一种燃料电池动力系统与汽车的制作方法

1.本技术涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种燃料电池动力系统与汽车。


背景技术：

2.在燃料电池汽车中的动力系统中，包含燃料电池模块和电驱动模块两部分，燃料电池模块包括燃料电池堆等，电驱动模块包括电动机与齿轮减速箱等。目前的燃料电池技术尚不够成熟，燃料电池堆的能量密度和集成化程度不够高，相对汽车发动机舱而言体积较大，因此，为了提高燃料电池堆的续航，燃料电池堆和电驱动模块在发动机舱内的合理布置是至关重要的。
3.相关技术中公开了一种燃料电池动力系统，燃料电池堆布置在发动机舱内沿汽车长度方向的前侧，电动机与齿轮减速箱布置在燃料电池的后侧，如此结构形式，能够使得燃料电池堆在汽车宽度方向上的具有较大的长度，燃料电池堆的电量较大。但是，该燃料电池动力系统仍存在着以下问题：
4.当汽车前部受到冲击，燃料电池堆容易受到损坏，且燃料电池堆会与电动机和齿轮减速箱挤压，加剧燃料电池堆的损坏程度，损坏的燃料电池堆容易出现高温和爆炸等危险，使得燃料电池动力系统安全性较差；燃料电池不便于单独取出或安装，一旦燃料电池堆出现需要拆装维护的情况下，必须将车辆举升起来，并且先后拆卸车轮和前悬架等，维护极其不便。


技术实现要素：

5.鉴于此，本技术实施例提供一种燃料电池动力系统与汽车，以解决燃料电池系统不便于维护且安全性较差的问题。
6.为达到上述目的，本技术实施例第一方面提供一种燃料电池动力系统，包括电驱动模块、主框架与燃料电池模块。其中，电驱动模块用于设置在汽车的发动机舱内，电驱动模块的输出端用于与汽车的车轮传动连接，以驱动汽车前进。主框架用于设置在汽车的发动机舱内，主框架位于在电驱动模块的上方，主框架用于与汽车的车身固定。燃料电池模块包括燃料电池堆，燃料电池堆支撑在主框架的上方，燃料电池堆用于给电驱动模块提供电能。
7.进一步地，燃料电池堆与主框架可拆卸连接。
8.进一步地，主框架与燃料电池堆通过多个第一紧固件可拆卸连接，多个第一紧固件沿主框架的周向排列。
9.进一步地，燃料电池模块还包括逆变器，逆变器与燃料电池堆的上侧可拆卸连接。
10.进一步地，燃料电池模块还包括接线盒，沿汽车的宽度方向，接线盒与逆变器的一侧可拆卸连接。
11.进一步地，燃料电池模块还包括燃电系统控制单元，沿汽车的宽度方向，燃电系统控制单元与燃料电池堆的一侧可拆卸连接。
12.进一步地，燃料电池模块还包括附件组件，附件组件可拆卸地连接在主框架内，且位于燃料电池堆的下方。
13.进一步地，附件组件包括空气压缩机、中冷器、加热器、燃料回流泵、水泵和排气管。
14.进一步地，燃料电池模块还包括进气系统，进气系统与主框架可拆卸连接，进气系统的进气口高于主框架设置。
15.进一步地，进气系统包括依次连通的引气管、空气过滤器和进气管，引气管的入口高于主框架设置，进气管与燃料电池堆连通。
16.进一步地，主框架包括两个互相平行的横梁和两个互相平行的纵梁，两个横梁的端部分别与两个纵梁的端部固定，形成框型结构，主框架的布置方向与竖直方向之间具有夹角。
17.进一步地，主框架还包括副横梁和副纵梁，副横梁与横梁平行，副纵梁与纵梁平行，副横梁和副纵梁固定在框型结构内，以使主框架呈网格状结构。
18.进一步地，主框架通过第一悬置结构与车身固定。
19.进一步地，电驱动模块通过第二悬置结构与车身固定。
20.进一步地，电驱动模块包括驱动电机、减速箱和电机控制器，驱动电机与燃料电池模块电联接，驱动电机通过减速箱连接汽车的传动轴，电机控制器用于控制驱动电机的工作状态。
21.本技术实施例第二方面提供一种汽车，包括车身与本技术实施例第一方面提供的燃料电池动力系统。其中，车身形成有发动机舱，燃料电池动力系统设置在发动机舱内。
22.进一步地，车身用于形成发动机舱的部分包括机舱纵梁和副车架，机舱纵梁位于副车架的上方，燃料电池动力系统的电驱动模块支撑在副车架上，燃料电池动力系统的主框架支撑在机舱纵梁上。
