燃料电池车辆的制作方法

1.本发明的实施方案涉及燃料电池车辆。


背景技术：

2.通常，因受到外部冲击而断裂的系统框架与纵梁(其为燃料电池车辆的车身)分离，因此导致包括燃料电池的车辆(以下称为“燃料电池车辆”)不满足车辆碰撞安全法规。因此，旨在解决该问题的研究正在进行中。


技术实现要素：

3.因此，本发明的实施方案致力于提供一种燃料电池车辆，其基本上避免由于相关技术的局限性和缺点而导致的一个或多个问题。
4.本发明的实施方案提供了一种能够满足碰撞安全法规的燃料电池车辆。
5.然而，通过本发明的实施方案实现的目的不限于上述目的，并且本领域技术人员将从以下描述中清楚地理解本文未提及的其它目的。
6.根据实施方案的燃料电池车辆可以包括：燃料电池；系统框架，其包括中央构件和外围构件，所述中央构件支撑燃料电池的至少一部分，所述外围构件设置在中央构件的在车辆宽度方向上彼此相反的两个侧端部的至少一个上；车身连接部件，其将外围构件接合至车身；多个框架连接部件，其将外围构件接合至中央构件，所述多个框架连接部件在平行于行驶方向的第一方向上彼此间隔并且承受不同的载荷。
7.例如，所述外围构件可以包括：第一外围构件，其设置在两个侧端部中的一个侧端部上；第二外围构件，其设置在两个侧端部中的剩余一个侧端部上。
8.例如，所述车身可以包括第一纵梁和第二纵梁，第一纵梁和第二纵梁在车辆宽度方向上彼此相反地设置并且在第一方向上相互平行地延伸。所述车身连接部件可以包括：第一车身连接部件，其配置为将第一外围构件接合至第一纵梁；第二车身连接部件，其配置为将第二外围构件接合至第二纵梁。
9.例如，所述多个框架连接部件可以包括：第一框架连接部件和第二框架连接部件，其配置为将第一外围构件接合至中央构件的两个侧端部中的一个侧端部并且在第一方向上彼此间隔；第三框架连接部件和第四框架连接部件，其配置为将第二外围构件接合至中央构件的两个侧端部中的剩余一个侧端部并且在第一方向上彼此间隔。
10.例如，所述第一外围构件可以包括第一部分和第二部分，所述第一部分通过第一框架连接部件接合至中央构件，所述第二部分通过第二框架连接部件接合至中央构件。所述第一部分可以在第一方向上与第一车身连接部件间隔第一间隔距离，所述第二部分可以在第一方向上与第一车身连接部件间隔第二间隔距离。第一间隔距离和第二间隔距离可以彼此不同。
11.例如，第一间隔距离可以对应于第一部分中的第一作用点与第一车身连接部件中的第二作用点在第一方向上间隔的距离，第二间隔距离可以对应于第二部分中的第三作用
点与第二作用点在第一方向上间隔的距离。
12.例如，第一间隔距离可以短于第二间隔距离。施加至对应于第一间隔距离的区间的应力可以大于施加至对应于第二间隔距离的区间的应力。
13.例如，第一部分和第二部分中的一个可以以插入补齐方式接合至中央构件。
14.例如，第一部分可以通过第一框架连接部件接合至中央构件，第二部分可以不仅通过第二框架连接部件而且以插入补齐方式接合至中央构件。
15.例如，所述第二外围构件可以包括第三部分和第四部分，所述第三部分通过第三框架连接部件接合至中央构件，所述第四部分通过第四框架连接部件接合至中央构件。所述第三部分可以在第一方向上与第二车身连接部件间隔第三间隔距离，所述第四部分可以在第一方向上与第二车身连接部件间隔第四间隔距离。第三间隔距离和第四间隔距离可以彼此不同。
16.例如，第三间隔距离可以对应于第三部分中的第四作用点与第二车身连接部件中的第五作用点在第一方向上间隔的距离，第四间隔距离可以对应于第四部分中的第六作用点与第五作用点在第一方向上间隔的距离。
17.例如，第三间隔距离可以短于第四间隔距离。施加至对应于第三间隔距离的区间的应力可以大于施加至对应于第四间隔距离的区间的应力。
18.例如，第三部分和第四部分中的一个可以以插入补齐方式接合至中央构件。
19.例如，第三部分额可以通过第三框架连接部件接合至中央构件，第四部分可以不仅通过第四框架连接部件而且以插入补齐方式接合至中央构件。
20.例如，所述第二车身连接部件可以包括：支撑支架，其一侧接合至第二外围构件；绝缘体，其设置在支撑支架的另一侧与第二纵梁之间。
21.例如，所述绝缘体可以直接安装至第二纵梁。
22.例如，所述第一车身连接部件包括具有与第二车身连接部件相同形式的支撑支架和绝缘体。
23.例如，所述第一车身连接部件和第二车身连接部件可以具有形成为在车辆宽度方向上关于中央构件的中心彼此不对称的平面形状。
24.例如，第二车身连接部件可以比第一车身连接部件更靠近燃料电池车辆的前侧设置。
25.例如，所述外围构件可以包含铝。
26.如所讨论的，所述系统适当地包括控制器或处理器的使用。
27.在另一实施方案中，提供了包括如本文所公开的燃料电池的车辆。
附图说明
28.包含的所附附图提供对本发明的进一步的理解并且被纳入并构成本技术的一部分，所附附图示出了本发明的实施方案并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在这些附图中：
29.图1是示出一般燃料电池车辆的外观的示意图；
30.图2a是根据实施方案的燃料电池车辆的分解立体图；
31.图2b是图2a所示的燃料电池车辆的实施方案的接合立体图；
32.图3是图2b所示的燃料电池车辆的实施方案的右侧视图；
33.图4是图2b所示的燃料电池车辆的实施方案的左侧视图；
34.图5a是图4所示的燃料电池车辆的实施方案的分解立体图；
