DE10018139B4 - Brennstoffzellensystem mit einer Temperaturregelung - Google Patents

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Abstract

Ein Brennstoffzellensystem mit einem Strömungsrichtungsschaltmechanismus (26) zur Regelung der Temperatur einer Brennstoffzelle (10), das aufweist:
einen geschlossenen Kreislauf (22), durch welchen ein Wärmetauschermedium, welches Wärmetausch mit der Brennstoffzelle (10) durchführt, zirkuliert;
eine Mediumumwälzvorrichtung (26) zum Umwälzen des Wärmetauschermediums durch den geschlossenen Kreislauf (22);
eine Kühlvorrichtung (40) in dem geschlossenen Kreislauf (22);
eine Kühlbypassvorrichtung (42, 43, 44) zum Umschalten des geschlossenen Kreislaufes (22) derart, dass das Wärmetauschermedium die Kühlvorrichtung (40) umgeht;
eine Wärmeverwendungsvorrichtung (60) in dem geschlossenen Kreislauf (22) zur Durchführung von Arbeit unter Verwendung von Wärme aus dem Wärmetauschermedium;
eine Wärmeverwendungsbypassvorrichtung (52, 54, 56) zum Schalten des geschlossenen Kreislaufes (22) derart, dass das Wärmetauschermedium die Wärmeverwendungsvorrichtung (60) umgeht, wobei das Brennstoffzellensystem dadurch gekennzeichnet ist, dass
es weiterhin eine Heizvorrichtung (50) aufweist, welche benachbart der Brennstoffzelle (10) in dem geschlossenen Kreislauf (22) angeordnet ist, und in der Lage ist, das Wärmetauschermedium aufzuheizen; und dass...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem Temperaturregler zur Regulierung einer Temperatur einer Brennstoffzelle und insbesondere betrifft sie ein Brennstoffzellensystem mit einem Temperaturregler, der in der Lage ist, die Temperatur einer Brennstoffzelle zu regeln oder zu steuern, wobei die Hitze- oder Wärmeabstrahlung der Brennstoffzelle verwendet wird.
  • Bei einem Temperaturregler für eine Brennstoffzelle des genannten Typs, wie er im Stand der Technik vorgeschlagen ist, ist ein Kühlsystem für die Brennstoffzelle mit einer Heizvorrichtung ausgestattet, welche Hitze- oder Wärmeabstrahlung der Brennstoffzelle verwendet, sowie mit einem Brenner zum Erwärmen oder Erhitzen eines Wärmetauschermediums im Kühlsystem (siehe beispielsweise die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. HEI 6-260196).
  • Dieser Regulator oder Regler hat einen Zirkulationskreislauf oder geschlossenen Kreislauf, durch welchen das Wärmetauschermedium über die Brennstoffzelle, die Heizvorrichtung und den Brenner zirkuliert. Wenn die Brennstoffzelle im normalen Betrieb ist, kann die von der Brennstoffzelle erzeugte Wärme zur Heizung herangezogen werden. Beim Anlassen oder Starten der Brennstoffzelle kann dieser Regler die Brennstoffzelle durch Erhitzen des Wärmetauschermediums über den Brenner erwärmen.
  • Dieser Regler hat jedoch ein Problem dahingehend, dass die Heizvorrichtung nicht in der Lage sein kann, einen ausreichenden Erwärmungseffekt zu bewirken, selbst wenn die Brennstoffzelle angelassen worden ist und in Betrieb ist. Das Wärmetauschermedium, welches von dem Brenner erwärmt wird, wird zunächst der Brennstoffzelle zugeführt. Wenn so mit die Brennstoffzelle betriebsbereit ist, jedoch nicht im normalen Betrieb ist, ist die der Heizvorrichtung zugeführte Wärmemenge unzureichend. Weiterhin hat dieser Regler ein Problem insofern, als die Heizvorrichtung nicht in der Lage ist, ausreichend zu wirken, wenn die für die Heizvorrichtung notwendige Hitze- oder Wärmemenge grösser als die von der Brennstoffzelle erzeugte Hitze- oder Wärmemenge ist. Der Brenner kann dann dazu verwendet werden, das Wärmetauschermedium zum Zwecke der Erzeugung der notwendigen Wärme- oder Hitzemenge zu erhitzen. Wenn jedoch die Brennstoffzelle im normalen Betrieb ist, kann das Wärmetauschermedium aufgrund der Notwendigkeit, die Brennstoffzelle herunterzukühlen, nicht erhitzt werden.
  • Die DE 43 27 261 C1 beschreibt ein Brennstoffzellensystem mit einem Temperaturregler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weder eine Heizvorrichtung noch ein Strömungsrichtungsschaltmechanismus zum Schalten der Strömungsrichtung zwischen einer normalen Richtung und einer umgekehrten Richtung ist beschrieben.
  • Von daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, das in der Lage ist, die Brennstoffzelle während des Startvorgangs rasch zu erhitzen, in der Lage ist, die Temperatur der Brennstoffzelle während des Betriebs innerhalb eines geeigneten Betriebstemperaturbereiches festzulegen oder zu begrenzen und in der Lage ist, einen Wärme- oder Hitzemangel zu beseitigen oder auszugleichen, indem die von der Brennstoffzelle erzeugte Wärme effektiv ausgenutzt wird.
  • Zur Lösung der obigen Aufgabe weist ein Brennstoffzellensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 weiterhin dessen kennzeichnende Merkmale auf.
