CN211238401U - 一种燃料电池发动机及燃料电池车 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种燃料电池发动机，包括框架、电堆、电池控制单元、空气系统、氢气系统以及冷却系统，框架的前安装层上安装有电堆，后安装层上安装有空气系统中的空压机和中冷器。本实用新型中所公开的燃料电池发动机中，采用了一个整体的框架，并将该框架分为前安装层和后安装层，框架本身即可以为燃料电池发动机中的各个零部件提供安装基础，无需额外增加安装支架，这就可以有效简化燃料电池发动机的结构，减少零部件数量，从而减小燃料电池的整体尺寸；另外，将电堆、空压机以及中冷器分别安装于框架的前安装层和后安装层可以充分利用发动机舱的前后空间，有效提高燃料电池发动机整体结构的紧凑性，本实用新型还公开了一种燃料电池车。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种车用燃料电池发动机及燃料电池车。
背景技术
燃料电池具有发电效率高、环境污染小、比能量高、噪音低、燃料范围广的优点，鉴于目前世界各国对于环境保护越来越重视，因此燃料电池也获得了更为广泛的应用。
燃料电池发动机是燃料电池在车用动力总成中的一种应用，在燃料电池车中，燃料电池发动机通常作为一个动力总成布置在整车发动机舱内，但车辆用于布置动力总成的空间非常有限，尤其对于乘用车而言情况更是如此，因此对于燃料电池的紧凑程度要求非常高。
燃料电池发动机通常包括控制单元、电堆以及辅助系统零件，辅助系统零件通常包括空气系统、氢气系统、冷却系统等，目前燃料电池发动机中各部件之间的布置不够合理，为了固定每个部件，还针对每个部件设计了适配的安装支架，这导致整个燃料电池发动机的紧凑性较低，对于车辆的发动机舱空间要求较高，而这会给燃料电池发动机在发动机舱空间有限的燃料电池车内的布置带来较大困难。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的之一在于提供一种燃料电池发动机，以优化燃料电池发动机的布局结构，提高燃料电池发动机的整体紧凑性，从而满足燃料电池车狭小空间的布置要求。
本实用新型的另一目的在于提供一种安装有上述燃料电池发动机的燃料电池车。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种燃料电池发动机，包括框架、电堆、电池控制单元、空气系统、氢气系统以及冷却系统，所述框架具有前安装层和后安装层，所述前安装层上安装有所述电堆，所述后安装层上安装有所述空气系统中的空压机和中冷器。
优选地，除所述空压机和所述中冷器之外，所述空气系统还包括位于所述空压机上游并通过空气管路与所述空压机相连的空气滤清器、位于所述空压机下游并通过所述空气管路与所述空压机相连的空气进气阀以及与所述燃料电池发动机的空气出口相连的空气排气阀，其中，
所述空气滤清器安装在所述框架的左侧或右侧；
所述空气进气阀以及所述空气排气阀直接安装在所述电堆的下端板上。
优选地，所述电池控制单元安装在所述框架的左侧或右侧。
优选地，所述氢气系统包括用于与储氢瓶相连的氢气管路、用于调节氢气压力并与所述燃料电池发动机的氢气入口连通的氢气喷射器、用于与所述燃料电池发动机的氢气出口连通的排氢电磁阀、一端与所述氢气出口连通，另一端与所述氢气入口连通的氢气循环管、设置在所述氢气循环管上的循环泵、用于控制所述循环泵的控制器，其中，
所述氢气喷射器以及所述排氢电磁阀直接安装在所述电堆的下端板上；
所述循环泵安装于所述后安装层；
所述控制器安装在所述框架的左侧或右侧。
优选地，所述冷却系统包括用于与冷却水储存箱相连的冷却水管路、设置在所述冷却水管路上的水泵、与所述水泵通过所述冷却水管路相连的节温器、一端与所述节温器相连，另一端与所述水泵的进水口相连的第一循环管、一端与所述节温器相连，另一端与所述水泵的进水口相连的第二循环管、设置在所述第一循环管上的去离子器、设置在所述第二循环管路上的散热器，其中，
