CN211265630U - 一种燃料电池发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车辆领域，公开了一种燃料电池发动机，包括电堆，其上设有带有多个接口的电堆歧管模块；防护外壳，罩设于电堆歧管模块外侧，其上设有与接口一一对应的穿设孔，外部管路穿过穿设孔并连接于对应的接口；密封件，与穿设孔一一对应设置，密封件夹设于穿设孔和穿过该穿设孔的外部管路之间；隔音层，其设于防护外壳的内壁。本实用新型将电堆上空气、氢气和冷却液进出的多个接口集成在电堆歧管模块上，为电堆歧管模块增设防护外壳，并在防护外壳上用于穿设外部管路的穿设孔与外部管路之间设置密封件，以起到防水防尘的作用，对电堆歧管模块进行有效的保护；同时在防护外壳的内壁设置隔音层，降低了电堆工作过程中的噪音。

Description

一种燃料电池发动机

技术领域

本实用新型涉及车辆领域，尤其涉及一种燃料电池发动机。

背景技术

电堆是燃料电池发动机系统的核心部件，电堆的外侧设有电堆歧管模块，电堆歧管模块，电堆歧管模块上设有用于连接引射器的进氢接口和出氢接口，用于将空气引入电堆的进气接口，用于将电堆内的空气排出的出气接口，用于将冷却液引入电堆的进液接口，及用于将电堆内的冷却液排出的出液接口。

现有的电堆歧管模块的各个接口与其他结构件连接时未做任何保护措施，在实际使用过程中，防尘防水能力较差；而且电堆工作过程中的噪音较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池发动机，能够对电堆歧管模块进行防护，降低噪音。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种燃料电池发动机，包括电堆，所述电堆上设有带有多个接口的电堆歧管模块，还包括：

防护外壳，罩设于所述电堆歧管模块外侧，所述防护外壳上设有与所述接口一一对应的穿设孔，外部管路穿过所述穿设孔并连接于对应的所述接口；

密封件，与所述穿设孔一一对应设置，所述密封件夹设于所述穿设孔和穿过该穿设孔的所述外部管路之间；

隔音层，所述隔音层设于所述防护外壳的内壁。

作为上述燃料电池发动机的一种优选技术方案，还包括氢气循环系统，所述氢气循环系统的引射器设于所述防护外壳内，所述电堆歧管模块上设有进氢接口和出氢接口，所述引射器的进氢口通过对应的外部管路连接于车辆的储氢系统，同时与所述出氢接口连通，所述引射器的出氢口与所述进氢接口连通。

作为上述燃料电池发动机的一种优选技术方案，还包括主支架和电驱系统，所述主支架具有上下相对的上安装侧和下安装侧，所述电堆设置于所述上安装侧的中心，所述电驱系统通过两个电驱安装支架安装于所述下安装侧的中心。

作为上述燃料电池发动机的一种优选技术方案，还包括空气循环系统，所述空气循环系统包括空压机，所述空压机设于所述电堆面朝车头的第一侧且可拆卸连接于所述上安装侧，所述空压机和所述主支架之间夹设有减震件。

作为上述燃料电池发动机的一种优选技术方案，所述空压机电连接有空压机控制器，所述防护外壳位于所述电堆与所述第一侧相邻的第二侧，所述空压机控制器位于所述防护外壳的上方，所述空压机控制器可拆卸连接于所述电堆和所述防护外壳。

作为上述燃料电池发动机的一种优选技术方案，所述空气循环系统还包括用于对送入所述空压机内的空气进行过滤的空气滤清器，所述空气滤清器的出口与所述空压机的进口等高设置，所述空气滤清器设于所述电堆的第一侧且通过组合支架可拆卸连接于所述上安装侧。

作为上述燃料电池发动机的一种优选技术方案，所述空气循环系统还包括中冷器、膜增湿器，所述空压机、所述中冷器、所述膜增湿器沿空气流动方向依次设置，所述膜增湿器的第一出气口与所述电堆的进气接口连通，所述膜增湿器的第二出气口连接有节气门，所述电堆的出气接口与所述空压机的空气进口连通；

所述膜增湿器位于所述防护外壳正下方且位于所述电驱系统的一侧，所述节气门位于所述电驱系统面朝车尾的一侧，所述中冷器位于所述空压机的正下方且设于所述电驱系统面朝车头的一侧，所述膜增湿器、所述节气门和所述中冷器均可拆卸连接于所述电驱系统。

