DE102015011275A1 - Fuel cell system and vehicle with a fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system and vehicle with a fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- DE102015011275A1 DE102015011275A1 DE102015011275.9A DE102015011275A DE102015011275A1 DE 102015011275 A1 DE102015011275 A1 DE 102015011275A1 DE 102015011275 A DE102015011275 A DE 102015011275A DE 102015011275 A1 DE102015011275 A1 DE 102015011275A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fuel cell
- cell system
- shut
- air
- cathode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
- B60H1/14—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit
- B60H1/143—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit the heat being derived from cooling an electric component, e.g. electric motors, electric circuits, fuel cells or batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04037—Electrical heating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
- H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (10), insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Brennstoffzellenstapel (12), welcher eine Anode (18) und eine Kathode (28) umfasst, wobei in einem Abluftstrang (52) der Kathode (28) eine Absperreinrichtung (54) angeordnet ist. Die Absperreinrichtung (54) ist mit einem Kühlmittel eines Kühlmittelkreises (16) beaufschlagbar, mittels welchem im Betrieb des Brennstoffzellensystems (10) Wärme von dem Brennstoffzellenstapel (12) abführbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem (10).The invention relates to a fuel cell system (10), in particular for a vehicle, having a fuel cell stack (12) which comprises an anode (18) and a cathode (28), wherein in an exhaust air strand (52) the cathode (28) has a shut-off device (12). 54) is arranged. The shut-off device (54) can be acted upon by a coolant of a coolant circuit (16) by means of which heat can be dissipated from the fuel cell stack (12) during operation of the fuel cell system (10). Furthermore, the invention relates to a vehicle with such a fuel cell system (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel, welcher eine Anode und eine Kathode umfasst. In einem Abluftstrang der Kathode ist eine Absperreinrichtung angeordnet. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem.The invention relates to a fuel cell system with a fuel cell stack, which comprises an anode and a cathode. In a Abluftstrang the cathode a shut-off device is arranged. Furthermore, the invention relates to a vehicle with a fuel cell system.
Die
Des Weiteren beschreibt die
Brennstoffzellenfahrzeuge und Brennstoffzellensysteme sind sehr komplex und dadurch entsprechend teuer. Des Weiteren weisen die aktuell am Markt verfügbaren Brennstoffzellenfahrzeuge zwar gute, aber dennoch noch keine sehr hohen Fahrleistungen auf, was dazu führt, dass sich mit Brennstoffzellenfahrzeugen am Markt derzeit noch keine besonders hohen Preise erzielen lassen.Fuel cell vehicles and fuel cell systems are very complex and therefore expensive. Furthermore, the currently available on the market fuel cell vehicles, although good, but still not very high performance, which means that fuel cell vehicles on the market currently can not achieve very high prices.
Eine weitere Herausforderung bei Brennstoffzellensystemen ist das Erreichen einer hohen Lebensdauer. Ein bekannter Fehlermechanismus beziehungsweise ein bekannter Auslöser für eine vergleichsweise rasche Degradation sind die so genannten Luft-Luft-Starts. Hierbei liegt beim Starten des Brennstoffzellensystems sowohl auf der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels als auch auf der Kathodenseite Luft vor. Eine hohe Anzahl von Luft-Luft-Starts führt entsprechend zu einer hohen Degradation.Another challenge with fuel cell systems is achieving a long service life. A known error mechanism or a known trigger for a comparatively rapid degradation are the so-called air-air starts. In this case, air is present when starting the fuel cell system both on the anode side of the fuel cell stack and on the cathode side. A high number of air-air starts correspondingly leads to a high degradation.
Das Problem der Luft-Luft-Starts verschärft sich, wenn in einem Fahrzeug mit einem Brennstoffzellenstapel Fahrmodi vorgesehen sind, bei denen das Brennstoffzellensystem während der Fahrt nicht genutzt beziehungsweise nicht eingeschaltet wird. In einem solchen Fahrmodus wird also rein batterieelektrisch gefahren. Aufgrund der Fahrgeschwindigkeit treten dann hohe Windgeschwindigkeiten im Bereich eines Ansaugstutzens und einer Mündung des Abluftstrangs des Brennstoffzellensystems auf.The problem of air-to-air starts is exacerbated when driving modes are provided in a vehicle having a fuel cell stack in which the fuel cell system is not used while driving or is not turned on. In such a driving mode is therefore driven purely battery electric. Due to the driving speed then occur high wind speeds in the region of an intake and an outlet of the exhaust air line of the fuel cell system.
