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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Startvorbereitung einer Brennstoffzelle.
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Der Einsatz von Brennstoffzellen in Kraftfahrzeugen ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Da Kraftfahrzeuge häufig sehr unterschiedlichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind, kommt es bei derartigen Brennstoffzellen, welche zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, sehr häufig zu der Notwendigkeit, die Brennstoffzelle bei Temperaturen, teilweise weit unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser, zu starten. So ist bei heutigen Brennstoffzellen beispielsweise ein Start bei Temperaturen von –30°C durchaus möglich. Der Start bedarf jedoch einer gewissen Startzeit, bis die Brennstoffzelle bzw. das mit ihr verbundene Brennstoffzellensystem sich ausreichend erwärmt hat. Die hierdurch auftretenden Wartezeiten sind bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen höchst unerwünscht und stellen für die Nutzer derartiger Fahrzeuge einen erheblichen Nachteil dar.
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Aus diesem Grund werden verschiedene Strategien angewandt, um die Brennstoffzelle, typischerweise über das sie temperierende Kühlmedium, schnellstmöglich aufzuheizen, wenn die Brennstoffzelle bzw. das typischerweise mit ihr ausgestattete Fahrzeug gestartet werden soll. So sind beispielsweise elektrische Heizer im Kühlkreislauf der Brennstoffzelle allgemein bekannt und üblich. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die
US 2006/0147772 A1 verwiesen. In dieser Schrift sind verschiedene Szenarien zum Aufheizen einer Brennstoffzelle erläutert und dargestellt. Einige dieser Szenarien nutzen dabei eine elektrische Heizeinrichtung, welche jedoch entsprechend aufwändig, teuer, platz- und leistungsintensiv ist. Eine Alternative in der genannten US-Schrift ist die Aufheizung über die Kühlmedienpumpe, welche die von ihr unweigerlich erzeugte Verlustwärme an das Kühlmedium in dem Kühlkreislauf der Brennstoffzelle abgibt und dieses hierdurch erwärmt. Die vergleichsweise geringen Verlustleistung und die ohnehin eher geringen Leistungsaufnahme einer derartigen Kühlmittelpumpe von beispielsweise weniger als 1 kW bei einer Brennstoffzelle zum Antreiben eines Personenkraftwagens, ist in diesem Zusammenhang jedoch sehr nachteilig, da eine sehr lange Zeit zum Aufheizen des Kühlmediums benötigt wird, was aus den oben beschriebenen Gründen einen erheblichen Nachteil darstellt.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zur Startvorbereitung einer Brennstoffzelle, welche über ein Kühlmedium in einem Kühlkreislauf mit einer Kühlmittelpumpe temperiert wird, anzugeben, welches die genannten Nachteile vermeidet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es so, dass die Zeit, welche benötigt wird, um den Kühlkreislauf einer Brennstoffzelle auf eine ausreichend hohe Temperatur für einen schnellen Start der Brennstoffzelle zu temperieren, bewusst in Kauf genommen wird. Um die Nachteile für den Benutzer hierdurch zu minimieren, erfolgt der Start der Kühlmittelpumpe zum Aufheizen des Kühlmediums anhand entsprechender Vorgabewerte unabhängig vom eigentlichen Start der Brennstoffzelle oder zumindest eine ausreichend lange Zeit vor einem solchen geplanten Start. Hierfür wird die Kühlmittelpumpe erfindungsgemäß über eine Steuerung gestartet, welche ihrerseits zur Generierung des Startsignals wenigstens eine der nachfolgend erläuterten Vorgaben nutzt. Das Startsignal kann in der Steuerung beispielsweise in Abhängigkeit einer Programmierung durch den Nutzer generiert