁、8-车架左纵梁、9-车架右纵梁、10-底部横梁、11-第一电池安装位置的最大有效利用空间、12-第二电池安装位置的最大有效利用空间、13-最大公共部分的外形空间尺寸、14-进水口、15-进气口、16-排水口、17-悬置安装点、18-排气口、19-进氢口、20-高压接口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
本发明的实施例以一种乘用车、一种商用车两车型为例，提供了不同车型通用氢燃料电池的设计方法，对于本领域的技术人员而言，可以理解的是该设计方法同样适用于其他任意两种不同型号车型的氢燃料电池通用化的设计，其包括以下步聚：
S1、获取两种不同车型的氢燃料电池安装位置的最大有效利用空间尺寸数据。
请参考图1，本实施例中的乘用车为第一车型，其氢燃料电池为第一电池，所述第一电池大都布置在前机舱，定义所述前机舱最大利用空间尺寸为L1*W1*H1，其中L1为所述前机舱在车辆长度方向的最大利用空间尺寸，也就是X方向的最大利用空间尺寸，W1为所述前机舱在车辆宽度方向最大利用空间尺寸，也就是Y方向最大利用空间尺寸、H1为所述前机舱在车辆高度方向最大利用空间尺寸，也就是Z方向最大利用空间尺寸。
然后结合所述第一电池的通用安装做法，确定所述第一电池安装位置的最大有效利用空间尺寸为L1'*W1'*H1'，式中L1'＝L1-a1,W1'＝W1-b1,H1'＝H1-c1,其中a1为所述第一电池安装时在车辆长度方向预留的间隙尺寸、b1为所述第一电池安装时在车辆宽度方向预留的间隙尺寸、c1为所述第一电池安装时在车辆高度方向预留的间隙尺寸。
对应到本实施例中所述乘用车的所述前机舱一般在车辆长度方向前后设有散热模块4和前围板1，在车辆宽度方向左右设有左纵梁3、右纵梁5，在车辆高度方向上下设有机罩内板2和前悬架6。
所述第一电池的通用安装做法为：所述第一电池在车辆长度方向距所述前围板1有20mm，距所述散热模块4有70mm为宜，故所述第一电池安装时在车辆长度方向预留的间隙尺寸a1为90mm，在此方向最大有效利用空间尺寸为L1'＝(L1-90)mm；在车辆宽度方向距所述左纵梁3、所述右纵梁5均有20mm为宜，故所述第一电池安装时在车辆宽度方向预留的间隙尺寸b1为40mm,在此方向最大有效利用空间尺寸为W1'＝(W1-40)mm；在车辆高度方向距所述前悬梁6有25mm，距所述机盖内板2有70mm为宜,故所述第一电池安装时在车辆高度方向预留的间隙尺寸95mm，在此方向最大有效利用空间尺寸为H1'＝(H1-95)mm，故所述第一电池21安装位置的最大有效利用空间尺寸为(L1-90)*(W1-40)*(H1-95)。
请参考图2，本实施例中的商用车为第二车型，其氢燃料电池为第二电池，所述第二电池大都布置在货厢底部的车架中间位置，定义所述车架中间位置最大利用空间尺寸为L2*W2*H2，其中L2为所述车架中间位置在车辆长度方向的最大利用空间尺寸，也就是X方向的最大利用空间尺寸，W2为所述车架中间位置在车辆宽度方向最大利用空间尺寸，也就是Y方向最大利用空间尺寸、H2为所述车架中间位置在车辆高度方向最大利用空间尺寸，也就是Z方向最大利用空间尺寸。
然后结合所述第二电池的通用安装做法，确定所述第二电池安装位置的最大有效利用空间尺寸为L2'*W2'*H2'，式中L2'＝L2-a2,W2'＝W2-b2,H2'＝H2-c2,其中a2为所述第二电池安装时在车辆长度方向预留的间隙尺寸、b2为所述第二电池安装时在车辆宽度方向预留的间隙尺寸、c2为所述第二电池安装时在车辆高度方向预留的间隙尺寸。
对应到本实施例中所述商用车的所述车架中间位置一般在车辆宽度方向左右设有左车架纵梁8、右车架纵梁9，在车辆高度方向上下设有顶部横梁7和底部横梁10。
所述第二电池的通用安装做法为：在车辆长度方向车架中间位置可向后延伸，无明显的边界限制，故在此方向最大有效利用空间尺寸为L2'＝L2；在车辆高度方向距所述左车架纵梁8、所述右车架纵梁9均有20mm为宜，故所述第二电池安装时在车辆宽度方向预留的间隙尺寸b2为40mm,在此方向最大有效利用空间尺寸为W2'＝(W2-40)mm，在车辆高度方向距所述顶部横梁7有20mm为宜，距所述底部横梁10有10mm为宜，故所述第二电池安装时在车辆高度方向预留的间隙尺寸c2为30mm,在此方向最大有效利用空间尺寸为H2'＝(H2-30)mm，故所述第二电池22安装位置的最大有效利用空间尺寸为(L2)*(W2-40)*(H2-30)。