Durch diese Luftströmungen wird die Kathode mit Luft beziehungsweise Sauerstoff aus der Umgebungsluft gespült. In der Folge kommt es zwischen dem auf der Anode befindlichen, eingesperrten Wasserstoff und dem durch die oben erwähnten Luftströmungen zugeführten Sauerstoff zu einer Reaktion. Dies führt zu einer deutlichen Verkürzung der so genannten „Hydrogen Protection Time” (also der Zeit, bis Luft-Luft-Verhältnisse im Brennstoffzellenstapel herrschen).These air currents flush the cathode with air or oxygen from the ambient air. As a result, there is a reaction between the hydrogen occluded on the anode and the oxygen supplied by the above-mentioned air currents. This leads to a significant reduction in the so-called "Hydrogen Protection Time" (ie the time until air-to-air conditions prevail in the fuel cell stack).
Dies bedeutet letztendlich, dass bei Brennstoffzellensystemen die in einer Plug-In oder Range-Extender-Anwendung konfiguriert sind (oder eventuell auch nur mit einer ausgedehnten Start-Stopp-Strategie betrieben werden), mit einer deutlich verkürzten ”Hydrogen Protection Time” zu rechnen ist. Dies führt zu einer erhöhten Degradationsrate. Um dies zu verhindern, sind entsprechende Maßnahmen zu treffen.This ultimately means that in fuel cell systems that are configured in a plug-in or range-extender application (or possibly even operated only with a lengthy start-stop strategy), a significantly reduced "Hydrogen Protection Time" is to be expected , This leads to an increased degradation rate. To prevent this, appropriate measures must be taken.
Bekannt sind als Maßnahmen (etwa aus der California Fuel Cell Partnership, CFCP) Ventile, welche im Luftpfad vor dem Brennstoffzellenstack oder Brennstoffzellenstapel angeordnet sind und verschlossen werden, wenn das Brennstoffzellensystem ausgeschaltet ist. Nachteilig daran ist, dass über die Abluftanlage oder den Abluftstrang aufgrund entsprechender Luftströmungen (welche durch den Fahrtwind hervorgerufen werden) frische Luft beziehungsweise frischer Sauerstoff auf die Seite der Kathode des Brennstoffzellenstapels gelangen kann. Dies verkürzt die „Hydrogen Protection Time”.Are known as measures (such as the California Fuel Cell Partnership, CFCP) valves, which are arranged in the air path in front of the fuel cell stack or fuel cell stack and closed when the fuel cell system is turned off. The disadvantage of this is that fresh air or fresh oxygen can reach the side of the cathode of the fuel cell stack via the exhaust air system or the exhaust air line due to corresponding air flows (which are caused by the wind). This shortens the "Hydrogen Protection Time".
Die Anordnung eines Ventils im Abluftpfad oder Abluftstrang ist deshalb kritisch, weil in der Abluft Produktwasser enthalten ist, welches dann bei kalten Umgebungstemperaturen das Ventil oder die Klappe zufrieren lassen kann. Um dies zu verhindern, sind elektrisch beheizbare Klappen beziehungsweise Absperrventile erforderlich, welche entsprechend teuer sind und auch noch elektrische Energie (meist auf 12 V Niveau) benötigen. Bei kalten Umgebungstemperaturen ist zudem die Leistungsfähigkeit einer 12 V-Batterie eingeschränkt. Unter diesen Bedingungen ist daher keine zuverlässige Aufheizung der Klappe gewährleistet, beziehungsweise führt das Aufheizen zu einer ungünstigen Belastung des 12 V-Bordnetzes.The arrangement of a valve in the exhaust path or exhaust air line is critical because product air is contained in the exhaust air, which can then freeze at cold ambient temperatures, the valve or the valve. In order to prevent this, electrically heatable flaps or shut-off valves are required, which are correspondingly expensive and also require electrical energy (usually at 12 V level). In cold ambient temperatures, the performance of a 12 V battery is also limited. Under these conditions, therefore, no reliable heating of the flap is guaranteed, or the heating leads to an unfavorable load of the 12 V electrical system.
