DE102008038083A1

DE102008038083A1 - Fuel cell system for hybrid vehicle, has fresh air system with switching device switching air inlets such that fresh air is entered into end positions of device via inlets in fresh air system, respectively, during operation of cell system

Info

Publication number: DE102008038083A1
Application number: DE102008038083A
Authority: DE
Inventors: Johannes Hummel; Ralf Dipl.-Ing. Nüßle (FH)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-08-16
Filing date: 2008-08-16
Publication date: 2009-04-02

Abstract

The system (4) has a fuel cell (5) generating electrical current from anode and cathode gases. A fresh air system (3) supplies fresh air acting as the cathode gas to the cell and has an air inlet (8) spaced from an air inlet (6) such that an inlet hole (9) of the inlet (8) is turned away by a radiator grill (15) and/or a heat source (20) arranged in an aggregate area (2) is turned. The air system has a switching device (21) switching the inlets such that the air is entered into end positions of the device via the inlets in the air system, respectively, during operation of the system (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem in einem Kraftfahrzeug sowie ein mit einem solchen Brennstoffzellensystem ausgestattetes Kraftfahrzeug.The The present invention relates to a fuel cell system in one Motor vehicle and a with such a fuel cell system equipped motor vehicle.

Ein Brennstoffzellensystem umfasst üblicherweise zumindest eine Brennstoffzelle zum Generieren von elektrischem Strom aus Anodengas und Kathodengas. Zum Zuführen von als Kathodengas dienender Frischluft zur Brennstoffzelle ist eine Frischluftanlage vorgesehen, die einen Lufteinlass aufweist. Dieser kann zweckmäßigerweise in einem frontseitigen Aggregateraum des Fahrzeugs so angeordnet sein, dass eine Einlassöffnung des Lufteinlasses einem Kühlergrill des Fahrzeugs zugewandt ist, der in üblicher Weise den Aggregateraum frontseitig begrenzt.One Fuel cell system usually includes at least a fuel cell for generating electric current from anode gas and cathode gas. For supplying cathode gas Fresh air to the fuel cell is provided a fresh air system, which has an air inlet. This can usefully arranged in a front-side unit space of the vehicle so be that an inlet opening of the air inlet one Grille of the vehicle faces, in the usual The front of the unit room is limited.

Es hat sich gezeigt, dass mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattete Fahrzeuge, insbesondere Brennstoffzellenfahrzeuge, in winterlicher Umgebung der Gefahr ausgesetzt sind, dass sich ein in der Frischluftanlage angeordnetes Luftfilter bzw. ein das Luftfilter aufnehmender Luftfilterkasten mit Schnee zusetzt. Dies kann soweit führen, dass nicht mehr ausreichend Luft durch das Luftfilter zu einem in der Frischluftanlage angeordneten Verdichter des Brennstoffzellensystems gelangt, der die Brennstoffzelle mit Kathodengas bzw. mit Frischluft versorgt. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass Schnee, der sich im Luftfilter bzw. im Luftfilterkasten festgesetzt hat, zum Beispiel über Nacht anfrieren kann, wodurch das Luftfilter noch weiter zugesetzt wird. Im Extremfall kann ein Start, insbesondere ein Kaltstart oder Gefrierstart, des Brennstoffzellensystems bzw. des damit ausgestatteten Brennstoffzellenfahrzeugs nicht mehr durchgeführt werden.It has been shown to be equipped with a fuel cell system Vehicles, in particular fuel cell vehicles, in a wintry environment are exposed to the risk of being in the fresh air system arranged air filter or an air filter receiving air filter box added with snow. This can lead to the point that nothing more sufficient air through the air filter to one in the fresh air system arranged compressor of the fuel cell system passes, the the fuel cell supplied with cathode gas or fresh air. About that In addition, there is a risk that snow that is in the air filter or in the air filter box, for example, over Freeze overnight, adding even more to the air filter becomes. In extreme cases, a start, especially a cold start or Freeze start, the fuel cell system or the so-equipped Fuel cell vehicle are no longer performed.

Bei einem Brennstoffzellenfahrzeug handelt es sich in vorliegendem Zusammenhang um ein Fahrzeug, das zum Erzeugen der Vortriebsleistung zumindest einen Elektromotor aufweist, dessen elektrische Energie mit Hilfe des Brennstoffzellensystems bereitgestellt wird. Ein derartiges Brennstoffzellenfahrzeug weist regelmäßig keine Brennkraftmaschine auf. Ein Brennstoffzellenfahrzeug unterscheidet sich somit von einem Hybridfahrzeug, das zum Vortrieb einen Verbrennungsmotor sowie zumindest einen Elektromotor aufweist. Dabei kann auch ein Hybridfahrzeug grundsätzlich mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattet sein, um elektrische Energie, zum Beispiel zum Versorgen des wenigstens einen Elektromotors bereitzustellen.at A fuel cell vehicle is in the present context to a vehicle that is at least for generating the propulsion power having an electric motor whose electrical energy with the help the fuel cell system is provided. Such a thing Fuel cell vehicle has no regular Internal combustion engine. A fuel cell vehicle is different thus by a hybrid vehicle, which drives a combustion engine and at least one electric motor. It can also be a Hybrid vehicle basically with a fuel cell system be equipped to provide electrical energy, for example to supply to provide the at least one electric motor.

