CN103282223B - 用于加热机动车辆的内部空间的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加热机动车辆（1）的内部空间（2）的方法，其中所述机动车辆具有:燃料电池（3）；气候测量装置（5），通过所述气候测量装置对机动车辆（1）的内部空间（2）的气候参数进行测量；和热传递装置（6），用于将由燃料电池（3）产生的热量（31）传递到机动车辆（1）的内部空间（2）。本发明的特征在于，也根据机动车辆（1）的内部空间（2）的气候参数对燃料电池（3）的至少一个运行参数进行调节，其中由燃料电池（2）产生的热量（31）的比率取决于所述运行参数。

Description

用于加热机动车辆的内部空间的方法

技术领域

本发明涉及一种用于加热机动车辆的内部空间的方法，其中所述机动车辆具有燃料电池。

背景技术

US2004/0195345A1说明了一种用于调节机动车辆的内部空间的温湿度的装置，其中机动车辆的燃料电池的废热通过热传递装置用来加热空气，其中经加热的空气输送到所述内部空间。所述装置具有电运行的加热装置，作为额外的热源用于进一步加热输送到内部空间的空气。

所述装置及借助它描述的加热方法的缺点一方面在于复杂且大规模的加热系统的高购置价格，另一方面在于能量损失，所述能量损失伴随着所述的反复的能量转换，即首先在燃料电池中由化学能转换为电能，并且随后在电加热装置中由电能转换为热。

发明内容

因此本发明的目的在于，提出一种用于加热机动车辆的内部空间的方法，该方法允许对与该方法相关联的加热系统进行简化，并且该方法具有更高的能量整体效率。

所述目的通过用于加热机动车辆的内部空间的方法来实现。

在此，所述机动车辆具有燃料电池、气候测量装置以及用于传递热量的热传递装置，该热传递装置将由燃料电池产生的热量传递到机动车辆的内部空间。

在此，所述燃料电池可以将电能提供给机动车辆的电行驶驱动装置或也可以提供给机动车辆的其他用电器。此外，燃料电池可以提供电能，用来给电储能器充电。

借助所述气候测量装置得出机动车辆的内部空间的至少一个气候参数。所述气候参数指这样的参数，即该参数体现了所述内部空间中所具有的物理学的气候变量、例如内部空间温度或内部空间空气湿度，但所述气候参数也可以是气候理想变量，该气候理想变量是由机动车辆的驾驶员或乘员输入到空气调节-控制单元中的。气候理想变量例如是理论-内部温度或理论-内部空间空气湿度。

所述热传递装置这样设计，即热传递装置在内部空间和燃料电池之间产生热耦合。其由一个或多个热交换器-系统组成，其中通过所述这个或这些热交换器将由燃料电池产生的热量传递到机动车辆的内部空间中。

根据本发明，除了其他依赖关系以外还根据机动车辆的内部空间的气候参数对燃料电池的至少一个运行参数进行调整，其中，由燃料电池产生的热量的比率取决于所述运行参数。按所述的方式和方法，根据所述气候参数来调整由燃料电池产生的热量。所述热量的比率指的是单位时间所产生的热量。

与现有技术相比本发明的优点在于，通过按本发明的根据气候参数对燃料电池的热量产生进行的调节可以高效地加热所述内部空间。在目前已知的、具有未调节的燃料电池热量产生的系统中，必须由额外的加热装置来满足额外的热量需求，如其尤其处于外部温度较冷的情况下。这种额外的加热装置尤其是电空气加热器或电热水器。

所述燃料电池的至少一个运行参数有利地是燃料电池的电功率或取决于所述电功率的值。所述燃料电池的热量产生取决于燃料电池的经调整的电功率。该电功率越高，则热量产生越高。此外，燃料电池的电效率取决于其电功率。所述电效率指的是，燃料电池的电功率除以燃料电池的总功率的商，其中所述总功率由电功率与热功率的和构成。在其他条件相同的情况下，燃料电池的电效率在特定的电功率下具有最大值。如果所述电功率从该最大值开始升高，则热量产生即热功率升高，一方面是由于电功率的升高，而另一方面是由于电效率的降低。所述至少一个运行参数也可以是燃料电池的反应气体的体积流量或局部压力/分压力。反应气体通常是氢气和氧气，其中氧气通常以空气的形式输送到燃料电池中。燃料电池的电效率可以通过反应气体的体积流量或局部压力的降低来降低，而热量产生由此升高。

所述方法可以以尤其有利的方式应用于机动车辆中，机动车辆除了燃料电池以外也还具有大功率的电储能器。在此，该电储能器可以为机动车辆的电行驶驱动装置提供电能，或者也可以为机动车辆的其他用电器提供电能。所述方法在此情况下有利地这样设计，即燃料电池的电功率和电储能器的电功率输出根据气候参数沿相反的方向变化。例如，燃料电池的电功率根据气候参数升高，而电储能器的电功率、即电功率输出降低。按此方式，可以以上述的方式和方法调节燃料电池的热量产生，同时，由燃料电池和电储能器组成的系统的总电功率得以恒定地保持，或与燃料电池的热量产生无关地进行调节。