35.图5b是图5a所示的燃料电池车辆的实施方案的接合立体图；
36.图6a至图6c是用于解释力和力矩的一般平衡的示意图；
37.图7是示出图4所示的第二外围构件因碰撞而断裂的状态的示意图；
38.图8a和图8b分别是图2b所示的燃料电池车辆的另一实施方案的右侧视图和后侧视图；
39.图9a和图9b分别是图2b所示的燃料电池车辆的另一实施方案的左侧视图和后侧视图；
40.图10是示出图9a中所示的第二外围构件因碰撞而断裂的状态的示意图；
41.图11是根据又一实施方案的燃料电池车辆的平面图；以及
42.图12是用于帮助理解图11所示的燃料电池车辆的燃料电池车辆的平面图。
具体实施方式
43.现在将在下文中参考所附附图更全面地描述本发明，在这些附图中示出了各种实施方案。然而，这些示例可以以许多不同的形式实施并且不应解释为限于本文阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案使得本发明更加完整和充分，并且使得本发明的范围将更充分地呈现给本领域技术人员。
44.将理解的是，当一个元件称为在另一元件“上方”或“下方”时，该元件可以直接在另一元件上方/下方，或者还可以存在一个或更多中间元件。
45.当一个元件称为在“上方”或“下方”时，可以基于该元件包括“在元件上方”以及“在元件下方”。
46.此外，诸如“第一”，“第二”，“上/上部/上方”和“下/下部/下方”的关系术语仅用于区分一个对象或元件与另一对象或元件，而不一定要求或涉及对象或元件之间的任何物理或逻辑关系或顺序。
47.在下文中，将参考所附附图描述根据本发明的实施方案的燃料电池车辆。为了便于描述，将利用笛卡尔坐标系(x轴、y轴、z轴)描述燃料电池车辆，但也可以利用其它坐标系进行描述。在笛卡尔坐标系中，x轴、y轴和z轴彼此垂直，但实施方案并不限于此。也就是说，x轴、y轴和z轴可以倾斜地彼此相交。在下文中，为了便于描述，x轴方向将称为“第一方向”，y轴方向将称为“第二方向”或“车辆宽度方向”，并且z轴方向将称为“第三方向”。此外，第一方向对应于平行于燃料电池车辆的前进方向(或行驶方向)的方向。
48.应当理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(suv)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如，源于非化石能源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如，汽油动力和电力动力两者的车辆。
49.本文所使用的术语仅用于描述具体的实施方案的目的，并不旨在限制本发明。除
非上下文另有明确说明，否则本文所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。这些术语仅用于将一个组件与另一个组件区分开，并且这些术语不限制构成组件的性质、顺序或次序。还将进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，说明存在所述的特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一种或多种其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项的任何和所有组合。在整个说明书中，除非做出明确的相反描述，词语“包括”和诸如“包含”或“具有”的变体将理解为暗示包括所述元件，但不排除任何其它元件。此外，在说明书中描述的术语“单元”、“器”、“件”和“模块”意指用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可以由硬件组件或者软件组件及其组合来实现。
50.虽然示例性实施方案描述为使用多个单元来执行示例性的过程，但是应当理解，示例性的过程也可以由一个或多个模块执行。此外，应当理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器并且被专门编程以执行本文描述的过程的硬件装置。存储器配置为存储模块，处理器具体配置为执行所述模块以执行以下进一步描述的一个或多个过程。
51.此外，本发明的控制逻辑可以实施为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质，其包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读介质还可以分布在网络连接的计算机系统上，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(can)以分布方式存储和执行。
52.图1是示出一般燃料电池车辆的外观的示意图。
53.参考图1，燃料电池车辆可以包括乘员就座的乘客舱110、位于乘客舱110前方的第一空间120以及位于乘客舱110后方的第二空间130。例如，当燃料电池车辆沿x轴方向行驶时，第一空间120可以对应于容纳燃料电池车辆的发动机的发动机舱，并且第二空间130可以对应于后备箱。
54.根据实施方案的燃料电池车辆可以对应于乘用车辆，如图1所示，或者可以对应于商用车辆，与图1所示的不同。实施方案不限于任何特定类型的车辆。
