本实用新型专利技术提供了一种用于燃料电池的空气进气装置，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术采用加热水套和PTC加热带造成空压机结构复杂、成本升高、控制繁琐的问题。该装置包括空压机。其中，空压机进一步包括壳体和位于壳体内的永磁同步电机、压气机和涡轮膨胀机。其中，壳体、压气机的叶轮、涡轮膨胀机的涡轮和蜗壳均采用铁磁材料或在非铁磁材料的表面覆盖铁磁材料涂层制备。其中，永磁同步电机的转轴一端安装有压气机，另一端安装有涡轮膨胀机。压气机的输出端与燃料电池电堆的空气入口连接；涡轮膨胀机的回收气体入口与燃料电池电堆的空气尾气出口连接。该装置利用电涡流加热和磁滞损耗加热原理解决空压机的膨胀端在低温冷启动时的结冰问题。冷启动时的结冰问题。冷启动时的结冰问题。
【技术实现步骤摘要】
一种用于燃料电池的空气进气装置
[0001]本技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种用于燃料电池的空气进气装置。
技术介绍
[0002]随着在重卡等大型车辆上的应用，燃料电池系统的功率越来越大，导致空压机的功耗也越来越大。大功率燃料电池系统的尾排气体具有较高的能量，包括动能和热能，通过带有膨胀机的空压机回收燃料电池系统的尾排气体的能量可以有效降低空压机的功耗，进而提高燃料电池系统的综合能量利用效率。但是，尾排气体中通常混有较多的液态水和水蒸气，在低温冷启动时空压机膨胀端残留的液态水会结冰，进而导致涡轮与蜗壳卡滞，使得空压机无法正常开机。
[0003]现有技术有两种方法可以解决上述空压机膨胀端的结冰问题。第一种方法是在蜗壳表面增加水套，在冷启动开机之前通过加热水套内的水对涡轮蜗壳进行加热。第二种方法是在蜗壳外表面或其他位置安装PTC加热带，通过PTC加热带对涡轮蜗壳进行加热。但上述两种方法均会造成空压机本体结构较为复杂，使得成本升高，同时使燃料电池系统的热管理架构、电气架构亦变得复杂，控制繁琐。
技术实现思路
[0004]鉴于上述的分析，本技术实施例旨在提供一种用于燃料电池的空气进气装置，用以解决现有技术采用加热水套和PTC加热带造成空压机结构复杂、成本升高、控制繁琐的问题。
[0005]一方面，本技术实施例提供了一种用于燃料电池的空气进气装置，包括空压机；其中，
[0006]空压机进一步包括壳体和位于壳体内的永磁同步电机、压气机和涡轮膨胀机；所述壳体、压气机的叶轮、涡轮膨胀机的涡轮和蜗壳均采用铁磁材料或在非铁磁材料的表面覆盖铁磁材料涂层；
[0007]永磁同步电机的转轴一端安装有压气机，另一端安装有涡轮膨胀机；压气机的输出端与燃料电池电堆的空气入口连接；涡轮膨胀机的回收气体入口与燃料电池电堆的空气尾气出口连接。
[0008]上述技术方案的有益效果如下：利用电涡流加热和磁滞损耗加热的方法解决空压机的膨胀端在低温冷启动时的结冰问题。具体地，当空压机的壳体、叶轮、涡轮、蜗壳采用铁磁材料或在非铁磁材料表面覆盖铁磁材料的涂层时，永磁同步电机产生的交变磁场实现涡流加热的同时会使铁磁材料反复磁化，磁畴相互间不停的摩擦产生热量，即使得空压机的壳体、叶轮、涡轮、蜗壳等零部件温度升高，进而实现融冰功能。
[0009]基于上述装置的进一步改进，所述空气进气装置还包括在空压机启动时识别到空压机内部存在低温结冰现象时控制永磁同步电机的交轴电流I
q
=0、直轴电流I
d
为设定频率
和设定幅值的交流电流对空压机进行设定加热时间的电涡流加热和磁滞损耗加热后再正常启动空压机的控制器；并且，
[0010]所述控制器的输出端与永磁同步电机的控制端连接。
[0011]进一步，所述设定加热时间为当前环境温度下对涡壳进行电涡流加热和磁滞损耗加热达到消冰效果所需的最短加热时间。
[0012]进一步，所述控制器包括依次连接的数据获取单元、数据处理与控制单元。
[0013]进一步，所述数据获取单元进一步包括：
[0014]环境温度传感器，设于空压机外的周围环境中。
[0015]进一步，所述数据获取单元还包括：
[0016]红外温度传感器，设于涡轮膨胀机的进气管道内壁上。
[0017]进一步，所述数据获取单元还包括:
[0018]叶轮转速和扭矩监测子单元，设于压气机叶轮处。
[0019]进一步，所述压气机的进气端处设有空气过滤网；并且，
[0020]所述涡轮膨胀机的涡轮和压气机的叶轮分别安装在永磁同步电机转轴的两端。
[0021]进一步，所述数据获取单元还包括:
