本发明专利技术涉及用于控制燃料电池系统(1)的进气压力和排气背压的空气管理系统(10)和方法。本发明专利技术还涉及包括燃料电池系统和这种空气管理系统的设备，并且涉及一种车辆。该空气管理系统包括：空气加压装置(3)，该空气加压装置被布置成向燃料电池系统的空气压缩机供应进气；压力调节装置(4)，该压力调节装置被布置用于调节排气背压；压力检测装置(5)，该压力检测装置用于检测环境空气压力；控制装置(6)，该控制装置被配置成根据所检测到的环境空气压力来控制空气加压装置和阀，其中，该控制装置被配置成将进气压力控制到预定的第一压力水平，并将排气背压控制到预定的第二压力水平。将排气背压控制到预定的第二压力水平。将排气背压控制到预定的第二压力水平。
【技术实现步骤摘要】
控制燃料电池系统的进气压力和排气背压的空气管理系统和方法
[0001]本专利技术涉及用于控制燃料电池系统的进气压力和排气背压的空气管理系统。本专利技术还涉及包括这种空气管理系统和一个或多个燃料电池系统的设备、包括这种设备的车辆、以及用于控制燃料电池系统的进气压力和排气背压的方法。
[0002]本专利技术可以应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备。尽管将针对卡车来描述本专利技术，但本专利技术不限于这种特定车辆，而是也可以用于其它车辆，例如乘用轿车和越野车。本专利技术也可以应用于船舶和固定式应用，例如连接到电网的补充发电机或独立于电网的发电机。
技术介绍
[0003]燃料电池系统可以用作用于为电动车辆供电的蓄电池的替代方案或补充，但也可以用于固定式应用，例如连接到电网的发电机和独立于电网的发电机。
[0004]燃料电池通常使用氢气和来自环境空气的氧气作为反应物。氢气由储氢系统供应，而环境空气被用作氧气源。燃料电池对压力变化敏感，并且通常必须在设定的压力下或在有限的压力范围内运行，以免于劣化或缩短燃料电池寿命的风险。此外，压力的变化将影响效率，从而影响燃料电池系统的性能。然而，环境空气压力会受到变化，例如取决于海拔高度，其中，与海平面处的正常压力～101kPa相比，海拔高度每升高100米，压力将下降约1kPa。
[0005]高海拔处的降低的环境压力将限制燃料电池系统的功率输出。这对重型车辆来说尤其成问题，因为高海拔往往与陡峭的山坡相关联，在这些地方需要高功率能力。特别地，在相对高的环境温度下，这是个挑战。
[0006]燃料电池系统通常作为独立的单元交付，其除了燃料电池堆之外还包括用于“周边设备”(BoP)的控制系统，所述“周边设备”(BoP)即辅助部件和系统，例如阀、压缩机、空气过滤器、控制电路等。在针对上述问题的当前解决方案中，燃料电池系统因此可以设置有包括一个或多个压缩机和阀的内置式压力控制系统。
[0007]WO2021/092021公开了这样的燃料电池系统：其包括具有两个空气压缩机的内置式压力控制系统，其中一个空气压缩机连接到涡轮机。
[0008]然而，在可能在高海拔下操作的由燃料电池驱动的车辆和建筑机械中，以及在位于高海拔处的固定式发电机和类似装置中，需要用于压力控制的更灵活的解决方案。
技术实现思路
[0009]本专利技术的主要目的是提供至少在某些方面得到改进的解决方案，以用于控制在高海拔处运行的燃料电池系统的空气压力。特别地，其目的是提供这样的可与各种不同的燃料电池系统一起使用的解决方案。
[0010]根据本专利技术的第一方面，所述主要目的至少通过下文所述的空气管理系统来实
现。
[0011]因此，提供了一种用于控制燃料电池系统的进气压力和排气背压的空气管理系统。该空气管理系统包括：
[0012]‑
空气加压装置，该空气加压装置被布置成向燃料电池系统的空气压缩机供应进气(intakeair)，
[0013]‑
压力调节装置，该压力调节装置被布置用于调节排气背压，
[0014]‑
压力检测装置，该压力检测装置用于检测环境空气压力，
[0015]‑
控制装置，该控制装置被配置成根据所检测到的环境空气压力来控制空气加压装置和压力调节装置，其中，该控制装置被配置成将进气压力控制到预定的第一压力水平，并将排气背压控制到预定的第二压力水平。
[0016]通过提供这样的空气管理系统，可以独立于燃料电池系统本身来控制燃料电池系统所经受的进气压力和排气背压。因此，通常包括其自身的空气压缩机和阀的燃料电池系统可以在任何时候都被供应有适当的压力(例如与正常海平面环境压力相对应的压力水平)的空气。因此，该空气管理系统用于保护燃料电池系统及其部件免受环境压力的非期望变化的影响。因此，能够减少燃料电池系统部件的磨损，从而也能够以减少检修需求。
[0017]该空气管理系统在燃料电池操作的车辆中特别有用，因为车辆将根据当前海拔而经受不同的环境压力。然而，该空气管理系统对于不受海拔变化影响的固定式燃料电池发电机和类似装置也可以是有用的，因为它允许将针对在海平面环境压力下运行而优化的燃料电池系统调整为在高海拔处运行，而不必为此改变或操纵燃料电池系统本身。因此，该空气管理系统用作可以用于使燃料电池系统适应在高海拔处运行的附加系统。
