方法、装置和轨道车辆制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种运行用于轨道车辆(100)的燃料电池单元(20)的方法，所述方法包括提供压缩空气流和提供变量。所述方法还包括将压缩空气流通过进气管路(2)输入到燃料电池单元(20)的燃料电池部件(6、16)中，并且由此借助所述压缩空气流根据所述变量对所述燃料电池部件(6、16)进行清洁。16)进行清洁。16)进行清洁。

【技术实现步骤摘要】
方法、装置和轨道车辆


[0001]本专利技术涉及一种运行用于轨道车辆的燃料电池单元的方法和装置。本专利技术还涉及一种具有这种装置的相应的轨道车辆。

技术介绍

[0002]燃料电池系统可以用作用于轨道车辆的驱动能源。在此，例如将氢作为工作介质利用存在在空气流中的氧进行氧化，以便为轨道车辆提供电气的驱动能源。在此有挑战性的是，延长燃料电池系统的部件的使用寿命并且能够实现燃料电池系统的低成本的运行。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种运行用于轨道车辆的燃料电池单元的方法和一种用于运行用于轨道车辆的燃料电池单元的装置，所述方法和所述装置分别实现高效且低成本地运行燃料电池系统。本专利技术所要解决的技术问题还在于，提供一种具有这种装置的轨道车辆。
[0004]所述技术问题按照本专利技术通过一种运行用于轨道车辆的燃料电池单元的方法解决，所述方法包括：
[0005]-提供压缩空气流；
[0006]-提供变量；并且
[0007]-将压缩空气流通过进气管路输入到燃料电池单元的燃料电池部件中，并且由此借助所述压缩空气流根据所述变量对所述燃料电池部件进行清洁。
[0008]所述技术问题按照本专利技术还通过一种用于运行用于轨道车辆的燃料电池单元的装置解决，所述装置具有：
[0009]-用于导引压缩空气流的进气管路，所述进气管路能够流动技术地与主空气管路相连，所述主空气管路用于导引压缩空气并且用于供应轨道车辆的空气质量流消耗装置，和
[0010]-用于处理用于燃料电池单元的过程空气或者说工艺空气(Prozessluft)的燃料电池部件，所述燃料电池部件流动技术地与所述进气管路相连，从而能够将压缩空气流通过所述进气管路输入到所述燃料电池部件中，并且由此能够对所述燃料电池部件实施清洁。
[0011]所述技术问题按照本专利技术还通过一种轨道车辆解决，所述轨道车辆包括：
[0012]-主空气管路，用于导引压缩空气并且用于供应所述轨道车辆的空气质量流消耗装置；
[0013]-燃料电池单元，用于向所述轨道车辆提供驱动能量；和
[0014]-前述类型的用于运行燃料电池单元的装置，其中，进气管路流动技术地与所述主空气管路相连，并且燃料电池部件流动技术地与所述燃料电池单元连接。
[0015]根据一个方面，一种运行用于轨道车辆的燃料电池单元的方法包括提供压缩空气
流并且提供变量。该方法还包括将压缩空气流通过进气管路输入到燃料电池单元的燃料电池部件中，并且由此借助压缩空气流根据变量清洁燃料电池部件。
[0016]借助上述的方法能够以简单且低成本的方式实现借助压缩空气对燃料电池单元的燃料电池部件进行中间清洁。这种利用压缩空气的冲洗可以清洁被污染的燃料电池部件并且重新改善燃料电池部件的功能性或者效率。因此能够有助于燃料电池单元的长期运行以及相应的轨道车辆的可靠运行。这种利用压缩空气的清洁过程例如在经过预定的时间间隔后进行和/或基于传感器测量信号进行，该传感器测量信号与预定的阈值的比较能够获得关于燃料电池部件的状态的信息。