Der Effekt des Zufrierens verstärkt sich entsprechend, wenn viel Produktwasser in flüssiger Form anfällt, wie dies bei Brennstoffzellensystemen aus dem Stand der Technik der Fall ist.The effect of freezing increases accordingly, if much product water in liquid Form is obtained, as is the case with fuel cell systems of the prior art.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem zu schaffen, bei welchem eine Funktionstüchtigkeit der Absperreinrichtung auf besonders einfache Art und Weise erreichbar ist.Object of the present invention is therefore to provide a fuel cell system of the type mentioned and a vehicle with such a fuel cell system, in which a functionality of the shut-off device is achieved in a particularly simple manner.
Diese Aufgabe wird durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a fuel cell system having the features of patent claim 1 and by a vehicle having the features of patent claim 8. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, welches insbesondere für ein Fahrzeug vorgesehen ist, ist die Absperreinrichtung mit einem Kühlmittel eines Kühlmittelkreises beaufschlagbar. Mittels des durch den Kühlmittelkreis strömenden Kühlmittels kann im Betrieb des Brennstoffzellensystems Wärme von dem Brennstoffzellenstapel abgeführt werden. Mit anderen Worten ist die Absperreinrichtung thermisch mit dem Kühlmittelkreis des Brennstoffzellenstapels gekoppelt. Die Absperreinrichtung kann also mittels der von dem Kühlmittel abgegebenen Wärme aufgetaut werden.In the fuel cell system according to the invention, which is provided in particular for a vehicle, the shut-off device can be acted upon by a coolant of a coolant circuit. By means of the coolant flowing through the coolant circuit, heat can be removed from the fuel cell stack during operation of the fuel cell system. In other words, the shut-off device is thermally coupled to the coolant circuit of the fuel cell stack. The shut-off device can therefore be thawed by means of the heat released by the coolant.
Dadurch kann auf ein direktes elektrisches Beheizen der Absperreinrichtung verzichtet werden. So kann insbesondere als Absperreinrichtung eine vergleichsweise günstige Absperrklappe verwendet werden, welche nicht elektrisch beheizbar zu sein braucht. Dies schlägt sich in entsprechenden Kostenvorteilen nieder. Durch das Zuführen von Wärme zu der Absperreinrichtung über das Kühlmittel lässt sich die Funktionsfähigkeit der Absperreinrichtung auf besonders einfache Art und Weise erreichen. Es lässt sich insbesondere verhindern, dass über den Abluftstrang Sauerstoff aus der Umgebungsluft in die Kathode des Brennstoffzellenstapels eintritt und dort mit dem auf Seiten der Anode eingesperrten Wasserstoff reagiert. Auf diese Weise wird insbesondere ermöglicht, eine besonders lange Hydrogen Protection Time zu erreichen.This can be dispensed with a direct electrical heating of the shut-off device. Thus, in particular as a shut-off device, a comparatively favorable butterfly valve can be used, which need not be electrically heated. This is reflected in corresponding cost advantages. By supplying heat to the shut-off device via the coolant, the functionality of the shut-off device can be achieved in a particularly simple manner. In particular, it is possible to prevent oxygen from the ambient air from entering the cathode of the fuel cell stack via the exhaust air line, where it reacts with the hydrogen trapped on the anode side. In this way it is possible, in particular, to achieve a particularly long Hydrogen Protection Time.
Aufgrund der vergleichsweise langen Hydrogen Protection Time lässt sich insbesondere eine verbesserte Haltbarkeit und somit längere Lebensdauer des Brennstoffzellenstapels sowie des Brennstoffzellensystems erreichen.Due to the comparatively long Hydrogen Protection Time can be achieved in particular an improved durability and thus longer life of the fuel cell stack and the fuel cell system.
