CN110021764A - 燃料电池空气压缩机模块及燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，具体提供了一种燃料电池空气压缩机模块及燃料电池。燃料电池包括电堆和向电堆内泵入反应气体的空气压缩机，所述空气压缩机连接有对其进行控制的控制器，燃料电池内还设有对空气压缩机、控制器进行散热的冷却介质循环通道，所述空气压缩机与控制器一体化设置，冷却介质循环通道设置在空气压缩机与控制器之间，所述冷却介质循环通道包括对空气压缩机进行冷却的空气压缩机冷却部分和对控制器进行冷却的控制器冷却部分。将对空气压缩机进行控制的控制器与空气压缩机进行集成设置，实现对空气压缩机和控制器进行同时散热，减小了燃料电池的散热***的负荷，并且优化燃料电池***的整体集成度，降低噪音水平。

Description

燃料电池空气压缩机模块及燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池空气压缩机模块及燃料电池。
背景技术
随着能源匮乏和环境破坏问题的日益凸显，燃料电池技术越来越受到人们的关注。燃料电池是一种将化学能通过电极反应直接转换为电能的装置，其化学反应的产物主要是水，能够实现真正的零污染，并且燃料电池不会受到卡诺循环的限制，能量转换的效率可以达到60%-80%，实际使用效率则是普通内燃机的2~3倍。燃料电池同时还兼备高效率、无污染、适用性广、低噪音等特点，被技术人员认为是未来最有可能替代传统内燃机的汽车动力源。
空气压缩机是车用燃料电池阴极供气***的重要部件，通过对进堆空气进行增压，可以提高燃料电池的功率密度和效率，减少燃料电池***的尺寸。但空气压缩机的寄生功率很大，约占燃料电池辅助功耗的80%，其性能直接影响到燃料电池***的效率、紧凑型和水平衡特性。典型的燃料电池空气供应***由空气过滤器、空气压缩机、电机、中冷器、增湿器和膨胀机等组成。其中，空气压缩机由电机驱动，根据燃料电池内电堆的输出功率，为燃料电池提供所需的压力和一定流量的干净空气。在空气供应***中，空气的压力和流量对燃料电池***的性能（能量密度、***效率、水平衡和热损失）、成本和电堆的尺寸等有很大的影响。
为实现较高的能量转换效率，燃料电池内部的化学反应对空气的温度、湿度、压力和流量等参数有着严格的要求。但目前广泛应用的工业压缩机无法满足燃料电池对空气的要求，因此设计一个性能优越并能很好地与燃料电池***进行匹配的压缩机，对于燃料电池的发展至关重要。相比于传统空压机与车用制动空压机，燃料电池空气压缩机具有无油，大流量，低噪音，长寿命等要求。
空气压缩机需要在全负荷时的任何时间都能高效地工作，在宽的流量范围内都能够高效工作，能够无延迟的调整燃料电池的功率输出，这些都依靠对电机进行控制的控制器实现，控制器能够控制电机的转速从而调整空气压缩机的输出，申请公布号为CN106870121A，申请公布日为2017.06.20的中国专利申请公开了一种燃料电池汽车双级增压空气压缩机***，如图1所示，该***包括空气压缩机1和对空气压缩机进行控制的空气压缩机驱动器，空气压缩机1能够为燃料电池提供反应所需的空气，而空气压缩机驱动器内集成了多种电气元件，形成了能够控制空气压缩机转速的控制器2，在空气压缩机1内设置有对电机进行散热的作为冷却介质循环通道的特制水流道，相应地，在驱动器内设置有对其进行散热的水流道。
其中存在的问题是：空气压缩机及空气压缩机控制器分开设置，要对空气压缩机及空气压缩机控制器进行散热时，只能分别设置不同的散热管路，分开散热对车内的布置空间要求比较大，并且散热管路不能够有大角度的折弯以免干涉到其他结构的布置，对散热管路的设计较为麻烦。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃烧电池空气压缩机模块，实现对燃烧电池空气压缩机模块内的空气压缩机和控制器进行同时散热，减小了燃料电池的散热***的负荷，并且优化燃料电池***的整体集成度，降低噪音水平；本发明另外的目的在于提供一种使用这种空气压缩机模块的燃料电池。
为实现上述目的，本发明中燃料电池空气压缩机模块采用如下技术方案：
1、燃料电池空气压缩机模块，包括空气压缩机、控制空气压缩机的控制器和对空气压缩机、控制器进行散热的冷却介质循环通道，所述空气压缩机与控制器一体化设置，冷却介质循环通道设置在空气压缩机与控制器之间，所述冷却介质循环通道包括对空气压缩机进行冷却的空气压缩机冷却部分和对控制器进行冷却的控制器冷却部分。
其有益效果在于：将空气压缩机与控制器一体化设置，提高了燃料电池的集成度，并且设置有压缩机和控制器进行冷却的冷却介质循环通道，减少了空气压缩机的冷却回路，优化了空间的布局，使燃料电池内的散热***仅对这一条通道进行散热，减少了其工作负荷，提高了空气压缩机及燃料电池的***效率；减少了冷却回路，就减少了空气压缩机中噪音的产生。
2、在1的基础上，所述冷却介质循环通道包括两个分支通道，分别形成对空气压缩机进行冷却的空气压缩机冷却部分和对控制器进行冷却的控制器冷却部分。
