DE102013218092A1 - Method for heating a battery - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Erwärmen einer Batterie, insbesondere bei einem Gefrierstart, wobei ein erstes Kühlmittel, das durch ein erstes Kühlmittelsystem fließt, die Batterie temperiert, und ein zweites Kühlmittel, das durch ein zweites Kühlmittelsystem fließt, einen Brennstoffzellenstapel temperiert. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dass das zweite Kühlmittel das erste Kühlmittel in einem Wärmetauscher erwärmt, so dass das erste Kühlmittel die Batterie erwärmt.A method for heating a battery, in particular during a freeze start, wherein a first coolant flowing through a first coolant system, the battery tempered, and a second coolant flowing through a second coolant system, a fuel cell stack temperature. Object of the present invention is that the second coolant heats the first coolant in a heat exchanger, so that the first coolant heats the battery.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen einer Batterie, insbesondere bei einem Gefrierstart, wobei ein erstes Kühlmittel, das durch ein erstes Kühlmittelsystem fließt, die Batterie temperiert, und ein zweites Kühlmittel, das durch ein zweites Kühlmittelsystem fließt, einen Brennstoffzellenstapel temperiert, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Stromerzeugungssystem zur Erzeugung eines elektrischen Stroms gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 7.The invention relates to a method for heating a battery, in particular during a freeze start, wherein a first coolant flowing through a first coolant system, the battery tempered, and a second coolant flowing through a second coolant system, a fuel cell stack tempered, according to the preamble The invention further relates to a power generation system for generating an electric current according to the preamble of independent patent claim 7.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Die
Temperaturen um den Gefrierpunkt und unterhalb des Gefrierpunktes sind jedoch auch für eine Batterie eines Brennstoffzellenhybridfahrzeuges oder eines Brennstoffzellenrangeextenders problematisch. So ist die Leistungsfähigkeit einer Batterie bei Temperaturen um den Gefrierpunkt und unterhalb des Gefrierpunktes sehr eingeschränkt. Daher ist eine Beschleunigung des Brennstoffzellenrangeextenders reduziert und eine Bremsenergierückgewinnung ist nur eingeschränkt möglich. Damit die Batterie wieder leistungsfähig ist, muss die Batterie erwärmt werden. Hierzu können elektrische Heizer verwendet werden, die elektrischen Strom aus der Batterie beziehen. Hierdurch sinken der Ladezustand der Batterie und damit die Reichweite des Brennstoffzellenrangeextenders.However, temperatures around the freezing point and below the freezing point are also problematic for a battery of a fuel cell hybrid vehicle or a fuel cell range extender. Thus, the performance of a battery at temperatures around the freezing point and below the freezing point is very limited. Therefore, acceleration of the fuel cell range extender is reduced and brake energy recovery is limited. For the battery to be powerful again, the battery must be heated. For this purpose, electrical heaters can be used, which draw electricity from the battery. This reduces the state of charge of the battery and thus the range of the fuel cell range extender.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Erwärmen einer Batterie sowie ein Stromerzeugungssystem zur Erzeugung eines elektrischen Stroms zur Verfügung zu stellen, bei dem zumindest einer der genannten Nachteile vermieden wird. Insbesondere soll die Batterie ohne Verringerung ihres Ladezustandes erwärmt werden können.It is the object of the invention to provide a method for heating a battery and a power generation system for generating an electric current, in which at least one of the mentioned disadvantages is avoided. In particular, the battery should be able to be heated without reducing its state of charge.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren mit sämtlichen Merkmalen des Anspruches 1, insbesondere des kennzeichnenden Teils, vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängigen Verfahrensansprüchen angegeben. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Stromerzeugungssystem mit sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7, insbesondere des kennzeichnenden Teils. Vorteilhafte Weiterbildungen des Stromerzeugungssystems sind in den abhängigen Vorrichtungsansprüchen angegeben. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, gelten dabei auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stromerzeugungssystem und umgekehrt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in Kombination erfindungswesentlich sein.To solve the problem, a method with all features of claim 1, in particular the characterizing part proposed. Advantageous developments of the method are specified in the dependent method claims. The object is further achieved by a power generation system having all the features of independent claim 7, in particular the characterizing part. Advantageous developments of the power generation system are given in the dependent device claims. Features and details described in connection with the method according to the invention also apply in connection with the power generation system according to the invention and vice versa. The features mentioned in the claims and in the description may each be essential to the invention individually or in combination.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das zweite Kühlmittel das erste Kühlmittel in einem Wärmetauscher erwärmt, so dass das erste Kühlmittel die Batterie erwärmt.According to the invention, it is provided that the second coolant heats the first coolant in a heat exchanger, so that the first coolant heats the battery.
