CN1315667C - 燃料电池车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有可有效地冷却降压器等电装电路的结构的燃料电池车辆。燃料箱外罩(66)在与该外表面之间可确保规定的间隙地覆盖前述燃料箱(41)，以便与其外表面之间形成从车体前方通向后方的通风路。电装电路外罩(67)覆盖前述电装电路(84)、以及二次电池(82、83)，其前面(67a)向后上方倾斜。排气管(68)将由形成于前述燃料箱(41)与燃料箱外罩(66)之间的通风路排出外部空气向前述电装电路外罩(67)的前面(67a)下侧导出。左右一对吸气管(69(L、R))的吸气口指向车体前方，而排气口与前述通风路相通。

Description

燃料电池车辆
技术领域
本发明涉及一种以燃料电池为动力能源行驶的燃料电池车辆，特别涉及具有可有效地冷却电装电路的结构的燃料电池车辆。
背景技术
以往，已公知由燃料电池发电的电力提供给电动机，且通过该电动机驱动后轮的燃料电池式自动二轮车。在燃料电池系统中通过作为燃料气体的氢和作为反应气体的氧的电化学反应来发电，但该电化学反应需要适当的反应温度，在低温下或高温下，反应率降低，特别是温度变得过高时，燃料电池的寿命会缩短。因此，在通过燃料电池发电的系统中需要冷却装置，用于将燃料电池的发电过程中产生的热量向燃料电池外部排出，从而将燃料电池的运转温度保持在规定温度范围。
一般，燃料电池堆为多个电池的层叠结构体，且各电池中夹装了冷却板。在冷却板上形成了冷却气体通路，因此电池堆通过将冷却气体流过该冷却气体通路而被冷却。
在特开2001-351652号公报中公开了冷却结构，借助冷却扇导入外部空气而冷却燃料电池堆，再使冷却过燃料电池堆的外部空气通过燃料箱周围后排出。
燃料电池是根据驱动电动机的额定电压而设计，因此要将该电池用作副机用电力则需要降压器。在降压器中功率晶体管被控制为转换状态，其发热量多，因此优选设置冷却装置。
但是，在上述的现有技术中不得不与冷却燃料电池堆和燃料箱的机构分开而单独设置降压器用的冷却机构。因此，不仅会导致部件个数的增加、车重的增加以及成本的上升，还不得不在二轮车的有限空间内配置多个冷却机构，所以存在设计上的自由度被限制等技术问题。
发明内容
本发明的目的在于，解决上述的现有技术问题，提供一种具有可有效冷却降压器等电装电路的结构的燃料电池车辆。
为达成上述目的，本发明在借助于使反应气体与燃料气体产生电化学反应所得电力行驶的燃料电池车辆中，其特征在于，采取了如下的方法。
(1)包括：燃料箱外罩，覆盖储备燃料气体的燃料箱，且在与该燃料箱之间形成从车体前方通向后方的通风路：和电装电路，在前述燃料箱后方配置成面对前述通风路后侧开口部。
(2)包括覆盖前述电装电路的电装电路外罩。
(3)将前述电装电路外罩的前面向后上方倾斜，且使前述通风路后侧开口部面对前述倾斜的前面的下部。
(4)包括吸气管，一端开口为指向车体前方，另一端与前述通风路前侧开口部连接。
(5)在燃料箱和电装电路中包括共同的通风路。
根据上述特征(1)，因可将外部空气只集中到燃料箱周围而供给，所以能够有效地冷却燃料箱。且还可由冷却过燃料箱的外部空气冷却电装电路。
根据上述特征(2)，因电装电路不会直接暴露在冷却过燃料箱的外部空气中，所以即使燃料气体从燃料箱漏出而混入外部空气中，也不会对电装电路产生坏影响。
根据上述特征(3)，冷却过燃料箱的外部气体从电装电路外罩的前面下部沿着倾斜面上升，由此暴露于外部空气中的电装电路外罩的表面积增加，因此冷却效率变高。
