CN114801787A - 一种动力电池组件以及燃料电池车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力电池组件以及燃料电池车辆，该动力电池组件包括具有容纳腔的壳体、以及设置于所述容纳腔内的电池冷却系统、电池模组、电压转换模块和电源分配单元，电池冷却系统包括相连通的水冷板和循环组件，所述水冷板铺设于所述壳体内，电池模组位于所述水冷板上，至少满足电池模组的散热需求。所述电压转换模块与所述循环组件中的用电器件电连接；所述电源分配单元与所述电池模组、所述电压转换模块分别电连接，并对外产生连接用电并实现水路连通实现冷却，燃料电池化学反应产生的电能给车辆行驶提供动能以及通过PDU储存在电池模组中，并转换为低压供给用电。本方案中的动力电池组件集成度高，实现多合一集成，可以有效利用整车布置空间。

Description

一种动力电池组件以及燃料电池车辆
技术领域
本发明涉及燃料电池车辆技术领域，具体涉及一种动力电池组件以及燃料电池车辆。
背景技术
燃料电池汽车是一种搭载燃料电池的新能源汽车，车辆的动力装置为燃料电池，燃料电池通过化学反应产生电能给车辆提供动力，同时，一部分电能储存在动力电池中，动力电池作为汽车的储能装置，用来储存能量，以及在燃料电池不工作时，为车辆提供电能供车辆行驶使用。
现有技术中的电池电力系统存在占用整车设计空间、不利用成本管控的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种动力电池组件以及燃料电池车辆，解决现有技术中的电池电力系统存在占用整车设计空间、不利用成本管控的技术问题。
实现本发明技术目的的方案为，一种动力电池组件，包括：
壳体，具有容纳腔；
电池冷却系统，设置于所述容纳腔内，包括相连通的水冷板和循环组件，所述水冷板铺设于所述壳体内；
电池模组，设置于所述容纳腔内，且位于所述水冷板上；
电压转换模块，设置于所述容纳腔，所述电压转换模块与所述循环组件中的用电器件电连接；
电源分配单元，设置于所述容纳腔，所述电源分配单元与所述电池模组、所述电压转换模块分别电连接。
进一步地，所述容纳腔包括第一安装区和第二安装区，所述第一安装区和所述第二安装区沿所述壳体的长度方向或宽度方向并排设置；所述电池模组设置于所述第一安装区；所述电源分配单元、所述电压转换模块均设置于所述第二安装区。
进一步地，所述容纳腔还包括第三安装区；所述循环组件设置于所述第三安装区；所述第二安装区和所述第三安装区沿所述壳体的长度方向或宽度方向并排设置。
进一步地，所述第二安装区和所述第三安装区位于所述第一安装区的同侧；
所述第一安装区和所述第二安装区沿所述壳体的长度方向并排设置；所述第二安装区和所述第三安装区沿所述壳体的宽度方向并排设置。
进一步地，所述电压转换模块与所述电源分配单元堆叠设置，且所述电压转换模块位于所述电源分配单元上。
进一步地，所述电压转换模块包括第一电压转换装置和第二电压转换装置；且所述第一电压转换装置的转换电压高于所述第二电压转换装置的转换电压。
进一步地，所述第一电压转换装置和所述第二电压转换装置并排设置于所述电源分配单元上。
进一步地，所述电池冷却系统还包括封装箱，所述循环组件封装于所述封装箱内，所述封装箱上设置有用于对外连接的电路接口和水路接口。
基于同样的发明构思，本发明还提供了一种燃料电池车辆，包括：
上述的动力电池组件；
燃料电池模块，与所述电源分配单元电连接；
散热装置，与所述电压转换模块连接，用于对所述燃料电池模块散热；
蓄电池，与所述燃料电池模块电连接；
低压电器组件，与所述燃料电池模块电连接；
驱动电机，与所述电源分配单元电连接。
进一步地，所述电压转换模块包括，
第一电压转换装置和第二电压转换装置；且所述第一电压转换装置的转换电压高于所述第二电压转换装置的转换电压；
所述散热装置与所述第一电压转换装置电连接；所述第二电压转换装置与所述蓄电池、低压电器组件以及所述电池冷却系统的用电器件电连接。
