一种高压组件、燃料电池模块以及车辆

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种高压组件、燃料电池模块以及车辆。

背景技术

燃料电池电堆通常由膜电极和双极板组成的多个单电池串联而成，在膜电极和双极板之间存在密封圈，在多个单电池的两端通过端板、绝缘板、集流板等进行压紧、绝缘、电流输出。燃料电池电堆输出电压高；同时燃料电池模块膜电极活性面积大，工作电流密度高，输出的电流大。近年来，由于燃料电池模块汽车对燃料电池模块输出动力要求逐步提高，燃料电池电堆输出电压和输出电流也在逐步提高；另一方面，由于整车安全要求，燃料电池模块汽车对燃料电池电堆的电安全要求也在逐步提高。因此燃料电池电堆内部的高压设计需要充分考虑电安全。同时燃料电池模块由于空间小，需要充分考虑电气间隙和爬电距离校核以及相关的绝缘设计。

但是现有技术中的燃料电池电堆存在以下两个技术问题：一，由于单个电堆所串联的单片电池的数量是有限的，现有技术中燃料电池模块的输出功率受限；二，内部的高压设计装配工序复杂，且可能存在不便组装的情况，不利于高压设计的布置。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种高压组件、燃料电池模块以及车辆，提高燃料电池模块的输出功率的同时，解决了装配组装的问题，使装配工序简单、灵活，且高压设计稳定。

实现本发明技术目的方案为，一种高压组件，应用于包含并排设置的至少两个电堆的燃料电池模块，所述高压组件包括铜排组件、正极输出端子、负极输出端子、正极连接件和负极连接件；所述铜排组件用于将各所述电堆的输出极串联、并形成正极连接部和负极连接部；所述正极输出端子通过所述正极连接件与所述正极连接部连接，且所述正极连接件与所述正极输出端子呈角度设置；所述负极输出端子通过所述负极连接件与所述负极连接部连接，且所述负极连接件与所述负极输出端子呈角度设置。

进一步地，所述铜排组件包括正极铜排、负极铜排和用于将所述至少两个电堆串联的至少一个连接铜排；所述正极铜排和所述负极铜排均为具有折弯结构的铜排，所述正极铜排的第一端和所述负极铜排的第一端分别构成所述正极连接部和所述负极连接部，所述正极铜排的第二端用于连接其中一个电堆的正输出极，所述负极铜排的第二端用于连接另一个电堆的负输出极。

进一步地，各所述连接铜排均包括第一铜排和第二铜排，所述第一铜排和所述第二铜排的相近端通过辅助紧固件连接固定，所述第一铜排和所述第二铜排的相离端用于分别连接两个所述电堆的不同输出极。

进一步地，所述正极输出端子、所述负极输出端子、所述正极连接部和所述负极连接部相互平行、且均垂直于所述正极连接件和所述负极连接件均垂直于所述堆叠方向。

进一步地，所述正极连接部和所述负极连接部中的至少一个与所在的正极铜排/负极铜排共面；

或者，所述正极铜排的第一端和所述负极铜排的第一端均包括连接段和过渡段，两个所述连接段分别构成所述正极连接部和所述负极连接部。

进一步地，所述高压组件还包括用于连接所述铜排组件与所述电堆的输出极的高压紧固件；所述高压紧固件为螺栓；所述铜排组件上设置有用于安装所述高压紧固件的连接孔，所述连接孔的孔径D满足1＜D/d≤1.5，其中d为所述螺栓的公称直径。

进一步地，所述铜排组件的至少部分表面上设置有绝缘层。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种燃料电池模块，包括壳体、至少两个电堆以及上述的高压组件；所述壳体包括上箱体和下箱体，所述上箱体和所述下箱体合围成安装腔；所述至少两个电堆沿平行于各所述电堆的双极板的短边方向并排设置于所述安装腔内；所述正极输出端子和所述负极输出端子间隔设置于所述上箱体上，所述至少两个电堆的输出极通过所述铜排组件串联。

