DE102015118893B4 - Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem - Google Patents

Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem Download PDF

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Abstract

Brennstoffzellensystem (10) zum Betrieb eines elektrischen Heizers (40), um überflüssige Leistung einer Brennstoffzelle (20) zu verbrauchen, wobei das Brennstoffzellensystem (10) aufweist:eine Brennstoffzelle (20), die eine Zufuhr von Reaktionsgas zur Erzeugung von Leistung empfängt;ein Brennstoffzellen-Kühlsystem (30) zum Zirkulieren eines Kühlmittels durch die Brennstoffzelle (20), um die Brennstoffzelle (20) zu kühlen;einen elektrischen Heizer (40), der betrieben wird, um Leistung der Brennstoffzelle (20) zu verbrauchen;ein Heizer-Kühlsystem (50) zum Zirkulieren des Kühlmittels um den elektrischen Heizer (40) herum, um den elektrischen Heizer (40) zu kühlen; undeine Steuerung (70), die das Brennstoffzellensystem (10) steuert,wobei die Steuerung (70) programmiert ist,den elektrischen Heizer (40) derart anzutreiben, dass der elektrische Heizer (40) überflüssige Leistung der Brennstoffzelle (20) verbraucht,den Leistungsverbrauch durch den elektrischen Heizer (40) bei einer festgelegten Temperatur (Ts), die niedriger als eine Zersetzungstemperatur des Kühlmittels ist, abrupt zu verringern,den elektrischen Heizer (40) zu kühlen, indem Kühlmittel vom Brennstoffzellen-Kühlsystem (30) in das Heizer-Kühlsystem (50) zirkuliert wird, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem (50) in einen Temperaturbereich zwischen der festgelegten Temperatur (Ts) und einer vorbestimmten Grenztemperatur (Tb), bei der die Stromversorgung zum elektrischen Heizer (40) abgeschaltet wird, liegt und wenn die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem (50) höher ist als die Temperatur des Kühlmittels im Brennstoffzellen-Kühlsystem (30).

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem zum Betrieb eines elektrischen Heizers, um Leistung einer Brennstoffzelle zu verbrauchen.
  • Stand der Technik
  • Ein Brennstoffzellensystem ist ein Leistungserzeugungssystem, welches Brennstoff durch einen elektrochemischen Prozess oxidiert, um durch die Oxidationsreaktion freigesetzte Energie direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Ein Brennstoffzellenstapel besitzt eine Membranelektrodeneinheit, in der beide Seitenflächen einer Polymerelektrolytmembran zum selektiven Transport von Wasserstoffionen zwischen einem aus porösem Material hergestellten Elektrodenpaar eingeklemmt sind und durch dieses gehalten werden. Jedes Elektrodenpaar besitzt eine Katalysatorschicht, die als eine Hauptkomponente ein Kohlenstoffpulver, das einen Platin-basierten Metallkatalysator trägt, aufweist und die in Kontakt mit der Polymerelektrolytmembran kommt sowie eine Gasdiffusionsschicht, die auf der Oberfläche der Katalysatorschicht gebildet ist und die sowohl eine Luftdurchlässigkeit als auch eine Elektronenleitfähigkeit besitzt.
  • Ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einem als eine Leistungsquelle eingebauten Brennstoffzellensystem fährt durch den Antrieb eines Fahrmotors durch elektrische Energie, die durch eine Brennstoffzelle erzeugt wird. Das Brennstoffzellenfahrzeug beinhaltet einen elektrischen Heizer, um den elektrischen Heizer zu betreiben, um überschüssige Leistung der Brennstoffzelle zu verbrauchen. Als eine sich auf das Brennstoffzellenfahrzeug mit elektrischen Heizer beziehende Technik ist zum Beispiel ein Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem offenbart (siehe JP 2013 - 99 081 A ), welches den elektrischen Heizer derart betreibt, dass überschüssige Leistung einer Brennstoffzelle verbraucht wird, wobei durch den elektrischen Heizer zirkulierendes Kühlwasser von einem Kühlwasserkanal der Brennstoffzelle umgeleitet wird, sodass die Temperatur niedriger oder gleich einer Zersetzungstemperatur des Kühlwassers sein wird. JP 2005 - 100 752 A und JP 2012 - 195 263 A beschreiben weitere Brennstoffzellensysteme, die überflüssige Leistung der Brennstoffzelle zum Betrieb eines elektrischen Heizers verwenden.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Wenn die Temperatur des Heizers hoch wird, erhöht sich mit steigender Temperatur der elektrische Widerstand des elektrischen Heizers, um den Leistungsverbrauch darin zu verringern. Wenn allerdings die Temperatur des Kühlwassers übermäßig hoch wird, hat dies einen unerwünschten Effekt auf damit in Verbindung stehende Teile (z.B. elektrischer Heizer, Heizerkern, etc.). Um mit einem derartigen Effekt umzugehen, wird in Abhängigkeit vom Brennstoffzellensystem die dem elektrischen Heizer zugeführte Leistung in einem Temperaturbereich nicht niedriger als eine im Voraus bestimmte Temperatur aggressiv unterdrückt, um den Leistungsverbrauch des elektrischen Heizers abrupt zu verringern, um die damit in Verbindung stehenden Teile zu schützen. In dem in JP 2013 - 99 081 A offenbarten Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem wird jedoch die Temperatur des Kühlmittels derart gesteuert, dass diese 100°C oder weniger als die Zersetzungstemperatur des Kühlwassers ist. In diesem Fall kann, wenn die Temperatur des Kühlwassers gesteuert wird, um den Leistungsverbrauch des elektrischen Heizers in einem Temperaturbereich niedriger als