CN108172872A - 一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统。采用一个空气压缩机同时为燃料电池和制动气路的储气罐提供空气，系统集成度高，成本较低；并且，相对与常规制动用空气压缩机，本发明提供的空气压缩机长期处于变负载持续工作状态，减少了空气压缩机的磨损，可靠性较高。

Description

一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统

技术领域

本申请涉及燃料电池电动汽车技术领域，更具体地说，涉及一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统。

背景技术

燃料电池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下，在燃料电池中经电化学反应产生的电能，并作为主要动力源驱动的汽车。现有燃料电池电动汽车，通过燃料电池气路空气压缩机和制动气路空气压缩机两套独立的系统，进行空气的补给。制动气路空气压缩机断续工作，经常发生启停模式，而空气压缩机启动时，负载冲击大，磨损较大。

发明内容

有鉴于此，本申请提出一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统，欲解决制动气路空气压缩机断续工作，造成的空气压缩机磨损较大的技术问题。

为了解决上述技术问题，现提出的方案如下：

一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统，包括：VCU(Vehicle Control Unit，整车控制器)、空气压缩机、三通阀、燃料电池氧化剂管路和制动空气输入管路；

所述空气压缩机将压缩后的空气通过所述三通阀分别输送给所述燃料电池氧化剂管路和所述制动空气输入管路；

所述燃料电池氧化剂管路包括第一调控装置，所述制动空气输入管路包括第二调控装置；

所述VCU分别连接所述第一调控装置、所述第二调控装置和所述空气压缩机；

所述第一调控装置，用于调节提供给燃料电池的空气的气体状态；

所述第二调控装置，用于调节提供给储气罐的空气的气体状态。

优选的，所述第一调控装置，包括：第一冷却装置、第一电控节流阀和第一电控限压阀；

所述VCU分别连接所述第一冷却装置、所述第一电控节流阀和所述第一电控限压阀；

所述第一冷却装置，用于调节提供给所述燃料电池的空气的温度；

所述第一电控节流阀，用于调节提供给所述燃料电池的空气的流量；

所述第一电控限压阀，用于调节提供给所述燃料电池的空气的压力。

优选的，所述第二调控装置，包括：第二冷却装置、第二电控节流阀和第二电控限压阀；

所述VCU分别连接所述第二冷却装置、所述第二电控节流阀和所述第二电控限压阀；

所述第二冷却装置，用于调节提供给所述储气罐的空气的温度；

所述第二电控节流阀，用于调节提供给所述储气罐的空气的流量；

所述第二电控限压阀，用于调节提供给所述储气罐的空气的压力。

优选的，所述系统，还包括：设置在所述空气压缩机的进气管路的过滤器；

所述过滤器，用于对要进入所述空气压缩机的空气进行粉尘颗粒物过滤。

优选的，所述系统，还包括：设置在所述空气压缩机的进气管路的污染气体去除装置；

所述污染气体去除装置，用于对要进入所述空气压缩机的空气中的CO、SO₂、NO₂进行去除。

优选的，所述燃料电池氧化剂管路，还包括：

第一单向阀，用于确保所述燃料电池氧化剂管路的内空气流向指向所述燃料电池。

优选的，所述制动空气输入管路，还包括：

第二单向阀，用于确保所述制动空气输入管路内的空气流向指向所述储气罐。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统。采用一个空气压缩机同时为燃料电池和制动气路的储气罐提供空气，系统集成度高，成本较低；并且，相对与常规制动用空气压缩机，本发明提供的空气压缩机长期处于变负载持续工作状态，减少了空气压缩机的磨损，可靠性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例公开的一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统的结构示意图；

图2为本实施例公开的第一调控装置51和第二调控装置61的具体结构示意图；

图3为本实施例公开的另一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统的结构示意图；

图4为本实施例公开的另一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本实施例提供一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统，参见图1，该系统包括：VCU1、空气压缩机2、三通阀3、燃料电池氧化剂管路5和制动空气输入管路6；

