DE102016115702B4

DE102016115702B4 - Brennstoffzellenfahrzeug

Info

Publication number: DE102016115702B4
Application number: DE102016115702.3A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Ohashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2023-07-20
Anticipated expiration: 2036-08-25
Also published as: JP6260797B2; DE102016115702A1; CN106965663A; CA2941285A1; US9895999B2; US20170101031A1; KR101901492B1; KR20170043455A; JP2017074819A; CA2941285C; CN106965663B

Abstract

Brennstoffzellenfahrzeug (1), aufweisend:einen Radiator (11), der in einem Frontabteil (10) angeordnet ist; undeine Brennstoffzellenbaugruppe (12), die bezüglich des Radiators (11) in Fahrzeugheckrichtung im Frontabteil (10) angeordnet ist,wobei die Brennstoffzellenbaugruppe (12) aufweist:einen Baugruppenrahmen (60); undeine Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe (61), die eine Brennstoffzelle (70) sowie ein Hilfsaggregat (71, 72, 73, 74, 75) umfasst, wobei die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe (61) integral am Baugruppenrahmen (60) befestigt ist,wobei der Baugruppenrahmen (60) bezüglich der Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe (61) in Richtung zum Radiator (11) vorragt, undwobei die Brennstoffzellenbaugruppe (12) derart in dem Frontabteil (10) installiert ist, dass eine Höhe eines vorderen Randes (A) des Baugruppenrahmens (60) an der Fahrzeugvorderseite annähernd mit einer Höhe eines Schwerpunkts (P) der gesamten Brennstoffzellenbaugruppe (12) übereinstimmt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 13. Oktober 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung JP 2015-202195 , deren Offenbarungsgehalt hierin vollständig durch Bezugnahme aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Brennstoffzellenfahrzeug ist mit einer Brennstoffzelle sowie deren Peripheriegeräte (Hilfsaggregate) in einem Frontabteil an einer Vorderseite des Fahrzeugs ausgestattet (siehe hierzu WO 2012/004829 A ). Zudem ist es bei Brennstoffzellenfahrzeugen notwendig, Vorkehrungen zu treffen, um die Brennstoffzelle bei einer Kollision von der Vorderseite zu schützen, weshalb beispielsweise ein Airbag in einem Gehäuse der Brennstoffzelle vorgesehen sein kann (siehe hierzu JP 2008-230519 A ).
KURZFASSUNG
Wenn jedoch Vorkehrungen wie vorstehend beschrieben getroffen werden, ist zu beachten, dass, wenn das Fahrzeug heftig während der Fahrt kollidiert, die Brennstoffzelle aufgrund der Trägheitskraft in einen Radiator an der Vorderseite des Frontabteils prallt und ausgehend von dem Ort des Zusammenpralls ein Moment erzeugt wird, das eine Rotation der Brennstoffzelle verursacht. In diesem Fall ist es schwierig vorherzusagen, wogegen die Brennstoffzelle stoßen wird, so dass es schwierig ist, Vorkehrungen zu treffen, um eine Beschädigung der Brennstoffzelle und deren peripherer Hilfsaggregate während der Kollision zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung wurde ausgehend von den vorstehenden Punkten gemacht und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellenfahrzeug zu schaffen, das geeignet ist, die Rotation einer Brennstoffzelle zu unterdrücken, wenn es zu einer Fahrzeugkollision kommt, und so den Schaden an der Brennstoffzelle und an deren peripheren Hilfsaggregaten minimieren kann.
Als Ergebnis intensiver Untersuchungen waren die Erfinder in der Lage, die vorliegende Erfindung zu schaffen, indem sie herausgefunden haben, dass die Rotation der Brennstoffzelle unterdrückt werden kann, wenn es zu einer Fahrzeugkollision kommt, indem die Brennstoffzelle sowie Hilfsaggregate mit einem Baugruppenrahmen integriert werden, um eine Brennstoffzellenbaugruppe zu bilden, und die Höhe des Schwerpunkts der Brennstoffzellenbaugruppe sowie die Höhe eines vorderen Randes des Baugruppenrahmens auf Seiten des Radiators derart auszulegen, dass diese etwa gleich sind.
Insbesondere umfasst die vorliegende Erfindung die folgenden Ausführungsformen.

(1) Ein Brennstoffzellenfahrzeug, aufweisend: einen Radiator, der in einem Frontabteil angeordnet ist; und eine Brennstoffzellenbaugruppe, die bezüglich des Radiators in Fahrzeugheckrichtung im Frontabteil angeordnet ist, wobei die Brennstoffzellenbaugruppe aufweist: einen Baugruppenrahmen; und eine Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe, die eine Brennstoffzelle sowie ein Hilfsaggregat umfasst, wobei die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe integral am Baugruppenrahmen befestigt ist, wobei der Baugruppenrahmen bezüglich der Brennstoffzellenbaugruppe in Richtung zum Radiator vorragt, und die Brennstoffzellenbaugruppe derart in dem Frontabteil installiert ist, dass eine Höhe eines vorderen Randes des Baugruppenrahmens an der Fahrzeugvorderseite annähernd mit einer Höhe eines Schwerpunkts der gesamten Brennstoffzellenbaugruppe übereinstimmt.
