[发明专利]一种具有集成控制器的车用燃料电池系统及车辆

说明书

本案提供了一种具有集成控制器的车用燃料电池系统，包括电堆层、集成控制器层和系统附件层，电堆层和集成控制器层相邻布置，系统附件层相邻设置于电堆层或集成控制器层一侧。通过对布置空间进行合理区域划分，为集成控制器单独划分一层空间，为电堆和附件设计预留区域，约束了设计边界，保证了最终方案的集成效果。通过控制器与系统集成方案同步设计，控制器尺寸完全匹配系统布置空间限制，系统内零件位置关系合理布置、电气及冷却接口关系实现最优化连接，避免了独立设计控制器导致的接口和尺寸不匹配问题，实现了系统方案的高集成度一体化设计。本案还提供一种具有上述具有集成控制器的车用燃料电池系统的车辆。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种具有集成控制器的车用燃料电池系统及车辆。

背景技术

燃料电池系统因架构需要通常由多个分散的零件组成，布置形式和结构复杂，随着燃料电池车用场景逐渐细化和零件开发日趋成熟，对系统集成度提出了更高的要求，系统体积更小、功率密度更高、组成件数量更少的一体化系统方案在应用便利性、成本和可靠性方面更有市场竞争力。在集成设计角度，将多个分散布置零件集成是主要技术手段之一，其中多控制器集成与合并可以极大地简化线束和冷却管路连接，对集成度的提升更为有利。

当前，设计方案中往往采用2种布置形式，多控制器分散布置和多合一控制器独立布置，具体为：一是零件与其控制器集成，如水泵及控制器、空气压缩机及控制器等集成且已经批量应用，二是多控制器合成一个，如将燃料电池系统控制器、升压DC/DC、PDU、DCL、空气压缩机控制器等合并为一个零件，根据需求不同有多种功能集成方案。但因分散布置控制器位置不便于电气连接、多合一控制器尺寸及接口位置设计不合理、控制器与被控件位置分散仍有较多线缆和冷却管路连接等，导致整体方案集成度低、质量重、占用布置空间大、装配工序繁琐、成本高等问题，同时高压电缆易存在EMC干扰，线缆损耗等导致可靠性差、效率低，因此控制器集成与系统集成的方案设计是需要进行优化的。

然而，当前设计的主要问题在于：控制器和被控件集成仅解决了零件内部的连接关系，但因系统架构需要，零件布置位置优先考虑占用空间较大的管路介质连接，导致其所集成的控制器位置可能不利于进行电气连接，进而导致连接线束较长、装配工序复杂、美观性差。

其次，现有专利中仅涉及将多个控制器进行集成，对设计边界和接口关系约束考虑较少，且因多控制器集成，对外电气接口较多，总体体积较大，如尺寸和接口位置不合理，将导致应用时存在较多限制，反而不利于整个燃料电池系统集成度的提升；多个控制器无论是否进行集成，仍与被控件处于分散布置关系，需通过高低压线束连接，其线束连接关系繁杂、质量重、占用布置空间、装配工序复杂、易发生干扰、线缆易磨损，不利于整个系统的功率密度提升和成本降低。

因此，如何克服上述技术缺陷，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有集成控制器的车用燃料电池系统及车辆，通过对燃料电池系统的布置空间合理进行区域划分，实现燃料电池系统的高度集成。

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有集成控制器的车用燃料电池系统，包括电堆层、集成控制器层和系统附件层，

所述电堆层和所述集成控制器层相邻布置，所述系统附件层相邻设置于所述电堆层或所述集成控制器层一侧，

所述电堆层包括电堆，以及通过连接管路及转接头连接所述电堆侧面的排氢电磁阀、氢气分水器、节温器、空气分水器、空气进气阀和空气旁路阀，

所述集成控制器层包括用于实现系统内所有高低压控制器功能合并的集成控制器，以及设置于所述集成控制器侧面的高压接口和低压接口，

所述系统附件层包括氢循环泵、空气压缩机、水空换热器、水泵和氢气比例阀。

可选的，所述高压接口包括电堆高压连接窗口、空气压缩机高压连接窗口、氢循环泵高压连接窗口、水泵高压连接窗口和系统高压输出接插件。