CN102485516A - 燃料电池车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池车辆，特别是一种配备有能够从空调机蒸发器除去湿气的除湿器的燃料电池车辆。该燃料电池车辆包括：燃料电池组，作为供电器；电加热器，由来自燃料电池组的电力驱动；鼓风机风扇，用于将空气供应到电加热器；空气管道，被配置成将经过电加热器的空气供应到空调机蒸发器；以及控制器，用于控制电加热器和鼓风机风扇的操作，由此，通过将被电加热器加热的空气供应到空调机蒸发器来从空调机蒸发器除去湿气。该燃料电池车辆有效地从空调机蒸发器除去湿气，解决现有技术中难闻气味的问题，并且还除去残留在阴极的氧合电池组电压，从而可以避开现有技术的阴极氧消耗。

Description

燃料电池车辆
技术领域
本发明涉及一种燃料电池车辆。更具体地，本发明涉及一种配备有能够从空调机蒸发器除去湿气的除湿器的燃料电池车辆。
背景技术
燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的发电装置。
聚合物电解质膜燃料电池(Polymer Electrolyte Membrane FuelCell，PEMFC)是这样的燃料电池，即显示出效率高、电流密度和输出密度大、启动时间短、以及对负载变化响应快的燃料电池，因而被广泛用在车辆中。
为了将燃料电池用作车辆的供电单元，通过层叠燃料电池的单元电池来形成电池组以达到所需功率。接着添加各种操作设备来形成供电单元，并且将该单元安装在车辆中。
燃料电池的操作设备包括氢气供应设备、空气供应设备以及热和水管理系统。氢气供应设备将作为燃料的氢气供给电池组。空气供应设备将作为氧化剂的含氧空气供给电池组。热和水管理系统通过向外排放作为电池组中的电化学反应的副产品的热来最优化地管理电池组的操作温度，并且管理水。
氢气供应器包括氢气罐、氢气供应阀、压缩机调节器和氢气再循环器(再循环鼓风机和喷射器)。空气供应器包括空气供应器(空气鼓风机)、空气阀和增湿器。热和水管理系统包括冷却水泵、散热器、三通阀和用于将水从电池组排出的排水器。
此外，在氢气排气管路中设置氢气排气阀以从阳极除去杂质，并且设置阴极氧消耗以消除电池组电压。
更详细地对阴极氧消耗描述如下。当使燃料电池车辆停止并且通过熄火(Key-off)/熄电(IG-off)来关闭系统时，氢和氧通过电解质膜进行交换并且催化剂层的退化加速。此外，当电池组电压高于预定电压时，氢和氧分别停留在阳极和阴极。
因此，当关闭系统时，必需降低电池组电压以便从阳极和阴极除去氢和氧。一种常规方法是在通过将阴极氧消耗(Cathod OxygenDepletion，COD)连接到电池组来减少残留在阴极中的氧的同时减少电池组电压。
COD通过在每次关闭时使残留在电池组中的氧与氢反应来消除残留在电池组的阴极中的氧和电压，从而将电排放为热。
与常规的发动机车辆类似，燃料电池车辆配备有空气调节系统以控制内部温度。与使用发动机的热冷却水对车辆内部加热的常规发动机车辆不同，燃料电池使用电加热器对内部加热。通常使用正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)加热器作为电加热器。
燃料电池车辆还配备有液体冷却剂型的空调机，与常规发动机车辆类似，该空调机包括蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀。然而，与常规发动机车辆不同，燃料电池车辆不能利用来自发动机的驱动力来操作压缩机。取而代之，使用了利用电动机的转矩的电压缩机。
