燃料电池车辆

摘要

本发明涉及燃料电池车辆。该燃料电池车辆(10)配备有电力控制装置(20)，该电力控制装置变换从燃料电池(50)供给的电力并将经变换的电力供给到负载(55-58)。将燃料电池(50)和负载(55-58)中的至少一个与电力控制装置(20)连接的高电压配线(40)设置在车辆的左侧或右侧的一侧上，用于向燃料电池(50)供给燃料气体的燃料配管(30)设置在与设置高电压配线(40)的一侧相反的车辆另一侧上。

权利要求

1.一种配备有电力控制装置(20)的燃料电池车辆，所述电力控制装置变换从燃料电池(50)供给的电力并将所述变换的电力供给到负载，其中：将所述燃料电池(50)和所述负载中的至少一个与所述电力控制装置连接的高电压配线(40)设置在所述车辆的第一侧上，所述车辆的第一侧是所述车辆的左侧或右侧；

用于从燃料供给源(31-33)向所述燃料电池(50)供给燃料气体的燃料配管(30)设置在所述车辆的第二侧上，以便所述高电压配线(40)和所述燃料配管(30)沿车辆横向彼此隔开一定距离，其中，所述车辆的第二侧与设置所述高电压配线(40)的所述第一侧相对；以及所述燃料电池(50)、所述电力控制装置(20)、蓄电装置(22)和所述燃料供给源(31-33)从所述车辆的前面起按此顺序设置。

2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述电力控制装置(20)包括用于连接所述高电压配线(40)与所述电力控制装置(20)的连接器(71-78)，所述连接器(71-78)沿车辆纵向面向设置所述高电压配线(40)的所述第一侧布置。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述车辆包括向所述燃料电池(50)供给燃料气体的燃料供给源(31-33)，所述电力控制装置(20)的连接器(71-78)定位在所述车辆的相对于所述燃料配管(30)所在部位的沿车辆横向的相反侧上。

4.根据权利要求3所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述燃料供给源(31-33)包括存储燃料气体的容器。

5.根据权利要求4所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述容器是氢燃料箱。

6.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述电力控制装置(20)封闭在壳体内，所述壳体呈基本L形或T形。

7.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆，其特征在于，它还包括：

两者都沿车辆纵向延伸的第一车架和第二车架，其中，所述高电压配线(40)沿所述第一车架设置，所述燃料配管沿所述第二车架设置。

8.根据权利要求7所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述高电压配线(40)和所述燃料配管(30)设置在所述第一车架与所述第二车架之间。

9.根据权利要求7所述的燃料电池车辆，其特征在于，它还包括：

设置在所述车辆的沿车辆横向延伸的前部的第三车架；

设置在所述车辆的沿车辆横向延伸的后部的第四车架，以及其中，

所述高电压配线(40)和所述燃料配管(30)设置在所述第三车架与所述第四车架之间。

10.根据权利要求9所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述燃料供给源(31-33)、所述燃料电池(50)、所述负载和所述电力控制装置(20)布置成由所述第一车架、所述第二车架、所述第三车架和所述第四车架围住。

11.一种配备有电力控制装置(20)的燃料电池车辆，所述电力控制装置变换从燃料电池(50)供给的电力并将所述变换的电力供给到负载，其中，所述燃料电池(50)、所述电力控制装置(20)、蓄电装置(22)和向所述燃料电池(50)供给燃料气体的燃料供给源(31-33)设置在车辆客厢的地板下方，将所述燃料电池(50)与所述燃料供给源(31-33)连接的燃料配管(30)和将所述燃料电池(50)与所述电力控制装置(20)连接的电气配线(40)设置成沿车辆横向彼此隔开一定距离，其中，所述高电压配线(40)设置在所述车辆的第一侧上，所述车辆的第一侧是所述车辆的左侧或右侧，其中，所述燃料配管(30)设置在所述车辆的第二侧上，所述车辆的第二侧与设置所述高电压配线(40)的所述第一侧相对，并且其中，所述燃料电池(50)、所述电力控制装置(20)、所述蓄电装置(22)和所述燃料供给源(31-33)从所述车辆的前面起按此顺序设置。

12.根据权利要求11所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述燃料供给源(31-33)包括存储燃料气体的容器。

