DE102015015635A1 - Fuel cell assembly, method for operating such a fuel cell assembly and use of such a fuel cell assembly - Google Patents

Fuel cell assembly, method for operating such a fuel cell assembly and use of such a fuel cell assembly Download PDF

Info

Publication number
DE102015015635A1
DE102015015635A1 DE102015015635.7A DE102015015635A DE102015015635A1 DE 102015015635 A1 DE102015015635 A1 DE 102015015635A1 DE 102015015635 A DE102015015635 A DE 102015015635A DE 102015015635 A1 DE102015015635 A1 DE 102015015635A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
heating element
temperature control
cell assembly
control circuit
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
Application number
DE102015015635.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Michael Bader
Matthias Maisch
Ralf Nüßle
Volker Schempp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cellcentric GmbH and Co KG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Priority to DE102015015635.7A priority Critical patent/DE102015015635A1/en
Priority to PCT/EP2016/001961 priority patent/WO2017092853A1/en
Publication of DE102015015635A1 publication Critical patent/DE102015015635A1/en
Pending legal-status Critical Current

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
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/66—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells
    • 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
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • 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
    • H01M8/04225—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 during start-up
    • 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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • 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
    • H01M8/04253—Means for solving freezing problems
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • 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
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung (1), welche erfindungsgemäß umfasst: – einen Brennstoffzellen-Temperierkreislauf (T1) mit zumindest einem Heizelement (11) und einer Mehrzahl von thermisch miteinander verbundenen Brennstoffzelleneinheiten (2.1 bis 2.n), – einen Batterie-Temperierkreislauf (T2) zur Temperierung zumindest einer elektrischen Batterie (14.1, 14.2), – wobei das Heizelement (11) thermisch mit einer unmittelbar dem Heizelement (11) nachgeschalteten Brennstoffzelleneinheit (2.1) der Mehrzahl von Brennstoffzelleneinheiten (2.1 bis 2.n) verbindbar ist und – wobei der Batterie-Temperierkreislauf (T2) in Abhängigkeit einer Temperatur der zumindest einen elektrischen Batterie (14.1, 14.2) thermisch mit dem Brennstoffzellen-Temperierkreislauf (T1) verbindbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennstoffzellenanordnung (1) und eine Verwendung einer solchen Brennstoffzellenanordnung (1).The invention relates to a fuel cell arrangement (1) which comprises: a fuel cell temperature control circuit (T1) with at least one heating element (11) and a plurality of thermally interconnected fuel cell units (2.1 to 2.n), - a battery temperature control circuit ( T2) for controlling the temperature of at least one electric battery (14.1, 14.2), - the heating element (11) being thermally connectable to a fuel cell unit (2.1) of the plurality of fuel cell units (2.1 to 2.n) connected directly to the heating element (11); wherein the battery temperature control circuit (T2) in dependence on a temperature of the at least one electric battery (14.1, 14.2) is thermally connectable to the fuel cell temperature control circuit (T1). The invention further relates to a method for operating such a fuel cell assembly (1) and a use of such a fuel cell assembly (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennstoffzellenanordnung und eine Verwendung einer solchen Brennstoffzellenanordnung.The invention relates to a fuel cell assembly. The invention further relates to a method for operating such a fuel cell assembly and to a use of such a fuel cell assembly.

Aus DE 10 2007 054 246 A1 ist ein Brennstoffzellenantrieb für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, bekannt, welcher eine Brennstoffzellenanlage als Energiequelle und eine Brennstoffzellenkühlanlage zur lastabhängig regelbaren Kühlung der Brennstoffzellenanlage aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die Brennstoffzellenanlage wenigstens zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Brennstoffzelleneinheiten mit jeweils einer Anzahl in Reihe geschalteter Brennstoffzellen umfasst und dass die Brennstoffzellenkühlanlage für jede dieser Brennstoffzelleneinheiten eine eigene Brennstoffzellenkühleinheit umfasst, mittels derer die Brennstoffzellen der jeweiligen Brennstoffzelleneinheit in Abhängigkeit von wenigstens einer Regelgröße kühlbar sind.Out DE 10 2007 054 246 A1 is a fuel cell drive for a motor vehicle, in particular a commercial vehicle, known, which has a fuel cell system as an energy source and a fuel cell cooling system for load-dependent controllable cooling of the fuel cell system. It is provided that the fuel cell system comprises at least two independently controllable fuel cell units each having a number of series connected fuel cells and that the fuel cell cooling system for each of these fuel cell units comprises a separate fuel cell cooling unit, by means of which the fuel cells of the respective fuel cell unit depending on at least one controlled variable can be cooled ,

Weiterhin ist aus der DE 10 2014 017 300 A1 ein Baukastensystem für eine Brennstoffzelleneinrichtung eines Kraftwagens bekannt, welche eine zur Halterung wenigstens einer Brennstoffzelleneinheit ausgebildeten Tragstruktur umfasst, die eine Mehrzahl von Tragstrukturbereichen aufweist, über welche die Tragstruktur mittels von jeweiligen Befestigungselementen an einer Rohbaustruktur des Kraftwagens festlegbar ist, wobei die Tragstruktur wenigstens ein Tragstrukturelement für eine zugehörige Brennstoffzelleneinheit umfasst, welches in Abhängigkeit von der Anzahl der Brennstoffzelleneinheiten um weitere Tragstrukturelemente für jeweils zugehörige Brennstoffzelleneinheiten modular erweiterbar ausgebildet ist.Furthermore, from the DE 10 2014 017 300 A1 a modular system for a fuel cell device of a motor vehicle is known, which comprises a support structure for supporting at least one fuel cell unit having a plurality of support structure regions over which the support structure by means of respective fasteners on a shell structure of the motor vehicle is fixed, the support structure at least one support structure element for an associated fuel cell unit comprises, which is formed depending on the number of fuel cell units to further supporting structure elements for each associated fuel cell units modular expandable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Brennstoffzellenanordnung, ein geeignetes Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennstoffzellenanordnung sowie eine Verwendung einer solchen Brennstoffzellenanordnung anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved fuel cell assembly, a suitable method for operating such a fuel cell assembly and a use of such a fuel cell assembly.

Hinsichtlich der Brennstoffzellenanordnung wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Hinsichtlich der Verwendung wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst.With regard to the fuel cell arrangement, the object is achieved according to the invention with the features specified in claim 1. With regard to the method, the object is achieved according to the invention with the features specified in claim 9. With regard to use, the object is achieved according to the invention with the features specified in claim 10.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung umfasst einen Brennstoffzellen-Temperierkreislauf mit zumindest einem Heizelement und eine Mehrzahl von thermisch miteinander verbundenen Brennstoffzelleneinheiten sowie einen Batterie-Temperierkreislauf zur Temperierung zumindest einer elektrischen Batterie. Dabei ist das Heizelement thermisch mit einer unmittelbar dem Heizelement nachgeschalteten Brennstoffzelleneinheit der Mehrzahl von Brennstoffzelleneinheiten verbindbar und der Batterie-Temperierkreislauf ist in Abhängigkeit einer Temperatur der zumindest einen elektrischen Batterie thermisch mit dem Brennstoffzellen-Temperierkreislauf verbindbar.A fuel cell arrangement according to the invention comprises a fuel cell temperature control circuit with at least one heating element and a plurality of thermally interconnected fuel cell units, and a battery temperature control circuit for controlling the temperature of at least one electric battery. In this case, the heating element is thermally connectable to a directly downstream of the heating element fuel cell unit of the plurality of fuel cell units and the battery temperature control is thermally connectable in dependence of a temperature of the at least one electric battery with the fuel cell temperature control.

Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung weist gegenüber dem Stand der Technik ein verbessertes Gefrierstartvermögen auf und ist zudem kostengünstiger ausführbar. Dadurch, dass zumindest ein Heizelement vorgesehen ist, kann bei niedrigen Umgebungstemperaturen eine der Brennstoffzelleneinheiten vorgewärmt werden, bis diese gestartet wird. Die Brennstoffzelleneinheiten werden vorzugsweise zeitlich nacheinander erwärmt. Eine Erwärmung der Brennstoffzelleneinheiten ist somit wesentlich schneller möglich, als beispielweise bei einem solitären Brennstoffzellensystem. Zudem werden hierbei keine elektrisch beheizbaren Leitungen für die Brennstoffzellenanordnung sowie keine oder zumindest weniger reversal tolerante Katalysatoren für die in der Brennstoffzellenanordnung angeordneten Brennstoffzellen benötigt. Aufgrund der Erwärmung der elektrischen Batterie über eine Abwärme der zuvor erwärmten Brennstoffzelleneinheit wird die elektrische Batterie innerhalb kurzer Zeit in einen Zustand versetzt, in welchem diese aufladbar ist, ohne dabei beschädigt zu werden.The fuel cell assembly according to the invention has over the prior art on an improved freeze-start capability and is also cheaper to carry out. Because at least one heating element is provided, one of the fuel cell units can be preheated at low ambient temperatures until it is started. The fuel cell units are preferably heated successively in time. A heating of the fuel cell units is thus much faster possible, for example, in a solitary fuel cell system. In addition, no electrically heatable lines for the fuel cell assembly and no or at least less reversibly tolerant catalysts for the fuel cell arranged in the fuel cell assembly are needed here. Due to the heating of the electric battery via a waste heat of the previously heated fuel cell unit, the electric battery is put into a state in which it is rechargeable without being damaged in a short time.

Des Weiteren ist aufgrund der Anordnung einer Mehrzahl von Brennstoffzelleneinheiten ein modulartiger Aufbau der Brennstoffzellenanordnung möglich, so dass Leistungsanforderungen gegenüber dem Stand der Technik einfacher umsetzbar sind. Der modulartige Aufbau ermöglicht zudem eine Kostenverringerung der Brennstoffzellenanordnung gegenüber dem Stand der Technik. Darüber hinaus können aufgrund der verbesserten Gefrierstartfähigkeit die Brennstoffzelleneinheiten auch mit hoher Feuchtigkeit betrieben werden, wodurch eine verbesserte Leistungsfähigkeit und eine erhöhte Lebensdauer erreicht und eine Degradation vermindert werden kann.Furthermore, due to the arrangement of a plurality of fuel cell units, a modular design of the fuel cell assembly is possible, so that power requirements compared to the prior art are easier to implement. The modular design also allows a cost reduction of the fuel cell assembly over the prior art. Moreover, due to the improved freeze-start capability, the fuel cell units can also be operated with high humidity, whereby improved performance and life can be achieved and degradation can be reduced.

Vorzugsweise weisen die Brennstoffzelleneinheiten jeweils eine Nennleistung im Bereich von 50 Kilowatt und 70 Kilowatt auf. Damit kann eine in Abhängigkeit einer gewünschten oder erforderlichen Leistung die Anzahl der Brennstoffzelleneinheiten einfacher angepasst werden als bei höheren Leistungsbereichen, z. B. Nennleistungen über 100 Kilowatt. Zudem können hierbei die Brennstoffzelleneinheiten ideal an einen Leistungsbedarf von Nutzfahrzeugen, insbesondere Omnibussen, angepasst werden. In Kombination mit entsprechend modularisierbaren elektrischen Batterien, z. B. einem Erweiterungsmodul, kann eine Leistung idealerweise an den wirklichen Bedarf des Nutzfahrzeugs angepasst werden.Preferably, the fuel cell units each have a rated power in the range of 50 kilowatts and 70 kilowatts. Thus, depending on a desired or required power, the number of fuel cell units can be adjusted more easily than at higher power ranges, eg. B. Rated power over 100 Kilowatt. In addition, in this case, the fuel cell units can be ideally adapted to a power requirement of commercial vehicles, in particular buses. In combination with corresponding modularized electric batteries, z. As an expansion module, a performance can be ideally adapted to the real needs of the commercial vehicle.

In Abhängigkeit einer Temperatur der unmittelbar dem Heizelement nachgeschalteten Brennstoffzelleneinheit ist das Heizelement elektrisch mit der zumindest einen elektrischen Batterie verbindbar. Das Heizelement kann somit über die elektrische Batterie mit elektrischer Energie versorgt werden, bevor die Brennstoffzelleneinheit gestartet wird.Depending on a temperature of the fuel cell unit connected directly downstream of the heating element, the heating element can be electrically connected to the at least one electric battery. The heating element can thus be supplied with electrical energy via the electric battery before the fuel cell unit is started.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Heizelement dabei elektrisch mit der zumindest einen elektrischen Batterie verbunden, bis die unmittelbar dem Heizelement nachgeschaltete Brennstoffzelleneinheit die vorgegebene Temperatur aufweist. Ist die Brennstoffzelleneinheit so weit erwärmt, dass diese die vorgegebene Temperatur aufweist, kann diese gestartet werden und das Heizelement mit elektrischer Energie versorgen.According to one embodiment of the invention, the heating element is electrically connected to the at least one electric battery until the fuel cell unit connected directly downstream of the heating element has the predetermined temperature. If the fuel cell unit is heated to such an extent that it has the predetermined temperature, it can be started and supply the heating element with electrical energy.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der Batterie-Temperierkreislauf und der Brennstoffzellen-Temperierkreislauf über ein Wärmetauschelement thermisch miteinander verbindbar. Durch das Wärmetauschelement strömt somit auf einer Seite ein Temperiermedium des Brennstoffzellen-Temperierkreislaufs und auf der anderen Seite ein Temperiermedium des Batterie-Temperierkreislaufs, wobei innerhalb des Wärmetauschelements thermische Energie von einem Temperiermedium auf das andere Temperiermedium übertragen wird.According to a further embodiment of the invention, the battery temperature control circuit and the fuel cell temperature control circuit can be thermally connected to one another via a heat exchange element. Thus, a temperature control medium of the fuel cell temperature control circuit flows through the heat exchange element on one side and a temperature control medium of the battery temperature control circuit on the other side, wherein thermal energy is transferred from one temperature control medium to the other temperature control medium within the heat exchange element.

Der Brennstoffzellen-Temperierkreislauf weist des Weiteren mindestens ein Kühlelement auf, wobei dem mindestens einen Kühlelement und dem mindestens einen Heizelement gemeinsam ein Thermostatventil vorgeschaltet ist. Mittels des Thermostatventils ist dabei eine thermische Regelung des Brennstoffzellen-Temperierkreislaufs möglich, wobei in Abhängigkeit einer Stellung des Thermostatventils das Temperiermedium durch das mindestens eine Kühlelement oder durch das mindestens eine Heizelement strömt.The fuel cell temperature control circuit further comprises at least one cooling element, wherein the at least one cooling element and the at least one heating element together a thermostatic valve is connected upstream. By means of the thermostatic valve, thermal regulation of the fuel cell temperature control circuit is possible, with the temperature control medium flowing through the at least one cooling element or through the at least one heating element as a function of a position of the thermostatic valve.

Im Batterie-Temperierkreislauf ist die zumindest eine elektrische Batterie über mindestens ein Dreiwegeventil thermisch mit dem Wärmetauschelement koppelbar. Damit kann die elektrische Batterie bei Bedarf über den Brennstoffzellen-Temperierkreislauf temperiert werden. Insbesondere wird die elektrische Batterie über den Brennstoffzellen-Temperierkreislauf erwärmt, wenn die dem Heizelement unmittelbar nachgeschaltete Brennstoffzelleneinheit erwärmt und gestartet ist.In the battery temperature control circuit, the at least one electric battery can be thermally coupled to the heat exchange element via at least one three-way valve. Thus, the electric battery can be tempered if necessary via the fuel cell temperature control. In particular, the electric battery is heated via the fuel cell temperature control circuit when the heating element immediately downstream fuel cell unit is heated and started.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzellenanordnung wird beim Start der Brennstoffzellenanordnung die unmittelbar dem Heizelement nachgeschaltete Brennstoffzelleneinheit durch das Heizelement bis zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur erwärmt und anschließend gestartet. In Abhängigkeit einer Temperatur der zumindest einen elektrischen Batterie wird der Batterie-Temperierkreislauf thermisch mit dem Brennstoffzellen-Temperierkreislauf verbunden. Nach dem Start der unmittelbar dem Heizelement nachgeschalteten Brennstoffzelleneinheit werden die weiteren Brennstoffzelleneinheiten zeitlich versetzt zueinander erwärmt und gestartet.In a method according to the invention for operating a fuel cell arrangement, the fuel cell unit immediately downstream of the heating element is heated by the heating element until it reaches a predetermined temperature and then started when the fuel cell arrangement is started. Depending on a temperature of the at least one electric battery, the battery temperature control circuit is thermally connected to the fuel cell temperature control circuit. After the start of the fuel cell unit connected directly downstream of the heating element, the further fuel cell units are heated and started with a time offset from one another.