55.图2a是根据实施方案的燃料电池车辆的分解立体图，图2b是图2a所示的燃料电池车辆的实施方案的接合立体图。图3是图2b所示的燃料电池车辆的实施方案的右侧视图。图4是图2b所示的燃料电池车辆的实施方案的左侧视图。图5a是图4所示的燃料电池车辆的实施方案的分解立体图，图5b是图5a所示的燃料电池车辆的实施方案的接合立体图。
56.根据实施方案的燃料电池车辆可以包括燃料电池210、系统框架220、车身连接部件sc1和sc2、车身部件sf1和sf2以及框架连接部件fc1、fc2、fc3和fc4。这里，燃料电池210、系统框架220、车身连接部件sc1和sc2以及框架连接部件fc1、fc2、fc3和fc4可以设置在图1所示的第一空间120中。
57.燃料电池210可以包括没有沿第一至第三方向中的任何方向堆叠的单元燃料电池。或者，包括在根据实施方案的燃料电池车辆中的燃料电池210可以包括沿竖直方向或水平方向的至少一个方向堆叠的多个单元燃料电池。例如，燃料电池210可以包括沿第一方向、第二方向或第三方向的至少一个方向堆叠的多个单元燃料电池。
58.在下文中，根据实施方案的燃料电池车辆将描述为包括单个的单元燃料电池，但是以下描述也适用于根据实施方案的燃料电池车辆包括多个单元燃料电池的情况。
59.单元燃料电池可以是聚合物电解质膜燃料电池(或质子交换膜燃料电池)(proton exchange membrane fuel cell，pemfc)，其作为用于驱动车辆的电源，已被最广泛的研究。然而，实施方案不限于单元燃料电池的任何特定配置或外观。
60.包括在燃料电池210中的单元燃料电池可以包括端板(或压制板或压缩板)(未示出)和电池堆(未示出)。
61.所述电池堆可以包括沿第一或第二方向堆叠的多个单元电池。数十到数百个单元电池(例如，100至400个单元电池)可以堆叠以形成电池堆。
62.每个单元电池可以产生0.6伏至1.0伏的电力，平均0.7伏的电力。因此，可以根据从燃料电池210供应至负载的电力的强度来确定包括在燃料电池210中的单元燃料电池的数量和包括在单元燃料电池的电池堆中的多个单元电池的数量。这里，“负载”可以指燃料电池车辆中需要电力的部件。
63.端板可以设置在电池堆的各个端部，并且可以支撑和固定多个单元电池。此外，燃料电池210可以进一步包括夹紧构件。例如，在每个单元燃料电池中，夹紧构件用于沿单元电池堆叠的方向将多个单元电池与端板一起夹紧。
64.同时，车身部件sf1和sf2可以包括第一纵梁(side member)sf1和第二纵梁sf2，所述第一纵梁sf1和第二纵梁sf2在车辆宽度方向上彼此面对，并且在第一方向上相互平行地延伸。尽管未示出，但可以在第一纵梁sf1和第二纵梁sf2之间设置交叉构件。第一纵梁sf1和第二纵梁sf2可以设置在燃料电池210的两个相反侧，并且可以对应于形成燃料电池车辆的发动机舱120的侧面部件的车身的部件。
65.系统框架220是设置有燃料电池210的部件。尽管未示出，但空气压缩机和加湿器可以安装并支撑在系统框架220下方，并且燃料电池210、冷却泵和高压接线盒可以安装并支撑在系统框架220上方。
66.根据实施方案，系统框架220可以包括中央构件cf和外围构件pf1和pf2。
67.中央构件cf用于支撑燃料电池210的至少一部分。由于空气压缩机和加湿器设置在中央构件cf下方并且燃料电池210和冷却泵设置在中央构件cf上方，为了将这些组件互连，中央构件cf可以形成有中空部分(未示出)。然而，实施方案不限于此。
68.外围构件可以设置在中央构件cf的在车辆宽度方向上彼此相反形成的两个侧端部cfe1和cfe2的至少一个上。
69.车身连接部件用于将外围构件接合至车身。
70.通常，中央构件cf通过车身连接部件接合至车身。然而，根据实施方案，中央构件cf通过外围构件以及车身连接部件接合至车身。
71.多个框架连接部件可以将外围构件连接至中央构件，可以沿平行于行驶方向的第一方向彼此间隔，并且可以承受不同的载荷。
72.在下文中，如图2a和图2b所示，将第一外围构件pf1和第二外围构件pf2描述为设置在中央构件cf的各个侧端部cfe1和cfe2上。然而，实施方案不限于此。也就是说，根据另一实施方案，外围构件pf1或pf2可以仅设置在中央构件cf的两个侧端部cfe1和cfe2的其中一个上。以下描述也可以应用于该情况。
73.所述外围构件可以包括第一外围构件pf1和第二外围构件pf2。所述第一外围构件pf1设置在中央构件cf的两个侧端部cfe1和cfe2的一个侧端部cfe1(以下称为“第一侧端
部”)上。所述第二外围构件pf2设置在中央构件cf的两个侧端部cfe1和cfe2的另一个侧端部cfe2(以下称为“第二侧端部”)上。
74.所述车身连接部件可以包括第一车身连接部件sc1和第二车身连接部件sc2。第一车身连接部件sc1用于将第一外围构件pf1接合(或连接或安装)至第一纵梁sf1，第二车身连接部件sc2用于将第二外围构件pf2接合(或连接或安装)至第二纵梁sf2。
75.例如，参考图5a和图5b，第二车身连接部件sc2可以包括支撑架252和绝缘体254。支撑支架252的一侧可以连接至第二外围构件pf2，并且绝缘体254可以设置在支撑支架252的另一侧与第二纵梁sf2之间。在这种情况下，绝缘体254可以直接安装至第二纵梁sf2，即，安装至车身。
76.尽管未示出，但是第一车身连接部件sc1还可以包括具有与第二车身连接部件sc2相同形式的支撑支架和绝缘体。
