CN1703332A - 装有燃料电池的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及装有燃料电池的车辆。在该装有燃料电池的车辆(10)中，燃料电池(30)容纳在构成车辆客厢(R1)的地板(20)一部分并设置在前座(60)下面的第一凹槽部(22)中，其中燃料电池30的上部突出到地板(20)的基准平面(20a)上。也就是说，燃料电池(30)设置在车辆客厢(R1)中并且免受灰尘或泥浆的侵蚀。因此，与暴露于灰尘或泥浆下的情况相比较，燃料电池(30)的维护更易于进行。

Description

装有燃料电池的车辆
技术领域
本发明涉及一种装有燃料电池的车辆。
背景技术
迄今为止，已提出了各种装有燃料电池的车辆，其中燃料电池布置成尽量避免车厢空间的减少。例如，日本专利申请未审定公开No.2001-268720提出了一种装有燃料电池的车辆，其中燃料电池、储氢合金槽、燃料电池附件(附属装置，辅助装置)以及电池单元在其水平状态下直接设置在前轮和后轮之间的车厢地板的下方。
然而，依照日本专利申请未审定公开No.2001-268720，燃料电池被直接设置在车厢地板的下方，即，设置在车辆客厢(乘客舱)的外部。因此当车辆行驶时，燃料电池暴露于灰尘或泥浆下。因此，在某些情况中燃料电池的维护较为麻烦。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种易于执行燃料电池的维护的装有燃料电池的车辆。
本发明的第一方面所涉及的装有燃料电池的车辆安装有用于通过燃料气体与氧化气体的反应发电的燃料电池，并且所述燃料电池设置在车辆客厢中。该燃料电池设置在车辆客厢中因此可免受灰尘或泥浆的侵蚀。因此，与燃料电池暴露于灰尘或泥浆下的情况相比较，燃料电池的维护更易于进行。
“燃料电池”可被设计成用于向车辆驱动电动机供应电力。或者，“燃料电池”可被设计成用于向其它车载装置(例如，空调器、AV装置、导航装置、照明器等)供应电力。此外，“车辆客厢”优选装备有冷却/加热***。
在本发明的第二方面所涉及的装有燃料电池的车辆中，前述第一方面被修正以使得燃料电池设置在地板的燃料电池凹槽部中。在这种结构下，燃料电池可在不突出到地板的基准平面(包括与乘客的脚相对应的部位的平面)上很多的情况下被容纳。在这种情况下，通过用覆盖物(例如，地毯)覆盖地板，可适当地防止乘客感到不舒服的感觉。燃料电池凹槽部也可被形成为置于构成装有燃料电池的车辆的单壳体结构的一对地板下的加强件之间。
在本发明的第三方面所涉及的装有燃料电池的车辆中，前述第一或第二方面被修正以使得车辆包括用于储存电能的蓄电池，并且使得所述蓄电池设置在车辆客厢中。在这种结构下，蓄电池也免受灰尘或泥浆的侵蚀。因此，与蓄电池暴露于灰尘或泥浆下的情况相比较，蓄电池的维护更易于进行。
“蓄电池”可被设计成用于向车辆驱动电动机供应电力。或者，“蓄电池”可被设计成用于向其它车辆安装装置(例如，空调器、AV装置、导航装置、照明器等)供应电力。此外，“蓄电池”可为通过电化学反应储存电能的二次电池(例如，镍氢二次电池、镍镉二次电池、锂氢二次电池、铅酸蓄电池等)。或者“蓄电池”可为直接储存电能的电容器。
在本发明的第四方面所涉及的装有燃料电池的车辆中，前述第三方面被修正以使得蓄电池设置在地板的蓄电池凹槽部中。在这种结构下，蓄电池可在不突出到地板的基准平面上很多的情况下被容纳。在这种情况下，通过用覆盖物(例如，地毯)覆盖地板，可适当地防止乘客感到不舒服的感觉。所述蓄电池凹槽部可容纳在阶梯形凹槽部中，所述阶梯形凹槽部设置在与坐在后座(座椅)上的乘客的脚相对应的位置处，其中蓄电池的上表面与地板的基准平面基本重合。
