涡轮压缩机，尤其用于燃料电池系统的制作方法

背景技术：

用于燃料电池系统的涡轮压缩机由现有技术，例如由尚未预公开的de102017205704a1已知。已知的涡轮压缩机具有能够被驱动单元驱动的轴。在轴上布置有两个压缩机和一个废气涡轮机。

技术实现要素：

与现有技术相比，根据本发明的涡轮压缩机具有提高的有效功率和动态性，尤其是当该涡轮压缩机使用在燃料电池系统中时。此外，在扩展的实施方式中，该涡轮压缩机可以实现轴承负载的减少。

为此，所述涡轮压缩机包括第一压缩机单元和第二压缩机单元。第一压缩机单元包括布置在能够被驱动单元驱动的第一轴上的第一压缩机。第二压缩机单元包括第二压缩机和废气涡轮机。第二压缩机和废气涡轮机布置在第二轴上。

由此，第一压缩机的转速与第二压缩机和废气涡轮机的转速无关。因此，视所述两个压缩机是并联还是串联而定，由第一压缩机产生的压力或者说质量流与由第二压缩机产生的压力或者说质量流无关。由此，涡轮压缩机一方面更灵活地在其运行点中运行，另一方面该涡轮压缩机可以更快地运转至所述运行点。

优选地，两个压缩机和废气涡轮机设计为径向叶轮，所述径向叶轮不但在压缩机运行中而且在卸压运行中是非常高效的。

在优选的实施方式中，第二轴能够被第二驱动单元驱动。由此可以通过第二驱动单元使第二压缩机单元增压。视涡轮压缩机的结构类型而定，第一压缩机或第二压缩机可以实施为主压缩机并且负责由其输送的质量流的大部分。然后，对应的另一压缩机则实施为附加压缩机并且例如可在负载峰值时被接通或者被第二驱动单元辅助。在该实施方式中，涡轮压缩机关于其负载点是特别灵活的。优选地，实施为主压缩机的压缩机(或者说该压缩机的驱动单元)以高电压运行，而实施为附加压缩机的压缩机(或者说该压缩机的驱动单元)以低电压运行。有利地，高电压为48v，而低电压为12v。

在有利的扩展方案中，驱动单元(并且可选地包括第二驱动单元)分别具有定子和转子，即优选实施为电动机。由此可以非常快速地操控两个压缩机单元、能够非常快速地实现第一轴和第二轴的转速变化，这导致涡轮压缩机的高动态性。

通过第二驱动单元，高电压压缩机的故障也不一定导致燃料电池系统的失效。低电压压缩机也可以根据其热设计在较长时间内输送减小的空气质量流并且从而能够实现燃料电池系统的至少一个紧急运行。

特别优选地，第一驱动单元实施为高压电动机，而第二驱动单元实施为低压电动机。由此，第一压缩机单元较强地被电动机驱动。有利地，第二压缩机单元在正常运行中主要被废气涡轮机驱动；然而，对于负载峰值，可以接通第二驱动单元，用于使第二压缩机增压。

在优选实施方式中，第一压缩机和第二压缩机并联。由此，压缩机可实施为附加压缩机，该附加压缩机提供用于负载峰值的附加质量流。

在替代的有利实施方式中，第一压缩机和第二压缩机串联。由此，通过进行两级或多级的压缩，可以进一步提高被输送流体的压力。

在一个有利的扩展方案中，在第一压缩机和第二压缩机之间布置有热交换器。热交换器用于冷却被两个压缩机输送的流体。由此提高压缩机的效率。

在优选实施方式中，第二轴被至少一个轴承支承。第一压缩机和第二压缩机布置在空气供应管路中。在第一压缩机和第二压缩机之间，轴承管路从空气供应管路分支，用于给轴承供给流体压力。在此，所述至少一个轴承优选实施为气体轴承，该气体轴承被供给以通过第一压缩机输送的处于压力下的流体。由于该流体压力，在轴承中形成流体动力润滑膜，使得减小或甚至消除轴承中的磨损。通过在下游连接的第二压缩机，流体随后被带到所需的压力上，例如用于给燃料电池供给以氧化剂。此外，流体也可以被用于冷却轴承。

