CN113443588B - 一种用于电动叉车的燃料电池双电堆封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动叉车的燃料电池双电堆封装结构，包括：箱体：所述箱体的水平横截面呈U字形，包括两端的风扇板以及中间的固定板，所述风扇板和固定板均竖直布置，所述固定板的一个侧边与安装空间的侧壁固定，所述固定板的底部与安装空间的底部固定；固定单元：所述固定单元设有两个，且对称设置在箱体的两端，每一个固定单元包括上盖板、下支撑板以及进风内板，所述上盖板和下支撑板水平布置，并与所述风扇板及固定板固定连接，所述上盖板、下支撑板、进风内板、风扇板以及固定板形成一个固定空间；风筒：安装在风扇板上，并与所述燃料电池的散热口连接。本发明的封装结构充分利用叉车内部空间，电堆稳固、检修方便，且安全性高。

Description

一种用于电动叉车的燃料电池双电堆封装结构

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种用于电动叉车的燃料电池双电堆封装结构。

背景技术

叉车是工业搬运车辆，是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车辆，目前，常见的叉车使用燃油机进行供能。但随着石油能源的紧缺，以及国家对新能源的大力支持，且氢能源燃料电池已在传统汽车上应用，越来越多的生产厂家，希望能制造出燃料电池功能的电动叉车。

但是，基于叉车本身结构及其运行环境的特殊性，普通的车载燃料电池并不适用于叉车，具体体现在以下几点：（1）叉车除了行驶之外，还需要参与装卸、堆垛等工作，因此对燃料电池的输出功率提出较高要求，但大功率燃料电池的体积较大，采用一般的堆叠式安装，需要叉车内部有较大的安装空间，这是叉车无法满足的；（2）叉车的行驶状态较普通汽车更加复杂，如常在倾斜、颠簸较大的路况下行驶，容易使燃料电池排气排水侧倾斜，产生堵水倒灌等情况，危害燃料电池寿命，因此燃料电池安装时必须考虑其排气排水姿态及整体安装稳定性，防止松动；（3）叉车多用于仓库环境，空气流通较少，对于燃料电池的气体防泄漏要求更高；（4）在叉车中安装燃料电池，燃料电池发电并传输给锂电池，再由锂电池给叉车其他部件供能，因此如何在叉车内部合理安装锂电池及燃料电池，也需要着重考虑。

因此，本领域需要一种体积小、安装更稳定、安全系数更高的用于电动叉车的燃料电池双电堆封装结构。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于电动叉车的燃料电池双电堆封装结构。

为了实现本发明之目的，本申请提供以下技术方案。

在第一方面中，本申请提供一种用于电动叉车的燃料电池双电堆封装结构，所述叉车的车体设有安装空间，所述安装空间内设有燃料电池和锂电池，所述封装结构包括：

箱体：所述箱体的水平横截面呈U字形，包括两端的风扇板以及中间的固定板，所述风扇板和固定板均竖直布置，所述固定板的一个侧边与安装空间的侧壁固定，所述固定板的底部与安装空间的底部固定；

固定单元：所述固定单元设有两个，且对称设置在箱体的两端，每一个固定单元包括上盖板、下支撑板以及进风内板，所述上盖板和下支撑板水平布置，并与所述风扇板及固定板固定连接，所述进风内板竖直布置且与所述风扇板平行，所述上盖板、下支撑板、进风内板、风扇板以及固定板形成一个固定空间，所述固定空间的大小及形状与所述燃料电池的电堆的大小及形状相匹配；

风筒：安装在风扇板上，并与所述燃料电池的散热口连接，用于将燃料电池内的热量通过风扇排出。

本申请的燃料电池电堆改变了传统的卧式布置，采用了竖直对称式布置，充分利用了叉车安装空间的形状特点，即高度方向上空间充足，但水平的长宽两个方向上空间不足的特点。而且本申请通过在箱体内形成固定单元，通过固定单元限位电堆，然后通过箱体与安装空间侧壁固定的形式，来保证电堆的稳定。

