燃料电池系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种燃料电池系统(fuel cell system)。


背景技术：

2.在现有技术中，作为车辆的燃料电池系统，通常会将燃料电池系统作为电源装置而收容在车辆的前车体的车体空间内，且与车辆的碰撞对应部件(如侧框(side frame)或隔板(bulkhead)等隔开间隔来配置。因此，在现有技术中，当车辆发生碰撞时，所述侧框等部件受到冲击而变形，能够抑制碰撞负载传达到燃料电池系统。
3.然而，在所述燃料电池系统搭载了多个燃料电池堆(fuel cell stack)、或者因续航距离而搭载了大型的燃料电池堆的情况下，对于燃料电池系统的布局(layout)的限制变得严格，有必要在考量碰撞对应结构的情况下调整燃料电池系统的设置。举例来说，为了使所述燃料电池系统即使受到冲击也不容易变形，可考虑采用坚固的外壳来收容燃料电池堆，但在搭载了多个燃料电池堆的情况下，若对多个多个燃料电池堆都采用坚固的外壳，则燃料电池系统大型化，使得燃料电池系统的布局变得更为困难。
4.[现有技术文献]
[0005]
[专利文献]
[0006]
[专利文献1]日本专利公开第2014
‑
83875号


技术实现要素：

[0007]
本实用新型提供一种燃料电池系统，能够提高燃料电池系统的整体刚性并同时兼顾轻量化设置。
[0008]
本实用新型提供一种燃料电池系统，包括收容在车辆的前车体的车体空间内的多个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆至少包括：第一燃料电池堆，受到所述前车体支撑；以及第二燃料电池堆，配置在所述第一燃料电池堆的在车辆上下方向上的一侧，其中，所述第二燃料电池堆的在车辆宽度方向上的长度小于所述第一燃料电池堆的在所述车辆宽度方向上的长度，且所述第二燃料电池堆的在车辆前后方向上的长度小于所述第一燃料电池堆的在所述车辆前后方向上的长度，从所述车辆上下方向上的上方来看，所述第二燃料电池堆的外壳配置在远离所述第一燃料电池堆的外壳的端部而朝向中心的位置，并且所述第一燃料电池堆的所述外壳的刚性大于所述第二燃料电池堆的所述外壳的刚性。
[0009]
在本实用新型的一实施例中，所述燃料电池系统还包括：辅机，配置在所述第一燃料电池堆的在所述车辆上下方向上的一侧，且在所述车辆宽度方向上与所述第二燃料电池堆邻接配置，其中所述辅机在所述车辆上下方向上受到所述第一燃料电池堆的所述外壳支撑，并对所述第一燃料电池堆与所述第二燃料电池堆供给燃料气体。
[0010]
在本实用新型的一实施例中，所述辅机具有对所述第一燃料电池堆与所述第二燃料电池堆供给所述燃料气体的气体供给配管，所述气体供给配管从所述辅机的外壳的外侧配置成在所述车辆宽度方向上分歧而分别对应所述第一燃料电池堆与所述第二燃料电池
堆。
[0011]
在本实用新型的一实施例中，所述辅机与所述第二燃料电池堆配置在所述第一燃料电池堆的在所述车辆上下方向上的下方，且悬挂在所述第一燃料电池堆的所述外壳而受到支撑。
[0012]
在本实用新型的一实施例中，电动机以及变速箱并排设置在所述第一燃料电池堆的在所述车辆上下方向上的下方，并且所述电动机以及所述变速箱受到所述前车体支撑。
[0013]
在本实用新型的一实施例中，所述辅机与所述第二燃料电池堆配置在所述第一燃料电池堆的在所述车辆上下方向上的上方，且固定在所述第一燃料电池堆的所述外壳而受到支撑。
[0014]
在本实用新型的一实施例中，电动机以及变速箱并排设置在所述第一燃料电池堆的在所述车辆上下方向上的下方，并且所述电动机以及所述变速箱受到所述第一燃料电池堆支撑。
[0015]
