车辆燃料电池系统的制作方法

本发明涉及车辆燃料电池系统。本发明还涉及包括这种燃料电池系统的车辆和控制车辆燃料电池系统的方法。尽管本发明将主要针对使用用于为电动牵引马达生成电力的燃料电池的卡车形式的车辆，但本发明也可适用于至少部分由电动牵引马达推进的其它类型的车辆，例如电动车辆、包括用于推进的电机以及内燃机的混合动力车辆。

背景技术：

1、车辆的推进系统不断发展以满足市场的需求。一个特别的方面涉及对环境有害的废气的排放。因此，由从氢燃料电池接收电力的电机推进的车辆越来越受欢迎，尤其是对于卡车和其它重型车辆而言。

2、常规地，燃料电池包括阳极侧和阴极侧。阳极侧接收氢气，而阴极侧接收氧化剂，例如从周围环境接收的空气。燃料电池通常包括允许离子在阳极侧与阴极侧之间移动的电解质。同时，电子从阳极流到阴极产生电流。

3、然而，燃料电池车辆可能不时地在环境空气中含毒性物质的地区操作。例如，当车辆在环境条件相对较差的隧道等中驾驶时，可能会出现这种情况。毒性物质对燃料电池产生负面影响。电流的产生以及燃料的操作寿命可能会降低。

4、因此，希望保护燃料电池免受毒性物质的影响，同时维持来自燃料电池的所需电流的产生。

技术实现思路

1、因此本发明的目的是至少部分地克服上述不足。

2、根据第一方面，提供了一种车辆燃料电池系统，包括：燃料电池，该燃料电池被配置成生成电力，燃料电池包括阳极侧和阴极侧，其中阳极侧包括被配置成接收氢气的阳极入口，并且其中阴极侧包括被配置成接收空气的阴极入口；第一空气进入导管，该第一空气进入导管具有第一端部部分和第二端部部分，第一端部部分连接到阴极入口，第二端部部分被配置成接收来自周围环境的空气；罐布置，该罐布置被配置成包括基于氧的流体，罐布置可经由第二进入导管流体连接到阴极入口；以及控制单元，该控制单元连接到该罐布置，该控制单元包括控制电路系统，控制电路系统被配置成接收指示存在于周围环境中的毒性物质水平的信号，将毒性物质水平与预定阈值限值进行比较，并且当毒性物质水平大于预定阈值限值时，控制罐布置向阴极入口供应基于氧的流体。

3、措辞“基于氧的流体”应解释为包含氧化剂的气体。基于氧的流体例如可以是氧气(o2)、空气、一氧化二氮(n2o)等。

4、此外，毒性物质应解释为空气污染，其可能对燃料电池有害。例如，毒性物质可能是环境空气中存在的二氧化碳(co2)。可能对燃料电池产生负面影响的毒性物质还可能是一氧化碳(co)、氮氧化物(nox)、硫氧化物(sox)等。因此，毒性物质是可能存在于车辆操作的环境空气中并且当被燃料电池的阴极侧接收时，对燃料电池的操作产生负面影响的任何类型的化合物。

5、此外，指示存在于周围环境中的毒性物质水平的信号，如下面进一步描述的，可以从传感器接收，传感器被配置成感测环境空气中毒性物质(即污染)的存在和水平。这样的传感器能够测量空气质量。但是，指示毒性物质水平的信号可以通过传感器以外的其它方式接收。例如，正如下面将进一步详细描述的那样，毒性物质的存在和水平可以预先从(多个)其它车辆接收，其中(多个)其它车辆最近在该车辆前方的道路上操作。因此，车辆之间的车辆与车辆(v2v)通信可以通知车辆它即将进入具有高毒性物质水平的地区。信号也可以通过车辆与基础设施(v2i)通信来接收。作为又一示例，该信号可以由车辆的地图数据与该地图上某些地区的统计毒性水平数据组合，或者由地图数据与来自本车辆的记录数据组合来接收。因此，记录的数据是车辆先前操作过的地图位置的毒性物质水平的数据。信号也可以基于一天中的某些时间段，以及某些地区比其它地区污染更严重的特定日期。

6、本发明基于这样的见解，即当车辆在含有增加水平的毒性物质的环境中操作时，通过可控地向燃料电池的阴极侧供应清洁的基于氧的流体，燃料电池被保护免受有害物质的影响，同时能够以期望的方式生成电力。因此，维持了燃料电池的操作功能。基于当前存在于环境空气中的毒性物质水平，基于氧的流体可用于稀释提供到阴极入口中的环境空气，即环境空气和来自罐布置的基于氧的流体的组合被供应到阴极入口。如果毒性物质水平严重较高，则控制电路系统可防止环境空气被递送到阴极入口，从而仅将来自罐布置的基于氧的流体供应到阴极入口。因此，供应给阴极入口的基于氧的流体的流量可以与周围环境中存在的毒性物质水平成比例。因此，根据示例实施例，当周围环境中毒性物质水平低于预定阈值限值时，可以防止空气罐布置向阴极入口供应基于氧的流体。

7、根据示例性实施例，第二进入导管可以在第一进入导管的第一端部部分与第二端部部分之间的位置处连接到第一进入导管。因此，罐布置在阴极入口上游的位置连接到第一进入导管。因此，环境空气可以在进入阴极入口之前用基于氧的流体稀释。

8、根据示例性实施例，罐布置可以包括阀，该阀可在第一状态与第二状态之间被控制，在第一状态中，来自罐布置的基于氧的流体被供应到阴极入口，在第二状态中，罐布置中的基于氧的流体被防止到达阴极入口。

