电动汽车及其燃料电池系统布置结构
阅读说明：本技术 电动汽车及其燃料电池系统布置结构 (Electric automobile and fuel cell system arrangement structure thereof ) 是由 刘毅 于 2018-07-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种电动汽车及其燃料电池系统布置结构,燃料电池系统的燃料电池电堆布置在副仪表台前方、中控台下方的位置,其质心位于汽车前轴的后侧；且所述燃料电池电堆通过车身地板和前围板固定。通过合理布置该燃料电池系统的主要构成,在充分利用底盘空间的基础上,有效提升整车性能。一方面整车轴荷比更加合理,车辆的操控性得以有效提高；同时,整个系统的结构布置合理、适当,确保空间利用率的最大化。(The invention discloses an electric automobile and a fuel cell system arrangement structure thereof.A fuel cell stack of a fuel cell system is arranged in front of an auxiliary instrument desk and below a center console, and the mass center of the fuel cell stack is positioned at the rear side of a front axle of the automobile; and the fuel cell stack is fixed through a vehicle body floor and a front wall plate. Through the main constitution of this fuel cell system of rational arrangement, on the basis of make full use of chassis space, effectively promote whole car performance. On one hand, the axle load ratio of the whole vehicle is more reasonable, and the controllability of the vehicle is effectively improved; meanwhile, the structural arrangement of the whole system is reasonable and appropriate, and the maximization of the space utilization rate is ensured.)
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种电动汽车及其燃料电池系统布置结构。
背景技术
众所周知，燃料电池可将氢离子和氧气(或另外的氧化剂)发生化学反应生成水释放的化学能转换成电能，并基于燃料电池所具有的高效率、零污染等优点，在车辆等使用电能的产品上得以应用。
现有技术中，氢燃料电池系统包括燃料电池电堆系统、氢气供应系统、空气供应系统和热管理系统。燃料电池电堆是燃料电池的核心部件，氢气与空气中的氧气在电堆内部产生电化学反应，生成电力并输送给驱动系统。氢气供应系统由氢瓶、减压阀、氢喷射阀和排氢电磁阀等组成，氢气通过减压阀降压后由氢喷射阀进入电堆阳极侧。空气供应系统根据燃料电池的功率需求为燃料电池系统提供一定流量、压力、湿度和温度的空气；空气供应系统由滤清器、压缩机、中冷器和膜加湿器组成；空气先通过一个滤清器，经过压缩机增压之后，获得更高的压力和温度；然后经过中冷器将空气的温度降低；最后通过阴极的增湿器到达燃料电池阴极侧。
燃料电池系统整体体积较大，系统布置与集成受到车辆有限的空间约束，合理的布置形式决定了整车性能的好坏。
有鉴于此，亟需针对电动汽车的燃料电池系统布置进行优化设计，以有效提升整车性能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种电动汽车及其燃料电池系统布置结构，通过合理布置该燃料电池系统的主要构成，在充分利用底盘空间的基础上，有效提升整车性能。