进一步地，各所述电堆中膜电极的阳极的朝向相同、且均朝向所述电堆的进气端或盲端。

进一步地，各所述电堆均以所述双极板平行于水平面、且所述双极板的堆叠方向平行于竖直方向的姿态设置；

所述正极输出端子和所述负极输出端子均位于所述电堆的顶部、且靠近所述电堆的端板；所述正极输出端子和所述负极输出端子的轴向均平行于所述电堆的膜电极的堆叠方向。

进一步地，各所述电堆均以所述双极板的长边平行于竖直方向、且所述双极板的堆叠方向平行于水平方向的姿态设置；

所述正极输出端子和所述负极输出端子均位于所述电堆的顶部；所述正极输出端子和所述负极输出端子的轴向均垂直于所述电堆的膜电极的堆叠方向。

进一步地，所述燃料电池模块还包括设置于所述上箱体和/或所述电堆上的绝缘板组，所述铜排组件与所述上箱体/电堆分布于所述绝缘板组的两侧。

进一步地，所述绝缘板组包括设置于所述上箱体上的第一绝缘板；所述正极输出端子和所述负极输出端子贯穿于所述第一绝缘板；

所述铜排组件包括至少覆盖两个电堆的长铜排和/或分体式铜排，所述长铜排上设置有支撑件，所述分体式铜排上设置有连接件；所述绝缘板组包括设置于所述上箱体上的至少一个第二绝缘板以及设置于所述电堆上的至少一个第三绝缘板；所述第二绝缘板位于所述支撑件处和/或所述连接件处；所述至少一个第三绝缘板位于所述连接件处。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种车辆，包括上述的任一种燃料电池模块。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种高压组件，应用于包含并排设置的至少两个电堆的燃料电池模块，实现功率提升的同时保证高压安全。高压组件包括铜排组件、正极输出端子、负极输出端子、正极连接件和负极连接件；铜排组件用于将各电堆的输出极串联、并形成正极连接部和负极连接部。一方面，正极输出端子通过正极连接件与正极连接部连接，负极输出端子通过负极连接件与负极连接部连接，以实现电路的流通，正极输出端子和负极输出端子构成的高压贯穿端子用于连接电池包的高压铜排组件和DCDC，将电流输出给DCDC，可以实现两个以上电堆的集成，输出大的电流，达到更高的电池效率，能够实现较小功率电堆进行功率提升的大功率电堆功率输出。另一方面，正极连接件与正极输出端子呈角度设置，负极连接件与负极输出端子呈角度设置，即两者的空间姿态不同，两者可以设置在不同面上，便于布置高压组件，有效缩小高压组件与电堆在膜电极堆叠方向的间距，有利于提高燃料电池模块的体积功率密度。

另外该高压组件在装配时，可以将正极输出端子、负极输出端子组成的高压贯穿端子预先与燃料电池模块壳体的上箱体连接，铜排组件也连接设置在对应的电堆上实现串联，高压贯穿端子与上箱体间的组装、铜排组件与电堆以及下箱体之间的固定组装相对独立，互不影响，且在上箱体和下箱体扣合连接之前，操作空间充裕；在上箱体和下箱体扣合之后，仅需要通过上箱体或下箱体上开设的工艺孔将连接件伸入壳体中，使正极连接部和负极连接部分别连接对应的输出端子即可，高压组件的结构简单，且高压组件的连接装配工艺简单方便。

将上述的高压组件应用于燃料电池模块时，该燃料电池模块相应具有上述的所有有益效果，将至少两个电堆并排竖放于上箱体和下箱体合围成的安装腔内，正极输出端子和负极输出端子间隔设置于上箱体上，通过铜排组件将至少两个电堆的输出极串联，并连接高压贯穿端子实现功率输出，一方面实现两个电堆的集成，实现功率提升的技术效果，另一方面只需在上箱体和下箱体封装之前，分别在上箱体上固定正极输出端子和负极输出端子、在电堆上设置铜排组件，正极连接部/负极连接部与高压贯穿端子的对接部位于侧面，只需尽量使该对接部靠近壳体的边缘，工作人员通过该上箱体或下箱体开设的工艺孔即可将连接件伸入安装腔内完成高压组件的连接固定，解决了不便高压组件组装、不利于高压组件布置的技术问题。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的高压组件与电堆的串联示意图；

图2为图1的另一视角示意图；

图3为图1中的高压组件的连接示意图；

图4为本发明实施例2提供的燃料电池模块的整体组装示意图

图5为图4中高压组件、电堆以及绝缘板组的组装配合示意图；

图6为图4中高压组件与绝缘板组的配合示意图；

图7为图4中的上箱体的装配示意图；

图8为图7中的第一绝缘板的示意图；

图9为图8中的第一绝缘板与壳体和高压组件的连接示意图；

图10为本发明实施例3提供的燃料电池模块中电堆与高压组件的组装配合示意图；

图11为图10的左视示意图；

图12为本发明实施例4提供的燃料电池模块中电堆与高压组件的组装配合示意图。

图13为本申请实施例5的车辆的结构框图。

附图标记：1000-燃料电池模块；

100-高压组件；110-铜排组件，111-正极铜排，112-负极铜排，113-连接铜排，114-第一铜排，115-第二铜排，116-辅助紧固件，117-过渡段，118-正极连接部，119-负极连接部；120-正极输出端子；130-负极输出端子；140-正极连接件；150-负极连接件；160-高压紧固件；170-支撑件；

200-电堆，210-进气端板，211-盲端端板；

300-壳体，310-上箱体，320-下箱体，330-封盖；

400-绝缘板组，410-第一绝缘板，411-导向筒体，420-第二绝缘板，430-第三绝缘板。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

氢燃料电池模块相比于化学电池具有无污染、无噪声、电池效率高等优点。单个电堆所串联的单片电池的数量是有限的，因为在堆叠的时候，一旦超过一定的数量，就会出现如下问题：1)配气不均匀，导致最后几片电池没有充分利用；2)单电池不一致性，导致出现单体电压偏差过大；3)散热不均匀，导致中间单片电池过热。同时燃料电池模块由于空间小，燃料电池模块内部的高压设计需要充分考虑电气间隙和爬电距离校核以及相关的绝缘设计。如何提升燃料电池模块的输出功率以及保证内部高压的稳定输出是当前研究的重点之一。

为了解决实现燃料电池模块功率提升，同时优化内部高压设计，满足电堆电安全要求的前提下，简化装配体工艺，本发明提供了一种高压组件、燃料电池模块以及车辆，下面通过五个具体实施例对本发明内容进行详细说明：

