CN117747870A - 氢能源车辆动力装置和氢能源车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氢能源车辆动力装置和氢能源车辆，其中，氢能源车辆动力装置包括氢燃料系统(1)和制冷装置(2)，氢燃料系统(1)用于为氢能源车辆供能；制冷装置(2)包括冷端(21)、热端(22)和半导体制冷件(23)，半导体制冷件(23)连接于冷端(21)和热端(22)之间，在半导体制冷件(23)处于工作状态时，冷端(21)的温度低于热端(22)的温度，冷端(21)被配置为对所述氢燃料系统(1)进行降温。氢能源车辆包括上述氢能源车辆动力装置。

Description

氢能源车辆动力装置和氢能源车辆

技术领域

本发明涉及氢能源车辆技术领域，尤其涉及一种氢能源车辆动力装置和氢能源车辆。

背景技术

随着汽车产业向着“低碳化、信息化、智能化”方向发展，新能源技术成为世界汽车工业关注的焦点。其中，氢能源车辆作为一种重要的新能源汽车类型，其在实现节能减排方面具有显著的优势。在氢能源车辆中，对动力系统进行有效的热管理显得尤为关键，

氢能源车辆的动力系统涉及氢燃料电池的能量转换过程，氢燃料电池具有一定的温度工作范围，超出这一范围可能引发安全隐患，通过对氢燃料电池进行有效的热管理，可以有效提高氢燃料电池的工作效率，并保证氢能源车辆的整体安全性。

需要说明的是，公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提供一种氢能源车辆动力装置和氢能源车辆。

根据本发明的一个方面，提供一种氢能源车辆动力装置，包括：

氢燃料系统，用于为氢能源车辆供能；和

制冷装置，包括冷端、热端和半导体制冷件，半导体制冷件连接于冷端和热端之间，在半导体制冷件处于工作状态时，冷端的温度低于热端的温度，冷端被配置为对氢燃料系统进行降温。

在一些实施例中，氢能源车辆动力装置还包括热交换管路，热交换管路被配置为输送用于对氢燃料系统进行降温的冷却液，热交换管路包括第一换热部和第二换热部，第一换热部邻近冷端设置以使冷端对第一换热部内的冷却液进行降温，第二换热部邻近氢燃料系统设置以使经第一换热部降温后的冷却液对氢燃料系统进行降温。

在一些实施例中，第一换热部包括贴紧冷端设置的换热表面，且换热表面的形状与冷端的表面形状相匹配。

在一些实施例中，氢能源车辆动力装置还包括连接于第一换热部和第二换热部之间的水泵，水泵用于驱动冷却液流动。

在一些实施例中，氢能源车辆动力装置还包括风扇，风扇被配置为向热端送风以对其进行散热。

在一些实施例中，半导体制冷件包括热电单元，热电单元设置在冷端和热端之间，热电单元被配置为在通电时使其靠近冷端的一端温度下降，而靠近热端的一端温度升高。

在一些实施例中，热电单元包括串联的P型半导体和N型半导体。

在一些实施例中，半导体制冷件包括多个串联布置的热电单元。

在一些实施例中，半导体制冷件与氢燃料系统的供电口电连接。

根据本发明的另一个方面，提供一种氢能源车辆，该氢能源车辆包括上述的氢能源车辆动力装置。

基于上述技术方案，本发明采用具有半导体制冷件的制冷装置进行制冷并对氢燃料系统进行降温，基于半导体制冷的特点，半导体制冷件的结构简单，并且体积可以设置得较小，因此能够实现制冷装置的紧凑设置，有助于优化氢能源车辆动力装置的空间布局；并且半导体制冷的响应速度快，能够迅速调整制冷效果，有助于适应氢燃料系统的实际应用过程中所面对的不同冷却需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明氢能源车辆动力装置一个实施例的示意图；

图2示出了本发明氢能源车辆动力装置一个实施例中制冷装置、风扇和热交换管路的第一换热部的装配示意图；

图3a、图3b和图3c分别示出了图2中部件的主视图、左视图和俯视图；

图4示出了本发明氢能源车辆动力装置一个实施例中制冷装置的结构示意图；

图5示出了本发明氢能源车辆动力装置一个实施例中制冷装置的冷端、热端和半导体制冷件的结构示意图。

图中：

1、氢燃料系统；2、制冷装置；21、冷端；22热端；23、半导体制冷件；3、热交换管路；31、第一换热部；32、第二换热部；4、水泵；5、风扇。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等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发明和简化描述，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发明保护范围的限制。

参考图1、图2、图3a、图3b和图3c所示，在本发明提供的氢能源车辆动力装置的一些实施例中，该氢能源车辆动力装置包括氢燃料系统1和制冷装置2，氢燃料系统1用于为氢能源车辆供能，制冷装置2包括冷端21、热端22和半导体制冷件23，半导体制冷件23连接于冷端21和热端22之间，在半导体制冷件23处于工作状态时，冷端21的温度低于热端22的温度，冷端21被配置为对氢燃料系统1进行降温。