(2) Das Brennstoffzellenfahrzeug nach (1), wobei der Baugruppenrahmen in Form einer flachen Platte ausgebildet ist und die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe integral an oberen und unteren Flächen des Baugruppenrahmens befestigt ist.
(3) Das Brennstoffzellenfahrzeug nach (1) oder (2), wobei der Baugruppenrahmen in einer geneigten Lage angeordnet ist, so dass die Fahrzeugvorderseite hoch und die Fahrzeugrückseite niedrig ist.
(4) Das Brennstoffzellenfahrzeug nach einem von (1) bis (3), wobei der vordere Rand des Baugruppenrahmens an der Fahrzeugvorderseite an einer höheren Stelle liegt als eine Motorwelle eines Gebläses des Radiators.
(5) Das Brennstoffzellenfahrzeug nach einem von (1) bis (4), wobei die an einer Unterseite des Baugruppenrahmens befestigte Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe an einer Stelle angeordnet ist, die in eine Breitenrichtung des Fahrzeugs von einer Fahrzeugheckstelle auf einer Verlängerungslinie der Motorwelle des Gebläses des Radiators versetzt ist.
(6) Das Brennstoffzellenfahrzeug nach einem von (1) bis (5), wobei ein Pufferelement zwischen der Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe und dem Radiator angeordnet ist.
(7) Das Brennstoffzellenfahrzeug nach (6), wobei ein Luftfilter, ein Lufteinlass oder ein Ionentauscher als Pufferelement verwendet wird.
(8) Das Brennstoffzellenfahrzeug nach einem von (1) bis (7), wobei der vordere Rand des Baugruppenrahmens an der Fahrzeugvorderseite ein spitz zulaufendes Element ist.
(9) Das Brennstoffzellenfahrzeug nach (8), wobei das spitz zulaufende Element ein elektrischer Leiter ist.
(10) Das Brennstoffzellenfahrzeug nach einem von (1) bis (9), wobei die Fahrzeugrückseite der Brennstoffzellenbaugruppe mit einem Armaturenträger ausgestaltet ist, der das Frontabteil von einem Fahrgastraum trennt, und wobei eine Endseite der Brennstoffzelle an der Fahrzeugrückseite mit einer Paneelversteifungsplatte ausgestaltet ist, die mit dem Armaturenträger flächig kollidiert, wenn die Brennstoffzellenbaugruppe mit dem Armaturenträger kollidiert.
(11) Das Brennstoffzellenfahrzeug nach einem von (1) bis (10), wobei ein unterer Teil der Fahrzeugrückseite der Brennstoffzellenbaugruppe mit einem Brenngastank ausgestaltet ist, und ein Endteil der Brennstoffzellenbaugruppe an der Fahrzeugrückseite mit einer Tankversteifungsplatte ausgestaltet ist, die mit dem Brenngastank flächig kollidiert, wenn der Brenngastank mit der Brennstoffzellenbaugruppe kollidiert.
(12) Das Brennstoffzellenfahrzeug nach (11), wobei die Tankversteifungsplatte derart ausgestaltet ist, dass die Fahrzeugvorderseite des kollidierenden Brenngastanks nach unten ausweichen kann.
(13) Das Brennstoffzellenfahrzeug nach einem von (1) bis (12), wobei das Hilfsaggregat zumindest einen Verstärkungswandler, einen Wechselrichter, eine Pumpe oder einen Luftkompressor umfasst, und wobei die Brennstoffzelle, der Verstärkungswandler und der Wechselrichter der Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe über dem Baugruppenrahmen angeordnet sind und die Pumpe und der Luftkompressor unter dem Baugruppenrahmen angeordnet sind.

