DE102013020787A1

DE102013020787A1 - Brennstoffzellen-Kühlkreislauf, ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellen-Kühlkreislaufs

Info

Publication number: DE102013020787A1
Application number: DE102013020787.8A
Authority: DE
Inventors: Steffen Dehn; Ralf Höss; Christoph Koch
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen Brennstoffzellen-Kühlkreislauf bereit, der zumindest durch eine Pumpe (1), einen Brennstoffzellenstapel (2) und einen Kühler (4) gebildet wird, wobei eine Förderleitung (7a) die Pumpe (1) mit dem Brennstoffzellenstapel (2), eine Kühlerzuleitung (7b) den Brennstoffzellenstapel (2) mit dem Kühler (4) und eine Kühlerableitung (7d) den Kühler (4) mit der Pumpe (1) verbindet. Der Brennstoffzellen-Kühlkreislauf weist einen Ionentauscher (5) auf, der parallel zu der Pumpe (1) oder parallel zu dem Brennstoffzellenstapel (2) in einer Bypassleitung (7e) angeordnet ist, wobei in der Bypassleitung (7e) ein kühlmitteltemperaturabhängig betätigbares Sperrventil (6) stromaufwärts oder stromabwärts zu dem Ionentauscher (5) angeordnet ist. Ferner werden ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Kühlkreislauf unter kühlmitteltemperaturabhängigem Durchströmen eines Ionentauschers offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellen-Kühlkreislauf und ein Kraftfahrzeug, das zumindest einen Brennstoffzellenstapel als Energiequelle und zumindest einen Brennstoffzellen-Kühlkreislauf aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Kühlkreislauf unter kühlmitteltemperaturabhängigem Durchströmen eines Ionentauschers.
Das Kühlmittel in Brennstoffzellenkühlkreisläufen darf nicht elektrisch leitend sein. Um dies zu erreichen, wird in den Kühlkreislauf ein mit Ionenaustauscherharz gefüllter Ionentauscher integriert.
Aus dem in JP 2011 233 540 A zitierten Stand der Technik ist ein Kühlkreislauf bekannt, in dem das Kühlmittel über Kühlmittelleitungen von einer Pumpe gefördert durch einen Kühlmitteltank, einen Brennstoffzellenstapel und einen Wärmetauscher, wie z. B. einem Fahrzeugkühler, zirkuliert. Der Ionentauscher ist dort zwischen Pumpe und Brennstoffzellenstapel vorgesehen. Um den über den Ionentauscher auftretenden Druckverlust auszugleichen, wird eine Bypassleitung mit einem Durchflussregelungsventil parallel zu dem Ionentauscher installiert.
Der Betrieb von Ionenaustauscherharzen ist üblicherweise durch eine maximale Betriebstemperatur beschränkt, welche die unter der maximalen Betriebstemperatur des Brennstoffzellenkühlkreislaufs liegt. Daraus folgt, dass das Harz außerhalb des von den Lieferanten spezifizierten Temperaturbereichs betrieben wird. Dies kann zu einer beschleunigten Alterung oder einer verringerten Ionenaustauschkapazität führen.
Um dieses Problem zu lösen, beschreibt die JP 2011 233 540 A Brennstoffzellenkühlsystem, das neben einem Kühlkreislauf, der einen Kühlmitteltank, eine Pumpe, einen Brennstoffzellenstapel und einen Kühler umfasst, einen Sekundärkreislauf aufweist, der den Kühlmitteltank, eine weitere Pumpe und einen Kondensattank umfasst, wobei der Ionentauscher im Sekundärkreislauf zwischen Kondensattank und Kühlmitteltank vorgesehen ist, so dass der Ionentauscher unterhalb der maximalen Betriebstemperatur des Ionenaustauscherharzes betrieben werden kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen apparativ einfacheren Brennstoffzellen-Kühlkreislauf bereitzustellen, dessen Ionentauscher dennoch nicht bei Betriebstemperaturen oberhalb der maximalen Betriebstemperatur des Ionenaustauscherharzes betrieben wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Brennstoffzellen-Kühlkreislauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das zumindest einen Brennstoffzellenstapel mit einem Kühlkreislauf mit verbesserter Wirkweise hat.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Das Betreiben eines Brennstoffzellen-Kühlkreislauf unter Kühlmitteltemperatur abhängigem Durchströmen eines Ionentauschers, um den Betrieb des Ionentauschers oberhalb der maximalen Betriebstemperatur des Ionenaustauscherharzes zu vermeiden, wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 offenbart.