werden. Der Brennstoffzelle bzw. dem Brennstoffzellensystem wird also über diese Programmierung mitgeteilt, wann es für einen Start vorbereitet sein soll. Die Startvorbereitung startet dann, insbesondere in Abhängigkeit von verschiedenen Umgebungsparametern, entsprechend soviel früher, dass der Start zum gewünschten Startzeitpunkt schnell und effizient möglich ist. Ergänzend oder alternativ hierzu kann wenigstens ein Temperaturwert der Umgebung und/oder des Kühlmediums verwendet werden, um ein derartiges Startsignal zu generieren. Ergänzend oder alternativ hierzu sind auch die Daten einer Wettervorhersage, und hier insbesondere Daten über eine Vorhersage des Temperaturverlaufs, denkbar. Eine weitere ergänzende oder alternative Möglichkeit ist eine per Funk übermittelte Vorgabe. Eine solche Vorgabe kann beispielsweise per Funk, insbesondere über eine Funkfernbedienung oder auch über Mobilfunk bzw. Mobiltelefon oder mobiles Internet an die Steuerung übermittelt werden. Hierdurch kann ein Benutzer beispielsweise eine ausreichende Zeit vor dem eigentlichen gewünschten Start eine Vorwärmung des Systems auslösen. Eine weitere Vorgabe, welche, insbesondere in Kombination mit anderen Vorgaben, berücksichtigt werden kann, ist der Ladezustand der Batterie zum Betreiben der Kühlmittelpumpe. Dieser ist selbstverständlich entscheidend um festzustellen, ob die gewünschte Erwärmung überhaupt noch möglich ist. Der Start der Erwärmung wird typischerweise in Abhängigkeit dieses Ladezustands der Batterie, aus welcher die Kühlmittelpumpe betrieben wird, gesteuert, oder, falls der Ladezustand dies nicht hergibt, auch blockiert werden.
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Unter einer Batterie im Sinne der Erfindung kann eine Hochvoltbatterie sein, welche zur Hybridisierung von Brennstoffzellensystemen in Fahrzeugen sehr häufig eingesetzt wird. Eine Batterie im Sinne der Erfindung kann jedoch auch eine Niedervoltbatterie, insbesondere eine Starterbatterie mit einer Nennspannung von 12 V, 24 V oder 48 V, sein. Ebenfalls eine Batterie im Sinne der Erfindung könnte auch eine sogenannte Batteriekaskade sein. Hierbei würde die Energie primär aus der Niedervoltbatterie genutzt. Sofern der Ladezustand der Niedervoltbatterie nicht mehr ausreicht, könnte diese durch die Hochvoltbatterie nachgeladen werden. Im Sinne der Erfindung wäre auch ein solcher Aufbau aus zwei sich gegenseitig nachladenden Batterien, welche insbesondere auf unterschiedlichen Spannungsniveaus arbeiten, als „eine Batterie” zu verstehen.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass der Temperaturwert als Vorgabe genutzt wird, und zwar so, dass die Temperatur nie unter einen vorgegebenen Grenzwert abfällt. Man weiß, dass PEM-Brennstoffzellen bei Temperaturen von bis zu in etwa –5°C sehr gut und sehr schnell starten können. Fällt die Temperatur in der Brennstoffzelle unter diesen Wert, dann wird der Start entsprechend zeitaufwändiger und belastet das Gesamtsystem energetisch deutlich mehr. Außerdem haben solche Starts, beispielsweise bei Temperaturen von –20°C oder –30°C negative Auswirkungen auf die Lebensdauer der Brennstoffzelle. Alles in allem wird durch die oben beschriebene besonders günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens also ein erheblicher Vorteil dadurch erzielt, dass, wann immer die Ladung der Batterie dies zulässt, über die Kühlmittelpumpe die Temperatur des Kühlmediums angehoben wird, wenn diese unter einen Vorgabewert von beispielsweise –5°C abfällt. Das System wird also bei sehr kalten Umgebungsbedingungen „warm” gehalten, um zu verhindern, dass sich Temperaturen von weniger als –5°C im Bereich der Brennstoffzelle einstellen.
