CN218996771U - 铜排组件、燃料电池模块、电池系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种铜排组件、燃料电池模块、电池系统和车辆，铜排组件包括第一铜排、第二铜排和第三铜排，第一铜排一端用于与DC/DC变换器的阳极电连接，另一端用于与第一电堆的阳极集流板电连接；第二铜排一端用于与DC/DC变换器的阴极电连接，另一端用于与第二电堆的阴极集流板电连接；第三铜排用于将第一电堆和第二电堆串联起来；其中，第一铜排、第二铜排和第三铜排之间高低错位设置并存在电气间隙，以及第一铜排、第二铜排和第三铜排分别与第一电堆和第二电堆存在电气间隙。如此，本实用新型技术方案通过铜排之间高低错位避让设置并存在合适的电气间隙，从而避免了铜排发热起火，提高了燃料电池模块的安全性。

Description

铜排组件、燃料电池模块、电池系统和车辆

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种铜排组件、燃料电池模块、电池系统和车辆。

背景技术

电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统核心部分，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经进气端板和盲端端板压紧后用紧固件紧固拴牢，即构成燃料电池的电堆。电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至膜电极，通过膜电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。

单个电堆所串联的单片电池的数量是有限的，在堆叠的时候，一旦超过一定的数量，容易出现如下问题：(1)配气不均匀，导致最后几片电池没有充分利用；(2)单电池不一致性，导致出现单体电压偏差过大；(3)散热不均匀，导致中间单片电池过热。

为了解决单个电堆存在的上述问题，可以采用双电堆的形式，在具有双电堆的燃料电池中，其核心问题是两个电堆之间的连接，也就是燃料电池铜排的排布设计。为了推动燃料电池的发展，亟需一种可以提高燃料电池安全性的铜排组件。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种铜排组件，以期获得一种安全性能好、功率高的燃料电池。

为实现上述目的，本实用新型提出的铜排组件，该铜排组件应用于燃料电池模块，所述燃料电池模块具有第一电堆和第二电堆，所述铜排组件包括：

第一铜排，所述第一铜排一端用于与DC/DC变换器的阳极电连接，另一端用于与所述第一电堆的阳极集流板电连接；

第二铜排，所述第二铜排一端用于与DC/DC变换器的阴极电连接，另一端用于与所述第二电堆的阴极集流板电连接；

第三铜排，用于将所述第一电堆和所述第二电堆串联起来；

其中，所述第一铜排、第二铜排和所述第三铜排之间高低错位设置并存在电气间隙，以及所述第一铜排、第二铜排和所述第三铜排分别与所述第一电堆和所述第二电堆存在电气间隙。

在一实施例中，所述第一铜排呈弯曲设置；

和/或，所述第二铜排呈弯曲设置；

和/或，所述第三铜排呈多段折弯设置。

在一实施例中，所述第三铜排沿所述第一电堆/第二电堆的长度方向延伸设置。

在一实施例中，所述第三铜排包括依次连接设置的第一段、第二段、第三段和第四段；

所述第一段的端部设置有第一连接部，所述第四段的端部设置有第二连接部；所述第一连接部用于与所述第一电堆的阴极集流板电连接，所述第二连接部用于与所述第二电堆的阳极集流板电连接；