die Zersetzungstemperatur aggressiv zu verringern, durch einen Regenerationsbetrieb entstandene überschüssige Leistung oder während eines Aufwärmbetriebes der Brennstoffzelle entstandene Leistung nicht in ausreichendem Maße durch den elektrischen Heizer in dem Temperaturbereich verbraucht werden und damit besteht die Möglichkeit, dass ein Leistungsverbrauchsziel nicht erreicht wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Umstände entwickelt, und eine Aufgabe dieser ist es, ein Brennstoffzellensystem und ein Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, einen elektrischen Heizer davor zu schützen, dass er in einem Temperaturbereich betrieben wird, in dem der Leistungsverbrauch abrupt verringert wird, um ein Leistungsverbrauchsziel der Brennstoffzelle zu erreichen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
  • Das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem zum Betrieb eines elektrischen Heizers, um überflüssige Leistung einer Brennstoffzelle zu verbrauchen, wobei das Brennstoffzellensystem aufweist: eine Brennstoffzelle, die eine Zufuhr von Reaktionsgas zur Erzeugung von Leistung empfängt; ein Brennstoffzellen-Kühlsystem zum Zirkulieren eines Kühlmittels durch die Brennstoffzelle, um die Brennstoffzelle zu kühlen; einen elektrischer Heizer, der betrieben wird, um Leistung der Brennstoffzelle zu verbrauchen; ein Heizer-Kühlsystem zum Zirkulieren des Kühlmittels um den elektrischen Heizer herum, um den elektrischen Heizer zu kühlen; und eine Steuerung, die das Brennstoffzellensystem steuert, wobei die Steuerung programmiert ist, den elektrischen Heizer derart anzutreiben, dass der elektrische Heizer überflüssige Leistung der Brennstoffzelle verbraucht, den Leistungsverbrauch durch den elektrischen Heizer bei einer festgelegten Temperatur, die niedriger als eine Zersetzungstemperatur des Kühlmittels ist, abrupt zu verringern, den elektrischen Heizer zu kühlen, indem Kühlmittel vom Brennstoffzellen-Kühlsystem in das Heizer-Kühlsystem zirkuliert wird, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem in einen Temperaturbereich zwischen der festgelegten Temperatur und einer vorbestimmten Grenztemperatur, bei der die Stromversorgung zum elektrischen Heizer abgeschaltet wird, liegt und wenn die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem höher ist als die Temperatur des Kühlmittels im Brennstoffzellen-Kühlsystem. Das Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem zum Betrieb eines elektrischen Heizers, um überflüssige Leistung einer Brennstoffzelle zu verbrauchen, wobei das Brennstoffzellensystem beinhaltet: die Brennstoffzelle, die eine Zufuhr von Reaktionsgas zur Erzeugung von Leistung empfängt; ein Brennstoffzellen-Kühlsystem zum Zirkulieren eines Kühlmittels durch die Brennstoffzelle, um die Brennstoffzelle zu kühlen; einen elektrischer Heizer, der betrieben wird, um Leistung der Brennstoffzelle zu verbrauchen; und ein Heizer-Kühlsystem zum Zirkulieren des Kühlmittels um den elektrischen Heizer herum, um den elektrischen Heizer zu kühlen, wobei der elektrische Heizer derart angetrieben wird, dass der elektrische Heizer überflüssige Leistung der Brennstoffzelle verbraucht, wobei der Leistungsverbrauch durch den elektrischen Heizer bei einer festgelegten Temperatur, die niedriger als eine Zersetzungstemperatur des Kühlmittels ist, abrupt verringert wird, und wobei der elektrische Heizer gekühlt wird, indem das Kühlmittel vom Brennstoffzellen-Kühlsystem in das Heizer-Kühlsystem zirkuliert wird, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem in einen Temperaturbereich zwischen der festgelegten Temperatur und einer vorbestimmten Grenztemperatur, bei der die Stromversorgung zum elektrischen Heizer abgeschaltet wird, liegt und wenn die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem höher ist als die Temperatur des Kühlmittels im Brennstoffzellen-Kühlsystem.
  • Hier bedeutet der „Temperaturbereich, in dem sich der Leistungsverbrauch des elektrischen Heizers abrupt ändert“ einen Temperaturbereich, in dem eine Steuerung durchgeführt wird, um den Leistungsverbrauch aggressiv unter einen natürlichen Rückgang des Leistungsverbrauchs des elektrischen Heizers mit steigender Temperatur zu senken.
  • In der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise die Zirkulation des Kühlmittels von dem Brennstoffzellen-Kühlsystem in das Heizer-Kühlsystem abgeschaltet, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem niedriger oder gleich einer unteren Grenztemperatur TL1 ist.
  • In der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise das Kühlmittel von dem Brennstoffzellen-Kühlsystem in das Heizer-Kühlsystem zirkuliert, um den elektrischen Heizer zu kühlen, wenn die Differenz zwischen der Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem und der Temperatur des Kühlmittels im Brennstoffzellen-Kühlsystem über einer vorbestimmten ersten Temperaturdifferenz ΔT1 liegt.
  • In der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise die Zirkulation des Kühlmittels von dem Brennstoffzellen-Kühlsystem in das Heizer-Kühlsystem abgeschaltet, wenn die Differenz zwischen der Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem und der Temperatur des Kühlmittels im Brennstoffzellen-Kühlsystem in einer vorbestimmten zweiten Temperaturdifferenz ΔT2 liegt.