[0017]压缩空气或者压缩空气流可以尤其通过通常已有的主空气管路获取，该主空气管路设置在轨道车辆中，用于为空气质量流消耗装置供应压缩空气。轨道车辆、例如机车、车厢、牵引车、有轨电车或者地铁需要为不同的空气质量流消耗装置可靠地供应压缩空气，所述空气质量流消耗装置例如是制动装置、空气弹簧或者说空气悬架和厕所设备。例如通过压缩机产生这种压缩空气供应并且输入轨道车辆的主空气管路中。在主空气管路中提供的被压缩的压缩空气可以从该主空气管路中排出并且作为压缩空气流供应给在流动技术上连接的消耗装置。上述方法还可备选地利用其它的气流实施。换句话说，术语“空气流”通常包括了气流，并且不必限定为空气。类似地，这对于术语“压缩空气”也同样适用，该术语“压缩空气”也可以被称为处于压力下的气体。
[0018]根据本方法的优选的扩展方案，提供变量包括预设时间阈值。所述方法还包括，如果超出预设的时间阈值，则将压缩空气流通过进气管路输入到燃料电池单元的燃料电池部件中，并且由此借助所述压缩空气流对所述燃料电池部件进行清洁。
[0019]根据本方法的另外优选的扩展方案，提供变量包括检测传感器的测量信号，所述测量信号表示燃料电池单元的燃料电池部件中的过程空气的与运行相关的特征。提供变量还包括根据检得的测量信号得出关于燃料电池部件中的过程空气的与运行相关的特征的值，并且将得出的值与针对过程空气的与运行相关的特征而预设的阈值进行比较。所述方法还包括根据得出的值与针对过程空气的与运行相关的特征而预设的阈值的比较，将压缩空气流通过进气管路输入到燃料电池单元的燃料电池部件中。由此借助所述压缩空气流对所述燃料电池部件进行清洁。
[0020]根据本方法的优选的扩展方案，所述燃料电池部件设计为用于加湿燃料电池单元的过程空气的加湿单元。所述燃料电池部件备选地设计为用于过滤燃料电池单元的过程空气的过滤器单元。过程空气在此指的是输入到燃料电池单元中用于能量转换的空气。
[0021]尤其在待处理的过程空气中需要一定的空气湿度的燃料电池单元中，加湿单元是必要的。这涉及例如用于驱动城际列车上下平台的具有聚合物电解质膜(PEM)的燃料电池。PEM技术由于其较低的运行温度(＜100℃)提供广泛的应用可能性，从而不仅可以将其用于较小的功率范围中，还可以将其用于较大的功率范围中。在可运输更强电流的更大的PEM燃料电池中，聚合物电解质膜必要时需要对反应物加湿，以便避免该反应物在负载下脱水。
[0022]燃料电池的在能量转换过程中用于质子交换的能力在此与聚合物电解质膜的聚合物的湿度成正比。干燥的聚合物限制聚合物电解质膜的传导能力并且造成燃料电池的损失。为了以高效率的方式运行这种燃料电池单元，因此规定了加湿器或者加湿单元，而目前由于加湿器的更换周期较短并且固定，导致燃料电池单元的维护成本较高。目前为止的维
护观念仅规定对加湿器进行定期的、无关于状态的更换。
[0023]借助所述方法可以实现加湿单元的更换周期的延长，并且因此降低维护成本。因此，对加湿单元进行与时间相关的或者与运行相关的清洁有助于使加湿单元的运行持续时间更长，并且能够实现使被污染的加湿单元的功能性再次改善。例如预设了6周的时间阈值，使得在6周的燃料电池单元的运行时间结束后，自动地通过压缩空气对加湿单元进行冲洗。备选地，用于实施这种清洁过程的其他的时间间隔也是可能的，例如每4周或者每450运行小时后。
[0024]对于根据时间的清洁的时间间隔长度可以根据加载模型来确定。这种加载模型可以例如根据关于轨道车辆的运行环境的信息来定义，尤其根据路径的环境空气中的特定的有害气体和颗粒的已知浓度来定义，轨道车辆在所述路径上或者应在所述路径上应用。通过估计加湿单元的膜加载有这些物质的情况可以确定加湿单元经过一段时间的功能性，从而能够定义相应的时间间隔，在所述时间间隔后应对加湿单元进行清洁，以便确保加湿单元的功能性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种运行用于轨道车辆(100)的燃料电池单元(20)的方法，所述方法包括：-提供压缩空气流(S1)；-提供变量；并且-将压缩空气流通过进气管路(2)输入到燃料电池单元(20)的燃料电池部件(6、16)中，并且由此借助所述压缩空气流根据所述变量对所述燃料电池部件(6、16)进行清洁。