CN216101561U - 一种燃料电池货箱及新能源卡车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃料电池货箱及新能源卡车，涉及新能源卡车领域。燃料电池货箱包括箱体、支架、发电模块、储能模块和转换装置，支架与箱体连接，且设置于箱体的一端；发电模块设置于支架上，用于产生电力；储能模块与发电模块连接，储能模块用于对发电模块提供初始电力；转换装置包括变压器和变流器，变压器分别与发电模块和储能模块连接，变流器与发电模块连接。本实用新型提供的燃料电池货箱，集成了一套独立的燃料电池发电系统，为新能源卡车提供一套额外的电力来源，有效提高了新能源卡车的续驶里程。

Description

一种燃料电池货箱及新能源卡车

技术领域

本实用新型涉及新能源卡车领域，尤其涉及一种燃料电池货箱及新能源卡车。

背景技术

随着新能源技术的不断发展，新能源卡车已越来越普及，尤其是厢式卡车的应用越来越广泛。在碳中和、碳排放和节能减排的大背景下，乘用车领域纯电动、混合动力等车型已经大规模应用，但是在商用车领域，尤其是轻、中、重卡车领域还没有大规模应用。制约新能源卡车，尤其是纯电动卡车发展的主要因素是续驶里程和充电时间，一般来说纯电动卡车的续驶里程只有150-300公里，充电时间需要6-8小时，如果加上其它的耗电装置，如冷藏机，续驶里程将进一步缩短。因此，如何提高新能源卡车的续航能力是亟需解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，本申请提供了一种燃料电池货箱，以解决现有技术中新能源卡车其它耗电装置的使用，导致其续驶里程缩短的技术问题。

本实用新型提供如下技术方案：

一种燃料电池货箱，包括：

箱体；

支架，所述支架与所述箱体连接，且设置于所述箱体的一端；

发电模块，所述发电模块设置于所述支架上，用于产生电力；

储能模块，所述储能模块与所述发电模块连接，所述储能模块用于对所述发电模块提供初始电力；

转换装置，所述转换装置包括变压器和变流器，所述变压器分别与所述发电模块和所述储能模块连接，所述变流器与所述发电模块连接。

在本申请的一些实施例中，所述燃料电池货箱还包括供氢装置和供氧装置，所述供氢装置和所述供氧装置分别与所述发电模块连接。

在本申请的一些实施例中，所述供氢装置包括氢气瓶、氢气管、加氢口和压力表，所述氢气瓶通过所述氢气管与所述发电模块连接，所述加氢口位于所述氢气瓶远离所述氢气管的一端，所述压力表用于检测所述氢气瓶内的压力。

在本申请的一些实施例中，所述燃料电池货箱还包括安装部，所述安装部包括安装架和安装带，所述安装架分别与所述安装带和所述箱体连接，所述安装架与所述安装带形成放置位，所述放置位用于放置所述氢气瓶，所述安装架上设置有衬垫，所述衬垫位于所述放置位与所述氢气瓶之间，且沿所述氢气瓶的周向设置有橡胶圈。

在本申请的一些实施例中，所述箱体的底部设置有车架，所述箱体通过所述车架固定在卡车底盘上。

在本申请的一些实施例中，所述支架设置有多层，多层所述支架沿所述箱体的高度方向相间隔设置。

在本申请的一些实施例中，所述支架上设置有安装板，所述发电模块和所述储能模块分别通过所述安装板与所述支架固定连接。

在本申请的一些实施例中，所述燃料电池货箱还包括散热装置，所述散热装置通过所述安装板固定在所述支架上。

在本申请的一些实施例中，所述燃料电池货箱还包括控制器和安全监控系统，所述控制器分别与所述发电模块和所述储能模块电连接，所述安全监控系统设置有多个传感器，多个所述传感器与所述控制器电连接。

本申请还提供一种新能源卡车，包括如上所述的燃料电池货箱。

本实用新型的实施例具有如下优点：

本申请提出一种燃料电池货箱，通过设置发电模块、储能模块和转换装置并将其安装于支架上，实现稳固连接，集成了一套独立的燃料电池发电系统，为新能源卡车提供一套额外的电力来源，以对其它耗电装置提供电力，从而提高了新能源卡车的续航能力，避免了现有技术中新能源卡车其它耗电装置的使用，导致其续驶里程缩短的技术问题。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本申请一些实施例中燃料电池货箱的一视角示意图；

