本文所述的主題總體上涉及流量控制系統(tǒng)，且更具體地涉及連同流量控制組件調(diào)節(jié)燃料電池背壓或濕度，這回收由該調(diào)節(jié)產(chǎn)生的能量。

背景技術(shù)：

近年來，燃料電池已經(jīng)用在了越來越多數(shù)量的應(yīng)用中。例如，燃料電池組可以用于為電動(dòng)車輛中的牽引電機(jī)供應(yīng)電功率。通常，壓縮空氣被提供給燃料電池的一個(gè)或多個(gè)電極以獲得該燃料電池的有效率工作。這個(gè)氣流呈現(xiàn)了這樣的機(jī)會(huì)，在燃料電池的下游進(jìn)行能量回收。因此，已經(jīng)研制了現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)，其采用渦輪機(jī)從離開燃料電池的氣流中回收能量。傳統(tǒng)上，該渦輪機(jī)通過共同的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)械地連接到輸入空氣壓縮機(jī)，對(duì)由該渦輪機(jī)回收的能量杠桿作用給壓縮機(jī)提供動(dòng)力。然而，這可能增加設(shè)計(jì)渦輪壓縮機(jī)組件時(shí)的復(fù)雜性，并且在安裝到機(jī)動(dòng)車中時(shí)還強(qiáng)加了某些封裝或管系安裝約束。另外，未調(diào)節(jié)的氣流通過該燃料電池會(huì)不合要求地降低該燃料電池組的濕度。因此，希望提供一種從燃料電池組回收能量的方式，其還控制燃料電池氣流，同時(shí)還減少封裝或管系安裝約束，而不會(huì)折損效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供渦輪組件、節(jié)流損失回收系統(tǒng)以及相關(guān)的車輛電氣系統(tǒng)和操作方法。一種示范性車輛系統(tǒng)包括燃料電池組、用以調(diào)節(jié)離開該燃料電池組的流體流的流量控制閥以及流量控制組件，該流量控制組件平行于該流量控制閥以基于該流量控制閥相對(duì)于流體流的定向、響應(yīng)于繞過該流量控制閥的流體流的旁路部分產(chǎn)生電能。

車輛系統(tǒng)的另一示范性實(shí)施例包括燃料電池組、用于來自燃料電池組的出口流體流的管道、布置在該管道內(nèi)的閥以及渦輪組件，該渦輪組件基于該閥相對(duì)于該管道的定向接收該出口流體流的旁路部分。

一種運(yùn)行渦輪組件的示范性方法包括，獲取以輸出電壓在向車輛電氣系統(tǒng)的輸入節(jié)點(diǎn)處提供電功率的燃料電池組的濕度信息，以及根據(jù)該濕度信息調(diào)整該燃料電池組下游的閥的定向。閥的定向影響該渦輪組件產(chǎn)生的電能，并且該方法進(jìn)一步地以與該燃料電池組的電壓輸出相對(duì)應(yīng)的電壓電平提供來自渦輪組件的電能給輸入節(jié)點(diǎn)。

附圖說明

下文將連同下列圖一起描述本主題的實(shí)施例，其中，相同的數(shù)字代表相同的元件，并且：

圖1是一個(gè)或多個(gè)示范性實(shí)施例中的車輛系統(tǒng)的框圖，其包括燃料電池組下游的損失回收組件；

圖2是一個(gè)示范性實(shí)施例中的損失回收組件的剖視圖，其適用于圖1的車輛系統(tǒng)；

圖3是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的示范性管理過程的流程圖，其適用于圖1的車輛系統(tǒng)；和

圖4是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的示范性渦輪組件電子模塊的框圖，其連同圖3的管理過程一起適用于圖1的損失回收組件。

具體實(shí)施方式

本文描述的主題的實(shí)施例涉及車輛系統(tǒng)，包括流量控制組件，其用作圍繞流量控制閥的流體流的旁路，以從該繞過的流體流產(chǎn)生能量。為了解釋，本主題在本文中以渦輪組件為背景進(jìn)行描述，其用作閥的旁路并且包括產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)。然而，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，本文描述的主題不限于用于渦輪，而且可以以等同方式為其他合適的機(jī)械裝置或流量控制組件實(shí)施，它們布置成為另一合適的流量控制閥提供旁路。另外，雖然本主題在本文中以配置成渦輪發(fā)電機(jī)的渦輪組件為背景進(jìn)行描述，但是，本文描述的主題不限于用于渦輪發(fā)電機(jī)，并且可以以等同方式為其他合適的裝置實(shí)施。