S2、根据两种氢燃料电池安装位置的最大有效利用空间尺寸数据通过绘图软件分别进行建模，计算出两种模型的最大公共部分的外形尺寸。
请参考图3，具体的，在三维绘图软件(可以为CATIA、SOLIDWORKS等)中分别对所述第一电池安装位置的最大有效利用空间11和所述第二电池安装位置的最大有效利用空间12进行建模，通过布尔运算，计算出两种电池模型的最大公共部分的外形空间尺寸13为L*W*H，式中L＝min(L1',L2')，W＝min(W1',W2')，H＝min(H1',H2')。
S3、将最大公共部分的外形尺寸作为通用氢燃料电池的外形尺寸，并在通用氢燃料电池外部设计外部接口。
将所述两种模型的最大公共部分的外形空间尺寸作为所述第一车型、所述第二车型通用的氢燃料电池的外形空间尺寸，所述通用的氢燃料电池长度L可根据所述L1和所述L2进行拓展、宽度W可根据所述W1和所述W2进行拓展、高度H可根据所述H1和所述H2进行拓展。
请参考图4，具体的，所述外部接口包括冷却液的进水口14与排水口16、空气的进气口15、废气水混合物的排气口18、进氢口19、高压接口20；结合所述第一车型和所述第二车型的结构特性，所述进气口15、所述进水口14、所述排水口16设置于所述通用氢燃料电池的前部，所述进氢口19、所述排气口16设置于所述通用氢燃料电池的后部；结合整车涉水性要求，电池底部距地面不低于300mm，所述高压接口20设置于所述通用的氢燃料电池的顶部，所述通用氢燃料电池通过设置在其左右两侧的悬置安装点与整车固定连接。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.不同车型氢燃料电池通用化的设计方法，其特征在于：包括以下步聚：
S1、获取两种不同车型的氢燃料电池安装位置的最大有效利用空间尺寸数据；
S2、根据两种氢燃料电池安装位置的最大有效利用空间尺寸数据通过绘图软件分别进行建模，计算出两种模型的最大公共部分的外形尺寸；
S3、将最大公共部分的外形尺寸作为通用氢燃料电池的外形尺寸，并在通用氢燃料电池外部设计外部接口。
2.如权利要求1所述的不同车型氢燃料电池通用化的设计方法，其特征在于：所述两种不同车型的氢燃料电池分别为第一电池和第二电池，定义所述第一电池安装位置的最大利用空间尺寸为L1*W1*H1,其中L1为车辆长度方向所述第一电池安装位置的最大利用空间尺寸、W1为车辆宽度方向所述第一电池安装位置的最大利用空间尺寸、H1为车辆高度方向所述第一电池安装位置的最大利用空间尺寸，进而确定所述第一电池安装位置的最大有效利用空间尺寸为L1'*W1'*H1'，式中L1'＝L1-a1,W1'＝W1-b1,H1'＝H1-c1,其中a1为所述第一电池安装时在车辆长度方向预留的间隙尺寸、b1为所述第一电池安装时在车辆宽度方向预留的间隙尺寸、c1为所述第一电池安装时在车辆高度方向预留的间隙尺寸；
定义所述第二电池安装位置的最大利用空间尺寸为L2*W2*H2,其中L2为车辆长度方向所述第二电池安装位置的最大利用空间尺寸、W2为车辆宽度方向所述第二电池安装位置的最大利用空间尺寸、H2为车辆高度方向所述第二电池安装位置的最大利用空间尺寸，进而确定所述第二电池安装位置的最大有效利用空间尺寸为L2'*W2'*H2'，式中L2'＝L2-a2,W2'＝W2-b2,H2'＝H2-c2,其中a2为所述第二电池安装时在车辆长度方向预留的间隙尺寸、b2为第二电池安装时在车辆宽度方向预留的间隙尺寸、c2为第二电池安装时在车辆高度方向预留的间隙尺寸。
3.如权利要求2所述的不同车型氢燃料电池通用化的设计方法，其特征在于：在三维绘图软件中分别对两种不同车型的氢燃料电池安装位置的最大有效利用空间尺寸数据进行建模，通过布尔运算，计算出两种模型的最大公共部分的外形空间尺寸为L*W*H，式中L＝min(L1',L2')，W＝min(W1',W2')，H＝min(H1',H2')。
4.如权利要求1所述的不同车型氢燃料电池通用化的设计方法，其特征在于：所述外部接口包括冷却液的进水口与排水口、空气的进气口、废气水混合物的排气口、进氢口、高压接口；所述进气口、所述进水口、所述排水口设置于所述通用氢燃料电池的前部；所述进氢口、所述排气口设置于所述通用氢燃料电池的后部；所述高压接口设置于所述通用氢燃料电池的顶部。
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