然而，在空调机的运转过程中，大量的水凝结在蒸发器的芯体表面(core surface)。此外，即使当空调被关闭时，水也从冷空气凝结到与外部热空气接触的蒸发器的芯体表面上或周围。因此，虽然水通过空气调节导管的排水软管(drain hose)排出，但是凝结在蒸发器的芯体上的水并没有完全通过排水软管排出，因而残留在其中。因此，当在水残留在蒸发器中的同时外部灰尘和花粉进入内部时，霉菌形成并繁殖，这导致了在空调开始运转期间的难闻且令人不悦的气味的产生。
图1示出了设置在普通燃料电池车辆中的空气调节系统的配置的一个例子。如图所示，该系统包括空气调节加热器(PTC加热器)30、鼓风机风扇31、空气调节导管33、空调(蒸发器)51、压缩机52、冷凝器53、节流阀54、作为燃料电池车辆的主要供电器的电池组10、以及在关闭时可除去残留在电池组10的阴极中的氧的COD 20。
参看图1，当接通开关32时，电加热器30由来自电池组10的电力驱动。当外部空气或内部空气借助鼓风机风扇31经过电加热器30时，空气变热。被加热的空气接着通过空气调节导管33被供应到车辆内部。
此外，当关闭燃料电池系统时，通过接通开关21使COD 20连接到电池组10，从而消除电池组阴极中的氧和残留电压(remainingvoltage)。
然而，燃料电池车辆的电加热器30仅用作例如在冬天时对内部进行加热的加热器，并且空调机蒸发器51不配备任何用于除去湿气的设备。
本背景技术部分中公开的上述信息只是为了增强对本发明的背景的理解，并且因此可能包含不形成在该国对本领域普通技术人员而言已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明涉及一种配备有能够从空调机蒸发器除去湿气的除湿器的燃料电池车辆。
本发明提供了一种燃料电池车辆，包括：燃料电池组，作为供电器；电加热器，由来自燃料电池组的电力驱动；鼓风机风扇，用于将空气吸入到电加热器；空气管道，用于允许经过电加热器的空气供应到空调机蒸发器；以及控制器，用于控制电加热器和鼓风机风扇的操作，以便特别是通过将被电加热器加热的空气供应到空调机蒸发器来从空调机蒸发器除去湿气。
在一个优选的实施方式中，控制器被设置成通过利用来自燃料电池组的电力来操作电加热器，其中，当关闭燃料电池系统时，电加热器除去残留在阴极中的氧并且从空调机蒸发器除去湿气。
在另一个优选的实施方式中，配置成对内部加热的电加热器和鼓风机风扇被设置在连接到车辆内部的空气调节导管中。空气管道被进一步被设置，该空气管道是从空气调节导管分流并延伸至空调机蒸发器的分流管道。燃料电池车辆还包括打开/关闭设备，其被设置成可选择性地打开/关闭分流管道，并且其响应来自控制器的控制信号而打开分流管道以除去湿气。
在另一个优选实施方式中，用于打开/关闭空气管道的打开/关闭设备是在分流管道和连接到车辆内部的空气调节导管之间切换气流通路的挡板门(damper door)设备。
在另一个优选实施方式中，配置成对内部加热的电加热器和鼓风机风扇被设置在连接到车辆内部的空气调节导管中。空气管道从车辆内部延伸至空调机蒸发器。燃料电池车辆还包括蒸发器用的鼓风机风扇，该鼓风机风扇由控制器控制并且吹送被电加热器加热的内部空气以对空调机蒸发器加热。
另一方面，本发明提供一种燃料电池车辆，包括：燃料电池组，作为供电器；电加热器，附着在空调机蒸发器并且由来自燃料电池组的电力驱动；以及控制器，用于控制电加热器的操作，由此电加热器由来自燃料电池组的电力驱动以对空调机蒸发器进行加热并除去湿气。
在一个优选的实施方式中，控制器被配置成操作使用来自电池组的电力的电加热器。特别地，当关闭燃料电池系统时，操作电加热器以除去残余在阴极中的氧并且从空调机蒸发器除去湿气。