  • In der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise das Kühlmittel von dem Brennstoffzellen-Kühlsystem in das Heizer-Kühlsystem zirkuliert, um den elektrischen Heizer zu kühlen, wenn der elektrische Heizer zur Klimatisierung betrieben wird und die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem höher oder gleich der festgelegten Temperatur Ts ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Kühlmittel, wenn die Temperatur des Kühlmittels um den elektrischen Heizer herum in einen Temperaturbereich fällt, in dem sich der Leistungsverbrauch des elektrischen Heizers abrupt ändert, von dem Brennstoffzellen-Kühlsystem in das Heizer-Kühlsystem zirkuliert, um den elektrischen Heizer zu kühlen. Daher kann der elektrische Heizer davor geschützt werden, in einem Temperaturbereich betrieben zu werden, in dem sich der Leistungsverbrauch abrupt verringert, um ein Leistungsverbrauchsziel der Brennstoffzelle zu erreichen.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Blockschaubild eines Brennstoffzellensystems in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens für ein Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3 ist ein Schaubild, das verwendet wird, um das Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
    • 4 ist ein Schaubild, das verwendet wird, um das Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
    • 5 ist ein Schaubild, das verwendet wird, um eine Beziehung zwischen dem Leistungsverbrauch eines elektrischen Heizers und der Temperatur zu beschreiben.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten beschrieben. In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Teile mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Allerdings sind die Zeichnungen schematische Abbildungen. Spezifische Abmessungen und ähnliches sollten daher in dem Licht der folgenden Beschreibung betrachtet werden. Des Weiteren können die entsprechenden Zeichnungen untereinander natürlich Unterschiede in den Größenbeziehungen oder -verhältnis aufweisen.
  • <Systemkonfiguration>
  • Unter anfänglicher Bezugnahme auf 1 wird ein Brennstoffzellensystem, auf welches ein Steuerverfahren gemäß der Ausführungsform der Erfindung angewendet wird, beschrieben. 1 ist ein Blockschaubild des Brennstoffzellensystems in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt, fungiert das Brennstoffzellensystem 10 als ein fahrzeugeigenes Leistungsversorgungssystem, das in ein Brennstofffahrzeug eingebaut ist, und beinhaltet als Hauptkomponenten eine Brennstoffzelle 20, ein Brennstoffzellen-Kühlsystem 30, einen elektrischen Heizer 40, ein Heizer-Kühlsystem 50, Temperatursensoren 61, 62 und eine Steuerung 70.
  • Die Brennstoffzelle 20 oxidiert Wasserstoff als Brenngas durch einen elektrochemischen Prozess, um die durch die Oxidationsreaktion freigesetzte Energie direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Das Brennstoffzellenfahrzeug (nicht dargestellt), in dem das Brennstoffzellensystem 10 als Leistungsquelle eingebaut ist, fährt durch den Antrieb eines Fahrmotors durch elektrische Energie, die durch eine Brennstoffzelle 20 erzeugt wird.
  • Die Brennstoffzelle 20 ist aus einer Stapelstruktur zusammengesetzt, in der viele Brennstoffzellen aufeinandergestapelt sind (die Stapelstruktur kann im Folgenden auch als Brennstoffzellenstapel bezeichnet sein). Zum Beispiel beinhaltet jede Zelle einer Festelektrolyt-Brennstoffzelle: zumindest eine Membranelektrodeneinheit (MEA), die aus einer ionendurchlässigen Elektrolytmembran besteht, und eine anodenseitige Katalysatorschicht (Elektrodenschicht) und eine kathodenseitige Katalysatorschicht (Elektrodenschicht), die die Elektrolytmembran zwischen sich einklemmen; und eine Gasdiffusionsschicht zur Zufuhr von Brenngas oder Oxidationsgas zur Membranelektrodeneinheit. Jede Zelle ist zwischen einem Paar Separatoren eingeklemmt.
  • Das Brennstoffzellen-Kühlsystem 30 ist ein Kreislaufsystem zum Zirkulieren eines Kühlmittels durch den Brennstoffzellenstapel 20, um den Brennstoffzellenstapel 20 zu kühlen. Genauer beinhaltet das Brennstoffzellen-Kühlsystem 30 einen Kühler 31, einen Zirkulationsströmungsweg 32, eine Pumpe 33, einen Nebenströmungsweg 34 und ein Dreiwegeventil 35. Ein Temperatursensor 61 ist nahe einem Kühlmittelauslass des Brennstoffzellenstapels vorgesehen, um die Innentemperatur (Brennstoffzellenwassertemperatur Tf) des Brennstoffzellenstapels 20 zu messen.
  • Das Kühlmittel ist ein Zirkulationsmedium zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels 20 und des elektrischen Heizers 40, welches zum Beispiel eine wässrige Ethylenglykol-Lösung ist. Wenn die wässrige Ethylenglykol-Lösung als Kühlwasser verwendet wird, wird diese bei einer Zersetzungstemperatur oder höheren Temperaturen in Anwesenheit von Sauerstoff in organische Säuren, wie Ameisensäure, zersetzt. Diese organischen Säuren werden im Kühlwasser ionisiert und erhöhen die elektrische Leitfähigkeit des Kühlwassers. Daher ist es vorteilhaft, zumindest die Temperatur des Kühlmittels unterhalb der Zersetzungstemperatur zu halten.