图2示出了本申请一些实施例中燃料电池货箱的另一视角示意图；

图3示出了本申请一些实施例中燃料电池货箱的又一视角示意图；

图4示出了本申请一些实施例中燃料电池货箱的支架与安装部示意图；

图5示出了本申请一些实施例中燃料电池货箱的供氢装置示意图。

主要元件符号说明：

100-燃料电池货箱；10-箱体；20-支架；201-第一支撑杆；202-第二支撑杆；30-发电模块；40-储能模块；50-转换装置；60-供氢装置；601-氢气瓶；602-氢气管；70-安装部；701-安装架；702-安装带；703-放置位；80-车架；90-散热装置。

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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

首先，需要说明的是，燃料电池是一种电化学电池，它通过氧化还原反应将燃料(通常是氢气)和氧化剂(通常是氧气)的化学能转化为电能，燃料电池需要连续的燃料和氧气源(通常来自空气)来维持化学反应。燃料电池由阳极、阴极、电解质和外部电路组成，氢气在阳极与催化剂发生氧化反应产生氢离子和电子，氢离子通过电解质从阳极移动到阴极，电子通过外部电路从阳极流向阴极，产生直流电，可用于为电气设备(通常为负载)供电；氧气在阴极通过催化剂与氢离子和电子发生还原反应形成水。燃料电池发电效率高，且污染少，噪音低，是一种极具发展前景的能源动力装置。

如图1、图2和图3所示，本申请的实施例提供了一种燃料电池货箱100，主要应用于新能源卡车。该燃料电池货箱100包括箱体10、支架20、发电模块30、储能模块40和转换装置50。

所述支架20与所述箱体10连接，且设置于所述箱体10的一端；所述发电模块30设置于所述支架20上，用于产生电力；所述储能模块40与所述发电模块30连接，所述储能模块40用于对所述发电模块30提供初始电力；所述转换装置50包括变压器和变流器，所述变压器分别与所述发电模块30和所述储能模块40连接，所述变流器与所述发电模块30连接。

本申请实施例提供的燃料电池货箱100，支架20设置于箱体10靠近卡车驾驶室的一端，即支架20设置于箱体10与卡车驾驶室之间，且与箱体10固定连接，支架20用于固定放置燃料电池发电系统。发电模块30与储能模块40通过转换装置50电连接，在发电模块30启动前，储能模块40通过变压器将电力传输给发电模块30，以对发电模块30提供初始电力；在发电模块30启动后，变压器将发电模块30产生的低压电转换为高压电，以对储能模块40充电；变流器用于将发电模块30产生的直流电转换为三相交流电，以对耗电装置供电。

具体的，发电模块30为燃料电池，通过氧化还原反应将氢气和氧气的化学能转化为电能，以对耗电装置提供电力；储能模块40为高压锂电池，变压器可以将高压(低压)直流电转换为低压(高压)直流电，以实现降压或升压；变流器为逆变器，能够实现直流电能到交流电能的转换，变流器能够将发电模块30产生的直流电转换为三相交流电，以对卡车上的大耗电量电器如冷藏机提供电力。燃料电池货箱100集成了一套独立的燃料电池发电系统，为新能源卡车提供一套额外的电力来源，弥补了纯电动卡车，尤其是带有冷藏货箱的卡车续驶里程短的缺点，提高了新能源卡车的续航能力，避免了现有技术中新能源卡车其它耗电装置的使用，导致其续驶里程缩短的技术问题。该燃料电池货箱100能独立发电，与卡车锂电动力系统分开，通过变流器的逆变功能将发电模块30产生的直流电转换为三相交流电，能够通过连接器并入电网发电或独立提供民用电源，在应急救援等领域有广泛的应用场景。其中，发电模块30和储能模块40为模块化设计，能够堆叠，以实现发电功率和储能功率的扩展。

如图1和图5所示，在本申请的一个实施例中，所述燃料电池货箱100还包括供氢装置60和供氧装置(图未示)，所述供氢装置60和所述供氧装置分别与所述发电模块30连接。