77.此外，车身连接部件sc1和sc2可以进一步包括将支撑支架352和252连接至外围构件pf1和pf2的支架连接部件。所述支架连接部件可以包括第一支架连接部件和第二支架连接部件。第一支架连接部件可以将支撑支架352连接至第一外围构件pf1，并且第二支架连接部件可以将支撑支架252连接至第二外围构件pf2。例如，参考图5a和图5b，第二支架连接部件可以包括多个螺栓256、258和266以及多个螺母262和264。这里，螺栓256可以与螺母262啮合，螺栓258可以与螺母264啮合，并且螺栓266可以与形成在第二外围构件pf2中的舌片(tab)(或孔)h3啮合。这里，螺栓256和258可以是双头螺栓。
78.以与第二支架连接部件相同的形式，第一支架连接部件还可以包括多个螺栓356、358和366以及多个螺母362和364，并且可以利用这些组件356、358、366、362和364将支撑支架352连接至第一外围构件pf1。在此，螺栓356和358可以是双头螺栓。
79.支撑支架252和352可以由钢制成。
80.多个框架连接部件可以包括第一框架连接部件fc1至第四框架连接部件fc4。
81.第一框架连接部件fc1和第二框架连接部件fc2可以将第一外围构件pf1连接至中央构件cf的两个侧端部cfe1和cfe2之中的第一侧端部cfe1，并且可以沿第一方向彼此间隔。第三框架连接部件fc3和第四框架连接部件fc4可以将第二外围构件pf2连接至中央构件cf的两个侧端部cfe1和cfe2之中的第二侧端部cfe2，并且可以沿第一方向彼此间隔。
82.首先，下面将参考图4、图5a和图5b来描述第三框架连接部件fc3和第四框架连接部件fc4。
83.第三框架连接部件fc3和第四框架连接部件fc4可以将第二外围构件pf2连接至中央构件cf，可以沿平行于行驶方向的第一方向彼此间隔，并且可以承受不同的载荷。为此，第三框架连接部件fc3和第四框架连接部件fc4可以使用螺母和螺栓。
84.例如，第三框架连接部件fc3可以包括多个螺栓234和236以及螺母232。螺栓234可以与形成在第二外围构件pf2中的舌片h4和形成在中央构件cf中的舌片h1啮合，并且螺栓236可以穿过形成在第二外围构件pf2中的舌片h5以与螺母232啮合。
85.第四框架连接部件fc4可以包括多个螺栓244和246以及螺母242。螺栓244可以与形成在第二外围构件pf2中的舌片h6和形成在中央构件cf中的舌片h2啮合，并且螺栓246可以穿过形成在第二外围构件pf2中的舌片h7以与螺母242啮合。
86.在此，螺栓236和246可以是双头螺栓。
87.如上所述，第三框架连接部件fc3和第四框架连接部件fc4可以利用螺栓和螺母将第二外围构件pf2接合(或连接或安装)至中央构件cf。
88.接下来，将在下面参考图3描述第一框架连接部件fc1和第二框架连接部件fc2。
89.第一框架连接部件fc1和第二框架连接部件fc2可以将第一外围构件pf1连接至中央构件cf，可以沿平行于行驶方向的第一方向彼此间隔，并且可以承受不同的载荷。为此，第一框架连接部件fc1和第二框架连接部件fc2可以使用螺母和螺栓。
90.例如，第一框架连接部件fc1可以包括多个螺栓(例如，334)和螺母332，并且第二框架连接部件fc2可以包括多个螺栓(例如，344)和螺母342。第一框架连接部件fc1中的螺栓和螺母的啮合可以与第三框架连接部件fc3中的螺栓和螺母的啮合相同，并且第二框架连接部件fc2中的螺栓和螺母的啮合可以与第四框架连接部件fc4中的螺栓和螺母的啮合相同，因此，将省略其重复描述。
91.这里，与螺母332和342啮合的螺栓(未示出)可以具有与图5a所示的螺栓246和236相同的形式，并且可以是双头螺栓。
92.因此，第一框架连接部件fc1和第二框架连接部件fc2可以利用螺栓和螺母将第一外围构件pf1接合(或连接或安装)至中央构件cf。
93.此外，根据实施方案，为了使第一框架连接部件fc1和第二框架连接部件fc2能够承受不同的载荷，在第一方向上从第一外围构件pf1的第一部分p1(其通过第一框架连接部件fc1接合至中央构件cf)至第一车身连接部件352的第一间隔距离与在第一方向上从第一外围构件pf1的第二部分p2(其通过第二框架连接部件fc2接合至中央构件cf)至第一车身连接部件352的第二间隔距离可以彼此不同。
94.此外，为了使第三框架连接部件fc3和第四框架连接部件fc4能够承受不同的载荷，在第一方向上从第二外围构件pf2的第三部分p3(其通过第三框架连接部件fc3接合至中央构件cf)至第二车身连接部件252的第三间隔距离与在第一方向上从第二外围构件pf2的第四部分p4(其通过第四框架连接部件fc4接合至中央构件cf)至第二车身连接部件252的第四间隔距离可以彼此不同。
95.在下文中，为了更好地理解实施方案，将提供载荷的一般描述。
96.图6a至图6c是用于解释力和力矩的一般平衡的示意图。图6a是用于解释根据第一方向上的位置的力的分布的曲线图，其中，横轴表示第一方向上的位置，纵轴表示第三方向上的位置。图6b是示出针对第一方向上的各个位置的剪切力v的曲线图，其中，横轴表示第一方向上的位置，纵轴表示剪切力。图6c是示出针对第一方向上的各个位置的弯曲力矩m的曲线图，其中，横轴表示第一方向上的位置，纵轴表示弯曲力矩。
97.图6a所示的点a处的力r1可以以点b处的力f表示，如下面的等式1所示，点c处的力r2可以以点b处的力f表示，如下面的等式2所示。
98.[等式1]
[0099][0100]
[等式2]
