燃料电池汽车双级增压空气压缩机系统的制作方法

本发明属于汽车发动机技术领域，涉及一种燃料电池汽车双级增压空气压缩机系统，尤其涉及一种燃料电池汽车专用的双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机系统。

背景技术：

随着我国国民经济的持续增长，人民生活水平的不断提高，汽车已经成为人们出行的必备工具，随着我国多个城市雾霾化的增加，让人们意识到发展新能源已经刻不容缓，新能源汽车被认为是能源转型的重要环节，而质子交换膜燃料电池汽车被认为目前新能源汽车产电量最为成熟的代表。它是以氢气与空气中的氧气发生化学反应产生电能，从而推动汽车前进，它具有结构简单、对大气没有污染、节能高效等一系列优点。

为保证燃料电池发动机能够持续高效的运行，需要一定的氢气供应与空气供应，氢气供应需要氢气子系统来提供，而空气供应需要空气压缩机系统和冷却水路双系统来提供，为保证空气的供应量满足大功率发动机(80-120kw)的需求，依靠双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机系统来对空气进行增压，满足氢气与空气中的氧气按照一定的比例来进行化学反应，满足不用工况下燃料电池发动机发电量的需求。

目前的离心式空压机一般采用电机直驱方式，随着转速的提高，对电机中的转子、定子及主轴的要求会越来越高，转速越高流量越大，越能满足大功率燃料电池发动机的需求，目前的空压机转速在30000-50000转，此时主轴的机械摩擦存在，同时电机的热量散热、转子的散热问题、转子的动力学稳定性等问题都无法解决。综上所述，上述问题的存在都需要在双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机系统的设计方案中得到优化并予以解决。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服上述现有技术存在的问题与缺陷而提供一种可以满足80-100KW大功率燃料电池发动机的双级增压空气压缩机系统，可提供压力适中、流量范围宽的实际需求，具有高转速、长寿命、低耗电、维护简单等优点的燃料电池发动机的双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种燃料电池汽车双级增压空气压缩机系统，其特征在于，所述双级增压空气压缩机包括：包括双级增压空气压缩机本体、空气压缩机驱动器；其中双级增压空气压缩机本体包括双涡壳、双叶轮及高压直流电机及特制的冷却水流道，空气压缩机驱动器包括稳压器、整流器、保险丝、屏蔽层、线路板及内部编程。

作为本发明的一种优选方案，所述双涡壳与叶轮相连，两侧叶轮与涡壳不相同，通过涡管连接来增压气量。

作为本发明的一种优选方案，所述高压直流电机内部设有钛镍合金保护层，保护电机防电磁干扰。

作为本发明的一种优选方案，所述双叶轮与高压直流电机相连，通过高压直流电机的高速旋转带动叶轮旋转增压。

作为本发明的一种优选方案，所述高压直流电机用高压线与空压机驱动器相连，其中高压线外侧需要设置双屏蔽层，防止过大的电流产生干扰了双级增压空气压缩机的转速。

作为本发明的一种优选方案，所述高压直流电机外侧设计了螺旋流道，保证了现有的高速电机60000转的冷却，双涡壳的水流道设计，保证了更高速80000转的散热。

作为本发明的一种优选方案，所述空压机驱动器采用先进的正弦波FOC的无位置控制技术，采用特有的启动方式和速度响应模式，能够提供超强的扭矩和快速响应能力，适用在无速度位置传感器并高速旋转的电机控制。

作为本发明的一种优选方案，所述空压机控制器输入电压范围在300-550VDC，最大输出电流130A，启动电压12-24VDC，根据需要设定一定的额定电流、额定电压及额定功率，通讯方式采用CAN通讯，环境温度适用于-30-65℃。

作为本发明的一种优选方案，所述空压机控制器采用一定的水流道进行冷却，冷却液采用汽车专用冷冻液。

与现有技术相比，本发明的有益效果在以下几方面：

双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机系统采用双级叶轮增压，单侧的叶轮在涡壳的作用下进行一级增压，通过涡管进行压力传输，在另一侧进行递加增压，满足高转速的压力适中，大流量需求，双侧叶轮在两侧增压时叶片是不同的；