在本文描述的示范性實(shí)施例中，流量控制閥布置在燃料電池組與車輛排氣系統(tǒng)之間的管道內(nèi)以調(diào)節(jié)離開燃料電池組的流體流，由此調(diào)節(jié)或以其它方式管理燃料電池組的濕度。渦輪組件提供流體路徑，其平行于其中布置有閥的管道的中間部，從而，閥相對(duì)于流體流的定向影響繞過閥通過渦輪的出口流體流的量。在示范性實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)輸出連接到燃料電池組的電輸出，從而以對(duì)應(yīng)于燃料電池輸出電壓的電壓電平輸出所產(chǎn)生的電能，其由燃料電池出口流的旁路部分產(chǎn)生。在示范性實(shí)施例中，在發(fā)電機(jī)輸出與燃料電池電壓輸出之間提供電子模塊，以控制所產(chǎn)生的電能的分配。在這方面，為了防止可能出現(xiàn)的發(fā)電機(jī)超速或過多能量生成，電子模塊可以消耗至少一部分所產(chǎn)生的電能，或者在一些情況中，以小于車輛電氣系統(tǒng)總線電壓（或者替代地，小于燃料電池輸出電壓）的電壓輸出該所產(chǎn)生的電能，以有效地把所產(chǎn)生的電能從車輛電氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移開。

圖1描繪適用于機(jī)動(dòng)車的車輛系統(tǒng)100的示范性實(shí)施例，其包括損失回收組件102，構(gòu)造成調(diào)整燃料電池組104下游的空氣流，并由此調(diào)節(jié)通過燃料電池組104的氣流背壓，同時(shí)還從出口氣流回收能量。為了簡(jiǎn)要起見，燃料電池組104可以替代地在文本中簡(jiǎn)單地稱作燃料電池，然而，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，在實(shí)踐中，燃料電池組104可以實(shí)際上包括多個(gè)單體燃料電池，它們堆疊或以其它方式構(gòu)造成獲得期望的輸出功率級(jí)。

如所示，損失回收組件102包括閥106（節(jié)流閥），布置在用于離開燃料電池組104的空氣的管道108內(nèi)，該空氣要被供應(yīng)給車輛排氣系統(tǒng)110。鄰接閥106的上游的燃料電池出口管道108的管道112具有進(jìn)口，其構(gòu)造成選擇性地接收離開燃料電池組104的流體流114的至少一部分116，該部分以受到閥106相對(duì)于流體流114的定向（或角度）的影響的方式繞過閥106。在這方面，當(dāng)閥106相對(duì)于流體流114的角度增大以限制出口流體流114并增大背壓時(shí)，繞過閥106的通過管道112的流體流116的量增大，這又增加由損失回收組件102可產(chǎn)生的可能的電能。相反地，當(dāng)閥106相對(duì)于出口流體流114的角度減小以降低燃料電池背壓時(shí)，進(jìn)入管道112的旁路流體流116的量減小。

管道112的出口連接到渦輪組件120的進(jìn)口（或輸入）以建立閥106上游的燃料電池排氣管道108與渦輪組件120的渦輪122的進(jìn)口之間的流體連通。在這方面，旁路流體流116用作渦輪輸入流體流，其通過蝸殼、噴嘴或和/或渦輪122的葉片并且沖擊渦輪122的葉片（或葉輪）以轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪122。在一個(gè)或多個(gè)示范性實(shí)施例中，渦輪122實(shí)現(xiàn)為固定幾何結(jié)構(gòu)渦輪。渦輪組件120還包括通過軸連接到渦輪122的發(fā)電機(jī)124，并且發(fā)電機(jī)124響應(yīng)于由渦輪輸入流體流116引起的軸的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電能。損失回收組件102包括另一管道118，其進(jìn)口連接到渦輪122的出口并且其出口連接到閥106下游的燃料電池排氣管道108以建立用于渦輪輸出流體流的流體連通。來自渦輪122的渦輪輸出流體流與流過閥106的燃料電池排氣流的剩余部分重新結(jié)合以提供輸入流體流給車輛排氣系統(tǒng)110。

圖2描繪損失回收組件200的示范性實(shí)施例的剖視圖，適用作圖1的車輛系統(tǒng)100的損失回收組件102。在這方面，在一些實(shí)施例中，損失回收組件200可以實(shí)現(xiàn)為單一的或集成的部件，其提供燃料電池組104與排氣系統(tǒng)110之間的管道的中間部分。

損失回收組件200包括構(gòu)造成接收輸入流體流212（例如流體流114）的流體管道202和安置在流體管道202中的閥206。在所示實(shí)施例中，渦輪進(jìn)口管道包括進(jìn)口220，其可以至少部分地由吸入管道202限定并且構(gòu)造成選擇性地接收來自吸入管道202的輸入流體流212的至少一部分。渦輪葉輪226安裝在連接到發(fā)電機(jī)228的軸230上，該發(fā)電機(jī)構(gòu)造成在渦輪葉輪226轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電能。所示渦輪組件224包括蝸殼232，其大體上包圍渦輪226并且將通過進(jìn)口220接收的輸入流體流212的部分供給渦輪226。如所示，在一些實(shí)施例中，吸入管道202、渦輪出口管道222和蝸殼232可以由一體的殼體限定，其還保持著渦輪226和發(fā)電機(jī)228以提供帶有相對(duì)緊湊形式的損失回收組件200。

