CN211182375U - 一种高功率密度燃料电池模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高功率密度燃料电池模块，为规则立方体结构或类规则立方体结构，其对外部接口集中处于该立方体结构前后端面的相应位置上；封装箱总成内安装电堆，进排气歧管穿过封装箱总成的一侧侧壁与电堆连接；巡检控制器安装于电堆与封装箱总成固定连接位置的对侧；高压端子与巡检控制器处于相对于电堆的同侧，低压端子处于与巡检控制器相邻的一侧；通风接口与高压端子处于相对于电堆的同侧。本实用新型采用紧凑性结构设计且同时优化相关元件布置的空间拓扑关系，使其具有高功率密度特点及为系统零部件布置提供安装或固定位置的能力，以其作为核心元件的燃料电池系统能够实现结构紧凑，功能完善。

Description

一种高功率密度燃料电池模块

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言，尤其涉及一种应用于车载发电系统使用以驱动车辆的高功率密度燃料电池模块。

背景技术

燃料电池是一种能够持续的通过发生在阳极和阴极的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转换装置。特别地，质子交换膜燃料电池工作时需要连续不断地向电池内输入燃料(氢气)和氧化剂(空气/氧气)，电子便从阳极通过负载流向阴极构成电回路，产生电流。

目前，这种燃料电池因具有可在室温快速启动、无电解液流失、水易排出、寿命长、比功率与比能量高等突出特点而被用来作为车载发电系统使用以驱动车辆。以往，燃料电池模块的设计往缺乏扩展性、集成性，紧凑型相对较差，不利于车辆特别是乘用车上安装及使用。

现有技术中以燃料电池堆和燃料电池系统最为常见，而关于燃料电池模块的设计方案并不多见，例如，发明专利《一种带止回阀功能的穿板管接头及燃料电池》(CN109737245 A)，其结构包括箱体、电堆模块和穿板管接头，电堆模块安装在箱体里面，电堆模块的空气输入口和空气输出口通过管路延伸靠近箱体，在管路的端部设置穿板管接头，它的设计特点在于穿板管接头是带止回阀功能的穿板管接头，然后在管接头的中部外侧连接有带有安装孔的安装板，安装板贴装箱体的外侧板，管接头的一端穿过箱体侧壁的通孔伸入箱体里面并与管路连接。该专利并未考虑元器件之间的协调及联系，空间的利用率不高。在车载发电系统应用中并不具有优势。

随着科技的发展与需要，燃料电池模块设计追求高功率密度，但同时需要对其供给空气、氢气、冷却水，然后其才能对外提供高压电，这些要素对空间的占据往往会形成相互制约，例如单一的空气供应管路会对冷却水供应管路布局带来不便；高压电端子接头一般较长，如单独处于一个方向上，必然形成较大的空间浪费。

综上，当前燃料电池模块仍面临着解决元件布局和功能集成的困扰，如何提供一种合理化空间利用的燃料电池模块成为目前亟待解决的问题。

实用新型内容

根据上述提出现有的车载燃料电池模块扩展性、集成性及紧凑性较差的技术问题，而提供一种高功率密度燃料电池模块。本实用新型通过具有流体分配与集成功能于一体的进排气歧管将电堆固定在封装箱总成的一侧，巡检控制器、高压端子和低压端子安装在封装箱总成的另一侧，从而使得各元器件合理布局在封装箱内，实现结构紧凑，功能完善。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种高功率密度燃料电池模块，其特征在于，所述高功率密度燃料电池模块为规则立方体结构或类规则立方体结构，其对外部接口集中处于该立方体结构前后端面的相应位置上；

主要包括：电堆、巡检控制器、封装箱总成、用于供水与供气的进排气歧管、用于实现所述电堆对外供电的高压端子、为所述巡检控制器提供供电及信号传输通道的低压端子以及用于为所述电堆提供通风用干净空气的通风接口，其中：

所述封装箱总成内安装有所述电堆，所述电堆与所述封装箱总成通过所述封装箱总成的一侧侧壁实现固定连接；所述进排气歧管穿过所述封装箱总成的一侧侧壁与所述电堆连接；

所述巡检控制器安装于所述电堆与所述封装箱总成固定连接位置的对侧；所述高压端子与所述巡检控制器处于相对于所述电堆的同侧，所述低压端子处于与所述巡检控制器相邻的一侧；所述通风接口与所述高压端子处于相对于所述电堆的同侧。