在第一方面的一种实施方式中，所述进风内板的一侧设有过滤棉固定板，所述过滤棉固定板与所述燃料电池的空气出口抵接。运行时，空气透过进风内板以及过滤棉固定板之后，进入燃料电池电堆，在燃料电池电堆内进行反应后，多余的空气携带电堆内部热量经风筒排出。上述结构采用叉车两侧散热，叉车中底部进风，这种设计符合热场循环逻辑，不在结构上降低系统性能。另外，当电堆异常或者电气模块异常、过滤棉堵塞时，都可直接拆除更换，不必拆除整个系统结构，维修维护方便。

在第一方面的一种实施方式中，所述固定板上设有竖直布置的多块加强支撑板，所述加强支撑板与所述风扇板平行，且所有加强支撑板等距设置在两个固定单元之间。由于电堆分布在箱体的两端，而箱体的形状要根据叉车内安装空间的大小进行调整，因此，箱体的固定板存在着长度较大、刚度较小的问题，因此，在固定板的中部设置加强支撑板，从而保证箱体中部的刚度及强度，使其在叉车行驶过程中不会弯折，从而保证整个箱体的稳定性，确保燃料电池电堆的稳定性。

在第一方面的一种实施方式中，所述加强支撑板的数量可根据工况设为1~3块；具体要根据叉车内安装空间的大小以及其内安装的其他零部件位置来定。

在第一方面的一种实施方式中，所述风筒为伸缩风筒，包括内筒和外筒，所述内筒固定安装在风扇板上，并与所述燃料电池的空气出口连接；所述外筒套设在所述内筒的外侧，且可沿着所述内筒外壁进行滑动伸缩，所述外筒的侧壁设有螺孔，并通过手拧防脱弹簧螺钉与安装空间的侧壁固定。结构散热风筒朝向车体两侧，散热空间大，不影响驾车人员，不影响叉车内部温度；吸收新鲜风方向为中部上下，保证了散热和进风性能。且该结构散热风筒可伸缩固定，适应不同车厢尺寸。

在第一方面的一种实施方式中，所述上盖板上固定有进氢管路，所述下支撑板上固定有排废管路，所述进氢管路与燃料电池的氢气入口连接，所述排废管路与所述燃料电池的废气出口连接。双电堆结构氢气气体管路布置在模块上侧，方便维护更换。

在第一方面的一种实施方式中，所述上盖板上固定有进氢管路，所述进氢管路均采用304不锈钢无缝钢管，且通过不锈钢镀银卡套接头相互卡紧自锁连接，所述不锈钢镀银卡套接头采用美规NPT气体密封制式，确保气体不泄露。所述进氢管路与氢气瓶端连接管路为无缝高压金属网软管，抵消车辆运行对钢管多向的离心力，防止漏气。

在第一方面的一种实施方式中，所述安装空间内设有氢气检测传感器，位于座椅安装板下方，本电堆封装结构上方的凹形空间内，同时，可在叉车上安装警报机构，当氢气检测传感器感应到氢气泄漏，可发出信号给警报机构，警报机构提醒技术人员尽快排查泄漏原因，从而将事故隔绝在源头。

在第一方面的一种实施方式中，所述固定板的上方中部设有电控单元安装板，所述电控单元安装板上固定有用于控制燃料电池运行的电控单元。简单电控单元安装板位于模块中间顶部，便于操控。

在第一方面的一种实施方式中，所述箱体的一端与安装空间的内壁抵接，另一端与锂电池抵接，所述箱体底部与叉车车底固定。即箱体被安装空间的侧壁以及锂电池夹持在中间，进一步提高了箱体的安装稳定性，电堆竖直布置，保证排气排水口处的水在叉车任意正常姿态下都能在重力作用下顺畅排出，从而保证电堆的运行稳定性，使得叉车在斜坡、颠簸等行驶状态下，电堆均能稳定运行。

在第一方面的一种实施方式中，所述风扇板与电堆水平距离z根据风扇转换电堆温升所需的风量来确定，风量CFM需平衡电堆电化学反应功率P和所需控制温升

两大因素，假设电堆电化学反应功率为P，产生热量为H，需控制的温升为

，需转换的热量为Q，转换热量所需的风量体积为CFM，电堆截面积为S，空气密度为D，空气比热为Cp，

则有

，有H=Pt/4.2，代入常量可知

，可得

。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）电堆改变传统的卧式布置，采用竖直对置式布置，充分利用叉车内部竖直长槽形的空间。