在示范性實(shí)施例中，閥206可構(gòu)造在多個(gè)位置之間。例如，在一些實(shí)施例中，閥206實(shí)現(xiàn)為蝶形閥，其包括節(jié)流板236。調(diào)整機(jī)構(gòu)例如電動(dòng)機(jī)或節(jié)流閥纜線可以構(gòu)造成通過調(diào)整節(jié)流板236的位置控制閥206，例如，通過使連接到節(jié)流板236的軸238圍繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。 在實(shí)踐中，位置傳感器可以檢測(cè)節(jié)流板236或軸238的位置，并且提供關(guān)于節(jié)流板236的位置的反饋，從而閥206的位置可以被調(diào)整以獲得閥206的下游的期望的進(jìn)氣流體流。在這方面，圖2描繪閥206打開到通向渦輪226的進(jìn)口220大體上完全開放的位置。因此，渦輪組件224用作圍繞閥206的旁路，此時(shí)，進(jìn)口220的至少一部分沒有被節(jié)流板236擋住。至少一部分輸入流體流212通過進(jìn)口220輸入蝸殼232，其供給渦輪226，并且離開渦輪226的渦輪輸出流體流214流過渦輪出口管道222并且經(jīng)由出口242重新進(jìn)入閥206下游的吸入管道202。如所示，出口242可以由閥206下游的吸入管道202的側(cè)壁中的開口形成。將意識(shí)到，節(jié)流板236相對(duì)于輸入流體流212的定向在工作期間將改變，這又將改變輸入流體流212的量，其被改變方向或以其它方式通過渦輪組件224繞過節(jié)流閥。

再次參照?qǐng)D1，損失回收組件102還包括電子模塊126，其連接在發(fā)電機(jī)124的電輸出與車輛電氣系統(tǒng)130的輸入節(jié)點(diǎn)128之間。電子模塊126包括電氣元件或部件，它們構(gòu)造成接收發(fā)電機(jī)124產(chǎn)生的電能并且提供發(fā)電機(jī)124的輸出與車輛電氣系統(tǒng)130之間的接口，用于輸送損失回收組件102產(chǎn)生的電能給車輛電氣系統(tǒng)130。例如，電子模塊126可以包括整流器，其構(gòu)造成整流發(fā)電機(jī)124的輸出為直流（DC）電壓電平，與車輛電氣系統(tǒng)130的節(jié)點(diǎn)128處的電壓電平相對(duì)應(yīng)。在示范性實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)128是輸入節(jié)點(diǎn)，用于接收來自燃料電池104的電輸出的電壓輸出，并且因此，損失回收組件102的電輸出連接到燃料電池104的電輸出，處于共同電壓電平。因此，發(fā)電機(jī)124和由電子模塊126提供的整流被設(shè)計(jì)或以其它方式構(gòu)造成產(chǎn)生輸出電壓，其大致等于燃料電池104的輸出電壓。

另外，在一些實(shí)施例中，電子模塊126可以包括電阻器、電容器、感應(yīng)器、二極管、晶體管和/或其它電路元件，構(gòu)造成耗散發(fā)電機(jī)124產(chǎn)生的一部分電能以防止關(guān)于渦輪122的潛在超速狀況或關(guān)于車輛電氣系統(tǒng)130的多余能量狀況，如下面以圖3為背景進(jìn)行的更詳細(xì)描述。 在一些實(shí)施例中，電子模塊126能夠改變提供給車輛電氣系統(tǒng)130的電壓輸出，通過耗散發(fā)電機(jī)124在電子模塊126處產(chǎn)生的至少一部分電能。在這方面，電子模塊126可以包括硅控制器整流器、開關(guān)裝置或其它電氣部件，其可以被操作以在電子模塊126處耗散電能以維持提供給車輛電氣系統(tǒng)130的輸出電壓、處于由電子控制單元（ECU）160提供的目標(biāo)電壓給定值。例如，電子模塊126可以包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET），配置成平行于發(fā)電機(jī)輸出，其以占空比產(chǎn)生脈動(dòng)、切換或其它方式觸發(fā)，該占空比引起FET耗散所產(chǎn)生的電能的一部分，這導(dǎo)致電子模塊126的整流器輸出的電壓大體上等于來自ECU 160的目標(biāo)電壓給定值。

