CN115050989A - 一种燃料电池系结构的设计方法及其辅助部件组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池系结构的设计方法及其辅助部件组，包括以下步骤：S1：燃料电池模块的设计：将辅助部件组和电堆分别独立拆分设置；S2：辅助部件组的模块化设计：包括部件总成模块设计和***布局模块设计，部件总成模块设计为各个辅助部件组的安装设计，***布局模块设计为辅助部件组的管路布局设计。本发明能够解决现有在***的开发过程中，由于受整车空间限制，不得不将各个辅助部件组固定在燃料电池电堆上，这样做虽然整个***体积非常紧凑，但使得电堆维修难度大，若要更换电堆，几乎需要将整个***都拆掉的技术问题。

Description

一种燃料电池系结构的设计方法及其辅助部件组
技术领域
本发明涉及燃料电池***辅助模块化集成技术领域，特别涉及一种燃料电池系结构的设计方法及其辅助部件组。
背景技术
目前，我国氢空燃料电池商用车和国外典型产品的性能对比，在整车总布置、动力性、经济性、续驶里程等方面与国际的差距不大，混合动力***集成和控制的水平无明显差距，但氢空燃料发动机的功率明显低于国外水平，根本原因在于装车的氢空燃料电池发动机的体积比功率偏低，***集成化有待提高；
现有在***的开发过程中，由于受整车空间限制，不得不将各个辅助部件组固定在燃料电池电堆上，这样做虽然整个***体积非常紧凑，但使得电堆维修难度大，若要更换电堆，几乎需要将整个***都拆掉。
发明内容
本发明提供一种燃料电池系结构的设计方法及其辅助部件组，用以解决现有在***的开发过程中，由于受整车空间限制，不得不将各个辅助部件组固定在燃料电池电堆上，这样做虽然整个***体积非常紧凑，但使得电堆维修难度大，若要更换电堆，几乎需要将整个***都拆掉的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明公开了一种燃料电池系结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：燃料电池模块的设计：将辅助部件组和电堆分别独立拆分设置；
S2：辅助部件组的模块化设计：包括部件总成模块设计和***布局模块设计，部件总成模块设计为各个辅助部件组的安装设计，***布局模块设计为辅助部件组的管路布局设计。
优选的，所述部件总成模块设计包括水泵分总成设计、氢泵分总成设计和空压机分总成设计；
所述水泵分总成设计为水泵通过第一固定支架与中冷器和三通控制阀连接形成水泵分总成，所述水泵分总成可拆卸安装在底座上；
所述三通控制阀连接有水泵、中冷器和辅助部件组的空压机。
优选的，所述氢泵分总成设计为氢气回流泵通过第二固定架与PTC加热器连接形成氢泵分总成，所述氢气回流泵位于所述PTC加热器上，所述氢泵分总成可拆卸安装在底座上。
优选的，所述空压机分总成设计包括空压机安装设计和第三固定架结构设计；
空压机安装设计为空压机与第三固定架连接为一体形成空压机分总成，所述空压机分总成可拆卸连接在底座中部。
优选的，所述第三固定架包括两对称布置的连接板件和空压机托板，两所述连接板件固定连接在所述空压机托板上，所述空压机托板为弧形，所述空压机托板上设有若干均匀布置的肋条。
优选的，所述***布局设计为空气管路分布在燃料电池模块的一侧，水管路和氢气管路分布在燃料电池模块另一侧，所述空气管路、所述水管路和所述氢气管路均与所述电堆的端板连接。
优选的，所述***布局设计为空气管路分布在燃料电池模块的一侧，水管路和氢气管路分布在燃料电池模块另一侧，所述空气管路、所述水管路和所述氢气管路均与所述电堆的端板连接。
优选的，辅助部件组包括水泵分总成、氢泵分总成、空压机分总成和底座，所述水泵分总成、氢泵分总成和空压机分总成均安装在所述底座上，所述水泵分总成和所述氢泵分总成安装在所述空压机分总成两侧。
优选的，所述辅助部件组的氢气回流泵上可拆卸连接有低温辅助运行装置，所述低温辅助运行装置用于给所述氢气回流泵壳体加热。
优选的，所述低温辅助运行装置包括主安装块，所述主安装块内转动连接有丝杠，所述丝杠上设有第一驱动件，所述第一驱动件用于驱动所述丝杠转动，所述丝杠上对称螺纹连接有螺母，所述螺母外通过轴承连接有安装板，所述安装板上设有伸缩杆安装孔，所述伸缩杆安装孔内滑动连接有滑杆，所述滑杆上设有第二驱动件，所述第二驱动件用于驱动所述滑杆沿所述伸缩杆安装孔滑动，所述滑杆远离所述伸缩杆安装孔的一端固定连接有加热收纳块；
所述加热收纳块内设有第一安装腔体，所述第一安装腔体内转动连接有第一锥齿轮和第一转轴，所述第一锥齿轮上设有第三驱动件，所述第三驱动件用于驱动所述第一锥齿轮转动，所述第一转轴上键连接有第二锥齿轮，所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮相互啮合，所述第一转轴上键连接有调节齿轮，所述调节齿轮上啮合有调节齿条，所述加热收纳块内设有收纳槽，所述调节齿条远离所述调节齿轮的一端位于所述收纳槽内，所述调节齿条位于所述收纳槽内的一端设有加热块，所述加热块可自动加热，所述加热块上固定连接有导热块，所述收纳槽内壁设有若干均匀布置的缓冲弹性件；