其有益效果在于：将空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分以独立通道的形式分开设置，保证了对空气压缩机及控制器的散热效果，提高了散热效率。
3、在2的基础上，所述空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分共有一个入口。
其有益效果在于：既能减少了连接点从而保证了减少泄露的安全性，又能将空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分分开设置，保证散热效果。
4、在2或3的基础上，所述空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分共有一个出口。
其有益效果在于：既能减少了连接点从而保证了减少泄露的安全性，又能将空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分分开设置，保证散热效果。
5、在1-3中任一项的基础上，所述冷却介质循环通道包括与外界连通的冷却通道入口和冷却通道出口，所述冷却通道入口和冷却通道出口设置在一侧。
其有益效果在于：将冷却通道入口和冷却通道出口设置在同一侧，便于技术人员对将冷却介质循环通道与冷却介质连接，减少了与冷却介质连接的管路，优化了内部结构。
为实现上述目的，本发明中燃料电池采用如下技术方案：
1、燃料电池，包括电堆和向电堆内泵入反应气体的空气压缩机，所述空气压缩机连接有对其进行控制的控制器，燃料电池内还设有对空气压缩机、控制器进行散热的冷却介质循环通道，所述空气压缩机与控制器一体化设置，冷却介质循环通道设置在空气压缩机与控制器之间，所述冷却介质循环通道包括对空气压缩机进行冷却的空气压缩机冷却部分和对控制器进行冷却的控制器冷却部分。
其有益效果在于：将空气压缩机与控制器一体化设置，提高了燃料电池的集成度，并且设置有压缩机和控制器进行冷却的冷却介质循环通道，减少了空气压缩机的冷却回路，优化了空间的布局，使燃料电池内的散热***仅对这一条通道进行散热，减少了其工作负荷，提高了空气压缩机及燃料电池的***效率；减少了冷却回路，就减少了空气压缩机中噪音的产生。
2、在1的基础上，所述冷却介质循环通道包括两个分支通道，分别形成对空气压缩机进行冷却的空气压缩机冷却部分和对控制器进行冷却的控制器冷却部分。
其有益效果在于：将空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分以独立通道的形式分开设置，保证了对空气压缩机及控制器的散热效果，提高了散热效率。
3、在2的基础上，所述空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分共有一个入口。
其有益效果在于：既能减少了连接点从而保证了减少泄露的安全性，又能将空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分分开设置，保证散热效果。
4、在2或3的基础上，所述空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分共有一个出口。
其有益效果在于：既能减少了连接点从而保证了减少泄露的安全性，又能将空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分分开设置，保证散热效果。
5、在1-3中任一项的基础上，所述冷却介质循环通道包括与外界连通的冷却通道入口和冷却通道出口，所述冷却通道入口和冷却通道出口设置在一侧。
其有益效果在于：将冷却通道入口和冷却通道出口设置在同一侧，便于技术人员对将冷却介质循环通道与冷却介质连接，减少了与冷却介质连接的管路，优化了内部结构。
附图说明
图1为背景技术中燃料电池汽车双级增压空气压缩机***的结构示意图；
图2为本发明中燃料电池中空气压缩机的结构示意图；
图3为本发明中冷却介质循环通道的结构示意图。
图中：1.空气压缩机；2.控制器；3.电机；4.空气压缩机壳体；5.冷却通道入口；6.冷却通道出口；7.空气压缩机支撑架；8.空气压缩机进气口；9.空气压缩机出气口；10.空气压缩机泵头；11.控制器冷却部分；12.空气压缩机冷却部分。
具体实施方式
如图2至图3所示，为本发明中燃料电池中的空气压缩机模块的具体实施例：空气压缩机模块包括空气压缩机1和控制空气压缩机的控制器2，空气压缩机1和控制器2设置为一体，空气压缩机1能够为燃料电池中的电堆提供反应气体，使反应气体在电堆内发生氧化还原反应，从而将化学能转化为电能。
空气压缩机1具有空气压缩机壳体4，在空气压缩机壳体4的后方设置有位于壳体顶部的对空气压缩机1中的电机3进行控制的控制器2，控制器2设置在矩形的盒体中。在控制器2的下方设置有位于空气压缩机壳体4内的为空气压缩机1提供动力的电机3。
在控制器2与电机3之间，设置有能够对控制器2和电机3同时进行散热的冷却介质循环通道，所述的冷却介质循环通道为一条整体的管道，仅具有一个冷却通道入口5和冷却通道出口6，冷却通道入口5和冷却通道出口6都位于空气压缩机壳体4的左侧面上，并且在由冷却通道入口5和冷却通道出口6连通的冷却通道中，包括分别对电机3进行冷却的空气压缩机冷却部分12和对控制器2进行冷却的控制器冷却部分11。