在所示實(shí)施例中，損失回收組件102還包括電子控制致動(dòng)裝置109，其連接到閥106并且構(gòu)造成響應(yīng)于閥位置指令控制閥106相對(duì)于流體流114的定向（例如，管道108內(nèi)提供的開口的大?。?。在這方面，致動(dòng)裝置109可以包括一個(gè)或多個(gè)纜線、連接、電機(jī)等等，正如被發(fā)現(xiàn)與電子控制節(jié)流閥在一起的。在所示實(shí)施例中，致動(dòng)裝置109連接到ECU 160以接收來自ECU 160的閥位置指令，這得到流體流114離開燃料電池組104的期望背壓，并由此獲得燃料電池組104內(nèi)的期望濕度。也就是說，在其它實(shí)施例中，致動(dòng)裝置109可以連接到電子模塊126，其可以用作媒介，根據(jù)從ECU 160接收到的信號(hào)或指令來命令或以其它方式控制致動(dòng)裝置109的操作。

仍然參照?qǐng)D1，如所示，壓縮機(jī)組件134設(shè)置在燃料電池104的上游以接收進(jìn)氣（例如通過空氣濾清器等等）并且壓縮空氣以獲得燃料電池104的期望工作。所示壓縮機(jī)組件134包括在燃料電池104上游的進(jìn)氣流體流路徑中的壓縮機(jī)136、連接到壓縮機(jī)136的電機(jī)138（例如，經(jīng)由共同的旋轉(zhuǎn)軸）和壓縮機(jī)控制模塊140，該壓縮機(jī)控制模塊連接到電機(jī)138并構(gòu)造成響應(yīng)于從ECU 160接收到的命令或指令操作電機(jī)138以獲得期望轉(zhuǎn)速，并由此獲得壓縮機(jī)136的壓縮比。在這方面，壓縮機(jī)控制模塊140可以包括控制硬件（例如微控制器、微處理器等等）、功率變換硬件（例如變換器）或者電氣部件的另一適當(dāng)組合，構(gòu)造成響應(yīng)于從ECU 160接收到的信號(hào)或命令支持壓縮機(jī)電機(jī)138并由此是壓縮機(jī)136的工作。

在壓縮機(jī)組件134的下游，換熱器142冷卻提供給通向燃料電池104的陰極103的進(jìn)氣口的壓縮空氣流。陽極105的進(jìn)口連接到燃料源，例如氫氣源107，以接收或以其它方式獲取氧化成離子和電子的燃料。被輸入給陰極103的壓縮空氣與陽極105處的反應(yīng)副產(chǎn)物起反應(yīng)以提供流體流114，其然后離開陰極103的出口。燃料電池104的電輸出連接到車輛電氣系統(tǒng)130的相應(yīng)的燃料電池電壓輸入節(jié)點(diǎn)128以提供電能給車輛電氣系統(tǒng)130，如所期望的。

在所示實(shí)施例中，車輛電氣系統(tǒng)130包括DC-DC功率變換器144，它的輸入連接到燃料電池電壓輸入節(jié)點(diǎn)128，并且它的輸出連接到電壓總線145，具有與車輛蓄電池146對(duì)應(yīng)的DC電壓電平。在這方面，當(dāng)燃料電池104輸出的DC電壓電平不同于蓄電池146的DC電壓電平時(shí)，DC-DC變換器144把輸入節(jié)點(diǎn)128處的電壓電平轉(zhuǎn)換成電壓總線145的DC電壓電平處的相應(yīng)輸入電流。例如，燃料電池104的輸出電壓可以為大約100伏或更大，而蓄電池146具有大約12伏至約14伏的標(biāo)稱電壓，在此，DC-DC變換器144把燃料電池輸出電壓轉(zhuǎn)變成蓄電池電壓電平。也就是說，在一些實(shí)施例中，燃料電池輸出電壓（以及同樣，回收組件102的輸出電壓）可以匹配蓄電池電壓，在這樣的情況下，DC-DC變換器可以不存在。在所示實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)附加的車輛電氣部件148可以連接到電壓總線145以接收輸入功率供它們操作用。另外，車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)150（例如用于電力牽引電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備）可以連接到電壓總線145以接收用于提供牽引力給車輛的輸入電功率。

ECU 160通常代表發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元或一個(gè)或多個(gè)監(jiān)控電子控制單元的另一組合，構(gòu)造成支持本文所述車輛系統(tǒng)100的操作。ECU 160連接到車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)150并且構(gòu)造成提供命令或指令用于響應(yīng)于駕駛員輸入或反饋例如踩下加速踏板、制動(dòng)踏板等等來操作車輛牽引系統(tǒng)。另外，ECU 160可以連接到車輛電氣系統(tǒng)130內(nèi)的各個(gè)車輛電氣部件148以根據(jù)來自駕駛員或其它車輛乘客的輸入或選擇控制它們的操作，并由此控制它們對(duì)來自電壓總線145的電能的消耗。ECU 160還連接到壓縮機(jī)控制模塊140、閥致動(dòng)裝置109和損失回收組件102的電子設(shè)備模塊126以支持壓縮機(jī)136和渦輪組件120的操作，它們獲得燃料電池104的期望操作，如下文更詳細(xì)描述的。在這方面，雖然為了清楚起見沒有在圖1中描繪，但是，在實(shí)踐中，ECU 160還可以連接到燃料電池104或其一個(gè)或多個(gè)部件（例如燃料電池控制器、濕度傳感器、壓力傳感器等等），它們構(gòu)造成支持本文描述的過程、任務(wù)和操作。此外，在一些實(shí)施例中，ECU 160還可以連接到氫氣源107以控制或以其它方式影響至燃料電池組104的陽極進(jìn)口的輸入燃料流的量或速率。