Figurenliste

1 zeigt eine erläuternde Darstellung, die eine Übersicht des Innenaufbaus eines Brennstoffzellenfahrzeugs zeigt;
2 zeigt eine erläuternde Darstellung, die einen Innenaufbau eines Brennstoffzellenfahrzeugs in Draufsicht zeigt;
3 zeigt eine erläuternde Darstellung, die einen Überblick eines Innenaufbaus eines Frontabteils zeigt;
4 zeigt eine erläuternde Darstellung, die einen Zustand zeigt, bei dem eine Brennstoffzellenbaugruppe mit einem Radiator kollidiert;
5 zeigt eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel einer Anordnung von Hilfsaggregaten an einer unteren Fläche eines Baugruppenrahmens zeigt;
6 zeigt eine erläuternde Darstellung, die einen Zustand zeigt, bei dem eine mit einem Pufferelement ausgestaltete Brennstoffzellenbaugruppe mit einem Radiator kollidiert;
7 zeigt eine erläuternde Darstellung, die einen Zustand zeigt, bei dem eine Brennstoffzellenbaugruppe, die einen Luftfilter als Pufferelement nutzt, mit einem Radiator kollidiert;
8 zeigt eine erläuternde Darstellung, die einen Zustand zeigt, bei dem eine Brennstoffzellenbaugruppe, die einen Lufteinlass als Pufferelement nutzt, mit einem Radiator kollidiert;
9 zeigt eine erläuternde Darstellung, die einen Zustand zeigt, bei dem eine Brennstoffzellenbaugruppe, die einen Ionentauscher als Pufferelement nutzt, mit einem Radiator kollidiert;
10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines mit einer Rippe ausgestalteten Pufferelements;
11 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Baugruppenrahmens mit einem spitz zulaufenden Element;
12 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Baugruppenrahmens mit einem anderen spitz zulaufenden Element;
13 zeigt eine erläuternde Darstellung, die einen Überblick eines Innenaufbaus eines Frontabteils zeigt, in dem eine Brennstoffzellenbaugruppe mit einer Versteifungsplatte angeordnet ist;
14(a) zeigt eine erläuternde Darstellung, die eine Situation zeigt, bei der ein Brenngastank mit einer Versteifungsplatte kollidiert; und
14(b) zeigt eine erläuternde Darstellung, die eine Situation zeigt, bei der ein Brenngastank aufgrund einer Versteifungsplatte nach unten ausweicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Sofern nicht anders beschrieben, basieren Positionsbeziehungen wie die vertikalen und horizontalen Positionen in den Zeichnungen auf der in den Zeichnungen dargestellten Positionsbeziehung. Das Größenverhältnis der Zeichnungen ist nicht auf das in den Zeichnungen dargestellte Verhältnis beschränkt. Zudem dienen die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen nur beispielhaft zur Erläuterung der Erfindung und nicht dazu, die Erfindung auf diese Ausführungsformen zu beschränken. Darüber hinaus sind verschiedene Abwandlungen der vorliegenden Erfindung denkbar, solange derlei Abwandlungen nicht von der Grundidee der Erfindung abweichen.
1 zeigt eine schematische Darstellung, die eine Übersicht über einen Aufbau eines Brennstoffzellenfahrzeugs 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 2 zeigt eine schematische Darstellung, die eine Übersicht über einen Aufbau eines Brennstoffzellenfahrzeugs 1 in Draufsicht zeigt.
Ein Brennstoffzellenfahrzeug 1 ist beispielsweise ein FR-Fahrzeug (Fahrzeug mit Frontmotor und Heckantrieb) und hat einen Radiator 11 sowie eine Brennstoffzellenbaugruppe 12 in einem Frontabteil 10. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1 hat Brenngastanks 14, 15 unter einem Fahrgastraum 13 und umfasst einen Antriebsmotor 16 in einem Hinterradteil. Der Brenngastank 14 ist derart angeordnet, dass er in eine Front-Heck-Richtung (horizontale Richtung in den 1 und 2) des Fahrzeugs 1 weist (die Kappen weisen in Front-Heck-Richtung), und der Brenngastank 15 ist derart angeordnet, dass er in Breitenrichtung (vertikale Richtung in 2) des Fahrzeugs 1 weist (die Kappen weisen in Breitenrichtung). Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Armaturenträger 20, der den Fahrgastraum 13 von anderen Bereichen trennt, an der Rückseite des Frontabteils 10 angeordnet. Ein Einlasssystem 21 ist beispielsweise über dem Radiator 11 angeordnet.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst der Armaturenträger 20 beispielsweise einen aufrechten Teil 30, der zwischen dem Frontabteil 10 und dem Fahrgastraum 13 vorgesehen ist, einen horizontalen Teil 31, der unter dem Fahrgastraum 13 vorgesehen ist, sowie einen geneigten Teil 32, der den aufrechten Teil 30 und den horizontalen Teil 31 verbindet. Beispielsweise ist ein Tunnelquerschnitt 33 an einer Verbindung zwischen dem geneigten Teil 32 und dem aufrechten Teil 30 angeordnet, um die Stärke bzw. Festigkeit zu erhöhen.
Der Radiator 11 umfasst ein Gehäuse 40, das die Form einer rechteckigen Platte hat, sowie ein Gebläse 41 an der Rückseite des Gehäuses 40. Das Gebläse 41 hat eine horizontale Motorwelle 42, die in Front-Heck-Richtung verläuft.
Die Brennstoffzellenbaugruppe 12 umfasst einen Baugruppenrahmen 60 sowie eine Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61, die integral am Baugruppenrahmen 60 befestigt ist.