Das Verfahren ermöglicht einen zuverlässigen und kostengünstigen Betrieb der Brennstoffzellenanordnung, da insbesondere bei einem Gefrierstart aufgrund der Vorerwärmung der Brennstoffzelleinheit und der elektrischen Batterie diese vor Beschädigungen, insbesondere durch Laden der elektrischen Batterie bei niedrigen Temperaturen, geschützt werden.The method allows a reliable and cost-effective operation of the fuel cell assembly, since in particular at a freeze start due to the preheating of the fuel cell unit and the electric battery they are protected from damage, in particular by charging the electric battery at low temperatures.

Ferner ist eine Verwendung der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung für eine Antriebseinheit eines Nutzfahrzeugs vorgesehen. Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung ist dabei insbesondere für einen Antrieb eines Omnibusses vorteilhaft.Furthermore, a use of the fuel cell arrangement according to the invention for a drive unit of a commercial vehicle is provided. The fuel cell arrangement according to the invention is advantageous in particular for driving a bus.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein Ersatzschaltbild einer Brennstoffzellenanordnung in einer vereinfachten Ausführungsform für eine Antriebseinheit eines Nutzfahrzeugs und 1 an equivalent circuit diagram of a fuel cell assembly in a simplified embodiment for a drive unit of a commercial vehicle and

2 bis 6 thermische Ersatzschaltbilder verschiedener erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele einer Brennstoffzellenanordnung für eine Antriebseinheit eines Nutzfahrzeugs. 2 to 6 thermal equivalent circuit diagrams of various inventive embodiments of a fuel cell assembly for a drive unit of a commercial vehicle.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Brennstoffzellenanordnung 1 in einer vereinfachten Ausführungsform für eine Antriebseinheit eines nicht näher dargestellten Nutzfahrzeugs, insbesondere eines Omnibusses. 1 shows an equivalent circuit diagram of a fuel cell assembly 1 in a simplified embodiment for a drive unit of a commercial vehicle, not shown in detail, in particular a bus.

Die Brennstoffzellenanordnung 1 umfasst eine Brennstoffzelleneinheit 2.1, einen Brennstoffbehälter 3 und einen Verdichter 4. The fuel cell assembly 1 includes a fuel cell unit 2.1 , a fuel container 3 and a compressor 4 ,

Die Brennstoffzelleneinheit 2.1 umfasst eine Mehrzahl elektrisch miteinander verschalteter Brennstoffzellen (nicht näher dargestellt), welche jeweils eine Membran-Elektroden-Einheit aufweisen, bei der eine Elektrolytmembran zwischen einer Anode und einer Kathode angeordnet ist, wobei die Brennstoffzelleneinheit 2.1 einen Anodenraum A und einen Kathodenraum K aufweist.The fuel cell unit 2.1 comprises a plurality of electrically interconnected fuel cells (not shown in detail), each having a membrane-electrode unit in which an electrolyte membrane between an anode and a cathode is arranged, wherein the fuel cell unit 2.1 an anode space A and a cathode space K.

Zum Betrieb der Brennstoffzelleneinheit 2.1 wird dem Anodenraum A Brennstoff, z. B. Wasserstoff, vom Brennstoffbehälter 3 zugeführt, wobei dem Brennstoffbehälter 3 ein Dosierventil 5 und eine Strahlpumpe 6, z. B. eine Gasstrahlpumpe, in Richtung der Brennstoffzelleneinheit 2.1 nachgeschaltet ist. Das Dosierventil 5 dient dabei einer Regelung einer Brennstoffmenge, die der Brennstoffzelleneinheit 2.1 zugeführt wird. Mittels der Strahlpumpe 6 wird der Brennstoff zum Anodenraum A gefördert.For operation of the fuel cell unit 2.1 is the anode compartment A fuel, z. As hydrogen, from the fuel tank 3 fed to the fuel tank 3 a metering valve 5 and a jet pump 6 , z. B. a gas jet pump, in the direction of the fuel cell unit 2.1 is downstream. The metering valve 5 serves a regulation of a fuel quantity, that of the fuel cell unit 2.1 is supplied. By means of the jet pump 6 the fuel is conveyed to the anode compartment A.

Dem Kathodenraum K der Brennstoffzelleneinheit 2.1 wird Luft über den Verdichter 4 zugeführt, welcher mit einem Antriebelement 7, z. B. einem Elektromotor, verbunden ist. Die Luft wird dabei mittels des Verdichters 4 komprimiert. Hierbei wird die Luft durch die Komprimierung erwärmt. Da die erwärmte Luft nach der Komprimierung eine hohe Temperatur aufweist, ist zusätzlich zwischen dem Verdichter 4 und der Brennstoffzelleneinheit 2.1 ein Ladeluftkühler 8 angeordnet, mittels welchem die dem Kathodenraum K zuzuführende Luft gekühlt wird.The cathode compartment K of the fuel cell unit 2.1 will air over the compressor 4 fed, which with a drive element 7 , z. B. an electric motor connected. The air is thereby by means of the compressor 4 compressed. Here the air is heated by the compression. Since the heated air after compression has a high temperature, is in addition between the compressor 4 and the fuel cell unit 2.1 a charge air cooler 8th arranged, by means of which the cathode chamber K to be supplied air is cooled.

Dem Verdichter 4 ist ferner ein Luftmassensensor 9 vorgeschaltet, welcher eine dem Kathodenraum K zugeleitete Menge an Luft bestimmt, so dass die Brennstoffzelleneinheit 2.1 ideal steuerbar und/oder regelbar ist.The compressor 4 is also an air mass sensor 9 upstream, which determines an amount of air supplied to the cathode space K, so that the fuel cell unit 2.1 is ideally controllable and / or controllable.

Innerhalb der Brennstoffzelleneinheit 2.1 reagiert der in der Luft enthaltene Sauerstoff mit dem Brennstoff, wobei elektrische Energie erzeugt wird, die einem hier nicht dargestellten elektrischen Verbraucher, z. B. einem Elektromotor, zugeführt wird.Inside the fuel cell unit 2.1 reacts the oxygen contained in the air with the fuel, wherein electrical energy is generated, which is not shown here, an electrical consumer, for. B. an electric motor is supplied.

Ein nicht umgesetzter Brennstoff kann über eine Rückführleitung zurück zur Strahlpumpe 6 geleitet werden bzw. wird von dieser angesaugt. Zum Ablassen des Kreislaufgases ist ferner ein Absperrventil 10 vorgesehen.An unreacted fuel can be returned to the jet pump via a return line 6 be directed or is sucked by this. For discharging the cycle gas is also a shut-off valve 10 intended.

Des Weiteren ist die Brennstoffzelleneinheit 2.1 in einen Brennstoffzellen-Temperierkreislauf T1 eingebunden, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur vereinfacht dargestellt ist.Furthermore, the fuel cell unit 2.1 incorporated in a fuel cell temperature control T1, which is shown only simplified in the present embodiment.

Der Brennstoffzellen-Temperierkreislauf T1 dient einer Temperierung der Brennstoffzelleneinheit 2.1 und ist somit essentiell für einen optimalen Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 1. Sind die Umgebungstemperaturen sehr niedrig, z. B. Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts, sind für einen zuverlässigen Start der Brennstoffzellenanordnung 1 Bedingungen oder Maßnahmen notwendig, die negative Auswirkungen hinsichtlich einer Leistung der Brennstoffzellenanordnung 1 verhindern oder zumindest minimieren.The fuel cell temperature control T1 serves to temper the fuel cell unit 2.1 and is thus essential for optimum operation of the fuel cell assembly 1 , Are the ambient temperatures very low, z. As temperatures below freezing, are for a reliable start of the fuel cell assembly 1 Conditions or measures necessary, the negative effects in terms of performance of the fuel cell assembly 1 prevent or at least minimize.

Zur Lösung des Problems wird eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung 1 vorgeschlagen, die insbesondere für den Einsatz in Omnibussen vorgesehen ist, ein besonders schnelles Gefrierstartvermögen aufweist und kostenoptimiert einsetzbar ist.To solve the problem, a fuel cell assembly according to the invention 1 proposed, which is intended in particular for use in buses, has a particularly fast freeze-start capability and cost-optimized use.

In den nachfolgenden 2 bis 6 wird eine Brennstoffzellenanordnung 1 in verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen näher erläutert.In the following 2 to 6 becomes a fuel cell assembly 1 explained in detail in various embodiments of the invention.