在本发明的第五方面所涉及的装有燃料电池的车辆中，前述第三方面被修正以使得燃料电池设置在前座下面，并使得蓄电池设置在与坐在后座上的乘客的脚相对应的位置处。在这种结构下，车辆具有较低重心并且在其纵向上得以适当平衡。因此，车辆显示出良好的行驶稳定性。在这种情况下，燃料电池和蓄电池两者都可设置成使得它们的纵向与车辆的横向相一致。在这种结构下，前座和后座在车辆的横向比在车辆的纵向长。因此可容易地将燃料电池设置在前座下面，同时可容易地将蓄电池设置在与坐在后座上的乘客的脚相对应的位置处。可将燃料电池构成得高于蓄电池。也就是说，由于燃料电池设置在前座下面，因此即使燃料电池高度较大，几乎也不存在出现问题的可能性。另一方面，由于蓄电池设置在与坐在后座上的乘客的脚相对应的位置处，因此蓄电池的高度优选较低。
在本发明的第六方面所涉及的装有燃料电池的车辆中，前述第三方面被修正以使得燃料电池设置在与坐在后座上的乘客的脚相对应的位置处，并使得蓄电池设置在前座下面。
在本发明的第七方面所涉及的装有燃料电池的车辆中，前述第一到第六方面中的任意一项被修正以使得车辆还包括用于为燃料电池供以燃料气体的燃料气体供给单元，并且使得燃料气体供给单元被布置在车辆客厢外部。因此，燃料气体很少从燃料气体供给单元中进入车辆客厢中。在这种情况下，燃料气体供给单元可设置在后座的后面。从重量平衡的观点来看，这种结构是优选的。
在本发明的第八方面所涉及的装有燃料电池的车辆中，前述第一到第七方面中的任意一项被修正以使得车辆还包括用于驱动前轮或后轮中至少一方的电动机，并且使得燃料电池和蓄电池中至少一个的电力被供应到电动机。在这种结构下，本发明可适用于在其电动机被供以燃料电池和蓄电池的电力的情况下行驶的车辆。
在本发明的第九方面所涉及的装有燃料电池的车辆中，前述第一到第八方面中的任意一项被修正以使得车辆还包括构成燃料电池的附件的燃料电池附件，并且使得燃料电池附件设置在车辆前车厢中。燃料电池附件可设置在燃料电池周围。而且，燃料电池附件可设置在地板上或设置在地板的下面。
附图说明
图1是装有燃料电池的车辆的框图；
图2是装有燃料电池的车辆的示意性平面图；
图3是装有燃料电池的车辆的示意性截面图；
图4A是示出燃料电池和蓄电池是如何被布置在地板上的透视图；以及
图4B是沿图4A的线A-A所截的截面图并且示出燃料电池和蓄电池是如何被布置在地板上的。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面将参照附图描述本发明的优选实施例。图1是装有燃料电池的车辆的框图。图2是本实施例的装有燃料电池的车辆的示意性平面图。图3是装有燃料电池的车辆的示意性截面图。图4示出燃料电池和蓄电池是如何被布置在地板上的。图4A是透视图，而图4B是沿图4A的线A-A所截的截面图。
如图1中所示的，本实施例的装有燃料电池的车辆10主要包括：左前轮电动机14、右前轮电动机16、氢气瓶18、燃料电池30、蓄电池40和电力控制单元(在下文中，称之为“PCU”)50。如图3中所示的，装有燃料电池的车辆10包括：车辆客厢R1；前车厢R2；以及后车厢R3。在客厢R1中布置有前座60(驾驶员座椅和副驾驶员座椅)以及后座62。前车厢R2设置在前轮的侧部上、通过仪表板12与客厢R1间隔开并且用作发动机室等。后车厢R3设置在后轮的侧部上，并且用作行李厢等。客厢R1可通过空调器(未示出)被加热和冷却。
在本实施例的装有燃料电池的车辆10中，形成于其中的空间被分成为预定空间，即，车辆客厢R1；前车厢R2；以及后车厢R3。然而，由于存在许多在结构上与本实施例中所使用的车辆10不同的车辆，因此任何结构的车辆都可用在本发明中，只要可将燃料电池安装在其中就可以。在这种情况下，车辆客厢R1可被限定为沿垂直方向位于地板20上方并且在纵向上从仪表板到座椅的后远端的空间。然而，某种结构的一些车辆省却了前车厢R2和后车厢R3中的一个或两个。前车厢R2被限定为至少位于车辆客厢R1的外部并且被设在车辆客厢R1的前面的预定空间。后车厢R3被限定为至少位于车辆客厢R1的外部并且被设在车辆客厢R1的后面的预定空间。
左前轮电动机14是安装在左前轮FLW中的轮内电动机，并且用于使得左前轮FLW的轮轴旋转。右前轮电动机16是安装在右前轮FRW中的轮内电动机，并且用于使得右前轮FRW的轮轴旋转。由于左前轮电动机14与右前轮电动机16相互分离，因此在前车厢R2中在两个电动机14与16之间形成有较大空间。燃料电池附件31设置在该空间内，这将在后面描述。