本发明的另一个有利的设计方案规定了，所述气候参数是内部空间的温度，其中所述气候测量装置在此情况下具有用于测量内部空间温度的温度传感器。另选地，所述气候参数可以是内部空间的空气湿度，其中所述气候测量装置在此情况下具有空气湿度传感器。另选地，所述气候参数可以是内部空间的理论温度，其中该理论温度由机动车辆的驾驶员或乘员预设。由驾驶员或乘员所作的预设可以例如通过空气调节装置的操作装置进行。另选地，所述气候参数也可以是理论温度与内部空间的温度即实际温度的差值。另选地，所述气候参数可以是热空气的体积流量，所述热空气用于将热量传递装置的热量传递到内部空间。另选地，所述气候参数可以是内部空间的空气湿度。另选地，所述气候参数可以是由上述各变量形成的值。

有利地，由上述各变量可以推导出用于内部空间加热的热量需求。当用于内部空间加热的热量需求小时，那么燃料电池有利地在最大电效率下运行，并且在此情况下燃料电池的废热对于按该方法的内部空间加热来说是足够的。当用于内部空间加热的热量需求大时，则燃料电池按根据本发明的方式这样运行，即其热量产生为了满足提高的热量需求而增大。

所述方法的有利的改进在于，所述热传递装置具有用于冷却燃料电池的冷却循环回路以及内部空间-空气加热装置，其中所述冷却循环回路和内部空间-空气加热装置热耦合。通过该布置，可以在将由燃料电池产生的热量传递到内部空间的过程中使热量损失保持较低。

附图说明

其他的优点和特征借助对各实施例的以下说明以及借助附图得出，其中相同的元件由统一的附图标记来表示。

其中示出：

图1示出适于应用根据本发明的方法的机动车辆的示意图；

图2借助功能框图示意性地示出了根据本发明的方法。

具体实施方式

图1示出了机动车辆1的示意图，所述机动车辆适于应用根据本发明的方法。机动车辆1具有内部空间2、燃料电池3以及牵引用蓄电池4形式的电储能器。牵引用蓄电池4是指高电压电池。燃料电池3和牵引用蓄电池4通过未示出的线路与电气系统11连接，其中未详细示出的电驱动系统是电气系统11的一部分。燃料电池3通过燃料电池-功率电子设备13将燃料电池电功率15输出给电气系统11。同样地，牵引用蓄电池4通过牵引用蓄电池-功率电子设备14将牵引用蓄电池电功率16输出给电气系统11。除此以外，牵引用蓄电池4还获得了发电机电功率17，所述发电机电功率由未示出的、包括在电气系统11中的发电系统产生。

机动车辆1还具有温度传感器形式的气候测量装置5，其安装在内部空间2中的适当位置上。燃料电池3在其运行中产生热量31，该热量首先由燃料电池3传递到热传递装置6上。热传递装置6具有冷却循环回路7以及内部空间-空气加热装置8。由燃料电池3产生的热量31主要通过冷却循环回路7传递到内部空间-空气加热装置8上。在内部空间-空气加热装置8中对未详细示出的空气流进行加热，该空气流在其加热后输送到内部空间2中。借助内部空间-空气加热装置8可以对空气加热功率P(L)进行调节。为了按根据本发明的方法来控制和调节机动车辆1，机动车辆1具有控制器系统。所述控制器系统具有气候控制器10、燃料电池-功率电子设备13、牵引用蓄电池-功率电子设备14以及功率管理控制器9。控制器10、燃料电池-功率电子设备13、牵引用蓄电池-功率电子设备14以及功率管理控制器9通过通信网络12相互连接，通过所述通信网络可以进行数据交换。通信网络12具有CAN-总线系统。气候测量装置5通过传感器线路18与控制器10连接。控制器10还通过控制线路19与空气加热装置8连接，这样一来便可以借助控制器10对所述空气加热功率进行调节。

图2借助功能框图示意性地示出了根据本发明的方法。根据本发明的方法具有用于控制和调节内部空间加热的内部空间加热功能41。内部空间加热功能41是用于控制和调节内部空间空气调节的气候功能40的一部分。除了其他功能性以外，气候功能40也借助合适的硬件及软件手段通过气候控制器10来执行。内部空间加热功能41具有用于确定内部空间加热功率P(H)的器件。由此，根据由机动车辆1的驾驶员或乘员预设的内部空间理论温度T(Soll),以及根据内部空间2中所具有的内部空间实际温度T(ist)来确定内部空间加热功率P(H)。此外，根据已确定的内部空间加热功率P(H)来确定空气加热功率P(L)。根据所确定的空气加热功率P(L)，通过控制线路19对用于调节空气加热功率P(L)的空气加热装置进行控制。

内部空间加热功能41根据已确定的内部空间加热功率P(H)来确定加热状态B_ZUHEIZ。当已确定的内部空间加热功率P(H)大于阈值S时，加热状态B_ZUHEIZ分配有值1；而当已确定的内部空间加热功率P(H)小于阈值S时，加热状态B_ZUHEIZ分配有值0。此外，阈值S取决于由燃料电池3所产生的热量31，这样一来，当热量31不足以在空气加热装置8中产生所希望的内部空间加热功率P(H)时，加热状态B_ZUHEIZ获得值1。