作为上述燃料电池发动机的一种优选技术方案，还包括水循环系统，所述水循环系统包括沿水流方向依次连通的膨胀水壶和高压水泵，所述高压水泵的出口与所述电堆的进液接口连通，所述高压水泵的进口与所述电堆的出液接口连通；

所述膨胀水壶和所述高压水泵均设于所述电堆指向车头的一侧，所述高压水泵可拆卸连接所述上安装侧，所述膨胀水壶通过所述组合支架可拆卸连接于所述上安装侧，所述高压水泵与所述防护外壳相邻设置。

作为上述燃料电池发动机的一种优选技术方案，所述水循环系统还包括节温器、电加热器和散热器，所述电堆的出液接口与所述高压水泵的进口连通；所述节温器选择性地使所述高压水泵的出口通过所述电加热器或所述散热器与所述电堆的进液接口连通；

所述节温器、所述电加热器均设于所述电驱系统面朝车尾的一侧且均可拆卸连接于所述下安装侧。

作为上述燃料电池发动机的一种优选技术方案，还包括电控系统，所述电控系统包括:

DC/DC转换器,用于对所述电堆的输出电压进行转换，所述DC/DC转换器置于所述电堆的顶壁且通过转换器支架可拆卸连接于所述电堆；

燃料电池发动机控制器，能够与所述DC/DC转换器通信，所述燃料电池发动机控制器设于所述电堆面朝车尾的一侧且可拆卸连接于所述电堆。

本实用新型的有益效果：本实用新型将电堆上空气、氢气和冷却液进出的多个接口集成在电堆歧管模块上，为电堆歧管模块增设防护外壳，并在防护外壳上用于穿设外部管路的穿设孔与外部管路之间设置密封件，以起到防水防尘的作用，对电堆歧管模块进行有效的保护；同时由于电堆歧管模块集成了空气、氢气和冷却液进出的多个接口，通过在防护外壳的内壁设置隔音层，降低了电堆工作过程中的噪音。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的燃料电池发动机的结构示意图一；

图2是本实用新型实施例提供的燃料电池发动机的结构示意图二；

图3是本实用新型实施例提供的防护罩壳的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的空气滤清器和膨胀水壶的安装示意图。

图中：

1、主支架；2、电堆；3、电驱系统；4、DC/DC转换器；5、防护外壳；51、接口；52、隔音层；6、空压机；7、空压机控制器；8、空气滤清器；9、膜增湿器；10、膨胀水壶；11、高压水泵；12、节温器；13、中冷器；14、电加热器；15、节气门；16、燃料电池发动机控制器；17、组合支架。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种燃料电池发动机，包括电堆2、空气循环系统、氢气循环系统、水循环系统、电驱系统3、电控系统和主支架1，主支架1用于安装上述电堆2、空气循环系统、氢气循环系统、水循环系统、电驱系统3和电控系统，以实现对燃料电池发动机的集成化安装。

具体地，该燃料电池发动机包括主支架1，主支架1具有上下相对的上安装侧和下安装侧。电堆2是燃料电池发动机的核心部件，用于为车辆上的低压用电部件以及电驱系统3等供电，电堆2上设有带有多个接口51的电堆歧管模块，上述接口51包括进水接口、出水接口、进气接口、出气接口、进氢接口和出氢接口，为了便于电堆2的上述接口51与空气循环系统、氢气循环系统、水循环系统、电驱系统3中的相关部件进行连接，本实施例将电堆2设置于上安装侧的中心，电驱系统3设于下安装侧的中心，将水循环系统中的相关部件连接于电驱系统3。其中，电堆2外包覆有通过铝材料封装形成的壳体，通过紧固件如螺栓将电堆2连接于主支架1的上安装侧中心，使电堆2处于燃料电池发动机系统的中心位置，以便于与其他结构件连接。

本实施例将电堆2设于上安装侧的中心，主支架1的下安装侧设有两个电驱安装支架，电驱系统3通过两个电驱安装支架连接于主支架1的下安装侧中心位置且与车轮同轴布设，其他部件均根据需求对应地环绕电堆2和电驱系统3设置，实现燃料电池发动机的分层布置，提高燃料电池发动机的集成化程度以及结构的紧凑性。在实际使用时，将上述燃料电池发动机安装于车辆的前舱内。

