本發(fā)明涉及一種燃料電池車輛，該燃料電池車輛將多個(gè)燃料電池層疊而成的燃料電池堆收納于電池堆殼體，并且所述電池堆殼體搭載在車輛主體的內(nèi)部。

背景技術(shù)：

例如，固體高分子型燃料電池具備在由高分子離子交換膜構(gòu)成的電解質(zhì)膜的一方配設(shè)有陽極電極且在另一方配設(shè)有陰極電極的電解質(zhì)膜·電極結(jié)構(gòu)體(MEA)。電解質(zhì)膜·電極結(jié)構(gòu)體被隔板夾持而構(gòu)成發(fā)電單元。該燃料電池通常通過層疊規(guī)定個(gè)數(shù)的發(fā)電單元而作為例如車載用燃料電池組搭載于燃料電池車輛。

在燃料電池車輛中，特別是擔(dān)心作為燃料氣體的氫氣向搭載燃料電池堆的空間內(nèi)泄漏。因此，以高效地將從燃料電池堆泄漏的氫氣向外部排出作為目的，例如，提出了日本特開2004-040950號公報(bào)公開的燃料電池汽車。

該燃料電池汽車在駕駛室的前方配置有搭載燃料電池的封閉空間。并且，根據(jù)需要在封閉空間的上部設(shè)置有第一開口部，且在行駛時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓的位置設(shè)置有第二開口部，從而將從燃料電池系統(tǒng)泄漏至所述封閉空間內(nèi)的氫氣排出。

因此，在封閉空間的上部設(shè)置有開口部的情況下，特別是在車輛停止的狀態(tài)下，能夠可靠地在封閉空間內(nèi)將從燃料電池系統(tǒng)泄漏的氫氣向車外換氣。另外，在負(fù)壓的產(chǎn)生位置設(shè)置有開口部的情況下，能夠在行駛時(shí)將從燃料電池系統(tǒng)泄漏的氫氣從封閉空間排出。

在上述的日本特開2004-040950號公報(bào)中，在封閉空間的上部設(shè)置有開口部。因此，在車輛前后傾斜時(shí)或左右傾斜時(shí)，擔(dān)心氫氣殘留在封閉空間中。因此，存在無法可靠地將泄漏的氫氣向車外換氣的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決了這種問題，其目的在于提供能夠通過簡單的結(jié)構(gòu)將泄漏至電池堆殼體內(nèi)的燃料氣體容易且可靠地向車輛外部排出的燃料電池車輛。

本發(fā)明所涉及的燃料電池車輛構(gòu)成為，將通過燃料氣體與氧化劑氣體的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電的燃料電池層疊而成的多個(gè)燃料電池堆收納于電池堆殼體，并且所述電池堆殼體搭載在車輛主體的內(nèi)部。

在該燃料電池車輛中，在電池堆殼體上連接管道構(gòu)件的一端，另一方面，所述管道構(gòu)件的另一端向車輛主體的擋泥板部開口。

另外，優(yōu)選的是，電池堆殼體搭載在形成于前圍板的前方的前箱內(nèi)，并且在管道構(gòu)件的另一端設(shè)置有向前輪的擋泥板部的上部開口的排氣口。

此外，優(yōu)選的是，在電池堆殼體的車寬方向兩端分別連接有管道構(gòu)件的一端，并且各管道構(gòu)件配置為在俯視觀察車輛時(shí)朝車輛前后方向的后方向車寬方向外側(cè)傾斜。

進(jìn)一步優(yōu)選的是，排氣口的上端位置設(shè)定在比管道構(gòu)件的內(nèi)壁面的至少一部分的下端位置靠下方的位置。

另外，優(yōu)選的是，排氣口設(shè)定為隨著朝向車輛前后方向的后方而開口面積增大。

另外，優(yōu)選的是，左側(cè)的管道構(gòu)件與右側(cè)的管道構(gòu)件通過旁通管道而連結(jié)。

另外，優(yōu)選的是，四根管道構(gòu)件與電池堆殼體的四角連接。

另外，優(yōu)選的是，電池堆殼體的車寬方向一端的兩根管道構(gòu)件匯流后，向設(shè)置在擋泥板部的上部的排氣口開口。

另外，優(yōu)選的是，在排氣口上設(shè)置有網(wǎng)狀構(gòu)件。

根據(jù)本發(fā)明，在電池堆殼體上連接有管道構(gòu)件的一端，另一方面，所述管道構(gòu)件的另一端向車輛主體的擋泥板部開口。因此，能夠通過簡單的結(jié)構(gòu)將泄漏至電池堆殼體內(nèi)的燃料氣體容易且可靠地向車輛外部排出。