在本实施例中，供氢装置60与发电模块30连接，以对发电模块30的阳极提供氢气，供氧装置与发电模块30连接，以对发电模块30的阴极提供氧气，从而使发电模块30的燃料电池能够进行氧化还原反应产生直流电，进而通过变流器将直流电转换为三相交流电，以对卡车的大耗电量电器如冷藏机提供电力，提高了新能源卡车的续航能力，避免了现有技术中新能源卡车其它耗电装置的使用，导致其续驶里程缩短的技术问题。其中，供氧装置包括空压机、过滤器和连接管，空压机能够吸取外界的空气，经过滤器和连接管进入发电模块30的阴极从而进行还原反应。

如图1和图5所示，在本申请的上述实施例中，所述供氢装置60包括氢气瓶601、氢气管602、加氢口和压力表，所述氢气瓶601通过所述氢气管602与所述发电模块30连接，所述加氢口位于所述氢气瓶601远离所述氢气管602的一端，所述压力表用于检测所述氢气瓶601内的压力。

在本实施例中，供氢装置60包括氢气瓶601、氢气管602、加氢口和压力表，氢气管602分别与氢气瓶601和发电模块30连接，以实现对发电模块30的阳极提供氢气进行氧化反应，加氢口用于充装氢气，压力表用于检测氢气瓶601内的压力。其中，氢气瓶601为高压氢气瓶，工作压力可为35Mpa或70Mpa；供氢装置60还包括瓶口阀、减压阀、温度和压力传感器。具体的，氢气瓶601可沿水平方向设置，也可沿垂直方向设置，可设置于箱体10的顶部或底部。氢气瓶601为模块化设计，可以堆叠，其数量能够扩展以实现对储氢容量的扩展，当设置有两个或两个以上的氢气瓶601时，氢气瓶601之间通过耐压的管路连接，用于氢气瓶601氢气的释放和充装。当然，供氢装置60还可以为液氢等适用于燃料电池工作的能源，在此就不一一举例说明。

如图2和图4所示，在本申请的上述实施例中，所述燃料电池货箱100还包括安装部70，所述安装部包括安装架701和安装带702，所述安装架701分别与所述安装带702和所述箱体10连接，所述安装架701与所述安装带702形成放置位703，所述放置位703用于放置所述氢气瓶601，所述安装架701上设置有衬垫，所述衬垫位于所述放置位703与所述氢气瓶601之间，且沿所述氢气瓶601的周向设置有橡胶圈。

在本实施例中，通过设置安装部70，用于固定放置供氢装置60，实现稳固连接。其中，安装带702和安装架701的一端分别设置有供销轴穿过的销轴孔，销轴穿设于销轴孔与安装架701固定连接，安装带702可沿销轴的轴心旋转；安装带702和安装架701的另一端分别设置有供销轴穿过的销轴孔和供螺栓穿过的螺栓孔，且销轴的中部设置有供螺栓穿过的通孔，螺栓与销轴垂直连接，从而使安装带702通过销轴和螺栓与安装架701固定连接，进而实现对氢气瓶601的固定。安装架701与箱体10可通过螺丝或螺栓连接，当然，安装架701与箱体10还可通过焊接固定。

安装架701与安装带702形成用于放置氢气瓶601的放置位703，放置位703与氢气瓶601的外形相适配，以实现稳固放置氢气瓶601。安装架701上设置有衬垫，衬垫与放置位703的外形相适配，氢气瓶601的瓶身相对应放置位703的位置设置有橡胶圈，衬垫和橡胶圈用于减震，防止卡车在行驶过程中颠簸而导致氢气瓶601发生安全事故。供氢装置60的顶部设置有防护罩，以避免阳光直射或雨水进入，防护罩上设置有通风口，避免氢气泄露浓度过高而导致发生安全事故。

安装架701和安装带702至少设置有两个，且沿氢气瓶601的长度方向相间隔设置。示例性的，一个氢气瓶对应设置有两个安装架701和两个安装带702，安装架701和安装带702可沿氢气瓶601的长度方向相间隔设置，也可关于氢气瓶601长度方向的中心对称设置，实现对氢气瓶601的稳固放置，提高安全性。

如图2所示，在本申请的一个实施例中，所述箱体10的底部设置有车架80，所述箱体10通过所述车架80固定在卡车底盘上。

在本实施例中，通过在箱体10的底部设置车架80，使箱体10与卡车底盘连接。其中，车架80与箱体10焊接或一体成型，车架80与卡车底盘可拆卸连接，以实现箱体10与卡车底盘可拆卸连接，增加其灵活性和便利性。箱体10用于载货承载，箱体10采用标准的集装箱设计，与传统的卡车集装箱尺寸及安装结构完全相同，以便互换。箱体10和车架80采用轻量化材料，以减轻重量，提高续驶里程。示例性的，箱体10和车架80的材料可以为铝合金或高强度结构钢，当然，也可以为其它的轻量化材料。

