本發(fā)明屬于汽車發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種燃料電池汽車雙級增壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)，尤其涉及一種燃料電池汽車專用的雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，人民生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)成為人們出行的必備工具，隨著我國多個城市霧霾化的增加，讓人們意識到發(fā)展新能源已經(jīng)刻不容緩，新能源汽車被認(rèn)為是能源轉(zhuǎn)型的重要環(huán)節(jié)，而質(zhì)子交換膜燃料電池汽車被認(rèn)為目前新能源汽車產(chǎn)電量最為成熟的代表。它是以氫氣與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，從而推動汽車前進(jìn)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、對大氣沒有污染、節(jié)能高效等一系列優(yōu)點(diǎn)。

為保證燃料電池發(fā)動機(jī)能夠持續(xù)高效的運(yùn)行，需要一定的氫氣供應(yīng)與空氣供應(yīng)，氫氣供應(yīng)需要?dú)錃庾酉到y(tǒng)來提供，而空氣供應(yīng)需要空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)和冷卻水路雙系統(tǒng)來提供，為保證空氣的供應(yīng)量滿足大功率發(fā)動機(jī)(80-120kw)的需求，依靠雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)來對空氣進(jìn)行增壓，滿足氫氣與空氣中的氧氣按照一定的比例來進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，滿足不用工況下燃料電池發(fā)動機(jī)發(fā)電量的需求。

目前的離心式空壓機(jī)一般采用電機(jī)直驅(qū)方式，隨著轉(zhuǎn)速的提高，對電機(jī)中的轉(zhuǎn)子、定子及主軸的要求會越來越高，轉(zhuǎn)速越高流量越大，越能滿足大功率燃料電池發(fā)動機(jī)的需求，目前的空壓機(jī)轉(zhuǎn)速在30000-50000轉(zhuǎn)，此時主軸的機(jī)械摩擦存在，同時電機(jī)的熱量散熱、轉(zhuǎn)子的散熱問題、轉(zhuǎn)子的動力學(xué)穩(wěn)定性等問題都無法解決。綜上所述，上述問題的存在都需要在雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計方案中得到優(yōu)化并予以解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題與缺陷而提供一種可以滿足80-100KW大功率燃料電池發(fā)動機(jī)的雙級增壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)，可提供壓力適中、流量范圍寬的實(shí)際需求，具有高轉(zhuǎn)速、長壽命、低耗電、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)的燃料電池發(fā)動機(jī)的雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種燃料電池汽車雙級增壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述雙級增壓空氣壓縮機(jī)包括：包括雙級增壓空氣壓縮機(jī)本體、空氣壓縮機(jī)驅(qū)動器；其中雙級增壓空氣壓縮機(jī)本體包括雙渦殼、雙葉輪及高壓直流電機(jī)及特制的冷卻水流道，空氣壓縮機(jī)驅(qū)動器包括穩(wěn)壓器、整流器、保險絲、屏蔽層、線路板及內(nèi)部編程。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述雙渦殼與葉輪相連，兩側(cè)葉輪與渦殼不相同，通過渦管連接來增壓氣量。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述高壓直流電機(jī)內(nèi)部設(shè)有鈦鎳合金保護(hù)層，保護(hù)電機(jī)防電磁干擾。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述雙葉輪與高壓直流電機(jī)相連，通過高壓直流電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)帶動葉輪旋轉(zhuǎn)增壓。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述高壓直流電機(jī)用高壓線與空壓機(jī)驅(qū)動器相連，其中高壓線外側(cè)需要設(shè)置雙屏蔽層，防止過大的電流產(chǎn)生干擾了雙級增壓空氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述高壓直流電機(jī)外側(cè)設(shè)計了螺旋流道，保證了現(xiàn)有的高速電機(jī)60000轉(zhuǎn)的冷卻，雙渦殼的水流道設(shè)計，保證了更高速80000轉(zhuǎn)的散熱。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述空壓機(jī)驅(qū)動器采用先進(jìn)的正弦波FOC的無位置控制技術(shù)，采用特有的啟動方式和速度響應(yīng)模式，能夠提供超強(qiáng)的扭矩和快速響應(yīng)能力，適用在無速度位置傳感器并高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)控制。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述空壓機(jī)控制器輸入電壓范圍在300-550VDC，最大輸出電流130A，啟動電壓12-24VDC，根據(jù)需要設(shè)定一定的額定電流、額定電壓及額定功率，通訊方式采用CAN通訊，環(huán)境溫度適用于-30-65℃。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述空壓機(jī)控制器采用一定的水流道進(jìn)行冷卻，冷卻液采用汽車專用冷凍液。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在以下幾方面：

雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)采用雙級葉輪增壓，單側(cè)的葉輪在渦殼的作用下進(jìn)行一級增壓，通過渦管進(jìn)行壓力傳輸，在另一側(cè)進(jìn)行遞加增壓，滿足高轉(zhuǎn)速的壓力適中，大流量需求，雙側(cè)葉輪在兩側(cè)增壓時葉片是不同的；

雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的高轉(zhuǎn)速運(yùn)行離不開冷卻系統(tǒng)，而電機(jī)的冷卻采用特制的螺旋流道，最大限度的將電機(jī)進(jìn)行冷卻，保證了電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，而高速電機(jī)帶動雙葉輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生大量的熱量，靠渦殼上的螺旋水流道進(jìn)行一定的冷卻，保證了從渦殼中流出的壓縮空氣溫度在一定的范圍內(nèi)，保證了燃料電池發(fā)動機(jī)空氣側(cè)所需要的溫度、壓力及流量需求。