對于上述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，通過參照附圖進(jìn)行說明的以下的實(shí)施方式的說明會很容易地解釋。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的燃料電池車輛的前方部分的簡要立體說明圖。

圖2是所述燃料電池車輛的簡要俯視說明圖。

圖3是所述燃料電池車輛的簡要主視說明圖。

圖4是構(gòu)成所述燃料電池車輛的、收納燃料電池堆的電池堆殼體的分解立體說明圖。

圖5是構(gòu)成所述燃料電池堆的燃料電池的主要部位分解立體圖。

圖6是所述燃料電池車輛的左前方正面的說明圖。

具體實(shí)施方式

如圖1～圖3所示那樣，本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的燃料電池車輛10例如是燃料電池電動汽車。燃料電池車輛10具有具備前輪11F以及后輪11R的車輛主體10a(參照圖2)。在車輛主體10a的前輪11F側(cè)，搭載收容有燃料電池堆12的電池堆殼體14的前箱(馬達(dá)室)16形成在前圍板18的前方。

如圖4所示那樣，燃料電池堆12在車輛寬度方向(箭頭B方向)上層疊有多個(gè)燃料電池20。在燃料電池20的層疊方向一端，朝向外側(cè)依次配設(shè)有第一接線板22a、第一絕緣板24a以及第一端板26a。

在燃料電池20的層疊方向另一端，朝向外側(cè)依次配置有第二接線板22b、第二絕緣板24b以及第二端板26b。在燃料電池堆12的車輛寬度方向兩端配置有第一端板26a與第二端板26b。

第一端板26a以及第二端板26b設(shè)定為比燃料電池20、第一絕緣板24a以及第二絕緣板24b的外形尺寸大的外形尺寸。也可以是第一接線板22a收容在第一絕緣板24a的內(nèi)部的凹部，另一方面第二接線板22b收容在第二絕緣板24b的內(nèi)部的凹部。

與第一接線板22a連接的第一電力輸出端子28a從橫長形狀的第一端板26a的中央部朝向外側(cè)延伸。與第二接線板22b連接的第二電力輸出端子28b從橫長形狀的第二端板26b的中央部朝向外側(cè)延伸。第一端板26a與第二端板26b的各角部通過在層疊方向上延伸的拉桿30而被固定，在所述層疊方向上被施加有緊固負(fù)載。

如圖5所示，燃料電池20的電解質(zhì)膜·電極結(jié)構(gòu)體32被第一隔板34及第二隔板36夾持。第一隔板34以及第二隔板36由金屬制隔板或者碳制隔板構(gòu)成。

在燃料電池20的箭頭A方向的一端緣部，以在層疊方向(箭頭B方向)上相互連通的方式沿箭頭C方向(鉛垂方向)排列設(shè)置有氧化劑氣體入口連通孔38a、冷卻介質(zhì)入口連通孔40a以及燃料氣體出口連通孔42b。氧化劑氣體入口連通孔38a供給氧化劑氣體，例如含氧氣體。冷卻介質(zhì)入口連通孔40a供給冷卻介質(zhì)，另一方面，燃料氣體出口連通孔42b將燃料氣體、例如含氫氣體排出。

在燃料電池20的箭頭A方向的另一端緣部，以在箭頭B方向上相互連通的方式沿箭頭C方向排列設(shè)置有供給燃料氣體的燃料氣體入口連通孔42a、排出冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)出口連通孔40b、以及排出氧化劑氣體的氧化劑氣體出口連通孔38b。

在第一隔板34的面向電解質(zhì)膜·電極結(jié)構(gòu)體32的面上設(shè)有與氧化劑氣體入口連通孔38a和氧化劑氣體出口連通孔38b連通的氧化劑氣體流路44。在第二隔板36的面向電解質(zhì)膜·電極結(jié)構(gòu)體32的面設(shè)有與燃料氣體入口連通孔42a和燃料氣體出口連通孔42b連通的燃料氣體流路46。

在彼此相鄰且構(gòu)成燃料電池20的第一隔板34與第二隔板36之間設(shè)有將冷卻介質(zhì)入口連通孔40a和冷卻介質(zhì)出口連通孔40b連通的冷卻介質(zhì)流路48。在第一隔板34及第二隔板36上分別一體或單獨(dú)地設(shè)有密封構(gòu)件50、52。

