系统、控制系统的方法以及包括系统的车辆技术方案

技术编号：41211275 阅读：3 留言：0更新日期：2024-05-09 23:34

本公开涉及一种用于车辆(1)的系统(10)，所述系统具有燃料电池系统(100)和用于向气动装置供应压缩空气的压缩空气系统(200)，所述燃料电池系统包括：至少一个燃料电池(102)，所述至少一个燃料电池具有阴极侧；空气入口管道(104)，其连接到阴极侧的入口端(106)；空气压缩机(112)，其设置在空气入口管道内；空气过滤器(111)，其被布置成接收来自周围环境的空气，所述空气过滤器布置在空气入口管道的入口(121)处；流体出口管道(108)，其连接在阴极侧的出口端(110)与膨胀机(116)的入口侧(126)之间；以及排气管道(124)，其连接到膨胀机的排气侧(128)；所述压缩空气系统包括：可连接到气动装置(210)的可电动操作的空气压缩机(220)；其中所述系统还包括可控阀总成(300)以用于将可电动操作的空气压缩机的空气入口(221)流体连接到多个流体供应位置，其中可控阀总成被配置为响应于车辆的工况而选择性地将空气从出口管道位置(180)、空气入口管道位置(184)并且至少从空气入口管道位置(186)和位置(188)中的一者引导到压缩空气系统。

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【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

本公开涉及一种用于车辆的系统，所述系统具有燃料电池系统和压缩空气系统。燃料电池系统可以至少部分地由电动牵引马达推进。本公开还涉及一种控制系统的方法以及一种包括这样的系统的车辆。尽管本公开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，但是本公开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。车辆推进系统的特定
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。这种替代方案的一个示例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，燃料电池系统可能是更令人关注的替代方案之一。根据一个示例，燃料电池系统可以包括形成燃料电池堆的大量燃料电池，其中氢和氧的电化学反应产生电力。燃料电池堆可能通常具有供应氢气的阳极侧和供应空气的阴极侧。

3、通常可以向进入阴极侧的压缩空气供应经过滤的空气的高气流。此外，出于平衡燃料电池系统中的燃料电池的原因，燃料电池系统可能常常会在过高的空气比下操作。虽然燃料电池系统的这种操作意味着气流相对较高，但供应到燃料电池的空气通常也可能非常干净，这需要在空气入口处良好地运行空气过滤。

4、此外，燃料电池系统并不是车辆中唯一通过压缩空气操作的系统。在车辆的正常使用期间需要压缩空气的车辆系统的其他示例是各种气动系统，也表示为压缩空气消耗装置，例如空气制动器、悬架、变速箱或布置在车

5、综上所述，不仅期望能够向能量消耗较少的燃料电池系统输送空气，而且期望提供压缩空气的更有益的利用，以进一步改进车辆系统效率和车辆性能。

技术实现思路

1、因此，本公开的目的是至少部分地克服上述缺陷。该目的通过根据权利要求1所述的系统来实现。该目的也通过其他独立权利要求来实现。从属权利要求涉及本公开的有利实施方案。

2、根据第一方面，提供了一种用于车辆的系统。所述系统包括燃料电池系统和用于向气动装置供应压缩空气的压缩空气系统。所述燃料电池系统包括：至少一个燃料电池，所述至少一个燃料电池具有阳极侧和阴极侧；空气入口管道，所述空气入口管道连接到阴极侧的入口端以将空气供应到至少一个燃料电池的阴极侧；空气压缩机，所述空气压缩机设置在空气入口管道中；空气过滤器，所述空气过滤器被布置成接收来自周围环境的空气，所述空气过滤器布置在空气入口管道的入口处和空气压缩机的上游；流体出口管道，所述流体出口管道连接在阴极侧的出口端与膨胀机的入口侧之间以将排气流从阴极侧供应到膨胀机；以及排气管道，所述排气管道连接到膨胀机的排气侧。所述压缩空气系统包括可连接到气动装置的可电动操作的空气压缩机。

3、另外，所述系统包括可控阀总成以用于将可电动操作的空气压缩机的空气入口流体连接到多个流体供应位置，所述多个流体供应位置包括选自以下位置的至少两个位置：位于膨胀机的入口侧上游的出口管道位置、位于空气压缩机上游的空气入口管道位置、位于空气压缩机下游的空气入口管道位置以及与和周围环境流体连通的独立空气过滤器流体连通的位置。