Abgesehen von Brennstoffzellenfahrzeugen und Hybridfahrzeugen können Brennstoffzellensysteme auch bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschine zum Einsatz kommen, beispielsweise als Hilfsstromquelle oder als ausschließliche Stromquelle zum Versorgen elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs sowie zum Aufladen einer Batterie des Fahrzeugs.apart of fuel cell vehicles and hybrid vehicles Fuel cell systems also in conventional motor vehicles come with internal combustion engine used, for example as an auxiliary power source or as an exclusive power source for supplying electrical power Consumer of the vehicle and to charge a battery of Vehicle.

Aus der DE 100 53 149 A1 ist ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bekannt. Das bekannte Ansaugsystem weist einen ersten Frischlufteinlass, der an einer zu Ansaugung günstigen Stelle im Kraftfahrzeug angeordnet ist, sowie einen zweiten Frischlufteinlass auf, der an einer für Spritz- und Schlagwasser geschützten Stelle angeordnet ist. Beide Frischlufteinlässe münden in eine gemeinsame Leitung, die mit der Brennkraftmaschine kommunizierend verbunden ist. Im ersten Frischlufteinlass ist ein Feuchtigkeitssensor angeordnet, der beim Eintreten von Wasser in den ersten Frischlufteinlass ein Signal aussendet, das einen Hubmagneten zum Bewegen einer Klappe aktiviert. Diese Klappe verschließt in einer ersten Schaltstellung den zweiten Frischlufteinlass, wodurch keine Luft vom zweiten Frischlufteinlass in die gemeinsame Leitung gelangt. In einer zweiten Schaltstellung verschließt die Klappe den ersten Frischlufteinlass, wodurch Frischluft ausschließlich durch den zweiten Frischlufteinlass in die gemeinsame Leitung gelangt.From the DE 100 53 149 A1 An intake system for an internal combustion engine of a motor vehicle is known. The known intake system has a first fresh air inlet, which is arranged at a location favorable for intake in the motor vehicle, and a second fresh air inlet, which is arranged at a protected area for injection and impact water. Both fresh air inlets open into a common line which communicates with the internal combustion engine. In the first fresh air inlet, a humidity sensor is arranged, which emits a signal when entering water in the first fresh air inlet, which activates a solenoid for moving a flap. This flap closes the second fresh air inlet in a first switching position, whereby no air from the second fresh air inlet enters the common line. In a second switching position, the flap closes the first fresh air inlet, whereby fresh air passes exclusively through the second fresh air inlet into the common line.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art bzw. für ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass auch für einen Betrieb in winterlicher Umgebung eine hinreichende Versorgung mit Frischluft gewährleistet ist.The The present invention addresses the problem of for a fuel cell system of the type mentioned or for a vehicle equipped therewith an improved Specify embodiment, which is characterized in particular that also stands out for a wintry environment Ensures a sufficient supply of fresh air is.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This Problem is inventively by the objects of the independent claims. advantageous Embodiments are the subject of the dependent Claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Frischluftanlage des Brennstoffzellensystems mit wenigstens zwei Lufteinlässen auszustatten, nämlich mit einem ersten Lufteinlass und einem zweiten Lufteinlass, wobei der erste Lufteinlass konventionell auf einen Kühlergrill des Fahrzeugs ausgerichtet ist, während der zweite Lufteinlass auf eine Wärmequelle des Fahrzeugs ausgerichtet ist. Mittels einer geeigneten Schalteinrichtung kann die Frischluft durch den ersten Lufteinlass, also vom Kühlergrill oder durch den zweiten Lufteinlass, also von der Wärmequelle in die Frischluftanlage eintreten. Bei einer Ansaugung von Frischluft über den der Wärmequelle zugewandten zweiten Lufteinlass ist die Gefahr, dass Schnee in die Frischluftanlage eintritt und dort ein gegebenenfalls vorhandenes Luftfilter zusetzt, erheblich reduziert. Um jedoch bei hohen Umgebungstemperaturen eine Überhitzung des Brennstoffzellensystems zu vermeiden, kann die Frischluft außerdem bzw. alternativ über den ersten Lufteinlass eintreten, der die Frischluft am Kühlergrill abgreift, also bei Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs dem Fahrwind entnimmt.The invention is based on the general idea of equipping the fresh air system of the fuel cell system with at least two air inlets, namely with a first air inlet and a second air inlet, wherein the first air inlet is conventionally aligned with a radiator grille of the vehicle, while the second air inlet to a heat source of the vehicle is aligned. By means of a suitable switching device, the fresh air through the first air inlet, so enter from the radiator grille or through the second air inlet, so from the heat source in the fresh air system. When fresh air is drawn in via the second air inlet facing the heat source, the risk of snow entering the fresh air system and adding an optional air filter there is considerably reduced. However, in order to avoid overheating of the fuel cell system at high ambient temperatures, the In addition, fresh air also or alternatively enter via the first air inlet, which picks up the fresh air on the radiator grille, that is, when driving forward the vehicle takes the driving wind.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the Subclaims, from the drawings and from the associated Description of the figures with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in each case specified combination, but also in other combinations or can be used in isolation, without the scope of the present To leave invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.preferred Embodiments of the invention are in the drawings and will become more apparent in the following description explained, wherein the same reference numerals to the same or similar or functionally identical components relate.

