一种空气压缩机控制器及空气压缩机控制器的装配方法与流程

1.本技术涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种空气压缩机控制器和空气压缩机控制器的装配方法。


背景技术：

2.随着环境污染的日益加重以及石油资源逐渐匮乏，氢能源行业随之得到了广泛的发展和重视，我国近年来在氢能源燃料电池领域持续的投入研究，以期望能够通过新能源动力来代替传统的燃油动力以解决资源匮乏和环境污染带来的各种生态问题。近年来，氢燃料电池行业的快速发展，燃料电池系统的种类越来越多，而功率密度、成本、应用便捷性及可靠性因素决定着燃料电池系统的市场竞争力。燃料电池系统零部件繁多，结构布置复杂。目前零部件日趋成熟稳定，高度集成化设计是如今技术发展的主要方向。
3.燃料电池的基本原理为阴极侧空气中的氧气和阳极侧氢气发生电化学反应。因此，燃料电池系统需要氢气供应系统、空气供应系统、冷却系统和燃料电池四个系统协同工作，空压机和氢泵是必不可少的。其中，空压机（acp）是空气压缩机的简称，是一种对气体进行压缩处理的设备，其在工业生产中具有着广泛的应用前景，在燃料电池空气供应系统中，由空压机将空气吸入并压缩，然后供应给燃料电池系统。氢泵(hrb)是氢气循环泵的简称，其主要功能是将反应剩余的氢气循环利用，提升氢气的利用效率。
4.现有技术中燃料电池的空压机控制器和氢泵控制器彼此独立设计，需要为氢泵的功率器件和空压机的功率器件分别设计散热器件，方案布置困难，资源浪费严重，因此亟需一款高集成度的二合一控制器。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中空压机和氢泵独立控制带来的安装布置不便的问题，本技术通过将氢泵的功率模块与空压机的功率模块和驱动模块集成在一块pcb板上，能够合理利用空间，实现简易装配。
6.本技术提供一种空气压缩机控制器，包括箱体，所述箱体为由上盖板、下盖板和框形的箱体焊接组件围成的封闭箱体，所述箱体内设置电路板组件，所述电路板组件包括控制板组件和驱动板组件，所述控制板组件包括控制板pcb，所述驱动板组件包括驱动板pcb，所述控制板pcb与所述驱动板pcb电连接，所述驱动板pcb上集成有空压机功率模块和氢泵功率模块，所述箱体上还设置有空压机配电端子和氢泵配电端子，所述驱动板pcb分别与所述空压机配电端子和所述氢泵配电端子连接。本技术的空压机控制器内通过在驱动板pcb上集成了氢泵功率模块（igbt）和空压机功率模块（sic），通过高压功率模块与电源驱动模块共板设计，极大程度的降低了产品的高度（＜80mm），实现了空间的合理利用。另外，由于空压机功率模块和氢泵功率模块均设置在空压机驱动板上，空压机功率模块和氢泵功率模块可以共用一套散热系统，有效减少物料的种类和数量，降低了生产成本。同时，控制板pcb与驱动板pcb连接，驱动板pcb与氢泵配电端子和空压机配电端子连接，电缆连接简单，不容
易产生震动和电磁干扰。
7.作为优选，所述箱体焊接组件内设置有安装板，所述安装板与所述箱体焊接组件一体成型，所述安装板将所述箱体内的空间分隔成位于所述安装板上方的上腔体和位于所述安装板下方的下腔体，所述控制板组件设置于所述上腔体内，所述驱动板组件设置于所述下腔体。通过在箱体内设置安装板，安装板将箱体内的空间分隔成上方的上腔体和下方的下腔体，控制板组件和驱动板分别设置于上腔体和下腔体内，能够实现高低压分离，提升电气安全性能。
8.作为优选，所述安装板上设置有安装部，所述电路板组件通过所述安装部与所述安装板固定连接，所述安装部上设置有导热硅脂。驱动板组件或控制板组件通过安装部安装于安装板上，至少在驱动板组件或控制板组件与安装板的安装位置（安装部）上设置导热硅脂，能够将电路板产生的热量尽可能的传递出去，避免过热损坏，提升产品的安全性能。
