燃料电池组件和使用燃料电池组件的车辆
阅读说明：本技术 燃料电池组件和使用燃料电池组件的车辆 (Fuel cell assembly and vehicle using the same ) 是由 K·M·若莱格 B·莱克什曼安 于 2019-05-22 设计创作，主要内容包括：一种燃料电池组件,其包括燃料电池堆叠。车辆包括推进系统和燃料电池组件,该燃料电池组件构造成以至少一种模式向推进系统供电。燃料电池组件还包括空气压缩机和与空气压缩机隔开的空气泵。该空气压缩机包括启动位置和关闭位置,在启动位置中,空气压缩机构造成向燃料电池堆叠供应空气,而在关闭位置中,空气压缩机不向燃料电池堆叠供应空气。空气压缩机还包括构造成经由空气悬浮的轴承。空气泵构造成当空气压缩机处于关闭位置中时向燃料电池堆叠供应空气,并构造成在空气压缩机处于启动位置中时向轴承供应空气。(A fuel cell assembly includes a fuel cell stack. The vehicle includes a propulsion system and a fuel cell assembly configured to power the propulsion system in at least one mode. The fuel cell assembly also includes an air compressor and an air pump spaced from the air compressor. The air compressor includes an on position in which the air compressor is configured to supply air to the fuel cell stack and an off position in which the air compressor does not supply air to the fuel cell stack. The air compressor also includes a bearing configured to be suspended via air. The air pump is configured to supply air to the fuel cell stack when the air compressor is in the closed position and configured to supply air to the bearings when the air compressor is in the activated position.)
引言
燃料电池堆叠是这样一种电化学装置，该电化学装置使用铂或另一种合适的催化剂而通过成对的氧化/还原反应产生电力。燃料电池堆叠可以用作用于机动车辆推进、发电和其他有益应用的直流电电源。特别是在机动车辆应用中，在行程开始时启动点火器和在行程完成时再次关闭点火器之间的时间段称为车辆驾驶循环。在使用燃料电池堆叠的车辆中，大部分驾驶循环可能在燃料电池堆叠以低功率输出电平操作时空转，且燃料电池堆叠在极低的电流消耗的情形下保持在固定电压电平下。这种低功率/空转周期称为“保持时间”。
发明内容
本发明提供一种包括燃料电池堆叠的燃料电池组件。燃料电池组件还包括空气压缩机和与空气压缩机隔开的空气泵。空气压缩机包括启动位置和关闭位置，在启动位置中，该空气压缩机构造成向燃料电池堆叠供应空气，在关闭位置中，该空气压缩机不向燃料电池堆叠供应空气。空气压缩机还包括构造成经由空气悬浮的轴承。空气泵构造成当空气压缩机处于关闭位置中时向燃料电池堆叠供应空气，并构造成在空气压缩机处于启动位置中时向轴承供应空气。
燃料电池组件可选地包括以下的一个或多个：
A)空气压缩机以第一电压操作，且空气压缩机与燃料电池堆叠电连通；
B)空气泵以不同于第一电压的第二电压操作；
C)与空气泵电连通的电池，且该电池构造成向空气泵提供第二电压；