所述第一安装腔体内转动连接有第三转轴，所述第三转轴上设有滑键槽，所述滑键槽内滑动连接有滑键，所述滑键上设有第四驱动件，所述第四驱动件用于驱动所述滑键沿所述滑键槽移动，所述第三转轴通过所述滑键键连接有第三锥齿轮，所述第三锥齿轮用于与所述第一锥齿轮啮合，所述第三转轴上键连接有第一绕线轮，所述第一绕线轮上缠绕有绕线，所述加热收纳块内设有第二安装腔，所述第二安装腔内转动连接有第二转轴，所述第二转轴上键连接有第二绕线轮和椭圆块，所述绕线远离所述第一绕线轮的一端缠绕在第二绕线轮上，所述加热块上固定连接有抵板，所述抵板与所述椭圆块接触连接。
优选的，辅助部件组包括空压机和第三固定架，所述空压机通过所述第三固定架与底座连接，所述第三固定架与所述底座固定连接，所述第三固定架上设有夹装散热机构，所述夹装散热机构用于所述空压机的可拆卸夹装和散热。
优选的，所述夹装散热机构包括机架壳体，所述机架壳体内设有第一机架安装腔、第二机架安装腔和第三机架安装腔，所述机架壳体内设有驱动组件，所述第一机架安装腔和第二机架安装腔内设有散热组件，所述第三机架安装腔内设有夹装组件，所述驱动组件用于驱动所述散热组件和所述夹装组件工作；
所述驱动组件包括导筒，所述导筒设置在所述机架壳体内，所述导筒内上下滑动连接有执行齿条，所述执行齿条上设有第五驱动件，所述第五驱动件用于驱动所述执行齿条沿所述导筒上下滑动,所述机架壳体内转动连接有驱动主轴，所述驱动主轴上键连接有驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述执行齿条相互啮合，所述驱动主轴上开设有滑键槽，所述滑键槽内滑动连接有滑键，所述驱动主轴通过所述滑键键连接有第一蜗轮，所述滑键上设有第六驱动件，所述第六驱动件用于驱动所述滑键沿所述滑键槽滑动，所述第二机架安装腔内转动连接有第一执行转轴，所述第一执行转轴上键连接有第一蜗杆，所述第一蜗杆用于与所述第一蜗轮啮合，所述第一执行转轴位于所述第三机架安装腔的一端键连接有第二蜗杆，所述第三机架安装腔内转动连接有第二执行转轴，所述第二执行转轴上键连接有第二蜗轮，所述第二蜗轮与所述第二蜗杆相互啮合，所述第二执行转轴远离所述第二蜗轮的一端设有螺纹，且通过螺纹连接有伸缩杆件，所述伸缩杆件远离所述第二蜗轮的一端滑动连接在活塞腔内，所述活塞腔通过气道与外界环境相通，所述气道进气口设有过滤网，所述气道内设有单向阀，所述活塞腔上设有出气口；
所述驱动主轴位于所述第一机架安装腔内的一端螺纹连接有执行安装块，所述执行安装块内滑动连接有两对称布置的执行滑块，所述执行滑块上设有第七驱动件，所述第七驱动件用于驱动所述执行滑块沿所述执行安装块滑动，所述执行滑块远离所述执行安装块的一端铰链连接有夹装连杆，所述夹装连杆远离所述执行滑块的一端铰链连接有壳体夹装块。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明水泵分总成结构示意图。
图3为本发明氢泵分总成结构示意图。
图4为本发明空压机分总成结构示意图。
图5为本发明第三固定架结构示意图。
图6本发明***布局设计示意图。
图7为本发明低温辅助运行装置结构示意图。
图8为本发明加热收纳块结构示意图。
图9为本发明夹装散热机构结构示意图。
图中：1、辅助部件组；100、水泵分总成；1000、水泵；1001、第一固定支架；1002、中冷器；1003、三通控制阀；101、氢泵分总成；1010、氢气回流泵；1011、第二固定架；1012、PTC加热器；102、空压机分总成；1020、第三固定架；1021、连接板件；1022、空压机托板；1023、肋条；103、底座；104、空气管路；105、水管路；106、氢气管路；2、端板；3、低温辅助运行装置；300、主安装块；3000、丝杠；3001、螺母；3002、安装板；3003、伸缩杆安装孔；3004、滑杆；3005、加热收纳块；3006、第一安装腔体；3007、第一锥齿轮；3008、第二锥齿轮；3009、调节齿轮；301、调节齿条；3010、收纳槽；3011、加热块；3012、导热块；3013、缓冲弹性件；3014、第二安装腔；3015、第二转轴；3016、第二绕线轮；3017、椭圆块；3018、抵板；3019、第三转轴；302、第三锥齿轮；3020、第一绕线轮；3021、绕线；3022、第一转轴；4、夹装散热机构；400、机架壳体；4000、第一机架安装腔；4001、第二机架安装腔；4002、第三机架安装腔；4003、导筒；4004、执行齿条；4005、驱动主轴；4006、驱动齿轮；4007、第一蜗轮；4008、第一执行转轴；4009、第一蜗杆；4010、第二蜗杆；4011、第二执行转轴；4012、第二蜗轮；4013、伸缩杆件；4014、活塞腔；4015、气道；4016、过滤网；4017、单向阀；4018、出气口；4019、执行安装块；402、执行滑块；4020、夹装连杆；4021、壳体夹装块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案以及技术特征可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供如下实施例：