（2）封装采用模块化布置，单堆异常或者电气模块异常、过滤网堵塞，都可直接拆除更换，不必拆除整个系统结构，维修维护方便。

（3）电堆布置采用叉车两侧散热，叉车中底部进风，这种设计符合热场循环逻辑，不在结构上降低系统性能。

（4）该封装结构走线以及管路都在结构上方，管路泄露可排除较快，安全方便。

（5）电堆竖直布置，保证排气排水口处的水在叉车任意正常姿态下都能在重力作用下顺畅排出，确保燃料电池电堆的稳定性，使其在斜坡、颠簸等行驶状态下，均能稳定运行。

附图说明

图1为本申请中燃料电池双电堆封装结构不含固定板的内部立体结构示意图；

图2为本申请中燃料电池双电堆封装结构的外部立体结构示意图。

在附图中，1为固定板，2为上盖板，3为电控单元安装板，4为内筒，5为外筒，6为下支撑板，7为加强支撑板，8为进风内板，9为过滤棉固定板，10为风扇板，11为固定空间，12为电堆，13为螺孔。

具体实施方式

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。

以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明的实施方式进行修改和替换，所得实施方式也在本发明的保护范围之内。

实施例

下面将对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种用于电动叉车的燃料电池双电堆封装结构，其结构如图1、图2所示，包括箱体、固定单元、燃料电池及其配套零部件、风筒，具体如下：

箱体包括两端的风扇板10以及中间的固定板1，三者呈U字形布置，风扇板10和固定板1均竖直布置，固定板1与叉车的安装空间的侧壁固定，风扇板10的底部以及固定板1的底部均与安装空间的底部固定。在固定板1的中部，固定设有2块竖直布置的加强支撑板7，其与安装空间的底部固定。

固定单元包括上盖板2、下支撑板6以及进风内板8，上盖板2和下支撑板6水平布置，并与风扇板10及固定板1固定连接，进风内板8竖直布置且与所述风扇板10平行，上盖板2、下支撑板6、进风内板8、风扇板10以及固定板1形成一个固定空间11，固定空间11的大小及形状与燃料电池的电堆12的大小及形状相匹配，即固定空间11对燃料电池的电堆12起到限位的作用。在固定空间11内设有一块过滤棉固定板9，过滤棉固定板9可通过四个防脱弹簧螺钉固定在进风内板8上。该过滤棉固定板9设置在进风内板8和燃料电池电堆12之间，起到过滤空气的作用，一段时间后，过滤棉固定板9上的过滤棉被堵塞，可将其卸下并更换。

上盖板2上固定有进氢管路，下支撑板6上固定有排废管路（图上未显示进氢管路和排废管路），进氢管路与燃料电池的氢气入口连接，排废管路与所述燃料电池的废气出口连接。固定板1的上方中部设有电控单元安装板3，电控单元安装板3上固定有用于控制燃料电池运行的电控单元（图上未显示电控单元）。

风筒为伸缩型风筒，包括内筒4和外筒5，其中，内筒4固定安装在风扇板10上，并与燃料电池的空气出口连接；外筒5套设在内筒4的外侧，且可沿着内筒4外壁进行滑动伸缩，外筒5的侧壁设有螺孔13，并通过螺栓与安装空间的侧壁固定，以适应不同大小的叉车。

另外，在叉车的安装空间内可设置氢气检测传感器（图上未显示），同时，可在叉车上安装警报机构，当氢气检测传感器感应到氢气泄漏，可发出信号给警报机构，警报机构提醒技术人员尽快排查泄漏原因，从而将事故隔绝在源头。

通过进氢管路往电堆12端面输入一定压力和流量的氢气，通过散热风扇在向箱体中部输入空气（即空气透过进风内板8和过滤棉固定板9进入电堆12），在电堆12内产生反应生成电荷，产生电流，生成水蒸气，以及少量未完全利用的氢气。可根据负载调节输出功率，结构稳固安装在车厢内部，为结构内部系统，外部线路连接提供稳定支撑。