Der Baugruppenrahmen 60 besteht beispielsweise aus festem Aluminium oder Edelstahl und ist in Form einer dicken rechteckigen Platte, wie in den 2 und 3 dargestellt, ausgebildet.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 eine Brennstoffzelle 70 sowie eine Mehrzahl von Hilfsaggregaten, die Peripheriegeräte derselben darstellen. Die Hilfsaggregate können beispielsweise einen Verstärkungswandler 71 umfassen, der die elektrische Leistung der Brennstoffzelle 70 erhöht, einen Inverter bzw. Wechselrichter 72, der Gleichspannung in Wechselspannung in der Brennstoffzelle 70 umwandelt, einen Luftkompressor 73, der Oxidationsgas aus der Umgebung ansaugt, eine Brenngaspumpe 74, die der Brennstoffzelle 70 Brenngas zuführt, sowie eine Kühlpumpe 75, die der Brennstoffzelle 70 Kühlwasser zuführt. Die Hilfsaggregate der Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61, die in der Brennstoffzellenbaugruppe 12 installiert sind, sind nicht auf die vorstehend genannten beschränkt und können darüber hinaus auch eine Batterie umfassen, die als Speicherquelle für überschüssige elektrische Leistung fungiert, als Speicherquelle für regenerative Energie während des regenerativen Bremsens, sowie als Energiepuffer während Lastschwankungen, die einhergehen mit dem Beschleunigen oder Verzögern des Brennstoffzellenfahrzeugs 1, einen Befeuchter zum Befeuchten des Oxidationsgases, eine Leistungssteuereinheit, einen Regler oder einen Injektor zum Zuführen von Brenngas zur Brennstoffzelle 70 oder andere Pumpen und Ventile.
Beispielsweise sind an der Fläche auf der oberen Seite des Baugruppenrahmens 60 eine Brennstoffzelle 70, ein Verstärkungswandler 71 sowie ein Wechselrichter 72 in dieser Reihenfolge von unten her gestapelt, so dass die Brennstoffzelle 70, der Verstärkungswandler 71 und der Wechselrichter 72 integral, beispielsweise vermittels eines Bolzens etc., am Baugruppenrahmen 60 befestigt sind.
Auf der Fläche an der der unteren Seite des Baugruppenrahmens 60 sind ein Luftkompressor 73, eine Brenngaspumpe 74 sowie eine Kühlpumpe 75 angeordnet, und der Luftkompressor 73, die Brenngaspumpe 74 und die Kühlpumpe 75 sind integral, beispielsweise vermittels eines Bolzens etc., am Baugruppenrahmen 60 befestigt.
Der Baugruppenrahmen 60 ragt weiter als die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 in Richtung zum Radiator 11 an der Vorderseite. Selbst wenn eine starke äu-ßere Kraft in Front-Heck-Richtung auf das Fahrzeug 1 wirkt, welche veranlasst, dass sich die Brennstoffzellenbaugruppe 12 aufgrund der Trägheitskraft bewegt und in bzw. gegen den Radiator 11 stößt, kollidiert die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 nicht mit dem Radiator 11, sondern der Baugruppenrahmen 60 kollidiert zuerst mit dem Radiator 11. Die Breite des Baugruppenrahmens 60 ist ferner derart gewählt, dass er weiter als die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 in Breitenrichtung vorsteht.
Die Brennstoffzellenbaugruppe 12 ist derart in dem Frontabteil 10 angeordnet, dass die Höhe eines vorderen Randteils A des Baugruppenrahmens 60 an der Vorderseite etwa bzw. annähernd mit der Höhe des Schwerpunkts P der gesamten Brennstoffzellenbaugruppe 12 übereinstimmt. Der Begriff „etwa gleich“ kann im Wesentlichen in einem Bereich liegen, in welchem die Brennstoffzellenbaugruppe 12 nicht um den vorderen Randteil A des Baugruppenrahmens 60 als Schwenkpunkt dreht, wenn der vordere Randteil A des Baugruppenrahmens 60 mit dem Radiator 11 kollidiert, und eine Abweichung von wenigen Zentimetern ist in einem akzeptablen Bereich. Eine Einstellung der Höhe des Schwerpunkts P der Brennstoffzellenbaugruppe 12 kann beispielsweise durch Auswahl der Modelle der Hilfsaggregate, die in der Brennstoffzellenbaugruppe 12 installiert sind, und deren Positionen erfolgen, sowie durch Einstellen des Neigungswinkels etc. des Baugruppenrahmens 60 bezüglich der horizontalen Fläche.
Die Stellung des Baugruppenrahmens 60 ist derart geneigt, dass die Vorderseite höher liegt als die Rückseite. Der vordere Randteil A des Baugruppenrahmens 60 an der Vorderseite liegt an einer höheren Stelle als die Motorwelle 42 des Gebläses 41 des Radiators 11.
