CN106532086B - 车辆电气系统和操作涡轮组件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用损失回收系统的燃料电池调节。提供了系统和方法，用于连同流量控制组件一起调节燃料电池背压或湿度，回收由该调节产生的能量。一种示范性车辆系统包括燃料电池组、用以调节离开该燃料电池组的流体流的流量控制阀以及流量控制组件，该流量控制组件平行于该流量控制阀以基于该流量控制阀相对于流体流的定向、响应于那些绕过该流量控制阀的流体流的旁路部分产生电能。

Description

车辆电气系统和操作涡轮组件的方法

技术领域

本文所述的主题总体上涉及流量控制系统，且更具体地涉及连同流量控制组件调节燃料电池背压或湿度，这回收由该调节产生的能量。

背景技术

近年来，燃料电池已经用在了越来越多数量的应用中。例如，燃料电池组可以用于为电动车辆中的牵引电机供应电功率。通常，压缩空气被提供给燃料电池的一个或多个电极以获得该燃料电池的有效率工作。这个气流呈现了这样的机会，在燃料电池的下游进行能量回收。因此，已经研制了现有技术的系统，其采用涡轮机从离开燃料电池的气流中回收能量。传统上，该涡轮机通过共同的旋转轴机械地连接到输入空气压缩机，对由该涡轮机回收的能量杠杆作用给压缩机提供动力。然而，这可能增加设计涡轮压缩机组件时的复杂性，并且在安装到机动车中时还强加了某些封装或管系安装约束。另外，未调节的气流通过该燃料电池会不合要求地降低该燃料电池组的湿度。因此，希望提供一种从燃料电池组回收能量的方式，其还控制燃料电池气流，同时还减少封装或管系安装约束，而不会折损效率。

发明内容

提供涡轮组件、节流损失回收系统以及相关的车辆电气系统和操作方法。一种示范性车辆系统包括燃料电池组、用以调节离开该燃料电池组的流体流的流量控制阀以及流量控制组件，该流量控制组件平行于该流量控制阀以基于该流量控制阀相对于流体流的定向、响应于绕过该流量控制阀的流体流的旁路部分产生电能。

车辆系统的另一示范性实施例包括燃料电池组、用于来自燃料电池组的出口流体流的管道、布置在该管道内的阀以及涡轮组件，该涡轮组件基于该阀相对于该管道的定向接收该出口流体流的旁路部分。

一种运行涡轮组件的示范性方法包括，获取以输出电压在向车辆电气系统的输入节点处提供电功率的燃料电池组的湿度信息，以及根据该湿度信息调整该燃料电池组下游的阀的定向。阀的定向影响该涡轮组件产生的电能，并且该方法进一步地以与该燃料电池组的电压输出相对应的电压电平提供来自涡轮组件的电能给输入节点。

附图说明

下文将连同下列图一起描述本主题的实施例，其中，相同的数字代表相同的元件，并且：

图1是一个或多个示范性实施例中的车辆系统的框图，其包括燃料电池组下游的损失回收组件；

图2是一个示范性实施例中的损失回收组件的剖视图，其适用于图1的车辆系统；

图3是根据一个或多个实施例的示范性管理过程的流程图，其适用于图1的车辆系统；和

图4是根据一个或多个实施例的示范性涡轮组件电子模块的框图，其连同图3的管理过程一起适用于图1的损失回收组件。

具体实施方式

本文描述的主题的实施例涉及车辆系统，包括流量控制组件，其用作围绕流量控制阀的流体流的旁路，以从该绕过的流体流产生能量。为了解释，本主题在本文中以涡轮组件为背景进行描述，其用作阀的旁路并且包括产生电能的发电机。然而，应当意识到，本文描述的主题不限于用于涡轮，而且可以以等同方式为其他合适的机械装置或流量控制组件实施，它们布置成为另一合适的流量控制阀提供旁路。另外，虽然本主题在本文中以配置成涡轮发电机的涡轮组件为背景进行描述，但是，本文描述的主题不限于用于涡轮发电机，并且可以以等同方式为其他合适的装置实施。

