【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，该系统具有燃料电池系统和压缩空气系统。该燃料电池系统可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
涉及对环境有害的排气的排放。因此，与常规内燃发动机相比，在车辆中评估和实施其他更环保的替代方案。此类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受关注的替代方案之一。根据一个示例，燃料电池系统可包括形成燃料电池堆的大量燃料电池，在燃料电池堆中，氢气和氧气的电化学反应产生电力。燃料电池堆可典型地具有供应氢气的阳极侧和供应空气的阴极侧。
3、进入阴极侧的压缩空气通常可由高空气流量的经过滤空气供应。此外，出于平衡燃料电池系统中的燃料电池的原因，燃料电池系统经常可能在过量的空气比下操作。虽然燃料电池系统的这种操作意味着空气流量相对较高，但供应到燃料电池的空气通常也可能非常干净，从而需要在空气入口处进行运转良好的空气过滤。
4、此外，燃料电池系统并不是车辆中唯一通过压缩空气进行操作的系统。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
5、鉴于上述情况，不仅希望能够向燃料电池系统输送能量消耗较少的空气，而且希望提供压缩空气的更有益的使用，以便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。该目的可通过根据权利要求1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。该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。燃料电池系统包括：至少一个燃料电池，该至少一个燃料电池具有阳极侧和阴极侧；出口管道，该出口管道连接到阴极侧的出口端；空气入口管道，该空气入口管道连接到阴极侧的入口端以用于向至少一个燃料电池的阴极侧供应空气；空气压缩机，该空气压缩机设置在空气入口管道中；空气过滤器，该空气过滤器被布置为接收来自周围环境的空气，该空气过滤器被布置在空气入口管道的入口处。压缩空气系统包括可电动操作的空气压缩机，该可电动操作的空气压缩机可连接到气动装置以便被布置为与可电动操作的空气压缩机流体连通。另外，可电动操作的空气压缩机的空气入口在选定的位置处连接到出口管道，由此可电动操作的空气压缩机被配置为接收来自至少一个燃料电池的阴极侧的排气。
3、本公开是基于这样的认识：燃料电池系统的燃料电池通常可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可用于其他车辆气动系统(包括单独的空气压缩机)，以便提高总体系统效率和车辆性能，因为可减少驱动车辆空气压缩机的功率。举例来说，至少一个燃料电池中的空气增压器通常可具有被传递到燃料电池阴极侧和从燃料电池阴极侧传递的过滤空气(和一些水)的高空气流量。至少出于这些原因，空气流量高而且干净，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)可通过其自身的空气压缩机系统进行操作。至少在电动车辆中，这种空气压缩机系统还可以是电驱动的。对于车辆制动系统空气压缩机，还有用于防止受颗粒等影响的空气过滤器。
4、所提出的系统提供使用来自燃料电池阴极侧处的燃料电池系统的过滤器的过滤空气来使车辆的另一个压缩空气系统(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增压。具体地，可省略车辆制动压缩机入口处的附加过滤器。因此，可以提供包括燃料电池系统和压缩空气系统的简单但有效的系统。
5、另外，与现有技术系统相比，所提出的系统可对燃料电池系统和压缩空气系统的尺寸和重量产生积极影响，因为可减少驱动压缩空气系统的压缩机的功率。举例来说，可减少制动系统的功耗并且可改善空气制动系统的封装空间。另外，压缩空气系统可设置为没有其自己的空气过滤器，因为该系统利用燃料电池系统的入口管道处的空气过滤器。因此，所提出的系统还可提供使用尺寸缩小的部件，以便允许降低组成系统的部件的成本，例如，可降低制动系统功耗。所提出的系统还可对系统的服务时间产生积极影响，因为需要更换的部件较少(例如，过滤器较少)。
6、燃料电池系统的空气压缩机可有利地操作以将进气的压力水平提高到适合燃料电池的水平。次要影响可能是空气压缩机也可被操作以增加进气的温度水平。
7、通常，虽然没有严格要求，但燃料电池系统可包括膨胀机。另外，出口管道可连接在阴极侧的出口端与膨胀机的入口侧之间，以用于将来自阴极侧的排气流供应到膨胀机。此外，燃料电池系统可包括连接到膨胀机的排气侧的排气管道。在这种布置中，
8、可电动操作的空气压缩机的空气入口可在膨胀机的入口侧上游的位置和膨胀机的排气侧下游的位置中的任一者处连接到出口管道。
9、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高的压力水平接收来自燃料电池系统的空气。另外，通过在燃料电池下游但膨胀机上游的位置处从出口管道供应空气，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。可注意到，这里的公开内容通常指的是燃料电池堆中未使用的空气(并且其不是排气中的水)。
10、通常，空气可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，因为制动空气系统也可使用水分离器。
11、将可电动操作的空气压缩机连接到膨胀机的出口侧下游的位置的一个优点是膨胀机的涡轮流量不会发生减少或仅发生少量减少。一般来说，认为从能量效率的角度来看，涡轮机中的流量越大越好。
12、膨胀机应被理解为被布置为使来自至少一个燃料电池的阴极侧的出口端的排气流膨胀的部件。根据一个示例实施方案，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。也可设想其他另外的替代方案，例如，诸如罗茨式膨胀机或螺杆膨胀机。
13、在一个示例实施方案中，在至少一个燃料电池的出口端与膨胀机的入口侧之间延伸的出口管道的一部分可包括第一出口管道部分、第二出口管道部分和水管理部件。此外，第一出口管道部分将至少一个燃料电池的出口端连接到水管理部件的入口侧，并且第二出口管道将水管理部件的出口侧连接到膨胀机的入口侧。举例来说，水管理部件可以是水分离器。
14、在一个示例实施方案中，当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时，可电动操作的空气压缩机可连接到第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于车辆(1)的系统(10)，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)，
2.根据权利要求1所述的系统，其还包括膨胀机(116)，所述出口管道(108)连接在所述阴极侧的所述出口端(110)与所述膨胀机(116)的入口侧(126)之间以用于将来自所述阴极侧的排气供应到所述膨胀机，以及连接到所述膨胀机的排气侧(128)的排气管道(124)；其中