需要说明的是，在某个燃料电池中，将靠近反应介质输入端定义为进气端，将远离反应介质输入端定义为盲端，相应的将位于进气端的端板定义为进气端板210，将位于盲端的端板定义为盲端端板211。电堆中，进气端的端板、绝缘板、集流板、若干重复单元(双极板和膜电极)、盲端的集流板、绝缘板、盲端的端板依次堆叠，则膜电极的阴、阳极朝向有两种布置方式：将膜电极阳极朝向进气端(进气端板210)的布置方式定义为“右”，采用该种布置方式的电堆定义为“右堆”；将膜电极阴极朝向进气端(进气端板210)的布置方式定义为“左”，采用该种布置方式的电堆定义为“左堆”；“左堆”和“右堆”可以假想为人的“左手”和“右手”，两个电堆镜像对称。

电堆整体布置型式，分为橫置和竖置两种摆放方式，其中橫置的定义是膜电极、双极板等零部件垂直地面布置，竖置的定义是膜电极、双极板等零部件平行于地面布置。考虑到双极板通常存在长边和短边，将橫置方式拆分为水平布置和侧向布置，其中水平布置定义是双极板长边平行于地面、短边垂直地面布置；侧向布置定义是双极板短边平行于地面、长边垂直地面布置。

本申请中的“左堆”、“右堆”、“竖置”、“横置”等概念的具体释义参考如上内容，为方便表述，下述实施例中均采用各释义的简称。

实施例1

如图1至图3所示，本实施例提供了一种高压组件100，应用于包含并排设置的至少两个电堆200的燃料电池模块1000，实现功率提升的同时保证高压安全。高压组件100包括铜排组件110、正极输出端子120、负极输出端子130、正极连接件140和负极连接件150；铜排组件110用于将各电堆200的输出极串联、并形成正极连接部和负极连接部。

一方面，正极输出端子120通过正极连接件140与正极连接部连接，负极输出端子130通过负极连接件150与负极连接部连接，以实现电路的流通，正极输出端子120和负极输出端子130构成的高压贯穿端子用于连接电池包的高压铜排组件110和DCDC，将电流输出给DCDC，可以实现两个以上电堆200的集成，输出大的电流，达到更高的电池效率，能够实现较小功率电堆200进行功率提升的大功率电堆功率输出。

另一方面，正极连接件140与正极输出端子120呈角度设置，负极连接件150与负极输出端子130呈角度设置，即两者的空间姿态不同，两者可以设置在不同面上，便于布置高压组件100，有效缩小高压组件100与电堆200在膜电极堆叠方向的间距，有利于提高燃料电池模块1000的体积功率密度。同时由于正极连接部/负极连接部与高压贯穿端子的对接部位于侧面，使得在装配时，可以将正极输出端子120、负极输出端子130组成的高压贯穿端子预先与燃料电池模块1000壳体300的上箱体310连接，铜排组件110也连接设置在对应的电堆200上实现串联，高压贯穿端子与上箱体310间的组装、铜排组件110与电堆200以及下箱体320之间的固定组装相对独立，互不影响，且在上箱体310和下箱体320扣合连接之前，操作空间充裕；在上箱体310和下箱体320扣合之后，仅需要通过上箱体310或下箱体320上开设的工艺孔将连接件伸入壳体300中，使正极连接部和负极连接部分别连接对应的输出端子即可，高压组件100的结构简单，且高压组件100的连接装配工艺简单方便。

为了便于组装固定，本实施例中，优选地，高压贯穿端子应尽量靠近电堆200的边缘，以靠近燃料电池模块1000的壳体300的边缘，便于人员在壳体300外进行正极连接件140和负极连接件150的设置。

本实施例中，铜排组件110包括正极铜排111、负极铜排112和用于将至少两个电堆200串联的至少一个连接铜排113；由于现有技术中的燃料电池模块的正输出极和负输出极设置于电堆200的同一侧面且位置相同，为了避开重叠，正极铜排111和负极铜排112均为具有折弯结构的铜排，正极铜排111的第一端和负极铜排112的第一端分别构成正极连接部118和负极连接部119，正极铜排111的第二端用于连接其中一个电堆200的正输出极，负极铜排112的第二端用于连接另一个电堆200的负输出极。

本发明对正极铜排111和正极连接部118的结构、负极铜排112和正极连接部119的结构不做具体限定，只要满足分别与正极输出端子120和负极输出端子130对应连接即可。作为一种可选的实施方式，本实施例中，正极连接部118和负极连接部119中的至少一个与所在的正极铜排111/负极铜排112共面；或者，正极铜排111的第一端和负极铜排112的第一端均包括连接段和用于过渡连接的过渡段117，两个连接段分别构成正极连接部118和负极连接部119，即正极铜排111的第一端的设置方式有共面和弯折两种，同样地，负极铜排112的第一端也有共面和弯折两种设置形式，正极连接部118和负极连接部119共有四种组合形式。