实施例1
本发明实施例提供了一种燃料电池系结构的设计方法及其辅助部件组，如图1-9所示，包括以下步骤：
S1：燃料电池模块的设计：将辅助部件组1和电堆分别独立拆分设置；
S2：辅助部件组的模块化设计：包括部件总成模块设计和***布局模块设计，部件总成模块设计为各个辅助部件组1的安装设计，***布局模块设计为辅助部件组1的管路布局设计。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：将辅助部件组1和电堆分别独立拆分设置，相较于常规情况下辅助部件组均固定在燃料电池电堆的外壳上，要维修电堆必须将辅助部件组拆卸，辅助部件组1和电堆分别独立拆分设置使得所述电堆的维修更加方便不用先拆卸辅助部件组，解决了现有在***的开发过程中，由于受整车空间限制，不得不将各个辅助部件组固定在燃料电池电堆的外壳上，这样做虽然整个***体积非常紧凑，但使得电堆维修难度大，若要更换电堆，几乎需要将整个***都拆掉的技术问题；
本发明通过将燃料电池***主体分成若干组功能模块(辅助部件组1和电堆)，将每个功能模块的属性分为若干个特征族(如将辅助部件组1分为水泵分总成设计、氢泵分总成设计、空压机分总成设计)，在各特征族下定义不同的特征，将各所述功能特征与具体的零件(如水泵、氢泵和空压机)建立对应的关系，可以简化选配过程核对工作，减少选配工作量，可以减少出错、提高效率。
实施例2
在上述实施例1的基础上，所述部件总成模块设计包括水泵分总成设计、氢泵分总成设计和空压机分总成设计；
所述水泵分总成设计为水泵1000通过第一固定支架1001与中冷器1002和三通控制阀1003连接形成水泵分总成100，所述水泵分总成100可拆卸安装在底座103上；
所述三通控制阀1003连接有水泵1000、中冷器1002和辅助部件组1的空压机102；
所述氢泵分总成设计为氢气回流泵1010通过第二固定架1011与PTC加热器1012连接形成氢泵分总成101，所述氢气回流泵1010位于所述PTC加热器1012上，所述氢泵分总成101可拆卸安装在底座103上；
所述空压机分总成设计包括空压机安装设计和第三固定架结构设计；
空压机安装设计为空压机102与第三固定架1020连接为一体形成空压机分总成102，所述空压机分总成102可拆卸连接在底座103中部；
所述第三固定架1020包括两对称布置的连接板件1021和空压机托板1022，两所述连接板件1021固定连接在所述空压机托板1022上，所述空压机托板1022为弧形，所述空压机托板1022上设有若干均匀布置的肋条1023；
所述***布局设计为空气管路104分布在燃料电池模块的一侧，水管路105和氢气管路106分布在燃料电池模块另一侧，所述空气管路104、所述水管路105和所述氢气管路106均与所述电堆的端板2连接；
辅助部件组1包括水泵分总成100、氢泵分总成101、空压机分总成102和底座103，所述水泵分总成100、氢泵分总成101和空压机分总成102均安装在所述底座103上，所述水泵分总成100和所述氢泵分总成101安装在所述空压机分总成102两侧。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：所述空压机分总成102可拆卸连接在底座103中部的设计，是由于所述空压机102体积较大将其安装在所述底座103中部使得所述辅助部件组的模块化设计结构布局更为合理，由于水泵1000、中冷器1002和三通控制阀1003接口相关度高，将所述水泵1000、中冷器1002和三通控制阀1003通过所述第一固定支架1001连接为一个整体使得所述辅助部件组1之间的连接较不繁杂，由于所述氢气回流泵1010和所述PTC加热器1012均为配合主体，故将其设计为一体；
所述水泵1000用于带动燃料电池系结构内冷却液的循环，所述中冷器1002用于冷却来自所述空压机102的压缩空气(通过冷却液和压缩空气对流对压缩空气进行冷却)，所述PTC加热器1012用于所述氢气回流泵1010的加热，燃料电池***正是利用氢气和氧气的电化学反应生成无污染的水，这是它的优点，但从另一个角度来看也是它的一个缺点，水会在零度以下环境中迅速结成冰，这给在低温环境下运行的燃料电池***带来很大的挑战，所述PTC加热器1012的设计保证了燃料电池中低温正常启动及运行；
所述***布局设计为空气管路104分布在燃料电池模块的一侧，水管路105和氢气管路106分布在燃料电池模块另一侧，管路清晰规整，易于安装和维护；