本申请的燃料电池双电堆封装结构具有以下改进之处：

（1）采用竖直对置式布置，竖直布置确保燃料电池电堆运行稳定性，对置布置平衡车体重量。

（2）双电堆结构对置布置模块化集成在可快速拆装固定空间11内，模块化程度高，单堆出现问题可维护替换自由度高。

（3）双电堆结构对置布置使系统线路管路便于连接。

（4）该结构位于叉车中部，底部与叉车车体固定，系统整体处于叉车安装空间和箱体包围中，受外界保护，防撞击。

（5）该结构的风筒朝向车体两侧，散热空间大，不影响驾车人员，不影响叉车内部温度；吸收新鲜风方向为中部上下，保证了散热和进风性能。

（6）该结构的风筒可伸缩固定，适应不同车厢尺寸。

（7）双电堆结构氢气气体管路布置在固定空间11的上侧，方便维护更换。

（8）双电堆结构排废气体管路布置在模块下方两侧，位于叉车车体底部，向两侧排气，这种设计符合热场循环逻辑，不在结构上降低系统性能，同时减少过热产生的安全隐患。

（9）双电堆结构进风的过滤网固定结构，采用防脱弹簧螺钉，实现快拆快装结构，方便更换，维护成本低。

（10）简单电控单元安装板3位于模块中间顶部，便于操控。

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都在本申请的范围之内。

Claims (5)

1.一种用于电动叉车的燃料电池双电堆封装结构，所述叉车的车体设有安装空间，所述安装空间内设有燃料电池和锂电池，其特征在于，所述封装结构包括：

箱体：所述箱体的水平横截面呈U字形，包括两端的风扇板以及中间的固定板，所述风扇板和固定板均竖直布置，所述固定板的一个侧边与安装空间的侧壁固定，所述固定板的底部与安装空间的底部固定；所述固定板上设有竖直布置的多块加强支撑板，所述加强支撑板与所述风扇板平行，且所有加强支撑板等距设置在两个固定单元之间；所述箱体的一端与安装空间的内壁抵接，另一端与锂电池抵接，所述箱体底部与叉车车底固定；

固定单元：所述固定单元设有两个，且对称设置在箱体的两端，每一个固定单元包括上盖板、下支撑板、进风内板以及过滤棉固定板，所述上盖板和下支撑板水平布置，并与所述风扇板及固定板固定连接，所述进风内板竖直布置且与所述风扇板平行，所述上盖板、下支撑板、进风内板、风扇板以及固定板形成一个固定空间，所述固定空间的大小及形状与所述燃料电池的电堆的大小及形状相匹配，所述过滤棉固定板与进风内板拆卸式连接，所述进风内板与燃料电池的进空气面抵接；

伸缩风筒：包括内筒和外筒，所述内筒固定安装在风扇板上，并与所述燃料电池的空气出口连接；所述外筒套设在所述内筒的外侧，且可沿着所述内筒外壁进行滑动伸缩，所述外筒的侧壁设有螺孔，并通过弹簧螺钉与安装空间的侧壁固定，所述伸缩风筒用于将燃料电池内的热量通过风扇排出。

2.如权利要求1所述的用于电动叉车的燃料电池双电堆封装结构，其特征在于，所述加强支撑板的数量为1~3块。

3.如权利要求1所述的用于电动叉车的燃料电池双电堆封装结构，其特征在于，所述上盖板上固定有进氢管路，所述下支撑板上固定有排废管路，所述进氢管路与燃料电池的氢气入口连接，所述排废管路与所述燃料电池的废气出口连接。

4.如权利要求1或3所述的用于电动叉车的燃料电池双电堆封装结构，其特征在于，所述安装空间内设有氢气检测传感器。

5.如权利要求1所述的用于电动叉车的燃料电池双电堆封装结构，其特征在于，所述固定板的上方中部设有电控单元安装板，所述电控单元安装板上固定有用于控制燃料电池运行的电控单元。

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