如图1、图2和图4所示，在本申请的一个实施例中，所述支架20设置有多层，多层所述支架20沿所述箱体10的高度方向相间隔设置。

在本实施例中，支架20设置有多层，且多层支架20沿箱体10的高度方向相间隔设置。示例性的，支架20设置有四层，发电模块30、储能模块40和转换装置50设置于支架20的底层，两个氢气瓶601分别设置于支架20的中间两层，散热装置90设置于支架20的顶层。支架20也可以根据不同的空间和需求进行分层，支架20上的所有设备均可按需要变换其位置。

如图1、图2和图4所示，在本申请的上述实施例中，所述支架20包括第一支撑杆201和第二支撑杆202，所述第一支撑杆201与所述第二支撑杆202连接，所述第二支撑杆202至少设置有两根。

在本实施例中，第二支撑杆202的一端与箱体10连接，另一端与第一支撑杆201连接。其中，第二支撑杆202分别与箱体10和第一支撑杆201垂直。具体的，第二支撑杆202与箱体10和第一支撑杆201可通过焊接固定，也可通过设置连接板，使用螺丝固定连接。每层支架20至少设置有两根第二支撑杆202，当第二支撑杆202设置为两根时，两根第二支撑杆202分别与第一支撑杆201的两端连接，形成一层支架20。当第二支撑杆202设置为四根时，其中两根第二支撑杆202分别与第一支撑杆201的两端连接，另外两根第二支撑杆202可沿第一支撑杆201的长度方向相间隔设置，以加强支架20的强度和可靠性。当然，第二支撑杆202还可以为五根、六根或更多根，在此就不一一举例说明。

如图2所示，在本申请的一个实施例中，所述支架20上设置有安装板(图未示)，所述发电模块30和所述储能模块40分别通过所述安装板与所述支架20固定连接。

在本实施例中，通过设置安装板，用于固定放置发电模块30、储能模块40和转换装置50。具体的，安装板设置于各模块与支架20之间，安装板上设置有定位棱和螺栓孔，定位棱用于快速定位放置各模块，提高安装效率，螺栓可穿设于螺栓孔实现固定连接，各模块分别通过安装板固定在支架20上，提升了安装的稳定性。支架20上还设置有隔板和围板，隔板用于将各模块分隔开，围板形成容纳腔，用于容纳整个燃料电池发电系统，避免外部的阳光、雨水或其它因素对燃料电池发电系统造成影响。

如图1和图2所示，在本申请的上述实施例中，所述燃料电池货箱100还包括散热装置90，所述散热装置90通过所述安装板固定在所述支架20上。

在本实施例中，散热装置90通过安装板固定设置于支架20的顶部，以对发电模块30电化学反应产生的热量进行散热。其中，散热装置90包括风扇和水冷机组件，风扇转动可将热量排出，水冷机组在整个燃料电池系统内部管理进行散热，起到冷却的作用。散热装置90为模块化设计，可以堆叠，实现对散热能力的扩展。当然，燃料电池货箱100还包括加热装置，具体的，加热装置可以为电加热丝，以避免低温导致燃料电池发电系统冻坏的问题。

在本申请的一个实施例中，所述燃料电池货箱100还包括控制器和安全监控系统，所述控制器分别与所述发电模块30和所述储能模块40电连接，所述安全监控系统设置有多个传感器，多个所述传感器与所述控制器电连接。

在本实施例中，通过设置控制器并分别与发电模块30和储能模块40电连接，用于控制发电模块30和储能模块40的运行状态。具体的，控制器与储能模块40连接，获取储能情况，以控制发电模块30输出的功率；控制器与变流器连接，获取系统负载的功率需求，以控制发电模块30输出的功率；控制器与变压器连接，获取燃料电池系统的工作情况，可在控制面板中实时显示系统的状态。控制器与散热装置90连接，通过温度传感器反馈的信号控制风扇的转速，还可通过水冷机组中温度传感器反馈的信号控制水泵转速和三通阀的开度，以实现水温的精准控制，从而提高散热和冷却的效率。