Kern der Erfindung ist, dass das zweite Kühlmittel das erste Kühlmittel erwärmt. Hierdurch kann das erste Kühlmittel wiederum die Batterie erwärmen, sodass die Batterie auch bei Temperaturen um einen Gefrierpunkt oder unterhalb des Gefrierpunktes wieder die volle Leistungsfähigkeit erlangt. Ferner entfällt ein elektrischer Heizer zum Erwärmen des ersten Kühlmittels. Hierdurch wird vermieden, dass der Ladezustand der Batterie sinkt. Das Verfahren kann z. B. zum Erwärmen einer Batterie eines Brennstoffzellenrangeextenders oder Brennstoffzellenhybridfahrzeuges verwendet werden. Ein Brennstoffzellenrangeextender ist ein Fahrzeug, bei dem die geladene Batterie die elektrische Leistung für einen elektrischen Motor zur Verfügung stellt und nur für den Fall, dass die Batterie entladen ist, der Brennstoffzellenstapel die elektrische Leistung für den elektrischen Motor zur Verfügung stellt. Reicht der Ladezustand der Batterie z. B. nicht für eine längere Fahrt, so wird die elektrische Leistung zum Betrieb des elektrischen Motors von dem Brennstoffzellenstapel zur Verfügung gestellt. Ein Brennstoffzellenhybridfahrzeug ist dabei ein Fahrzeug, bei dem der Brennstoffzellenstapel die elektrische Leistung für den elektrischen Motor des Fahrzeuges zur Verfügung stellt und die Batterie den Brennstoffzellenstapel unterstützt, z. B. um eine dynamische Fahrweise zu ermöglichen. Insbesondere eignet sich das Verfahren zum Erwärmen einer Batterie bei einem Gefrierstart, insbesondere bei einem Gefrierstart eines Brennstoffzellenrangeextenders oder eines Brennstoffzellenhybridfahrzeuges. Bei einem Gefrierstart weist die Batterie eine Temperatur um den Gefrierpunkt und/oder unterhalb des Gefrierpunktes auf. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aber auch für andere Gefrierstarts, beispielsweise für einen Gefrierstart in einer stationären Anwendung. The core of the invention is that the second coolant heats the first coolant. In this way, the first coolant in turn can heat the battery, so that the battery reaches full capacity even at temperatures around a freezing point or below the freezing point again. Further eliminates an electric heater for heating the first coolant. This avoids that the state of charge of the battery decreases. The method may, for. B. for heating a battery of a fuel cell range extender or fuel cell hybrid vehicle. A fuel cell range extender is a vehicle in which the charged battery provides electric power to an electric motor, and only in the event that the battery is discharged, provides the electric power to the fuel cell stack to the electric motor. Is sufficient the state of charge of the battery z. Example, not for a longer drive, the electric power is provided for operation of the electric motor of the fuel cell stack. A fuel cell hybrid vehicle is a vehicle in which the fuel cell stack provides the electrical power for the electric motor of the vehicle and the battery supports the fuel cell stack, for. B. to allow a dynamic driving style. In particular, the method is suitable for heating a battery during a freeze start, in particular during a freeze start of a fuel cell range extender or a fuel cell hybrid vehicle. During a freeze start, the battery has a temperature around the freezing point and / or below the freezing point. However, the method according to the invention is also suitable for other freeze starts, for example for a freeze start in a stationary application.
