CN115732719A - 燃料电池系统、运行方法和车辆 - Google Patents

Abstract

所介绍的发明涉及一种用于提供电能的燃料电池系统，其中，该燃料电池系统包括：燃料电池堆；用于以氢气供给所述燃料电池堆的第一喷射泵；用于以氢气供给所述燃料电池堆的另外的喷射泵；用于以氢气供给所述第一喷射泵的第一推进喷嘴；用于以氢气供给所述另外的喷射泵的另外的推进喷嘴；用于共同地控制所述第一喷射泵和所述另外的喷射泵的配量阀，其中，所述配量阀通过主阀与第一推进喷嘴直接地连接，以便以氢气供给所述第一喷射泵，并且其中，配量阀包括切换阀，所述配量阀通过所述切换阀与所述另外的推进喷嘴连接，以便以氢气供给所述另外的喷射泵。本发明还涉及一种运行方法和车辆。

Description

燃料电池系统、运行方法和车辆

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统、一种运行方法和一种车辆。

背景技术

喷射泵通常使用在燃料电池系统的阳极回路中，以便实现阳极气体的必要的再循环。

为了对抗第一喷射泵在低的负载范围内的减低的再循环性能，可以使用较小的第二喷射泵，该较小的第二喷射泵基于低的部分负载范围设计并且所述较小的第二喷射泵与第一喷射泵并联地布置。

因为对于各个喷射泵而言需要一个推进喷嘴，在使用两个喷射喷嘴的情况下，两个推进喷嘴是必需的。根据现有技术，两个推进喷嘴分别借助于控制阀分隔开地被以氢气供给，这造成高的结构上的花费。

发明内容

在所介绍的发明的范畴中，介绍一种燃料电池系统、一种用于运行燃料电池系统的运行方法和一种车辆。从对应的优选实施方式、说明书和附图中得出本发明的另外的特征和细节。在此，不言而喻地，与根据本发明的燃料电池系统相关联地说明的特征和细节也与根据本发明的运行方法以及根据本发明的车辆相关联地适用，并且分别反之亦然，使得在对各个发明方面的公开方面可以相互参照。所介绍的发明尤其用于，提供一种具有至少两个喷射泵的牢固且紧凑的燃料电池系统。

因此，在所介绍的发明的第一方面中，介绍一种用于提供电能的燃料电池系统。燃料电池系统包括燃料电池堆、第一喷射泵用于以氢气供给燃料电池堆、另外的喷射泵用于以氢气供给燃料电池堆、第一推进喷嘴用于以氢气供给第一喷射泵和另外的喷射泵、另外的推进喷嘴用于以氢气供给第一喷射泵和另外的喷射泵、和配量阀用于共同地控制第一喷射泵和另外的喷射泵。配量阀通过主阀与第一推进喷嘴直接连接，以便以氢气供给第一喷射泵。配量阀包括切换阀，配量阀通过所述切换阀与另外的推进喷嘴连接，以便以氢气供给另外的喷射泵。

在上下文中，配量阀可理解为这样的阀：所述阀配置为用于，调整被供应给推进喷嘴的氢气量或氢气体积流。尤其是，配量阀可以是比例阀。

在所介绍的发明的上下文中，切换阀可理解为这样的阀：所述阀配置为用于，调整被供应给推进喷嘴的氢气量或氢气体积流。尤其是，切换阀可以是比例阀。

在所介绍的发明的上下文中，主阀可理解为这样的阀：所述阀配置为用于，调整被供应给推进喷嘴的氢气量或氢气体积流。尤其是，主阀可以是比例阀。

所介绍的发明基于这样的原理：使用唯一的或共同的配量阀，以便以氢气供给燃料电池系统的至少两个推进喷嘴并且相应地控制至少两个要通过推进喷嘴以氢气供给的喷射泵。这意味着，单个的配量阀被用于或配置为用于，调整流经燃料电池系统的各个喷射泵或多个喷射泵的氢气通过量。

由于各个喷射泵的可调整的供给，根据本发明的燃料电池系统可以在不同的负载范围内特别有效地运行。例如，在具有低负载的负载范围内，可以仅第一推进喷嘴被氢气供给，所述第一推进喷嘴配属于小的第一喷射泵，而在具有高负载的负载范围内，除了第一喷射泵之外，第二喷射泵可以被氢气供给，其方式是，激活根据本发明设置的配量阀的切换阀用以供给配属于第二喷射泵的第二推进喷嘴。