所述空压机托板1022为弧形，使得所述空压机102的安装更加稳定，所述空压机托板1022上设有若干均匀布置的肋条1023，所述肋条1023的设计使得所述空压机102更易散热；
不同特征(如水泵1000、中冷器1002和三通控制阀1003组合)组合对应不同模块(如水泵分总成设计)，减少重复设计发生，提高模块重用性；模块化管理，通过特征即可实时查看所有零件状态，减少模块线下管理及维护成本(即如水管路105出现问题可判断出问题出现在与水泵分总成设计有关的部件中如水泵1000、中冷器1002或三通控制阀1003)。
实施例3
在实施例1或2的基础上，所述辅助部件组1的氢气回流泵1010上可拆卸连接有低温辅助运行装置3，所述低温辅助运行装置3用于给所述氢气回流泵1010壳体加热；
所述低温辅助运行装置3包括主安装块300，所述主安装块300内转动连接有丝杠3000，所述丝杠3000上设有第一驱动件，所述第一驱动件用于驱动所述丝杠3000转动，所述丝杠3000上对称螺纹连接有螺母3001，所述螺母3001外通过轴承连接有安装板3002，所述安装板3002上设有伸缩杆安装孔3003，所述伸缩杆安装孔3003内滑动连接有滑杆3004，所述滑杆3004上设有第二驱动件，所述第二驱动件用于驱动所述滑杆3004沿所述伸缩杆安装孔3003滑动，所述滑杆3004远离所述伸缩杆安装孔3003的一端固定连接有加热收纳块3005；
所述加热收纳块3005内设有第一安装腔体3006，所述第一安装腔体3006内转动连接有第一锥齿轮3007和第一转轴3008，所述第一锥齿轮3007上设有第三驱动件，所述第三驱动件用于驱动所述第一锥齿轮3007转动，所述第一转轴3008上键连接有第二锥齿轮3008，所述第一锥齿轮3007和所述第二锥齿轮3008相互啮合，所述第一转轴3008上键连接有调节齿轮3009，所述调节齿轮3009上啮合有调节齿条301，所述加热收纳块3005内设有收纳槽3010，所述调节齿条301远离所述调节齿轮3009的一端位于所述收纳槽3010内，所述调节齿条301位于所述收纳槽3010内的一端设有加热块3011，所述加热块3011可自动加热，所述加热块3011上固定连接有导热块3012，所述收纳槽3010内壁设有若干均匀布置的缓冲弹性件3013；
所述第一安装腔体3006内转动连接有第三转轴3019，所述第三转轴3019上设有滑键槽，所述滑键槽内滑动连接有滑键，所述滑键上设有第四驱动件，所述第四驱动件用于驱动所述滑键沿所述滑键槽移动，所述第三转轴3019通过所述滑键键连接有第三锥齿轮302，所述第三锥齿轮302用于与所述第一锥齿轮3007啮合，所述第三转轴3019上键连接有第一绕线轮3020，所述第一绕线轮3020上缠绕有绕线3021，所述加热收纳块3005内设有第二安装腔3014，所述第二安装腔3014内转动连接有第二转轴3015，所述第二转轴3015上键连接有第二绕线轮3016和椭圆块3017，所述绕线3021远离所述第一绕线轮3020的一端缠绕在第二绕线轮3016上，所述加热块3011上固定连接有抵板3018，所述抵板3018与所述椭圆块3017接触连接。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：燃料电池***正是利用氢气和氧气的电化学反应生成无污染的水，这是它的优点，但从另一个角度来看也是它的一个缺点，水会在零度以下环境中迅速结成冰。这给在低温环境下运行的燃料电池***带来很大的挑战，所述低温辅助运行装置3的设计保证了燃料电池中低温正常启动及运行；
使用时，将所述主安装块300放置在所述氢气回流泵1010顶部，此时所述加热收纳块3005位于所述氢气回流泵1010两侧，之后所述第一驱动件驱动所述丝杠3000转动，所述丝杠3000转动带动所述螺母3001沿所述丝杠3000移动，所述螺母3001移动带动所述安装板3002移动，所述安装板3002移动带动所述加热收纳块3005移动，当所述加热收纳块3005移动到位后，所述第二驱动件驱动所述滑杆3004沿所述伸缩杆安装孔3003滑动，所述滑杆3004沿所述伸缩杆安装孔3003滑动带动所述加热收纳块3005运动，使得所述加热收纳块3005位置调节合适，之后所述第三驱动件驱动所述第一锥齿轮3007转动，所述第一锥齿轮3007转动带动所述第二锥齿轮3008转动，所述第二锥齿轮3008转动带动所述第一转轴3008转动，所述第一转轴3008转动带动所述调节齿轮3009转动，所述调节齿轮3009转动带动所述调节齿条301移动使得所述导热块3012贴紧所述氢气回流泵1010壳体，之后所述加热块3011加热，为所述氢气回流泵1010升温；