因此，根据本发明的实施方式，操作电加热器和鼓风机风扇以将被电加热器加热的干热空气(hot dry air)通过分流管道供应到空调机蒸发器。因此，可以有效地从空调机蒸发器除去湿气并且解决现有技术中难闻气味的问题。
特别地，通过使用电加热器作为阴极氧消耗，在燃料电池系统关闭期间在除去湿气的处理中消耗电池组的电力。因此，在关闭期间可以从蒸发器除去湿气和除去残留在阴极中的氧(消除电池组电压)，从而可以除去COD。
应该理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车，包括各种艇和船在内的水运工具、飞行器等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用燃料车(例如从除石油以外的资源中取得的燃料)。如本文中所述，混合动力车是具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。
下面将讨论本发明的上述和其它特征。
附图说明
现参照示例性说明在下面仅以示例方式给出的附图的特定典型实施方式来详细说明本发明的以上和其它特征，由此，这些特征不限制本发明，并且其中：
图1是示出了使用在普通燃料电池车辆的空气调节系统的配置的图；
图2是在根据本发明的一个实施方式的燃料电池车辆中设置空气调节除湿器时的图；
图3是例示了由根据本发明的一个实施方式的燃料电池车辆中的空气调节除湿器执行的除湿过程的流程图；
图4是例示了设置在根据本发明的另一个实施方式的燃料电池车辆中的空气调节除湿器的图；以及
图5是例示了设置在根据本发明的另一个实施方式的燃料电池车辆中的空气调节除湿器的图。
应该理解，附图不必按比例绘制，而只是表示用于说明本发明的基本原理的各种优选特征的简化表示。包括例如特定尺寸、方向、位置和形状的本文所公开的本发明的特定设计特征，将通过特定施加和使用环境被部分地确定。
在所有附图中，相同的附图标记表示本发明中相同或者等同的部件。
具体实施方式
下文将详细参照本发明的各个实施方式，在附图中示出并在下文中描述其实施例。尽管将结合示例性实施方式说明本发明，然而应该理解的是，本说明书不是要将本发明限制到这些典型的实施方式。相反地，本发明不仅要涵盖这些典型的实施方式，还涵盖包含在所附权利要求所限定的本发明的思想和范围内的各种替代、修改、等效物及其它实施方式。
下面将参考附图详细描述本发明的示例性实施方式，以使本发明所属领域的技术人员可以容易地实现本发明。
图2是例示了设置在根据本发明的一个实施方式的燃料电池车辆中空气调节除湿器的图。
在本实施方式中，燃料电池车辆配备有从空调机蒸发器51除去湿气的除湿器。如图所示，使用来自电池组10的电力，电加热器30将温度升高的空气供应到蒸发器51从而除去湿气。特别地，为了在燃料电池系统被关闭时消耗电池组电力并且除去残留在阴极中的氧，在关闭时电加热器30连接到的电池组10。
根据常规系统，电池组的电压在熄火时保持在400V以上并且COD连接到燃料电池组10以消除残留电压。然而，根据本发明，代替使用COD，安装在车辆中用来对内部加热的电加热器30被用作用于消除在关闭时的残留电压的负载。换言之，根据本发明，主要用来在需要时(例如在冬天)对内部加热的电加热器30连接到电池组10以用作消耗燃料电池组电力并且除去残留在阴极中的氧的负载。
因此，如图2中所示，根据本发明的在燃料电池车辆中的蒸发器除湿器包括起到供电器作用的电池组10，由来自燃料电池组10的电力驱动的电加热器30，用于将空气供应到电加热器30的鼓风机风扇31，用于将经过电加热器30的空气供应到空调机蒸发器51的空气管道34，以及用于控制电加热器30和鼓风机风扇31的控制器40。