因为根据本发明设置的配量阀作为单个阀是特别紧凑的，配量阀需要少安装空间并且能够实现特别紧凑的燃料电池系统构造。

根据本发明设置的配量阀包括主阀和切换阀，其中，切换阀尤其是受压力控制的。在此，主阀与第一推进喷嘴直接连接，使得在主阀激活或打开时，第一推进喷嘴被氢气供给。与此相反，另外的推进喷嘴与主阀间接地连接，使得当切换阀被激活或打开时，另外的驱动喷嘴被氢气供给。

受压力控制的切换阀可以特别紧凑和牢固地构型，因为可以省去费事的控制电子装置。

此外，可以设置，燃料电池系统还包括第一压力腔用于以氢气供给第一推进喷嘴和另外的压力腔用于以氢气供给另外的推进喷嘴，其中，切换阀包括第一压力面和第二压力面，所述第一压力面被施加在第一压力腔中的滞止压力加载，所述第二压力面被施加在燃料电池系统的阳极回路中的阳极压力加载，并且其中，切换阀配置为用于，根据施加在第一压力腔中的滞止压力和阳极压力之间的压差打开并且释放从第一压力腔到另外的压力腔中的氢气流。

受压力控制的切换阀可以包括压力面，例如膜或者阀活塞，所述压力面在预给定的压力下打开或处于运动中，以便能够使得氢气从切换阀中流出或氢气流过切换阀。

由于切换阀与施加在第一推进喷嘴前面的滞止压力耦合，切换阀被自动地这样控制，使得对于在第一推进喷嘴前面的滞止压力超过预给定的压力阈值、尤其是施加在切换阀的阳极侧上的阳极压力的情况，切换阀打开并且释放去往另外的推进喷嘴的氢气流。这意味着，当超过第一喷射泵或第一推进喷嘴的最大输送量并且在第一推进喷嘴前面的滞止压力提高时，第二推进喷嘴自动地被以氢气供给，以便防止相应的燃料电池堆的氢气供给不足。因此，两个喷射泵可以利用仅一个配量阀运行。

因为在所介绍的燃料电池系统运行时切换阀在其阳极侧上恒定地被氢气流入，施加在第一推进喷嘴前面或配量阀后面的滞止压力和阳极压力之间的压差尤其适用于控制切换阀。例如，滞止压力和阳极压力之间的压差可以用于，激活切换阀并且例如使膜或压力体运动。

借助于将第一推进喷嘴前面的第一压力腔与另外的推进喷嘴前面的另外的压力腔在流体方面分隔开的切换阀，另外的喷射喷嘴的活动或另外的喷射喷嘴的氢气供给可以完全地由切换阀控制。尤其是，第一压力腔与另外的压力腔的流体方面的分隔开防止切换阀被另外的压力腔上的滞止压力加载，使得切换阀的打开行为与另外的喷射泵的活动无关并且是相应地稳定的。

此外，可以设置，第二压力面布置在第一喷射泵的流入区域或者流出区域中。

通过第二压力面在第一喷射泵的流入区域或者流出区域中的布置，切换阀直接地与第一喷射泵的当前运行条件耦合，使得切换阀直接且相应地快速地对第一喷射泵的运行条件的改变作出反应。

此外，可以设置，切换阀完全地布置在燃料电池系统的阳极回路中。

完全地布置在阳极回路中的切换阀不具有向外部的泄漏并且因此不必费事地就绝对密封性进行优化。相应地，切换阀可以低成本地实现。

此外可以设置，第一喷射泵比另外的喷射泵提供更低的氢气通过量。

通过不同的根据本发明设置的喷射泵的不同的通过量可以实现对所介绍的燃料电池系统的寄存器式的氢气供给，使得燃料电池系统根据运行点或根据负载优化地以氢气供给并且防止在高负载下的供给不足或在低负载下的供给过多。

此外可以设置，第一喷射泵和另外的喷射泵并联地布置在燃料电池系统的阳极回路中并且与来自燃料电池堆的回流连接，其中，第一喷射泵和另外的喷射泵分别在输出侧与燃料电池堆的入口连接，并且其中，在燃料电池堆和第一喷射泵之间设置有第一止回阀，并且在另外的喷射泵和燃料电池堆之间设置有另外的止回阀。

通过燃料电池堆和各个喷射泵之间的止回阀可以防止在喷射泵的被动状态或非激活状态下的氢气回流。

在第二方面中，所介绍的发明涉及一种用于运行所介绍的燃料电池系统的可能构型的运行方法。

该运行方法包括第一运行步骤和第二运行步骤，在该第一运行步骤中，在切换阀的非激活状态下，在燃料电池系统的第一运行点时仅第一喷射泵被配量阀以氢气供给，在所述第二运行步骤中，切换阀在燃料电池系统的第二操作点时被激活以便给第一喷射泵和另外的喷射泵共同地供给以氢气。