在空气压缩机1的前端面上设置有空气压缩机泵头10，在空气压缩机泵头10的上下两个端面上分别设置有空气压缩机进气口8和空气压缩机出气口9，空气压缩机进气口8的开口朝向前侧，空气压缩机出气口9的开口朝向右侧。并且在空气压缩机泵头10与电机3之间，设置有能够对空气压缩机1进行支撑的空气压缩机支撑架7。空气压缩机1的左右两个侧面除了冷却通道入口5和冷却通道出口6，其他零部件都对称设置。
在技术人员使用本发明中的空气压缩机时，可以在冷却通道入口5和冷却通道出口6处连通能够对空气压缩机壳体4上方的控制器2及对空气压缩机壳体4内部的电机3进行冷却的冷却介质，例如水，水能够在由冷却通道入口5和冷却通道出口6连通的冷却通道内流动，并且分别在与控制器2接触散热的控制器冷却部分和与电机3接触散热的空气压缩机冷却部分中流动，与控制器2及电机3进行热量交换，带走控制器2和电机3的表面热量，吸收过热量后的水从冷却通道出口6流出，通过这种散热方法，不需要在控制器2和电机3处分别设置散热结构，减少了冷却通道的接口数量，减少了对燃料电池进行散热的散热***例如风扇和水泵的工作强度，减少了噪音。
在其他实施例中，冷却介质循环通道还可以替换为其他结构，例如将空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分设置为独立的散热通道，但是空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分共用进口和出口。
在其他实施例中，冷却介质循环通道还可以替换为其他结构，例如将空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分设置为分离的独立散热通道，空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分共用一个冷却通道入口。
在其他实施例中，冷却介质循环通道还可以替换为其他结构，例如将空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分设置为分离的独立散热通道，空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分共用一个冷却通道出口。
燃料电池空气压缩机模块的实施例与上述燃料电池实施例中的空气压缩机模块结构和工作过程相同，因此不再重复说明。

Claims (10)

1.燃料电池空气压缩机模块，包括空气压缩机、控制空气压缩机的控制器和对空气压缩机、控制器进行散热的冷却介质循环通道，其特征在于：所述空气压缩机与控制器一体化设置，冷却介质循环通道设置在空气压缩机与控制器之间，所述冷却介质循环通道包括对空气压缩机进行冷却的空气压缩机冷却部分和对控制器进行冷却的控制器冷却部分。
2.根据权利要求1所述的空气压缩机模块，其特征在于：所述冷却介质循环通道包括两个分支通道，分别形成对空气压缩机进行冷却的空气压缩机冷却部分和对控制器进行冷却的控制器冷却部分。
3.根据权利要求2所述的空气压缩机模块，其特征在于：所述空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分共有一个入口。
4.根据权利要求2或3所述的空气压缩机模块，其特征在于：所述空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分共有一个出口。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的空气压缩机模块，其特征在于：所述冷却介质循环通道包括与外界连通的冷却通道入口和冷却通道出口，所述冷却通道入口和冷却通道出口设置在一侧。
6.燃料电池，包括电堆和向电堆内泵入反应气体的空气压缩机，所述空气压缩机连接有对其进行控制的控制器，燃料电池内还设有对空气压缩机、控制器进行散热的冷却介质循环通道，其特征在于：所述空气压缩机与控制器一体化设置，冷却介质循环通道设置在空气压缩机与控制器之间，所述冷却介质循环通道包括对空气压缩机进行冷却的空气压缩机冷却部分和对控制器进行冷却的控制器冷却部分。
7.根据权利要求6所述的燃料电池，其特征在于：所述冷却介质循环通道包括两个分支通道，分别形成对空气压缩机进行冷却的空气压缩机冷却部分和对控制器进行冷却的控制器冷却部分。
8.根据权利要求7所述的燃料电池，其特征在于：所述空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分共有一个入口。
9.根据权利要求7或8所述的燃料电池，其特征在于：所述空气压缩机冷却部分和控制器冷却部分共有一个出口。
10.根据权利要求6-8中任一项所述的燃料电池，其特征在于：所述冷却介质循环通道包括与外界连通的冷却通道入口和冷却通道出口，所述冷却通道入口和冷却通道出口设置在一侧。
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