圖3描繪管理過程300的示范性實(shí)施例，適用于在車輛系統(tǒng)中實(shí)施以調(diào)節(jié)燃料電池組電極經(jīng)受的濕度和空氣流以獲得燃料電池組的期望操作。 為了說明的目的，下列描述可以指的是上面與圖1和圖2相關(guān)描述的元件。 在實(shí)踐中，管理過程300的部分可以由車輛系統(tǒng)100的不同元件執(zhí)行，例如ECU 160、電子模塊126、致動(dòng)裝置109、壓縮機(jī)控制模塊140或燃料電池組104。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，管理過程300的實(shí)際實(shí)施例可以包括許多附加的或替代的任務(wù)，這些任務(wù)不必按所示順序執(zhí)行，和/或這些任務(wù)可以同時(shí)執(zhí)行，和/或，管理過程300可以并入具有本文沒有詳細(xì)描述的附加功能的更全面的進(jìn)程或過程中。此外，以圖3為背景示出和描述的一個(gè)或多個(gè)任務(wù)能夠從管理過程300的實(shí)際實(shí)施例中省略，只要預(yù)期的整體功能保持完整。

在示范性實(shí)施例中，管理過程300開始于操作壓縮機(jī)組件以獲得期望輸入空氣流給燃料電池組的陰極（任務(wù)302）。在這方面，ECU 160命令、發(fā)信號(hào)或以其它方式指示壓縮機(jī)控制模塊140以操作電機(jī)138并由此是壓縮機(jī)134以獲得在陰極103的進(jìn)口處的期望空氣壓力。例如，ECU 160可以接收反饋，代表著環(huán)境空氣壓力、陽極105的進(jìn)口處的燃料流速、與電壓總線145相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前功率消耗（例如，車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)150和/或車輛電氣部件148的功率需求）中的一個(gè)或多個(gè)，并且，根據(jù)這些，確定給陰極103的輸入空氣流的最佳輸入壓力以獲得期望的功率輸出。從那里，ECU 160計(jì)算或以其它方式確定用于操作壓縮機(jī)組件134的壓縮機(jī)136的命令或指令以獲得壓縮比，得到陰極進(jìn)口處的最佳輸入壓力。應(yīng)當(dāng)注意到，由于壓縮機(jī)組件134與渦輪組件120在物理上且電力地分開，壓縮機(jī)組件134的部件（即壓縮機(jī)136和電機(jī)138）可以設(shè)計(jì)或以其它方式優(yōu)化至燃料電池組104的平均或標(biāo)稱空氣流。換句話說，壓縮機(jī)136的尺寸可以制作成獲得期望壓縮量，使壓縮機(jī)電機(jī)138然后匹配壓縮機(jī)輸入功率，用于獲得壓縮量。

所示管理過程300繼續(xù)為接收或以其它方式獲取代表著燃料電池組的當(dāng)前濕度的信息并且根據(jù)當(dāng)前濕度信息操作損失回收系統(tǒng)的閥（任務(wù)304、306）。例如，燃料電池組104可以包括濕度傳感器，構(gòu)造成測(cè)量或以其它方式定量燃料電池104的陰極103的當(dāng)前濕度。ECU 160可以連接到濕度傳感器（直接或間接地通過燃料電池控制模塊）以接收或以其它方式獲取陰極103的濕度的當(dāng)前測(cè)定值，并且，根據(jù)這些，確定如何操作損失回收組件102的閥106。在替代的實(shí)施例中，電子模塊126可以連接到燃料電池104以根據(jù)當(dāng)前濕度信息確定如何操作損失回收組件102的閥106，或者，燃料電池控制模塊確定濕度是應(yīng)該增加還是減小，或者如何操作閥106并且提供相應(yīng)的指示給ECU 160或電子模塊126。

