燃料电池空压机气磁悬浮系统的协同控制研究

针对燃料电池空压机目前存在的驱动和支承问题,提出一种箔片动压轴承和动力磁轴承一体化的气磁悬浮型空压机。基于空压机的结构组成,建立空压机磁悬浮支承力、气悬浮支承力以及空压机转子动力学数学模型;基于燃料电池空压机转子系统动力学模型的状态空间方程,设计抗干扰强的协同控制器,并对它进行了转速、驱动转矩、转子悬浮位移以及电磁调节力等关键物理量的仿真分析。结果表明:协同控制在响应、抗干扰以及鲁棒性方面的控制优于PID控制。基于协同控制和PID控制建立了控制实验平台,并对空压机转子的气磁悬浮进行分析,进一步验证了协同控制具有优良的控制效果和良好的控制性能。

燃料电池空压机测试技术及标准化研究

燃料电池空压机是燃料电池系统中的重要组件,其性能直接影响到整个系统运行的效率和可靠性。通过梳理燃料电池空压机的研究现状,对现行主流的燃料电池空压机性能仿真模拟测试技术和实验设计测试技术的优缺点进行了对比分析,并搭建实验测试的硬件平台与软件系统进行了实践,以期为以推动燃料电池空压机性能测试的标准化和规范化提供一定参考。

车用燃料电池空压机高速高温转子结构强度分析

针对燃料电池空压机转子设计中存在结构强度和温升破坏风险,通过有限元建模仿真方法,剖析了护套与永磁体间过盈量、护套厚度以及转轴空心孔内径等关键参数对转子受力的影响。结果表明,增加过盈量和护套厚度有利于提升转子强度;同时增大护套厚度并减小空心孔半径有利于转子最高许用工作温度提升;护套和永磁体的应力极值主要受最高温度的影响。

氢燃料电池空压机动压箔片轴承设计与试验

针对野外战车应急发电机组的氢燃料电池空气压缩机,使用空气动压箔片轴承代替滚动轴承,提出了一种无油空压机轴系的设计方法。先通过预估轴承支承刚度进行轴系的转子动力学分析,根据分析结果设计符合支承刚度和空压机轴向推力要求的气体动压箔片轴承,形成完整的设计方案,并成功应用于轴承-转子系统中。测试了空压机轴系全转速范围内的轴系升降速振动三维频谱图和在40000、60000、80000和100000 r/min下的转子振幅和轴心轨迹,以及耐久性实验的轴系振动结果和轴承温升特性。实验结果表明,设计的轴承性能良好,轴系具有良好的转子动力学稳定性,验证了所提出的轴承设计方案的可行性。

基于主成分分析的燃料电池空压机故障诊断

空气压缩机是燃料电池车发动机系统中的重要零部件,也是传统工业向新能源行业转型的代表[1]。国内燃料电池车用空压机发展时间较短,针对目前汽车对发动机的需求以及测试中出现的空压机故障类型,结合传统空压机故障诊断模式[2],收集了车用空压机的对应故障征兆,先对测试参数进行主成分分析(Principal Component Analysis,PCA),再利用Matlab中的BP神经网络工具箱对燃料电池空压机进行故障诊断,诊断结果与实际情况比较吻合。

燃料电池空压机电机转子结构研究

针对燃料电池空压机高速电机转子易因高速失稳而损坏、因转子过重而导致空气轴承加速磨损的问题,使用有限元法对不同转子结构的转子应力和临界转速进行了研究,提出了一种轴向预紧固定磁钢的空心转子结构。以一台额定功率35 kW,峰值转速100000 r/min的超高速永磁电机为例,综合对比分析了不同转子结构在转子强度、临界转速、质量、转动惯量、装配工艺性以及可靠性等方面的优缺点。对比结果表明,虽然新转子结构在转子强度上稍差于几种常见转子结构,但在其他方面均具有优异的特性。最后,根据新转子结构制作了空压机样机,试验结果表明,该样机可以在100000 r/min转速下稳定运行,验证了新转子结构设计的合理性。