  • Der Kühler 31 besteht im Allgemeinen aus einem Rohr, einer Abstrahlrippe und einem Gebläse (alle nicht dargestellt). Der Kühler 31 ist eine Kühlvorrichtung zum Durchführen eines Wärmeaustausches durch das durch das Rohr fließende Kühlmittel, die die Aufgabe hat, die Temperatur des durchfließenden Kühlmittels durch Wärmeaustausch zu verringern. Der Zirkulationsströmungsweg 32 ist ein rohrförmiger Strömungsweg zum Zirkulieren des Kühlmittels zwischen dem Kühler 31 und dem Brennstoffzellenstapel 20. Die Pumpe 33 ist in den Zirkulationsströmungsweg 32 auf der Einlassseite des Brennstoffzellenstapels 20 eingefügt, um als Antriebsmittel zum Transport des Kühlmittels zum Brennstoffzellenstapel 20 zu dienen. Der Nebenströmungsweg 34 ist ein Strömungsweg zur Verbindung der Einlass- und Auslassseite des Brennstoffzellenstapels 20 im Zirkulationsströmungsweg 32, den das Kühlmittel durchläuft, wenn das Kühlmittel nicht durch den Kühler 31 gekühlt wird. Das Dreiwegeventil 35 ist in einer Abzweigregion des Nebenströmungsweges 34 aus dem Zirkulationsströmungsweg 32 auf der Auslassseite des Brennstoffzellenstapels 20 eingefügt und dient dazu, zwischen dem Zirkulationsströmungsweg 32 und dem Nebenströmungsweg 34 zu wechseln.
  • Der elektrische Heizer 40 wird betrieben, um Leistung des Brennstoffzellenstapels 20 zu verbrauchen. Von Natur aus erhöht der elektrische Heizer 40 seinen elektrischen Widerstand mit steigender Umgebungstemperatur, um damit den Leistungsverbrauch zu verringern. Wenn allerdings die Temperatur des Kühlmittels übermäßig hoch wird, hat dies einen unerwünschten Effekt auf damit in Verbindung stehende Teile (z.B. elektrischer Heizer 40, Heizerkern 41, etc.). Um mit einem derartigen Effekt umzugehen, wird in dem Brennstoffzellensystem des Ausführungsbeispiels die dem elektrischen Heizer 40 zugeführte Leistung in einem Temperaturbereich nicht niedriger als eine im Voraus festgelegte Temperatur (z.B. 85°C, wenn das Kühlmittel Wasser ist), die geringer als die Zersetzungstemperatur des Kühlmittels (z.B. 100°C, wenn das Kühlmitte Wasser ist) ist, aggressiv unterdrückt, um eine Steuerung durchzuführen, die den Leistungsverbrauch des elektrischen Heizers 40 abrupt verringert. Der elektrische Heizer 40 beinhaltet einen Heizerkern 41, der als weiter unten beschriebener kleiner Kühler wirkt. Der Heizerkern 41 ist mit einem Verdampfer kombiniert, um zum Beispiel einen fahrzeugeigene Klimaanlage zu bilden. Fälle, in denen der elektrische Heizer 40 betrieben wird, um Leistung zu verbrauchen, beinhalten den Fall, in dem überflüssige Leistung aufgrund eines Regenerationsbetriebes gebildet wird, ein Fall, in dem Leistung zum Aufwärmen des Brennstoffzellenstapels 20 gebildet wird und ähnliches.
  • Das Heizer-Kühlsystem 50 ist ein Kühlsystem zur Zirkulation des Kühlmittels um den elektrischen Heizer 40 herum und durch den Heizerkern 41, um den elektrischen Heizer 40 zu kühlen. Das Heizer-Kühlsystem 50 beinhaltet den Heizerkern 41, einen Bypassströmungsweg 51, eine Pumpe 52, einen Nebenströmungsweg 53 und ein Dreiwegeventil 54.
  • Der Heizerkern 41 besteht im Allgemeinen aus einem Rohr, einer Abstrahlrippe und einem Gebläse (alle nicht dargestellt). Der Heizerkern 41 ist eine Kühlvorrichtung zum Durchführen eines Wärmeaustausches durch das durch das Rohr fließende Kühlmittel. Der Bypassströmungsweg 51 ist ein Strömungsweg zum Verteilen des Kühlmittels in der Umgebung des elektrischen Heizers 40 und zum Heizerkern 41 auf der Auslassseite des Brennstoffzellenstapels 20. Wenn das Dreiwegeventil 54 geschalten ist, das Brennstoffzellen-Kühlsystem 30 mit diesem Heizer-Kühlsystem zu verbinden, durchläuft das Kühlmittel die Umgebung des elektrischen Heizers 40 und kühlt den elektrischen Heizer 40 indirekt. Die Pumpe 52 ist in den Bypassströmungsweg 51 auf der Auslassseite des Heizerkerns 41 eingefügt und dient dazu, das Kühlmittel im Heizer-Kühlsystem 50 zu zirkulieren. Der Nebenströmungsweg 53 ist ein Strömungsweg zur Verbindung der Einlass- mit der Auslassseite des Heizerkerns 41 im Bypassströmungsweg 51. Das Dreiwegeventil 54 ist in einer Abzweigregion des Nebenströmungsweges 53 aus dem Bypassströmungsweg 51 auf der Einlassseite des Heizerkerns 41 eingefügt und dient dazu, zwischen dem Bypassströmungsweg 51 und dem Nebenströmungsweg 53 zu wechseln.