[0101]
[0102]
在等式1和2中，“a”表示从点a至点b的距离，“b”表示从点b至点c的距离，“l”表示从点a至点c的距离。在这种情况下，点a与点b之间的剪切力v
ab
可以利用下面的等式3表示，点b与点c之间的剪切力v
bc
可以利用下面的等式4表示。
[0103]
[等式3]
[0104]vab
＝r1[0105]
[等式4]
[0106]vbc
＝-r2[0107]
此外，点a与点b之间的力矩m
ab
可以利用下面的等式5表示，点b与点c之间的力矩m
bc
可以利用下面的等式6表示。
[0108]
[等式5]
[0109][0110]
[等式6]
[0111][0112]
这里，“x”表示第一方向上的位置。
[0113]
当将力施加至沿着图6a所示的梁的距离梁的两个端部中的任一端部比另一端部更近的任一点时，施加至距离施加力的点较近的端部的剪切力大于施加至距离施加力的点较远的端部的剪切力。也就是说，在图6a所示的简化梁中，当力f施加至点b(其距离梁的两个端部之中的点a比点c更近)时，施加至点a的剪切力大于施加至点c的剪切力。因此，施加至区间a的剪切力大于施加至区间b的剪切力。因此，随着力f的大小增大，区间a首先断裂。
[0114]
在下文中，将基于上述描述参考图3描述力和力矩的平衡，图3示出了对于第一外围构件pf1的简化碰撞载荷。实际上，碰撞载荷可以以非常复杂的方向组合施加至第一外围构件pf1。但是，为了更好地理解和方便描述，将仅考虑沿第三方向施加的载荷。
[0115]
下面的等式7中给出的关系式可以基于力的平衡条件成立，并且下面的等式8中给出的关系式可以基于力矩平衡的条件成立。
[0116]
[等式7]
[0117]
fc＝fa+fb[0118]
[等式8]
[0119]
o＝fb×
l
2-fa×
l1[0120]
这里，“f
a”表示第一外围构件pf1的第一部分p1中的第一作用点ap1处的力，“f
c”表示第一车身连接部件352中的第二作用点ap2处的力，并且“f
b”表示第一外围构件pf1的第二部分p2中的第三作用点ap3处的力。在这种情况下，假设可以基于螺栓356、358、366、334和344的力的矢量总和将施加至第一外围构件pf1的力的大小简化为fa、fb和fc。
[0121]“l
1”表示在第一方向上，第一部分p1中的第一作用点ap1与第一车身连接部件352中的第二作用点ap2间隔的第一间隔距离，并且“l
2”表示在第一方向上，第二部分p2中的第三作用点ap3与第二作用点ap2间隔的第二间隔距离。
[0122]
基于上面的等式7和8，“f
a”可以利用下面的等式9表示，并且“f
b”可以利用下面的等式10表示。
[0123]
[等式9]
[0124][0125]
[等式10]
[0126][0127]
参考上面的等式9和10，当第一间隔距离l1短于第二间隔距离l2时，“f
a”比“f
b”大l2/l1倍，因此，施加至对应于第一间隔距离l1的区间(以下称为“第一区间”)的应力大于施加至对应于第二间隔距离l2的区间(以下称为“第二区间”)的应力。因此，当燃料电池车辆发生碰撞时，第一区间可能比第二区间更早断裂。这里，第一区间是第一作用点ap1与第二作用点ap2之间的区间，第二区间是第三作用点ap3与第二作用点ap2之间的区间。
[0128]
接下来，将基于上述描述参考图4描述力和力矩的平衡，图4示出了对于第二外围构件pf2的简化碰撞载荷。实际上，碰撞载荷可以以非常复杂的方向组合施加至第二外围构件pf2。但是，为了更好地理解和方便描述，将仅考虑沿第三方向施加的载荷。
[0129]
在下面的等式11中给出的关系式可以基于力的平衡条件成立，并且在下面的等式12中给出的关系式可以基于力矩平衡的条件成立。
[0130]
[等式11]
[0131]
fc＝fa+fb[0132]
[等式12]
[0133]
o＝fb×
l
4-fa×
l3[0134]
这里，“f
a”表示第二外围构件pf2的第三部分p3(其通过第三框架连接部件fc3接合至中央构件cf)中的第四作用点ap4处的力，“f
c”表示第二车身连接部件252中的第五作用点ap5处的力，并且“f
b”表示第二外围构件pf2的第四部分p4(其通过第四框架连接部件fc4接合至中央构件cf)中的第六作用点ap6处的力。在这种情况下，假设可以基于螺栓234、236、244、246、256、258和266的力的矢量总和将施加至第二外围构件pf2的力的大小简化为fa、fb和fc。
[0135]“l
3”表示在第一方向上，第三部分p3中的第四作用点ap4与第二车身连接部件252中的第五作用点ap5间隔的第三间隔距离，并且“l
4”表示在第一方向上，第四部分p4中的第六作用点ap6与第五作用点ap5间隔的第四间隔距离。
[0136]
基于上面的等式11和12，“f
a”可以利用下面的等式13表示，“f
b”可以利用下面的等式14表示。
[0137]
[等式13]
[0138][0139]
[等式14]
[0140][0141]
图7是示出图4所示的第二外围构件pf2因碰撞而断裂(由“br”表示)的状态的示意
图。在这种情况下，假设碰撞沿第一或第二方向发生。
[0142]
参考上面的等式13和14，当第三间隔距离l3短于第四间隔距离l4时，“f
a”比“f