每个氢气瓶18都是容器，作为要供应到燃料电池30的燃料气体的氢气在高压下压缩并贮存在其中。在本实施例中，氢气瓶18被平行布置。氢气瓶18被布置在地板20下面以便于将车辆客厢R1的内部空间(车辆内侧)和外部空间(车辆外侧)相互隔开。也就是说，氢气瓶18被布置在外部空间(车辆外侧)中。
燃料电池30是公知的固体聚合物电解质类型的燃料电池，该电池具有通过堆叠用作结构单元的多个单元电池而构成的堆叠结构，并且用作高压电源(几百V)。如图1中所示的，在构成燃料电池30的每个单元电池中，来自于氢气瓶18并且其压力和流量已通过质量流量控制器32进行调节的氢气(燃料气体)经增湿器33增湿，然后被供应到阳极。其压力已由空气压缩机34调节的压缩空气(氧化气体)被供应到阴极。通过预定的电化学反应的进行，电动势产生。也就是说，在阳极中氢被分离为质子和电子。在阳极中从氢中分离出来的质子通过固体聚合物电解质膜被输送，并且到达阴极。同时从阳极中的氢中分离出来的电子通过经由负荷连接的电线到达阴极。在阴极中，氧与电子和质子相结合，从而生成水。在上述电化学反应的进行中，产生了电动势。
如图3和图4中所示的，燃料电池30被容纳在第一凹槽部22中，所述第一凹槽部22形成车辆客厢R1的地板20的一部分并且被设在前座60的下面，其中燃料电池30的上部突出到地板20的基准平面20a的上方。也就是说，燃料电池30设置在车辆客厢R1的内部。由于车辆客厢R1装有冷却/加热***，因此也可认为燃料电池30设置在装有空气调节设备的环境中。此外，燃料电池30被设置成使其纵向与车辆的横向相一致。另外，用以容纳燃料电池30的第一凹槽部22被形成得插在一对地板下的加强件64和66之间，所述加强件64和66构成装有燃料电池的车辆10的单壳体结构(见图4B)。
燃料电池附件31包括氢气循环泵35、水泵36、FC控制器37(FC为“燃料电池”的缩写)等，以及上述组件，即，质量流量控制器32、增湿器33以及空气压缩机34。氢气循环泵35用于将从燃料电池30中排出的未反应的氢气再次供到燃料电池30中。水泵36使得用以冷却燃料电池30的冷却水在燃料电池30与散热器39之间循环。FC控制器37根据加速器踏板传感器(未示出)所检测的加速器踏板位置和各种传感器所检测的值输出用于控制供应到质量流量控制器32和空气压缩机34中的气体量的控制信号。这些组件在容纳于附件盒中的同时设置在前车厢R2中。燃料电池附件31在前车厢R2中设置在左前轮电动机14与右前轮电动机16之间。燃料电池附件31可被供以来自于低压(例如，12V)电池(未示出)的电力。或者，燃料电池附件31可被供以这样的电力，所述电力在从燃料电池30和蓄电池40中被输出之后其电压已通过PCU50被降低。
蓄电池40具有通过以串联方式连接多个公知的镍氢储存电池而构成的结构，并且用作高压电源(几百V)。通过PCU50的控制，蓄电池40在车辆发动期间驱动电动机14、16，在减速和再生操作期间恢复来自于电动机14、16的再生电力，在车辆加速期间辅助电动机14、16，并根据负荷通过燃料电池30进行充电。如图3和图4所示，蓄电池40容纳在第二凹槽部24中，所述第二凹槽部24形成地板20的一部分并且被设在与坐在后座上的乘客的脚相对应的位置处，其中蓄电池40的上表面基本与地板20的基准平面20a重合。也就是说，蓄电池40设置在车辆客厢R1的内部。此外，蓄电池40被设置成使其纵向与车辆的横向相一致。只要蓄电池40能够充电和放电，该蓄电池就可为任何类型。例如，除镍氢二次电池之外，蓄电池40还可为镍铬二次电池、锂氢二次电池、铅酸蓄电池、电容器等。
在燃料电池30和蓄电池40分别容纳在第一凹槽部22和第二凹槽部24中的情况下，地板20完全被地板覆盖层26(见图3)覆盖。由于地板覆盖层26的存在，乘客进入车辆客厢R1而不会感到不舒服的感觉。