Das erste Kühlmittelsystem und das zweite Kühlmittelsystem sind insbesondere voneinander unabhängig. Das heißt, dass das erste Kühlmittel und das zweite Kühlmittel stofflich voneinander getrennt sind. Somit durchfließt das erste Kühlmittel ein von dem zweiten Kühlmittel getrenntes Leitungssystem. Das erste und das zweite Kühlmittel treten in dem Wärmetauscher in thermischen Kontakt.The first coolant system and the second coolant system are in particular independent of each other. That is, the first coolant and the second coolant are materially separated from each other. Thus, the first coolant flows through a separate from the second coolant line system. The first and second coolants are in thermal contact in the heat exchanger.
Das zweite Kühlmittel wird insbesondere vom dem Brennstoffzellenstapel erwärmt, damit das zweite Kühlmittel das erste Kühlmittel in dem Wärmetauscher während des erfindungsgemäßen Verfahrens erwärmen kann. In particular, the second coolant is heated by the fuel cell stack so that the second coolant can heat the first coolant in the heat exchanger during the process according to the invention.
Vorteilhafterweise wird der Brennstoffzellenstapel durch Schließen eines Kurzschlussschalters kurzgeschlossen und der so erzeugte elektrische Kurzschlussstrom erwärmt den Brennstoffzellenstapel. Hierdurch wird genügend Wärme erzeugt, um das zweite Kühlmittel zu erwärmen, sodass dieses wiederum das erste Kühlmittel erwärmen kann. Dadurch, dass der Brennstoffzellenstapel die Wärme zum Erwärmen der Batterie zur Verfügung stellt, wird ein Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, zum Erwärmen der Batterie verwendet.Advantageously, the fuel cell stack is short-circuited by closing a short-circuit switch and the electric short-circuit current thus generated heats the fuel cell stack. As a result, sufficient heat is generated to heat the second coolant, so that this in turn can heat the first coolant. By providing the heat to heat the battery, the fuel cell stack uses a fuel, particularly hydrogen, to heat the battery.
Damit nach dem Schließen des Kurzschlussschalters ein elektrischer Kurzschlussstrom fließt, werden vorteilhafterweise dem Brennstoffzellenstapel nach Schließen des Kurzschlussschalters die Edukte der elektrochemischen Reaktion, die in dem Brennstoffzellenstapel stattfindet, zugeführt. Insbesondere wird ein Brennstoff, z. B. Wasserstoff, Anoden des Brennstoffzellenstapels und ein Oxidationsmittel, insbesondere Sauerstoff enthaltende Luft, Kathoden des Brennstoffzellenstapels zugeführt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Edukte der elektrochemischen Reaktion des Brennstoffzellenstapels zur Erzeugung des elektrischen Kurzschlussstromes derart zugeführt werden, dass in einem Normalbetrieb der Brennstoffzellenstapel die nominale elektrische Leistung erzeugt werden würde. Unter der nominalen elektrischen Leistung wird die maximale elektrische Leistung verstanden, für die der Brennstoffzellenstapel ausgelegt ist. Hierdurch wird eine thermische Leistung hervorgerufen, die ca. dem zweifachen Wert der nominalen Leistung entspricht. Beispielsweise kann die nominale elektrische Leistung 30 kW betragen, sodass bei einem Kurzschließen des Brennstoffzellenstapels eine thermische Leistung von 60 kW entsteht. Der Kurzschlussschalter kann in diesem Fall für eine elektrische Stromstärke von 200 A oder 500 A ausgelegt sein.In order for an electrical short-circuit current to flow after the closing of the short circuit switch, the educts of the electrochemical reaction taking place in the fuel cell stack are advantageously fed to the fuel cell stack after the short circuit switch has been closed. In particular, a fuel, for. As hydrogen, anodes of the fuel cell stack and an oxidizing agent, in particular oxygen-containing air, cathodes supplied to the fuel cell stack. In particular, it can be provided that the educts of the electrochemical reaction of the fuel cell stack for generating the electrical short-circuit current are supplied such that in a normal operation of the fuel cell stack, the nominal electric power would be generated. The nominal electrical power is understood to be the maximum electrical power for which the fuel cell stack is designed. This produces a thermal power that is approximately twice the nominal power rating. For example, the nominal electrical power can be 30 kW, so that when the fuel cell stack is short-circuited, a thermal power of 60 kW is produced. The short-circuit switch can be designed for an electrical current of 200 A or 500 A in this case.
