ES2924729T3 - Vehículo que comprende un sistema de suministro de electricidad - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un vehículo que comprende una unidad de producción de electricidad (20) configurada para generar corriente eléctrica (C1), una unidad transformadora y una unidad de almacenamiento de combustible, comprendiendo la unidad de producción (20) al menos dos pilas de pilas de combustible (35) y un primera interfaz de conexión eléctrica única (150) para transmitir la corriente eléctrica (C1) a la unidad transformadora. La unidad de producción (20) comprende además un único circuito de refrigeración (40), un circuito de suministro de aire (45) y un único circuito de suministro de hidrógeno gaseoso (50) para suministrar hidrógeno gaseoso, desde la unidad de almacenamiento de combustible, a cada pila de pilas de combustible (35). La unidad de producción (20) está separada de la unidad de almacenamiento de combustible y conectada a la unidad de almacenamiento de combustible mediante una sola interfaz de conexión (142), siendo la unidad de producción (20) extraíble del vehículo como una unidad integrada independientemente de la unidad de almacenamiento de combustible. . (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Vehículo que comprende un sistema de suministro de electricidad
La presente invención se refiere a un vehículo que comprende un sistema de suministro de electricidad.
La mayoría de los vehículos utilizan sistemas de suministro de electricidad a bordo para alimentar sistemas tales como iluminación, aire acondicionado o componentes electrónicos. En la mayoría de los vehículos personales, el sistema de suministro de electricidad comprende al menos una batería cargada por un alternador accionado por el motor.
Sin embargo, en vehículos más complejos y que consumen electricidad, se utilizan sistemas de producción de electricidad dedicados. Por ejemplo, algunos vehículos, por ejemplo, los vehículos ferroviarios, comprenden un motor diésel dedicado con el único propósito de accionar un alternador que produce electricidad. La electricidad producida entonces se usa, por ejemplo, para cargar paquetes de baterías que producen una corriente para accionar un motor eléctrico del vehículo. Por lo tanto, este sistema de suministro de electricidad es útil cuando una fuente de electricidad externa, tal como una línea eléctrica aérea, es defectuosa o no está disponible, o para proporcionar energía adicional al subir pendientes pronunciadas.
Dado que los motores diésel producen gases de efecto invernadero y gases de escape cargados de partículas, estos sistemas eléctricos a veces se reemplazan por sistemas alimentados con hidrógeno gaseoso que utilizan pilas de celdas de combustible. Sin embargo, los sistemas de suministro de electricidad de pilas de combustible de este tipo requieren múltiples módulos adicionales para refrigerar o calentar las pilas de celdas de combustible, electrónica de potencia para adaptar la corriente a la carga, así como módulos de suministro dedicados para suministrar hidrógeno y oxígeno gaseosos.
Por lo tanto, los sistemas de suministro de electricidad alimentados por celdas de combustible son complejos y difíciles de mantener. Cuando un componente del sistema de suministro de electricidad falla, es probable que el vehículo no esté disponible para el servicio durante mucho tiempo. El documento US 2006/152085 A1 divulga un vehículo que comprende un sistema de suministro de electricidad que comprende una unidad de producción de electricidad configurada para generar una primera tensión que hace que fluya una primera corriente eléctrica, una unidad de transformador y una unidad de almacenamiento de combustible para almacenar hidrógeno gaseoso. El documento US 2013/059221 divulga un vehículo que comprende un sistema de suministro de electricidad. Sin embargo, la celda de combustible no está incluida en una unidad de producción de electricidad desmontable en la que se eliminan varios elementos simultáneamente. El documento US 2006/029856 A1 divulga un vehículo que comprende un sistema de suministro de electricidad que comprende una unidad de producción de electricidad configurada para generar una primera tensión que hace que fluya una primera corriente eléctrica, que comprende al menos dos pilas de celdas de combustible. Sin embargo, este documento no menciona que la unidad de producción de electricidad sea extraíble del vehículo El documento US 2005/233180 A1 divulga un aparato que comprende un conjunto de celdas de combustible, un suministro de combustible y una unidad convertidora. Sin embargo, el aparato de este documento no es un vehículo, sino un equipo electrónico, tal como una cámara de video. El documento US 2016/072146 A1 divulga un sistema de suministro de electricidad que comprende una unidad de producción de electricidad, una unidad de transformación y una unidad de almacenamiento de hidrógeno gaseoso. Cada unidad modular de producción de electricidad puede desconectarse y retirarse del sistema. Sin embargo, este documento no menciona que el sistema de suministro eléctrico esté integrado en un vehículo. El documento US 2014/335434 A1 divulga un vehículo que comprende un sistema de suministro de electricidad que comprende una unidad de producción de electricidad y una unidad de almacenamiento de hidrógeno. Sin embargo, este documento no menciona que la unidad de producción de electricidad sea desmontable.
Un objetivo de la invención es proporcionar un vehículo, que comprende un sistema de suministro eléctrico, con disponibilidad mejorada.