在该配置中，电加热器30可以是任何类型的电加热器并且例如可以是通常被用作用于对燃料电池车辆的内部加热的加热器的PTC加热器。
如图2中进一步所示，加热器开关32可以设置在燃料电池组10和电加热器30之间从而可选择性地将电池组电力施加到电加热器30。例如，加热器开关32可以是由来自控制器50的电信号开启/关闭的继电器。
如图进一步所示，加热器30和鼓风机风扇31可以设置在连接到车辆内部的空气调节导管33中以对燃料电池车辆的内部进行加热，其中，空气管道34是从空气调节导管33分流并延伸至空调机蒸发器51的分流管道。
电加热器30和鼓风机风扇31进行操作从而将被电加热器30加热的空气通过空气调节导管33供应到车辆内部，以便对内部进行加热。当被加热的空气不需要对内部加热时(例如在关闭时)，其可以通过分流管道34供应到蒸发器51，从而除去湿气。
如在本实施方式中所示，设置了可选择性地打开/关闭连接到车辆内部的空气调节导管33和分流管道34的打开/关闭单元35。例如，如图所示，打开/关闭单元35可以设置在分流管道34进行分流的分流点(diverging point)。
打开/关闭单元35例如可以是例如响应来自控制器40的控制信号而在分流管道34和连接到车辆内部的空气调节导管33之间切换气流通路的挡板门设备。
挡板门设备35被这样配置从而执行器36响应来自控制器40的控制信号而进行操作以转动挡板门37。这样，气流通路根据由执行器36确定的挡板门37的位置来进行切换。
下面描述根据本发明的实施方式的燃料电池车辆的空气调节除湿器从空调机蒸发器除去湿气的过程。
首先，当打开/关闭设备35响应来自控制器40的控制信号而进行操作时，打开空气调节导管33以对内部加热，而打开分流管道34以关闭燃料电池系统。换言之，打开/关闭设备35关闭分流管道34并打开空气调节导管33以对内部加热(如，在冬天)。如图所示，当接通加热器开关32时，电加热器30与电池组10连接，从而电加热器30由电池组电力驱动。
此外，控制器40操作鼓风机风扇31，从而将被电加热器30加热的空气通过空气调节导管33供应到车辆内部，从而对内部加热。
当驾驶员停车并将车钥匙转到OFF位置时，执行燃料电池系统的普通关闭，其中，通过使用电池组中的残留电压来从蒸发器除去湿气，如下面参考图3所描述的。
当控制器40检测到熄火信号时，执行除去湿气的处理。首先，当检测到熄火信号时，接通加热器开关32从而使电加热器30连接到电池组10并且操作电加热器30。
通过控制打开/关闭单元35来打开分流管道34和关闭空气调节导管33，并且进行利用电池组电力的电加热器30的操作和鼓风机风扇31的操作。
因此，由鼓风机风扇31提供的空气被电加热器30加热并被供应到分流管道34，并且被电加热器30加热的干热空气通过分流管道34被供应到蒸发器51，从而除去湿气。
在从蒸发器51除去湿气的过程中，当电加热器30消耗电池组电力时，残留在阴极中的氧被除去，从而电加热器30起到现有技术的COD的作用。
当已经从阴极除去氧并且已经从蒸发器51除去湿气时，电池组电压(例如，如由电压检测器检测到的)下降到预定电压(例如20V)以下。作为反应，控制器40通过断开加热器开关32来停止电加热器30的操作，并且也停止鼓风机风扇31的操作。
根据所描述的燃料电池车辆中的空气调节除湿器的配置和操作，不管当车辆正在使用时空调机是否运行，在关闭时总是可以执行除去湿气和氧的处理。
此外，根据本发明，打开/关闭设备35的执行器36和鼓风机风扇31可以由电池组电力或来自车辆中的单个电池的电力驱动。
同时，图4示出了根据本发明的另一个实施方式的图。
