CN111446472A - 集成式燃料电池系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成式燃料电池系统及车辆，属于商用车中燃料电池系统的结构技术领域。车辆包括车体和集成式燃料电池系统，集成式燃料电池系统包括电堆、氢气子系统、空气子系统、热管理子系统、尾排子系统、控制模块以及载体，其中，电堆、氢气子系统、空气子系统、热管理子系统、控制模块及尾排子系统集成于载体上，载体可拆卸地安装于车体上。通过载体将燃料电池系统的各个部分集成在一起，便于燃料电池系统内部的各个部分的位置关系及管路布置的管理，并便于将燃料电池系统安装于车体上。

Description

集成式燃料电池系统及车辆
技术领域
本发明涉及商用车中燃料电池系统的结构技术领域，尤其涉及一种集成式燃料电池系统。
背景技术
燃料电池系统为氢燃料电池车辆提供动力。燃料电池系统包含电堆、氢气子系统、空气子系统、热管理子系统、尾排子系统及控制模块。由于不同的车型内部空间及车身部件存在较大的差异，使得各车型中燃料电池系统的各个部分的布置及安装及性能均存在较大差异，不同车型的燃料电池系统无法通用。
现有技术中，安装商用车的燃料电池系统时，需要在其主体部分找地方安装各个模块，导致燃料电池系统安装不便，且各部分的位置关系及管路布置均不便管理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服商用车的燃料电池系统中安装不便及各部分的位置关系及管路布置均不便管理的缺陷，提供一种集成式燃料电池系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种集成式燃料电池系统，其特点在于，包括电堆、氢气子系统、空气子系统、热管理子系统、尾排子系统、控制模块以及载体；所述载体包括：
竖向框体，具有下端开口的容置腔；
水平承载件，具有中间承载部和环绕所述中间承载部设置的侧向承载部；所述竖向框体的下端固接于所述中间承载部上；及，
加强件，连接所述竖向框体的侧面和所述侧向承载部；
所述电堆设于所述容置腔中，所述氢气子系统、所述空气子系统、所述热管理子系统、所述尾排子系统及所述控制模块安装于所述水平承载件上，并分布于所述电堆的侧方和下方。
优选地，所述控制模块控制所述热管理子系统通过水路对所述电堆和所述空气子系统的温控；所述热管理子系统包括对外进水口、对外出水口及补水口；所述热管理子系统分别经所述对外进水口和所述补水口接收外部供水、经所述对外出水口向外部输水；所述对外进水口、所述对外出水口及所述补水口均设于所述水平承载件的后端，并位于所述电堆的下方。
优选地，所述热管理子系统包括：
第一循环泵，设于所述水平承载件的后端，并位于所述电堆的下方；所述对外出水口设于所述第一循环泵上；和/或，
第二循环泵，设于所述水平承载件的后部和左部，并位于所述电堆的下方；所述第二循环泵将来自于所述电堆的冷却水输送至所述空气子系统；和/或，
补水阀，设于所述水平承载件的后端，并位于所述电堆的下方；所述补水口设于所述补水阀上；和/或，
Y型过滤器，设于所述水平承载件的后端和左端，并位于所述电堆的下方；所述对外进水口设于所述Y型过滤器上。
优选地，所述第一循环泵的进水口与所述电堆的出水口同轴设置并连接，所述第一循环泵的进水口的轴线在水平面上。
优选地，所述第二循环泵的出水口朝上设置，并直接连接所述空气子系统中朝下的进水口。
优选地，所述补水阀位于所述热管理子系统的最下方。
优选地，所述热管理子系统还包括节温器，所述节温器连接所述第一循环泵，所述节温器上设有用于连通所述电堆的换向口，所述换向口位于所述水平承载件的后端。
优选地，所述空气子系统包括：
增湿器和中冷器，均设于所述水平承载件上，并均位于所述电堆的下方，所述增湿器的出气口与所述电堆上空气的进、出口相邻，所述中冷器位于所述增湿器和所述水平承载件之间；和/或，
空压机和空压机控制器，均设于所述侧向承载部的上方，所述空压机位于所述竖向框体的右侧，所述空压机控制器位于所述竖向框体的后侧；和/或，空气过滤器，设于所述侧向承载部的上方，并位于所述竖向框体的前侧。