A tal fin, la invención se refiere a un vehículo que comprende un sistema de suministro de electricidad, comprendiendo el sistema de suministro eléctrico una unidad de producción de electricidad configurada para generar una primera corriente eléctrica de una primera tensión, una unidad de transformador y una unidad de almacenamiento de combustible para almacenar hidrógeno gaseoso, comprendiendo la unidad de producción al menos dos pilas de celdas de combustible y que comprende una única primera interfaz de conexión eléctrica para transmitir la primera corriente eléctrica a la unidad de transformador, comprendiendo la unidad de producción un único circuito de refrigeración común lleno de un primer fluido para refrigerar cada pila de celdas de combustible, una circuito de suministro de aire común para suministrar aire a cada pila de celdas de combustible y un único circuito de suministro de hidrógeno gaseoso común para suministrar hidrógeno gaseoso, desde la unidad de almacenamiento de combustible, a cada pila de celdas de combustible y por que la unidad de producción está separada de la unidad de almacenamiento de combustible y conectada a la unidad de almacenamiento de combustible mediante una única interfaz de conexión, siendo extraíble la unidad de producción del vehículo como una unidad integrada independiente de la unidad de almacenamiento de combustible, siendo el movimiento relativo de cada uno de los elementos que componen la unidad de producción de energía eléctrica, con respecto al vehículo eléctrico, idéntico y simultáneo al movimiento de cada uno de los demás elementos que la componen en la unidad de producción de electricidad al retirar la unidad de producción de electricidad del vehículo como una unidad integrada independiente de la unidad de almacenamiento de combustible.
Gracias a la invención, una unidad de producción de electricidad defectuosa puede retirarse fácilmente del vehículo y reemplazarse por una funcional. Por lo tanto, el vehículo puede volver a ponerse en servicio rápidamente mientras se repara la unidad de producción de electricidad defectuosa.
Otros aspectos de la invención, que son ventajosos, pero no obligatorios, se especifican en las reivindicaciones 2 a 10.
A continuación, se explicará la invención, a modo de ejemplo ilustrativo y sin carácter limitativo del objeto de la invención, en correspondencia con las figuras asociadas, en las que:
- La figura 1 es una vista lateral esquemática de un vehículo ferroviario que comprende una unidad de producción de electricidad, y
- La figura 2 es un esquema de la unidad de producción de electricidad del vehículo de la figura 1.
El vehículo 10 representado en la figura 1 es un vehículo ferroviario. Por ejemplo, el vehículo 10 es un vagón a motor de un tren. De acuerdo con la realización representada en la figura 1, el vehículo 10 es uno de dos vagones de un tren.
El vehículo 10 es un vehículo eléctrico accionado mediante un motor eléctrico.
El vehículo 10 comprende un motor eléctrico 15, un sistema de suministro de electricidad 17 y un circuito de circulación de fluidos 18.
El motor 15 es un motor eléctrico configurado para mover el vehículo 10 cuando el motor eléctrico 15 se alimenta con una corriente eléctrica de accionamiento. El motor 15 está configurado para propulsar un boje a motor del vehículo 10.
El sistema de suministro de electricidad 17 está configurado para generar una corriente eléctrica de accionamiento para accionar el motor 15 y para transmitir la corriente de accionamiento al motor 15.
El sistema de suministro de electricidad 17 comprende una unidad de producción de electricidad 20, una unidad de transformador 25, una unidad de almacenamiento de combustible 30 y un acumulador eléctrico 33.
La unidad de producción de electricidad 20, también denominada paquete de energía de celda de combustible, está configurada para generar una primera corriente eléctrica C1. La primera corriente eléctrica C1 es una corriente continua. La unidad de producción de electricidad 20 genera una primera tensión V1 para generar la primera corriente eléctrica C1. La primera tensión V1 está comprendida entre 200 voltios (V) y 500 V, preferentemente entre 240 V y 420 V. La unidad de producción de electricidad 20 no está configurada para accionar el motor 15. En particular, la corriente de accionamiento C1 no es suficiente para accionar el motor 15.
La unidad de producción de electricidad 20 está separada de la unidad de almacenamiento de combustible 30, del acumulador eléctrico 33 y de la unidad de transferencia 25.
La unidad de producción de electricidad 20 se puede retirar del vehículo 10. La unidad de producción de electricidad 20 se puede retirar del vehículo 10 independientemente de la unidad de almacenamiento de combustible 30. En otras palabras, la unidad de producción de electricidad 20 está configurada para retirarse del vehículo 10 mientras la unidad de almacenamiento de combustible 30 permanece fijada al vehículo 10.
La unidad de producción de electricidad 20 se puede retirar del vehículo eléctrico 10 independientemente de la unidad de transferencia 25. Además, la unidad de producción de electricidad se puede retirar del vehículo 10 independientemente del acumulador eléctrico 33.
La unidad de producción de electricidad 20 se puede retirar como una unidad del vehículo 10. Preferiblemente, la unidad de producción de electricidad 20 está configurada para fijarse a una sola herramienta, tal como una grúa, y retirarse del vehículo 10 con la herramienta en una sola operación. Por lo tanto, todos los elementos que comprendidos en la unidad de producción de electricidad 20 están configurados para retirarse mediante la única herramienta en una sola operación. Posteriormente, el movimiento relativo de cada uno de los elementos que comprendidos en la unidad de producción de electricidad 20, respecto del vehículo eléctrico, es idéntico y simultáneo al movimiento de cada uno de los demás elementos que comprendidos en la unidad de producción de electricidad 20.
La unidad de producción de electricidad 20 comprende al menos dos unidades de celdas de combustible 35, un solo circuito de refrigeración 40, un circuito de suministro de aire 45, un solo circuito de suministro de hidrógeno gaseoso 50, un primer intercambiador térmico 55, un segundo intercambiador térmico 60, un ventilador 65, un circuito de escape 70, un solo calentador 75, una unidad de control 80, una carcasa 85, un solo primer circuito eléctrico 90, un solo segundo circuito eléctrico 95, un solo tercer circuito eléctrico 100, una primera interfaz común 105, una interfaz de fluido 110 y una segunda interfaz común 115.