在本文描述的示范性实施例中，流量控制阀布置在燃料电池组与车辆排气系统之间的管道内以调节离开燃料电池组的流体流，由此调节或以其它方式管理燃料电池组的湿度。涡轮组件提供流体路径，其平行于其中布置有阀的管道的中间部，从而，阀相对于流体流的定向影响绕过阀通过涡轮的出口流体流的量。在示范性实施例中，发电机输出连接到燃料电池组的电输出，从而以对应于燃料电池输出电压的电压电平输出所产生的电能，其由燃料电池出口流的旁路部分产生。在示范性实施例中，在发电机输出与燃料电池电压输出之间提供电子模块，以控制所产生的电能的分配。在这方面，为了防止可能出现的发电机超速或过多能量生成，电子模块可以消耗至少一部分所产生的电能，或者在一些情况中，以小于车辆电气系统总线电压（或者替代地，小于燃料电池输出电压）的电压输出该所产生的电能，以有效地把所产生的电能从车辆电气系统转移开。

图1描绘适用于机动车的车辆系统100的示范性实施例，其包括损失回收组件102，构造成调整燃料电池组104下游的空气流，并由此调节通过燃料电池组104的气流背压，同时还从出口气流回收能量。为了简要起见，燃料电池组104可以替代地在文本中简单地称作燃料电池，然而，应当意识到，在实践中，燃料电池组104可以实际上包括多个单体燃料电池，它们堆叠或以其它方式构造成获得期望的输出功率级。

如所示，损失回收组件102包括阀106（节流阀），布置在用于离开燃料电池组104的空气的管道108内，该空气要被供应给车辆排气系统110。邻接阀106的上游的燃料电池出口管道108的管道具有进口，其构造成选择性地接收离开燃料电池组104的流体流114的至少一部分116，该部分以受到阀106相对于流体流114的定向（或角度）的影响的方式绕过阀106。在这方面，当阀106相对于流体流114的角度增大以限制出口流体流114并增大背压时，绕过阀106的通过管道的流体流116的量增大，这又增加由损失回收组件102可产生的可能的电能。相反地，当阀106相对于出口流体流114的角度减小以降低燃料电池背压时，进入管道的旁路流体流116的量减小。

管道的出口连接到涡轮组件120的进口（或输入）以建立阀106上游的燃料电池排气管道108与涡轮组件120的涡轮122的进口之间的流体连通。在这方面，旁路流体流116用作涡轮输入流体流，其通过蜗壳、喷嘴或和/或涡轮122的叶片并且冲击涡轮122的叶片（或叶轮）以转动涡轮122。在一个或多个示范性实施例中，涡轮122实现为固定几何结构涡轮。涡轮组件120还包括通过轴连接到涡轮122的发电机124，并且发电机124响应于由涡轮输入流体流116引起的轴的旋转而产生电能。损失回收组件102包括另一管道，其进口连接到涡轮122的出口并且其出口连接到阀106下游的燃料电池排气管道108以建立用于涡轮输出流体流的流体连通。来自涡轮122的涡轮输出流体流与流过阀106的燃料电池排气流的剩余部分重新结合以提供输入流体流给车辆排气系统110。

图2描绘损失回收组件200的示范性实施例的剖视图，适用作图1的车辆系统100的损失回收组件102。在这方面，在一些实施例中，损失回收组件200可以实现为单一的或集成的部件，其提供燃料电池组104与排气系统110之间的管道的中间部分。

损失回收组件200包括构造成接收输入流体流212（例如流体流114）的流体管道202和安置在流体管道202中的阀206。在所示实施例中，涡轮进口管道包括进口220，其可以至少部分地由吸入管道202限定并且构造成选择性地接收来自吸入管道202的输入流体流212的至少一部分。涡轮叶轮226安装在连接到发电机228的轴230上，该发电机构造成在涡轮叶轮226转动时产生电能。所示涡轮组件224包括蜗壳232，其大体上包围涡轮226并且将通过进口220接收的输入流体流212的部分供给涡轮226。如所示，在一些实施例中，吸入管道202、涡轮出口管道222和蜗壳232可以由一体的壳体限定，其还保持着涡轮226和发电机228以提供带有相对紧凑形式的损失回收组件200。