Weiterbildungen des Brennstoffzellen-Kühlkreislaufs und des Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.
Bei einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Kühlkreislauf verbindet eine Förderleitung eine Pumpe mit einem Brennstoffzellenstapel, von dem eine Kühlerzuleitung zu einem Kühler verläuft. Eine Kühlerableitung, die den Kühler mit der Pumpe verbindet, schließt den Kreislauf. Ein Ionentauscher, der dafür sorgt, dass das im Brennstoffzellen-Kühlkreislauf zirkulierende Kühlmittel nicht elektrisch leitend wird, ist erfindungsgemäß parallel zu der Pumpe oder parallel zu dem Brennstoffzellenstapel in einer Bypassleitung angeordnet, die entsprechend die Förderleitung mit der Kühlerableitung oder die Förderleitung mit der Kühlerzuleitung verbindet. Um einen Betrieb des Ionentauschers bei Kühlmitteltemperaturen oberhalb einer maximalen Betriebstemperatur des Ionentauscherharzes zu verhindern, ist in der Bypassleitung stromaufwärts oder stromabwärts zu dem Ionentauscher ein kühlmitteltemperaturabhängig betätigbares Sperrventil angeordnet, das ein Durchströmen des Ionentauschers durch Absperren der Bypassleitung verhindert, wenn die Kühlmitteltemperatur zu hoch wird. Dadurch wird der Betrieb des Ionentauscherharzes innerhalb des vom Hersteller spezifizierten Temperaturbereichs sichergestellt und somit auch ein Gewährleistungsanspruch gegenüber dem Lieferanten aufrechterhalten. Zudem wird die Lebensdauer des Ionentauscherharzes erhöht.
Vorteilhaft kann das Sperrventil kostengünstig einen Bimetall- oder einen Dehnstoff-Aktor zur kühlmitteltemperaturabhängigen Betätigung des Sperrventils aufweisen. Die Metalle des Bimetallelements bzw. der Dehnstoff werden in Abhängigkeit der für das Ionenaustauscherharz des Ionentauschers vorgegebenen oberen Betriebsgrenztemperatur des Kühlmittels ausgewählt. Das Sperrventil kann so ab einer Betriebsgrenztemperatur entsprechenden oder einer etwas darunter liegenden Temperatur des Kühlmittels in der Bypassleitung geschlossen und wieder geöffnet werden, wenn die Kühlmitteltemperatur wieder fällt. Für das Bimetallelement wird eine Metallkombination gewählt, die bei einer Temperatur, die der Betriebsgrenztemperatur entspricht oder etwas darunter liegt, für die reversible Verformung des Bimetallelements und damit die Betätigung des Sperrventils sorgt. Als Dehnstoff wird ein Material ausgewählt, das bei dieser Temperatur eine reversible Volumenänderung mit oder ohne Phasenwechsel erfährt, was zur Betätigung des Sperrventils genutzt wird. Dabei kann es sich beispielsweise um Öle, Wachs, (Hart-)Paraffin oder Metalle handeln.
In einer alternativen Ausführungsform, die eine präzisere und flexiblere Betätigung des Sperrventils in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur erlaubt, weist das Sperrventil einen elektrischen Aktuator und der Brennstoffzellen-Kühlkreislauf an einer beliebigen Stelle einen Sensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur auf. Zur Ansteuerung des Sperrventils verbindet eine Steuereinheit den Sensor mit dem elektrischen Aktuator. Der Sensor kann an einer beliebigen Stelle des Brennstoffzellen-Kühlkreislaufs angeordnet werden, da ein Zusammenhang der Kühlmitteltemperaturen an jeder Stelle des Brennstoffzellen-Kühlkreislaufs mit der Kühlmitteltemperatur in dem Ionentauscher hergestellt werden kann, so dass auch hier ab einer Kühlmitteltemperatur, die mit einer Betriebsgrenztemperatur in dem Ionentauscher korreliert ist, das Sperrventil zum Schließen der Bypassleitung betätigt wird. So wird auch hier ein Durchströmen des Ionentauscher mit zu heißem Kühlmittel und damit Schäden des Ionentauscherharzes verhindert. Werden Temperaturen erfasst, die mit Kühlmitteltemperaturen unterhalb der Betriebsgrenztemperatur in dem Ionentauscher korreliert sind, wird das Sperrventil wieder geöffnet und der Ionentauscher von dem Kühlmittel durchströmt.