过渡段的不同设置起的效果存在细微差别，但是均可以保证爬电间隙以及用电安全，本发明不做具体限定，比如过渡段可以向远离电堆200的方向弯折，以增大连接部与电堆200的侧面的距离，过渡段117也可以向靠近电堆200的方向弯折，以在电堆顶部的侧面预留出一定的空间，用于其他结构的安装设置，也可以满足匹配正极输出端子120和负极输出端子130的空间位置。本实施例中，当正极铜排111和/或负极铜排112的第一端具有过渡段117时，为了充分保证电安全，从根本上避免连接件与电堆200的接触，同时避免不必要的空间、控制燃料电池模块1000的体积功率密度，燃料电池模块1000的过渡段117连接的正极连接部118/负极连接部119具有平行于高压贯穿端子的投影分量，连接件穿过对应的正极连接部118或负极连接部119并伸入高压贯穿端子中通过螺纹结构实现连接固定。

为了便于安装设置，本实施例中，正极输出端子120、负极输出端子130、正极连接部和负极连接部均平行于电堆200的膜电极的堆叠方向；正极连接件140和负极连接件150均垂直于堆叠方向。具体地，正极输出端子120和负极输出端子130沿径向开设有安装孔，正极连接部和负极连接部上对应设置有装配孔，优选地，正极连接部118/负极连接部119平行于所连接的输出端子，即装配孔的轴线垂直于所在的正极连接部118/负极连接部119。

考虑到应用于燃料电池模块1000时，若铜排与电堆200的输出极的连接位位于两个电堆200之间，且电堆200的堆间间隙有限时，不便于铜排组件110与电堆200的连接，为了便于装配、不影响电堆200在燃料电池模块1000壳体300内的安装固定，本实施例中，各连接铜排113均包括第一铜排114和第二铜排115，第一铜排114和第二铜排115的相近端通过辅助紧固件116连接固定，第一铜排114和第二铜排115的相离端用于分别连接两个电堆200的不同输出极，预先将电堆200输出极分别与对应的铜排的连接端连接固定，并将电堆200固定，在连接第一铜排114和第二铜排115之前，电堆200之间位置可以进行调节，无误后再通过辅助紧固件116将第一铜排114和第二铜排115固定即可。

本发明提供的高压组件100还包括用于连接铜排组件110与电堆200的输出极的高压紧固件160；高压紧固件160为螺栓；铜排组件110上设置有用于安装高压紧固件160的连接孔。

为了保证铜排组件110与电堆200输出极的稳定连接，本实施例中，各个铜排一端的连接孔和高压紧固件160的数量为至少两个，相比于现有技术中由一个螺栓连接的方案，避免燃料电池模块1000随机振动过程中因集流板与铜排组件110之间产生松动、转动等造成电弧或者电火花的问题，提升了电安全性。

考虑到密封圈的材料老化、应力松弛，以及单电池受环境影响而存在的热胀冷缩等现象，燃料电池模块1000的单个电堆200通常在端侧的盲端端板211上存在碟簧、螺旋弹簧等结构，同时电堆200两端的集流板的相对位置也有可能发生变化。另一方面，因为电堆200零部件种类多，单电池数量大——通常在100片节以上，且随着整车动力性要求的提高，单电池数量也在逐渐增加，目前已经出现300多节单电池构成的电堆200，单电池的结构一致性逐渐成为影响燃料电池模块1000的单个电堆200产品一致性的关键因素，单个电堆200在堆叠方向尺寸也会存在一定的偏差。考虑以上两个原因，单个电堆200内部的高压设计需要具备一定的容错能力。

现有的技术方案软铜排只能运用在电流较小(300A以下)的电池内，且3mm厚度以上的软铜排折弯会出现铜排断层的情况。在大电流的环境中，只能选择硬铜排。为了兼顾容错，本实施例中，连接孔的孔径D满足1＜D/d≤1.5，其中d为螺栓的公称直径。比如螺栓采用M5型号，连接孔设置为M6.5。

为了进一步保证电安全，本发明提供的高压组件100，铜排组件110的至少部分表面上设置有绝缘层。本实施例中，铜排组件110除了高压紧固件160、辅助紧固件116和连接件即螺栓连接的区域，都在表面喷涂有环氧树脂材料，环氧树脂作为绝缘材料保证铜排与周边环境的电安全间隙。

本实施例提供的高压组件100的使用方法和工作原理如下：

铜排组件110中的各个铜排预先分别与所对应的电堆200的输出极连接，且电堆200可以单独与下箱体320进行连接固定，待各铜排和各电堆200的最终位置确定无误后，利用辅助紧固件116连接固定连接铜排113的第一铜排114的第二铜排115，完成至少两个电堆200的串联。正极输出端子120和负极输出端子130预先安装在燃料电池模块1000的上箱体310上，上箱体310和下箱体320扣合后，正极输出端子120与正极铜排111的正极连接部118对位、负极输出端子130与负极铜排112的负极连接部119对位，且对接位位于输出端子的侧面，通过在上箱体310的侧面工艺孔将正极连接件140和负极连接件150装配完成，完成组装。

本发明可以解决电堆200集成过程中兼顾电气间隙、爬电距离和电安全要求的困难，从而提高电堆200集成的电安全。本发明可以满足电堆200集成过程中电堆200高压设计容错要求，允许实际运行过程单个电堆200两端的集流板的相对位置发生变化，运行的单个电堆200在堆叠方向尺寸存在一定的偏差，降低电堆200无法装配的风险。

实施例2

基于同样的发明构思，本实施例提供了一种燃料电池模块1000，包括实施例1中的高压组件100、壳体300以及至少两个电堆200，如图1至图9所示。也就是说，该燃料电池模块1000可以采用双堆集成、三堆集成、四堆集成、六堆集成等方案。

