CN113910928A - 一种燃料电池车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种燃料电池车，燃料电池车的动力集成包括：集成模块，包括集成框架；和，设置于集成框架中的燃料电池、蓄电池、升压直流变换器以及电源分配单元；集成模块设置在燃料电池车的地板下。该燃料电池车的动力总成将燃料电池、蓄电池、升压直流变换器以及电源分配单元设置在集成框架中，从而形成一整体结构的集成模块，一方面缩短了燃料电池、蓄电池、升压直流变换器以及电源分配单元相互之间的距离，减少了相互之间连接的高压线的长度，即节约了成本，又能使高压线路统一规划走向，便于布线；另一方面，能够使其整体体积明显减小，从而减小其占用空间，整体体积较小能够使集成模块整体设置于燃料电池车的地板下，节省了车内空间。

Description

一种燃料电池车

技术领域

本申请属于燃料电池车技术领域，尤其涉及一种燃料电池车。

背景技术

燃料电池车作为环保型车辆，具备排气零污染的高价值性，使其成为众多主机厂的研究方向。燃料电池车不仅环保性能优于传统燃油车，续航能力和能源补充便捷性也优于传统蓄电池动力电动汽车。传统的燃料电池车的燃料电池、蓄电池、升压直流变换器(DC/DC)及电源分配单元(Power Distribution Unit，PDU)分开布置，各装置之间通过高压线连接，并且将燃料燃料电池设置在机舱内部，储氢瓶设置在地板下，蓄电池设置在地板下。燃料燃料电池、升压DC/DC、蓄电池相互之间距离较远、布局分散，之间连接的高压线束较长，装配复杂、占用空间大，不利于装置的布置，并且成本较高，不利于成本控制。

发明内容

本申请旨在至少能够在一定程度上解决燃料电池车的燃料电池、蓄电池、升压直流变换器及电源分配单元分开布置，相互之间距离远、布局分散，导致的装配复杂、占用空间大，不利于装置的布置，并且成本较高，不利于成本控制的技术问题。为此，本申请提供了一种燃料电池车。

本申请实施例提供的一种燃料电池车，所述燃料电池车包括动力总成，所述动力总成包括：

集成模块，包括集成框架；和，设置于所述集成框架中的燃料电池、蓄电池、升压直流变换器以及电源分配单元；

所述集成模块设置在所述燃料电池车的地板下。

在一些实施方式中，所述燃料电池、所述蓄电池、所述升压直流变换器以及所述电源分配单元相互之间通过高压铜排连接。

在一些实施方式中，所述燃料电池、所述蓄电池、所述升压直流变换器以及所述电源分配单元未设置外壳。

在一些实施方式中，所述动力总成还包括：

供氢系统，设置在所述燃料电池车的机舱中，与所述集成模块通过进氢管连接。

在一些实施方式中，所述动力总成还包括：

进气系统，设置在所述燃料电池车的机舱中，与所述集成模块通过进气管连接；

冷却系统，设置在所述燃料电池车的机舱中，与所述集成模块通过水冷却循环管道以及离子液冷却循环管道连接；

驱动电机，设置在所述燃料电池车的驱动轮处，与所述集成模块通过高压线连接。

在一些实施方式中，所述集成框架上设有若干功能性连接孔，所述供氢系统、所述进气系统、所述冷却系统以及所述驱动电机的线缆分别穿过所述功能性连接口与所述集成模块内的对应组件连接。

在一些实施方式中，所述集成框架上设有与所述燃料电池和所述蓄电池对应连接的若干功能性连接端口，所述供氢系统、所述进气系统、所述冷却系统以及所述驱动电机分别与其对应的所述功能性连接端口连接。

在一些实施方式中，所述进气系统包括依次连接的空气滤清器、增湿器、空气压缩机、中冷器以及气泵。

在一些实施方式中，所述冷却系统的所述水冷却循环管道通过所述集成框架与所述蓄电池的冷却部件连通；所述冷却系统的所述离子液冷却循环管道通过所述集成框架与所述燃料电池的冷却部件连通。

