一种燃料电池环卫车的制作方法

1.本技术涉及燃料电池车辆技术领域，具体涉及一种燃料电池环卫车。


背景技术：

2.当前国家正大力倡导清洁能源，燃料电池汽车是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车。车载燃料电池装置所使用的燃料为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得到的高含氢重整气，清洁而无污染。
3.燃料电池汽车在动力上也可以算作电动汽车，但你可以在五分钟内灌满燃料，而不是等上几个小时来充满电。和普通化学电池相比，燃料电池可以补充燃料，通常是补充氢气。与纯电动车相比，氢燃料车具有续航里程长、加氢时间短等优点，这些优点同样适用于城市环卫车。
4.城市道路中限高杆很多，老旧街区大多道路狭窄，因此对城市作业的环卫车大多有外廓尺寸限制。此外，对于清扫类环卫车，不但车架上部有清水箱、污水箱、垃圾箱等，车架两侧还需安装纵向占位2-3m以上的扫刷、洗盘等零部件，相较于其它车辆，洗扫车底盘对空间利用率要求更高。
5.此外，氢燃料车中关键部件有动力电池、电堆、储氢瓶以及多合一，这些关重件的防尘防水安全性及加氢、储氢和碰撞安全性尤为重要，其维修保养操作的便利性也直接影响用户操作体验。
6.可见，布局紧凑、安全可靠、维保便利是衡量燃料电池车底盘布局是否合理的重要指标。
7.目前常见的燃料电池车的电堆大多置于驾驶室下方、原燃油车发动机处。供氢系统则主要有两种布置方式：侧挂和后背。前者的储氢瓶位于车架两侧，动力电池位于车架中间；后者的供氢系统位于驾驶室与上装之间，动力电池则平行于纵梁挂在车架两侧。
8.在上述两种布置中，车架两侧空间均存在大尺寸零部件——动力电池或氢瓶。车架两侧底盘部件占位较大，布置扫刷、吸盘较为困难；当车架上部的上装垃圾箱、污水箱泄露时，下方的动力电池、氢瓶也容易被污染；此外，出于维护城市环境考虑，每日工作完成后的环卫车辆均需采用高压水枪清洗，极易造成车架两侧的氢瓶或动力电池进水、锈蚀，影响使用寿命。


技术实现要素：

9.针对现有技术中存在的缺陷，本技术的目的在于提供一种布局紧凑合理、安全可靠、维保便利的燃料电池环卫车。
10.为达到以上目的，一方面，采取的技术方案是：
11.本技术提供一种燃料电池环卫车，包括车架、设置在车架头部的驾驶室、设置在车架尾部的上装，
12.所述驾驶室、车架、上装和两侧的前轮挡泥板之间形成防护空间，所述防护空间内
设置有防护罩；
13.所述环卫车还包括主散热器和水箱，所述主散热器设置于防护罩内腔顶部；所述水箱设置在防护罩朝向驾驶室的外壁；
14.所述防护罩内腔的主散热器下方还设置有动力电池系统和供氢系统。
15.优选的，所述动力电池系统，其包括安装于车架顶部的电池支架和安装于电池支架内的动力电池组；
16.所述供氢系统，其包括固定安装于电池支架上方的氢瓶支架、安装于氢瓶支架内的多个氢气瓶以及控制氢气瓶出气的供氢控制单元。
17.优选的，所述氢瓶支架朝向驾驶室的侧面设置有攀爬梯；
18.所述防护罩的顶部设置有吊耳。
19.优选的，所述动力电池系统还包括：
20.电池冷却系统，其跨设于车架的两侧，并与防护罩固定连接；
21.所述动力电池组的数量有两组；
22.所述电池冷却系统、水冷系统的水箱、主散热器、两组动力电池组以及每个所述氢气瓶沿车辆中性面对称设置。
23.优选的，所述防护罩在两侧开设有可供动力电池组出入的电池检修门，所述电池检修门平齐于所述电池支架；
24.所述电池支架内部设置有用于动力电池组移动的滚轴。
25.优选的，所述供氢控制单元还包括：
26.氢气浓度传感器，其安装于氢瓶支架；
27.温度传感器，其安装于氢瓶支架；
28.若所述氢气浓度传感器检测到氢气浓度超过浓度阈值或温度传感器检测到温度超过温度阈值，供氢控制单元阻断氢气瓶供气。
29.优选的，燃料电池环卫车还包括用于为车辆电机散热的电机散热器；
30.所述电机散热器安装于车架底部，且位于车架x向的前端并位于保险杠的后方；