将实施例1的高压组件100应用于燃料电池模块1000时，该燃料电池模块1000自然具有上述的所有有益效果。壳体300包括上箱体310和下箱体320，上箱体310和下箱体320合围成安装腔；至少两个电堆200沿平行于各所述电堆200的双极板的短边方向并排设置于安装腔内；使得各个电堆200均以相同的姿态并排设置，且以短边排列，有效控制集成后的多电堆体积，也使得集成后的整堆的长度和宽度相差不大，便于各零件的布置，以及所有的输出极均位于同一截面上，简化高压组件100的布置连接。正极输出端子120和负极输出端子130间隔设置于上箱体310上，各电堆200的输出极通过铜排组件110串联，并连接高压贯穿端子实现功率输出，一方面实现两个电堆200的集成，实现功率提升的技术效果，另一方面只需在上箱体310和下箱体320封装之前，分别在上箱体310上固定正极输出端子120和负极输出端子130、在电堆200上设置铜排组件110，正极连接部/负极连接部与高压贯穿端子的对接部位于侧面，只需尽量使该对接部靠近壳体300的边缘，工作人员通过该上箱体310或下箱体320开设的工艺孔即可将连接件伸入安装腔内完成高压组件100的连接固定，解决了不便高压组件100组装、不利于高压组件100布置的技术问题。该燃料电池模块1000的其他未提及的结构均可参见现有技术。

该燃料电池模块1000的各电堆200沿平行于电堆200中双极板的短边方向排列设置，也就是说该燃料电池模块1000的各电堆200放置的姿态相同，比如可以同设置于竖置或横置，并且沿双极板的短边方向间隔分布，堆间间距用于走线、布置高压铜排等零件。

本实施例中，该燃料电池模块1000包括三个电堆200，且三个电堆200中重复单元(双极板+膜电极)的数量相同，使得三个电堆200的高度(重复单元堆叠方向上的尺寸)基本一致。

该燃料电池模块1000的各电堆200各所述电堆均以所述双极板平行于水平面、且所述双极板的堆叠方向平行于竖直方向的姿态设置，也即将三个电堆200均竖放设置。电堆200均竖置的情况下，正极输出端子120和负极输出端子130均位于电堆200的顶部、且靠近电堆200的端板，正极输出端子120和负极输出端子130的轴向均平行于电堆200的膜电极的堆叠方向。该燃料电池模块1000中，各电堆200中膜电极的阳极朝向相同、且均朝向进气端。也就是说，本申请的燃料电池模块1000的各电堆200均为“右堆”，如图1至图9所示。

为了使燃料电池模块1000的长度和宽度更协调，同时便于燃料电池模块1000的其他系统和结构的布局，比如配气歧管、密封组件和低压电器等，本实施例中，至少两个电堆200沿进气端板210的宽度方向间隔设置。

为了控制燃料电池模块1000的体积功率密度，本实施例中，优选地，电堆200的摆放方向相同，使得除去外侧的其中一个电堆200外，剩余电堆200的输出极均位于相邻两个电堆200的堆间间隙之中。

本发明对铜排组件110的具体结构以及正极铜排111、负极铜排112和连接铜排113三者之间的位置关系不做具体限定，只要能满足爬电间隙和电安全即可。为了进一步控制燃料电池模块1000的体积功率密度，本实施例中，正极铜排111和连接铜排113均具有平行于电堆200的进气端板210的第一部和平行于膜电极的堆叠方向的第二部；正极连接部118连接于第一部的外端，且平行于第二部，第二部位于堆间间隙中；负极铜排112覆盖膜电极的部分平行于双极板长边所在的侧面，负极连接部119位于负极铜排112的超过膜电极且远离负输出极的部分。铜排的布局充分利用了电堆200布局产生的堆间间隙以及电堆200与上箱体310的间隙，避免铜排在进气端板210的长度方向的两端外扩占用空间，有效缩小铜排组件110与电堆200的体积，提升了燃料电池模块1000的体积功率密度。

为了实现绝缘，保证高压用电安全，本实施例中的燃料电池模块1000还包括设置于上箱体310和/或电堆200上的绝缘板组400，铜排组件110与上箱体310/电堆200分布于绝缘板组400的两侧。

为了实现高压贯穿端子与壳体300的绝缘以及正极铜排111、负极铜排112与壳体300之间的绝缘，本实施例，绝缘板组400包括设置于上箱体310上的第一绝缘板410；正极输出端子120和负极输出端子130间隔贯穿于第一绝缘板410。

具体地，本实施例中，正极连接件140和负极连接件150垂直于所在的输出端子，第一绝缘板410设置有端子安装孔，且第一绝缘板410上凸出设置有分别用于正极连接件140和负极连接件150穿过的导向筒体411，端子安装孔与导向筒体411相互垂直，组装对位后，正极铜排111的连接部和负极铜排112的连接部位于导向筒体411和高压贯穿端子之间。

为了增设第一绝缘板410保证安装定位的同时，控制箱体的体积，本实施例中，正极铜排111的第一端和负极铜排112的第一端均包括连接段和用于过渡连接的过渡段117，连接段构成的正极连接部118和负极连接部119均平行于膜电极的堆叠方向，且负极铜排112的过渡段117向靠近电堆200的方向弯折，正极铜排111的弯折段117将正极连接部118绕至负极连接部119的一侧。