在有利的扩展方案中，在轴承管路的分支和第二压缩机之间在空气供应管路中布置有轴承管路阀。因此，该轴承管路阀可以打开或阻止流体质量流进入到第二压缩机中。由此可以保证，仅当轴承被加载以足够的流体压力时，第二压缩机和与其一起的第二轴才转动。

用于启动燃料电池系统的方法与现有技术相比具有以下方法步骤：

-轴承管路阀被关闭或保持关闭，

-随后通过启动驱动单元开始在空气供应管路中输送氧化剂，

-最后当在轴承中达到最小压力时，打开轴承管路阀。

在此优选地，最小压力位于1.5bar和2bar之间。在此，燃料电池系统包括燃料电池、用于将氧化剂供应到燃料电池中的空气供应管路和用于将反应过的氧化剂从燃料电池导出的废气管路。此外，燃料电池系统包括如上面所说明的涡轮压缩机，该涡轮压缩机尤其具有轴承、轴承管路和轴承管路阀。因此，通过涡轮压缩机输送的流体是氧化剂。

类似地，用于使燃料电池系统停止的方法具有以下步骤：

-关闭轴承管路阀，

-随后，当第二轴的转速低于极限转速时，使驱动单元停止。

在此，极限转速位于0至5000转的范围内，这对于废气涡轮增压器而言相应于低转速。通过用于启动和停止燃料电池系统的方法，轴承特别低磨损地运行，因为在轴承中总是形成足够的流体压力，用于辅助流体动力润滑膜。此外，轴承也可以通过氧化剂冷却，尤其当在第一压缩机和通向轴承管路的分支之间布置有用于冷却流体的热交换器时。

在有利的实施方式中，第一压缩机和第二压缩机布置在燃料电池系统的空气供应管路中，并且废气涡轮机布置在燃料电池系统的废气管路中。在此，空气供应管路用于使氧化剂流向燃料电池中，而废气管路用于将氧化剂或反应过的氧化剂或它们的混合物从燃料电池导出。

在涡轮压缩机的优选扩展方案中，第三压缩机布置在第一轴上。根据是要实现另一压缩级还是要提高质量流而定，该第三压缩机可以与第一压缩机并联或串联。

因此，有利地，第一压缩机、第二压缩机和第三压缩机布置在燃料电池系统的空气供应管路中，而废气涡轮机布置在燃料电池系统的废气管路中。

在特别有利的实施方式中，与第二压缩机并联地布置有压缩机旁通阀。由此，待输送的流体或氧化剂的质量流可以选择地通过第二压缩机被转向或通过压缩机旁路从第二压缩机旁被引导。也能够实现用于精确地配量通过第二压缩机的质量流的中间位态；这尤其在将第二压缩机与第一压缩机并联的情况下是有利的。如果第二压缩机被第二驱动单元驱动，则当涡轮增压器的运行点不需要使用第二压缩机时，可以通过压缩机旁路节约能量地绕过该第二压缩机。此外，压缩机旁通阀也可以被用于有利的启停策略。

在其它有利的实施方式中，与废气涡轮机平行地布置有废气旁通阀。由此，待输送的流体或反应过的氧化剂的质量流可以选择地通过废气涡轮机被转向或通过废气旁路从废气涡轮机旁被引导。也能够实现用于精确地配量通过废气涡轮机的质量流的中间位态；这尤其在第二压缩机单元制动时是有利的。