23.本技术实施例提供的燃料电池动力系统，燃料电池堆与电驱动模块沿竖直方向排列，燃料电池堆位于电驱动模块的上方。主框架设置在燃料电池堆与电驱动模块之间，且与汽车的车身固定，以对燃料电池堆进行支撑。利用燃料电池堆支撑在主框架的上侧这种布置结构，能够实现燃料电池堆从发动机舱上方简单、快捷的取出、安装和维修等，避免了举升车辆、拆卸车辆前部大部分零件等耗费人力、物力、财力的工程，大大提升了维护方便性和效率。此外，若汽车发生交通事故，发动机舱的下部更容易受到较大的冲撞，将燃料电池堆设置在电驱动模块的上方，能够在一定程度上减轻燃料电池受到的冲击力，有利于燃料电池动力系统的安全性。而且，燃料电池堆设置在电驱动模块的上方，也能够避免汽车前部在受到冲击的过程中燃料电池堆与电驱动模块相互挤压，有利于减轻燃料电池堆与电驱动模块的损坏，提高燃料电池动力系统的安全性。因此，本技术实施例提供的燃料电池动力系统具有便于维护且不易受到损坏的优点。
附图说明
24.图1为本技术一实施例中的燃料电池动力系统安装在车身上的第一视角的结构示意图；
25.图2为本技术一实施例中的燃料电池动力系统安装在车身上的第二视角的结构示
意图；
26.图3为本技术一实施例中的燃料电池模块安装在主框架上的结构示意图；
27.图4为本技术一实施例中的附件组件安装在主框架上的结构示意图；
28.图5为本技术一实施例中的主框架的结构示意图；
29.图6为本技术一实施例中的电驱动模块安装在车身上的结构示意图。
30.附图标记：
31.1-机舱纵梁；2-副车架；3-电驱动模块；31-驱动电机；32-减速箱；33-电机控制器；4-主框架；41-横梁；42-纵梁；43-副横梁；44-副纵梁；45-固定孔；46-第一紧固件；5-燃料电池模块；51-燃料电池堆；52-逆变器；521-第二紧固件；53-接线盒；531-第三紧固件；54-燃电系统控制单元；55-附件组件；551-排气管；552-压缩机；553-中冷器；554-加热器；555-燃料回流泵；556-水泵；56-进气系统；561-引气管；562-空气过滤器；563-进气管；6-第一悬置结构；7-第二悬置结构；8-传动轴；9-支座。
具体实施方式
32.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本技术宗旨的解释说明，不应视为对本技术的不当限制。
33.在本技术实施例中，术语“第一”、“第二”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”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
34.此外，在本技术实施例中，“上”、“下”、“左”以及“右”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
35.在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
36.在本技术实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
37.在本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
38.在燃料电池汽车中的动力系统中，包含燃料电池模块和电驱动模块两部分，燃料电池模块包括燃料电池堆等，电驱动模块包括电动机与齿轮减速箱等。燃料电池堆用于为电动机提供电能，电动机用于通过齿轮减速箱与汽车的传动轴传动连接，以带动汽车的车
轮旋转。目前的燃料电池技术尚不够成熟，燃料电池堆的能量密度和集成化程度不够高，相对汽车发动机舱而言体积较大，因此，为了提高燃料电池堆的续航，燃料电池堆和电驱动模块在发动机舱内的合理布置是至关重要的。
39.相关技术中公开了一种燃料电池动力系统，燃料电池堆布置在发动机舱内沿汽车长度方向的前侧，电动机与齿轮减速箱布置在燃料电池的后侧，如此结构形式，能够使得燃料电池堆在汽车宽度方向上的具有较大的长度，燃料电池堆的电量较大。但是，该燃料电池动力系统仍存在着以下问题：
40.当汽车前部受到冲击，燃料电池堆容易受到损坏，且燃料电池堆会与电动机和齿轮减速箱挤压，加剧燃料电池堆的损坏程度，损坏的燃料电池堆容易出现高温和爆炸等危险，使得汽车的较差；燃料电池不便于单独取出或安装，一旦燃料电池堆出现需要拆装维护的情况下，必须将车辆举升起来，并且先后拆卸车轮和前悬架等，维护极其不便。需要说明的是，沿汽车长度方向的前侧为靠近车头的一侧，沿汽车长度方向的后侧为靠近车尾的一侧。
