本发明专利技术公开了能达到燃料电池车用空压机的要求，能输出无油压缩空气的燃料电池挡板式滑片空压机；由燃料电池挡板式滑片空压机构成的燃料电池。燃料电池挡板式滑片空压机，包括空压机、电动机、膨胀机，空压机是挡板式滑片空压机和膨胀机是挡板式滑片膨胀机，都是容积效率较高的容积式挡板式滑片机，定子内壁和或滑片具有自润滑功能，或每块滑片头部设有圆柱滚轴，使滑片压向定子内表面接触时构成滚动轴承结构，使其无油润滑工作。能输出无油压缩空气，能效高，小型化，低噪声，能小流量高压比工况下地运行，良好的动态响应能力，能降低燃料电池造价，能用作燃料电池车用空压机。由燃料电池挡板式滑片空压机构成的燃料电池能作汽车用燃料电池。
【技术实现步骤摘要】
燃料电池挡板式滑片空压机及其装置
本专利技术涉及燃烧电池空压机，具体来说涉及适用于燃料电池使用的燃料电池挡板式滑片空压机及其装置。技术背景燃料电池系统包括燃料电池电池堆、空气供应系统、氢气供应系统、热及水管理系统，如果说电池堆是燃料电池系统中的心脏，那么空气供应系统就是让心脏强劲跳动的肺，同样在燃料电池的供气方面扮演重要角色。其中，空气供应系统总成本约占燃料电池系统成本的20％，能耗约占燃料电池输出功率的20％左右，占辅助系统总能耗80％。燃料电池空气供应系统包括空气过滤器、空压机、电机、中冷器、增湿器和膨胀机，关键部件为空气压缩机，由空压机、电动机、膨胀机三个部件组成，是提升燃料电池功率密度和效率的核心装置之一。空气压缩机的性能对燃料电池系统的效率、紧凑性等有着重要影响，在其他条件相同的情况下，一个与燃料电池系统匹配程度高的空气压缩机往往能直接提升燃料电池的整体性能。燃料电池电动汽车相比纯电动汽车、混合动力汽车、燃油汽车等汽车造价昂贵，但更加环保、能效高，为此目前人们已开发出燃料电池空气压缩机分别有：无油润滑双涡圈涡旋式空压机是适合用于燃料电池的空压机结构形式，具有效率高、噪声低、结构简单、质量轻、可靠性高等特点。螺杆式空压机利用螺杆之间形成的空气槽来压缩空气，结构简单、可靠、具有宽的流量范围和良好的压比、流量特性。离心式空压机属于叶片式空压机，具有结构紧凑、响应快、寿命长和效率高等特点。螺旋式交叉滑片压缩机，螺旋式交叉滑片结构是一种富有创造性的机械结构，属于容积式机械。两组呈90°的滑片链相互啮合形成压缩空腔，并通过交叉旋转来压缩空气。罗茨式空压机作为原型机进行设计，并由电机和膨胀机联合驱动。人们通过对目前燃料电池空气压缩机进行性能对比发现，涡旋式空压机、螺杆式空压机、螺旋式交叉滑片压缩机和罗茨式空压机，不是存在叶片间存在相互摩擦，噪声和质量较大，就是存在难以与涡轮匹配工作，无法回收排气能量问题，显然空压机的寄生功率会使能耗约占去燃料电池输出功率的20％左右，不利于节能，现有技术的滑片式空压机更是榜上无名，离心式压缩机具有更大的性能优势和发展前景，被视为当前燃料电池空压机的最佳方案。人们总结实践经验得出适用于燃料电池车用空压机需要满足以下要求：1.能输出无油压缩空气。润滑油会使电堆发生中毒，因此空压机需要采用水润滑轴承或空气轴承；2.能效高。空压机的寄生功率巨大，其效率直接影响着燃料电池系统的性能；3.小型化和低成本。燃料电池受其功率密度和成本的限制，小型化和低成本有助于燃料电池汽车的产业化；4.低噪声。空压机是燃料电池系统最大的噪声源之一，空压机的噪声必须被控制；5.喘振线在小流量区。可以实现燃料电池在小流量高压比工况下地运行；6.良好的动态响应能力。当需求功率发生变化时，空气流量和压力需进行无延迟地进行调整，以跟踪输出功率的变化。