  • Der Temperatursensor 61 ist im Zirkulationsströmungsweg 32 auf der Auslassseite des Brennstoffzellenstapels 20 vorgesehen, um die Auslasstemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 (die Kühlmitteltemperatur im Brennstoffzellen-Kühlsystem 30, die ungefähr die gleiche ist wie die Innentemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 und daher „Brennstoffzellenwassertemperatur“ genannt wird) zu ermitteln. Der Temperatursensor 62 hingegen ist im Bypassströmungsweg 51 nahe dem elektrischen Heizer 40 vorgesehen, um die Temperatur des um den elektrischen Heizer 40 herum zirkulierenden Kühlmittels (die Kühlmitteltemperatur im Heizer-Kühlsystem 50, die ungefähr die gleiche ist wie die Temperatur des elektrischen Heizers 40 und daher „Heizerwassertemperatur“ genannt wird) zu ermitteln. Die Temperatursensoren 61, 62 sind elektrisch mit der Steuerung 70 verbunden und die ermittelten Temperaturen der Temperatursensoren 61, 62 werden der Steuerung 70 als elektrische Signale zugeführt.
  • Basierend auf den ermittelten Signalen der Temperatursensoren 61, 62 steuert die Steuerung 70 die Pumpe 52 und das Dreiwegeventil 54 im Bypassströmungsweg 51. Die Steuerung 70 ist zum Beispiel eine elektronische Steuereinheit (ECU). Die ECU 70 beinhaltet zum Beispiel eine CPU, ein ROM, ein RAM und eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle, um ein vorbestimmtes Softwareprogramm auszuführen, sodass das Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung im Brennstoffzellensystem durchgeführt wird.
  • <Steuerverfahren>
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 1 bis 5 wird das Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt, fährt das Brennstoffzellenfahrzeug, in dem das Brennstoffzellensystem 10 eingebaut ist, durch den Antrieb eines Fahrmotors durch elektrische Energie, die durch den Brennstoffzellenstapel 20 erzeugt wird. Das Brennstoffzellenfahrzeug beinhaltet den elektrischen Heizer 40 und der elektrische Heizer 40 wird betrieben, um überflüssige Leistung des Brennstoffzellenstapels 20 zu verbrauchen.
  • 5 zeigt eine Beziehung zwischen dem Leistungsverbrauch des elektrischen Heizers 40 und der Umgebungstemperatur. Wie in 5 gezeigt, verringert sich, da der elektrische Widerstand des elektrischen Heizers 40 mit steigender Temperatur des elektrischen Heizers 40 langsam steigt, der Leistungsverbrauch des elektrischen Heizers 40 langsam. Wenn die Temperatur des elektrischen Heizers 40 weiter steigt, besteht die Notwendigkeit, die verbrauchte Leistung des elektrischen Heizers 40 schnell zu verringern, um den elektrischen Heizer 40 und den Heizerkern 41 zu schützen. Genauer besteht die Notwendigkeit die Ausgabe des elektrischen Heizers 40 abrupt zu verringern, wenn die Heizertemperatur die im Voraus festgelegte Temperatur Ts (z.B. 85°C) erreicht, um den elektrischen Heizer 40 und den Heizerkern 41 aktiv zu schützen. Die Änderungsrate zur Verringerung der Ausgabe des elektrischen Heizers 40 ist groß, bis hin zu einem spürbaren Ausmaß, verglichen mit der Änderungsrate in einem Temperaturbereich nicht höher als die festgelegte Temperatur Tc, was einer abrupten Änderungsrate von einigen hundert W/°C entspricht. Anschließend, wenn die Heizertemperatur eine vorbestimmten Grenztemperatur Tb (z.B. 90°C) erreicht, wird die Stromversorgung zum elektrischen Heizer 40 abgeschaltet, sodass die Ausgabe des elektrischen Heizers 40 im Wesentlich Null wird, um den elektrischen Heizer 40 und den Heizerkern 41 sicher zu schützen. Mit anderen Worten ist, wenn die Temperatur des elektrischen Heizers 40 in den Bereich der begrenzten Temperaturen nicht niedriger als die festgelegte Temperatur Ts kommt, die Möglichkeit des elektrischen Heizers 40, die im Brennstoffzellensystem erzeugte überschüssige Leistung zu verbrauchen, in diesem Temperaturbereich drastisch reduziert, da die Ausgabe des elektrischen Heizers 40 begrenzt ist. Dies führt zu einer Verringerung im Leistungsverbrauch, wie einer Abnahme der regenerativen Bremskraft oder einem Rückgang der Schnellerwärmungs-/Heizrückgewinnungssteuerung bei einem Leistungsverbrauchsziel (d.h. eine Verringerung des Betrages der Leistungserzeugung/Wärmeerzeugung).
  • Daher führt im Brennstoffzellensystem 10, das den Brennstoffzellenstapel 20, die eine Zufuhr von Reaktionsgas zur Erzeugung von Leistung empfängt, das Brennstoffzellen-Kühlsystem 30 zum Zirkulieren eines Kühlmittels durch den Brennstoffzellenstapel 20, um die Brennstoffzelle zu kühlen, den elektrischen Heizer 40, der betrieben wird, um Leistung des Brennstoffzellenstapels 20 zu verbrauchen und der angetrieben wird, den Leistungsverbrauch bei einer Temperatur niedriger als eine Zersetzungstemperatur des Kühlmittels abrupt zu verringern und ein Heizer-Kühlsystem 50 zum Zirkulieren des Kühlmittels um den elektrischen Heizer 40 herum, um den elektrischen Heizer 40 zu kühlen, beinhaltet, das Steuerverfahren des Brennstoffzellensystems gemäß der Ausführungsform eine Steuerung durch, um das Kühlmittel vom Brennstoffzellen-Kühlsystem 30 in das Heizer-Kühlsystem 50 zu zirkulieren, um den elektrischen Heizer 40 zu kühlen, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem 50 in einen Temperaturbereich fällt (der begrenzte Temperaturbereich in 5), in dem sich der Leistungsverbrauch des elektrischen Heizers 40 abrupt ändert.