用于启动燃料电池系统的方法与现有技术相比具有以下方法步骤：

-压缩机旁通阀和废气旁通阀被打开或保持打开，

-随后，通过启动驱动单元开始在空气供应管路中输送氧化剂，

-最后，当在轴承中达到最小压力时，关闭压缩机旁通阀和废气旁通阀。

在此优选地，最小压力位于1.5bar和2bar之间。在此，燃料电池系统包括燃料电池、用于将氧化剂供应到燃料电池中的空气供应管路和用于将反应过的氧化剂从燃料电池导出的废气管路。此外，燃料电池系统包括如上面所说明的涡轮压缩机，该涡轮压缩机尤其具有轴轴承、轴承管路、压缩机旁通阀和废气旁通阀。因此，通过涡轮压缩机输送的流体是氧化剂。

类似地，用于使燃料电池系统停止的方法包括以下方法步骤：

-打开压缩机旁通阀和废气旁通阀，

-随后，当第二轴的转速低于极限转速时，使驱动单元停止。

在此，极限转速位于0至5000转的范围内，这对于废气涡轮增压器而言相应于低转速。通过用于启动和停止燃料电池系统的方法，轴承特别低磨损地运行，因为在轴承中总是形成足够的流体压力，用于辅助流体动力润滑膜。此外，轴承也可以通过氧化剂冷却，尤其当在第一压缩机和通向轴承管路的分支之间布置有用于冷却流体的热交换器时。

有利地，在第二轴上布置压缩空气制动器，其中，该压缩空气制动器连接到轴承管路上。因为压缩机旁通阀和废气旁通阀可能具有一定的压力损失，所以在这些情况下，即使在旁通阀完全打开时流体也可以流经废气涡轮增压器并且使其开始转动。压缩空气制动器现在正好安装在第二轴上。仅在达到优选高于轴承的最小供给压力的压力阈值时，压缩空气制动器才被松开，使得避免在轴承中的流体压力低时第二轴开始转动。

涡轮压缩机的所说明的实施方式优选使用在燃料电池系统中。该燃料电池系统包括燃料电池、用于将氧化剂供应到燃料电池中的空气供应管路和用于从燃料电池导出氧化剂的废气管路。在此，被导出的氧化剂可能已经在燃料电池中完全或部分地化学反应过。涡轮压缩机的压缩机和第二压缩机布置在空气供应管路中。并且，涡轮压缩机的废气涡轮机布置在废气管路中。两个压力级或通过两个压缩机的氧化剂的总质量流在空气供应管路中是特别有效的。此外，第一轴和/或第二轴的轴承因此也可以被氧化剂润滑和冷却，尤其当在前连接有热交换器时。从燃料电池流出的反应过的氧化剂可以作为用于废气涡轮机的动力源非常有效率地被使用。

优选地，燃料电池系统可以设置为用于驱动机动车的驱动单元。

附图说明

本发明的其它可选的细节和特征由下面对优选实施例的说明得出，在附图中示意性示出这些实施例。

附图示出了：

图1具有现有技术的涡轮压缩机的燃料电池系统的示意图，

图2现有技术的涡轮压缩机的示意性截面，

图3燃料电池系统中的根据本发明的涡轮压缩机的示意图，其中，仅示出主要区域，

图4燃料电池系统中的另一根据本发明的涡轮压缩机的示意图，其中，仅示出主要区域，

图5燃料电池系统中的另一根据本发明的涡轮压缩机的示意图，其中，仅示出主要区域，

图6燃料电池系统中的另一根据本发明的涡轮压缩机的示意图，其中，仅示出主要区域，

图7燃料电池系统中的另一根据本发明的涡轮压缩机的示意图，其中，仅示出主要区域。

具体实施方式

图1示出一种由de102017205704a1已知的燃料电池系统1。燃料电池系统1包括燃料电池2、空气供应管路3、废气管路4、压缩机11、废气涡轮机13、用于降低压力的旁通阀5和用于向燃料电池2供应燃料的未详细示出的供应管路。旁通阀5例如可以是调节阀。作为旁通阀5例如可以使用废气旁通阀(wastegate-ventil)。