Ferner kann das Sperrventil in Abhängigkeit eines zur Kühlung des Brennstoffzellenstapels unter unterschiedlichen Lastanforderungen variabel einstellbaren Kühlmittelstroms steuerbar ausgeführt sein, d. h. mit entsprechenden Durchflusssensoren im Brennstoffzellen-Kühlkreislauf und Steuergeräten verbunden sein.
Zur weiteren Steuerung bzw. Regelung des in dem Brennstoffzellen-Kühlkreislauf zirkulierenden Kühlmittelstroms und dessen Temperaturen in Abhängigkeit der Lastanforderungen an das Brennstoffzellensystem kann der Brennstoffzellen-Kühlkreislauf eine Kühlerbypassleitung aufweisen, die die Kühlerzuleitung mit der Kühlerableitung verbindet. Dabei ist an der Abzweigung der Kühlerbypassleitung von der Kühlerzuleitung ein Steuerventil zur kühlmitteltemperaturabhängigen Aufteilung des Kühlmittelstroms in den Kühler und in die Kühlerbypassleitung vorgesehen.
So kann beispielsweise das Sperrventil in der Bypassleitung über ein Steuergerät auch mit diesem Steuerventil verknüpft werden, so dass etwa, wenn das Sperrventil die Bypassleitung aufgrund zu hoher Kühlmitteltemperaturen schließt, das Steuerventil einen größeren Kühlmittelstrom durch den Kühler strömen lässt, um mehr Wärme abzuführen, bis eine Kühlmitteltemperatur erreicht wird, die wieder ein Durchströmen des Ionentauschers gestattet, und das Öffnen des Sperrventils veranlasst.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, das zumindest einen Brennstoffzellenstapel als Energiequelle aufweist, zeichnet sich durch einen einfachen erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Kühlkreislauf aus, mit dem der Brennstoffzellenstapel gekühlt wird und dessen Ionentauscher sicher innerhalb des spezifizierten Betriebstemperaturbereichs betrieben wird. Dadurch wird eine maximale Ionenaustauschkapazität und Lebensdauer des Ionentauscherharzes sichergestellt. Das Fahrzeug kann länger betrieben werden, ohne dass ein Wechsel des Ionentauschers erforderlich wird.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Kühlkreislauf gestattet das kühlmitteltemperaturabhängige Durchströmen des Ionentauschers, indem ein Kühlmittel in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Kühlkreislauf zirkulieren gelassen wird und ein Kühlmittelteilstrom durch die Bypassleitung mit dem Ionentauscher geleitet wird, wobei eine Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit einer von dem Brennstoffzellenstapel aufgenommenen Wärmemenge und einer durch den Kühler abgeführten Wärmemenge variabel ist. Es wird eine Kühlmittelgrenztemperatur, die mit einer Kühlmitteltemperatur in dem Ionentauscher korreliert ist, die gleich oder kleiner als die Betriebsgrenztemperatur des Ionentauscherharzes ist, an einer vorgegebenen Stelle des Brennstoffzellen-Kühlkreislaufs vorbestimmt. So kann das Sperrventil geschlossen werden, wenn die Kühlmitteltemperatur an der vorgegebenen Stelle gleich der Kühlmittelgrenztemperatur oder größer ist, und geöffnet werden, wenn die Kühlmitteltemperatur an der vorgegebenen Stelle unterhalb der Kühlmittelgrenztemperatur liegt. Auf diese Weise ist die Kühlmitteltemperatur in dem Ionentauscher immer gleich oder kleiner als die Betriebsgrenztemperatur des Ionentauscherharzes. Der Betrieb des Ionentauschers wird so bei für das Ionentauscherharz schädlichen Temperaturen unterbunden, und damit dessen Lebensdauer erhöht. Der Ionentauscher muss somit seltener gewechselt werden.
In einem Brennstoffzellen-Kühlkreislauf, bei dem das Sperrventil einen Bimetall- oder Dehnstoff-Aktor aufweist, steht daher zum Beitreiben des Brennstoffzellen-Kühlkreislaufs unter kühlmitteltemperaturabhängigem Durchströmen eines Ionentauschers an erster Stelle das Auswählen eines Aktors, dessen Bimetallelement oder Dehnstoff bei der Kühlmittelgrenztemperatur eine Form- oder Volumenänderung erfährt, so dass das kühlmitteltemperaturabhängige Schließen und Öffnen des Sperrventils durch eine temperaturabhängige Formänderung des Bimetallelements des Bimetall-Aktors oder eine temperaturabhängige Volumenänderung des Dehnstoffs des Dehnstoff-Aktors des Sperrventils erfolgt.
