一种车载燃料电池系统总成及车辆的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种车载燃料电池系统总成及车辆。


背景技术：

2.现代燃料电池是一种环境友好型的动力装置，其燃料经过一系列的化学反应转化为电能，最终的转化产物也是唯一产物是水，因此该装置被称为终极能源。
3.现有技术一种燃料电池系统/202220167059.x，燃料电池系统包括：安装机构，设置于安装机构的第一安装部的电堆和温度调节机构，设置于温度调节机构顶部的氢气供给机构，设置于电堆顶部的电路控制机构，以及设置于安装机构的第二安装部的空气供给机构。该燃料电池系统主要分布左，右，上，中，下三层，其集成度较高，主要系统集中在下层，高度空间占据较大。
4.以及现有技术一种燃料电池发动机总成/201922268915.1，燃料电池发动机总成包括：承载板；燃料电池系统，其可拆卸连接于承载板的一侧，燃料电池系统包括电堆及环绕电堆设置的dc/dc转换器、空压机控制器、空压机及供氢回氢组件，空压机设置于电堆的前侧，供氢回氢组件设置于电堆的后侧，dc/dc转换器和空压机控制器设置于电堆的上方，dc/dc转换器分别电连接于电堆和空压机控制器，空压机控制器控制空压机通入电堆的空气量，供氢回氢组件用于向电堆通入氢气；驱动系统，其可拆卸连接于承载板的另一侧，驱动系统与燃料电池系统为分体式结构。此燃料电池发动机总成，其驱动电机与燃料电池虽然通过悬置连接，但也存在振动传导的现象存在，增大燃料电池系统的振动。
5.经发明人研究发现，现有技术的燃料电池系统的集成方案，集成度高，但体积较大，无法实现车辆的前置前驱的设置需求。或前置前驱的设置方案，其燃料电池系统与驱动总成形成一个整体，从而增加燃料电池系统的振动源，影响燃料电池系统的性能。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种车载燃料电池系统总成及车辆，其能够解决车辆驱动总成前置前驱，且燃料电池系统设置在前机舱的集成设置方案，同时燃料电池系统与驱动总成分层设置，互相有独立的悬置减震结构。驱动总成与燃料电池系统振动互相不影响，保证燃料电池系统性能，同时实现燃料电池系统整体装配到车辆。
7.本实用新型的实施例是这样实现的：
8.第一方面，一种车载燃料电池系统总成，包括燃料电池系统；
9.所述燃料电池系统包括供氧系统、冷却系统、承载支架、电堆本体、供氢系统和电气系统；所述电堆本体设置在所述承载支架的上方，所述供氧系统、冷却系统、供氢系统和电气系统围绕所述电堆本体进行设置；
10.所述电气系统固定设置在所述电堆本体的上方，所述供氧系统设置在所述电堆本体的左侧，所述供氢系统设置在所述电堆本体的右侧，所述冷却系统设置在所述电堆本体
的底部，并且所述冷却系统的管路用于连接车辆上的散热器。
11.在可选的实施方式中，所述电气系统包括fcev、空压机控制器和fcu，所述fcev与所述电堆本体连接，所述空压机控制器和fcu均通过支架分别固定在所述电堆本体左前部和所述电堆本体的右前部。
12.在可选的实施方式中，所述fcev包括dc/dc转换器，所述dc/dc转换器与所述电堆本体电气直连。
13.在可选的实施方式中，所述供氧系统包括空气滤清器、空压机、中冷器和增湿器；所述空气滤清器固定在所述fcev左侧，并且所述空气滤清器支撑在所述承载支架上，所述空压机通过支架固定在所述承载支架下面，所述中冷器固定在所述承载支架下方靠前位置，所述中冷器的进气口接近所述空压机出气口，同时所述中冷器的出气口靠近所述增湿器的进气口，所述增湿器通过支架直接固定在所述电堆本体左侧且在所述fcev下方，且在所述空气滤清器的下方。
14.在可选的实施方式中，所述供氧系统还包括流量传感器，所述流量传感器设置在所述空气滤清器上。
15.在可选的实施方式中，所述供氢系统包括进氢阀总成、水气分离器和氢气循环泵，所述进氢阀总成设置在所述电堆本体的进氢口上方，且固定在所述fcev的右前方，所述水气分离器设置在所述电堆本体的出氢口前下方，且固定在所述电堆本体的右侧边，所述氢气循环泵设置在所述fcev的右后方且在所述电堆本体的上方，并且所述氢气循环泵固定在所述电堆本体上。
16.在可选的实施方式中，还包括第一悬置组件；所述承载支架用于通过所述第一悬置组件与车辆连接，以将所述燃料电池系统整体固定在车辆上。
17.在可选的实施方式中，还包括前悬置横梁、驱动总成和第二悬置组件；所述驱动总成设置在所述燃料电池系统的下部，所述驱动总成通过所述第二悬置组件固定在所述前悬置横梁上。