在示范性实施例中，阀206可构造在多个位置之间。例如，在一些实施例中，阀206实现为蝶形阀，其包括节流板236。调整机构例如电动机或节流阀缆线可以构造成通过调整节流板236的位置控制阀206，例如，通过使连接到节流板236的轴238围绕其纵向轴线转动。在实践中，位置传感器可以检测节流板236或轴238的位置，并且提供关于节流板236的位置的反馈，从而阀206的位置可以被调整以获得阀206的下游的期望的进气流体流。在这方面，图2描绘阀206打开到通向涡轮226的进口220大体上完全开放的位置。因此，涡轮组件224用作围绕阀206的旁路，此时，进口220的至少一部分没有被节流板236挡住。至少一部分输入流体流212通过进口220输入蜗壳232，其供给涡轮226，并且离开涡轮226的涡轮输出流体流214流过涡轮出口管道222并且经由出口242重新进入阀206下游的吸入管道202。如所示，出口242可以由阀206下游的吸入管道202的侧壁中的开口形成。将意识到，节流板236相对于输入流体流212的定向在工作期间将改变，这又将改变输入流体流212的量，其被改变方向或以其它方式通过涡轮组件224绕过节流阀。

再次参照图1，损失回收组件102还包括电子模块126，其连接在发电机124的电输出与车辆电气系统130的输入节点128之间。电子模块126包括电气元件或部件，它们构造成接收发电机124产生的电能并且提供发电机124的输出与车辆电气系统130之间的接口，用于输送损失回收组件102产生的电能给车辆电气系统130。例如，电子模块126可以包括整流器，其构造成整流发电机124的输出为直流（DC）电压电平，与车辆电气系统130的节点128处的电压电平相对应。在示范性实施例中，节点128是输入节点，用于接收来自燃料电池104的电输出的电压输出，并且因此，损失回收组件102的电输出连接到燃料电池104的电输出，处于共同电压电平。因此，发电机124和由电子模块126提供的整流被设计或以其它方式构造成产生输出电压，其大致等于燃料电池104的输出电压。

另外，在一些实施例中，电子模块126可以包括电阻器、电容器、感应器、二极管、晶体管和/或其它电路元件，构造成耗散发电机124产生的一部分电能以防止关于涡轮122的潜在超速状况或关于车辆电气系统130的多余能量状况，如下面以图3为背景进行的更详细描述。 在一些实施例中，电子模块126能够改变提供给车辆电气系统130的电压输出，通过耗散发电机124在电子模块126处产生的至少一部分电能。在这方面，电子模块126可以包括硅控制器整流器、开关装置或其它电气部件，其可以被操作以在电子模块126处耗散电能以维持提供给车辆电气系统130的输出电压、处于由电子控制单元（ECU）160提供的目标电压给定值。例如，电子模块126可以包括场效应晶体管（FET），配置成平行于发电机输出，其以占空比产生脉动、切换或其它方式触发，该占空比引起FET耗散所产生的电能的一部分，这导致电子模块126的整流器输出的电压大体上等于来自ECU 160的目标电压给定值。

在所示实施例中，损失回收组件102还包括电子控制致动装置109，其连接到阀106并且构造成响应于阀位置指令控制阀106相对于流体流114的定向（例如，管道108内提供的开口的大小）。在这方面，致动装置109可以包括一个或多个缆线、连接、电机等等，正如被发现与电子控制节流阀在一起的。在所示实施例中，致动装置109连接到ECU 160以接收来自ECU 160的阀位置指令，这得到流体流114离开燃料电池组104的期望背压，并由此获得燃料电池组104内的期望湿度。也就是说，在其它实施例中，致动装置109可以连接到电子模块126，其可以用作媒介，根据从ECU 160接收到的信号或指令来命令或以其它方式控制致动装置109的操作。

仍然参照图1，如所示，压缩机组件134设置在燃料电池104的上游以接收进气（例如通过空气滤清器等等）并且压缩空气以获得燃料电池104的期望工作。所示压缩机组件134包括在燃料电池104上游的进气流体流路径中的压缩机136、连接到压缩机136的电机138（例如，经由共同的旋转轴）和压缩机控制模块140，该压缩机控制模块连接到电机138并构造成响应于从ECU 160接收到的命令或指令操作电机138以获得期望转速，并由此获得压缩机136的压缩比。在这方面，压缩机控制模块140可以包括控制硬件（例如微控制器、微处理器等等）、功率变换硬件（例如变换器）或者电气部件的另一适当组合，构造成响应于从ECU 160接收到的信号或命令支持压缩机电机138并由此是压缩机136的工作。