根据上述特征(4)，可不必设置通风扇，将外部空气导入通风路中。
根据上述特征(5)，可仅由一个通风路冷却燃料箱及电装电路双方。
附图说明
图1为表示本发明的燃料电池二轮车的主要部分构成的局部切断侧视图。
图2为表示本发明的燃料电池二轮车的主要部分构成的局部切断透视图。
图3为示意性表示车架结构的图。
图4为表示燃料箱被顶架支撑的状态的主视图。
图5为从车体右斜前方看吹风机模块的图。
图6为从车体左斜前方看吹风机模块的图。
图7为表示空气过滤器构成的图。
图8为表示连接在吹风机模块后级的配管系统构成的侧视图。
图9为表示连接在吹风机模块后级的配管系统构成的仰视图。
图10为图8所示的燃料电池盒的A-A线剖面图。
图11为图8所示的燃料电池盒的B-B线剖面图。
图12为燃料电池堆的透视图。
图13为电池的俯视图。
图14为图13的A-A线剖面图。
图15为装配了用于由外部空气冷却燃料箱及电装电路的冷却机构的状态下的局部切断剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。图1为表示本发明的燃料电池二轮车的主要部分构成的局部切断侧视图、图2为其透视图、图3为示意性表示车架结构的图。
车架10，包括：头管11、以该头管11为起点向斜下方延伸的左右一对上部支架13(L、R)、在前述上部支架13的下方，以前述头管11为起点向下方延伸的左右一对下部支架12(L、R)、从前述下部支架12的大致中央部向斜上方延伸，在其中间部连接了前述上部支架13的另一端的左右一对顶架14(L、R)、以及在前述顶架14的下方由前述下部支架12下端延伸到后方的左右一对底架15(L、R)。
前述车架10还具备，大致四边形的环状结构，由其四角支撑前述顶架14及底架15的后端的环状支架16、从前述底架15后端向斜上方延伸的后板17、将前述左右下部支架12(L、R)连接到前述顶架14及底架15被连接的位置的上部连接架18以及下部连接架19。
在前述头管11上，可转向地支撑着轴支撑前轮FW的前叉32及连接到前述前叉32的转向手柄30。在前述后板17下方，左右一对摇动支架20以轴21为支撑点被可摇动自如地轴支撑着，且在其后端支撑着作为驱动轮的后轮RW。
本发明的二轮车辆，作为燃料电池系统，包括：内装燃料电池堆48的燃料电池盒42、储藏供给到前述燃料电池盒42内的燃料电池堆的燃料气体(氢)的燃料箱41、输入外部空气而作为排换气体、反应气体以及冷却气体供给到燃料电池盒42内的配管系统43，还搭载二次电池81、83及燃料电池83作为辅助电源。
前述燃料箱41将其断流阀44侧朝向后方，且倾泻成断流阀侧的一端高于另一端的横卧姿势沿着该顶架14搭载到靠前于入座席31的位置，从而在前述左右顶架14之间被这些支撑。
图4为表示前述燃料箱41被顶架14所支撑的状态的主视图，左右顶架14(L、R)构成为两者的间隔从上部至下部变窄，因此能以横卧姿势支撑燃料箱41。前述顶架14与前述燃料箱41的对接面上装配有冲击吸收部件45。前述燃料箱41如后所述地借助于捆绑带24、25等适当的约束件被坚固地约束在左右顶架14上。
在前述燃料箱41的下方，燃料电池盒42位于前述左右一对底架15之间，且沿着连接前轮FW的旋转轴与后轮RW的旋转轴的直线，再与该直线重叠地通过被设置于前述左右顶架14(L、R)的2部位(共4部位)的支架38、39下吊固定。