9、根据示例性实施例，第一导管可包括连接到控制单元的流量控制器设备，该流量控制器设备被配置成可控地供应来自周围环境的空气从第二端部部分流向第一端部部分。

10、根据示例性实施例，控制电路系统可进一步被配置成控制流量控制器设备，以当毒性物质水平大于预定阈值限值时，减少从周围环境从第二端部部分到第一端部部分的空气流量供应。

11、因此，当毒性物质水平太严重时，流量控制设备可以防止来自周围环境的空气到达阴极入口，或者如果毒性物质水平不太严重，允许来自周围环境的减少水平的空气到达阴极入口。根据示例性实施例，流量控制器设备可以是空气增压器或阀中的一者。

12、根据示例实施例，车辆燃料电池系统可进一步包括传感器，该传感器被配置成确定周围环境中的毒性物质水平，其中控制电路系统被配置成从传感器接收指示周围环境中存在的毒性物质水平的信号。作为备选方案，毒性物质水平可以从地图数据中接收。在这种情况下，地图数据优选地与关于由车辆或共享统计数据的其它车辆先前操作的位置处的毒性物质水平的统计数据相关。

13、根据示例实施例，预定阈值限值可以是第一预定阈值限值，控制单元连接到燃料电池，其中控制电路系统进一步被配置成将毒性物质水平与第二预定阈值限值进行比较，第二预定阈值限值高于第一预定阈值限值，并且当毒性物质水平大于第二预定阈值限值时，控制燃料电池以减少电力的生成。因此，作为预防措施，由于可能存在意外地将环境空气提供到燃料电池的阴极侧的风险，因此减少燃料电池的操作。

14、此外，电力生成的减少还可以基于车辆的能量存储系统的荷电状态(soc)水平。例如，与soc水平低时相比，如果soc水平高，则控制单元可以更大程度地减少燃料电池的操作，即电力的生成。因此，当在环境空气中具有高毒性物质水平的位置操作车辆而能量存储系统中具有低soc水平时，需要从罐布置向阴极入口供应增加量的基于氧的流体。其它参数也被结合在控制单元中，用于确定将从罐布置供应到阴极入口的基于氧的流体的量。例如，其它参数为罐布置中可用的基于氧的流体的量，存在于周围环境中的毒性物质水平，以及来自例如推进车辆的电动牵引马达的电力供应需求。基于这些参数，控制单元可以为确定燃料电池的操作即电力的生成提供优化模型。

15、根据示例性实施例，控制电路系统可进一步被配置成当毒性物质大于第二预定阈值限值时控制罐布置以减少基于氧的流体的到阴极入口的供应。第一预定阈值限值和第二预定阈值限值应被解释为动态阈值限值，其可根据上述参数和用于确定燃料电池操作的优化模型而变化。因此，通过减少对阴极入口的基于氧的流体的供应而减少燃料电池的操作。

16、当控制罐布置以禁止基于氧的流体的供应时，优选地减少或禁止燃料电池操作。在这种情况下，推进车辆的电机由从电力源(例如车辆的电池)接收的电力而操作。因此，不需要向燃料电池供应基于氧的流体，从而避免了罐布置的排出。

17、根据示例实施例，控制电路系统可进一步配置成当毒性物质水平超过预定阈值限值时向数据存储软件系统发送信号，该信号可由车辆维护中心检索，以确定由毒性物质污染引起的部件维护间隔动作。

18、一个优点是可以适当地选择维护间隔。因此，可以以适当的间隔确定燃料电池、过滤器等的维修。

19、根据第二方面，提供了一种控制车辆燃料电池系统的方法，该车辆燃料电池系统包括：燃料电池，该燃料电池被配置成生成电力，燃料电池包括阳极侧和阴极侧，其中阳极侧包括被配置成接收氢气的阳极入口，并且其中阴极侧包括被配置成接收空气的阴极入口；第一空气进入导管，该第一空气进入导管具有第一端部部分和第二端部部分，第一端部部分连接到阴极入口，第二端部部分被配置成接收来自周围环境的空气；以及罐布置，罐布置可经由第二进入导管流体连接到阴极入口，该方法包括确定指示周围环境中存在的毒性物质水平的空气污染参数，将毒性物质水平与预定阈值限值进行比较，以及当毒性物质水平大于预定阈值限值时，控制罐布置向阴极入口供应基于氧的流体。

20、第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上面关于第一方面描述的那些。

21、根据第三方面，提供了一种车辆，包括用于推进车辆的电机、连接到电机的能量存储系统和根据上述关于第一方面的实施例中的任何一个的燃料电池系统，燃料电池连接到电机和能量存储系统，其中由燃料电池生成的电力可控地递送到电机和能量存储系统。

22、根据示例实施例，控制电路系统可以被配置成仅利用从能量存储系统接收的电力来控制车辆由电机推进。

23、根据第四方面，提供了一种计算机程序，其包括程序代码装置，当程序代码装置在计算机上运行时，程序代码装置用于执行上述第二方面的步骤。

24、根据本发明的第五方面，提供一种承载计算机程序装置的计算机可读介质，当程序装置在计算机上运行时，该计算机程序装置执行上述第二方面的步骤。

25、第三方面、第四方面和第五方面的效果和特征在很大程度上类似于上面关于第一方面描述的那些。

26、当研究所附权利要求书和以下详细描述时，另外的特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以组合不同特征来创建不同于以下描述那些的实施例。