[发明专利]具有冷却功能的空压机系统、燃料电池系统及控制方法

说明书

本发明公开了具有冷却功能的空压机系统、燃料电池系统及控制方法，包括驱动电机、一级空气压缩系统、二级空气压缩系统和中冷器，在二级空气压缩系统的第三空气出口处安装温度传感器，温度传感器检测二级空气压缩系统的第三空气出口排出的空气温度，并送到燃料电池系统控制器，燃料电池系统控制器根据温度信号控制冷却循环系统的输入到中冷器的冷却液流量来动态调节散热能力，从而间接调节二级空气压缩系统的第三空气出口的排出空气的温度，形成闭环控制，可以有效控制二级空气压缩系统的第三空气出口排出的空气温度，适应燃料电池电堆模块的要求，提高系统的运行效率和可靠性。

技术领域：

本发明涉及具有冷却功能的空压机系统、燃料电池系统及控制方法。

背景技术：

燃料电池是一种高效清洁的能量转换装置。空压机是将外部空气进行压缩，然后送入燃料电池电堆模块中，为电堆模块阴极一侧提供氧气。在电堆模块中，送入空气中的氧气与氢气进行电化学反应，生成的水随剩余的空气一同排出。空压机是燃料电池中的不缺少的一个关键零部件，空压机消耗的功率大约占燃料电池输出总功率的15-25％，是燃料电池辅助系统中的耗能大户，如何有效的提高空压机的效率，进而改善整个燃料电池系统的整体效率，是整个行业亟待解决的问题。

目前离心式空压机以其高效、节能、环保等优点在燃料电池中广泛使用。通常离心式空压机采用两级增压的方式，将空气压缩到燃料电池运行工况所需的压力，压缩后排出的空气温度可达120℃以上，如此高温度的空气送入电堆，将会损坏电堆，必须通过中冷器把空气冷却到60-70℃才可送入电堆中进行反应，而中冷器在燃料电池布置中占用了很大的空间，降低了燃料电池的体积与功率比。另外，空压机为两级增压，每一级增压都会把提高空气的温度，第一级增压把空气温度提高后，高温气体分子越活跃越难压缩，第二级增压必须消耗更大的功率才能到达二次增压的目的。

所以需要设计一种具有冷却功能的空压机，通过在第一级增压与第二级增压之间增加中冷模块，降低空压机出口的空气温度，提高空压机的效率，取消燃料电池中的中冷器，或者减小燃料电池中的中冷器体积。从而提高整个燃料电池的效率，优化结构，减小体积，减少成本。例如专利公告号为：CN209212609U、专利名称为：一种具有径轴向扩压器的两级空气压缩系统的发明专利已经披露下相关的技术方案，但以上的技术方案还存在如下缺陷：1)空压机的第二级增压的输出端输出的空气温度缺乏有效检测，且中冷模块也没有提到根据空压机输出的空气温度来调节中冷模块的散热能力，不能形成闭环控制要求，影响燃料电池的工作；2)空压机的电机长期工作在温度偏高环境，导致影响轴承系统的使用寿命，从而影响电机工作寿命。

发明内容：

本发明的一个目的是提供具有冷却功能的空压机系统，解决现有技术中具有冷却功能的空压机系统因输出空气缺乏温度检测，导致与中冷器配合不能形成闭环控制，影响燃料电池的工作的技术问题。

本发明的进一步目的是提供具有冷却功能的空压机系统，解决现有技术中具有冷却功能的空压机系统中的驱动电机工作环境温度过高，不仅影响轴承的使用寿命，还导致电机的故障增多的技术问题。

本发明的第三个目的是提供燃料电池系统，解决现有技术中空压机系统与中冷器分开制造，分隔布置，导致体积较大，模块化程度低，难以排布的技术问题。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

具有冷却功能的空压机系统，包括驱动电机、一级空气压缩系统、二级空气压缩系统和中冷器，一级空气压缩系统和二级空气压缩系统分别安装在驱动电机的两端并由驱动电机的主轴驱动，其中：

一级空气压缩系统的第一空气入口对空气进行一级压缩然后输出高温一次压缩空气；

所述的中冷器的第二空气入口连接在一级空气压缩系统的第一空气出口，从一级空气压缩系统输出的高温一次压缩空气经过中冷器的冷却输出低温一次压缩空气；