优选地，所述空压机的进气口所在端靠近所述空气过滤器的出气口所在端，所述空压机的进气口和所述空气过滤器的出气口采用硅胶变径管连接。
优选地，所述氢气子系统的在前的一端连接电堆的氢气进气口，在后的一端连通外部的氢气源，且所述在后的一端位于所述水平承载件的后端。
优选地，所述氢气子系统从所述在后的一端到所述在前的一端形成供氢气流通的线性的气路，所述线性的气路的轴线与电堆上氢气进气口的轴线重合。
优选地，所述氢气子系统包括均位于所述电堆的下方且顺次连接并均设于所述水平承载件上的进氢阀、比例阀及氢气过滤器；所述在前的一端位于所述进氢阀上，所述在后的一端位于所述氢气过滤阀上。
优选地，所述尾排子系统用于将电堆中反应剩余的气体和水排出，所述尾排子系统包括排气口，所述排气口设于所述水平承载件的后端，并位于所述电堆的下方。
优选地，所述尾排子系统包括均设于所述水平承载件上并均位于所述电堆下方的尾排总管、空气节气门及氢气节气门；所述空气节气门将电堆中反应剩余的空气和水排入所述尾排总管，所述氢气节气门将电堆中反应剩余的氢气和水排入所述尾排总管，所述排气口位于所述尾排总管上。
优选地，所述控制模块包括用于控制所述电堆、所述氢气子系统、所述空气子系统、所述热管理子系统及所述尾排子系统的FCS(现场总线控制)控制器，所述FCS控制器连接于所述侧向承载部和/或竖向框架上，并位于所述竖向框体的左侧。
优选地，所述集成式燃料电池系统还包括用以置换所述电堆中的氢气的氮气吹扫气路，所述氮气吹扫气路的吹扫口设于所述水平承载件的后端，并位于所述电堆的下部。
优选地，若干所述加强件间隔地设于所述竖向框架上。
优选地，所述空气子系统中的管路、所述氢气子系统中的管路及所述热管理子系统中的管路均采用成型管路，且所述成型管路的内圈包括食品硅胶层，所述食品硅胶层的厚度在0.8-1.5mm之间。
优选地，所述氢气子系统、空气子系统、热管理子系统、控制模块及所述尾排子系统连接所述载体时，在连接位置与所述载体之间通过绝缘件隔离。
一种车辆，包括车体，其特点在于，所述车辆还包括如上所述的集成式燃料电池系统，所述集成式燃料电池系统安装于所述车体的底部。
优选地，所述车体包括均位于顶部的水系统、氢系统及散热系统；所述热管理子系统包括对外进水口、对外出水口及补水口；所述水系统经所述对外进水口连通所述热管理子系统；所述散热系统经所述对外出水口连通所述热管理子系统；所述氢系统连通所述氢气子系统；所述载体的后端位于所述车体的尾部。
优选地，所述集成式燃料电池系统的重心距离地面高度等于所述车体的载荷高度。
优选地，所述车体为商用车的主体部分。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明中，通过将电堆、氢气子系统、空气子系统、热管理子系统、控制模块及尾排子系统集成在载体上，载体可拆卸地安装于车体上，便于管理燃料电池系统内部的各个部分的位置关系及管路布置，并便于将燃料电池系统安装于车体上。
附图说明
图1为本发明一实施例的车辆的结构示意图；
图2为本发明一实施例的集成式燃料电池系统的第一结构示意图；
图3为本发明一实施例的集成式燃料电池系统的第二结构示意图；
图4为本发明一实施例的集成式燃料电池系统的第三结构示意图；
图5为本发明一实施例的集成式燃料电池系统的第四结构示意图；
图6为本发明一实施例的集成式燃料电池系统的第五结构示意图；
图7为本发明一实施例的集成式燃料电池系统的第六结构示意图。
附图标记说明：
车辆100
集成式燃料电池系统10
车体20
车体的尾部201
后车盖202
电堆1
载体2
水平承载件21
中间承载部211
侧向承载部212
竖向框体22
竖向承载部221
顶盖222
调换223
加强件23
Y型过滤器31
对外进水口311
滤渣排放口312
第二循环泵32
第一循环泵33
对外出水口331
补水阀34
补水口341
节温器35
增湿器41
抱箍411
中冷器42
空压机43
空压机控制器44
空气过滤器45
进氢阀51
比例阀52
氢气过滤器53
尾排总管61
尾排口611
空气节气门62
氢气节气门63
FCS控制器71
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在下述的实施例范围之中。