当所述调节齿轮3009或所述调节齿条301故障时，所述第四驱动件驱动所述滑键沿所述滑键槽移动，所述滑键沿所述滑键槽移动使得所述第三锥齿轮302与所述第一锥齿轮3007相互啮合，所述第一锥齿轮3007转动带动所述第三锥齿轮302转动，所述第三锥齿轮302转动带动所述第三转轴3019转动，所述第三转轴3019转动带动所述第一绕线轮3020转动，所述第一绕线轮3020转动带动所述绕线3021拉动所述第二绕线轮3016转动，所述第二绕线轮3016转动带动所述第二转轴3015转动，所述第二转轴3015转动带动所述椭圆块3017转动，所述椭圆块3017转动推动所述抵板3018运动，所述抵板3018运动带动所述导热块3012贴紧所述氢气回流泵1010壳体，所述椭圆块3017避免了所述调节齿轮3009或所述调节齿条301故障时所述低温辅助运行装置3不能工作的情况的发生。
实施例4
在实施例1的基础上，辅助部件组1包括空压机102和第三固定架1020，所述空压机102通过所述第三固定架1020与底座103连接，所述第三固定架1020与所述底座103固定连接，所述第三固定架1020上设有夹装散热机构4，所述夹装散热机构4用于所述空压机102的可拆卸夹装和散热；
所述夹装散热机构4包括机架壳体400，所述机架壳体400内设有第一机架安装腔4000、第二机架安装腔4001和第三机架安装腔4002，所述机架壳体400内设有驱动组件，所述第一机架安装腔4000和第二机架安装腔4001内设有散热组件，所述第三机架安装腔4002内设有夹装组件，所述驱动组件用于驱动所述散热组件和所述夹装组件工作；
所述驱动组件包括导筒4003，所述导筒4003设置在所述机架壳体400内，所述导筒4003内上下滑动连接有执行齿条4004，所述执行齿条4004上设有第五驱动件，所述第五驱动件用于驱动所述执行齿条4004沿所述导筒4003上下滑动,所述机架壳体400内转动连接有驱动主轴4005，所述驱动主轴4005上键连接有驱动齿轮4006，所述驱动齿轮4006与所述执行齿条4004相互啮合，所述驱动主轴4005上开设有滑键槽，所述滑键槽内滑动连接有滑键，所述驱动主轴4005通过所述滑键键连接有第一蜗轮4007，所述滑键上设有第六驱动件，所述第六驱动件用于驱动所述滑键沿所述滑键槽滑动，所述第二机架安装腔4001内转动连接有第一执行转轴4008，所述第一执行转轴4008上键连接有第一蜗杆4009，所述第一蜗杆4009用于与所述第一蜗轮4007啮合，所述第一执行转轴4008位于所述第三机架安装腔4002的一端键连接有第二蜗杆4010，所述第三机架安装腔4002内转动连接有第二执行转轴4011，所述第二执行转轴4011上键连接有第二蜗轮4012，所述第二蜗轮4012与所述第二蜗杆4010相互啮合，所述第二执行转轴4011远离所述第二蜗轮4012的一端设有螺纹，且通过螺纹连接有伸缩杆件4013，所述伸缩杆件4013远离所述第二蜗轮4012的一端滑动连接在活塞腔4014内，所述活塞腔4014通过气道4015与外界环境相通，所述气道4015进气口设有过滤网4016，所述气道4015内设有单向阀4017，所述活塞腔4014上设有出气口4018；
所述驱动主轴4005位于所述第一机架安装腔4000内的一端螺纹连接有执行安装块4019，所述执行安装块4019内滑动连接有两对称布置的执行滑块402，所述执行滑块402上设有第七驱动件，所述第七驱动件用于驱动所述执行滑块402沿所述执行安装块4019滑动，所述执行滑块402远离所述执行安装块4019的一端铰链连接有夹装连杆4020，所述夹装连杆4020远离所述执行滑块402的一端铰链连接有壳体夹装块4021。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：所述空压机102安装时，将所述空压机102放置在所述第三固定架1020上，之后所述第五驱动件驱动所述执行齿条4004沿所述导筒4003上下滑动，带动所述驱动齿轮4006转动，所述驱动齿轮4006转动带动所述驱动主轴4005转动，所述驱动主轴4005转动带动所述执行安装块4019在螺纹的作用下向外伸出，待所述执行安装块4019向外伸出到位后，所述第七驱动件驱动所述执行滑块402沿所述执行安装块4019滑动，所述执行滑块402滑动在所述夹装连杆4020的作用下带动所述壳体夹装块4021将所述空压机102夹紧；
当所述空压机102需要散热时，所述第六驱动件驱动所述滑键沿所述滑键槽滑动，所述滑键沿所述滑键槽滑动使得所述第一蜗轮4007与所述第一蜗杆4009相互啮合，所述第一蜗轮4007与所述第一蜗杆4009相互啮合之后，所述驱动主轴4005转动带动所述第一蜗轮4007转动，所述第一蜗轮4007转动带动所述第一蜗杆4009转动，所述第一蜗杆4009转动带动所述第一执行转轴4008转动，所述第一执行转轴4008转动带动所述第二蜗杆4010转动，所述第二蜗杆4010转动带动所述第二蜗轮4012转动，所述第二蜗轮4012转动带动所述第二执行转轴4011转动，所述第二执行转轴4011转动带动在所述螺纹的作用下带动所述伸缩杆件4013沿所述活塞腔4014伸缩，在所述伸缩杆件4013沿所述活塞腔4014伸缩的过程中，气体经所述气道4015进入所述活塞腔4014，之后经所述活塞腔4014的所述出气口4018喷射与所述空压机102上，从而促进所述空压机102周围空气的流动，加快所述空压机102的散热；