本发明提供的燃料电池系统布置结构，所述燃料电池系统包括燃料电池电堆，所述燃料电池电堆布置在副仪表台前方、中控台下方的位置，其质心位于汽车前轴的后侧；且所述燃料电池电堆通过车身地板和前围板固定。
优选地，部分所述燃料电池电堆穿过所述前围板的开口置于前舱内。
优选地，所述前围板的开口处设置有隔罩，置于前舱内的部分所述燃料电池电堆一侧，以分隔所述燃料电池电堆所在区域和乘客仓区域。
优选地，所述隔罩包括相连接的顶板和侧板，所述顶板呈倾斜状设置。
优选地，所述顶板与水平面的夹角为2°～10°。
优选地，所述隔罩的板缘部分别与所述前围板和车身地板固定连接。
优选地，所述燃料电池电堆外部设置有安装支架，并通过所述安装支架与所述前围板和所述车身地板阻尼连接。
优选地，所述前围板的电堆固定处贴合设置有第一加强板，并设置有水平固定的连接板，通过螺纹紧固件依次穿过第一安装支架、第一阻尼构件和所述连接板形成与所述前围板的阻尼连接；所述车身地板的电堆固定处贴合设置有第二加强板，通过螺纹紧固件依次穿过第二安装支架、第二阻尼构件、所述车身地板和所述第二加强板形成与所述车身地板的阻尼连接。
优选地，空调鼓风机设置在副驾驶一侧的所述前围板的前部空间，所述燃料电池系统的氢瓶设置在后轴的上方位置处，所述燃料电池系统的电池附件设置在所述燃料电池电堆的前侧。
本发明提供的一种电动汽车，包括燃料电池系统，所述燃料电池系统采用如前所述的燃料电池系统布置结构。
针对现有燃料电池系统布置所存在的缺陷，本发明另辟蹊径进行了优化设计，将燃料电池电堆布置在副仪表台前方、中控台下方的位置，其质心位于汽车前轴的后侧；且燃料电池电堆通过车身地板和前围板固定。与现有技术相比，应用本方案具有如下有益效果：
首先，大大降低了电堆重量对前轴荷的影响，整车轴荷比更加合理，在有效减轻了前轴承载负担的基础上，车辆的操控性得以有效提高。
其次，电堆的结构布置合理、适当，一方面避开了驾驶员座椅调节范围，使得座椅调节空间不受限制；同时，电堆未占用行李舱空间，确保行李空间利用率的最大化。
再次，电堆布置在相对较低的位置，可进一步提高车辆稳定性。
最后，电堆的固定安装结构利用了原车的车身地板和前围板为主要支撑面进行固定，相对于电堆布置在前舱方案而言结构简单，安装结构可实现轻量化设计。
附图说明
图1为
具体实施方式
所述燃料电池系统布置结构的侧视图；
图2为具体实施方式所述燃料电池系统布置结构的俯视图；
图3示出了轴荷分配示意图；
图4为所述燃料电池电堆的固定关系示意图；
图5为所述燃料电池电堆1的前围板处固定关系示意图；
图6为所述燃料电池电堆1的地板处固定关系示意图；
图7为所述隔罩的装配关系剖面图；
图8为所述空调鼓风机的装配关系示意图。
图中：
燃料电池电堆1、车身地板2、第二加强板21、前围板3、第一加强板31、连接板32、进风孔33、通风孔34、第一安装支架41、第二安装支架42、第一阻尼构件51、第二阻尼构件52、隔罩6、顶板61、侧板62、氢瓶7、电池附件8、空调鼓风机9。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
不失一般性，本实施方式以图中所示外形的电动汽车作为描述主体，详细说明关于燃料电池系统布置结构的解决方案。应当理解，该电动汽车的外形及其尺寸比例关系对于本申请的核心发明构思并未构成实质限制。
请参见图1和图2，其中，图1为所述燃料电池系统布置结构的侧视图，图2为所述燃料电池系统布置结构的俯视图。
图中所示的燃料电池系统布置结构进行了改进优化。该燃料电池系统包括燃料电池电堆、燃料电池附件、氢瓶等，其中，燃料电池电堆1设置在副仪表台前方、中控台下方的位置，其质心位于汽车前轴的后侧；且该燃料电池电堆通过车身地板2和前围板3固定。电堆位置向后轴方向移动，使重心位置后移，具体请一并参见图3，该图示出了轴荷分配示意图。
结合图3所示可知，燃料电池电堆1的前后轴荷分配如下：
前轴荷：F1＝M*b/L，后轴荷：F2＝M*a/L；其中，M为电堆质量，a为电堆至前轴距离，b为电堆至后轴距离，L为轴距。