D)空气压缩机能经由燃料电池堆叠以高电压操作，并且空气泵能经由电池以低电压操作，并且其中，第一电压限定为高电压而第二电压限定为低电压，其中高电压大于低电压；
E)第二电压是约12伏至约59伏，且第一电压等于或大于60伏；
F)设置在空气泵和燃料电池堆叠之间的阀，该阀设置在空气泵和空气压缩机的轴承之间；
G)构造成引导空气的多个通路，并且其中，阀包括多个位置，以打开和关闭通向燃料电池堆叠和轴承的至少一个的通路；
H)阀处于第一位置中，该第一位置允许当空气压缩机处于关闭位置中时，空气泵向燃料电池堆叠供应空气；
I)阀的第一位置打开空气泵和燃料电池堆叠之间的其中一个通路，并关闭空气泵和轴承之间的另一个通路；
J)阀处于第二位置中，该第二位置允许当空气压缩机处于启动位置中时，空气泵向空气压缩机的轴承供应空气；
K)阀的第二位置打开空气泵和轴承之间的通路，并关闭空气泵和燃料电池堆叠之间的通路；
L)阀处于第三位置中，该第三位置允许当空气压缩机在关闭位置和启动位置之间切换时，空气泵向燃料电池堆叠和空气压缩机的轴承两者供应空气；
M)阀的第三位置打开空气泵和轴承之间的通路，并打开空气泵和燃料电池堆叠之间的通路；
N)空气压缩机包括电机和能在电机操作期间旋转的轴；
O)轴承支承轴；
P)过滤器，该过滤器构造成过滤朝向空气泵和空气压缩机引导的空气；
Q)设置在过滤器和空气泵之间的消音器，该消音器设置在过滤器和空气压缩机之间；
R)燃料电池堆叠设置在空气泵和空气压缩机的下游，并且燃料电池堆叠包括燃料电池，这些燃料电池设置在相应的阳极板和阴极板之间；
S)空气压缩机以高电压操作，且空气压缩机与燃料电池堆叠电连通；
T)空气泵以不同于高电压的低电压操作；
U)与空气泵电连通的电池，且该电池构造成向空气泵提供低电压；以及
V)设置在燃料电池堆叠上游的阀。
本发明还提供一种车辆，该车辆包括推进系统和燃料电池组件，该燃料电池组件构造成以至少一种模式向推进系统供电。燃料电池组件包括燃料电池堆叠和空气压缩机。空气压缩机包括启动位置和关闭位置，在启动位置中，该空气压缩机构造成向燃料电池堆叠供应空气，而在关闭位置中，该空气压缩机不向燃料电池堆叠供应空气。空气压缩机包括构造成经由空气悬浮的轴承。燃料电池组件进一步包括空气泵，该空气泵与空气压缩机隔开，且构造成当空气压缩机处于关闭位置中时向燃料电池堆叠供应空气，并构造成在空气压缩机处于启动位置中时向轴承供应空气。
车辆可选地包括以下的一个或多个：
A)当燃料电池组件处于第一功率操作模式中时，空气压缩机处于启动位置以向燃料电池堆叠供应空气；
B)空气泵构造成当燃料电池组件处于第二功率操作模式中时，向燃料电池堆叠供应空气；
C)第二功率操作模式相比第一功率操作模式使用较少功率，并且当燃料电池组件处于第二功率操作模式时，空气压缩机处于关闭位置中；
D)加速器，该加速器构造成与推进系统通信一定加速量以推进车辆；
E)当达到加速量的第一阈值时，燃料电池组件处于第一功率操作模式中；
F)在推进系统的空转期间，燃料电池组件处于第二功率操作模式中；
G)当使用小于百分之十的燃料电池组件的功率时，燃料电池组件处于第二功率操作模式中；
H)空气压缩机以第一电压操作，且空气压缩机与燃料电池堆叠电连通；
I)空气泵以不同于第一电压的第二电压操作；
J)燃料电池组件进一步包括与空气泵电连通的电池，且该电池构造成向空气泵提供第二电压；
K)燃料电池组件进一步包括设置在空气泵和燃料电池堆叠之间的阀，且该阀设置在空气泵和空气压缩机的轴承之间；
L)燃料电池组件进一步包括构造成引导空气的多个通路；
M)该阀包括多个位置，以打开和关闭通向燃料电池堆叠和轴承的至少一个的通路；
N)阀处于第一位置中，当空气压缩机处于关闭位置中时，该位置允许空气泵向燃料电池堆叠供应空气；
O)阀的第一位置打开空气泵和燃料电池堆叠之间的其中一个通路，并关闭空气泵和轴承之间的另一个通路；
P)阀处于第二位置中，当空气压缩机处于启动位置中时，该位置允许空气泵向空气压缩机的轴承供应空气；以及
Q)阀的第二位置打开空气泵和轴承之间的通路，并关闭空气泵和燃料电池堆叠之间的通路。