Es zeigen, jeweils schematischIt show, each schematically

1 und 2 jeweils eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Fahrzeugs im Bereich eines Brennstoffzellensystems, bei unterschiedlichen Schaltstellungen einer Schalteinrichtung, 1 and 2 in each case a greatly simplified, schematic diagram of a vehicle in the area of a fuel cell system, with different switching positions of a switching device,

3 und 4 Ansichten wie in den 1 und 2, jedoch bei einer anderen Ausführungsform der Schalteinrichtung, 3 and 4 Views like in the 1 and 2 but in another embodiment of the switching device,

5 und 6 jeweils eine stark vereinfachte Schnittansicht im Bereich einer Frischluftanlage des Brennstoffzellensystems entsprechend Schnittlinien V in 1 bzw. Schnittlinien VI in 3. 5 and 6 in each case a greatly simplified sectional view in the region of a fresh air system of the fuel cell system according to section lines V in 1 or section lines VI in 3 ,

Entsprechend den 1–4 umfasst ein hier nur in einem Frontbereich dargestelltes Kraftfahrzeug 1 einen frontseitigen Aggregateraum 2, in dem zumindest eine Frischluftanlage 3 eines im Übrigen nicht dargestellten Brennstoffzellensystems 4 angeordnet ist. Beim Fahrzeug 1 kann es sich um ein herkömmliches Kraftfahrzeug handeln, das zum Erzeugen der Vortriebsleistung ausschließlich mit einer Brennkraftmaschine ausgestattet ist. Alternativ kann es sich um ein Brennstoffzellenfahrzeug handeln, das zum Erzeugen der Vortriebsleistung ausschließlich mit wenigstens einem Elektromotor ausgestattet ist, wobei das Brennstoffzellensystem 4 die elektrische Energie zum Betreiben des Elektromotors bereitstellt. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, das Kraftfahrzeug 1 als Hybridfahrzeug auszugestalten, das sowohl eine Brennkraftmaschine als auch wenigstens einen Elektromotor aufweist.According to the 1 - 4 includes a motor vehicle shown here only in a front area 1 a frontal aggregate space 2 in which at least one fresh air system 3 an otherwise not shown fuel cell system 4 is arranged. At the vehicle 1 it may be a conventional motor vehicle, which is equipped to generate the propulsion power exclusively with an internal combustion engine. Alternatively, it may be a fuel cell vehicle, which is equipped to generate the propulsion power exclusively with at least one electric motor, wherein the fuel cell system 4 provides the electrical energy for operating the electric motor. Likewise, it is possible in principle, the motor vehicle 1 to design as a hybrid vehicle having both an internal combustion engine and at least one electric motor.

Das Brennstoffzellensystem 4 weist zumindest eine hier durch einen mit unterbrochener Linie dargestellten Rahmen symbolisierte Brennstoffzelle 5 auf, mit deren Hilfe aus einem Anodengas und einem Kathodengas elektrischer Strom generiert werden kann. Als Kathodengas wird dabei üblicherweise Frischluft verwendet, die der Brennstoffzelle 5 über die Frischluftanlage 3 zugeführt wird. Als Anodengas kann ein Wasserstoffgas enthaltendes Brenngas verwendet werden. Dieses Brenngas kann im Fahrzeug 1 bevorratet sein. Des Weiteren ist es grundsätzlich möglich, dass dieses Brenngas innerhalb des Brennstoffzellensystems 4 generiert wird, beispielsweise durch Reformierung eines Kohlenwasserstoff-Kraftstoffs, wie zum Beispiel Diesel, Benzin etc. Hierzu kann das Brennstoffzellensystem 4 mit einem entsprechenden Reformer ausgestattet sein.The fuel cell system 4 has at least one fuel cell symbolized here by a frame shown with a broken line 5 on, by means of which an electric current can be generated from an anode gas and a cathode gas. As a cathode gas while fresh air is usually used, that of the fuel cell 5 over the fresh air system 3 is supplied. As the anode gas, a fuel gas containing hydrogen gas may be used. This fuel gas can be in the vehicle 1 be stored. Furthermore, it is basically possible that this fuel gas within the fuel cell system 4 is generated, for example, by reforming a hydrocarbon fuel, such as diesel, gasoline, etc. For this purpose, the fuel cell system 4 be equipped with an appropriate reformer.

