一种燃料电池汽车动力总成结构的制作方法

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种燃料电池汽车动力总成结构。

背景技术：

动力系统开发是燃料电池汽车研发的核心内容之一。燃料电池汽车动力系统包括燃料电池发动机子系统、电驱动子系统、能量转换及能量管理子系统、以及相应的辅助系统等。就燃料电池汽车动力系统开发现状而言，系统庞大但各子系统集成很低，整个动力系统的集成度更是非常低。

国内燃料电池汽车整车设计针对燃料电池汽车动力系统都是采用分散布置，并采用支架固定的方式固定每个零部件，这对燃料电池汽车产业化来讲并不合理。主要存在两方面的问题，第一，无法满足整车装配技术的要求；第二，无法满足整车可维护性的要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种燃料电池汽车动力总成结构，旨在提高燃料电池汽车动力总成结构的集成度。

本发明的实施例提供一种燃料电池汽车动力总成结构，用于设于汽车前舱的副车架和纵梁上，包括安装框架、电堆、空气系统、冷却系统、氢气系统、直流变换器以及电驱动系统；

所述安装框架通过框架悬置安装于所述纵梁上，所述电驱动系统通过电机悬置安装于所述副车架上，且位于所述安装框架的底部，所述电堆设置于所述安装框架上，且位于所述电驱动系统上方，所述直流变换器安装于所述安装框架的顶部，位于所述电堆上方；

所述空气系统、所述冷却系统和所述氢气系统一部分安装于所述副车架上，且位于所述电驱动系统的外围，另一部分呈多层布置于所述安装框架上，位于所述电驱动系统上方。

进一步地，所述安装框架与所述副车架之间形成第一安装部，所述安装框架包括第二安装部、第三安装部和第四安装部，所述第二安装部位于所述第一安装部上方，所述第三安装部位于所述第二安装部上方，所述第四安装部位于所述第三安装部上方；

所述第三安装部具有多个框架安装点，所述框架安装点用于与所述框架悬置固定连接，所述电驱动系统位于所述第一安装部；所述电堆呈横向设置，安装于所述第二安装部，所述直流变换器安装于所述第三安装部。

进一步地，所述电驱动系统包括电机与电机控制器，所述电机和所述电机控制器位于所述第一安装部。

进一步地，所述空气系统包括空气滤清器、空压机、空压机控制器、增湿器以及节气门，所述电堆的阴极进气口与所述空气滤清器、空压机、空压机控制器、增湿器、节气门依次通过管道相连，所述节气门与所述电堆的阴极出气口通过管道相连；

所述空气滤清器安装于所述第三安装部；所述空压机安装于所述副车架上，位于所述第一安装部，且位于所述电驱动系统的左方；所述空压机控制器安装于所述第四安装部；所述增湿器安装于副车架上，位于所述第一安装部，且位于所述电驱动系统后侧；所述节气门通过折弯件安装于所述第一安装部，且位于所述电驱动系统后侧、所述增湿器左侧。

进一步地，所述冷却系统包括水泵、离子过滤器、ptc加热器以及节温器；所述电堆的进水口、水泵、离子过滤器、ptc加热器以及节温器依次通过管道相连，所述节温器分别与所述电堆的出水口和所述水泵通过管道相连；

所述水泵安装于所述副车架上，位于所述第一安装部，且位于所述电驱动系统前侧；所述离子过滤器安装于所述第二安装部，且位于所述电堆前侧；所述ptc加热器安装于所述副车架上，位于所述第一安装部，且位于所述电驱动系统前侧、所述水泵左方；所述节温器安装于所述副车架上，位于所述第一安装部，且位于所述ptc加热器左方。

进一步地，所述氢气系统包括氢处理模块以及氢气循环泵；所述氢处理模块与所述电堆阳极进气口、所述氢气循环泵通过管道连通，所述电堆的两个阳极出气口分别与所述氢气循环泵、所述氢处理模块通过管道连通；

所述氢气循环泵安装于所述第二安装部，且位于所述电堆后侧；所述氢处理模块安装于所述第二安装部，且位于所述氢气循环泵后侧，用于与氢瓶连接。

进一步地，还包括高压电配电单元，所述高压电配电单元安装于所述第四安装部，且位于所述空压机控制器的右侧和前侧。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：燃料电池汽车动力总成结构分为多层布置，部分安装于副车架上，部分安装于安装框架上，灵活运用空间，使系统集成度较高，结构紧凑，管路集中，易于注塑集成，便于安装维修。