[0018]通过提供与燃料电池系统分开的空气管理系统，还可以使用单个空气管理系统来控制多个燃料电池系统的空气压力(进气压力)和排气背压。与使用多个独立的燃料电池系统单元的应用相比，这提高了效率和简单性。该空气管理系统易于扩展，以同时控制多个燃料电池系统的压力。
[0019]该控制装置可以优选与燃料电池系统的一个或多个燃料电池系统控制单元是分开的，但该控制装置可以通信地连接到这样的控制单元。这种分开的控制装置确保了空气管理系统独立于燃料电池系统，并且可以独立于燃料电池系统操作。当空气管理系统位于车辆中时，该控制装置还可以与车辆的其它控制单元和控制系统通信地连接。
[0020]可选地，该控制装置被配置成响应于所检测到的环境空气压力低于阈值而激活空气加压装置和压力调节装置。该阈值可以被设定为使燃料电池系统的劣化和效率保持在可接受水平的值。使用阈值防止了当压力处于可接受水平(即，高于该阈值)时不必要地使用空气管理系统。
[0021]可选地，该阈值被设定为对应于正常海平面环境压力或更小的值，例如与正常海平面环境压力相差小于10％、优选相差小于5％、更优选相差小于4％的值。优选地，该值被设定为小于正常海平面环境压力，使得空气加压装置和压力调节装置不会由于例如正常天气相关的压力变化而被激活。正常海平面环境压力的90％、95％和96％的阈值分别大致对应于海平面以上1000米、海平面以上500米和海平面以上400米的海拔高度。这样的压力差处于正常天气相关的压力变化之外。
[0022]除了在环境空气压力低于阈值时激活空气加压装置之外，该控制装置可以被配置
成在需要功率提升(powerboost)时暂时激活空气加压装置。对于车辆，这可能发生在陡峭的爬坡或超车期间。
[0023]可选地，该控制装置被配置成通信地连接到燃料电池系统控制单元，其中，所述阈值是根据从燃料电池系统控制单元接收的信号而设定的。这允许使该阈值适应于燃料电池特性。例如，该阈值可以因为燃料电池随时间劣化而改变。所述信号可以是与燃料电池特性有关的信号，例如燃料电池效率和温度。
[0024]当该控制装置被通信地连接到一个或多个燃料电池系统控制单元时，该控制装置还可以或替代地被配置成响应于燃料电池系统在当前环境条件下已达到其最大功率能力而激活空气加压装置和/或压力调节装置。以这种方式，一方面，可以通过至少增加进气压力来实现功率提升。所述预定的第一压力水平和预定的第二压力水平在本文中可以不同。另一方面，除了检测到环境空气压力低于预定的阈值之外，当来自燃料电池系统控制单元的信号表明燃料电池系统本身不再能够对压力变化本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于控制燃料电池系统(1、2)的进气压力和排气背压的空气管理系统(10)，所述空气管理系统(10)包括：空气加压装置(3)，所述空气加压装置(3)被布置成向所述燃料电池系统(1、2)的空气压缩机供应进气，压力调节装置(4)，所述压力调节装置(4)被布置用于调节所述排气背压，压力检测装置(5)，所述压力检测装置(5)用于检测环境空气压力，控制装置(6)，所述控制装置(6)被配置成根据所检测到的环境空气压力来控制所述空气加压装置(3)和所述压力调节装置(4)，其中，所述控制装置(6)被配置成将所述进气压力控制到预定的第一压力水平并将所述排气背压控制到预定的第二压力水平。2.根据权利要求1所述的空气管理系统，其中，所述控制装置(6)与所述燃料电池系统(1、2)的一个或多个燃料电池系统控制单元是分开的。3.根据权利要求1或2所述的空气管理系统，其中，所述控制装置(6)被配置成响应于所检测到的环境空气压力低于阈值而激活所述空气加压装置(3)和所述压力调节装置(4)。4.根据权利要求3所述的空气管理系统，其中，所述阈值被设定为对应于正常海平面环境压力的值或更小的值。5.根据权利要求4所述的空气管理系统，其中，所述阈值被设定为与所述正常海平面环境压力相差小于10％的值。6.根据权利要求5所述的空气管理系统，其中，所述阈值被设定为与所述正常海平面环境压力相差小于5％的值。7.根据权利要求6所述的空气管理系统，其中，所述阈值被设定为与所述正常海平面环境压力相差小于4％的值。8.根据权利要求3所述的空气管理系统，其中，所述控制装置(6)被配置成通信地连接到燃料电池系统控制单元，并且其中，所述阈值是根据从所述燃料电池系统控制单元接收的信号而设定的。9.根据权利要求1或2所述的空气管理系统，其中，所述第一压力水平等于所述第二压力水平。10.根据权利要求9所述的空气管理系统，其中，所述控制装置(6)被配置成将所述进气压力和所述排气背压控制到对应于至少正常海平面环境压力的预定压力水平。11.根据权利要求10所述的空气管理系统，其中，所述控制装置(6)被配置成将所述进气压力和所述排气背压控制到对应于所述正常海平面环境压力的压力水平。12.根据权利要求1或2所述的空气管理系统，其中，所述第一压力水平高于所述第二压力水平。13.根据权利要求1或2所述的空气管理系统，还包括压缩氧气储罐(7)，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。