Die Frischluftanlage 3 weist einen ersten Lufteinlass 6 mit einer zugehörigen ersten Einlassöffnung 7 sowie einen zweiten Lufteinlass 8 mit einer zugehörigen zweiten Einlassöffnung 9 auf. Die beiden Lufteinlässe 6, 8 führen zu einer gemeinsamen Frischluftleitung 10, die zur Brennstoffzelle 5 führt. Die Frischluftleitung 10 enthält im gezeigten Beispiel eine Luftfiltereinrichtung 11 mit einem Gehäuse 12, in dem ein Filterelement 13, das so genannte Luftfilter, angeordnet ist. Des Weiteren enthält die Frischluftleitung 10 hier eine Fördereinrichtung 14 zum Antreiben der Frischluft, um diese der Brennstoffzelle 5 zuzuführen. Gleichzeitig bewirkt die Fördereinrichtung 14 eine Ansaugung der Frischluft über die Lufteinlässe 6, 8. Im Beispiel handelt es sich bei der Fördereinrichtung 14 um einen Verdichter.The fresh air system 3 has a first air inlet 6 with an associated first inlet opening 7 and a second air inlet 8th with an associated second inlet opening 9 on. The two air inlets 6 . 8th lead to a common fresh air line 10 leading to the fuel cell 5 leads. The fresh air line 10 contains in the example shown an air filter device 11 with a housing 12 in which a filter element 13 , the so-called air filter, is arranged. Furthermore, the fresh air line contains 10 here a conveyor 14 for driving the fresh air to that of the fuel cell 5 supply. At the same time, the conveyor causes 14 a suction of fresh air through the air inlets 6 . 8th , In the example, it is the conveyor 14 around a compressor.

Die Frischluftanlage 3 ist hier im frontseitigen Aggregateraum 2 des Fahrzeugs 1 untergebracht, der frontseitig durch einen Kühlergrill 15 begrenzt ist, der in eine Frontwand 16 des Fahrzeugs 1 integriert ist. Außerdem sind Vorderräder 17 des Fahrzeugs 1 sowie eine Fahrtrichtung 18 bei Vorwärtsfahrt angedeutet.The fresh air system 3 is here in the front aggregate space 2 of the vehicle 1 housed, the front by a grille 15 is limited, in a front wall 16 of the vehicle 1 is integrated. There are also front wheels 17 of the vehicle 1 as well as a direction of travel 18 indicated when driving forward.

Der erste Lufteinlass 6 ist im Aggregateraum 2 so angeordnet, dass seine Einlassöffnung 7 dem Kühlergrill 15 zugewandt ist. Hierdurch ist der erste Lufteinlass 6 auf den Kühlergrill 15 ausgerichtet. Im Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1 kann somit entsprechend einem Pfeil 19 Frischluft aus dem so genannten Fahrtwind durch die erste Einlassöffnung 7 und über den ersten Lufteinlass 6 in die Frischluftleitung 10 gelangen. Im Unterschied dazu ist der zweite Lufteinlass 8 im Aggregateraum 2 so angeordnet, dass zum einen der zweite Lufteinlass 8 vom ersten Lufteinlass 6 beabstandet ist und dass zum anderen die Einlassöffnung 9 des zweiten Lufteinlasses 8 einer im Aggregateraum 2 angeordneten Wärmequelle 20 zugewandt ist. Bei der durch eine unterbrochene Linie angedeuteten Wärmequelle 20 kann es sich beispielsweise um eine Brennkraftmaschine des Fahrzeugs 1 handeln. Ebenso kann es sich um einen Reformer des Brennstoffzellensystems 4 handeln. Des Weiteren kann es sich bei der Wärmequelle 20 auch um die Brennstoffzelle 5 selbst handeln. Ebenso sind andere Aggregate des Fahrzeugs 1 zur Verwendung als Wärmequelle 20 denkbar, die im Betrieb des Fahrzeugs 1 bzw. des Brennstoffzellensystems 4 warm werden. Beispielsweise ein Abgasturbolader und/oder Abgasreinigungseinrichtungen, wie zum Beispiel Katalysatoren.The first air intake 6 is in the aggregate room 2 arranged so that its inlet opening 7 the grille 15 is facing. This is the first air intake 6 on the grille 15 aligned. While driving the vehicle 1 can thus according to an arrow 19 Fresh air from the so-called wind through the first inlet opening 7 and over the first air intake 6 into the fresh air line 10 reach. In contrast, the second air intake 8th in the aggregate room 2 arranged so that, on the one hand, the second air inlet 8th from the first air intake 6 is spaced and that on the other hand, the inlet opening 9 the second air intake 8th one in the aggregate room 2 arranged heat source 20 is facing. When indicated by a broken line heat source 20 For example, it may be an internal combustion engine of the drive zeugs 1 act. Similarly, it may be a reformer of the fuel cell system 4 act. Furthermore, it can be at the heat source 20 also about the fuel cell 5 act yourself. Likewise, other units of the vehicle 1 for use as a heat source 20 conceivable in the operation of the vehicle 1 or the fuel cell system 4 to warm up. For example, an exhaust gas turbocharger and / or exhaust gas purification devices, such as catalysts.

