空冷式燃料電池車輛的製作方法
2023-08-05 00:40:41 1
專利名稱：空冷式燃料電池車輛的製作方法
技術領域：
本發明涉及空冷式燃料電池車輛的進氣和排氣系統。具體來說，本發明是與空冷式燃料電池車輛的進氣和排氣管的結構有關的技術。
背景技術：
車輛燃料電池系統包括用冷卻水冷卻燃料電池堆的水冷式燃料電池系統和用空氣冷卻燃料電池堆的空冷式燃料電池系統。由於空冷式燃料電池系統能夠用反應空氣冷卻燃料電池堆，所以與水冷類型相t匕，冷卻系統可以被簡化。同時，水冷式燃料電池系統一般向燃料電池堆提供由壓縮機壓縮的空氣。
_5] 現有技術文獻
_6] 專利文獻[專利文獻I]日本特開2004-42828號公報[專利文獻2]日本特開2010-15845號公報
發明內容
_9] 發明要解決的問題專利文獻I描述安裝有水冷式燃料電池系統的車輛，其中燃料電池堆設置在後座後方，並且其中，用於排放空氣的排氣管設置在燃料電池堆下方。然而，如果水冷式燃料電池堆設置在後座後方，那麼這會引起座艙空間減小的不便。相反，在專利文獻2中，當燃料電池堆安裝在地板下方或者安裝在車輛前部的發動機艙中時，可以增大座艙空間。然而，用於排放來自設置在車輛前部的燃料電池堆的空氣的排氣管需要延伸到車輛前側。在此情況下，排氣管中的壓力損耗增大。因此，除非提供給燃料電池堆的空氣被壓縮機壓縮，否則排氣管內的空氣不能排放到外部。因此，在將上述這種長排氣管用於空冷式燃料電池堆的情況下，除非使用很大的壓縮機，否則存在空冷式燃料電池堆的冷卻性能下降的風險。本發明的目的是通過安裝風冷式燃料電池堆來增大燃料電池車輛的車輛座艙空間，並且通過增大流過空冷式燃料電池堆的空氣的量來提高空冷式燃料電池堆的冷卻性倉泛。用於解決問題的方案因此，為了消除上述不便，本發明提供一種空冷式燃料電池車輛，在該燃料電池車輛的後部包括電動機，其用於驅動所述燃料電池車輛的後輪；空冷式燃料電池堆，其被形成為盒狀並且在其彼此相對的壁表面上分別包括用於引入作為反應氣體並且也作為冷卻介質的空氣的進氣部和用於排出包含空氣和氫的過剩反應氣體的排氣部；進氣管，其安裝在所述進氣部上；以及排氣管，其安裝在所述排氣部上並且延伸到所述燃料電池車輛的後端部，所述空冷式燃料電池車輛的特徵在於，所述空冷式燃料電池堆設置在所述空冷式燃料電池車輛的後地板下方並且在車輛縱向上的後輪軸的後方，而所述進氣部定向為向上，並且所述進氣部設置為隨著向所述車輛的後側延伸使其傾斜並逐漸靠近所述後地板。發明效果如上文詳細描述的，根據本發明，所述空冷式燃料電池車輛在該燃料電池車輛的後部包括電動機，其用於驅動所述燃料電池車輛的後輪；空冷式燃料電池堆，其被形成為盒狀並且在其彼此相對的壁表面上分別包括用於引入作為反應氣體並且也作為冷卻介質的空氣的進氣部和用於排放包含空氣和氫的過剩反應氣體的排氣部；進氣管，其安裝在所述進氣部上；以及排氣管，其安裝在所述排氣部上並且延伸到所述燃料電池車輛的後端部。在所述空冷式燃料電池車輛中，所述空冷式燃料電池堆設置在所述空冷式燃料電池車輛的後地板下方並且在車輛縱向上的後輪軸的後方，而所述進氣部定向為向上，並且所述進氣部設置為隨著向所述車輛的後側延伸使其傾斜並靠近所述後地板。因此，上述結構使得可以將空冷式燃料電池堆安裝在燃料電池車輛的最後部且低於後地板的位置處，同時確保該燃料電池車輛的離去角，並且增大燃料電池車輛的車輛座艙空間。此外，該結構使得排氣管可以從空冷式燃料電池堆的排氣部直線延伸到所述車輛後端部，從而減小排氣管的氣流阻力。因此，通過進氣管引入到該空冷式燃料電池堆中的空氣量增大，以實現該空冷式燃料電池堆的冷卻性能的提高。因此，該空冷式燃料電池堆安裝在該後輪驅動的燃料電池車輛中的最佳位置處，並且實現了該空冷式燃料電池堆的冷卻性能的提高。