3.根据权利要求2所述的系统，其中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所述出口管道的一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。
4.根据前述权利要求2至3中任一项所述的系统，其中当所述可电动操作的空气压缩机连接到所述膨胀机的所述入口侧上游的所述位置时，所述可电动操作的空气压缩机连接到所述第二出口管道。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中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所述入口管道的一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将所述增压空气冷却器连接到所述阴极侧的所述入口端。
6.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(108)的加湿器(140)，所述加湿器被配置为将来自所述出口管道的湿气传递到所述入口管道。
7.根据前述权利要求2至7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)。
8.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布置在所述出口管道中的出口管道阀装置(192)，所述出口管道阀装置被配置为当所述至少一个燃料电池处于不活动状态或非操作状态中的任一者时防止空气经由所述出口管道流到所述至少一个燃料电池。
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布置在所述入口管道中的入口管道阀装置(193)，所述入口管道阀装置被配置为当所述至少一个燃料电池处于不活动状态或非操作状态中的任一者时防止空气经由所述入口管道流到所述至少一个燃料电池。
10.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在所述入口管道与所述出口管道之间延伸的燃料电池旁通管道(195)以及设置在所述燃料电池旁通管道中的旁通管道阀装置(194)，所述旁通管道阀装置被配置为响应于所述可电动操作的空气压缩机的激活状态而打开和关闭所述燃料电池旁通管道。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述压缩空气系统还包括设置在所述出口管道与所述可电动操作的空气压缩机的空气入口之间的入口阀装置(225)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其还包括与所述燃料电池系统和所述压缩空气系统通信的控制单元(114)，所述控制单元具有控制电路，所述控制电路被配置为响应于所述车辆的操作模式和来自所述车辆的功率需求中的任一者而控制从所述燃料电池系统到所述可电动操作的空气压缩机的空气流。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制电路可操作以响应于所述车辆的所述操作模式和来自所述车辆的所述功率需求中的任一者的变化而控制从所述燃料电池系统到所述可电动操作的空气压缩机的所述空气流。
14.根据权利要求13所述的系统，其中能够响应于所述至少一个燃料电池的激活状态而控制所述可电动操作的空气压缩机。
15.一种用于控制车辆的系统的方法(500)，所述系统具有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、连接到阴极侧的出口端的出口管道、连接到所述阴极侧的入口端以用于向所述至少一个燃料电池的所述阴极侧供应空气的空气入口管道、设置在所述空气入口管道中的空气压缩机、被布置为接收来自周围环境的空气的空气过滤器，所述空气过滤器被布置在所述空气入口管道的入口处；所述压缩空气系统包括可电动操作的空气压缩机，所述可电动操作的空气压缩机可连接到所述气动装置以便被布置为与所述可电动操作的空气压缩机流体连通；其中所述可电动操作的空气压缩机的空气入口在选定的位置处连接到所述出口管道，由此所述可电动操作的空气压缩机被配置为接收来自所述至少一个燃...
【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)，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)，
2.根据权利要求1所述的系统，其还包括膨胀机(116)，所述出口管道(108)连接在所述阴极侧的所述出口端(110)与所述膨胀机(116)的入口侧(126)之间以用于将来自所述阴极侧的排气供应到所述膨胀机，以及连接到所述膨胀机的排气侧(128)的排气管道(124)；其中
3.根据权利要求2所述的系统，其中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所述出口管道的一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。
4.根据前述权利要求2至3中任一项所述的系统，其中当所述可电动操作的空气压缩机连接到所述膨胀机的所述入口侧上游的所述位置时，所述可电动操作的空气压缩机连接到所述第二出口管道。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中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所述入口管道的一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将所述增压空气冷却器连接到所述阴极侧的所述入口端。
6.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(108)的加湿器(140)，所述加湿器被配置为将来自所述出口管道的湿气传递到所述入口管道。
7.根据前述权利要求2至7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)。
8.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布置在所述出口管道中的出口管道阀装置(192)，所述出口管道阀装置被配置为当所述至少一个燃料电池处于不活动状态或非操作状态中的任一者时防止空气经由所述出口管道流到所述至少一个燃料电池。
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布置在所述入口管道中的入口管道阀装置(193)，所述入口管道阀装置被配置为当所述至少一个燃料电池处于不活动状态或非操作状态中的任一者时防止空气经由所述入口管道流到所述至少一个燃料电池。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述燃料电...
【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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