在压缩机组件134的下游，换热器142冷却提供给通向燃料电池104的阴极103的进气口的压缩空气流。阳极105的进口连接到燃料源，例如氢气源107，以接收或以其它方式获取氧化成离子和电子的燃料。被输入给阴极103的压缩空气与阳极105处的反应副产物起反应以提供流体流114，其然后离开阴极103的出口。燃料电池104的电输出连接到车辆电气系统130的相应的燃料电池电压输入节点128以提供电能给车辆电气系统130，如所期望的。

在所示实施例中，车辆电气系统130包括DC-DC功率变换器144，它的输入连接到燃料电池电压输入节点128，并且它的输出连接到电压总线145，具有与车辆蓄电池146对应的DC电压电平。在这方面，当燃料电池104输出的DC电压电平不同于蓄电池146的DC电压电平时，DC-DC变换器144把输入节点128处的电压电平转换成电压总线145的DC电压电平处的相应输入电流。例如，燃料电池104的输出电压可以为大约100伏或更大，而蓄电池146具有大约12伏至约14伏的标称电压，在此，DC-DC变换器144把燃料电池输出电压转变成蓄电池电压电平。也就是说，在一些实施例中，燃料电池输出电压（以及同样，回收组件102的输出电压）可以匹配蓄电池电压，在这样的情况下，DC-DC变换器可以不存在。在所示实施例中，一个或多个附加的车辆电气部件148可以连接到电压总线145以接收输入功率供它们操作用。另外，车辆驱动系统150（例如用于电力牵引电机的驱动电子设备）可以连接到电压总线145以接收用于提供牵引力给车辆的输入电功率。

ECU 160通常代表发动机控制单元或一个或多个监控电子控制单元的另一组合，构造成支持本文所述车辆系统100的操作。ECU 160连接到车辆驱动系统150并且构造成提供命令或指令用于响应于驾驶员输入或反馈例如踩下加速踏板、制动踏板等等来操作车辆牵引系统。另外，ECU 160可以连接到车辆电气系统130内的各个车辆电气部件148以根据来自驾驶员或其它车辆乘客的输入或选择控制它们的操作，并由此控制它们对来自电压总线145的电能的消耗。ECU 160还连接到压缩机控制模块140、阀致动装置109和损失回收组件102的电子设备模块126以支持压缩机136和涡轮组件120的操作，它们获得燃料电池104的期望操作，如下文更详细描述的。在这方面，虽然为了清楚起见没有在图1中描绘，但是，在实践中，ECU 160还可以连接到燃料电池104或其一个或多个部件（例如燃料电池控制器、湿度传感器、压力传感器等等），它们构造成支持本文描述的过程、任务和操作。此外，在一些实施例中，ECU 160还可以连接到氢气源107以控制或以其它方式影响至燃料电池组104的阳极进口的输入燃料流的量或速率。

图3描绘管理过程300的示范性实施例，适用于在车辆系统中实施以调节燃料电池组电极经受的湿度和空气流以获得燃料电池组的期望操作。 为了说明的目的，下列描述可以指的是上面与图1和图2相关描述的元件。 在实践中，管理过程300的部分可以由车辆系统100的不同元件执行，例如ECU 160、电子模块126、致动装置109、压缩机控制模块140或燃料电池组104。应当意识到，管理过程300的实际实施例可以包括许多附加的或替代的任务，这些任务不必按所示顺序执行，和/或这些任务可以同时执行，和/或，管理过程300可以并入具有本文没有详细描述的附加功能的更全面的进程或过程中。此外，以图3为背景示出和描述的一个或多个任务能够从管理过程300的实际实施例中省略，只要预期的整体功能保持完整。

在示范性实施例中，管理过程300开始于操作压缩机组件以获得期望输入空气流给燃料电池组的阴极（任务302）。在这方面，ECU 160命令、发信号或以其它方式指示压缩机控制模块140以操作电机138并由此是压缩机136以获得在阴极103的进口处的期望空气压力。例如，ECU 160可以接收反馈，代表着环境空气压力、阳极105的进口处的燃料流速、与电压总线145相关联的当前功率消耗（例如，车辆驱动系统150和/或车辆电气部件148的功率需求）中的一个或多个，并且，根据这些，确定给阴极103的输入空气流的最佳输入压力以获得期望的功率输出。从那里，ECU 160计算或以其它方式确定用于操作压缩机组件134的压缩机136的命令或指令以获得压缩比，得到阴极进口处的最佳输入压力。应当注意到，由于压缩机组件134与涡轮组件120在物理上且电力地分开，压缩机组件134的部件（即压缩机136和电机138）可以设计或以其它方式优化至燃料电池组104的平均或标称空气流。换句话说，压缩机136的尺寸可以制作成获得期望压缩量，使压缩机电机138然后匹配压缩机输入功率，用于获得压缩量。