下述任意示例中所涉及的前、后、左及右该些方位，均产生于同一坐标系，其中，由车尾指向车头为前。
请参阅图1-7，本发明实施例提供一种集成式燃料电池系统10，应用于车辆100中，其中，车辆100包括车体20和本集成式燃料电池系统10，集成式燃料电池系统10安装于车体20的底部。
车体20包括均位于顶部的水系统(图1中未示意)、氢系统(图1中未示意)及散热系统(图1中未示意)；其中，水系统中存储有冷水源，氢系统内存储有氢气源，散热系统至少包括为集成式燃料电池系统10进行散热的装置。车体20的高压接口位于车体20的右侧。优选车辆100为商用车，车体20为商用车的主体部分；该处的商用车例如是客车。
优选集成式燃料电池系统10设置在车体的尾部201，进一步优选集成式燃料电池系统10的后端位于靠近车体20后车盖202的位置，并使集成式燃料电池系统10中至少部分与车体20的水系统、氢系统及散热系统具有连接关系的接口设置在后端，在安装集成式燃料电池系统10时从车体20的后端走管，不占用车体20的使用空间，方便管理集成式燃料电池系统10内部的管路，并便于集成式燃料电池系统10与车体20的安装。
优选集成式燃料电池系统10的重心距离地面的高度等于车体20的载荷高度，减小车体20载荷对系统的影响。诚然，该处的“等于”允许有误差的存在，具体来说，考虑到车辆100各零部件在生产制造环节的公差和误差及在装配环节的误差等因素，集成式燃料电池系统10的重心高度和车体20载荷的高度的高度差允许在误差范围内浮动，该误差范围例如在5mm以内，诚然，误差的具体数值可根据具体的设计要求而设定。
下述对集成式燃料电池系统10及其与车体20的连接关系详细阐述。
请参阅图2-7，集成式燃料电池系统10包括电堆1、氢气子系统、空气子系统、热管理子系统、尾排子系统、控制模块以及载体2。
其中，氢气子系统至少用于向电堆1的阴极供应氢气，氢气子系统的两端分别连接电堆1和上述的氢系统。
空气子系统至少用于向电堆1的阳极供应空气，空气子系统的一端连通电堆1，另一端连通外部，以向电堆1中输送空气。
热管理子系统至少用于通过水路对电堆1和空气子系统进行温控。
尾排子系统至少用于接收电堆1的阳极侧排出的反应剩余的空气和水，及电堆1的阴极侧排出的反应剩余的氢气和水，并将该些气体和水排到外部。
控制模块至少用于控制电堆1、氢气子系统、空气子系统、热管理子系统及尾排子系统。优选控制模块采用ECU(电子控制单元)。
载体2用于集成电堆1、氢气子系统、空气子系统、热管理子系统、控制模块及尾排子系统，载体2可拆卸地安装于车体20上。通过载体2将燃料电池系统的各个部分集成在一起，便于管理燃料电池系统内部的各个部分的位置关系及管路布置，并便于将燃料电池系统安装于车体20上。
本发明实施例优选空气子系统的布置于载体2的前端和右端，一方面使得空气的进口更靠近车体20的通风口，另一方面使得空气子系统中的高压接口更靠近车体20右侧的高压接口；优选控制模块布置于载体2的左端，从而远离燃料电池和车体20的高压接口，从而降低高压接口对控制模块的电磁干扰；优选热管理子系统和氢气子系统布置于载体2的后端，便于连接车体20。
载体2包括竖向框体22、水平承载件21及加强件23。
其中，竖向框体22具有下端开口的容置腔；优选竖向框体22包括若干竖向设置的竖向承载部221，该些竖向承载部221顺次连接并围合，竖向承载部221的下端固接于中间承载部211。
进一步优选竖向框体22还包括顶盖222，顶盖222盖合在竖向承载部221的顶部，顶盖222与至少部分竖向承载部221的顶端相连接；竖向承载部221、中间承载部211及顶盖222构成的容置腔用于容置电堆1。
进一步优选在顶盖222和/或竖向承载部221上设置若干吊环，用于连接车体20及吊运集成式燃料电池系统10。
竖向承载部221之间的连接关系及竖向承载部221与顶盖222之间的连接关系均可采用可拆卸连接，竖向承载部221之间也可采用例如焊接、铆接等连接方式固定；单件竖向承载部221和顶盖222均可经由镂空的板件、非镂空的板件、杆件组合中的任一中构成，换言之，容置腔的周向和顶部均可与外部连通。