Dadurch, dass die Absperreinrichtung, welche auch als Cathode Blocking Valve (CBV) oder Kathodenblockierventil bezeichnet wird, im Abluftpfad des Brennstoffzellenstapels thermisch mit dem Kühlmittelkreis des Brennstoffzellensystems gekoppelt ist, wird durch die in das Kühlmittel eingebrachte Wärme auch die Absperreinrichtung aufgetaut.Because the shut-off device, which is also referred to as cathode blocking valve (CBV) or cathode blocking valve, is thermally coupled to the coolant circuit of the fuel cell system in the exhaust path of the fuel cell stack, the shut-off device is also thawed by the heat introduced into the coolant.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Brennstoffzellensystem in einem Plug-In-Fahrzeug zum Einsatz kommt, bei welchem wahlweise die von dem Brennstoffzellensystem bereitgestellte elektrische Energie oder die elektrische Energie einer Traktionsbatterie zum Fortbewegen des Fahrzeugs genutzt werden kann. Hierbei kann die Traktionsbatterie durch Anschließen an eine Ladestation aufgeladen werden. Bei derartigen Fahrzeugen kann es nämlich dazu kommen, dass zum Fortbewegen des Fahrzeugs lediglich die Traktionsbatterie eingesetzt wird und das Brennstoffzellensystem abgeschaltet bleibt. In derartigen Situationen ist dann das Absperren des Abluftstrangs der Kathode mittels der Absperreinrichtung besonders sinnvoll, um ein Eintreten von Luftsauerstoff in die Kathode des Brennstoffzellenstapels zu verhindern.This is particularly advantageous when the fuel cell system is used in a plug-in vehicle, in which either the electric energy supplied by the fuel cell system or the electric energy of a traction battery can be used to move the vehicle. Here, the traction battery can be charged by connecting to a charging station. In fact, in such vehicles, it may happen that only the traction battery is used to move the vehicle and the fuel cell system remains switched off. In such situations, the shut-off of the exhaust air strand of the cathode by means of the shut-off device is then particularly useful to prevent the entry of atmospheric oxygen into the cathode of the fuel cell stack.
Analoges gilt für ein Brennstoffzellensystem, welches in einem Fahrzeug zum Verlängern der Reichweite zum Einsatz kommt, bei welchem das Brennstoffzellensystem also als Range Extender (Reichweitenverlängerer) fungiert. Auch kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug grundsätzlich unter Einsatz der von der Batterie bereitgestellten elektrischen Energie fortbewegt wird. Zum Zurücklegen weiterer Fahrstrecken wird hingegen mittels des Brennstoffzellensystems elektrische Energie bereitgestellt, welche zum Fortbewegen des Fahrzeugs genutzt wird.The same applies to a fuel cell system, which is used in a vehicle to extend the range used, in which the fuel cell system thus acts as a range extender (Range Extender). It can also be provided that the vehicle is basically moved using the electrical energy provided by the battery. To cover other routes, however, electrical energy is provided by means of the fuel cell system, which is used for moving the vehicle.
Bei derartigen Fahrzeugen kann es nämlich dazu kommen, dass für längere Zeit mit hohen Fahrgeschwindigkeiten gefahren wird, ohne dass das Brennstoffzellensystem eingeschaltet ist. Insbesondere in diesen Situationen ist mittels der Absperreinrichtung ein durch den Fahrtwind bedingtes Eintreten von Umgebungsluft in die Kathode des Brennstoffzellenstapels vermeidbar.In fact, in such vehicles, it can happen that is driven at high speeds for a long time without the fuel cell system is turned on. In particular, in these situations, by means of the shut-off device, it is possible to prevent the entry of ambient air into the cathode of the fuel cell stack due to the travel wind.
Bevorzugt ist in dem Kühlmittelkreis eine elektrische Heizeinrichtung angeordnet, mittels welcher der Brennstoffzellenstapel auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmbar ist. Es kann also mittels der elektrischen Heizeinrichtung dafür gesorgt werden, dass das Brennstoffzellensystem beziehungsweise der Brennstoffzellenstapel so weit vorgewärmt wird, dass das Brennstoffzellensystem keinen Gefrierstart mehr absolvieren muss.Preferably, an electrical heating device is arranged in the coolant circuit, by means of which the fuel cell stack can be heated to a predetermined temperature. It can therefore be ensured by means of the electric heater that the fuel cell system or the fuel cell stack is preheated so far that the fuel cell system does not have to complete a freeze start more.
