一种空压机系统及氢燃料电池系统

技术领域

本发明涉及氢燃料电池技术领域，特别涉及一种空压机系统及氢燃料电池系统。

背景技术

氢燃料电池系统是一种通过氢气和氧气发生化学反应将化学能转化为电能的装置，该化学反应实际为一种发电过程。氢燃料电池系统发电效率高、无噪声、无污染，是一种环境友好型的发电装置，因此已被广泛应用于新能源汽车等技术领域。

氢燃料电池系统通常包括电堆堆栈、供氢模块、以及空气供应模块，其中电堆堆栈为氢燃料电池系统的核心构件，其由多个单体电池以串联方式层叠组合而成，并决定了所述氢燃料电池系统的功率大小。供氢模块则提供燃料来源，供氢模块的储氢容量决定了所述氢燃料电池的工作时长。空气供应模块则用于根据电堆的输出功率，为燃料电池提供足够的压力和流量的干净空气，满足燃料电池对氧气的需求，其主要包括空气过滤器、空压机、空压机控制器及中冷器，其中空压机用于对空气进行增压，以提高氢燃料电池系统的功率输出。

现有氢燃料电池系统中的空压机通常与其控制器分开布置，分别安装在系统的悬置上，或者空压机安装在系统悬置上，空压机控制器集成在DCDC内部。然而，空压机与空压机控制器分开布置，一方面会使得它们之间的高压连接线束、低压连接线束以及水路水管的连接走向复杂，增加氢燃料电池系统集成的难度。另一方面，由于需要大量的线束、水管、以及相关的辅件实现两者间的连接，还会导致系统整体成本偏高。此外，空压机及其控制器占用体积大，会降低氢燃料电池系统的功率密度，还可能导致较大的EMC电磁干扰风险。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明第一方面提供一种空压机系统，其将空压机与空压机控制器集成一体，包括：

空压机；以及

控制器，其连接至所述空压机的壳体上，且通过接线装置与所述空压机电气连接，以实现对空压机的控制。

进一步地，所述控制器通过螺纹连接的方式固定至所述空压机的壳体上。

进一步地，所述控制器与所述空压机之间设置有至少一个减震垫。

进一步地，所述空压机为双级空压机，且包括：

壳体，其内部设置有电机定子及转子，所述壳体的表面设置有出线孔；

一级压壳，设置于所述壳体的第一端部；以及

二级压壳，其设置于所述壳体的第二端部，且通过中间管与所述一级压壳连通。

进一步地，所述控制器包括：

箱体，其内部设置有电路板及功率部件，所述电路板和/或功率器件通过所述接线座与所述空压机电气连接，并通过低压接插件以及高压接插件与外部器件电气连接；以及

盖板，覆盖于所述箱体的顶部。

进一步地，所述接线座包括三相母排，所述三相母排与电机定子的三相线鼻子连接，为电机输出电流。

进一步地，所述接线座包括密封圈，使得所述接线座与所述出线孔径向密封。

进一步地，所述控制器还包括低压接插件以及高压接插件。

进一步地，所述空压机系统还包括水冷模块，所述水冷模块包括：

进水管，设置于所述控制器的表面，其第一端连接至外部水源，第二端与所述控制器的内部水路连通，以实现控制器的散热功能；

控制器出水口，设置于所述控制器的表面，其与所述控制器的内部水路连通，并通过连接水嘴连接至空压机进水口；

空压机进水口，设置于所述空压机的表面，与所述空压机的内部水路连通，以实现空压机的散热功能；以及

出水管，设置于所述空压机的表面，其与所述空压机的内部水路连通。

进一步地，所述连接水嘴的两端设置有密封圈，使得所述连接水嘴与所述控制器出水口及空压机进水口径向密封。

基于如前所述的空压机系统，本发明第二方面提供一种氢燃料电池系统，其包括如前所述的空压机系统。

本发明提供的一种空压机系统，将控制器与空压机集成为一体，整体体积小、重量轻，相较而言，可减少约20％的整体体积，以及约10％的整体重量。进而所述空压机系统可以安装到氢燃料电池系统集成中，也可以按照氢燃料电池整车的要求，布置在整车底盘或悬架上，布置更加灵活多变，降低了氢燃料电池系统和氢燃料电池汽车布置的难度。采用这种集成结构，一方面可以节省空压机与其控制器之间的高压线束、低压线束以及水路连接件及其辅件，进而有效地降低氢燃料电池系统集成的难度，降低氢燃料电池系统的成本，提高氢燃料电池系统的功率密度。另一方面由于其三相线为内部走线，因此还可有效地降低EMC电磁干扰的风险。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出本发明一个实施例的一种空压机系统的结构示意图；

图2示出本发明一个实施例的一种空压机系统的连接示意图；

图3示出本发明一个实施例的一种空压机系统的接线座的结构示意图；

图4示出本发明一个实施例的一种空压机系统的接线座与出线孔的连接示意图；以及

图5示出本发明一个实施例的一种空压机系统的连接水嘴的结构示意图。

附图标记列表

101 控制器

102 空压机

111 盖板

112 箱体

113 接线座

1131 第一密封圈

114 减震垫

115 进水管

116 连接水嘴

1161 第二密封圈

117 低压接插件

118 高压接插件

121 一级压壳

122 中间管

123 二级压壳

124 出水管

125 壳体

1251 空压机进水口

1252 出线孔

1253 连接片

126 电机定子

1261 三相线鼻子

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

为了解决现有的空压机与控制器分开布置所导致的集成难度高、功率密度大等问题，本发明提供一种空压机系统，将空压机与控制器集成为一体，使得其既可以安装到氢燃料电池系统集成，也可以安装到氢燃料车辆的其他位置，进而节省空压机与控制器之间的高压线束、低压线束以及水路连接件及其辅件，降低氢燃料电池系统集成的难度，降低氢燃料电池系统的成本，提高氢燃料电池系统的功率密度，降低氢燃料电池整车的布置难度，降低EMC电磁干扰的风险。