9.作为优选，所述箱体内设置有水道，所述水道悬置于所述箱体内，所述水道至少部分与所述安装板接触。水道悬置于箱体内，此种安装方式水道与箱体内空间的接触面积最大，不仅能够完成对功率模块的散热，也能降低整个箱体内空间的温度，避免其他电子元器件因为箱体内温度过高导致过热损坏，最大程度的提升产品的安全性能。由于功率模块安装于安装板上，安装版的温度较高，将水道与安装板至少部分接触能够利用水道和安装板之间的热传导将安装板上的热量有效的传递出去，不仅降低了安装板的温度，也有利于功率模块将热量朝向安装板传导，提升了散热效率。
10.作为优选，所述安装板内凹形成容纳水源的储水腔，所述水道还设置有水道隔板，所述水道隔板罩设在所述储水腔的上方，所述水道隔板与所述安装板焊接形成所述水道。利用水道隔板与箱体焊接组件焊接形成水道，也即箱体焊接组件上的安装板与水道隔板焊接形成水道，由于安装板直接作为水道的一部分，能够最大程度提升散热效率。
11.作为优选，所述水道隔板上设置有翅片，所述翅片向所述储水腔内延伸。本技术在水道隔板上设置翅片，并且翅片向储水腔内延伸，翅片能增加储水腔内水源与水道隔板的接触面积，提高散热效率。
12.作为优选，所述箱体焊接组件的两端设置有水道入口和水道出口，空压机配电端子和氢泵配电端子设置于所述水道入口和所述水道出口之间。在箱体焊接组件的两端设置水道进口和水道出口，水道横跨在箱体的两端，水道的长度最大，散热效果最好，同时在进水口和出水口之间设置空压机配电端子和氢泵配电端子能够充分利用空间，避免空间浪费。
13.作为优选，所述电路板组件还包括滤波组件，所述滤波组件包括设置于输入端的emc两级滤波组件和设置于输出端的非晶磁环滤波组件。通过在输入端设置emc两级滤波组件和在输出端设置非晶磁环滤波组件能够有效提高产品的电磁兼容(emc)抗干扰性能。
14.作为优选，所述emc两级滤波组件采用c-l-c-l-c的滤波方案。采用c-l-c-l-c的滤波方案能极大程度上降低电磁干扰，使产品满足emc要求。
15.作为优选，所述非晶磁环滤波组件包括空压机输出磁环和氢泵输出磁环。
16.作为优选，所述上盖板与所述箱体焊接组件之间设置有上密封圈，所述下盖板与所述箱体焊接组件之间设置有下密封圈。通过在箱体焊接组件和上盖板和下盖板之间设置密封圈，能够保证上下腔体的充分密封，防止水汽杂质等通过上下盖板与箱体焊接组件之
间的缝隙进入到箱体内，产生电气安全问题，进一步的提高产品的可靠性。
17.本技术另一方面还提供一种空气压缩机控制器的装配方法，所述空气压缩机控制器包括箱体，所述箱体由上盖板、下盖板和箱体焊接组件围成，所述箱体内设置有控制板组件和驱动板pcb，所述驱动板pcb上集成有空压机功率模块和氢泵功率模块，所述箱体上设置有空压机配电端子和氢泵配电端子，所述装配方法包括：先在所述驱动板pcb上焊接空压机功率模块和氢泵功率模块，然后将焊接好的驱动板pcb固定在箱体焊接组件上，随后将空压机配电端子和氢泵配电端子与驱动板pcb线束连接。由于本技术的驱动板pcb上集成有空压机功率模块和氢泵功率模块，整体体积较大，若先将驱动板pcb与空压机配电端子和氢泵配电端子线束连接，线束会限制驱动板pcb移动和调整位置，而且调整过程中容易导致连接松动。本技术先安装驱动板pcb后进行线束连接能够自由调整安装位置，避免线束剐蹭导致的连接松动。
18.作为优选，所述箱体焊接组件还设置有安装板，所述安装板将所述箱体焊接组件分隔成上腔体和下腔体，所述控制板组件包括控制板pcb和控制信号转接板pcb，所述装配方法包括：将焊接好的驱动板pcb安装于下腔体内，随后翻转箱体，将控制板pcb和控制信号转接板pcb安装于上腔体内，然后将控制板pcb分别于驱动板pcb和控制信号转接板pcb电连接。
19.与现有技术相比，本技术至少具有如下技术效果：本技术的空压机控制器内通过在驱动板pcb上集成了氢泵功率模块（igbt）和空压机功率模块（sic），通过高压功率模块与电源驱动模块共板设计，极大程度的降低了产品的高度（＜90mm），实现了空间的合理利用。另外，由于空压机功率模块和氢泵功率模块均设置在空压机驱动板上，空压机功率模块和氢泵功率模块可以共用一套散热系统，有效减少物料的种类和数量，降低了生产成本。同时，控制板pcb与驱动板pcb连接，驱动板pcb与氢泵配电端子和空压机配电端子连接，电缆连接简单，不容易产生震动和电磁干扰。
