[發(fā)明專利]具有冷卻功能的空壓機(jī)系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)及控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111061356.2
• 申請(qǐng)日: 2021-09-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113775535A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉小青;鄧佳;梁未棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大洋電機(jī)股份有限公司
• 主分類號(hào): F04D17/12
• 分類號(hào): F04D17/12;F04D25/08;F04D29/58;H01M8/04701
• 代理公司: 中山市漢通知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44255
• 代理人: 古冠開(kāi)

本發(fā)明公開(kāi)了具有冷卻功能的空壓機(jī)系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)及控制方法，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、一級(jí)空氣壓縮系統(tǒng)、二級(jí)空氣壓縮系統(tǒng)和中冷器，在二級(jí)空氣壓縮系統(tǒng)的第三空氣出口處安裝溫度傳感器，溫度傳感器檢測(cè)二級(jí)空氣壓縮系統(tǒng)的第三空氣出口排出的空氣溫度，并送到燃料電池系統(tǒng)控制器，燃料電池系統(tǒng)控制器根據(jù)溫度信號(hào)控制冷卻循環(huán)系統(tǒng)的輸入到中冷器的冷卻液流量來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)散熱能力，從而間接調(diào)節(jié)二級(jí)空氣壓縮系統(tǒng)的第三空氣出口的排出空氣的溫度，形成閉環(huán)控制，可以有效控制二級(jí)空氣壓縮系統(tǒng)的第三空氣出口排出的空氣溫度，適應(yīng)燃料電池電堆模塊的要求，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及具有冷卻功能的空壓機(jī)系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

燃料電池是一種高效清潔的能量轉(zhuǎn)換裝置。空壓機(jī)是將外部空氣進(jìn)行壓縮，然后送入燃料電池電堆模塊中，為電堆模塊陰極一側(cè)提供氧氣。在電堆模塊中，送入空氣中的氧氣與氫氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，生成的水隨剩余的空氣一同排出。空壓機(jī)是燃料電池中的不缺少的一個(gè)關(guān)鍵零部件，空壓機(jī)消耗的功率大約占燃料電池輸出總功率的15-25％，是燃料電池輔助系統(tǒng)中的耗能大戶，如何有效的提高空壓機(jī)的效率，進(jìn)而改善整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的整體效率，是整個(gè)行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

目前離心式空壓機(jī)以其高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在燃料電池中廣泛使用。通常離心式空壓機(jī)采用兩級(jí)增壓的方式，將空氣壓縮到燃料電池運(yùn)行工況所需的壓力，壓縮后排出的空氣溫度可達(dá)120℃以上，如此高溫度的空氣送入電堆，將會(huì)損壞電堆，必須通過(guò)中冷器把空氣冷卻到60-70℃才可送入電堆中進(jìn)行反應(yīng)，而中冷器在燃料電池布置中占用了很大的空間，降低了燃料電池的體積與功率比。另外，空壓機(jī)為兩級(jí)增壓，每一級(jí)增壓都會(huì)把提高空氣的溫度，第一級(jí)增壓把空氣溫度提高后，高溫氣體分子越活躍越難壓縮，第二級(jí)增壓必須消耗更大的功率才能到達(dá)二次增壓的目的。

所以需要設(shè)計(jì)一種具有冷卻功能的空壓機(jī)，通過(guò)在第一級(jí)增壓與第二級(jí)增壓之間增加中冷模塊，降低空壓機(jī)出口的空氣溫度，提高空壓機(jī)的效率，取消燃料電池中的中冷器，或者減小燃料電池中的中冷器體積。從而提高整個(gè)燃料電池的效率，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減小體積，減少成本。例如專利公告號(hào)為：CN209212609U、專利名稱為：一種具有徑軸向擴(kuò)壓器的兩級(jí)空氣壓縮系統(tǒng)的發(fā)明專利已經(jīng)披露下相關(guān)的技術(shù)方案，但以上的技術(shù)方案還存在如下缺陷：1)空壓機(jī)的第二級(jí)增壓的輸出端輸出的空氣溫度缺乏有效檢測(cè)，且中冷模塊也沒(méi)有提到根據(jù)空壓機(jī)輸出的空氣溫度來(lái)調(diào)節(jié)中冷模塊的散熱能力，不能形成閉環(huán)控制要求，影響燃料電池的工作；2)空壓機(jī)的電機(jī)長(zhǎng)期工作在溫度偏高環(huán)境，導(dǎo)致影響軸承系統(tǒng)的使用壽命，從而影響電機(jī)工作壽命。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供具有冷卻功能的空壓機(jī)系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中具有冷卻功能的空壓機(jī)系統(tǒng)因輸出空氣缺乏溫度檢測(cè)，導(dǎo)致與中冷器配合不能形成閉環(huán)控制，影響燃料電池的工作的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供具有冷卻功能的空壓機(jī)系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中具有冷卻功能的空壓機(jī)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作環(huán)境溫度過(guò)高，不僅影響軸承的使用壽命，還導(dǎo)致電機(jī)的故障增多的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供燃料電池系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中空壓機(jī)系統(tǒng)與中冷器分開(kāi)制造，分隔布置，導(dǎo)致體積較大，模塊化程度低，難以排布的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。

具有冷卻功能的空壓機(jī)系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、一級(jí)空氣壓縮系統(tǒng)、二級(jí)空氣壓縮系統(tǒng)和中冷器，一級(jí)空氣壓縮系統(tǒng)和二級(jí)空氣壓縮系統(tǒng)分別安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的兩端并由驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主軸驅(qū)動(dòng)，其中：

一級(jí)空氣壓縮系統(tǒng)的第一空氣入口對(duì)空氣進(jìn)行一級(jí)壓縮然后輸出高溫一次壓縮空氣；

所述的中冷器的第二空氣入口連接在一級(jí)空氣壓縮系統(tǒng)的第一空氣出口，從一級(jí)空氣壓縮系統(tǒng)輸出的高溫一次壓縮空氣經(jīng)過(guò)中冷器的冷卻輸出低溫一次壓縮空氣；