31.所述电机散热器和两侧前轮挡泥板形成车架底部的x向防护。
32.优选的，所述前轮挡泥板旁还设置有面朝向y向的侧防护板
33.所述车架、前挡泥板、侧防护板、前车轮和电机散热器围设形成车架下方防护。
34.优选的，所述燃料电池环卫车还包括：
35.电堆系统，其安装于于车架底部，并位于一对前车轮之间；
36.高压附件，设置于车架底部，并位于驾驶室下方，所述高压附件用于连接动力电池系统与外界电路，还用于控制启闭电堆系统、调节电堆系统的供电参数以及调节动力电池系统的供电参数；
37.所述电堆系统和高压附件均处于车架下方防护内。
38.优选的，所述防护罩顶部向驾驶室方向延伸形成雨沿；
39.所述水箱设置在雨沿下方。
40.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
41.本技术的燃料电池环卫车，由于防护罩将供氢系统和动力电池系统包裹形成一个整体，借用驾驶室、前轮挡泥板、车架、水冷系统的水箱、主散热器以及上装等设备构成了对
供氢系统和动力电池系统的保护，省去了现有技术中用于防护的结构，一方面极大减小了车辆总重，另一方面使得整体结构更为紧凑，减小了占用空间，同时用作防护的部件之间使错落排布，还能保证供氢系统和动力电池系统的有效通风。
42.另一方面，将供氢系统和动力电池系统集成于一处，可以有效改善整体的散热。例如，本技术中将主散热器设置于氢瓶支架的顶部，中间预留通风间隙，除了起到防护效果，还使得冷却管路布于氢瓶框外侧，折弯少、散热好、利于模块化布置，避免了现有技术中主散热器内置结构存在水路管道折弯多，气流阻力大，结构复杂、不利于散热的问题。
43.并且，本技术的防护罩还能用于吊装现有技术中通常设置在车架侧面的结构，例如动力电池系统的水冷机、高压附件等装置，一方面平衡了重心，另一方面使得车架上方的后背结构与车架两侧的部件集成一体，结构紧凑也方便整体落装装配。
44.在更进一步的改进中，由于本技术已经将供氢系统、动力电池系统和用于温控的装置包裹形成一个整体，使得本技术可以简单的将上述系统中的大重量部件均衡设置，例如主散热器、水箱、氢瓶和动力电池组仅需按照车辆中性面对称摆放即可。而现有技术中不仅需要经过复杂调配两侧重量配比，还需要控制两侧装置的使用情况，避免失衡，因此本技术还可以省去部分用于监控和控制上述装置的结构，使得本技术的结构更为紧凑。
附图说明
45.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1为本技术中一个实施例的侧视示意图。
47.图2为图1中自驾驶室向后向观察的防护罩内部结构示意图
48.图3为图2所示实施例的侧视示意图。
49.图4为图2所示实施例的俯视示意图。
50.图5为本技术中电池支架的结构示意图。
51.图6为图1所示实施例中车架及车架以下结构的俯视示意图。
52.附图标记：
53.1、供氢系统；11、氢瓶支架；111、攀爬梯；12、氢气瓶；13、供氢控制单元；
54.2、动力电池系统；21、电池支架；22、动力电池组；23、电池冷却系统；
55.3、防护罩；31、吊耳；32、电池检修门；33、雨沿；34、主散热器；35、水箱；36、氢瓶检修门；
56.4、车架；41、前轮挡泥板；42、电机散热器；43、侧防护板；
57.5、电堆系统；
58.6、高压附件；
59.7、驾驶室；
60.8、上装。
具体实施方式
61.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
62.本技术中，提供一类燃料电池环卫车的实施例，包括车架4、设置在车架4头部的驾驶室7、设置在车架4尾部的上装8、电堆系统5、供氢系统1、动力电池系统2、控温系统和防护罩3。本实施例以及后续实施例中，均采用整车坐标系进行表述，即当车辆处在水平路面时，x轴平行于地面指向车辆后方，z轴通过汽车质心指向上方，y轴指向驾驶员的右侧。