  • Gemäss einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird demnach ein Brennstoffzellensystem mit einem Tempera turregler zum Regeln der Temperatur einer Brennstoffzelle geschaffen, mit: einem geschlossenen Kreislauf, durch welchen ein Wärmetauschermedium, welches Wärmetausch mit der Brennstoffzelle durchführt zirkuliert; einer Mediumumwälzvorrichtung zum Umwälzen des Wärmetauschermediums durch den geschlossenen Kreislauf entweder in normaler Richtung oder umgekehrter Richtung; einer Kühlvorrichtung in dem geschlossenen Kreislauf; einer Kühlbypassvorrichtung zum Umschalten des geschlossenen Kreislaufes derart, dass das Wärmetauschermedium die Kühlvorrichtung umgeht; einer Wärmeverwendungsvorrichtung in dem geschlossenen Kreislauf zur Durchführung von Arbeit unter Verwendung von Wärme aus dem Wärmetauschermedium; einer Wärmeverwendungsbypassvorrichtung zum Schalten des geschlossenen Kreislaufes derart, dass das Wärmetauschermedium die Wärmeverwendungsvorrichtung umgeht; und einer Heizvorrichtung, welche benachbart der Brennstoffzelle in dem geschlossenen Kreislauf angeordnet ist, und in der Lage ist, das Wärmetauschermedium aufzuheizen.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem mit dem Temperaturregler gemäss der vorliegenden Erfindung kann der Kühl-Bypass oder die Kühlbypassvorrichtung die Kühlvorrichtung entweder in den Kreislauf schalten oder die Kühlvorrichtung umgehen und der Wärmeverwendungsbypass oder die Wärmeverwendungsbypassvorrichtung kann entweder die Wärmeverwendungsvorrichtung in den Kreislauf schalten oder die Wärmeverwendungsvorrichtung umgehen. Infolgedessen ist es möglich, die Temperatur der Brennstoffzelle zu regeln oder zu steuern und die Wärmeabstrahlung der Brennstoffzelle zu verwenden. Da weiterhin das Wärmetauschermedium erwärmt werden kann, ist es möglich, die Brennstoffzelle zu erwärmen oder eine Wärmemenge zuzuführen, die von der Wärmeverwendungsvorrichtung benötigt wird.
  • Das Brennstoffzellensystem mit dem Temperaturregler gemäss der vorliegenden Erfindung kann eine Zustandserken nungsvorrichtung beinhalten, um einen Zustand der Brennstoffzelle zu erkennen, wobei eine Steuervorrichtung die Mediumumwälzvorrichtung, die Kühlbypassvorrichtung, die Wärmeverwendungsbypassvorrichtung und die Heizvorrichtung auf der Grundlage des von der Zustandserkennungsvorrichtung erkannten Zustandes steuert. Hierdurch kann die Brennstoffzelle in einem gewünschten Zustand gehalten werden.
  • Wenn bei dem Brennstoffzellensystem mit dem Temperaturregler gemäss der vorliegenden Erfindung die Zustandserkennungsvorrichtung und die Steuervorrichtung vorgesehen sind, kann die Steuervorrichtung die Kühlbypassvorrichtung und die Wärmeverwendungsbypassvorrichtung derart steuern, dass der Kreislauf die Kühlvorrichtung und die Wärmeverwendungsvorrichtung quasi ausklammert, wenn die Zustandserkennungsvorrichtung den Startzustand der Brennstoffzelle erkennt und die Steuervorrichtung kann die Erwärmungsvorrichtung derart steuern, dass das Wärmetauschermedium erwärmt wird, um die Mediumumwälzvorrichtung so zu steuern, dass das Wärmetauschermedium durch den Kreislauf aufgrund der entsprechenden Anforderung seitens der Heizvorrichtung und der Brennstoffzelle zirkuliert. Hierdurch kann die Brennstoffzelle rasch erwärmt werden.
  • Wenn weiterhin bei dem Brennstoffzellensystem mit dem Temperaturregler gemäss der vorliegenden Erfindung die Zustandserkennungsvorrichtung und die Steuervorrichtung vorgesehen sind, kann die Steuervorrichtung die Kühlbypassvorrichtung und die Wärmeverwendungsvorrichtung derart steuern, dass die Kühlvorrichtung und/oder die Wärmeverwendungsvorrichtung in den Kreislauf geschaltet werden, wenn die Zustandserkennungsvorrichtung einen Betriebszustand der Brennstoffzelle erkennt und die Steuervorrichtung kann die Mediumumwälzvorrichtung so steuern, dass das Wärmetauschermedium durch den Kreislauf entsprechend der jeweiligen Anforderung der Brennstoffzelle, der Heizvorrichtung und der Kühlvorrichtung und/oder der Wärmeverwendungsvorrichtung zirkuliert. Bei dieser Konstruktion kann die Brennstoffzelle gekühlt werden und es ist möglich, Wärme zuzuführen, wenn die Wärmemenge, die für die Wärmeverwendungsvorrichtung notwendig ist, unzureichend ist.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem mit dem Temperaturregler gemäss der vorliegenden Erfindung kann die Zustandserkennungsvorrichtung mit einer Temperaturerkennungsvorrichtung ausgestattet sein, um eine Temperatur der Brennstoffzelle zu erkennen und die Steuervorrichtung kann die Mediumumwälzvorrichtung, die Kühlbypassvorrichtung, die Wärmeverwendungsbypassvorrichtung und die Heizvorrichtung so steuern, dass die von der Temperaturerkennungsvorrichtung erkannte Temperatur innerhab eines bestimmten Temperaturbereiches beschränkt wird. Mit dieser Konstruktion kann die Brennstoffzelle innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches betrieben werden.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem mit dem Temperaturregler gemäss der vorliegenden Erfindung, bei dem die Brennstoffzelle innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches betrieben wird, kann eine Erkennungsvorrichtung für den Wärmeverwendungszustand zur Erkennung eines Zustandes oder Betriebszustandes der Wärmeverwendungsvorrichtung vorgesehen sein und die Steuervorrichtung kann die Kühlbypassvorrichtung, die Wärmeverwendungsbypassvorrichtung und die Heizvorrichtung auf der Grundlage des Betriebszustandes der Wärmeverwendungsvorrichtung steuern, wie er von der Erkennungsvorrichtung für den Wärmeverwendungszustand erkannt wird. Bei dieser Konstruktion kann die Wärmeverwendungsvorrichtung innerhalb eines gewünschten oder bestimmten Betriebszustandes gehalten werden.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem mit dem Temperaturregler gemäss der vorliegenden Erfindung, bei dem die Erkennungsvorrichtung für den Wärmeverwendungszustand vorgesehen ist, kann die Steuervorrichtung die Wärmeverwendungsbypassvor richtung so steuern, dass die Wärmeverwendungsvorrichtung in den Kreislauf geschaltet wird, wenn die Erkennungsvorrichtung für den Wärmeverwendungszustand einen Zustand erkennt, in welchem die Wärmeverwendungsvorrichtung Wärme verbraucht oder verwendet. Mit dieser Konstruktion kann die Wärmeverwendungsvorrichtung die Wärme effektiv ausnutzen.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem mit dem Temperaturregler gemäss der vorliegenden Erfindung, bei dem die Wärmeverwendungsvorrichtung in den Kreislauf geschaltet ist, kann die Wärmeverwendungsvorrichtung mit einer Informationserkennungsvorrichtung versehen sein, um Informationen hinsichtlich irgendeines Überschusses oder Mangels an benötigter Wärmemenge zu erkennen und die Steuervorrichtung kann die Heizvorrichtung und die Kühlbypassvorrichtung auf der Grundlage der Informationen steuern, welche von der Informationserkennungsvorrichtung erkannt worden ist. Hierdurch kann die Wärmeverwendungsvorrichtung jeweils passend betrieben werden oder funktionieren.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem mit dem Temperaturregler gemäss der vorliegenden Erfindung, bei dem die Wärmeverwendungsvorrichtung mit der Informationerkennungsvorrichtung versehen ist, kann die Steuervorrichtung die Heizvorrichtung so steuern, dass das Wärmetauschermedium erwärmt wird, wenn die Informationserkennungsvorrichtung Informationen hinsichtlich eines Mangels der benötigten Wärmemenge erkennt. Hierdurch ist es möglich, die benötigte Wärmemenge zusätzlich zuzuführen.
