DE102013003670A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2) zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (3) mit zumindest einer Brennstoffzelle (4), wobei eine Temperieranordnung (5) zur Temperierung der Brennstoffzelle (4) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist eine autarke Energieerzeugungsanlage (6) zur Erzeugung von Energie aus solarer Sonnenstrahlung vorgesehen, wobei die Energieerzeugungsanlage (6) mit der Temperieranordnung (5) gekoppelt und die Temperieranordnung (5) mit der Energie versorgbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug (1), umfassend ein Brennstoffzellensystem (3) und eine solche Vorrichtung (2) zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (3) sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (3).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit zumindest einer Brennstoffzelle, wobei eine Temperieranordnung zur Temperierung der Brennstoffzelle vorgesehen ist.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit zumindest einer Brennstoffzelle, wobei die Brennstoffzelle mittels einer Temperieranordnung temperiert wird.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, umfassend ein Brennstoffzellensystem und eine Vorrichtung zum Betrieb desselben.
  • Aus dem Stand der Technik sind allgemein Brennstoffzellensysteme bekannt, welche eine oder mehrere Brennstoffzellen umfassen, die mit Sauerstoff und Wasserstoff oder einem wasserstoffreichen Gas und Luft betrieben wird oder werden. Als Nebenprodukt der chemischen Reaktion dieser Ausgangsstoffe zur Erzeugung elektrischer Energie entsteht Wasser, welches sich in Bereichen des Brennstoffzellensystems ablagern kann. Insbesondere bei Temperaturen unterhalb von 0°C kann es durch Gefrieren des Wassers zu Einschränkungen des Betriebs der Brennstoffzellen sowie zu deren Beschädigung oder Zerstörung kommen. Ferner wirken sich auch zu hohe Temperaturen negativ auf den Betrieb derartiger Brennstoffzellensysteme aus.
  • Aus der DE 10 2008 058 959 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einer Brennstoffzelle und einer Anodenrezirkulationseinrichtung mit einer Rezirkulationsfördereinrichtung und einem Ablassventil bekannt, wobei die Rezirkulationsfördereinrichtung während einer nach einem Abstellen des Brennstoffzellensystems startenden Abschaltprozedur zeitweise bei geöffnetem Ablassventil weiter betrieben wird. Im Bereich der Rezirkulationsfördereinrichtung ist eine Wärmequelle vorgesehen, durch welche während der Abschaltprozedur und während eines Systemstarts zeitweise eine Beheizung erfolgt. Bei der Wärmequelle handelt es sich um eine elektrische Heizeinrichtung oder alternativ um einen Wärmetauscher, welche aus Abwärme oder Restwärme gewonnene Wärmeenergie während der Abschaltprozedur und während des Systemstarts zur Verfügung stellt. Weiterhin ist eine Verwendung des Verfahrens zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug beschrieben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems und ein Fahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem anzugeben.
  • Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Fahrzeugs durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Vorrichtung zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit zumindest einer Brennstoffzelle umfasst eine Temperieranordnung zur Temperierung der Brennstoffzelle. Erfindungsgemäß ist eine autarke Energieerzeugungsanlage zur Erzeugung von Energie aus solarer Sonnenstrahlung vorgesehen, wobei die Energieerzeugungsanlage mit der Temperieranordnung gekoppelt und die Temperieranordnung mit der erzeugten Energie versorgbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit in besonders vorteilhafter Weise einen von einem elektrischen Netz unabhängigen Betrieb der Temperieranordnung und somit stets eine optimierte Temperierung, d. h. eine optimierte Erwärmung oder Kühlung, der Brennstoffzelle. Auch ist der Betrieb der Temperieranordnung aufgrund der autarken Energieerzeugung in besonders vorteilhafter Weise während eines deaktivierten Zustands der Brennstoffzelle möglich, so dass diese auch in Standzeiten in unkritischen Temperaturzuständen gehalten werden oder in optimierte Temperaturzustände überführt werden kann. Somit sind eine Erhöhung der Lebensdauer der Brennstoffzelle und des gesamten Brennstoffzellensystems und die Realisierung einer konstanten Leistung des Brennstoffzellensystems möglich.