本發(fā)明的高速電機(jī)外側(cè)采用鈦鎳合金進(jìn)行電機(jī)內(nèi)部的屏蔽保護(hù)，同時與空壓機(jī)控制器相連的高壓電線進(jìn)行雙層屏蔽，防止發(fā)生電磁干擾，保證高速電機(jī)壓力適中，大流量需求；

空壓機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)依靠空壓機(jī)控制器采用先進(jìn)的正弦波FOC的無位置控制技術(shù)的精準(zhǔn)控制來實(shí)現(xiàn)，同時空壓機(jī)控制器的散熱需要一定的特制水流道來進(jìn)行對系統(tǒng)散熱。

附圖說明

圖1為本發(fā)明種燃料電池汽車雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)剖切結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明種燃料電池汽車雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明一種燃料電池汽車雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)水流道示意圖。

圖4為本發(fā)明一種燃料電池汽車雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)水流道剖切示意圖。

圖5為本發(fā)明一種燃料電池汽車空壓機(jī)控制器水流道示意圖。

圖6為本發(fā)明種燃料電池汽車雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)注如下：

1、一級入口 2、一級葉輪

3、一級渦殼 4、渦管

5、二級葉輪 6、二級渦殼

A、一級渦殼水流道 B、二級渦殼水流道

C、高速電機(jī)螺旋水流道 D、高壓電線端口

E、雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)

F、雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)控制器

G、雙層屏蔽層高壓線

H、雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)

a、空壓機(jī)控制器水流道入口 b、空壓機(jī)控制器水流道

c、空壓機(jī)控制器水流道出口

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。

實(shí)施例一

請參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6，本發(fā)明敘述了一種燃料電池汽車雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)，所述雙級增壓空氣壓縮機(jī)包括：包括雙級增壓空氣壓縮機(jī)本體E、空氣壓縮機(jī)驅(qū)動器F；其中雙級增壓空氣壓縮機(jī)本體包括雙渦殼3、6，雙葉輪2、5，高壓直流電機(jī)I及特制的螺旋冷卻水流道C，空氣壓縮機(jī)驅(qū)動器F包括穩(wěn)壓器G、整流器G、保險絲G、屏蔽層G、線路板G及內(nèi)部編程G。

如圖1、圖2、圖3、圖4所示，空氣在雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)E的一級入口1經(jīng)過一級葉輪2的加壓作用，在流體設(shè)計渦殼3的流道中經(jīng)過渦管4的引流，到達(dá)二級渦殼6，在二級葉輪5的再次加壓下，使壓縮空氣達(dá)到合適的流量與壓力，在這里要特別指出的是，為了達(dá)到流量與壓力適合80-100kw燃料電池汽車功率輸出的目的，雙葉輪在一級加壓與二級加壓適合于不同的壓縮空氣流量與壓力需求；同時為了滿足流量與壓力，高壓直流電機(jī)I的特制水流道C經(jīng)過了流體化的特制螺旋設(shè)計，保證了60000-80000轉(zhuǎn)的高速電機(jī)能夠正常的散熱，為了更進(jìn)一步的散熱與雙級空壓機(jī)出口側(cè)的溫度需求，在一級渦殼3和二級渦殼6中同樣設(shè)計了水流道，來滿足散熱需求。高壓直流電機(jī)I在一定的密閉空間內(nèi)帶動葉輪2、4的旋轉(zhuǎn)能夠提供高速的流量與壓力，而水流道B、C的特殊設(shè)計能夠保證高轉(zhuǎn)速與流量的進(jìn)行。

如圖5、圖6所示，雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)H，其特征在于，包括了雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)E，雙層屏蔽層高壓線G，空氣壓縮機(jī)控制器F；雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)E的高速旋轉(zhuǎn)需要空氣壓縮機(jī)控制器F采用先進(jìn)的正弦波FOC的無位置控制技術(shù)，采用特有的啟動方式和速度響應(yīng)模式，能夠提供超強(qiáng)的扭矩和快速響應(yīng)能力，為了滿足正常的運(yùn)轉(zhuǎn)需求，需要雙層屏蔽層高壓線G的連接，而雙屏蔽層的存在減少了空氣壓縮機(jī)控制器F和雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)E的相互干擾，高壓直流電機(jī)內(nèi)部設(shè)有鈦鎳合金保護(hù)層更進(jìn)一步的保證了高速電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)?？諌簷C(jī)控制器F的正常工作離不開散熱的需求，特制的水流道在入口a進(jìn)入，經(jīng)過特制的水流道b均勻散熱，最終經(jīng)過出口c流出系統(tǒng)，帶走了空壓機(jī)控制器F的多余熱量，保證了系統(tǒng)正常的運(yùn)行。

綜上所述，本發(fā)明開發(fā)了一款雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)，不僅包括了雙冷卻高轉(zhuǎn)速大流量雙級增壓空氣壓縮機(jī)，還包括了空壓機(jī)控制器，轉(zhuǎn)速可以達(dá)到60000-80000轉(zhuǎn)，適用于燃料電池汽車至少80-100KW系統(tǒng)的需求。

這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。