  • Weiterhin kann bei dem Brennstoffzellensystem mit dem Temperaturregler gemäss der vorliegenden Erfindung, bei dem die Wärmeverwendungsvorrichtung mit der Informationserkennungsvorrichtung versehen ist, die Steuervorrichtung die Heizvorrichtung so steuern, dass das Wärmetauschermedium nicht erwärmt wird, wenn die Informationserkennungsvorrichtung eine Information hinsichtlich eines Überschusses der benötigten Wärmemenge erkennt. Durch diesen Aufbau ist es möglich, die Zufuhr einer zu hohen Wärmemenge zu verhindern. Bei dem Brennstoffzellensystem mit dem Temperaturregler gemäss dieses Aspektes der vorliegenden Erfindung kann die Steuervorrichtung die Kühlbypassvorrichtung so steuern, dass die Kühlvorrichtung in den Kreislauf geschaltet wird, wenn die Informationserkennungsvorrichtung Informationen bezüglich eines Überschusses der benötigten Wärmemenge erkennt, obgleich die Wärmevorrichtung so gesteuert wird, dass sie das Wärmetauschermedium nicht erwärmt. Mit dieser Konstruktion ist es möglich, dass die Wärmeverwendungsvorrichtung Wärme geeignet verwenden kann.
  • Weiterhin kann bei dem Brennstoffzellensystem mit dem Temperaturregler gemäss dieses Aspektes der vorliegenden Erfindung die Steuervorrichtung die Kühlbypassvorrichtung so steuern, dass der Kreislauf die Kühlvorrichtung vor dem Erwärmen des Wärmetauschermediums mittels der Heizvorrichtung ausschaltet oder in einen Bypass legt, wenn die Informationserkennungsvorrichtung Informationen bezüglich eines Mangels der benötigten Wärmemenge erkennt, wobei die Kühlbypassvorrichtung so gesteuert wird, dass die Kühlvorrichtung in den Kreislauf geschaltet wird. Mit dieser Konstruktion ist es möglich, die Wärme effizient auszunutzen.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem mit dem Temperaturregler gemäss der vorliegenden Erfindung kann die Wärmeverwendungsvorrichtung eine Heizvorrichtung sein, welche einen Erwärmungs- oder Heizvorgang durch Wärmetausch mit dem Wärmetauschermedium durchführt.
  • Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
  • Es zeigt:
  • 1 schematisch den Aufbau ein Brennstoffzellensystem mit einem Temperaturregler gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Programmablaufes zum Startzeitpunkt, wobei dieser Programmablauf von einer elektronischen Steuereinheit durchgeführt wird, wenn die Brennstoffzelle gestartet oder angelassen wird;
  • 3 schematisch den Aufbau eines Aufheizkreises, in welchem ein Wärmetauschermedium fliesst;
  • 4 eine 3 entsprechende Darstellung, wie das Wärmetauschermedium fliesst, wenn ein Kühlkreis gebildet wird,
  • 5 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Programmablaufes während der Aufheizzeit, wobei der Programmablauf von der elektronischen Steuereinheit der Ausführungsform durchgeführt wird, wenn eine Heizvorrichtung betrieben wird;
  • 6 schematisch den Aufbau, wie das Wärmetauschermedium fliesst, wenn die Heizvorrichtung betrieben wird; und
  • 7 eine 6 entsprechende Darstellung, wie das Wärmetauschermedium fliesst, wenn die Heizvorrichtung weniger Hitze benötigt oder anfordert.
  • Eine Möglichkeit, den Gegenstand der vorliegenden Erfindung zu realisieren, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • 1 zeigt schematisch ein Brennstoffzellensystem 20 mit einer Brennstoffzelle 10 (nachfolgend mit "BS-Zelle" bezeichnet) gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Temperaturregler für das Brennstoffzellensy stem 20 dieser Ausführungsform ist dafür ausgelegt, die Temperatur der BS-Zelle 10 zu regeln oder zu steuern. Gemäss 1 weist das Brennstoffzellensystem 20 eine Kreislaufleitung 22 auf, die den Kreis für ein Wärmetauschermedium, beispielsweise Wasser zusammen mit einem Wärmetauscherabschnitt 23 für einen Wärmeaustausch mit der BS-Zelle 10, einer Umwälzpumpe 24 zum Umwälzen des Wärmetauschermediums durch die Kreislaufleitung 22, einem Strömungsrichtungsschaltmechanismus 26 zum Umschaltung der Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums in der Kreislaufleitung 22, einem Radiator 40 zum Abkühlen des Wärmetauschermediums mittels Aussenluft, einem Heizer 50 zum Erwärmen oder Erhitzen des Wärmetauschermediums, einer Heizvorrichtung 60 zum Erwärmen des Fahrgastraumes unter Verwendung von Wärme des Wärmetauschermediums und einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 70 zur Steuerung des gesamten Reglers 20 bildet.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist die BS-Zelle 10 als Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle ausgelegt, bestehend aus einer Mehrzahl von laminierten einzelnen Zellen, welche einen protonenleitfähigen Film aus hochmolekularem Material als Elektrolyt verwenden. Die BS-Zelle 10 arbeitet bei einer Temeratur von ungefähr 70 bis 110°C.