圖1是沿著圖3中的A-A線取得的示出空冷式燃料電池堆與進氣管和排氣管的布置的主要部分的放大截面視圖。(示例)圖2是還沒有安裝進氣管和排氣管的風冷式燃料電池車輛的示意性側視圖。(示例)圖3是該風冷式燃料電池車輛的後部的底視圖。(示例)圖4是從後方看到的該風冷式燃料電池車輛的視圖。(示例)圖5示出該風冷式燃料電池堆與進氣管和排氣管的左前側的透視圖。圖5(a)是示出組裝狀態的透視圖，圖5(b)是示出組裝之後進入氣體和排出氣體的流動的透視圖。(示例)圖6是從下方看到的示出進入氣體和排出氣體的流動的該風冷式燃料電池堆與進氣管和排氣管的左前側的透視圖。(示例)圖7是風冷式燃料電池車輛系統的框圖(示例)。
具體實施例方式下面基於附圖詳細描述本發明的示例。
[示例]圖1至圖7示出本發明的示例。在圖2至圖4中，附圖標記I表示空冷式燃料電池車輛(其也可以簡稱為「車輛」)；附圖標記2表示前輪；附圖標記3L表示左後輪；附圖標記3R表示右後輪；附圖標記4表示前座；附圖標記5表示後座；附圖標記6表示前地板；以及附圖標記7表示後地板。如圖2中所示，在空冷式燃料電池車輛I中，氫罐8設置在前地板6之下，前座4位於前地板6之上，並且二次電池9位於後座5下方。此外，用於驅動左後輪3L、右後輪3R的電動機10、逆變器11和空冷式燃料電池堆12的電動機10安裝在後地板7之下，即，安裝在空冷式燃料電池車輛I的後部。在此情況下，如圖7中所示，在空冷式燃料電池系統13中，在壓縮並存儲在高壓氫罐14中的氫氣的壓力被減壓閥15減小之後，該氫氣被引入到空冷式燃料電池堆12的陽極進氣部中。同時，空冷式燃料電池系統13在用於向陰極進氣部提供空氣的通道中不具有用於以高壓壓縮空氣的壓縮機，而是由作為低壓鼓風風扇的鼓風風扇17將通過過濾器16吸入的空氣提供給空冷式燃料電池堆12。提供給空冷式燃料電池堆12的空氣不僅被用於空冷式燃料電池堆12中的發電反應，而且還通過從空冷式燃料電池堆12去除廢熱而起到冷卻空冷式燃料電池堆12的作用。從空冷式燃料電池堆12排出的陽極廢氣經由清除閥18被送出並且與從空冷式燃料電池堆12排放的陰極廢氣混合。陽極廢氣中的氫氣被陰極廢氣稀釋到最低可燃濃度或更低，並且被排放到外部。在空冷式燃料電池系統13中，發生電化學反應，並且伴隨該反應產生水。空冷式燃料電池堆12正常情況下由大量的被稱為電池元(cell)的最小構成單元彼此堆疊而構成。現在描述該車輛中的諸如空冷式燃料電池堆12等部件的布局。如圖2中所示，在空冷式燃料電池堆I中，氫罐8設置在位於車輛前側的前座4之下。此外，空冷式燃料電池堆12以進氣部21向前傾斜的姿態設置在車輛最後部的行李艙下方。空冷式燃料電池堆12的下部設置有用於向燃料電池提供空氣的作為低壓鼓風風扇的吸氣風扇19。由吸氣風扇19提供給燃料電池的空氣被用於發電反應和空冷式燃料電池堆12的冷卻，然後通過位於車輛後部的排氣管20被引導到車輛外部。用於驅動左後輪3L和右後輪3R的電動機10設置在空冷式燃料電池堆12的前方。逆變器11設置在電動機10上方。二次電池9設置在後座5下方。在此情況下，在本發明的該示例中，空冷式燃料電池堆12安裝在車輛最後部，並且電部件都一起設置在車輛後部。從而，電配線、特別是高壓電纜，能夠以最小的長度製備，並且可以將噪聲影響、重量和成本減小到最低。另外，通過彼此相鄰地設置電部件，可以用簡單的方式綑紮配線，並且維護也簡單。此外，由於高壓部件被組裝在一處，所以改善了在處理事故或故障時的維護性。
此外，通過將所有部件設置在地板之下，可以在確保乘員和後備箱的空間的同時，實現車輛中的該布局。安裝在空冷式燃料電池車輛I的後部的空冷式燃料電池堆12被形成為盒狀，並且在其彼此相對的壁表面上包括用於引入用作反應氣體並且也用作冷卻介質的空氣的進氣部21和用於排放包含空氣和氫的過剩反應氣體的排氣部22。此外，如圖5中所示，進氣管23安裝在進氣部21上，同時，延伸到燃料電池車輛I的後端部的排氣管20安裝在排氣部22上。另外，空冷式燃料電池堆12設置在空冷式燃料電池車輛I的後地板7下方並且在車輛縱向上的後輪軸24的後方，而進氣部21定向為向上，並且所述進氣部21設置為隨著向車輛後側延伸使其傾斜並逐漸靠近後地板7。