附图说明
20.图1是本技术的空气压缩机控制器的爆炸图。
21.图2是本技术的空气压缩机控制器的一个视角的立体图。
22.图3是本技术的空气压缩机控制器的另一个视角的立体图。
23.图4是本技术的空气压缩机控制器的侧视图。
24.图5是本技术的空气压缩机控制器的俯视图。
25.图6是本技术的空气压缩机控制器的剖视图。
26.图7是本技术的空气压缩机控制器的仰视图。
27.图8是本技术的空气压缩机控制器的驱动板的结构示意图。
28.图中所标各部件名称如下：1、上盖板；2、下盖板；3、箱体焊接组件；31、安装板；32、水道；321、隔板；322、翅片；33、安装座；34、水道入口；35、水道出口；36、氢泵配电端子；37、空压机配电端子；4、控制信号转接板pcb；5、控制板pcb；6、emc两级滤波组件；7、驱动板pcb；71、空压机功率模块；72、氢泵功率模块；8、氢泵输出磁环；9、空压机输出磁环。
具体实施方式
29.为了更清楚的阐释本技术的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
30.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是，本技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
31.另外，在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。而对于“上游”、“下游”等位置关系，是基于流体正常流动时位置关系。
32.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
35.如图1-8所示，本技术提供一种空气压缩机控制器，包括箱体和设置于箱体内的电路板组件，箱体为封闭箱体，电路板组件包括控制板组件、驱动板组件和滤波组件，其中，控制板组件包括控制板pcb5和控制信号转接板pcb4，驱动板组件包括驱动板pcb7，驱动板pcb7上集成有空压机功率模块71和氢泵功率模块72。本技术的空压机控制器内通过在驱动板pcb7上集成了氢泵功率模块（igbt）72和空压机功率模块71（sic），通过高压功率模块与电源驱动模块共板设计，极大程度的降低了产品的高度（＜80mm），实现了空间的合理利用。另外，由于空压机功率模块71和氢泵功率模块72均设置在空压机驱动板上，空压机功率模块71和氢泵功率模块72可以共用一套散热系统，有效减少物料的种类和数量，降低了生产成本。同时，控制信号转接板pcb4与控制板pcb5连接，控制板pcb5与驱动板pcb7连接，驱动板pcb7与氢泵配电端子36和空压机配电端子37连接，电缆连接简单，不容易产生震动和电磁干扰。
36.在本技术中，箱体为由箱体焊接组件3、上盖板1和下盖板2围成的长方体状的封闭箱体，其中，箱体焊接组件3为由四块侧板围成的框型结构，上盖板1与下盖板2分别与箱体焊接组件3的上下两端固定连接以密封箱体焊接组件3。具体的，上盖板1和下盖板2为平板状结构，盖板的边缘向下向外延伸形成翻边，翻边上设置有螺钉孔，箱体焊接组件3上设置有螺钉柱，上盖板1和下盖板2分别通过翻边上的螺钉孔与箱体焊接组件3上的螺钉柱固定连接以密封箱体焊接组件3。另外，上盖板1和下盖板2上设置有多条散热筋，散热筋的存在一方面能够加强箱体的强度，另一方面能够增大箱体的表面积，提升箱体的散热效果，提高产品的可靠性。在本技术中，上盖板1与下盖板2的形状和材质均相同，上盖板1和下盖板2可以相互替换使用，安装过程中不会因为盖板安装错误返工，提升了装配效率。