所述第二段和所述第三段呈阶梯设置，所述第二段与所述第一电堆/第二电堆之间的距离小于所述第三段与所述第一电堆/第二电堆之间的距离；

其中，所述第一铜排位于所述第一段和所述第二段的上方，所述第三段和所述第四段位于所述第二铜排的上方。

在一实施例中，所述铜排组件包括垫块，所述垫块设于所述第二连接部靠近所述第二电堆的一侧，以使所述三段和所述四段与所述第二铜排位于所述第二铜排的上方。

在一实施例中，所述电气间隙为H，满足：H≥15mm。

本实用新型提出一种燃料电池模块，该燃料电池模块包括第一电堆、第二电堆和前述任一实施例所述的铜排组件。

本实用新型提出一种电池系统和具有该电池系统的车辆，其中，所述电池系统包括：

前述的燃料电池模块；

空气供应子系统，与所述第一电堆和所述第二电堆连通；

燃料供应子系统，与所述第一电堆和所述第二电堆连通；

热管理子系统，与所述第一电堆和所述第二电堆连通，以提供冷却液从而对所述电堆进行冷却和/或加热；

自动控制系统，与所述燃料电池模块、所述空气供应子系统、所述燃料供应子系统和所述热管理子系统分别电连接。

本实用新型技术方案通过设置一组铜排组件，该铜排组件包括与第一电堆的阳极集流板电连接的第一铜排、与所述第二电堆的阴极集流板电连接的第二铜排，以及将所述第一电堆和所述第二电堆串联起来的第三铜排，其中，所述第一铜排、第二铜排和所述第三铜排之间高低错位设置并存在电气间隙，以及所述第一铜排、第二铜排和所述第三铜排分别与所述第一电堆和所述第二电堆存在电气间隙，如此，铜排之间高低错位避让设置并存在合适的电气间隙，从而避免了铜排发热起火，提高了燃料电池模块的安全性。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型燃料电池模块一实施例的结构示意图；

图2为图1的一侧视图；

图3为图1的另一侧视图；

图4为图1的又一侧视图；

图5为图4中A处的放大图；

图6为第一铜排一实施的结构示意图；

图7为第二铜排一实施的结构示意图；

图8为第三铜排一实施的结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种铜排组件。

在本实用新型实施例中，如图1至图8所示，该铜排组件10应用于燃料电池模块1，所述燃料电池模块1具有第一电堆20和第二电堆30，所述铜排组件10包括第一铜排100、第二铜排200和第三铜排300，所述第一铜排100一端用于与DC/DC变换器的阳极电连接，另一端用于与所述第一电堆20的阳极集流板电连接；所述第二铜排200一端用于与DC/DC变换器的阴极电连接，另一端用于与所述第二电堆30的阴极集流板电连接；所述第三铜排300用于将所述第一电堆20和所述第二电堆30串联起来；其中，所述第一铜排100、第二铜排200和所述第三铜排300之间高低错位设置并存在电气间隙，以及所述第一铜排100、第二铜排200和所述第三铜排300分别与所述第一电堆20和所述第二电堆30存在电气间隙。

其中，为了配合电堆共同工作，以形成一个完整的燃料电池模块1，该燃料电池模块1还包括配气组件、壳体、电压巡检装置和高压组件。壳体中设置有安装腔，各电堆均位于安装腔中，并且各电堆并排设置。配气组件与各电堆均连通，用于向各电堆提供氧化介质(例如空气)、还原介质(例如氢气)和冷却介质(例如冷却液)。该配气组件和电压巡检装置具体可采用内置或外置的方案，也即根据实际需要，可将配气组件和电压巡检装置设于壳体外部或者内部。配气组件和电压巡检装置可采用现有技术的相关公开，具体内容本申请不做限制。

进一步地，请参阅图5，所述电气间隙为H，为了防止铜排之间爬电，满足：H≥15mm。其中，H包括但不限于15mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、26mm、28mm或者30mm等等，当然了，H的取值也不能无限大，H取合适的数值即可。

本实用新型技术方案通过设置一组铜排组件10，该铜排组件10包括与第一电堆20的阳极集流板电连接的第一铜排100、与所述第二电堆30的阴极集流板电连接的第二铜排200，以及将所述第一电堆20和所述第二电堆30串联起来的第三铜排300，其中，所述第一铜排100、第二铜排200和所述第三铜排300之间高低错位设置并存在电气间隙，以及所述第一铜排100、第二铜排200和所述第三铜排300分别与所述第一电堆20和所述第二电堆30存在电气间隙，如此，铜排之间高低错位避让设置并存在合适的电气间隙，从而避免了铜排发热起火，提高了燃料电池模块1的安全性。