基于上述，在本实用新型的燃料电池系统中，收容在车辆的前车体的车体空间内的多个燃料电池堆至少包括第一燃料电池堆以及第二燃料电池堆，其中第一燃料电池堆受到前车体支撑，第二燃料电池堆配置在第一燃料电池堆的在车辆上下方向上的一侧，其中，第二燃料电池堆的尺寸小于第一燃料电池堆的尺寸，第二燃料电池堆的外壳配置在远离第一燃料电池堆的外壳的端部而朝向中心的位置，并且第一燃料电池堆的外壳的刚性高。如此，即使车辆发生碰撞时所述碰撞负载传达到受到前车体支撑的第一燃料电池堆，第一燃料电池堆的外壳设置成刚性高而不容易变形，且刚性低的第二燃料电池堆的外壳配置在远离第一燃料电池堆的外壳的端部的位置而不会直接受到冲击。据此，本实用新型的燃料电池系统能够提高燃料电池系统的整体刚性并同时兼顾轻量化设置。
[0016]
为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
[0017]
图1是依照本实用新型的一实施例的燃料电池系统收容在车辆的前车体的车体空间内的平面示意图；
[0018]
图2是图1的燃料电池系统收容在车辆的前车体的车体空间内的侧面示意图；
[0019]
图3是依照本实用新型的另一实施例的燃料电池系统收容在车辆的前车体的车体空间内的侧面示意图；
[0020]
图4a与图4b是示出本实用新型的一实施例的燃料电池系统所用的辅机所采用的气体供给配管的侧面示意图。
[0021]
附图标记说明：
[0022]
50：车辆；
[0023]
52：前车体；
[0024]
54a：左前轮；
[0025]
54b：右前轮；
[0026]
56a、56b：安装部；
[0027]
60：电动机；
[0028]
70：变速箱；
[0029]
100、100a：燃料电池系统；
[0030]
110：第一燃料电池堆；
[0031]
112、122、132：外壳；
[0032]
112a、112b：角落；
[0033]
112c：侧边；
[0034]
120：第二燃料电池堆；
[0035]
130、130a、130b：辅机；
[0036]
134a、134b：气体供给配管；
[0037]
136a、136b：喷出口；
[0038]
d：车辆下方向；
[0039]
fr：车辆前方向；
[0040]
l：车辆左方向；
[0041]
l1、l2、l3、l4：长度；
[0042]
r：车辆右方向；
[0043]
rr：车辆后方向；
[0044]
s：车体空间；
[0045]
u：车辆上方向。
具体实施方式
[0046]
图1是依照本实用新型的一实施例的燃料电池系统收容在车辆的前车体的车体空间内的平面示意图，图2是图1的燃料电池系统收容在车辆的前车体的车体空间内的侧面示意图。请参考图1与图2，在本实施例中，燃料电池系统100适于收容在车辆50的前车体52的车体空间s内。其中，燃料电池系统100包括收容在车辆50的前车体52的车体空间s内的多个燃料电池堆，例如至少包括第一燃料电池堆110以及第二燃料电池堆120，但亦可包括三个以上的燃料电池堆，本实用新型不限制燃料电池系统100的燃料电池堆的数量。并且，车辆50还可以依据需求配置有其他组件，例如在前车体52的下方配置有左前轮54a与右前轮54b(示出于图2)等，但本实用新型并不限制车辆50的具体结构，其可依据需求调整。
[0047]
具体来说，请参考图1与图2，在本实施例中，第一燃料电池堆110受到前车体52支撑，例如在前端部以前车体52的在车辆宽度方向(即车辆左方向l与车辆右方向r)上的两侧的安装部56a、56b进行支撑而横跨在前车体52的左右两侧的侧板(未示出)上，但本实用新型不以此为限制，其可依据需求调整。并且，第二燃料电池堆120配置在第一燃料电池堆110的在车辆上下方向(即车辆上方向u与车辆下方向d)上的一侧，例如是配置在第一燃料电池堆110的在车辆上下方向上的上方。其中，第一燃料电池堆110的外壳112的刚性大于第二燃料电池堆120的外壳122的刚性，第二燃料电池堆120的外壳122固定在第一燃料电池堆110的外壳112而受到支撑。然而，本实用新型不限制第二燃料电池堆120的配置手段，其可依据需求调整。