详细说明和附图或视图是对本发明的支持和描述，但是本发明的权利要求范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行权利要求的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践限定在所附权利要求中的本发明的各种替代设计和实施例。
附图说明
图1是车辆和燃料电池组件的示意图。
图2是可用在图1的车辆中的燃料电池组件的示意图。
图3是百分比对千瓦的示意图表说明。
具体实施方式
本领域普通技术人员将认识到地是，所有方向参考(例如，上方、下方、向上、上、向下、下、顶部、底部、左、右、垂直、水平等)描述性地用于附图，以助于读者理解，并且不代表对由所附权利要求限定的本发明范围(例如，对位置、方向或使用等)有所限制。
参照附图，其中相同的附图标记在若干视图中表示相同或对应的部件，车辆10和燃料电池组件12总地在图1中示出。
燃料电池组件12可以是适合于用作车辆10(例如所示的机动车辆或海运交通工具、航空航天器、机器人、农用设备或其它可动平台)中的直流(DC)电源的类型。燃料电池组件12还可以用在固定发电厂或需要机载直流发电的其它系统中。为了说明的一致性，下文将在车辆10上的推进功能的背景下描述燃料电池组件12，但并不将燃料电池组件12限制于这些应用。
在车辆应用中，车辆10可包括推进系统14(参见图1)和燃料电池组件12。推进系统14可包括推进车辆10的部件。推进系统14的至少一些部件的非限制性示例包括发动机16、电动机器18(例如牵引电机)、曲柄轴、最终驱动器、变矩器20、变速器22、差速器、驱动轴24和车轮26的一个或多个。来自发动机16/电动机器18的输出转矩28可以输送到输出构件，以在车辆10或其他系统上执行工作。
继续车辆应用，车辆10可包括与推进系统14连通的点火器30(参见图1)。点火器30可以构造成启动推进系统14。换言之，点火器30可以启动车辆10并且可以关闭车辆10。作为非限制性示例，点火器30可以经由按钮、钥匙、钥匙卡等启动车辆10。
例如，当点火器30启动车辆10时，燃料电池组件12可处于第一功率操作模式中。启动车辆10通常需要较高的功率来起动推进系统14。因此，第一功率操作模式也可以称为高功率操作模式。除了启动之外，高功率操作模式还可以包括其他参数，其中一些参数将在下面讨论。通常，高功率操作模式可以在大约百分之二十(20％)或较短的车辆10的操作时间内存在。
作为另一示例，在车辆10已经启动之后并且当车辆10空转时(例如，当车辆10在交通信号灯处静止时，可能发生空转)，燃料电池组件12处于第二功率操作模式中。车辆10的空转通常需要低功率，即比启动车辆10更低的功率。因此，第二功率操作模式也可以称为低功率操作模式。当车辆10需要比高功率操作模式较小的功率时，可以发生低功率操作模式。低功率操作模式除空转外还可包括其他参数。通常，低功率操作模式可以在大约百分之八十(80％)或更长的车辆10的操作时间内存在。
此外，在车辆应用中，车辆10可包括诸如踏板的致动器或加速器32(参见图1)，其构造成与推进系统14通信加速量，以推进车辆10。例如，在车辆应用中，在经由点火器30启动车辆10或在交通灯处静止之后，车辆10的驾驶员然后可以按压加速器32，这致使车辆10沿一定方向加速或推进。取决于加速量，车辆10可以处于第一功率操作模式或高功率操作模式中。例如，如果需要较大的加速量或快速加速，则车辆10可以处于第一功率操作模式或高功率操作模式中。
燃料电池组件12可以构造成以至少一种模式向推进系统14供电。例如，当推进系统14包括至少一个电动机器18时，燃料电池组件12可用于向电动机器18供电。该至少一种模式可以包括上面讨论的高功率操作模式。
参照图2，燃料电池组件12包括电源，例如燃料电池堆叠34，其可以是适合于用作DC电源的类型。燃料电池堆叠34可以通过使用诸如DC/DC转换器等的转换器35来向需要高电压的部件以及需要低电压的部件供电，以将来自燃料电池堆叠34的DC电压电平降低到适合于对与其连接的各种部件通电的较低电平。
