燃料电池车辆中的悬架系统和燃料箱的后部整体化 【技术领域】
【0001】本发明涉及燃料电池车辆，更具体而言涉及燃料电池车辆燃料存储系统，其中燃料存储系统具有悬架系统、燃料箱、以及支撑系统，它们相互配合以承载车辆结构载荷和悬架系统的反应载荷，并最大化燃料箱的容量。
背景技术
【0002】典型的燃料电池车辆使用燃料电池动力系统，其将燃料和氧化剂转化成电。一种类型的燃料电池动力系统利用质子交换膜(以下称为“PEM”)的使用来催化地促进燃料(例如氢)和氧化剂(例如空气或氧)反应生成电。燃料通常存储在大的加压燃料箱中并存储在车辆的底架上。
【0003】与传统的动力车辆一样，燃料电池车辆具有悬架系统，其设计成与车辆操纵和制动系统相互配合并保持车辆基本上与路面噪音、碰撞、和振动隔离。通常，该车辆将具有与靠近燃料箱布置的轮胎相联系的悬架系统。大尺寸和形状的燃料箱通常限制了车辆悬架系统的功能并限制悬架连接形状和悬架构造。用于燃料箱的空间通常局限于车辆的底板(floorpan)下方靠近第二排座位的空间。由于由悬架系统和燃料箱造成的空间限制，内部乘客空间或载货空间可能被减少以提供能够存储足够燃料的燃料箱，来满足车辆性能要求。
【0004】可能期望开发包含这样的存储系统的燃料电池车辆，即该存储系统包括悬架系统、燃料箱、以及支撑系统，它们适合于相互配合以承载车辆结构载荷和悬架系统的反应载荷并最大化燃料箱的容量以最大化燃料存储能力。
【发明内容】
【0005】根据本发明，惊人地发现了一种用于燃料电池车辆的存储系统，该存储系统适合于配合以承载车辆结构载荷和悬架系统的反应载荷并最大化燃料箱的容量以最大化燃料存储能力。
【0006】在一个实施例中，用于车辆的燃料存储系统包括：支撑系统，适合于联接到车辆；用于存储压缩燃料的第一燃料箱，联接于支撑系统；以及悬架系统，联接于第一燃料箱，其中悬架系统、支撑系统、以及第一燃料箱相互配合以承载车辆结构载荷和反应载荷。
【0007】在另一个实施例中，用于车辆的燃料存储系统包括：第一燃料箱，用于存储压缩燃料；支撑系统，联接于第一燃料箱并适合于联接到车辆；以及悬架系统，联接于支撑系统，悬架系统包括至少一个弹簧，其中悬架系统和燃料箱相互配合以承载车辆结构载荷和反应载荷。
【0008】在另一个实施例中，用于车辆的燃料存储系统包括：支撑系统，适合于联接到车辆；用于存储压缩燃料的至少两个燃料箱，联接于支撑系统；以及悬架系统，联接于燃料箱，其中悬架系统、支撑系统、以及燃料箱相互配合以承载车辆结构载荷和反应载荷。
【附图说明】
【0009】从下面对优选实施例的详细描述并根据附图考虑时，本发明的上述以及其它优点对于本领域的技术人员将变得显而易见，其中：
【0010】图1为包含根据本发明的一个实施例的燃料存储系统的车辆的悬架系统的俯视图；
【0011】图2为包含根据本发明的另一实施例的燃料存储系统的车辆的悬架系统的顶部透视图；
【0012】图3为包含根据本发明的另一实施例的燃料存储系统的车辆的悬架系统的底部透视图；
【0013】图4为包含根据本发明的另一实施例的燃料存储系统的车辆的悬架系统的俯视图；
【0014】图5为包含根据本发明的另一实施例的燃料存储系统的车辆的悬架系统的俯视图；以及
【0015】图6为包含根据本发明的另一实施例的燃料存储系统的车辆的悬架系统的俯视图。
【具体实施方式】
【0016】下面的详细描述和附图描述和说明了本发明的各种示例性实施例。该描述和附图是用来使本领域的技术人员能够制造和使用本发明，不是为了以任何方式限制本发明的范围。
【0017】图1示出了根据本发明地一个实施例的燃料存储系统10。燃料存储系统10包括：第一燃料箱12、第二燃料箱14、悬架系统16、以及支撑系统18。可根据期望使用更多或更少的箱。在示出的实施例中，燃料存储系统10的燃料箱12、14布置在燃料电池车辆(未示出)的底架上并在车辆的轮胎20中间。可以理解，可根据期望将燃料存储系统10布置在其它的车辆上和车辆的其它部分上。