Insbesondere wird also mittels der elektrischen Heizeinrichtung der Brennstoffzellenstapel vor einem Hochfahren des Brennstoffzellensystems auf die vorbestimmte Temperatur erwärmt. Bevorzugt wird das Brennstoffzellensystem erst dann gestartet, wenn der Brennstoffzellenstapel und die abluftseitige Absperreinrichtung auf einer entsprechenden Temperatur, beispielsweise auf einer Temperatur von +5 Grad Celsius ist.In particular, the fuel cell stack is therefore heated to the predetermined temperature by means of the electrical heating device before the fuel cell system is started up. Preferably, the fuel cell system is only started when the fuel cell stack and the exhaust-side shut-off device on a corresponding Temperature, for example, at a temperature of +5 degrees Celsius.
In dem Kühlmittelkreis kann des Weiteren ein Wärmeübertrager angeordnet sein, mittels welchem Wärme in einen Fahrgastraum des Fahrzeugs einbringbar ist. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass mittels der elektrischen Heizeinrichtung das dem Wärmeübertrager zugeführte Kühlmittel beheizt wird. So sorgt die elektrische Heizeinrichtung oder der elektrische Heizer nicht nur dafür, dass mittels des Kühlmittels die Absperreinrichtung aufgetaut wird. Vielmehr wird auch der Fahrgastraum oder Innenraum beheizt.In the coolant circuit may further be arranged a heat exchanger, by means of which heat can be introduced into a passenger compartment of the vehicle. In this case, provision can be made, in particular, for the coolant supplied to the heat exchanger to be heated by means of the electric heating device. Thus, the electric heater or the electric heater not only ensures that the shut-off device is thawed by means of the coolant. Rather, the passenger compartment or interior is heated.
So kann nicht nur das Hochfahren des Brennstoffzellensystems bei besonders tiefen Temperaturen, also ein Gefrierstart oder Kaltstart vermieden werden. Vielmehr hat die elektrische Heizeinrichtung einen zusätzlichen Zweck, nämlich das Auftauen oder Enteisen der Absperreinrichtung in dem Abluftstrang der Kathode.So not only the startup of the fuel cell system at particularly low temperatures, ie a freeze start or cold start can be avoided. Rather, the electric heater has an additional purpose, namely the thawing or defrosting of the shut-off device in the exhaust air strand of the cathode.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn in dem Abluftstrang der Kathode ein Ladeluftkühler angeordnet ist, mittels welchem Abwärme der Ladeluft auf die Abluft übertragbar ist. Hierbei ist der Ladeluftkühler bevorzugt stromaufwärts der Absperreinrichtung in dem Abluftstrang angeordnet. Dies führt zu einem besonders raschen Erwärmen oder Auftauen der Absperreinrichtung, da der Ladeluftkühler entsprechend viel Abwärme an die Abluft abgeben kann.It is also advantageous if a charge air cooler is arranged in the exhaust air strand of the cathode, by means of which waste heat of the charge air can be transferred to the exhaust air. Here, the charge air cooler is preferably arranged upstream of the shut-off device in the exhaust air line. This leads to a particularly rapid heating or thawing of the shut-off device, since the intercooler can deliver a corresponding amount of waste heat to the exhaust air.