特别地，根据如图2中所示的实施方式，被电加热器30加热的空气从空气调节导管分流通过空气管道即分流管道34被供应到空调机蒸发器51。根据图4中所示的实施方式，被电加热器(例如PTC加热器)30加热的空气首先被供应到内部，并且随后经过空气管道38被供应到空调机蒸发器51。例如，如图所示，空气管道38从车辆内部延伸至空调机蒸发器51。
在这种情况下，例如，已经在车辆内部循环的空气可以接着通过图中未示出的空调机过滤器被供应到空调机蒸发器51。
此外，在本实施方式中，鼓风机风扇55可以进一步被设置在空调机蒸发器51的附近从而内部空气(即被电加热器加热且已经被供应到内部的空气)通过空气管道38被吸入并且被通过鼓风机风扇55被供应到空调机蒸发器51。
对于这种配置，例如在关闭燃料电池系统时，控制器40可以被配置成操作蒸发器51用的鼓风机风扇55和电加热器30用的鼓风机风扇31。
在如图4中所示的本实施方式中，由于被电加热器30加热的干热空气首先被供应到车辆内部并且通过空气管道38也被供应到空调机蒸发器51，因此可以有效地从空调机蒸发器51除去湿气。
除了空气管道不是从空气调节导管分流的分流管道而是经过鼓风机风扇55连接在车辆内部和空调机蒸发器51之间的空气管道38之外，图4中所示的实施方式与图2中所示实施方式的操作过程、状态和效果相同或相似。
图5是例示了本发明的空气调节除湿器的另一个实施方式的图，其中，电加热器(例如PTC加热器)56直接附着在空调机蒸发器51。
特别地，通过操作附着在其上的电加热器56来直接对空调机蒸发器51加热从而除去湿气。
在该配置中，附着在空调机蒸发器51的电加热器56是与配置成对内部加热的电加热器30分离的加热器。电加热器56可以这样配置从而通过开关57来接通和断开。
因此，例如，图2和图4的实施方式中的电加热器30被配置为，当在关闭燃料电池系统时消耗电池组电力(除去残留在阴极中的氧)时，同时对车辆内部加热和对用于从空调机蒸发器除去湿气的空气加热。另一方面，在图5中所示的实施方式中，附着在空调机蒸发器51的电加热器56利用电池组电力直接对空调机蒸发器51加热以在关闭燃料电池系统时除去湿气并且除去电池组的残留氧和电压。
根据图5中所示的实施方式，也被称之为直接加热型(direct-heatingtype)，不需要专门的空气管道和鼓风机风扇。
本发明已经通过参考其优选的实施方式来进行详细地描述。然而，本领域技术人员应该理解，在不偏离本发明的原理和思想的情况下，可以改变这些实施方式，其中，本发明的范围由所附的权利要求及其等价形式限定。

Claims (13)

1.一种燃料电池车辆，包括：
燃料电池组，作为供电器；
电加热器，由来自所述燃料电池组的电力驱动；
鼓风机风扇，被配置成将空气供应到所述电加热器；
空气管道，被配置成将被所述电加热器加热的空气输送到空调机蒸发器；以及
控制器，被配置成控制所述电加热器和所述鼓风机风扇的操作，
由此，通过将被所述电加热器加热的空气供应到所述空调机蒸发器，从而从所述空调机蒸发器除去湿气。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其中，所述控制器被配置成在关闭燃料电池系统时使用来自所述燃料电池组的电力来操作电所述电加热器，从而通过所述电加热器来除去残留在所述燃料电池组的阴极中的氧和电压并且从所述空调机蒸发器除去湿气。
3.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其中，所述电加热器和和所述鼓风机风扇被设置成与空气调节导管连接，所述空气调节导管连接到所述车辆的内部并且用于对所述车辆的内部进行加热，
其中，所述空气管道是从所述空气调节导管分流并延伸至所述空调机蒸发器的分流管道，并且