[0048]
再者，请参考图1与图2，在本实施例中，第二燃料电池堆120的在车辆宽度方向(即车辆左方向l与车辆右方向r)上的长度l1小于第一燃料电池堆110的在车辆宽度方向上的
长度l2，且第二燃料电池堆120的在车辆前后方向(即车辆前方向fr与车辆后方向rr)上的长度l3小于第一燃料电池堆110的在车辆前后方向上的长度l4。也就是说，第二燃料电池堆120在车辆宽度方向及在车辆前后方向上的尺寸都小于第一燃料电池堆110的尺寸。较佳地，第二燃料电池堆120的在车辆上下方向(即车辆上方向u与车辆下方向d)上的尺寸也小于第一燃料电池堆110的在车辆上下方向上的尺寸，且第二燃料电池堆120的堆叠数少于第一燃料电池堆110的堆叠数，即第二燃料电池堆120的重量比第一燃料电池堆110轻。如此，有利于使尺寸较小且重量较轻的第二燃料电池堆120受到尺寸较大且重量较重的第一燃料电池堆110支撑。然而，本实用新型并不以此为限制，其可依据需求调整。
[0049]
此外，在本实施例中，从车辆上下方向(即车辆上方向u与车辆下方向d)上的上方来看(如图1所示的视角)，第二燃料电池堆120的外壳122配置在远离第一燃料电池堆110的外壳112的端部而朝向中心的位置。详细来说，请参考图1，从车辆上下方向上的上方来看，第二燃料电池堆120的外壳122配置在远离第一燃料电池堆110的外壳112的端部，例如是远离外壳112的角落112a、112b与角落112a、112b之间的侧边112c，而朝向外壳112的中心的位置。针对外壳112的其他未标示的角落与侧边，也是如此。因此，从车辆上下方向上的上方来看(如图1所示的视角)，第二燃料电池堆120的外壳122的外轮廓与第一燃料电池堆110的外壳112的外轮廓隔开间隔而不接触，使第二燃料电池堆120的外壳122的外轮廓位在第一燃料电池堆110的外壳112的外轮廓的内侧。
[0050]
如此，在燃料电池系统100中，第一燃料电池堆110的外壳112可选用坚固的板材制作，而第二燃料电池堆120的外壳122可选用轻量的板材制作，并可省略将第二燃料电池堆120的外壳122安装到前车体52所需的框架，而直接将第二燃料电池堆120的外壳122安装在第一燃料电池堆110的外壳112上(例如第二燃料电池堆120与第一燃料电池堆110共用同一安装框架)。由此，第一燃料电池堆110的高刚性的外壳112足以支撑轻量的第二燃料电池堆120，有助于燃料电池系统100的轻量化设置。并且，即使车辆50发生碰撞时所述碰撞负载传达到受到前车体52支撑的第一燃料电池堆110，第一燃料电池堆110的高刚性的外壳112不容易变形，且第二燃料电池堆120没有与前车体52直接连接而不会直接受到冲击。进而，第二燃料电池堆120的外壳122的外轮廓位在第一燃料电池堆110的外壳112的外轮廓的内侧，因而第一燃料电池堆110能够在车辆宽度方向(即车辆左方向l与车辆右方向r)上与车辆前后方向(即车辆前方向fr与车辆后方向rr)上保护第二燃料电池堆120不受冲击。据此，能够提高燃料电池系统100的整体刚性并同时兼顾轻量化设置。
[0051]
请参考图1与图2，在本实施例中，燃料电池系统100还包括辅机130。辅机130可以是对第一燃料电池堆110与第二燃料电池堆120供给燃料气体的燃气供给装置等。也就是说，第一燃料电池堆110与第二燃料电池堆120由同一辅机130进行操作。辅机130配置在第一燃料电池堆110的在车辆上下方向(即车辆上方向u与车辆下方向d)上的一侧，例如是配置在第一燃料电池堆110的在车辆上下方向上的上方，且在车辆宽度方向(即车辆左方向l与车辆右方向r)上与第二燃料电池堆120邻接配置。也就是说，辅机130与第二燃料电池堆120并排配置在第一燃料电池堆110的同一侧。其中，辅机130在车辆上下方向(即车辆上方向u与车辆下方向d)上受到第一燃料电池堆110的外壳112支撑，例如是固定在第一燃料电池堆110的外壳112而受到支撑。然而，本实用新型不限制辅机130的位置、具体结构以及配置手段，其可依据需求调整。