所述去离子器安装在所述框架的左侧或右侧；
所述节温器直接安装在所述电堆的下端板上；
所述水泵安装在所述后安装层。
优选地，所述电堆的下端板上还安装有用于检测所述氢气系统的氮气维护管。
优选的，还包括直接安装在所述电堆的下端板上并用于分离氢气中水分的分水器，且所述分水器连通于所述氢气喷射器的上游。
优选的，电堆的下端板上还安装有与所述氢气管路相连的氢气安全阀。
优选的，所述燃料电池发动机的直流变换器安装在所述后安装层上。
本实用新型中所公开的燃料电池车，安装有燃料电池发动机，并且该燃料电池发动机为上述任意一项中所公开的燃料电池发动机。
由以上技术方案可以看出，本实用新型中所公开的燃料电池发动机中，采用了一个整体的框架，并将该框架分为前安装层和后安装层，框架本身即可以为燃料电池发动机中的各个零部件提供安装基础，无需额外增加安装支架，这就可以有效简化燃料电池发动机的结构，减少零部件数量，从而减小燃料电池的整体尺寸；
另外，燃料电池发动机中占用空间最大的两个部件为电堆和空压机，将电堆、空压机以及中冷器分别安装于框架的前安装层和后安装层可以充分利用发动机舱的前后空间，有效提高燃料电池发动机整体结构的紧凑性，进而给燃料电池发动机在发动机舱空间有限的燃料电池车内的布置带来便利。
本实用新型中所公开的燃料电池车，由于采用了上述燃料电池发动机，因此该燃料电池车兼具上述燃料电池发动机相应的技术优点，本文中对此不再进行赘述。
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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本实用新型实施例中所公开的燃料电池发动机的前部结构示意图；
图2为本实用新型实施例中所公开的燃料电池发动机的后部结构示意图；
图3为图1中所公开的燃料电池的底部结构示意图；
图4为图1中电堆下端板的局部结构示意图。
其中，
1为控制器，2为循环泵，3为电堆，4为去离子器，5为电池控制单元，6为水泵，7为中冷器，8为空压机，9为直流变换器，10为第一冷却液转换接头，11为空气进气阀，12为第二冷却液转换接头，13为氢气喷射器，14为氢气安全阀，15为空气排气阀，16为节温器，17为分水器，18为氮气维护管，19为排氢电磁阀。
具体实施方式
本实用新型的核心在于提供一种燃料电池发动机，以优化燃料电池发动机的布局结构，提高燃料电池发动机的整体紧凑性，从而满足燃料电池车狭小空间的布置要求。
本实用新型的另一目的在于提供一种安装有上述燃料电池发动机的燃料电池车。
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。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。
请同时结合图1至图4进行理解，本实用新型中所公开的燃料电池发动机，包括框架、电堆3、电池控制单元5、空气系统、氢气系统以及冷却系统，框架用于为燃料电池发动机的各个零部件提供安装基础，框架具体分为前安装层和后安装层，前安装层上安装有上述电堆3，后安装层上安装有空气系统中的空压机8和中冷器7。
本实用新型中所公开的燃料电池发动机中，采用了一个整体的框架，该框架分为前安装层和后安装层，框架本身为燃料电池发动机的各个零部件提供了安装基础，无需额外增加安装支架，这就有效简化了燃料电池发动机的结构，减少了零部件的数量，从而减小了燃料电池的整体尺寸；
本领域技术人员能够理解的是，燃料电池发动机中占用空间最大的两个部件分别为电堆3和空压机8，电堆3、空压机8以及中冷器7分别安装在框架的前安装层和后安装层可以充分利用发动机舱的前后空间，有效提高燃料电池发动机整体结构的紧凑性，进而给燃料电池发动机在发动机舱空间有限的燃料电池车内的布置带来便利。
需要进行说明的是，本实用新型实施例中的方位按照如下方式定义：
燃料电池车的车头所朝向的一侧定义为前端，车尾朝向的一侧定义为后端，当人面对车辆站立时，左手侧定义为左端，右手侧定义为右端。