燃料电池堆叠34可包括设置在相应的阳极板和阴极板34A、34C之间的燃料电池36。虽然特定类型的燃料电池堆叠34和组成燃料电池36可随燃料电池组件12的应用而变化，但在示例构造中，燃料电池36可以是聚合物电解质膜/质子交换膜(PEM)类型，在低重量和体积的情形下提供相对较高的功率密度。PEM型燃料电池使用铂或铂合金形式的催化剂和固体电解质聚合物材料。因此，在此种实施例中，上文提及的氧化物可以在铂/铂合金材料上形成，最终降低堆叠电压。当构造为PEM型燃料电池时，燃料电池36使用来自氢存储罐的气态氢供源和经由空气压缩机40或经由氧存储罐从诸如环境空气38的空气38(参见，图2中的箭头38)供应的氧(O2)的供源来操作。通过燃料电池堆叠34传送的空气38最终经由排气口42从燃料电池堆叠34排出。
燃料电池组件12可进一步包括构造成引导空气38的多个通路44。一个或多个通路44可用于将空气38引导到燃料电池堆叠34中，通过燃料电池堆叠34并且离开燃料电池堆叠34而引导至排气口42。
回到如图2中最佳示出的空气压缩机40，燃料电池组件12包括上面提到的空气压缩机40。通常，空气压缩机40与燃料电池堆叠34电连通。空气压缩机40包括启动位置和关闭位置，在启动位置中，空气压缩机40构造成向燃料电池堆叠34供应空气38，而在关闭位置中，空气压缩机40不向燃料电池堆叠34供应空气38。例如，当燃料电池组件12处于第一功率操作模式时，空气压缩机40可处于启动位置中，以向燃料电池堆叠34供应空气38。在某些实施例中，当点火器30启动推进系统14时或当达到加速量的第一阈值时，燃料电池组件12处于第一功率操作模式中。换言之，当需要高功率、即高功率操作模式时，空气压缩机40可以操作以向燃料电池堆叠34供应空气38。
继续图2，空气压缩机40包括轴承46，该轴承构造成经由空气38悬浮。这样，进入燃料电池组件12的其中一些空气38可以引导至轴承46，以使得轴承46悬浮。轴承46可以称为空气轴承。
空气压缩机40可进一步包括电机48和能在电机48的操作期间旋转的轴50。通常，轴承46支承轴50。当空气压缩机40处于启动位置中时，空气压缩机40的电机48可以操作，以使轴50旋转并将其中一些空气38从空气压缩机40引导至燃料电池堆叠34。空气压缩机40还可包括一个或多个入口52以及一个或多个出口54，该一个或多个入口用于使空气38进入空气压缩机40，而该一个或多个出口用于将空气38从燃料电池堆叠34排出至排气口42。
空气压缩机40能以第一电压操作。在某些实施例中，空气压缩机40能以高电压操作。电源与空气压缩机40电连通，以提供第一电压来操作空气压缩机40。电源的非限制性示例可包括电池(例如，高电压电池)、燃料电池堆叠34等。因此，在某些构造中，燃料电池堆叠34可构造成向空气压缩机40提供第一电压/高电压(而非使用高电压电池)。因此，空气压缩机40可以经由燃料电池堆叠34以高电压操作。在此种构造中，燃料电池堆叠34与空气压缩机40电连通，以在使用第一功率操作模式时，操作空气压缩机40的电机48以将空气38引导朝向燃料电池堆叠34。
在其他构造中，高电压电池可以构造成向空气压缩机40提供第一电压/高电压，并且燃料电池堆叠34用于对高电压电池充电。因此，空气压缩机40可以经由高电压电池以高电压操作。在此种构造中，高电压电池与空气压缩机40电连通，以在使用第一功率操作模式时，操作空气压缩机40的电机48以将空气38引导朝向燃料电池堆叠34。附加地，高电压电池与燃料电池堆叠34电连通，以对高电压电池充电。
第一电压可以限定为高电压。在某些实施例中，第一电压等于或大于60伏。因此，例如如果燃料电池堆叠或高电压电池向空气压缩机40供应60伏或大于60伏，则空气压缩机40可以操作。
空气压缩机40通常在第一功率操作模式或高功率操作模式中更有效地操作。如果空气压缩机40在第二功率操作模式或低功率操作模式期间操作，则空气压缩机40不像在第一功率操作模式中那样有效地操作。因此，期望使空气压缩机40在第二功率操作模式期间的操作最小化，以增加燃料电池组件12的功率使用效率。此外，燃料电池组件12的功率使用效率可以在高功率操作模式期间增大，这将在下面进一步讨论。
