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Abstract

本发明提供了一种新能源汽车集中供气系统及供气方法，空气经过空气过滤器过滤后进入两级压缩空气压缩机进行压缩升压，一级压缩空气通过旁通阀引入燃料电池系统进行反应发电；经过燃料电池系统的一级压缩空气进入空气膨胀机回收部分电能。从两级压缩空气压缩机排出的二级压缩空气进入风冷换热器冷却后大部分供给汽车刹车系统，其余部分在夏季供给空气膨胀制冷机用于车内制冷。从风冷换热器排出的热空气在冬季可进入车内进行制热。本发明无需电动制冷与制热系统，主要利用一台两级压缩空气压缩机集中对燃料电池系统、汽车刹车系统、车内制冷与制热模块提供能量，从而减少了能量转换造成的损失，极大地提高了新能源汽车用电效率和延长行驶里程。

Description

一种新能源汽车集中供气系统及供气方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，特别是涉及新能源汽车集中供气系统。
背景技术
随着全世界汽车产量和保有量的日益增多，以石油产品为动力源的车辆所排废气已经成为影响地球气候和环境污染的主要来源，能源危机也日益加重。因此，人们迫切的需要开发环保、高效的新能源汽车来改善能源短缺和环境污染的现状。燃料电池汽车(FuelCell Vehicle,FCV)以其零排放、能量转化效率高、动力性能好、续驶里程长等优势成为未来道路交通能源的理想解决方案，得到了各国政府的持续关注，也成为个各大汽车公司在技术领域竞争的焦点之一。
综合成本和性能考虑，通常采用空气直接为燃料电池电堆反应提供所需的氧气。在车用PEMFC燃料电池系统中，PEMFC系统典型的工作压力在1～3bar，且需要供气子系统连续不断的提供3bar左右、100～300kg/h的较高压力的空气。作为空气供给系统的核心部件，大约有20～30％的燃料电池输出功率被用于供气子系统提升空气的压力，成为除了负载之外燃料电池的最大耗能部件，其综合性能在很大程度上决定了燃料电池电动汽车的性能。
新能源汽车主要采用气压制动系统，其主要包括空气压缩机、储气罐、空气干燥器、制动器等几个部分。经由空气压缩机产生的高压空气对制动器的制动室内充气，从而推动活塞，通过盘式制动器中的增力机构推动摩擦片压向制动盘，实现制动。
客车乘客门按驱动方式可分为手动、电动、气动等。气动内摆门具有开度大、有效通道宽、乘客上下车方便快捷、驾驶员控制方便等优点，在客车尤其是城市客车中应用广泛。空压缩机系统为气动客车门的开关提供了所需的动力。
新能源汽车与传统汽车最大的不同之处在于能源供应系统，传统汽车采用汽油、天然气以及柴油作为燃料，驱动发动机提供驱动力，因此，一般的传统汽车空调系统采用发动机的输出机械功为驱动力，通过离合器的作用带动开启式空调压缩机工作，以实现夏季的制冷作用；在冬季采用汽车发动机冷却水为热源，对车厢内提供热风加热，实现冬季空调系统的供热。而新能源汽车大多采用电池发电驱动电机的能源系统，因此新能源汽车能源系统可直接输出高质量的电能，不需要离合器动力输出系统来带动压缩机，可直接对压缩机供电。新能源汽车空调系统主要是直接利用电能的热泵式空调系统。
在新能源汽车中，燃料电池系统分别向动力系统驱动电机、电动空气压缩机、电动制冷供电及车内其余电子设备供电。前述这些耗电单元极大地影响新能源汽车的行驶里程。
综上所述，现有技术存在的问题是通过燃料电池将氢气和氧气反应产生的电能驱动电机、电动空气压缩机、电动制冷供电及车内其余电子设备供电，极大地影响新能源汽车的行驶里程，而且会使电控系统过于复杂。
发明内容
为简化新能源汽车系统结构、提高能量转换效率、增加新能源汽车的续航里程，本发明提供了一种新能源汽车集中供气系统及供气方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种新能源汽车集中供气系统，该汽车集中供气系统包括两级压缩空气压缩机、燃料电池系统、风冷换热器以及气压制动刹车系统；所述两级压缩空气压缩机的两级气缸之间设置有用于将压缩空气供给至燃料电池系统的旁通阀，燃料电池系统与用于回收压缩空气能量的发电单元相连，风冷换热器的一端与两级压缩空气压缩机相连，另一端与气压制动刹车系统以及用于回收压缩空气能量的制冷单元相连。