进一步地，所述高功率密度燃料电池模块的防护等级为IP67。

进一步地，所述封装箱总成的上、下端面上设置多个用于实现燃料电池系统集成元件布置的连接固定部，且所述封装箱总成相对的两侧侧壁上至少分别设有2个用于所述封装箱总成固定的固定结构和至少1个模块接地点。

进一步地，所述封装箱总成上还设置有用于实现所述巡检控制器安装和拆卸的巡检端盖。

进一步地，所述进排气歧管具有流体分配与集成功能，流体进出可以按照需求设置，同时集成至少一个空气温度压力一体传感器接口、一个冷却液温度传感器接口、一个氢气温度传感器接口和一个氢气压力传感器接口。

进一步地，所述高压端子具有两芯，分别为正极芯和负极芯，最大载流量为300A-500A。

进一步地，所述低压端子为12PIN插件，插件定义包括12/24V正极、12/24V负极、CANH、CANL、CANGND、高压互锁信号Ⅰ、高压互锁信号Ⅱ。

进一步地，所述通风接口内径为4-12mm，接口型式为竹节式或锁母式。

较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型高功率密度燃料电池模块为规则立方体结构或类规则立方体结构，通过进排气歧管与电堆的连接将电堆设置在封装箱总成的一侧，以及将巡检控制器、高压端子、低压端子设置在与电堆相对的另一侧，使得电池模块的对外部接口集中处于该立方体结构前后端面的相应位置上。

本实用新型基于相关规范采用紧凑性结构设计且同时优化相关元件布置的空间拓扑关系，使其具有高功率密度特点及为系统零部件布置提供安装或固定位置的能力，以其作为核心元件的燃料电池系统能够实现结构紧凑，功能完善，竞争力强等优点。

基于上述理由本实用新型可在车载燃料电池等应用领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型高功率密度燃料电池模块的结构示意图。

图2为本实用新型高功率密度燃料电池模块的带有局部剖切的结构示意图，其中，将封装箱一侧面剖切露出电堆及巡检控制器。

图中：1、电堆；2、巡检控制器；3、封装箱总成；3.1、一侧侧壁；3.2、巡检端盖；3.3、连接固定部；3.4、固定结构；3.5、模块接地点；4、进排气歧管；5、高压端子；6、低压端子；7、通风接口。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种高功率密度燃料电池模块，所述高功率密度燃料电池模块为规则立方体结构或类规则立方体结构，其对外部接口集中处于该立方体结构前后端面的相应位置上。

所述高功率密度燃料电池模块主要包括：

电堆1，安装在封装箱总成3内，与所述封装箱总成3通过所述封装箱总成3的一侧侧壁3.1实现固定连接；进排气歧管4穿过所述封装箱总成3的一侧侧壁3.1与所述电堆1连接；

所述进排气歧管4，用于供水与供气，具有流体分配与集成功能，进排气歧管的结构可以如图1所示，由本体、转换部和连接部构成，其中，转换部在本体内具有彼此相互隔离的腔室，分别为与电堆模块氢气通道、冷却液通道以及空气通道相连通的各腔室；连接部是突出于本体一侧端面的连接区域，其上具有与电堆端板和封装壳体壁上的氢气通道、冷却液通道和空气通道相对应的接入口，相应地，氢气接入口与氢气腔室相连通，冷却液接入口与冷却液腔室相连通，空气接入口与空气腔室相连通。

所述进排气歧管4的流体进出可以按照需求设置，不局限于图示结构，同时集成至少一个空气温度压力一体传感器接口、一个冷却液温度传感器接口、一个氢气温度传感器接口和一个氢气压力传感器接口。所述进排气歧管4的结构形式可以参考并选用申请号为201910644464.9的发明专利《一种燃料电池电堆模块流体分配结构》。

巡检控制器2，安装于所述电堆1与所述封装箱总成3固定连接位置的对侧(如图2所示)，在所述封装箱总成3上还设置有用于实现巡检的拆卸安装，提高维修便捷性的巡检端盖3.2。