请参阅图6至图8，所述第一铜排100呈弯曲设置；和/或，所述第二铜排200呈弯曲设置；和/或，所述第三铜排300呈多段折弯设置。具体的弯曲形状需要根据燃料电池模块1的内部结构来定，以所述第一铜排100、第二铜排200和所述第三铜排300之间高低错位设置并存在电气间隙，以及所述第一铜排100、第二铜排200和所述第三铜排300分别与所述第一电堆20和所述第二电堆30存在电气间隙为设计准则。

在另一实施例中，所述第三铜排300沿所述第一电堆20/第二电堆30的长度方向延伸设置。

示例性地，所述第三铜排300包括依次连接设置的第一段310、第二段320、第三段330和第四段340；所述第一段310的端部设置有第一连接部350，所述第四段340的端部设置有第二连接部360；所述第一连接部350用于与所述第一电堆20的阴极集流板电连接，所述第二连接部360用于与所述第二电堆30的阳极集流板电连接；所述第二段320和所述第三段330呈阶梯设置，所述第二段320与所述第一电堆/第二电堆30之间的距离小于所述第三段330与所述第一电堆/第二电堆30之间的距离；其中，所述第一铜排100位于所述第一段310和所述第二段320的上方，所述第三段330和所述第四段340位于所述第二铜排200的上方。

进一步地，所述铜排组件10包括垫块40，所述垫块40设于所述第二连接部360靠近所述第二电堆30的一侧，以使所述三段和所述四段与所述第二铜排200位于所述第二铜排200的上方。

本实用新型提出一种燃料电池模块1，该燃料电池模块1包括第一电堆20、第二电堆30和前述任一实施例所述的铜排组件10。该铜排组件10的具体结构参照上述实施例，由于本燃料电池模块1采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本实用新型提出一种电池系统，该电池系统包括：

前述的燃料电池模块1；

空气供应子系统，与所述燃料电池模块1的各个所述电堆连通；

燃料供应子系统，与所述燃料电池模块1的各个所述电堆连通；

热管理子系统，与所述燃料电池模块1的各个所述电堆连通，以提供冷却液从而对所述电堆进行冷却和/或加热；

自动控制系统，与所述燃料电池模块1、所述空气供应子系统、所述燃料供应子系统和所述热管理子系统分别电连接。

该电池系统包括燃料电池模块1以及燃料电池模块1辅助系统，电池系统在外接燃料供应源的条件下可以正常工作。该电池系统中燃料电池模块1可以采用上述一实施例的燃料电池模块1，由于电池系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

具体地，燃料电池模块1辅助系统包括空气供应子系统、燃料供应子系统、热管理子系统和自动控制系统，其中空气供应子系统用于向燃料电池模块1的各个电堆提供空气，并可选择对空气进行过滤、增湿、压力调节等方面的处理，空气供应子系统与燃料电池模块1的各个电堆的空气进口、空气排口连通；燃料供应子系统用于向燃料电池模块1的各个电堆提供燃料，并可选择对燃料进行增湿、压力调节等方面的处理，从而转变成适于在燃料电池模块1堆内运行的燃料气，以氢气作为燃料为例，燃料供应子系统与燃料电池模块1的各个电堆的氢气进口、氢气排口连通；热管理子系统，与燃料电池模块1的各个电堆连通，以提供冷却液从而对电堆进行冷却和/或加热，以及对电堆生成水的回收处理。

进一步地，自动控制系统与燃料电池模块1、空气供应子系统、燃料供应子系统和热管理子系统分别电连接，自动控制系统为包含传感器、执行器、阀，开关、控制逻辑部件的总成，保证电池系统无需人工干涉就可以正常工作。在其他实施例中，该燃料电池模块1辅助系统还可以包括通风系统，用于借助机械的方法，将电池系统中机壳内的气体排放到外部。自动控制系统与燃料电池模块1、空气供应子系统、燃料供应子系统和热管理子系统分别电连接，自动控制系统为包含传感器、执行器、阀，开关、控制逻辑部件的总成，保证电池系统无需人工干涉就可以正常工作。