[0052]
再者，在本实施例中，辅机130的尺寸小于第一燃料电池堆110的尺寸。因此，辅机130也可以采用如前述有关第二燃料电池堆120的配置方式，即辅机130的外壳132的外轮廓与第一燃料电池堆110的外壳112的外轮廓隔开间隔而不接触，使辅机130的外壳132的外轮廓位在第一燃料电池堆110的外壳112的外轮廓的内侧。较佳地是，辅机130的尺寸与第二燃料电池堆120的尺寸的总和小于第一燃料电池堆110的尺寸，使辅机130的外壳132的外轮廓与第二燃料电池堆120的外壳122的外轮廓均位在第一燃料电池堆110的外壳112的外轮廓的内侧。进而，辅机130的重量比第一燃料电池堆110轻。如此，有利于使尺寸较小且重量较轻的辅机130受到尺寸较大且重量较重的第一燃料电池堆110支撑。然而，本实用新型并不以此为限制，其可依据需求调整。
[0053]
如此，在燃料电池系统100中，在配置有辅机130的情况下，辅机130的外壳132可选用轻量的板材制作，并可省略将辅机130的外壳132安装到前车体52所需的框架，而直接将辅机130的外壳132安装在第一燃料电池堆110的外壳112上(例如辅机130与第一燃料电池堆110共用同一安装框架)。由此，第一燃料电池堆110的高刚性的外壳112足以支撑轻量的辅机130，有助于燃料电池系统100的轻量化设置。并且，即使车辆50发生碰撞，辅机130没有与前车体52直接连接而不会直接受到冲击。进而，辅机130的外壳132的外轮廓位在第一燃料电池堆110的外壳112的外轮廓的内侧，因而第一燃料电池堆110能够在车辆宽度方向(即车辆左方向l与车辆右方向r)上与车辆前后方向(即车辆前方向fr与车辆后方向rr)上保护辅机130不受冲击，据此能够提高燃料电池系统100的整体刚性并同时兼顾轻量化设置。此外，将辅机130与第二燃料电池堆120并排设置在同一侧，有助于燃料电池系统100的布局。然而，本实用新型并不以此为限制，其可依据需求调整。
[0054]
另外，请参考图1与图2，在本实施例中，在搭载有燃料电池系统100的车辆50中，还设有电动机60以及用于传送电动机60的驱动力的变速箱70。电动机60与变速箱70彼此连接，且并排设置在第一燃料电池堆110的在车辆上下方向(即车辆上方向u与车辆下方向d)上的下方，例如是设置在车辆50的底部。也就是说，电动机60与变速箱70在车辆宽度方向(即车辆上方向u与车辆下方向d)上并排设置。其中，电动机60以及变速箱70受到第一燃料电池堆110的外壳112支撑，例如是固定在第一燃料电池堆110的外壳112的下方而受到支撑。然而，在其他实施例中，电动机60以及变速箱70也可以安装在前车体52上而受到前车体52支撑。本实用新型不限制电动机60以及变速箱70的位置、具体结构以及配置手段，也不限制电动机60与变速箱70的配置与否，其可依据需求调整。
[0055]
再者，在本实施例中，电动机60与变速箱70的尺寸小于第一燃料电池堆110的尺寸。因此，电动机60与变速箱70也可以采用如前述有关第二燃料电池堆120的配置方式，即电动机60的外轮廓与第一燃料电池堆110的外壳112的外轮廓隔开间隔而不接触，变速箱70的外轮廓与第一燃料电池堆110的外壳112的外轮廓隔开间隔而不接触，使电动机60的外轮廓与变速箱70的外轮廓均位在第一燃料电池堆110的外壳112的外轮廓的内侧。进而，电动机60的重量与变速箱70的重量比第一燃料电池堆110轻。如此，有利于使尺寸较小且重量较轻的电动机60与变速箱70受到尺寸较大且重量较重的第一燃料电池堆110支撑。然而，本实用新型并不以此为限制，其可依据需求调整。