Des Weiteren weist die Frischluftanlage 3 eine Schalteinrichtung 21 auf, mit deren Hilfe die beiden Lufteinlässe 6, 8 geschaltet werden können. Mit Hilfe der Schalteinrichtung 21 sind zumindest zwei Schaltstellungen einstellbar. In einer ersten Endstellung, die in den 1 und 3 dargestellt ist, ist jeweils der erste Lufteinlass 6 aktiviert, während der zweite Lufteinlass 8 deaktiviert ist, so dass Frischluft weitgehend oder ausschließlich durch den ersten Lufteinlass 6 in die Frischluftanlage 10 eintritt. In einer zweiten Endstellung, die in den 2 und 4 wiedergegeben ist, ist der erste Lufteinlass 6 deaktiviert, während der zweite Lufteinlass 8 aktiviert ist, so dass Frischluft im Betrieb des Brennstoffzellensystems 4 weitgehend oder ausschließlich durch den zweiten Lufteinlass 8 in die Frischluftanlage 3 eintritt. Des Weiteren ist es grundsätzlich möglich, die Schalteinrichtung 21 so auszugestalten, dass zumindest eine, insbesondere jedoch beliebig viele Zwischenstellungen einstellbar sind, so dass Frischluft quasi in beliebiger Aufteilung sowohl über den ersten Lufteinlass 6 als auch über den zweiten Lufteinlass 8 in die Frischluftanlage 3 eintreten kann.Furthermore, the fresh air system 3 a switching device 21 on, with whose help the two air inlets 6 . 8th can be switched. With the help of the switching device 21 At least two switch positions are adjustable. In a first end position, in the 1 and 3 is shown, is in each case the first air inlet 6 activated while the second air intake 8th is deactivated, allowing fresh air largely or exclusively through the first air inlet 6 in the fresh air system 10 entry. In a second end position, which in the 2 and 4 is the first air intake 6 disabled while the second air intake 8th is activated, allowing fresh air during operation of the fuel cell system 4 largely or exclusively through the second air inlet 8th in the fresh air system 3 entry. Furthermore, it is possible in principle, the switching device 21 in such a way that at least one, but in particular as many as desired intermediate positions are adjustable, so that fresh air virtually in any division both over the first air inlet 6 as well as the second air intake 8th in the fresh air system 3 can occur.

Durch die Bereitstellung der beiden verschiedenen Lufteinlässe 6, 8, deren Einlassöffnungen 7, 9 voneinander beabstandet sind, ergeben sich unterschiedliche Betriebsmöglichkeiten für die Frischluftanlage 3, die im Folgenden näher erläutert werden. Im Winter bzw. bei niedrigen Temperaturen ist es möglich, die Frischluft über den zweiten Lufteinlass 8 im Wesentlichen ausschließlich aus dem Inneren des Aggregateraums 2 anzusaugen. Die Gefahr eines Schneeeintrags in die Frischluftanlage 3 ist dadurch erheblich reduziert. Dies kann dadurch unterstützt werden, dass der zweite Lufteinlass 8 entgegen der Fahrtrichtung 18 des Fahrzeugs 1 orientiert ist, so dass die Frischluft in der Fahrtrichtung 18 in den zweiten Lufteinlass 8 eintritt. Im Unterschied dazu ist der erste Lufteinlass 6 in der gleichen Richtung orientiert wie die Fahrtrichtung 18. Folglich tritt die Frischluft entgegen der Fahrtrichtung 18 in den ersten Lufteinlass 6 ein. Die Lufteinlässe 6, 8 sind hier jeweils parallel zur Fahrtrichtung 18 ausgerichtet.By providing the two different air intakes 6 . 8th whose inlet openings 7 . 9 spaced apart, there are different operating options for the fresh air system 3 , which are explained in more detail below. In winter or at low temperatures it is possible to supply the fresh air via the second air inlet 8th essentially exclusively from the interior of the aggregate space 2 to suck. The risk of snow entering the fresh air system 3 is considerably reduced. This can be assisted by having the second air intake 8th against the driving direction 18 of the vehicle 1 is oriented so that the fresh air in the direction of travel 18 in the second air intake 8th entry. In contrast, the first air intake 6 oriented in the same direction as the direction of travel 18 , Consequently, the fresh air enters the direction of travel 18 in the first air intake 6 one. The air inlets 6 . 8th are here each parallel to the direction of travel 18 aligned.