所述发电单元包括与燃料电池系统相连的空气膨胀机以及与空气膨胀机相连的发电机A。
所述汽车集中供气系统还包括用于对压缩前空气进行净化处理的空气过滤器。
所述制冷单元包括与风冷换热器相连的电控阀以及与该电控阀相连的空气膨胀制冷机。
所述制冷单元还包括与空气膨胀制冷机相连的发电机B。
所述汽车集中供气系统还包括用于将风冷换热器排出至环境的热空气引入汽车内的电控蝶阀。
一种新能源汽车集中供气方法，该集中供气方法包括以下步骤：
1)将进入两级压缩空气压缩机的外界空气进行分级压缩升压，将所得部分一级压缩空气引入燃料电池系统进行反应发电，将经过反应发电后的一级压缩空气送入空气膨胀机，通过空气膨胀机驱动发电机A回收压缩空气能量；
2)将从两级压缩空气压缩机排出的二级压缩空气送入风冷换热器冷却，将冷却后的二级压缩空气供给气压制动刹车系统，或者将冷却后的二级压缩空气按比例同时送入气压制动刹车系统和空气膨胀制冷机，将空气膨胀制冷机排出的冷空气用于车内温度调节。
所述集中供气方法还包括以下步骤：将经风冷换热器排出的在冷却二级压缩空气时所产生的热空气用于车内温度调节。
所述外界空气进入两级压缩空气压缩机前预先经过空气过滤器净化。
所述空气膨胀制冷机通过驱动发电机B回收压缩空气能量。
本发明的有益效果体现在：
本发明使得新能源汽车无需配备氟利昂类型的电动制冷与制热系统，主要利用一台两级压缩空气压缩机集中对燃料电池系统、汽车刹车系统、车内制冷与制热模块提供能量。不仅简化了新能源汽车系统结构、减少了能量转换造成的损失，提高能量转换效率，而且极大地提高了新能源汽车用电效率，延长了新能源汽车行驶里程。
附图说明
图1为本发明的新能源汽车集中供气系统流程图；
图中：1、空气过滤器；2、两级压缩空气压缩机；3、电机；4、燃料电池系统；5、空气膨胀机；6、发电机A；7、风冷换热器；8、电控蝶阀；9、气压制动刹车系统；10、电控阀；11、空气膨胀制冷机；12、发电机B；13、电风扇。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，所述是对本发明的解释而非限定。
以燃料电池新能源汽车集中供气系统为例，对本发明主要内容做出解释说明。但需要特别说明的是，本发明仍然可以扩展应用到混合动力系能源汽车、纯电动汽车等其它新能源汽车。
如图1所示，燃料电池新能源汽车集中供气系统，包括空气过滤器1、两级压缩空气压缩机2、电机3、燃料电池系统4、空气膨胀机5、发电机A 6、风冷换热器7、电控蝶阀8、气压制动刹车系统9、电控阀10(需具有压力调节功能)、空气膨胀制冷机11、发电机B 12；
空气经过空气过滤器1过滤后进入两级压缩空气压缩机2进行压缩升压，其中两级压缩空气压缩机2的第一级压缩部分(第一级压缩部分即为低压压缩组件)产生的一级压缩空气通过旁通阀引入燃料电池系统4进行反应发电，所产生的电能可用于驱动汽车以及使电机3带动两级压缩空气压缩机2持续工作；经过燃料电池系统4与氢气(不来自压缩空气)进行质子交换发电后的一级压缩空气还有一部分压力和温度，故被引入空气膨胀机5驱动发电机A 6回收得到部分电能供车内电器元件使用，空气膨胀机5做功后排出的低压、低温乏气直接排向大气环境。从两级压缩空气压缩机2排出的高压力和高温度的二级压缩空气进入风冷换热器7冷却后，大部分供给气压制动刹车系统9，其余二级压缩空气在夏季通过电控阀10供给空气膨胀制冷机11，空气膨胀制冷机11驱动发电机B 12发电后压力和温度都降低，形成冷空气，方便用于车内制冷，并可作为车内洁净的新风。二级压缩空气从两级压缩空气压缩机2排出时温度较高，风冷换热器7将流过其内部管路的二级压缩空气与通过其自带的电风扇13驱动的周围空气进行换热(即风冷换热器利用电风扇驱动周围空气进入风冷换热器换热后形成热空气)，从风冷换热器7排出的热空气在冬季可通过电控蝶阀8进入车内进行制热。
上述燃料电池新能源汽车集中供气系统为开源系统，空气来自大气环境，压缩空气仅作为增压供给助燃材料，不作为动力源，供气用于燃烧后最终排出。优选的，所应用的压缩机压力范围、制冷温区分别为0.7～2MPa、-15℃以上(一般不超过35℃)。