水平承载件21具有中间承载部211和环绕中间承载部211设置的侧向承载部212；水平承载件21整体在水平方向上延伸，侧向承载部212沿中间承载部211的周向向外延伸，优选水平承载件21的几何中心位于中间承载部211上；水平承载件21可经由若干筋板交错设置组合连接而成，或为具有镂空的板件。
水平承载件21连接于车体20上，优选在侧向承载部212的底部间隔地设置多个位置通过紧固件连接车体20。优选将水平承载件21的高度布置在接近集成式燃料电池系统10的重心的位置，并且优选该重心位于本系统从底部向上约1/3位置，经震动测试后，该重心位置接近系统抗震点所在位置，在车辆100运行时，能够有效降低集成式燃料电池系统10在水平方向的受力。
加强件23连接竖向框体22的侧面和侧向承载部212；具体来说，加强件23连接竖向承载部221和侧向承载部212，分担了竖向框体22的横向载荷，进一步加强载体2的刚度、强度及稳定性。竖向框体22的周向上间隔设置有多件加强件23优选位于左侧和右侧的竖向承载部221上均间隔设置有多件加强件23；优选加强件23采用板状的三角筋的形式，其中三角筋的两个直角边分别固接于竖向承载部221和侧向承载部212。
集成式燃料电池系统10各部分的整体布置思路为：电堆1设置设于容置腔中，氢气子系统、空气子系统、热管理子系统、尾排子系统及控制模块可拆卸地安装于水平承载件21上，并分布于电堆1的侧方和下方。
其中，电堆1与竖向框体22和/或中间承载部211可拆卸连接，电堆1位于中间承载部211的上方，竖向框体22和中间承载部211在与电堆1的进、出气口及进、出水口对应的位置预留有供走管的位置。
本发明的示例中，控制模块控制热管理子系统通过水路对电堆1和空气子系统的温控；热管理子系统包括对外进水口311、对外出水口331及补水口341；热管理子系统分别经对外进水口311和补水口341接收外部供水、经对外出水口331向外部输水；对外进水口311、对外出水口331及补水口341均设于水平承载件21的后端，并位于电堆1的下方。
其中，该处的外部理解为车体20上的零部件；具体来说，车体20的水系统经过对外进水口311和补水口341连通热管理子系统，车体20的散热系统经对外出水口331连通热管理子系统，车体20的氢系统连通氢气子系统。
将对外进水口311、对外出水口331及补水口341设置在靠近车体20的后车盖202处，一方面在连接车体20时能够从车体20的后端走管，不占用车体20的使用空间，且走管使用的管线较短，节省管线占用的空间，减少了管线转弯及由管线转弯造成的流阻；另一方面便于日常维护检修。将对外进水口311、对外出水口331及补水口341设置电堆1下方一方面距离电堆1的进、出水口较近，便于连接，另一方面电堆1下方的位置更便于维护和检修。
本发明的示例中，热管理子系统包括第一循环泵33，第一循环泵33设于水平承载件21的后端，并位于电堆1的下方；上述的对外出水口331设于第一循环泵33上；其中，第一循环泵33连接电堆1，用于将电堆1中的冷却水泵出，被泵出的冷却水至少有一个支路连接车体20顶部的散热系统，将第一循环泵33设置在靠近后车盖202的位置上便于走管和日常维护。
其中，第一循环泵33采用M6内六角螺栓与水平承载件21相连接。优选第一循环泵33的进水口与电堆1的出水口同轴设置并直接连接，第一循环泵33的进水口的轴线在水平面上，减少了第一循环泵33的泵头的负压，有利于提高第一循环泵33的工作效率，同时缩短了第一循环泵33与电堆1之间的管线、降低了由管线转弯造成的流阻，优化了集成式燃料电池系统10的占用空间。
本发明的示例中，热管理子系统包括第二循环泵32，第二循环泵32设于水平承载件21的后部和左部，并位于电堆1的下方，优选采用M6内六角螺栓与水平承载件21相连接；第二循环泵32将来自于电堆1的冷却水输送至空气子系统以对其进行降温；其中，优选第二循环泵32的出水口朝上设置，并直接连接空气子系统中朝下的进水口。
优选第一循环泵33经由对外出水口331向车体20顶部的散热系统输送冷却水，第二循环泵32从该散热系统中抽取冷却水，进而输送至空气子系统进行散热；优选该散热系统包括连通第二循环泵32并用以存储冷却水的小水箱，小水箱内设置有液位传感器，当液位传感器检测到液位低于小水箱的1/3位置时，控制模块控制车体20的水系统向第二循环泵32的进水口一端的管线上补水，另，优选该过程中采用第二循环泵32增压。