  • In einer Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die autarke Energieerzeugungsanlage zumindest einen thermischen Solarkollektor, welcher mit einem, ein Wärmeleitmedium führenden und thermisch mit der Brennstoffzelle gekoppelten Fluidkreislauf der Temperieranordnung gekoppelt ist. Der Solarkollektor ermöglicht die Erwärmung des Wärmeleitmediums mittels der aus der solaren Sonnenstrahlung erzeugten Energie und damit eine Erwärmung der Brennstoffzelle, insbesondere wenn diese sich in einem deaktivierten Zustand befindet. Somit wird bei Temperaturen unterhalb von 0°C auch im deaktivierten Betrieb der Brennstoffzelle ein Gefrieren von gegebenenfalls innerhalb der Brennstoffzelle abgelagertem Wasser sicher vermieden, so dass stets ein einwandfreier Betrieb der Brennstoffzelle sichergestellt ist.
  • Um eine an die jeweiligen Umgebungsbedingungen angepasste Temperierung der Brennstoffzelle zu ermöglichen umfasst die Temperieranordnung in einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Thermostat zur Steuerung oder Regelung eines Volumenstromes des Wärmeleitmediums innerhalb des Fluidkreislaufes.
  • Gemäß einer Weiterbildung umfasst die autarke Energieerzeugungsanlage zumindest eine Solarzelle zur Erzeugung elektrischer Energie. Die erzeugte elektrische Energie ist in vorteilhafter Weise zur Temperierung der Brennstoffzelle verwendbar. Zu diesem Zweck umfasst die Temperieranordnung geeignete Mittel zur Umwandlung der elektrischen Energie in Wärmeenergie. Diese Mittel umfassen insbesondere zumindest eine elektrisch betriebene Heizung, beispielsweise eine Widerstandsheizung, eine induktive oder kapazitive Heizung und andere geeignete Elektroheizungen. Auch umfasst die Temperieranordnung vorzugsweise Kühleinheiten zur Kühlung der Brennstoffzelle.
  • Insbesondere ist ferner zumindest ein elektrischer Speicher zur Speicherung mittels der Brennstoffzelle oder mittels einer Solarzelle der autarken Energieerzeugungsanlage erzeugter elektrischer Energie vorgesehen, wobei der elektrische Speicher mit der Temperieranordnung zur Temperierung der Brennstoffzelle gekoppelt ist. Somit kann während des Betriebs der Brennstoffzelle erzeugte überschüssige elektrische Energie und mittels der Solarzelle erzeugte elektrische Energie gespeichert werden und bei Bedarf zur Temperierung der Brennstoffzelle verwendet werden.
  • In einem Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit zumindest einer Brennstoffzelle wird die Brennstoffzelle mittels einer Temperieranordnung temperiert.
  • Erfindungsgemäß wird die Brennstoffzelle zumindest in einem deaktivierten Zustand temperiert, wobei mittels der Temperieranordnung in Abhängigkeit einer innerhalb des Brennstoffzellensystems vorhandenen Temperatur eine Temperatur der Brennstoffzelle automatisch eingestellt wird und eine zur Temperierung erforderliche Energie autark zumindest teilweise mittels einer Energieerzeugungsanlage aus solarer Sonnenstrahlung erzeugt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise einen von einem elektrischen Netz unabhängigen Betrieb der Temperieranordnung und somit stets eine optimierte automatische Temperierung, d. h. eine optimierte Erwärmung oder Kühlung, der Brennstoffzelle. Aufgrund der autarken Energieerzeugung ist der Betrieb der Temperieranordnung in besonders vorteilhafter Weise auch während des deaktivierten Zustands der Brennstoffzelle möglich, so dass diese auch in Standzeiten in unkritischen Temperaturzuständen gehalten werden oder in optimierte Temperaturzustände überführt werden kann. Somit sind eine Erhöhung der Lebensdauer der Brennstoffzelle und des gesamten Brennstoffzellensystems und die Realisierung einer konstanten Leistung des Brennstoffzellensystems möglich.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird mittels zumindest eines thermischen Solarkollektors der autarken Energieerzeugungsanlage ein in einem thermisch mit der Brennstoffzelle gekoppelten Fluidkreislauf geführtes Wärmeleitmedium erwärmt, so dass auch bei Temperaturen unterhalb von 0°C im deaktivierten Betrieb der Brennstoffzelle ein Gefrieren von gegebenenfalls innerhalb der Brennstoffzelle abgelagertem Wasser sicher vermieden und somit stets ein einwandfreier Betrieb der Brennstoffzelle sichergestellt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird mittels zumindest einer Solarzelle erzeugte elektrische Energie zur Temperierung der Brennstoffzelle verwendet. Somit ist eine elektrische Temperierung, d. h. Erwärmung oder Kühlung, der Brennstoffzelle möglich.