18.在可选的实施方式中，所述冷却系统包括去离子器、水泵、节温器和ptc加热器；所述去离子器通过支架固定在所述电堆本体上，所述水泵固定在所述前悬置横梁上，且所述水泵远离所述电堆本体冷却出口的位置，所述节温器和所述ptc加热器设置在所述承载支架的前下方，所述节温器的出水口连接所述电堆本体的冷却进水口，所述节温器的两个进水口分别连接车辆散热器和所述ptc加热器。
19.另一方面，提供一种车辆，包括以上任一项所述的车载燃料电池系统总成。
20.本实用新型实施例的有益效果是：
21.通过本实用新型的设置方案，即供氧子系统各零件设置在一侧，供氢子系统各零件设置在另外一侧，可缩短各零件之间的连接管路，缩小燃料电池系统的整体体积。燃料电池系统整体设置在前机舱上层，其承载支架通过自己悬置与车辆连接，具有独立性也达到减震效果。
22.进一步地，前机舱下层空余，车辆可实现前置前驱的设置方案。驱动总成通过悬置连接到前悬置横梁和前悬架，其与燃料电池系统不相连，互相不影响。
附图说明
23.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。
24.图1为本实用新型实施例提供的燃料电池系统第一视角示意图；
25.图2为本实用新型实施例提供的燃料电池系统第二视角示意图；
26.图3为本实用新型实施例提供的电气系统第一视角示意图；
27.图4为本实用新型实施例提供的供氧系统第一视角示意图；
28.图5为本实用新型实施例提供的供氢系统第一视角示意图；
29.图6为本实用新型实施例提供的冷却系统第一视角示意图；
30.图7为本实用新型实施例提供的燃料电池系统总成第一视角示意图；
31.图8为本实用新型实施例提供的燃料电池系统总成第二视角示意图。
32.图标:
33.100-燃料电池系统；200-第一悬置组件；300-前悬置横梁；400-驱动总成；500-第二悬置组件；10-供氧系统；20-冷却系统；30-承载支架；40-电堆本体；50-供氢系统；60-电气系统；11-空气滤清器；12-流量传感器；13-空压机；14-节气门；15-中冷器；16-增湿器；21-去离子器；22-水泵；23-节温器；24-ptc加热器；51-进氢阀总成；52-水气分离器；53-氢气循环泵；61-fcev；62-空压机控制器；63-fcu。
具体实施方式
34.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来设置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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。
36.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。
37.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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完
全水平，而是可以稍微倾斜。
39.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。
40.第一实施例
41.本实施例提供了一种车载燃料电池系统总成，用于燃料电池领域，包括燃料电池系统100。
42.如图1~2所示，燃料电池系统100包括供氧系统10、冷却系统20、承载支架30、电堆本体40、供氢系统50和电气系统60；电堆本体40设置在承载支架30的上方，供氧系统10、冷却系统20、供氢系统50和电气系统60围绕电堆本体40进行设置；
43.电气系统60固定设置在电堆本体40的上方，供氧系统10设置在电堆本体40的左侧，供氢系统50设置在电堆本体40的右侧，冷却系统20设置在电堆本体40的底部，并且冷却系统20的管路连接车辆上的散热器。
44.本实施例中的电堆本体40通过螺栓与所述承载支架30连接。电堆本体40是一种将燃料和氧化剂的化学能通过化学反应，转化为电能的主要器件，其主要产物是水。燃料电池系统100各子系统围绕电堆本体40布置，缩短各子系统内部零件管路连接，进一步缩小燃料电池系统100的体积。
45.如图3所示，电气系统60包括fcev61、空压机控制器62和fcu63，fcev61与电堆本体40连接，空压机控制器62和fcu63均通过支架分别固定在电堆本体40左前部和电堆本体40的右前部。并且fcev61包括dc/dc转换器，dc/dc转换器与电堆本体40电气直连。
