DE112015002691T5

DE112015002691T5 - Elektrisch angetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE112015002691T5
Application number: DE112015002691.6T
Authority: DE
Inventors: Hideo Nagaosa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2017-03-02
Also published as: KR20160149264A; JP5831597B1; CN106458053A; WO2015186438A1; CN106458053B; US20170096172A1; JP2015231319A; US9963171B2; KR101955783B1

Abstract

Ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug hat: einen in einem Lagerabteil (3), das vor einem Fahrgastraum (2) ausgebildet ist, angeordneten Karosserierahmen (60); ein Aufhängungselement (61), das an dem Karosserierahmen (60) im Lagerabteil (3) durch eine rückseitige Befestigungsstruktur (62r) angebracht ist; sowie einen Brennstoffzellenstapel (10), der auf dem Aufhängungselement durch eine rückseitige Halterung (11r) an einer Stelle vor der rückseitigen Befestigungsstruktur gelagert ist. Wenn es zu einer schweren Kollision kommt, bewegt sich der Brennstoffzellenstapel rückwärts und trifft auf die Befestigungsstruktur, wodurch die Befestigungsstruktur bricht und dadurch das Aufhängungselement vom Karosserierahmen gelöst wird und sich der Brennstoffzellenstapel nach unten und in Richtung auf das Innere eines Schutzraums (6) zwischen dem Lagerabteil und einer Fahrbahnoberfläche (LD) zu bewegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug.
STAND DER TECHNIK
Aus dem Stand der Technik ist ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug bekannt, das einen Brennstoffzellenstapel hat, der vermittels einer elektrochemischen Reaktion zwischen einem Brenngas und einem Oxidationsgas elektrische Leistung erzeugt, und das den Brennstoffzellenstapel in einem Lagerabteil aufnimmt, der an der Vorderseite des Fahrgastraums in Fahrzeuglängsrichtung ausgebildet ist (siehe PLT 1).
DRUCKSCHRIFTENLISTE
Patentschrifttum

PLT 1: offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2012-018791 A

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Ein bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug genutzter Brennstoffzellenstapeln ist üblicherweise relativ schwer. Aus diesem Grund kann, wenn das elektrisch angetriebene Fahrzeug der PLT 1 an seinem vorderen Endteil mit etwas kollidiert, und aufgrund dessen eine nach innen gerichtete (nach hinten weisende) Kollisionskraft auf das Fahrzeug wirkt, der in dem Lagerabteil gehaltene Brennstoffzellenstapel in den Fahrgastraum eindringen. Wenn ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, das einen Brennstoffzellenstapel in einem hinter dem Fahrgastraum in Fahrzeuglängsrichtung ausgebildeten Lagerabteil aufnimmt, mit etwas am hinteren Endteil kollidiert und daher eine nach innen gerichtete (nach vorne weisende) Kollisionskraft auf das Fahrzeug wirkt, kann der in dem Lagerabteil gehaltene Brennstoffzellenstapel in den Fahrgastraum eindringen. Ein derartiges Problem ist in der PLT 1 an keiner Stelle angesprochen.
Lösung des Problems
Erfindungsgemäß wird ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug vorgeschlagen, aufweisend: einen Karosserierahmen, der in einem Lagerabteil, das außerhalb eines Fahrgastraums in Fahrzeuglängsrichtung ausgebildet ist, angeordnet ist; einen Tragrahmen, der durch eine Befestigungsstruktur an dem Karosserierahmen im Lagerabteil angebracht ist; sowie einen Brennstoffzellenstapel, der vermittels einer elektrochemischen Reaktion zwischen einem Brenngas und einem Oxidationsgas elektrische Leistung erzeugt, wobei der Brennstoffzellenstapel durch eine Mehrzahl von Halterungen im Lagerabteil an der Außenseite der Befestigungsstruktur in Fahrzeuglängsrichtung gelagert ist, wobei die Mehrzahl von Halterungen eine innere Halterung umfasst, die einen Teil des Brennstoffzellenstapels an der Innenseite in Fahrzeuglängsrichtung lagert, ein Schutz- bzw. Ausweichraum (EN: shelter space), in welchen der Brennstoffzellenstapel eindringen kann, zwischen dem Fahrgastraum und dem Lagerabteil sowie einer Fahrbahnoberfläche ausgebildet ist, und, zum Zeitpunkt einer schweren Fahrzeugkollision, wenn eine auf das Fahrzeug nach Innen in Fahrzeuglängsrichtung wirkende Kollisionskraft größer als ein voreingestellter oberer Grenzwert ist, ein Teil des Brennstoffzellenstapels an der Innenseite in Fahrzeuglängsrichtung und/oder die innere Halterung in Fahrzeuglängsrichtung nach innen bewegt wird und auf die Befestigungsstruktur trifft, wodurch die Befestigungsstruktur bricht und dadurch der Tragrahmen vom Karosserierahmen gelöst wird und sich der Brennstoffzellenstapel nach unten und in Richtung auf das Innere des Schutz- bzw. Ausweichraums zu bewegt.