所述燃料电池车辆还包括打开/关闭设备，所述打开/关闭设备被设置成可选择性地打开/关闭所述分流管道，由此，所述打开/关闭设备被配置成响应来自所述控制器的控制信号而打开所述分流管道以除去湿气。
4.根据权利要求3所述的燃料电池车辆，其中，用于打开/关闭所述空气管道的所述打开/关闭设备是在所述分流管道和所述空气调节导管之间切换气流通路的挡板门设备。
5.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其中，所述电加热器和所述鼓风机风扇被配置成对所述车辆的内部进行加热，并且被设置成与连接到所述车辆的内部的空气调节导管连接，其中，所述空气管道从所述车辆的内部延伸至所述空调机蒸发器，并且
所述燃料电池车辆还包括第二鼓风机风扇，所述第二鼓风机风扇由所述控制器控制并且被配置成将来自所述车辆的内部的被加热的空气供应到所述空调机蒸发器。
6.一种燃料电池车辆，包括：
燃料电池组，作为供电器；
电加热器，附着在空调机蒸发器，所述电加热器由来自所述燃料电池组的电力驱动；以及
控制器，被配置成控制所述电加热器的操作，
其中，所述电加热器由来自所述燃料电池组的电力驱动以对所述空调机蒸发器进行加热并除去湿气。
7.根据权利要求6所述的燃料电池车辆，其中，所述控制器被配置成在关闭燃料电池系统时使用来自所述燃料电池组的电力来操作电所述电加热器，从而通过所述电加热器来除去残留在所述燃料电池组的阴极中的氧和电压并且从所述空气调节蒸发器除去湿气。
8.一种用于燃料电池车辆的空调机蒸发器的除湿系统，包括：
电加热器，由来自所述车辆的燃料电池组的电力驱动；
鼓风机风扇，被配置成将空气供应到所述电加热器；
空气管道，被配置成将被所述电加热器加热的空气输送到所述空调机蒸发器；以及
控制器，被配置成控制所述电加热器和所述鼓风机风扇的操作，
由此，通过将被所述电加热器加热的空气供应到所述空调机蒸发器，从而从所述空调机蒸发器除去湿气。
9.根据权利要求8所述的燃料电池车辆，其中，所述控制器被配置成在关闭燃料电池系统时使用来自所述燃料电池组的电力来操作所述电加热器，从而通过所述电加热器来除去残留在所述燃料电池组的阴极中的氧和电压并且从所述空调机蒸发器除去湿气。
10.根据权利要求8所述的燃料电池车辆，其中，所述电加热器和和所述鼓风机风扇被设置成与空气调节导管连接，所述空气调节导管连接到所述车辆的内部并且用于对所述车辆的内部进行加热，
其中，所述空气管道是从所述空气调节导管分流并延伸至所述空调机蒸发器的分流管道，并且
所述燃料电池车辆还包括打开/关闭设备，所述打开/关闭设备被设置成可选择性地打开/关闭所述分流管道，由此，所述打开/关闭设备被配置成响应来自所述控制器的控制信号而打开所述分流管道以除去湿气。
11.根据权利要求10所述的燃料电池车辆，其中，用于打开/关闭所述空气管道的所述打开/关闭设备是在所述分流管道和所述空气调节导管之间切换气流通路的挡板门设备。
12.根据权利要求8所述的燃料电池车辆，其中，所述电加热器和所述鼓风机风扇被配置成对所述车辆的内部进行加热，并且被设置成与连接到所述车辆的内部的空气调节导管连接，其中，所述空气管道从所述车辆的内部延伸至所述空调机蒸发器，并且所述燃料电池车辆还包括第二鼓风机风扇，所述第二鼓风机风扇由所述控制器控制并且被配置成将来自所述车辆的内部的被加热的空气供应到所述空调机蒸发器。
13.一种用于燃料电池车辆的空调机蒸发器的除湿系统，包括：
电加热器，附着在所述空调机蒸发器，所述电加热器由来自燃料电池组的电力驱动；以及
控制器，被配置成控制所述电加热器的操作，
其中，所述电加热器由来自所述燃料电池组的电力驱动以对所述空调机蒸发器进行加热并除去湿气。
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