燃料电池2是将通过未示出的燃料供应管路供应的燃料和氧化剂的化学反应能转化为电能的原电池，在这里示出的实施方式中，所述氧化剂是通过空气供应管路3供应给燃料电池2的吸入空气。燃料优选可以是氢气或甲烷或甲醇。燃料电池2例如设置为用于驱动机动车的驱动单元。例如，由燃料电池2产生的电能在此驱动机动车的电动机。

压缩机11布置在空气供应管路3中。废气涡轮机13布置在废气管路4中。压缩机11和废气涡轮机13通过轴14机械连接。轴14能够被驱动单元20电驱动。废气涡轮机13用于辅助驱动单元20，用于驱动轴14或压缩机11。压缩机11、轴14和废气涡轮机13一起构成涡轮压缩机10。

图2也示出由de102017205704a1已知的、尤其用于使用在燃料电池系统1中的涡轮压缩机10。涡轮压缩机10包括驱动单元20、第一压缩机11、废气涡轮机13和第二压缩机12。第一压缩机11、第二压缩机12和废气涡轮机13布置在共同的轴14上，使得它们在轴14旋转时以相同的方式旋转。

驱动单元20实施为电动机并且包括转子22和定子21。转子22也布置在轴14上。定子21位置固定地定位在涡轮压缩机10的未示出的壳体中。轴14在驱动单元20的两侧分别借助一个轴承23可转动地支承。

空气通道31这样地构造为空气供应管路3的一部分，使得该空气通道从外部引导到涡轮压缩机10中、在那里轴向地通到第一压缩机11中并且径向地从第一压缩机11引导出、进一步引导至第二压缩机12、在那里也轴向地通到第二压缩机12中并且径向地从第二压缩机12引导出，并且随后，从涡轮压缩机10引导出来。此后，空气供应管路3引导到燃料电池2中，然而，在图2中未示出燃料电池。

废气管路4又从燃料电池2引导到涡轮压缩机10中、在那里径向地通到废气涡轮机13中并且轴向地从废气涡轮机13引导出，以便随后又从涡轮压缩机10引导出来。

通过使用第二压缩机12，与在涡轮压缩机10中仅存在唯一的压缩机11相比，通过空气供应管路3吸入的空气或者说吸入的氧化剂可以更强烈地被压缩。

此外，第一压缩机11、第二压缩机12和废气涡轮机13在其流动引导和压力梯度方面可以这样地构型，使得在涡轮压缩机10运行时作用到轴14上的轴向合力几乎为零。涡轮压缩机10因此是压力平衡的，使得轴承23几乎不必接收轴向力。

图3示出燃料电池系统1中的根据本发明的涡轮压缩机10。涡轮压缩机10具有第一压缩机单元101和第二压缩机单元102。第一压缩机单元101包括第一压缩机11、第一轴14和驱动单元20，其中，第一压缩机11布置在第一轴14上，并且第一轴14被驱动单元20驱动；在此，驱动单元20优选是电动机。第二压缩机单元102包括第二压缩机12、第二轴24和废气涡轮机13，其中，第二压缩机12和废气涡轮机13布置在第二轴24上。

第一压缩机11和第二压缩机12优选实施为径向叶轮。它们串联地布置在空气供应管路3中，但在替代的实施方式中也可以并联地布置在空气供应管路3中。第二轴24被废气涡轮机13驱动，废气或者说反应过的氧化剂在废气管路4中流过该废气涡轮机。因此，第二压缩机单元102实施为废气涡轮增压器。

因此，用于燃料电池2所需的、例如3bar的空气压力以两级产生，优选具有∏11＝1.8的电驱动的压缩机11的第一压力比和同样是∏12＝1.8的第二压缩机12的第二压力比。因此，燃料电池2能够以多于3bar运行，废气涡轮机13因此具有约为3的压力比，用于驱动第二压缩机单元102并且产生第二压力比∏12＝1.8。由于所述大的压力比，废气涡轮机13能够驱动第二压缩机12。