2 zeigt ein thermisches Ersatzschaltbild einer Brennstoffzellenanordnung 1 für eine Antriebseinheit eines nicht näher dargestellten Nutzfahrzeugs, insbesondere eines Omnibusses. Eine elektrische Verschaltung der Brennstoffzellenanordnung 1 ist hierbei nicht dargestellt. 2 shows a thermal equivalent circuit diagram of a fuel cell assembly 1 for a drive unit of a commercial vehicle, not shown in detail, in particular an omnibus. An electrical interconnection of the fuel cell assembly 1 is not shown here.

Das thermische Ersatzschaltbild zeigt einen Brennstoffzellen-Temperierkreislauf T1 und einen Batterie-Temperierkreislauf T2, die thermisch miteinander verbindbar sind. In den Brennstoffzellen-Temperierkreislauf T1 sind eine Mehrzahl an Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n, ein Heizelement 11, ein Kühlelement 12.1 und eine Pumpe 13.1 eingebunden. In den Batterie-Temperierkreislauf T2 sind eine elektrische Batterie 14.1, ein Wärmeübertrager 15, ein Batteriekühler 16 und eine weitere Pumpe 17 eingebunden.The thermal equivalent circuit diagram shows a fuel cell temperature control T1 and a battery temperature control T2, which are thermally connected to each other. In the fuel cell temperature control T1 are a plurality of fuel cell units 2.1 to 2.n , a heating element 11 , a cooling element 12.1 and a pump 13.1 involved. In the battery temperature control circuit T2 are an electric battery 14.1 , a heat exchanger 15 , a battery cooler 16 and another pump 17 involved.

Eine Schnittstelle zur thermischen Verbindung des Brennstoffzellen-Temperierkreislaufs T1 mit dem Batterie-Temperierkreislauf T2 wird durch ein Wärmetauschelement 18 gebildet. Ferner ist in der Brennstoffzellenanordnung 1 ein Lüfter L angeordnet, welcher Kühlluft hin zu dem Kühlelement 12.1 und zum Batteriekühler 16 fördert.An interface for the thermal connection of the fuel cell temperature control circuit T1 with the battery temperature control circuit T2 is through a heat exchange element 18 educated. Further, in the fuel cell assembly 1 a fan L is arranged, which cooling air towards the cooling element 12.1 and to the battery cooler 16 promotes.

Zur Erzeugung elektrischer Energie, die der elektrischen Batterie 14.1 zugeführt und dort einem elektrischen Verbraucher, z. B. einem Elektromotor, zur Verfügung gestellt wird, sind die Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n vorgesehen, die elektrisch und thermisch miteinander verbunden sind. Die Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n sind dabei, aufgrund ihrer relativ moderaten Leistung von ca. 50 kW bis ca. 70 kW derart kompakt dimensioniert, dass diese in eine Vielzahl verschiedener Fahrzeugbaureihen bzw. Fahrzeugmodellen einsetzbar sind. In Bezug auf das vorliegende Ausführungsbeispiel können die Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n somit modulartig in einem Omnibus eingesetzt werden.For generating electrical energy, that of the electric battery 14.1 supplied and there an electrical consumer, z. As an electric motor, is provided, the fuel cell units 2.1 to 2.n provided, which are electrically and thermally connected to each other. The fuel cell units 2.1 to 2.n Due to their relatively moderate power of approx. 50 kW to approx. 70 kW, they are dimensioned so compactly that they can be used in a variety of different vehicle series or vehicle models can be used. With respect to the present embodiment, the fuel cell units 2.1 to 2.n thus be used modularly in a bus.

Eine jeweilige Nennleistung der Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n liegt hierbei in einem Bereich von z. B. 50 kW bis 70 kW. Damit kann eine in Abhängigkeit einer gewünschten oder erforderlichen Antriebsleistung des Fahrzeugs die Anzahl der Brennstoffzelleneinheit 2.1 bis 2.n bestimmt werden.A respective rated power of the fuel cell units 2.1 to 2.n lies in a range of z. B. 50 kW to 70 kW. This can be a function of a desired or required driving power of the vehicle, the number of fuel cell unit 2.1 to 2.n be determined.

Zur unabhängigen thermischen Beeinflussung der Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n ist diesen jeweils eingangsseitig ein Dreiwegeventil 19.1 bis 19.n vorgeschaltet, so dass eine Zufuhr eines durch den Brennstoffzellen-Temperierkreislauf T1 strömenden Temperiermediums, z. B. ein Kühlmittel, in Abhängigkeit einer Stellung der Dreiwegeventile 19.1 bis 19.n erfolgt.For independent thermal influence of the fuel cell units 2.1 to 2.n this is the input side, a three-way valve 19.1 to 19.n upstream, so that a supply of a flowing through the fuel cell temperature control T1 temperature control, z. As a coolant, depending on a position of the three-way valves 19.1 to 19.n he follows.

Das Heizelement 11 ist elektrisch mit der elektrischen Batterie 14.1 und den Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n verbunden und zur Erwärmung einer dem Heizelement 11 thermisch direkt nachgeschalteten Brennstoffzelleneinheit 2.1 vorgesehen. Eine Erwärmung dieser Brennstoffzelleneinheit 2.1 ist insbesondere bei einem Gefrierstart vorteilhaft, wie es nachfolgend näher beschrieben wird.The heating element 11 is electric with the electric battery 14.1 and the fuel cell units 2.1 to 2.n connected and for heating a heating element 11 thermally directly downstream fuel cell unit 2.1 intended. A heating of this fuel cell unit 2.1 is particularly advantageous in a freeze start, as will be described in more detail below.

Das Heizelement 11 kann bei einem Betriebsstart der Brennstoffzellenanordnung 1 elektrische Energie aus der elektrischen Batterie 14.1 beziehen, da diese elektrisch miteinander verbunden sind. Beim Betriebsstart der Brennstoffzellenanordnung 1 wird die Brennstoffzelleneinheit 2.1 durch das Heizelement 11 solange erwärmt bis diese eine vorgegebene Temperatur erreicht hat, die einen sicheren Betriebsstart der Brennstoffzelleneinheit 2.1 ermöglicht.The heating element 11 may at a start of operation of the fuel cell assembly 1 electrical energy from the electric battery 14.1 refer, as they are electrically connected. At the start of operation of the fuel cell assembly 1 becomes the fuel cell unit 2.1 through the heating element 11 heated until it has reached a predetermined temperature, the safe start of operation of the fuel cell unit 2.1 allows.

Um sicherzustellen, dass nur diese Brennstoffzelleneinheit 2.1 erwärmt wird, sind die Dreiwegeventile 19.2 bis 19.n der anderen Brennstoffzelleneinheiten 2.2 bis 2.n geschlossen und das Dreiwegeventil 19.1 der zu erwärmenden Brennstoffzelleneinheit 2.1 geöffnet. Aufgrund der Aufwärmung nur dieser Brennstoffzelleneinheit 2.1 und einer daraus resultierenden geringen thermischen Masse, erfolgt die Aufwärmung entsprechend schnell.To ensure that only this fuel cell unit 2.1 is heated, are the three-way valves 19.2 to 19.n the other fuel cell units 2.2 to 2.n closed and the three-way valve 19.1 the fuel cell unit to be heated 2.1 open. Due to the heating of only this fuel cell unit 2.1 and a resulting low thermal mass, the warm-up takes place correspondingly fast.

Der Brennstoffzellen-Temperierkreislauf T1 ist durch die Pumpe 13.1, welche beispielsweise eine Umwälzpumpe ist, antreibbar. Dadurch, dass für den Brennstoffzellen-Temperierkreislauf T1 nur eine Pumpe 13.1 vorgesehen ist, ist diese mit einer entsprechenden Leistung auszubilden. Zwischen der Pumpe 13.1 und dem Heizelement 11 ist ein Thermostatventil 20 angeordnet, in Abhängigkeit dessen Stellung das Temperiermedium im Brennstoffzellen-Temperierkreislauf T1 von der Pumpe 13.1 durch das Heizelement 11 oder durch das Kühlelement 12.1 strömt.The fuel cell temperature control T1 is through the pump 13.1 , which is for example a circulating pump, drivable. Characterized in that for the fuel cell temperature control T1 only one pump 13.1 is provided, this is to be formed with a corresponding performance. Between the pump 13.1 and the heating element 11 is a thermostatic valve 20 arranged, depending on the position of the temperature control in the fuel cell temperature control T1 from the pump 13.1 through the heating element 11 or through the cooling element 12.1 flows.