41.鉴于此，为了提高汽车的安全性，且使汽车的燃料电池动力系统方便维护，本技术实施例提供一种汽车，包括车身和燃料电池动力系统。其中，车身形成有发动机舱，燃料电池动力系统设置在发动机舱内。
42.具体地，请参照图1、图2和图3，燃料电池动力系统包括电驱动模块3、主框架4与燃料电池模块5。其中，电驱动模块3用于设置在汽车的发动机舱内，电驱动模块3的输出端用于与汽车的车轮传动连接，以驱动汽车前进。主框架4用于设置在汽车的发动机舱内，主框架4位于在电驱动模块3的上方，主框架4用于与汽车的车身固定。燃料电池模块5支撑在主框架4的上方，燃料电池模块5用于给电驱动模块3提供电能。
43.如此结构形式，燃料电池堆51与电驱动模块3沿竖直方向排列，燃料电池堆51位于电驱动模块3的上方。主框架4设置在燃料电池堆51与电驱动模块3之间，且与汽车的车身固定，以对燃料电池堆51进行支撑。利用燃料电池堆51支撑在主框架4的上侧这种布置结构，在车辆自然停放状态下，工作人员可以打开引擎盖方便的从发动机舱上方取出和安装，燃料电池堆51，避免了举升车辆、拆卸车辆前部大部分零件等耗费人力、物力、财力的工程，大大提升了维护方便性和效率。此外，若汽车发生交通事故，发动机舱的下部更容易受到较大的冲撞，将燃料电池堆51设置在电驱动模块3的上方，能够在一定程度上减轻燃料电池受到的冲击力，有利于燃料电池动力系统的安全性。而且，燃料电池堆51设置在电驱动模块3的上方，也能够避免汽车前部在受到冲击的过程中燃料电池堆51与电驱动模块3相互挤压，有利于减轻燃料电池堆51与电驱动模块3的损坏，提高燃料电池动力系统的安全性。因此，本技术实施例提供的燃料电池动力系统具有便于维护且不易受到损坏的优点。
44.另外，燃料电池堆51与电驱动模块3上下布置，能够尽量大的增加燃料电池堆51在车辆宽度和长度方向的尺寸，提高燃料电池系统的发电量。而且相对于燃料电池堆51与电驱动模块3沿汽车长度方向布置，燃料电池堆51与电驱动模块3上下布置有助于减小该燃料电池动力系统沿汽车长度方向的长度，便于在发动机舱内的安装。
45.在一些实施例中，请参照图1和图2，车身用于形成发动机舱的部分包括机舱纵梁1和副车架2，机舱纵梁1位于副车架2的上方，燃料电池动力系统的电驱动模块3支撑在副车架2上，燃料电池动力系统的主框架4支撑在机舱纵梁1上。如此结构形式，车桥通过副车架2
与机舱纵梁1连接，此为公知常识，此处不再赘述，机舱纵梁1位于副车架2的上方，机舱纵梁1与副车架2可天然的用于对主框架4和电驱动模块3的支撑，工作人员不需要对发动机舱的结构进行较大的改动，就对燃料电池堆51与电驱动模块3进行安装，使得该燃料电池堆51动力系统具有较好的通用性。具体地，在一些实施例中，副车架2呈框型结构，副车架2与机舱纵梁1通过沿副车架2周向分布的四个支座9与机舱纵梁1连接。
46.优选地，在一些实施例中，请参照图1和图2，主框架4的相对两侧分别支撑在两个发动机舱纵梁1上。如此结构形式，两个发动机舱纵梁1能够对主框架4进行较为平稳的支撑。
47.优选地，在一些实施例中，请参照图1和图2，主框架4通过第一悬置结构6与车身固定。如此结构形式，第一悬置结构6能够减少汽车在行进过程中车身震动对主框架4的影响，有利于提高主框架4与燃料电池模块5的寿命。优选地，在一些实施例中，第一悬置结构6的数量为两个，主框架4的相对两侧分别通过两个第一悬置结构6支撑在两个机舱纵梁1上。
48.优选地，在一些实施例中，请参照图1和图2，燃料电池堆51与主框架4的延伸平面相同。如此结构形式，主框架4能够对燃料电池堆51进行较为充分的支撑。优选地，在一些实施例中，燃料电池堆51与主框架4的延伸平面均为水平方向。