这两个压缩机11、12由此设计为用于比在单级压缩机的参考情况下更适中的压力比。因此，设计可能性更大且更稳健，因此，由于优选设计为径向叶轮的压缩机11、12的较小的圆周速度可以使用成本更低的材料。

也可以分别选择最优的转速：对于电驱动的第一压缩机11而言较低的转速(例如约70000转/分钟)，对于第二压缩机12而言明显较高的转速(例如约200000转/分钟)。因此，可以简化第一压缩机单元101的轴承方案，能够使用滚动轴承。此外，通过驱动单元20可以更有利地实现驱动，因为功率需求更小并且操控频率下降。相反，第二压缩机单元102可以以最优效率运行。在废气管路4中可用的废气焓可以更有效地被利用。

由于驱动单元20的更小的功率需求，可以降低燃料电池2中的功率储备，对燃料电池系统1的成本具有积极影响。燃料消耗(例如氢气)也下降，因为减少了寄生功率。

借助根据本发明的构思，第一压缩机单元101的第一压缩机11的惯性矩减小，因为电驱动的压缩比在单级压缩的参考情况中更小。由此可以将第一压缩机单元101的功率电子装置尺寸设计得更小，因为功率电子装置的设计取决于驱动单元20、尤其是转子的加速。在加速时，驱动单元20短暂地输出提高的力矩。这对于功率电子装置意味着增加的电流，具有在芯片面积和冷却方案方面的后果。加速要求作为所谓的t90加速时间被预给定。典型的要求是t90_max＝1.0s。

通过借助第一压缩机11和第二压缩机12的两级压缩，能够实现燃料电池2中的压力的进一步提高，例如提高到4bar。因此，改善了燃料电池2的内部加湿，必要时可以省去外部的加湿器，对燃料电池系统1的成本具有另外的积极影响。在此，两个压缩机11、12在设计上保持可控制的，并且通过废气涡轮机13的功率回收继续提高。

在有利的扩展方案中，图3的实施方式还具有轴承管路243，该轴承管路在第一压缩机11和第二压缩机12之间从空气供应管路3分支。轴承管路243用于轴承241、242的润滑和冷却，所述轴承支承第二轴24。如在图3中所示那样，在第二压缩机12上游，轴承管路243又可以被引回到空气供应管路3中或实施为分支管路(stichleitung)。

因为第二压缩机单元102优选实施为涡轮增压器，并且因此，第二轴24的转速非常高，轴承241、242优选实施为气体轴承。气体轴承至少部分地具有空气静力作用，即气体轴承通过经由轴承管路243供给以外部空气压力而防止第二轴24和轴承241、242的构件之间的接触。

仅当在废气涡轮机13上存在压力比时，第二轴24才运动。这仅当由驱动单元20驱动的第一压缩机11被操控时才是可能的。由于系统中的压力损失，在轴承241、242的区域中形成用于供给轴承的空气滞止压力。

为了进一步提高该气滞止压力，轴承管路阀244可以安装在第二压缩机12之前。轴承管路阀244例如可以实施为节流阀或止回阀。在此，用于在加速运行时控制涡轮压缩机10的方法设置以下步骤：如果要通过空气供应管路3开始空气输送或者氧化剂输送，则首先完全关闭轴承管路阀244。开始通过被驱动的第一压缩机11输送空气。仅在达到足够用于轴承241、242运行的空气压力时，才调节地打开轴承管路阀244。通过轴承管路阀的调节保证，轴承241、242的轴承区域中的空气压力总是高于必要的阈值或者说最小压力。

用于使涡轮压缩机10停止运转的另一方法如下：首先关闭轴承管路阀244，使得结束氧化剂到燃料电池2中的输送。仅当随后第二轴24的转速等于零时，因为废气涡轮机13缺少反应过的氧化剂的质量流，才通过驱动单元20不再驱动第一轴14的方式调整被驱动的压缩机11的运行。

