CN220996646U - 一种燃料电池电动自行车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池电动自行车，涉及电动自行车技术领域，所述电动自行车包括车体、封装箱、固态储氢瓶总成和电堆总成，所述车体包括车架组件和嵌设在所述车架组件上的车壳；所述封装箱设在所述车架组件与所述车壳围成的内部空间内且位于自行车座椅的正下方；所述固态储氢瓶总成封装在所述封装箱内的一侧；所述电堆总成封装在所述封装箱内的另一侧；所述固态储氢瓶总成用于储存氢气，并将氢气调压至所述电堆总成所需压力供给燃料电池。在电动自行车有限的空间里面将动力总成布置妥当，将固态储氢瓶总成和电堆总成封装在封装箱里，减小自行车本体的体积，同时也降低了生产制造成本。

Description

一种燃料电池电动自行车

技术领域

本实用新型涉及电动自行车技术领域，尤其涉及一种燃料电池电动自行车。

背景技术

电动车轻便、速度适中、价廉、无噪音尾气污染、占用车位小，可大大提高非机动车道的通行效率，非常适合城市内单人短程出行，具有其它交通工具无法比拟的优势。

目前市场上的电动自行车电力储备主要由铅酸电池和锂离子电池承担，两者都具备续航短、充电慢、充电难、寿命衰减的问题，并且锂离子电池存在一定的安全隐患和更换价格昂贵的弊端；而铅酸电池和锂电池的前期、后期污染也是一个长期的环境问题。

近年来，出现许多氢燃料电池电动自行车，但由于其动力总成更复杂以及自行车的空间狭小，难以在有限的空间里面将动力总成布置妥当，因此，就使得自行车本体的体积要增大很多，同时也增加的制造成本。

实用新型内容

本实用新型提供了一种燃料电池电动自行车，以解决现有技术中电动自行车体积较大、生产制造成本高的技术问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种燃料电池电动自行车，包括：

车体，所述车体包括车架组件和嵌设在所述车架组件上的车壳；

封装箱，设在所述车架组件与所述车壳围成的内部空间内且位于自行车座椅的正下方；

固态储氢瓶总成，封装在所述封装箱内的一侧；

电堆总成，封装在所述封装箱内的另一侧；

所述固态储氢瓶总成用于储存氢气，并将氢气调压至所述电堆总成所需压力供给燃料电池。

优选的，所述固态储氢瓶总成包括两个并联连接在所述封装箱内的储氢瓶、气管、三通阀和进气阀，所述三通阀的两个接口分别通过所述气管连接在两个所述储氢瓶上，所述三通阀的剩余接口通过所述气管连接在所述进气阀上，且两个所述储氢瓶通过隔板固定在所述封装箱内。

优选的，所述车架组件包括位于所述封装箱两侧的车框架和底支架，所述底支架连接在所述封装箱的底部，且所述车框架与所述封装箱固定连接。

优选的，还包括连接在所述封装箱两侧且位于所述车体内的变压模块，所述变压模块包括分别与所述电堆总成电性连接的升压模块和降压模块，

所述车架组件还包括分别连接在所述封装箱两侧的第一支架和第二支架，且所述升压模块连接在所述第一支架上，所述降压模块连接在所述第二支架上。

优选的，还包括连接在所述封装箱上的保险模块，且所述保险模块与所述升压模块位于所述封装箱的同一侧，所述保险模块的一端与所述升压模块的输出端连接。

优选的，还包括连接在所述第二支架上的控制器，所述控制器与所述降压模块电性连接。

优选的，还包括连接在所述封装箱上的两个继电器，其中一个所述继电器与所述保险模块的另一端电性连接，另一个所述继电器与所述控制器电性连接。

优选的，所述车架组件还包括连接在所述封装箱前端的第三支架，两个所述继电器连接在所述第三支架上。

优选的，还包括连接在所述底支架上的尾排阀，所述尾排阀与所述电堆总成电性连接。

优选的，所述车壳包括第一壳体、第二壳体、第三壳体、第四壳体和第五壳体，所述第一壳体和所述第二壳体分别位于所述封装箱的左右两侧，所述第三壳体和所述第四壳体分别位于所述封装箱的上下两侧，所述第五壳体位于所述车框架的前端表面。