所述夹装散热机构4的设计使得所述空压机102更易拆卸，方便了所述空压机102的维修，同时所述散热组件的设计保证了所述空压机102可以及时散热，增加了所述空压机102的使用寿命。
实施例5
在实施例1的基础上，还包括空压机故障检测***，所述空压机故障检测***设置在所述辅助部件组1的空压机102上，所述空压机故障检测***用于检测所述空压机102的故障情况，并根据所述空压机102的故障情况进行故障报警；
所述空压机故障检测***包括：
第一温度传感器，所述第一温度传感器设置在所述空压机102进气口，用于检测所述空压机102进气口处空气的温度；
第二温度传感器，所述第二温度传感器设置在所述空压机102出气口，用于检测所述空压机102出气口处空气的温度；
第一气压传感器，所述第一气压传感器设置在所述空压机102进气口，用于检测所述空压机102进气口处的气压；
第二气压传感器，所述第二气压传感器设置在所述空压机102出气口，用于检测所述空压机102出气口处的气压；
流量传感器，所述流量传感器设置在所述空压机102出气口，用于检测所述空压机102出气口处的空气流量；
控制器，报警器，所述控制器与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第一气压传感器、所述第二气压传感器、所述流量传感器和所述报警器电连接，所述控制器基于所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第一气压传感器、所述第二气压传感器和所述流量传感器控制所述报警器报警，包括以下步骤：
步骤一：基于所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第一气压传感器、所述第二气压传感器和公式(1)，计算所述空压机102的实际产气量：
Figure BDA0003714613950000151
其中，Vst为所述空压机102的实际产气量，δα为所述空压机102的等温效率，δβ为所述空压机102的等压效率，
Figure BDA0003714613950000152
为所述空压机102的实际耗电量，ε为标准状况下空气的密度，
Figure BDA0003714613950000153
为空气的气体常数，T1为第一温度传感器的检测值，T2为所述第二温度传感器的检测值，Pi为所述第一气压传感器的检测值，Po为所述第二气压传感器的检测值，ln为以e为底的自然对数；
步骤二：基于所述流量传感器、步骤一和公式(2)，计算所述空压机102的实际故障系数：
Figure BDA0003714613950000154
其中，σ为空压机102的实际故障系数，m为所述流量传感器的检测值，cp为空气的定压比热容，Q0为所述空压机102预设工作消耗热量，m*cp*(|T1-T2|)为空压机102实际工作消耗热量，e为自然数，取值为2.72，V0为空压机102的基准产气量，Vst为所述空压机102的实际产气量；
步骤三：所述控制器比较所述空压机102的实际故障系数与所述空压机102的预设故障系数，若所述空压机102的实际故障系数大于所述空压机102的预设故障系数，则所述报警器报警。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：假设δα＝0.86；δβ＝0.72；
Figure BDA0003714613950000156
Figure BDA0003714613950000157
ε＝1.293kg/m3；
Figure BDA0003714613950000155
T1＝30℃；T2＝50℃；T0＝30℃；Pi＝1.0*105Pa；Po＝1.5*105Pa；计算得Vst＝0.28m3
假设m＝1.2kg/s；cp＝1.005kJ/kg*℃；Q0＝25kJ/s；V0＝0.25m3；得σ＝2.95；
假设所述空压机102的预设故障系数为2.6，则此时所述报警器报警，证明所述空压机102故障，提醒工作人员对所述空压机102进行维修；
先基于所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第一气压传感器、所述第二气压传感器和公式(1)，计算所述空压机102的实际产气量，之后基于所述流量传感器、步骤一和公式(2)，计算所述空压机102的实际故障系数，最后所述控制器比较所述空压机102的实际故障系数与所述空压机102的预设故障系数，若所述空压机102的实际故障系数大于所述空压机102的预设故障系数，则所述报警器报警，所述空压机故障检测***的设计保证了所述空压机102可以被及时维修，保证了所述燃料电池的正常工作，采用
Figure BDA0003714613950000163
(所述空压机102的实际耗电量)计算所述空压机102的实际产气量，使得计算结果更为接近实际工作情况，计算所述空压机102的实际故障系数时，除考虑空压机102的消耗热量因素