Vorteilhafter Effekt der Erfindung
Es ist möglich zu verhindern, dass ein Brennstoffzellenstapel in einem Lagerabteil zum Zeitpunkt einer schweren Fahrzeugkollision in einen Fahrgastraum dringt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt eine Teilseitenansicht eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs;
2 zeigt eine Teilseitenansicht eines Lagerabteils aus 1;
3 zeigt eine Teildraufsicht eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs;
4 zeigt eine Ansicht der Konfiguration eines Brennstoffzellensystems;
5 zeigt eine Teilvorderansicht eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs;
6 zeigt eine Teilseitenansicht eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs zum Zeitpunkt einer schweren Fahrzeugkollision; und
7 zeigt eine Teilseitenansicht eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gemäß einer anderen Ausführungsform.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die 1 bis 3 zeigen eine Teilseitenansicht und eine Teildraufsicht des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. In den Zeichnungen bezeichnet VL die Fahrzeuglängsrichtung, VW bezeichnet die Fahrzeugbreitenrichtung und VH bezeichnet die Fahrzeughöhenrichtung. In diesem Fall sind die Fahrzeuglängsrichtung VL und die Fahrzeugbreitenrichtung VW horizontale Richtungen während die Fahrzeughöhenrichtung VH die vertikale Richtung ist.
Bezug nehmend auf die 1 bis 3 hat das elektrisch angetriebene Fahrzeug 1 einen Fahrgastraum 2 sowie ein Lagerabteil 3, das außerhalb des Fahrgastraums 2 in Fahrzeuglängsrichtung VL, d. h. an der Vorderseite, ausgebildet ist. Bei der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ist das Lagerabteil 3 vom Fahrgastraum 2 durch ein Armaturenbrett bzw. eine Spritzwand getrennt. Im Lagerabteil 3 ist ein Teil des oder das gesamte Brennstoffzellensystem A aufgenommen.
4 ist eine Ansicht der Konfiguration eines Brennstoffzellensystems A. Ein Brennstoffzellenstapel 10 des Brennstoffzellensystems A hat eine Mehrzahl von Brennstoffzelleneinheiten, die entlang der Stapelrichtung aneinander gestapelt sind. Jede Brennstoffzelleneinheit umfasst eine Membran-Elektrodenanordnung 20. Die Membran-Elektrodenanordnung 20 hat ein membranformiges Elektrolyt, eine Anodenelektrode, die an einer Seite des Elektrolyts angeordnet ist, sowie eine Kathodenelektrode, die an der anderen Seite des Elektrolyts angeordnet ist. Darüber hinaus sind in der Brennstoffzelleneinheit ein Wasserstoffgaskanal zum Zuführen von Wasserstoffgas als Brenngas zur Anodenelektrode, ein Luftkanal zum Zuführen von Luft als Oxidationsgas zur Kathodenelektrode und ein Kühlwasserkanal zum Zuführen von Kühlwasser zur Brennstoffzelleneinheit ausgebildet. Durch das in Reihe verbinden der Wasserstoffgaskanäle, Luftkanäle und Kühlwasserkanäle der Mehrzahl von Brennstoffzelleneinheiten wird der Brennstoffzellenstapel 10 mit einer Wasserstoffgasleitung 30, einer Luftleitung 40 sowie einer Kühlwasserleitung 50 ausgestaltet.
Am Einlass der Wasserstoffgasleitung 30 ist eine Wasserstoffgaszuführleitung 31 angebracht. Die Wasserstoffgaszuführleitung 31 ist mit einer Wasserstoffgasquelle in Form eines Wasserstofftanks 32 verbunden. An der Innenseite der Wasserstoffgaszuführleitung 31 ist, in dieser Reihenfolge von der stromabwärtigen Seite, ein Hauptsperrventil (Sperrventil) 33, ein Regler 34 zum Regeln des Drucks des Wasserstoffgases in der Wasserstoffgaszuführleitung 31, sowie ein Wasserstoffgasinjektor 35 zum Zuführen des Wasserstoffgases vom Wasserstofftank 32 zum Brennstoffzellenstapel 10 unter Einstellung der Menge angeordnet. Andererseits ist am Auslass der Wasserstoffgasleitung 30 eine Wasserstoffgasauslassleitung 36 angebracht, um überschüssiges Wasserstoffgas aus dem Brennstoffzellenstapel 10 auszutragen. Wenn das Hauptsperrventil 33 geöffnet ist und der Wasserstoffgasinjektor 35 geöffnet ist, wird Wasserstoffgas aus dem Wasserstofftank 32 durch die Wasserstoffgaszuführleitung 31 in die Brenngasleitung 30 im Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt.