b”大l4/l3倍，因此，施加至对应于第三间隔距离l3的区间(以下称为“第三区间”)的应力大于施加至对应于第四间隔距离l4的区间(以下称为“第四区间”)的应力。因此，如图7所示，当燃料电池车辆发生碰撞时，第三区间可能早于第四区间断裂(用“br”表示)。这里，第三区间是第四作用点ap4与第五作用点ap5之间的区间，第四区间是第六作用点ap6与第五作用点ap5之间的区间。
[0143]
在下文中，将参考所附附图描述根据另一实施方案的燃料电池车辆。
[0144]
图8a和图8b分别是图2b所示的燃料电池车辆的另一实施方案的右侧视图和后侧视图。
[0145]
在图8a和图8b所示的燃料电池车辆中，与根据上述实施方案的燃料电池车辆的部件相同的部件用相同的附图标记表示，并且将省略其重复描述。
[0146]
与根据上述实施方案的燃料电池车辆不同，在根据该实施方案的燃料电池车辆中，第一部分p1或第二部分p2的至少一个可以以插入补齐(fitting)方式接合至中央构件cf。例如，如图8a和图8b所示，第二部分p2可以以插入补齐方式接合至中央构件cf。
[0147]
第一部分p1和第二部分p2之中的未以插入补齐方式接合至中央构件cf的部分可以通过框架连接部件接合至中央构件cf。例如，如图8a和图8b所示，第一部分p1(其未以插入补齐方式接合至中央构件cf)可以通过第一框架连接部件fc1接合至中央构件cf。这里，第一框架连接部件fc1可以包括彼此啮合的螺栓275和螺母273，与图3所示的不同。
[0148]
此外，第一部分p1和第二部分p2之中的以插入补齐方式接合至中央构件cf的部分也可以通过框架连接部件接合至中央构件cf。例如，如图8a和图8b所示，第二部分p2可以不仅以插入补齐方式而且通过第二框架连接部件fc2接合至中央构件cf。
[0149]
为此，第一部分p1和第二部分p2之中的以插入补齐方式接合至中央构件cf的部分可以包括突出部分pr，并且中央构件cf可以包括形成为容纳突出部分pr的凹进部分re。或者，与图8a所示相反，第一部分p1和第二部分p2之中的以插入补齐方式接合至中央构件cf的部分可以形成有凹进部分(未示出)，并且中央构件cf可以包括容纳在凹进部分中的突出部分(未示出)。
[0150]
如上所述，当燃料电池车辆发生碰撞时，相比于通过框架连接部件接合至中央构件的部分，以插入补齐方式接合至中央构件的部分可能更不容易断裂。因此，在位于第二区间的第二部分p2以插入补齐方式接合至中央构件cf的状态下，即使由于施加至第一区间的应力(其大于施加至第二区间的应力)而导致在第一区间中发生断裂，在第二区间中发生断裂的可能性也可以进一步降低，因此，第二部分p2可以保持处于固定状态。尤其是，在施加相对较低的应力的第二区间中，即使第一外围构件pf1与中央构件cf之间的通过第二框架连接部件fc2的接合状态损坏，第一外围构件pf1与中央构件cf之间的以插入补齐方式的接合状态也不会损坏。
[0151]
此外，根据实施方案，在第一作用点ap1处的应力和第三作用点ap3处的应力彼此相等的状态下，第一外围构件pf1可以以第一部分p1和第二部分p2中只有一个插入补齐在中央构件cf中的方式接合至中央构件cf。
[0152]
图9a和图9b分别是图2b所示的燃料电池车辆的另一实施方案的左侧视图和后侧
视图。
[0153]
在图9a和图9b所示的燃料电池车辆中，与根据上述实施方案的燃料电池车辆的部件相同的部件用相同的附图标记表示，并且将省略其重复描述。
[0154]
与根据上述实施方案的燃料电池车辆不同，在根据该实施方案的燃料电池车辆中，第三部分p3或第四部分p4的至少一个可以以插入补齐方式接合至中央构件cf。例如，如图9a和图9b所示，第四部分p4可以以插入补齐方式接合至中央构件cf。
[0155]
第三部分p3和第四部分p4之中的未以插入补齐方式接合至中央构件cf的部分可以通过框架连接部件接合至中央构件cf。例如，如图9a和图9b所示，第三部分p3(其未以插入补齐方式接合至中央构件cf)可以通过第三框架连接部件fc3接合至中央构件cf。这里，第三框架连接部件fc3可以包括彼此啮合的螺栓235和螺母233，与图4所示的不同。
[0156]
此外，第三部分p3和第四部分p4之中的以插入补齐方式接合至中央构件cf的部分也可以通过框架连接部件接合至中央构件cf。例如，如图9a和图9b所示，第四部分p4可以不仅以插入补齐方式而且通过第四框架连接部件fc4接合至中央构件cf。
[0157]
为此，第三部分p3和第四部分p4之中的以插入补齐方式接合至中央构件cf的部分可以包括突出部分pr，并且中央构件cf可以包括形成为容纳突出部分pr的凹进部分re。或者，与图9a所示相反，第三部分p3和第四部分p4之中的以插入补齐方式接合至中央构件cf的部分可以形成有凹进部分(未示出)，并且中央构件cf可以包括容纳在凹进部分中的突出部分(未示出)。
[0158]
图10是示出图9a所示的第二外围构件pf2因碰撞而断裂(由“br”表示)的状态的示意图。在这种情况下，假设碰撞沿第一或第二方向发生。
[0159]
如上所述，当燃料电池车辆发生碰撞时，相比于通过框架连接部件接合到中央构件的部分，以插入补齐方式接合到中央构件的部分更不容易断裂。因此，在位于第四区间的第四部分p4以插入补齐方式接合至中央构件cf的状态下，即使由于施加至第三区间的应力(其大于施加至第四区间的应力)而导致在第三区间中发生断裂br，在第四区间中发生断裂的可能性也可以进一步降低，因此，第四部分p4可以保持处于固定状态，如图10所示。尤其是，在施加相对较低的应力的第四区间中，即使第二外围构件pf2与中央构件cf之间的通过第四框架连接部件fc4的接合状态损坏，第二外围构件pf2与中央构件cf之间的以插入补齐方式的接合状态也不会损坏。