Por lo tanto, el movimiento relativo del vehículo 10 y de cualquier elemento comprendido en el conjunto formado por los elementos 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110 115 es idéntico y simultáneo al movimiento relativo del vehículo 10 y a cualquier otro elemento de ese conjunto.
La unidad de producción de electricidad 20 está, por ejemplo, fijada de forma liberable a un techo del vehículo 10. La unidad de producción de electricidad 20 está, preferiblemente, fijada arriba y soportada por el techo. La unidad de producción de electricidad 20 está, por ejemplo, montada sobre dos rieles en C, que son parte del techo. La fijación entre el riel en C y la unidad de producción de electricidad 20 se realiza a través de un enlace de soporte-tornillo. Cada unidad de pilas de celdas de combustible 35 está configurada para recibir un primer flujo de oxígeno gaseoso FO1 desde el circuito de suministro de aire 45 y un primer flujo de combustible FF1 desde el circuito de hidrógeno gaseoso 50, para generar una corriente de pila Sc y para transmitir la corriente de pila SC al primer circuito eléctrico 90.
Al generar la corriente de pila SC, cada unidad de pilas de celdas de combustible 35 genera un flujo de escape EF. El flujo de escape EF comprende al menos un gas de escape. Al menos un gas de escape es vapor de agua. Otros gases de escape pueden incluir nitrógeno, oxígeno, argón y otros ingredientes del aire ambiente.
Cada unidad de pilas de celdas de combustible 35 comprende una pila de celdas de combustible, un dispositivo de conmutación y un humidificador de aire.
Cada pila de celdas de combustible está configurada para generar la corriente de pila SC correspondiente cuando la pila de celdas de combustible recibe el primer flujo de oxígeno gaseoso FO1 y el primer flujo de combustible FF1. Cada celda de combustible es, por ejemplo, una celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM). Las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones también se conocen como celdas de combustible de membrana electrolítica de polímero (PEM).
El humidificador de aire está configurado para inyectar, en el primer flujo de oxígeno gaseoso FO1, un flujo de vapor de agua. Preferiblemente, el humidificador de aire está configurado para mantener una relación de vapor de agua en el primer flujo de oxígeno gaseoso FO1 dentro de un intervalo predefinido.
Cada dispositivo de conmutación está configurado para recibir desde las pilas de celdas de combustible la corriente de pila para transmitir la corriente de pila al primer circuito eléctrico 90.
Cada dispositivo de conmutación está configurado además para evitar la transmisión de la corriente de pila entre la pila de celdas de combustible y el primer circuito eléctrico 90 al recibir un mensaje de ruptura de la unidad de control 80.
El circuito de refrigeración 40 es común a todas las unidades de pilas de celdas de combustible 35. Por lo tanto, solo un circuito de refrigeración 40 está comprendido en la unidad de producción de electricidad 20.
El circuito de refrigeración 40 está configurado para refrigerar todas las unidades de pila de celdas de combustible 35. Más precisamente, el circuito de refrigeración 40 está configurado para refrigerar cada pila de combustible de cada unidad de pilas de celdas de combustible 35.
El circuito de refrigeración 40 está lleno de un primer fluido. El primer fluido es un líquido. Preferiblemente, el primer fluido es agua desionizada.
En otra realización, el primer fluido es una mezcla de glicol y agua desionizada.
El circuito de refrigeración 40 comprende un circulador 120 y conductos de fluido 122.
El circuito de refrigeración 40 comprende además el primer intercambiador térmico 55 y el segundo intercambiador térmico 60. Esto significa que el circuito de refrigeración 40 está configurado de tal manera que el primer fluido intercambia calor con el primer intercambiador térmico 55 y posteriormente con el segundo intercambiador térmico.
60. En otras palabras, cada uno del primer intercambiador térmico 55 y el segundo intercambiador térmico 60 está lleno al menos parcialmente con el primer fluido.
El primer fluido circula por el circuito de refrigeración 40. Preferiblemente, el circuito de refrigeración 40 es un circuito cerrado. En otras palabras, cuando el primer fluido circula por el circuito de refrigeración 40, el primer fluido circula en un bucle cerrado.
El circulador 120 está configurado para mover el primer fluido a través del circuito de refrigeración 40. El circulador 120 está configurado para generar un flujo de refrigeración CF del primer fluido en el circuito de refrigeración 40. El flujo de refrigeración CF tiene un primer caudal FR1. El circulador 120 está configurado para modificar el primer caudal FR1 al recibir un comando de la unidad de control 80.
El circulador 120 es, por ejemplo, un circulador eléctrico que comprende al menos una bomba. El circulador 120 está conectado eléctricamente al segundo circuito eléctrico 95.
Cada uno de los conductos de fluido 122 está configurado para guiar el primer fluido entre el circulador 120, el primer intercambiador térmico 55, el segundo intercambiador térmico 60 y cada una de las unidades de pilas de celdas de combustible 35.
El circuito de suministro de aire 45 está configurado para suministrar a cada unidad de pilas de celdas de combustible el primer flujo de oxígeno FO1 correspondiente.
