阅读说明：本技术 燃料电池系统及燃料电池车辆 (Fuel cell system and fuel cell vehicle ) 是由 段羽 赵朕宇 郝禹铭 刘利宝 于 2019-04-02 设计创作，主要内容包括：本公开涉及一种燃料电池系统,包括：燃料电池堆,配置成可产生电能；配电单元,与所述燃料电池堆耦合并适于从所述燃料电池堆接收所述电能；和加热器模块,配置成可对所述燃料电池堆进行加热,其中所述加热器模块直接安装在所述配电单元上。相对于现有技术,本公开的各个实施例的技术方案能够起到以下效果：提高系统的紧凑程度：降低缆线的长度；外部机械接头,不穿过加热器模块的核心,这可以避免电气短路。(The present disclosure relates to a fuel cell system including: a fuel cell stack configured to generate electrical energy; a power distribution unit coupled to the fuel cell stack and adapted to receive the electrical energy from the fuel cell stack; and a heater module configured to heat the fuel cell stack, wherein the heater module is directly mounted on the power distribution unit. Compared with the prior art, the technical scheme of each embodiment of the disclosure can achieve the following effects: the compactness of the system is improved: reducing the length of the cable; the external mechanical connections, which do not pass through the core of the heater module, can avoid electrical shorts.)

燃料电池系统及燃料电池车辆

技术领域

本公开涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种加热器模块与配电单元直接安装在一起的燃料电池系统及燃料电池车辆。

背景技术

燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是非常有发展前途的发电技术。

燃料电池堆中通常包括一组燃料电池，这些燃料电池堆叠在一起，以提供不同的应用中(例如燃料电池车辆)燃料电池系统所需的电功率。配电单元(Power DistributionUnit,PDU)通常电连接到燃料电池堆，其功能是把燃料电池堆产生的电功率分配给燃料电池系统中的各种负载单元。加热器模块同样也是燃料电池系统的一部分，其功能是用作电能散热器(electrical energy sink)，可以将耗散的能量以热能的形式提供给燃料电池堆。现有技术中加热器模块的另一个功能是有效的控制启动和关闭时的燃料电池电压，这样使得燃料电池更加高效，保护电催化层。通常在燃料电池车辆中，加热器模块与配电单元二者之间电连接。

由于存在各种不同类型的燃料电池系统部件，每个部件都会占用空间，因此需要朝着燃料电池系统小型化方向努力，这将是非常有用的，可以有助于系统紧凑化。同样，燃料电池系统部件之间存在着各种连接，例如是机械的或者电路的连接，减少这种连接的数目，减小缆线的长度，将能够降低系统成本以及系统的复杂性。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

概述

有鉴于现有技术缺陷中的至少一个，本公开提出一种燃料电池系统，包括：燃料电池堆，配置成可产生电能；配电单元，与所述燃料电池堆耦合并适于从所述燃料电池堆接收所述电能；和加热器模块，配置成可对所述燃料电池堆进行加热，其中所述加热器模块直接安装在所述配电单元上。

根据本公开的一个方面，其中所述加热器模块配置成可调节所述燃料电池堆的电压。

根据本公开的一个方面，其中，所述加热器模块具有冷却剂入口和冷却剂出口。

根据本公开的一个方面，其中，所述加热器模块设置有多个安装凸耳。

根据本公开的一个方面，其中，所述加热器模块通过螺栓与所述配电单元连接，其中所述螺栓位于所述加热器模块的边缘处。

根据本公开的一个方面，其中，所述加热器模块包括正温度系数元件。

本公开还涉及一种燃料电池车辆，包括如上所述的燃料电池系统。

相对于现有技术，本公开的各个实施例的技术方案能够起到以下效果：

1.提高系统的紧凑程度：

2.降低缆线的长度；

3.外部机械接头，不穿过加热器模块的核心，这可以避免电气短路。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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，仅是为了便于描述本公开和简化描述，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公开的限制。此外，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所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。

现有技术中没有任何的公开直接将加热器模块与配电单元直接安装在一起。本公开提出一种方案，将配电单元(PDU)与加热器模块直接安装在一起，这可以有助于车辆系统中使用的燃料电池的最小化的实现。，可以降低空间的占用，减小缆线的长度，同样降低电连接的复杂度。同样可以减少相关联的机械附件。加热器模块包括安装凸耳，安装凸耳可以与配电单元上的相对应的安装凸耳通过螺栓连接在一起。

燃料电池系统中，例如燃料电池车辆中，配电单元需要电连接到DC/DC转换器，并需要与加热器模块连接在一起。配电单元包括不同的电功率连接，一组连接用于将配电单元连接到DC/DC转换器，高压(HV)线束用于连接到加热器模块，低压线束用于连接到加热器模块。加热器模块单元具有电以及流体流动连接。

本公开中，发明人提出一种配电单元和加热器模块之间的直接连接，为了实现它，加热器模块设置有多个安装凸耳，其可以与配电单元的相对应的安装凸耳通过螺栓连接在一起。

虽然本公开描述了配电单元和加热器模块之间的螺栓连接，但本公开可涵盖任何类型的直接连接。

第一实施例

下面参考图1至图4描述根据本公开第一实施例的一种燃料电池系统10。如图1-4所示，燃料电池系统10包括燃料电池堆13(如图3所示)、配电单元11以及加热器模块12。