Die Brennstoffzellenbaugruppe 12 ist beispielsweise integral an der Fahrzeugkarosserie vermittels einer Befestigung 81 montiert, welche den Baugruppenrahmen 60 mit einem Aufhängungselement 80 des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 verbindet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform bilden der Baugruppenrahmen 60 und die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 integral die Brennstoffzellenbaugruppe 12 und der vordere Randteil A des Baugruppenrahmens 60 an der Vorderseite ragt weiter in Richtung zur Vorderseite vor, als die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61. Die Höhe des vorderen Randteiles A des Baugruppenrahmens 60 an der Vorderseite ist im Wesentlichen gleich der Höhe des Schwerpunkts P der gesamten Brennstoffzellenbaugruppe 12. Wie beispielsweise in 4 gezeigt ist, bewegt sich, wenn es zu einer Kollision an der Vorderseite des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 kommt und eine große externe Kraft auf die Vorderseite des Fahrzeugs 1 einwirkt, der Radiator 11 nach hinten, oder die Brennstoffzellenbaugruppe 12 bewegt sich aufgrund der Trägheitskraft nach vorne, wodurch eine Kollision des vorderen Randteiles A des Baugruppenrahmens 60 mit dem Radiator 11 verursacht wird. Da die Höhe des vorderen Randteils A des Baugruppenrahmens 60 im Wesentlichen gleich der Höhe des Schwerpunkts P der Brennstoffzellenbaugruppe 12 in diesem Punkt ist, tritt kaum ein Drehmoment auf, und die Brennstoffzellenbaugruppe 12 wird daran gehindert, um den vorderen Randteil A des Baugruppenrahmens 60 als Schwenkpunkt zu drehen. Der Baugruppenrahmen 60, der in den Radiator 11 geprallt ist, zerstört den Radiator 11, oder der vordere Rand des Baugruppenrahmens 60, der eingedrückt ist, verursacht, dass die Kollisionsenergie der Brennstoffzellenbaugruppe 12 absorbiert wird, und die Brennstoffzellenbaugruppe 12 stoppt während ihre Ausrichtung im Wesentlichen beibehalten wird. Hierdurch kann die Rotation der Brennstoffzelle 70 unterdrückt werden, und die Kollisionsstelle der Brennstoffzellenbaugruppe 12 kann annähernd vorhergesagt werden, so dass eine Beschädigung der Brennstoffzelle 70 zuverlässig verhindert werden kann. Da ferner die Hilfsaggregate, die Peripherievorrichtung der Brennstoffzelle 70 darstellen, in der Brennstoffzellenbaugruppe 12 integriert sind, kann eine Beschädigung derselben zuverlässig verhindert werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Baugruppenrahmen 60 in Form einer flachen Platte ausgestaltet, und die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 ist integral an oberen und unteren Flächen des Baugruppenrahmens 60 befestigt. Daher hat die Position der Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 einen hohen Freiheitsgrad und die Höhe des Schwerpunkts P der Brennstoffzellenbaugruppe 12 sowie die Höhe des vorderen Randteiles A des Baugruppenrahmens 60 können leicht ausgerichtet werden.
Da ferner die Ausrichtung des Baugruppenrahmens 60 geneigt ist, so dass dessen Vorderseite höher und die Rückseite niedriger liegt, ist es leichter, die Höhe des Schwerpunkts P der Brennstoffzellenbaugruppe 12 mit der Höhe des vorderen Randteiles A des Baugruppenrahmens 60 auszurichten. Das Abführen von Wasser, das während der Stromerzeugung in der Brennstoffzelle 70 erzeugt wird, kann somit verbessert werden.
Da der vordere Randteil A des Baugruppenrahmens 60 höher liegt als die Motorwelle 42 des Gebläses 41 des Radiators 11 kollidiert während einer Kollision der vordere Randteil A des Baugruppenrahmens 60 nicht mit der harten Motorwelle 42 sondern kollidiert stattdessen mit den übrigen weichen Teilen des Radiators 11. Dies verursacht, dass der Kollisionsteil des Radiators 11 durch den Baugruppenrahmen 60 während der Kollision entsprechend eingedrückt wird, sodass die Kollisionsenergie der Brennstoffzellenbaugruppe 12 ausreichend absorbiert werden kann.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann, wie in 5 gezeigt ist, die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 (z.B. der Luftkompressor 73, die Brenngaspumpe 74, und die Kühlpumpe 75), die an der Unterseite des Baugruppenrahmens 60 befestigt ist, an einer Stelle angeordnet sein, die in Breitenrichtung des Fahrzeugs von der hinteren Position der Motorwelle 42 des Radiators 11 versetzt ist. In diesem Fall kann verhindert werden, dass die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 an der unteren Seite des Baugruppenrahmens 60 direkt in die harte Motorwelle 42 prallt, wodurch verhindert werden kann, dass die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 beschädigt wird. Da jedoch der Baugruppenrahmen 60 mit dem Gebläse 41 kollidiert und eingedrückt wird, ohne, dass die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 in die Motorwelle 42 prallt, kann die Kollisionsenergie zufriedenstellend absorbiert werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann, wie in 6 gezeigt ist, ein Pufferelement 90 zwischen der Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 und dem Radiator 11 angeordnet sein. Das Pufferelement 90 kann beispielsweise ein schachtelförmiger rechteckiger Festkörper sein und aus Harz bestehen. Das Pufferelement 90 kann ein Metallrohr sein. Das Pufferelement 90 kann auf Seiten der Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 oder auf Seiten des Radiators 11 montiert sein. In diesem Fall kann, wenn der Baugruppenrahmen 60 kollidiert und der Radiator 11 beschädigt wird, verhindert werden, dass der beschädigte Teil die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 trifft. Hierdurch ist es möglich, die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 vor dem beschädigten Radiator 11 zu schützen. Ferner kann die Trägheitskraft der Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61, die während der Kollision erzeugt wird, durch das Pufferelement 90 absorbiert werden, und die Kollisionsenergie der Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 kann verringert werden. Je mehr Kollisionsenergie durch das Pufferelement 90 absorbiert wird, desto kürzer ist die Länge des Vorsprungs des Baugruppenrahmens 60 in Front-Heck-Richtung.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform können, wie in den 7 bis 9 dargestellt ist, ein Luftfilter 90a, ein Lufteinlass 90b oder ein Ionentauscher 90c des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 als Pufferelement 90 verwendet werden. Der Luftfilter 90a dient zum Reinigen von Luft, die vom Lufteinlass 90b eingebracht wurde, und der Lufteinlass 90b dient zum Ansaugen von Außenluft. Der Ionentauscher 90c dient beispielsweise zum Entfernen von Ionen aus dem Kühlwasser, das die Brennstoffzelle 70 kühlt. Die Gehäuse des Luftfilters 90a, des Lufteinlasses 90b und des Ionentauschers 90c bestehen aus Kunststoff bzw. Harz. Aufgrund dessen ist es, durch die Verwendung vorhandener Vorrichtungen als Pufferelement 90, nicht nötig, ein neues Element als Pufferelement vorzuhalten.