電解質(zhì)膜·電極結(jié)構(gòu)體32具備例如在全氟磺酸的薄膜中浸入水而成的固體高分子電解質(zhì)膜54和夾持所述固體高分子電解質(zhì)膜54的陰極電極56及陽極電極58。陰極電極56及陽極電極58包括由復(fù)寫紙等構(gòu)成的氣體發(fā)散層以及在所述氣體擴(kuò)散層的表面均勻地涂敷在表面承載有鉑合金的多孔碳顆粒而形成的電極催化劑層。電極催化劑層形成于固體高分子電解質(zhì)膜54的兩面。

如圖4所示那樣，在第一端板26a的一方的對角位置，設(shè)置有與氧化劑氣體入口連通孔38a連通的氧化劑氣體供給歧管60a、以及與氧化劑氣體出口連通孔38b連通的氧化劑氣體排出歧管60b。在第一端板26a的另一方的對角位置，設(shè)置有與燃料氣體入口連通孔42a連通的燃料氣體供給歧管62a、以及與燃料氣體出口連通孔42b連通的燃料氣體排出歧管62b。

如圖2所示那樣，在第二端板26b上設(shè)置有與冷卻介質(zhì)入口連通孔40a連通的冷卻介質(zhì)供給歧管64a、以及與冷卻介質(zhì)出口連通孔40b連通的冷卻介質(zhì)排出歧管64b。

如圖4所示那樣，燃料電池堆12收納在俯視觀察時(shí)呈矩形狀、例如俯視觀察時(shí)呈長方形的電池堆殼體14內(nèi)。電池堆殼體14具備前方側(cè)板66、后方側(cè)板68、上側(cè)板70、下側(cè)板72、第一端板26a以及第二端板26b。構(gòu)成電池堆殼體14的各部件相互還通過穿過孔部74與螺紋孔76螺合的螺釘78而相對于第一端板26a以及第二端板26b固定。

構(gòu)成電池堆殼體14的上表面部的上側(cè)板70的內(nèi)表面、即與燃料電池堆12對置的頂面形成為平坦面。在上側(cè)板70的一方的對角位置形成有使電池堆殼體14內(nèi)與外部連通的開口部80a、80b，在另一方的對角位置形成有使所述電池堆殼體14內(nèi)與外部連通的開口部80c、80d。

開口部80a、80c設(shè)置在電池堆殼體14的前方側(cè)(箭頭Af方向)兩側(cè)部，配置在燃料氣體入口連通孔42a的鉛垂方向上方。開口部80b、80d設(shè)置在電池堆殼體14的后方側(cè)(箭頭Ab方向)兩側(cè)部。即，在電池堆殼體14(上側(cè)板70)的四角形成有開口部80a～80d。

在開口部80a～80d連接有排氣管道(管道構(gòu)件)82a～82d的一端部。因此，排氣管道82a～82d與電池堆殼體14(上側(cè)板70)的四角連接。如圖1以及圖2所示那樣，排氣管道82a的另一端部與排氣管道82d的另一端部匯流后與右側(cè)排氣管道(管道構(gòu)件)84R的一端連接。排氣管道82b的另一端部與排氣管道82c的另一端部匯流后與左側(cè)排氣管道(管道構(gòu)件)84L的一端連接。右側(cè)排氣管道84R以及左側(cè)排氣管道84L如以下說明那樣，局部設(shè)置有高低差且具有臺階或彎曲形狀。為了抑制前箱16的高度而高低差形成為最小。

如圖2所示那樣，右側(cè)排氣管道84R以及左側(cè)排氣管道84L配置為，在俯視觀察車輛時(shí)朝車輛前后方向的后方(箭頭Ab方向)向車寬方向外側(cè)(箭頭BR方向以及BL方向)傾斜。右側(cè)排氣管道84R向構(gòu)成燃料電池車輛10的車輛主體10a的右側(cè)擋泥板部86R開口，另一方面，左側(cè)排氣管道84L向所述車輛主體10a的左側(cè)擋泥板部86L開口。右側(cè)排氣管道84R以及左側(cè)排氣管道84L也可以在中途連接具有彈性的軟管。另外，右側(cè)排氣管道84R以及左側(cè)排氣管道84L也可以在水平方向上形成為扁平形狀。