Ferner ist am Einlass der Luftleitung 40 eine Luftzuführleitung 41 angebracht. Die Luftzuführleitung 41 ist mit einer Luftzufuhr, die aus der Atmosphäre bzw. Umgebung 45 besteht, verbunden. In der Luftzuführleitung 41 sind, in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite, ein Luftfilter 44, ein Luftzuführelement oder Kompressor 43 zum Zuführen von Luft unter Druck, sowie ein Zwischenkühler 42 zum Kühlen der vom Kompressor 43 zugeführten Luft zum Brennstoffzellenstapel 10 angeordnet. Am Auslass der Luftleitung 40 dagegen ist eine Luftauslassleitung 46 zum Austragen überschüssiger Luft aus dem Brennstoffzellenstapel 10 angebracht. Wenn der Kompressor 43 angetrieben wird, wird durch die Luftzuführleitung 41 Luft der Innenseite der Luftleitung 40 im Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt. In der Luftauslassleitung 46 ist ein Steuerventil 47 zum Steuern der Menge an Luft, die durch das Innere der Luftauslassleitung 46 fließt, angeordnet.
Am Einlass der Kühlwasserleitung 50 ist ein Ende einer Kühlwasserzuführleitung 51 angebracht. Am Auslass der Kühlwasserleitung 50 ist das andere Ende der Kühlwasserzuführleitung 51 angebracht. In der Kühlwasserzuführleitung 51 sind eine Kühlwasserpumpe 52 zum Auspumpen von Kühlwasser sowie ein Radiator 53 angeordnet. Die Kühlwasserzuführleitung 51 stromaufwärts des Radiators 53, sowie die Kühlwasserzuführleitung 51 zwischen dem Radiator 53 und der Kühlwasserpumpe 52, sind miteinander durch eine Radiatorbypassleitung 54 verbunden. Wenn die Kühlwasserpumpe 52 angetrieben wird, fließt das von der Kühlwasserpumpe 52 ausgetragene Kühlwasser durch die Kühlwasserzuführleitung 51 zur Kühlwasserleitung 50 im Brennstoffzellenstapel 10, durchströmt dann die Kühlwasserleitung 50, fließt in die Kühlwasserzuführleitung 51 und kehrt durch den Radiator 53 oder die Radiatorbypassleitung 54 zur Kühlwasserpumpe 52 zurück.
Erneut bezugnehmend auf die 1 bis 3 ist im Lagerabteil 3 der Karosserierahmen 60 an zwei Seiten des Lagerabteils 30 in Fahrzeugbreitenrichtung VW angeordnet, das bedeutet der linken Seite und rechten Seite. Wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, verläuft der Karosserierahmen 60 im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung VL. Bei den in 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform hat der Karosserierahmen 60 einen Teil an der Innenseite in Fahrzeuglängsrichtung VL, das bedeutet einen rückseitigen Teil 60r, einen Teil an der Außenseite der Fahrzeuglängsrichtung VL, das bedeutet einen vorderseitigen Teil 60f, sowie einen Zwischenteil 60i, der den rückseitigen Teil 60r und den vorderseitigen Teil 60f miteinander verbindet. Der rückseitige Teil 60r verläuft im Wesentlichen in horizontaler Richtung während der vorderseitige Teil 60f im Wesentlichen in horizontaler Richtung an einer in Fahrzeughöhenrichtung VH höher gelegenen Stelle als der rückseitige Teil 60r verläuft.
Ferner ist ein Aufhängungselement 61 am Bodenteil des Lagerabteils 3 angeordnet. Der Teil des Aufhängungselements 61 an der Außenseite in Fahrzeuglängsrichtung VL, das bedeutet der vorderseitige Teil 61f, ist an der Bodenfläche des vorderseitigen Teils 60f des Karosserierahmens 60 durch eine vorderseitige Befestigungsstruktur 62f angebracht. Die vorderseitige Befestigungsstruktur 62f umfasst Öffnungen, die am vorderseitigen Teil 60f des Karosserierahmens 60 und einem vorderseitigem Teil 61f des Aufhängungselements 61 ausgebildet sind. Durch Führen von Bolzen bzw. Schrauben 63f durch diese Öffnungen werden der vorderseitige Teil 60f des Karosserierahmens 60 und der vorderseitige Teil 61f des Aufhängungselements 61 aneinander befestigt. Der Teil des Aufhängungselements 61 an der Innenseite in Fahrzeuglängsrichtung VL, d. h. der rückseitige Teil 61r, ist an der Bodenfläche des rückseitigen Teils 60r des Karosserierahmens 60 durch eine rückseitige Befestigungsstruktur 62r angebracht. Die rückseitige Befestigungsstruktur 62r umfasst Öffnungen, die am rückseitigen Teil 60r des Karosserierahmens 60 und dem rückseitigen Teil 61r des Aufhängungselements 61 ausgebildet sind. Durch das Durchführen von Bolzen bzw. Schrauben 63r durch diese Öffnungen werden der rückseitige Teil 60r des Karosserierahmens 60 und der rückseitige Teil 61r des Aufhängungselements 61 aneinander befestigt. Es sei angemerkt, dass in 2 Bezugszeichen 64 beispielsweise eine Kautschuk-Muffe zeigt. In einer nicht dargestellten anderen Ausführungsform ist das Aufhängungselement 61 durch eine Befestigungsstruktur an der Seitenfläche des Karosserierahmens 60 angebracht.