13.根据权利要求12所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述容器是存储氢气的氢燃料箱。

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池车辆，更具体地，涉及高电压配线和燃料配管的车载布置技术。

背景技术

难以利用有限的车载可用空间为配置有车载燃料电池发电系统且利用电机产生的动力行驶的燃料电池车辆内的燃料系统(例如，燃料电池和高压氢燃料箱等)和电气系统(例如，电力控制装置、电机、二次电池等)提供适当的布置。因为氢气是可燃的，所以上述布置必须使氢气不在高电压配线附近泄漏。例如，JP(A)2001-071753公开了将燃料系统设于车辆后部内且将电气系统设于车辆前部内以防止在车辆碰撞时燃料配管和高电压配线相互靠近的技术，从而尽可能减小任何泄漏氢气点火的可能性。
然而，当上述布置使得电气系统和燃料系统在车辆纵向上分离时，如JP(A)2001-071753，假定车载空间有限，则用于每个装置的安装空间也极有限。这急剧降低了布置自由度。
文献US2003046802A1公开了各种车身商用方法，其中说明了例如经由可拆卸得车身地板而有助于模块化车身部件的互换的方法和结构。
此外，文献US6107691公开了用于在由燃料电池供给动力的多个车辆停在停车场中的同时从这多个车辆发电的方法和装置，其中，多个隔开一定距离的电气容器设置用于接纳停泊车辆的连接用电缆，这些连接用电缆用于将各停泊车辆中的燃料电池电气连接到多个电气容器。
US6220380B1公开了带有电池箱配置的其它电动车辆，其中，电池箱支承在电动车辆中央部处的地板面板的下方。
文献EP0677417A1也公开了用于电动车辆的驱动装置的配置，其中，燃料电池位于车辆的前部，改质器(重整器，reformer)位于车辆的后部。
此外，文献WO2004/030968A1公开了一种配备有燃料电池的车辆，存储要供给到燃料电池的氢气的氢气瓶、燃料电池、燃料电池附件、蓄电池、以及控制来自燃料电池和蓄电池的电力向前轮驱动电机和后轮驱动电机的供给的PCU按此顺序布置在客厢的地板下方。因此，这些主要部件不会减小客厢、前室和后室的空间。由于设置在客厢的地板下方的装置重量较大，因此车辆的重心位于车辆中央部的低位置，从而实现车辆的良好运行的稳定性。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种具有这样布置构造的燃料电池车辆，在该布置构造中，高电压配线和燃料配管相互离开设置且同时车载装置布置内的自由度提高。
本发明的第一方面涉及一种配备有电力控制装置的燃料电池车辆，该电力控制装置变换从燃料电池供给的电力并将经变换的电力供给到负载。在此燃料电池车辆中，将燃料电池和负载中的至少一个与电力控制装置连接的高电压配线设置在车辆的(左侧或右侧的)一侧上，用于向燃料电池供给燃料气体的燃料配管设置在与设置高电压配线的一侧相反的车辆另一侧上。
因此，车辆碰撞过程中的安全度提高，因为高电压配线和燃料配线不相互紧邻。此外，装置布置的自由度提高，因为不需要将燃料系统和电气系统设置成使它们沿车辆纵向相互隔开一定距离。
电力控制装置优选包括用于连接高电压配线与电力控制装置的连接器。此连接器优选沿车辆纵向面向一侧设置。此构造使得易于将高电压配线设置在车辆一侧上。
同时，电力控制装置优选封闭在壳体内，该壳体优选呈基本L形或T形。这使得可以为沿车辆纵向设置与高电压配线连接的连接器以便它们都面向车辆一侧确保足够的空间。
此外，燃料电池车辆还包括两者都沿车辆纵向延伸的第一车架和第二车架。高电压配线沿第一车架设置，燃料配管沿第二车架设置。同时，高电压配线和燃料配管设置在第一车架与第二车架之间。因此，可避免由来自车辆侧面的冲击导致的对高电压配线和燃料配管的损害。
此外，燃料电池车辆还包括设置在车辆的沿车辆横向延伸的前部的第三车架和设置在车辆的沿车辆横向延伸的后部的第四车架。在此情况中，高电压配线和燃料配管设置在第三车架与第四车架之间。因此，可避免由来自车辆前面或后面的冲击导致的对高电压配线和燃料配管的损害。此外，燃料供给源、燃料电池、负载和电力控制装置设置成由第一车架、第二车架、第三车架和第四车架围住。这种构造防止对车辆的冲击传递给燃料供给源、燃料电池、负载和电力控制装置。结果，可避免对高电压配线和燃料配管的损害。
本发明的第二方面涉及一种配备有电力控制装置的燃料电池车辆，该电力控制装置变换从燃料电池供给的电力并将经变换的电力供给到负载。在此燃料电池车辆中，燃料电池、电力控制装置和给燃料电池供给燃料气体的燃料供给源设置在车辆客厢的地板下方。同时，将燃料电池与燃料供给源连接的燃料配管和将燃料电池与电力控制装置连接的电气配线设置成沿车辆横向相互隔开一定距离。
通过沿车辆横向相互隔开一定距离地设置燃料配管和电气配线，可避免它们相互靠近而不损失各种装置如燃料供给源、燃料电池和电力控制装置的布置自由度。
根据本发明的前述第一和第二方面，车辆碰撞过程中的安全度提高，因为高电压配线和燃料配线不相互紧邻。此外，装置布置的自由度提高，因为不需要沿车辆纵向相互隔开一定距离地设置燃料系统和电气系统。