Vor dem Schließen des Kurzschlussschalters wird insbesondere überprüft, ob eine elektrische Spannung herrscht, und der Kurzschlussschalter wird nur bei Fehlen einer elektrischen Spannung geschlossen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass kein Lichtbogen entsteht. Insbesondere werden die Edukte der elektrochemischen Reaktion erst nach dem Schließen des Kurzschlussschalters dem Brennstoffzellenstapel zugeführt. Before closing the short-circuit switch, in particular, it is checked whether an electrical voltage prevails, and the short-circuit switch is closed only in the absence of an electrical voltage. This can ensure that no arc arises. In particular, the educts of the electrochemical reaction are supplied to the fuel cell stack only after closing the short-circuit switch.
Hat die Batterie die gewünschte Temperatur erreicht, so wird insbesondere der Kurzschlussschalter geöffnet. Zuvor wird die Zuführung mindestens eines Eduktes der elektrochemischen Reaktion des Brennstoffzellenstapels reduziert und/oder beendet. Insbesondere wird die Luftzufuhr zur Kathode des Brennstoffzellenstapels verringert und/oder beendet. Insbesondere wird die Zuführung des mindestens einen Edukt, insbesondere die Luftzufuhr, zunächst verringert und dann beendet. Ist der Sauerstoff als Reaktant an den Kathoden nahezu verbraucht, so verringert sich die elektrische Stromstärke soweit, dass die elektrische Stromstärke nahezu 0 A beträgt. Erst nachdem die elektrische Stromstärke derart reduziert ist, wird der Kurzschlussschalter geöffnet.If the battery has reached the desired temperature, in particular the short-circuit switch is opened. Previously, the supply of at least one educt of the electrochemical reaction of the fuel cell stack is reduced and / or terminated. In particular, the air supply to the cathode of the fuel cell stack is reduced and / or terminated. In particular, the supply of the at least one educt, in particular the air supply, is initially reduced and then terminated. If the oxygen is almost consumed as a reactant at the cathodes, the electric current decreases so much that the electric current is almost 0 A. Only after the electric current is reduced, the short-circuit switch is opened.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Kurzschlussschalter erst geöffnet wird, wenn die elektrische Stromstärke unter einem Wert von 10% der elektrischen Stromstärke liegt, für den der Kurzschlussschalter ausgelegt ist. Im Falle der oben genannten Beispiele wird der Kurzschlussschalter unterhalb einer elektrischen Stromstärke von 20 A bzw. 50 A geöffnet.In particular, it may be provided that the short-circuit switch is opened only when the electrical current is below a value of 10% of the electrical current for which the short-circuit switch is designed. In the case of the above examples, the short-circuit switch is opened below an electrical current of 20 A or 50 A.
Es kann vorgesehen sein, dass die Batterie während des Verfahrens elektrische Leistung zum Betrieb des ersten und/oder des zweiten Kühlmittelsystems bereitstellt. In dem ersten Kühlmittelsystem kann eine erste Kühlmittelpumpe für das erste Kühlmittelsystem angeordnet sein. In dem zweiten Kühlmittelpumpe für das zweite Kühlmittelsystem angeordnet sein. Insbesondere stellt die Batterie elektrische Leistung zum Betrieb der ersten und/oder zweiten Kühlmittelpumpe zur Verfügung. Ferner kann die Batterie weitere Einrichtungen, die für den Betrieb des Brennstoffzellenstapels notwendig sind, mit elektrischer Leistung versorgen. Hierbei kann es sich z. B. um ein Rezirkulationsgebläse, mit dem der Brennstoff erneut den Anoden des Brennstoffzellenstapels zugeführt wird, und/oder um ein Einlassventil, das Zufuhr des Brennstoffs aus einem Brennstofftank ermöglicht, handeln. Ebenfalls kann ein Kompressor zur Zuführung von Luft zu den Kathoden elektrische Leistung von der Batterie beziehen.It can be provided that the battery during the process provides electrical power for operating the first and / or the second coolant system. In the first coolant system, a first coolant pump for the first coolant system may be arranged. Be arranged in the second coolant pump for the second coolant system. In particular, the battery provides electrical power for operating the first and / or second coolant pump. Further, the battery may provide electrical power to other devices necessary for the operation of the fuel cell stack. This may be z. Example, to a recirculation fan, with which the fuel is supplied to the anodes of the fuel cell stack again, and / or an intake valve, the supply of the fuel from a fuel tank allows act. Also, a compressor for supplying air to the cathodes may draw electric power from the battery.