Wie in 10 gezeigt ist, kann eine Oberfläche des Pufferelements 90 beispielsweise mit einer Rippe 91 ausgestaltet sein, welche die Festigkeit in Front-Heck-Richtung erhöht. Hierdurch wird die Festigkeit des Pufferelements 90 in Front-Heck-Richtung erhöht, und das Pufferelement 90 kann nach dem Absorbieren einer entsprechenden Menge an Kollisionsenergie eingedrückt werden, wodurch eine ausreichende Menge an Kollisionsenergie durch das Pufferelement 90 absorbiert werden kann.
Wie in den 11 und 12 gezeigt ist, kann der vordere Randteil A des Baugruppenrahmens 60 an der Vorderseite ein spitz zulaufendes Element 100 sein. Das spitz zulaufende Element 100 besteht aus Metall wie beispielsweise Edelstahl und ein elektrischer Leiter wird verwendet. Wie in 11 gezeigt ist, kann das spitz zulaufende Element 100 eine First- bzw. Gratlinie mit dreieckigem Öffnungswinkel haben, die in vertikale Richtung verläuft, oder das spitz zulaufende Element 100 kann, wie in 12 gezeigt ist, eine First- bzw. Gratlinie mit dreieckigem Öffnungswinkel haben, die in horizontaler Richtung verläuft. In diesem Fall stößt das spitz zulaufende Element 100 während einer Kollision des Fahrzeugs 1 in den Radiator 11 und dient als Auslöser zum Eindrücken des Radiators 11. Der Radiator 11 kann somit definitiv eingedrückt werden, um die Kollisionsenergie zu absorbieren. Wenn insbesondere ein hartes Element, wie beispielsweise ein Motor des Radiators 11, und der Baugruppenrahmen 60 ineinander sto-ßen, kann das harte Element, wie beispielsweise der Motor, definitiv eingedrückt werden. Während der Kollision des Fahrzeugs 1 muss zudem eine Isolierung des Radiators 11 aus Sicherheitsgründen gewährleistet werden; wenn das spitz zulaufende Element 100 jedoch ein elektrischer Leiter ist, kann der Radiator 11 geerdet sein, wenn das spitz zulaufende Element 100 ausreichend in dem Radiator 11 steckt.
Wie in 13 gezeigt ist, kann die hintere Endseite der Brennstoffzelle 70 mit einer Paneelversteifungsplatte 110 ausgestaltet sein, die mit dem Armaturenträger 20 flächig kollidiert, wenn die Brennstoffzellenbaugruppe 12 mit dem Armaturenträger 20 kollidiert. Ferner kann der hintere Endteil der Brennstoffzellenbaugruppe 12 mit einer Tankversteifungsplatte 111 ausgestaltet sein, die flächig mit dem Brenngastank 14 kollidiert, wenn der Brenngastank 14 mit der Brennstoffzellenbaugruppe 12 kollidiert.
Die Paneelversteifungsplatte 110 ist beispielsweise an einer Endplatte 120 angebracht, welche die hintere Endfläche der Brennstoffzelle 70 darstellt. Die Endplatte 120 hat, von den Elementen der Brennstoffzelle 70, eine hohe Festigkeit und besteht ist aus dickem Eisen oder Aluminium. Die Paneelversteifungsplatte 110 besteht beispielsweise aus Harz und hat eine vertikale Fläche 1 10a, die im Wesentlichen parallel zum vertikalen Teil 30 des Armaturenträgers 20 ist, an der hinteren Endfläche. Die Paneelversteifungsplatte 110 hat eine Dicke, sodass die vertikale Fläche 110a an der hintersten Position der Brennstoffzellenbaugruppe 12 angeordnet ist. Die Paneelversteifungsplatte 110 ist derart ausgestaltet, dass sie die obere Ecke der Endplatte 120 abdeckt.