本发明的示例中，热管理子系统包括补水阀34，补水阀34设于水平承载件21的后端，并位于电堆1的下方，优选采用M6法兰螺栓与水平承载件21相连接；补水口341设于补水阀34上。
其中，补水阀34的出水口连接于第二循环泵32的进水口处的管线上，补水阀34的进水口连接水系统，水系统经由补水阀34向第二循环泵32的进水口一端补水。补水阀34的进水口即为上述的补水口341。
优选补水阀34位于热管理子系统的最下方，水系统在向集成式燃料电池系统10进行补水时，水中会掺杂有气泡，气泡在流向补水阀34的过程中上浮，从而滤去了气泡。
本发明的示例中，热管理子系统包括Y型过滤器31，Y型过滤器31设于水平承载件21的后端和左端，并位于电堆1的下方，优选Y型过滤器31采用M6法兰螺栓与水平承载件21相连接；对外进水口311设于Y型过滤器31上。
其中，Y型过滤器31的进水口连接水系统，Y型过滤器31的出水口连接电堆1的进水口，Y型过滤器31的滤渣排放口312朝下设置，以便于将滤渣向外排出。Y型过滤器31位于集成式燃料电池系统10的后端的左下角，一方面因为Y型过滤器31属于维护和更换比较频繁的部件，设置在该位置非常便于维护和检修，另一方面该位置更靠近电堆1的进水口，节省管线。
本发明的示例中，热管理子系统还包括节温器35，节温器35连接所第一循环泵33，节温器35上设有用于连通电堆1的换向口，换向口位于水平承载件21的后端。
其中，冷却水被第一循环泵33从电堆1中泵出后具有多个流向，其中一个支路是经节温器35进行温控和换向后回流入电堆1；将换向口设置在靠近后车盖202的位置，一方面便于节温器35的其他进、出水口的走管，另一方面便于维护和检修。
本发明的示例中，空气子系统包括增湿器41和中冷器42，两者均设于水平承载件21上，并均位于电堆1的下方，增湿器41的出气口与电堆1上空气的进、出口相邻，中冷器42位于增湿器41和水平承载件21之间。
其中，增湿器41用于将空气调整至电堆1需求的较佳湿度；优选增湿器41通过抱箍411固定在水平承载件21上；增湿器41的位置节省了连接电堆1的管线长度，降低空气循环的溜阻，保证空气增湿后第一时间进入电堆1，减少入堆空气中的冷凝水，从而精准控制流入电堆1中的空气的湿度，并便于走管，节省集成式燃料电池系统10的占用空间，使系统结构紧凑。
中冷器42用于为空气降温，优选采用M6螺栓与水平承载件21相连接，优选中冷器42设置在电堆1的正下方，在水平方向的布置上，中冷器42和增湿器41错开放置，在竖直方向上，中冷器42位于增湿器41上方。空气经中冷器42降温后进入增湿器41。另，中冷器42还连接第二循环泵32，并通过第二循环泵32泵出的冷却水进行降温。
本发明的示例中，空气子系统包括空压机43和空压机控制器44，两者均设于侧向承载部212的上方，空压机43位于竖向框体22的右侧，空压机控制器44位于竖向框体22的后侧。
其中，优选空压机43通过采用M8法兰螺栓与侧向承载部212连接。空压机43用于压缩空气，使得空气压力满足电堆1的需求。空压机43依次连接中冷器42和增湿器41，并将中冷器42设置在空压机43和增湿器41之间，使得集成式燃料电池系统10的布置跟紧凑，在不影响各部分工作的情况下节省占用空间。空压机43还连接上述的第二循环泵32，以利用冷却水进行降温。
空压机控制器44采用M6法兰螺栓与水平承载件21相连接，用于控制空压机43，并安装在侧向承载部212和/或竖向框架上。空压机控制器44连接热管理子系统利用冷却水进行降温，具体来说，空压机控制器44的进水口开口朝下，并直接连接位于正下方的第二循环泵32的出水口，控制模块控制第二循环泵32将冷却液泵入空压机控制器44。空压机控制器44和第二循环泵32的位置关系至少具有如下技术效果：节省了连接第二循环泵32与空压机控制器44的管线，使集成式燃料电池系统10结构更紧凑，另一方面省去了连接空压机控制器44和第二循环泵32的弯管，从而降低了管路中流体的流阻，进而提高了系统的运行效率。
本发明的示例中，空气子系统包括空气过滤器45，空气过滤器45设于侧向承载部212的上方，并位于竖向框体22的前侧。