Auf dem Aufhängungselement 61 ist ein Teil des vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystems A gelagert. Dies bedeutet im Detail, dass ein Teil des Brennstoffzellenstapels 10 an der Außenseite in Fahrzeuglängsrichtung VL, d. h. der vorderseitige Teil 10f, durch eine vorderseitige Halterung 11f am vorderseitigen Teil 61f des Aufhängungselements 61 gelagert ist. Der Teil des Brennstoffzellenstapels 10 an der Innenseite in Fahrzeuglängsrichtung VL, d. h. der rückseitige Teil 10r, wird durch eine rückseitige Halterung 11r am rückseitigen Teil 61r des Aufhängungselements 61 gelagert. Die rückseitige Halterung 11r lagert den Teil des Brennstoffzellenstapels 10 an der Innenseite in Fahrzeuglängsrichtung VL und kann somit als „innere Halterung” bezeichnet werden. Wie dagegen in 3 gezeigt ist, wird der Brennstoffzellenstapel 10 am Aufhängungselement 61 derart gelagert, dass er im Wesentlichen mittig in Fahrzeugbreitenrichtung VW angeordnet ist. Darüber hinaus sind am Brennstoffzellenstapel 10, der Zwischenkühler 42, der Kompressor 43, der Luftfilter 44, etc. durch eine (nicht dargestellte) Befestigung bzw. Halterung gelagert.
In einer nicht dargestellten anderen Ausführungsform kann separat vom Aufhängungselement 61 ein Lagerelement mittels der vorstehend genannten Befestigungsstrukturen 62f, 62r am Karosserierahmen 60 angebracht sein. Der Brennstoffzellenstapel 10 etc. wird durch die Halterung am Aufhängungselement gelagert. Wenn auf das vorstehend beschriebene Aufhängungselement 61 und das Lagerelement zusammen als „Lagerrahmen” Bezug genommen wird, wird der Brennstoffzellenstapel 10 wird durch die Haltung auf dem Lagerrahmen gehalten.
Wie aus den 1 bis 3 hervorgeht, wird der Brennstoffzellenstapel 10 auf dem Aufhängungselement 61 an der Vorderseite der rückseitigen Befestigungsstruktur 62r in Fahrzeuglängsrichtung gelagert.
Bei der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform umfasst der vorderseitige Teil 10f und der rückseitige Teil 10r des Brennstoffzellenstapels 10 Endplatten. Die vorstehend beschriebenen Brennstoffzelleneinheiten sind zwischen diesen Endplatten gestapelt. In diesem Fall stimmt die Stapelrichtung 10s der Brennstoffzelleneinheiten mit der Richtung überein, welche den vorderseitigen Teil 10f und den rückseitigen Teil 10r verbindet. Am rückseitigen Teil 10r des Brennstoffzellenstapels 10 sind die vorstehend beschriebenen Wasserstoffgasauslassleitung 36, Luftauslassleitung 46 und Kühlwasserzuführleitung 51 angeordnet.
Bezugnehmend auf die 1 bis 3 ist der Brennstoffzellenstapel 10 derart am Aufhängungselement 61 gelagert, dass die Stapelrichtung 10f des Brennstoffzellenstapels 10 durch exakt einen Neigungswinkel SA bezüglich der horizontalen Richtung HR in der vertikalen Ebene geneigt ist. Das bedeutet, der Brennstoffzellenstapel 10 ist am Aufhängungselement 61 derart gelagert, dass der rückseitige Teil 10r des Brennstoffzellenstapels 10 tiefer liegt als der vorderseitige Teil 10f des Brennstoffzellenstapels 10. In einer nicht dargestellten anderen Ausführungsform ist der Brennstoffzellenstapel 10 derart angeordnet, dass der rückseitige Teil 10r des Brennstoffzellenstapels 10 und der vorderseitige Teil 10f des Brennstoffzellenstapels 10 im Wesentlichen auf gleicher Höhe liegen. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist der Brennstoffzellenstapel 10 derart angeordnet, dass der rückseitige Teil 10r des Brennstoffzellenstapels 10 höher liegt als vorderseitige Teil 10f des Brennstoffzellenstapels 10.
Zusätzlich zu den 1 bis 3 auf 5 bezugnehmend ist etwa in der Mitte des Bodenteils des Fahrgastraums 2 in Fahrzeugbreitenrichtung VW ein Wasserstofftankraum 5, der in Fahrzeuglängsrichtung VL verläuft, ausgebildet. Im Wasserstofftankraum 5 ist ein im Wesentlichen säulenförmig ausgestalteter Wasserstofftank 32 aufgenommen. Hierdurch ist es möglich, bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug 1, das einen Brennstoffzellenstapel 10 im Lagerabteil 3 an der Vorderseite in Fahrzeuglängsrichtung VL umfasst und einen Motorgenerator in einem anderen Lagerabteil (nicht dargestellt) an der Rückseite umfasst, einen Wasserstofftankraum 5 mit einer extrem großen Kapazität vorzuhalten, und dadurch einen Wasserstofftank 32 mit einer extrem großen Kapazität mitzuführen.