Zum Erwärmen der Brennstoffzelleneinheit 2.1 ist das Thermostatventil 20 dabei so eingestellt, dass das Temperiermedium nur durch das Heizelement 11 und nicht durch das Kühlelement 12.1 strömt, so dass eine Wärmeenergie nicht an die Umgebung abgeführt, sondern der Brennstoffzelleneinheit 2.1 zugeführt wird.For heating the fuel cell unit 2.1 is the thermostatic valve 20 adjusted so that the temperature control only by the heating element 11 and not by the cooling element 12.1 flows, so that a heat energy is not dissipated to the environment, but the fuel cell unit 2.1 is supplied.

Zum Zeitpunkt der Erwärmung der Brennstoffzelleneinheit 2.1 ist die elektrische Batterie 14.1 noch kalt, da die elektrische Batterie 14.1 aufgrund der Leistungsentnahme zur Versorgung des Heizelements 11 mit elektrischer Energie und aufgrund eines Innenwiderstandes der elektrischen Batterie 14.1 nur leicht erwärmt wird. Dies bedeutet, dass die elektrische Batterie 14.1 zwar eine bestimmte elektrische Energie abgeben, aber keine elektrische Energie aufnehmen kann, ohne dass diese beschädigt wird. Da die elektrische Batterie 14.1 jedoch für einen Fahrbetrieb des Omnibusses, insbesondere zur Abdeckung einer maximalen elektrischen Leistung, zwingend benötigt wird, ist ein Laden der elektrischen Batterie 14.1 erforderlich. Dies kann jedoch nur dann erfolgen, wenn die elektrische Batterie 14.1 eine entsprechend zum Laden geeignete Temperatur aufweist.At the time of heating the fuel cell unit 2.1 is the electric battery 14.1 still cold, because the electric battery 14.1 due to the removal of power to supply the heating element 11 with electrical energy and due to an internal resistance of the electric battery 14.1 only slightly heated. This means that the electric battery 14.1 Although a certain electrical energy, but can not absorb electrical energy without it being damaged. Because the electric battery 14.1 However, for a driving operation of the bus, in particular to cover a maximum electric power, is absolutely necessary, is a charging of the electric battery 14.1 required. However, this can only be done when the electric battery 14.1 has a suitable temperature for loading.

Dadurch, dass das Heizelement 11 zum Erwärmen der Brennstoffzelleneinheit 2.1 elektrische Energie aus der elektrischen Batterie 14.1 bezieht, verringert sich ein Ladezustand der elektrischen Batterie 14.1 während des Erwärmungsprozesses der Brennstoffzelleneinheit 2.1 entsprechend.In that the heating element 11 for heating the fuel cell unit 2.1 electrical energy from the electric battery 14.1 refers, a state of charge of the electric battery decreases 14.1 during the heating process of the fuel cell unit 2.1 corresponding.

Sobald die Brennstoffzelleneinheit 2.1 die vorgegebene Temperatur erreicht hat und damit startbereit ist, wird die Brennstoffzelleneinheit 2.1 gestartet und das Heizelement 11 kann elektrische Energie aus der nun gestarteten Brennstoffzelleneinheit 2.1 beziehen. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, da sich die zu erwärmende Brennstoffzelleneinheit 2.1 nach dem Start selbst erwärmt und das Heizelement 11 mit elektrischer Energie versorgt, welches zusätzliche Wärmeenergie in den Brennstoffzellen-Temperierkreislauf T1 einbringt, so dass die Brennstoffzelleneinheit 2.1 innerhalb kurzer Zeit eine optimale Betriebstemperatur erreicht.Once the fuel cell unit 2.1 has reached the predetermined temperature and is ready to start, the fuel cell unit 2.1 started and the heating element 11 can electrical energy from the now started fuel cell unit 2.1 Respectively. This is particularly advantageous because the fuel cell unit to be heated 2.1 after starting self-heating and the heating element 11 supplied with electrical energy, which introduces additional heat energy in the fuel cell temperature control T1, so that the fuel cell unit 2.1 within a short time reaches an optimal operating temperature.

Zu dem Zeitpunkt, an dem die elektrische Versorgung des Heizelements 11 über die Brennstoffzelleneinheit 2.1 erfolgt, wird die im Batterie-Temperierkreislauf T2 angeordnete weitere Pumpe 17 aktiviert und ein zwischen der weiteren Pumpe 17 und dem Wärmetauschelement 18 angeordnetes weiteres Dreiwegeventil 21.1, welches derart eingestellt ist, dass ein Temperiermedium des Batterie-Temperierkreislaufs T2 durch das Wärmetauschelement 18 strömt und das Temperiermedium die Wärmeenergie des Temperiermediums aus dem Brennstoffzellen-Temperierkreislauf T1 aufnimmt und sich dadurch die elektrische Batterie 14.1 erwärmt, bis diese eine zum Laden optimale Betriebstemperatur erreicht hat.At the time when the electrical supply of the heating element 11 via the fuel cell unit 2.1 takes place, which is arranged in the battery temperature control T2 further pump 17 activated and one between the other pump 17 and the heat exchange element 18 arranged another three-way valve 21.1 , which is set such that a temperature control of the battery temperature control T2 through the Heat exchange element 18 flows and the tempering receives the heat energy of the temperature from the fuel cell temperature control T1 and thereby the electric battery 14.1 heated until it has reached an optimum operating temperature for loading.

Das Temperiermedium des Batterie-Temperierkreislaufs T2 wird hierbei nicht durch den Batteriekühler 16, sondern durch das Wärmetauschelement 18 und einen Leitungszweig des Wärmeübertragers 15 geführt. Der Wärmeübertrager 15 ist ferner mit einem nicht dargestellten Klimakreislauf des Omnibusses koppelbar, so dass im Falle einer erhöhten Umgebungstemperatur, welche höher ist als eine Betriebstemperatur der elektrischen Batterie 14.1, eine Abwärme an den Klimakreislauf des Omnibusses abgegeben werden kann.The tempering of the battery temperature control T2 is not by the battery cooler 16 but through the heat exchange element 18 and a leg of the heat exchanger 15 guided. The heat exchanger 15 is also coupled to a not shown air conditioning circuit of the bus, so that in the case of an elevated ambient temperature, which is higher than an operating temperature of the electric battery 14.1 , a waste heat can be delivered to the air conditioning circuit of the bus.

Hat die elektrische Batterie 14.1 die optimale Betriebstemperatur erreicht und kann dementsprechend ohne Beschädigung geladen werden, ist eine weitere Erwärmung der elektrischen Batterie 14.1 nicht mehr erforderlich, so dass das weitere Dreiwegeventil 21.1 geschlossen wird und das Temperiermedium durch den Batteriekühler 16 strömen kann.Has the electric battery 14.1 reached the optimum operating temperature and can be charged accordingly without damage, is a further heating of the electric battery 14.1 no longer necessary, so the more three-way valve 21.1 is closed and the temperature control through the battery cooler 16 can flow.

Im Anschluss an die Erwärmung der Brennstoffzelleneinheit 2.1 und der elektrischen Batterie 14.1 erfolgt eine stufenweise Erwärmung der weiteren Brennstoffzelleneinheiten 2.2 bis 2.n, die zeitlich nacheinander durch eine entsprechende Stellung der Dreiwegeventile 19.2 bis 19.n erwärmt werden. D. h., die der bereits erwärmten Brennstoffzelleneinheit 2.1 nachgeschaltete Brennstoffzelleneinheit 2.2 wird durch die Abwärme der zuvor erwärmten Brennstoffzelleneinheit 2.1 erwärmt und kann nach Erreichen einer bestimmten Temperatur gestartet werden. Die nachfolgenden Brennstoffzelleneinheiten 2.3 bis 2.n werden anschließend auf die gleiche Art und Weise erwärmt und gestartet.Following the heating of the fuel cell unit 2.1 and the electric battery 14.1 there is a stepwise heating of the other fuel cell units 2.2 to 2.n , which successively through a corresponding position of the three-way valves 19.2 to 19.n to be heated. That is, that of the already heated fuel cell unit 2.1 downstream fuel cell unit 2.2 is due to the waste heat of the previously heated fuel cell unit 2.1 heated and can be started after reaching a certain temperature. The following fuel cell units 2.3 to 2.n are then heated and started in the same way.