在一些实施方式中，所述燃料电池车还包括：

空调模块，设置在所述燃料电池车的机舱中；

冷却模块，设置在所述燃料电池车的迎风处，用于与所述空调模块和/或所述冷却系统换热。

本申请实施例至少具有如下有益效果：

本申请提出的燃料电池车的动力总成，该动力总成将燃料电池、蓄电池、升压直流变换器以及电源分配单元设置在集成框架中，从而形成一整体结构的集成模块，一方面缩短了燃料电池、蓄电池、升压直流变换器以及电源分配单元相互之间的距离，减少了相互之间连接的高压线的长度，即节约了成本，又能使高压线路统一规划走向，便于布线；另一方面，通过将燃料电池、蓄电池、升压直流变换器以及电源分配单元设置在集成框架中，能够使其整体体积明显减小，从而减小其占用空间，整体体积较小能够使集成模块整体设置于燃料电池车的地板下，节省了车内空间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施例的燃料电池车的车架结构示意图；

图2示出了图1中的燃料电池车的动力总成的立体结构示意图；

图3示出了图2中的动力总成的另一视角的结构示意图；

图4示出了图2中的动力总成的主视图；

图5示出了图1中的燃料电池车中的机舱50的结构示意图；

图6示出了图1中的燃料电池车的车架的仰视图；

图7示出了图1中的燃料电池车的车架的俯视图。

附图标记：

10、动力总成；100、集成模块；110、集成框架；111、进氢口；112、进气口；113、冷却水进出口；114、高压线插接件；115、去离子液进出口；116、低压线线束口；117、混排口；118、电池充电插接口；120、燃料电池；1、燃料电堆控制器；130、蓄电池；140、升压直流变换器；150、电源分配单元；161、储氢瓶；162、氢气控制阀；171、空气滤清器；172、增湿器；173、空气压缩机；174、中冷器；175、气泵；181、水泵；190、驱动电机190；21、空调压缩机；40、地板；50、机舱。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

下面结合附图并参考具体实施例描述本申请：

本申请第一大方面提出了一种燃料电池车，如图1至图7所示，该燃料电池车包括动力总成10，其中动力总成10包括：

集成模块100，包括集成框架110；和，设置于集成框架110中的燃料电池120、蓄电池130、升压直流变换器140以及电源分配单元150；

集成模块100设置在燃料电池车的地板40下。

在上述实施例中，动力总成10将燃料电池120、蓄电池130、升压直流变换器140以及电源分配单元150设置在集成框架110中，从而形成一整体结构的集成模块100，一方面缩短了燃料电池120、蓄电池130、升压直流变换器140以及电源分配单元150相互之间的距离，减少了相互之间连接的高压线的长度，即节约了成本，又能使高压线路统一规划走向，便于布线；另一方面，通过将燃料电池120、蓄电池130、升压直流变换器140以及电源分配单元150设置在集成框架110中，能够使其整体体积明显减小，从而减小其占用空间，整体体积较小能够使集成模块100整体设置于燃料电池车的地板40下，节省了车内空间。

进一步地，将集成模块100设置在燃料电池车的地板40下，相对于传统的汽车，车身地板40无需做较大的改动，不仅降低地板40的制造难度，提升燃料电池车与新能源电池车型的互换率，而且能够提升包括乘员使用和用于储物的车内空间，进一步提高燃料电池车的竞争优势。

在上述实施例中，燃料电池120、升压直流变换器140以及蓄电池130依次串联，电源分配单元150分别与升压直流变换器140和蓄电池130连接。其中，燃料电池120通过将燃料和氧化剂的化学能通过电化学反应转换成电能，进而通过升压直流变换器140将燃料电池120产生的较低电压的直流电转换为较高电压的直流电储存在蓄电池130中；电源分配单元150为不同的电源环境提供适合的机架式电源分配方案。燃料电池120、升压直流变换器140、蓄电池130以及电源分配单元150之间的距离十分接近，从而能够大幅度降低高压线的用量，从而降低生产成本。在上述实施例中，燃料电池120还包括燃料电堆控制器1，用于控制进入燃料电池120中的燃料和氧化剂的流量。