Wie in den 1 bis 3 und 5 gezeigt ist, ist der Wasserstofftank 32 im Wasserstofftankraum 5 derart angeordnet, dass das Hauptsperrventil 33 an der Vorderseite in Fahrzeuglängsrichtung VL angeordnet ist, d. h. an der Seite des Lagerabteils 3. Als Ergebnis ist es möglich, die Länge der Wasserstoffgaszuführleitung 31 vom Wasserstofftank 32 zum Wasserstoffgasinjektor 35 zu verkürzen. Daher wird die Sicherheit gewährleistet und die Kosten werden verringert. Es sei angemerkt, dass bei der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform der Wasserstofftank 32 ein Hochdruckgasspeichertank ist. Bei einer nicht dargestellten anderen Ausführungsform ist der Wasserstofftank 32 ein Tank für flüssigen Wasserstoff. Darüber hinaus kann bei einer weiteren Ausführungsform ein sogenannter kryo-komprimierter Wasserstofftank verwendet werden.
Wie insbesondere in 1 gezeigt ist, sind über dem Aufhängungselement 61 in Fahrzeughöhenrichtung VH ein Lenkgetriebe 74, das mit einem Lenkrad 73 durch eine Lenkwelle 72 verbunden ist, eine Radachse 75, die mit den Rädern 71 verbunden ist, und ein Fronstabilisator 76 angeordnet. In diesem Fall ist der Brennstoffzellenstapel 10 direkt über dem Lenkgetriebe 74, der Radachse 75 und dem Fronstabilisator 76 angeordnet. Das bedeutet, der Brennstoffzellenstapel 10 befindet sich an einer niedrigen Position im Lagerabteil 3 in Fahrzeughöhenrichtung VH. Aufgrund dessen ist der Schwerpunkt des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 1 niedrig und es kann eine gleichmäßiges Fahrzeugkurvenverhalten sowie eine gute Fahrbarkeit gewährleistet werden.
Wie ferner in 3 gezeigt ist, ist die Lenkwelle 72 an einer Seite des Brennstoffzellenstapels 10, beispielsweise der rechten Seite, ausgehend von der Mittellinie VC, welche durch die Mitte der Fahrzeugbreitenrichtung VW in Fahrzeuglängsrichtung VL verläuft, angeordnet. In anderen Worten: Bei der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ist das elektrisch angetriebene Fahrzeug ein sogenanntes Rechtslenker-Fahrzeug.
Wenn der Brennstoffzellenstapel 10 Leistung erzeugen soll, sind das Hauptsperrventil 33 und der Wasserstoffgasinjektor 35 geöffnet und Wasserstoffgas wird dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt. Der Kompressor 43 wird ferner angetrieben und Luft wird dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt. Als Ergebnis wird in der Brennstoffzelleneinheit eine elektrochemische Reaktion H₂ → 2H⁺ + 2e^–, ½O₂ + 2H⁺ + 2e^– → H₂O ausgeführt und elektrische Energie wird erzeugt. Die so erzeugte elektrische Energie wird dem Motorgenerator (nicht dargestellt) zugeführt. Als Ergebnis wird der Motorgenerator als elektrischer Motor zum Antreiben des Fahrzeugs betrieben, wodurch das elektrisch angetriebene Fahrzeug fährt. Wenn andererseits das Fahrzeug beispielsweise bremst, wird der Motorgenerator als elektrischer Generator getrieben. Die zu diesem Zeitpunkt erzeugte elektrische Energie wird in einem Akku gespeichert.
Es sei angemerkt, dass bei der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform der Motorgenerator nicht im Lagerabteil 3 aufgenommen ist, sondern in einem anderen Lagerabteil (nicht dargestellt), das an der Rückseite des Fahrgastraums 2 in Fahrzeuglängsrichtung VL ausgebildet ist, aufgenommen ist. In einer nicht dargestellten anderen Ausführungsform ist der Motorgenerator im Lagerabteil 3 aufgenommen.
In einer nicht dargestellten weiteren Ausführungsform ist der Brennstoffzellenstapel 10 in einem an der Rückseite des Fahrgastraums 2 in Fahrzeuglängsrichtung VL ausgestalteten Lagerabteil aufgenommen. Zusammenfassend dargestellt ist somit der Brennstoffzellenstapel 10 in einem außerhalb des Fahrgastraums 2 in Fahrzeuglängsrichtung VL ausgebildeten Lagerraum aufgenommen.
Bei der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ist ferner ein Schutz- bzw. Ausweichraum 6, in den der Brennstoffzellenstapel 10 eindringen kann, zwischen dem Fahrgastraum 2 und dem Lagerabteil 3 sowie der Fahrbahnfläche LD ausgestaltet, das bedeutet, zwischen dem Wasserstofftankraum 5 und dem Lagerabteil 3 sowie der Fahrbahnoberfläche LD.
