【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于至少部分地由电动牵引马达推进的车辆的燃料电池系统。本专利技术还涉及一种控制燃料电池系统的方法以及一种包括这样的燃料电池系统的车辆。尽管本专利技术将主要涉及一种使用燃料电池来给电动牵引马达产生电力的卡车形式的车辆，但是本专利技术也可适用于使用燃料电池系统来产生电力的其他类型的车辆，例如，诸如包括电机以及用于推进的内燃发动机的混合动力车辆。
技术介绍
1、车辆的推进系统不断发展以满足市场需求。特定方面涉及环境有害的排气的排放。因此，与传统内燃发动机相比，其他更环保的替代方案在车辆中进行评估和实施。优选的替代方案是使用一个或多个电机来推进车辆。
2、为了产生用于操作电机的电力，燃料电池装置是优选的替代方案之一。根据示例，燃料电池装置可以包括燃料电池堆，在燃料电池堆中，氢和氧的电化学反应产生电力。燃料电池堆包括供应氢气的阳极侧和供应空气的阴极侧。
3、进入阴极侧的空气应优选地被控制为具有一定的温度，以使燃料电池能够按需发挥作用。然而，控制空气温度需要一个消耗能量的过程。因此，期望能够以消耗较少能量的方式将空气输送到阴极的进气侧，继而有利于车辆系统效率和车辆性能，以及增加燃料电池装置的功率密度。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的是至少部分地克服上述缺陷。
2、根据第一方面，提供了一种用于至少部分地由电动牵引马达推进的车辆的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：燃料电池，所述燃料电池包括阳极侧和阴极侧；膨胀机，所述膨胀机连接到燃料
3、膨胀机应被理解为布置成使来自燃料电池的阴极侧的出口端的排气流膨胀的部件。根据示例性实施方案，膨胀机可以是涡轮机。作为替代方案，膨胀机可以是活塞膨胀机。其他另外的替代方案也是可设想的，例如，诸如罗茨式膨胀机或螺杆膨胀机。
4、燃料电池马达应被理解为连接到燃料电池的马达。因此，该用词不应被解释为马达是燃料电池。此外，来自阴极侧的排气流可以包含空气、水、氢气或其任何组合。
5、本专利技术是基于以下认识：与膨胀机上游的位置相比，膨胀机下游的温度水平较低。本专利技术人出乎意料地认识到，膨胀机下游的温度水平可以有利地热传递到燃料电池的阴极侧的入口端。优点在于，当热量从入口管道转移到排气管道时，提供了增加的热传递，由此需要较少的辅助冷却功率。
6、因此，燃料电池系统能够在阴极侧的入口端与阴极侧的出口端之间进行热传递，从而提高整体系统效率。来自阴极侧的出口端的排气流可以用于将阴极侧的入口流的温度朝向想要的温度值进行改变。因此，根据入口侧处的初始温度，燃料电池系统可以用于冷却和加热这两者。
7、根据示例性实施方案，热交换器可以是气体-气体热交换器。因此，气体-气体热交换器在入口管道与出口管道之间传输热量。由于系统中存在空气，因此使用其他介质来实现热传递将意味着需要附加部件。因此，气体-气体热交换器特别适合这种类型的系统。而且，与例如液体(该液体在高于其沸腾温度的温度下沸腾)相比，气体-气体热交换器可以在更高的温度下传递热量。更进一步地，气体-气体热交换器能够在单个部件中的管道之间交换热量。
8、根据示例性实施方案，出口管道可以包括第一出口管道部分和第二出口管道部分，第一出口管道部分将燃料电池的出口端连接到热交换器，并且第二出口管道绕过热交换器并将燃料电池的出口端连接到膨胀机的入口侧。优点是，来自燃料电池的排气流可以直接提供到热交换器中和/或绕过热交换器并且仅从排气管道提供到热交换器中。优选地，并且根据示例性实施方案，燃料电池系统还可以包括布置在出口管道中的第一阀装置，第一阀装置被配置为可控地将排气流从阴极侧引导到第一出口管道部分和/或第二出口管道部分。因此，阀优选地由如下所述的控制单元控制，以将排气流引导到第一出口管道和/或第二出口管道。
9、根据示例性实施方案，第一阀装置可以包括第一出口管道部分中的第一阀和布置在第二出口管道部分中的第二阀。作为替代方案，第一阀装置可以布置为三通阀。
10、根据示例性实施方案，排气管道可以包括将膨胀机的排气侧连接到热交换器的第一排气管道部分和将膨胀机的排气侧连接到周围环境的第二排气管道。优选地，并且根据示例性实施方案，燃料电池系统还可以包括布置在排气管道中的第二阀装置，第二阀装置被配置为可控地将排气流从膨胀机的排气侧引导到第一排气管道部分和/或第二排气管道部分。由此，从膨胀机排出的流可以被引向周围环境。当在入口管道与出口管道之间不需要热传递时，或者当在系统中的另一位置已经发生热传递并且需要避免压力下降时，可以有利地实施该替代方案。第二阀装置可以由两个单独控制的阀或由单个三通阀形成。阀装置可以被布置成可控地防止来自膨胀机的排气流到达周围环境。
11、根据示例性实施方案，燃料电池系统还可以包括连接到第一阀装置和第二阀装置的控制单元，所述控制单元包括控制电路，所述控制电路被配置为确定车辆的当前操作模式并基于当前操作模式来控制第一阀装置和第二阀装置。
12、控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程装置。控制单元还可包括或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑装置或数字信号处理器。在控制单元包括可编程装置(诸如上文所提及的微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器)的情况下，处理器还可以包括控制可编程装置的操作的计算机可执行代码。
13、当前操作模式可以例如涉及车辆的稳态操作、燃料电池的增加的功率需求、使用具有低于预定阈值极限的温度水平的燃料电池(即冷起动操作模式)的车辆起动。
14、根据示例性实施方案，燃料电池系统还可以包括布置在入口管道处的空气压缩机。空气压缩机有利地将进气的压力水平提高到适合燃料电池的水平。空气压缩机还提高了进气的温度水平。
15、根据示例性实施方案，入口管道可以包括第一入口管道部分和第二入口管道部分，第一入口管道部分将空气压缩机连接到热交换器，并且第二入口管道部分绕过热交换器并将空气压缩机连接到阴极侧的入口端。优选地并且根据示例性实施方案，燃料电池系统还可以包括布置在入口管道中的第三阀装置，第三阀装置被配置为可控地将压缩空气流从空气压缩机引导到第一入口管道部分和/或第二入口管道部分。当进气的温度水平不需要加热或冷却时，可以有利地绕过热交换器。类似地，当出口管道不需要提高/降低其温度水平时，即当不需要从入口管道到出口管道的热传递时，以及当热交换器中应避免压力下降时，可以绕过热交换器。
16、根据示例性实施方案，空气压缩机可以连接到膨胀机和燃料电池马达。优选地，空气压缩机通过压缩机轴机械连接到膨胀机和燃料电池马达。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于至少部分地由电动牵引马达推进的车辆的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述热交换器是气体-气体热交换器。