所示管理过程300继续为接收或以其它方式获取代表着燃料电池组的当前湿度的信息并且根据当前湿度信息操作损失回收系统的阀（任务304、306）。例如，燃料电池组104可以包括湿度传感器，构造成测量或以其它方式定量燃料电池104的阴极103的当前湿度。ECU 160可以连接到湿度传感器（直接或间接地通过燃料电池控制模块）以接收或以其它方式获取阴极103的湿度的当前测定值，并且，根据这些，确定如何操作损失回收组件102的阀106。在替代的实施例中，电子模块126可以连接到燃料电池104以根据当前湿度信息确定如何操作损失回收组件102的阀106，或者，燃料电池控制模块确定湿度是应该增加还是减小，或者如何操作阀106并且提供相应的指示给ECU 160或电子模块126。

在一个实施例中，ECU 160确定当前湿度是小于还是大于目标湿度值，并且根据差值操作阀106。例如，根据一个或多个因素，ECU 160可以确定用于最有效地操作燃料电池104的最优湿度水平，然后比较当前湿度测量值与目标湿度值。当当前湿度大于最优湿度时，ECU 160发信号、命令或以其它方式指示致动装置109以调整阀106的定向从而增大管道108内的开口的大小（或者减小阀106相对于流114的角度），由此降低背压，这又便于较少受限的阴极出口流114，这能够降低阴极103的湿度。替代地，当当前湿度小于最优湿度时，ECU160发信号、命令或以其它方式指示致动装置109以调整阀106的定向从而减小管道108内的开口的大小（或者增加阀106相对于流114的角度），由此增加背压，这又限制阴极出口流114以便于增加或维持阴极103的湿度。在一些实施例中，根据当前湿度值与目标湿度值之间的差值的量级以及与当前出口流114相关联的质量流速，ECU 160可以计算阀106的角度应当调整的量。

在另一实施例中，ECU 160可以确定当前湿度是小于还是等于最小湿度阈值，或者替代地，大于最大湿度阈值。响应于确定当前湿度小于或等于最小湿度阈值，ECU 160发信号、命令或以其它方式指示致动装置109以调整阀106的定向以减小管道108内的开口大小并且增加背压。相反地，响应于确定当前湿度小于或等于最小湿度阈值，ECU 160发信号、命令或以其它方式指示致动装置109以调整阀106的定向以增加管道108内的开口大小并且减小背压。

仍然参照图3，在示范性实施例中，管理过程300继续为检测或以其它方式识别潜在的发电机超速状况的存在，并且响应地，操作损失回收组件的电子模块以耗散能量而减轻潜在的超速状况（任务308、310）。在这方面，当涡轮122具有固定几何结构时，在阀106的某些定向时，联合阴极出口流114的质量流速，涡轮输入流116可以促使涡轮122以可能超过发电机124的设计极限的速度转动。因此，为了防止潜在的发电机超速，ECU 160可以发信号、命令或以其它方式指示电子模块126通过电阻通道使发电机124的电输出实际上短路，或以其它方式增加发电机124的电负载，由此防止超速状况。例如，根据与电压总线145相关联的当前功率消耗小于燃料电池104与发电机124的组合功率输出，ECU 160可以确定潜在的超速状况存在，并且响应地，发信号给电子模块126以耗散来自发电机124的电输出的至少一部分以减轻潜在的超速状况。在一些实施例中，根据当前发电机转速大于阈值，ECU160可以接收发电机转速反馈信号并且检测潜在的超速状况。响应于超速状况，ECU 160可以将提供给电子模块126的目标电压给定值从节点128处的燃料电池104的当前电压输出降低为某更低的值，促使电子模块126耗散所产生电能的至少一部分。