具体地，如图1至图3所示，电堆歧管模块外罩设有防护外壳5，通过防护外壳5对电堆2进行防尘防水保护。防护外壳5上设有与上述接口51一一对应的穿设孔，外部管路穿过穿设孔并连接于对应的接口51；每个穿设孔内均设有密封件，密封件夹设于穿设孔和穿过该穿设孔的外部管路之间。优选地，上述密封件为橡胶密封圈，每个外部管路与密封件过盈配合，通过密封件对穿设孔和外部管路的连接位置进行密封，进一步提高防护外壳5防尘防水的能力。

为了降低噪音，上述防护外壳5的内壁设有隔音层52，以降低电堆2工作过程中的噪音。优选地，上述隔音层52由隔音棉制成。

本实施例中，电堆2面朝车头的一侧记为第一侧，与第一侧相邻的其中一侧记为第二侧，电堆歧管模块设于电堆2的第二侧，防护外壳5罩设于电堆歧管模块的外侧，同样设于电堆2的第二侧。

进一步地，上述氢气循环系统包括用于将氢气送入电堆2内的引射器，引射器设于防护外壳5内。具体地，引射器的进氢口通过对应的外部管路与车辆上的储氢系统连接，引射器的出氢口与电堆2的进氢接口直接连通，以将氢气导入电堆2中，省去了连接引射器的出氢口和电堆2的进氢接口之间的管路；同时将引射器的出氢口与电堆2的进氢接口直接连通，省去了引射器的出氢口与电堆2的进氢接口之间的连接管路，降低成本的同时，进一步提高了集成化程度，减小氢气循环系统的占用空间。

进一步地，空气循环系统包括空压机6，空压机6设于电堆2的第一侧且可拆卸连接于上安装侧，方便进气。空压机6电连接有空压机控制器7，空压机控制器7位于防护外壳5的上方，空压机控制器7连接于空压机控制支架，空压机控制支架同时可拆卸连接于电堆2和防护外壳5，无需将空压机控制器7与主支架1连接，减小布置空间。将空压机控制器7设于电堆2的第二侧，在车辆发生正面碰撞时，可以降低空压机控制器7因碰撞而损坏的概率，降低了因车辆发生正面碰撞而引起火灾的风险。

由于空压机6工作时震动较大，本实施例将空压机6通过空压机安装支架可拆卸连接于主支架1，并在主支架1和空压机安装支架之间夹设减震件，以减小震动。优选地，减震件采用隔震垫。

进一步地，如图1、图2和图4所示，空气循环系统还包括空气滤清器8，用于对将要送入空压机6内的空气进行过滤，依据就近安装原则以提高集成化程度，将空气滤清器8位于电堆2的第一侧，通过组合支架17可拆卸连接于上安装侧，且靠近空压机6安装，空气滤清器8的空气出口与空压机6的空气进口等高设置，以便于连接空压机6和空气滤清器8。本实施例中，车辆上的前进气格栅将车外的空气送入车内，再送至空气滤清器8，为了便于空气滤清器8和前进气格栅的连接，空气滤清器8的空气进口与前进气格栅空气出口等高设置，以方便管路连接。

上述空气循环系统还包括沿空气流动方向依次设置的中冷器13、膜增湿器9和节气门15，其中，中冷器13用于对经过空压机6压缩后形成的压缩空气进行冷却，以满足电堆2反应时对空气温度的要求，空压机6和中冷器13之间的连接管路角度可调，以适应前舱内空间布置的安装需求，具体如何调节为现有技术，在此不再赘述。膜增湿器9用于对经过中冷器13冷却的空气进行增湿，膜增湿器9的第一出气口与电堆2的进气接口连通，用于将部分空气送入电堆2内进行循环利用，膜增湿器9的第二出气口与节气门15连通，用于将部分空气经车辆的尾气系统排出。由于电堆2的出气接口排出的空气湿度较大，因而将电堆2的出气接口与空压机6的空气进口连通，以将电堆2排出的湿空气和送至空压机6的干燥压缩空气进行混合，以提高经中冷器13送至增湿器的空气湿度。

膜增湿器9位于防护外壳5正下方且位于电驱系统3的一侧，节气门15位于电驱系统3面朝车尾的一侧，中冷器13位于空压机6的正下方且设于电驱系统3面朝车头的一侧，膜增湿器9、节气门15和中冷器13均可拆卸连接于电驱系统3。采用上述布置，能够大大地缩短空气循环系统中各个部件之间的连接管路，提高集成化程度。