Es kann sein, dass das erste Kühlmittel in dem ersten Kühlmittelsystem in einem Kreislauf geführt wird und/oder das zweite Kühlmittel in dem zweiten Kühlmittelsystem in einem Kreislauf geführt wird. In dem ersten und/oder zweiten Kühlmittelsystem können jeweils verschiedene Kühlmittelpfade vorhanden sind, sodass das erste und/oder das zweite Kühlmittel unterschiedliche Kreisläufe durchlaufen kann. Es kann sein, dass in dem ersten und/oder zweiten Kühlmittelsystem jeweils ein erster Kühlmittelpfad existiert, der strömungstechnisch parallel zu einem zweiten Kühlmittelpfad angeordnet ist, wobei in dem zweiten Kühlmittelpfad ein Kühler angeordnet ist. Der erste Kühlmittelpfad hingegen enthält keinen Kühler. Der Kühler dient zur Abgabe von Wärme an ein Mittel außerhalb des ersten und des zweiten Kühlmittelsystems. D. h., ein erster Kühler des ersten Kühlmittelsystems dient zur Abgabe von Wärme, ohne dem zweiten Kühlmittelsystem Wärme zuzuführen. Entsprechend dient ein zweiter Kühler des zweiten Kühlmittelsystems zur Abgabe von Wärme, ohne dem ersten Kühlmittelsystem Wärme zuzuführen. Beispielsweise kann die Wärme an die Umgebungsluft abgegeben werden. Alternativ kann die Wärme z. B. an eine Klimaanlage abgegeben werden. Mittels des ersten und des zweiten strömungstechnisch parallelen Kühlmittelpfad kann, z. B. durch ein 3/2 Wegeventil, eingestellt werden, ob das erste und/oder zweite Kühlmittel beim Durchlaufen des jeweiligen Kühlmittelsystems in dem jeweiligen Kühler gekühlt wird oder nicht. It may be that the first coolant in the first coolant system is circulated and / or the second coolant in the second coolant system is circulated. In each case different coolant paths may be present in the first and / or second coolant system, so that the first and / or the second coolant can pass through different cycles. It may be that in each case a first coolant path exists in the first and / or second coolant system, which is arranged fluidically parallel to a second coolant path, wherein in the second coolant path, a radiator is arranged. The first coolant path, however, does not contain a radiator. The radiator serves to deliver heat to a means outside the first and second coolant systems. That is, a first radiator of the first coolant system serves to dissipate heat without supplying heat to the second coolant system. Accordingly, a second radiator of the second coolant system serves to dissipate heat without supplying heat to the first coolant system. For example, the heat can be released to the ambient air. Alternatively, the heat z. B. are delivered to an air conditioner. By means of the first and second fluidically parallel coolant path can, for. Example, by a 3/2 way valve, are set, whether the first and / or second coolant is cooled when passing through the respective coolant system in the respective radiator or not.
Es kann vorgesehen sein, dass während des Verfahrens das erste und/oder das zweite Kühlmittel den jeweilig ersten Kühlmittelpfad, der strömungstechnisch parallel zum jeweiligen zweiten Kühlmittelpfad, der den Kühler enthält, angeordnet ist, durchfließt. Hierdurch wird vermieden, dass das erste und/oder zweite Kühlmittel während des Verfahrens Wärme bei dem Durchströmen des jeweiligen Kühlers verliert. In dem ersten Kühlmittelpfad kann der Wärmetauscher angeordnet sein.It can be provided that, during the method, the first and / or the second coolant flows through the respectively first coolant path, which is fluidically parallel to the respective second coolant path that contains the radiator. This avoids that the first and / or second coolant loses heat during the flow through the respective radiator during the process. In the first coolant path, the heat exchanger can be arranged.