根据本发明的方法还具有功率管理功能42，其用于控制和调节燃料电池3和蓄电池4的电功率管理。除了其它功能性以外，功率管理功能42也借助适当的硬件及软件手段通过功率管理控制器9来执行。

借助功率管理控制器9的功率管理功能42，将所需的总电功率分配为燃料电池3的电功率P(BZ)和蓄电池4的电功率P(Batt)。只要加热状态B_ZUHEIZ具有值0，则根据本方法这样进行分配，使得导致了最大的电效率。在此情况下，存在燃料电池3的基本电功率P(BZ,0)和蓄电池4的基本电功率P(Batt,0)。在此，所述分配根据不同的参数、例如构件温度或总电功率而变化。

当加热状态B_ZUHEIZ获得值1时，借助功率管理功能42内的燃料电池-负载管理功能43使得燃料电池3的电功率P(BZ)提高了加热功率ΔP。借此，也强制地提高了由燃料电池3所产生的热量31，由此最终也可以提高或也提高了空气加热功率P(L)。同时在此情况下，借助蓄电池-负载管理功能44使得蓄电池4的电功率P(Batt)降低了加热功率ΔP的值，这样一来总电功率在其他条件保持不变的情况下保持恒定。由于燃料电池3的电功率P(BZ)的提高，整个系统的电效率降低。当然，在此所产生的额外的废热或提高的热量31用来高效地对内部空间2进行加热。在借助电空气加热器或电热水器对内部空间2进行另选的额外的电加热时，总能量效率会降低。

燃料电池3的相应的待调节的电功率P(BZ)通过通信网络12与燃料电池-功率电子设备13进行通信，并且在那里得到相应的调节。蓄电池4的相应的待调节的电功率P(Batt)通过通信网络12与蓄电池-功率电子设备14进行通信，并且在那里得到相应的调节。当由燃料电池3所产生的热量31提高后，空气加热功率P(L)也提高了。

附图标记列表：

1机动车辆

2内部空间

3燃料电池

4牵引用蓄电池

5气候测量装置

6热传递装置

7冷却循环回路

8内部空间-空气加热装置

9功率管理控制器

10气候控制器

11电气系统

12通信网络

13燃料电池-功率电子设备

14牵引蓄电池-功率电子设备

15燃料电池电功率

16牵引蓄电池电功率

17发电机电功率

18传感器线路

19控制线路

31热量，由燃料电池所产生

40气候功能

41内部空间加热功能

42功率管理功能

43燃料电池-负载管理功能

44蓄电池-负载管理功能

P(H)内部空间加热功率

P(L)空气加热功率

T(Soll)内部空间理论温度

T(ist)内部空间实际温度

B_ZUHEIZ加热状态

P(BZ)燃料电池的电功率

P(Batt)蓄电池的电功率

P(BZ,0)燃料电池的基本电功率

P(Batt,0)蓄电池的基本电功率

ΔP加热功率

Claims (5)

1.一种用于加热机动车辆(1)的内部空间(2)的方法，所述机动车辆具有：

-燃料电池(3)；

-电储能器(4)；

-气候测量装置(5)，通过所述气候测量装置对所述机动车辆(1)的所述内部空间(2)的气候参数(T(ist)、T(Soll))进行测量；

-热传递装置(6)，用于将由所述燃料电池(3)产生的热量(31)传递到所述机动车辆(1)的所述内部空间(2)；

其中，为了对所述内部空间(2)进行加热，通过根据所述气候参数(T(ist)、T(Soll))对所述燃料电池(3)的电功率(P(BZ))进行调节，根据所述气候参数(T(ist)、T(Soll))对由所述燃料电池(3)产生的所述热量(31)的比率进行调节，

其特征在于，所述燃料电池(3)的电功率(P(BZ))和所述电储能器(4)的电功率输出根据所述气候参数(T(ist)、T(Soll))沿相反的方向变化。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述气候参数，所述燃料电池(3)的电功率(P(BZ))提高，而所述电储能器(4)的电功率(P(Batt))降低。

3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述燃料电池(3)的电功率(P(BZ))和所述电储能器(4)的电功率(P(Batt))分别至少部分地用作为所述机动车辆(1)的行驶驱动装置的驱动功率。

4.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述气候参数是所述内部空间(2)的实际温度(T(ist))，或是所述内部空间(2)的理论温度(T(Soll))与所述实际温度(T(ist))的差值，或是用于将所述热传递装置(6)的热量传递到所述内部空间(2)的热空气的体积流量，或是所述内部空间(2)的空气湿度，或是外部温度，或是由这些变量形成的值。

5.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述热传递装置(6)具有用于冷却所述燃料电池(3)的冷却循环回路(7)以及内部空间-空气加热装置(8)，其中，所述冷却循环回路(7)和所述内部空间-空气加热装置(8)热耦合。