用于向燃料电池系统供应压缩空气的系统技术方案

本公开涉及用于向燃料电池系统供应压缩空气的系统，尤其是用于向车辆(10)的燃料电池供应压缩空气的系统(30)，该系统包括：第一压缩机(33)，其具有用于接收空气的入口和用于将压缩空气输送到燃料电池的出口；空气储存罐(35)，其布置在第一压缩机上游并与第一压缩机串联，并且被构造成储存高压的压缩空气；空气选择控制组件(38)，其包括选择阀(38a)和被配置成操作该选择阀的切换致动器(38b)，其中所述选择阀布置在空气储存罐与第一压缩机的入口之间，并且进一步与用于接收新鲜空气的入口导管(51)流体连通，所述切换致动器被配置成操作所述选择阀以选择性地控制到第一压缩机的空气流，使得空气可从空气储存罐供应到第一压缩机或从新鲜空气入口导管供应到第一压缩机。缩机或从新鲜空气入口导管供应到第一压缩机。缩机或从新鲜空气入口导管供应到第一压缩机。

【技术实现步骤摘要】
用于向燃料电池系统供应压缩空气的系统


[0001]本公开涉及一种用于向车辆的燃料电池系统供应压缩空气的系统以及设有这种系统的燃料电池系统。本公开通常可用于燃料电池系统中，该燃料电池系统用作诸如卡车、公共汽车和建筑设备等的重型车辆的电动力总成系统的一部分。本专利技术同样可应用于其它车辆，例如轿车和其它轻型车辆等，也可应用于船舶等。

技术介绍

[0002]用于重型车辆的替代动力源和推进系统的开发越来越多，其旨在补充或替代内燃机。一种这样的动力源是能够将氢转化为电能的燃料电池系统，其中电能又可以用于车辆推进。
[0003]在这些类型的燃料电池系统中，通常需要具有用于确保压缩空气的高流速的压缩机，以便与氢的供应一起以有效方式产生电力。因此，几乎所有现代燃料电池都在燃料电池系统的配套设施(balance of plant)中包含压缩机。
[0004]DE 102010052797A1公开了用于车辆的燃料电池系统的一个示例，该燃料电池系统具有附接到燃料电池单元的氧化剂供应安装部分。此外，该车辆包括电驱动压缩机单元和被布置成用于处理燃料电池系统的动态负载变化的氧化剂储罐。
[0005]尽管本领域中已有各种活动，但仍希望在某些操作条件期间进一步改进燃料电池系统的操作。
[0006]此外，与用于乘用轿车的燃料电池相比，在诸如卡车等的重型车辆领域，其要求和运行条件往往不同。例如，由于卡车的重量和巨大的运行负载，对重型车辆的燃料电池系统的要求通常高于对乘用轿车的燃料电池系统的要求。而且，某些类型的电动重型车辆通常包括除了燃料电池系统之外的附加动力源。鉴于上述情况，还希望提高重型车辆的燃料电池系统的整体可靠性。