高压端子5，用于实现所述电堆1对外供电，与所述巡检控制器2处于相对于所述电堆1的同侧。所述高压端子5具有两芯，分别为正极芯和负极芯，最大载流量为300A-500A。

低压端子6，为所述巡检控制器2提供供电及信号传输通道，处于与所述巡检控制器2相邻的一侧；所述低压端子6为12PIN插件，插件定义包括12/24V正极、12/24V负极、CANH、CANL、CANGND、高压互锁信号Ⅰ、高压互锁信号Ⅱ。

通风接口7，用于为所述电堆1提供通风用干净空气，所述通风接口7与所述高压端子5处于相对于所述电堆1的同侧。所述通风接口7内径为4-12mm，接口型式为竹节式或锁母式。

所述高功率密度燃料电池模块通过极限尺寸密封设计实现防护等级为IP67。

所述封装箱总成3的上、下端面上设置多个用于实现燃料电池系统集成元件布置的连接固定部3.3，如FCU燃料电池控制器，VCU整车控制器等，且所述封装箱总成3相对的两侧侧壁上至少分别设有2个用于所述封装箱总成3固定的固定结构3.4和至少1个模块接地点3.5，如图中所示，同时在封装总成3的立面侧壁上开设4个(一侧2个)固定结构3.4便于与车体安装，并在一个立面侧壁上设置1个模块接地点3.5。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种高功率密度燃料电池模块，其特征在于，所述高功率密度燃料电池模块为规则立方体结构或类规则立方体结构，其对外部接口集中处于该立方体结构前后端面的相应位置上；

主要包括：电堆(1)、巡检控制器(2)、封装箱总成(3)、用于供水与供气的进排气歧管(4)、用于实现所述电堆(1)对外供电的高压端子(5)、为所述巡检控制器(2)提供供电及信号传输通道的低压端子(6)以及用于为所述电堆(1)提供通风用干净空气的通风接口(7)，其中：

所述封装箱总成(3)内安装有所述电堆(1)，所述电堆(1)与所述封装箱总成(3)通过所述封装箱总成(3)的一侧侧壁(3.1)实现固定连接；所述进排气歧管(4)穿过所述封装箱总成(3)的一侧侧壁(3.1)与所述电堆(1)连接；

所述巡检控制器(2)安装于所述电堆(1)与所述封装箱总成(3)固定连接位置的对侧；所述高压端子(5)与所述巡检控制器(2)处于相对于所述电堆(1)的同侧，所述低压端子(6)处于与所述巡检控制器(2)相邻的一侧；所述通风接口(7)与所述高压端子(5)处于相对于所述电堆(1)的同侧。

2.根据权利要求1所述的高功率密度燃料电池模块，其特征在于，所述高功率密度燃料电池模块的防护等级为IP67。

3.根据权利要求1所述的高功率密度燃料电池模块，其特征在于，所述封装箱总成(3)的上、下端面上设置多个用于实现燃料电池系统集成元件布置的连接固定部(3.3)，且所述封装箱总成(3)相对的两侧侧壁上至少分别设有2个用于所述封装箱总成(3)固定的固定结构(3.4)和至少1个模块接地点(3.5)。

4.根据权利要求1所述的高功率密度燃料电池模块，其特征在于，所述封装箱总成(3)上还设置有用于实现所述巡检控制器(2)安装和拆卸的巡检端盖(3.2)。

5.根据权利要求1所述的高功率密度燃料电池模块，其特征在于，所述进排气歧管(4)具有流体分配与集成功能，流体进出可以按照需求设置，同时集成至少一个空气温度压力一体传感器接口、一个冷却液温度传感器接口、一个氢气温度传感器接口和一个氢气压力传感器接口。

6.根据权利要求1所述的高功率密度燃料电池模块，其特征在于，所述高压端子(5)具有两芯，分别为正极芯和负极芯，最大载流量为300A-500A。

7.根据权利要求1所述的高功率密度燃料电池模块，其特征在于，所述低压端子(6)为12PIN插件，插件定义包括12/24V正极、12/24V负极、CANH、CANL、CANGND、高压互锁信号Ⅰ、高压互锁信号Ⅱ。

8.根据权利要求1所述的高功率密度燃料电池模块，其特征在于，所述通风接口(7)内径为4-12mm，接口型式为竹节式或锁母式。

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