更具體來說，當空冷式燃料電池堆12如圖1和圖2中所示設置在空冷式燃料電池車輛I中時，進氣部21在後地板7之下，在車輛縱向上在後輪軸24的後方，定向為向上，並且所述進氣部21設置為隨著向車輛的後側延伸使其傾斜並逐漸靠近後地板7。因此，上述結構使得可以將空冷式燃料電池堆12安裝在燃料電池車輛I的最後部，並且在低於後地板7的位置處，同時確保燃料電池車輛I的離去角(departure angle)0，並且增大燃料電池車輛I的車輛座艙空間。此外，該結構使得排氣管20可以從空冷式燃料電池堆12直線延伸到車輛後端部，從而減小排氣管20的氣流阻力。因此，通過進氣管23引入到空冷式燃料電池堆12中的空氣的量增大，以實現空冷式燃料電池堆12的冷卻性能的提高。因此，空冷式燃料電池堆12安裝在後輪驅動的燃料電池汽車I中的最佳位置處，並且實現了空冷式燃料電池堆12的冷卻性能的提高。此外，吸氣風扇19設置在空冷式燃料電池堆12的排氣部22側。具體來說，如圖5中所示，吸氣風扇19設置在排氣部22側，即，空冷式燃料電池堆12的下側。吸氣風扇19被排氣管20覆蓋。因此，通過將空冷式燃料電池堆12上的吸氣風扇19設置在不面對後地板7並且容易確保空間的排氣部22側，吸氣風扇19從空冷式燃料電池堆12吸氣的效果增大，從而實現空冷式燃料電池堆12的冷卻性能的提高。此外，排氣管20包括在上遊端部的廢氣入口 25和在下遊端部的廢氣出口 26。將連通廢氣入口 25的上端部和廢氣出口 26的上端部的通道壁27設置為水平或者以隨著向車輛後側延伸通道壁27的高度增大的方式來傾斜設置。具體來說，當排氣管20安裝在空冷式燃料電池車輛I中時，如圖1和圖5中所示，將連通廢氣入口 25和廢氣出口 26的通道壁27 (上表面部)以隨著向車輛後部延伸通道壁27的高度逐漸增大的方式傾斜。因此，上述結構可以平穩地排放重量比空氣輕的過剩氫氣而不會使其停滯在排氣管20內。後保險槓28設置在空冷式燃料電池堆12的後方。排氣管20的廢氣出口 26嵌入在後保險槓28中形成的開口 29中。具體來說，如圖6中所示，廢氣出口 26形成在排氣管20的左右兩側中的每一側上。此外，如圖4中所示，在後保險槓28中，在左右尾燈31L、31R的內側，在牌照安裝部30橫向兩側的位置處開出開口 29。每個開口 29具有網罩32，用於防止外來物進入。在此情況下，排氣管20的廢氣出口 26嵌入在開口 29中。從而排氣管20的彎曲度和長度減小，以減小氣流阻力。此外，後保險槓28可以支撐排氣管20的頂端。排氣管20的保持結構可以簡化，並且包含在廢氣中的過剩氫氣可以防止停滯在後保險槓28內。此外，設置在空冷式燃料電池堆12的上側的進氣管23包括在上遊端部的空氣入口 33和在下遊端部的空氣出口 34。空氣入口 33在豎直方向上開在比空氣出口 34低的位置處。在空氣入口 33和空氣出口 34之間形成有通道部35，空氣在通道部35中向上流動。具體來說，如圖1中的白箭頭所指示的，進氣管23的空氣入口 33以朝下的方式形成，並且在進氣管23內流動的空氣流從向上方向轉為向車輛後側向下傾斜的方向。注意，如圖3中所示，進氣管23的空氣入口 33具有網罩36，用於防止外來物進入。因此，利用上述結構，在進氣管23內流動的空氣流從向上方向轉向向下傾斜方向，分離出與空氣一起流入進氣管23的水和灰塵。這可以防止水和灰塵吸入空冷式燃料電池堆12。現在，進一步描述安裝空冷式燃料電池堆12和進氣管23、排氣管20的方法。圖5和圖6是安裝在空冷式燃料電池堆12上的進氣管23和排氣管20的視圖。包括在橫向方向上延伸的空氣入口 33的進氣管23安裝在風冷式燃料電池堆12的進氣部21上，該風冷式燃料電池堆12以進氣部21向前傾斜的定向來設置。排氣管20安裝在排氣部22和吸氣風扇19上並且覆蓋排氣部22和吸氣風扇19，並且連接到圖4中所示的後保險槓28的開口 29。