In einem alternativ ausgeführten Brennstoffzellen-Kühlkreislauf mit einem einen elektrischen Aktuator aufweisenden Sperrventil und einem Sensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur an der vorbestimmten Stelle. Das Verfahren umfasst dann das Erfassen der Kühlmitteltemperatur an der vorbestimmten Stelle durch den Sensor und das Vergleichen der an der vorbestimmten Stelle erfassten Kühlmitteltemperatur mit der Kühlmittelgrenztemperatur durch eine mit dem Sensor verbundene Steuereinheit. Die Steuereinheit steuert das Sperrventil zum Schließen des Sperrventils an, wenn die erfasste Kühlmitteltemperatur gleich der Kühlmittelgrenztemperatur oder größer ist, und die Steuereinheit steuert das Sperrventil zum Öffnen des Sperrventils an, wenn die erfasste Kühlmitteltemperatur unterhalb der Kühlmittelgrenztemperatur liegt.
Ferner kann das Sperrventil in Abhängigkeit eines zur Kühlung des Brennstoffzellenstapels unter unterschiedlichen Lastanforderungen variabel einstellbaren Kühlmittelstroms gesteuert werden, d. h. wenn ein maximaler Kühlmittelstrom durch den Brennstoffzellenstapel zur maximalen Wärmeaufnahme geleitet werden soll, kann das Sperrventil in der Bypassleitung, durch die andernfalls der Kühlmittelteilstrom fließt, unabhängig von der Kühlmitteltemperatur geschlossen werden.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Dabei zeigen:
1 ein Fließbild eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Kühlkreislaufs, bei dem der Ionentauscher in einer Bypassleitung parallel zu der Pumpe angeordnet ist,
2 ein Fließbild eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Kühlkreislaufs, bei dem der Ionentauscher in einer Bypassleitung parallel zu dem Brennstoffzellenstapel angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bezieht sich auf einen Brennstoffzellen-Kühlkreislauf, in dem die Durchströmung des Ionentauscher mittels eines in Strömungsrichtung davor oder danach angeordneten Sperrventil bei Temperaturen oberhalb der maximalen Betriebstemperatur verhindern und damit das Ionentauscherharz vor Beschädigungen geschützt werden kann. Der Ionentauscher ist hierbei in einer Bypassleitung parallel zu einer Komponente mit hohem Kühlmitteldruckverlust, wie der Kühlmittelpumpe oder dem Brennstoffzellenstapel, verschaltet. Das Sperrventil steuert temperaturabhängig die Durchströmung des Ionentauschers mit Kühlmittel; d. h., dass das Sperrventil geschlossen wird, wenn das Kühlmittel eine kritische Temperatur erreicht, die für das Ionentauscherharz schädlich ist, und geöffnet bzw. offen gehalten wird, wenn bzw. solange die kritische Temperatur unterschritten wird bzw. ist. Dadurch wird die Lebensdauer des Ionentauscherharzes und damit des Ionentauschers an sich erhöht und der Ionentauscher muss somit seltener gewechselt werden.
1 und 2 zeigen erfindungsgemäße Brennstoffzellen-Kühlkreisläufe mit Pumpe 1, Brennstoffzellenstapel 2, Kühler 4 und Ionentauscher 5.
In 1 ist der Ionentauscher 5 parallel zu der Pumpe angeordnet, d. h. die Bypassleitung 7e zweigt von der Förderleitung 7a ab, führt zu dem Ionentauscher 5 und mündet in die Kühlerableitung 7d, die den Kühler 4 mit der Pumpe 1 verbindet. Das Sperrventil 6, mit dem die Bypassleitung 7e geschlossen werden kann und damit die Durchströmung des Ionentauschers 5 unterbunden werden kann, ist in 1 stromaufwärts des Ionentauschers 5, d. h. in Strömungsrichtung vor dem Ionentauscher 5 angeordnet. Anders als dargestellt kann das Sperrventil aber auch stromabwärts zu dem Ionentauscher in der Bypassleitung vorgesehen sein.