附图说明

从以下参照附图对优选实施例的说明，本发明的前述及其它目的、特征和优点将变得明显，在附图中，相同附图标记用于指示相同部件，且其中：
图1是根据第一示例性实施例的各种车载装置的布置的示图；
图2是电力控制装置的电路框图；以及
图3是根据第二示例性实施例的各种车载装置的布置的示图。

具体实施方式

以下，将参照附图说明第一优选实施例。图1表示安装在燃料电池车辆内的各种车载装置的布置。主要地，燃料电池50、高压氢燃料箱(氢气存储容器)31-33、轮内电机(三相电机)55-58以及电力控制装置(以下简称为“PCU”)20安装在构成燃料电池车辆10骨架的车架11上。燃料电池50利用供给到其的燃料气体(富含氢气的燃料气体)和氧化气发电。高压氢燃料箱31-33给燃料电池50供给富含氢气的燃料气体。轮内电机55-58配备在轮胎/车轮组件65-68的车轮内。PCU20将从燃料电池50输出的直流(DC)电力变换为交流(AC)电力，并将其供给到轮内电机55-58和其它负载(即，随后将要描述的辅助装置例如空气压缩泵52)。PCU20还将从燃料电池50输出的高压降至用于操纵辅助装置的低压，并给二次电池(蓄电装置)22充电。
安装在车辆前部内的燃料电池50的辅助装置包括空气压缩泵52、氢气泵54、水泵53以及热交换装置59。空气压缩泵52将通过设置在车辆前部内的空气滤清器51且经由空气配管61引入的空气压缩至高压，并将其供给到燃料电池50的氧极。氢气泵54控制从高压氢燃料箱31-33经由在车辆纵向上沿车辆左侧设置的燃料配管(氢气配管)30供给到燃料电池50的氢极的燃料气体量。水泵53经由冷却剂配管60使冷却剂(水)循环流入燃料电池50。热交换装置59冷却被加热的冷却剂。
从燃料电池50输出的DC电力经由高电压配线(电气配线)41供给到PCU20的输入连接器71，并变换为AC电力。此AC电力然后经由分别与输出连接器72-78连接的高电压配线(电气配线)42-48供给到空气压缩泵52、水泵53、氢气泵54和轮内电机55-58。此外，PCU20构造用以降低从燃料电池50供给的DC电力的电压，并经由输出连接器79给二次电池22充电。PCU20还可在车辆被制动时利用再生能量给二次电池22充电。
车架11包括沿车辆每侧设置一个的两个纵梁11a以及与该纵梁11a连接的两个横梁11b。燃料电池50、PCU20、二次电池22以及高压氢燃料箱31-33在车辆客厢的地板下方从车辆前方按顺序布置。此外，PCU20和二次电池22都设置在两横梁11b之间，以便利用极刚硬的车架构造保护它们。
PCU20的连接器布置优选是这样的，使与高电压配线连接的所有连接器71-78都面向车辆的右侧或左侧(即，与其上设置燃料配管30的一侧相反的那一侧)。按这种方式设置连接器可将由高电压配线41-48组成的高电压配线(即，电气配线系统)40定线在与其上设置燃料配管30的一侧相反且因而在车辆纵向上远离该燃料配管30的车辆一侧上。为实现此连接器布置，优选使PCU20的壳体形状类似字母“L”，连接器71-78沿“L”的底缘设置且该字母被定向为使经过其中心的虚拟线朝向车辆横向。使PCU20的壳体呈“L”形可以为面向车辆一侧在车辆纵向上延伸的所有连接器71-78确保足够的空间。图1中的例子表示了一种高电压配线40和燃料配管30在车辆横向上尽可能相互远离、高电压配线40被沿车辆右侧定线在车辆纵向上且燃料配管30沿车辆左侧在车辆纵向上延伸的布置。