3 zeigt ein thermisches Ersatzschaltbild eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenanordnung 1. 3 shows a thermal equivalent circuit diagram of an alternative embodiment of a fuel cell assembly 1 ,

Die gezeigte Brennstoffzellenanordnung 1 ist ähnlich aufgebaut wie die in 1 gezeigte Brennstoffzellenanordnung 1, jedoch mit dem Unterschied, dass jede Brennstoffzelleneinheit 2.1 bis 2.n einen eigenen Kühlkreislauf aufweist. In die Kühlkreisläufe sind dabei jeweils eine Pumpe 13.1 bis 13.n, ein weiterer Wärmeübertrager 22.1 bis 22.n und ein Kühlelement 12.1 bis 12.n eingebunden, wobei zwischen den Kühlelementen 12.2 bis 12.n und den Pumpen 13.2 bis 13.n jeweils ein weiteres Thermostatventil 23.1 bis 23.n – 1 angeordnet ist, welches die Zuführung des Temperiermediums entweder durch das Kühlelement 12.2 bis 12.n oder durch den Wärmeübertrager 22.2 bis 22n regelt. Zwischen den weiteren Wärmeübertragern 22.1 bis 22.n und den Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n sind Zwischendreiwegeventile 24.1 bis 24.n – 1 angeordnet, in Abhängigkeit deren Stellung die Erwärmung der jeweils nachgeschalteten Brennstoffzelleneinheit 2.2 bis 2.n erfolgt.The fuel cell assembly shown 1 is similar to the one in 1 shown fuel cell assembly 1 but with the difference that every fuel cell unit 2.1 to 2.n has its own cooling circuit. In the cooling circuits are each a pump 13.1 to 13.n , another heat exchanger 22.1 to 22.n and a cooling element 12.1 to 12.n integrated, being between the cooling elements 12.2 to 12.n and the pumps 13.2 to 13.n one more thermostatic valve each 23.1 to 23.n - 1 is arranged, which is the supply of the tempering medium either through the cooling element 12.2 to 12.n or through the heat exchanger 22.2 to 22n regulates. Between the other heat exchangers 22.1 to 22.n and the fuel cell units 2.1 to 2.n are intermediate three-way valves 24.1 to 24.n - 1 arranged, depending on their position, the heating of the respective downstream fuel cell unit 2.2 to 2.n he follows.

Die thermische Kopplung zwischen der zuerst zu erwärmenden Brennstoffzelleneinheit 2.1 und dem Batterie-Temperierkreislauf T2 ist hierbei identisch mit dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel. Ebenso ist ein Verfahren zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 1 mit dem in 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel identisch. D. h., zu Beginn wird die Brennstoffzelleneinheit 2.1 mittels des Heizelements 11 erwärmt und anschließend gestartet. Daraufhin wird die elektrische Batterie 14.1 über die erwärmte Brennstoffzelleneinheit 2.1 erwärmt, so dass die elektrische Batterie 14.1 nach Erreichen der optimalen Betriebstemperatur aufladbar ist. Anschließend wird die nachgeschaltete Brennstoffzelleneinheit 2.2 mit der Abwärme der vorgeschalteten Brennstoffzelleneinheit 2.1 erwärmt und nach Erreichen der optimalen Betriebstemperatur gestartet. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis alle Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n erwärmt und gestartet sind.The thermal coupling between the fuel cell unit to be heated first 2.1 and the battery temperature control circuit T2 is identical to the in 2 illustrated embodiment. Likewise, a method for operating the fuel cell assembly 1 with the in 1 identical embodiment described. That is, at the beginning, the fuel cell unit becomes 2.1 by means of the heating element 11 heated and then started. Then the electric battery 14.1 over the heated fuel cell unit 2.1 heated, leaving the electric battery 14.1 is chargeable after reaching the optimum operating temperature. Subsequently, the downstream fuel cell unit 2.2 with the waste heat of the upstream fuel cell unit 2.1 heated and started after reaching the optimum operating temperature. This process is repeated until all fuel cell units 2.1 to 2.n heated and started.

Ein Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die thermische Kopplung der Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n untereinander, wobei direkt an einem thermischen Ausgang der jeweils vorgeschalteten Brennstoffzelleneinheit 2.1 bis 2.n – 1 der weitere Wärmeübertrager 22.1 bis 22.n angeordnet ist und die Wärmeübertragung darüber erfolgt. Weiterhin wird aufgrund der eigenen Kühlkreisläufe der Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n ein modulartiger Aufbau der Brennstoffzellenanordnung 1 gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 weiter verbessert.A difference from the embodiment according to 2 is the thermal coupling of the fuel cell units 2.1 to 2.n with each other, being directly at a thermal output of the respective upstream fuel cell unit 2.1 to 2.n - 1 the further heat exchanger 22.1 to 22.n is arranged and the heat transfer takes place over it. Furthermore, due to the own cooling circuits of the fuel cell units 2.1 to 2.n a modular structure of the fuel cell assembly 1 compared to the embodiment according to 2 further improved.

In den 4 und 5 werden thermische Ersatzschaltbilder weiterer alternativer Ausführungsbeispiele einer Brennstoffzellenanordnung 1 gezeigt.In the 4 and 5 become thermal equivalent circuit diagrams of further alternative embodiments of a fuel cell assembly 1 shown.

Die gezeigten Brennstoffzellenanordnungen 1 sind ähnlich aufgebaut wie die in 3 gezeigte Brennstoffzellenanordnung 1, jedoch mit dem Unterschied, dass im Batterie-Temperierkreislauf T2 zwei elektrische Batterien 14.1, 14.2 eingebunden sind, die gemäß dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel gemeinsam über das weitere Dreiwegeventil 21.1 und gemäß dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel separat über jeweils ein weiteres Dreiwegeventil 21.1, 21.2 thermisch mit dem Wärmetauschelement 18 koppelbar sind. Letzteres hat dabei den Vorteil, dass die elektrischen Batterien 14.1, 14.2 unabhängig voneinander erwärmbar sind.The fuel cell arrangements shown 1 are similar to the ones in 3 shown fuel cell assembly 1 , but with the difference that in the battery temperature control circuit T2 two electric batteries 14.1 . 14.2 are involved in accordance with the in 4 shown embodiment of the other three-way valve 21.1 and according to the in 5 shown embodiment separately via in each case a further three-way valve 21.1 . 21.2 thermally with the heat exchange element 18 can be coupled. The latter has the advantage that the electric batteries 14.1 . 14.2 can be heated independently of each other.

Weiterhin ist im Batterie-Temperierkreislauf T2 ein Bypass B angeordnet, welcher mittels eines weiteren Bypassventils 25 öffenbar oder schließbar ist. Mittels des Bypasses B können der Batteriekühler 16 und der Wärmeübertrager 15 vom Batterie-Temperierkreislauf T2 getrennt werden, so dass keine Wärme nach außen verloren geht.Furthermore, a bypass B is arranged in the battery temperature control T2, which by means of a another bypass valve 25 can be opened or closed. By means of the bypass B can the battery cooler 16 and the heat exchanger 15 be separated from the battery temperature control circuit T2, so that no heat is lost to the outside.

In einem nicht gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel können auch mehr als zwei elektrische Batterien 14.1, 14.2 vorgesehen sein, um ein Leistungsangebot für einen oder mehrere elektrische Verbraucher zu erhöhen.In an alternative embodiment, not shown, more than two electric batteries 14.1 . 14.2 be provided to increase a range of services for one or more electrical consumers.

6 zeigt ein thermisches Ersatzschaltbild einer Brennstoffzellenanordnung 1 in einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel. 6 shows a thermal equivalent circuit diagram of a fuel cell assembly 1 in a further alternative embodiment.

Die gezeigte Brennstoffzellenanordnung 1 ist mit Ausnahme der Dreiwegeventile 19.1 bis 19.n identisch mit der in 2 gezeigten Brennstoffzellenanordnung 1. Anstelle der Dreiwegeventile 19.1 bis 19.n sind hierbei kostengünstige Proportionalventile 26.1 bis 26.n angeordnet.The fuel cell assembly shown 1 is with the exception of the three-way valves 19.1 to 19.n identical to the one in 2 shown fuel cell assembly 1 , Instead of the three-way valves 19.1 to 19.n Here are cost proportional valves 26.1 to 26.n arranged.