如圖1～圖3所示那樣，在左側(cè)擋泥板部86L以及右側(cè)擋泥板部86R，以位于前輪11F的上方且后方的方式分別設(shè)置有左側(cè)排氣構(gòu)件88L以及右側(cè)排氣構(gòu)件88R。左側(cè)排氣構(gòu)件88L以及右側(cè)排氣構(gòu)件88R分別在內(nèi)部設(shè)置有空間，并且在表面設(shè)置有網(wǎng)狀構(gòu)件90L以及網(wǎng)狀構(gòu)件90R。利用網(wǎng)狀構(gòu)件90L、90R形成左側(cè)排氣口92L以及右側(cè)排氣口92R。需要說明的是，左側(cè)排氣構(gòu)件88L以及右側(cè)排氣構(gòu)件88R也可以在使外部氣體經(jīng)由網(wǎng)狀構(gòu)件90L以及網(wǎng)狀構(gòu)件90R而流通的板上設(shè)置有多個(gè)孔。

如圖6所示那樣，左側(cè)排氣口92L設(shè)定為隨著朝向車輛前后方向的后方而開口面積增大。左側(cè)排氣口92L在主視觀察時(shí)，前端部分具有隨著朝向前方而上下方向的開口尺寸減小的大致三角形狀，后端部分具有大致四邊形狀。右側(cè)排氣口92R同樣設(shè)定為隨著朝向車輛前后方向的后方而開口面積增大。

如圖3以及圖6所示那樣，左側(cè)排氣口92L以及右側(cè)排氣口92R的上端位置設(shè)定在比左側(cè)排氣管道84L以及右側(cè)排氣管道84R的內(nèi)壁面的至少一部分的下端位置向下方分離尺寸S(＞0)的位置。

如圖1～圖3所示那樣，排氣管道82a的中途與排氣管道82c的中途通過旁通管道94而連結(jié)。即便在燃料電池車輛10傾斜時(shí)，也能夠使電池堆殼體14的內(nèi)部的氫濃度均勻。

燃料電池堆12借助設(shè)置于第一端板26a以及第二端板26b的未圖示的安裝構(gòu)件而固定于車輛框架。

以下，對于如此構(gòu)成的燃料電池車輛10的動作進(jìn)行說明。

首先，在燃料電池車輛10的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如圖4所示那樣，從第一端板26a的燃料氣體供給歧管62a向燃料氣體入口連通孔42a供給燃料氣體。另一方面，從第一端板26a的氧化劑氣體供給歧管60a向氧化劑氣體入口連通孔38a供給氧化劑氣體。

如圖5所示，燃料氣體從燃料氣體入口連通孔42a被導(dǎo)入到第二隔板36的燃料氣體流路46。該氫氣沿著構(gòu)成電解質(zhì)膜·電極結(jié)構(gòu)體32的陽極電極58供給。

氧化劑氣體從氧化劑氣體入口連通孔38a導(dǎo)入到第一金屬隔板34的氧化劑氣體流路44。氧化劑氣體沿著構(gòu)成電解質(zhì)膜·電極結(jié)構(gòu)體32的陰極電極56供給。

因此，在電解質(zhì)膜·電極結(jié)構(gòu)體32中，供給到陽極電極58的氫氣與供給到陰極電極56的空氣在電極催化劑層內(nèi)因電化學(xué)反應(yīng)而被消耗，由此進(jìn)行發(fā)電。

燃料氣體如圖4所示那樣從燃料氣體出口連通孔42b向第一端板26a的燃料氣體排出歧管62b排出。氧化劑氣體從氧化劑氣體出口連通孔38b向第一端板26a的氧化劑氣體排出歧管60b排出。

另外，冷卻介質(zhì)如圖2所示那樣從第二端板26b的冷卻介質(zhì)供給歧管64a向冷卻介質(zhì)入口連通孔40a供給。如圖5所示那樣，冷卻介質(zhì)被導(dǎo)入到第一隔板34以及第二隔板36之間的冷卻介質(zhì)流路48。該冷卻介質(zhì)在將電解顧膜·電極結(jié)構(gòu)體32冷卻之后，在冷卻介顧出口連通孔40b流通而從冷卻介質(zhì)排出歧管64b排出。

在該情況下，在本實(shí)施方式中，如圖1所示那樣，在構(gòu)成電池堆殼體14的上表面部的上側(cè)板70的一方的對角位置形成有開口部80a、80b，在另一方的對角位置形成有開口部80c、80d。在開口部80a～80d處連接有排氣管道82a～82d的一端。并且，排氣管道82a以及82d的另一端與右側(cè)排氣管道84R的一端連接，并且排氣管道82b以及82c的另一端與左側(cè)排氣管道84L的一端連接。