  • Insbesondere wird die elektrische Energie zumindest teilweise in einem elektrischen Speicher gespeichert, welche bei Bedarf zur Temperierung der Brennstoffzelle verwendet werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst ein Brennstoffzellensystem und eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betrieb des Brennstoffzellensystems. Aufgrund der Möglichkeit der stets angepassten Temperierung der Brennstoffzelle eignet sich das erfindungsgemäße Fahrzeug in besonders vorteilhafter Weise auch zur Anwendung in Gebieten mit niedrigen Umgebungstemperaturen, insbesondere unterhalb von 0°C, Gebieten mit hohen Umgebungstemperaturen und Gebieten mit hohen Temperaturschwankungen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs und
  • 2 schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 dargestellt. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems 3. Das Fahrzeug 1 umfasst in nicht näher dargestellter Weise zumindest eine elektrische Antriebseinheit, welche mit mittels einer Brennstoffzelle 4 erzeugter elektrischer Energie betrieben wird. Zu diesem Zweck umfasst das Fahrzeug 1 in nicht näher dargestellter Weise das Brennstoffzellensystem 3 und die Vorrichtung 2 zu dessen Betrieb.
  • Die Brennstoffzelle 4 wird mit Sauerstoff und Wasserstoff oder einem wasserstoffreichen Gas und Luft betrieben. Als Nebenprodukt der chemischen Reaktion dieser Ausgangsstoffe zur Erzeugung elektrischer Energie entsteht Wasser, welches sich in Bereichen des Brennstoffzellensystems ablagern kann. Um ein Gefrieren dieses Wassers bei Temperaturen unterhalb von 0°C zu vermeiden, umfasst die Vorrichtung 2 eine Temperieranordnung 5, mittels welcher eine Erwärmung der Brennstoffzelle 4 erfolgt. Da sich auch zu hohe Temperaturen negativ auf den Betrieb der Brennstoffzelle 4 auswirken, ist die Temperieranordnung 5 zusätzlich zur Kühlung der Brennstoffzelle 4 ausgebildet.
  • Zur Temperierung der Brennstoffzelle 4 umfasst die Vorrichtung 2 eine mit der Temperieranordnung 5 gekoppelte Energieerzeugungsanlage 6 zur Erzeugung von Energie aus solarer Sonnenstrahlung. Zur Erzeugung dieser Energie umfasst die Energieerzeugungsanlage 6 einen auf einem Dach des Fahrzeugs 1 angeordneten thermischen Solarkollektor 6.1 und eine aus mehreren Solarzellen gebildete Photovoltaik-Einheit 6.2.
  • Zur Erwärmung der Brennstoffzelle 4 bei niedrigen Temperaturen wird mittels des thermischen Solarkollektors 6.1 bei Tageslicht ein in einem thermisch mit der Brennstoffzelle 4 gekoppelten Fluidkreislauf 7 geführtes Wärmeleitmedium, beispielsweise Wasser, erwärmt und mittels einer Pumpe 8 im Fluidkreislauf 7 umgewälzt. Eine Aktivierung der Pumpe 8 erfolgt automatisch in Abhängigkeit einer Temperatur der Brennstoffzelle 4 mittels einer Steuereinheit 9. Zur Erfassung der Temperatur ist an einem Brennstoffzelleneingang 4.1, einem Brennstoffausgang 4.2 und am Brennstoffzellenstapel 4.3 jeweils eine Temperaturerfassungseinheit 10, 11, 12 angeordnet und über einen so genannten Temperaturkreis 13 mit der Steuereinheit 9 gekoppelt. Dabei wird eine Vergleichstemperatur zur Umgebungstemperatur mittels der Steuereinheit 9 mathematisch anhand der mittels der Temperaturerfassungseinheiten 10, 11, 12 erfassten Temperaturen ermittelt.