Für den Sommer bzw. für hohe Umgebungstemperaturen ist es zweckmäßig, die Frischluft im Wesentlichen ausschließlich über den ersten Lufteinlass 6 anzusaugen. Für Übergangszeiten bzw. für mittlere Umgebungstemperaturen kann es zweckmäßig sein, Frischluft zum Teil aus dem Fahrtwind, also über den ersten Lufteinlass 6 und zum Teil aus dem Aggregateraum 2, also über den zweiten Lufteinlass 8 anzusaugen. Als Parameter zur Betätigung der Schalteinrichtung 21 eignet sich somit in erster Linie die Umgebungstemperatur. Alternativ oder kumulativ sind auch andere Parameter denkbar, in deren Abhängigkeit die Schalteinrichtung 21 betrieben werden kann. Denkbar sind beispielsweise eine Kühlmitteltemperatur bei einem hier nicht gezeigten Kühlkreis zum Kühlen heißer Komponenten des Brennstoffzellensystems 4 bzw. zum Kühlen der Brennkraftmaschine. Ein weiterer Parameter, der zum Schalten der Schalteinrichtung 21 grundsätzlich in Frage kommen kann, ist beispielsweise ein im Fahrzeug hinterlegtes bzw. von einer Fahrzeugsteuerung bereitgestelltes aktuelles Datum, wodurch die Jahreszeiten, insbesondere die Sommermonate und die Wintermonate erkennbar sind. Im Sommer kann beispielsweise ausschließlich der erste Lufteinlass 6 aktiviert sein. Im Winter ist dann ausschließlich der zweite Lufteinlass 8 aktiviert. Im Frühling und im Herbst können beispielsweise beide Lufteinlässe 6, 8 aktiviert sein, um einen Mischbetrieb zu realisieren.For the summer or for high ambient temperatures, it is expedient, the fresh air substantially exclusively via the first air inlet 6 to suck. For transitional periods or for medium ambient temperatures, it may be expedient to fresh air partly from the wind, that is, via the first air inlet 6 and partly from the aggregate room 2 , ie via the second air intake 8th to suck. As a parameter for the actuation of the switching device 21 Thus, the ambient temperature is suitable in the first place. Alternatively or cumulatively, other parameters are conceivable as a function of which the switching device 21 can be operated. Conceivable, for example, a coolant temperature in a cooling circuit not shown here for cooling hot components of the fuel cell system 4 or for cooling the internal combustion engine. Another parameter used to switch the switching device 21 can be considered in principle is, for example, a stored in the vehicle or provided by a vehicle control current date, whereby the seasons, especially the summer months and winter months are recognizable. In summer, for example, only the first air intake 6 be activated. In winter, then only the second air intake 8th activated. In spring and autumn, for example, both air intakes 6 . 8th be activated to realize a mixed operation.

Des Weiteren ist denkbar, bei einem Kaltstart des Brennstoffzellensystems 4 die Frischluft zunächst immer über den zweiten Lufteinlass 8 anzusaugen. Für den Fall, dass die Umgebungstemperatur auf einem vorbestimmten Temperaturniveau liegt, kann eine Umschaltung auf Frischluftansaugung über den ersten Lufteinlass 6 erfolgen, sobald das Brennstoffzellensystem 4 bzw. die Brennstoffzelle 5 ihre Betriebstemperatur erreicht hat.Furthermore, it is conceivable for a cold start of the fuel cell system 4 the fresh air always over the second air inlet 8th to suck. In the event that the ambient temperature is at a predetermined temperature level, a switch to fresh air intake via the first air inlet 6 take place once the fuel cell system 4 or the fuel cell 5 has reached its operating temperature.

Liegt die Umgebungstemperatur unterhalb des vorbestimmten Temperaturniveaus, bleibt der zweite Lufteinlass 8 aktiviert.If the ambient temperature is below the predetermined temperature level, the second air inlet remains 8th activated.

Bei niedrigen Außentemperaturen hat die Ansaugung relativ warmer Luft aus dem Aggregateraum 2 den zusätzlichen Vorteil, dass die angesaugte Luft nach dem Kompressor 14 eine höhere Endtemperatur erreicht als vergleichsweise kalte Luft, die über den ersten Lufteinlass 6 angesaugt werden könnte. Durch das erhöhte Temperaturniveau kann das Brennstoffzellensystem 4 rascher seine Betriebstemperatur erreichen. Des Weiteren kann das Brennstoffzellensystem 4 dadurch auch besser auf einem erhöhten Temperaturniveau betrieben werden, beispielsweise um Abwärme des Brennstoffzellensystems 4 zum Aufheizen eines Passagierraums oder eines beliebigen anderen Raums des Fahrzeugs 1 zu verwenden.At low outside temperatures, the intake has relatively warm air from the engine room 2 the added benefit of having the intake air after the compressor 14 a higher end temperature than comparatively cold air reaching over the first air inlet 6 could be sucked. Due to the increased temperature level, the fuel cell system 4 reach its operating temperature faster. Furthermore, the fuel cell system 4 thereby also be better operated at an elevated temperature level, for example, waste heat of the fuel cell system 4 for heating a passenger compartment or any other space of the vehicle 1 to use.