37.在本技术中，箱体焊接组件3的上端设置有上密封槽，上密封槽内设置有上密封圈， 上盖板1与箱体焊接组件3的上端通过上密封圈密封；箱体焊接组件3的下端设置有下密封槽，下密封槽内设置有下密封圈，箱体焊接组件3与下盖板2通过下密封圈实现密封。通过在箱体焊接组件3和上盖板1和下盖板2之间设置密封圈，能够保证上下腔体的充分密封，防止水汽杂质等通过上下盖板2与箱体焊接组件3之间的缝隙进入到箱体内，产生电气安全问题，进一步的提高产品的可靠性。
38.在本技术中，箱体焊接组件3的四角还设置安装座33，控制器可以通过安装座33与其他零部件实现安装固定。在本技术中，安装座33包括与上盖板1和下盖板2平行的固定板以及两个两端分别连接固定板和箱体焊接组件3的三角形连接板，固定板上设置有螺栓孔，控制器可以通过螺栓孔与其他零部件连接，由于三角形具有稳定性，三角形的连接板能够保证固定板与箱体焊接组件3之间的可靠固定钉，避免固定板损坏，提升了连接强度。
39.在本技术中，驱动板pcb7上设置有电流传感器、电容、空压机功率模块71、氢泵功率模块72、焊接端子等；通过共板设计，氢泵功率模块72与空压机功率模块71机驱动模块设置在同一块电路板上，能够实现空间的合理利用，降低成本。
40.在本技术中，滤波组件包括emc两级滤波组件6和非晶磁环滤波组件，其中，输入端采用emc两级滤波组件6，采用c-l-c-l-c的滤波方案，以pcba作为载体进行导电、滤波和接地；输出端采用非晶磁环进行滤波。如此设计，能够有效提高控制器的抗emc干扰能力，提高产品的可靠性。在本技术中，emc两级滤波组件6包括emc板pcb和设置于emc板pcb上的共模电感和x电容、y电容；非晶磁环滤波组件包括空压机输出磁环9（acp磁环）和氢泵输出磁环8（hrb磁环）。采用上述结构，能够满足emc class 3级的要求。
41.在本技术中，箱体焊接组件3的中部设置有安装板31，安装板31与箱体焊接组件3一体成型，安装板31将箱体焊接组件3内的空间分隔成位于安装板31和上盖板1之间的上腔体和位于安装板31和下盖板2之间的下腔体，其中，控制板组件设置于上腔体内，驱动板组件设置于下腔体内。本技术利用安装板31将箱体内的分隔成上下两个空间，并分别将高压部分的驱动板和低压部分的控制板分别装在下腔体和上腔体两个空间内，能够实现高低压分离，提升电气安全性能，并进一步的提升产品的抗emc性能。值得指出的，安装板31只是将上腔体和下腔体部分分离，安装板31上设置有允许导线通过的过线通道，驱动板组件和控制板组件能够过线通道实现电连接。
42.在本技术中，安装板31为具有一定厚度的板材，安装板31上设置有多个用于固定各安装模块的安装部，在本技术中安装部为螺钉柱，控制板组件和驱动板组件上开设有螺
钉孔，控制板组件和驱动板组件能够通过螺钉与安装板31连接，安装过程简单便捷。同时，控制板组件和驱动板组件与安装板31之间设置有导热硅脂，也即控制板组件和驱动板组件在安装部设置有导热硅脂，导热硅脂的厚度至少为0.15mm， 具有绝缘且导热的特性，控制器工作时电路板组件产生的热量能够通过导热硅脂传递到安装板31上，加快了热量传递的速度，提升了产品的可靠性。可以理解的是，导热硅脂也可以采用其他具有绝缘导热性能的材料替代。再者，由于安装板31为箱体焊接组件的一部分，安装板31通常采用铝制板材，设置于安装板31上的螺钉柱也为铝材质，铝的导热性能优异，电路板组件产生的热量同样可以通过螺钉柱直接传到安装板31上，进一步提高了控制器的散热性能，提高可靠性。另外，为了便于安装操作，控制板组件和驱动板上的螺钉孔与安装板31组件上的螺钉柱一一对应，如此设置，相应的pcb板材只能与对应位置的螺钉柱匹配，能够避免工人安装pcb板材时装错位置返工，提升了装配的便利性。另外，为了避免安装pcb板材时螺钉从上腔体掉落到下腔体或从下腔体掉落到上腔体导致的需要把箱体翻转拆卸，在箱体焊接组件3上还设置有防掉落的挡板。进一步的，为了提高本技术控制器的通用性，本技术安装版的模块安装面上可以兼容多种不同规格的功率器件。
