一种车辆及其燃料电池系统的制作方法

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池系统，本实用新型还涉及具有上述燃料电池系统的一种车辆。

背景技术：

目前，具有燃料电池的客车整车设计采用的是燃料电池分散布置的方式，即令燃料电池系统的组成部件分散在客车的整车空间内，分散的布置方式无法将燃料电池系统作为一个动力总成提供，不利于安装和维护。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种燃料电池系统，其主要组成部件均集中安装于一体，令安装和维护操作更加简单、方便。本实用新型还提供了具有上述燃料电池系统的一种车辆。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种燃料电池系统，包括：电堆、动力控制单元、空气系统、氢气系统、冷却系统和框架，所述电堆、所述动力控制单元和所述空气系统均设置在所述框架上。

优选的，上述燃料电池系统中，所述氢气系统包括氢瓶、喷射器、消音器、氮气维护管和排氢电磁阀，并且所述氮气维护管和所述排氢电磁阀设置在所述框架上。

优选的，上述燃料电池系统中，所述冷却系统包括电池水泵、去离子器、节温器和散热器总成，并且所述电池水泵和所述节温器设置在所述框架上。

优选的，上述燃料电池系统中，所述框架包括上层安装空间、下层安装空间和中心安装空间，并且所述电堆设置在所述中心安装空间中，所述电池水泵和所述节温器设置在所述下层安装空间中，所述动力控制单元设置在所述上层安装空间中。

优选的，上述燃料电池系统中，所述空气系统包括滤清器、空压机、空压机控制器、膜增湿器、中冷器和节气门，所述滤清器和所述中冷器设置在所述上层安装空间中，并且所述滤清器和所述中冷器相邻设置，所述空压机、所述空压机控制器和所述膜增湿器设置在所述下层安装空间中，并且所述空压机设置在所述滤清器的底部，所述空压机控制器与所述空压机相邻设置，所述膜增湿器设置在所述电堆的底部。

优选的，上述燃料电池系统中，所述电堆、所述动力控制单元、所述空气系统、所述氮气维护管、所述排氢电磁阀、所述电池水泵和所述节温器均与所述框架可拆卸连接。

一种车辆，包括设置在车身内的燃料电池系统，该燃料电池系统为上述中的燃料电池系统。

优选的，上述车辆中，所述燃料电池系统为相互连接的两套，并且两套所述燃料电池系统均设置在所述车辆的后备箱内。

优选的，上述车辆中，所述氢瓶、所述喷射器、所述消音器和所述散热器总成均设置在所述车身的顶部。

优选的，上述车辆中，所述滤清器的吸风口朝向所述车辆的车尾方向设置；所述车身上开设有与所述空压机对正的检修口；所述去离子器靠近所述后备箱的箱门设置。

本实用新型提供的燃料电池系统，将氢气系统的部分部件、冷却系统的部分部件以及电堆、动力控制单元、空气系统以合理的方式布置在了一个框架上，避免了在车身上的分散布置，令燃料电池系统更易于安装、维修和保养。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的燃料电池系统在车辆上的装配示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为燃料电池系统的结构示意图；

图4为图3的后视图。

在图1-图4中：

1-大功率高压直流变换器，2-电堆，3-燃料电池控制器，4-节温器，5-整车控制器，6-去离子器，7-电池水泵，8-中冷器，9-滤清器，10-空压机，11-空压机控制器，12-节气门，13-膜增湿器，14-尾排管路，15-氢瓶。

具体实施方式

本实用新型提供了一种燃料电池系统，其主要组成部件均集中安装于一体，令安装和维护操作更加简单、方便。

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做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。

如图1-图4所示，本实用新型实施例提供的燃料电池系统，包括电堆2、动力控制单元、空气系统、氢气系统、冷却系统以及框架，并且电堆2、动力控制单元、空气系统、氢气系统的部分部件、冷却系统的部分部件均集成于框架之上，使得燃料电池系统绝大部分的组成部件实现了集中设置，使得燃料电池系统的安装、维修和保养更加简单、易行。其中，冷却系统的电池水泵7和水路为电堆2提供冷却水散热，空气系统为电堆2提供氧气，氢气系统为电堆2提供氢气，电堆2通过化学反应为车辆的系统供电。

优选的，燃料电池系统还包括大功率高压直流变换器1和高压分配盒，工作时，大功率高压直流变换器1接受电堆2的供电，通过高压线与电堆2相连，大功率高压直流变换器1将电堆2输出的低压电转换为高压电，供给高压分配。对于燃料电池系统内部，高压分配盒将高压电分别供给12V直流变换器和空压机10，12V直流变换器将低压电供给两个燃料电池控制器3和一个整车控制器5，控制高压风扇、水泵、各传感器等等。

本实施例中，优选框架包括上层安装空间、下层安装空间和中心安装空间，并且电堆2设置在中心安装空间中，动力控制单元设置在上层安装空间，具体的是位于电堆2的上方，并且电堆2和动力控制单元均通过紧固件与框架固定连接。