[0056]
如此，在燃料电池系统100中，在配置有电动机60与变速箱70的情况下，电动机60与变速箱70的外壳可选用轻量的板材制作，并可省略将电动机60与变速箱70安装到前车体
52所需的框架，而直接将电动机60与变速箱70安装在第一燃料电池堆110的外壳112的下方(例如电动机60与第一燃料电池堆110共用同一安装框架)。由此，第一燃料电池堆110的高刚性的外壳112足以支撑轻量的电动机60与变速箱70，有助于燃料电池系统100的轻量化设置。并且，即使车辆50发生碰撞，电动机60与变速箱70没有与前车体52直接连接而不会直接受到冲击。进而，电动机60的外轮廓与变速箱70的外轮廓位在第一燃料电池堆110的外壳112的外轮廓的内侧，且电动机60与变速箱70位在第一燃料电池堆110的下方，因而第一燃料电池堆110能够在车辆宽度方向(即车辆左方向l与车辆右方向r)、车辆前后方向(即车辆前方向fr与车辆后方向rr)、与车辆上下方向(即车辆上方向u与车辆下方向d)上保护电动机60与变速箱70不受冲击，据此能够提高燃料电池系统100的整体刚性并同时兼顾轻量化设置。然而，本实用新型并不以此为限制，其可依据需求调整。
[0057]
图3是依照本实用新型的另一实施例的燃料电池系统收容在车辆的前车体的车体空间内的侧面示意图。请参考图3，在本实施例中，燃料电池系统100a适于收容在车辆50的前车体52的车体空间s内。其中，燃料电池系统100a包括收容在车辆50的前车体52的车体空间s内的多个燃料电池堆，例如至少包括第一燃料电池堆110以及第二燃料电池堆120，且还包括辅机130。并且，在搭载有燃料电池系统100a的车辆50中，还设有电动机60以及用于传送电动机60的驱动力的变速箱70。因此，燃料电池系统100a与前述的燃料电池系统100具有类似的结构配置，其主要差异在于辅机130与第二燃料电池堆120的配置位置，而其余部分可参照燃料电池系统100与图1与图2的相关说明，在此不多加赘述。
[0058]
具体来说，请参考图3，在本实施例中，第二燃料电池堆120配置在第一燃料电池堆110的在车辆上下方向(即车辆上方向u与车辆下方向d)上的一侧，例如是配置在第一燃料电池堆110的在车辆上下方向上的下方。其中，第二燃料电池堆120的外壳122悬挂在第一燃料电池堆110的外壳112而受到支撑。类似地，辅机130配置在第一燃料电池堆110的在车辆上下方向(即车辆上方向u与车辆下方向d)上的一侧，例如是配置在第一燃料电池堆110的在车辆上下方向上的下方，且在车辆宽度方向(即车辆左方向l与车辆右方向r)上与第二燃料电池堆120邻接配置。也就是说，辅机130与第二燃料电池堆120并排配置在第一燃料电池堆110的同一侧。其中，辅机130在车辆上下方向上受到第一燃料电池堆110的外壳112支撑，例如是悬挂在第一燃料电池堆110的外壳112而受到支撑。然而，本实用新型不限制辅机130与第二燃料电池堆120的配置手段，其可依据需求调整。
[0059]
由此可知，相较于图1与图2所示出的燃料电池系统100，本实施例的燃料电池系统100a将辅机130与第二燃料电池堆120悬挂在第一燃料电池堆110的外壳112的下方而受到第一燃料电池堆110的外壳112支撑。如此，燃料电池系统100a仍然具有前述燃料电池系统100的功效。进而，将辅机130与第二燃料电池堆120配置在第一燃料电池堆110的在车辆上下方向(即车辆上方向u与车辆下方向d)上的下方，当车辆50从前车体52的上方发生碰撞时，第一燃料电池堆110还能够进一步在车辆上下方向(即车辆上方向u与车辆下方向d)上保护辅机130与第二燃料电池堆120不受冲击。据此，能够提高燃料电池系统100a的整体刚性并同时兼顾轻量化设置。
[0060]