49.优选地，在一些实施例中，请参照图1、图2和图3，燃料电池堆51与主框架4可拆卸连接。如此结构形式，便于工作人员对燃料电池堆51的拆装。具体地，当需要对燃料电池堆51进行更换，工作人员可以不拆卸主框架4，只将燃料电池堆51从主框架4上卸下或安装至主框架4上即可。在此基础上，示例性地，在一些实施例中，主框架4与燃料电池堆51通过多个第一紧固件46可拆卸连接，多个第一紧固件46沿主框架4的周向排列。具体地，主框架4上形成有固定孔45，固定孔45用于穿设第一紧固件46。第一紧固件46可以是螺栓、螺钉或双头螺柱等。在此基础上，在一些实施例中，固定孔45的数量为多个，多个固定孔45沿主框架4的周向设置。
50.当然，在一些其他实施例中，燃料电池堆51与主框架4也可以通过卡接、销钉连接或磁性连接等可拆卸连接。
51.此外，在一些实施例中，燃料电池堆51为氢燃料电池堆51。氢燃料电池堆51具有相对较高的效率，且污染小，噪声低，用于为汽车提供动力较为适合。
52.进一步地，请参照图1、图2和图3，燃料电池模块5还包括逆变器52，逆变器52与燃料电池堆51的上侧可拆卸连接。如此结构形式，逆变器52可以单独拆装。具体地，逆变器52与燃料电池堆51的上侧可拆卸连接，工作人员可以方便的打开引擎盖从机舱上方取出和安装逆变器52，不用举升车辆、拆卸底盘和发动机舱零件就可以方便实现逆变器52的维护和更换等。在此基础上，在一些实施例中，逆变器52与燃料电池堆51的上侧通过第二紧固件521可拆卸连接。当然，在一些其他实施例中，逆变器52与燃料电池堆51的上侧也可以通过卡接、销钉连接或磁性连接等可拆卸连接。
53.在一些实施例中，请参照图1、图2和图3，逆变器52沿水平方向延伸。如此结构形式，逆变器52设置在燃料电池堆51上侧，有利于空间的节约。
54.进一步地，请参照图1、图2和图3，燃料电池模块5还包括接线盒53，沿汽车的宽度方向，接线盒53与逆变器52的一侧可拆卸连接。如此结构形式，接线盒53与燃料电池堆51可拆卸连接，使得接线盒53可以单独拆装。具体地，工作人员可以方便的打开引擎盖从机舱上
方取出和安装接线盒53，不用举升车辆、拆卸底盘和发动机舱零件就可以方便实现逆变器52的维护和更换等。此外，接线盒53与逆变器52沿宽度方向的一侧可拆卸连接，有利于空间的节约。在此基础上，在一些实施例中，逆变器52与燃料电池堆51通过第三紧固件531可拆卸连接。当然，在一些其他实施例中，逆变器52与燃料电池堆51的上侧也可以通过卡接、销钉连接或磁性连接等可拆卸连接。
55.在一些实施例中，请参照图1、图2和图3，接线盒53沿竖直方向延伸。如此结构形式，沿汽车的宽度方向，接线盒53与逆变器52的一侧可拆卸连接，有利于空间的节约。
56.进一步地，请参照图1、图2和图3，燃料电池模块5还包括燃电系统控制单元54，沿汽车的宽度方向，燃电系统控制单元54与燃料电池堆51的一侧可拆卸连接。如此结构形式，燃电系统控制单元54可以单独拆装。具体地，燃电系统控制单元54与燃料电池堆51可拆卸连接，工作人员可以方便的打开引擎盖从机舱上方取出和安装燃电系统控制单元54，不用举升车辆、拆卸底盘和发动机舱零件就可以方便实现燃电系统控制单元54的维护和更换等。此外，接线盒53与燃料电池堆51沿宽度方向的一侧可拆卸连接，有利于空间的节约。
57.在一些实施例中，请参照图1、图2和图3，燃电系统控制单元54沿竖直方向延伸。如此结构形式，沿汽车的宽度方向，接线盒53与燃料电池堆51的一侧可拆卸连接，有利于空间的节约。
58.在一些实施例中，请参照图1、图2和图3，沿汽车的宽度方向，接线盒53与燃电系统控制单元54与均位于燃料电池堆51的同一侧。如此结构形式，有利于空间的节约。
59.进一步地，请参照图1、图2和图3，燃料电池模块5还包括进气系统56，进气系统56与主框架4可拆卸连接，进气系统56的进气口高于主框架4设置。如此结构形式，进气口的位置较高，有利于避免进气口被泥或水等淹没，导致燃料电池堆51无法吸入空气情形，从而有利于缓解汽车因涉而出现的动力中断问题。需要说明的是，进气系统56用于将空气引入燃料电池堆51内。可以理解的是，将燃料电池堆51设置在发动机舱靠上的位置，有利于进气系统56的布置，进气口能够较为容易的设置在相对较高的位置。具体地，在一些实施例中，进气系统56包括依次连通的引气管561、空气过滤器562和进气管563，引气管561的入口高于主框架4设置，进气管563与燃料电池堆51连通。如此结构形式，外部环境中的空气由引气管561进入空气过滤器562中，空气由空气过滤器562将过滤后通过进气管563进入燃料电池堆51内。