如果轴承管路阀244实施为止回阀，则负责在超过该止回阀的触发压力的情况下，空气才通过第二压缩机12流向燃料电池2。优选地，该触发压力高于轴承241、242的供给压力或者说最小压力。因此保证第二轴24仅当轴承241、242已经被供给以压力时才转动。由此理想地完全阻止混合摩擦，消除轴承241、242由此产生的使用寿命限制。

图4示出具有涡轮压缩机10的燃料电池系统1的另一实施方式。在此，第一压缩机单元101除第一压缩机11外还具有第三压缩机15，该第三压缩机也定位在第一轴14上并且与第一压缩机11并联地布置在空气供应管路3中。替代地，第三压缩机15也可以与压缩机11串联，使得与在下游连接的第二压缩机12共同作用地形成三级压缩。

此外，燃料电池系统1还包括过滤器18和热交换器19。过滤器18在空气供应管路3中布置在第一压缩机单元101上游，热交换器19优选布置在第一压缩机单元101和第二压缩机单元102之间。热交换器19在第一压缩机11和第二压缩机12之间冷却氧化剂或周围空气，使得可以更有效地构型第二压缩机12中的压缩。

通过将第一压缩机11和第三压缩机15布置在第一轴14上，可以减小或消除作用到第一轴14上的轴向力合力。由此可以进一步降低涡轮压缩机10的成本，尤其是用于支承第一轴14的成本。此外，由此可以提高压缩或者说质量流。

如果第一压缩机11、第三压缩机15和第二压缩机12串联，则还可以实现用于燃料电池2的更大的压力比。替代地或补充地，三个压缩机11、12、15的各个压缩机轮也可以设计为用于较适中的压力比。设计可能性因此更大且更稳健；由于较低的圆周速度，例如也可以使用成本更低的材料用于压缩机11、12、15的轮。

在有利的扩展方案中，第二压缩机单元102具有两个旁通阀16、17，以便启动燃料电池系统1或调节燃料电池2中的压力：借助压缩机旁通阀16，废气涡轮增压器的第二压缩机12在启动情况下被旁通，直至足够的压力和质量流到达废气涡轮机13上。一旦废气涡轮机13可以驱动第二压缩机12，压缩机旁通阀16就逐渐关闭。然后，在正常运行中，压缩机旁路或者说压缩机旁通阀16保持关闭，使得全部质量流被引导通过第二压缩机12。压力调节尤其通过第二旁通阀、废气旁通阀17实现：如果应调设更低的压力，废气管路中的废气质量流至少部分地被引导绕过废气涡轮机13。废气涡轮机13相应较缓慢地转动，减少压力建立。

在冻结状态下的冷启动中，两个旁通阀16、17都被打开。因此，可能被冻结的废气涡轮机13被绕流，燃料电池系统1能够以由第一压缩机单元101产生的、减小的压力运行。然而，这不会导致运行限制，因为在冷的系统中不需要高压力。一旦废气管路4中的废气足够热，废气旁通阀17就略微关闭，以便热的废气可以解冻废气涡轮机13。因此，可以省去用于解冻废气涡轮机13的附加的加热器；可以立即启动燃料电池系统1。

废气涡轮机13与第一轴14的脱耦也防止湿气通过废气涡轮机13侵入到驱动单元20中。由此简化了涡轮压缩机10中的密封方案。

在负载突变时，压缩机旁通阀16完全打开。因此保证，由第一压缩机单元101输送的氧化剂质量流更快地到达燃料电池2的阴极。高的质量流可以被较快地吸引，动态性能由于第一压缩机单元101的减小的惯性矩而变得比参考单级压缩机的动态性能更好。第二压缩机12仅当需要较高的压力时才被接通，例如在燃料电池2温度升高时。

通过以多个，即两个或三个级压缩，可以省去泵保护措施。现有技术的旁通阀5可以取消，不再需要泵保护操控策略，通过在第一压缩机单元101之前的低压区域中的传感器可以明确地测量到燃料电池2中的空气质量流。