由上述技术方案可知，本发明提供的一种动力电池组件，包括壳体、电池冷却系统、电池模组、电压转换模块和电源分配单元(以下简称为PDU)，其中：壳体具有容纳腔；电池模组、电源分配单元、电压转换模块和电池冷却系统均设置于所述容纳腔内，本方案中的动力电池组件集成度高，实现多合一集成，可以有效利用整车布置空间。电池冷却系统，包括相连通的水冷板和循环组件，所述水冷板铺设于所述壳体内，电池模组位于所述水冷板上，至少满足电池模组的散热需求。所述电压转换模块与所述循环组件中的用电器件电连接；所述电源分配单元与所述电池模组、所述电压转换模块分别电连接，并对外产生连接用电并实现水路连通实现冷却，燃料电池化学反应产生的电能给车辆行驶提供动能以及通过PDU储存在电池模组中，并通过DCDC转换到低压供给用电。
现有的动力电池一般由数个电池模组组成，作为为车辆储存并提供能量的装置。PDU、DCDC等在动力电池包壳外布置，整体设计较为分散，需要占用整车布置较大空间，不利于整车设计空间的利用，连接PDU与电池的线束需要较长，也不利于成本管控。与现有技术相比，本发明提供的动力电池组件以及具有该动力电池组件的燃料电池车辆，通过将PDU、DCDC、电池冷却系统均集成于壳体内，形成多合一动力系统，设计形式体现在整车中时，整个动力电池组件分布紧凑，可以有效节约整车布置空间，连接上述部件所需的线束及管路也相应需要较短，有利于项目整体成本管控。
附图说明
图1为现有技术中的动力电池组件的分布示意图；
图2为本发明实施例1提供的动力电池组件的示意图；
图3为图2中的电源分配单元、电压转换模块以及循环组件的空间分布示意图。
附图说明：1-壳体；2-电池模组；3-电源分配单元；4-电压转换模块；41-第一电压转换装置，42-第二电压转换装置；5-电池冷却系统，51-水冷板，52-循环组件，53-压缩机，54-换热器，55-冷凝器，56-封装箱；6-燃料电池模块；7-散热装置；8-蓄电池；9-低压电器组件；10-驱动电机。
具体实施方式
为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。
现有技术中，动力电池一般由数个电池模组组成，作为为车辆储存并提供能量的装置。在电池包设计时，仅将电池模组及电池管理系统BMS设置于电池包内，再将动力系统的其他器件布置于电池包外，便于电池包的快速化生产以及动力电池组件的现场组装。但是由于动力电池组件各组成分布位置较分散，占用车辆的布置空间，且一定程度上增加了项目成本。
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种动力电池组件以及燃料电池车辆，形成多合一动力系统，设计形式体现在整车中时，整个动力电池组件分布紧凑，有效节约整车布置空间，利于项目整体的成本管控。下面通过两个具体实施例对本发明的技术内容进行详细介绍：
实施例1
如图2-图3所示，图中的箭头指的是电连接控制以及信号传递方向。本实施例提供了一种动力电池组件，动力电池组件，包括壳体1、电池冷却系统5、电池模组2、电压转换模块4和电源分配单元3(以下简称为PDU)，其中：壳体1具有容纳腔；电池模组2、电源分配单元3、电压转换模块4和电池冷却系统5均设置于容纳腔内，本方案中的动力电池组件集成度高，实现多合一集成，可以有效利用整车布置空间。电池冷却系统5，包括相连通的水冷板51和循环组件52，水冷板51铺设于壳体1内，电池模组2位于水冷板51上，至少满足电池模组2的散热需求。电压转换模块4与循环组件52中的用电器件电连接；电源分配单元3与电池模组2、电压转换模块4分别电连接，并对外产生连接用电并实现水路连通实现冷却，燃料电池化学反应产生的电能给车辆行驶提供动能以及通过PDU储存在电池模组2中，并通过DCDC转换到低压供给用电。
现有的动力电池一般由数个电池模组2组成，作为为车辆储存并提供能量的装置。PDU、DCDC等在动力电池包壳外布置，整体设计较为分散，需要占用整车布置较大空间，不利于整车设计空间的利用，连接PDU与电池的线束需要较长，也不利于成本管控。与现有技术相比，本申请将PDU、DCDC、电池冷却系统5均集成于壳体1内，形成多合一动力系统，设计形式体现在整车中时，整个动力电池组件分布紧凑，可以有效节约整车布置空间，连接上述部件所需的线束及管路也相应需要较短，有利于项目整体成本管控。
为了实现对外的电连接，构成可工作的完整的动力电池组件，本实施例中，壳体1上设置有分别供电压转换模块4、电源分配单元3、电池冷却系统5与外部进行电连接和/或水路连接的接口单元。本发明提及的所有接口及管路均有相关防水要求。