43.在本技术中，控制器内还设置有水道32，水道32悬置于箱体内，控制板组件和驱动板组件分别于水道32相接触。由于水道32在控制器内悬置，水道32不仅能够对控制板和驱动板组件直接降温，还能够对控制器内环境散热，降低控制器内的环境温度，防止环境温度过高影响电器元件使用寿命。在本技术中，箱体焊接组件3上设置有水道入口34和水道出口35，水道入口34和水道出口35分别连通水道32的两端，水道入口34和水道出口35可以外接水管，水源从水道入口34流入水道32从水道出口35流出水道32，冷水源源不断的流入到水道32中，能够有效地将电热板组件产生的热量带走，避免电器元件过热损坏。
44.具体的，本技术安装板31安装于箱体焊接组件3的中部，安装板31凹陷形成容纳水源的储水腔，储水腔的上方设置有隔板321，隔板321覆盖储水腔且与安装板31焊接，隔板321与储水腔配合形成密封的水道32，水道32的一端与箱体焊接组件3的水道入口34连通，水道32的另一端与箱体焊接组件3上的水道出口35连通。隔板321与安装板31通过摩擦焊连接，能够有效的对水道32进行密封，防止水道32内水源泄露导致的安全隐患。同时，安装板31复用为水道32的壁面，一方面能够节省材料和空间，另一方面，水道32内的水直与安装板31接触，无需设置其他热量传导器件，热量传递效率高，散热效果好。
45.在本技术中，水道32的隔板321上设置翅片322，翅片322为条状相互平行的片状结构，翅片322向水道32内延伸，水道32内的水源可以在相邻翅片322之间的空隙内流动，翅片322能够将水道32隔板321上的热量充分的传递到水道32内的水源内，进一步提高了散热效率。
46.在本技术中，箱体焊接组件3上设置有空压机配电端子37和氢泵配电端子36，水道入口34和水道出口35分别设置在空压机配电端子37和氢泵配电端子36两端，水道32横跨在箱体的两端，水道32的长度最大，散热效果最好，同时在进水口和出水口之间设置空压机配电端子37和氢泵配电端子36能够充分利用空间，避免空间浪费。
47.本技术另一方面还提供一种空气压缩机控制器的装配方法，本技术的空气压缩机控制器包括箱体，箱体由上盖板1、下盖板2和箱体焊接组件3围成，箱体焊接组件3内还设置有安装板31，安装板31将箱体分隔成上腔体和下腔体，箱体内设置有控制板pcb5、驱动板
pcb7、控制信号转接板pcb4、emc两级滤波组件6、空压机输出磁环9、氢泵输出磁环8、输入端子、空压机配电端子47、氢泵配电端子36等，其中驱动板pcb7上集成有空压机功率模块2和氢泵功率模块72。
48.本技术的控制器安装过程如下：第一步：将水管入口、水管出口、空压机配电端子37、氢泵配电端子36、输入端子安装固定在箱体焊接组件3上。
49.第二步：将emc两级滤波组件6的pcb板装配到箱体焊接组件3的下腔体内，输入端子和emc两级滤波组件6之间通过铜排连接。
50.第三步：在驱动板pcb7上焊接空压机功率模块71（sic）和氢泵功率模块72（igbt），其中，sic为空压机控制器的主功率模块，igbt为氢泵控制器的主功率模块，随后在箱体焊接组件3的螺钉柱上涂覆0.15mm厚的导热硅脂，将驱动板pcb7通过螺钉与螺钉柱固定连接，驱动板pcb7安装于箱体焊接组件3的下腔体内。
51.第四步：将下密封圈安装在下密封槽内，在将下盖板2与箱体焊接组件3固定连接，将箱体焊接组件3翻转。
52.第五步：在箱体焊接组件3的内部安装空压机输出磁环9和氢泵输出磁环8。
53.第六步：安装控制信号转接板pcb4，将空压机配电端子37和氢泵配电端子36与驱动板pcb7线束连接。
54.第七步：安装控制板pcb5，将控制板pcb5与驱动板pcb7线束连接，将控制板pcb5与控制信号转接板pcb4线束连接。
55.第八步：将上密封圈安装在上密封槽内，在将上盖板1与箱体焊接组件3固定连接，安装结束。
56.以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围，即凡依本发明所作的均等变化与修饰，皆为本发明权利要求范围所涵盖，这里不再一一举例。