燃料电池空压机技术解析

总结了车用燃料电池空气压缩机的类型及基本特征,对燃料电池空压机的现状及发展趋势作了进一步探究,并对其环境可靠性试验方法进行了详细解析,最后指出了未来燃料电池供气系统的主要技术研究方向,为燃料电池空压机的试验方法研究及研发改进提供参考。

车用燃料电池空压机性能预测研究

提出了在实验数据基础上利用BP神经网络以及支持向量的方法对空压机进行性能预测的方法。研究结果表明:两种方法在高转速时的预测结果要比低转速时的预测结果更加贴近实验数据,与实验数据的相对误差小些;在相同转速下的高流量时的预测效果要比低流量时的预测效果好;支持向量预测的数据相比于BP神经网络预测的数据更加贴合实验样本,能够以更高的精度逼近空压机的工作曲线。上述工作为车用燃料电池系统空压机的性能预测提供了理论指导,同时也为研究车用燃料电池系统的动态特性提供参考。

燃料电池车用超高速空压机临界转速分析与提高措施

针对空压机进气增压可提高大功率燃料电池发动机性能和功率密度,但空压机超高速电机转子-轴承系统存在共振失稳乃至断轴的实际工程问题.本文采用有限元法建立空压机高速电机轴承-转子系统动力学模型,基于ANSYS软件对某超高速永磁电机转子进行动力学仿真,分析某燃料电池空压机高速电机转子-轴承系统的临界转速,揭示轴承刚度、轴承位置以及转轴质量等因素对临界转速的影响规律,并提出改善措施.结果显示,增大轴承刚度、适当减小轴承跨距以及减轻转轴的质量可以有效地增加转子轴承系统的临界转速.

基于流场偏差分析的燃料电池空压机优化设计

燃料电池汽车是新能源汽车发展的重要方向。离心空压机具有效率高、响应快等优点,是当前车用燃料电池空压机研发的重点。非设计工况性能差是离心空压机设计面临的主要难点。该文提出了流场偏差分析的方法,对比研究了离心空压机在非设计工况和设计工况下内部的三维流动,揭示了在非设计工况下主叶片吸力面上出现大尺度的流动分离导致非设计工况性能下降的重要因素。提出了以非设计工况和设计工况主叶片吸力面上的压力分布偏差作为离心空压机非设计工况性能优化的目标,利用正交试验法设计了不同的方案,对离心空压机的叶片后弯角、前掠角和扩压器长度进行了优化。实验结果表明:优化后的空压机在全工况上有2%的效率提升,在低流量工况下效率提升了5%,证明了流场偏差分析优化方法的有效性。

燃料电池空气压缩机测试平台研发与设计

由于大气污染,环境破坏、全球变暖,能源紧缺等原因,能量转换效率高且无污染的燃料电池汽车受到各国政府以及人们的重视,而作为燃料电池系统中最核心的部件之一的空压压缩机成为燃料电池汽车发展的重要研究与使用热点。作为燃料电池系统研发与使用,对燃料电池系统所用的空气压缩机要进行严格的性能测试与分析,确保空气压缩机高效、稳定的运行,保证燃料电池系统的稳定与寿命。针对严格的性能测试与分析要求,需要研发与设计空压机测试平台,以满足空压机各项测试需求,达到能够精确测试、稳定测试以及多工况测试等,本次设计的空压机测试平台,能够对空压机进、出口压力,进、出口温度,空气流量,电机能耗,冷却液压力与温度等进行准确的测试,并且能够试试采集数据,分析空压机实时工况下稳定性,可靠性。并且能够进行自动控制测试,输入测试要求,测试平台即可自行对空压机进行测试。本次设计的空压机测试平台作为模块化设备,可以进行多台并联,同时测试动态空气压缩机,节省时间与人力成本。