Claims (10)

1.一种新能源汽车集中供气系统，其特征在于：该汽车集中供气系统包括两级压缩空气压缩机(2)、燃料电池系统(4)、风冷换热器(7)以及气压制动刹车系统(9)；所述两级压缩空气压缩机(2)的两级气缸之间设置有用于将压缩空气供给至燃料电池系统(4)的旁通阀，燃料电池系统(4)与用于回收压缩空气能量的发电单元相连，风冷换热器(7)的一端与两级压缩空气压缩机(2)相连，另一端与气压制动刹车系统(9)以及用于回收压缩空气能量的制冷单元相连。
2.根据权利要求1所述一种新能源汽车集中供气系统，其特征在于：所述发电单元包括与燃料电池系统(4)相连的空气膨胀机(5)以及与空气膨胀机(5)相连的发电机A(6)。
3.根据权利要求1所述一种新能源汽车集中供气系统，其特征在于：所述汽车集中供气系统还包括用于对压缩前空气进行净化处理的空气过滤器(1)。
4.根据权利要求1或3所述一种新能源汽车集中供气系统，其特征在于：所述制冷单元包括与风冷换热器(7)相连的电控阀(10)以及与该电控阀(10)相连的空气膨胀制冷机(11)。
5.根据权利要求4所述一种新能源汽车集中供气系统，其特征在于：所述制冷单元还包括与空气膨胀制冷机(11)相连的发电机B(12)。
6.根据权利要求1所述一种新能源汽车集中供气系统，其特征在于：所述汽车集中供气系统还包括用于将风冷换热器(7)排出至环境的热空气引入汽车内的电控蝶阀(9)。
7.一种新能源汽车集中供气方法，其特征在于：该集中供气方法包括以下步骤：
1)将进入两级压缩空气压缩机(2)的外界空气进行分级压缩升压，将所得部分一级压缩空气引入燃料电池系统(4)进行反应发电，将经过反应发电后的一级压缩空气送入空气膨胀机(5)，通过空气膨胀机(5)驱动发电机A(6)回收压缩空气能量；
2)将从两级压缩空气压缩机(2)排出的二级压缩空气送入风冷换热器(7)冷却，将冷却后的二级压缩空气供给气压制动刹车系统(9)，或者将冷却后的二级压缩空气同时送入气压制动刹车系统(9)和空气膨胀制冷机(11)，将空气膨胀制冷机(11)排出的冷空气用于车内温度调节。
8.根据权利要求7所述一种新能源汽车集中供气方法，其特征在于：所述集中供气方法还包括以下步骤：将经风冷换热器(7)排出的在冷却二级压缩空气时所产生的热空气用于车内温度调节。
9.根据权利要求7所述一种新能源汽车集中供气方法，其特征在于：所述外界空气进入两级压缩空气压缩机(2)前预先经过空气过滤器(1)净化。
10.根据权利要求7所述一种新能源汽车集中供气方法，其特征在于：所述空气膨胀制冷机(11)通过驱动发电机B(12)回收压缩空气能量。
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