为了便于在上箱体310和下箱体320合扣之后在壳体300外操作正极连接件140和负极连接件150，本实施例中，正极输出端子120和负极输出端子130设于其中一个位于外侧的电堆200的上方，两个输出端子应尽量平行于壳体300的边缘且同时靠近壳体300的边缘，壳体300上对应开设有工艺孔，以便设置正极连接件140和负极连接件150。

为了便于将电堆200一一吊装入下箱体320上，且便于连接装配，便于拆装调整，上箱体310的深度大于下箱体320的深度，在满足其他需求的前提下，将下箱体320设计为较浅的结构，便于电堆200的定位固定以及与铜排组件110的连接固定，同时使得上箱体310具有开设工艺孔的空间。

为了保证燃料电池模块1000组装后的密封，本实施例中，燃料电池模块1000还包括用于密封工艺孔的封盖330，封盖330可拆卸地设置于上箱体310上。

由于本实施例并未限定铜排组件110中各铜排的连接关系和长度，所以可实施的方式很多，可能导致铜排组件110包括至少覆盖两个电堆200的长铜排和/或分体式铜排，为了保证长铜排在电堆200排放方向上的高度稳定，在长铜排上设置有支撑件170，为了保证分体式铜排的导电连通，分体式铜排上设置有连接件。为了实现绝缘，绝缘板组400包括设置于上箱体310上的至少一个第二绝缘板420以及设置于电堆200上的至少一个第三绝缘板430；第二绝缘板420位于支撑件170处和/或连接件处；至少一个第三绝缘板430位于连接件处，分体式铜排的连接件夹设于第二绝缘板420和第三绝缘之间，保证连接件处的绝缘。

为了简化安装，本实施例中，正极连接部所在的铜排和负极连接部所在的铜排分别连接于位于外侧的两个电堆200，优选地，铜排组件110的其他铜排连接相邻的两个电堆200。

由于上述的布局，必然导致至少正极铜排111或负极铜排112的布置需要覆盖至少两个电堆200，为了保证在电堆200排放方向上的高度，以三个电堆200集成为例，横跨至少两个电堆200的正极铜排111或负极铜排112上设置有支撑件170；实施例1中铜排组件110的连接铜排113包括第一铜排114和第二铜排115，即构成上述的分体式铜排，连接第一铜排114和第二铜排115的辅助紧固件116构成上述的连接件。本实施例中，为了绝缘，支撑件170为螺栓，且螺栓用于连接电堆200的部分为绝缘螺杆。第二绝缘板420为两个，其中一个位于支撑件170处，以实现支撑件170的头部与上箱体310的绝缘；另一个第二绝缘板420同时覆盖两个连接铜排113的辅助紧固件116，以实现辅助紧固件116的头部与上箱体310之间的绝缘。第三绝缘板430的数量为两个，且分别位于两个电堆200上与辅助紧固件116对应的位置，以实现辅助紧固件116的尾部与电堆200之间的绝缘。

本发明对绝缘板的表面绝缘材料不做限定，可以根据实际需求进行选择，本实施例中，第一绝缘板410、第二绝缘板420和第三绝缘板430均采用环氧树脂材料。

为了配合上述电堆200共同工作，形成一个完整的燃料电池模块，该燃料电池模块1000还包括配气组件和电压巡检装置。配气组件与各电堆200均连通，用于向各电堆200提供氧化介质(例如空气)、还原介质(例如氢气)和冷却介质(例如冷却液)。该配气组件和电压巡检装置具体可采用内置或外置的方案，也即根据实际需要，可将配气组件和电压巡检装置设于壳体300外部或者内部。配气组件和电压巡检装置可采用现有技术的相关公开，具体内容本申请不做限制。

实施例3

基于同样的发明构思，本实施例提供了一种燃料电池模块1000，包括实施例1中的高压组件100、壳体300以及至少两个电堆200，如图10至图11所示。也就是说，该燃料电池模块1000可以采用双堆集成、三堆集成、四堆集成、六堆集成等方案。本实施例中，该燃料电池模块1000包括三个电堆200，三个电堆沿双极板的短边方向间隔分布，堆间间距用于走线、布置高压铜排等零件。且三个电堆200中重复单元(双极板+膜电极)的数量相同，使得三个电堆200的高度(重复单元堆叠方向上的尺寸)基本一致。

本实施例中，该燃料电池模块1000的各电堆200均以双极板平行于水平面、且双极板的堆叠方向平行于竖直方向的姿态设置，即电堆均竖置的情况下，正极输出端子120和负极输出端子130均位于电堆200的顶部、且靠近电堆200的端板，正极输出端子120和负极输出端子130的轴向均平行于电堆200的膜电极的堆叠方向。该燃料电池模块1000中，各电堆200中膜电极的阳极朝向相同、且均朝向盲端。也就是说，本申请的燃料电池模块1000的各电堆200均为“左堆”。