3.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统，其中所述出口管道包括第一出口管道部分和第二出口管道部分，所述第一出口管道部分将所述燃料电池的所述出口端连接到所述热交换器，并且所述第二出口管道绕过所述热交换器并将所述燃料电池的所述出口端连接到所述膨胀机的所述入口侧。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括布置在所述出口管道中的第一阀装置，所述第一阀装置被配置为可控地将所述排气流从所述阴极侧引导到所述第一出口管道部分和/或所述第二出口管道部分。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中所述第一阀装置包括所述第一出口管道部分中的第一阀和布置在所述第二出口管道部分中的第二阀。
6.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统，其中所述排气管道包括将所述膨胀机的所述排气侧连接到所述热交换器的第一排气管道部分和将所述膨胀机的所述排气侧连接到周围环
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括布置在所述排气管道中的第二阀装置，所述第二阀装置被配置为可控地将所述排气流从所述膨胀机的所述排气侧引导到所述第一出口管道部分和/或所述第二出口管道部分。
8.根据权利要求4和7所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括连接到所述第一阀装置和所述第二阀装置的控制单元，所述控制单元包括控制电路，所述控制电路被配置为：
9.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括布置在所述入口管道处的空气压缩机。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中所述入口管道包括第一入口管道部分和第二入口管道部分，所述第一入口管道部分将所述空气压缩机连接到所述热交换器，并且所述第二入口管道部分绕过所述热交换器并将所述空气压缩机连接到所述阴极侧的所述入口端。
11.根据权利要求10所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括布置在所述入口管道中的第三阀装置，所述第三阀装置被配置为可控地将压缩空气流从所述空气压缩机引导到所述第一入口管道部分和/或所述第二入口管道部分。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的燃料电池系统，其中所述空气压缩机连接到所述膨胀机和所述燃料电池马达。
13.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括排气阀装置，所述排气阀装置连接到所述出口管道以用于可控地使所述排气流绕过而不到达所述膨胀机。
14.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括至少一个温度传感器，所述温度传感器布置在所述入口管道处。
15.根据权利要求14所述的燃料电池系统，其中所述至少一个温度传感器布置在所述热交换器与所述阴极侧的所述入口端之间。
16.根据权利要求14和15中任一项所述的燃料电池系统，其中所述至少一个温度传感器布置在所述热交换器的上游之间。
17.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括增压空气冷却器，所述增压空气冷却器布置在所述入口管道中，在所述热交换器与所述阴极侧的所述入口端之间流体连通。
18.一种控制车辆的燃料电池系统的方法，所述燃料电池系统包括：
19.一种至少部分地由电动牵引马达推进的车辆，所述电动牵引马达电连接到根据权利要求1至17中任一项所述的燃料电池系统。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于至少部分地由电动牵引马达推进的车辆的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述热交换器是气体-气体热交换器。
3.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统，其中所述出口管道包括第一出口管道部分和第二出口管道部分，所述第一出口管道部分将所述燃料电池的所述出口端连接到所述热交换器，并且所述第二出口管道绕过所述热交换器并将所述燃料电池的所述出口端连接到所述膨胀机的所述入口侧。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括布置在所述出口管道中的第一阀装置，所述第一阀装置被配置为可控地将所述排气流从所述阴极侧引导到所述第一出口管道部分和/或所述第二出口管道部分。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中所述第一阀装置包括所述第一出口管道部分中的第一阀和布置在所述第二出口管道部分中的第二阀。
6.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统，其中所述排气管道包括将所述膨胀机的所述排气侧连接到所述热交换器的第一排气管道部分和将所述膨胀机的所述排气侧连接到周围环境的第二排气管道。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括布置在所述排气管道中的第二阀装置，所述第二阀装置被配置为可控地将所述排气流从所述膨胀机的所述排气侧引导到所述第一出口管道部分和/或所述第二出口管道部分。
8.根据权利要求4和7所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括连接到所述第一阀装置和所述第二阀装置的控制单元，所述控制单元包括控制电路，所述控制电路被配置为：
9.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括布置在所述入口管道处的空气压缩机。
10.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：托弗·奥德哈夫，弗雷德里克·拉姆，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：
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