Wenn das elektrisch angetriebene Fahrzeug an seinem vorderen Endteil 1a mit etwas kollidiert, wirkt eine Kollisionslast auf das elektrisch angetriebene Fahrzeug 1 in Fahrzeuglängsrichtung VL nach innen, das bedeutet, nach hinten. Bei der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ist die vorderseitige Halterung 11f mit dem Brennstoffzellenstapel 10 und dem Aufhängungselement 61 verbunden, sodass, wenn diese nach hinten wirkende Last größer als ein voreingestellter oberer Grenzwert ist, das bedeutet, wenn es zu einer schweren Fahrzeugkollision kommt, die vorderseitige Halterung 11f sich nicht vom Brennstoffzellenstapel 10 und dem Aufhängungselement 61 löst, während die rückseitige Halterung 11r mit dem Brennstoffzellenstapel 10 und dem Aufhängungselement 61 so verbunden ist, dass sich die rückseitige Halterung 11r vom Aufhängungselement 61 löst, ohne sich vom Brennstoffzellenstapel 10 zu lösen. Als Ergebnis bewegt sich, wenn es zu einer schweren Fahrzeugkollision kommt, der Brennstoffzellenstapel 10 sowie die rückseitige Halterung 11r in Fahrzeuglängsrichtung VL nach hinten. Anschließend treffen der Brennstoffzellenstapel 10 und die rückseitige Halterung 11r oder nur die rückseitige Halterung 11r auf die rückseitige Befestigungsstruktur 62r.
Bei der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ist die rückseitige Befestigungsstruktur 62r dagegen derart ausgestaltet, dass sie bricht bzw. nachgibt, wenn eine schwere Fahrzeugkollision dazu führt, dass der Brennstoffzellenstapel 10 sowie die rückseitige Halterung 11r auf die rückseitige Befestigungsstruktur 62r treffen. Das bedeutet, die rückseitige Befestigungsstruktur 62r bricht beispielweise, indem die Schrauben 63r brechen bzw. nachgeben oder die Schrauben 63r sich aus den Öffnungen im Karosserierahmen 60 oder den Öffnungen im Aufhängungselement 61 lösen. Wenn die rückseitige Befestigungsstruktur 62r bricht bzw. nachgibt, lösen sich der rückseitige Teil 61r des Aufhängungselements 61 und der Karosserierahmen 60 voneinander. Selbst bei einer schweren Fahrzeugkollision dagegen gibt die vorderseitige Befestigungsstruktur 62f nicht nach. Bei einer schweren Fahrzeugkollision löst sich somit der rückseitige Teil 61r des Aufhängungselements 61 vom Karosserierahmen 60, während der vorderseitige Teil 61f des Aufhängungselements 61 am Karosserierahmen 60 befestigt bleibt. Als Ergebnis bewegt sich aufgrund des Gewichts des Brennstoffzellenstapels 10 und des Aufhängungselements 61 der rückseitige Teil 10r des Brennstoffzellenstapels 10 zusammen mit dem rückseitigen Teil 61r des Aufhängungselements 61 in Fahrzeughöhenrichtung VH nach unten. Daher bewegt sich, wie in 6 gezeigt ist, der Brennstoffzellenstapel 10 als Ganzes nach hinten, während der rückseitige Teil 10r sich nach unten bewegt. Auf diese Weise bewegt sich der Brennstoffzellenstapel 10 auf den Schutz- bzw. Ausweichraum 6 zu und dringt in den Schutzraum 6 ein.
Als Ergebnis wird zum Zeitpunkt einer schweren Fahrzeugkollision verhindert, dass der Brennstoffzellenstapel 10 gegen die Spritzwand 4 stößt und es wird somit verhindert, dass dieser in den Fahrgastraum 2 gelangt. Selbst wenn eine nach hinten gerichtete Kollisionslast weiter zunimmt, rückt der Brennstoffzellenstapel 10 in das Innere des Schutzraums 6 unter dem Wasserstofftankraum 5 vor, sodass zuverlässig verhindert werden kann, dass der Brennstoffzellenstapel 10 in den Fahrgastraum 2 eindringt. Es sei angemerkt, dass bei dem in 6 gezeigten Beispiel, die schwere Fahrzeugkollision dazu führt, dass der Karosserierahmen 60 derart verformt, dass dessen Länge in Fahrzeuglängsrichtung VL abnimmt. Bei der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform wird ferner ein (nicht dargestellter) Airbag im Fahrgastraum 2 aufgeblasen, wenn bestimmt wird, dass eine schwere Fahrzeugkollision aufgetreten ist, wohingegen der Airbag nicht aufgeblasen wird, wenn bestimmt wird, dass keine schwere Fahrzeugkollision aufgetreten ist.