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Die Aufheizenergie für die Brennstoffzelle inklusive dem relevanten Teil ihres Kühlkreislaufs, für einen Hub von –30°C auf minus –5°C kann mit in etwa 400 Wh abgeschätzt werden. Unter der Annahme, dass die gesamte Energie einer 800 W Kühlmittelpumpe letztlich in Wärme umgewandelt wird, müsste die Kühlmittelpumpe also für ca. eine halbe Stunde betrieben werden, um die entsprechende Erwärmung zu realisieren. Der dafür benötigte elektrische Leistungsbedarf würde bei den angesprochenen 400 Wh liegen. Eine solche Erwärmung wäre also bei den aktuell üblichen Batteriekapazitäten mehrmals denkbar. Wird über eine entsprechende intelligente Steuerung bei einem Abfallen des Temperaturwerts anhand des Temperaturwerts oder seines Gradienten festgestellt, dass die Temperatur unter den vorgegebenen Grenzwert abfällt, kann die Kühlmittelpumpe entsprechend früher gestartet werden, um so das System warm zu halten, ohne jedes mal den oben beschriebenen Temperaturhub von 25 K bewältigen zu müssen. Mit vergleichsweise wenig elektrischer Leistung kann das System also über einen längeren Zeitraum, beispielsweise eine Nacht bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen, in denen ein Fahrzeug mit der Brennstoffzelle abgestellt ist, warm gehalten werden. Durch ein solches Warmhalten der Brennstoffzelle über die Kühlmittelpumpe als einzige Heizeinrichtung kann also sehr einfach und unter Verzicht auf eine zusätzliche Heizeinrichtung wie beispielsweise einen elektrischen Heizer, eine sehr vorteilhafte Startvorbereitung durch ein Warmhalten des Systems realisiert werden.
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Ergänzend oder alternativ hierzu kann bei einer Programmierung durch den Nutzer der Brennstoffzelle insbesondere die gewünschte Startzeit für das Starten der Brennstoffzelle, beispielsweise für das Losfahren eines mit der Brennstoffzelle ausgestatteten Fahrzeugs, programmiert werden. In Abhängigkeit der Temperatur in der Umgebung und/oder im Kühlmedium kann dann ein zeitlicher Beginn für das Aufheizen ermittelt werden, und zwar so, dass zur programmierten Startzeit ein vorgegebener Grenzwert für die Temperatur erzielt wird. Entsprechend der oben aufgeführten Beispielrechnung kann also die notwendige Energiemenge, welche zum Erzielen des notwendigen Temperaturhubs in das Kühlmedium eingetragen werden muss, ermittelt werden. Je nach Verlustleistung in der Kühlmittelpumpe, welche beispielsweise als Erfahrungs-, Messwert oder über ein Kennfeld hinterlegt werden kann, kann dann der zeitliche Beginn der Aufheizung festgelegt werden, sodass zum gewünschten Startzeitpunkt die entsprechende Temperatur erreicht worden ist. Selbstredend ist dabei bei einer zum erwarteten zeitlichen Beginn des Aufheizens gemessenen Temperatur oberhalb des vorgegebenen Grenzwerts für die Temperatur zum Startzeitpunkt, keine Aufheizung notwendig und wird dementsprechend auch nicht durchgeführt, auch wenn eine entsprechende Programmierung für die Startzeit vorliegt.
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Wie bereits erwähnt liegt ein geeigneter Grenzwert für die Temperatur in der Größenordnung zwischen –15°C und 0°C, bevorzugt bei in etwa –5°C, da bei diesen Temperaturen PEM-Brennstoffzellen ohne nennenswerte Nachteile hinsichtlich der Lebensdauer sehr schnell und effizient gestartet werden können.