另外，管理过程300可以检测或以其它方式识别潜在的多余能量状况的存在，并且响应地，操作损失回收组件的电子模块以耗散能量而缓和潜在的多余能量状况（任务310、312）。例如，取决于阀106的定向和阴极出口流114的质量流速，发电机124产生的功率，当与由燃料电池104提供的功率输出组合时，可以大于电压总线145的功率操纵性能（例如，蓄电池146满电荷，车辆电气部件148关闭，等等）。因此，为了防止蓄电池146的过充电或者以其它方式提供多余能量给车辆电气系统130，ECU 160发信号给电子模块126以耗散发电机124的电输出的至少一部分（例如，通过降低目标电压给定值）以降低节点128处给车辆电气系统130的输入功率。例如，根据车辆的当前速度（或车辆驱动系统150的当前负载）、电池146的荷电和/或输出电压的当前状态、燃料电池104的当前输出功率、阀106的定向和阴极出口流114的质量流速，ECU 160可以计算、估计或以其它方式确定要耗散的多余功率的量，根据总输入功率（例如，燃料电池104功率输出与与发电机124功率输出之和）与电压总线145的当前功率操纵容量之间的差值。ECU 160然后操作损失回收组件102的电子模块126以耗散多余功率的量。在一个实施例中，提供给电子模块126的目标电压给定值被设定为小于或等于电压总线145的电压的电压，由此确保涡轮组件120不提供任何给电压总线145的电流。

在不存在潜在的多余能量状况或潜在的超速状况的情况下，管理过程300操作损失回收组件的电子模块以分配所产生的电能给车辆电气系统（任务314）。在这方面，ECU160发信号或以其它方式命令电子模块126以在节点128处输出大体上等于燃料电池输出电压的电压（例如，通过设定目标电压给定值为燃料电池输出电压）。例如，ECU 160可以连接到燃料电池电压输入节点128或燃料电池电压输出以测量当前燃料电池电压输出，并且基于这些，ECU 160可以命令电子模块126，目标电压给定值等于当前燃料电池电压测量值。因此，涡轮组件120产生的电功率以燃料电池104的电压电平被提供给车辆电气系统130的输入节点128，并且由DC-DC变换器144变换为总线电压电平并且经由电压总线145进行分配。注意到，在其中在燃料电池输入节点128处的输出电压大于总线电压的实施例中，通过设计发电机124用于燃料电池输出电压而不是更低的总线电压，可以减小发电机124的尺寸。

图4描绘电子模块400的示范性实施例，适用做与图3的管理过程300一起的图1的涡轮组件120中的电子模块126。 电子模块400包括功率电子设备402，连接在发电机124的输出与车辆电气系统130的输入节点128之间，并且功率电子设备402通常代表电子模块400的硬件部件，它们构造成滤波、整流或以其它方式处理发电机124输出的电能并且输送所产生的电能给车辆电气系统130。在这方面，功率电子设备402具有连接到发电机124的输出的输入406、连接到车辆电气系统130的输入节点128的输出408，并且，功率电子设备402把在输入406处从发电机124接收到的输入电能变换成输出408处的与目标电压给定值相对应的电压电平。

另外，功率电子设备402可以包括电路，构造成响应于来自电子模块400的控制模块404的指令选择性地耗散所产生的电能。在这方面，控制模块404通常代表硬件、处理逻辑或电子模块400的其它部件，它们连接到ECU 160并且构造成支持本文描述的电子模块126的操作。在实践中，控制模块404可以包括或以其它方式实现为处理器、控制器、微处理器、微控制器、专用集成电路、场可编程门阵列或任何合适的可编程逻辑器件。在一个或多个实施例中，控制模块404从ECU 160接收目标电压给定值的指示并且操作功率电子设备402以变换节点406处从发电机124接收到的电能为大体上等于输出408处的目标电压给定值的电压电平。当目标电压给定值小于输入节点128处的电压时，控制模块404操作功率电子设备402的电路以耗散损失回收组件102回收的电功率的至少一部分。