附图说明

图1是本发明提供的燃料电池汽车动力总成结构一实施例一视角的结构示意图；

图2是图1中燃料电池汽车动力总成结构另一视角的结构示意图；

图3是图1中安装框架的结构示意图；

图4是图1中燃料电池汽车动力总成结构安装于副车架的结构示意图；

图中：101-副车架、102-散热器、103-纵梁、104-围板、1-安装框架、11-第一安装部、12-第二安装部、13-第三安装部、14-第四安装部、15-框架安装点、2-电堆、3-直流变换器、4-电驱动系统、51-空气滤清器、52-空压机、53-空压机控制器、54-增湿器、55-节气门、61-水泵、62-离子过滤器、63-ptc加热器、64-节温器、71-氢处理模块、72-氢气循环泵、8-高压电配电单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参见图1至图4，本发明实施例提供一种燃料电池汽车动力总成结构，用于设于汽车前舱的副车架101和纵梁103上，副车架101位于散热器102和围板104之间、两纵梁103之间(请参见图4)，燃料电池汽车动力总成结构包括安装框架1、电堆2、空气系统、冷却系统、氢气系统、直流变换器3以及电驱动系统4。其中，空气系统给电堆2提供氧气、氢气系统给电堆2提供氢气、冷却系统用于对燃料电池汽车动力总成结构内部进行冷却散热。

请参见图1和图3，所述电驱动系统4通过电机悬置(图中未示出)安装于所述副车架101上，所述空气系统、所述冷却系统、所述氢气系统一部分安装于所述副车架101上，且位于所述电驱动系统4的外围，另一部分呈多层布置于所述安装框架1上，位于所述电驱动系统4上方，本实施例中为四层布置。

所述安装框架1通过框架悬置(图中未示出)安装于所述纵梁103上，所述安装框架1与所述副车架101之间形成第一安装部11，所述安装框架1包括第二安装部12、第三安装部13和第四安装部14，所述第二安装部12位于所述第一安装部11上方，所述第三安装部13位于所述第二安装部12上方，所述第四安装部14位于所述第三安装部13上方。所述第三安装部13具有多个框架安装点15，所述框架安装点15用于与所述框架悬置固定连接，本实施例中，第三安装部13具有四个框架安装点15，四个框架安装点15位于第三安装部13的四个顶角，安装框架1通过四个框架悬置安装于纵梁103上，框架悬置与框架安装点15通过螺栓连接。

所述电驱动系统4通过电机悬置安装于所述副车架101上，本实施例中，通过三个电机悬置安装于副车架101上，位于所述第一安装部11，所述电驱动系统4包括电机与电机控制器，所述电机和所述电机控制器位于所述第一安装部11；所述电堆2呈横向设置，安装于所述第二安装部12上，位于所述电驱动系统4上方，电堆2包括两个水接口(进水口和出水口)、两个气接口(一个阴极进气口和一个阴极出气口)和三个氢气接口(一个阳极进气口和两个阳极出气口)；所述直流变换器3安装于所述第三安装部13，位于所述电堆2上方。

请参见图1和图2，所述空气系统包括空气滤清器51、空压机52、空压机控制器53、增湿器54以及节气门55，所述电堆2的阴极进气口与所述空气滤清器51、空压机52、空压机控制器53、增湿器54、节气门55依次通过管道相连，所述节气门55与所述电堆2的阴极出气口通过管道相连；所述空气滤清器51安装于所述第三安装部13；所述空压机52安装于所述副车架101上，本实施例中，空压机52通过悬置安装于副车架101上，位于所述第一安装部11，且位于所述电驱动系统4的左方；所述空压机控制器53安装于所述第四安装部14；所述增湿器54安装于副车架101上，位于所述第一安装部11，且位于所述电驱动系统4后侧；所述节气门55通过折弯件安装于所述第一安装部11，且位于所述电驱动系统4后侧、所述增湿器54左侧。