63.如图1和图6所示，车架4做为整车框架，设置有保险杠、驾驶室7、挡尘板、固连在其上的前后悬架、前桥、挡泥板以及车辆电机等部件，起到一般电动力车辆的防护、支撑和行驶等功能，也为其他结构提供支撑基础，在图1中，车架4尾部空白部分可以依照需要安装各式上装8，以处理环卫车清扫的污物或者供给环卫车用水。
64.在本实施例中，在车架4、驾驶室7和上装8之间预留有防护空间，在防护空间内设置防护罩3，在防护罩3的内腔自下而上设置有动力电池系统2和供氢系统1。供氢系统1和动力电池系统2整体被防护罩3包裹，使得装置离地高、不易像现有技术一样容易受到地面凸起物的磕碰、安全性好。
65.而上述控温系统主要包括主散热器34和水箱35，主散热器34位于防护罩3内腔顶部，水箱35位于防护罩3和驾驶室7之间，而用于水冷的管路盘绕在动力电池系统2和电堆系统5内，用于降温。优选的，控温系统还包括用于控制控温系统运转的电控箱和用于净化冷却水的去离子罐，在有一些优选的实施例中，如图2所示，将用于给电堆系统5冷却的水箱35、给动力电池系统2冷却的水箱35对称分开设置，方便根据不同的需求调节流量，降低控制难度。
66.燃料电池车中高压部件、动力电池系统2、供氢系统1以及高低压线束等高压带电部件均属于重点安保件，有特殊的防水、防污等防护要求。
67.而上述驾驶室7、上装8、水箱35、车架4、防护罩3、主散热器34和前轮挡泥板41构成一个相对密闭的防护空间，任何一个任何朝向电堆系统5、动力电池系统2、供氢系统1以及高低压线束等高压带电部件飞溅的污物都需要先经过上述结构，变相起到了防护的效果。因此，来自前方的碰撞会经过驾驶室7和水冷系统的水箱35的缓冲，来自后方的碰撞会受到上装8的缓冲，顶部的碰撞通常为掉落物，受到主散热器34和防护罩3的保护，侧面和底面的危险通常来自于飞溅的泥水和石子，依靠车架4、防护罩3以及前轮挡泥板41就可以起到完全的防护效果。侧面碰撞较为少见，即使发生侧面碰撞，一方面可以依靠驾驶室7后部和上装8前部进行抵挡，另一方面环卫车底部的清扫装置可以作为缓冲。本实施例巧妙的利用了环卫车的车辆结构，实现了对高危部件的防护，省去了各个部件特制的防护结构，控制了车辆自重。
68.优选的，如图4所示，在防护罩3顶部还分别开有散热器检修口，离子罐检修口以及水箱35加注口。这些检修口、加注口上均装有可拆卸盖板，平时盖板密封闭合防止雨雪灰尘进入，维保时则拆下盖板即可。同时，在散热器检修口上还开有散热通风口，以便于主散热器34通风。
69.在进一步的实施例中，所述动力电池系统2包括电池支架21和动力电池组22，动力电池组22设置在电池支架21内，电池支架21起到支撑作用，内部空隙较多，因此电池支架21横穿整个车架4，而上述防护罩3将电池支架21包覆，起到保护作用。动力电池系统2主要是储蓄燃料电池装置供给的电力，并按照需要分配给车辆电机以及车辆上的其他耗电设备。在一些优选的实施例中，动力电池系统2的冷却装置跨设在车架4两侧，也有部分实施例设置在车架4上方，并且位于前轮挡泥板41的后方，可以借助前轮挡泥板41将前轮带起的泥水石头挡住，同时也可以挡住一些飞溅过来的杂物。
70.优选的，动力电池组22的数量有两组，分别设置在电池支架21两侧，而用于给动力电池组22冷却的冷却装置设置在车架的两侧，并与防护罩5固定连接。
71.因为本实施例已经将部件集中设置，使得实施例可以简单的将上述系统中的大重量部件均衡设置。而现有技术中不仅需要经过复杂调配两侧重量配比，还需要控制两侧装置的使用情况，避免失衡，因此本技术还可以省去部分用于监控和控制上述装置的结构，使得本技术的结构更为紧凑。
72.例如，水箱35、主散热器34、动力电池组22、动力电池组22的冷却装置和供氢系统1中的每个氢气瓶12都可以依照车辆中性面对称放置，可以自动平衡车辆两侧重量，省去了调节两侧配比的复杂控制装置，进一步缩减了结构。