PDU、电压转换模块4和循环组件52的散热需求较小，本实施例不限制PDU、电压转换模块4和循环组件52的设置方式，可以仅将电池模组2置于水冷板51上，也可以将电池模组2、PDU、电压转换模块4和循环组件52均设置于水冷板51上，以辅助散热。
为了对各部分组件进行分区安装，保证模块化的设置布置，本实施例中，容纳腔包括第一安装区和第二安装区，第一安装区和第二安装区沿壳体1的长度方向或宽度方向并排设置；电池模组2设置于第一安装区；电源分配单元3、电压转换模块4均设置于第二安装区。
同样地，为了实现循环组件52的模块化设置，容纳腔还包括第三安装区；循环组件52设置于第三安装区；第二安装区和第三安装区沿壳体1的长度方向或宽度方向并排设置。
为了保证水电安全，本实施例中，电池冷却系统5还包括封装箱56，循环组件52封装于封装箱56内，封装箱56上设置有用于对外连接的电路接口和水路接口，即将循环组件52设置于封装箱56内部形成一个整体结构件，再通过封装箱56整体布置于第三安装区内。
为了实现基本的冷却功能，循环组件52包括通过管路串联连通的压缩机53、换热器54和冷凝器55，压缩机53为空调压缩机，冷凝器为风扇冷凝器，该电池冷却系统5的其他未公开结构可参考现有技术。
本实施例对第一安装区、第二安装区和第三安装区的相对布局位置不做具体限定，为了控制壳体1的体积以及使分布更规则紧凑，本实施例中，优选地，第二安装区和第三安装区位于第一安装区的同侧。
为了进一步实现紧凑的布局，减少或缩短布线的长度，本实施例中，第一安装区和第二安装区沿壳体1的长度方向并排设置；第二安装区和第三安装区沿壳体1的宽度方向并排设置。
为了利用容纳腔的高度空间，尽量控制壳体1所需的体积，本实例中，电压转换模块4与电源分配单元3在高度方向上堆叠设置，且由于电压转换模块4体积相对较小，电压转换模块4设置于电源分配单元3上。
本发明对电压转换模块4的组成不做具体限定，可以与现有技术相同，采用一种电压的DCDC即可。考虑到氢能源汽车燃电系统所需散热能力较大，现有技术中存在无法满足散热需求、散热效果波动不佳的技术问题，本实施例中，电压转换模块4包括用于电压转换并供给至用于燃料电池模块6散热的散热装置7的第一电压转换装置41以及用于电压转换并供给至车用的第二电压转换装置42；为了用电安全，第一电压转换装置41和第二电压转换装置42间隔设置于电源分配单元3上，且第一电压转换装置41的转换电压高于第二电压转换装置42的转换电压。第一电压转换装置41和第二电压转换装置42的电压选择可根据需求进行选择，可以根据车辆的设计进行改变。目前，一般地，第二电压转换装置42为12V的DCDC，第一电压转换装置41的电压不做具体限定，比如根据散热需求可选24V、36V等。
本实施例提供的动力电池组件，通过将PDU、DCDC、电池冷却系统5均集成于壳体1内，且为模块化布局，形成多合一动力系统，设计形式体现在整车中时，整个动力电池组件分布紧凑，可以有效节约整车布置空间，连接上述部件所需的线束及管路也相应需要较短，有利于项目整体成本管控。
实施例2
基于同样的构思，本实施例提供了一种燃料电池车辆，包括燃料电池模块6、散热装置7、蓄电池8、低压电器组件9、驱动电机10以及实施例1提供的动力电池组件。其中，燃料电池模块6即电堆与电源分配单元3电连接；散热装置7、蓄电池8、低压电器组件9与燃料电池模块6均电连接；驱动电机10与燃料电池模块6和电源分配单元3电连接。该燃料电池的其他为详细介绍结构均可参考现有技术。
与实施例1相同，考虑到氢能源汽车燃电系统所需散热能力较大，现有技术中存在无法满足散热需求、散热效果波动不佳的技术问题，本实施例中，电压转换模块4包括第一电压转换装置41以及第二电压转换装置42，且第一电压转换装置41的转换电压高于第二电压转换装置42的转换电压。散热装置7与第一电压转换装置41电连接；第二电压转换装置42与蓄电池8、车内的低压电器组件9及电池冷却系统5电连接。
本实施例中的低压电器组件包括但不限于车辆灯光器件、搭载于车辆上的外部器件等，该低压电器组件以及该车辆的其他未详细介绍结构均可参考现有技术以及实施例1的内容。
以散热装置7为24V风扇的方案为例，本实施例提供的燃料电池车辆的使用方法和工作原理如下：