Die zuvor beschriebene Brennstoffzellenanordnung 1 ist im Rahmen der Erfindung nicht auf den Einsatz in Fahrzeugen beschränkt. Denkbar sind auch Stationäranwendungen der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung 1.The fuel cell assembly described above 1 is not limited to use in vehicles within the scope of the invention. Stationary applications of the fuel cell arrangement according to the invention are also conceivable 1 ,

Für den Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere in Omnibussen, ist besonders die Nennleistung der Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n im Bereich von 50 kW bis 70 kW vorteilhaft. Die Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n können hierbei modulartig ausgebildet und somit Leistungsanforderungen variabler umgesetzt werden als bei Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n mit größeren Nennleistungen oder bei einer als solitäres Brennstoffzellensystem ausgebildeten Brennstoffzellenanordnung 1.For use in vehicles, especially in buses, is particularly the rated power of the fuel cell units 2.1 to 2.n in the range of 50 kW to 70 kW advantageous. The fuel cell units 2.1 to 2.n In this case, they can be designed in a modular manner and thus power requirements can be implemented more variably than in fuel cell units 2.1 to 2.n with larger power ratings or in a designed as a solitary fuel cell fuel cell assembly 1 ,

Des Weiteren ist der modulartige Aufbau der Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n von besonderem Vorteil, da hierbei die Möglichkeit besteht, nur eine der Brennstoffzelleneinheiten 2.1 bis 2.n zu erwärmen, so dass eine Erwärmung entsprechend schnell erfolgt. Bei solitären Brennstoffzellensystemen ist die zu erwärmende thermische Masse entsprechend größer, so dass auch eine Gefrierstartzeit länger ist.Furthermore, the modular structure of the fuel cell units 2.1 to 2.n Of particular advantage, since this is the possibility, only one of the fuel cell units 2.1 to 2.n to heat, so that a warming is done quickly. In solitary fuel cell systems, the thermal mass to be heated is correspondingly greater, so that a freeze start time is longer.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
BrennstoffzellenanordnungA fuel cell assembly
2.1 bis 2.n2.1 to 2.n
Brennstoffzelleneinheitfuel cell unit
33
Brennstoffbehälterfuel tank
44
Verdichtercompressor
55
Dosierventilmetering valve
66
Strahlpumpejet pump
77
Antriebselementdriving element
88th
LadeluftkühlerIntercooler
99
LuftmassensensorAir mass sensor
1010
Absperrventilshut-off valve
1111
Heizelementheating element
12.1 bis 12.n12.1 to 12.n
Kühlelementcooling element
13.1 bis 13.n13.1 to 13.n
Pumpepump
14.1, 14.214.1, 14.2
elektrische Batterieelectric battery
1515
WärmeübertragerHeat exchanger
1616
Batteriekühlerbattery cooler
1717
Pumpepump
1818
WärmetauschelementHeat exchange element
19.1 bis 19.n19.1 to 19.n
DreiwegeventilThree-way valve
2020
Thermostatventilthermostatic valve
21.1, 21.221.1, 21.2
DreiwegeventilThree-way valve
22.1 bis 22.n22.1 to 22.n
WärmeübertragerHeat exchanger
23.1 bis 23.n – 123.1 to 23.n - 1
Thermostatventilthermostatic valve
24.1 bis 24.n – 124.1 to 24.n - 1
ZwischendreiwegeventilBetween three-way valve
2525
Bypassventilbypass valve
26.1 bis 26.n26.1 to 26.n
Proportionalventilproportional valve
AA
Anodenraumanode chamber
BB
Bypassbypass
KK
Kathodenraumcathode space
LL
LüfterFan
T1T1
Brennstoffzellen-TemperierkreislaufFuel cell temperature control
T2T2
Batterie-TemperierkreislaufBattery temperature control

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 102007054246 A1 [0002] DE 102007054246 A1 [0002]
  • DE 102014017300 A1 [0003] DE 102014017300 A1 [0003]

Claims (10)

Brennstoffzellenanordnung (1), gekennzeichnet durch – einen Brennstoffzellen-Temperierkreislauf (T1) mit zumindest einem Heizelement (11) und einer Mehrzahl von thermisch miteinander verbundenen Brennstoffzelleneinheiten (2.1 bis 2.n), – einen Batterie-Temperierkreislauf (T2) zur Temperierung zumindest einer elektrischen Batterie (14.1, 14.2), – wobei das Heizelement (11) thermisch mit einer unmittelbar dem Heizelement (11) nachgeschalteten Brennstoffzelleneinheit (2.1) der Mehrzahl von Brennstoffzelleneinheiten (2.1 bis 2.n) verbindbar ist und – wobei der Batterie-Temperierkreislauf (T2) in Abhängigkeit einer Temperatur der zumindest einen elektrischen Batterie (14.1, 14.2) thermisch mit dem Brennstoffzellen-Temperierkreislauf (T1) verbindbar ist.Fuel cell assembly ( 1 ), characterized by - a fuel cell temperature control circuit (T1) with at least one heating element ( 11 ) and a plurality of thermally interconnected fuel cell units ( 2.1 to 2.n ), - a battery temperature control circuit (T2) for controlling the temperature of at least one electric battery ( 14.1 . 14.2 ), - wherein the heating element ( 11 ) thermally with a directly to the heating element ( 11 ) downstream fuel cell unit ( 2.1 ) of the plurality of fuel cell units ( 2.1 to 2.n ) is connectable and - wherein the battery temperature control circuit (T2) in dependence of a temperature of the at least one electric battery ( 14.1 . 14.2 ) is thermally connectable to the fuel cell temperature control circuit (T1). Brennstoffzellenanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheiten (2.1 bis 2.n) jeweils eine Nennleistung zwischen 50 Kilowatt und 70 Kilowatt aufweisen.Fuel cell assembly ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the fuel cell units ( 2.1 to 2.n ) each have a nominal power between 50 kilowatts and 70 kilowatts. Brennstoffzellenanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit einer Temperatur der unmittelbar dem Heizelement (11) nachgeschalteten Brennstoffzelleneinheit (2.1) das Heizelement (11) elektrisch mit der zumindest einen elektrischen Batterie (14.1, 14.2) verbindbar ist.Fuel cell assembly ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that depending on a temperature of the heating element ( 11 ) downstream fuel cell unit ( 2.1 ) the heating element ( 11 ) electrically with the at least one electric battery ( 14.1 . 14.2 ) is connectable. Brennstoffzellenanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (11) elektrisch mit der zumindest einen elektrischen Batterie (14.1, 14.2) verbunden ist, bis die unmittelbar dem Heizelement (11) nachgeschalteten Brennstoffzelleneinheit (2.1) eine vorgegebene Temperatur aufweist.Fuel cell assembly ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the heating element ( 11 ) electrically with the at least one electric battery ( 14.1 . 14.2 ) is connected until the heating element ( 11 ) downstream fuel cell unit ( 2.1 ) has a predetermined temperature. Brennstoffzellenanordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (11) elektrisch mit der unmittelbar dem Heizelement (11) nachgeschalteten Brennstoffzelleneinheit (2.1) verbunden ist, wenn diese die vorgegebene Temperatur aufweist.Fuel cell assembly ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the heating element ( 11 ) electrically connected directly to the heating element ( 11 ) downstream fuel cell unit ( 2.1 ) is connected, if this has the predetermined temperature. Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Batterie-Temperierkreislauf (T2) und der Brennstoffzellen-Temperierkreislauf (T1) über ein Wärmetauschelement (18) thermisch miteinander verbindbar sind.Fuel cell assembly ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the battery temperature control circuit (T2) and the fuel cell temperature control circuit (T1) via a heat exchange element ( 18 ) are thermally connectable to each other. Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellen-Temperierkreislauf (T1) mindestens ein Kühlelement (12.1) aufweist, wobei dem mindestens einen Kühlelement (12.1) und dem mindestens einen Heizelement (11) gemeinsam ein Thermostatventil (20) vorgeschaltet ist.Fuel cell assembly ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell temperature control circuit (T1) at least one cooling element ( 12.1 ), wherein the at least one cooling element ( 12.1 ) and the at least one heating element ( 11 ) together a thermostatic valve ( 20 ) is connected upstream. Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine elektrische Batterie (14.1, 14.2) über mindestens ein Dreiwegeventil (21.1, 21.2) thermisch mit dem Wärmetauschelement (18) koppelbar ist.Fuel cell assembly ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electric battery ( 14.1 . 14.2 ) via at least one three-way valve ( 21.1 . 21.2 ) thermally with the heat exchange element ( 18 ) can be coupled. Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – beim Start der Brennstoffzellenanordnung (1) die unmittelbar dem Heizelement (11) nachgeschaltete Brennstoffzelleneinheit (2.1) durch das Heizelement (11) bis zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur erwärmt und anschließend gestartet wird, – in Abhängigkeit einer Temperatur der zumindest einen elektrischen Batterie (14.1, 14.2) der Batterie-Temperierkreislauf (T2) thermisch mit dem Brennstoffzellen-Temperierkreislauf (T1) verbunden wird, und – nach dem Start der unmittelbar dem Heizelement (11) nachgeschalteten Brennstoffzelleneinheit (2.1) die weiteren Brennstoffzelleneinheiten (2.2 bis 2.n) zeitlich versetzt zueinander erwärmt und gestartet werden.Method for operating a fuel cell arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein - at the start of the fuel cell assembly ( 1 ) directly to the heating element ( 11 ) downstream fuel cell unit ( 2.1 ) by the heating element ( 11 ) is heated until reaching a predetermined temperature and then started, depending on a temperature of the at least one electric battery ( 14.1 . 14.2 ) the battery temperature control circuit (T2) is thermally connected to the fuel cell temperature control circuit (T1), and - after the start of the heating element (directly) ( 11 ) downstream fuel cell unit ( 2.1 ) the further fuel cell units ( 2.2 to 2.n ) are heated and started with a time offset from one another. Verwendung einer Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für eine Antriebseinheit eines Nutzfahrzeugs.Use of a fuel cell assembly ( 1 ) according to one of claims 1 to 8 for a drive unit of a commercial vehicle.
DE102015015635.7A 2015-12-02 2015-12-02 Fuel cell assembly, method for operating such a fuel cell assembly and use of such a fuel cell assembly Pending DE102015015635A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015015635.7A DE102015015635A1 (en) 2015-12-02 2015-12-02 Fuel cell assembly, method for operating such a fuel cell assembly and use of such a fuel cell assembly
PCT/EP2016/001961 WO2017092853A1 (en) 2015-12-02 2016-11-21 Fuel cell arrangement, method for operating a fuel cell arrangement of said type, and use of a fuel cell arrangement of said type

