[發明專利]一種具有集成控制器的車用燃料電池系統及車輛

在審

• 申請號: 202210552413.5
• 申請日: 2022-05-20
• 公開（公告）號: CN114744265A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 賈勇琪;朱益佳;王克勇;蔡俊;侯中軍;盧兵兵
• 申請（專利權）人: 上海捷氫科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24;H01M8/04
• 代理公司: 北京信遠達知識產權代理有限公司 11304
• 代理人: 王會會

本案提供了一種具有集成控制器的車用燃料電池系統，包括電堆層、集成控制器層和系統附件層，電堆層和集成控制器層相鄰布置，系統附件層相鄰設置于電堆層或集成控制器層一側。通過對布置空間進行合理區域劃分，為集成控制器單獨劃分一層空間，為電堆和附件設計預留區域，約束了設計邊界，保證了最終方案的集成效果。通過控制器與系統集成方案同步設計，控制器尺寸完全匹配系統布置空間限制，系統內零件位置關系合理布置、電氣及冷卻接口關系實現最優化連接，避免了獨立設計控制器導致的接口和尺寸不匹配問題，實現了系統方案的高集成度一體化設計。本案還提供一種具有上述具有集成控制器的車用燃料電池系統的車輛。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，特別涉及一種具有集成控制器的車用燃料電池系統及車輛。

背景技術

燃料電池系統因架構需要通常由多個分散的零件組成，布置形式和結構復雜，隨著燃料電池車用場景逐漸細化和零件開發日趨成熟，對系統集成度提出了更高的要求，系統體積更小、功率密度更高、組成件數量更少的一體化系統方案在應用便利性、成本和可靠性方面更有市場競爭力。在集成設計角度，將多個分散布置零件集成是主要技術手段之一，其中多控制器集成與合并可以極大地簡化線束和冷卻管路連接，對集成度的提升更為有利。

當前，設計方案中往往采用2種布置形式，多控制器分散布置和多合一控制器獨立布置，具體為：一是零件與其控制器集成，如水泵及控制器、空氣壓縮機及控制器等集成且已經批量應用，二是多控制器合成一個，如將燃料電池系統控制器、升壓DC/DC、PDU、DCL、空氣壓縮機控制器等合并為一個零件，根據需求不同有多種功能集成方案。但因分散布置控制器位置不便于電氣連接、多合一控制器尺寸及接口位置設計不合理、控制器與被控件位置分散仍有較多線纜和冷卻管路連接等，導致整體方案集成度低、質量重、占用布置空間大、裝配工序繁瑣、成本高等問題，同時高壓電纜易存在EMC干擾，線纜損耗等導致可靠性差、效率低，因此控制器集成與系統集成的方案設計是需要進行優化的。

然而，當前設計的主要問題在于：控制器和被控件集成僅解決了零件內部的連接關系，但因系統架構需要，零件布置位置優先考慮占用空間較大的管路介質連接，導致其所集成的控制器位置可能不利于進行電氣連接，進而導致連接線束較長、裝配工序復雜、美觀性差。

其次，現有專利中僅涉及將多個控制器進行集成，對設計邊界和接口關系約束考慮較少，且因多控制器集成，對外電氣接口較多，總體體積較大，如尺寸和接口位置不合理，將導致應用時存在較多限制，反而不利于整個燃料電池系統集成度的提升；多個控制器無論是否進行集成，仍與被控件處于分散布置關系，需通過高低壓線束連接，其線束連接關系繁雜、質量重、占用布置空間、裝配工序復雜、易發生干擾、線纜易磨損，不利于整個系統的功率密度提升和成本降低。

因此，如何克服上述技術缺陷，是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有集成控制器的車用燃料電池系統及車輛，通過對燃料電池系統的布置空間合理進行區域劃分，實現燃料電池系統的高度集成。

為解決上述技術問題，本發明提供一種具有集成控制器的車用燃料電池系統，包括電堆層、集成控制器層和系統附件層，

所述電堆層和所述集成控制器層相鄰布置，所述系統附件層相鄰設置于所述電堆層或所述集成控制器層一側，

所述電堆層包括電堆，以及通過連接管路及轉接頭連接所述電堆側面的排氫電磁閥、氫氣分水器、節溫器、空氣分水器、空氣進氣閥和空氣旁路閥，

所述集成控制器層包括用于實現系統內所有高低壓控制器功能合并的集成控制器，以及設置于所述集成控制器側面的高壓接口和低壓接口，

所述系統附件層包括氫循環泵、空氣壓縮機、水空換熱器、水泵和氫氣比例閥。

可選的，所述高壓接口包括電堆高壓連接窗口、空氣壓縮機高壓連接窗口、氫循環泵高壓連接窗口、水泵高壓連接窗口和系統高壓輸出接插件。