46.本实施例中的电气系统60主要是fcev61、空压机控制器62 、fcu63、各回路的温度传感器、流量传感器12和氢气浓度传感器。fcev61是一个集成电器件，集成dc/dc转换器、氢气循环泵53控制器、高压配电模块，其中dc/dc转换器将电堆输出的电压转换为整车电压平台电压，高压配电模块包含燃料电池系统100的高压器件回路配电模块和车辆其他高压器件的配电模块。fcu63是燃料电池系统100的控制中心，其根据车辆控制器的需求，并采集燃料电池系统100的传感器信息和执行器的状态，控制各执行器工作，保证燃料电池系统100按照车辆需求运行。空压机控制器62是控制空压机13运行，其接受fcu63的控制指令控制空压机13转速，确保空气压力和流量满足电堆需求。氢气循环泵53控制器是控制氢气循环泵53运行，其根据fcu63发送的指令控制循环泵转速，确保氢气压力满足电堆需求。各回路的传感器根据检测点需求，直接布置在管路上，氢气浓度传感器布置在电堆本体40最上层，监测电堆本体40的氢气泄漏情况。
47.如图4所示，供氧系统10包括空气滤清器11、空压机13、节气门14、中冷器15和增湿器16；空气滤清器11固定在fcev61左侧，并从承载支架30上延伸支架来支撑空气滤清器11，空压机13通过支架固定在承载支架30下面，中冷器15固定在承载支架30下面靠前位置，进气接口接近空压机13出气口，同时中冷器15的出气口靠近增湿器16的进气口，增湿器16通过支架直接固定在电堆本体40左侧且在fcev61下方，且在空气滤清器11的下方。
48.优选的，供氧系统10还包括流量传感器12，流量传感器12设置在空气滤清器11上。
49.本实施例中的供氧系统10是为电堆本体40引入空气的子系统。空气通过空压机13先被吸入空气滤清器11，在空气滤清器11中去除多余的灰尘和有害化学成分，再进入空压机13，空压机13出来的空气通过中冷器15进行冷却，冷却后的空气进入增湿器16加湿，进入电堆本体40，空气中的氧气在电堆中进行还原反应，产生水，在电堆中未反应的气体（主要成分是氮气和氧气）和水再进入增湿器16的另外回路，最后从增湿器16引出，最后通过节气门14，进入排气系统。空气的子系统除通过控制空压机13来控制空气流量和压力外，也同时通过控制节气门14的开合控制。
50.如图5所示，所述供氢系统50包括进氢阀总成51、水气分离器52和氢气循环泵53，进氢阀总成51设置在电堆本体40的进氢口上方，且固定在fcev61的右前方，水气分离器52设置在电堆本体40的出氢口前下方，且固定在电堆本体40的右侧边，氢气循环泵53设置在fcev61的右后方且在电堆本体40的上方，从电堆本体40延伸出来一根支架来固定住氢气循环泵53。
51.本实施例中的供氢系统50是为电堆本体40引入和循环利用燃料的子系统。燃料通过进氢阀总成51（或引射器）调整氢气压力和流量后进入电堆的进氢口，氢气在电堆中进行氧化反应，生成电子和质子，未反应的氢气通过氢气循环泵53被抽出电堆先进入水气分离器52，在水气分离器52中分离氢气和水气，分离出的氢气通过氢气循环泵53再进入电堆的进氢口，水气则进入排气系统。
52.如图6所示，冷却系统20包括去离子器21、水泵22、节温器23和ptc加热器24；去离子器21通过支架固定在电堆本体40上，水泵22固定在前悬置横梁上，且水泵22远离电堆本体40冷却出口的位置，节温器23和ptc加热器24设置在承载支架30的前下方，节温器23的出水口连接电堆本体40的冷却进水口，节温器23的两个进水口分别连接车辆散热器和ptc加热器24。
53.本实施例中的冷却系统20是为保证电堆本体40在适合温度范围内工作的冷却回路。冷却系统20主要包括水泵22、散热器（散热器固定在车辆前端，不属于本燃料电池系统100）、ptc加热器24、节温器23和去离子器21，主要给电堆本体40和中冷器15进行冷却或加热。冷却系统20通过节温器23形成大循环（通过散热器）和小循环（通过ptc加热器24和直通管），而电堆本体40与中冷器15和去离子器21形成并联的两个需要冷却的回路，水泵22在冷却系统20的主回路。
54.如图7~8所示，一种车载燃料电池系统100总成还包括第一悬置组件200；承载支架30通过第一悬置组件200与车辆连接，将燃料电池系统100整体固定在车辆上。还包括前悬置横梁300、驱动总成400和第二悬置组件500；驱动总成400设置在燃料电池系统100的下部，驱动总成400通过第二悬置组件500固定在前悬置横梁300上。
55.本实施例中的燃料电池系统100整体布置在前机舱上层，其承载支架30通过第一悬置组件200与车辆连接，具有独立性也达到减震效果。前机舱下层空余，车辆可实现前置前驱的布置方案。驱动总成400通过第二悬置组件500连接到前悬置横梁300和前悬架，其与燃料电池系统100不相连，互相不影响。
56.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。