为了增大使用效率，燃料电池组件12包括空气泵56(参见图2)。通常，空气泵56与空气压缩机40间隔开。此外，通常，燃料电池堆叠34可以设置在空气泵56和空气压缩机40的下游(相对于指示空气38的箭头的方向)。
空气泵56相比空气压缩机40以较低的电压操作，因此与空气压缩机40相比，需要较少的功率来操作空气泵56。空气泵56经由减少需要较多功率来操作的空气压缩机40的使用来增大功率使用效率，且如果空气压缩机40必须以低功率操作模式操作，则会费电。附加地，空气泵56可以经由在高功率操作模式期间减少空气压缩机40的使用来增大功率使用效率。简单地说，通过使用空气泵56，空气压缩机40可以在低功率操作模式期间关闭，即不提供空气38，并且空气压缩机40可以在高功率操作模式期间启动，但提供较少的空气38(降低空气流)。
空气泵56构造成当空气压缩机40处于关闭位置中时向燃料电池堆叠34供应空气38(空气流)，并构造成在空气压缩机40处于启动位置中时向轴承46供应空气38。因此，当需要低功率时(例如当车辆10空转时)，空气泵56可以向燃料电池堆叠34供应空气38，且因此，空气压缩机40在低功率需求期间不必提供该空气38，即，然后空气压缩机40关闭。如果空气压缩机40必须向轴承46和燃料电池堆叠34两者供应空气38，则在低功率操作模式期间，需要过多的功率消耗来操作空气压缩机40，以向轴承46和燃料电池堆叠34两者输送空气38(经由空气压缩机40需要更高或更大的空气流来，以向轴承46和燃料电池堆叠34两者供应所需的空气38)，且因此会费电。
此外，当空气压缩机40操作以向燃料电池堆叠34供应空气38时，空气泵56可以向轴承46供应空气38，在高功率操作模式期间也可如此。这样，空气压缩机40不必通过系统输送同样多的空气38(较低的空气流量)，因为空气泵56用于向轴承46而不是空气压缩机40供应空气38。如果空气压缩机40必须向轴承46和燃料电池堆叠34两者供应空气38，则在高功率操作模式期间，需要过多的功率消耗来操作空气压缩机40，以向轴承46和燃料电池堆叠34两者输送空气38(经由空气压缩机40需要更高或更大的空气流来，以向轴承46和燃料电池堆叠34两者供应所需的空气38)，且因此会费电。
如图3中所示，与燃料电池组件12的净功率(X)相比较地示出燃料电池组件12的效率(Y)。实线57指示具有空气压缩机40和空气泵56两者的燃料电池组件12。均匀虚线59指示没有空气泵56的燃料电池组件。如图3中所示，在低净功率下，燃料电池组件12比没有空气泵56时更有效(例如，参见大约2千瓦至大约11千瓦的净功率)，因为与空气压缩机40必须操作相比，空气泵56需要较少的功率来操作，以向燃料电池堆叠34输送空气38。附加地，如图3中所示，在高净功率下，燃料电池组件12比没有空气泵56时也更有效(例如，参见大约70千瓦至大约85千瓦的净功率)，因为与空气压缩机40也必须向轴承46输送空气38相比，空气泵56需要较少的功率来操作，以向轴承46输送空气38。
因此，空气泵56可以构造成当燃料电池组件12处于第二功率操作模式时向燃料电池堆叠34供应空气38，并且当燃料电池组件12处于第一功率操作模式中时，向轴承46供应空气38。通常，第二功率操作模式相比第一功率操作模式使用较少功率。当燃料电池组件12处于第二功率操作模式中时，空气压缩机40处于关闭位置中。例如，在某些实施例中，在推进系统14的空转期间，燃料电池组件12处于第二功率操作模式中。此外，在某些实施例中，当使用小于百分之十(10％)的燃料电池组件12的功率时，燃料电池组件12可处于第二功率操作模式中。例如，当使用小于8千瓦的功率时，燃料电池组件12可以处于第二功率操作模式中。
空气泵56能以不同于第一电压的第二电压操作。在某些实施例中，空气泵56可以在不同于高电压的低电压下操作。通常，高电压大于低电压。第二电压可以限定为低电压。返回至图2，燃料电池组件12还可包括与空气泵56电连通的电池58。电池58可以构造成向空气泵56提供低电压/第二电压。在某些实施例中，第二电压是大约12伏至大约59伏，且因此，电池58可以具有对应的尺寸(例如，12伏、48伏，或者从大约12伏至小于60伏的任何电压)，以向空气泵56供电。通常，经由空气泵56使用的电池58是低电压电池。燃料电池堆叠34与电池58电连通以对电池58充电。此外，转换器35电气地设置在燃料电池堆叠34和电池58之间，以降低DC电平来对电池58充电。