所述空气压缩机2将压缩后的空气通过所述三通阀3分别输送给所述燃料电池氧化剂管路5和所述制动空气输入管路6；

所述燃料电池氧化剂管路5包括第一调控装置51，所述制动空气输入管路6包括第二调控装置61；

所述VCU1分别连接所述第一调控装置51、所述第二调控装置61和所述空气压缩机2；

所述第一调控装置51，用于调节提供给燃料电池7的空气的气体状态；

所述第二调控装置61，用于调节提供给储气罐8的空气的气体状态。

储氢装置9存储氢气，为燃料电池7提供氢气来源。燃料电池7通过一定的化学反应，将氢气和空气中氧气反应，转化为水和热量，同时输出电流，通过DCAC进行直流转交流，为电动汽车提供电能来源。

动力电池10的电源输出端与燃料电池7的电源输出端并联，为电动汽车提供驱动动力和其它辅机的电能来源。燃料电池7工作前动力电池10为空气压缩机2供电，燃料电池7工作可以提供电能后，空气压缩机2可由燃料电池7来供电。动力电池10的充、放电过程，由BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统)进行控制。PDU(Power DistributionUnit，动力电源分配单元)，控制高压电气系统的上、下电过程、以及高压电源输出的分配管理和过程监测。

VCU1控制动力系统的扭矩输出、空气压缩机2的转速和扭矩控制、以及对第一调控装置51和第二调控装置61的调控进行控制。VCU1根据燃料电池氧化剂管路5和制动空气输入管路6的需求流量总和控制空气压缩机2的转速和扭矩。

VCU1控制空气压缩机2进行对空气进行增压，增压后的空气经过三通阀3分流，分成两路，一路空气流入燃料电池氧化剂管路5，另一路空气流入制动空气输入管路6。VCU1通过第一调控装置51调节提供给燃料电池7的空气的气体状态，包括气体的压力、温度和流量等，氧气和氢气在燃料电池7进行化学反应，完成发电过程。VCU1通过第二调控装置61调节提供给储气罐8的空气的气体状态，包括气体的压力、温度和流量等。储气罐8存储一定容积和压力的气体，在驾驶员踩下制动踏板时，由整车底盘制动系统完成排气制动操作，为制动系统提供空气动力源。

本实施例提供的空气压缩系统，采用一个空气压缩机同时为燃料电池和制动气路的储气罐提供空气，系统集成度高，成本较低；并且，相对与常规制动用空气压缩机，本实施例提供的空气压缩机长期处于变负载持续工作状态，减少了空气压缩机的磨损，可靠性较高。

参见图2，所述第一调控装置51，具体包括：第一冷却装置511、第一电控节流阀512和第一电控限压阀513。所述第二调控装置61，包括：第二冷却装置611、第二电控节流阀612和第二电控限压阀613。

VCU1分别连接所述第一冷却装置511、所述第一电控节流阀512和所述第一电控限压阀513；

所述第一冷却装置511，用于调节提供给所述燃料电池7的空气的温度。通过第一冷却装置511对进过分流进入燃料电池氧化剂管路5的空气进行冷却，以使空气温度满足相应的需求。第一冷却装置511包括冷却管道、冷却水泵和冷却风扇。冷却管道设置在燃料电池氧化剂管路5的外表面，冷却水泵带动冷却液在冷却管道内循环，进而实现对路燃料电池氧化剂管路5内空气温度的控制，冷却风扇对冷却管道进行散热。

所述第一电控节流阀512，用于调节提供给所述燃料电池7的空气的流量。通过调节第一电控节流阀512的开度大小，控制燃料电池氧化剂管路5内空气的流量，进而满足相关发电量所需的氧气量。

所述第一电控限压阀513，用于调节提供给所述燃料电池7的空气的压力。通过调节第一电控限压阀513的开度大小，控制流向燃料电池7的空气的压力，以满足相应的压力需求。电控限压阀通过调节电磁阀控制线圈的通入电流，调节阀电磁铁的吸合力，使得阀芯处于不同开度。阀芯处于不同开度时，气体的体积V变化，由于调压过程中气体变化很慢，可视为等温变化过程，即PV＝常熟，因此，可以通过调节第一电控限压阀513的开度大小，实现空气压力的调整。