下面结合实施例附图对本发明的方案做进一步描述。

图1示出本发明一个实施例的一种空压机系统的结构示意图。如图1所示，所述空压机系统包括空压机102，以及连接至所述空压机102的壳体上的控制器101。图2示出本发明一个实施例的一种空压机系统的连接示意图。如图2所示，所述控制器101通过接线座113与所述空压机102电气连接，以实现对所述空压机102的控制。

在本发明的一个实施例中，所述控制器101通过螺纹连接的方式固定至所述空压机102的壳体125上。如图2所示，所述壳体125上设置有若干连接片1253，其上设置有螺纹孔，进而所述控制器可以通过螺栓固定至所述壳体125上。为了减小空压机和/或燃料电池系统的振动传递到控制器，进而避免损坏控制器内部的元器件，在本发明的一个实施例中，在所述控制器101与所述空压机102之间设置有至少一个减震垫114，所述减震垫例如可以取代一个或多个螺栓，安装至所述螺纹孔中。

在本发明的一个实施例中，所述控制器101包括箱体112以及盖板111。其中所述盖板111覆盖于所述箱体112的顶部，所述箱体112的内部设置有电路板及功率部件(图中未示出)。所述功率部件例如包括I GBT、电容、母排等。所述电路板和/或功率器件通过所述接线座113、低压接插件117以及高压接插件118等接线装置与空压机和/或外部器件电气连接。图3示出本发明一个实施例的一种空压机系统的接线座的结构示意图。如图3所示，在本发明的一个实施例中，所述接线座113上设置有三相母排。所述接线座113通过所述空压机壳体125上的穿线孔1252直接穿到空压机的内部，所述空压机内部的电机定子126的三相线鼻子1261直接与所述接线座113的三相母排连接，使得所述控制器101可以通过所述三相母排输出电流给电机三相线。三相线内部直连，可以减少控制器与空压机之间的三相连接线束，既可以节省成本，也可降低EMC风险。图4示出本发明一个实施例的一种空压机系统的接线座与出线孔的连接示意图。如图4所示，在本发明的一个实施例中，为了实现所述空压机的腔体与所述控制器的腔体之间的密封，在所述密封圈113上还设置有第一密封圈1131，其与所述出线孔1252径向密封，进而可以防止空压机腔体内部的高温高压气体泄漏到控制器腔体内，而控制器腔体通过防水透气阀与外界大气相通。空压机腔体与控制器腔体之间的密封，即可以减少压缩空气的泄漏，提高系统效率，又可以降低空压机内高温气体对控制器内部元器件的老化作用，提高系统寿命。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，所述空压机为双级空压机，其包括壳体125、一级压壳121以及二级压壳123。其中所述壳体125的内部设置有电机定子、电机转子、空气轴承、叶轮等部件，其表面设置有出线孔1252，使得所述控制器的接线座113可以直接与所述电机定子的三相线电气连接。所述一级压壳121设置于所述壳体125的第一端部，所述二级压壳123则设置于所述壳体125的第二端部，且通过中间管122与所述一级压壳121连通。

在本发明的一个实施例中，所述空压机系统通过水冷模块进行冷却，其中所述控制器的内部水路与空压机的内部水路直接连通，而不需要额外接水管，进而可以降低空压机与控制器系统水阻。如图2所示，在本发明的一个实施例中，所述水冷模块包括进水管115、控制器出水口、连接水嘴116、空压机进水口1251以及出水管124。其中所述进水管115设置于所述控制器101的表面，其第一端连接至外部水源，第二端与所述控制器的内部水路连通，可将水或冷却液引入所述控制器的内部水路，以冷却I GBT以及控制器内部的电容、母排等零件，降低控制器过热的风险。流经所述控制器的内部水路后，自所述控制器出水口流出，并通过所述连接水嘴116送至所述空压机进水口1251，进而进入空压机的内部水路，以冷却电机定子、转子、空气轴承等零件，降低空压机运行的温度，提高空压机的寿命。最终所述水或冷却液流经所述空压机的内部水路后，自所述出水管124排出所述空压机系统。

图5示出本发明一个实施例的一种空压机系统的连接水嘴的结构示意图。如图5所示，在本发明的一个实施例中，所述连接水嘴116的两端设置有第二密封圈1161，使得所述连接水嘴116与所述控制器出水口及空压机进水口径向密封，即方便安装又可以实现IP67功能。

基于如前所述的空压机系统，本发明还提供一种氢燃料电池系统，其包括如前所述的空压机系统。

本发明提供的一种空压机系统，将控制器与空压机集成为一体，相较而言，可减少约20％的整体体积，以及约10％的整体重量，提高氢燃料电池系统的功率密度，并使得其可以安装到氢燃料电池系统集成，也可以按照氢燃料电池整车的要求，布置在整车底盘或悬架上，布置更加灵活多变，降低了氢燃料电池系统和氢燃料电池汽车布置的难度。采用这种集成结构，相较于原有设计方案，节省了一根三相线束、一套三相接插件、连接水管以及接线盒等零件，空压机控制器系统成本可降低15％至20％，且有效地降低了氢燃料电池系统集成的难度。另一方面由于其三相线为内部走线，因此还可有效地降低EMC电磁干扰的风险。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。