技术实现思路

[0007]本公开的目的是提供燃料电池系统的改进的操作，其中，在高海拔处也能够以更可靠的方式将压缩空气供应到燃料电池系统的燃料电池。该目的至少部分地通过下文所述的系统来实现。
[0008]根据本公开的第一方面，提供了一种用于向车辆的燃料电池供应压缩空气的系统。该系统包括：第一压缩机，该第一压缩机具有用于接收空气的入口和用于将压缩空气输送到燃料电池的出口；空气储存罐，该空气储存罐布置在第一压缩机的上游并与第一压缩机串联，并且该空气储存罐被构造成储存高压的压缩空气；空气选择控制组件，该空气选择控制组件包括选择阀和被配置成操作该选择阀的切换致动器。该选择阀布置在第一压缩机的入口与空气储存罐之间，并且进一步与用于接收新鲜空气的入口流体连通。此外，该切换致动器被构造成操作该选择阀以选择性地控制到第一压缩机的空气流，使得空气能够从空气储存罐供应到第一压缩机或从新鲜空气入口导管供应到第一压缩机。
[0009]该系统的开发至少部分是基于以下认识：由于环境压力的降低，传统压缩机无法在高海拔处以足够的压力提供所期望的质量流量。因此，来自燃料电池的功率需求可能需要在高海拔运行时降额。即，随着车辆牵引马达汲取电流，燃料电池系统的燃料电池中的氢气和氧气变得耗尽。通常基于车辆的功率需求，对阳极中的氢气流量和阴极中的压缩空气流量进行调整。然而，在与高海拔处的高功率请求相关的某些驾驶情形下，由于车辆外部的大气压力较低，可能难以向燃料电池提供足够的压缩空气流。根据示例实施例的系统对于管理在高海拔操作中需要高功率请求的燃料电池的各种操作特别有用。
[0010]该优点至少部分地由位于第一压缩机上游并与第一压缩机串联的空气储存罐的布置来提供，从而允许高效且简单地储存高压的压缩空气，并且空气选择控制组件的布置被配置成选择性地控制到第一压缩机的空气流。这样，空气选择控制组件被构造成在高海拔处和/或高功率需求期间将空气从空气储存罐引导至第一压缩机，或者在正常环境压力和/或在正常功率需求下将新鲜空气从新鲜空气入口导管引导至第一压缩机。
[0011]换言之，通过利用可由切换致动器操作的选择阀选择性地控制从空气储存罐到第一压缩机或从新鲜空气入口导管到第一压缩机的空气流，变得可以在其中大气压力水平不足以用于第一压缩机的高海拔驾驶情形期间提高系统的可靠性。在这种情形中，控制切换是可操作的，以响应于所确定的大气压力水平引导来自空气储存罐的空气。
[0012]因此，在高海拔驾驶情形期间，该系统允许在第一压缩机的入口处提供与海平面处的压力水平基本相同的压力。因此，提供了燃料电池电动车辆(FCEV)在高海拔处的改进的操作。换言之，提供了一种能够以更可靠的方式向燃料电池提供压力基本相等的压缩空气的系统，以用于燃料电池和车辆的高于海平面的不同海拔高度。因此，该系统可以有助于燃料电池系统的更可靠操作，因为在高海拔驾驶情形下也可以向车辆输送与海平面处基本相同水平的动力。为此，通过将空气储存罐与第一压缩机串联布置，变得在燃料电池的各种运行情形下也可以在高海拔处供应并使用压缩空气。
[0013]举例来说，当车辆的燃料电池在高海拔处运行时，空气储存罐中的所储存的压缩空气可以膨胀并且以1巴的压力被输送到燃料电池的空气供应侧(阴极侧)(在4000m处，环境压力可能为约0.6巴)。以这种方式，该系统允许在第一压缩机的入口处提供与海平面处相同的压力。应该注意，将压缩空气从空气储存罐输送到第一压缩机的操作通常可以根据空气储存罐的主要容量来控制。举例来说，该系统是基于空气储存罐中的主要压力和空气储存罐的容积来控制的。
[0014]通常，第一压缩机可以布置成与大气直接流体连通，以经由用于接收新鲜空气的所述入口接收新鲜空气。
[0015]根据至少一个实施例，所述空气选择控制组件是可控的，以响应于所确定的空气特性水平来控制空气流，使得：如果所确定的空气特性水平低于阈值，则从空气储存罐提供对第一压缩机的空气供应。举例来说，该空气特性水平是环境压力水平和空气质量水平中的任一种。环境压力水平通常可以由传感器确定，该传感器例如是被布置成监测车辆外部的环境压力的压力传感器。类似地，空气质量水平可由被配置成测量车辆外部的空气质量的合适传感器确定。基于来自这些传感器中的至少一个传感器的数据，所述空气选择控制组件可操作以控制该选择阀在从新鲜空气入口导管接收空气和从空气储存罐接收压缩空气之间进行切换。
[0016]另外或替代地，所述空气选择控制组件可以是可控的，以在车辆在海平面的环境压力下的正常运行期间控制从新鲜空气入口导管到第一压缩机的空气流。另外或替代地，所述空气选择控制组件可以是可控的，以基于空气储存罐中的主要压力来控制对第一压缩机的空气供应。
[0017]举例来说，所述切换致动器可操作以控制具有用于空气储存罐的第一入口和用于新鲜空气入口的第二入口的传统选择阀。此外，该选择阀包括到第一压缩机的出口。在一个示例中，该选择阀被提供为所谓的三端口/两位阀的形式。这种类型的阀也可以称为三通两位换向阀(directional valve)。如本领域所公知的，所述切换致动器可以气动地或电动地致动该选择阀。
[0018]在燃料电池和车辆在足够低的海拔(即，在正常环境压力下)处的正常运行期间，该选择阀处于第一用户构造，在该第一用户构造中，从新本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于向车辆(10)的燃料电池供应压缩空气的系统(30)，所述系统(30)包括：第一压缩机(33)，所述第一压缩机(33)具有用于接收空气的入口和用于将压缩空气输送到所述燃料电池的出口；空气储存罐(35)，所述空气储存罐(35)布置在所述第一压缩机的上游并与所述第一压缩机串联，并且所述空气储存罐被构造成储存高压的压缩空气；以及空气选择控制组件(38)，所述空气选择控制组件(38)包括选择阀(38a)和切换致动器(38b)，所述切换致动器(38b)被构造成操作所述选择阀，其中，所述选择阀布置在所述第一压缩机的所述入口与所述空气储存罐之间，并且进一步与用于接收新鲜空气的入口导管(51)流体连通，所述切换致动器被构造成操作所述选择阀以选择性地控制到所述第一压缩机的空气流，使得空气能够从所述空气储存罐供应到所述第一压缩机或从新鲜空气的所述入口导管供应到所述第一压缩机。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述空气选择控制组件是可控的，以响应于所确定的空气特性水平来控制空气流，使得：如果所确定的空气特性水平低于阈值，则从所述空气储存罐提供对所述第一压缩机的空气供应。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述空气选择控制组件是可控的，以在所述车辆在正常环境压力下的正常运行期间控制从新鲜空气的所述入口导管到所述第一压缩机的空气流。4.根据权利要求1或2所述的系统，还包括与所述空气选择控制组件的所述切换致动器通信的控制单元(90)，其中，所述切换致动器被配置成基于来自所述控制单元的指令来操作所述选择阀。5.根据权利要求1或2所述的系统，还包括布置在所述第一压缩机和所述空气储存罐之间的减压系统(34)，所述减压...

【专利技术属性】
技术研发人员：普拉纳夫，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：