【0018】第一燃料箱12和第二燃料箱14联接于悬架系统16。燃料箱12、14与燃料电池组件(未示出)流体连通以将燃料(未示出)提供给燃料电池组件以为车辆提供动力。在图1示出的实施例中，第一燃料箱12和第二燃料箱14具有大致相同的形状和尺寸。但是，可根据期望使用不同的形状和尺寸。各个燃料箱12、14的外壁22、24形成适合于存储燃料的腔。在示出的实施例中，第一燃料箱12和第二燃料箱14布置成大致垂直于车辆的纵轴线。但是，可以理解，燃料箱12、14可以以其它方式定向，例如平行于车辆的纵轴线。燃料箱12、14具有大致圆形的横截面形状，但是也可使用其它横截面形状。可以进一步理解，外壁22、24可由任何具有足以存储压缩燃料的机械性能的常规材料形成。外壁22、24可根据期望由金属、塑料、复合材料、以及其它传统材料形成。燃料可为液体或压缩气体，诸如例如氢、氧、氮、或空气。
【0019】悬架系统16包括多个控制臂26和多个弹簧27。控制臂26枢转地联接于第一燃料箱12和第二燃料箱14、以及车轮组件30。如图1所示，车轮组件30为转向节(spindle)，也被称为万向接头。弹簧27联接于车轮组件30和车辆的一部分上。枢转连接便于车轮组件30和燃料箱12、14之间的相对运动。可以理解，悬架系统16可包括传统的减震器，诸如例如气动式减震器或液压式减震器。
【0020】在示出的实施例中，支撑系统18为多个隔开的车架梁。支撑系统18与第一燃料箱12和第二燃料箱14形成车辆结构的一部分。可以理解，根据期望燃料箱12、14可与支撑系统18整体形成或分别形成并附接到支撑系统18上。
【0021】在使用中，燃料存储系统10联接于车辆的底架。可以理解，如有期望，可将燃料存储系统10分别组装并附接到车辆上。当驱动车辆时，悬架系统16的控制臂26最小化了由路面不规则诸如例如碎片、积水洼、和不平坦路面导致的车辆和乘客的运动。弹簧27和控制臂26适合于在车辆被驱动时缓冲突然的震动冲击并消耗产生的动能。因为控制臂26和支撑系统18联接于燃料箱12、14，所以燃料箱12、14为车辆的承载元件，并起到车辆的支撑架的作用。因此燃料箱12、14的尺寸、形状、重量和其它设计考虑因素适合于处理车辆载荷。在示出的实施例中，燃料箱12、14适合于承载车辆结构载荷和悬架系统16的反应载荷。
【0022】因为燃料箱12、14直接联接于悬架系统16和支撑系统18，所以抑制了燃料箱12、14对悬架系统16的性能的干扰。该直接联接最小化了支撑元件部件、悬架系统16部件、以及其它车辆部件的冗余。而且，通过最小化由悬架系统16、支撑系统18、以及燃料存储系统10占据的总空间，可最大化燃料箱12、14的存储容量。提供能最小化悬架系统16部件冗余的燃料存储系统10的进一步优点是：最小化了通常被取消以用来为燃料箱12、14提供更大的燃料存储容量的车辆的内部空间和载货空间。因此，优化了车辆的实用性和舒适性。
【0023】图2示出了根据本发明另一个实施例的燃料存储系统210。燃料存储系统210包括第一燃料箱212、第二燃料箱214、悬架系统216、以及支撑系统218。可根据期望使用更多或更少的箱。在示出的实施例中，燃料存储系统210的燃料箱212、214布置在燃料电池车辆(未示出)的底架上，并在车轮组件230和车辆的轮胎中间。可以理解，可根据期望将燃料存储系统210布置在其它车辆上和车辆的其它部分上。
【0024】第一燃料箱212和第二燃料箱214联接于悬架系统216。燃料箱212、214与燃料电池组件(未示出)流体连通以将燃料(未示出)提供给燃料电池组件以为车辆提供动力。在图2示出的实施例中，第一燃料箱212和第二燃料箱214具有同样的形状但不同的尺寸。但是，可根据期望使用不同的形状和尺寸。各个燃料箱212、214的外壁222、224形成适合于存储燃料的腔。在示出的实施例中，第一燃料箱212和第二燃料箱214布置成大致垂直于车辆的纵轴线。但是，可以理解，燃料箱212、214可以以其它方式定向，例如平行于车辆的纵轴线。燃料箱212、214具有大致圆形的横截面形状，尽管可使用其它横截面形状。可以进一步理解，外壁222、224可由任何具有足以存储压缩燃料的机械性能的传统材料形成。外壁222、224可根据期望由金属、塑料、复合材料、以及其它传统材料形成。燃料可为液体或压缩气体，诸如例如氢、氧、氮、或空气。