4、另外，可控阀总成被配置为响应于车辆的工况而选择性地将空气从多个流体供应位置引导到压缩空气系统。

5、本公开基于这样的认识：燃料电池系统的燃料电池通常可以在过量的空气比下操作以在燃料电池中提供一定的平衡，并且这种过量的空气比对于其他车辆气动系统(包括单独的空气压缩机)可能是有用的，以便提高总体系统效率和车辆性能，因为可以减少用于驱动车辆空气压缩机的功率。举例来说，燃料电池中的空气增压器通常可以具有被传送到燃料电池阴极侧和从燃料电池阴极侧传送的过滤空气(和一些水)的高气流。至少出于这些原因，气流高而且干净，这需要在阴极侧的空气入口处进行良好的空气过滤。另外，车辆气动系统，诸如车辆的空气制动系统，可以通过其自身的空气压缩机系统来操作。这种空气压缩机系统还可以是电驱动的，至少在电动车辆中是这样。对于车辆制动系统空气压缩机，还有空气过滤器来防止颗粒等。

6、所提出的系统提供了一种根据车辆的行驶情况来从燃料电池系统的阴极侧的位置或者任选地从独立空气过滤器向车辆的压缩空气系统的可电动操作的空气压缩机供应空气的动态但高效且通用的方式。具体地，压缩空气系统被配置为从至少一个燃料电池的阴极侧接收空气。布置在压缩空气系统与燃料电池系统之间并且任选地连接到独立空气过滤器的可控阀总成的提供因此提供了对通过从燃料电池堆上游(之前)或燃料电池堆下游(之后)的位置供应的空气来操作可连接到电驱动空气压缩机的各种气动装置的改进控制。因此，一些气动装置可以完全由来自燃料电池系统空气压缩机的空气操作，而其他类型的气动装置可以至少部分地由来自燃料电池系统空气压缩机的空气与来自其他车辆系统的空气一起操作。以这种方式，所提出的系统向压缩空气系统和气动装置提供改进的空气特性，例如提供加压和/或过滤的空气，同时保证这种空气供应基于燃料电池系统的操作以受控方式执行。

7、举例来说，所提出的系统允许使用来自位于燃料电池阴极侧的燃料电池系统的过滤器的过滤空气来增压车辆的另一压缩空气系统(诸如用于操作制动系统的压缩空气系统)的电驱动车辆空气压缩机。具体地，可以省略车辆制动器压缩机入口处的附加过滤器。因此，可以提供一种包括燃料电池系统和压缩空气系统的简单而有效的系统。

8、从独立空气过滤器供应空气的一个优点是，通过这种独立的过滤器的操作通常可能不会影响燃料电池堆/燃料电池系统，这对于燃料电池堆的操作可能是有益的或有时是必需的。

9、另外，与现有技术系统相比，所提出的系统可以对燃料电池系统和压缩空气系统的大小和重量产生积极影响，因为可以减少用于驱动压缩空气系统的压缩机的功率。举例来说，可以减少制动系统的功耗并且可以改善空气制动系统的封装空间。另外，压缩空气系统可以不设置其自己的空气过滤器，因为所述系统在燃料电池系统的入口管道处使用空气过滤器。因此，所提出的系统还可以提供使用尺寸缩小的部件，以便允许降低构成系统的部件的成本，例如可以降低制动系统功耗。所提出的系统还可以对系统的维护时间产生积极的影响，因为需要更换的部件较少(例如，过滤器较少)。

10、将可电动操作的空气压缩机连接到膨胀机的入口侧上游的位置的一个优点是，压缩空气系统以相对较高的压力水平接收来自燃料电池系统的空气。另外，通过从位于至少一个燃料电池下游位置但在膨胀机上游的位置处的出口管道供应空气，所提出的系统允许在压缩空气系统的可电动操作的空气压缩机中使用从燃料电池堆出来的过量加压空气。可以注意到，本公开在此通常指燃料电池堆中未使用的空气(并且其不是排气中的水)。

11、通常，空气可以从出口管道中位于任何加湿器和/或水分离器下游的位置供应，因为制动器空气系统也可以使用水分离器。

12、当可控阀总成被布置和配置本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于车辆(1)的系统(10)，其具有燃料电池系统(100)和用于向气动装置供应压缩空气的压缩空气系统(200)，