本实施例中该燃料电池模块1000的各电堆200以及高压组件的其他未详述结构均可参采用实施例1、实施例2中的相关结构以及现有技术的相关公开，此处不展开说明。

在“左堆”+竖置的布局下，电堆的负极输出极靠近电堆的顶部，正极输出极靠近电堆的底部，与“右堆”+竖置的布局相反，为了不改变其他布局以及正极输出端子和负极输出端子的相对位置，本实施例中，该燃料电池模块的电堆200与高压组件100的连接方式与实施例2采用了不同的方案，正极铜排111具有平行于电堆200的进气端板210的第一部和平行于膜电极的堆叠方向的两个第二部；正极铜排111的第一部由电堆200的底部下方穿过、且用于连接正极输出端子120的第二部由电堆200的底部延伸至顶部，负极铜排112平行于电堆200的双极板长边所在的侧面，负极铜排112连接负输出极后折弯延伸至电堆200的顶部。

将实施例1的高压组件100应用于燃料电池模块1000时，该燃料电池模块1000自然具有上述的所有有益效果。至少两个电堆200的输出极通过铜排组件110串联，并连接高压贯穿端子实现功率输出，一方面实现两个电堆200的集成，实现功率提升的技术效果，另一方面只需在上箱体310和下箱体320封装之前，分别在上箱体310上固定正极输出端子120和负极输出端子130、在电堆200上设置铜排组件110，正极连接部/负极连接部与高压贯穿端子的对接部位于侧面，只需尽量使该对接部靠近壳体300的边缘，工作人员通过该上箱体310或下箱体320开设的工艺孔即可将连接件伸入安装腔内完成高压组件100的连接固定，解决了不便高压组件100组装、不利于高压组件100布置的技术问题。该燃料电池模块1000的其他未提及的结构均可参见现有技术。

同样地，为了配合上述电堆200共同工作，形成一个完整的燃料电池模块，该燃料电池模块1000还包括配气组件和电压巡检装置。配气组件与各电堆200均连通，用于向各电堆200提供氧化介质(例如空气)、还原介质(例如氢气)和冷却介质(例如冷却液)。该配气组件和电压巡检装置具体可采用内置或外置的方案，也即根据实际需要，可将配气组件和电压巡检装置设于壳体300外部或者内部。配气组件和电压巡检装置可采用现有技术的相关公开，具体内容本申请不做限制。

实施例4

基于同样的发明构思，本实施例提供了一种燃料电池模块1000，包括实施例1中的高压组件100、壳体300以及至少两个电堆200，如图12所示。也就是说，该燃料电池模块1000可以采用双堆集成、三堆集成、四堆集成、六堆集成等方案。本实施例中，该燃料电池模块1000包括三个电堆200，三个电堆均沿双极板的短边方向间隔分布，堆间间距用于走线、布置高压铜排等零件。且三个电堆200中重复单元(双极板+膜电极)的数量相同，使得三个电堆200的高度(重复单元堆叠方向上的尺寸)基本一致。

本实施例中，该燃料电池模块1000的各电堆200均以双极板的长边平行于竖直方向、且双极板的堆叠方向平行于水平方向的姿态设置，即电堆均侧置，此时，正极输出端子120和负极输出端子130均位于电堆200的顶部、且靠近电堆200的膜电极堆叠形成的四个周向侧面中的其中一个，即双极板的长边所在的侧面；正极输出端子120和负极输出端子130的轴向均垂直于电堆200的膜电极的堆叠方向。该燃料电池模块1000中，各电堆200中膜电极的阳极朝向相同、且均朝向盲端或进气端。也就是说，本申请的燃料电池模块1000的各电堆200均为“左堆”或“右堆”。

本实施例中该燃料电池模块1000的各电堆200以及高压组件100的其他未详述结构均可参采用实施例1、实施例2中的相关结构以及现有技术的相关公开，此处不展开说明。

以三个“右堆”+侧置为例，如图12所示，正极输出端子120和负极输出端子130均位于电堆200的顶部、且靠近最外侧的其中一个电堆200的膜电极堆叠形成的四个周向侧面中的其中一个。正极铜排111和连接铜排113具有平行于电堆200的进气端板210的第一部和垂直于膜电极的堆叠方向的第二部，即第二部的平面与电堆200的双极板长边所在的侧面面平行，正极连接部118位于远离负输出极的第二部上，且正极输出端子垂直于膜电极的堆叠方向。负极铜排112平行于电堆200的双极板长边所在的侧面，负极铜排112连接负输出极后折弯延伸至电堆200的顶部。

将实施例1的高压组件100应用于燃料电池模块1000时，该燃料电池模块1000自然具有上述的所有有益效果。至少两个电堆200的输出极通过铜排组件110串联，并连接高压贯穿端子实现功率输出，一方面实现两个电堆200的集成，实现功率提升的技术效果，另一方面只需在上箱体310和下箱体320封装之前，分别在上箱体310上固定正极输出端子120和负极输出端子130、在电堆200上设置铜排组件110，正极连接部/负极连接部与高压贯穿端子的对接部位于侧面，只需尽量使该对接部靠近壳体300的边缘，工作人员通过该上箱体310或下箱体320开设的工艺孔即可将连接件伸入安装腔内完成高压组件100的连接固定，解决了不便高压组件100组装、不利于高压组件100布置的技术问题。该燃料电池模块1000的其他未提及的结构均可参见现有技术。

