CN210000133U - 一种燃料电池混合动力汽车的高压配电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池混合动力汽车的高压配电系统，包括高压配电箱、动力电池、燃料电池系统、整车控制器，所述高压配电箱包括箱体，所述箱体内设置有高压配电单元；所述动力电池与所述动力电池接口相连；所述燃料电池系统包括燃料电池堆，所述燃料电池堆的电极与所述燃料电池接口相连，所述燃料电池堆的出水口与气液分离装置的入水口相连，所述入水口的水流可落至设置在所述气液分离装置内的叶轮上，所述气液分离装置的顶部设置有氢气浓度传感器，所述氢气浓度传感器与燃料电池的控制器相连。该高压配电系统的各电源间协同工作，且能及时、有效的检测氢燃料电池堆内部因破损而导致的氢泄漏。

Description

一种燃料电池混合动力汽车的高压配电系统

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车技术领域，具体地涉及一种燃料电池混合动力汽车的高压配电系统。

背景技术

随着国家对环境保护的要求日益提高，人们的环保意识也不断增强，汽车作为人们日常出行的主要代步工具之一，其采用的技术是否环保，对环境的影响不容小觑。燃料电池混合动力汽车是新能源汽车中较为典型的一种，其特点是可以大幅减少污染环境的氮氧化合物的产生。

燃料电池混合动力汽车一般采用燃料电池和动力电池作为双动力系统，可以根据预设的程序根据不同工况进行切换。根据氢/空质子交换膜燃料电池的工作机理，燃料电池堆工作时内部长时间处于高温、高压、潮湿等相对恶劣的环境，这会加速燃料电池内部各个部件的侵蚀老化，有可能出现电池堆内部破损，包括极板的腐蚀破裂、膜片破损以及密封圈老化失效等故障，一旦出现以上故障，容易出现氢气泄漏的现象，当氢气浓度达到一定临界值时，在催化剂作用下，将会导致氢气发生剧烈反应甚至爆炸的危险。但是，在电池堆内部发生破损泄漏初期，泄漏点通常较小，一般的检测方法很难检测出来。因而，及时、有效的检测氢气泄漏对于燃料电池的高压配电系统的安全运行是至关重要的。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种燃料电池混合动力汽车的高压配电系统，包括：

高压配电箱，所述高压配电箱包括箱体，所述箱体内设置有高压配电单元，所述箱体的外壁设置有充电机接口、动力电池接口、电机控制器接口、燃料电池接口；

动力电池，所述动力电池与所述动力电池接口相连；

燃料电池系统，所述燃料电池系统包括燃料电池堆，所述燃料电池堆的电极与所述燃料电池接口相连，所述燃料电池堆的出水口与气液分离装置的入水口相连，所述入水口的水流可落至设置在所述气液分离装置内的叶轮上，所述气液分离装置的顶部设置有氢气浓度传感器，所述氢气浓度传感器与燃料电池的控制器相连；

整车控制器，所述整车控制器与所述高压配电单元、动力电池、燃料电池系统相连。

进一步地，所述高压配电单元包括主回路以及并联的放电回路一、放电回路二，所述主回路包括串联的动力电池接口、第一熔断器、第一接触器、电机控制器接口，所述动力电池接口包括动力电池正极接口、动力电池负极接口，所述动力电池正极接口设置有与所述放电回路一的一端相连的第一连接点、与所述放电回路二的一端相连的第二连接点，所述动力电池负极接口设置有与所述放电回路一的另一端相连的第三连接点、与所述放电回路二的另一端相连的第四连接点，所述放电回路一包括串联的充电机接口、第二接触器、第二熔断器；所述放电回路二包括串联的燃料电池接口、三合一电源、第三熔断器、第三接触器。

进一步地，所述主回路还包括与所述第一接触器并联的包括串联的第四接触器、第一预充电阻的预充电路一，所述放电回路二还包括与所述第三接触器并联的包括串联的第五接触器、第二预充电阻的预充电路二。