进一步地，水循环系统包括沿水流方向依次连通的膨胀水壶10、高压水泵11和去离子器，电堆2的出液接口与高压水泵11的进口连通，去离子器的出口与电堆2的进液接口连通。水循环系统还包括节温器12、电加热器14和散热器，节温器12的进口与高压水泵11的出口连通，节温器12选择性地通过电加热器14或散热器与去离子器的出口连通。去离子器的出口能够通过中冷器13与高压水泵11的进口连通，利用冷却液对由空压机6送至膜增湿器9的空气进行冷却，与空气进行换热后的冷却液可以通过高压水泵11送至节温器12、散热器进行降温。

高压水泵11和膨胀水壶10均设于电堆2第一侧，以便于打开前舱盖通过膨胀水壶10添加冷却液。本实施例将膨胀水壶10和空气滤清器8采用同一个组合支架17连接于上安装侧，减少支架的数量，节省安装空间，提高集成化程度。

膨胀水壶10和高压水泵11沿水平方向分布，距离电堆2近，缩短连接管路，减小流阻，高压水泵11与防护外壳5相邻设置，以缩短高压水泵11的进口和电堆2的出液接口之间的连接管路。

节温器12和电加热器14均位于电堆2面朝车尾的一侧且均可拆卸连接于下安装侧，方便管路连接；中冷器13位于空压机6的下方，距离空压机6近，可以直接与空压机6的空气出口连接，以对空压机6送出的压缩空气进行增湿，布置紧凑，管路排布整齐，空气流阻小，换热效率高。需特别指出的是，散热器设于整车上。去离子器位于中冷器13和膜增湿器9之间且可拆卸连接于下安装侧。

电加热器14用于在电堆2冷启动过程中对水循环系统中的水进行加热，加热后的水送入电堆2中以对电堆2进行预热，同时加热后的水还能够对车辆驾驶室的暖风芯体进行换热，换热后形成的热空气被送至驾驶室内，实现对电堆2预热后的水中的余热进行回收利用。电加热器14设于电堆2面朝车尾的一侧，方便打开前舱盖进行维修和养护。

进一步地，电控系统包括DC/DC转换器4和燃料电池发动机控制器16，DC/DC转换器4用于对电堆2的输出电压进行转换，DC/DC转换器4上设有与高压水泵11电连接的水泵接插件，及与空压机控制器7电连接的空压机接插件，通过DC/DC转换器4为高压水泵11和空压机控制器7供电。燃料电池发动机控制器16能够与DC/DC转换器4、高压水泵11、空压机控制器7等进行通信，以控制各个结构件工作。

DC/DC转换器4置于电堆2的顶壁且通过转换器支架可拆卸连接于电堆2的四个周向侧面，燃料电池发动机控制器16可拆卸连接于电堆2，方便打开前舱盖进行维修和养护。

本实施例中，主支架1是由厚度为6mm的钢板制成，在下安装侧焊接横向和纵向的多个加强筋，以提高主支架1的承载能力，同时设置避让孔，以便于异形结构件的安装，至于避让孔的具体位置，可以根据异形结构件设置的位置确定，在此不再具体限定，下安装侧上设有焊接螺母，以提高装配的便利性。

本实施例中第二侧指的是副驾驶位所在侧，全文所指的可拆卸连接指的是螺钉连接以及螺栓连接等，具体根据实际布置确定。该燃料电池发动机中所使用的管路在折弯部位采用圆角过渡，减小流阻。本实施例提供的燃料电池发动机为100kW燃料电池发动机。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

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”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。

Claims (10)

1.一种燃料电池发动机，其特征在于，包括：

电堆(2)，所述电堆(2)上设有带有多个接口(51)的电堆歧管模块；

防护外壳(5)，罩设于所述电堆歧管模块外侧，所述防护外壳(5)上设有与所述接口(51)一一对应的穿设孔，外部管路穿过所述穿设孔并连接于对应的所述接口(51)；

密封件，与所述穿设孔一一对应设置，所述密封件夹设于所述穿设孔和穿过该穿设孔的所述外部管路之间；

隔音层(52)，所述隔音层(52)设于所述防护外壳(5)的内壁。

2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机，其特征在于，还包括氢气循环系统，所述氢气循环系统的引射器设于所述防护外壳(5)内，所述电堆歧管模块上设有进氢接口和出氢接口，所述引射器的进氢口通过对应的外部管路连接于车辆的储氢系统，同时与所述出氢接口连通，所述引射器的出氢口与所述进氢接口连通。