Da zudem der Brennstoffzellenstapel 10 zum Zeitpunkt der schweren Fahrzeugkollision in den Schutzraum 6 eindringt, kann verhindert werden, dass der Brennstoffzellenstapel 10 auf den Wasserstofftank 32 und das Hauptsperrventil 33 trifft. Als Ergebnis kann ein Austreten von Wasserstoffgas aufgrund einer Beschädigung des Wasserstofftanks 32 und des Hauptsperrventils 33 sowie ein Zünden und eine Explosion des Wasserstoffgases verhindert werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist bei der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform der Brennstoffzellenstapel 10 derart angeordnet, dass die Stapelrichtung 10s des Brennstoffzellenstapels 10 hinsichtlich der horizontalen Richtung HR um exakt den Neigungswinkel SA geneigt ist. Aus diesem Grund kann, im Vergleich zu einem Fall, bei welchem der Brennstoffzellenstapel 10 derart angeordnet ist, dass die Stapelrichtung 10s des Brennstoffzellenstapels 10 im Wesentlichen horizontal ist, der Brennstoffzellenstapel 10 sich zum Zeitpunkt einer schweren Fahrzeugkollision nach unten bewegen und schneller in den Schutzraum 6 gelangen. Daher kann zuverlässiger vermieden werden, dass der Brennstoffzellenstapel 10 in das Innere des Fahrgastraums 2 eindringt oder den Wasserstofftank 32 etc. trifft. In diesem Fall ist der Neigungswinkel SA des Brennstoffzellenstapels 10 vorzugsweise 1 bis 30°, besonders bevorzugt 16 bis 20°.
Es sei angemerkt, dass, wenn im Brennstoffzellenstapel 10 die Stromerzeugung stattfindet, Wasser im Brennstoffzellenstapel 10 erzeugt wird. Dieses Wasser wird durch die Wasserstoffgasauslassleitung 36 und Luftauslassleitung 46 aus dem Brennstoffzellenstapel 10 ausgetragen. Wenn somit der Brennstoffzellenstapel 10 wie vorstehend beschrieben geneigt ist, ist es möglich, dass Wasser gut aus dem Brennstoffzellenstapel 10 auszutragen. Ferner kann, wenn der Brennstoffzellenstapel 10 geneigt ist, ein Arbeiter leichter während der Montage des Brennstoffzellenstapels 10 am Fahrzeug oder der Inspektion und Wartung auf den Brennstoffzellenstapel 10 zugreifen.
In einer nicht dargestellten anderen Ausführungsform ist die vorderseitige Halterung 11f mit dem Brennstoffzellenstapel 10 und dem Aufhängungselement 61 derart verbunden, dass sich die vorderseitige Halterung 11f vom Brennstoffzellenstapel 10 oder dem Aufhängungselement 61 zum Zeitpunkt einer schweren Fahrzeugkollision löst.
Bei einer weiteren nicht dargestellten anderen Ausführungsform ist ferner die rückseitige Halterung 11r mit dem Brennstoffzellenstapel 10 und dem Aufhängungselement 61 derart verbunden, dass die rückseitige Halterung 11r sich vom Brennstoffzellenstapel 10 löst, ohne sich zum Zeitpunkt einer schweren Fahrzeugkollision vom Aufhängungselement 61 zu lösen. In diesem Fall trifft die rückseitige Halterung 11r nicht auf die rückseitige Befestigungsstruktur 62r. Nur der Brennstoffzellenstapel 10 wird getroffen. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist die rückseitige Halterung 11r derart mit dem Brennstoffzellenstapel 10 und dem Aufhängungselement 61 verbunden, dass die rückseitige Halterung 11r sich vom Aufhängungselement 61 und dem Brennstoffzellenstapel 10 zum Zeitpunkt einer schweren Fahrzeugkollision löst.
Bei einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist die vorderseitige Befestigungsstruktur 62f derart ausgebildet, dass sie zum Zeitpunkt einer schweren Fahrzeugkollision bricht bzw. nachgibt. In diesem Fall wird zum Zeitpunkt einer schweren Fahrzeugkollision der Brennstoffzellenstapel 10 zusammen mit dem Aufhängungselement 61 vom Karosserierahmen 60 gelöst. Hierbei kann bezüglich der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform gesagt werden, dass selbst wenn es zu einer schweren Fahrzeugkollision kommt, der Brennstoffzellenstapel 10 mit dem Karosserierahmen 60 verbunden bleibt.
Bei einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist ein Brennstoffzellenstapel 10 am Aufhängungselement 61 beispielsweise im Mittelteil des vorderseitigen Teils 10f und des rückseitigen Teils 10r des Brennstoffzellenstapels 10 gelagert.