进一步地，所述气液分离装置包括气液分离罐，所述气液分离罐的侧壁设置有所述入水口，所述气液分离罐内设置有所述叶轮，与所述入水口相连且位于所述叶轮上方的所述气液分离罐内设置有导水槽，所述导水槽的底部设置有伸至所述叶轮附近的导流管。

进一步地，所述导流管竖向弯折呈波浪状。

进一步地，所述气液分离装置内设置有与所述燃料电池的控制器相连的液位传感器，所述燃料电池的控制器与所述整车控制器相连。

进一步地，所述燃料电池堆的氢气出口与氢气循环泵的入口相连，所述氢气循环泵的出口与所述燃料电池堆的氢气入口相连。

进一步地，所述箱体的顶部设置有换热片，所述换热片包括一端伸入所述箱体内的导热片、另一端位于所述箱体外的散热片。

本实用新型提供的一种燃料电池混合动力汽车的高压配电系统，各电源间协同工作，且能及时、有效的检测氢燃料电池堆内部因破损而导致的氢泄漏。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种燃料电池混合动力汽车的高压配电系统的结构框图；

图2是本实用新型提供的箱体的结构示意图；

图3是本实用新型提供的高压配电单元的电路结构示意图；

图4是本实用新型提供的三合一电源的结构示意图；

图5是本实用新型提供的燃料电池系统的结构示意图；

其中，1、箱体；101、充电机接口；102、动力电池接口；103、电机控制器接口；104、燃料电池接口；105、换热片；201、燃料电池堆；202、储氢罐；203、氢气入口；204、空气压缩机；205、氧气入口；206、氢气循环泵；207、氢气出口；208、出水口；209、气液分离罐；210、叶轮；211、导水槽；212、导流管； 213、氢气浓度传感器；214、燃料电池的控制器；215、液位传感器；216、排气阀；217、排水阀；301、第一连接点；302、第二连接点；303、第三连接点；304、第四连接点。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1至图5所示，本实用新型提供了一种燃料电池混合动力汽车的高压配电系统，包括高压配电箱、动力电池、燃料电池系统、整车控制器，所述高压配电箱包括箱体1，所述箱体1内设置有高压配电单元，所述箱体的外壁设置有充电机接口101、动力电池接口102、电机控制器接口103、燃料电池接口104；所述动力电池与所述动力电池接口102相连；所述燃料电池系统包括燃料电池堆 201，所述燃料电池堆201的电极与所述燃料电池接口104相连，所述燃料电池堆的出水口208与气液分离装置的入水口相连，所述入水口的水流可落至设置在所述气液分离装置内的叶轮210上，所述气液分离装置的顶部设置有氢气浓度传感器213，所述氢气浓度传感器213与燃料电池的控制器214相连；所述整车控制器与所述高压配电单元、动力电池、燃料电池系统相连。

可以理解的是，在停车的时候，通过充电机接口与充电机相连，从而为动力电池充电或者为负载供电，负载可以为空调控制器、电除霜系统；电机控制器与电机控制器接口相连，电机与电机控制器相连，从而带动电机工作；汽车刚启动时，由动力电池给燃料电池的控制器、空气压缩机、发动机供电以驱动燃料电池系统发电，之后，燃料电池给动力电池充电、还给负载供电；由电池堆出水口流出的水以及少量的氢气、氧气经气液分离装置的入水口落至叶轮上，进而推动叶轮转动，从而使得氢气、氧气从水中分离出来，分离出来的氢气、氧气向上运动，又由于氢气的密度要远小于氧气的密度，因而氢气、氧气分层，且氢气在上层，氧气在下层，气液分离装置顶部的氢气浓度传感器可以及时且灵敏地检测出氢气浓度，当氢气浓度高于预设值时，氢气浓度传感器发送报警信号给燃料电池控制器，燃料电池控制器将报警信号传送给整车控制器，整车控制器就会回馈一个关闭电池堆信号给燃料电池控制器，以此及时关闭电池堆。