[0160]
此外，根据实施方案，在第四作用点ap4处的应力和第六作用点ap6处的应力彼此相等的状态下，第二外围构件pf2可以以第三部分p3和第四部分p4中只有一个插入补齐在中央构件cf中的方式接合至中央构件cf。
[0161]
在下文中，将参考所附附图描述根据又一实施方案的燃料电池车辆。
[0162]
图11是根据又一实施方案的燃料电池车辆的平面图，图12是用于帮助理解图11所示的燃料电池车辆的燃料电池车辆的平面图。
[0163]
在图11和图12所示的燃料电池车辆中，与根据上述实施方案的燃料电池车辆的部件相同的部件用相同的附图标记表示，并且将省略其重复描述。
[0164]
在图12所示的燃料电池车辆中，第一车身连接部件sc1和第二车身连接部件sc2可以具有在第二方向(其为车辆宽度方向)上关于中央构件cf的中心cp彼此对称的平面形状。也就是说，第一车身连接部件sc1和第二车身连接部件sc2可以沿同一水平线x1进行定位。
[0165]
或者，根据又一实施方案，第一车身连接部件sc1和第二车身连接部件sc2可以具有在第二方向(其为车辆宽度方向)上关于中央构件cf的中心cp彼此不对称的平面形状。也就是说，相比于第一车身连接部件sc1，第二车身连接部件sc2可以更靠近燃料电池车辆的前侧fro设置。也就是说，相比于第一车身连接部件sc1所在的水平线x3，第二车身连接部件sc2所在的水平线x2可以更靠近燃料电池车辆的前侧进行定位。
[0166]
如图11所示，当接合至第一外围构件pf1的第一车身连接部件sc1和接合至第二外围构件pf2的第二车身连接部件sc2形成为在车辆宽度方向上彼此不对称时，在燃料电池车辆正面碰撞的情况下，施加至位于燃料电池车辆的左侧的组件pf2和sc2的应力与施加至位于燃料电池车辆的右侧的组件pf1和sc1的应力可以彼此不同。因此，施加相对较高的应力的组件可能会断裂，使得施加相对较低的应力的组件可以保持处于固定状态，而不会断裂。
[0167]
此外，第一外围构件pf1和第二外围构件pf2中的每一个可以由各种材料中的任何一种形成，只要其材料能够通过变形将碰撞能转换为应变能而表现出吸收应变能的效果即可。如上所述，为了防止施加相对较低的应力的部分在施加相对较高的应力的部分断裂时断裂，第一外围构件pf1和第二外围构件pf2中的每一个可以由具有较高延伸率的材料形成。
[0168]
由于铝合金根据其种类最大具有65％的延伸率，因此从吸收应变能的方面，第一外围构件pf1和第二外围构件pf2中的每一个可以由具有较高延伸率的铝材料形成。当第一外围构件pf1和第二外围构件pf2中的每一个包含铝时，可以预期位于燃料电池车辆的右侧的组件pf1和sc1以及位于燃料电池车辆的左侧的组件pf2和sc2的吸收碰撞能的效果。因此，施加相对较低的应力的部分一定可以保持非断裂状态。
[0169]
为了满足全球技术法规(gtr)和在各国颁布的碰撞安全法规，可以要求燃料电池车辆在任何方向上发生碰撞(例如，正面碰撞、追尾碰撞或侧面碰撞)时，燃料电池车辆的系统框架的至少一部分不与车身分离，而是保持固定至车身。
[0170]
在根据实施方案的燃料电池车辆中，外围构件pf1和pf2以及车身连接部件sc1和sc2可以设置为使得外围构件pf1和pf2的通过多个框架连接部件接合至中央构件cf的部分承受不同的载荷。因此，只有施加相对较高的应力的部分可能断裂，而施加相对较低的应力的部分可以保持处于固定状态，而不会断裂。因此，当燃料电池车辆发生碰撞时，外围构件pf1和pf2中的每一个的至少一部分可以保持接合至中央构件cf，因此可以防止系统框架与车身分离，从而使得能够满足碰撞安全法规。
[0171]
从上面的描述中可以明显看出，在根据实施方案的燃料电池车辆中，外围构件以及车身连接部件可以设置为使得外围构件的通过多个框架连接部件接合至中央构件的部分承受不同的载荷。因此，只有施加相对较高的应力的部分断裂，而施加相对较低的应力的部分保持处于固定状态，而不会断裂。因此，在发生碰撞的情况下，每个外围构件的至少一部分保持接合至中央构件，从而防止系统框架与车身分离。因此，燃料电池车辆能够满足碰撞安全法规。
[0172]
然而，通过本发明可实现的效果不限于上述效果，本领域技术人员通过以上描述将清楚地理解本文未提及的其他效果。
[0173]
上述各种实施方案可以在不脱离本发明的范围的情况下彼此组合，除非其彼此不兼容。
[0174]
此外，对于在各种实施方案的任一实施方案中未详细描述的任何元件或过程，可以参考在另一实施方案中具有相同附图标记的元件或过程的描述，除非另有规定。
[0175]
虽然本发明已经参考示例性实施方案进行了具体示出和描述，但这些实施方案仅用于说明的目的而提出，而不是限制本发明，并且对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在不脱离在本文中阐述的实施方案的基本特征的情况下对形式和细节进行各种更改。例如，在实施方案中阐述的各个配置可以修改并应用。此外，此类修改和应用的差异应解释为落入由所附权利要求限定的本发明的范围之内。

技术特征：