2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, in der der Ionentauscher parallel zu dem Brennstoffzellenstapel 2 in einer Bypassleitung 7e angeordnet ist, die hier die Förderleitung 7a mit der Kühlerzuleitung 7b verbindet. Das Sperrventil 6 ist hier ebenfalls in der Anordnung stromaufwärts zu dem Ionentauscher 5 zu sehen; es ist aber auch hier möglich, das Sperrventil in Strömungsrichtung nach dem Ionentauscher in der Bypassleitung vorzusehen.
Sowohl in 1 als auch in 2 zeigen die Brennstoffzellen-Kühlkreisläufe zudem eine Kühlerbypassleitung 7c aufweist, die die Kühlerzuleitung 7b mit der Kühlerableitung 7d verbindet, wobei ein Steuerventil 3 an der Abzweigung der Kühlerbypassleitung 7c von der Kühlerzuleitung 7b den Kühlmittelstrom abhängig von dessen Temperatur in den Kühler 4 und in die Kühlerbypassleitung 7c aufteilt.
Das Sperrventil kann in einer kostengünstigen Lösung mit Bimetall- oder Wachsaktor ausgeführt sein. Eine aufwändigere Ausführung sieht ein Ventil mit elektrischem Aktuator vor, das von einem Temperatursensor an einer beliebigen Stelle im Kühlkreislauf angesteuert wird. Ferner kann ein solches Ventil mit elektrischem Aktuator in Abhängigkeit der Lastanforderung an das Brennstoffzellensystem gesteuert werden.
So wird beim Betreiben eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Kühlkreislaufs, in dem ein Kühlmittel zirkuliert, bei geöffnetem Sperrventil 6 ein Kühlmittelteilstrom durch die Bypassleitung 7e und den Ionentauscher 5 geführt. Da die Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit einer von dem Brennstoffzellenstapel 2 aufgenommenen Wärmemenge und einer durch den Kühler 4 abgeführten Wärmemenge variiert, ist vorgesehen, an einer vorgegebenen, gegebenenfalls von der Art des Sperrventils abhängigen Stelle des Brennstoffzellen-Kühlkreislaufs eine Kühlmittelgrenztemperatur zu definieren, die mit einer Kühlmitteltemperatur in dem Ionentauscher 5 korreliert ist, die gleich oder kleiner als die Betriebsgrenztemperatur des Ionentauscherharzes ist. Zur Verhinderung thermisch verursachter Schäden des Ionentauscherharzes wird das Sperrventil 6 geschlossen, wenn die Kühlmitteltemperatur an der vorgegebenen Stelle gleich oder größer der Kühlmittelgrenztemperatur ist, und geöffnet, wenn die Kühlmitteltemperatur an der vorgegebenen Stelle unterhalb der Kühlmittelgrenztemperatur liegt, so dass die Kühlmitteltemperatur in dem Ionentauscher 5 immer gleich oder kleiner als die Betriebsgrenztemperatur des Ionentauscherharzes ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011233540 A [0003, 0005]

Claims

Brennstoffzellen-Kühlkreislauf, der zumindest eine Pumpe (1), einen Brennstoffzellenstapel (2) und einen Kühler (4) aufweist, wobei – eine Förderleitung (7a) die Pumpe (1) mit dem Brennstoffzellenstapel (2), – eine Kühlerzuleitung (7b) den Brennstoffzellenstapel (2) mit dem Kühler (4) und – eine Kühlerableitung (7d) den Kühler (4) mit der Pumpe (1) verbindet, und wobei – der Brennstoffzellen-Kühlkreislauf einen Ionentauscher (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionentauscher (5) parallel zu der Pumpe (1) oder parallel zu dem Brennstoffzellenstapel (2) in einer Bypassleitung (7e) angeordnet ist, und dass in der Bypassleitung (7e) ein kühlmitteltemperaturabhängig betätigbares Sperrventil (6) stromaufwärts oder stromabwärts des Ionentauschers (5) angeordnet ist.
Brennstoffzellen-Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (6) einen Bimetall- oder einen Dehnstoff-Aktor zur kühlmitteltemperaturabhängigen Betätigung des Sperrventils (6) aufweist, wobei die Metalle des Bimetalls oder der Dehnstoff, der aus Öl, Wachs, Paraffin oder Metall ausgewählt ist, in Abhängigkeit einer für ein Ionenaustauscherharz des Ionentauschers (5) vorgegebenen Betriebsgrenztemperatur des Kühlmittels auswahlbar sind/ist.
