燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)集成結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車技術，尤其涉及燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)的集成。
【背景技術】
[0002]動力系統(tǒng)開發(fā)是燃料電池汽車研發(fā)的核心內容之一。燃料電池汽車動力系統(tǒng)包括燃料電池發(fā)動機子系統(tǒng)、電驅動子系統(tǒng)、能量轉換及能量管理子系統(tǒng)、以及相應的輔助系統(tǒng)等。就燃料電池汽車動力系統(tǒng)開發(fā)現(xiàn)狀而言，系統(tǒng)龐大但各子系統(tǒng)集成很低，整個動力系統(tǒng)的集成度更是非常低。
[0003]國內燃料電池汽車整車設計針對燃料電池汽車動力系統(tǒng)都是采用分散布置，并采用支架固定的方式固定每個零部件，這對燃料電池汽車產業(yè)化來講并不合理。主要存在兩方面的問題，第一，無法滿足整車裝配技術的要求；第二，無法滿足整車可維護性的要求。
[0004]總之，當前燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)的布置方式不利于燃料電池汽車產業(yè)化的推進，需要針對燃料電池汽車動力系統(tǒng)的集成結構。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提供一種車輛用燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)集成結構，其中的各元件易于維護與拆卸。
[0006]該燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)集成結構包括電堆、空氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、動力控制單元以及電驅動系統(tǒng)，所述燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)集成結構還包括框架，所述框架構造成所述電堆、空氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、動力控制單元以及電驅動系統(tǒng)可布置于其上且呈多層；所述電堆設置在所述框架的基本中心位置處；所述動力控制單元設置在所述框架的頂層；所述燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)的其余部分則圍繞所述電堆固定于所述框架；其中，所述電堆、動力控制單元以及所述燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)的其余部分均分別以可拆卸方式固定于所述框架。
[0007]優(yōu)選地，所述框架包括水平承載部、與水平承載部連接且自其向上延伸的上承載部，以及基本與水平承載部連接且自其向下延伸的下承載部。
[0008]優(yōu)選地，所述電堆固定在所述水平承載部的基本中心位置處，所述動力控制單元位于所述電堆之上且固定于上承載部。
[0009]優(yōu)選地，所述空氣系統(tǒng)包括空壓機、空壓機控制器、中冷器與增濕器，所述空壓機位于所述電堆的第一側且固定于所述框架的下承載部，所述空壓機控制器位于所述電堆的第二側且固定于所述框架的下承載部，所述中冷器固定于所述空壓機，所述增濕器在所述電堆的第二側錯開所述空壓機控制器固定于所述框架的下承載部。
[0010]優(yōu)選地，所述水系統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)水泵與其水泵控制器、以及用于所述動力控制單元的水泵及其水泵控制器，均設置在所述電堆的第二側且固定于所述框架的下承載部，其中，燃料電池系統(tǒng)水泵控制器和動力控制單元的水泵控制器分別電連接到所述動力控制單元以獲得電力。
[0011]優(yōu)選地，用于電堆的電堆控制單元位于所述電堆的第一側并固定于所述框架的上承載部。
[0012]優(yōu)選地，所述電驅動系統(tǒng)包括電機及減速器，所述電機與所述減速器均位于所述電堆的第三側且固定于所述框架的下承載部。
[0013]優(yōu)選地，所述第一側為所述電堆朝向車輛的濾清器的那一側，對所述電堆而言，所述第三側是所述第一側的相對側，所述第二側是從車輛的駕駛艙看向前艙的方向時位于電堆左側的那一側。
[0014]優(yōu)選地，還包括設置在所述框架的外側的外殼，所述外殼設置有多個用于所述電堆、空氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、動力控制單元以及電驅動系統(tǒng)與車輛其它部件對接的接口。
[0015]此外，根據(jù)本發(fā)明的示例，所述電堆、空氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、動力控制單元以及電驅動系統(tǒng)可分別通過螺栓固定于所述框架。
【附圖說明】
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明示例的框架的一種示例性結構示意。
[0017]圖2是車輛的示意圖。
[0018]圖3a是從車輛右前方45度面向車輛看所述集成結構的示意圖。
[0019]圖3b是從車輛左前方45度面向車輛看所述集成結構的示意圖。
[0020]圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例的燃料動力電池系統(tǒng)集成結構的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)可分為電堆、動力控制單元(PCU)、電機、變速箱、燃料電池系統(tǒng)(FCS)水泵及其控制器、PCU水泵及其控制器、空氣系統(tǒng)、空調壓縮機相關、電堆控制模塊。