  • <Spezifische Funktionsweise>
  • Unter Bezugnahme auf 1 bis 4 wird das Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform unter näher beschrieben. 2 ist ein Flussdiagramm des Steuerverfahrens für das Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 und 4 sind Schaubilder, die verwendet werden, um das Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
  • Wie in 2 gezeigt, überwacht die ECU 70 zunächst, wenn der Betrieb des Brennstoffzellensystem 10 gestartet wird (S110) die Kühlmitteltemperatur (Brennstoffzellenwassertemperatur Tf) am Auslass des Brennstoffzellenstapels 20 und die Temperatur (Heizerwassertemperatur Th) um den elektrischen Heizer 40 herum. Als nächstes bestimmt die ECU 70, ob der elektrische Heizer 40 eingeschalten ist (S120). Wenn festgestellt wird, dass der elektrische Heizer 40 nicht eingeschalten ist (S120: NEIN), fährt die ECU 70 damit fort, das Einschalten des elektrischen Heizers 40 zu überwachen. Wenn hingegen bestimmt wird, dass der elektrische Heizer 40 eingeschalten ist (S120: JA), überwacht die ECU 70, ob die Wassertemperatur (Heizerwassertemperatur Th) um den elektrischen Heizer 40 herum in einen Temperaturbereich nicht niedriger als die festgelegte Temperatur fällt (S130). Im Ausführungsbeispiel ist die festgelegte Temperatur die in 3 gezeigte festgelegte Temperatur Ts (z.B. 85°C) und der Temperaturbereich ist ein Temperaturbereich, in dem eine Steuerung durchgeführt wird, um den Leistungsverbrauch aggressiv unter einen natürlichen Rückgang des Leistungsverbrauchs des elektrischen Heizers 40 mit steigender Temperatur zu senken, wie zum Beispiel der in 5 gezeigte begrenzte Temperaturbereich.
  • Als nächstes wird, wenn bestimmt wird, dass die Wassertemperatur (Heizerwassertemperatur Th) um den elektrischen Heizer 40 herum in einen Temperaturbereich nicht niedriger als die festgelegte Temperatur Ts fällt (S130: JA), das Kühlmittel vom Brennstoffzellen-Kühlsystem 30 in das Heizer-Kühlsystem 50 zirkuliert, um den elektrischen Heizer 40 zu kühlen. Genauer steuert die ECU 70 das Dreiwegeventil 54, um den Bypassströmungsweg 51 freizugeben und schaltet die Pumpe 52 an (S140). Obwohl nicht in 2 dargestellt, wird, da die ECU 70 die Kühlmitteltemperatur am Auslass des Brennstoffzellenstapels 20 überwacht, das Dreiwegeventil 54 geschlossen und die Pumpe 52 wird ausgeschalten, wenn die Wassertemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 höher ist als die Wassertemperatur um den elektrischen Heizer 40 herum. Zum Beispiel wird, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Brennstoffzellenstapel 20 nahe an der Zersetzungstemperatur (z.B. 97°C) ist, das Dreiwegeventil 54 geschlossen und die Pumpe 52 abgeschaltet, weil es unmöglich ist, den elektrischen Heizer 40 zu kühlen und um den elektrischen Heizer 40 und den Heizerkern 41 zu schützen.
  • Als nächstes überwacht die ECU 70, ob ein Einschalten des elektrischen Heizers 40 vollendet ist und/oder ob die Temperatur des um den elektrischen Heizer 40 herum zirkulierenden Kühlmittels (Heizerwassertemperatur Th) niedriger oder gleich einer unteren Grenztemperatur TL1 (z.B. 65°C) ist und/oder ob eine Differenz zwischen der Temperatur des um den elektrischen Heizer 40 herum zirkulierenden Kühlmittels (Heizerwassertemperatur Th) und der Kühlmitteltemperatur (Brennstoffzellenwassertemperatur Tf) am Auslass des Brennstoffzellenstapels 20 in einen Bereich eines vorbestimmten Wertes (zweite Temperaturdifferenz ΔT2, z.B. 3°C) fällt (S150). Wenn bestimmt wird, dass das Einschalten des elektrischen Heizers nicht vollendet ist und/oder dass die Heizerwassertemperatur Th größer als die untere Grenztemperatur TL1 ist und/oder dass die Differenz zwischen der Heizerwassertemperatur Th und der Brennstoffzellenwassertemperatur Tf außerhalb der zweiten Temperaturdifferenz ΔT2 liegt (S150: NEIN), setzt die ECU 70 die Überwachung des Schritts 150 (S150) fort. Wenn hingegen bestimmt wird, dass das Einschalten des elektrischen Heizers vollendet ist und/oder dass die Heizerwassertemperatur Th niedriger oder gleich der unteren Grenztemperatur TL1 ist und/oder dass die Differenz zwischen der Heizerwassertemperatur Th und der Brennstoffzellenwassertemperatur Tf innerhalb des Bereichs der zweiten Temperaturdifferenz ΔT2 liegt (S150: JA), wird das Dreiwegeventil 54 geschlossen und die Pumpe 52 wird ausgeschaltet, um die Steuerung zu beenden (S160). Dies liegt daran, dass, wenn der elektrische Heizer 40 außer Betrieb geht oder wenn die Temperatur des elektrischen Heizers 40 im Vergleich zur festgelegten Temperatur Ts genügen verringert wurde, keine Möglichkeit einer abrupten Verringerung im Leistungsverbrauch durch den elektrischen Heizer 40 gibt. Dies liegt auch daran, dass, wenn es keine große Temperaturdifferenz mehr zwischen der Temperatur des elektrischen Heizers 40 und der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 20 gibt, die Kühlkapazität des Brennstoffzellen-Kühlsystems 30 durch das Kühlmittel gering wird und damit die Effektivität der Zufuhr des Kühlmittels vom Brennstoffzellen-Kühlsystem 30 zur Heizer-Kühlsystem 50 gering ist. Es ist zu beachten, dass das Kühlen im Heizer-Kühlsystem 50 beendet ist, wenn die Pumpe 52 gestoppt wird. Daher ist es nicht nötig, das Dreiwegeventil 54 zu schließen und das Dreiwegventil 54 kann geöffnet bleiben. Wenn unnötige Ventiloperationen nicht durchgeführt werden, kann dies die Haltbarkeit verbessern.