  • Zur Anpassung der Erwärmung an die jeweiligen Umgebungsbedingungen, insbesondere an die jeweilige Temperatur, ist ein Thermostat 14 zur Steuerung oder Regelung eines Volumenstromes des Wärmeleitmediums innerhalb des Fluidkreislaufes 7 vorgesehen. Zur Steuerung des Thermostats 14 ist dieses mit der Steuereinheit 9 gekoppelt. Das heißt, die Steuereinheit 9 steuert anhand einer Temperaturcharakteristik sowohl den Volumenstrom mittels des Thermostats 14 als auch den Betrieb der Pumpe 8.
  • Zur elektrischen Versorgung der Pumpe 8 ist diese in einem elektrischen Nebenkreis 15 angeordnet, welcher von einem elektrischen Hauptkreis 16 zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers 17, beispielsweise der Antriebseinheit, abgezweigt ist. Dabei werden die Steuereinheit 9, die Pumpe 8 und das Thermostat 14 mittels in mehreren elektrischen Speichern 18, 19 gespeicherter elektrischer Energie versorgt.
  • Die elektrische Energie wird mittels der mittels der Brennstoffzelle 4, wenn nicht die gesamte erzeugte Energie zum Betrieb der elektrischen Verbraucher 17 erforderlich ist, und mittels der Solarzellen der Photovoltaik-Einheit 6.2 erzeugt und innerhalb der elektrischen Speicher 18, 19 gespeichert. Bei den elektrischen Speichern 18, 19 handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um einen elektrischen Kondensator (= Speicher 18) und einen elektrochemischen Akkumulator (= Speicher 19). Alternativ oder zusätzlich können weitere elektrische Speicher, beispielsweise Kapazitoren, vorgesehen sein. Eine Steuerung oder Regelung der Speicherung und eine Aufteilung der Energie auf die Speicher 18, 19 erfolgt mittels der Steuereinheit 9.
  • Somit ist es möglich, dass während des Betriebs der Brennstoffzelle 4 und/oder mittels der Solarzellen erzeugte elektrische Energie zu speichern und in Zeitabschnitten abzugeben, in welchen die Brennstoffzelle 4 und/oder die Solarzellen der Photovoltaik-Einheit 6.2 inaktiv sind bzw. ist. Damit ist bei deaktivierter Brennstoffzelle 4 eine optimierte Temperierung derselben möglich, so dass diese stets betriebsbereit ist.
  • Zusätzlich ist es weiterhin möglich, dass die mittels der Brennstoffzelle 4 und/oder der Solarzellen erzeugte elektrische Energie unmittelbar, d. h. ohne Zwischenspeicherung, zur Temperierung der Brennstoffzelle 4 verwendet wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeug
    2
    Vorrichtung
    3
    Brennstoffzellensystem
    4
    Brennstoffzelle
    4.1
    Brennstoffzelleneingang
    4.2
    Brennstoffzellenausgang
    4.3
    Brennstoffzellenstapel
    5
    Temperieranordnung
    6
    Energieerzeugungsanlage
    6.1
    Solarkollektor
    6.2
    Photovoltaik-Anlage
    7
    Fluidkreislauf
    8
    Pumpe
    9
    Steuereinheit
    10
    Temperaturerfassungseinheit
    11
    Temperaturerfassungseinheit
    12
    Temperaturerfassungseinheit
    13
    Temperaturkreis
    14
    Thermostat
    15
    elektrischer Nebenkreis
    16
    elektrischer Hauptkreis
    17
    elektrischer Verbraucher
    18
    elektrischer Speicher
    19
    elektrischer Speicher
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008058959 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Vorrichtung (2) zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (3) mit zumindest einer Brennstoffzelle (4), wobei eine Temperieranordnung (5) zur Temperierung der Brennstoffzelle (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine autarke Energieerzeugungsanlage (6) zur Erzeugung von Energie aus solarer Sonnenstrahlung vorgesehen ist, wobei die Energieerzeugungsanlage (6) mit der Temperieranordnung (5) gekoppelt und die Temperieranordnung (5) mit der Energie versorgbar ist.