进而，在本实施例中，由于辅机130与第二燃料电池堆120配置在第一燃料电池堆110的在车辆上下方向(即车辆上方向u与车辆下方向d)上的下方，因此较佳地是，配置在第一燃料电池堆110的在车辆上下方向(即车辆上方向u与车辆下方向d)上的下方的电动机60
以及变速箱70安装在前车体52上而受到前车体52支撑，即电动机60以及变速箱70采用与辅机130与第二燃料电池堆120不同的配置手段，由此避免这些构件的悬挂式的配置手段彼此干涉而影响布局或造成装置大型化。然而，本实用新型不限制电动机60以及变速箱70的位置、具体结构以及配置手段，也不限制电动机60与变速箱70的配置与否，其可依据需求调整。
[0061]
图4a与图4b是示出本实用新型的一实施例的燃料电池系统所用的辅机所采用的气体供给配管的侧面示意图。请参考图4a，在本实施例中，辅机130a具有对第一燃料电池堆110与第二燃料电池堆120(示出于图1至图3)供给燃料气体的气体供给配管134a、134b。气体供给配管134a、134b从辅机130a的外壳132的外侧配置成在车辆宽度方向(即车辆左方向l与车辆右方向r)上分歧而分别对应第一燃料电池堆110与第二燃料电池堆120。所述分歧是指，在辅机130a的外壳132的外侧设置两个喷出口136a、136b并分别连接气体供给配管134a、134b，而气体供给配管134a、134b分别连接到第一燃料电池堆110与第二燃料电池堆120。如此，能够有效率地经由一个辅机130a来对第一燃料电池堆110与第二燃料电池堆120供给燃料气体。
[0062]
请参考图4b，在本实施例中，辅机130b具有对第一燃料电池堆110与第二燃料电池堆120(示出于图1至图3)供给燃料气体的气体供给配管134。气体供给配管134从辅机130b的外壳132的外侧配置成在车辆宽度方向(即车辆左方向l与车辆右方向r)上分歧而分别对应第一燃料电池堆110与第二燃料电池堆120。所述分歧是指，在辅机130b的外壳132的外侧设置一个喷出口136并连接气体供给配管134，而气体供给配管134的端部设有分支，所述分支分别连接到第一燃料电池堆110与第二燃料电池堆120。如此，能够有效率地经由一个辅机130b来对第一燃料电池堆110与第二燃料电池堆120供给燃料气体。
[0063]
图4a所示出的辅机130a与图4b所示出的辅机130b适用于前述的燃料电池系统100与燃料电池系统100a，例如是作为前述的辅机130而配置在第一燃料电池堆110的在车辆上下方向(即车辆上方向u与车辆下方向d)上的一侧。然而，在其他未示出的实施例中，燃料电池系统可以使用未示出的其他形态的辅机，也可以采用多个辅机分别对第一燃料电池堆与第二燃料电池堆供给燃料气体，本实用新型并不限制燃料电池系统所使用的辅机的种类与具体结构，其可依据需求调整。
[0064]
综上所述，在本实用新型的燃料电池系统中，收容在车辆的前车体的车体空间内的多个燃料电池堆至少包括第一燃料电池堆以及第二燃料电池堆，其中第一燃料电池堆受到前车体支撑，第二燃料电池堆配置在第一燃料电池堆的在车辆上下方向上的一侧，其中，第二燃料电池堆的尺寸小于第一燃料电池堆的尺寸，第二燃料电池堆的外壳配置在远离第一燃料电池堆的外壳的端部而朝向中心的位置，并且第一燃料电池堆的外壳的刚性高。较佳地，辅机与第二燃料电池堆配置在第一燃料电池堆的同一侧，其中辅机受到第一燃料电池堆的外壳支撑，并对第一燃料电池堆与第二燃料电池堆供给燃料气体。如此，即使车辆发生碰撞时所述碰撞负载传达到受到前车体支撑的第一燃料电池堆，第一燃料电池堆的外壳设置成刚性高而不容易变形，且刚性低的第二燃料电池堆的外壳配置在远离第一燃料电池堆的外壳的端部的位置而不会直接受到冲击。据此，本实用新型的燃料电池系统能够提高燃料电池系统的整体刚性并同时兼顾轻量化设置。
[0065]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的实施例的技术方案的范围。