73.如图2和图3所示，供氢系统1包括多个氢气瓶12、用于安装氢气瓶12的氢瓶支架11和控制氢气瓶12的供氢控制单元13。如图所示，在本实施例中，氢气瓶12的数量有四个，优选的，每个氢气瓶12按照垂直于车辆中性面的方向摆放，同时沿车辆中性面对称，这样可以平衡车辆重量分布。氢瓶支架11形状可见图的中间部分，氢瓶支架11和电池支架21，均是采用采用槽钢拼焊而成，并且相互固连，横跨车架4之上并与其固定，与外侧的防护罩3形成牢固框架，既确保了供氢系统1、动力电池系统2的安全性，又兼顾了维保便利性。同时，由于不需要像现有技术那样依照车架4将各部件分割与嵌套，使得该布局空间利用率高、外廓尺寸控制严格、易于集成化、模块化。从图中也可以看出，车架4左右由于结构紧凑，后轮前方底盘两侧足够布置扫刷及吸盘，空间利用率高。
74.除了外部框形的支撑结构以外，用于支撑氢气瓶12的结构为抱箍，每个氢气瓶12两端均设置有一个抱箍。同时，也依靠规整的氢瓶支架11和电池支架21，使得水冷系统的管路可以直上直下，减少弯道，进而降低水流阻力，同时规整的内部结构也可以主散热器34的风阻，两者共同作用，可以节约控温的能耗，同时提高散热效果。
75.优选的，氢瓶支架11的x向前侧面设置有攀爬梯111，当驾驶室7升起移开时，维护人员可以通过攀爬梯111爬上氢瓶支架11，用于维护和检修，上述防护罩3上还设置有吊耳31，可以将主散热器34、供氢系统1动力电池系统2和电池冷却系统23一次吊装到位。
76.供氢控制单元13是用于监控氢气瓶12的储量、供气速度以及氢气瓶12的状态，在一些优选的实施例中，在氢瓶支架11上还设置有氢气浓度传感器和温度传感器，其中氢气浓度传感器位于供氢支架内侧的顶面，当氢气浓度传感器检测到氢气浓度超过浓度阈值或温度传感器检测到温度超过温度阈值时，说明氢气泄露或者有发生燃爆的危险，此时供氢控制单元13阻断氢气瓶12的供气。
77.氢气瓶12和燃料电池装置之间通过供氢管路连接。具体的，在本实施例中，上述供氢管路中还存在有补氢用的加氢口、卸压用的放散口以及给电堆输送氢气用的出气口。上
述供氢管路中还有防止气体回流的单向阀、过滤杂质的过滤器、切断气路的关断阀以及用于检测和控制供氢管路内气体状态的压力调节器、温度传感器、压力传感器等。
78.同时，为了给上述动力电池系统2和供氢系统1检修，在一些实施例中防护罩3两侧开设有氢瓶检修门36和电池检修门32，分别与动力电池系统2和供氢系统1的高度对应，同时也为了方便加氢，在有一些更优选的实施例中还在供氢管路旁的防护罩3上设置有加氢门。
79.更进一步的，上述电池检修门32平齐于上述电池支架21，上述电池支架21内部设置有用于动力电池组22移动的滚轴211。具体的，如图所示，在本实施例中，上述动力电池组22的接线端、水管接口及手动维护开关均朝外，以方便管线路检修。
80.同时，动力电池系统2管线检修时，拆下电池检修门32盖板即可操作。当需要更换动力电池组22时，拆下用以锁紧电池检修门32的紧固螺栓，朝外抽拉动力电池组22，滚轴211滚动减少摩擦阻力，便于动力电池组22轻松抽取。优选的，动力电池系统2还包括高压配电盒、低压蓄电池等输配电组件，车架4下层，分跨于车架4两侧、位于前轮挡泥板41后方。高压配电盒上的维修开关msd盒朝外，便于高压保险的通断操作，高压配电盒及温控机组的管线及接口则朝向前轮挡泥板41一侧，线束、水管均藏于前轮挡泥板41之后，以躲避飞溅的泥水和砂石。维保时，只需拆下挡泥板即可进行管线连接调试。
81.电力驱动的汽车使用电动机代替发动机，工作时也会产生大量热量，因此，电机散热是必需的。
82.在一些优选的实施例中，上述燃料电池环卫车还包括用于为车辆电机散热的电机散热器42，在本实施例中，电机散热器42布置于车架4x向的前端，并位于保险杠后方，这样进风量大、制冷效果好，当发生追尾时，位于前方的保险杠及车架4的前横梁可以对其碰撞保护
83.同时，当车辆行驶时，气流带起的泥水石子一类的污物会被电机散热器42挡住，而车轮带起的污物会被前轮挡泥板41挡住，因此电机散热器42和前轮挡泥板41共同构成车架4底部的x向防护。