在有利的扩展方案中，图4的实施方式也具有用于给轴承241、242供给流体压力的轴承管路243。在图4的实施方式中，轴承管路实施为分支管路，但轴承管路也可以被引回到空气供应管路3中。轴承管路243与压缩机旁通阀16和废气旁通阀17的组合是特别有利的，因为由此可以防止第二轴24意外地开始转动，并且因此可以这样地调整对燃料电池系统1的控制，使得第二轴24仅当其轴承241、242被加载以足够的流体压力时才转动。

用于涡轮增压器10的启停过程的运行策略如下：如果要启动在空气供应管路3中向燃料电池2输送空气或输送氧化剂，则首先完全打开压缩机旁通阀16和废气旁通阀17。然后，第一压缩机单元101被激活，轴承241、242中的压力由于燃料电池2的堆垛和其余部件的滞止压力而升高。仅当已经达到用于充分供给优选空气静力轴承241、242的最小压力时，才这样地调节或关闭压缩机旁通阀16和废气旁通阀17，使得第二轴24转动，并且因此，第二压缩机单元102通过第二压缩机12参与燃料电池2的氧化剂供给。

优选地，在第二轴24上布置有压缩空气制动器，该压缩空气制动器通过轴承管路243被供给以流体。压缩空气制动器从一确定压力起、优选从轴承241、242的最小供给压力起才松开。由此防止轴承241、242在混合摩擦区域中运行。轴承241、242的使用寿命提高。

图5示出具有涡轮压缩机10的燃料电池系统1的另一实施方式。涡轮压缩机10包括第一压缩机单元101和第二压缩机单元102，其中，第一压缩机11和第二压缩机12在空气供应管路3中并联。在此，第一压缩机11被驱动单元20、优选是电动机驱动。第二压缩机12被废气涡轮机13驱动，第二压缩机单元102因此实施为废气涡轮增压器。为此，废气涡轮机13和第二压缩机12布置在第二轴24上。

因此，涡轮压缩机10在空气供应管路3中具有对氧化剂的双流压缩。

图5的燃料电池系统1的实施方式尤其在至少300g/s的高空气质量流和最大∏＝2的适中压力比的情况下是有利的。

对于燃料电池2的运行所需的300g/s的空气质量流在两个并联的压缩机11、12中产生，例如以电驱动的第一压缩机11的例如100g/s的第一空气质量流和第二压缩机的例如200g/s的第二空气质量流产生。然后，300g/s的总空气质量流可供废气涡轮增压器的废气涡轮机使用。

在图5的实施方式中也可以使用如之前所说明的旁通阀和热交换器。

图6也示出第一压缩机11和第二压缩机12在空气供应管路3中的并联。第一压缩机单元101包括第一轴14、第一压缩机11和驱动单元20，其中，驱动单元20优选实施为低压电动机。然而，具有第二压缩机12的第二轴24被第二驱动单元25驱动，该第二驱动单元优选实施为高压电动机。因此，第二压缩机单元102包括第二轴24、第二压缩机12、第二驱动单元25和废气涡轮机13。因此，第二压缩机单元102实施为主压缩机，而第一压缩机单元101实施为附加压缩机。两个压缩机11、12分别具有止回阀111、121，以便避免通过空气供应管路3中的对应的被动路径(passivenpfad)泄漏或者回流。这总是当仅两个压缩机11、12之一处于运行中时才可能是重要的。在正常运行中，在图6的实施方式中，第二压缩机单元102应处于运行中，并且当需要提高用于燃料电池2的氧化剂质量流时，第一压缩机单元101被接通。