PCU50设置在前车厢R2中，并且设置有控制器部52和逆变器部54。该控制器部52被构成为包括一作为主要元件的微计算机的逻辑电路。该逆变器部54用于使得流过燃料电池30和蓄电池40的高压直流电与流过驱动电动机14、16的交流电相互转换。根据施加到电动机14、16上的负荷以及储存在蓄电池40中的电流量，PCU50的控制器部52执行向电动机14、16和蓄电池40供以燃料电池30所产生的电力的控制操作，或者向电动机14、16供以储存在蓄电池40中的电力的控制操作。更具体地，例如，在车辆加速等期间，当较大负荷被施加于电动机14、16上时，燃料电池30所产生的电力以及储存在蓄电池40中的电力被供应到电动机14、16。而且，在车辆的减速、制动等期间，从电动机14、16中获得的再生电力被供应到蓄电池40。
在如上述根据本实施例构成的装有燃料电池的车辆10中，燃料电池30和蓄电池40设置在车辆客厢R1的地板20上，即，设置在车辆客厢R1中，从而免于灰尘或泥浆。因此，与暴露于灰尘或泥浆下的情况相比较，燃料电池30和蓄电池40的维护更易于进行。此外，燃料电池30和蓄电池40设置在构成地板20一部分的第一凹槽部22和第二凹槽部24中。因此，燃料电池30和蓄电池40可在不突出到地板20的基准平面20a上很多的情况下被容纳。
另外，燃料电池30和蓄电池40是较重的组件，并且被分别设置在前座60和坐在后座62中的乘客的脚的下面。因此车辆具有较低重心并且在其纵向上得以适当平衡。因此，车辆显示出良好的行驶稳定性。在这种情况下，考虑到前座60和后座62在车辆的横向上比车辆的纵向长这个事实，燃料电池30和蓄电池40被设置成使得它们的纵向与车辆的横向相一致。蓄电池40比燃料电池30低，并且蓄电池40的上表面基本与地板20的基准平面20a相一致。因此，坐在后座62中的乘客几乎感觉不到其脚处的不舒服的感觉。
而且，作为燃料气体供给单元的氢气瓶18设置在地板20的下面，即，设置在车辆客厢R1的外部。因此，氢气很少进入车辆客厢R1中。由于氢气瓶18设置在后座62的后面，因此沿其纵向车辆的重量得以适当平衡，并且可在车辆的后部执行充填氢气的操作。
在本实施例中，前车厢R2的空间足够大。因此，还可略微向前移动前座60以便于加宽车辆客厢R1的空间。在这种情况下，坐在前座60上或者从前座60处站起来的乘客的脚可能会碰到前主体梁(见图3)的下部68。因此，优选通过将其高度设定成使得乘客在略微弯腰的情况下至少可站在车辆客厢R1中而确保车辆的可进入性。
显而易见，本发明完全不局限于前述实施例，而是在不脱离其技术范围的前提下可以各种方式执行本发明。
例如，依照前述实施例，燃料电池30和蓄电池40分别设置在车辆客厢R1中的前侧和后侧上。然而，将燃料电池30设置在车辆客厢R1中的后侧上而将蓄电池40设置在车辆客厢R1中的前侧上也是可行的。
而且，依照前述实施例，燃料电池附件31设置在前车厢R2中。然而，将燃料电池附件31设置在燃料电池30周围(例如燃料电池30的前面或者左右)也是可行的。在这种情况下，燃料电池附件31可设置在地板20上，即，设置在车辆客厢R1内部以免受灰尘和泥浆的侵蚀。或者，燃料电池附件31可设置在地板20下面，即，设置在车辆客厢R1外部以便于消散操作期间的噪音等。
而且，依照前述实施例，氢气瓶18被用作燃料气体供给单元。然而，也可使用一种储氢合金箱子，所述储氢合金箱子在等于或低于预定氢储存温度的温度下储存氢，并且在高于预定氢储存温度的温度下释放氢气。或者，也可使用重整炉，所述重整炉通过碳氢化合物类型的燃料与水的反应产生富氢气。
而且，依照前述实施例，轮内电动机用作前轮驱动电动机。可转动地驱动左前轮和右前轮的单个电动机也是可行的。或者，取代前轮驱动车辆，也可将车辆设计为后轮驱动车辆或全轮驱动车辆。
而且，前述实施例使用这样一种布置，其中燃料电池30和蓄电池40都可用作电动机14、16的驱动源(从控制的观点来看，包括燃料电池30和蓄电池40都用于驱动电动机14、16的情况，以及其中燃料电池30和蓄电池40中只有一个用于驱动电动机14、16的情况)。然而，燃料电池30和蓄电池40中也可只有一个用作电动机14、16的驱动源。例如，其中电池中的一个用作电动机14、16的驱动源，而另一个电池用作用于其它装置(例如，附件)的电源也是可行的。或者，除电池30、40以外的电源用作电动机14、16的驱动源，并且电池30和40中的至少一个用于辅助所述驱动源也是可行的。因此，如上所述的，将电动机14、16设计成使用燃料电池30和蓄电池40中的至少一个用作的驱动源是适当的。