Figure BDA0003714613950000161
外，还引入空压机102的产气因素
Figure BDA0003714613950000162
两者共同决定所述空压机102的实际故障系数使得计算结果更为精确。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种燃料电池系结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：燃料电池模块的设计：将辅助部件组(1)和电堆分别独立拆分设置；
S2：辅助部件组的模块化设计：包括部件总成模块设计和***布局模块设计，部件总成模块设计为各个辅助部件组(1)的安装设计，***布局模块设计为辅助部件组(1)的管路布局设计。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池系结构的设计方法，其特征在于，
所述部件总成模块设计包括水泵分总成设计、氢泵分总成设计和空压机分总成设计；
所述水泵分总成设计为水泵(1000)通过第一固定支架(1001)与中冷器(1002)和三通控制阀(1003)连接形成水泵分总成(100)，所述水泵分总成(100)可拆卸安装在底座(103)上；
所述三通控制阀(1003)连接有水泵(1000)、中冷器(1002)和辅助部件组(1)的空压机(102)。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池系结构的设计方法，其特征在于，
所述氢泵分总成设计为氢气回流泵(1010)通过第二固定架(1011)与PTC加热器(1012)连接形成氢泵分总成(101)，所述氢气回流泵(1010)位于所述PTC加热器(1012)上，所述氢泵分总成(101)可拆卸安装在底座(103)上。
4.根据权利要求2所述的一种燃料电池系结构的设计方法，其特征在于，所述空压机分总成设计包括空压机安装设计和第三固定架结构设计；
空压机安装设计为空压机(102)与第三固定架(1020)连接为一体形成空压机分总成(102)，所述空压机分总成(102)可拆卸连接在底座(103)中部。
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池系结构的设计方法，其特征在于，
所述第三固定架(1020)包括两对称布置的连接板件(1021)和空压机托板(1022)，两所述连接板件(1021)固定连接在所述空压机托板(1022)上，所述空压机托板(1022)为弧形，所述空压机托板(1022)上设有若干均匀布置的肋条(1023)。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池系结构的设计方法，其特征在于，
所述***布局设计为空气管路(104)分布在燃料电池模块的一侧，水管路(105)和氢气管路(106)分布在燃料电池模块另一侧，所述空气管路(104)、所述水管路(105)和所述氢气管路(106)均与所述电堆的端板(2)连接。
7.一种辅助部件组，用于布局实施如权利要求1-6中任一项所述的一种燃料电池系结构的设计方法，其特征在于，
辅助部件组(1)包括水泵分总成(100)、氢泵分总成(101)、空压机分总成(102)和底座(103)，所述水泵分总成(100)、氢泵分总成(101)和空压机分总成(102)均安装在所述底座(103)上，所述水泵分总成(100)和所述氢泵分总成(101)安装在所述空压机分总成(102)两侧；
所述辅助部件组(1)的氢气回流泵(1010)上可拆卸连接有低温辅助运行装置(3)，所述低温辅助运行装置(3)用于给所述氢气回流泵(1010)壳体加热。
8.根据权利要求7所述的一种辅助部件组，其特征在于，
所述低温辅助运行装置(3)包括主安装块(300)，所述主安装块(300)内转动连接有丝杠(3000)，所述丝杠(3000)上设有第一驱动件，所述第一驱动件用于驱动所述丝杠(3000)转动，所述丝杠(3000)上对称螺纹连接有螺母(3001)，所述螺母(3001)外通过轴承连接有安装板(3002)，所述安装板(3002)上设有伸缩杆安装孔(3003)，所述伸缩杆安装孔(3003)内滑动连接有滑杆(3004)，所述滑杆(3004)上设有第二驱动件，所述第二驱动件用于驱动所述滑杆(3004)沿所述伸缩杆安装孔(3003)滑动，所述滑杆(3004)远离所述伸缩杆安装孔(3003)的一端固定连接有加热收纳块(3005)；