本实用新型实施例中所公开的燃料电池发动机中，空气系统除了空压机8和中冷器7之外，还包括位于空压机8上游并通过空气管路与空压机8相连的空气滤清器、位于空压机8下游并通过空气管路与空压机8相连的空气进气阀11，以及与燃料电池发动机的空气出口相连的空气排气阀15，空气滤清器安装在框架的左侧或右侧，空气进气阀11以及空气排气阀15直接安装在电堆3的下端板上。
燃料电池发动机进行工作时，空气经过空气滤清器过滤后进入空压机8，被空压机8压缩为高温气体之后经过管路接入中冷器7进行冷却降温，之后经过空气进气阀进入电堆3进行反应，反应后的空气经过空气排气阀15排出，经尾排空气管路连通至整车尾排管路。
应当理解，所谓直接安装就是指不采用其他安装支架等中间部件，仅通过连接件将空气进气阀11以及空气排气阀15安装在电堆3的下端板上。
更进一步的，为了充分利用发动机舱左右两侧的安装空间，本实施例中所公开的燃料电池发动机，将尺寸相对较小的电池控制单元5安装在框架的左侧或者右侧。
氢气系统包括氢气管路、氢气喷射器13、排氢电磁阀19、氢气循环管、循环泵2以及控制器1，氢气管路用于与储氢瓶相连，氢气喷射器13用于调节氢气压力并且氢气喷射器13与燃料电池发动机的氢气入口连通，排氢电磁阀19用于与燃料电池发动机的氢气出口连通，氢气循环管的一端与氢气出口连通，另一端与氢气入口连通，循环泵2设置在氢气循环管上，控制器1用于控制循环泵2进行工作，氢气喷射器13以及排氢电磁阀19直接安装在电堆3的下端板上，循环泵2安装在后安装层上，控制器1安装在框架的左侧或右侧。
燃料电池发动机工作时，来自于储氢瓶的高压氢气经过氢气喷射器13进行压力调节，之后进入到电堆3内进行反应，反应后的剩余氢气一部分经过排氢电磁阀19排出，另一部分经循环泵2加压后通过氢气循环管再次进入电堆3内参与反应。
由上述技术方案可以看出，空气进气阀11、空气排气阀15、氢气喷射器13以及排氢电磁阀19等部件均直接集成在电堆3的下端板上，无需借助其他中间部件，多种需要相互连通的关联部件共同集成在电堆3的下端板上，可以有效缩短各个部件之间的介质连通管路，从而进一步提高燃料电池发动机的整体结构紧凑性。
本实施例中所公开的燃料电池发动机中，冷却系统包括冷却水管路、水泵6、节温器16、第一循环管、第二循环管、去离子器4以及散热器，冷却水管路用于与冷却水储存箱相连，水泵6设置在冷却水管路上，节温器16与水泵6通过冷却水管路相连通，第一循环管的一端与节温器16相连，另一端与水泵6的进水口相连，第二循环管的一端与节温器相连，另一端与水泵6的进水口相连，去离子器4设置在第一循环管上，散热器设置在第二循环管上，在本实施例中，去离子器4安装在框架的左侧或者右侧，水泵6安装在后安装层，节温器16直接安装在电堆3的下端板上，这可以进一步提高燃料电池发动机的整体结构紧凑性。
燃料电池发动机工作时，冷却液经水泵6加压后进入电堆3，吸收电堆3反应热量后排出至节温器16，根据温度控制要求选择进行小循环经去离子器4或者经进行大循环经外部散热器进行冷却液降温循环，考虑到冷却液流动管路的切换，还可在电堆3的下端板上集成有第一冷却液转换接头10和第二冷却液转换接头12。
考虑到对氢气系统进行维护的便利性，在一种实施例中，电堆3的下端板上还安装有用于检测氢气系统的氮气维护管18，为了避免氢气中的水分进入到电堆3内部，还可以设置分水器17，在本实施例中，分水器17直接安装在电堆3的下端板上，并且分水器17连通于氢气喷射器13的上游；从安全角度考虑，本实施例中还在下端板上安装有氢气安全阀14，该氢气安全阀14与氢气管路相连，以便在必要的情况下进行泄压。
本领域技术人员容易理解的是，燃料电池发动机的直流变换器9的安装位置并不受限制，为了便于与电机连接，本实施例中的直流变换器9安装在框架的后安装层上。
本实用新型所公开的燃料电池车包括但不限于乘用车、商用车、公交车等，燃料电池车安装有燃料电池发动机，并且该燃料电池发动机为上述任意一实施例中所公开的燃料电池发动机。