  • Die Umwälzpumpe 24 ist als eine Ein-Richtungspumpe ausgelegt, welche das Wärmetauschermedium nicht in entgegengesetzte Richtung zwangsfördern kann, dass heisst, sie arbeitet derart, dass das Wärmetauschermedium in 1 von links nach rechts zwangsgefördert oder umgepumpt wird. Der Strömungsrichtungs-Schaltmechanismus 26 besteht im wesentlichen aus zwei elektromagnetischen Ventilen 32 und 34, die so in der Kreislaufleitung 22 angeordnet sind, dass sie zwischen sich die Umwälzpumpe einschliessen, so wie aus einer ersten Bypassleitung 28 zum Umgehen oder Kurzschliessen des elektromagnetischen Ventiles 32 und der Umwälzpumpe 24, einem elektromagnetischen Ventil 36 in der ersten Bypass zeitung 28, einer zweiten Bypassleitung 30 zum Umgehen oder Kurzschliessen der Umwälzpumpe 24 und des elektromagnetischen Ventils 34 und einem elektromagnetischen Ventil 38 in der zweiten Bypassleitung 30. Wenn die elektromagnetischen Ventile 32 und 34 geöffnet und die elektromagnetischen Ventile 36 und 38 geschlossen sind, fliesst das Wärmetauschermedium durch die Kreislaufleitung 22 in der Abfolge: Umwälzpumpe 24 – BS-Zelle 10 – Heizer 50, anstatt dass es durch die erste Bypassleitung 28 und die zweite Bypassleitung 30 fliesst. Wenn die elektromagnetischen Ventile 32 und 34 geschlossen und die elektromagnetischen Ventile 36 und 38 geöffnet sind, fliesst das Wärmetauschermedium von dem Heizer 50 und der BS-Zelle 10 durch die zweite Bypassleitung 30 in die Umwälzpumpe 24 und dann von der Umwälzpumpe 24 durch die erste Bypassleitung 28 in Richtung des Radiators 40. Der Radiator 40 ist als Wärmetauscher ausgelegt, um das Wärmetauschermedium unter Zuhilfenahme von Umgebungsluft abzukühlen. Ein Dreiwegeventil 40 in der Kreislaufleitung 22 kann so geschaltet werden, dass das Wärmetauschermedium durch den Radiator 40 oder durch eine Radiator-Bypassleitung 44 fliesst. Weiterhin ist ein als Radiatorventil ausgelegtes elektromagnetisches Ventil 46 in der Kreislaufleitung 22 angeordnet. Das elektromagnetische Ventil 46 kann die Kreislaufleitung 22 sperren, so dass das Wärmetauschermedium weder durch den Radiator 40 noch durch die Radiator-Bypassleitung 44 fliesst.
  • Der Heizer 50, der benachbart der BS-Zelle angeordnet ist, ist als elektrischer Heizer ausgelegt, der das Wärmetauschermedium erwärmt oder erhitzt, wenn er von einer Batterie (nicht gezeigt) mit elektrischer Energie versorgt wird. Die elektronische Steuereinheit 70 führt eine Ein/Aus-Steuerung des Heizers 50 durch. In der Kreislaufleitung 22 ist der Heizer 50 zwischen der BS-Zelle 10 und einem Dreiwegeventil 52 angeordnet, was es möglich macht, den Radiator 40 und die Heizvorrichtung unter Zuhilfenahme einer Heizzeit-Bypassleitung 56 zu umgehen oder kurzzuschliessen.
  • Die Heizvorrichtung 60, welche eine Vorrichtung zum Heizen des Fahrgastraumes unter Verwendung von Wärme des Wärmetauschermediums ist, ist mit einem Wärmetauscher 62 ausgestattet zum Wärmeaustausch mit dem Wärmetauschermedium, sowie mit einer elektronischen Steuereinheit 64 zur Steuerung der Heizvorrichtung 60. Weiterhin ist die Heizvorrichtung 60 mit mehreren Sensoren und weiteren Bauteilen ausgestattet, welche zur Erwärmung des Fahrgastraumes notwendig sind, beispielsweise einem Warmluftauslass, einem Temperatursensor, einer Temperatureinstellvorichtung etc. Da diese Sensoren und Einzelteile jedoch für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich sind, sind sie weder in der Zeichnung dargestellt noch werden sie näher beschrieben. Eine Wärmezufuhrleitung 66 zur Zufuhr des Wärmetauschermediums zum Wärmetauscher 62 der Heizvorrichtung 60 zweigt von der Kreislaufleitung 22 ab. In der Wärmezufuhrleitung 66 ist ein elektromagnetisches Ventil 68 angeordnet.
  • Die elektronische Steuereinheit 70 ist als ein-Chip-Mikroprozessor ausgelegt, der hauptsächlich aus einer CPU 72 besteht. Die elektronische Steuereinheit 70 beinhaltet weiterhin ein ROM 74, in welchem Ablaufprogramme gesteuert sind, ein RAM 76 zur vorübergehenden Speicherung von Daten, Verbindungsanschlüsse (nicht gezeigt) für eine Kommunikation mit der elektronischen Steuereinheit 64 seitens der Heizvorrichtung, sowie I/O-Anschlüsse (nicht gezeigt). Eine Temperatur Tfc der BS-Zelle 10 von einem Temperatursensor 79, der an der BS-Zelle 10 angebracht ist, ein Startsignal von einem Anlassschalter 78, der eingeschaltet wird, wenn die BS-Zelle 10 gestartet wird etc. werden über die Eingangsanschlüsse der elektronischen Steuereinheit 70 eingegeben. Treibersignale an Stellglieder 33, 35, 37, 39, 47 und 69 für die jeweiligen elektromagnetischen Ventile 32, 34, 36, 38, 46 und 68, Treibersignale für Stellglieder 43 und 54 der Dreiwegeventile 42 und 52, ein Treibersignal für den Heizer 50 etc. werden über die Ausgangsanschlüsse von der elektronischen Steuereinheit 70 ausgegeben.