其中，空气过滤器45采用M6法兰螺栓与水平承载件21相连接，用于过滤空气中的颗粒物质、硫化物、碳化物等杂质，减少电堆1中催化剂中毒现象。优选空气过滤器45设置在竖向框架从前侧，其进气口开口朝上，从而该进气口靠近车体20的通风口，其排渣口朝下，以便于清理滤出的杂质。空气过滤器45的出气口一端靠近空压机43的进气口一端，空压机43的进气口和空气过滤器45的出气口采用硅胶变径管连接，有效减小空气在管路中的流阻。
本发明的示例中，氢气子系统的在前的一端连接电堆1的氢气进气口，在后的一端连通外部的氢气源，且在后的一端位于水平承载件21的后端。
其中，该处外部的氢气源源自车体20的氢系统；氢气子系统在后的一端位于靠近后车盖202的位置，便于从车体的尾部201走管以连接氢系统，从而一方面不影响车体20的使用空间，另一方面节省布管的管线。
本发明的示例中，氢气子系统从在后的一端到在前的一端形成供氢气流通的线性的气路，线性的气路的轴线与电堆1上氢气进气口的轴线重合，该手段一方面使得集成式燃料电池系统10的结构更为紧凑，节省了系统所占空间，另一方面节省了氢气传输的布管，便于减少接口，并避免了车辆100运行时由震动引起零部件之间摩擦而导致的氢气泄漏，从而提高了集成式燃料电池系统10的可靠性和安全性。
本发明的示例中，氢气子系统包括均位于电堆1的下方且顺次连接并均设于水平承载件21上的进氢阀51、比例阀52及氢气过滤器53；在前的一端位于进氢阀51上，在后的一端位于氢气过滤阀上。
其中，进氢阀51、比例阀52及氢气过滤器53顺次连接形成上述的线性的气路。本示例中进氢阀51连接于水平承载件21上，而在其他的示例中，作为可替换的手段，进氢阀51连接于氢系统延伸下来的进氢钢管上。
本发明的示例中，尾排子系统用于将电堆1中反应剩余的气体和水排出，尾排子系统包括排气口，排气口设于水平承载件21的后端，并位于电堆1的下方，便于连接车体20。
本发明的示例中，尾排子系统包括均设于水平承载件21上并均位于电堆1下方的尾排总管61、空气节气门62及氢气节气门63；空气节气门62将电堆1中反应剩余的空气和水排入尾排总管61，氢气节气门63将电堆1中反应剩余的氢气和水排入尾排总管61，排气口位于尾排总管61上。
其中，氢气节气门63通过一尾排电磁阀(图2-6中未标注)连接电堆1。尾排子系统将用剩的空气和用剩的氢气混合在一起后排放，有效降低了被排出的氢气的浓度，有利于将氢气控制在4％以下，从而提高了集成式燃料电池系统10的可靠性和安全性。
本发明的示例中，控制模块包括用于控制电堆1、氢气子系统、空气子系统、热管理子系统及尾排子系统的FCS控制器71，FCS控制器71连接于侧向承载部212和/或竖向框架上，并位于竖向框体22的左侧。
其中，集成式燃料电池系统10的高压电气接口和车体20的高压电气接口均位于车辆100的右侧，方便布置连接逆变器的高压大线。FCS控制器71为低压件，其所在位置远离高压电气接口部分，从而提高了集成式燃料电池系统10的安全性能和可靠性。
控制模块还包括若干传感器、电器元件，分布在集成式燃料电池系统10的管理及水平承载件21的下载荷处，用于检测温度、压力、流量等参数，以便于FCS控制器71控制本系统。
本发明的示例中，集成式燃料电池系统10还包括用以置换电堆1中的氢气的氮气吹扫气路(图2-6中未标注)，氮气吹扫气路的吹扫口(图2-6中未标注)设于水平承载件21的后端，并位于电堆1的下部。
氮气吹扫气路用在对车辆100进行大维护的过程中；氮气吹扫气路的前端连接电堆1的进气口，后端为一控制阀，该控制阀上具有用以在大维护的过程中连通外部的氮气源的吹扫口。吹扫口位于靠近后车盖202的位置，便于连接氮气源。
本发明的示例中，空气子系统中的管路、氢气子系统中的管路及热管理子系统中的管路均采用成型管路，且成型管路的内圈包括食品硅胶层，食品硅胶层的厚度在0.8-1.5mm之间。
其中，各管路的外层可采用现有的普通硅胶，相对于普通的硅胶，食品硅胶层具有更好的隔离效果，在集成式燃料电池系统10运行的过程中，食品硅胶层的离子析出量少，同时也隔绝了外层的普通硅胶，从而提高了集成式燃料电池系统10的可靠性和稳定性。优选食品硅胶层的厚度为1.2mm，以在满足系统要求的情况下具有更高的性价比。