在其他实施例中，该燃料电池模块1辅助系统还可以包括通风系统，用于借助机械的方法，将电池系统中机壳内的气体排放到外部。本实施例中该电池系统中的燃料电池模块1辅助系统并未做改进，因此更为详细的内容均可参考现有技术的相关公开，此处不展开说明。

本实用新型还提供一种车辆，该车辆可以配置有前一述实施例的电池系统；或者该车辆可以配置有上述任一实施例的燃料电池模块1。此外，该车辆还需要包括传动系统和用于存储燃料的燃料存储装置，传动系统传递驱动电机的扭矩，驱动车轮转动，燃料存储装置作用类似与燃油车中的油箱，燃料存储装置通过管路与电池系统的燃料供应子系统连通。

由此，该车辆可以是氢能源车辆或氢能+充电的混合动力电动车。由于本实施例未对该车辆的具体结构进行改进，故而本实施例中该车辆的未做改变之处的结构均可参照现有技术，具体内容此处不做展开说明。由此，该车辆具有前文针对燃料电池模块1所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种铜排组件，应用于燃料电池模块，所述燃料电池模块具有第一电堆和第二电堆，其特征在于，所述铜排组件包括：

第一铜排，所述第一铜排一端用于与DC/DC变换器的阳极电连接，另一端用于与所述第一电堆的阳极集流板电连接；

第二铜排，所述第二铜排一端用于与DC/DC变换器的阴极电连接，另一端用于与所述第二电堆的阴极集流板电连接；

第三铜排，用于将所述第一电堆和所述第二电堆串联起来；

其中，所述第一铜排、第二铜排和所述第三铜排之间高低错位设置并存在电气间隙，以及所述第一铜排、第二铜排和所述第三铜排分别与所述第一电堆和所述第二电堆存在电气间隙。

2.如权利要求1所述的铜排组件，其特征在于，所述第一铜排呈弯曲设置；

和/或，所述第二铜排呈弯曲设置；

和/或，所述第三铜排呈多段折弯设置。

3.如权利要求2所述的铜排组件，其特征在于，所述第三铜排沿所述第一电堆/第二电堆的长度方向延伸设置。

4.如权利要求3所述的铜排组件，其特征在于，所述第三铜排包括依次连接设置的第一段、第二段、第三段和第四段；

所述第一段的端部设置有第一连接部，所述第四段的端部设置有第二连接部；所述第一连接部用于与所述第一电堆的阴极集流板电连接，所述第二连接部用于与所述第二电堆的阳极集流板电连接；

所述第二段和所述第三段呈阶梯设置，所述第二段与所述第一电堆/第二电堆之间的距离小于所述第三段与所述第一电堆/第二电堆之间的距离；

其中，所述第一铜排位于所述第一段和所述第二段的上方，所述第三段和所述第四段位于所述第二铜排的上方。

5.如权利要求4所述的铜排组件，其特征在于，所述铜排组件包括垫块，所述垫块设于所述第二连接部靠近所述第二电堆的一侧，以使所述三段和所述四段与所述第二铜排位于所述第二铜排的上方。

6.如权利要求1至5中任一项所述的铜排组件，其特征在于，所述电气间隙为H，满足：H≥15mm。

7.一种燃料电池模块，其特征在于，包括第一电堆、第二电堆和如权利要求1至6中任一项所述的铜排组件。

8.一种电池系统，其特征在于：包括：

如权利要求7所述的燃料电池模块；

空气供应子系统，与所述第一电堆和所述第二电堆连通；

燃料供应子系统，与所述第一电堆和所述第二电堆连通；

热管理子系统，与所述第一电堆和所述第二电堆连通，以提供冷却液从而对所述电堆进行冷却和/或加热；

自动控制系统，与所述燃料电池模块、所述空气供应子系统、所述燃料供应子系统和所述热管理子系统分别电连接。

9.一种车辆，其特征在于，包括权利要求8所述的电池系统。

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