在装有燃料电池的车辆10中，燃料电池30被容纳在构成车辆客厢R1的地板20一部分并设置在前座60下面的第一凹槽部22中，其中燃料电池30的上部突出到地板20的基准平面20a上。也就是说，燃料电池30设置在车辆客厢R1内部并且免受灰尘或泥浆的侵蚀。因此，与暴露于灰尘或泥浆下的情况相比较，燃料电池30的维护更易于进行。

Claims (17)

1.一种装有燃料电池的车辆，所述车辆安装有用于通过燃料气体与氧化气体的反应发电的燃料电池，其中，所述燃料电池设置在车辆客厢中。
2.根据权利要求1所述的装有燃料电池的车辆，其特征在于，所述燃料电池设置在地板的燃料电池凹槽部中。
3.根据权利要求2所述的装有燃料电池的车辆，其特征在于，所述燃料电池凹槽部被形成为置于一对地板下的加强件之间。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的装有燃料电池的车辆，其特征在于，它还包括：
用于储存电能的蓄电池，
其中，所述蓄电池设置在所述车辆客厢中。
5.根据权利要求4所述的装有燃料电池的车辆，其特征在于，所述蓄电池设置在所述地板的蓄电池凹槽部中。
6.根据权利要求5所述的装有燃料电池的车辆，其特征在于，所述蓄电池凹槽部设置在前座下面的阶梯形凹槽部中，使得所述蓄电池的上表面与所述地板的基准平面基本重合。
7.根据权利要求1到5中任一项所述的装有燃料电池的车辆，其特征在于：
所述燃料电池设置在所述前座下面；并且
所述蓄电池设置在与坐在后座上的乘客的脚相对应的位置处。
8.根据权利要求1到6中任一项所述的装有燃料电池的车辆，其特征在于：
所述燃料电池设置在与坐在后座上的乘客的脚相对应的位置处；并且
所述蓄电池设置在所述前座下面。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的装有燃料电池的车辆，其特征在于，所述燃料电池和所述蓄电池两者都被设置成使得它们的纵向与所述车辆的横向相一致。
10.根据权利要求4到9中任一项所述的装有燃料电池的车辆，其特征在于，所述燃料电池被形成为高于所述蓄电池。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的装有燃料电池的车辆，其特征在于，它还包括：
用于为所述燃料电池供应燃料气体的燃料气体供给单元，
其中，所述燃料气体供给单元布置在所述车辆客厢外部。
12.根据权利要求11所述的装有燃料电池的车辆，其特征在于，所述燃料气体供给单元设置在所述后座的后面。
13.根据权利要求1到12中任一项所述的装有燃料电池的车辆，其特征在于，它还包括：
用于驱动前轮或后轮中的至少一方的电动机，
其中，所述燃料电池和所述蓄电池中的至少一个的电力被供应给所述电动机。
14.根据权利要求1到13中任一项所述的装有燃料电池的车辆，其特征在于，它还包括：
构成所述燃料电池的附件的燃料电池附件，
其中，所述燃料电池附件设置在车辆前车厢中。
15.根据权利要求1到13中任一项所述的装有燃料电池的车辆，其特征在于，它还包括：
构成所述燃料电池的附件的燃料电池附件，
其中，所述燃料电池附件设置在所述燃料电池周围。
16.根据权利要求1到13中任一项所述的装有燃料电池的车辆，其特征在于，它还包括：
构成所述燃料电池的附件的燃料电池附件，
其中，所述燃料电池附件设置在所述地板上或者设置所述地板的下面。
17.一种车辆，它包括：
车辆客厢；以及
通过燃料气体与氧化气体的反应发电的燃料电池，
其中，所述燃料电池设置在所述车辆客厢中。
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