  • Nachfolgend wird die Arbeitsweise des so aufgebauten Brennstoffzellensystems 20 gemäss der vorliegenden Erfindung beschrieben; insbesondere wird der Betrieb beschrieben, wenn die BS-Zelle 10 gestartet wird und wenn der Heizvorgang in einem normalen Lauf- oder Betriebszustand verwendet wird. 2 ist ein Flussdiagramm, in welchem ein Beispiel eines Ablaufprogrammes zum Startzeitpunkt gezeigt ist, welches von der elektronischen Steuereinheit 70 durchgeführt wird, wenn die BS-Zelle 10 gestartet wird. Dieser Ablauf wird dann durchgeführt, wenn der Schalter 58 eingeschaltet wird und ein entsprechendes Signal ausgibt. Wenn der Startzeitpunkt-Prozessablauf durchgeführt wird, führt die CPU 72 der elektronischen Steuereinheit 70 zunächst eine Bearbeitung dahingehend durch, dass eine Kreislaufleitung oder ein geschlossener Kreislauf (der Aufheizkreislauf) zum Heizen der BS-Zelle 10 gebildet wird (Schritt S100). Genauer gesagt, der Aufheizschaltkreis wird wie folgt ausgebildet: die elektronische Steuereinheit 70 gibt ein Treibersignal an das Stellglied 54 des Dreiwegeventiles 52, so dass das Wärmetauschermedium an dem Radiator 40 und der Heizvorrichtung 60 vorbeigeführt wird oder an diesen vorbeifliesst und durch die Heizzeit-Bypassleitung 56 fliesst. Weiterhin gibt die elektronische Steuereinheit 70 Treibersignale an die Stellglieder 33 und 35 der elektromagnetischen Ventile 32 und 34, um diese Ventile zu schliessen und gibt Treibersignale an die Stellglieder 37 und 39 der elektromagnetischen Ventile 36 und 38, um diese Ventile zu öffnen. Hierdurch wird der Aufheizkreislauf gebildet. 3 zeigt den Zustand, in welchem dieser Aufheizkreislauf gebildet ist. Gemäss 3 fliesst, wenn der Aufheizkreislauf gebildet ist, das Wärmetauschermedium durch die Umwälzpumpe 24 zwangsgefördert durch die erste Bypasslei tung 28 und die Heizzeit-Bypassleitung 56, erreicht den Heizer 50 und die BS-Zelle 10, fliesst durch die zweite Bypassleitung 30 und kehrt zur Umwälzpumpe 24 zurück.
  • Sobald der Aufheizkreislauf auf diese Weise gebildet worden ist, wird die Umwälzpumpe 24 in Betrieb gesetzt (Schritt S102) und dann erfolgt ein Ablauf zum Einschalten des Heizers 50 (Schritt S104). Aufgrund dieses Ablaufs erwärmt oder erhitzt das Wärmetauschermedium, welches im Heizer 50 erwärmt worden ist, die BS-Zelle 10 in deren Wärmetauscherabschnitt 23. Sodann erfolgt in den Schritten S106 und S108 ein Prozessablauf dahingehend, dass gewartet wird, bis eine Temperatur Tfc der BS-Zelle 10, welche vom Temperatursensor 79 erfasst wird, gleich oder grösser als ein Schwellenwert Tset wird. Der Schwellenwert Tset wird auf eine Temperatur gesetzt, bei der die BS-Zelle arbeiten kann. Solange die BS-Zelle 10 arbeiten kann, muss der Schwellenwert Tset nicht auf eine Temperatur für normalen Betriebszustand gesetzt werden.
  • Wenn die Temperatur Tfc der BS-Zelle 10 gleich oder höher als der Schwellenwert Tset wird, wird der Heizer 50 abgeschaltet (Schritt S110) und die Umwälzpumpe 24 wird angehalten (Schritt S112); sodann wird im Schritt S114 ein Ablauf durchgeführt, um eine Kreislaufleitung oder einen geschlossenen Kreis (Kühlkreislauf) zum Kühlen der BS-Zelle 10 zu bilden und der momentane Ablauf wird beendet. Genauer gesagt, der Kühlkreislauf wird wie folgt gebildet: die elektronische Steuereinheit 70 gibt ein Treibersignal an das Stellglied 54 des Dreiwegeventiles 52, so dass das Wärmetauschermedium zum Radiator 40 fliesst. Weiterhin gibt die elektronische Steuereinheit 70 Treibersignale an die Stellglieder 33 und 35 der elektromagnetischen Ventile 32 und 34, um diese Ventile zu öffnen und Treibersignale an die Stellglieder 37 und 39 der elektromagnetischen Ventile 36 und 38, um diese Ventile zu schliessen. Hierdurch wird der Kühlkreislauf gebildet. 4 zeigt den Zustand, in welchem der Kühlkreislauf ausgebildet ist. Gemäss 4 fliesst, wenn der Kühlkreislauf gebildet ist, das Wärmetauschermedium durch die Umwälzpumpe 24 zwangsgefördert durch die BS-Zelle 10, erreicht den Heizer 50, fliesst durch den Radiator 40 oder die Radiator-Bypassleitung 44 und kehrt zur Umwälzpumpe 24 zurück. Durch Schalten des Dreiwegeventiles 42 wird festgelegt, ob das Wärmetauschermedium durch den Radiator 40 oder durch die Radiator-Bypassleitung 44 fliesst. Diese Wahl erfolgt durch einen Programmablauf (nicht gezeigt), der von der elektronischen Steuereinheit 70 auf der Grundlage der Temperatur Tfc der BS-Zelle 10 durchgeführt wird, die durch den Temperatursensor 79 erkannt wird, wodurch festgelegt wird, ob das Wärmetauschermedium gekühlt werden muss oder nicht. Wenn in dem Prozessablauf zum Startzeitpunkt gemäss 2 der im Schritt S108 gesetzte Schwellenwert Tset niedriger als eine Temperatur für einen normalen Betriebszustand der BS-Zelle 10 gesetzt wird, ist die BS-Zelle 10 nicht ausreichend erwärmt oder erhitzt worden. Somit wird das Dreiwegeventil 42 im Kühlkreislauf so geschaltet, dass die Radiator-Bypassleitung 44 gewählt wird.
  • Nachfolgend wird der Betriebsablauf beschrieben, der durchgeführt wird, wenn die Heizvorrichtung 60 betrieben wird. 5 ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel eines Heizzeit-Prozessablaufes zeigt, der durch die elektronische Steuereinheit 70 der erfindungsgemässen Ausführungsform durchgeführt wird, wenn die Heizvorrichtung 60 betrieben wird. Dieser Ablauf wird wiederholt in bestimmten Zeitintervallen (z.B. eine Sekunde) durchgeführt, nachdem ein Signal zum Starten der Heizvorrichtung 60 von der elektronischen Steuereinheit 64 der Heizvorrichtung über einen Verbindungsanschluss eingegeben worden ist und das elektromagnetische Ventil 68 in der Wärmezufuhrleitung 66 geöffnet worden ist.
  • Wenn der Aufheizzeit-Prozessablauf durchgeführt wird, führt die CPU 72 der elektronischen Steuereinheit 70 zunächst einen Ablauf durch, bei dem eine Wärmeanforderung oder eine benötigte Wärme gelesen wird, welche von der elektronischen Steuereinheit 64 der Heizvorrichtung ausgegeben wird (Schritt S200). Bei der erfindungsgemässen Ausführungsform gibt die elektronische Steuereinheit 64 der Heizvorrichtung die Wärmeanforderung an die elektronische Steuereinheit 70 in Form eines Signals aus, welches drei Werte annimmt, welche "passend" oder "richtig", "zu niedrig" und "zu hoch" darstellen und welche beispielsweise auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer Temperatur im Fahrgastraum, welche von einem dort befindlichen Temperatursensor erkannt wird und einer Zieltemperatur oder Ist-Temperatur basiert.