双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机系统的高转速运行离不开冷却系统，而电机的冷却采用特制的螺旋流道，最大限度的将电机进行冷却，保证了电机高速运转，而高速电机带动双叶轮旋转，产生大量的热量，靠涡壳上的螺旋水流道进行一定的冷却，保证了从涡壳中流出的压缩空气温度在一定的范围内，保证了燃料电池发动机空气侧所需要的温度、压力及流量需求。

本发明的高速电机外侧采用钛镍合金进行电机内部的屏蔽保护，同时与空压机控制器相连的高压电线进行双层屏蔽，防止发生电磁干扰，保证高速电机压力适中，大流量需求；

空压机的高速旋转依靠空压机控制器采用先进的正弦波FOC的无位置控制技术的精准控制来实现，同时空压机控制器的散热需要一定的特制水流道来进行对系统散热。

附图说明

图1为本发明种燃料电池汽车双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机剖切结构示意图。

图2为本发明种燃料电池汽车双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机结构示意图。

图3为本发明一种燃料电池汽车双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机水流道示意图。

图4为本发明一种燃料电池汽车双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机水流道剖切示意图。

图5为本发明一种燃料电池汽车空压机控制器水流道示意图。

图6为本发明种燃料电池汽车双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机系统结构示意图。

附图标注如下：

1、一级入口 2、一级叶轮

3、一级涡壳 4、涡管

5、二级叶轮 6、二级涡壳

A、一级涡壳水流道 B、二级涡壳水流道

C、高速电机螺旋水流道 D、高压电线端口

E、双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机

F、双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机控制器

G、双层屏蔽层高压线

H、双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机系统

a、空压机控制器水流道入口 b、空压机控制器水流道

c、空压机控制器水流道出口

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6，本发明叙述了一种燃料电池汽车双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机系统，所述双级增压空气压缩机包括：包括双级增压空气压缩机本体E、空气压缩机驱动器F；其中双级增压空气压缩机本体包括双涡壳3、6，双叶轮2、5，高压直流电机I及特制的螺旋冷却水流道C，空气压缩机驱动器F包括稳压器G、整流器G、保险丝G、屏蔽层G、线路板G及内部编程G。

如图1、图2、图3、图4所示，空气在双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机E的一级入口1经过一级叶轮2的加压作用，在流体设计涡壳3的流道中经过涡管4的引流，到达二级涡壳6，在二级叶轮5的再次加压下，使压缩空气达到合适的流量与压力，在这里要特别指出的是，为了达到流量与压力适合80-100kw燃料电池汽车功率输出的目的，双叶轮在一级加压与二级加压适合于不同的压缩空气流量与压力需求；同时为了满足流量与压力，高压直流电机I的特制水流道C经过了流体化的特制螺旋设计，保证了60000-80000转的高速电机能够正常的散热，为了更进一步的散热与双级空压机出口侧的温度需求，在一级涡壳3和二级涡壳6中同样设计了水流道，来满足散热需求。高压直流电机I在一定的密闭空间内带动叶轮2、4的旋转能够提供高速的流量与压力，而水流道B、C的特殊设计能够保证高转速与流量的进行。

如图5、图6所示，双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机系统H，其特征在于，包括了双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机E，双层屏蔽层高压线G，空气压缩机控制器F；双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机E的高速旋转需要空气压缩机控制器F采用先进的正弦波FOC的无位置控制技术，采用特有的启动方式和速度响应模式，能够提供超强的扭矩和快速响应能力，为了满足正常的运转需求，需要双层屏蔽层高压线G的连接，而双屏蔽层的存在减少了空气压缩机控制器F和双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机E的相互干扰，高压直流电机内部设有钛镍合金保护层更进一步的保证了高速电机的正常运转。空压机控制器F的正常工作离不开散热的需求，特制的水流道在入口a进入，经过特制的水流道b均匀散热，最终经过出口c流出系统，带走了空压机控制器F的多余热量，保证了系统正常的运行。

综上所述，本发明开发了一款双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机系统，不仅包括了双冷却高转速大流量双级增压空气压缩机，还包括了空压机控制器，转速可以达到60000-80000转，适用于燃料电池汽车至少80-100KW系统的需求。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。