In einer Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt ablaufen: zunächst wird die Batterie an ein elektrisches Netz angeschlossen, sodass die Batterie die Einrichtungen, die zur Durchführung des Verfahrens notwendig sind, mit elektrischer Leistung versorgen kann. Insbesondere versorgt die Batterie während des Verfahrens die erste und die zweite Kühlmittelpumpe, das Rezirkulationsgebläse, das Einlassventil sowie den Kompressor. Als zweites werden die 3/2 Wegeventile in dem ersten und dem zweiten Kühlmittelsystem so gestellt, dass der jeweilige erste Kühlmittelpfad und nicht der jeweilige zweite Kühlmittelpfad jeweils vom dem ersten und dem zweiten Kühlmittel durchflossen wird. Des Weiteren wird überprüft, ob die Spannung der Brennstoffzelle 0 V beträgt. Ist dies der Fall, so wird der Kurzschlussschalter geschlossen. Hiernach wird der Kompressor angeschaltet und die Kathoden mit Luft versorgt. Des Weiteren wird das Einlassventil zur Zuführung eines Wasserstoffs zu den Anoden geöffnet und das Rezirkulationsgebläse angeschaltet. Es wird so viel Wasserstoff und Sauerstoff zu den Anoden und den Kathoden geführt, dass eine thermische Leistung, die ca. doppelt so hoch wie die nominale elektrische Leistung bei einem Normalbetrieb der Brennstoffzelle ist, erzeugt wird. Danach wird überprüft, ob die Batterie die gewünschte Temperatur erreicht hat. Erreicht die Batterie die gewünschte Temperatur, so wird die Luftzufuhr verringert und damit die elektrische Stromstärke des Brennstoffzellenstapels reduziert. Danach wird die Luftzufuhr beendet, indem der Kompressor ausgeschaltet wird. Optional wird auch das Rezirkulationsgebläse ausgeschaltet. Befindet sich die elektrische Stromstärke nahe bei 0 A, so wird der Kurzschlussschalter geöffnet. Es werden danach erneut die Edukte dem Brennstoffstapel zugeführt, um Reaktionswasser auszutragen und/oder elektrische Leistung zur Verfügung zu stellen. Wird das Verfahren in einem Brennstoffzellenrangeextender verwendet, so wird bei einer geladenen Batterie anschließend der Kompressor ausgeschaltet. Hiernach ist das Verfahren zur Erwärmung der Batterie abgeschlossen. Die Verfahrensdauer kann nur wenige Sekunden dauern.In one embodiment, the method according to the invention can proceed as follows: first, the battery is connected to an electrical network so that the battery can supply electrical power to the devices which are necessary for carrying out the method. In particular, during the process, the battery supplies the first and second coolant pumps, the recirculation fan, the intake valve, and the compressor. Second, the 3/2-way valves in the first and second coolant systems are set such that the respective first coolant path and not the respective second coolant path respectively flows through the first and the second coolant. Furthermore, it is checked whether the voltage of the fuel cell is 0 V. If this is the case, the short-circuit switch is closed. After that, the compressor is switched on and the cathodes are supplied with air. Furthermore, the inlet valve is opened to supply a hydrogen to the anodes and the recirculation fan is turned on. As much hydrogen and oxygen is supplied to the anodes and the cathodes as to produce a thermal power approximately twice the nominal electric power in a normal operation of the fuel cell. Thereafter, it is checked whether the battery has reached the desired temperature. If the battery reaches the desired temperature, the air supply is reduced, thus reducing the electric current of the fuel cell stack. Thereafter, the air supply is stopped by the compressor is turned off. Optionally, the recirculation fan is also switched off. If the electrical current is close to 0 A, the short-circuit switch is opened. Thereafter, the educts are again supplied to the fuel stack in order to discharge reaction water and / or to provide electrical power. If the method is used in a fuel cell range extender, then with a charged battery, the compressor is turned off. Thereafter, the process for heating the battery is completed. The process duration can only take a few seconds.