[0022]FCS水泵和水路給電堆供水；空氣路給電堆供空氣；氫氣路給電堆供氫。電堆通過化學作用產生電供給PCU。
[0023]P⑶接受電堆以及動力蓄電池(動力蓄電池通過高壓線連接到PCU，給P⑶供電)的供電。PCU對所接收的電力進行處理，并分別供給電機、空壓機控制器、FCS水泵及其控制器、PCU水泵及其控制器、高壓風扇、空調壓縮機等；PCU水泵和水路向PCU供應冷卻水。
[0024]電機接受PCU的供應的電力，并通過與變速箱連接，輸出動力給傳動軸，帶動車輪。PCU水泵和水路向電機供應冷卻水。
[0025]FCS水泵接收來自P⑶的電力，并向FCS水路提供高壓水以及通過高壓風扇作用，冷卻電堆、中冷器等零部件。
[0026]P⑶水泵接收來自P⑶的電力，并向P⑶水路供高壓水以及通過高壓風扇作用，冷卻P⑶、電機、空壓機控制器、空壓機等零部件。
[0027]空氣系統(tǒng)包括空壓機、空壓機控制器、中冷器、與增濕器。外部空氣首先進入車輛的空氣濾清器進行過濾，隨后進入空壓機壓縮，以提高空氣的壓力，高壓空氣(壓縮后溫度同時急劇升高)通過中冷器冷卻，隨后進入增濕器增濕，最后適合電堆工作的具備一定溫度和濕度的空氣進入電堆，參與化學反應。
[0028]空調壓縮機接受P⑶的供電，從而對冷卻媒介加溫加壓。
[0029]本發(fā)明的重點在于將燃料動力電池系統(tǒng)的部件以合理的方式布置在一個框架上，在兼顧各電路、水路、氣路合理布置的情況下，又使各部件易于拆卸。
[0030]在本發(fā)明的說明中，將車輛用燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)集成結構分成如下結構:電堆，空氣系統(tǒng)，水系統(tǒng)，氫氣系統(tǒng)，動力控制單元以及電驅動系統(tǒng)；需要說明的是，如上的區(qū)分不是唯一的，車輛用燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)可根據(jù)不同的準則做不同的劃分。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的示例，燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)集成結構包括框架，該框架構造成所述電堆、空氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、動力控制單元、以及電驅動系統(tǒng)可布置于其上且可布置成多層。圖1是根據(jù)本發(fā)明示例的框架的一種示例性結構示意。如圖所示，框架I包括水平承載部10、連接到水平承載部10且自其向上延伸的上承載部12及與水平承載部10連接且自其向下延伸的下承載部14。在本例中，水平承載部10由多個部分相互連接而成，以承載以及固定待放置到其上的元件；上承載部12由多個部分構成，這些部分或依次連接或固定于水平承載部10，以設置多個待放置到該框架上的元件；下承載部14也由多個部分構成，這些部分或固定于水平承載部10或依次連接，以設置多個待放置到該框架上的元件。所示意的框架結構是示例而非限制性的，所示意框架意在使電堆、空氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、動力控制單元以及電驅動系統(tǒng)布置到其上且呈三層布置?？梢岳斫獾?，水平承載部10、上承載部12、下承載部14的具體結構可根據(jù)實際情況改變。
[0032]圖2為車輛的示意圖。圖1所示的框架承載了如本發(fā)明所述的燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)之后將放置在車輛的前艙，或者說，如本發(fā)明所述的燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)集成結構放置在車輛的前艙。其中，框架的水平承載部10基本與車輛前艙的底面平行，下承載部14將朝著車輛前艙的底面。
[0033]下文描述中將參考圖3a與圖3b來闡述燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)的各元件在框架中的布置。圖3a是從車輛右前方45度看所述集成結構的示意圖，圖3b是從車輛左前方45度看所述集成結構的示意圖。關于圖3a與圖3b視圖的具體方向，結合圖2說明如下:從車輛右前方45度看所述集成結構的示意圖指的是在車輛右側前方且與車輛的中心線構成45度角的位置處面向車輛查看獲得的集成結構的視圖，即大體在位置L處面向車輛查看所獲得的集成結構的視圖，從車輛左前方45度看所述集成結構的示意圖指的是在車輛左側前方且與車輛的中心線構成45度角的位置處面向車輛查看獲得的集成結構的視圖，即大體在位置R處面向車輛查看所獲得的集成結構的視圖。
[0034]燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)集成結構的電堆300設置在所述框架I的基本中心位置處，本例中，具體設置在水平承載部10的基本中心位置處。電堆300是整個燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)核心零部件之一，其包括針對空氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)的接口。根據(jù)本發(fā)明的示例，電堆300包括兩個(水入和水出)水接口、兩個空氣接口(空氣入和空氣出)、三個氫氣接口(一個氫氣入口和兩個氫氣出口)。電堆在化學反應之后，要向PCU供電，因此具有相應的電路輸出接口，就本例而言，電堆的高電壓端包括與PCU電性連接的正負端接口，低電壓端包括與空氣入口處氣體壓力和溫度傳感器相連的電性接口、與水入口處壓力