再者，继续图2，燃料电池组件12还可包括设置在空气泵56和燃料电池堆叠34之间的阀60，并且阀60可设置在空气泵56和空气压缩机40的轴承46之间。通常，阀60可以设置在燃料电池堆叠34的上游，并且可以用于将空气38引导至期望的部件，例如燃料电池堆叠34或轴承46。
阀60可包括多个位置，以打开和关闭通向燃料电池堆叠34和轴承46的至少一个的通路44。通常，燃料电池堆叠34和轴承46的至少一个可包括燃料电池堆叠34和/或轴承46，下文会在不同位置的情形下进行讨论。
阀60可处于第一位置中，当空气压缩机40处于关闭位置中时，该第一位置允许空气泵56向燃料电池堆叠34供应空气38。阀60的第一位置可以打开其中一个通路，即空气泵56和燃料电池堆叠34之间的第一通路44A，并且可以关闭另一个通路，即空气泵56和轴承46之间的第二通路44B。因此，如箭头38A所示，空气38从空气泵56通过阀60引导至燃料电池堆叠34，同时绕过空气压缩机40。当阀60处于第一位置中时，空气压缩机40并不将空气38直接地传送至燃料电池堆叠34，而是替代地，空气泵56负责将空气38传送至燃料电池堆叠34。
阀60可以处于第二位置中，当空气压缩机40处于启动位置中时，该第二位置允许空气泵56向空气压缩机40的轴承46供应空气38。阀60的第二位置可以打开通路，即空气泵56和轴承46之间的第二通路44B，并且可以关闭通路，即空气泵56和燃料电池堆叠34之间的第一通路44A。。因此，如箭头38B所示，其中一些空气38从空气泵56引导至空气压缩机40的轴承46，并且空气压缩机40(并非空气泵56)将一些空气38供应至燃料电池堆叠34。简单而言，当阀60处于第二位置中时，空气泵56并不将空气38传送至燃料电池堆叠34，而是替代地，空气压缩机40负责将空气38传送至燃料电池堆叠34。
在某些实施例中，阀60可以处于第三位置中，当空气压缩机40在关闭位置和启动位置之间切换时，该第三位置允许空气泵56向燃料电池堆叠34和空气压缩机40的轴承46两者供应空气38。阀60的第三位置可以打开通路，即空气泵56和轴承46之间的第二通路44B，并且可以打开通路，即空气泵56和燃料电池堆叠34之间的第一通路44A。。当燃料电池组件12在低功率到高功率之间切换时，该第三位置可以称为过渡位置，或反之亦然。因此，其中一些空气38从空气泵56通过阀60沿着箭头38B引导至空气压缩机40的轴承46，并且其中一些空气38从空气泵56通过阀60沿着箭头38A引导至燃料电池堆叠34，且附加地，其中一些空气38沿箭头38B从空气压缩机40引导至燃料电池堆叠34。
燃料电池组件12还可包括控制器62，该控制器编程有指令，以控制阀60、空气泵56和/或空气压缩机40。此外，控制器62可以编程有指令，以与燃料电池堆叠34以及电源和/或电池58的一个或多个通信。这样，控制器62可以向燃料电池堆叠34发出信号，以向车辆10的各种部件供电，例如供电以操作空气压缩机40的功率和/或供电以为空气泵56的电池58充电等等。这样，控制器62可以与阀60、空气泵56、空气压缩机40和/或燃料电池堆叠34电连通。指令可以存储在控制器62的存储器64中，并经由控制器62的处理器66自动地执行，以提供相应的控制功能。
控制器62构造成经由处理器66执行来自存储器64的指令。例如，控制器62可以是主机或分布式系统(例如，诸如数字计算机或微型计算机的计算机)，以及作为存储器64，有形非瞬态计算机可读存储器，例如只读存储器(ROM)或闪存存储器。控制器62还可以具有随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、高速时钟、模拟到数字(A/D)和/或数字到模拟(D/A)电路，以及任何所需的输入/输出电路和相关装置，以及任何所需的信号调节和/或信号缓冲电路。因此，控制器62可包括控制诸如阀60、空气泵56和/或空气压缩机40所需的所有软件、硬件、存储器64、算法、连接、传感器等。这样，操作以控制阀60、空气泵56、空气压缩机40和/或燃料电池堆叠34的控制方法可以体现为与控制器62相关联的软件或固件。应当意识到的是，控制器62还可以包括能够分析来自各种传感器的数据、比较数据、做出控制和/或监测阀60、空气泵56、空气压缩机40和/或燃料电池堆叠34所需的必要判定的任何装置。可选地是，可以使用一个以上的控制器62。