基于上述的燃料电池系统，本实施例还提供了一种车辆，此车辆具有上述的燃料电池系统，本实施例优选该车辆为具有足够大安装空间的客车，并且还优选燃料电池系统安装在车辆的后备箱中。

如图3和图4所示，空气系统包括滤清器9、空压机10、空压机控制器11、膜增湿器13、中冷器8、节气门12、尾排管路14和空气管路，其中，滤清器9和中冷器8设置在上层安装空间中，并且滤清器9和中冷器8相邻设置，空压机10、空压机控制器11和膜增湿器13设置在下层安装空间中，并且空压机10设置在滤清器9的底部，空压机控制器11与空压机10相邻设置，膜增湿器13设置在电堆2的底部。具体的是，滤清器9位于框架的上部；空压机10位于框架的下部，滤清器9的下方；空压机控制器11位于框架的下部，空压机10一侧；膜增湿器13位于电堆2下方；中冷器8位于框架的上部，滤清器9一侧。中冷器8布置于空气滤清器9一侧，框架的上部。空压机10质量大且工作时有震动，布置于框架的下承载部，安装面平行于框架底面，框架设计需充分考虑空压机10的振动及质量。工作时，空气通过滤清器9过滤后进入空压机10，空压机10将空气压缩为高压气体，空气温度升高，然后通过管路进入中冷器8降温冷却，再进入膜增湿器13增加空气湿度，最终进入电堆2参与化学反应产生电能。膜增湿器13有四个接口，两个与电堆2相连，一个与中冷器8连接，一个经过节气门12后通过六通与尾排管路14连接。本实施例中，令膜增湿器13布置于框架下部的同时，为防止电堆2内部的积水倒灌，还令膜增湿器13位于电堆2下方的位置以形成高度差。此外，为方便装配，尾排管路14固定于框架上，与框架一同固定在后备箱中，再与车身尾排通过金属接头连接排出车外。

本实施例中，氢气系统包括氢瓶15、喷射器、消音器、氮气维护管、排氢电磁阀以及氢气管路和多个传感器，并且氮气维护管和排氢电磁阀设置在框架上。具体的，氢瓶15位于车辆的车身顶部中间位置，如图1所示，喷射器及消音器位于车身顶部后方两侧的位置，氢瓶15内储存有高压液态氢气，经过一系列阀门、喷射器等之后进入电堆2与氧气一起参与化学反应产生电能。氮气维护管及排氢电磁阀均固定在框架上。各传感器位于车厢内部及燃料电池系统附近。各部件通过氢气管路相连，最终通过六通进入空气系统的尾排。多个传感器中包括氢泄漏传感器，用以实时监测密闭空间内的氢气含量的变化情况。

冷却系统包括电池水泵7、去离子器6、节温器4和散热器总成，并且电池水泵7和节温器4设置在所述框架上，如图3所示。本实施例中，每一个燃料电池系统对应两个电池水泵7，两个电池水泵7串联为水路提供高压水，水流经散热器总成，通过高压风扇将热量散到环境中，冷却水进入电堆2为电堆2散热。两个电池水泵7均布置在车辆的下承载部，水泵出水口需沿斜向上方设置。散热器总成布置在车厢顶部，通过风道吸风散热。整车水泵提供的高压水空压机10、空压机控制器11、大功率高压直流变换器1散热。电池水泵7及节温器4固定于框架的下部，去离子器6位于框架的上部；各零部件通过管路相连。并且管路设计需满足加工要求，尽可能减小流阻，且需留出接口以方便与整车水路相连。

同时还在框架上增加管路的固定点以防止摩擦和晃动。

此外，还优选上述各系统均设置有多个用于与车辆其它部件对接的接口。

本实施例中，还优选燃料电池系统为相互连接的两套，并且两套燃料电池系统均设置在车辆的后备箱内，如图1和图2所示。两套系统架构一致，绝大部分组成部件通用可互换，同时兼顾水路、气路、电路合理布置。燃料电池系统作为一个整体安装在客车后备箱内，预留出管路接口及电气接口，以方便与车身管路及线束连接。实现燃料电池系统在整车集成布置的同时，尽可能保持与原车型平台的通用性、继承大部分制造工艺。

本实施例进一步优选的，滤清器9的吸风口朝向车辆的车尾方向设置，以适应燃料电池系统在后备箱中的安装环境；车辆上开设有与空压机10对正的检修口，以方便空压机10的定期维护，此检修口可供人手通过即可。此外，由于车厢内环境较恶劣，所以还增加从车外吸风的进风管道，以令燃料电池系统更好的工作。同时，还令去离子器6靠近后备箱的箱门设置，使得检修人员打开客车的后备箱门即可接触到去离子器6，方便了维修。

本说明书中对各部分结构采用递进的方式描述，每个部分的结构重点说明的都是与现有结构的不同之处，燃料电池系统的整体及部分结构可通过组合上述多个部分的结构而得到。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。