Bei dieser Ausgestaltung, bei welcher die (abluftseitige) Absperreinrichtung stromabwärts oder hinter der Sekundärseite des Ladeluftkühlers angeordnet ist, werden die Abluft und das mitgeführte Produktwasser erhitzt. Dies liegt daran, dass die Verdichtungswärme, welche auf der Primärseite des Ladeluftkühlers entsteht, zur Sekundärseite hin übertragen wird. Werden jedoch die Abluft und das mitgeführte Produktwasser erhitzt und verdampft, so ist auch der Flüssigwasseranteil relativ gering, welcher auf die Absperreinrichtung trifft. Dies führt zu einer verminderten Eisbildung im Bereich der Absperreinrichtung bei tiefen Umgebungstemperaturen oder Außentemperaturen.In this embodiment, in which the (exhaust-side) shut-off device is arranged downstream or behind the secondary side of the charge air cooler, the exhaust air and the entrained product water are heated. This is due to the fact that the heat of compression that arises on the primary side of the intercooler is transferred to the secondary side. However, if the exhaust air and the entrained product water heated and evaporated, so is the liquid water content is relatively low, which meets the shut-off device. This leads to a reduced formation of ice in the area of the shut-off device at low ambient temperatures or outside temperatures.
Auf diese Weise ist ein besonders leichtes und schnelles Öffnen der Absperreinrichtung nach dem Auftauen ermöglicht. Dies ist ein deutlicher Vorteil gegenüber Brennstoffzellensystemen aus dem Stand der Technik, welche nicht über die Möglichkeit verfügen, die Abluft und das darin mitgeführte Produktwasser so zu erhitzen, dass ein niedriger Anteil an Flüssigwasser in der Abluft enthalten ist.In this way, a particularly easy and quick opening of the shut-off after thawing is possible. This is a distinct advantage over prior art fuel cell systems which do not have the ability to heat the exhaust air and the product water entrained therein to contain a low level of liquid water in the exhaust air.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn in einem Zuluftstrang der Kathode eine weitere Absperreinrichtung angeordnet ist. So ist es möglich, die Kathode von beiden Seiten her abzusperren und so besonders sicher ein Eintreten von Umgebungsluft in die Kathode zu unterbinden.Finally, it has proven to be advantageous if a further shut-off device is arranged in a supply air strand of the cathode. Thus, it is possible to shut off the cathode from both sides and so particularly safe to prevent entry of ambient air into the cathode.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem auf. Die für das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Fahrzeug.The vehicle according to the invention has a fuel cell system according to the invention. The advantages and preferred embodiments described for the fuel cell system according to the invention also apply to the vehicle according to the invention.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention. Thus, embodiments are also included and disclosed by the invention, which are not explicitly shown or explained in the figures, however, emerge and can be produced by separated combinations of features from the embodiments explained.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the claims, the following description of preferred embodiments and from the drawings. Showing:
In
Des Weiteren ist das Brennstoffzellensystem
Die Auslegung des Brennstoffzellensystems
Die Betriebstemperatur des Brennstoffzellensystems
Des Weiteren wird das Brennstoffzellensystem
Der elektrischen Heizer
Weiterhin kann diese elektrische Aufheizung des Brennstoffzellensystems
Dadurch, dass der Vortrieb des Brennstoffzellenfahrzeugs in dieser Phase des Aufheizens ausschließlich aus der Batterie
Gemäß
Nach dem Austritt aus dem Brennstoffzellenstapel
Diese Medienführung der Luft ist besonders vorteilhaft, da die Verdichtungswärme nicht in den Kühlmittelkreis
Brennstoff in Form von Wasserstoff wird aus einem Tank
Ein Purgeventil
Die Befeuchtung der Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel
Des Weiteren ist es von Vorteil, das den Kühlmittelkreis
An diesem Ende befindet sich auch der Eintritt
Am Lufteintritt
Durch diesen Transportmechanismus wird praktisch ein Befeuchtungskreislauf dargestellt, so dass auf eine externe Befeuchtungseinrichtung verzichtet werden kann. Das überschüssige Wasser wird über die Kathode