为了能够借助燃料电池2快速地产生电功率，首先在空气供应管路3中需要足够高的空气质量流或者说氧化剂流。对压力建立动态性的要求较低，因为主要在高系统温度下的静态运行中需要高压。负载突变到燃料电池系统1的满负载上不一定导致高的系统温度，因为系统具有一定的热惯性。由此得出，可以建立高压的第二压缩单元102的动态性允许比第一压缩单元101的动态性缓慢得多。由此得出，可以针对持续功率设计第二压缩机单元102的功率电子装置。因此避免了针对动态情况的超尺寸设计和提高的部件成本。

第一压缩机11也可以在正常运行中使用，以便短暂地提高压力或者说增压。因此，能够实现燃料电池系统1的超出热持续功率的短暂负载；因此，可以短暂地提高空气供应管路3中的压力和质量流。

图7的实施方式示出图4的燃料电池系统1或者说涡轮压缩机10的扩展方案。在图7的实施方式中，第二压缩机单元102具有第二驱动单元25，该第二驱动单元优选在第二轴24上布置在废气涡轮机13和第二压缩机12之间。在此，类似于图4的实施方式，空气过滤器18、热交换器19和两个旁通阀16、17，即压缩机旁通阀16和废气旁通阀17是可选的。在图7的实施方式中，第一压缩机单元101的第一压缩机11和第三压缩机15串联。然而，替代地也可以考虑并联；在另一的实施方式中也可以取消第三压缩机15。

通过第二驱动单元25可以使第二压缩机单元102增压，在图7的实施方式中，废气涡轮机13因此被第二驱动单元25辅助。优选地，第二驱动单元25实施为低压马达，尤其具有12v的运行电压，而驱动单元20实施为高压马达，尤其具有48v的运行电压。实施为电辅助的废气涡轮增压器的第二压缩机单元102由于第二驱动单元25而独立于阴极压力建立的系统动态性。因此，第一压缩机11中的压力建立可以与第二压缩机12中的压力建立相协调。

通过第二驱动单元25实现的燃料电池系统1的优点在于：

-通过独立于驱动单元20的高压供给而实现燃料电池系统1的更高的失效安全性；紧急运行(limphome)仅通过第二驱动单元25的低压供给实现；

-通过更高的空气系统动态性改善燃料电池系统1的整体系统动力，因为通过氧化剂供给燃料电池2变得更加动态；

-通过减小对驱动单元20的动态性要求而导致更低的系统成本；

-所使用的两个压缩机11、12(可选地也包括第三压缩机15)可以在动态性和持续运行方面被优化地设计；

-能够借助高压驱动单元20运行的第一压缩机11在电压水平方面实现适合平台化且优化的设计。

当在废气涡轮机13上还没有压力时，第二驱动单元25已经可以使第二压缩机单元102加速。这导致，降低了对第一压缩机单元101的动态性要求或者说总体上改善了涡轮压缩机10的动力。尤其对第一压缩机11或第一压缩机单元101的动态性要求由于功率电子装置的尺寸设计而是成本驱动因素。空气供给的动态性或者说给燃料电池2供给氧化剂的动态性又直接限制地作用到燃料电池系统1的动力上。燃料电池系统1的用于电驱动燃料电池车辆的不足的动力将再次成为使用混合动力电池的一个原因。因此，提高燃料电池系统1的动力也降低了对混合动力电池的可能的要求。

第二驱动单元25的设计不必是热稳定的。可以考虑没有主动冷却的实施方式，因为第二驱动单元25在大多数实施方式中主要用于涡轮压缩机10的加速。这在系统设计方面具有优点，因为由此不需要附接到燃料电池系统1的冷却回路上，并且第二驱动单元25的功率密度可以选择得非常高。这又在设计第二驱动单元25，优选实施为电动机时具有优点：较少的材料使用(铜、磁性材料)。可以考虑使用简单的无刷直流电机或者甚至使用简单的机械换向电机。后者的特点在于非常低的成本。

在有利的扩展方案中，图7的实施方式也具有轴承管路243，用于给第二轴24的轴承241、242供给压力流体，如在对图3或图4的实施方式中所说明的那样。通常，只要第一压缩机11和第二压缩机12串联，则这就是有利的。