El circuito de suministro de aire 45 es común a todas las unidades de pila de celdas de combustible 35. En otra realización, el circuito de suministro de aire 45 es común a un subconjunto de pilas de celdas de combustible 35. Como variante, un circuito de suministro de aire 45 está dedicado a cada una de las pilas de celdas de combustible 35.
El circuito de suministro de aire 45 comprende al menos una unidad de suministro de aire 125 y conductos de suministro de aire 130. Por ejemplo, el circuito de suministro de aire 45 comprende solo una unidad de suministro de aire 125. En otra realización, el circuito de suministro de aire 45 comprende una pluralidad de unidades de suministro de aire 125.
La unidad de suministro de aire 125 está configurada para generar un flujo de suministro de aire ASF y para transmitir el flujo de suministro de aire ASF a los conductos de suministro de aire 130. La unidad de suministro de aire 125 comprende, por ejemplo, un compresor eléctrico para generar el flujo de suministro de aire. La unidad de suministro de aire 125 está configurada para buscar aire exterior y para generar el flujo de suministro de aire ASF a partir del aire exterior.
La unidad de suministro de aire 125 está configurada para filtrar el aire exterior para eliminar partículas sólidas del flujo de suministro de aire.
El flujo de suministro de aire tiene un segundo caudal FR2. El caudal de suministro de aire es variable. Por ejemplo, la unidad de suministro de aire 125 está configurada para modificar el caudal de suministro de aire al recibir un comando específico desde la unidad de control 80.
Los conductos de suministro de aire 130 están configurados para recibir el flujo de suministro de aire ASF desde la unidad de suministro de aire 125 y para generar, a partir del flujo de suministro de aire ASF, todos los primeros flujos de oxígeno gaseoso FO1. Por ejemplo, los conductos de suministro de aire 130 están configurados para dividir el flujo de suministro de aire ASF en los primeros flujos de oxígeno gaseoso FO1.
En otra realización, se proporciona una unidad de suministro de aire 125 separada para cada unidad de pilas de celdas de combustible 35 y suministra a la unidad de pilas de celdas de combustible 35 correspondiente un flujo de suministro de aire ASF correspondiente.
El circuito de suministro de hidrógeno gaseoso 50 está configurado para suministrar a cada unidad de pilas de celdas de combustible 35 el primer flujo de combustible FF1 correspondiente.
El circuito de suministro de hidrógeno gaseoso 50 es común a todas las unidades de pilas de celdas de combustible 35. Por lo tanto, la unidad de producción de electricidad 35 comprende solo un circuito de suministro de hidrógeno gaseoso 50.
El circuito de suministro de hidrógeno gaseoso 50 comprende una unidad de suministro de hidrógeno 135, conductos de suministro de hidrógeno 140 y una interfaz de combustible 142.
La unidad de suministro de hidrógeno 135 está configurada para generar un flujo de suministro de hidrógeno HSF y para transmitir el flujo de suministro de hidrógeno al conducto de hidrógeno 140. El flujo de suministro de hidrógeno HSF comprende al menos hidrógeno gaseoso. El flujo de suministro de hidrógeno HSF tiene un tercer caudal FR3. La unidad de suministro de hidrógeno 135 está conectada a la unidad de almacenamiento de combustible 30 a través de la interfaz de combustible 142.
La unidad de suministro de hidrógeno 135 está configurada para aspirar hidrógeno gaseoso desde la unidad de almacenamiento de combustible 30 a través de la interfaz de combustible 142 y para generar, a partir del hidrógeno gaseoso, el flujo de suministro de hidrógeno HSF.
La unidad de suministro de hidrógeno 135 está configurada para filtrar el hidrógeno gaseoso proporcionado por la unidad de almacenamiento de combustible 30 para asegurar la pureza del flujo de suministro de hidrógeno HSF.
La unidad de suministro de hidrógeno 135 está configurada además para monitorizar una presión y/o una temperatura del hidrógeno gaseoso que circula en los conductos de suministro de aire 140 y/o en la unidad de almacenamiento de combustible 30, y para cerrar la interfaz de combustible 142 si se detecta una sobrepresión. Los conductos de suministro de hidrógeno 140 están configurados para recibir, desde la unidad de suministro de hidrógeno 135, el flujo de suministro de hidrógeno HSF, para generar a partir del flujo de suministro de hidrógeno HSF todos los primeros flujos de combustible FF1 y para transmitir cada primer flujo de combustible FF1 a la unidad de pilas de celdas de combustible 35 correspondiente.
La interfaz de combustible 142 está configurada para conectar la unidad de suministro de hidrógeno 135 a la unidad de almacenamiento de combustible 30. La interfaz de combustible 142 es la única interfaz que conecta la unidad de producción 20 y la unidad de almacenamiento de combustible 30. Por lo tanto, todo el hidrógeno gaseoso que circula entre la unidad de almacenamiento de combustible 30 y la unidad de producción de electricidad 20 pasa a través de la interfaz de combustible 142.
La interfaz de combustible 142 es una interfaz de conexión separable. Esto significa que la interfaz de combustible 142 está configurada para desconectarse de la unidad de almacenamiento de combustible 30 para permitir el movimiento relativo entre la unidad de producción de electricidad 20 y la unidad de almacenamiento de combustible 30.
El primer intercambiador térmico 55 está configurado para intercambiar calor entre el circuito de circulación de fluido 18 y el circuito de refrigeración 40. Más precisamente, el primer intercambiador térmico 55 está configurado para intercambiar calor entre el primer fluido que llena el circuito de refrigeración 40 y un segundo fluido que llena el circuito de circulación de fluido 18.