Darüber hinaus ist es grundsätzlich ebenso möglich, die Schalteinrichtung 21 zusätzlich oder alternativ in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 zu betätigen. Bei stehendem Fahrzeug und bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten, beispielsweise Schrittgeschwindigkeit oder bis 30 km/h oder bis 50 km/h kann vorgesehen sein, die Frischluft ausschließlich über den zweiten Lufteinlass 8 anzusaugen. Dieser zweite Lufteinlass 8 kann dadurch, dass er vom Kühlergrill 15 weggerichtet ist, ein verbessertes akustisches Verhalten aufweisen als der dem Kühlergrill 15 zugewandte erste Lufteinlass 6. Insbesondere kann eine Emission von Ansauggeräuschen der Fördereinrichtung 14 in die Umgebung reduziert werden, wenn die nach außen führende Luftstrecke durch Schließen des ersten Lufteinlasses 6 gesperrt ist. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten kann dann bei entsprechenden höheren Umgebungstemperaturen wieder zum ersten Lufteinlass 6 umgeschaltet werden. Zusätzlich oder alternativ zur geschwindigkeitsabhängigen Ansteuerung der Schalteinrichtung 21 kann auch eine leistungsabhängige Betätigung vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Leistung des Brennstoffzellensystems 4 und/oder des Verdichters 14 ausschlaggebend für die Betätigung der Schalteinrichtung 21 sein. Ferner lassen sich auch andere Parameter, wie zum Beispiel die Kompressordrehzahl oder eine Kombination von mehreren vorgenannten Parametern berücksichtigen. Die so modifizierte Frischluftanlage 3 bietet somit nicht nur für den Winterbetrieb, sondern auch hinsichtlich ihrer akustischen Eigenschaften eine Verbesserung.In addition, it is also possible in principle, the switching device 21 additionally or alternatively as a function of the driving speed of the vehicle 1 to press. When the vehicle is stationary and at low vehicle speeds, for example walking speed or up to 30 km / h or up to 50 km / h, the fresh air can be provided exclusively via the second air inlet 8th to suck. This second air intake 8th It can cause it from the grille 15 is directed away, have an improved acoustic behavior than that of the grille 15 facing first air intake 6 , In particular, an emission of Ansauggeräuschen the conveyor 14 be reduced to the environment when the outward leading air gap by closing the first air inlet 6 Is blocked. At higher vehicle speeds can then at corresponding higher ambient temperatures back to the first air inlet 6 be switched. Additionally or alternatively to the speed-dependent control of the switching device 21 can also be provided a power-dependent operation. For example, the performance of the fuel cell system 4 and / or the compressor 14 crucial for the operation of the switching device 21 be. Furthermore, other parameters, such as the compressor speed or a combination of several aforementioned parameters can be considered. The so modified fresh air system 3 thus offers an improvement not only for the winter operation, but also in terms of their acoustic properties.

Um die genannten unterschiedlichen Parameter zum Betätigen der Schalteinrichtung 21 entsprechend berücksichtigen zu können, kann entsprechend den 1 und 2 eine Steuerung 22 vorgesehen sein, die über eine entsprechende Steuerleitung 23 einen hier nicht dargestellten Stellantrieb zum Betätigen der Schalteinrichtung 21 ansteuert.To the mentioned different parameters for actuating the switching device 21 to be able to take account accordingly, can according to the 1 and 2 a controller 22 be provided, which has a corresponding control line 23 an actuator, not shown here for actuating the switching device 21 controls.