【0025】悬架系统216包括多个控制臂226和多个板簧232。板簧232枢转地联接于车辆的框架(未示出)并联接于控制臂226。控制臂226枢转地联接于板簧232、以及第一燃料箱212和第二燃料箱214。板簧232的端部枢转地连接到框架以便于轴228和燃料箱212、214之间的相对运动。车轮组件230布置在轴228的每个端部上。控制臂226可为任何传统的减震器，诸如例如气动式减震器或液压式减震器。可以理解，板簧232可为任何传统的控制臂，诸如例如A形臂或叉形控制臂。也可以理解，可根据期望在悬架系统216中使用任何数量的板簧232。
【0026】在示出的实施例中，支撑系统218为多个隔开的车架梁。支撑系统218与第一燃料箱212和第二燃料箱214形成车辆结构的一部分。可以理解，根据期望燃料箱212、214可与支撑系统218整体形成或分别形成并附接到支撑系统218上。
【0027】在使用中，燃料存储系统210联接于车辆的底架。可以理解，如有期望，燃料存储系统210可分别组装并附接到车辆上。当驱动车辆时，控制臂226和板簧232最小化了由路面不规则诸如例如碎片、积水洼、以及不平坦路面导致的车辆和乘客的运动。控制臂226和板簧232适合于在车辆被驱动时缓冲突然的震动冲击并消耗产生的动能。因为控制臂226联接于燃料箱212、214，所以燃料箱212、214为车辆的承载元件，并起到车辆支撑架的一部分的作用。燃料箱212、214的尺寸、形状、重量和其它设计考虑因素适合于处理车辆载荷。在示出的实施例中，燃料箱212、214适合于承载车辆结构载荷和悬架系统216的反应载荷。
【0028】因为燃料箱212、214直接联接于悬架系统216和支撑系统218，所以抑制了燃料箱212、214对悬架系统216的性能的干扰。该直接联接最小化了支撑元件部件、悬架系统216部件、以及其它车辆部件的冗余。而且，通过最小化由悬架系统216、支撑系统218、以及燃料存储系统210占据的总空间，可最大化燃料箱212、214的存储容量。提供能最小化悬架系统216部件冗余的燃料存储系统210的进一步优点是：最小化了通常被取消以用来为燃料箱212、214提供更大的燃料存储容量的车辆的内部空间和载货空间。因此，优化了车辆的实用性和舒适性。
【0029】图3示出了根据本发明另一个实施例的燃料存储系统310。除了下面描述的以外，图3的实施例与图2的燃料存储系统210相似。与图2的结构相似，图3包括以300系列代替200系列的附图标记，剩下的两位是相同的。
【0030】在示出的实施例中，悬架系统316包括多个控制臂326和多个板簧332。板簧332枢转地联接于车辆的框架334并联接于控制臂326。控制臂326联接于板簧332、以及车辆的框架334。枢转连接便于轴328和燃料箱312、314之间的相对运动。车轮组件330布置在轴328的每个端部上。控制臂326可为任何传统的减震器，诸如例如气动式减震器或液压式减震器。可以理解，板簧332可为任何传统的控制臂，诸如例如A形臂或叉形控制臂。也可以理解，可根据期望在悬架系统316中使用任何数量的板簧332。
【0031】在使用中，燃料存储系统310联接于车辆的底架。可以理解，如有期望，燃料存储系统310可分别组装并附接到车辆上。当驱动车辆时，控制臂326和板簧332最小化了由路面不规则诸如例如碎片、积水洼、以及不平坦路面导致的车辆和乘客的运动。控制臂326和板簧332适合于在车辆被驱动时缓冲突然的震动冲击并消耗产生的动能。因为控制臂326联接于框架334，所以框架334为车辆的承载元件，并起到车辆支撑架的一部分的作用。框架334的尺寸、形状、重量和其它设计考虑因素适合于处理车辆载荷。
【0032】因为燃料箱312、314直接联接于悬架系统316和支撑系统318，所以抑制了燃料箱312、314对悬架系统316的性能的干扰。该直接联接最小化了支撑元件部件、悬架系统316部件、以及其它车辆部件的冗余。而且，通过最小化由悬架系统316、支撑系统318、以及燃料存储系统310占据的总空间，可最大化燃料箱312、314的存储容量。提供能最小化悬架系统316部件冗余的燃料存储系统310的进一步优点是：最小化了通常被取消以用来为燃料箱312、314提供更大的燃料存储容量的车辆的内部空间和载货空间。因此，优化了车辆的实用性和舒适性。