El primer intercambiador térmico 55 es un intercambiador de líquido a líquido. Por ejemplo, el primer intercambiador térmico 55 es un intercambiador de placas.
La interfaz de fluido 110 está configurada para conectar fluidamente el primer intercambiador térmico 55 y el circuito de circulación de fluido 18. Por ejemplo, la interfaz de fluido 110 está configurada para transmitir el segundo fluido entre el primer intercambiador térmico 55 y el circuito de circulación de fluido 18.
La interfaz de fluido 110 es una interfaz separable. La interfaz de fluido 110 está, por ejemplo, conectada a un conector correspondiente del circuito de circulación de fluido 18.
El segundo intercambiador térmico 60 está configurado para intercambiar calor entre el circuito de refrigeración 40 y la atmósfera exterior. Más precisamente, el segundo intercambiador térmico 60 está configurado para intercambiar calor entre el primer fluido y el aire. Por ejemplo, el segundo intercambiador térmico 60 comprende un radiador y uno o más ventiladores de refrigeración 65. Cada ventilador 65 está configurado para generar un flujo de aire AF y para dirigir el flujo de aire AF hacia el segundo intercambiador térmico 60. El flujo de aire AF tiene un cuarto caudal FR4. Cada ventilador 65 es, por tanto, capaz de modificar el cuarto caudal FR4.
El circuito de escape 70 es común a todas las unidades de pila de celdas de combustible 35. En otra realización, el circuito de escape 70 es común a un subconjunto de unidades de pila de celdas de combustible 35. El circuito de escape 70 está configurado para recoger cada flujo de escape EF de cada unidad de pilas de celdas de combustible 35 a la que es común.
El circuito de escape 70 comprende un condensador de agua 145 y una salida de escape 147. El circuito de escape 70 está configurado para transmitir cada flujo de escape desde la unidad de pilas de celdas de combustible 35 correspondiente a la salida de escape 147.
La salida de escape 147 está, por ejemplo, fijada a la carcasa 85.
La salida de escape es, por ejemplo, una abertura en la parte superior de la carcasa 85, hacia donde se guía el circuito de escape 70.
El condensador de agua 145 está configurado para extraer agua del flujo de escape EF. El condensador de agua 145 está, preferentemente, configurado para generar, a partir de los gases de escape que forman cada flujo de escape EF, agua líquida. El condensador de agua 145 está, por ejemplo, configurado para transmitir el agua extraída a cada humidificador de aire.
El calentador 75 está configurado para calentar cada pila de celdas de combustible. El calentador 75 comprende, por ejemplo, una resistencia de calentamiento para cada unidad de pilas de celdas de combustible 35.
La unidad de control 80 está conectada eléctricamente a cada unidad de pilas de celdas de combustible 35, al circulador 120 y al ventilador 65.
La unidad de control 80 está configurada para controlar cada dispositivo de conmutación. Por ejemplo, la unidad de control 80 está configurada para generar mensajes de conmutación para cambiar cada dispositivo de conmutación entre un estado "apagado" en el que el dispositivo de conmutación evita que la corriente de pila SC correspondiente llegue al primer circuito eléctrico 90 y un estado "encendido" en el que el dispositivo de conmutación transmite la corriente de pila SC correspondiente al primer circuito eléctrico 90.
La unidad de control 80 está configurada, además, para generar un mensaje de ventilador para ordenar al ventilador 65 que modifique el cuarto caudal FR4.
La unidad de control 80 está conectada eléctricamente a la primera interfaz de comando 105 y a la segunda interfaz de comando 115.
La primera interfaz de comando 105 es una interfaz de comunicación de bus. Por ejemplo, se pueden utilizar protocolos basados en red de área de controlador (CAN), bus de vehículo multifunción (MVB), ISOBUS o protocolo Ethernet. Por lo tanto, la primera interfaz de comando 105 está configurada para permitir que la unidad de control 80 se comunique con una unidad de control central del vehículo 10.
A través de la interfaz de comunicación de bus 105 es posible un control mejorado para usar la funcionalidad completa de la unidad de producción de electricidad 20. Además, los mensajes de diagnóstico de la unidad de producción de electricidad 20 pueden transmitirse a un sistema de diagnóstico de vehículos de la unidad de control central.
La segunda interfaz de comando 115 está configurada para recibir y transmitir señales binarias mediante lógica cableada. La segunda interfaz de comando 115 está configurada para intercambiar datos relevantes para la seguridad y otra información necesaria cuando la unidad central de control del vehículo no está disponible para garantizar la funcionalidad básica de la unidad de producción de electricidad 20.
La carcasa 85 está configurada para aislar todas las unidades de pilas de celdas de combustible 35, la unidad de control 80, el circulador 120 y el alimentador 75 del exterior de la carcasa 85.
La carcasa 85 soporta cada interfaz de conexión 105, 110, 115, 142, 150.
Por ejemplo, la carcasa 85 comprende un conjunto de paneles que encierran una cámara que recibe todas las unidades de pilas de celdas de combustible 35, la unidad de control 80, el circulador 120 y el alimentador 75. Cada panel está, por ejemplo, al menos parcialmente hecho de un material sintético , tal como un material plástico. En otra realización, cada panel está hecho al menos parcialmente de un metal, tal como acero.