在此情況下，通過以向前傾斜的方式設置空冷式燃料電池堆12，可以在考慮到離去角9的同時確保大的進氣空間，並且可以平穩地排放清除的氫而不會使其停滯在排氣管內。此外，如圖1中所示，進氣管23的空氣入口 33開在低於逆變器11的位置處。這可以避免直接吸入從逆變器11等電部件產生的熱。此外，空冷式燃料電池堆12設置在車輛的最後部，並且形成為如圖5和圖6中所示的排氣管形狀。因此，可以形成最短長度的簡單排氣通道，並且可以將壓力損耗的增大和發電效率的降低抑制到最小值。注意，本發明不局限於上述示例，各種應用和修改是可能的。例如，本發明的該示例採用空冷式燃料電池。然而，該布局當然也適用於水冷式燃料電池系統。此外，以下應用是可能的。例如，排氣管的廢氣出口的形狀不局限於本示例中公開的形狀，而是該形狀可被形成為大的尺寸。可選地，可以增大廢氣出口的數目，並且可以修改後保險槓的開口形狀。此外，對於進氣管，可以根據與其它部件有關的布局來修改開口部的形狀。附圖標記說明I空冷式燃料電池車輛(也可簡稱為「車輛」)
2右前輪3L左後輪3R右後輪4 前座5 後座6前地板7後地板8 氫罐9 二次電池10電動機11逆變器12空冷式燃料電池堆13空冷式燃料電池系統19吸氣風扇20排氣管21進氣部22排氣部23進氣管24後輪軸25廢氣入口26廢氣出口27通道壁28後保險槓29 開口33空氣入口34空氣出口35通道部
權利要求
1.一種空冷式燃料電池車輛，在該燃料電池車輛的後部包括 電動機，其用於驅動所述燃料電池車輛的後輪； 空冷式燃料電池堆，其形成為盒狀並且在其彼此相對的壁表面上分別包括 進氣部，其用於引入用作反應氣體並且也用作冷卻介質的空氣，以及 排氣部，其用於排放包含空氣和氫的過剩反應氣體； 進氣管，其安裝在所述進氣部上；以及 排氣管，其安裝在所述排氣部上並且延伸到所述燃料電池車輛的後端部，所述空冷式燃料電池車輛的特徵在於 所述空冷式燃料電池堆設置在所述空冷式燃料電池車輛的後地板下方並且在車輛縱向上的後輪軸的後方，而所述進氣部定向為向上，並且所述進氣部設置為隨著向所述車輛的後側延伸使其傾斜並逐漸靠近所述後地板。
2.根據權利要求1所述的空冷式燃料電池車輛，其特徵在於 吸氣風扇設置在所述空冷式燃料電池堆的所述排氣部側。
3.根據權利要求1所述的空冷式燃料電池車輛，其特徵在於 所述排氣管包括在上遊端部的廢氣入口和在下遊端部的廢氣出口，並且將連通所述廢氣入口的上端部和所述廢氣出口的上端部的通道壁設置為水平或者以隨著向所述車輛後側延伸所述通道壁的高度增大的方式傾斜。
4.根據權利要求1所述的空冷式燃料電池車輛，其特徵在於 後保險槓設置在所述空冷式燃料電池堆的後方，並且 所述排氣管的所述廢氣出口嵌入在所述後保險槓中形成的開口中。
5.根據權利要求1所述的空冷式燃料電池車輛，其特徵在於 所述進氣管包括在上遊端部的空氣入口和在下遊端部的空氣出口， 所述空氣入口在豎直方向上開在低於所述空氣出口的位置處，並且 在所述空氣入口和所述空氣出口之間形成有使空氣向上流動的通道部。
全文摘要
本發明目的是增大燃料電池車輛的車輛座艙空間，通過直線延伸排氣管減小氣流阻力，通過增大引入到空冷式燃料電池堆中的空氣量提高空冷式燃料電池堆的冷卻性能。為此，一種空冷式燃料電池車輛在其後部包括電動機，其用於驅動後輪；空冷式燃料電池堆，其包括用於引入用作反應氣體並且也用作冷卻介質的空氣的進氣部和用於排出包含空氣和氫的過剩反應氣體的排氣部；進氣管，其安裝在進氣部上；以及排氣管，其安裝在排氣部上並且延伸到燃料電池車輛的後端部。其中，空冷式燃料電池堆設置在該空冷式燃料電池車輛的後地板下方並且在車輛縱向上的後輪軸的後方，而進氣部定向為向上並且所述進氣部設置為隨向所述車輛的後側延伸使其傾斜並逐漸靠近後地板。
文檔編號H01M8/00GK103068611SQ20118004034
公開日2013年4月24日 申請日期2011年6月6日 優先權日2010年10月21日
發明者松本史郎 申請人:鈴木株式會社