1.一种燃料电池车辆，其包括：燃料电池；系统框架，其包括中央构件和外围构件，所述中央构件配置为支撑燃料电池的至少一部分，所述外围构件设置在中央构件的两个侧端部的至少一个上，所述两个侧端部在车辆宽度方向上彼此相反地形成；车身连接部件，其配置为将外围构件接合至车身；以及多个框架连接部件，所述多个框架连接部件配置为将外围构件接合至中央构件，所述多个框架连接部件在平行于行驶方向的第一方向上彼此间隔，并且所述多个框架连接部件承受不同的载荷。2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其中，所述外围构件包括：第一外围构件，其设置在两个侧端部中的一个侧端部上；以及第二外围构件，其设置在两个侧端部中的剩余一个侧端部上。3.根据权利要求2所述的燃料电池车辆，其中，所述车身包括第一纵梁和第二纵梁，所述第一纵梁和所述第二纵梁在车辆宽度方向上彼此相反地设置并且在第一方向上相互平行地延伸，所述车身连接部件包括：第一车身连接部件，其配置为将第一外围构件接合至第一纵梁；以及第二车身连接部件，其配置为将第二外围构件接合至第二纵梁。4.根据权利要求3所述的燃料电池车辆，其中，所述多个框架连接部件包括：第一框架连接部件和第二框架连接部件，所述第一框架连接部件和所述第二框架连接部件配置为将第一外围构件接合至中央构件的两个侧端部中的一个侧端部，所述第一框架连接部件和所述第二框架连接部件在第一方向上彼此间隔；以及第三框架连接部件和第四框架连接部件，所述第三框架连接部件和所述第四框架连接部件配置为将第二外围构件接合至中央构件的两个侧端部中的剩余一个侧端部，所述第三框架连接部件和所述第四框架连接部件在第一方向上彼此间隔。5.根据权利要求4所述的燃料电池车辆，其中，所述第一外围构件包括第一部分和第二部分，所述第一部分通过第一框架连接部件接合至中央构件，所述第二部分通过第二框架连接部件接合至中央构件，所述第一部分在第一方向上与第一车身连接部件间隔第一间隔距离，所述第二部分在第一方向上与第一车身连接部件间隔第二间隔距离，第一间隔距离和第二间隔距离彼此不同。6.根据权利要求5所述的燃料电池车辆，其中，第一间隔距离对应于第一部分中的第一作用点与第一车身连接部件中的第二作用点在第一方向上间隔的距离，第二间隔距离对应于第二部分中的第三作用点与第二作用点在第一方向上间隔的距离。7.根据权利要求6所述的燃料电池车辆，其中，第一间隔距离短于第二间隔距离，施加至对应于第一间隔距离的区间的应力大于施加至对应于第二间隔距离的区间的
应力。8.根据权利要求7所述的燃料电池车辆，其中，第一部分和第二部分的其中一个以插入补齐方式接合至中央构件。9.根据权利要求8所述的燃料电池车辆，其中，第一部分通过第一框架连接部件接合至中央构件，第二部分不仅通过第二框架连接部件而且以插入补齐方式接合至中央构件。10.根据权利要求4所述的燃料电池车辆，其中，所述第二外围构件包括第三部分和第四部分，所述第三部分通过第三框架连接部件接合至中央构件，所述第四部分通过第四框架连接部件接合至中央构件，所述第三部分在第一方向上与第二车身连接部件间隔第三间隔距离，所述第四部分在第一方向上与第二车身连接部件间隔第四间隔距离，第三间隔距离和第四间隔距离彼此不同。11.根据权利要求10所述的燃料电池车辆，其中，第三间隔距离对应于第三部分中的第四作用点与第二车身连接部件中的第五作用点在第一方向上间隔的距离，第四间隔距离对应于第四部分中的第六作用点与第五作用点在第一方向上间隔的距离。12.根据权利要求11所述的燃料电池车辆，其中，第三间隔距离短于第四间隔距离，施加至对应于第三间隔距离的区间的应力大于施加至对应于第四间隔距离的区间的应力。13.根据权利要求12所述的燃料电池车辆，其中，第三部分和第四部分的其中一个以插入补齐方式接合至中央构件。14.根据权利要求13所述的燃料电池车辆，其中，第三部分通过第三框架连接部件接合至中央构件，第四部分不仅通过第四框架连接部件而且以插入补齐方式接合至中央构件。15.根据权利要求3所述的燃料电池车辆，其中，所述第二车身连接部件包括：支撑支架，其一侧接合至第二外围构件；以及绝缘体，其设置在支撑支架的另一侧与第二纵梁之间。16.根据权利要求15所述的燃料电池车辆，其中，所述绝缘体直接安装至第二纵梁。17.根据权利要求15所述的燃料电池车辆，其中，所述第一车身连接部件包括具有与第二车身连接部件相同形式的支撑支架和绝缘体。18.根据权利要求3所述的燃料电池车辆，其中，所述第一车身连接部件和所述第二车身连接部件具有形成为在车辆宽度方向上关于中央构件的中心彼此不对称的平面形状。19.根据权利要求18所述的燃料电池车辆，其中，所述第二车身连接部件比第一车身连接部件更靠近燃料电池车辆的前侧设置。20.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其中，所述外围构件包含铝。

技术总结
本发明涉及燃料电池车辆。所述燃料电池车辆包括：燃料电池；系统框架，其包括中央构件和外围构件，所述中央构件支撑燃料电池的至少一部分，所述外围构件设置在中央构件的在车辆宽度方向上彼此相反的两个侧端部中的至少一个上；车身连接部件，其将外围构件接合至车身；多个框架连接部件，其配置为将外围构件接合至中央构件，所述多个框架连接部件在平行于行驶方向的第一方向上彼此间隔并且承受不同的载荷。向的第一方向上彼此间隔并且承受不同的载荷。向的第一方向上彼此间隔并且承受不同的载荷。


技术研发人员：徐正焘
受保护的技术使用者：起亚株式会社
技术研发日：2022.11.28
技术公布日：2023/7/25