La carcasa 85 comprende un marco que soporta cada unidad de pilas de combustible 35, el circuito de refrigeración 40, el circuito de suministro de aire 45, el circuito de suministro de hidrógeno gaseoso 50, ambos intercambiadores térmicos 55, 60, el ventilador 65, el circuito de escape 70, el calentador 75 y la unidad de control 80. Cada una de las unidades de pilas de celdas de combustible 35, el circuito de refrigeración 40, el circuito de suministro de aire 45, el circuito de suministro de hidrógeno gaseoso 50, ambos intercambiadores térmicos 55, 60, el ventilador 65, el circuito de escape 70, el calentador 75 y la unidad de control 80 están fijados al marco.
El marco se forma, por ejemplo, mediante la soldadura de varios perfiles conformados, por ejemplo, perfiles en forma de U, L, I o C. En otra realización, los perfiles conformados se atornillan o encolan juntos.
Ninguno de la unidad de transformador 25, la unidad de almacenamiento de combustible 30 y el acumulador eléctrico 33 está fijado a la carcasa 85.
El primer circuito eléctrico 90 está configurado para conectar eléctricamente todas las unidades de pilas de celdas de combustible 35 entre sí. El primer circuito eléctrico 90 comprende una primera interfaz de conexión eléctrica 150. La primera interfaz de conexión eléctrica 150 está configurada para conectar eléctricamente el primer circuito eléctrico 90 a la unidad de transformador 25.
La primera interfaz de conexión eléctrica 150 es una interfaz separable. Por ejemplo, la primera interfaz de conexión eléctrica 150 está conectada de forma desmontable a un conector correspondiente de la unidad de transformador 25.
El primer circuito eléctrico 90 está configurado para recibir, desde cada unidad de pilas de celdas de combustible 35, la correspondiente corriente de pila ST, para formar, desde cada pila de corriente SC, la primera corriente eléctrica C1 y para transmitir la primera corriente eléctrica C1 a la primera interfaz de conexión eléctrica 150.
El primer circuito eléctrico 90 es, por ejemplo, un circuito en serie. Esto significa que todas las unidades de pilas de celdas de combustible 35 están conectadas en serie al primer circuito eléctrico 90.
En otra realización, el primer circuito eléctrico 90 es un circuito en paralelo, en el que al menos dos unidades de pilas de celdas de combustible están conectadas en paralelo entre sí. Por ejemplo, el primer circuito eléctrico 90 comprende al menos dos conjuntos de unidades de pilas de celdas de combustible, comprendiendo cada conjunto al menos dos unidades de pilas de celdas de combustible 35 conectadas en serie y los conjuntos de unidades de pilas de celdas de combustible conectados en paralelo entre sí.
El segundo circuito eléctrico 95 comprende una segunda interfaz de conexión eléctrica 155. El segundo circuito eléctrico 95 conecta eléctricamente la primera interfaz de conexión eléctrica 105, el ventilador 65, el circulador 120 y el calentador 75. El segundo circuito eléctrico 95 está configurado para transmitir una segunda corriente C2 entre la segunda interfaz de conexión eléctrica 155, el ventilador 65, el circulador 120 y el calentador 75.
En otra realización, la segunda corriente C2 se transforma, por ejemplo, en un transformador, en una cuarta corriente C4 configurada para accionar el ventilador 65.
La segunda interfaz de conexión eléctrica 155 es una interfaz separable. Por ejemplo, la segunda interfaz de conexión eléctrica 155 está conectada de forma desmontable a un conector correspondiente de la unidad de transformador 25. La segunda interfaz de conexión eléctrica 155 está configurada para recibir la segunda corriente C2 desde la unidad de transformador 25.
El tercer circuito eléctrico 100 comprende una tercera interfaz de conexión eléctrica 160. El tercer circuito eléctrico 100 conecta eléctricamente la tercera interfaz de conexión eléctrica 160, la unidad de control 80, todas las unidades de pilas de celdas de combustible 35, la unidad de suministro de aire 125, el calentador 75 y la unidad de suministro de hidrógeno gaseoso 135.
El tercer circuito eléctrico 100 está configurado para transmitir una tercera corriente C3 entre la tercera interfaz de conexión eléctrica 160, la unidad de control 80, cada unidad de pilas de celdas de combustible 35, la unidad de suministro de aire 125, el calentador 75 y la unidad de suministro de hidrógeno gaseoso 135. La tercera interfaz de conexión eléctrica 160 está configurada para recibir la tercera corriente C3 desde la unidad de transformador 25. La tercera interfaz de conexión eléctrica 160 es una interfaz separable. Por ejemplo, la tercera interfaz de conexión eléctrica 160 está conectada de forma desmontable a un conector correspondiente de la unidad de transformador 25. La tercera interfaz de conexión eléctrica 160 está configurada para recibir la tercera corriente C3 desde la unidad de transformador 25.
La unidad de transformador 25 está configurada para recibir la primera corriente C1 desde la unidad de producción de electricidad 20 y para generar, a partir de la primera corriente C1, la corriente de accionamiento, una corriente eléctrica de carga, la segunda corriente C2 y la tercera corriente C3.
La unidad de transformador 25 está configurada, por ejemplo, para transmitir la corriente de accionamiento al motor 15, para transmitir la corriente de carga al acumulador 33, para transmitir la segunda corriente C2 a la segunda interfaz eléctrica 155 y para transmitir la tercera corriente C3 a la tercera interfaz eléctrica 160.