Die Tankversteifungsplatte 111 ist beispielsweise am hinteren Enteil der Brennstoffzelle 70 oder des Baugruppenrahmens 60 ausgebildet. Die Tankversteifungsplatte 111 besteht beispielsweise aus Harz und hat eine gekrümmte Fläche 11 1a, welche mit der gekrümmten Gestalt des Brenngastanks 14 übereinstimmt, an der hinteren Endseite.
Die Brennstoffzellenbaugruppe 12 kann während einer Kollision des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 in den Armaturenträger 20 prallen. Wenn dies geschieht, gelangt der Armaturenträger 20 mit der Paneelversteifungsplatte 110 an der hinteren Endfläche der Brennstoffzelle 70 in Flächenkontakt. Hierdurch kann verhindert werden, dass die Endplatte 120 der Brennstoffzelle 70 direkt gegen den Armaturenträger 20 prallt und verursacht, dass der Armaturenträger 20 deutlich eingebeult wird. Als Ergebnis kann die Sicherheit des Fahrgastraums 13 verbessert werden. Darüber hinaus kann verhinderrt werden, dass die Brennstoffzelle 70, der Verstärkungswandler 71 und der Inverter 72, die an der oberen Seite der Brennstoffzellenbaugruppe 12 montiert sind, direkt gegen den Armaturenträger 20 stoßen und dadurch beschädigt werden. Überdies kann ein Hochspannungs-Konnektor, der an der hinteren Endfläche des Verstärkungswandlers 71 oder des Wechselrichters 72 angeordnet ist, ohne Verwendung eines Schutzelements, etc. geschützt werden.
In ähnlicher Weise gelangt, wenn die Brennstoffzellenbaugruppe 12 während einer Kollision des Fahrzeugs 1 mit dem Brenngastank 14 zusammenprallt, der Brenngastank 14 mit der Tankversteifungsplatte 111 in Flächenkontakt. Hierdurch kann verhindert werden, dass die Brennstoffzellenbaugruppe 12 direkt gegen den Brenngastank 14 stößt und diesen beschädigt. Beispielsweise kann verhindert werden, dass der Luftkompressor 73, die Brenngaspumpe 74 und die Kühlpumpe 75, die an der Unterseite der Brennstoffzellenbaugruppe 12 angeordnet sind, direkt gegen den Brenngastank 14 stoßen und diesen beschädigen.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann die Tankversteifungsplatte 111 derart ausgestaltet sein, dass die Vorderseite des mit dieser kollidierenden Brenngastanks 14 nach unten auszuweichen kann. Dies kann dadurch erzielt werden, dass die Position oder der Winkel der Tankversteifungsplatte 111, welche gegen den Brenngastank 14 stößt, eingestellt werden, oder dass die Form der gekrümmten Fläche 111 a der Tankversteifungsplatte 111 eingestellt wird. In diesem Fall wird, wie in den 14a und 14b gezeigt ist, nachdem der Brenngastank 14 die Tankversteifungsplatte 111 trifft, der Brenngastank 14 nach unten abgelenkt. Hierdurch kann die Kollisionsenergie des Brenngastanks 14 entweichen und eine Beschädigung der Brennstoffzellenbaugruppe 12 kann verhindert werden.
Obgleich vorstehend bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschreiben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass verschiedene Änderungen oder Abwandlungen innerhalb des Umfangs der in den Ansprüchen wiedergegebenen Ideen durchgeführt werden können, und derartige Änderungen und Abwandlungen offensichtlich in den technischen Umfang der Erfindung fallen.
Beispielsweise sind bei der vorliegend beschriebenen Ausführungsform Beispiele gezeigt, in welchen verschiedenen Vorrichtungen der Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe 61 an den unteren und oberen Flächen des Baugruppenrahmens 60 angebracht waren. Diese Vorrichtungen können jedoch nur an der oberen Fläche oder nur an der unteren Fläche angebracht werden. Die Anzahl der Hilfsaggregate, die integral am Baugruppenrahmen 60 befestigt ist, ist hierauf nicht beschränkt und es kann eine Mehrzahl anderer als fünf oder auch nur eine verwendet werden. Der Baugruppenrahmen 60 muss nicht geneigt ausgestaltet sein, sondern kann horizontal sein. Die Form des Baugruppenrahmens 60 ist nicht auf die Form einer flachen Platte beschränkt. Die Position und Anzahl des Brenngastanks 14 im Brennstoffzellenfahrzeug 1 ist nicht auf die angegebene Position und Anzahl beschränkt.
Mittels der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Rotation einer Brennstoffzelle zu verhindern, wenn es zu einer Kollision des Fahrzeugs kommt, und eine Beschädigung der Brennstoffzelle und deren peripherer Hilfsaggregate kann minimiert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nützlich bei der Schaffung eines Brennstoffzellenfahrzeugs, das eine Rotation einer Brennstoffzelle bei einer Fahrzeugkollision verhindern kann, und eine Beschädigung der Brennstoffzelle und deren peripherer Hilfsaggregate verhindern kann.