Bei der Ausführungsform der 3 und 4 ist als einfache Möglichkeit zum Steuern bzw. Regeln der Schalteinrichtung 21 ein Stellglied 24 vorgesehen, das eine Ventileinrichtung 25 temperaturabhängig antreibt. Beim Stellglied 24 kann es sich beispielsweise um eine Art Dehnstoffelement handeln, das beispielsweise bei Thermostaten von Kühlkreisen von Brennkraftmaschinen bekannt ist. Dieses Dehnstoffelement bzw. das Stellglied 24 ist im Luftpfad des ersten Lufteinlasses 6 angeordnet und befindet sich somit zwischen der ersten Einlassöffnung 7 und der Frischluftleitung 10. Bei niedriger Umgebungstemperatur wird das Stellglied 24 mit der kalten Umgebungsluft beaufschlagt. Dies führt dazu, dass das Stellglied 24 die Ventileinrichtung 25 so betätigt, dass der erste Lufteinlass 6 gesperrt wird, während der zweite Lufteinlass 8 geöffnet wird. Wird jedoch das Stellglied 24 mit einer erhöhten Temperatur beaufschlagt, verstellt es die Ventileinrichtung 25, bis es den zweiten Lufteinlass 8 sperrt und den ersten Lufteinlass 6 freigibt. Es ist klar, dass auch hier quasi beliebige Zwischenstellungen möglich sind.In the embodiment of the 3 and 4 is an easy way to control the switching device 21 an actuator 24 provided, which is a valve device 25 temperature-dependent drives. At the actuator 24 it may, for example, be a kind of expansion element which is known, for example, in thermostats of cooling circuits of internal combustion engines. This expansion element or the actuator 24 is in the air path of the first air intake 6 arranged and is thus located between the first inlet opening 7 and the fresh air line 10 , At low ambient temperature, the actuator becomes 24 subjected to the cold ambient air. This causes the actuator 24 the valve device 25 so actuated that the first air intake 6 is locked while the second air intake 8th is opened. But becomes the actuator 24 subjected to an elevated temperature, it adjusts the valve device 25 until there is the second air intake 8th locks and the first air intake 6 releases. It is clear that here also almost any intermediate positions are possible.

Die 5 und 6 zeigen besondere Ausführungsformen der Frischluftanlage 3 im Bereich der Filtereinrichtung 11. Bei diesen Ausführungsformen ist das jeweilige Filterelement 13 im Filtergehäuse 12 so angeordnet, dass es einen unten liegenden Rohraum 26 von einem oben liegenden Reinraum 27 trennt. In der Folge muss die Frischluft von unten nach oben, also entgegen der Schwerkraft 28 durch das Filterelement 13 strömen. Dies hat den Vorteil, dass sich Schmutz und Nässe nicht auf dem Filterelement 13 ablegen können, sondern vom Filterelement 13 nach unten fallen. In der Folge kann die Gefahr einer Verstopfung des Filterelements 13 reduziert werden. Die Darstellung der 5 und 6 unterscheiden sich durch die unterschiedlichen Ausführungsformen der Schalteinrichtung 21. 5 zeigt die Variante der 1 und 2, bei welcher die Schalteinrichtung 21 exemplarisch eine Klappe 29 aufweist. Im Unterschied dazu zeigt 6 die Variante der 3 und 4, bei welcher die Schalteinrichtung 21 eine Ventileinrichtung 25 aufweist. In 5 ist außerdem ein Stellantrieb 30 zum Betätigen der Schalteinrichtung 21 bzw. der Klappe 29 angedeutet.The 5 and 6 show particular embodiments of the fresh air system 3 in the field of filter device 11 , In these embodiments, the respective filter element 13 in the filter housing 12 arranged so that there is a bottom space 26 from an overhead clean room 27 separates. As a result, the fresh air from bottom to top, ie contrary to gravity 28 through the filter element 13 stream. This has the advantage that dirt and moisture are not on the filter element 13 can drop, but from the filter element 13 fall down. As a result, the risk of clogging of the filter element 13 be reduced. The presentation of the 5 and 6 differ by the different embodiments of the switching device 21 , 5 shows the variant of 1 and 2 in which the switching device 21 exemplarily a flap 29 having. In contrast, shows 6 the variant of 3 and 4 in which the switching device 21 a valve device 25 having. In 5 is also an actuator 30 for actuating the switching device 21 or the flap 29 indicated.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10053149 A1 [0006]

Claims

Fuel cell system in a motor vehicle ( 1 ), - with at least one fuel cell ( 5 ) for generating electric current from anode gas and cathode gas, - with a fresh air system ( 3 ) for supplying fresh gas serving as cathode gas to the fuel cell ( 5 ), - whereby the fresh air system ( 3 ) a first air intake ( 6 ), which in a front-side aggregate space ( 2 ) of the vehicle ( 1 ) is arranged so that an inlet opening ( 7 ) of the first air intake ( 6 ) a radiator grille ( 15 ) of the vehicle ( 1 ) facing the aggregate space ( 2 ) at the front, - whereby the fresh air system ( 3 ) a second air inlet ( 8th ) spaced from the first air inlet (US Pat. 6 ) in the equipment room ( 2 ) is arranged so that an inlet opening ( 9 ) of the second air intake ( 8th ) from the radiator grille ( 15 ) and / or one in the aggregate space ( 2 ) arranged heat source ( 20 ), - wherein the fresh air system ( 3 ) a switching device ( 21 ) for switching the two air inlets ( 6 . 8th ) such that during operation of the fuel cell system ( 4 ) Fresh air in a first end position of the switching device ( 21 ) through the first air inlet ( 6 ) and in a second end position of the switching device ( 21 ) through the second air inlet ( 8th ) in the fresh air system ( 3 ) entry.

Motor vehicle, in particular fuel cell vehicle, with a fuel cell system ( 4 ) according to claim 1.