Sowohl das Purgegas (Spülgas) als auch weiteres Abgas in Form der Abluft von der Kathode
Die Abluft wird über einen Abluftstrang
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Brennstoffzellensystem
Vorliegend sorgt der Heizer
In dem Kühlmittelkreis
Des Weiteren ist in dem Kühlmittelkreis
Von der Batterie
Durch Ansteuern eines stromaufwärts des Wärmeübertragers
Der Wärmeübertrager
Das in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
- 1212
- Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
- 1414
- Heizerstoker
- 1616
- KühlmittelkreisCoolant circuit
- 1818
- Anodeanode
- 2020
- LuftmassenmesserAir flow sensor
- 2222
- Verdichtercompressor
- 2424
- Motorengine
- 2626
- LadeluftkühlerIntercooler
- 2828
- Kathodecathode
- 3030
- Sekundärseitesecondary side
- 3232
- Kühlercooler
- 3434
- Tanktank
- 3636
- Dosierventilmetering valve
- 3838
- Strahlpumpejet pump
- 4040
- Ausgangoutput
- 4242
- Eintrittentry
- 4444
- Purgeventilpurge valve
- 4646
- Luftaustrittair outlet
- 4848
- Membranmembrane
- 5050
- Lufteintrittair inlet
- 5252
- Abluftstrangexhaust train
- 5454
- Absperreinrichtungshut-off
- 5656
- ZuluftstrangZuluftstrang
- 5858
- Absperreinrichtungshut-off
- 6060
- Zuleitungsupply
- 6262
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 6464
- KühlmittelpumpeCoolant pump
- 6666
- VentilValve
- 6868
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 70 70
- BatteriekühlkreislaufBattery cooling circuit
- 7272
- KühlmittelpumpeCoolant pump
- 7474
- Batteriebattery
- 7676
- Batteriekühlerbattery cooler
- 7878
- ChillerChiller
- 8080
- VentilValve
- 8282
- VentilValve
- 8484
- HochvoltkomponenteHigh-voltage component
- 8686
- Teilzweigsubbranch
- 8888
- Umgehungsleitungbypass line
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102014215828 A1 [0002] DE 102014215828 A1 [0002]
- DE 10214727 B4 [0003] DE 10214727 B4 [0003]
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015011275.9A DE102015011275A1 (en) | 2015-08-27 | 2015-08-27 | Fuel cell system and vehicle with a fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015011275.9A DE102015011275A1 (en) | 2015-08-27 | 2015-08-27 | Fuel cell system and vehicle with a fuel cell system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102015011275A1 true DE102015011275A1 (en) | 2016-03-03 |
Family
ID=55312255
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102015011275.9A Pending DE102015011275A1 (en) | 2015-08-27 | 2015-08-27 | Fuel cell system and vehicle with a fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102015011275A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021063706A1 (en) | 2019-10-04 | 2021-04-08 | Robert Bosch Gmbh | Fuel cell closing valve |
CN112713285A (en) * | 2020-12-29 | 2021-04-27 | 国科微城市智能科技(南京)有限责任公司 | Hydrogen fuel cell temperature regulation and control device |
CN114198157A (en) * | 2021-11-03 | 2022-03-18 | 蜂巢蔚领动力科技(江苏)有限公司 | Fuel cell energy recovery system and control method |
WO2022233762A1 (en) * | 2021-05-07 | 2022-11-10 | Robert Bosch Gmbh | Fuel-cell system without energy recuperation, and a method for operating such a fuel-cell system |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10214727B4 (en) | 2001-04-10 | 2009-06-04 | Honda Giken Kogyo K.K. | Start control device for a fuel cell system, method for determining the state of control valves and fuel cell system |
DE102014215828A1 (en) | 2013-11-29 | 2015-06-03 | Hyundai Motor Company | Drive control method and system of a fuel cell system |
-
2015
- 2015-08-27 DE DE102015011275.9A patent/DE102015011275A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10214727B4 (en) | 2001-04-10 | 2009-06-04 | Honda Giken Kogyo K.K. | Start control device for a fuel cell system, method for determining the state of control valves and fuel cell system |
DE102014215828A1 (en) | 2013-11-29 | 2015-06-03 | Hyundai Motor Company | Drive control method and system of a fuel cell system |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021063706A1 (en) | 2019-10-04 | 2021-04-08 | Robert Bosch Gmbh | Fuel cell closing valve |
DE102019215285A1 (en) * | 2019-10-04 | 2021-04-08 | Robert Bosch Gmbh | Fuel cell locking system |
CN112713285A (en) * | 2020-12-29 | 2021-04-27 | 国科微城市智能科技(南京)有限责任公司 | Hydrogen fuel cell temperature regulation and control device |