在一個(gè)實(shí)施例中，ECU 160確定當(dāng)前濕度是小于還是大于目標(biāo)濕度值，并且根據(jù)差值操作閥106。例如，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)因素，ECU 160可以確定用于最有效地操作燃料電池104的最優(yōu)濕度水平，然后比較當(dāng)前濕度測(cè)量值與目標(biāo)濕度值。當(dāng)當(dāng)前濕度大于最優(yōu)濕度時(shí)，ECU 160發(fā)信號(hào)、命令或以其它方式指示致動(dòng)裝置109以調(diào)整閥106的定向從而增大管道108內(nèi)的開口的大小（或者減小閥106相對(duì)于流114的角度），由此降低背壓，這又便于較少受限的陰極出口流114，這能夠降低陰極103的濕度。替代地，當(dāng)當(dāng)前濕度小于最優(yōu)濕度時(shí)，ECU 160發(fā)信號(hào)、命令或以其它方式指示致動(dòng)裝置109以調(diào)整閥106的定向從而減小管道108內(nèi)的開口的大?。ɑ蛘咴黾娱y106相對(duì)于流114的角度），由此增加背壓，這又限制陰極出口流114以便于增加或維持陰極103的濕度。在一些實(shí)施例中，根據(jù)當(dāng)前濕度值與目標(biāo)濕度值之間的差值的量級(jí)以及與當(dāng)前出口流114相關(guān)聯(lián)的質(zhì)量流速，ECU 160可以計(jì)算閥106的角度應(yīng)當(dāng)調(diào)整的量。

在另一實(shí)施例中，ECU 160可以確定當(dāng)前濕度是小于還是等于最小濕度閾值，或者替代地，大于最大濕度閾值。響應(yīng)于確定當(dāng)前濕度小于或等于最小濕度閾值，ECU 160發(fā)信號(hào)、命令或以其它方式指示致動(dòng)裝置109以調(diào)整閥106的定向以減小管道108內(nèi)的開口大小并且增加背壓。相反地，響應(yīng)于確定當(dāng)前濕度小于或等于最小濕度閾值，ECU 160發(fā)信號(hào)、命令或以其它方式指示致動(dòng)裝置109以調(diào)整閥106的定向以增加管道108內(nèi)的開口大小并且減小背壓。

仍然參照?qǐng)D3，在示范性實(shí)施例中，管理過程300繼續(xù)為檢測(cè)或以其它方式識(shí)別潛在的發(fā)電機(jī)超速狀況的存在，并且響應(yīng)地，操作損失回收組件的電子模塊以耗散能量而減輕潛在的超速狀況（任務(wù)308、310）。在這方面，當(dāng)渦輪122具有固定幾何結(jié)構(gòu)時(shí)，在閥106的某些定向時(shí)，聯(lián)合陰極出口流114的質(zhì)量流速，渦輪輸入流116可以促使渦輪122以可能超過發(fā)電機(jī)124的設(shè)計(jì)極限的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，為了防止?jié)撛诘陌l(fā)電機(jī)超速，ECU 160可以發(fā)信號(hào)、命令或以其它方式指示電子模塊126通過電阻通道使發(fā)電機(jī)124的電輸出實(shí)際上短路，或以其它方式增加發(fā)電機(jī)124的電負(fù)載，由此防止超速狀況。例如，根據(jù)與電壓總線145相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前功率消耗小于燃料電池104與發(fā)電機(jī)124的組合功率輸出，ECU 160可以確定潛在的超速狀況存在，并且響應(yīng)地，發(fā)信號(hào)給電子模塊126以耗散來自發(fā)電機(jī)124的電輸出的至少一部分以減輕潛在的超速狀況。在一些實(shí)施例中，根據(jù)當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于閾值，ECU 160可以接收發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)并且檢測(cè)潛在的超速狀況。響應(yīng)于超速狀況，ECU 160可以將提供給電子模塊126的目標(biāo)電壓給定值從節(jié)點(diǎn)128處的燃料電池104的當(dāng)前電壓輸出降低為某更低的值，促使電子模塊126耗散所產(chǎn)生電能的至少一部分。

另外，管理過程300可以檢測(cè)或以其它方式識(shí)別潛在的多余能量狀況的存在，并且響應(yīng)地，操作損失回收組件的電子模塊以耗散能量而緩和潛在的多余能量狀況（任務(wù)310、312）。例如，取決于閥106的定向和陰極出口流114的質(zhì)量流速，發(fā)電機(jī)124產(chǎn)生的功率，當(dāng)與由燃料電池104提供的功率輸出組合時(shí)，可以大于電壓總線145的功率操縱性能（例如，蓄電池146滿電荷，車輛電氣部件148關(guān)閉，等等）。因此，為了防止蓄電池146的過充電或者以其它方式提供多余能量給車輛電氣系統(tǒng)130，ECU 160發(fā)信號(hào)給電子模塊126以耗散發(fā)電機(jī)124的電輸出的至少一部分（例如，通過降低目標(biāo)電壓給定值）以降低節(jié)點(diǎn)128處給車輛電氣系統(tǒng)130的輸入功率。例如，根據(jù)車輛的當(dāng)前速度（或車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)150的當(dāng)前負(fù)載）、電池146的荷電和/或輸出電壓的當(dāng)前狀態(tài)、燃料電池104的當(dāng)前輸出功率、閥106的定向和陰極出口流114的質(zhì)量流速，ECU 160可以計(jì)算、估計(jì)或以其它方式確定要耗散的多余功率的量，根據(jù)總輸入功率（例如，燃料電池104功率輸出與與發(fā)電機(jī)124功率輸出之和）與電壓總線145的當(dāng)前功率操縱容量之間的差值。ECU 160然后操作損失回收組件102的電子模塊126以耗散多余功率的量。在一個(gè)實(shí)施例中，提供給電子模塊126的目標(biāo)電壓給定值被設(shè)定為小于或等于電壓總線145的電壓的電壓，由此確保渦輪組件120不提供任何給電壓總線145的電流。