对比适用于燃料电池车用空压机需要满足的要求，不难发现其实离心式压缩机用于燃料电池的空压机并不理想。燃料电池空压机实际是电动增压器的一种应用，燃料电池空压机与传统的涡轮增压器的压气机壳体和压气叶轮的结构是类似。燃料电池空压机采用的高速电机和控制器是内燃机增压器所没有的。燃料电池离心式空压机为单级增压压缩机，是速度式压气机，要输出一定压力，必须要达到一定的转速，峰值转速动辄一万转/分以上，同样对匹配驱动它的电机、膨胀机也要求峰值转速动辄一万转/分以上，所以离心式空压机技术含量较高，涉及高速电机及控制器、空气悬浮轴承等技术，特别是高速电机技术难度非常高，且技术不成熟，而且离心式空压机难以在小流量高压比工况下地运行，动态响应的能力较差，是造成燃料电池价格居高不下主要原因之一。离心式空压机压缩工质空气，消耗高速电动机和或膨胀机输出功率，使工质空气温度升高，即焓增加，空气得到压缩。膨胀机主要的作用是利用气体在膨胀机内进行绝热膨胀消耗工质空气的焓而对外做功，空气得到降温降压，即焓降，驱动离心式空压机抵消压缩空气时消耗的能量，少依赖电动机输出功率，来达到能效高目的。车用的一般是低温燃料电池，废气单位质量焓值较低，如果与离心式空压机配套的膨胀机也是速度式膨胀机，受速度就影响较大，转换效率较低。本专利申请是与挡板式滑片机专利申请具有同一申请日，挡板式滑片机的技术方案适用于本专利申请。如何在挡板式滑片机研究基础上，解决燃料电池空压机所遇到的技术难题是本专利申请所要解决的技术问题。
技术实现思路
专利技术目的：为达到燃料电池车用空压机的要求，一提供能输出无油压缩空气的燃料电池挡板式滑片空压机；二提供由燃料电池挡板式滑片空压机构成的燃料电池。本专利技术通过下述技术方案实现专利技术目的。燃料电池挡板式滑片空压机，包括空压机、电动机、膨胀机，所述的空压机是挡板式滑片空压机，定子内壁和或滑片具有自润滑功能，能无油润滑工作，所述的膨胀机是挡板式滑片膨胀机，定子内壁和或滑片是具有自润滑功能，能无油润滑工作，挡板式滑片空压机、电动机、挡板式滑片膨胀机的转轴动力连接，挡板式滑片空压机压缩空气转动方向、挡板式滑片膨胀机作功输出动力转动方向与电动机驱动方向一致，工作时把燃料电池挡板式滑片空压机连接入燃料电池系统，在控制器控制下启动电动机驱动挡板式滑片空压机、挡板式滑片膨胀机一起转动，挡板式滑片空压机消耗电动机功率输出包括温度、压力、流量适合燃料电池电池堆反应的无油压缩空气，反应后的废气进入挡板式滑片膨胀机内膨胀，推动挡板式滑片膨胀机转子转动做功转换废气焓降为机械功反馈代替电动机驱动挡板式滑片空压机转动输出无油压缩空气；当控制器检测到挡板式滑片机膨胀机输出功率反馈大于挡板式滑片空压机消耗功率时，关闭电动机；当控制器检测到挡板式滑片机膨胀机输出功率反馈小于挡板式滑片空压机消耗功率时，启动电动机与挡板式滑片膨胀机一起混合动力驱动挡板式滑片空压机输出无油压缩空气。挡板式滑片空压机和挡板式滑片膨胀机是封装同一定子外壳整体。所述挡板式滑片空压机和或挡板式滑片膨胀机的每块滑片头部设有圆柱滚轴，使滑片压向定子内表面接触时构成滚动轴承结构，使滑片与定子内壁表面的滑动摩擦变为滚动摩擦，减少摩擦力和噪声。所述电动机是中速或低速电动机。所述的挡板式滑片空压机是多级挡板式滑片空压机，排量最大级为进气级，排量最小级为排气级，能把低压空气压缩成高压比的无油压缩空气输出。所述的挡板式滑片膨胀机是多级挡板式滑片膨胀机，排量最小级为进气级，排量最大级为排气级，能提高焓降利用率。