这样在本实施方式中将燃料箱41和燃料电池盒42配置成，前述燃料箱41位于燃料电池堆的大致正上方，且使入座席31位于这些的后方，因此通过集中质量提高了驾驶性能。且燃料箱41和燃料电池盒42配置在入座位置前方，因此可减轻至此过多的后轮负载分担，而增加至此过少的前轮负载分担，所以可使前后轮的分担负载适当。还可将燃料箱41和燃料电池堆紧靠配置，因此可缩短燃料气体供给通路的长度。
作为辅助电源的二次电池81、83以及燃料电池82分别分散配置到车辆前方、座席31的下方以及车辆后方。且在座席31后方搭载用于将燃料电池系统的输出电压变换为副机用电压(例如，12V)的降压器84及其周边电路(以下也会将这些统称为电装电路84)。在车体前方的从前述头管11向前方延伸的前支架22装配了吹风机模块60，输入外部空气作为排换气体、反应气体或冷却气体而强制性地向前述燃料电池盒42供给。
图15为在装配了用于由外部空气冷却前述燃料箱41和电装电路84的冷却机构的状态下的局部切断透视图，与前述相同的标号表示相同或同等部分。
燃料箱外罩66在与该外表面之间可确保规定的间隙地覆盖前述燃料箱41，以便与其外表面之间形成从车体前方通向后方的通风路。电装电路外罩67覆盖前述电装电路84、二次电池82以及电池83，其前面67a向后上方倾斜。排气管68将由形成于前述燃料箱41与燃料箱外罩66之间的通风路排出外部空气向前述电装电路外罩67的前面67a下侧导出。左右一对吸气管69(L、R)的吸气口指向车体前方，而排气口与前述通风路相通。
根据这种构成，由吸气管69输入的外部空气被供给到形成于前述燃料箱41与燃料箱外罩66之间的通风路而冷却燃料箱41后，再根据沿着电装电路外罩67的倾斜面流向后方，冷却电装电路外罩67内的电装电路84。因此，不必设置送风扇和吹风机等送风装置，而可以有效地冷却燃料箱41及电装电路84的双方。
进而，根据本实施方式，电装电路84不会直接暴露在冷却过燃料箱41的外部空气中，因此即使燃料气体从燃料箱41漏出而混入外部空气等情况出现，也不会给电装电路84带来坏影响。换言之，根据本实施方式，由冷却过燃料箱41后的外部空气可再冷却电装电路84，因此不必各自输入用于冷却电装电路84的外部空气与用于冷却燃料箱41的外部空气。
图5为从车体右斜前方看吹风机模块60的图、图6为从车体左斜前方看的图，与前述相同的标号表示相同或相等部分。
吹风机模块60主要由内装吹风机电动机及吹风机扇(都未图示)的吹风机主体61、空气过滤器63以及连接前述吹风机主体61和空气过滤器63的吸气管62构成。前述空气过滤器63，如图7所示，在由右壳体63a及左壳体63b构成的壳体内内装了空气过滤片63c。在右壳体63a下侧端面上开设了输入外部空气的吸气口64，而在左壳体63b主面上开设了排气口65。前述排气口65上连接着前述吸气管62。
前述空气过滤器63，如图5所示，以其吸气口64指向车体右侧斜下方的姿势安装到车体上。在前述空气过滤器63的侧面设有切口部63d，在该切口部63d容纳着前述吹风机主体61的吹风机电动机部61a。
在启动吹风机主体61时吸气管62内变成真空，外部空气从空气过滤器63的吸气口64被吸入。该外部空气在空气过滤器63内被过滤片63c过滤之后，从前述排气口65吸入吸气管62内，然后，通过吹风机模块供给到前述送风通路71。
这样在本实施方式中利用吹风机模块60压缩外部空气后供给到燃料电池盒42，因此可提高燃料电池的发电效率。且在本实施方式中将空气过滤器63配置在吹风机主体61的偏上游侧，因此可通过空气过滤器63降低吹风机主体61产生的吸气噪音。进而，在本实施方式中空气过滤器63的吸气口64指向车体下方，因此可防止雨水浸入吸气口64。