3.根据权利要求1所述的燃料电池发动机，其特征在于，还包括主支架(1)和电驱系统(3)，所述主支架(1)具有上下相对的上安装侧和下安装侧，所述电堆(2)设置于所述上安装侧的中心，所述电驱系统(3)通过两个电驱安装支架安装于所述下安装侧的中心。

4.根据权利要求3所述的燃料电池发动机，其特征在于，还包括空气循环系统，所述空气循环系统包括空压机(6)，所述空压机(6)设于所述电堆(2)面朝车头的第一侧且可拆卸连接于所述上安装侧，所述空压机(6)和所述主支架(1)之间夹设有减震件。

5.根据权利要求4所述的燃料电池发动机，其特征在于，所述空压机(6)电连接有空压机控制器(7)，所述防护外壳(5)位于所述电堆(2)与所述第一侧相邻的第二侧，所述空压机控制器(7)位于所述防护外壳(5)的上方，所述空压机控制器(7)可拆卸连接于所述电堆(2)和所述防护外壳(5)。

6.根据权利要求4所述的燃料电池发动机，其特征在于，所述空气循环系统还包括用于对送入所述空压机(6)内的空气进行过滤的空气滤清器(8)，所述空气滤清器(8)的出口与所述空压机(6)的进口等高设置，所述空气滤清器(8)设于所述电堆(2)的第一侧且通过组合支架(17)可拆卸连接于所述上安装侧。

7.根据权利要求6所述的燃料电池发动机，其特征在于，所述空气循环系统还包括中冷器(13)、膜增湿器(9)，所述空压机(6)、所述中冷器(13)、所述膜增湿器(9)沿空气流动方向依次设置，所述膜增湿器(9)的第一出气口与所述电堆(2)的进气接口连通，所述膜增湿器(9)的第二出气口连接有节气门(15)，所述电堆(2)的出气接口与所述空压机(6)的空气进口连通；

所述膜增湿器(9)位于所述防护外壳(5)正下方且位于所述电驱系统(3)的一侧，所述节气门(15)位于所述电驱系统(3)面朝车尾的一侧，所述中冷器(13)位于所述空压机(6)的正下方且设于所述电驱系统(3)面朝车头的一侧，所述膜增湿器(9)、所述节气门(15)和所述中冷器(13)均可拆卸连接于所述电驱系统(3)。

8.根据权利要求6所述的燃料电池发动机，其特征在于，还包括水循环系统，所述水循环系统包括沿水流方向依次连通的膨胀水壶(10)和高压水泵(11)，所述高压水泵(11)的出口与所述电堆(2)的进液接口连通，所述高压水泵(11)的进口与所述电堆(2)的出液接口连通；

所述膨胀水壶(10)和所述高压水泵(11)均设于所述电堆(2)指向车头的一侧，所述高压水泵(11)可拆卸连接所述上安装侧，所述膨胀水壶(10)通过所述组合支架(17)可拆卸连接于所述上安装侧，所述高压水泵(11)与所述防护外壳(5)相邻设置。

9.根据权利要求8所述的燃料电池发动机，其特征在于，所述水循环系统还包括节温器(12)、电加热器(14)和散热器，所述电堆(2)的出液接口与所述高压水泵(11)的进口连通；所述节温器(12)选择性地使所述高压水泵(11)的出口通过所述电加热器(14)或所述散热器与所述电堆(2)的进液接口连通；

所述节温器(12)、所述电加热器(14)均设于所述电驱系统(3)面朝车尾的一侧且均可拆卸连接于所述下安装侧。

10.根据权利要求1所述的燃料电池发动机，其特征在于，还包括电控系统，所述电控系统包括:

DC/DC转换器(4),用于对所述电堆(2)的输出电压进行转换，所述DC/DC转换器(4)置于所述电堆(2)的顶壁且通过转换器支架可拆卸连接于所述电堆(2)；

燃料电池发动机控制器(16)，能够与所述DC/DC转换器(4)通信，所述燃料电池发动机控制器(16)设于所述电堆(2)面朝车尾的一侧且可拆卸连接于所述电堆(2)。

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