作为一种可选实施方式，燃料电池120、蓄电池130、升压直流变换器140以及电源分配单元150相互之间通过高压铜排连接。高压铜排不仅电阻极小，能够作为大电流的导线，而且能够使其在集成框架110中设置的走向便于规划、更为统一。在将燃料电池120、所述蓄电池130、所述升压直流变换器140以及所述电源分配单元150安装于集成框架110中时，仅需要固定在对应位置，并将将燃料电池120、所述蓄电池130、所述升压直流变换器140以及所述电源分配单元150各种线缆接头与对应的高压铜排接口连接即可，从而使集成模块100的组装十分便利。

作为一种可选实施方式，燃料电池120、蓄电池130、升压直流变换器140以及电源分配单元150未设置外壳。由于将燃料电池120、所述蓄电池130、所述升压直流变换器140以及所述电源分配单元150设置在集成框架110内，因此可以将集成框架110作为燃料电池120、所述蓄电池130、所述升压直流变换器140以及所述电源分配单元150的整体的外壳，从而可以省去其各自单独的外壳，以进一步减小燃料电池120、所述蓄电池130、所述升压直流变换器140以及所述电源分配单元150各自的体积和重量，进而可减小集成模块100的体积和重量，不仅可以减少单独设置外壳的成本，而且可便于集成模块100设置在燃料电池车的地板40下，减少其占用车内的空间，尤其是车内空间的高度。

作为一种可选实施方式，动力总成10还包括：供氢系统，设置在燃料电池车的机舱50中，与集成模块100通过进氢管连接。其中，供氢系统包括储氢瓶161、氢气控制阀162以及进氢管，氢气控制阀162设置在进氢管邻近储氢瓶161的出口处。在该实施例中，供氢系统用于为燃料电池120提供氢气作为燃料，以便其通过电化学反应产生电能。由于供氢系统中用于储存氢气的储氢瓶161的壁厚较厚，为了提高储氢率一般地将储氢瓶161的直径设置的较大。但是传统的供氢系统的储氢瓶161设置在燃料电池120汽车的地板40下，为了容纳直径较大的储氢瓶161并保证地板40的离地间隙，需要将地板40设置很高，车内空间将大大缩小，即直径较大的储氢瓶161将占据较多的宝贵的车内空间；虽然能够通过减小储氢瓶161的直径而减少其占用的车内空间，但是由于圆柱体积受直径影响较大，缩小直径其储氢率也随之大大降低；无论是车内空间的减少还是储氢率的降低，均不利于燃料电池车在市场中的竞争。而在本申请中，通过将供氢系统设置在燃料电池车的机舱50中，利用机舱50中较大的空间放置储氢瓶161，可以避免储氢瓶161占用宝贵的车内空间，因此能够更合理地利用整车空间，提高燃料电池车的空间利用率；而且还可以进一步增加储氢瓶161的直径，进而增加储氢率，提高燃料电池车的续航历程。此外，还可以缩短储氢管与燃料电池120之间的进氢管的长度，进一步降低生产成本。

进一步优选地，储氢瓶161竖直设置在机舱50中，因为机舱50内车身纵梁跨距相对加大，故竖直设置储氢瓶161能够使单瓶储氢效率最高，同时也是为白车加装储氢瓶161更改车身最少的方案。

作为一种可选实施方式，动力总成10还包括：

进气系统，设置在燃料电池车的机舱50中，与集成模块100通过进气管连接；

冷却系统，设置在燃料电池车的机舱50中，与集成模块100通过水冷却循环管道以及离子液冷却循环管道连接；

驱动电机190，设置在燃料电池车的驱动轮处，与集成模块100通过高压线连接。

在上述实施例中，进气系统用于为燃料电池120提供氢气作为氧化剂，以便其通过电化学反应产生电能。其中，进气系统包括依次连接的空气滤清器171、增湿器172、空气压缩机173中冷器174以及气泵175。空气滤清器171用于对进入进气系统的空气进行过滤，避免空气中的粉尘等进入进气系统中；增湿器172用于对空气增加湿度；空气压缩机173用于压缩空气，缩小其体积，以使其与储氢瓶161中的氢气浓度相适应；压缩后的空气温度会升高，中冷器174用于对压缩后的空气进行冷却降温；气泵175用于为空气进入进气系统以及通过进气管进入燃料电池120提供动力。