图8、9为表示连接在前述吹风机模块60后级的配管系统43的构成的侧视图(图8)及仰视图(图9)，与前述相同的标号表示相同或同等的部分。
在前述送风通路71上设有2个旁通阀73、74，且从上游侧旁通阀73形成将外部空气作为排换气体导入燃料电池盒42内的排换气体供给通路72分支。上游侧旁通阀73为电磁阀，且只在该阀开着的时候将外部空气供给到前述排换气体供给通路72。下游侧旁通阀74内装电磁式三方阀，前述送风通路71在前述下游侧旁通阀74中形成反应气体供给通路75和冷却气体供给通路79分支。前述上游侧及下游侧的各旁通阀73、74通过进行车辆控制的ECU等控制开关状态。
前述反应气体供给通路75将由送风通路71供给的外部空气作为反应气体(氧)向燃料电池堆48供给。前述冷却气体供给通路79将由送风通路71供给的外部空气作为冷却气体向燃料电池堆48供给。前述反应气体供给通路75及冷却气体供给通路79被分为车体左侧(冷却气体供给通路79)及右侧(反应气体供给通路75)，以便通过暴露于流通风中而冷却内部气体空气。
在本实施方式中，若点火开关被置为开通，前述吹风机模块60被付势而开始进行吸入外部空气及其加压，因此外部空气从送风通路71上游侧旁通阀73经过排换气体供给通路72，作为排换气体导入燃料电池盒42内。与此同时，在本实施方式中因打开了前述下游侧旁通阀74，所以外部空气经过反应气体供给通路75向燃料电池堆48供给，同时经过冷却气体供给通路79向燃料电池堆48供给。
另一方面，在本实施方式中，燃料电池堆48的温度Tbatt通常借助于未图示的温度传感器被测量，若点火开关被置为关闭，前述堆温度Tbatt便与规定的基准温度Tref1作比较。前述下游侧旁通阀74被控制成，若为Tbatt＜Tref1，则从送风通路71供给的外部空气不向反应气体供给通路75侧和冷却气体供给通路79的任一个供给，若为Tbatt≥Tref1，则向反应气体供给通路75侧的供给便停止，而只继续进行向冷却气体供给通路79供给。
在前述燃料电池盒42上还连接了用于排换前述排换气体的换气出口通路76和用于排出被净化的燃料气体(氢)的氢出口通路77，且在各通路的另一端连接了消音器70。前述排换气体及被净化的氢在前述消音器70中被混合后向外部排出。于是在本实施方式中排换气体及被净化的氢经过消音器70后被排出，因此可降低排气噪声。
前述燃料箱41和燃料电池盒42通过燃料气体供给通路78被连接，且经过该燃料气体供给通路78，从燃料箱41向燃料电池盒42内的燃料电池堆48供给燃料气体(氢)。在本实施方式中，可监视构成燃料电池堆的各电池的电压，即使其中一个落回到基准电压以下，便进行氢净化。
图10、11为前述燃料电池盒42(图8)的A-A线剖面图及B-B线剖面图，与前述相同的标号表示相同或相等部分。
在燃料电池盒42内将大致立方体状的燃料电池堆48支撑为，在其6个面与盒壳体42a、42b之间确保换气用空间。作为排换气体从前述排换气体供给通路72向燃料电池盒42内导入的外部气体排换滞留于盒壳体42a、42b和燃料电池堆48之间的空间的气体而由前述换气出口通路76排出。
图12为前述燃料电池堆48的透视图，作为其主要部分的层叠体90将多个电池50向箭头A方向层叠，还在其两侧配置集电电极58。图13为前述电池的俯视图，图14为其A-A线剖面图。