在不存在潛在的多余能量狀況或潛在的超速狀況的情況下，管理過程300操作損失回收組件的電子模塊以分配所產(chǎn)生的電能給車輛電氣系統(tǒng)（任務(wù)314）。在這方面，ECU 160發(fā)信號(hào)或以其它方式命令電子模塊126以在節(jié)點(diǎn)128處輸出大體上等于燃料電池輸出電壓的電壓（例如，通過設(shè)定目標(biāo)電壓給定值為燃料電池輸出電壓）。例如，ECU 160可以連接到燃料電池電壓輸入節(jié)點(diǎn)128或燃料電池電壓輸出以測(cè)量當(dāng)前燃料電池電壓輸出，并且基于這些，ECU 160可以命令電子模塊126，目標(biāo)電壓給定值等于當(dāng)前燃料電池電壓測(cè)量值。因此，渦輪組件120產(chǎn)生的電功率以燃料電池104的電壓電平被提供給車輛電氣系統(tǒng)130的輸入節(jié)點(diǎn)128，并且由DC-DC變換器144變換為總線電壓電平并且經(jīng)由電壓總線145進(jìn)行分配。注意到，在其中在燃料電池輸入節(jié)點(diǎn)128處的輸出電壓大于總線電壓的實(shí)施例中，通過設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)124用于燃料電池輸出電壓而不是更低的總線電壓，可以減小發(fā)電機(jī)124的尺寸。

圖4描繪電子模塊400的示范性實(shí)施例，適用做與圖3的管理過程300一起的圖1的渦輪組件120中的電子模塊126。 電子模塊400包括功率電子設(shè)備402，連接在發(fā)電機(jī)124的輸出與車輛電氣系統(tǒng)130的輸入節(jié)點(diǎn)128之間，并且功率電子設(shè)備402通常代表電子模塊400的硬件部件，它們構(gòu)造成濾波、整流或以其它方式處理發(fā)電機(jī)124輸出的電能并且輸送所產(chǎn)生的電能給車輛電氣系統(tǒng)130。在這方面，功率電子設(shè)備402具有連接到發(fā)電機(jī)124的輸出的輸入406、連接到車輛電氣系統(tǒng)130的輸入節(jié)點(diǎn)128的輸出408，并且，功率電子設(shè)備402把在輸入406處從發(fā)電機(jī)124接收到的輸入電能變換成輸出408處的與目標(biāo)電壓給定值相對(duì)應(yīng)的電壓電平。

另外，功率電子設(shè)備402可以包括電路，構(gòu)造成響應(yīng)于來自電子模塊400的控制模塊404的指令選擇性地耗散所產(chǎn)生的電能。在這方面，控制模塊404通常代表硬件、處理邏輯或電子模塊400的其它部件，它們連接到ECU 160并且構(gòu)造成支持本文描述的電子模塊126的操作。在實(shí)踐中，控制模塊404可以包括或以其它方式實(shí)現(xiàn)為處理器、控制器、微處理器、微控制器、專用集成電路、場(chǎng)可編程門陣列或任何合適的可編程邏輯器件。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，控制模塊404從ECU 160接收目標(biāo)電壓給定值的指示并且操作功率電子設(shè)備402以變換節(jié)點(diǎn)406處從發(fā)電機(jī)124接收到的電能為大體上等于輸出408處的目標(biāo)電壓給定值的電壓電平。當(dāng)目標(biāo)電壓給定值小于輸入節(jié)點(diǎn)128處的電壓時(shí)，控制模塊404操作功率電子設(shè)備402的電路以耗散損失回收組件102回收的電功率的至少一部分。