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Als weitere Möglichkeit, Temperaturwerte zu berücksichtigen, können auch Daten einer Wettervorhersage verwendet werden, welche beispielsweise für den nächsten gewünschten oder erwarteten Startzeitpunkt entsprechende Temperaturen vorhersagen. Liegen diese unterhalb des Temperaturgrenzwerts, kann eine entsprechende Erwärmung vorgenommen, und/oder der Nutzer zu einer Programmierung aufgefordert werden.
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Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Idee kann es nun außerdem vorgesehen sein, dass eine Programmierung durch den Nutzer oder eine durch Funk übermittelte Vorgabe Vorrang haben. Eine Temperatursteuerung wie beispielsweise das oben beschriebene Warmhalten des Systems ist trotz allem vergleichsweise energieintensiv. Wenn eine entsprechende Programmierung durch den Nutzer vorliegt oder eine entsprechende Vorgabe durch Funk übermittelt worden ist, welche beispielsweise einen Startzeitpunkt am nächsten Morgen um 7 Uhr angibt, dann kann dieser Vorgabe entsprechend Vorrang eingeräumt werden, sodass beispielsweise bei einem Abfallen der Temperaturen in der Nacht kein Warmhalten der Brennstoffzelle im oben beschriebenen Sinne erfolgt, sondern entsprechend abgewartet wird, um dass System dann zielgenau auf die programmierte Startzeit aufzuwärmen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es ferner vorgesehen sein, dass, wenn der Ladezustand der Batterie unter einen vorgegebenen Grenzwert fällt, keine Aufheizung erfolgt. Über eine solche idealerweise mit Vorrang gegenüber allen anderen Vorgaben programmierte Abfrage des Ladezustands der Batterie wird sichergestellt, dass durch das Aufheizen kein Zustand herbeigeführt wird, in dem, aufgrund einer vollständig entladenen Batterie, die Brennstoffzelle bzw. das mit ihr ausgerüstete Fahrzeug überhaut nicht mehr starten kann. Die Abfrage stellt also sicher, dass ein Start in jedem Fall möglich ist, auch wenn er dann gegebenenfalls länger dauert.
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Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es auch vorgesehen sein, dass, wenn der Ladezustand der Batterie unter einen vorgegebenen Grenzwert fällt, die Brennstoffzelle zum Nachladen der Batterie nach dem Aufheizen gestartet wird. Bei dieser alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird, insbesondere bei einem Warmhalten der Brennstoffzelle, die Brennstoffzelle unterhalb eines vorgegebenen Ladezustands der Batterie nach einer erfolgten Aufwärmung kurzzeitig gestartet, um die Batterie nachzuladen und so ausreichende Energie für das weitere Warmhalten und/oder spätere Starten der Brennstoffzelle vorhalten zu können.
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Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es außerdem vorsehen, dass über das Kühlmedium der Antrieb der Kühlmittelpumpe gekühlt wird. Über eine solche Kühlung des Antriebsmotors der Kühlmittelpumpe über das Kühlmedium, also ein Umströmen der gesamten – idealerweise zusammen mit ihrem Antrieb gekapselten – Kühlmittelpumpe durch das Kühlmedium, kann erreicht werden, dass nicht nur die Verlustleistung beim Umpumpen des Kühlmediums selbst zur Aufheizung des Kühlmediums genutzt werden kann, sondern auch diejenige des Antriebsmotors der Kühlmittelpumpe. Hierdurch wird die im Bereich der Kühlmittelpumpe und ihres Antriebs eingetragene Leistung noch besser genutzt, um das Kühlmedium aufzuwärmen.