在上述实施例中，冷却系统用于对集成模块100进行冷却降温。优选地，冷却系统包括水冷却循环和去离子液冷却循环，其中，水冷却循环管道通过集成框架与蓄电池130的冷却部件连通，用于对蓄电池130进行冷却降温，去离子冷却循环管道通过集成框架与燃料电池120的冷却部件连通，用于对燃料电池120进行冷却降温。通过分别对蓄电池130和燃料电池120进行冷却降温，能够使其各自维持的适宜的工作温度范围，避免温度过高影响电池的安全性以及使用性能。在该实施例中，冷却系统中的水冷却循环管道以及去离子液循环管道上还分别设有水泵181，用于驱动冷却系统中的流体流动进行换热。

在上述实施例中，驱动电机190设置在燃料电池车的驱动轮处，与集成模块100通过高压线连接。驱动电机190通过集成模块100中的蓄电池130供电，从而为燃料电池车提供动力。可选地，燃料电池车可以是双驱，驱动电机190设置在驱动轮附近，通过传动组件带动驱动轮转动。在其他实施例中，燃料电池车可以是四驱，驱动电机190为两个，分别设置在前驱动轮附件和后驱动轮附近，用于带动驱动轮转动。作为一种可选实施方式，驱动电机190也可以是轮毂电机，即驱动电机190与轮毂为一体结构。

作为一种可选实施方式，集成框架110上设有若干功能性连接孔，供氢系统、进气系统、冷却系统以及驱动电机190的线缆分别穿过功能性连接口与集成模块100内的对应组件连接。在该实施例中，功能性连接孔为通孔，供氢系统、所述进气系统、所述冷却系统以及所述驱动电机190的线缆在集成模块100内外为一体的，仅穿过功能性连接孔与所述集成模块100内的对应组件连接。

作为一种可选实施方式，集成框架110上设有与燃料电池120和蓄电池130对应连接的若干功能性连接端口，供氢系统、进气系统、冷却系统以及驱动电机190分别与其对应的功能性连接端口连接。在该实施例中，可选地，首先在所述集成框架110上开设若干功能性连接孔，在功能性连接孔中设置功能性连接端口，功能性连接端口位于集成框架110外侧的一端分别与供氢系统、所述进气系统、所述冷却系统以及所述驱动电机190的线缆连接，功能性连接端口位于集成框架110内侧的一端分别与燃烧电池和蓄电池130对应的接口连接。通过设置功能性连接端口，能够提高提集成模块100的集成性，使其与供氢系统、所述进气系统、所述冷却系统、所述驱动电机190、燃料电池120以及蓄电池130的装配、更换以及维修更加方便，即不需要整根更换线缆，又不需要整体更换集成模块100，降低人工成本以及维修成本。

如图1至3所述，集成框架110上设置的功能性连接端口有进氢口111、进气口112、冷却水进出口113、高压线插接件114、去离子液进出口115、低压线线束口116、混排口117以及电池充电插接口118。其中，进氢口111位于集成框架110外侧的一端通过进氢管与供氢系统的储氢瓶161连通，位于集成框架110内侧的一端与燃料电池120的燃料口连通；进气口112位于集成框架110外侧的一端通过进气管与进气系统连通，位于集成框架110内侧的一端与燃料电池120的氧化剂口连通；冷却水进出口113为两个，分别作为冷却水进口和冷却水出口，冷却水进出口113位于集成框架110外侧的一端与冷却系统的水冷却循环连通，位于集成框架110内侧的一端与蓄电池130的冷却管路连通；去离子液进出口115为两个，分别作为去离子液进口和去离子液出口，去离子液进出口115位于集成框架110外侧的一端与冷却系统的去离子液冷却循环连通，位于集成框架110内侧的一端与燃料电池120的冷却管路连通；高压线插接件114可以是一个或两个，高压线插接件114位于集成框架110外侧的一端用于与驱动电机190电连接，分别对应双驱燃料电池车和四驱燃料电池车，位于集成框架110内侧的一端与蓄电池130连接；低压线线束口116位于集成框架110外侧的一端与燃料电池车的其他需电装置的供电连接，例如车灯、控制系统等，位于集成框架110内侧的一端与蓄电池130连接；混排口117用于排出燃料电池120产生的废物废气，例如燃料电池120未完全反应的空气，产生的水等，混排口117位于集成框架110内侧的一端与燃料电池120连接，位于集成框架110外侧的一端与混排管连接，将燃料电池120产生的废物废气排出车外；电池充电插接口118用于外接电源为蓄电池130充电，电池充电插接口118位于集成框架110外侧的一端与外接充电电源线连接，位于集成框架110内侧的一端与蓄电池130连接。

