[发明专利]燃料电池系统

说明书

一种具有在壳体中的燃料电池堆的燃料电池系统，包括向燃料电池堆提供压缩环境空气的压缩机以及连接到压缩机的吸入侧以为壳体提供通风并且冷却相关电压监测单元的通风系统，电压监测单元可以位于壳体里面或壳体的上游。通风系统可以控制阀以当壳体和堆中的任一个或两者都具有低于相关阈值的温度时从压缩机出口向壳体供应空气以加热壳体和堆。通风系统可以包括第二阀以基于壳体或堆的温度来控制来自壳体的废气。堆废气可以驱动连接到压缩机的涡轮。热交换器可以定位成在来自压缩机的压缩空气流入堆之前冷却来自压缩机的压缩空气。

技术领域

本公开涉及用于机动车辆的燃料电池系统的通风和冷却。

背景技术

电动马达作为比如汽油发动机或柴油发动机这样的传统内燃发动机的替代品越来越多地在机动车辆中使用。在这种背景下作为电动马达的能源，不仅可以使用可充电电池还可以使用燃料电池，在燃料电池中燃料(例如氢气)和氧化剂(例如氧气)的反应能转化成电能。燃料电池的常见类型是所谓的质子交换膜燃料电池或PEM燃料电池。在这种情况下，燃料电池具有两个腔，两个腔被隔膜隔开。氢气进入一个腔中，在这个腔里氢气在阳极分裂成电子和质子，质子能够穿透隔膜。电子被阳极吸收并且迁移到阴极，阴极设置在另一腔中。这个腔供应有氧气，氧气吸收电子并且将氧气与质子结合以形成水分子。相应地，水形成燃料电池的唯一反应产物。

因为单个燃料电池的电压只有大约1.2V并且以其只能获得有限的功率，所以多个(例如，几百个或几千个)燃料电池组合以形成用于机动车辆驱动的电池堆。在这种情况下，一个电池的阳极可以通过所谓的双极板连接到下一个电池的阴极。用于阴极的氧气是通过环境空气提供的，并且为了燃料电池的高效运行，可能需要在增加的压力(即在通过压缩机压缩之后)下供应环境空气。这个压缩机也可以是涡轮增压器的一部分，涡轮增压器的涡轮是由来自燃料电池的废气驱动的，即通常在压力升高和温度升高的潮湿空气中。

燃料电池堆通常由机动车辆中的壳体围绕。在某些情况下，氢气可以在壳体里面逸出并且与氧气或环境空气形成不受控制的反应。由于这个原因，壳体必须通风，并且可以提供氢气传感器以便检测氢气的泄漏。通风的另一个可能原因是保持适合用于燃料电池的功能的温度范围，例如在20℃到80℃的范围内。此外，电池电压监测单元或CVM单元，监控单个燃料电池的电池电压(例如通过与上述的双极板接触)并且可以将相应的信息传输到控制单元。例如，如果测量到电池电压分布的显著变化或如果电池电压低于特定阈值，则CVM单元可以触发警报或关闭。CVM单元安装在壳体上或安装在壳体中并且例如通过空气流冷却。为了确保适当的冷却并且另外为了确保上述壳体通风，通常使用电风扇，电风扇安装在壳体上或安装在壳体中。这占用空间、在操作过程中消耗能量，并且增加系统的复杂性。

文件JP 2011-014400 A公开一种用于监控燃料电池的电压的装置。装置包含用于监控燃料电池的电压的电压监测部分以及承载元件，电压监测部分安装在承载元件上。承载元件也用于冷却电压监测部分。在这种情况下，冷却水管路可以穿过承载元件。代替水冷却，油冷却或空气冷却也是可能的。

文件US 2008/0156549 A1公开一种具有壳体和设置在壳体中的第一子系统的燃料电池系统，燃料电池系统不准许在可燃环境中操作。传感器设置在壳体中以检测可燃气体。可以放出可燃气体的部件设置在壳体中。浮力路径限定在壳体里面以便凭借浮力以可燃气体可以从壳体逸出这样的方式引导在壳体中放出的可燃气体。传感器在浮力路径上。此外，可以提供主动通风系统，其中通风管道形成在氢气罐下方并且在电子部件上方。为实际燃料电池提供水冷却。

发明内容

应该指出的是在下面的描述中单独列出的特征和措施可以以任何技术上有利的方式彼此结合并且显示要求保护的主题的更多实施例。此外，描述特别地与附图联合表征并且给出要求保护的主题的细节。

根据本公开的实施例提供一种燃料电池系统。燃料电池系统可以在固定应用和交通工具应用中使用。在后一种情况下，交通工具可以包括航空器、水运工具和陆地车辆，陆地车辆可以包括比如乘用车、公共汽车或卡车这样的机动车辆，虽然这些有代表性的机动车辆不旨在限制或限定。