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Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es nun außerdem vorgesehen sein, dass die Brennstoffzelle beim Abstellen nicht getrocknet wird. Bei herkömmlichen Betriebsverfahren für Brennstoffzellen ist es allgemein bekannt und üblich, dass diese beim Abstellen entsprechend getrocknet werden, um ideale Voraussetzungen für einen Wiederstart zu schaffen. Dem Erfinder hat sich nun gezeigt, dass eben dieses Trocknen, insbesondere wenn es sich dabei um ein sehr starkes Austrocknen der Brennstoffzelle handelt, mit einem deutlichen Lebensdauerverlust der Brennstoffzelle einhergeht. Dieser steht in keinem Verhältnis zur zusätzlichen benötigten Energie beispielsweise für ein Warmhalten des Kühlmediums der Brennstoffzelle durch einen immer wieder auftretenden Betrieb der Kühlmittelpumpe, wenn das Brennstoffzellensystem sich im Stillstand befindet und die Temperaturen unterhalb von kritischen Temperaturwerten liegen. In diesem Fall wird die Brennstoffzelle faktisch „warm” gehalten, um so schnell und effizient starten zu können, auch wenn die Brennstoffzelle zuvor beim eigentlichen Abstellen nicht oder nicht übermäßig stark getrocknet worden ist. Die besondere Möglichkeit, die Startfähigkeit der Brennstoffzelle sehr gut sicherzustellen, ermöglicht also im Gegenzug einen Verzicht auf ein Trocknen bzw. starkes Austrocknen der Brennstoffzelle, wie es beispielsweise durch ein Laufenlassen der Luftversorgungseinrichtung zum Trocknen für einen Zeitraum von einer oder mehren Minuten erzielt wird. Durch den Verzicht wird einerseits die Lebensdauer der Brennstoffzelle verlängert und andererseits beim Abstellen das Verfahren einfacher und schneller und insbesondere energieeffizienter. Im Gegenzug wird etwas mehr Energie benötigt, um bei kritischen Temperaturen das Kühlmedium der Brennstoffzelle durch den Betrieb der Kühlmittelpumpe warm zu halten. Dies überwiegt jedoch die Nachteile, welche durch ein zu starkes Austrocknen erzielt werden, energetisch und insbesondere wirtschaftlich bei weitem.
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Grundlegend ist zur Versorgung der Kühlmittelpumpe zum Aufheizen des Kühlmediums der Brennstoffzelle ein Betrieb aus annähernd jeder Batterie denkbar. So kann beispielsweise eine 12 V, 24 V oder 48 V Starterbatterie (Niedervoltbatterie) eingesetzt werden. Um über einen längeren Zeitraum hinweg das System warm zu halten, ist jedoch ein nicht unerheblicher Energieaufwand notwendig. Dieser kann insbesondere sehr einfach und effizient aus einer sogenannten Hochvoltbatterie gedeckt werden, welche typischerweise als Hybridisierungsbatterie parallel zu einem Brennstoffzellensystem in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ohnehin verbaut ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dementsprechend vorgesehen, dass als Batterie eine Hochvoltbatterie zur Hybridisierung eines die Brennstoffzelle umfassenden Brennstoffzellensystems verwendet wird, um die Kühlmittelpumpe bei Bedarf zur Erwärmung des Kühlmediums zu betreiben. Sollten die Kühlwasserpumpen über eine Niedervoltbatterie betrieben werden, kann eine eventuell vorhandene Hochvoltbatterie bei Bedarf die Niedervoltbatterie über die vorhandene Ladeeinrichtung nachladen, sollte der Energieinhalt der Letzteren nicht ausreichen. Diese Anordnung wird auch als Batteriekaskade bezeichnet.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich außerdem aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben ist.
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Die einzige beigefügte Figur zeigt ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug mit einer Brennstoffzelle und einem Kühlkreislauf mit einer Kühlmittelpumpe zur Temperierung der Brennstoffzelle.