【0033】图4示出了根据本发明的一个实施例的燃料存储系统410。燃料存储系统410包括第一燃料箱412、第二燃料箱414、悬架系统416、以及支撑系统418。可根据期望使用更多或更少的箱。在示出的实施例中，燃料存储系统410的燃料箱412、414布置在燃料电池车辆(未示出)的底架上，并在车辆的轮胎420中间。可以理解，可根据期望将燃料存储系统410布置在任何车辆上和车辆的任何部分上。
【0034】第一燃料箱412和第二燃料箱414联接于支撑系统418，垂直于车辆的纵轴线。燃料箱412、414与燃料电池组件(未示出)流体连通以将燃料(未示出)提供给组件以为车辆提供动力。如在图4所示，第一燃料箱412和第二燃料箱414具有大致相同的形状和尺寸。但是，可根据期望使用不同的形状和尺寸。各个燃料箱412、414的外壁422、424形成适合于存储燃料的腔。在示出的实施例中，第一燃料箱412和第二燃料箱414布置成大致垂直于车辆的纵轴线。但是，可以理解，燃料箱412、414可布置成平行于车辆的纵轴线。燃料箱412、414具有大致圆形的横截面形状，但是可使用其它横截面形状。可以进一步理解，外壁422、424可由任何具有足以存储压缩燃料的机械性能的传统材料形成。外壁422、424可根据期望由金属、塑料、复合材料、以及任何其它传统材料形成。燃料可为液体或压缩气体，诸如例如氢、氧、氮、或空气。
【0035】悬架系统416包括多个控制臂426和多个弹簧427。控制臂426枢转地联接于支撑系统418、以及车轮组件430。如图4所示，车轮组件430为转向节，也被称为万向接头。弹簧427联接于车轮组件430和车辆的一部分上。枢转连接便于车轮组件430和支撑系统418之间的相对运动，其中燃料箱412、414联接于支撑系统418。可以理解，悬架系统416可包括传统的减震器，诸如例如气动式减震器或液压式减震器。
【0036】在示出的实施例中，支撑系统418为包括多个隔开的梁436的副框架。梁436布置在车辆的底架上，平行于车辆的纵轴线。支撑系统418形成车辆的支撑架的一部分，并且支撑系统418通过横梁438联接于燃料箱412、414。燃料箱412、414联接在一起并通过横梁438固定到副框架的梁436上以为支撑系统418提供横向支撑。
【0037】在使用中，燃料存储系统410联接于车辆的底架。可以理解，如有期望，燃料存储系统410可分别组装并附接到车辆上。当驱动车辆时，悬架系统416的控制臂426最小化了由路面不规则诸如例如碎片、积水洼、以及不平坦路面导致的车辆和乘客的运动。弹簧427和控制臂426适合于在车辆被驱动时缓冲突然的震动冲击并消耗产生的动能。因为控制臂426联接于支撑系统418的梁436，所以支撑系统418和燃料箱412、414为车辆的承载元件，并起到车辆支撑架的一部分的作用。支撑系统418和燃料箱412、414相互配合以承载车辆结构载荷和悬架系统416的反应载荷。
【0038】因为燃料箱412、414联接于支撑系统418，并且为支撑系统418提供横向支撑，所以抑制了燃料箱412、414对悬架系统416的性能的干扰，其中支撑系统418直接联接于悬架系统416。该直接联接最小化了支撑元件部件、悬架系统416部件的冗余。而且，通过最小化由悬架系统416、支撑系统418、以及燃料存储系统410占据的总空间，可最大化燃料箱412、414的存储容量。提供能最小化悬架系统416部件冗余的燃料存储系统410的进一步优点是：最小化了通常被取消以用来为燃料箱412、414提供大的燃料存储容量的车辆的内部空间和载货空间。因此，优化了车辆的实用性和舒适性。
【0039】图5示出了根据本发明另一个实施例的燃料存储系统510。除了下面描述的以外，图5的实施例与图4的燃料存储系统410相似。与图4的结构相似，图5包括以500系列代替400系列的附图标记，剩下的两位是相同的。
【0040】悬架系统516包括多个控制臂526和多个弹簧527。控制臂526枢转地联接于燃料箱512、514以及车轮组件530。如图5所示，车轮组件530为转向节，也被称为万向接头。弹簧527联接于车轮组件530和车辆的一部分上。该枢转连接便于车轮组件530和支撑系统518之间的相对运动，其中燃料箱512、514连接于支撑系统518。可以理解，悬架系统516可包括传统的减震器，诸如例如气动式减震器或液压式减震器。