本发明的示例中，氢气子系统、空气子系统、热管理子系统、控制模块及尾排子系统连接载体2时，在连接位置与载体2之间通过绝缘件隔离。
其中，绝缘件例如绝缘硅胶、绝缘垫片等；相邻零部件之间通过绝缘件隔离后，有效减少了高压磁场对零部件的干扰，同时，也降低了电堆1的静电作用对燃料电池系统中其他零部件的影响。
本发明实施例还提供了一种车辆，该车辆包括如上所述的集成式燃料电池系统，换言之，本实施例的车辆同上述实施例中涉及的车辆100。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围内。

Claims (23)

1.一种集成式燃料电池系统，其特征在于，包括电堆、氢气子系统、空气子系统、热管理子系统、尾排子系统、控制模块以及载体；所述载体包括：
竖向框体，具有下端开口的容置腔；
水平承载件，具有中间承载部和环绕所述中间承载部设置的侧向承载部；所述竖向框体的下端固接于所述中间承载部上；及，
加强件，连接所述竖向框体的侧面和所述侧向承载部；
所述电堆设于所述容置腔中，所述氢气子系统、所述空气子系统、所述热管理子系统、所述尾排子系统及所述控制模块安装于所述水平承载件上，并分布于所述电堆的侧方和下方。
2.如权利要求1所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述控制模块控制所述热管理子系统通过水路对所述电堆和所述空气子系统的温控；所述热管理子系统包括对外进水口、对外出水口及补水口；所述热管理子系统分别经所述对外进水口和所述补水口接收外部供水、经所述对外出水口向外部输水；所述对外进水口、所述对外出水口及所述补水口均设于所述水平承载件的后端，并位于所述电堆的下方。
3.如权利要求2所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述热管理子系统包括：
第一循环泵，设于所述水平承载件的后端，并位于所述电堆的下方；所述对外出水口设于所述第一循环泵上；和/或，
第二循环泵，设于所述水平承载件的后部和左部，并位于所述电堆的下方；所述第二循环泵将来自于所述电堆的冷却水输送至所述空气子系统；和/或，
补水阀，设于所述水平承载件的后端，并位于所述电堆的下方；所述补水口设于所述补水阀上；和/或，
Y型过滤器，设于所述水平承载件的后端和左端，并位于所述电堆的下方；所述对外进水口设于所述Y型过滤器上。
4.如权利要求3所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述第一循环泵的进水口与所述电堆的出水口同轴设置并连接，所述第一循环泵的进水口的轴线在水平面上。
5.如权利要求3所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述第二循环泵的出水口朝上设置，并直接连接所述空气子系统中朝下的进水口。
6.如权利要求3所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述补水阀位于所述热管理子系统的最下方。
7.如权利要求3所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述热管理子系统还包括节温器，所述节温器连接所述第一循环泵，所述节温器上设有用于连通所述电堆的换向口，所述换向口位于所述水平承载件的后端。
8.如权利要求1所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述空气子系统包括：
增湿器和中冷器，均设于所述水平承载件上，并均位于所述电堆的下方，所述增湿器的出气口与所述电堆上空气的进、出口相邻，所述中冷器位于所述增湿器和所述水平承载件之间；和/或，
空压机和空压机控制器，均设于所述侧向承载部的上方，所述空压机位于所述竖向框体的右侧，所述空压机控制器位于所述竖向框体的后侧；和/或，
空气过滤器，设于所述侧向承载部的上方，并位于所述竖向框体的前侧。
9.如权利要求8所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述空压机的进气口所在端靠近所述空气过滤器的出气口所在端，所述空压机的进气口和所述空气过滤器的出气口采用硅胶变径管连接。