通过设置多个传感器与控制器电连接，控制器可根据多个传感器反馈的信号控制整个燃料电池系统的工作状态或报警。具体的，燃料电池货箱100设置有氢浓度传感器，通过控制器进行数据采集和判断，确定系统是否有氢泄露问题；燃料电池货箱100设置有压力传感器，通过控制器进行数据采集和判断，监控货箱载重，防止出现超载的问题；燃料电池货箱100设置有视觉传感器、无线防盗传感器和红外报警器，监控货箱货物状态，防止出现货物丢失的问题；燃料电池货箱100设置有红外温度传感器，以监控货箱温度，防止货箱出现温度超温现象，确保货物的安全。燃料电池货箱100还设置有绝缘监控系统，可通过控制器进行数据采集和判断，防止系统出现短路和漏电的问题。燃料电池货箱100还设置有GPS定位功能，可通过远程监控系统将控制器采集的数据上传到云端，实现云监控的功能。

在本申请的一个实施例中，所述燃料电池货箱100还包括配电装置，所述配电装置分别与所述发电模块30和所述储能模块40电连接。

在本实施例中，通过设置配电装置，实现对整个燃料电池系统供电及控制。具体的，配电装置可包括中控盒、保险丝和继电器等配电设备，通过导线及连接器以实现供电和控制。

本申请实施例还提供一种新能源卡车，包括以上实施例中的燃料电池货箱100。具体的，新能源卡车的类型为纯电动厢式卡车。

该新能源卡车具有上述任一实施例中的燃料电池货箱100，因此具有燃料电池货箱100的全部有益效果，在此就不一一赘述。

综上所述，本申请提供的燃料电池货箱，通过设置发电模块、储能模块和转换装置并将其安装于支架上，实现稳固连接，集成了一套独立的燃料电池发电系统，为新能源卡车提供一套额外的电力来源，以对其它耗电装置提供电力，从而提高了新能源卡车的续航能力，避免了现有技术中新能源卡车其它耗电装置的使用，导致其续驶里程缩短的技术问题。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他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定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池货箱，其特征在于，包括：

箱体；

支架，所述支架与所述箱体连接，且设置于所述箱体的一端；

发电模块，所述发电模块设置于所述支架上，用于产生电力；

储能模块，所述储能模块与所述发电模块连接，所述储能模块用于对所述发电模块提供初始电力；

转换装置，所述转换装置包括变压器和变流器，所述变压器分别与所述发电模块和所述储能模块连接，所述变流器与所述发电模块连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池货箱，其特征在于，还包括供氢装置和供氧装置，所述供氢装置和所述供氧装置分别与所述发电模块连接。

3.根据权利要求2所述的燃料电池货箱，其特征在于，所述供氢装置包括氢气瓶、氢气管、加氢口和压力表，所述氢气瓶通过所述氢气管与所述发电模块连接，所述加氢口位于所述氢气瓶远离所述氢气管的一端，所述压力表用于检测所述氢气瓶内的压力。

4.根据权利要求3所述的燃料电池货箱，其特征在于，还包括安装部，所述安装部包括安装架和安装带，所述安装架分别与所述安装带和所述箱体连接，所述安装架与所述安装带形成放置位，所述放置位用于放置所述氢气瓶，所述安装架上设置有衬垫，所述衬垫位于所述放置位与所述氢气瓶之间，且沿所述氢气瓶的周向设置有橡胶圈。

5.根据权利要求1所述的燃料电池货箱，其特征在于，所述箱体的底部设置有车架，所述箱体通过所述车架固定在卡车底盘上。

6.根据权利要求1所述的燃料电池货箱，其特征在于，所述支架设置有多层，多层所述支架沿所述箱体的高度方向相间隔设置。

7.根据权利要求1所述的燃料电池货箱，其特征在于，所述支架上设置有安装板，所述发电模块和所述储能模块分别通过所述安装板与所述支架固定连接。

8.根据权利要求7所述的燃料电池货箱，其特征在于，还包括散热装置，所述散热装置通过所述安装板固定在所述支架上。

9.根据权利要求1所述的燃料电池货箱，其特征在于，还包括控制器和安全监控系统，所述控制器分别与所述发电模块和所述储能模块电连接，所述安全监控系统设置有多个传感器，多个所述传感器与所述控制器电连接。

10.一种新能源卡车，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的燃料电池货箱。

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