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In der Darstellung der Figur ist sehr stark schematisiert ein Fahrzeug 1 angedeutet. Das Fahrzeug 1 soll mit elektrischer Antriebsleistung angetrieben werden, welche insbesondere in einer Brennstoffzelle 2 erzeugt wird. Die Brennstoffzelle 2 soll dabei als sogenannter Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellenstack ausgebildet sein, vorzugsweise in PEM-Technologie der Einzelzellen. Wie es allgemein bekannt und üblich ist, wird die Brennstoffzelle 2 über einen Kühlkreislauf 3 im Betrieb temperiert, insbesondere wird anfallende Abwärme abgeführt. Der Kühlkreislauf 3 umfasst hierfür einen Kühler 4, welcher auch als Umgebungskühler bezeichnet wird und die Abwärme an die Umgebung des Fahrzeugs 1 abführt. Außerdem ist eine Kühlmittelpumpe 5 in dem Kühlkreislauf vorgesehen, welche über einen elektrischen Antriebsmotor 6 angetrieben wird. Zusätzlich ist typischerweise bei derartigen Kühlkreisläufen 3 ein Bypass 7 vorgesehen, welcher über ein Bypassventil 8 entsprechend angesteuert werden kann. Dieser Bypass 7 verläuft parallel zum Kühler 4, sodass für den Fall, dass die Brennstoffzelle 2 aufgewärmt werden soll, der Kühler 4 umgangen werden kann. Außerdem kann durch eine Beeinflussung der Durchströmung des Kühlers 4 einerseits und des Bypass 7 andererseits die Temperatur des Kühlmediums in der Brennstoffzelle 2 geregelt werden. Ergänzend oder alternativ hierzu wäre auch eine Regelung über die Drehzahl der Kühlmittelpumpe 5 denkbar.
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Der Kühlkreislauf 3 für die Brennstoffzelle 2 verzichtet nun bewusst auf einen elektrischen Heizer, welcher sonst häufig üblich ist. Stattdessen erfolgt die Aufheizung des Kühlmediums als Startvorbereitung für die Brennstoffzelle 2 dadurch, dass die Kühlmittelpumpe 5 betrieben wird. Optional kann es dabei, wie es durch die gestrichelten Linien angedeutet ist, vorgesehen sein, dass das Kühlmedium zusätzlich zur eigentlichen Kühlmittelpumpe 5 auch den Antriebsmotor 6 desselben umströmt, sodass die gesamte im Bereich der Kühlmittelpumpe 5 und ihres Antriebs 6 entstehende Abwärme zur Aufheizung des Kühlmediums eingesetzt werden kann.
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Zum Betrieb der Kühlmittelpumpe 5 bzw. ihres Antriebs 6 unabhängig von der Brennstoffzelle 2 ist außerdem eine Batterie 9 vorgesehen, insbesondere eine sogenannte Hochvoltbatterie, welche zur Hybridisierung der Brennstoffzelle 2 in dem Fahrzeug 1 dient. Eine Starterbatterie mit niedriger Spannung, beispielsweise 12 V, 24 V oder 48 V, wäre jedoch ebenso denkbar.
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Über ein Steuergerät 10 werden nun verschiedene Vorgabewerte ausgewertet, um bei Bedarf, wie es über die Steuerleitung 11 angedeutet ist, die Kühlmittelpumpe 5 bzw. ihren Antriebsmotor 6 entsprechend zu starten, um das Kühlmedium und die Brennstoffzelle 2 aufzuwärmen. In dieser Situation wird das Bypassventil 8 typischerweise immer so geschaltet sein, dass der Kühler 4 im Bypass umgangen wird, um einen möglichst kleinen Kühlkreislauf zu schaffen, dessen Kühlmedium aufgewärmt werden muss.
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Die Vorgabewerte, welche von der Steuerung 10 ausgewertet werden, umfassen typischerweise in jedem Fall einen Ladezustand der Batterie 9, dessen Erfassung über einen Ladezustandssensor 12 entsprechend angedeutet ist. Außerdem wird in den allermeisten Fällen sicherlich auch eine Temperatur bzw. ein Temperaturwert berücksichtigt. Hierfür ist ein Temperatursensor 13 im Bereich des Kühlmediums angedeutet. Ergänzend oder alternativ hierzu könnte auch eine Temperatur in der Umgebung, in der Brennstoffzelle 2 oder dergleichen, erfasst werden.