  2. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die autarke Energieerzeugungsanlage (6) zumindest einen thermischen Solarkollektor (6.1) umfasst, welcher mit einem, ein Wärmeleitmedium führenden und thermisch mit der Brennstoffzelle (4) gekoppelten Fluidkreislauf (7) der Temperieranordnung (5) gekoppelt ist.
  3. Vorrichtung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperieranordnung (5) ein Thermostat (14) zur Steuerung oder Regelung eines Volumenstromes des Wärmeleitmediums innerhalb des Fluidkreislaufes (7) umfasst.
  4. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die autarke Energieerzeugungsanlage (6) zumindest eine Solarzelle zur Erzeugung elektrischer Energie umfasst.
  5. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein elektrischer Speicher (18, 19) zur Speicherung mittels der Brennstoffzelle (4) oder mittels einer Solarzelle der autarken Energieerzeugungsanlage (6) erzeugter elektrischer Energie vorgesehen ist, wobei der elektrische Speicher (18, 19) mit der Temperieranordnung (5) zur Temperierung der Brennstoffzelle (4) gekoppelt ist.
  6. Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (3) mit zumindest einer Brennstoffzelle (4), wobei die Brennstoffzelle (4) mittels einer Temperieranordnung (5) temperiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (4) zumindest in einem deaktivierten Zustand temperiert wird, wobei mittels der Temperieranordnung (5) in Abhängigkeit einer innerhalb des Brennstoffzellensystems (3) vorhandenen Temperatur eine Temperatur der Brennstoffzelle (4) automatisch eingestellt wird, wobei eine zur Temperierung erforderliche Energie autark zumindest teilweise mittels einer Energieerzeugungsanlage (6) aus solarer Sonnenstrahlung erzeugt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest eines thermischen Solarkollektors (6.1) der autarken Energieerzeugungsanlage (6) ein in einem thermisch mit der Brennstoffzelle (4) gekoppelten Fluidkreislauf (7) geführtes Wärmeleitmedium erwärmt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest einer Solarzelle erzeugte elektrische Energie zur Temperierung der Brennstoffzelle (4) verwendet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie zumindest teilweise in einem elektrischen Speicher (18, 19) gespeichert wird.
  10. Fahrzeug (1), umfassend ein Brennstoffzellensystem (3) und eine Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015200356A1 (de) * 2015-01-13 2016-07-14 Robert Bosch Gmbh Solarthermisches Element zur Temperierung eines Batteriepacks bei gleichzeitiger Verminderung des Fahrzeugklimatisierungsbedarfs
DE102018210188A1 (de) 2018-06-22 2019-12-24 Audi Ag Kühlmittelregeneration mit Photovoltaik
CN112701330A (zh) * 2020-12-24 2021-04-23 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种基于环境温度的燃料电池氢能汽车的温度控制方法
DE102022121515A1 (de) 2022-08-25 2024-03-07 Audi Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008058959A1 (de) 2008-11-25 2010-05-27 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008058959A1 (de) 2008-11-25 2010-05-27 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015200356A1 (de) * 2015-01-13 2016-07-14 Robert Bosch Gmbh Solarthermisches Element zur Temperierung eines Batteriepacks bei gleichzeitiger Verminderung des Fahrzeugklimatisierungsbedarfs
DE102018210188A1 (de) 2018-06-22 2019-12-24 Audi Ag Kühlmittelregeneration mit Photovoltaik
CN112701330A (zh) * 2020-12-24 2021-04-23 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种基于环境温度的燃料电池氢能汽车的温度控制方法
CN112701330B (zh) * 2020-12-24 2022-08-19 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种基于环境温度的燃料电池氢能汽车的温度控制方法
DE102022121515A1 (de) 2022-08-25 2024-03-07 Audi Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug

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