Brennstoffzellen-Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (6) einen elektrischen Aktuator aufweist, wobei der Brennstoffzellen-Kühlkreislauf einen Sensor zur Erfassung einer Kühlmitteltemperatur und eine mit dem Sensor verbundene Steuereinheit aufweist, die zur Ansteuerung des Sperrventils (6) mit dem elektrischen Aktuator zur kühlmitteltemperaturabhängigen Betätigung des Sperrventils (6) verbunden ist.
Brennstoffzellen-Kühlkreislauf nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (6) in Abhängigkeit eines zur Kühlung des Brennstoffzellenstapels (2) unter unterschiedlichen Lastanforderungen variabel einstellbaren Kühlmittelstroms steuerbar ist.
Brennstoffzellen-Kühlkreislauf nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellen-Kühlkreislauf eine Kühlerbypassleitung (7c) aufweist, die die Kühlerzuleitung (7b) mit der Kühlerableitung (7d) verbindet, wobei an der Abzweigung der Kühlerbypassleitung (7c) von der Kühlerzuleitung (7b) ein Steuerventil (3) zur kühlmitteltemperaturabhängigen Aufteilung des Kühlmittelstroms in den Kühler (4) und in die Kühlerbypassleitung (7c) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug, das zumindest einen Brennstoffzellenstapel (2) als Energiequelle und zumindest einen Brennstoffzellen-Kühlkreislauf nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Kühlkreislaufs nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5 unter kühlmitteltemperaturabhängigem Durchströmen eines Ionentauschers (5), umfassend die Schritte – zirkulieren Lassen eines Kühlmittels in dem Brennstoffzellen-Kühlkreislauf, dabei Leiten eines Kühlmittelteilstroms durch die Bypassleitung (7e) mit dem Ionentauscher (5), wobei die Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit einer von dem Brennstoffzellenstapel (2) aufgenommenen Wärmemenge und einer durch den Kühler (4) abgeführten Wärmemenge variabel ist, – Vorbestimmen einer Kühlmittelgrenztemperatur an einer vorgegebenen Stelle des Brennstoffzellen-Kühlkreislaufs, wobei die Kühlmittelgrenztemperatur mit einer Kühlmitteltemperatur in dem Ionentauscher (5) korreliert ist, die gleich oder kleiner als die Betriebsgrenztemperatur des Ionentauscherharzes ist, – Schließen des Sperrventils (6), wenn die Kühlmitteltemperatur an der vorgegebenen Stelle gleich der Kühlmittelgrenztemperatur oder größer ist, und Öffnen des Sperrventils (6), wenn die Kühlmitteltemperatur an der vorgegebenen Stelle unterhalb der Kühlmittelgrenztemperatur liegt, so dass die Kühlmitteltemperatur in dem Ionentauscher (5) immer gleich oder kleiner als die Betriebsgrenztemperatur des Ionentauscherharzes ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Sperrventil (6) einen Bimetall- oder Dehnstoff-Aktor aufweist, umfassend den Schritt – Auswählen eines Aktors, der ein Bimetallelement oder einen Dehnstoff aufweist, das/der bei der Kühlmittelgrenztemperatur eine Form- oder Volumenänderung erfährt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Sperrventil (6) einen elektrischen Aktuator und der Brennstoffzellen-Kühlkreislauf an der vorbestimmten Stelle einen Sensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur aufweist, umfassend den Schritt – Erfassen der Kühlmitteltemperatur an der vorbestimmten Stelle durch den Sensor, – Vergleichen der an der vorbestimmten Stelle erfassten Kühlmitteltemperatur mit der Kühlmittelgrenztemperatur durch eine mit dem Sensor verbundene Steuereinheit, – Ansteuern des Sperrventils (6) durch die Steuereinheit zum Schließen des Sperrventils (6), wenn die erfasste Kühlmitteltemperatur gleich der Kühlmittelgrenztemperatur oder größer ist, und – Ansteuern des Sperrventils (6) durch die Steuereinheit zum Öffnen des Sperrventils (6), wenn die erfasste Kühlmitteltemperatur unterhalb der Kühlmittelgrenztemperatur liegt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, umfassend den Schritt Steuern des Sperrventils (6) in Abhängigkeit eines zur Kühlung des Brennstoffzellenstapels (2) unter unterschiedlichen Lastanforderungen variabel einstellbaren Kühlmittelstroms.