[0022]气体温度
‑
流量一体传感器，设于涡轮膨胀机的进气口处；并且，
[0023]所述控制器具有显示模块，所述显示模块的显示屏上显示当前时刻的环境温度、根据该环境温度识别空压机内部存在低温结冰现象的结果、空压机的启动状态，以及，包含空气尾气能量信息的涡轮膨胀机的进气口处气体的温度、流量。
[0024]进一步，所述转轴通过高速滚动轴承或高速滑动轴承支撑在永磁同步电机的两端；并且，
[0025]在所述涡轮膨胀机的回收气体入口与燃料电池的空气尾气出口之间设置有流量分配阀。
[0026]与现有技术相比，本技术至少可实现如下有益效果之一：
[0027]1、空压机在冷启动时先不进行转动，控制永磁同步电机的交轴电流I
q
=0、直轴电流I
d
为设定频率和设定幅值的交流电流对空压机进行设定加热时间的电涡流加热，待融冰结束后再正常启动空压机。
[0028]2、通过电涡流加热和磁滞损耗加热两种原理的加热方式对空压机内部气体管路进行融冰，加热效果好，融冰速度快。
[0029]3、避免了采用加热水套和PTC加热带造成空压机结构复杂、成本升高、控制繁琐的问题。
[0030]4、增加了空气过滤网能够提高空压机的使用寿命，增加了流量分配阀，可根据需求对进入涡轮膨胀机内的尾气进行流量调整。
[0031]提供
技术实现思路
部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。
技术实现思路
部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
[0032]通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它
目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0033]图1示出了实施例1用于燃料电池的空气进气装置组成示意图；
[0034]图2示出了实施例1永磁同步电机的直轴电流与交轴电流控制示意图。
[0035]附图标记：
[0036]N
‑ꢀ
地磁北极；S
‑ꢀ
地磁南极；D轴方向
‑ꢀ
直轴电流方向；Q轴方向
‑ꢀ
交轴电流方向；Is
‑ꢀ
控制电流。
具体实施方式
[0037]下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0038]在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
[0039]为了更清楚地说明本技术的技术效果，首先介绍其涉及本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池的空气进气装置，其特征在于，包括空压机；其中，空压机进一步包括壳体和位于壳体内的永磁同步电机、压气机和涡轮膨胀机；所述壳体、压气机的叶轮、涡轮膨胀机的涡轮和蜗壳均采用铁磁材料或在非铁磁材料的表面覆盖铁磁材料涂层；永磁同步电机的转轴一端安装有压气机，另一端安装有涡轮膨胀机；压气机的输出端与燃料电池电堆的空气入口连接；涡轮膨胀机的回收气体入口与燃料电池电堆的空气尾气出口连接。2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的空气进气装置，其特征在于，还包括在空压机启动时识别到空压机内部存在低温结冰现象时控制永磁同步电机的交轴电流I
q
=0、直轴电流I
d
为设定频率和设定幅值的交流电流对空压机进行设定加热时间的电涡流加热和磁滞损耗加热后再正常启动空压机的控制器；并且，所述控制器的输出端与永磁同步电机的控制端连接。3.根据权利要求2所述的用于燃料电池的空气进气装置，其特征在于，所述设定加热时间为当前环境温度下对涡壳进行电涡流加热和磁滞损耗加热达到消冰效果所需的最短加热时间。4.根据权利要求2或3所述的用于燃料电池的空气进气装置，其特征在于，所述控制器包括依次连接的数据获取单元、数据处理与控制单元。5.根据权利要求4所述的用于燃料电池的空气进气装置，其特征在于，所述数据获取单元进一...
【专利技术属性】
技术研发人员：方川，李鹏伟，李飞强，高云庆，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：
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