通过设置制冷装置2，在制冷装置2中的半导体制冷件23处于工作状态时，能够通过冷端21对氢燃料系统1进行降温，进而将氢燃料系统1维持在适宜的工作温度范围内。

相比传统的风冷系统、压缩式制冷散热系统，本发明采用具有半导体制冷件23的制冷装置2进行制冷，制冷设备具有结构简单、体积小巧的特点，参考图4所示，制冷装置2可以设置得很薄，因此能够实现紧凑的设置，有助于优化氢能源车辆动力装置的空间布局；并且半导体制冷的响应速度快，能够迅速调整制冷效果，有助于快速适应氢能源车辆的实际应用过程中变化的工况所对应的氢燃料系统1的不同冷却需求。

参考图1所示，在一些实施例中，氢能源车辆动力装置还包括热交换管路3，热交换管路3被配置为输送用于对氢燃料系统1进行降温的冷却液，热交换管路3包括第一换热部31和第二换热部32，第一换热部31邻近冷端21设置以使冷端21对第一换热部31内的冷却液进行降温，第二换热部32邻近氢燃料系统1设置以使经第一换热部31降温后的冷却液对氢燃料系统1进行降温。

热交换管路3的具体设置方式和布局位置可以根据氢能源车辆动力装置的整体结构布局进行调整，例如基于对氢燃料系统1进行降温的目的，将热交换管路3围绕氢燃料系统1的发热部位设置，以提高对氢燃料系统1的降温效率。

在一些实施例中，第一换热部31包括贴紧冷端21设置的换热表面，且换热表面的形状与冷端21的表面形状相匹配。

通过在第一换热部31上设置贴紧冷端21设置的换热表面，则在冷却液流经该换热表面时，冷端21能够近距离对冷却液进行降温，保证冷端21与冷却液之间具有较高的换热效率。例如，在如图2、图3a、图3b和图3c所示的实施例中，冷端21的靠近第一换热部31的表面为平面，则第一换热部31上靠近冷端21的换热表面也为设置平面，以便于与冷端21贴紧实现高效换热；或者，也可以将第一换热部31设置为沿冷端21的靠近第一换热部31的表面盘绕设置的管段结构，进而可以通过控制管段的总长度获得所需的换热效果。

为了进一步加快冷却液的流动，提高对氢燃料系统1的降温效果，在一些实施例中，氢能源车辆动力装置还包括连接于第一换热部31和第二换热部32之间的水泵4，水泵4用于驱动冷却液流动。

在一些实施例中，氢能源车辆动力装置还包括风扇5，风扇5被配置为向热端22送风以对其进行散热。

风扇5向热端22送风，实现对热端22的散热效果，避免制冷装置2发生局部过热而影响其制冷效果，进而确保整个氢能源车辆动力装置的可靠性和稳定性。参考图2、图3a、图3b和图3c所示，风扇5可以贴紧热端22设置。

在一些实施例中，半导体制冷件23包括热电单元，热电单元设置在冷端21和热端22之间，热电单元被配置为在通电时使其靠近冷端21的一端温度下降，而靠近热端22的一端温度升高。

在上述实施例中，热电单元基于半导体的热电效应实现其两端的温度变化，进而使冷端21和热端22的温度发生变化，冷端21和热端22可以采用具有良好导热性和绝缘性的材质制造。其中，冷端21可以贴紧热电单元的温度低的一端设置，以提高冷端21热传导效率，热端22可以设置为有助于散热的结构，例如鳍片或孔隙状结构，以提高其散热效率，确保半导体制冷件23的顺利运作。

在一些实施例中，热电单元包括串联的P型半导体和N型半导体。

在热电单元通电的情况下，参考图5所示的方向，P型半导体和N型半导体上端的温度下降、下端的温度上升，并进一步改变冷端21和热端22的温度。

在一些实施例中，半导体制冷件23包括多个串联布置的热电单元，其中热电单元的数量可以基于不同的散热功率需求进行调整。

其中，半导体制冷件23可采用单独的电池进行供电，也可以直接通过氢燃料系统1进行取电。

在一些实施例中，半导体制冷件23与氢燃料系统1的供电口电连接，即半导体制冷件23通过氢燃料系统1直接取电，无需单独配备电源，有助于简化设计，优化氢能源车辆动力装置的整体布局。