由于采用了上述燃料电池发动机，因此该燃料电池车兼具上述燃料电池发动机相应的技术优点，本文中对此不再进行赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种燃料电池发动机，包括框架、电堆(3)、电池控制单元(5)、空气系统、氢气系统以及冷却系统，其特征在于，所述框架具有前安装层和后安装层，所述前安装层上安装有所述电堆(3)，所述后安装层上安装有所述空气系统中的空压机(8)和中冷器(7)。
2.如权利要求1所述的燃料电池发动机，其特征在于，除所述空压机(8)和所述中冷器(7)之外，所述空气系统还包括位于所述空压机(8)上游并通过空气管路与所述空压机(8)相连的空气滤清器、位于所述空压机(8)下游并通过所述空气管路与所述空压机(8)相连的空气进气阀(11)以及与所述燃料电池发动机的空气出口相连的空气排气阀(15)，其中，
所述空气滤清器安装在所述框架的左侧或右侧；
所述空气进气阀(11)以及所述空气排气阀(15)直接安装在所述电堆(3)的下端板上。
3.如权利要求1所述的燃料电池发动机，其特征在于，所述电池控制单元(5)安装在所述框架的左侧或右侧。
4.如权利要求1所述的燃料电池发动机，其特征在于，所述氢气系统包括用于与储氢瓶相连的氢气管路、用于调节氢气压力并与所述燃料电池发动机的氢气入口连通的氢气喷射器(13)、用于与所述燃料电池发动机的氢气出口连通的排氢电磁阀(19)、一端与所述氢气出口连通，另一端与所述氢气入口连通的氢气循环管、设置在所述氢气循环管上的循环泵(2)、用于控制所述循环泵(2)的控制器(1)，其中，
所述氢气喷射器(13)以及所述排氢电磁阀(19)直接安装在所述电堆(3)的下端板上；
所述循环泵(2)安装于所述后安装层；
所述控制器(1)安装在所述框架的左侧或右侧。
5.如权利要求1所述的燃料电池发动机，其特征在于，所述冷却系统包括用于与冷却水储存箱相连的冷却水管路、设置在所述冷却水管路上的水泵(6)、与所述水泵(6)通过所述冷却水管路相连的节温器(16)、一端与所述节温器(16)相连，另一端与所述水泵(6)的进水口相连的第一循环管、一端与所述节温器(16)相连，另一端与所述水泵(6)的进水口相连的第二循环管、设置在所述第一循环管上的去离子器(4)、设置在所述第二循环管路上的散热器，其中，
所述去离子器(4)安装在所述框架的左侧或右侧；
所述节温器(16)直接安装在所述电堆(3)的下端板上；
所述水泵(6)安装于所述后安装层。
6.如权利要求4所述的燃料电池发动机，其特征在于，所述电堆的下端板上还安装有用于检测所述氢气系统的氮气维护管。
7.如权利要求4所述的燃料电池发动机，其特征在于，还包括直接安装在所述电堆的下端板上并用于分离氢气中水分的分水器(17)，且所述分水器(17)连通于所述氢气喷射器(13)的上游。
8.如权利要求4所述的燃料电池发动机，其特征在于，电堆(3)的下端板上还安装有与所述氢气管路相连的氢气安全阀(14)。
9.如权利要求1-8任意一项所述的燃料电池发动机，其特征在于，所述燃料电池发动机的直流变换器(9)安装在所述后安装层上。
10.一种燃料电池车，安装有燃料电池发动机，其特征在于，所述燃料电池发动机为如权利要求1-9任意一项所述的燃料电池发动机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 201800 No. 1788, xiechun Road, Anting Town, Jiading District, Shanghai Patentee after: Shanghai jiehydrogen Technology Co.,Ltd. Address before: 201804 unit 10, No.17, Lane 56, Antuo Road, Jiading District, Shanghai Patentee before: Shanghai Jet Hydrogen Technology Co.,Ltd. |