显然，相比于电堆布置在前舱时且质心位置与前轴位置一致(a＝0)的布置结构相比，本方案中燃料电池电堆1重量对前轴荷的影响下降，有效减轻了前轴的承载负担，提高了车辆的操控性。进一步地，电堆的结构布置合理、适当，一方面避开了驾驶员座椅调节范围，使得座椅调节空间不受限制；同时，电堆未占用行李舱空间，确保行李空间利用率的最大化。同时，电堆布置在仪表台前方、中控台下方的位置，位置相对较低，具有较好的车辆稳定性。
本方案中，电堆的固定安装结构利用了原车的车身地板2和前围板3为主要支撑面进行固定，部分燃料电池电堆1可穿过前围板3的开口置于前舱内，以充分利用有效空间。相对于电堆布置在前舱方案而言结构简单，安装结构可实现轻量化设计，可以采用安装支架实现燃料电池电堆1与前围板3和车身地板2之间的阻尼连接，在获得可靠定位固定的基础上，考虑到电堆结构的精密性要求，固定形式需要通过阻尼结构提高减振效果。
具体地，燃料电池电堆1外部可设置有安装支架(41、42)，并通过相应的安装支架与前围板3和车身地板2进行阻尼连接。如图4所示，该图示出了电堆的固定关系示意图，电堆的安装主要以前围板3和车身地板2的固定点进行示意。可以理解的是，该图中所示三个固定点仅为示例性说明，具体可根据具体车型设计进行适应性设定，只要满足可靠连接的功能需要均可。
其中，前围板3的电堆固定处贴合设置有第一加强板31，并设置有水平固定的连接板32，该连接板32可与设置有第一加强板31位置处的前围板3焊接固定，通过螺纹紧固件依次穿过第一安装支架41、第一阻尼构件51和连接板32形成与前围板3的阻尼连接；具体请一并参见图5，该图示出了所述燃料电池电堆1的前围板处固定关系。
其中，车身地板2的电堆固定处贴合设置有第二加强板21，通过螺纹紧固件依次穿过第二安装支架42、第二阻尼构件52、车身地板2和第二加强板21形成与车身地板2的阻尼连接；具体请一并参见图6，该图示出了所述燃料电池电堆1的地板处固定关系。
需要说明的是，相应的第一阻尼构件51和第二阻尼构件52可以采用弹性橡胶为主材的阻尼产品，也可以采用其他形式的阻尼结构。
为防止氢气泄漏时进入乘客舱，本方案进一步地在前围板3的开口处设置有隔罩6，以有效阻止氢气进入乘客舱对人体造成伤害。请一并参见图7，该图示出了本实施方式所述隔罩的装配关系剖面图。
结合图7所示，该隔罩6罩装在置于前舱内的部分燃料电池电堆1一侧，以分隔燃料电池电堆所在区域和乘客仓区域。由此形成物理分隔，即便出现漏氢气的问题，也能够保证乘员安全。同样地，该隔罩6的具体结构可根据实际需要进行设定，采用钣金冲压工艺或塑料模具成型工艺做成无孔无缝隙的整体零件，并将隔罩6的板缘部分别与前围板3和车身地板2固定连接，实际组装时，可通过钣金焊接并在缝隙处涂密封胶，或塑料件胶粘工艺固定在前围板3和车身地板2上。
具体地，隔罩6可包括相连接的顶板61和侧板62，其中的顶板61呈倾斜状设置，以兼具气体导流功能。即便存在少量氢气泄漏，可提供利于其向上快速发散的路径，最大限度地保护乘员安全。如图所示，该顶板61与水平面的夹角α可以为2°～10°，使氢气泄漏时不会有堆积在隔罩6上的风险。
另外，该燃料电池系统的氢瓶7设置在后轴的上方位置处，燃料电池系统的电池附件8设置在燃料电池电堆1的前侧，建立燃料电池系统的合理、适当地布置。
此外，基于前述燃料电池电堆1的布置，可以将空调鼓风机9设置在副驾驶一侧的前围板3的前部空间，请一并结合图8所示，该图示出了空调鼓风机的装配关系示意图。
该空调鼓风机9移至前舱后，可在前围板3下部开进风孔33使其内循环进气口能够从乘客舱内吸气，并在前围板3上部开通风孔34使鼓风机空调通风管路能够进入乘客舱内。具体地，鼓风机重量一般较轻，在前围板上设计简单的安装支架，通过螺栓固定即可。
除前述燃料电池系统布置结构，本实施方式还提供一种采用该燃料电池系统布置结构的电动汽车。该电动汽车的底盘、车身及电控系统非本申请的核心发明点所在，且本领域技术人员可以基于现有技术实现，故本文不再赘述。
需要说明的是，本实施方式提供的上述实施例，并非局限于图中所示细化结构，例如，燃料电池电堆1的固定点非图中所示的三个，也可以根据实际需要设置为其他复数个。应当理解，只要依据本申请核心构思进行燃料电池系统布置的实现方式，均在本申请请求保护的范围内。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。