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Stromerzeugungssystem zur Erzeugung eines elektrischen Stroms mit einer Batterie, mit einem Brennstoffzellenstapel, mit einem ersten Kühlmittelsystem und einem zweiten Kühlmittelsystem. Hierbei ist die Batterie in dem ersten Kühlmittelsystem angeordnet, um temperiert zu werden. In dem ersten Kühlmittelsystem ist ein erstes Kühlmittel anordbar. Der Brennstoffzellenstapel ist in dem zweiten Kühlmittelsystem angeordnet, in dem ein zweites Kühlmittel anordbar ist, um temperiert zu werden. Hierbei ist vorgesehen, dass ein Wärmetauscher in dem ersten und dem zweiten Kühlmittelsystem angeordnet ist, sodass Wärme zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlmittel übertragbar ist. The object of the invention is also achieved by a power generation system for generating an electric current with a battery, with a fuel cell stack, with a first coolant system and a second coolant system. In this case, the battery is arranged in the first coolant system in order to be tempered. In the first coolant system, a first coolant can be arranged. The fuel cell stack is arranged in the second coolant system, in which a second coolant can be arranged to be tempered. It is provided that a heat exchanger is arranged in the first and the second coolant system, so that heat between the first and the second coolant is transferable.
Das Stromerzeugungssystem weist ein elektrisches Netz auf. Es ist denkbar, dass der Brennstoffzellenstapel in dem elektrischen Netz angeordnet ist, und dass das elektrische Netz einen Kurzschlussschalter zum Schließen des Brennstoffzellenstapels aufweist. In dem elektrischen Netz des Stromerzeugungssystems können ferner ein Gleichspannungswandler, der elektrischer Motor, die Batterie und/oder weitere elektrische Verbraucher angeordnet sein. The power generation system has an electrical network. It is conceivable that the fuel cell stack is arranged in the electrical network, and that the electrical network has a short-circuit switch for closing the fuel cell stack. In the electrical network of the power generation system may further be arranged a DC-DC converter, the electric motor, the battery and / or other electrical loads.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher im ersten und/oder in dem zweiten Kühlmittelsystem strömungstechnisch parallel zu dem Kühler des jeweiligen Kühlmittelsystems angeordnet ist. Insbesondere kann sich der Wärmetauscher im ersten Kühlmittelpfad des ersten und/oder zweiten Kühlmittelsystems befinden.Furthermore, it may be provided that the heat exchanger in the first and / or in the second coolant system is arranged fluidically parallel to the radiator of the respective coolant system. In particular, the heat exchanger can be located in the first coolant path of the first and / or second coolant system.
Des Weiteren kann das Stromerzeugungssystem eine Kontrolleinheit aufweisen, in der ein erfindungsgemäßes Verfahren hinterlegt ist.Furthermore, the power generation system can have a control unit in which a method according to the invention is stored.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in den Figuren schematisch dargestellt ist. Sämtliche aus den Ansprüchen der Beschreibung oder Zeichnung der vorgegebenen Merkmalen oder Vorteile einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnung und Verfahrensschritte können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.Further, measures improving the invention will become apparent from the following description of an embodiment of the invention, which is shown schematically in the figures. All from the claims of the description or drawing of the given features or advantages including constructive Details, spatial arrangement and method steps can be essential to the invention both for themselves and in the most diverse combinations.
Es zeigen:Show it:
Identische Elemente sind in den Figuren jeweils mit demselben Bezugszeichen bezeichnet. Identical elements are designated by the same reference numerals in the figures.
In den
In
Im ersten Kühlmittelsystem
In dem zweiten Kühlmittelsystem
In dem zweiten Kühlmittelpfad
Durch den Wärmetauscher
In dem Stromerzeugungssystem ist eine Kontrolleinheit
In
In
Das erfindungsgemäße Stromerzeugungssystem
Der elektrische Motor
In
In einem zweiten Verfahrensschritt
In einem sechsten Verfahrensschritt
Das erfindungsgemäße Verfahren
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 112010002093 T5 [0002] DE 112010002093 T5 [0002]
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