  • Des Weiteren überwacht die ECU 70, wenn in Schritt S130 bestimmt wird, dass die Wassertemperatur um den elektrischen Heizer 40 herum niedriger ist als ein vorbestimmter Wert (festgelegte Temperatur Ts) (S130: NEIN), ob der elektrische Heizer 40 zur Klimatisierung, wie einem Heizen im Fahrzeug verwendet wird (S170). Wenn bestimmt wird, dass der elektrische Heizer 40 zur Klimatisierung verwendet wird (S170: JA), fährt die ECU 70 mit der Überwachung in Schritt 130 (S130) fort. Wenn hingegen bestimmt wird, dass der elektrische Heizer 40 nicht zur Klimatisierung verwendet wird (S170: NEIN), überwacht die ECU 70 weiter, ob der elektrische Heizer für etwas anderes als zur Klimatisierung eingesetzt wird (S172). Wenn bestimmt wird, dass der elektrische Heizer 40 nicht für etwas anderes als zur Klimatisierung eingesetzt wird (S172: NEIN), fährt die ECU 70 mit der Überwachung in Schritt 120 (S120) fort. Wenn hingegen bestimmt wird, dass der elektrische Heizer 40 für etwas anderes als zur Klimatisierung eingesetzt wird (S 172: JA), bestimmt die ECU 70, basierend auf der Kühlmitteltemperatur des Heizer-Kühlsystems 50 (Heizerwassertemperatur Th) und der Kühlmitteltemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 (Brennstoffzellenwassertemperatur Tf), ob das Kühlmittel vom Brennstoffzellen-Kühlsystem 30 in das Heizer-Kühlsystem 50 zirkuliert wird (S180).
  • Wie in 4 gezeigt, überwacht die ECU 70 genauer gesagt, ob eine Differenz zwischen der Heizerwassertemperatur Th und der Brennstoffzellenwassertemperatur Tf in einen oder unterhalb eines Bereichs eines vorbestimmten Wert (erste Temperaturdifferenz ΔT1, z.B. 10°C) fällt und/oder ob die Brennstoffzellenwassertemperatur Tf höher oder gleich der unteren Grenztemperatur TL2 (z.B. 40°C) ist (S180). Wenn bestimmt wird, dass die Differenz zwischen der Heizerwassertemperatur Th und der Brennstoffzellenwassertemperatur Tf kleiner als die erste Temperaturdifferenz ΔT1 ist und/oder dass die Brennstoffzellenwasserstemperatur Tf niedriger als die untere Grenztemperatur TL2 ist (S180: NEIN), führt die ECU 70 die Überwachung in Schritt 130 (S130) fort. Wenn hingegen bestimmt wird, dass die Differenz zwischen der Heizerwassertemperatur Th und der Brennstoffzellenwassertemperatur Tf größer oder gleich der ersten Temperaturdifferenz ΔT1 ist und/oder die Brennstoffzellenwassertemperatur Tf höher oder gleich der unteren Grenztemperatur TL2 ist (S180: JA), zirkuliert die ECU 70 das Kühlmittel vom Brennstoffzellen-Kühlsystem 30 in das Heizer-Kühlsystem 50. Genauer steuert die ECU 70 das Dreiwegeventil 54, um den Bypassströmungsweg 51 freizugeben und die Pumpe 52 anzuschalten (S140). Der Grund, weshalb das Dreiwegeventil 54 geöffnet und die Pumpe 52 angeschaltet wird, wenn die Wassertemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 höher oder gleich der unteren Grenztemperatur TL2 ist, liegt darin, eine Verschlechterung der Heizleistung zu verhindern.
  • Danach führt die ECU 70, wie oben beschrieben, die Überwachung in Schritt 150 durch. Wenn bestimmt wird, dass die Energieversorgung des elektrischen Heizers nicht beendet ist und/oder dass die Heizerwassertemperatur Th höher als die untere Grenztemperatur TL1 ist und/oder dass die Differenz zwischen der Heizerwassertemperatur Th und der Brennstoffzellenwassertemperatur Th die zweite Temperaturdifferenz ΔT2 (S150: NEIN) ist, führt die ECU 70 dann die Überwachung in Schritt 150 (S150) fort. Wenn hingegen bestimmt wird, dass die Energieversorgung des elektrischen Heizers beendet ist und/oder dass die Heizerwassertemperatur Th niedriger oder gleich der unteren Grenztemperatur TL1 ist und/oder dass die Differenz zwischen der Heizerwassertemperatur Th und der Brennstoffzellenwassertemperatur Tf in den Bereich der zweiten Temperaturdifferenz ΔT2 fällt, d.h. dass die Heizerwassertemperatur Th als annähernd äquivalent zur Brennstoffzellenwassertemperatur Tf angenommen wird (S150: JA), schließt die ECU 70 das Dreiwegeventil 54 und schaltet die Pumpe 52 aus, um die Steuerung abzuschließen (S160). Dies beruht darauf, dass, wenn der elektrische Heizer 40 nicht mehr benutzt wird, der elektrische Heizer 40 nicht mehr die Funktion des Leistungsverbrauchs erfüllt oder dass, wenn die Temperatur des elektrischen Heizers 40 ausreichend niedrig ist oder wenn die Temperatur des elektrischen Heizers 40 gleich der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 20 ist, keine Möglichkeit einer abrupten Verringerung im Leistungsverbrauch durch den elektrischen Heizer 40 besteht.