在上述实施例中，功能性连接端口在集成框架110上的设置位置没有特殊要求，优选的，这些功能性连接端口设置在与其相连两个装置之间的集成框架110的侧壁上，从而确保连接线缆的长度最短。

作为一种可选实施方式，燃料电池车还包括：

空调模块，设置在燃料电池车的机舱50中；

冷却模块，设置在燃料电池车的迎风处，用于与空调模块和/或冷却系统换热。

在该实施例中，空调模块的主要部件空调压缩机21设置在机舱中，冷却模块作为空调模块的外机换热器，而空调模块的内机换热器位于燃料电池车的车内。本实施例中，空调模块和冷却系统共同利用冷却模块进行换热，能够减少换热模块的设置数量。此外，在空调模块需要制热时，还可以利用冷却系统冷却蓄电池130和燃料电池120产生的热能，能进一步提高换热的效率，提高空调模块的制热能力。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种燃料电池车，其特征在于，所述燃料电池车包括动力总成(10)，所述动力总成(10)包括：

集成模块(100)，包括集成框架(110)；和，设置于所述集成框架(110)中的燃料电池(120)、蓄电池(130)、升压直流变换器(140)以及电源分配单元(150)；

所述集成模块(100)设置在所述燃料电池车的地板(40)下。

2.如权利要求1所述的燃料电池车，其特征在于，所述燃料电池(120)、所述蓄电池(130)、所述升压直流变换器(140)以及所述电源分配单元(150)相互之间通过高压铜排连接。

3.如权利要求1所述的燃料电池车，其特征在于，所述燃料电池(120)、所述蓄电池(130)、所述升压直流变换器(140)以及所述电源分配单元(150)未设置外壳。

4.如权利要求1所述的燃料电池车，其特征在于，所述动力总成(10)还包括：

供氢系统，设置在所述燃料电池车的机舱(50)中，与所述集成模块(100)通过进氢管连接。

5.如权利要求1至4任意一项所述的燃料电池车，其特征在于，所述动力总成(10)还包括：

进气系统，设置在所述燃料电池车的机舱(50)中，与所述集成模块(100)通过进气管连接；

冷却系统，设置在所述燃料电池车的机舱(50)中，与所述集成模块(100)通过水冷却循环管道以及离子液冷却循环管道连接；

驱动电机，设置在所述燃料电池车的驱动轮处，与所述集成模块(100)通过高压线连接。

6.如权利要求5所述的燃料电池车，其特征在于，所述集成框架(110)上设有若干功能性连接孔，所述供氢系统、所述进气系统、所述冷却系统以及所述驱动电机的线缆分别穿过所述功能性连接口与所述集成模块(100)内的对应组件连接。

7.如权利要求6所述的燃料电池车，其特征在于，所述集成框架(110)上设有与所述燃料电池(120)和所述蓄电池(130)对应连接的若干功能性连接端口，所述供氢系统、所述进气系统、所述冷却系统以及所述驱动电机分别与其对应的所述功能性连接端口连接。

8.如权利要求5所述的燃料电池车，其特征在于，所述进气系统包括依次连接的空气滤清器(171)、增湿器(172)、空气压缩机(173)、中冷器(174)以及气泵(175)。

9.如权利要求5所述的燃料电池车，其特征在于，所述冷却系统的所述水冷却循环管道通过所述集成框架(110)与所述蓄电池(130)的冷却部件连通；所述冷却系统的所述离子液冷却循环管道通过所述集成框架(110)与所述燃料电池(120)的冷却部件连通。

10.如权利要求5所述的燃料电池车，其特征在于，所述燃料电池车还包括：

空调模块，设置在所述燃料电池车的机舱(50)50中；

冷却模块，设置在所述燃料电池车的迎风处，用于与所述空调模块和/或所述冷却系统换热。

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