Como se muestra a la izquierda de la figura 1, la unidad de transformador 25 comprende, por ejemplo, un primer convertidor 25A y un segundo convertidor 25B. El primer convertidor 25A está configurado para generar la corriente de accionamiento, adecuada para accionar el motor 15. El segundo convertidor 25B está configurado para generar la corriente eléctrica de carga, la segunda corriente C2 y la tercera corriente C3.
Cada convertidor 25A, 25B está, por ejemplo, fijado debajo del suelo del vehículo 10.
La corriente de carga está configurada para cargar el acumulador 33. Por ejemplo, la corriente de carga es una corriente continua. La unidad de transformador 25 impone una tensión de carga entre dos conectores para generar la corriente de carga. La tensión de carga está comprendida entre 680 V y 950 V, preferentemente entre 700 V y 900 V.
La segunda corriente C2 está configurada para alimentar el ventilador 65 o el transformador para crear la cuarta corriente C4 para el ventilador 65, el calentador 75 y el circulador 120. La segunda corriente C2 es una corriente alterna. Por ejemplo, la segunda corriente C2 es una corriente trifásica.
La unidad de transformador 25 impone una segunda tensión V2 entre dos conectores para generar la segunda corriente C2. La segunda tensión V2 es diferente de la primera tensión V1. La segunda tensión V2 es igual a 400 voltios (V).
La tercera corriente C3 está configurada para suministrar energía a consumidores tales como el controlador 80. La tercera corriente C3 es una corriente continua.
La unidad de transformador 25 impone una tercera tensión V3 entre dos conectores para generar la tercera corriente C3. La tercera tensión V3 es diferente de la primera tensión V1. La tercera tensión V3 es diferente de la segunda tensión V2. La tercera tensión V3 es igual a 24 V.
La unidad de almacenamiento de combustible 30 está configurada para almacenar hidrógeno gaseoso. El hidrógeno se almacena a un nivel de presión de 350 bares. En otra realización, el nivel de presión es de 700 bares. La unidad de almacenamiento de combustible 30 es, por ejemplo, un conjunto de varios recipientes a presión conectados entre sí con tuberías y montados sobre un marco.
La unidad de almacenamiento de combustible 30 está configurada además para suministrar hidrógeno gaseoso a la unidad de suministro de hidrógeno gaseoso 135. La unidad de almacenamiento de combustible 30 está conectada a la interfaz de combustible 142 y configurada para transmitir hidrógeno gaseoso a la unidad de suministro de hidrógeno gaseoso 135 a través de la interfaz de combustible 142.
La unidad de almacenamiento de combustible 30 está fijada al techo del vehículo 10. La unidad de almacenamiento de combustible 30 está, preferiblemente, fijada arriba y soportada por el techo del vehículo 10. Por ejemplo, el marco de la unidad de almacenamiento de combustible 30 está montado de forma desmontable en el techo del vehículo 10. El acumulador eléctrico 33 está configurado para almacenar energía eléctrica. El acumulador eléctrico 33 está conectado eléctricamente a la unidad de transformador 25.
El acumulador eléctrico 33 está configurado además para generar la corriente de accionamiento y para suministrar al motor 15 la corriente de accionamiento.
En particular, el acumulador 33 está diseñado para generar toda la corriente de accionamiento del motor 15 durante un corto período de tiempo hasta que la unidad de producción de electricidad 20 haya aumentado su potencia de salida. El acumulador eléctrico 33 comprende, por ejemplo, baterías de iones de litio o baterías de NiMH o NiCd. El acumulador eléctrico está fijado debajo de un suelo del vehículo eléctrico 10.
El sistema de suministro de electricidad comprende una unidad de producción de electricidad 20, una unidad de transformador 25, una unidad de almacenamiento de combustible 30 y un acumulador eléctrico 33.
El circuito de circulación de fluido 18 está configurado, por ejemplo, para calentar un habitáculo del vehículo 10. El circuito de circulación de fluido 18 se llena al menos parcialmente con un fluido suplementario, tal como agua líquida.
En este caso, el circuito de circulación de fluido 18 comprende radiadores para calentar el habitáculo mediante la transmisión de calor del fluido suplementario al aire del interior del habitáculo. En otra realización, el circuito de circulación de fluido 18 comprende además un calentador para calentar el fluido suplementario.
El circuito de circulación de fluido 18 es fluídicamente independiente del circuito de refrigeración 40. Más precisamente, el circuito de circulación de fluido 18 y el circuito de refrigeración están configurados de tal manera que no se intercambia fluido entre el circuito de circulación 18 y el circuito de refrigeración 40 cuando el vehículo 10 está en uso.
Gracias a la invención, si un componente de la unidad de producción de electricidad 20 está averiado, la unidad de producción de electricidad 20 puede retirarse del vehículo 10 y sustituirse por una unidad de producción de electricidad 20 que funcione. Por lo tanto, la unidad de producción de electricidad 20 defectuosa puede repararse mientras el vehículo 10 permanece en funcionamiento. Por lo tanto, se mejora la disponibilidad del vehículo 10. Como la unidad de almacenamiento de combustible 30 está separada de la unidad de producción de electricidad 20, la unidad de producción de electricidad 20 tiene dimensiones reducidas compatibles con una fácil extracción del vehículo 10.
La unidad de producción de electricidad 20 se puede adaptar fácilmente a diferentes usos simplemente modificando el número de unidades de pilas de celdas de combustible 35 en la unidad de producción de electricidad 20 para modificar la primera tensión V1 o la intensidad máxima de la primera corriente C1. Por lo tanto, la potencia de salida es fácilmente escalable.