所介绍的运行方法尤其适用于运行所介绍的燃料电池系统。

尤其设置，所介绍的运行方法自动地执行，其方式是，切换阀根据压力被激活或停用。

可以设置，共同地使用第一喷射泵和第二喷射泵，以便调整被供应给燃料电池堆的氢气量。

通过第一喷射泵和第二喷射泵的共同使用或并联运行，可以动态地并且以不成比例的特性曲线提供被供应给燃料电池堆的氢气量，使得例如在低负载下借助于仅第一喷射泵提供少量氢气，所述少量氢气不会借助于大的第二喷射泵来提供，并且在高负载下提供大量氢气，所述大量氢气不能借助于第一喷射泵来提供。

在第三方面中，所介绍的发明涉及一种具有所介绍的燃料电池系统的可能构型的车辆。

所介绍的燃料电池系统尤其用于以电能供给所介绍的车辆的驱动装置。

附图说明

从随后的说明得出本发明的另外的优点、特征和细节，在所述说明中，参照绘图详细地说明本发明的实施例。在此，在权利要求和说明书中所提到的特征可以分别单独地或者以任意的组合是本发明实质性的。

附图示出：

图1示出根据本发明的燃料电池系统的一种可能构型，

图2示出根据本发明的燃料电池系统的一种另外的可能构型，

图3示出根据本发明的运行方法的一种可能构型，

图4示出根据本发明的车辆的一种可能构型。

具体实施方式

在图1中示出燃料电池系统100。燃料电池系统100包括：燃料电池堆101，第一喷射泵103用以尤其是在第一运行点时以氢气供给燃料电池堆101，另外的喷射泵105用以尤其是在另外的运行点时以氢气供给燃料电池堆101，第一推进喷嘴107用于以氢气供给第一喷射泵103，另外的推进喷嘴109用于以氢气供给另外的喷射泵105，以及主阀111用以共同地控制第一喷射泵103和另外的喷射泵105。

主阀111与第一推进喷嘴107直接连接，以便以氢气供给第一喷射泵103，并且，主阀111包括切换阀113，该切换阀与另外的推进喷嘴109连接，以便以氢气供给另外的喷射泵105。

第一喷射泵103和第二喷射泵105并联地布置在燃料电池系统100的阳极回路中并且与来自燃料电池堆101的回流连接。

第一喷射泵103和第二喷射泵105在输出侧与燃料电池堆101的入口连接，其中，分别设置可选的止回阀115和117，以便防止在对应的喷射泵103和105的被动状态下发生回流。

典型地，第一推进喷嘴107是小的部分负载推进喷嘴并且另外的推进喷嘴105是大的高负载推进喷嘴。

主阀111与第一压力腔或中间空间119直接地连接，该主阀例如作为比例阀工作并且以氢气供给第一推进喷嘴107以及另外的推进喷嘴109并且由此决定地供给第一喷射泵103以及另外的喷射泵105，第一推进喷嘴107直接地附接在所述第一压力腔或中间空间上。此外，主阀111通过压力控制的切换阀113与另外的压力腔121连接，该另外的压力腔以氢气供给另外的推进喷嘴109。

切换阀113由机械弹簧关闭并且起先闭锁从第一压力腔119到另外的压力腔121的连接。

切换阀113包括阀活塞123，该阀活塞构成打开压力面125，该打开压力面被以第一压力腔119中的滞止压力加载。

此外，阀活塞123构成关闭压力面127，该关闭压力面被以来自燃料电池系统100的阳极回路的阳极压力加载。

因此，切换阀113不被另外的压力腔121中的滞止压力影响并且具有稳定的打开行为。

当主阀111打开时，在第一压力腔119中形成中间压力并且第一推进喷嘴107被氢气流经，由此，第一喷射泵103也被激活。在此，切换阀113首起先还保持关闭并且另外的喷射泵105停用。

在控制阀111进一步打开时，第一压力腔119中的滞止压力超过切换阀113的切换压力，使得切换阀113打开。

由于切换阀113打开，另外的压力腔121中的氢气流至另外的推进喷嘴109，使得另外的喷射泵105被以氢气供给并且同样相应地被激活。

主阀111打开得越多，则切换阀113打开得越多并且越多的氢气通过另外的压力腔121引导至另外的推进喷嘴109。相应地，两个推进喷嘴107和109可以被包括主阀111和切换阀113的单个配量阀129以氢气供给，其中，此外，能连续地适配配量量用以进行阳极系统中的压力调节。