在本实用新型的实施方式中，如图3所示，所述高压配电单元包括主回路以及并联的放电回路一、放电回路二，所述主回路包括串联的动力电池接口、第一熔断器HF1、第一接触器HK1、电机控制器接口，所述动力电池接口包括动力电池正极接口、动力电池负极接口，所述动力电池正极接口设置有与所述放电回路一的一端相连的第一连接点301、与所述放电回路二的一端相连的第二连接点 302，所述动力电池负极接口设置有与所述放电回路一的另一端相连的第三连接点303、与所述放电回路二的另一端相连的第四连接点304，所述放电回路一包括串联的充电机接口、第二接触器HK2、第二熔断器HF2；所述放电回路二包括串联的燃料电池接口、三合一电源、第三熔断器HF3、第三接触器HK3。所述主回路还包括与所述第一接触器HK1并联的包括串联的第四接触器HK4、第一预充电阻R1的预充电路一，所述放电回路二还包括与所述第三接触器HK3并联的包括串联的第五接触器HK5、第二预充电阻R2的预充电路二。

可以理解的是，初始时，所有的接触器都是保持断开的状态；当由燃料电池为动力电池充电以及电机控制器供电时，闭合第三接触器HK3、第一接触器HK1；当由动力电池为电机控制器供电时，闭合第一熔断器HK1、第二熔断器HK3；同理，当由燃料电池供电切换为动力电池供电时闭合相应的熔断器。预充电路一以及预充电路二避免瞬时大电流对后续电路元件和设备造成损坏。

具体地，所述三合一电源包括DC/DC控制器以及并联的升压DC/DC转换器、第一降压DC/DC转换器、第二降压DC/DC转换器、DC/DC控制器，所述升压DC/DC 转换器、第一降压DC/DC转换器、第二降压DC/DC转换器并联后的一端与所述第三熔断器HF3相连，所述升压DC/DC转换器的另一端与所述燃料电池的发动机相连，所述第一降压DC/DC转换器的另一端与所述燃料电池的控制器相连，所述第二降压DC/DC转换器的另一端与所述燃料电池的空气压缩机相连，所述DC/DC 控制器与所述整车控制器相连用于控制所述升压DC/DC转换器、第一降压DC/DC 转换器、第二降压DC/DC转换器的工作状态。

可以理解的是，燃料电池系统启动前需由动力电池向燃料电池控制器预先提供12V的辅助电源，动力电池输出的高电压需由第一降压DC/DC转换器转换为 12V的直流电，以便为燃料电池的控制器提供电源，而燃料电池的控制器得电后，还需要动力电池输出的高电压通过第二降压DC/DC转换器为燃料电池的空气压缩机提供300V～375V的工作电压；燃料电池的发动机发出100V～400V的直流电后，再通过升压DC/DC3升压DC/DC转换器转化成450V～750V的稳定直流电储存在动力电池中。

在本实用新型的实施方式中，如图5所示，所述气液分离装置包括气液分离罐209，所述气液分离罐209的侧壁设置有所述入水口，所述气液分离罐209 内设置有所述叶轮210，与所述入水口相连且位于所述叶轮210上方的所述气液分离罐209内设置有导水槽211，所述导水槽211的底部设置有伸至所述叶轮210 附近的导流管212。所述导流管212竖向弯折呈波浪状。所述气液分离罐的顶部还设置有排气阀216，底部设置有排水阀217。

可以理解的是，从电池堆的出水口流出的水以及少量的氢气、氧气流至导水槽内时，由于导水槽呈半圆状，因而流至导水槽内的水以及少量的氢气、氧气经初次分离，有小部分氢气、氧气向上流动而与水分离；初次剩下的水以及氢气、氧气流至波浪状的导流管并经导流管的扰流进一步分离，进一步分离出的氢气、氧气在从导流管流至叶轮的过程中向上流动而与水分离，落至叶轮上的水流推动叶轮转动，从而使得剩下的氢气、氧气从水中分离出来，如此，以实现气液分离比较彻底，从而保证氢气浓度传感器检测的准确性。