【0041】在示出的实施例中，支撑系统518为包括多个隔开的梁536的副框架。支撑系统518联接于车辆的框架并且联接于燃料箱512、514。梁536布置在车辆的底架上，平行于车辆的纵轴线。燃料箱512、514直接联接于梁536以为支撑系统518提供横向支撑。
【0042】在使用中，燃料存储系统510联接于车辆的底架。可以理解，如有期望，燃料存储系统510可分别组装并附接到车辆上。当驱动车辆时，悬架系统516的控制臂526最小化了由路面不规则诸如例如碎片、积水洼、以及不平坦路面导致的车辆和乘客的运动。弹簧527和控制臂526适合于在车辆驱动时缓冲突然的震动冲击并消耗产生的动能。因为控制臂526联接于燃料箱512、514，所以燃料箱512、514为车辆的承载元件，并起到车辆支撑架的一部分的作用。支撑系统518和燃料箱512、514相互配合以承载车辆结构载荷和悬架系统516的反应载荷。
【0043】因为燃料箱512、514联接于支撑系统518，并且为支撑系统518提供横向支撑，所以抑制了燃料箱512、514对悬架系统516的性能的干扰，其中支撑系统518直接联接于悬架系统516。该直接联接最小化了支撑元件部件、悬架系统516部件的冗余。而且，通过最小化由悬架系统516、支撑系统518、以及燃料存储系统510占据的总空间，可最大化燃料箱512、514的存储容量。提供能最小化悬架系统516部件冗余的燃料存储系统510的进一步优点是：最小化了通常被取消以用来为燃料箱512、514提供大的燃料存储容量的车辆的内部空间和载货空间。因此，优化了车辆的实用性和舒适性。
【0044】图6示出了根据本发明另一个实施例的燃料存储系统610。除了下面描述的以外，图6的实施例与图4的燃料存储系统410相似。与图4的结构相似，图6包括以600系列代替400系列的附图标记，剩下的两位是相同的。
【0045】在示出的实施例中，支撑系统618为包括多个隔开的梁636和隔开的横梁638的副框架。支撑系统618形成车辆的支撑架的一部分。支撑系统618联接于燃料箱612、614。梁636布置在车辆的底架上，平行于车辆的纵轴线，而横梁638固定到梁636上，垂直于车辆的纵轴线。燃料箱612、614通过支撑梁640联接于横梁638，以为支撑系统618提供横向支撑。可以理解，可根据期望将燃料箱612、614的支撑梁640与横梁638整体形成或分别附接于横梁638。也可以理解，可根据期望将燃料箱612、614的支撑梁640与梁636整体形成或分别形成并附接到梁636上。
【0046】在使用中，燃料存储系统610由穿过形成在支撑系统618中的孔619布置的螺栓或其它附接装置联接于车辆的底架。燃料存储系统610可分别组装并附接到车辆上。当驱动车辆时，悬架系统616的控制臂626最小化了由路面不规则诸如例如碎片、积水洼、以及不平坦路面导致的车辆和乘客的运动。弹簧627和控制臂626适合于在车辆驱动时缓冲突然的震动冲击并消耗产生的动能。因为控制臂626联接于支撑系统618的梁636，所以支撑系统618和燃料箱612、614为车辆的承载元件，并起到车辆支撑架的一部分的作用。支撑系统618和燃料箱612、614相互配合以承载车辆结构载荷和悬架系统616的反应载荷。
【0047】因为燃料箱612、614联接于支撑系统618，并且为支撑系统618提供横向支撑，所以抑制了燃料箱612、614对悬架系统616的性能的干扰，其中支撑系统618直接联接于悬架系统616。该直接联接最小化了支撑元件部件、悬架系统616部件的冗余。而且，通过最小化由悬架系统616、支撑系统618、以及燃料存储系统610占据的总空间，可最大化燃料箱612、614的存储容量。提供能最小化悬架系统616部件冗余的燃料存储系统610的进一步优点是：最小化了通常被取消以用来为燃料箱612、614提供大的燃料存储容量的车辆的内部空间和载货空间。因此，优化了车辆的实用性和舒适性。
【0048】从前面的描述，本领域的普通技术人员能够很容易地确定本发明的基本特征，并且，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，能够对本发明进行各种变化和修改，以使其适合于各种用途和条件。