本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：

车体组成了电动自行车的基本骨架，车体由车架组件和车壳构成，其中车架组件沿电动自行车的纵向方向延伸，车壳则嵌设在车架组件上，形成了车体的保护外壳。封装箱设置于车体上，并且位于车体座椅的正下方空间内，封装箱内设置有固态储氢瓶总成和电堆总成，固态储氢瓶总成和电堆总成均设置在车体的座椅下方，固态储氢瓶总成和电堆总成均封装在封装箱内，固态储氢瓶总成用于储存氢气，并将氢气调压至电堆总成所需压力供给燃料电池，在保证自行车正常驱动的前提下日常用电设备运行稳定，同时在有限的空间里面将动力总成合理布置，降低了生产使用成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例中燃料电池电动自行车的三维结构示意图；

图2为本实用新型实施例中燃料电池电动自行车的俯视结构示意图；

图3为本实用新型实施例中车架组件的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中固态储氢瓶总成、电堆总成、封装箱、变压模块、继电器与保险模块的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中固态储氢瓶总成、电堆总成与封装箱的一方向装配结构示意图；

图6为本实用新型实施例中固态储氢瓶总成、电堆总成与封装箱的另一方向装配结构示意图；

图7为本实用新型实施例中车壳的分解结构示意图。

附图标记说明：

1-固态储氢瓶总成；11-储氢瓶；12-气管；13-三通阀；14-进气阀；

2-电堆总成；

3-封装箱；31-隔板；

4-车体；41-车架组件；411-车框架；412-第一支架；413-第二支架；414-第三支架；415-底支架；42-车壳；421-第一壳体；422-第二壳体；423-第三壳体；424-第四壳体；425-第五壳体；

5-控制器；

6-变压模块；61-升压模块；62-降压模块；

7-继电器；

8-保险模块；

9-尾排阀。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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。

而且，附图中Z轴表示竖向，也就是上下方向，并且Z轴的正向表示上，Z轴的负向表示下；附图中X轴表示纵向，也就是前后方向，并且X轴的正向表示前，X轴的负向表示后；附图中Y轴表示横向，也就是左右方向，并且Y轴的正向表示左，Y轴的负向表示右。同时需要说明的是，前述Z轴、X轴和Y轴表示含义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。

术语“第一”、“第二”....“第五”等仅用于描述目的，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”....“第五”等的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

参见图1-图7所示，本实用新型实施例的一种燃料电池电动自行车，所述燃料电池电动自行车包括封装箱3、固态储氢瓶总成1、电堆总成2和车体4，车体4包括车架组件41和嵌设在车架组件41上的车壳42；封装箱3设在车架组件41与车壳42围成的内部空间内且位于自行车座椅的正下方；固态储氢瓶总成1封装在封装箱3内的一侧；电堆总成2封装在封装箱3内的另一侧；固态储氢瓶总成1用于储存氢气，并将氢气调压至电堆总成2所需压力供给燃料电池。

本实施例中，车体4组成了电动自行车的基本骨架，车体4由车架组件41和车壳42构成，其中车架组件41沿电动自行车的纵向方向延伸(也即为沿附图1中的X轴方向)，车壳42则嵌设在车架组件41上，形成了车体的保护外壳。封装箱3设置于车体4上，并且位于车体4座椅的正下方空间内，封装箱3内设置有固态储氢瓶总成1和电堆总成2，固态储氢瓶总成1和电堆总成2均设置在车体4的座椅下方，固态储氢瓶总成1通过气路与电堆总成2连接，为电堆总成2提供氢气，电堆总成2与控制器5电性连接，为电动自行车提供驱动力；控制器5分别与固态储氢瓶总成1和电堆总成2电性连接，电堆总成2为驱动装置提供动力，根据电堆总成2的输出电压控制固态储氢瓶总成1向电堆总成2提供氢气，以满足驱动装置(图中未示意出)的动力需求。