燃料电池堆13中通常例如包括堆叠在一起的一组燃料电池，这些燃料电池能够提供不同的应用中(例如燃料电池车辆)燃料电池系统所需的电功率。配电单元(PDU)11通常电连接或耦合到燃料电池堆13，如图3所示，其功能是从所述燃料电池堆13接收所述电能，并且把燃料电池堆13产生的电功率分配给燃料电池系统中的各种负载单元，以及燃料电池系统以外的各种需要电能的附件。加热器模块12同样也是燃料电池系统的一部分，其功能可以将耗散的能量以热能的形式提供给燃料电池堆，对燃料电池堆进行加热。

其中发明人构思出，可以将所述加热器模块12直接安装在所述配电单元11上，从而可以提高的燃料电池系统10的紧凑程度，降低缆线的长度。通常在燃料电池车辆中，加热器模块与配电单元二者之间电连接。而本公开将加热器模块12与配电单元11直接安装在一起，是非常显著的改进。

另外需要指出的是，图3仅示意性示出了配电单元11与燃料电池堆13的电气连接关系，并不意在限制配电单元11与燃料电池堆11的机械连接方式。

本领域技术人员可以构思出各种方式将所述加热器模块12直接安装在所述配电单元11上。图1、图2、图4示出了根据本公开一个优选实施例的连接方式，具体描述如下。

如图1、图2、图4所示，加热器模块12上具有一个或多个凸耳125，凸耳125上具有孔。相对应的，配电模块11上也具有一个或多个凸耳112，凸耳112上具有孔。通过将螺杆旋入凸耳125和凸耳112上的孔，在另一侧通过螺母固定，就可以将加热器模块12直接安装在所述配电单元11上。或者可替换的，凸耳125上具有螺纹孔，将螺杆旋入凸耳125上的螺纹孔，就可以直接将加热器模块12直接安装在所述配电单元11上，而无需在另一侧上设置螺母，简化了结构。另外，本领域技术人员可以理解，凸耳112的数目与凸耳125的数目无需相等或对应，可以多于或少于凸耳125的数目。图1中示出了凸耳112的数目少于凸耳125数目的情况，这些都在本公开的保护范围内。或者，代替凸耳112和125，配电模块上可以设置有凸缘，凸缘上带有孔或螺纹孔，从而可以通过螺杆将加热器模块12直接安装在所述配电单元11上。

根据一个优选实施例，可以通过其他方式将加热器模块12直接安装在所述配电单元11上，例如通过在边缘设置卡扣的方式，将二者紧固在一起，并且可以在必要的时候进行释放。

根据本公开的一个优选实施例，加热器模块12与配电单元11的连接结构，例如凸耳112、凸耳125以及螺杆，位于加热器模块和配电单元11的边缘处，不穿过加热器模块和配电单元11的中心。由于外部机械连接装置不穿过加热器模块和配单单元的核心，这可以避免电气短路的发生。

根据本公开的一个优选的实施例，所述配电单元11上包括高压线束111，如图1所示，高压线束111配置成可将配电单元11连接到DC/DC转换器。

根据本公开的一个优选的实施例，所述加热器模块12配置成可调节所述燃料电池堆13的电压，例如可以控制启动和关闭时的燃料电池电压，这样使得燃料电池更加高效，保护电催化层。

根据本公开的一个优选实施例，加热器模块12适于接收冷却剂。例如如图2所示，加热器模块12具有冷却剂入口121和冷却剂出口122。冷却剂从冷却剂入口121进入，在内部进行热交换，吸收了过多的热量后，从冷却剂出口122流出。

根据本公开的一个优选实施例，加热器模块12还包括高压线束124和低压线束123，其中高压线束124用于从加热器模块12电连接到配电单元11，低压线束123用于从加热器模块12电连接到配电单元11。

根据本公开的一个优选实施例，所述加热器模块12包括正温度系数(PositiveTemperature Coefficient,PTC)元件。正温度系数元件例如可用作加热器模块12中的短路电阻器。正温度系数元件例如可以是在一定的温度(居里温度)之后电阻值随着温度升高会急剧增加的原件。正温度系数元件例如可以在启动时控制燃料电池堆电压以使其产生更多的热量并且因此快速达到高效运行温度。该正温度系数元件可以通过限制燃料电池的电压而工作，这使得燃料电池堆高效产生热量并且抵消产生电流，而且正温度系数元件提供的电阻热量可以有助于燃料电池堆快速达到正常运行的温度。

第二实施例

本公开的第二实施例涉及一种燃料电池车辆，包括如上所述的燃料电池系统。

相对于现有技术，本公开的各个实施例的技术方案能够起到以下效果：

1.提高系统的紧凑程度：

2.降低缆线的长度；

3.外部机械接头，不穿过加热器模块的核心，这可以避免电气短路。

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

最后应说明的是：以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。