所述第二冷却装置611，用于调节提供给所述储气罐8的空气的温度。通过第二冷却装置611对分流进入制动空气输入管路6的空气进行冷却，以使空气温度满足相应需求。

所述第二电控节流阀612，用于调节提供给所述储气罐8的空气的流量。通过调节第二电控节流阀612的开度大小，控制制动空气输入管路5内空气的流量，进而满足相关的流量需求。

所述第二电控限压阀613，用于调节提供给所述储气罐8的空气的压力。通过调节第二电控限压阀613的开度大小，控制提供给储气罐8的空气的压力，以满足相应的压力需求。

参见图3，在空气压缩机2的进气管路21设置过滤器22和污染气体去除装置23。

所述过滤器22，用于对要进入所述空气压缩机2的空气进行粉尘颗粒物过滤。过滤器22通过设置前置过滤网和集尘过滤网等，吸附粉尘颗粒物，过滤掉空气中的粉尘颗粒物，保证了气路的顺畅性。

所述污染气体去除装置23，用于对要进入所述空气压缩机的空气中的CO、SO₂、NO₂进行去除。CO、SO₂、NO₂等污染气体会造成燃料电池7的阴极催化剂Pt中毒，降低催化剂的活性和稳定性。污染气体去除装置23将CO通过加热燃烧生成CO₂，并通过喷射尿素对SO₂、NO₂进行处理。除去空气中的CO、SO₂、NO₂等污染气体，防止污染气体腐蚀燃料电池7中的反应催化剂。

参见图4，在燃料电池氧化剂管路5设置第一单向阀52，用于确保所述燃料电池氧化剂管路5的内空气流向指向所述燃料电池7，防止气路倒流。在制动空气输入管路6设置第二单向阀62，用于确保所述制动空气输入管路6内的空气流向指向所述储气罐8，防止气路倒流。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统，其特征在于，包括：整车控制器、空气压缩机、三通阀、燃料电池氧化剂管路和制动空气输入管路；

所述空气压缩机将压缩后的空气通过所述三通阀分别输送给所述燃料电池氧化剂管路和所述制动空气输入管路；

所述燃料电池氧化剂管路包括第一调控装置，所述制动空气输入管路包括第二调控装置；

所述整车控制器分别连接所述第一调控装置、所述第二调控装置和所述空气压缩机；

所述第一调控装置，用于调节提供给燃料电池的空气的气体状态；

所述第二调控装置，用于调节提供给储气罐的空气的气体状态。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一调控装置，包括：第一冷却装置、第一电控节流阀和第一电控限压阀；

所述整车控制器分别连接所述第一冷却装置、所述第一电控节流阀和所述第一电控限压阀；

所述第一冷却装置，用于调节提供给所述燃料电池的空气的温度；

所述第一电控节流阀，用于调节提供给所述燃料电池的空气的流量；

所述第一电控限压阀，用于调节提供给所述燃料电池的空气的压力。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二调控装置，包括：第二冷却装置、第二电控节流阀和第二电控限压阀；

所述整车控制器分别连接所述第二冷却装置、所述第二电控节流阀和所述第二电控限压阀；

所述第二冷却装置，用于调节提供给所述储气罐的空气的温度；

所述第二电控节流阀，用于调节提供给所述储气罐的空气的流量；

所述第二电控限压阀，用于调节提供给所述储气罐的空气的压力。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统，还包括：设置在所述空气压缩机的进气管路的过滤器；

所述过滤器，用于对要进入所述空气压缩机的空气进行粉尘颗粒物过滤。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统，还包括：设置在所述空气压缩机的进气管路的污染气体去除装置；

所述污染气体去除装置，用于对要进入所述空气压缩机的空气中的CO、SO₂、NO₂进行去除。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料电池氧化剂管路，还包括：

第一单向阀，用于确保所述燃料电池氧化剂管路的内空气流向指向所述燃料电池。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制动空气输入管路，还包括：

第二单向阀，用于确保所述制动空气输入管路内的空气流向指向所述储气罐。