本实用新型在车体4的封装箱3内设置了固态储氢瓶总成1和电堆总成2，其中封装箱3设置在电动自行车的座椅下方空间内，在给座椅提供支撑的情况下，还能进一步缩小自行车本体的体积。固态储氢瓶总成1能够保证高储氢量的同时，还能够为电堆总成2提供超高纯度氢气，充氢快速。本实用新型以清洁能源载体，使用氢燃料电池装置代替传统的铅酸电池和锂电池，以氢气作为还原剂，以氧气作为氧化剂，当电池工作时，产物只有水，没有废气排放，具有高效、清洁、零排放的优点，解决了现有电动自行车续航里程短、充电不方便的问题，保证自行车正常驱动的前提下日常用电设备运行稳定，同时在有限的空间里面将动力总成合理布置，降低了生产使用成本。

参见图5、图6，可选地，固态储氢瓶总成1包括两个并联连接在封装箱3内的储氢瓶11、气管12、三通阀13和进气阀14，三通阀13的两个接口分别通过气管12连接在两个储氢瓶11上，三通阀13的剩余接口通过气管12连接在进气阀14上，且两个储氢瓶11通过隔板31固定在封装箱3内。

本实施例中，两个储氢瓶11之间通过气管12并联连接，在气管12上设有控制气路开关的三通阀13和进气阀14，三通阀13的设置使两个储氢瓶11的氢气连通与关闭，三通阀13的输出端上设有进气阀14，三通阀13、进气阀14与控制器5电性连接，用于定量控制进入电堆总成2的氢气。三通阀13与进气阀14还主要起隔断固态储氢瓶总成1和电堆总成2的安全作用，防止意外情况发生时不安全因素倒流进固态储氢瓶总成1内。

需要说明的是，本申请中储氢瓶11的罐体由内至外依次包括内胆、缠绕层和外壳，内胆为铝合金无缝材料和/或铝合金内胆，缠绕层采用碳纤维缠绕复合材料，外壳为不锈钢材料，能够进一步增强罐体安全性，并与常见的钢瓶相比，重量可减轻40％-70％，同时具有安全性高、易于携带的特点，且铝合金经氧化后具有独特的耐腐蚀特性。

参见图1和图3，可选地，车架组件41包括位于封装箱3两侧的车框架411和底支架415，底支架415连接在封装箱3的底部，且车框架411与封装箱3固定连接。

本实施例中，车框架411形成了电动自行车的外部轮廓，为能够对封装箱3进行支撑，在封装箱3的底部还设置底支架415提供支撑力，封装箱3的侧部还与车框架411焊接在一起，以保证整体的结构强度。

其中，车框架411可以由金属空心管拼接而成，例如采用铝型材拼焊而成，即车框架411和底支架415可以采用板状结构的铝型材。

参见图4和图6，可选地，燃料电池电动自行车还包括连接在封装箱3两侧且位于车体4内的变压模块6，变压模块6包括分别与电堆总成2电性连接的升压模块61和降压模块62。

车架组件41还包括分别连接在封装箱3两侧的第一支架412和第二支架413，且升压模块61连接在第一支架412上，降压模块62连接在第二支架413上。

本实施例当中，将电堆总成2的正极和负极分别与电机母线的正负极相连。为了保证燃料电池输出的稳定可控，一般会在燃料电池的输出端加入DC-DC变压器(包括升压和降压两个比较小型的元器件)，通过DC-DC变压器的变压作用，可以实现燃料电池的输出电压稳定工作并且能够调节负载的功率。本实施例中DC-DC变压器包括升压模块61和降压模块62(本身体积较小，且成本低)，有利于系统在车内的布置以及降低电动自行车生产成本。