此外，右側(cè)排氣管道84R向構(gòu)成燃料電池車輛10的車輛主體10a的右側(cè)擋泥板部86R開口，另一方面，左側(cè)排氣管道84L向所述車輛主體10a的左側(cè)擋泥板部86L開口。

因此，由于從燃料電池堆12泄漏的燃料氣體、例如氫氣比空氣輕，因此燃料氣體在電池堆殼體14內(nèi)上升，從各開口部80a～80d向外部排出。因此，燃料氣體不會滯留在電池堆殼體14內(nèi)。由此，得到能夠通過簡單的結(jié)構(gòu)將泄漏至電池堆殼體14內(nèi)的燃料氣體容易且可靠地向車輛外部排出的效果。

并且，能夠?qū)⒃緹o用的空間即右側(cè)擋泥板部86R以及左側(cè)擋泥板部86L用作排出口，能夠有效地提高空間效率。

另外，電池堆殼體14搭載在形成于前圍板18的前方的前箱16內(nèi)。并且，在右側(cè)排氣管道84R以及左側(cè)排氣管道84L的另一端，設(shè)置有向各前輪11F的右側(cè)擋泥板部86R以及左側(cè)擋泥板部86L的上部開口的右側(cè)排氣口92R以及左側(cè)排氣口92L。因此，能夠有效地運(yùn)用前箱16內(nèi)部，并且將泄漏至電池堆殼體14內(nèi)的燃料氣體容易且可靠地向車輛外部排出。

此外，在電池堆殼體14的車寬方向兩端，分別間接地連接有右側(cè)排氣管道84R以及左側(cè)排氣管道84L的一端。如圖2所示那樣，右側(cè)排氣管道84R以及左側(cè)排氣管道84L配置為在俯視觀察車輛時(shí)朝車輛前后方向的后方(箭頭Ab方向)向車寬方向外側(cè)(箭頭BR方向以及箭頭BL方向)傾斜。因此，由于右側(cè)排氣管道84R以及左側(cè)排氣管道84L朝向車輛斜后方延伸，因此在燃料電池車輛10向前方行駛時(shí)，能夠順暢地進(jìn)行換氣處理。其原因在于，在右側(cè)排氣管道84R和左側(cè)排氣管道84L之間、以及右側(cè)排氣口92R和左側(cè)排氣口92L之間產(chǎn)生壓力差。

另外，如圖3以及圖6所示那樣，左側(cè)排氣口92L以及右側(cè)排氣口92R的上端位置設(shè)定在比左側(cè)排氣管道84L以及右側(cè)排氣管道84R的內(nèi)壁面的至少一部分的下端位置靠下方的位置。即，右側(cè)排氣管道84R以及左側(cè)排氣管道84L局部設(shè)置有高低差并且具有臺階、彎曲形狀。由此，能夠可靠地抑制雨水等向左側(cè)排氣管道84L以及右側(cè)排氣管道84R內(nèi)逆流的情況。

另外，左側(cè)排氣口92L以及右側(cè)排氣口92R設(shè)定為隨著朝向車輛前后方向的后方而開口面積增大。因此，能夠在左側(cè)擋泥板部86L以及右側(cè)擋泥板部86R上與各前輪11F接近地設(shè)置左側(cè)排氣口92L以及右側(cè)排氣口92R。因此，能夠緊湊且良好地構(gòu)成左側(cè)排氣口92L以及右側(cè)排氣口92R。

需要說明的是，如圖2所示那樣，存在收容有燃料電池堆12的電池堆殼體14配置在車輛主體10a的后方的情況。此時(shí)，能夠在后輪11R的左側(cè)擋泥板部86Lr以及右側(cè)擋泥板部86Rr設(shè)置左側(cè)排氣構(gòu)件88L以及右側(cè)排氣構(gòu)件88R。

另外，雖在電池堆殼體14設(shè)置有開口部80a～80d，并且在所述開口部80a～80d連接有排氣管道82a～82d，但不限于此。例如，也能夠僅設(shè)置開口部80a、80b，將排氣管道82a、82b連接于所述開口部80a、80b。

此外，雖然第一端板26a以及第二端板26b用作電池堆殼體14的構(gòu)成構(gòu)件，但不限于此，也可以在獨(dú)立的長方體的殼體中收容燃料電池堆12。