CN112713285B (en) * | 2020-12-29 | 2022-02-22 | 国科微城市智能科技(南京)有限责任公司 | Hydrogen fuel cell temperature regulation and control device |
WO2022233762A1 (en) * | 2021-05-07 | 2022-11-10 | Robert Bosch Gmbh | Fuel-cell system without energy recuperation, and a method for operating such a fuel-cell system |
CN114198157A (en) * | 2021-11-03 | 2022-03-18 | 蜂巢蔚领动力科技(江苏)有限公司 | Fuel cell energy recovery system and control method |
CN114198157B (en) * | 2021-11-03 | 2023-12-05 | 蜂巢蔚领动力科技(江苏)有限公司 | Fuel cell energy recovery system and control method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102011111742A1 (en) | The fuel cell system | |
EP2483958B1 (en) | Method for operating a fuel cell system | |
DE102011114797A1 (en) | Method for operating fuel cell system utilized in passenger car to generate electrical driving power, involves recirculating unreacted fuel into fuel, and heating nozzle of fuel jet pump only when fuel is not made to flow through jet pump | |
DE112009001821T5 (en) | Apparatus for supplying a fuel cell in a fuel cell system with fuel gas | |
DE102015011275A1 (en) | Fuel cell system and vehicle with a fuel cell system | |
WO2011050916A1 (en) | Fuel cell system comprising at least one fuel cell | |
EP4150689A2 (en) | Fuel cell system | |
DE102011122306A1 (en) | Fuel cell system i.e. proton exchange membrane fuel cell system, for vehicle, has bypass valve arranged in exhaust pipe after fuel cell for bypassing components, where valve acts immediately up on or integrated in cathode chamber | |
DE102015010114A1 (en) | Method for operating a fuel cell vehicle and fuel cell vehicle | |
WO2014012615A1 (en) | Fuel cell system | |
WO2010105752A1 (en) | Cooling devices for a fuel cell system | |
DE102012003922A1 (en) | Fuel cell system used for e.g. motor car, has fuel cell stack which is provided with terminals and ports for supply and discharge of reactants | |
EP2537200A1 (en) | Fuel cell system having at least one fuel cell | |
DE102008045170A1 (en) | Electrical energy generating device for propulsion of e.g. fuel cell vehicle, has heat exchanger for cooling electrical and/or electronic power component, electrical drive unit and fuel recirculation blower of fuel cell system | |
DE102012023828A1 (en) | Fuel cell system for fuel cell vehicle i.e. omni bus, has fuel cell and system components that are enclosed by system housing, and cooling heat exchanger, where air flow passing through system housing is produced by air conveying device | |
DE102012018712A1 (en) | Air conveying device for supplying air to fuel cell system in vehicle, has compressor propelled with electric machine and intercooler, where electric machine is cooled by cooling medium in cooling circuit at intercooler | |
DE102015225653A1 (en) | fuel cell | |
DE102013007207A1 (en) | Apparatus for the treatment of air | |
DE102018205288A1 (en) | The fuel cell system | |
DE102010047523A1 (en) | Fuel cell system for use in e.g. ships, has air inlet pipe placed between burner and compressor in flow direction subsequent to compressor components, where hot exhaust gases of burner flow from cathode region of fuel cell | |
DE102016222671A1 (en) | Device and method for the air conditioning of a passenger compartment | |
DE102012016976A1 (en) | Fuel cell system for supplying electrically driving power in vehicle i.e. motor car, has air-conditioning system actively cooling heat exchanger and comprising air conditioner compressor, and drain spacer arranged in region of exchanger | |
DE102015011282A1 (en) | Method for operating a fuel cell system and vehicle | |
DE102015100186A1 (en) | Fuel cell system, a method for heating such a system and an aircraft with such a system | |
DE102018213771A1 (en) | Fuel cell system and method for operating a fuel cell system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R230 | Request for early publication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: CELLCENTRIC GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE Owner name: DAIMLER AG, DE Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: CELLCENTRIC GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, STUTTGART, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: WALLINGER RICKER SCHLOTTER TOSTMANN PATENT- UN, DE |
|
R012 | Request for examination validly filed |