另外，为保证电动自行车的合理空间利用以及平衡，将升压模块61和降压模块62分别设在封装箱3宽度方向的两侧(也即为附图1中的Y轴方向)，并通过第一支架412和第二支架413固定连接在封装箱3的外表面。

参见图4，可选地，燃料电池电动自行车还包括连接在封装箱3上的保险模块8，且保险模块8与升压模块61位于封装箱3的同一侧，保险模块8的一端与升压模块61的输出端连接。

本实施例中，保险模块8设在封装箱3上，其结构简单、使用方便、成本低廉、应用范围广，为车辆的低压供电系统提供了可监测、可行、可靠的基础，当保险丝工作异常时，可通过电流电压监测模块以及CAN通讯模块对多路监测的方式，快速判断问题产生的位置，节省排查故障时的时间。

另外，可以通过将电压监测点连接到继电器7触点的后端，去监测低压继电器的工作状态，保证电动自行车在运行前检测电线路的完整性。

参见图6，可选地，还包括连接在第二支架413上的控制器5，控制器5与降压模块62电性连接。

本实施例中，控制器5通过CAN总线与DCDC(双向变换器)进行信号交互，首先判断系统状态，若系统为停机状态，则空气需求流量为0；若系统不为停机状态，则获得VCU下一时刻的需求电流值、当前电堆单片电压以及DCDC高低边侧的电流值。根

据VCU需求电流值与DCDC高边侧电流值的差值得出功率变化趋势。电堆输出电流值与低边电流值对应，需求电流值与高边电流值对应。

根据上述获取的参数计算电堆下一时刻的理论目标电流值。然后根据电堆总成2的系统状态、车速、加速度、油门深度、油门深度变化率等信息判断电动自行车当前工况，结合计算的理论目标电流值确定实际目标电流值，

最后根据实际目标电流值和电化学公式计算得下一时刻进入电堆的空气需求流量。

在得到空气进堆流量需求值后通过最高转速对空气进堆流量需求值的上限进行限制，通过系统瞬态响应时间对该值的变化速率进行限制。

通过控制器5对空气需求流量进行控制，使得燃料电池电动自行车在面对不同工况时，能够提供满足电堆反应的空气量，保证电动自行车功率需求。

可以理解的是，车架组件41和车壳42围成的纵向空间内布置控制器5，可以提高燃料电池电动自行车的集成度。

参见图4、图5，可选地，燃料电池电动自行车还包括连接在封装箱3上的两个继电器7，其中一个继电器7与保险模块8的另一端电性连接，另一个继电器7与控制器5电性连接。

本实施例中，对电堆总成2与固态储氢瓶总成1设置继电器7，该继电器7为用于在电池电压值变得低于或等于预定值时，将对应使用的储氢瓶11从该电堆总成2的串联电路断开。当如此闭合继电器7并且产生旁路时，可以将比通过该旁路连接的储氢瓶11断开，以使得建立起该储氢瓶11不参与供氢的状态。

另外，车壳42能够对空间中的继电器7、控制器5和保险模块8等保护。

参见图3和图4，车架组件41还包括连接在封装箱3前端的第三支架414，两个继电器7连接在第三支架414上。

参见图3和图5，可选地，燃料电池电动自行车还包括连接在底支架415上的尾排阀9，尾排阀9与电堆总成2电性连接。

本实施例中，在燃料电池系统当中，尾排阀9按照固定的时间进行开启以及关闭，以控制电堆总成2中的水含量，延长燃料电池系统的使用寿命。

参见图1和图7，车壳42包括第一壳体421、第二壳体422、第三壳体423、第四壳体424和第五壳体425，第一壳体421和第二壳体422分别位于封装箱3的左右两侧，第三壳体423和第四壳体424分别位于封装箱3的上下两侧，第五壳体425位于车框架411的前端表面。