使PCU20呈基本L形为将二次电池22安装在“L”的内角中确保足够的空间。本说明书中的术语“基本L形”包括规则“L”形和左右反转“L”形。其还包括倒“L”形和左右反转倒“L”形，只要其上设置连接器的“L”的底部在相对于燃料配管30的车辆相反侧上。
图2是PCU20的电路框图。一对电源线L1和L2经由整流二极管111与接收从燃料电池50输出的电力的输入连接器71连接。逆变器82-88和DC/DC变换器90并行与电源线L1和L2连接。逆变器82-88将DC电力变换为AC电力(三相交流)，并将其供给到轮内电机55-58和各种辅助装置(例如空气压缩泵52)。逆变器82-88的输出端子与输出连接器72-78连接。DC/DC变换器90降低DC电力的电压，并给二次电池22充电。DC/DC变换器90是一种包括逆变器81、反应器110和整流器89的降频变换器。DC/DC变换器90的输出端子与输出连接器79连接。
在图2中表示了平滑电容器91和92及95-99、电流传感器100-102及105-108、熔断丝112、以及放电电阻器115和119。通过利用来自电流传感器102及105-108的传感器信号检测例如轮内电机55-58的电机转子的角位置，可响应于车辆的运转状态来控制辅助装置例如轮胎/车轮组件65-68和空气压缩泵52。
如上所述，根据示例性实施例，PCU20的壳体具有基本“L”形，以便与高电压配线40连接的所有连接器71-78都沿一个方向(车辆纵向)设置。结果，高电压配线40被定线在与燃料配管30相反的车辆一侧上，于是可获得一种高电压配线40和燃料配管30在车辆纵向上相互隔开一定距离的布置。这避免了需要沿车辆纵向相互分离地安装燃料系统和电气系统，从而提高了安装布置的自由度。
接着，将说明本发明的第二优选实施例。图3表示安装在燃料电池车辆内的各种车载装置的布置。利用与图1所示部件相同的附图标记指示的图3所示部件与图1所示的那些部件相同，因此将省略对它们的详细说明。在此示例性实施例中，使电力控制装置(以下，简称为“PCU”)21的壳体形状类似于字母“T”，连接器71-78沿“T”的顶缘设置，且该字母被定向为使经过其中心的虚拟线朝向车辆横向。因此，在此例中所有连接器71-78都沿车辆纵向设置，以使它们面向与具有燃料配管30的一侧相反的车辆一侧。按照这种方式使PCU21的壳体呈基本T形不仅可以为设置所有连接器71-78确保足够的空间，而且为安装车载装置提供两个位置，因为“T”具有两个侧角。在这些空间中的一个中可安装二次电池22，在另一个空间中可安装各种辅助装置23例如用于冷却PCU21的散热器和水泵或其类似物。
上述例子中的结构是经由燃料配管30将存储在高压氢燃料箱31-33中的燃料气体供给到燃料电池50。然而，本发明不限于此。例如，该结构可以是在车内将原燃料例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、甲醇、乙醇、二甲醚、丙酮或轻燃料油改质为富含氢气的气体，然后经由燃料配管30供给到燃料电池50。或者，该结构可以是经由燃料配管30将存储在氢气吸收合金箱内的氢气供给到燃料电池50。