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In Verbindung mit der Steuerung 10 sind außerdem weitere Blöcke dargestellt, beispielsweise ein mit 14 bezeichneter Block, welcher eine Programmierung durch den Nutzer, beispielsweise das Einprogrammieren einer Startzeit für das Fahrzeug 1, symbolisieren soll. Der mit 15 bezeichnete Block symbolisiert eine Wettervorhersage, welche beispielsweise durch den Fahrzeughersteller oder andere Dienstleister bereitgestellt werden kann. Hierdurch wird es möglich abzuschätzen, inwieweit Temperaturen sich so entwickeln, dass ein Aufheizen der Brennstoffzelle notwendig ist, und dass eine entsprechende Uhrzeit abgeschätzt werden kann, ab wann dies notwendig sein wird. Eine weitere mit 16 bezeichnete Box deutet an, dass Funksignale verarbeitet und der Steuerung 10 zugeführt werden können. Hierbei kann es sich um einen direkten Funkkontakt beispielsweise mit einer Fernbedienung handeln, oder auch um einen Funkkontakt über Mobilfunknetze, um so beispielsweise über Smartphone-Applikationen oder dergleichen die Steuerung 10 beeinflussen zu können und/oder im Gegenzug ihren entsprechenden Zustand abfragen zu können. Dies kann insbesondere auch mit den Daten der Wettervorhersage 15 und der Programmierung 14 entsprechend zusammenwirken. Beispielsweise in der Art, dass die Steuerung 10 den Nutzer in Abhängigkeit der Wettervorhersage 15, gegebenenfalls zu einer Programmierung 14 auffordert. Es ist vorstellbar, einen Software basierten Entscheidungsbaum zu nutzen, um z. B. bei Nichtrückmeldung des Nutzers und einer entsprechenden Wettervorhersage für ein immer startbares Fahrzeug durch benannte Erwärmungs- bzw. Warmhaltestrategie zu sorgen.
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Fahrzeugseitige Maßnahmen, wie eine thermische Isolierung der maßgeblichen Teile, können den Energiebedarf deutlich reduzieren, wenn dadurch eine Auskühlung stark verzögert wird, und z. B. eine Auskühlung über Nacht selbst bei tiefen Temperaturen nicht oder nur in geringem Umfang stattfindet, also z. B. bei –30°C die maßgeblichen Teilen über Nacht nur –10°C erreichen. Somit würde der Nachwarm-Bedarf, z. B. von –10°C auf –5°C wesentlich weniger Energie erfordern, als der von –30°C auf –5°C. Vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung, die eine möglichst geringe Masse an aufzuheizenden oder warm zu haltenden Komponenten aufweist, z. B. durch möglichst kurze Kühlwasserleitungen zwischen den Komponenten 2, 8, 5. Es kann aber auch sinnvoll sein, den gesamten oder einen geeigneten Teil des Antriebsstrangs mit einer thermischen Isolierung einzuhüllen, um damit eine große thermische Masse zu bilden, die der Auskühlung entgegen wirkt. Das würde zu einer längeren Auskühlzeit führen, aber die Aufheizung der maßgeblichen Komponenten im Falle einer Auskühlung wegen langer Standzeit bei Minustemperaturen nicht verschlechtern.
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Aus einem oder mehren dieser Vorgabewerte, welche durch die Sensoren 12, 13 bzw. die Boxen 14, 15, 16 entsprechend angedeutet sind, kann gemäß der eingangs geschilderten Art und Weise ein Startsignal von der Steuerung 10 generiert werden, um die Kühlmittelpumpe 5 entsprechend zu starten und hierdurch das Kühlmedium in dem Kühlkreislauf 3 aufzuwärmen. Hierdurch wird letztlich auch die Brennstoffzelle 2 erwärmt, beispielsweise auf einen Temperaturwert von mehr als –5°C, sodass ein schneller und schonender Start der Brennstoffzelle 2 möglich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2006/0147772 A1 [0003]