简短地概述，本文描述的主题允许损失回收组件102独立于压缩机组件134而设计和封装。因此，通过损失回收组件102，可以简化从阴极出口下游到排气系统110的管系安装（plumbing）。另外，可以独立于压缩机组件134设计和制作涡轮122和发电机124的尺寸，由此允许它们被优化用于标称阴极出口质量流速。损失回收组件102的电子模块126、400可以用来通过耗散所产生的电能根据需要对发电机124加载以防止发电机超速。电子模块126、400还可以用于耗散所产生的电能以防止对车辆蓄电池146过充电或以其它方式使车辆电气系统130过功率。因此，涡轮122可以实现为使用固定几何结构、有效地平行于阀106配置并且尺寸制作为具有更大的自由度（例如，独立于发电机124或车辆系统100）以获得用于典型的阴极出口流114的有效操作。另外，然后发电机124可以定尺寸为适于节点128处的燃料电池输出电压（例如，而不是电压总线145或蓄电池146的电压），由此允许发电机124的尺寸减小，这与涡轮122的结构相配合提供从封装角度而言更大的自由度。压缩机组件134能够类似地独立于涡轮组件120而设计，由此在燃料电池104的上游提供相对于效率、管系安装或封装的更大的自由度。

为了简短起见，与涡轮、涡轮发电机、损失回收系统、压缩机、燃料电池、燃料电池车辆、车辆电气系统相关的常规技术以及这些系统（以及系统的个体运行部件）的其它功能方面可以不在本文详细描述。此外，本文所包含的各个图中示出的连接线用于代表各个元件之间的示范性功能关系和/或物理连接。应当注意到，许多替代或附加的功能关系或物理连接可以存在于本主题的实施例中。

本主题在本文中可以按照功能的和/或逻辑块部件，并且参照操作、处理任务和功能的符号表示来进行描述，它们可以通过各个计算部件或装置来执行。应当意识到，图中示出的各种块部件可以实现为任意数量的硬件部件，构造成执行特定功能。例如，系统或部件的一种实施例可以采用各种集成电路部件，例如存储元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查询表等等，它们在一个或多个微处理器或其他控制装置的控制下可以执行各种功能。此外，本文描述的主题的实施例能够被存储在任何合适的非暂时性计算机可读介质上、被编码在任何合适的非暂时性计算机可读介质上或通过任何合适的非暂时性计算机可读介质以其它方式具体化为计算机可执行指令或存储在其上的数据，在执行时（例如通过控制模块或其它处理系统）促进上述过程。

上面描述可以指的是元件或部件或零件“连接”在一起。除了以其它方式确切阐述之外，本文使用的“连接”意味着元件/节点/零件是直接或间接连接到（或者直接或间接连通于）另一元件/节点/零件，并且不是必须是机械式的。因此，虽然这些图可能描绘元件的一种示范性配置，但是附加的中间元件、装置、零件或部件可以存在于所述主题的实施例中。此外，某些术语还可以用在下列描述中，仅仅为了参考的作用，并且因此不意图为限制。例如，指代结构的术语“第一”、“第二”和其它数字用语不意味着次序或顺序，除非在上下文中清楚指示了。

前面的详细说明实质上仅是说明性的并不意图限值主题的实施方式或这种实施方式的应用和用途。如这里所使用的，词语“示范性的”指的是“用作一个示例，例子或例证”。这里描述为示例的任何实施不必构造为优于或优选于其他实施。此外，不意图受到前述背景技术、发明内容或详细说明中出现的理论的限制。

虽然在前面的详细说明中已经给出了至少一个示范性实施例，但应当意识到存在大量的变形。还应当意识到，所述一个或多个示范性实施例仅仅是例子，并且不意图以任何方式限制本主题发明的范围、适用性或构型。相反地，前面的详细说明将给本领域技术人员提供实施本主题的示范性实施例的便利途径。应当理解，在不脱离所附权利要求中阐述的发明主题的范围的情况下，可以对示范性实施例中描述的功能和元件布置做出多种变化。因此，上述的示范性实施例的细节或其它限制不应当被读入权利要求中，在没有相反的明确说明的情况下。

Claims (15)

1.一种车辆电气系统，包括：

输入节点（128）；

电压总线；

包括连接到所述输入节点（128）的电输出的燃料电池组；

在燃料电池（104）的上游并连接到所述电压总线的压缩机组件（134）；

用以调节离开该燃料电池组的流体流的流量控制阀；和

涡轮组件（120），该涡轮组件平行于该流量控制阀（106）并连接到所述输入节点（128）以基于该流量控制阀（106）相对于所述流体流（114）的定向、响应于所述流体流绕过该流量控制阀（106）的旁路部分（116）在所述输入节点（128）处提供电能，其中所述压缩机组件（134）与所述涡轮组件（120）机械地分开。