  • Wenn die Wärmeanforderung gelesen wird, wird die Anforderung beurteilt (Schritt S202). Wenn das Ergebnis der Beurteilung "richtig" lautet, wird bestimmt, dass die exakte Menge an Wärme, welche für die Heizvorrichtung 60 notwendig ist, geliefert wird und der momentane Ablauf wird ohne Durchführung weiterer Schritte beendet.
  • Wenn das Ergebnis der Beurteilung "zu niedrig" ist, wird zunächst ein Ablauf durchgeführt (Schritt S204), in welchem ein Radiatorflag FR überprüft wird. Das Radiatorflag FR nimmt einen Wert an, der anzeigt, ob das Wärmetauschermedium in Richtung des Radiators fliesst oder nicht. Dieses Flag wird in vorherigen Prozessabläufen des momentanen Programms gesetzt. Wenn das Radiatorflag FR einen Wert von 1 annimmt, wird bestimmt, dass das Wärmetauschermedium in Richtung des Radiators 4 fliesst. Das elektromagnetische Ventil 46, welches als ein Radiatorventil ausgelegt ist, wird sodann geschlossen (S206), so dass das gesamte Wärmetauschermedium über die Wärmezufuhrleitung 66 dem Wärmetauscher 62 zugeführt wird. Sodann wird das Radiatorflag FR im Schritt S208 auf 0 gesetzt und der momentane Ablauf been det. Indem das gesamte Wärmetauschermedium dem Wärmetauscher 62 der Heizvorrichtung 60 auf diese Weise zugeführt wird, wird die Wärmemenge, welche ansonsten in Richtung des Radiators 40 fliesst, der Heizvorrichtung 60 zugeführt. 6 zeigt, wie das Wärmetauschermedium fliesst, wenn das als Radiatorventil wirkende elektromagnetische Ventil 46 geöffnet ist und 7 zeigt, wie das Wärmetauschermedium fliesst, wenn das elektromagnetische Ventil 46 geschlossen ist. Wie oben beschrieben, schaltet die elektronische Steuereinheit 70 das Dreiwegeventil 62 gemäss 6 auf der Grundlage einer Temperatur Tfc der BS-Zelle 10, welche durch den Temperatursensor 79 erkannt wird.
  • Wenn andererseits das Radiatorflag FR einen Wert von 0 annimmt, wird bestimmt, dass das gesamte Wärmetauschermedium dem Wärmetauscher 62 zugeführt wird oder dass die Wärmemenge nicht ausreichend ist. Der Heizer 50 wird dann eingeschaltet (Schritt S210), ein Heizerflag FH wird auf 1 gesetzt (Schritt S210) und der momentane Ablauf wird beendet. Somit wird eine Wärmemenge, welche für die Heizvorrichtung 60 notwendig ist, durch Einschalten des Heizers 50 und Erwärmen des Wärmetauschermediums zugeführt. Das Heizerflag FH, welches ein Flag ist, das einen Wert annimmt, der anzeigt, ob der Heizer 50 ein- oder ausgeschaltet ist, wird durch den momentanen Ablauf gesetzt.
  • Wenn das Ergebnis der Beurteilung im Schritt S202 "zu hoch" ist, wird zunächst ein Ablauf zum Überprüfen des Heizerflags FH durchgeführt (Schritt S214). Wenn das Heizerflag FH einen Wert von 1 annimmt, wird bestimmt, dass das Wärmetauschermedium wie in 7 gezeigt fliesst und vom Heizer 50 erwärmt wird. Sodann wird der Heizer 50 abgeschaltet (S216), das Heizerflag FH wird auf 0 gesetzt (Schritt S218) und der momentane Ablauf wird beendet. Da hierdurch der Heizer abgeschaltet wird, nimmt die der Heizvorrichtung 60 zugeführte Wärmemenge ab. Wenn andererseits das Heizerflag FH einen Wert von 0 annimmt, wird bestimmt, dass die Wärmemenge zu hoch ist, obgleich der Heizer 50 abgeschaltet worden ist. Sodann wird im Schritt S220 das als Radiatorventil ausgelegte elektromagnetische Ventil 46 geöffnet, das Radiatorflag FR wird auf 1 gesetzt (Schritt S222) und der momentane Ablauf wird beendet. Hierdurch fliesst das Wärmetauschermedium wie in 6 gezeigt und die der Heizvorrichtung 60 zugeführte Wärmemenge wird verringert.
  • Wenn bei dem Brennstoffzellensystem 20 gemäss der bisher beschriebenen Ausführungsform die BS-Zelle 10 gestartet wird, überbrückt oder umgeht die Heizzeit-Bypassleitung 56 den Radiator 40, der Strömungsrichtungs-Schaltmechanismus 26 bewirkt, dass das Wärmetauschermedium durch den Heizer 50 und dann durch die BS-Zelle 10 fliesst und der Heizer 50 wird eingeschaltet, um das Wärmetauschermedium zu erwärmen. Hierdurch kann die BS-Zelle 10 wirksam erhitzt oder erwärmt werden. Weiterhin kann bei dem Brennstoffzellensystem 20 gemäss der beschriebenen Ausführungsform, nachdem die BS-Zelle 10 gestartet worden ist, die Vorrichtung, welche zum Erwärmen der BS-Zelle 10 dient, als Vorrichtung zum Kühlen der BS-Zelle 10 umgewandelt werden.