在本实用新型的实施方式中，所述气液分离装置内设置有与所述燃料电池的控制器214相连的液位传感器215，所述燃料电池的控制器214与所述整车控制器相连。如此，当气液分离罐内的水储存到一定量时，液位传感器发出信号给燃料电池的控制器，以便打开排水阀将水及时排出。

在本实用新型的实施方式中，燃料电池堆还包括氢气入口203、氢气出口207、氧气入口205，所述氢气入口与储氢罐202相连，所述氧气入口205与空气压缩机204相连，所述燃料电池堆的氢气出口207与氢气循环泵206的入口相连，所述氢气循环泵206的出口与所述燃料电池堆的氢气入口203相连。如此，以避免氢气的浪费。

在本实用新型的实施方式中，所述箱体1的顶部设置有换热片105，所述换热片105包括一端伸入所述箱体内的导热片、另一端位于所述箱体外的散热片。

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

Claims (8)

1.一种燃料电池混合动力汽车的高压配电系统，其特征在于，包括：

高压配电箱，所述高压配电箱包括箱体，所述箱体内设置有高压配电单元，所述箱体的外壁设置有充电机接口、动力电池接口、电机控制器接口、燃料电池接口；

动力电池，所述动力电池与所述动力电池接口相连；

燃料电池系统，所述燃料电池系统包括燃料电池堆，所述燃料电池堆的电极与所述燃料电池接口相连，所述燃料电池堆的出水口与气液分离装置的入水口相连，所述入水口的水流可落至设置在所述气液分离装置内的叶轮上，所述气液分离装置的顶部设置有氢气浓度传感器，所述氢气浓度传感器与燃料电池的控制器相连；

整车控制器，所述整车控制器与所述高压配电单元、动力电池、燃料电池系统相连。

2.根据权利要求1所述的燃料电池混合动力汽车的高压配电系统，其特征在于，所述高压配电单元包括主回路以及并联的放电回路一、放电回路二，所述主回路包括串联的动力电池接口、第一熔断器、第一接触器、电机控制器接口，所述动力电池接口包括动力电池正极接口、动力电池负极接口，所述动力电池正极接口设置有与所述放电回路一的一端相连的第一连接点、与所述放电回路二的一端相连的第二连接点，所述动力电池负极接口设置有与所述放电回路一的另一端相连的第三连接点、与所述放电回路二的另一端相连的第四连接点，所述放电回路一包括串联的充电机接口、第二接触器、第二熔断器；所述放电回路二包括串联的燃料电池接口、三合一电源、第三熔断器、第三接触器。

3.根据权利要求2所述的燃料电池混合动力汽车的高压配电系统，其特征在于，所述主回路还包括与所述第一接触器并联的包括串联的第四接触器、第一预充电阻的预充电路一，所述放电回路二还包括与所述第三接触器并联的包括串联的第五接触器、第二预充电阻的预充电路二。

4.根据权利要求1所述的燃料电池混合动力汽车的高压配电系统，其特征在于，所述气液分离装置包括气液分离罐，所述气液分离罐的侧壁设置有所述入水口，所述气液分离罐内设置有所述叶轮，与所述入水口相连且位于所述叶轮上方的所述气液分离罐内设置有导水槽，所述导水槽的底部设置有伸至所述叶轮附近的导流管。

5.根据权利要求4所述的燃料电池混合动力汽车的高压配电系统，其特征在于，所述导流管竖向弯折呈波浪状。

6.根据权利要求1所述的燃料电池混合动力汽车的高压配电系统，其特征在于，所述气液分离装置内设置有与所述燃料电池的控制器相连的液位传感器，所述燃料电池的控制器与所述整车控制器相连。

7.根据权利要求1所述的燃料电池混合动力汽车的高压配电系统，其特征在于，所述燃料电池堆的氢气出口与氢气循环泵的入口相连，所述氢气循环泵的出口与所述燃料电池堆的氢气入口相连。

8.根据权利要求1所述的燃料电池混合动力汽车的高压配电系统，其特征在于，所述箱体的顶部设置有换热片，所述换热片包括一端伸入所述箱体内的导热片、另一端位于所述箱体外的散热片。

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