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015015635.7A DE102015015635A1 (en) 2015-12-02 2015-12-02 Fuel cell assembly, method for operating such a fuel cell assembly and use of such a fuel cell assembly

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015015635A1 true DE102015015635A1 (en) 2017-06-08

Family

ID=57354325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015015635.7A Pending DE102015015635A1 (en) 2015-12-02 2015-12-02 Fuel cell assembly, method for operating such a fuel cell assembly and use of such a fuel cell assembly

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015015635A1 (en)
WO (1) WO2017092853A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020099229A1 (en) * 2018-11-12 2020-05-22 Audi Ag Fuel cell device and method for cooling a fuel cell system
WO2020229590A1 (en) * 2019-05-16 2020-11-19 Robert Bosch Gmbh Fuel cell system with two fuel cell units which can be operated independently from each other
WO2021148226A1 (en) * 2020-01-22 2021-07-29 Robert Bosch Gmbh Fuel cell system assembly
WO2022029381A1 (en) * 2020-08-07 2022-02-10 Safran Power Units Fuel cell, system comprising a fuel cell and method for controlling the system

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3075480B1 (en) * 2017-12-20 2019-12-20 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives ELECTRICITY GENERATION SYSTEM INCLUDING TWO FUEL CELLS WITH DIFFERENT OPERATING TEMPERATURES
US20230104670A1 (en) * 2020-02-24 2023-04-06 Volvo Truck Corporation Thermal management system for a fuel cell vehicle
DK180671B1 (en) 2020-04-07 2021-11-25 Blue World Technologies Holding ApS Fuel cell system, use of it, and method of its operation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004017434A1 (en) * 2003-05-03 2004-12-30 Daimlerchrysler Ag Fuel cell stack for cold start in motor vehicle internal combustion engine, consists of polymer electrolyte membranes with channel structures for guiding process gases and coolant
DE102005046234A1 (en) * 2005-09-28 2007-03-29 Wilhelm Eisenhuth Gmbh Kg Combining two or more fuel cell units, comprises using one unit which is permanently active and which supplies heat to another
DE102007054246A1 (en) 2007-11-14 2009-05-20 Daimler Ag Fuel cell drive for a motor vehicle
DE102011079640A1 (en) * 2011-07-22 2013-01-24 Robert Bosch Gmbh Fuel cell cooling system with heat extraction
DE102014017300A1 (en) 2014-11-21 2015-06-11 Daimler Ag Modular system for a fuel cell device of a motor vehicle

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4081896B2 (en) * 1998-12-02 2008-04-30 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP5350067B2 (en) * 2009-04-28 2013-11-27 本田技研工業株式会社 Power system
DE102011076737A1 (en) * 2011-05-30 2012-12-06 Robert Bosch Gmbh Apparatus for providing electrical energy to electric drive unit of electric hybrid vehicle e.g. passenger car, has electrical energy storage device that is coupled with fuel cell assembly by heat transfer assembly

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004017434A1 (en) * 2003-05-03 2004-12-30 Daimlerchrysler Ag Fuel cell stack for cold start in motor vehicle internal combustion engine, consists of polymer electrolyte membranes with channel structures for guiding process gases and coolant
DE102005046234A1 (en) * 2005-09-28 2007-03-29 Wilhelm Eisenhuth Gmbh Kg Combining two or more fuel cell units, comprises using one unit which is permanently active and which supplies heat to another
DE102007054246A1 (en) 2007-11-14 2009-05-20 Daimler Ag Fuel cell drive for a motor vehicle
DE102011079640A1 (en) * 2011-07-22 2013-01-24 Robert Bosch Gmbh Fuel cell cooling system with heat extraction
DE102014017300A1 (en) 2014-11-21 2015-06-11 Daimler Ag Modular system for a fuel cell device of a motor vehicle

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020099229A1 (en) * 2018-11-12 2020-05-22 Audi Ag Fuel cell device and method for cooling a fuel cell system
WO2020229590A1 (en) * 2019-05-16 2020-11-19 Robert Bosch Gmbh Fuel cell system with two fuel cell units which can be operated independently from each other
CN114144912A (en) * 2019-05-16 2022-03-04 罗伯特·博世有限公司 Fuel cell system having two fuel cell units which can be operated independently of one another
WO2021148226A1 (en) * 2020-01-22 2021-07-29 Robert Bosch Gmbh Fuel cell system assembly
WO2022029381A1 (en) * 2020-08-07 2022-02-10 Safran Power Units Fuel cell, system comprising a fuel cell and method for controlling the system
FR3113339A1 (en) * 2020-08-07 2022-02-11 Safran Power Units FUEL CELL, SYSTEM INCLUDING A FUEL CELL AND METHOD OF CONTROLLING THE SYSTEM

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017092853A1 (en) 2017-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3454401B1 (en) Motor vehicle with a cooling system
DE102015015635A1 (en) Fuel cell assembly, method for operating such a fuel cell assembly and use of such a fuel cell assembly
EP3269002B1 (en) Cooling assembly for cooling a fuel cell
DE102007046057B4 (en) Method for starting a fuel cell system for a vehicle
EP3747074B1 (en) Cooling system for fuel cell stacks
DE102013209045A1 (en) Cooling system for a hybrid vehicle and method for operating such a cooling system
DE102013114815A1 (en) Structure for using the exhaust heat of a vehicle
DE102012218584A1 (en) Cold start procedure for a fuel cell stack
WO2014037216A1 (en) Method from the thermal conditioning of an internal combustion engine and/or of a passenger compartment of a vehicle, and vehicle
DE102020129589A1 (en) Device for controlling the battery temperature
DE102017217714A1 (en) Method for operating a vehicle with a fuel cell assembly
DE102014019659A1 (en) Temperature control device for a vehicle and vehicle
DE102018205345B4 (en) Electric motor with liquid cooling and use of such an electric motor
DE102016013296A1 (en) Cooling device for a battery of a motor vehicle, battery and method
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
DE102018112108A1 (en) Method for tempering a current storage
DE102015011282A1 (en) Method for operating a fuel cell system and vehicle
DE102018132177A1 (en) Temperature control system
DE102009005638B4 (en) Vehicle temperature control system, in particular for the thermal treatment of the air to be introduced into a vehicle interior
EP3762246A1 (en) Vehicle having at least one electrochemical stored energy source
DE102016015288A1 (en) Temperature control unit for a battery
DE102018201553A1 (en) multi-MODE CABIN HEATING SYSTEM WITH DOUBLE HEATING SOURCE
DE102018009269B4 (en) Air conditioning device for a motor vehicle, and motor vehicle therewith
DE102020130195B3 (en) Refrigeration system for a motor vehicle for heating an electrical energy store, method for operating such a refrigeration system and motor vehicle with such a refrigeration system
DE10219429A1 (en) Motor vehicle with a drive device and with a resource storage

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
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

R082 Change of representative

Representative=s name: WALLINGER RICKER SCHLOTTER TOSTMANN PATENT- UN, DE

R012 Request for examination validly filed