空气压缩机40可包括本文未讨论或本段中简要讨论的其他部件。例如，空气压缩机40可包括压缩机功率逆变器模块(CPIM)68，其与空气压缩机40的各种部件电连通并且可与控制器62通信。CPIM68可以构造成将来自燃料电池堆叠34的DC电流转换为交流电流(AC)，以操作空气压缩机40。
燃料电池组件12可包括本文未讨论或下面简要讨论的附加部件。
继续图2，燃料电池组件12可进一步包括过滤器70，该过滤器构造成相对于指示空气38的箭头方向过滤在燃料电池堆叠34上游的空气38。因此，过滤器70可构造成过滤朝向空气泵56和空气压缩机40引导的空气38。空气泵56和空气压缩机40与过滤器70隔开。
此外，燃料电池组件12可以可选地包括消音器72，该消音器相对于指示空气38的箭头方向设置在燃料电池堆叠34的上游。在某些实施例中，消音器72可设置在过滤器70和空气泵56之间。此外，在某些实施例中，消音器72可设置在过滤器70和空气压缩机40之间。空气泵56和空气压缩机40与消音器72隔开。如图2中所示，消音器72可通常设置在过滤器70和空气压缩机40之间。消音器72可以构造成降低燃料电池组件12中的噪音。
附加地，燃料电池组件12可包括空气冷却器74或热交换器，其构造成在到达燃料电池堆叠34之前改变空气38的温度。可选地是，一些空气38可以直接地馈送进出空气冷却器74。例如，如果引导至燃料电池堆叠34的空气38太热，则空气冷却器74/热交换器可以将空气38冷却到用于燃料电池堆叠34的期望温度。此外，通过使空气泵56将空气38供应至轴承，空气38不必首先引导通过空气冷却器74，以实现期望的空气温度。如果空气压缩机40必须将空气38供应至轴承46，则空气38会必须首先引导通过空气冷却器74，以在到达空气压缩机40的轴承46之前实现期望的空气温度。因此，通过使用空气泵56可以消除额外的通路44。此外，空气压缩机40通过使用空气泵56并非必须将空气38供应至轴承46。
燃料电池组件12可包括与燃料电池堆叠34电连通的高电压电池76(参见图2)，以用作功率接收器或电源，从而交替地存储或补充由燃料电池堆叠34提供的DC功率。由于空气泵56使用低电压电池58，因此高电压电池76向除空气泵56之外的部件供电。这样，在某些实施例中，该高电压电池76可用于向空气压缩机40供电。DC-DC升压转换器可以定位在燃料电池堆叠34和高电压电池76之间，以将来自燃料电池堆叠34的DC电压电平增大至适合于将与其连接的高电压总线和电气装置通电的较高电平。例如，当燃料电池组件12用于为诸如多相电动机器的交流(AC)装置供电时，电动机器18的功率需求可超过从燃料电池堆叠34的输出电平。因此，升压转换器用于增大供应至电动机器18的DC电压，且高电压电池76还根据需要向电动机器18提供DC功率。附加地，功率逆变器模块(不同于CPIM68)可以电气地连接于高电压总线并用于将高电压总线上的DC电压转换成适合于将电动机器18的相绕组通电的交流电压(VAC)，该电动机器例如是适合于推进车辆10的牵引电机。来自电动机器18的输出转矩28可以输送至输出构件，以在车辆10或其他系统上执行工作。
虽然已经详细地描述了用于执行本发明的最佳模式和其他实施例，但是熟悉本发明所涉及领域的技术人员将认识到用于实践在所附权利要求的范围内的本发明的各种替代设计和实施例。此外，附图中示出的实施例或本说明书中提到的各种实施例的特征不必理解为彼此独立的实施例。而是，可以将实施例的其中一个示例中描述的每个特征与来自其他实施例的一个或多个其他期望特征组合，从而产生未在文字中或通过参照附图描述的其他实施例。因此，这些其他实施例落入所附权利要求的范围框架内。