  • Weiterhin kann bei dem Brennstoffzellensystem 20 gemäss der erfindungsgemässen Ausführungsform der Fahrgastraum unter Verwendung von Wärme erwärmt werden, welche von der BS-Zelle 10 erzeugt wird. Wenn darüber hinaus mehr Wärme notwendig ist, um den Fahrgastraum zu erwärmen, kann ein Mangel an Wärme dadurch ausgeglichen werden, dass das gesamte Wärmetauschermedium in den Wärmetauscher 62 der Heizvorrichtung 60 fliesst oder dass das Wärmetauschermedium mittels des Heizers 50 erwärmt wird. Selbst wenn somit die von der BS-Zelle 10 erzeugte Wärme unzureichend ist, beispielsweise dann, wenn die BS-Zelle 10 noch nicht ausreichend erwärmt worden ist, oder wenn die Aussenlufttemperatur sehr niedrig ist, und die von der BS-Zelle 10 in deren normalen Betriebszustand erzeugte Wärmemenge nach wie vor nicht aus reichend ist, kann der Fahrgastraum nicht ausreichend erwärmt werden.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem 20 gemäss der beschriebenen Ausführungsform wird als Wärmetauschermedium Wasser verwendet. Es kann jedoch jegliches Fluid verwendet werden, solange es als Wärmetauschermedium funktionieren kann. Beispiele anderer geeigneter Fluide sind beispielsweise nicht frierende Lösungen auf der Grundlage von Alkohol und/oder Öl.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem 20 gemäss der Ausführungsform wird eine in einer Richtung arbeitende Umwälzpumpe 24 verwendet. Es kann jedoch auch eine bidirektionale Pumpe verwendet werden, deren Pumprichtung umgekehrt werden kann. In diesem Falle ist der Strömungsrichtungs-Schaltmechanismus 26 nicht notwendig.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem 20 der beschriebenen Ausführungsform ist der Heizer 50 als elektrischer Heizer ausgelegt. Der Heizer 50 kann jedoch auch so ausgelegt werden, dass er das Wärmetauschermedium unter Verwendung von Wärme erhitzt, das durch eine Verbrennung eines Brennstoffes für die BS-Zelle 10 oder anderer Brennstoffe erhalten worden ist.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem 20 der beschriebenen Ausführungsform ist der Radiator 40 als Wärmetauscher zum Wärmeaustausch mit der Aussen- oder Umgebungsluft ausgelegt. Es kann jedoch jede Art von Radiator verwendet werden, solange dieser das Wärmetauschermedium kühlen kann.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem 20 gemäss der beschriebenen Ausführungsform wird die Heizvorrichtung 60 zum Heizen des Fahrgastraums als Wärmeverwendungsvorrichtung verwendet, welche unter Verwendung der Wärme von der BS-Zelle 10 Arbeit verrichtet. Es kann jedoch auch jede andere Wär meverwendungsvorrichtung verwendet werden, solange sie Arbeit unter Verwendung der von der BS-Zelle 10 erzeugten Wärme verrichtet. "Arbeit" bedeutet hier nicht Arbeit im mechanischen Sinne, sondern Arbeit, wie sie im Zusammenhang mit der Thermodynamik definiert ist.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem 20 der beschriebenen Ausführungsform wird als BS-Zelle 10 eine Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle verwendet. Andere BS-Zellen, beispielsweise Brennstoffzellen des Phosphorsäuretyps können ebenfalls verwendet werden. Bei dem Brennstoffzellensystem 20 gemäss der beschriebenen Ausführungsform ist die BS-Zelle 10 in einem Kraftfahrzeug eingebaut. Es versteht sich, dass der Temperaturregler des Brennstoffzellensystems 20 auch dafür ausgelegt werden kann, dass er eine BS-Zelle irgendeinen anderen Typs regelt.
  • Beschrieben wurde insoweit zusammenfassend ein Brennstoffzellensystem mit einem Temperaturregler für eine Brennstoffzelle. Beim Betriebsstart der Brennstoffzelle werden Ventile so betätigt, dass ein Wärmetauschermedium von einer Umwälzpumpe durch eine Heizzeit-Bypassleitung zu einem Heizer und der Brennstoffzelle fliesst, wobei das Wärmetauschermedium durch den Heizer erwärmt wird. Infolgedessen kann die Brennstoffzelle effizient und rasch erwärmt werden. Wenn eine Heizvorrichtung während des Betriebs der Brennstoffzelle betrieben wird, werden die Ventile so betätigt, dass das Wärmetauschermedium von der Umwälzpumpe zu der Brennstoffzelle dem Heizer und dem Wärmetauscher in dieser Reihenfolge fliesst. Wenn die von der Heizvorrichtung benötigte Wärmemenge nicht durch die von der Brennstoffzelle erzeugte Wärme erhalten werden kann, heizt der Heizer das Wärmetauschermedium, um den Wärmemangel auszugleichen. Im Ergebnis kann die Heizvorrichtung adäquat funktionierend gemacht werden. Mit anderen Worten, die Brennstoffzelle wird zu Betriebsbeginn rasch erwärmt. Wenn die Brennstoffzelle im Betrieb ist, wird ihre Temperatur innerhalb eines geeigneten Betriebstemperaturbereiches gehalten, so dass die von der Brennstoffzelle erzeugte Wärme effektiv ausgenutzt werden kann.
  • Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform hiervon beschrieben; es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die konkret dargestellte Ausführungform oder die dortige Konstruktion beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung umfasst selbstverständlich verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen. Weiterhin wurden die verschiedenen Elemente und Bauteile der beschriebenen Erfindung in verschiedenen Kombinationen und Ausführungsformen beschrieben, welche selbstverständlich als exemplarisch zu betrachten sind; andere Kombinationen und Ausführungsformen liegen ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.

Claims (15)

  1. Ein Brennstoffzellensystem mit einem Strömungsrichtungsschaltmechanismus (26) zur Regelung der Temperatur einer Brennstoffzelle (10), das aufweist: einen geschlossenen Kreislauf (22), durch welchen ein Wärmetauschermedium, welches Wärmetausch mit der Brennstoffzelle (10) durchführt, zirkuliert; eine Mediumumwälzvorrichtung (26) zum Umwälzen des Wärmetauschermediums durch den geschlossenen Kreislauf (22); eine Kühlvorrichtung (40) in dem geschlossenen Kreislauf (22); eine Kühlbypassvorrichtung (42, 43, 44) zum Umschalten des geschlossenen Kreislaufes (22) derart, dass das Wärmetauschermedium die Kühlvorrichtung (40) umgeht; eine Wärmeverwendungsvorrichtung (60) in dem geschlossenen Kreislauf (22) zur Durchführung von Arbeit unter Verwendung von Wärme aus dem Wärmetauschermedium; eine Wärmeverwendungsbypassvorrichtung (52, 54, 56) zum Schalten des geschlossenen Kreislaufes (22) derart, dass das Wärmetauschermedium die Wärmeverwendungsvorrichtung (60) umgeht, wobei das Brennstoffzellensystem dadurch gekennzeichnet ist, dass es weiterhin eine Heizvorrichtung (50) aufweist, welche benachbart der Brennstoffzelle (10) in dem geschlossenen Kreislauf (22) angeordnet ist, und in der Lage ist, das Wärmetauschermedium aufzuheizen; und dass die Mediumumwälzvorrichtung (26) das Wärmetauschermedium in dem geschlossenen Kreislauf (22) entweder in normaler Richtung oder umgekehrter Richtung umwälzt.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: eine Zustandserkennungsvorrichtung (79) zur Erkennung eines Betriebszustandes der Brennstoffzelle (10); und eine Steuervorrichtung (70) zur Steuerung der Mediumumwälzvorrichtung (26), der Kühlbypassvorrichtung (42, 43, 44), der Wärmeverwendungsbypassvorrichtung (52, 54, 56) und der Heizvorrichtung (50) auf der Grundlage des von der Zustandserkennungsvorrichtung (79) erkannten Betriebszustandes.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (70) die Kühlbypassvorrichtung (42, 43, 44) und die Wärmeverwendungsbypassvorrichtung (52, 54, 56) so steuert, dass der geschlossene Kreislauf (22) die Kühlvorrichtung (40) und die Wärmeverwendungsvorrichtung (60) überbrückt, wenn die Zustandserkennungsvorrichtung (79) einen Startzustand der Brennstoffzelle (10) erkennt; und dass die Steuervorrichtung (70) die Heizvorrichtung (60) so steuert, dass das Wärmetauschermedium erwärmt wird und die Mediumumwälzvorrichtung (26) so steuert, dass das Wärmetauschermedium durch den geschlossenen Kreislauf (22) in der Reihenfolge Heizvorrichtung (50) – Brennstoffzelle (10) umgewälzt wird.