2.根据权利要求1所述的系统，其中当所述可控阀总成被布置和配置为将所述可电动操作的空气压缩机的所述空气入口(221)流体连接到所述出口管道位置(180)时，所述可控阀总成被配置为：如果所述工况相当于燃料电池性能优先级状况，则将空气从所述出口管道位置引导到所述压缩空气系统。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中当所述可控阀总成被布置和配置为将所述可电动操作的空气压缩机的所述空气入口(221)流体连接到所述空气入口管道位置(186)时，所述可控阀总成被配置为：如果所述工况相当于压缩空气系统性能优先级状况，则将空气从所述空气入口管道位置(186)引导到所述压缩空气系统。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中当所述可控阀总成被布置和配置为将所述可电动操作的空气压缩机的所述空气入口(221)流体连接到所述空气入口管道位置(184)时，所述可控阀总成被配置为：如果所述工况相当于燃料电池关闭状况，则将空气从所述空气入口管道位置(

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中当所述可控阀总成被布置和配置为将所述可电动操作的空气压缩机的所述空气入口(221)流体连接到所述位置(188)时，所述可控阀总成被配置为：如果所述工况相当于燃料电池关闭状况，则将空气从所述位置(188)引导到所述压缩空气系统。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述出口管道的在所述至少一个燃料电池的所述出口端与所述膨胀机的所述入口侧之间延伸的部分包括第一出口管道部分(162)、第二出口管道部分(164)和水管理部件(172)，所述第一出口管道部分将所述至少一个燃料电池的所述出口端连接到所述水管理部件的入口侧(171)，并且所述第二出口管道将所述水管理部件的出口侧(173)连接到所述膨胀机的所述入口侧，并且其中所述出口管道位置(180)位于所述第二出口管道部分(164)处。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述入口管道的在所述空气压缩机与所述阴极侧的所述入口端之间延伸的部分包括第一入口管道部分(154)、第二入口管道部分(156)和增压空气冷却器(150)，所述第一入口管道部分将所述空气压缩机连接到所述增压空气冷却器，并且所述第二入口管道部分将所述增压空气冷却器连接到所述阴极侧的所述入口端。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述空气入口管道位置(186)位于所述第二入口管道部分(156)处且位于所述增压空气冷却器的下游。

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述燃料电池系统还包括连接到所述入口管道(104)和所述出口管道(106)的加湿器(140)，所述加湿器被配置为将湿度从所述出口管道传送到所述入口管道，其中所述空气入口管道位置(186)位于所述加湿器的上游。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述空气压缩机连接到所述膨胀机和燃料电池马达(118)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述系统还包括控制单元(114)，所述控制单元被布置成与所述可控阀总成(300)通信，以便基于指示所述车辆的所述工况的控制信号来控制阀装置。

12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述至少两个位置是位于所述空气压缩机(112)上游的所述空气入口管道位置(184)和位于所述空气压缩机(112)下游的所述空气入口管道位置(186)。

13.根据前述权利要求1至11中任一项所述的系统，其中所述至少两个位置是位于所述膨胀机的所述入口侧上游的所述出口管道位置(180)以及与和所述周围环境流体连通的独立空气过滤器(190)流体连通的所述位置(188)。

14.根据前述权利要求1至11中任一项所述的系统，其中所述多个流体供应位置包括至少三个位置，所述三个位置至少是位于所述膨胀机的所述入口侧上游的所述出口管道位置(180)、位于所述空气压缩机(112)上游的所述空气入口管道位置(184)和位于所述空气压缩机(112)下游的所述空气入口管道位置(186)。

15.根据前述权利要求1至11中任一项所述的系统，其中所述多个流体供应位置包括至少三个位置，所述三个位置至少是位于所述膨胀机的所述入口侧上游的所述出口管道位置(180)、位于所述空气压缩机(112)下游的所述空气入口管道位置(186)以及与和所述周围环境流体连通的独立空气过滤器(190)流体连通的所述位置(188)。

16.一种控制车辆的系统的方法，...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

1.一种用于车辆(1)的系统(10)，其具有燃料电池系统(100)和用于向气动装置供应压缩空气的压缩空气系统(200)，

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中当所述可控阀总成被布置和配置为将所述可电动操作的空气压缩机的所述空气入口(221)流体连接到所述空气入口管道位置(184)时，所述可控阀总成被配置为：如果所述工况相当于燃料电池关闭状况，则将空气从所述空气入口管道位置(184)引导到所述压缩空气系统。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述空气入口管道位置(186)位于所述第二入口管道部分(156)处且位于所述增压空气冷却器的下游。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述空气压缩机连接到所述膨胀机和燃料电池马达(118)。

13.根据前述权利要求1至11中任一项所述的系统，其中所述至少两个位置是位于所述膨胀机的所述入口侧上游的所述出口管道位置(180)以及与和所述周围环...

【专利技术属性】
技术研发人员：托弗·奥德哈夫，皮雷格·盖拉德，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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