下面对本发明氢能源车辆动力装置的一个具体实施例进行说明：

参考图1～图5所示，氢能源车辆动力装置包括氢燃料系统1、制冷装置2、热交换管路3、水泵4和风扇5，氢燃料系统1用于为氢能源车辆供能。

制冷装置2包括冷端21、热端22和半导体制冷件23，半导体制冷件23连接于冷端21和热端22之间，在半导体制冷件23处于工作状态时，冷端21的温度低于热端22的温度；风扇5贴紧制冷装置2的热端22设置以对其进行散热；热交换管路3用于输送用于对氢燃料系统1进行降温的冷却液，热交换管路3包括第一换热部31和第二换热部32，第一换热部31邻近冷端21设置以使冷端21对第一换热部31内的冷却液进行降温，第二换热部32邻近氢燃料系统1设置以使经第一换热部31降温后的冷却液对氢燃料系统1进行降温；水泵4连接于第一换热部31和第二换热部32之间，用于驱动冷却液流动。

参考图1所示，热交换管路3中的冷却液沿顺时针方向流动，冷却液在第一换热部31处与制冷装置2的冷端21冷端发生热交换，在这里冷却液被冷却，进一步，水泵4将被冷端21冷却后的冷却液输送至第二换热部32，在这里冷却液与氢燃料系统1的待散热部件(例如电池组)进行热交换，从而把氢燃料系统1里面的热量带出，与氢燃料系统1进行过热交换的冷却液进一步被输送回第一换热部31，并重复上述过程。通过上述流程，冷却液在热交换管路3中循环，依次与制冷装置2以及氢燃料系统1发生热交换，对氢燃料系统1进行有效的散热，进而保证氢燃料系统1维持在最佳的工作温度范围内。

通过对本发明氢能源车辆动力装置的多个实施例的说明，可以看到本发明氢能源车辆动力装置使用半导体制冷设备作为对氢燃料系统进行散热的主要冷却源，与相关技术中的仅通过空气散热的方案相比，散热效率大幅提高，可以减少冷却风扇的数量，从而减少能量损耗；并且半导体制冷设备的整体尺寸小，有助于优化氢能源车辆整车的零部件布局，进而能够为氢能源车辆动力装置商业化应用打下良好的基础。

基于上述的氢能源车辆动力装置，本发明还提出一种氢能源车辆，该氢能源车辆包括上述的氢能源车辆动力装置。上述各个实施例中氢能源车辆动力装置所具有的积极技术效果同样适用于氢能源车辆，这里不再赘述。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本发明原理的前提下，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，这些修改和等同替换均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种氢能源车辆动力装置，其特征在于，包括：

氢燃料系统(1)，用于为氢能源车辆供能；和

制冷装置(2)，包括冷端(21)、热端(22)和半导体制冷件(23)，所述半导体制冷件(23)连接于所述冷端(21)和所述热端(22)之间，在所述半导体制冷件(23)处于工作状态时，所述冷端(21)的温度低于所述热端(22)的温度，所述冷端(21)被配置为对所述氢燃料系统(1)进行降温。

2.根据权利要求1所述的氢能源车辆动力装置，其特征在于，还包括热交换管路(3)，所述热交换管路(3)被配置为输送用于对所述氢燃料系统(1)进行降温的冷却液，所述热交换管路(3)包括第一换热部(31)和第二换热部(32)，所述第一换热部(31)邻近所述冷端(21)设置以使所述冷端(21)对所述第一换热部(31)内的所述冷却液进行降温，所述第二换热部(32)邻近所述氢燃料系统(1)设置以使经所述第一换热部(31)降温后的所述冷却液对所述氢燃料系统(1)进行降温。

3.根据权利要求2所述的氢能源车辆动力装置，其特征在于，所述第一换热部(31)包括贴紧所述冷端(21)设置的换热表面，且所述换热表面的形状与所述冷端(21)的表面形状相匹配。

4.根据权利要求2所述的氢能源车辆动力装置，其特征在于，还包括连接于所述第一换热部(31)和所述第二换热部(32)之间的水泵(4)，所述水泵(4)用于驱动所述冷却液流动。

5.根据权利要求1所述的氢能源车辆动力装置，其特征在于，还包括风扇(5)，所述风扇(5)被配置为向所述热端(22)送风以对其进行散热。

6.根据权利要求2所述的氢能源车辆动力装置，其特征在于，所述半导体制冷件(23)包括热电单元，所述热电单元设置在所述冷端(21)和所述热端(22)之间，所述热电单元被配置为在通电时使其靠近所述冷端(21)的一端温度下降，而靠近所述热端(22)的一端温度升高。

7.根据权利要求6所述的氢能源车辆动力装置，其特征在于，所述热电单元包括串联的P型半导体和N型半导体。

8.根据权利要求6所述的氢能源车辆动力装置，其特征在于，所述半导体制冷件(23)包括多个串联布置的所述热电单元。

9.根据权利要求6所述的氢能源车辆动力装置，所述半导体制冷件(23)与所述氢燃料系统(1)的供电口电连接。

10.一种氢能源车辆，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的氢能源车辆动力装置。