可以理解的是，车壳42可以采用燃料电池电动自行车领域常用的铝材质。

由此，通过车壳42的合理结构布局，使得电动自行车的动力组件体积小、重量轻、组装简单且方便，操控简便；同时成本低、效能高，安装与维修均简单容易，实用性强。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池电动自行车，其特征在于，包括：

车体(4)，所述车体(4)包括车架组件(41)和嵌设在所述车架组件(41)上的车壳(42)；

封装箱(3)，设在所述车架组件(41)与所述车壳(42)围成的内部空间内且位于自行车座椅的正下方；

固态储氢瓶总成(1)，封装在所述封装箱(3)内的一侧；

电堆总成(2)，封装在所述封装箱(3)内的另一侧；

所述固态储氢瓶总成(1)用于储存氢气，并将氢气调压至所述电堆总成(2)所需压力供给燃料电池。

2.根据权利要求1所述的燃料电池电动自行车，其特征在于，所述固态储氢瓶总成(1)包括两个并联连接在所述封装箱(3)内的储氢瓶(11)、气管(12)、三通阀(13)和进气阀(14)，所述三通阀(13)的两个接口分别通过所述气管(12)连接在两个所述储氢瓶(11)上，所述三通阀(13)的剩余接口通过所述气管(12)连接在所述进气阀(14)上，且两个所述储氢瓶(11)通过隔板(31)固定在所述封装箱(3)内。

3.根据权利要求2所述的燃料电池电动自行车，其特征在于，所述车架组件(41)包括位于所述封装箱(3)两侧的车框架(411)和底支架(415)，所述底支架(415)连接在所述封装箱(3)的底部，且所述车框架(411)与所述封装箱(3)固定连接。

4.根据权利要求3所述的燃料电池电动自行车，其特征在于，还包括连接在所述封装箱(3)两侧且位于所述车体(4)内的变压模块(6)，所述变压模块(6)包括分别与所述电堆总成(2)电性连接的升压模块(61)和降压模块(62)，

所述车架组件(41)还包括分别连接在所述封装箱(3)两侧的第一支架(412)和第二支架(413)，且所述升压模块(61)连接在所述第一支架(412)上，所述降压模块(62)连接在所述第二支架(413)上。

5.根据权利要求4所述的燃料电池电动自行车，其特征在于，还包括连接在所述封装箱(3)上的保险模块(8)，且所述保险模块(8)与所述升压模块(61)位于所述封装箱(3)的同一侧，所述保险模块(8)的一端与所述升压模块(61)的输出端连接。

6.根据权利要求5所述的燃料电池电动自行车，其特征在于，还包括连接在所述第二支架(413)上的控制器(5)，所述控制器(5)与所述降压模块(62)电性连接。

7.根据权利要求6所述的燃料电池电动自行车，其特征在于，还包括连接在所述封装箱(3)上的两个继电器(7)，其中一个所述继电器(7)与所述保险模块(8)的另一端电性连接，另一个所述继电器(7)与所述控制器(5)电性连接。

8.根据权利要求7所述的燃料电池电动自行车，其特征在于，所述车架组件(41)还包括连接在所述封装箱(3)前端的第三支架(414)，两个所述继电器(7)连接在所述第三支架(414)上。

9.根据权利要求3所述的燃料电池电动自行车，其特征在于，还包括连接在所述底支架(415)上的尾排阀(9)，所述尾排阀(9)与所述电堆总成(2)电性连接。

10.根据权利要求3-9任意一项所述的燃料电池电动自行车，其特征在于，所述车壳(42)包括第一壳体(421)、第二壳体(422)、第三壳体(423)、第四壳体(424)和第五壳体(425)，所述第一壳体(421)和所述第二壳体(422)分别位于所述封装箱(3)的左右两侧，所述第三壳体(423)和所述第四壳体(424)分别位于所述封装箱(3)的上下两侧，所述第五壳体(425)位于所述车框架(411)的前端表面。