电池50，如图14所示，重叠了负极侧隔板51、负电极52、燃料电池用离子交换膜53、正电极54以及正极侧隔板55而构成，同时如图13所示，开设了贯通这些的冷却气体进气管56及反应气体进气管57。前述负电极52和正电极54因由催化剂层和多孔支撑层等形成，所以具有气体扩散功能。
在负极侧隔板51其外侧主面形成冷却气体流路槽51a，且在作为内侧主面的与前述离子交换膜53相对的面上形成了氢流路槽51b。在正极侧隔板52与前述离子交换膜53的相对面上形成了空气流路槽55b。前述冷却气体流路槽51a与前述冷却气体进气管56相通，前述空气流路槽55b与前述反应气体进气管57相通。而且，虽省略了图示，但从前述燃料箱41经过燃料气体供给通路78供给的燃料气体向形成于前述负极侧隔板51的氢流路槽51b供给。
回到图12，前述层叠体90被配置于层叠方向两侧的终板93、配置于侧面的侧板94、配置于上部的上板95、以及配置于底部的底板96覆盖，且加压保持为其层叠方向上总有弹性力作用。
在终板93侧的端部设有反应气体导入口91及冷却气体导入口92。前述反应气体导入口91与前述反应气体进气管57相通，且外部空气作为发电用的反应气体而从前述反应气体供给通路75导入。该反应气体经过反应气体进气管57向空气流路槽55b供给。前述冷却气体导入口92与前述冷却气体进气管56相通，并从前述送风通路71的端部导入冷却气体。该冷却气体经过前述冷却气体进气管56向前述冷却气体流路槽51a供给。
再者，在上述实施方式中，对适用本发明的二轮车进行了说明，但本发明不仅仅限于此，而还可同样地适用到三轮车或四轮车。
根据本发明，可达成如下效果。
(1)根据方案1，可将外部空气仅集中到燃料箱周围，因此可有效地冷却燃料箱。且还可由冷却过燃料箱的外部空气再冷却电装电路。
(2)根据方案2，电装电路不会直接暴露于冷却过燃料箱的外部空气中，因此即使燃料气体从燃料箱漏出而混入外部空气等情况出现，也不会给电装电路带来坏影响。换言之，由冷却过燃料箱后的外部空气可再冷却电装电路，因此不必各自输入用于冷却电装电路的外部空气与用于冷却燃料箱的外部空气。
(3)根据方案3，冷却过燃料箱的外部空气从电装电路外罩的前面下部沿着倾斜面上升，由此增加了暴露于外部空气中的电装电路外罩的表面积，因此可提高冷却效率。
(4)根据方案4，不必设置送风扇，而可将外部空气向通风路导入。
(5)根据方案5，只由一个通风路就可以冷却燃料箱及电装电路。

Claims (5)

1.一种燃料电池车辆，借助于将燃料气体及反应气体向燃料电池堆供给所得的发电电力行驶，其特征在于，包括：
储备所述燃料气体的燃料箱、
燃料箱外罩，覆盖所述燃料箱，且在与该燃料箱之间形成从车体前方通向后方的通风路、和
电装电路，在所述燃料箱后方配置成面对所述通风路后侧开口部。
2.如权利要求1所述的燃料电池车辆，其中，包括覆盖所述电装电路的电装电路外罩。
3.如权利要求2所述的燃料电池车辆，其中，所述电装电路外罩的前面向后上方倾斜，且使所前述通风路后侧开口部面对所述倾斜的前面的下部。
4.如权利要求1或2所述的燃料电池车辆，其中，包括吸气管，一端开口指向车体前方，另一端与所述通风路前侧开口部连接。
5.一种燃料电池车辆，借助于将燃料气体及反应气体向燃料电池堆供给所得的发电电力行驶，其特征在于，包括：
储备所述燃料气体的燃料箱、
控制车辆行驶的电装电路、和
所述燃料箱和电装电路共同的一个通风路。
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