所述加热收纳块(3005)内设有第一安装腔体(3006)，所述第一安装腔体(3006)内转动连接有第一锥齿轮(3007)和第一转轴(3008)，所述第一锥齿轮(3007)上设有第三驱动件，所述第三驱动件用于驱动所述第一锥齿轮(3007)转动，所述第一转轴(3008)上键连接有第二锥齿轮(3008)，所述第一锥齿轮(3007)和所述第二锥齿轮(3008)相互啮合，所述第一转轴(3008)上键连接有调节齿轮(3009)，所述调节齿轮(3009)上啮合有调节齿条(301)，所述加热收纳块(3005)内设有收纳槽(3010)，所述调节齿条(301)远离所述调节齿轮(3009)的一端位于所述收纳槽(3010)内，所述调节齿条(301)位于所述收纳槽(3010)内的一端设有加热块(3011)，所述加热块(3011)可自动加热，所述加热块(3011)上固定连接有导热块(3012)，所述收纳槽(3010)内壁设有若干均匀布置的缓冲弹性件(3013)；
所述第一安装腔体(3006)内转动连接有第三转轴(3019)，所述第三转轴(3019)上设有滑键槽，所述滑键槽内滑动连接有滑键，所述滑键上设有第四驱动件，所述第四驱动件用于驱动所述滑键沿所述滑键槽移动，所述第三转轴(3019)通过所述滑键键连接有第三锥齿轮(302)，所述第三锥齿轮(302)用于与所述第一锥齿轮(3007)啮合，所述第三转轴(3019)上键连接有第一绕线轮(3020)，所述第一绕线轮(3020)上缠绕有绕线(3021)，所述加热收纳块(3005)内设有第二安装腔(3014)，所述第二安装腔(3014)内转动连接有第二转轴(3015)，所述第二转轴(3015)上键连接有第二绕线轮(3016)和椭圆块(3017)，所述绕线(3021)远离所述第一绕线轮(3020)的一端缠绕在第二绕线轮(3016)上，所述加热块(3011)上固定连接有抵板(3018)，所述抵板(3018)与所述椭圆块(3017)接触连接。
9.根据权利要求7所述的一种辅助部件组，其特征在于，
辅助部件组(1)包括空压机(102)和第三固定架(1020)，所述空压机(102)通过所述第三固定架(1020)与底座(103)连接，所述第三固定架(1020)与所述底座(103)固定连接，所述第三固定架(1020)上设有夹装散热机构(4)，所述夹装散热机构(4)用于所述空压机(102)的可拆卸夹装和散热。
10.根据权利要求9所述的一种辅助部件组，其特征在于，
所述夹装散热机构(4)包括机架壳体(400)，所述机架壳体(400)内设有第一机架安装腔(4000)、第二机架安装腔(4001)和第三机架安装腔(4002)，所述机架壳体(400)内设有驱动组件，所述第一机架安装腔(4000)和第二机架安装腔(4001)内设有散热组件，所述第三机架安装腔(4002)内设有夹装组件，所述驱动组件用于驱动所述散热组件和所述夹装组件工作；
所述驱动组件包括导筒(4003)，所述导筒(4003)设置在所述机架壳体(400)内，所述导筒(4003)内上下滑动连接有执行齿条(4004)，所述执行齿条(4004)上设有第五驱动件，所述第五驱动件用于驱动所述执行齿条(4004)沿所述导筒(4003)上下滑动,所述机架壳体(400)内转动连接有驱动主轴(4005)，所述驱动主轴(4005)上键连接有驱动齿轮(4006)，所述驱动齿轮(4006)与所述执行齿条(4004)相互啮合，所述驱动主轴(4005)上开设有滑键槽，所述滑键槽内滑动连接有滑键，所述驱动主轴(4005)通过所述滑键键连接有第一蜗轮(4007)，所述滑键上设有第六驱动件，所述第六驱动件用于驱动所述滑键沿所述滑键槽滑动，所述第二机架安装腔(4001)内转动连接有第一执行转轴(4008)，所述第一执行转轴(4008)上键连接有第一蜗杆(4009)，所述第一蜗杆(4009)用于与所述第一蜗轮(4007)啮合，所述第一执行转轴(4008)位于所述第三机架安装腔(4002)的一端键连接有第二蜗杆(4010)，所述第三机架安装腔(4002)内转动连接有第二执行转轴(4011)，所述第二执行转轴(4011)上键连接有第二蜗轮(4012)，所述第二蜗轮(4012)与所述第二蜗杆(4010)相互啮合，所述第二执行转轴(4011)远离所述第二蜗轮(4012)的一端设有螺纹，且通过螺纹连接有伸缩杆件(4013)，所述伸缩杆件(4013)远离所述第二蜗轮(4012)的一端滑动连接在活塞腔(4014)内，所述活塞腔(4014)通过气道(4015)与外界环境相通，所述气道(4015)进气口设有过滤网(4016)，所述气道(4015)内设有单向阀(4017)，所述活塞腔(4014)上设有出气口(4018)；
所述驱动主轴(4005)位于所述第一机架安装腔(4000)内的一端螺纹连接有执行安装块(4019)，所述执行安装块(4019)内滑动连接有两对称布置的执行滑块(402)，所述执行滑块(402)上设有第七驱动件，所述第七驱动件用于驱动所述执行滑块(402)沿所述执行安装块(4019)滑动，所述执行滑块(402)远离所述执行安装块(4019)的一端铰链连接有夹装连杆(4020)，所述夹装连杆(4020)远离所述执行滑块(402)的一端铰链连接有壳体夹装块(4021)。
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