[发明专利]燃料电池空气压缩机模块及燃料电池

说明书

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系统的负荷，并且优化燃料电池系统的整体集成度，降低噪音水平。

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系统的重要部件，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，减少燃料电池系统的尺寸。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系统的效率、紧凑型和水平衡特性。典型的燃料电池空气供应系统由空气过滤器、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。在空气供应系统中，空气的压力和流量对燃料电池系统的性能（能量密度、系统效率、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系统进行匹配的压缩机，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系统，如图1所示，该系统包括空气压缩机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系统的负荷，并且优化燃料电池系统的整体集成度，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：