同样地，为了配合上述电堆200共同工作，形成一个完整的燃料电池模块，该燃料电池模块1000还包括配气组件和电压巡检装置。配气组件与各电堆200均连通，用于向各电堆200提供氧化介质(例如空气)、还原介质(例如氢气)和冷却介质(例如冷却液)。该配气组件和电压巡检装置具体可采用内置或外置的方案，也即根据实际需要，可将配气组件和电压巡检装置设于壳体300外部或者内部。配气组件和电压巡检装置可采用现有技术的相关公开，具体内容本申请不做限制。

实施例5

基于同样的发明构思，本实施例提供一种车辆，该车辆配置有至少一个上述实施例2、实施例3、实施例4的燃料电池模块1000。具体参见图13，该车辆的燃料电池动力系统配置有上述实施例2-4中任一实施例的燃料电池模块，更为具体的，该车辆的燃料电池动力系统的燃料电池系统配置有上述实施例2-4中任一实施例的燃料电池模块。此外，该车辆还需要包括传动系统和用于存储燃料的燃料存储装置，传动系统传递驱动电机的扭矩，驱动车轮转动，燃料存储装置作用类似与燃油车中的油箱，燃料存储装置通过管路与燃料电池系统的燃料供应子系统连通。

具体参见图13，燃料电池系统包括燃料电池模块以及燃料电池辅助系统，燃料电池系统在外接燃料供应源的条件下可以正常工作。该燃料电池系统中燃料电池模块可以采用上述实施例2-4中任一实施例的燃料电池模块，具体内容此处不再赘述。

燃料电池辅助系统包括空气供应子系统、燃料供应子系统、热管理子系统和自动控制系统，其中空气供应子系统用于向燃料电池模块的各个电堆提供空气，并可选择对空气进行过滤、增湿、压力调节等方面的处理，空气供应子系统与燃料电池模块的各个电堆的空气进口、空气排口连通；燃料供应子系统用于向燃料电池模块的各个电堆提供燃料，并可选择对燃料进行增湿、压力调节等方面的处理，从而转变成适于在燃料电池堆内运行的燃料气，以氢气作为燃料为例，燃料供应子系统与燃料电池模块的各个电堆的氢气进口、氢气排口连通；热管理子系统，与燃料电池模块的各个电堆连通，以提供冷却液从而对电堆进行冷却和/或加热，以及对电堆生成水的回收处理。

自动控制系统与燃料电池模块、空气供应子系统、燃料供应子系统和热管理子系统分别电连接，自动控制系统为包含传感器、执行器、阀，开关、控制逻辑部件的总成，保证燃料电池系统无需人工干涉就可以正常工作。在其他实施例中，该燃料电池辅助系统还可以包括通风系统，用于借助机械的方法，将燃料电池系统中机壳内的气体排到外部。本实施例中该燃料电池系统中的燃料电池辅助系统并未做改进，因此更为详细的内容均可参考现有技术的相关公开，此处不展开说明。

具体参见图13，燃料电池动力系统包括上述燃料电池系统、DC/DC变换器、驱动电机及其电机控制器以及车载储能装置，DC/DC变换器与燃料电池系统的各个电堆电连接，以实现电压变换，将各个电堆产生的电压调压后输出至驱动电机、汽车空调压缩机等高压器件，以及电池等储电器件。驱动电机与DC/DC变换器电连接，用于提供车辆行驶所需的扭矩；电机控制器与驱动电机电连接，控制驱动电机的启动、停止、扭矩输出等，电机控制器与整车控制连接，接收整车控制器发出的驾驶信号，并且也可选择将电机控制器与燃料电池系统的自动控制系统电连接。车载储能装置用于存储电能，以向车内其他电子设备供电，车载储能装置与DC/DC变换器电连接，例如车载储能装置为蓄电池。

本实施例中该燃料电池动力系统中的DC/DC变换器、驱动电机及其电机控制器以及车载储能装置并未做改进，因此更为详细的内容均可参考现有技术的相关公开，此处不展开说明。

由此，该车辆可以是氢能源车辆或氢能+充电的混合动力电动车。由于本实施例未对该车辆的具体结构进行改进，故而本实施例中该车辆的未做改变之处的结构均可参照现有技术，具体内容此处不做展开说明。由此，该车辆具有前文针对燃料电池模块所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。

通过上述实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

1)本发明提供的高压组件和燃料电池模块，一方面实现两个以上电堆的集成，尤其适用于三个电堆的集成，实现功率提升的技术效果，另一方面只需在上箱体和下箱体封装之前，分别在上箱体上固定正极输出端子和负极输出端子、在电堆上设置铜排组件，正极连接部/负极连接部与高压贯穿端子的对接部位于侧面，只需尽量使该对接部靠近壳体的边缘，工作人员通过该上箱体或下箱体开设的工艺孔即可将连接件伸入安装腔内完成高压组件的连接固定，解决了不便高压组件组装、不利于高压组件布置的技术问题。

2)本发明提供的高压组件和燃料电池模块，可以解决电堆集成过程中兼顾电气间隙、爬电距离和电安全要求的困难，从而提高电堆集成的电安全。本发明可以满足电堆集成过程中电堆高压设计容错要求，允许实际运行过程燃料电池电堆两端的集流板的相对位置发生变化，运行燃料电池电堆在堆叠方向尺寸存在一定的偏差，降低电堆无法装配的风险。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。