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四川空压机在燃料电池车用领域的现状及趋势

来源:http://www.cdhanjin.com/news338207.html

发布时间 : 2018-07-24 00:00:00

随着能源匮乏和环境破坏问题的日益凸显,燃料电池技术越来越受到人们的关注。 

空气压缩机是车用燃料电池阴极供气系统的重要部件,通过对进堆空气进行增压,可以提高燃料电池的功率密度和效率,减小燃料电池系统的尺寸。但空压机的寄生功耗很大,约占燃料电池辅助功耗的80%,其性能直接影响燃料电池系统的效率、紧凑性和水平衡特性。因此,各国的燃料电池项目对空压机的研究都非常重视。 

1 燃料电池用空气压缩机 

典型的燃料电池空气供应系统由空气过滤器、空压机、电机、中冷器、增湿器和膨胀机等组成。其中,空压机由电机和膨胀机共同驱动。 

根据电堆的输出功率,为燃料电池提供所需压力和流量的干净空气。在空气供应系统中,空气的压力和流量对燃料电池系统的性能(能量密度、系统效率、水平衡和热损失),成本和电堆的尺寸等有很大的影响。 

高压燃料电池系统不仅能提高电堆的效率和功率密度,同时还能够改善系统的水平衡,如图1所示。 

空压机在燃料电池车用领域的现状及趋势


 为实现较高的能量转换效率,燃料电池内部的化学反应对空气的温度、湿度、压力和流量等参数有着严格的要求。但目前广泛应用的工业压缩机无法满足燃料电池对空气的要求。因此设计一个性能优越并能很好地与燃料电池系统进行匹配的压缩机,对于燃料电池的发展至关重要。 

适用于燃料电池的空压机需要满足以下要求: 

(1)无油。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)高效。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高效地运行; 

(6)良好的动态响应能力。当需求功率发生变化时,空气流量和压力需无延迟地进行调整,以跟踪输出功率的变化。 

在车用燃料电池的发展过程中,针对空气压缩机的设计和优化在持续地进行着。本文结合国内外的研究成果,总结了几种典型燃料电池用压缩机的结构和性能特点,并分析了空气压缩机的未来发展趋势。 

2 空气压缩机的研究现状 

空压机是燃料电池系统空气供应系统的重要部件,针对不同的燃料电池系统的性能需求,往往需要不同的空气压缩机与其匹配,常用的空压机类型有滑片式、螺杆式、离心式、涡旋式和罗茨式空压机等。 

2.1 涡旋式空压机 

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。 

目前已被日本丰田(Toyota)、美国 UTC 等多家公司应用于燃料电池上。美国DOE和Author D.Little公司合作完成两代涡旋式空压机 / 膨胀机样机(CEM)的设计和制造。 

第一代样机被用于28kW燃料电池,能提供流量为42g/s,压力达到2.2×105Pa的压缩空气。 

第二代样机在此基础上提升了空压机的转速和排量,可以满足50kW燃料电池的特性需求,其性能曲线如图2所示。