Nachfolgend Bezug nehmend auf 7 wird eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform ist die Lenkwelle 72 an der anderen Seite des Brennstoffzellenstapels 10, beispielsweise der linken Seite, ausgehend von der Mittellinie VC, welche durch die Mitte der Fahrzeugbreitenrichtung VW in Fahrzeuglängsrichtung VL verläuft, angeordnet. In anderen Worten, bei der in 7 gezeigten Ausführungsform ist das elektrisch angetriebene Fahrzeug ein sogenanntes Linkslenker-Fahrzeug. Wie vorstehend erläutert ist, wird der Brennstoffzellenstapel 10 am Aufhängungselement 61 derart gelagert, dass er im Wesentlichen in der Mitte in Fahrzeugbreitenrichtung VW liegt. Als Ergebnis kommt es, wenn die Lenkwelle 72 an der rechten Seite oder an der linken Seite angeordnet ist, zu keiner Wechselwirkung zwischen dem Brennstoffzellenstapel 10 und der Lenkwelle 72. Als Ergebnis ist es durch einfaches Ändern der Anordnung der Lenkwelle 72 möglich, ein Rechtslenker-Fahrzeug oder Linkslenker-Fahrzeug zu konstruieren. Wenn somit ein Rechtslenker-Fahrzeug und ein Linkslenker-Fahrzeug entwickelt und produziert werden, ist es möglich, die Kosten zu minimieren, die für die Entwicklung der Fahrbarkeit und Sicherheit notwendig sind, oder es ist möglich, die gleichen Teile sowohl für das Rechtslenker-Fahrzeug als auch das Linkslenker-Fahrzeug zu verwenden.
Bezugszeichenliste

2: Fahrgastraum
3: Lagerabteil
6: Schutzraum
10: Brennstoffzellenstapel
11r: rückseitige Halterung
60: Karosserierahmen
61: Aufhängungselement
62f, 62r: Befestigungsstruktur
LD: Fahrbahnoberfläche

Claims

Elektrisch angetriebenes Fahrzeug, aufweisend: einen Karosserierahmen, der in einem Lagerabteil, das außerhalb eines Fahrgastraums in Fahrzeuglängsrichtung ausgebildet ist, angeordnet ist; einen Tragrahmen, der durch eine Befestigungsstruktur an dem Karosserierahmen im Lagerabteil angebracht ist; sowie einen Brennstoffzellenstapel, der ausgestaltet ist, um vermittels einer elektrochemischen Reaktion zwischen einem Brenngas und einem Oxidationsgas elektrische Leistung zu erzeugen, wobei der Brennstoffzellenstapel durch eine Mehrzahl von Halterungen im Lagerabteil an der Außenseite der Befestigungsstruktur in Fahrzeuglängsrichtung gelagert ist, wobei die Mehrzahl von Halterungen eine innere Halterung umfasst, die einen Teil des Brennstoffzellenstapels an der Innenseite in Fahrzeuglängsrichtung lagert, ein Schutzraum, in welchen der Brennstoffzellenstapel eindringen kann, zwischen dem Fahrgastraum und dem Lagerabteil sowie einer Fahrbahnoberfläche ausgebildet ist, und, zum Zeitpunkt einer schweren Fahrzeugkollision, wenn eine auf das Fahrzeug nach Innen in Fahrzeuglängsrichtung wirkende Kollisionskraft größer als ein voreingestellter oberer Grenzwert ist, ein Teil des Brennstoffzellenstapels an der Innenseite in Fahrzeuglängsrichtung und/oder die innere Halterung in Fahrzeuglängsrichtung nach innen bewegt wird und auf die Befestigungsstruktur trifft, wodurch die Befestigungsstruktur bricht und dadurch der Tragrahmen vom Karosserierahmen gelöst wird und sich der Brennstoffzellenstapel nach unten und in Richtung auf das Innere des Schutzraums zu bewegt.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei: eine Brenngastankkammer an einem Bodenteil des Fahrgastraumes ausgebildet ist und ein Brenngastank in der Brenngastankkammer aufgenommen ist, und dadurch der Schutzraum zwischen dem Lagerabteil und der Brenngastankkammer sowie der Fahrbahnoberfläche gebildet ist, und, sich der Brennstoffzellenstapel zum Zeitpunkt einer schweren Fahrzeugkollision zur Innenseite des Schutzraums bewegt.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei: der Brennstoffzellenstapel derart am Tragrahmen gelagert ist, dass der Teil des Brennstoffzellenstapels an der Innenseite in Fahrzeuglängsrichtung niedriger ist als der Teil des Brennstoffzellenstapels an der Außenseite in Fahrzeuglängsrichtung.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei: der Brennstoffzellenstapel mit einer Brenngasabgasleitung und einer Oxidationsgasabgasleitung zum Austragen von überschüssigem Brenngas und überschüssigem Oxidationsgas aus dem Brennstoffzellenstapel ausgestaltet ist, und wobei zumindest eine von der Brenngasabgasleitung und der Oxidationsgasabgasleitung mit einem Teil des Brennstoffzellenstapels an der Innenseite in Fahrzeuglängsrichtung verbunden ist.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der Teil des Brennstoffzellenstapels an der Innenseite in Fahrzeuglängsrichtung durch die Halterung am Tragrahmen gelagert ist.