在图2中示出燃料电池系统100，该燃料电池系统在喷射泵103和105的阳极区域201的流入区域中或在再循环路径中具有切换阀113的关闭压力面200。

在图3中示出用于运行所介绍的燃料电池系统的一种可能构型的运行方法300。

运行方法300包括第一运行步骤301和第二运行步骤303，在该第一运行步骤中在切换阀的非激活状态下，仅第一喷射泵在燃料电池系统的第一运行点时被配量阀以氢气供给，在所述第二运行步骤中切换阀在燃料电池系统的第二运行点时被激活，以便第一喷射泵和另外的喷射泵共同地被以氢气供给。

在图4中示出车辆400。车辆400包括根据图1的燃料电池系统100。

Claims (10)

1.用于提供电能的燃料电池系统(100)，其中，该燃料电池系统(100)包括：

-燃料电池堆(101)，

-第一喷射泵(103)，用于以氢气供给所述燃料电池堆(101)，

-另外的喷射泵(105)，用于以氢气供给所述燃料电池堆(101)，

-第一推进喷嘴(107)，用于以氢气供给所述第一喷射泵(103)，

-另外的推进喷嘴(109)，用于以氢气供给所述另外的喷射泵(105)，

-配量阀(129)，用于共同地控制所述第一喷射泵和所述另外的喷射泵，

其中，所述配量阀(129)通过主阀(111)与所述第一推进喷嘴(107)直接地连接，以便以氢气供给所述第一喷射泵(103)，并且

其中，所述配量阀(129)包括切换阀(113)，所述配量阀(129)通过所述切换阀与所述另外的推进喷嘴(109)连接，以便以氢气供给所述另外的喷射泵(105)。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统(100)，

其特征在于，

所述燃料电池系统(100)还包括第一压力腔用于以氢气供给所述第一推进喷嘴和另外的压力腔用以以氢气供给所述另外的推进喷嘴，

其中，所述切换阀包括第一压力面和第二压力面，该第一压力面被施加在所述第一压力腔中的滞止压力加载，所述第二压力面被施加在所述燃料电池系统(100)的阳极回路中的阳极压力加载，其中，所述切换阀配置为用于，根据施加在第一压力腔中的滞止压力和所述阳极压力之间的压差打开并且释放从所述第一压力腔到所述另外的压力腔中的氢气流。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统(100)，

其特征在于，

所述第二压力面布置在所述第一喷射泵的流入区域或者流出区域中。

4.根据以上权利要求中任一项所述的燃料电池系统(100)，

其特征在于，

所述切换阀完全地布置在所述燃料电池系统(100)的阳极回路中。

5.根据以上权利要求中任一项所述的燃料电池系统(100)，

其特征在于，

所述第一喷射泵比所述另外的喷射泵提供更低的氢气通过量。

6.根据以上权利要求中任一项所述的燃料电池系统(100)，

其特征在于，

所述切换阀是受压力控制的。

7.根据以上权利要求中任一项所述的燃料电池系统(100)，

其特征在于，

所述第一喷射泵和所述另外的喷射泵并联地布置在所述燃料电池系统(100)的阳极回路中并且与来自所述燃料电池堆的回流连接，

其中，所述第一喷射泵和所述另外的喷射泵分别在出口侧与所述燃料电池堆(101)的入口连接，并且其中，在所述燃料电池堆(101)和所述第一喷射泵之间设置有第一止回阀，并且，在所述另外的喷射泵和所述燃料电池堆(101)之间设置有另外的止回阀。

8.用于运行根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池系统(100)的运行方法(300)，

其中，所述运行方法包括：

-第一运行步骤(301)，在该第一运行步骤中，在所述切换阀(113)的非激活状态下，仅所述第一喷射泵(103)在所述燃料电池系统(100)处于第一运行点时被所述配量阀(111)以氢气供给，

-第二运行步骤(303)，在该第二运行步骤中，所述切换阀在所述燃料电池系统(100)处于第二运行点时被激活，以便所述第一喷射泵和所述另外的喷射泵共同地被以氢气供给。

9.根据权利要求8所述的运行方法(300)，

其特征在于，

所述第一喷射泵和所述第二喷射泵被共同地使用，以便调节被供应给所述燃料电池堆(101)的氢气量。

10.车辆(400)，所述车辆具有根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池系统(100)。

Images