请参见图1和图2，所述冷却系统包括水泵61、离子过滤器62、ptc加热器63以及节温器64；所述电堆2的进水口、水泵61、离子过滤器62、ptc加热器63以及节温器64依次通过管道相连，所述节温器64分别与所述电堆2的出水口和所述水泵61通过管道相连；所述水泵61安装于所述副车架101上，本实施例中，水泵61通过悬置安装于副车架101上，位于所述第一安装部11，且位于所述电驱动系统4前侧；所述离子过滤器62安装于所述第二安装部12，且位于所述电堆2前侧；所述ptc加热器63安装于所述副车架101上，位于所述第一安装部11，且位于所述电驱动系统4前侧、所述水泵61左方；所述节温器64安装于所述副车架101上，位于所述第一安装部11，且位于所述ptc加热器63左方。

请参见图2，所述氢气系统包括氢处理模块71以及氢气循环泵72；所述氢处理模块71与所述电堆2阳极进气口、所述氢气循环泵72通过管道连通，所述电堆2的两个阳极出气口分别与所述氢气循环泵72、所述氢处理模块71通过管道连通；所述氢气循环泵72安装于所述第二安装部12，且位于所述电堆2后侧；所述氢处理模块71安装于所述第二安装部12，且位于所述氢气循环泵72后侧，用于与氢瓶连接。

所述燃料电池汽车动力总成结构还包括高压电配电单元8，所述高压电配电单元8安装于所述第四安装部14，且位于所述空压机控制器53的右侧和前侧，本实施例中，安装方式可为焊接，也可为可拆卸安装，具体为螺栓连接。

外部空气首先进入位于燃料电池汽车动力总成结构边部的空气滤清器51进行过滤，随后进入空压机52压缩，以提高空气的压力，空气随后进入增湿器54增湿，从而使空气在压力、温度和湿度方面都满足电堆2要求参与化学反应，增湿器54位于电堆2下部以防止积水倒灌至电堆2。空气滤清器51安装于第三安装部13，置于燃料电池汽车动力总成结构的边部，便于空气的输入。空气系统主要安装于安装框架1的左侧，使得空气系统各部件之间的管道比较短，可节约占用空间，节气门55用于检测出堆空气的流量，设于与电堆2靠近的位置。氢瓶中的氢气经过氢处理模块71降压后进入电堆2，参与化学反应，从电堆2出来后的氢气一分为二，一部分进入氢气循环泵72、一部分再次进入氢处理模块71，使氢气循环使用。水箱的水通过水泵61抽取，进入电堆2，从电堆2出来后的水流经离子过滤器62、ptc加热器63、节温器64后进水泵61，形成水循环。

安装框架1的布置空间在上下向分为四层，从下至上依次为第一安装部11、第二安装部12、第三安装部13和第四安装部14，高压电配电单元8安装于最上部的第四安装部14，直流变换器3安装于上部的第三安装部13，电堆2安装于中部的第二安装部12，相互独立且占用体积较大的部件主要安装于安装框架1的右部。

空气系统主要安装于安装框架1的左侧，冷却系统主要安装于安装框架1的前侧，氢气系统主要安装于安装框架1的后侧，安装于框架上的零部件主要位于第二安装部12、第三安装部13和第四安装部14，使得燃料电池汽车动力总成结构的质心位于四个框架安装点15组成的平面上(或其中三个框架安装点15组成的平面)，可保证系统安装稳定可靠。

电堆2、增湿器54、空气滤清器51、氢气循环泵72等位于燃料电池汽车动力总成结构的中间位置且和电气零件共同集成在安装框架1上，高压电配电单元8、直流变换器3和空压机控制器53等电气零件布置于最上层，便于电气零件的接线、布线和维修，提高安全性。部分零部件安装于框架上，部分安装于副车架上，例如电驱动系统4、空压机52、水泵61、ptc加热器63、节温器64独立安装于副车架101上，灵活运用空间，减小占用体积，同时电驱动系统4、空压机52、水泵61在工作时产生的振动对燃料电池系统和电气模块造成的影响较小，且可以分布装车和便于维修；将动力系统集成于一体，使得紧凑度更高，便于动力系统的组装、测试和运输。管道主要集中于第二安装部12后侧和第一安装部11周边，便于管道的维修与安装。

燃料电池汽车动力总成结构分为四层布置，使系统集成度较高，结构紧凑、稳定，管路集中，易于注塑集成，便于安装维修，管路走向合理，流阻小，体积功率密度较高。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。