Bezugszeichenliste

1: Brennstoffzellenfahrzeug
10: Frontabteil
11: Radiator
12: Brennstoffzellenbaugruppe
13: Fahrgastraum
14: Brenngastank
20: Armaturenträger
60: Baugruppenrahmen
61: Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe
70: Brennstoffzelle
A: vorderes Randteil des Baugruppenrahmens
P: Schwerpunkt der Brennstoffzellenbaugruppe

Claims

Brennstoffzellenfahrzeug (1), aufweisend: einen Radiator (11), der in einem Frontabteil (10) angeordnet ist; und eine Brennstoffzellenbaugruppe (12), die bezüglich des Radiators (11) in Fahrzeugheckrichtung im Frontabteil (10) angeordnet ist, wobei die Brennstoffzellenbaugruppe (12) aufweist: einen Baugruppenrahmen (60); und eine Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe (61), die eine Brennstoffzelle (70) sowie ein Hilfsaggregat (71, 72, 73, 74, 75) umfasst, wobei die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe (61) integral am Baugruppenrahmen (60) befestigt ist, wobei der Baugruppenrahmen (60) bezüglich der Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe (61) in Richtung zum Radiator (11) vorragt, und wobei die Brennstoffzellenbaugruppe (12) derart in dem Frontabteil (10) installiert ist, dass eine Höhe eines vorderen Randes (A) des Baugruppenrahmens (60) an der Fahrzeugvorderseite annähernd mit einer Höhe eines Schwerpunkts (P) der gesamten Brennstoffzellenbaugruppe (12) übereinstimmt.
Brennstoffzellenfahrzeug (1) nach Anspruch 1, wobei der Baugruppenrahmen (60) in Form einer flachen Platte ausgebildet ist und die Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe (61) integral an oberen und unteren Flächen des Baugruppenrahmens (60) befestigt ist.
Brennstoffzellenfahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Baugruppenrahmen (60) in einer geneigten Lage angeordnet ist, so dass die Fahrzeugvorderseite hoch und die Fahrzeugrückseite niedrig ist.
Brennstoffzellenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der vordere Rand des Baugruppenrahmens (60) an der Fahrzeugvorderseite an einer höheren Stelle liegt als eine Motorwelle (42) eines Gebläses (41) des Radiators (11).
Brennstoffzellenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die an einer Unterseite des Baugruppenrahmens (60) befestigte Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe (61) an einer Stelle angeordnet ist, die in eine Breitenrichtung des Fahrzeugs von einer Fahrzeugheckstelle auf einer Verlängerungslinie der Motorwelle (42) des Gebläses (41) des Radiators (11) versetzt ist.
Brennstoffzellenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Pufferelement (90) zwischen der Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe (61) und dem Radiator (11) angeordnet ist.
Brennstoffzellenfahrzeug (1) nach Anspruch 6, wobei ein Luftfilter (90a), ein Lufteinlass (90b) oder ein Ionentauscher (90c) als Pufferelement (90) verwendet wird.
Brennstoffzellenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der vordere Rand des Baugruppenrahmens (60) an der Fahrzeugvorderseite ein spitz zulaufendes Element (100) ist.
Brennstoffzellenfahrzeug (1) nach Anspruch 8, wobei das spitz zulaufende Element (100) ein elektrischer Leiter ist.
Brennstoffzellenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Fahrzeugrückseite der Brennstoffzellenbaugruppe (12) mit einem Armaturenträger (20) ausgestaltet ist, der das Frontabteil (10) von einem Fahrgastraum trennt, und wobei eine Endseite der Brennstoffzelle (70) an der Fahrzeugrückseite mit einer Paneelversteifungsplatte (110) ausgestaltet ist, die mit dem Armaturenträger (20) flächig kollidiert, wenn die Brennstoffzellenbaugruppe (12) mit dem Armaturenträger (20) kollidiert.
Brennstoffzellenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein unterer Teil der Fahrzeugrückseite der Brennstoffzellenbaugruppe (12) mit einem Brenngastank (145) ausgestaltet ist, und ein Endteil der Brennstoffzellenbaugruppe (12) an der Fahrzeugrückseite mit einer Tankversteifungsplatte (111) ausgestaltet ist, die mit dem Brenngastank (145) flächig kollidiert, wenn der Brenngastank (145) mit der Brennstoffzellenbaugruppe (12) kollidiert.
Brennstoffzellenfahrzeug (1) nach Anspruch 11, wobei die Tankversteifungsplatte (111) derart ausgestaltet ist, dass die Fahrzeugvorderseite des kollidierenden Brenngastanks (145) nach unten ausweichen kann.
Brennstoffzellenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Hilfsaggregat (71, 72, 73, 74, 75) zumindest einen Verstärkungswandler (71), einen Wechselrichter (72), eine Pumpe (74, 75) oder einen Luftkompressor (73) umfasst, und wobei die Brennstoffzelle (70), der Verstärkungswandler (71) und der Wechselrichter (72) der Brennstoffzellenvorrichtungsgruppe (61) über dem Baugruppenrahmen (60) angeordnet sind und die Pumpe (74, 75) und der Luftkompressor (73) unter dem Baugruppenrahmen (60) angeordnet sind.