84.进一步的，为了防止环卫车的高压水枪造成部件进水损坏，在一些优选的实施例中，上述前轮挡泥板41旁还设置有面朝向y向的侧防护板43。具体的，在车辆整体上，前方的电机散热器42，车架4两侧的板簧、车架4、轮胎、前轮挡泥板41，上方的驾驶室7以及下方挡尘板，共同构成形成了一个较为封闭的空间，用以保护安装在车架4下方的部件，例如，电堆系统5以及为多合一、外挂dcdc等高压部件。
85.同时，紧凑的设计还有利于在车架两侧还需安装纵向占位2-3m以上的扫刷、洗盘等零部件，相较于其它车辆，本技术对空间利用率要求更高。
86.进一步的，上述燃料电池环卫车还包括电堆系统5，设置在车架4底部，并靠近驾驶室7，电堆系统5分为电堆支架和燃料电池装置，燃料电池装置是发生电化学反应的场所，由多个单体燃料电池以串联的方式层叠组合而成。优选的，上述电堆系统5还设置有空压机，为化学反应的空气加压。在一些更优选的实施例中，电堆系统5还包括dc/dc(direct current/direct current，直流变压器)、用于监控化学反应的控制器等设备，一般被一同包覆在防护罩3内。作为核心部件，电堆系统5容易受损，同时损坏后危害较大，因此电堆系统5具有很高的安全防护等级。因此在一些优选的实施例中，电堆支架与车架4的连接位置
中，有部分是通过橡胶软垫连接的，以减少燃料电池振动。
87.高压附件6，设置于车架4底部，并位于驾驶室7下方，上述高压附件6用于连接动力电池系统2与外界电路，还用于控制启闭燃料电池装置、调节燃料电池装置的供电参数以及调节动力电池系统2的供电参数；上述电机散热器42在x方向上完全遮蔽高压附件6。具体的，在本实施例中，高压附件6主要包括多合一控制器以及外挂dcdc逆变器、电动转向泵、电动空调、充电插座等车载部件，其中，多合一向其它高压附件6供电并控制主驱电机及其它部件电机的工作状态，外挂dc/dc实现外界输电电流的高低压转换，充电插座则用于给动力电池的充电，其它小三电的功能则同燃油车。
88.将电堆系统5和高压附件6集成设置在车架4底部，并位于驾驶室7下方，一些优选的实施例，还将例如低压电瓶、高压配电盒、温控一体机以及电动空压机等精密带电结构设置于此处，一方面远离氢瓶，安全、接近性好，另一方面，由于存在前方电机散热器42的阻挡，可以有效降低高压附件6和电堆系统5受污物侵蚀的概率，驾驶室7的阻挡可以避免日曝雨淋以提高线束、接插件的使用寿命。同时维修时仅需将驾驶室7翻起，就可以接触到高压附件6和电堆系统5，维护方便易行。
89.进一步的，上述防护罩3顶部向驾驶室7方向延伸形成雨沿33，上述水箱35设置在雨沿33下方，在本实施例中，如图所示，具体的，雨沿33下方还可以用于放置许多用于控制车辆的设备，比如动力电池系统2的低压配电盒、供氢系统1的供氢控制单元13以及车辆中控系统的部分组件等等，将整个防护罩3设计出雨沿33，还可以使得防护罩3和驾驶室7之间产生一定的间隙，方便氢气泄漏时气体的放散，也便于维护保修相关部件。
90.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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技术和简化描述，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技术的限制。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；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。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技术中的具体含义。
91.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
92.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。