10.如权利要求1所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述氢气子系统的在前的一端连接电堆的氢气进气口，在后的一端连通外部的氢气源，且所述在后的一端位于所述水平承载件的后端。
11.如权利要求10所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述氢气子系统从所述在后的一端到所述在前的一端形成供氢气流通的线性的气路，所述线性的气路的轴线与电堆上氢气进气口的轴线重合。
12.如权利要求10所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述氢气子系统包括均位于所述电堆的下方且顺次连接并均设于所述水平承载件上的进氢阀、比例阀及氢气过滤器；所述在前的一端位于所述进氢阀上，所述在后的一端位于所述氢气过滤阀上。
13.如权利要求1所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述尾排子系统用于将电堆中反应剩余的气体和水排出，所述尾排子系统包括排气口，所述排气口设于所述水平承载件的后端，并位于所述电堆的下方。
14.如权利要求13所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述尾排子系统包括均设于所述水平承载件上并均位于所述电堆下方的尾排总管、空气节气门及氢气节气门；所述空气节气门将电堆中反应剩余的空气和水排入所述尾排总管，所述氢气节气门将电堆中反应剩余的氢气和水排入所述尾排总管，所述排气口位于所述尾排总管上。
15.如权利要求1所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述控制模块包括用于控制所述电堆、所述氢气子系统、所述空气子系统、所述热管理子系统及所述尾排子系统的FCS控制器，所述FCS控制器连接于所述侧向承载部和/或竖向框架上，并位于所述竖向框体的左侧。
16.如权利要求1所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述集成式燃料电池系统还包括用以置换所述电堆中的氢气的氮气吹扫气路，所述氮气吹扫气路的吹扫口设于所述水平承载件的后端，并位于所述电堆的下部。
17.如权利要求1-16任一项所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，若干所述加强件间隔地设于所述竖向框架上。
18.如权利要求1-16任一项所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述空气子系统中的管路、所述氢气子系统中的管路及所述热管理子系统中的管路均采用成型管路，且所述成型管路的内圈包括食品硅胶层，所述食品硅胶层的厚度在0.8-1.5mm之间。
19.如权利要求1-16任一项所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述氢气子系统、空气子系统、热管理子系统、控制模块及所述尾排子系统连接所述载体时，在连接位置与所述载体之间通过绝缘件隔离。
20.一种车辆，包括车体，其特征在于，所述车辆还包括如权利要求1-19任一项所述的集成式燃料电池系统，所述集成式燃料电池系统安装于所述车体的底部。
21.如权利要求20所述的车辆，其特征在于，所述车体包括均位于顶部的水系统、氢系统及散热系统；所述热管理子系统包括对外进水口、对外出水口及补水口；所述水系统经所述对外进水口连通所述热管理子系统；所述散热系统经所述对外出水口连通所述热管理子系统；所述氢系统连通所述氢气子系统；所述载体的后端位于所述车体的尾部。
22.如权利要求20所述车辆，其特征在于，所述集成式燃料电池系统的重心距离地面高度等于所述车体的载荷高度。
23.如权利要求20-22任一项所述的车辆，其特征在于，所述车体为商用车的主体部分。
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