挡板式滑片空压机与挡板式滑片膨胀机之间设有循环换热装置，把从挡板式滑片空压机吸取的热量输送到挡板式滑片膨胀机冷却。挡板式滑片空压机设有冷却润滑装置。挡板式滑片膨胀机设有冷却润滑装置。一种燃料电池，燃料电池包括燃料电池电池堆、空气供应系统、氢气供应系统、热及水管理系统，所述空气供应系统的空压机是燃料电池挡板式滑片空压机。由于采用了上述技术方案，本专利技术与现有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.燃料电池挡板式滑片空压机，包括空压机、电动机、膨胀机，特征是：所述的空压机是挡板式滑片空压机，定子内壁和或滑片具有自润滑功能，能无油润滑工作，所述的膨胀机是挡板式滑片膨胀机，定子内壁和或滑片是具有自润滑功能，能无油润滑工作，挡板式滑片空压机、电动机、挡板式滑片膨胀机的转轴动力连接，挡板式滑片空压机压缩空气转动方向、挡板式滑片膨胀机作功输出动力转动方向与电动机驱动方向一致，工作时把燃料电池挡板式滑片空压机连接入燃料电池系统，在控制器控制下启动电动机驱动挡板式滑片空压机、挡板式滑片膨胀机一起转动，挡板式滑片空压机消耗电动机功率输出包括温度、压力、流量适合燃料电池电池堆反应的无油压缩空气，反应后的废气进入挡板式滑片膨胀机内膨胀，推动挡板式滑片膨胀机转子转动做功转换废气焓降为机械功反馈代替电动机驱动挡板式滑片空压机转动输出无油压缩空气；当控制器检测到挡板式滑片机膨胀机输出功率反馈大于挡板式滑片空压机消耗功率时，关闭电动机；当控制器检测到挡板式滑片机膨胀机输出功率反馈小于挡板式滑片空压机消耗功率时，启动电动机与挡板式滑片膨胀机一起混合动力驱动挡板式滑片空压机输出无油压缩空气。/n
【技术特征摘要】
1.燃料电池挡板式滑片空压机，包括空压机、电动机、膨胀机，特征是：所述的空压机是挡板式滑片空压机，定子内壁和或滑片具有自润滑功能，能无油润滑工作，所述的膨胀机是挡板式滑片膨胀机，定子内壁和或滑片是具有自润滑功能，能无油润滑工作，挡板式滑片空压机、电动机、挡板式滑片膨胀机的转轴动力连接，挡板式滑片空压机压缩空气转动方向、挡板式滑片膨胀机作功输出动力转动方向与电动机驱动方向一致，工作时把燃料电池挡板式滑片空压机连接入燃料电池系统，在控制器控制下启动电动机驱动挡板式滑片空压机、挡板式滑片膨胀机一起转动，挡板式滑片空压机消耗电动机功率输出包括温度、压力、流量适合燃料电池电池堆反应的无油压缩空气，反应后的废气进入挡板式滑片膨胀机内膨胀，推动挡板式滑片膨胀机转子转动做功转换废气焓降为机械功反馈代替电动机驱动挡板式滑片空压机转动输出无油压缩空气；当控制器检测到挡板式滑片机膨胀机输出功率反馈大于挡板式滑片空压机消耗功率时，关闭电动机；当控制器检测到挡板式滑片机膨胀机输出功率反馈小于挡板式滑片空压机消耗功率时，启动电动机与挡板式滑片膨胀机一起混合动力驱动挡板式滑片空压机输出无油压缩空气。
2.根据权利要求1所述的燃料电池挡板式滑片空压机，特征是：挡板式滑片空压机和挡板式滑片膨胀机是封装同一定子外壳整体。
3.根据权利要求1、2所述的燃料电池挡板式滑片空压机，特征是：所述挡板式滑片空压机和或挡板式滑片膨胀机的每块滑片...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗显平，
申请(专利权)人：肇庆高新区伙伴汽车技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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