Además, al disipar el exceso de calor a través de los radiadores del circuito de circulación de fluido 18, se reduce el consumo total de energía del vehículo 10.
La realización y las variantes descritas anteriormente pueden combinarse para generar nuevas realizaciones de la invención.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Vehículo (10) que comprende un sistema de suministro de electricidad (17), comprendiendo el sistema de suministro de electricidad (17) una unidad de producción de electricidad (20) configurada para generar una primera tensión (V1) que hace fluir una primera corriente eléctrica (C1), un transformador (25) y una unidad de almacenamiento de combustible (30) para almacenar hidrógeno gaseoso, comprendiendo la unidad de producción (20) al menos dos pilas de celdas de combustible y comprendiendo una única primera interfaz de conexión eléctrica (150) para transmitir la primera corriente eléctrica (C1) a la unidad de transformador (25),
comprendiendo la unidad de producción (20) un único circuito de refrigeración común (40) lleno de un primer fluido para refrigerar cada pila de celdas de combustible, un circuito común de suministro de aire (45) para suministrar aire a cada pila de celdas de combustible y un único circuito de suministro común de hidrógeno gaseoso (50) de suministro de hidrógeno gaseoso, desde la unidad de almacenamiento de combustible (30), a cada pila de celdas de combustible y por que la unidad de producción (20) está separada de la unidad de almacenamiento de combustible (30) y conectada a la unidad de almacenamiento de combustible (30) mediante una única interfaz de conexión (142), caracterizado por que
la unidad de producción (20) es desmontable del vehículo (10) como una unidad integrada independiente de la unidad de almacenamiento de combustible (30), siendo el movimiento relativo de cada uno de los elementos (40, 45, 50) comprendidos en la unidad de producción de electricidad (20), respecto al vehículo eléctrico (10), idéntico y simultáneo al movimiento de cada uno de los demás elementos (40, 45, 50) comprendidos en la unidad de producción de electricidad (20) al retirar la unidad de producción de electricidad (20) del vehículo (10) como una unidad integrada independientemente de la unidad de almacenamiento de combustible (30).
2. Un vehículo (10) según la reivindicación 1, en el que el vehículo (10) comprende un circuito de circulación de fluido (18) lleno de un segundo fluido, siendo el circuito de circulación de fluido (18) fluídicamente independiente del circuito de refrigeración (40) y comprendiendo un primer intercambiador térmico (55) configurado para intercambiar calor entre el primer fluido y el segundo fluido, comprendiendo la unidad de producción (20) además una interfaz separable (110) para transmitir el segundo fluido entre el primer intercambiador térmico (55) y el circuito de circulación de fluido (18).
3. Un vehículo (10) según la reivindicación 2, en el que el circuito de circulación de fluido (18) está configurado para calentar un compartimento de pasajeros del vehículo (10).
4. Un vehículo (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el circuito de refrigeración (40) comprende además un segundo intercambiador térmico (60) para intercambiar calor entre el primer fluido y el aire.
5. Un vehículo (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la unidad de producción (20) comprende un circuito de escape común (70) para recoger los gases de escape de cada pila de celdas de combustible, comprendiendo el circuito de escape (70) un condensador de agua (145) para extraer agua líquida de los gases de escape.
6. Un vehículo (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la unidad de producción (20) comprende un solo calentador común (75) configurado para calentar todas las pilas de combustible.
7. Un vehículo (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la unidad de transformador (25) está configurada para generar, a partir de la primera corriente (C1), al menos una segunda tensión (V2) diferente de la primera tensión (V1) y una tercera tensión (V3) diferente de la segunda tensión (V2) y de la primera tensión (V1), provocando la segunda tensión (V2) que fluya una segunda corriente (C2) y provocando la tercera tensión (V3) que fluya una tercera corriente (C3), siendo la unidad de producción (20) desmontable del vehículo eléctrico (10) independientemente de la unidad de transformador (25) y comprendiendo una segunda interfaz de conexión eléctrica (155) para transmitir la segunda corriente (C2) desde la unidad de transformador (25) a la unidad de producción (20) y una tercera interfaz de conexión eléctrica (160) para transmitir la tercera corriente (C3) desde la unidad de transformador (25) a la unidad de producción (20).
8. Un vehículo (10) según la reivindicación 7, en el que la segunda corriente (C2) es una corriente alterna para accionar al menos el circuito de refrigeración (40) y la tercera corriente (C3) es una corriente continua.
9. Un vehículo (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el vehículo (10) es un vehículo eléctrico que comprende un motor eléctrico (15), comprendiendo además el sistema de suministro de electricidad al menos un acumulador eléctrico (33) configurado para generar una corriente eléctrica de accionamiento para accionar el motor (15), estando configurada la unidad de transformador (25) para generar, a partir de la primera corriente (C1), una corriente eléctrica de carga para cargar el acumulador (33).
10. Un vehículo (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el circuito de refrigeración (40) comprende un circulador de fluido (120) para hacer circular el primer fluido y cada pila de celdas de combustible comprende un dispositivo de conmutación para conectar eléctricamente la pila de celdas de combustible a la primera interfaz eléctrica (150), comprendiendo además la unidad de producción (20) una unidad de control (80) para controlar el circulador de fluido (120) y cada dispositivo de conmutación.
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