2.根据权利要求1所述的方法，其中，提供变量包括预设时间阈值，并且其中，如果超出预设的时间阈值，则将压缩空气流通过进气管路(2)输入到燃料电池单元(20)的燃料电池部件(6、16)中，并且由此借助所述压缩空气流对所述燃料电池部件(6、16)进行清洁。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，提供变量包括检测传感器(8、18)的测量信号，所述测量信号表示燃料电池单元(20)的燃料电池部件(6、16)中的过程空气的与运行相关的特征，并且根据检得的测量信号得出关于燃料电池部件(6、16)中的过程空气的与运行相关的特征的值，并且将得出的值与针对过程空气的与运行相关的特征而预设的阈值进行比较，并且其中，根据得出的值与针对过程空气的与运行相关的特征而预设的阈值的比较，将压缩空气流通过进气管路(2)输入到燃料电池单元(20)的燃料电池部件(6、16)中，并且由此借助所述压缩空气流对所述燃料电池部件(6、16)进行清洁。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述燃料电池部件设计为用于加湿燃料电池单元(20)的过程空气的加湿单元(6)，与运行相关的特征设计为所述加湿单元(6)中的过程空气的空气湿度，并且所述传感器设计为用于检测所述加湿单元(6)中的过程空气的空气湿度的湿度传感器(8)，所述方法包括：-检测所述加湿单元(6)中的用于燃料电池单元(20)的过程空气的空气湿度；-将测得的空气湿度与针对加湿单元(6)中的过程空气的空气湿度而预设的阈值进行比较；并且-如果测得的空气湿度低于针对空气湿度预设的阈值，则将压缩空气流通过进气管路(2)输入到所述加湿单元(6)中。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述加湿单元(6)具有膜(61)，并且所述湿度传感器(8)在所述加湿单元(6)中流动技术地布置在所述膜(61)之前，并且另外的湿度传感器(8)在所述加湿单元(6)中流动技术地布置在所述膜(61)之后，所述方法包括：-借助所述湿度传感器(8)检测在流动技术上位于加湿单元(6)的膜(61)之前的过程空气的第一空气湿度；-借助所述另外的湿度传感器(8)检测在流动技术上位于加湿单元(6)的膜(61)之后的过程空气的第二空气湿度；-相互比较测得的过程空气的第一空气湿度和第二空气湿度；并且-根据测得的第一空气湿度和第二空气湿度的比较，将压缩空气流通过进气管路(2)输入到所述加湿单元(6)中。6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述燃料电池部件设计为用于过滤燃料电池单元(20)的过程空气的过滤器单元(16)，与运行相关的特征设计为所述过滤器单元(6)中的过程空气的空气压力，并且所述传感器设计为用于检测所述过滤器单元(16)中的过程空气的空气压力的压力传感器(18)，所述方法包括：-检测所述过滤器单元(16)中的用于燃料电池单元(20)的过程空气的空气压力；
-
将测得的空气压力与针对过滤器单元(16)中的过程空气的空气压力而预设的阈值进行比较；并且-如果测得的空气压力低于针对空气压力预设的阈值时，则将压缩空气流通过进气管路(2)输入到所述过滤器单元(16)中。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述过滤器单元(16)与用于压缩空气流的流动通道(9)连接，所述方法包括：-如果测得的空气压力低于针对空气压力预设的阈值，则将阻断活门(17)在所述流动通道(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：M安特拉克，DNM佩曼达尔，
申请(专利权)人：西门子交通有限公司，
类型：发明
国别省市：