本方案是将电池模组2、整车PDU、24VDCDC、12VDCDC及电池冷却系统5等统一集成到电池包壳内，且实现了各构件的模块化布局，并通过不同的接口对外产生连接用电。燃料电池化学反应产生的电能通过PDU输送给车辆用电提供电能、为车辆行驶提供动能以及通过PDU储存在电池模组2中，同时具体的：燃料电池化学反应产生的电能以及电池模组2的电量通过PDU给驱动电机10供电；另外，通过PDU输送至24V DCDC以转换到低压24V供给电堆的24V风扇使用，输送至12V DCDC以转换到低压12V供给车内的低压电器组件9、12V蓄电池8及封装箱56内集成的循环组件52中的用电器件用电。
通过上述实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：
与现有技术相比，本发明提供的动力电池组件以及具有该动力电池组件的燃料电池车辆，通过将PDU、DCDC、电池冷却系统均集成于壳体内，形成多合一动力系统，且为模块化布局，组装简单，设计形式体现在整车中时，整个动力电池组件分布紧凑，可以有效节约整车布置空间，利于整车设计空间的利用。同时连接上述部件所需的线束及管路也相应需要较短，缩短了连接电池模组及BMS等线束以及冷却系统回路中所需管路，有利于项目整体成本管控。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种动力电池组件，其特征在于，包括：
壳体，具有容纳腔；
电池冷却系统，设置于所述容纳腔内，包括相连通的水冷板和循环组件，所述水冷板铺设于所述壳体内；
电池模组，设置于所述容纳腔内，且位于所述水冷板上；
电压转换模块，设置于所述容纳腔，所述电压转换模块与所述循环组件中的用电器件电连接；
电源分配单元，设置于所述容纳腔，所述电源分配单元与所述电池模组、所述电压转换模块分别电连接。
2.如权利要求1所述的动力电池组件，其特征在于，所述容纳腔包括第一安装区和第二安装区，所述第一安装区和所述第二安装区沿所述壳体的长度方向或宽度方向并排设置；所述电池模组设置于所述第一安装区；所述电源分配单元、所述电压转换模块均设置于所述第二安装区。
3.如权利要求2所述的动力电池组件，其特征在于，所述容纳腔还包括第三安装区；所述循环组件设置于所述第三安装区；所述第二安装区和所述第三安装区沿所述壳体的长度方向或宽度方向并排设置。
4.如权利要求3所述的动力电池组件，其特征在于，所述第二安装区和所述第三安装区位于所述第一安装区的同侧；
所述第一安装区和所述第二安装区沿所述壳体的长度方向并排设置；所述第二安装区和所述第三安装区沿所述壳体的宽度方向并排设置。
5.如权利要求1-4中任一项所述的动力电池组件，其特征在于，所述电压转换模块与所述电源分配单元堆叠设置，且所述电压转换模块位于所述电源分配单元上。
6.如权利要求5所述的动力电池组件，其特征在于，所述电压转换模块包括第一电压转换装置和第二电压转换装置；且所述第一电压转换装置的转换电压高于所述第二电压转换装置的转换电压。
7.如权利要求6所述的动力电池组件，其特征在于，所述第一电压转换装置和所述第二电压转换装置并排设置于所述电源分配单元上。
8.如权利要求1-4、6-7中任一项所述的电池动力组件，其特征在于，所述电池冷却系统还包括封装箱，所述循环组件封装于所述封装箱内，所述封装箱上设置有用于对外连接的电路接口和水路接口。
9.一种燃料电池车辆，其特征在于，包括：
权利要求1-8中任一项所述的动力电池组件；
燃料电池模块，与所述电源分配单元电连接；
散热装置，与所述电压转换模块连接，用于对所述燃料电池模块散热；
蓄电池，与所述燃料电池模块电连接；
低压电器组件，与所述燃料电池模块电连接；
驱动电机，与所述电源分配单元电连接。
10.如权利要求9所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述电压转换模块包括，
第一电压转换装置和第二电压转换装置；且所述第一电压转换装置的转换电压高于所述第二电压转换装置的转换电压；
所述散热装置与所述第一电压转换装置电连接；所述第二电压转换装置与所述蓄电池、低压电器组件以及所述电池冷却系统的用电器件电连接。
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