  4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverwendungsvorrichtung (60) eine Heizvorrichtung ist, welche einen Heizvorgang durch Wärmetausch mit dem Wärmetauschermedium durchführt.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (70) die Kühlbypassvorrichtung (42, 43, 44) und die Wärmeverwendungsbypassvorrichtung (52, 54, 56) so steuert, dass wenigstens entweder die Kühlvorrichtung (40) oder die Wärmeverwendungsvorrichtung (60) in den geschlossenen Kreislauf (22) eingebracht wird, wenn die Zustandserkennungsvorrichtung (79) einen betriebsfähigen Zustand der Brennstoffzelle (10) erkennt; und dass die Steuervorrichtung (70) die Mediumumwälzvorrichtung (26) so steuert, dass das Wärmetauschermedium durch den geschlossenen Kreislauf (22) in der Reihenfolge Brennstoffzelle (10) – Heizvorrichtung (60) – wenigstens entweder Kühlvorrichtung (40) oder Wärmeverwendungsvorrichtung (60) kreist.
  6. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandserkennungsvorrichtung mit einer Temperaturerkennungsvorrichtung (79) zur Erkennung einer Temperatur der Brennstoffzelle (10) versehen ist; und dass die Steuervorrichtung (70) die Mediumumwälzvorrichtung (26), die Kühlbypassvorrichtung (42, 43, 44), die Wärmeverwendungsbypassvorrichtung (52, 54, 56) und die Heizvorrichtung (50) so steuert, dass die von der Temperaturerkennungsvorrichtung erkannte Temperatur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches beschränkt ist.
  7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, weiterhin mit einer Erkennungsvorrichtung (60) für den Wärmeverwendungszustand zur Erkennung eines Zustandes der Wärmeverwendungsvorrichtung, wobei: die Steuervorrichtung (70) so ausgelegt ist, dass sie die Kühlbypassvorrichtung (42, 43, 44), die Wärmeverwendungsbypassvorrichtung (60) und die Heizvorrichtung (50) auf der Grundlage des Zustandes der Wärmeverwendungsvorrichtung (60) steuert, wie er von der Erkennungsvorrichtung für den Wärmeverwendungszustand erkannt wird.
  8. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (70) die Wärmeverwendungsbypassvorrichtung (52, 54, 56) derart steuert, dass die Wärmeverwendungsvorrichtung (60) in den geschlossenen Kreislauf (22) eingebracht wird, wenn die Erkennungsvorrichtung für den Wärmeverwendungszustand einen Zustand erkennt, in welchem die Wärmeverwendungsvorrichtung (60) Wärme verbraucht.
  9. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverwendungsvorrichtung (60) mit einer Informationserkennungsvorrichtung versehen ist, um Informationen bezüglich eines Überschusses oder Mangels einer benötigten Wärmemenge zu erkennen; und dass die Steuervorrichtung (70) die Heizvorrichtung (50) und die Kühlbypassvorrichtung (42, 43, 44) auf der Grundlage der Informationen steuert, wie sie von der Informationserkennungsvorrichtung erkannt werden.
  10. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (70) die Heizvorrichtung (50) so steuert, dass das Wärmetauschermedium erwärmt wird, wenn die Informationserkennungsvorrichtung Informationen hinsichtlich eines Mangels einer benötigten Wärmemenge erkennt.
  11. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverwendungsvorrichtung (60) eine Heizvorrichtung ist, welche einen Heizvorgang durch Wärmeaustausch mit dem Wärmetauschermedium durchführt.
  12. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (70) die Heizvorrichtung (50) derart steuert, dass das Wärmetauschermedium erwärmt wird, wenn die Informationserkennungsvorrichtung Informationen hinsichtlich eines Überschusses der benötigten Wärmemenge erkennt.
  13. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (70) dafür ausgelegt ist, die Kühlbypassvorrichtung (42, 43, 44) so zu steuern, dass die Kühlvorrichtung (40) in den geschlossenen Kreislauf (22) eingebracht wird, wenn die Informationserkennungsvorrichtung eine Information bezüglich eines Überschusses einer benötigten Wärmemenge erkennt und dass die Heizvorrichtung (50) so gesteuert wird, dass das Wärmetauschermedium nicht erwärmt wird.
  14. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (70) die Kühlbypassvorrichtung (42, 43, 44) so steuert, dass der geschlossene Kreislauf (22) die Kühlvorrichtung (40) vor dem Erwärmen des Wärmetauschermediums durch die Heizvorrichtung (50) umgeht, wenn die Informationserkennungsvorrichtung Informationen bezüglich eines Mangels einer benötigten Wärmemenge erkennt, wobei die Kühlbypassvorrichtung (42, 43, 44) so gesteuert wird, dass die Kühlvorrichtung (40) in den geschlossenen Kreislauf (22) eingebracht wird.
  15. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 bis 9 und 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverwendungsvorrichtung (60) eine Heizvorrichtung ist, welche einen Heizvorgang durch Wärmeaustausch mit dem Wärmetauschermedium durchführt.
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