簡(jiǎn)短地概述，本文描述的主題允許損失回收組件102獨(dú)立于壓縮機(jī)組件134而設(shè)計(jì)和封裝。因此，通過損失回收組件102，可以簡(jiǎn)化從陰極出口下游到排氣系統(tǒng)110的管系安裝（plumbing）。另外，可以獨(dú)立于壓縮機(jī)組件134設(shè)計(jì)和制作渦輪122和發(fā)電機(jī)124的尺寸，由此允許它們被優(yōu)化用于標(biāo)稱陰極出口質(zhì)量流速。損失回收組件102的電子模塊126、400可以用來通過耗散所產(chǎn)生的電能根據(jù)需要對(duì)發(fā)電機(jī)124加載以防止發(fā)電機(jī)超速。電子模塊126、400還可以用于耗散所產(chǎn)生的電能以防止對(duì)車輛蓄電池146過充電或以其它方式使車輛電氣系統(tǒng)130過功率。因此，渦輪122可以實(shí)現(xiàn)為使用固定幾何結(jié)構(gòu)、有效地平行于閥106配置并且尺寸制作為具有更大的自由度（例如，獨(dú)立于發(fā)電機(jī)124或車輛系統(tǒng)100）以獲得用于典型的陰極出口流114的有效操作。另外，然后發(fā)電機(jī)124可以定尺寸為適于節(jié)點(diǎn)128處的燃料電池輸出電壓（例如，而不是電壓總線145或蓄電池146的電壓），由此允許發(fā)電機(jī)124的尺寸減小，這與渦輪122的結(jié)構(gòu)相配合提供從封裝角度而言更大的自由度。壓縮機(jī)組件134能夠類似地獨(dú)立于渦輪組件120而設(shè)計(jì)，由此在燃料電池104的上游提供相對(duì)于效率、管系安裝或封裝的更大的自由度。

為了簡(jiǎn)短起見，與渦輪、渦輪發(fā)電機(jī)、損失回收系統(tǒng)、壓縮機(jī)、燃料電池、燃料電池車輛、車輛電氣系統(tǒng)相關(guān)的常規(guī)技術(shù)以及這些系統(tǒng)（以及系統(tǒng)的個(gè)體運(yùn)行部件）的其它功能方面可以不在本文詳細(xì)描述。此外，本文所包含的各個(gè)圖中示出的連接線用于代表各個(gè)元件之間的示范性功能關(guān)系和/或物理連接。應(yīng)當(dāng)注意到，許多替代或附加的功能關(guān)系或物理連接可以存在于本主題的實(shí)施例中。

本主題在本文中可以按照功能的和/或邏輯塊部件，并且參照操作、處理任務(wù)和功能的符號(hào)表示來進(jìn)行描述，它們可以通過各個(gè)計(jì)算部件或裝置來執(zhí)行。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，圖中示出的各種塊部件可以實(shí)現(xiàn)為任意數(shù)量的硬件部件，構(gòu)造成執(zhí)行特定功能。例如，系統(tǒng)或部件的一種實(shí)施例可以采用各種集成電路部件，例如存儲(chǔ)元件、數(shù)字信號(hào)處理元件、邏輯元件、查詢表等等，它們?cè)谝粋€(gè)或多個(gè)微處理器或其他控制裝置的控制下可以執(zhí)行各種功能。此外，本文描述的主題的實(shí)施例能夠被存儲(chǔ)在任何合適的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上、被編碼在任何合適的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上或通過任何合適的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)以其它方式具體化為計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令或存儲(chǔ)在其上的數(shù)據(jù)，在執(zhí)行時(shí)（例如通過控制模塊或其它處理系統(tǒng)）促進(jìn)上述過程。

上面描述可以指的是元件或部件或零件“連接”在一起。除了以其它方式確切闡述之外，本文使用的“連接”意味著元件/節(jié)點(diǎn)/零件是直接或間接連接到（或者直接或間接連通于）另一元件/節(jié)點(diǎn)/零件，并且不是必須是機(jī)械式的。因此，雖然這些圖可能描繪元件的一種示范性配置，但是附加的中間元件、裝置、零件或部件可以存在于所述主題的實(shí)施例中。此外，某些術(shù)語還可以用在下列描述中，僅僅為了參考的作用，并且因此不意圖為限制。例如，指代結(jié)構(gòu)的術(shù)語“第一”、“第二”和其它數(shù)字用語不意味著次序或順序，除非在上下文中清楚指示了。

前面的詳細(xì)說明實(shí)質(zhì)上僅是說明性的并不意圖限值主題的實(shí)施方式或這種實(shí)施方式的應(yīng)用和用途。如這里所使用的，詞語“示范性的”指的是“用作一個(gè)示例，例子或例證”。這里描述為示例的任何實(shí)施不必構(gòu)造為優(yōu)于或優(yōu)選于其他實(shí)施。此外，不意圖受到前述背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或詳細(xì)說明中出現(xiàn)的理論的限制。

雖然在前面的詳細(xì)說明中已經(jīng)給出了至少一個(gè)示范性實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)意識(shí)到存在大量的變形。還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，所述一個(gè)或多個(gè)示范性實(shí)施例僅僅是例子，并且不意圖以任何方式限制本主題發(fā)明的范圍、適用性或構(gòu)型。相反地，前面的詳細(xì)說明將給本領(lǐng)域技術(shù)人員提供實(shí)施本主題的示范性實(shí)施例的便利途徑。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求中闡述的發(fā)明主題的范圍的情況下，可以對(duì)示范性實(shí)施例中描述的功能和元件布置做出多種變化。因此，上述的示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)或其它限制不應(yīng)當(dāng)被讀入權(quán)利要求中，在沒有相反的明確說明的情況下。