60.在一些实施例中，请参照图1、图2和图3，沿汽车宽度方向，空气过滤器562与燃电系统控制单元54分别位于燃料电池堆51的相对两侧。如此结构形式，有减小空气过滤器562与燃电系统控制单元54在发动机舱内排列的空间。
61.在一些实施例中，进气口设置在汽车的前保险杠后上方，散热器水箱的上沿。如此结构形式，前保险杠能够对进气口进行保护。
62.为了使得燃料电池系统具有足够的发电量，在一些实施例中，请参照图1、图2和图3，进气口靠近发动机舱的前部设置，如此机构形式，有利于空气在进气系统56内的顺畅流通。
63.为了使得燃料电池系统具有足够的发电量，在一些实施例中，请参照图1、图2和图3，进气口朝前设置。如此结构形式，汽车前进过程中，汽车周围的气流能够较为容易的进入进气口，进气系统56的气流量较大，有利于保证燃料电池系统具有足够的发电量。
64.进一步地，请参照图4，燃料电池模块5还包括附件组件55，附件组件55可拆卸地连接在主框架4内，且位于燃料电池堆51的下方。如此结构形式，附件组件55布置在主框架4围合的空间内，燃料电池堆51的下方，一方面使得主框架4能够对附件组件55进行较为充分的支撑与保护，另一方面有利于空间的节约，主框架4所占用的空间不会被浪费，燃料电池动力系统的结构会较为紧凑，有利于其在发动机舱内的布置。具体地，在一些实施例中，附件组件55包括空气压缩机552、中冷器553、加热器554、燃料回流泵555、水泵556和排气管551。具体地，从进气管563内流出的空气经过空气压缩机522、中冷器5533等进入给燃料电池堆4，然后由排气管551排出燃料电池堆4。
65.在一些实施例中，请参照图4，主框架4围合的空间内还可以用于安装线缆。如此结构形式，一方面使得主框架4能够对线缆进行较为充分的支撑与保护，有利于减轻汽车行进过程中线缆的晃动，进而有利于避免断路的情况发生。另一方面有利于空间的节约，使得线缆不会额外的占用发动机舱内的空间，有利于使得该燃料电池动力系统的结构更加紧凑。
66.进一步地，请参照图5，主框架4包括两个互相平行的横梁41和两个互相平行的纵梁42，两个横梁41的端部分别与两个纵梁42的端部固定，形成框型结构，主框架4的布置方向与竖直方向之间具有夹角。如此结构形式，主框架4能够较为稳定的支撑在车身上，燃料电池堆51也能够较为稳定的支撑在主框架4上。优选地，在一些实施例中，主框架4的布置方向与竖直方向垂直。
67.在一些实施例中，请参照图5，主框架4还包括副横梁43和副纵梁44，副横梁43与横梁41平行，副纵梁44与纵梁42平行，副横梁43和副纵梁44固定在框型结构内，以使主框架4呈网格状结构。如此结构形式，副横梁43和副纵梁44能够对主框架4进行加强，提高主框架4的强度与刚度。此外，主框架4呈网格状结构也便于燃料电池堆51、附件组件55与线缆等在主框架4上的安装。在此基础上，在一些实施例中，副纵梁44与纵梁42的数量均为多个，多个副纵梁44均与纵梁42平行，多个横梁41均与横梁41平行。
68.进一步地，请参照图6，电驱动模块3包括驱动电机31、减速箱32和电机控制器33，驱动电机31与燃料电池模块5电联接，驱动电机31通过减速箱32连接汽车的传动轴8，电机控制器33用于控制驱动电机31的工作状态。具体地，燃料电池反应堆用于为驱动电机31提供电能，驱动电机31的输出端通过减速箱32与传动轴8传动连接，以驱动传动轴8旋转，传动轴8用于驱动车轮旋转，使汽车行进。在一些实施例中，电驱动模块3通过第二悬置结构7与车身固定。如此结构形式，第二悬置结构7能够减少汽车在行进过程中车身震动对电驱动模块3的影响，有利于提高电驱动模块3的寿命。优选地，在一些实施例中，副车架2呈框型结构，第二悬置结构7的数量为三个。三个第二悬置结构7中，一个第二悬置结构7位于副车架2靠近车尾的一侧，另外两个第二悬置结构7位于副车架2靠近车头的一侧。
69.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。