2.如权利要求1所述的车辆电气系统，进一步地包括流量控制阀（106）上游的管道（108），以为所述流体流（114）的旁路部分（116）提供与所述涡轮组件的流体连通。

3.如权利要求2所述的车辆电气系统，该管道（108）在所述涡轮组件（120）的上游提供与所述涡轮组件（120）的流体连通，该系统进一步地包括在所述流量控制阀（106）下游的第二管道，以在所述涡轮组件（120）的下游为所述流体流（114）的旁路部分（116）提供与所述涡轮组件（120）的流体连通。

4.如权利要求3所述的车辆电气系统，进一步地包括在所述流量控制阀（106）和所述涡轮组件（120）下游的排气系统。

5.如权利要求4所述的车辆电气系统，其中，该管道布置在所述燃料电池组（104）与所述流量控制阀（106）之间，所述第二管道布置在所述流量控制阀（106）与所述排气系统之间。

6.如权利要求1所述的车辆电气系统，其中，所述燃料电池组（104）的第一电输出以共同的电压电平连接到所述涡轮组件（120）的第二电输出。

7.如权利要求1所述的车辆电气系统，其中，所述涡轮组件（120）包括：

响应于所述流体流（114）的旁路部分（116）可旋转的涡轮（122）；和

连接到所述涡轮（122）以响应于所述涡轮（122）的旋转而产生电能的发电机（124）。

8.如权利要求7所述的车辆电气系统，进一步地包括连接在所述发电机（124）与所述输入节点（128）之间的电子模块（126），以在所述输入节点（128）处转换电能为所述燃料电池组（104）的输出电压。

9.如权利要求1所述的车辆电气系统，其中，所述压缩机组件消耗来自所述电压总线的电能。

10.如权利要求1所述的车辆电气系统，其中：

所述压缩机组件被操作以获得期望输入空气流给所述燃料电池组（104）的阴极且所述压缩机组件消耗来自所述电压总线的电能；以及

基于所述燃料电池组（104）的湿度信息调整所述流量控制阀（106）的定向。

11.如权利要求8所述的车辆电气系统，其中，所述电子模块（126）选择性地消散至少一部分的电能。

12.如权利要求7所述的车辆电气系统，其中，所述涡轮（122）包括固定几何结构涡轮。

13.一种操作涡轮组件（120）的方法，包括：

通过连接到车辆电气系统（130）的总线（145）的控制模块（140）来操作燃料电池组（104）上游的压缩机组件（134）的电机（138）以获得期望输入空气流给所述燃料电池组（104）的阴极；

获取所述燃料电池组（104）的湿度信息，该燃料电池组（104）在通向所述车辆电气系统（130）的输入节点（128）处以输出电压提供电功率；

根据该湿度信息调整该燃料电池组（104）下游的阀（106）的定向，其中，所述阀（106）的定向影响所述涡轮组件（120）产生的电能；以及

以与所述燃料电池组（104）的电压输出相对应的电压电平提供来自所述涡轮组件的电能给所述输入节点，其中所述涡轮组件（120）与所述压缩机组件（134）物理地分开。

14.如权利要求13所述的方法，所述涡轮组件（120）包括涡轮（122）和发电机（124），该涡轮（122）具有在所述阀上游的进口管道，用于接收来自所述燃料电池组（104）的出口流体流（114）的旁路部分（116），该发电机（124）连接到该涡轮（122）以产生由该旁路部分（116）引起的电能，所述阀（106）相对于所述出口流体流（114）的定向影响所述旁路部分（116），其中，该方法进一步地包括操作连接在所述发电机（124）与输入节点（128）之间的电子模块（126）以响应于潜在的超速状况耗散至少一部分的所述电能。

15.如权利要求13所述的方法，所述涡轮组件（120）包括涡轮（122）和发电机（124），该涡轮（122）具有在所述阀（106）上游的进口管道，用于接收来自所述燃料电池组（104）的出口流体流（114）的旁路部分（116），该发电机（124）连接到该涡轮以产生由该旁路部分（116）引起的电能，所述阀（106）相对于所述出口流体流（114）的定向影响该旁路部分（116），其中，该方法进一步地包括操作连接在所述发电机（124）与输入节点（128）之间的电子模块（126）以响应于潜在的多余能量状况耗散至少一部分的所述电能。

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