  • <Wirkung der Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben, wird gemäß dem Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform, wenn die Temperatur des Kühlmittels um den elektrischen Heizer 40 herum in einen Temperaturbereich fällt, in dem der elektrische Heizer 40 angetrieben wird, um seinen Leistungsverbrauch abrupt zu ändern, das Kühlmittel von dem Brennstoffzellenstapel-Kühlsystem 30 in die Umgebung des elektrischen Heizers 40 zirkuliert. Des Weiteren wird, wenn der elektrische Heizer 40 nicht zur Klimatisierung, wie dem Heizen eines Fahrzeuges, aber für etwas anderes als zur Klimatisierung verwendet wird, falls die Kühlmitteltemperatur um den elektrischen Heizer 40 herum gegenüber der Kühlmitteltemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 unterhalb eines vorbestimmten Wertes (erste Temperaturdifferenz ΔT1) fällt, das Kühlmittel von dem Brennstoffzellen-Kühlsystem 30 in das Heizer-Kühlsystem 50 zirkuliert, um den elektrischen Heizer 40 zu kühlen. Des Weiteren wird, wenn die Kühlmitteltemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 höher oder gleich einem vorbestimmten Wert (untere Grenztemperatur TL2) ist, das Kühlmittel von dem Brennstoffzellen-Kühlsystem 30 in das Heizer-Kühlsystem 50 zirkuliert. Daher verhindert das Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform, dass die Temperatur des elektrischen Heizers 40 hoch wird, und verhindert damit eine abrupte Verringerung im Leistungsverbrauch des elektrischen Heizers 40, was zu dem positiven Effekt führt, dass ein Leistungsverbrauchsziel des Brennstoffzellenstapels 20 erreicht werden kann.

Claims (6)

  1. Brennstoffzellensystem (10) zum Betrieb eines elektrischen Heizers (40), um überflüssige Leistung einer Brennstoffzelle (20) zu verbrauchen, wobei das Brennstoffzellensystem (10) aufweist: eine Brennstoffzelle (20), die eine Zufuhr von Reaktionsgas zur Erzeugung von Leistung empfängt; ein Brennstoffzellen-Kühlsystem (30) zum Zirkulieren eines Kühlmittels durch die Brennstoffzelle (20), um die Brennstoffzelle (20) zu kühlen; einen elektrischen Heizer (40), der betrieben wird, um Leistung der Brennstoffzelle (20) zu verbrauchen; ein Heizer-Kühlsystem (50) zum Zirkulieren des Kühlmittels um den elektrischen Heizer (40) herum, um den elektrischen Heizer (40) zu kühlen; und eine Steuerung (70), die das Brennstoffzellensystem (10) steuert, wobei die Steuerung (70) programmiert ist, den elektrischen Heizer (40) derart anzutreiben, dass der elektrische Heizer (40) überflüssige Leistung der Brennstoffzelle (20) verbraucht, den Leistungsverbrauch durch den elektrischen Heizer (40) bei einer festgelegten Temperatur (Ts), die niedriger als eine Zersetzungstemperatur des Kühlmittels ist, abrupt zu verringern, den elektrischen Heizer (40) zu kühlen, indem Kühlmittel vom Brennstoffzellen-Kühlsystem (30) in das Heizer-Kühlsystem (50) zirkuliert wird, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem (50) in einen Temperaturbereich zwischen der festgelegten Temperatur (Ts) und einer vorbestimmten Grenztemperatur (Tb), bei der die Stromversorgung zum elektrischen Heizer (40) abgeschaltet wird, liegt und wenn die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem (50) höher ist als die Temperatur des Kühlmittels im Brennstoffzellen-Kühlsystem (30).
  2. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Zirkulation des Kühlmittels von dem Brennstoffzellen-Kühlsystem (30) in das Heizer-Kühlsystem (50) abgeschaltet wird, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem (50) niedriger oder gleich einer vorbestimmten unteren Grenztemperatur (TL1) ist.
  3. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Kühlmittel von dem Brennstoffzellen-Kühlsystem (30) in das Heizer-Kühlsystem (50) zirkuliert wird, um den elektrischen Heizer (40) zu kühlen, wenn die Differenz zwischen der Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem (50) und der Temperatur des Kühlmittels im Brennstoffzellen-Kühlsystem (30) über einer vorbestimmten ersten Temperaturdifferenz (ΔT1) liegt.
  4. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 3, wobei die Zirkulation des Kühlmittels von dem Brennstoffzellen-Kühlsystem (30) in das Heizer-Kühlsystem (50) abgeschaltet wird, wenn die Differenz zwischen der Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem (50) und der Temperatur des Kühlmittels im Brennstoffzellen-Kühlsystem (30) in einer vorbestimmten zweiten Temperaturdifferenz (ΔT2) liegt.
  5. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Kühlmittel von dem Brennstoffzellen-Kühlsystem (30) in das Heizer-Kühlsystem (50) zirkuliert wird, um den elektrischen Heizer (40) zu kühlen, wenn der elektrische Heizer (40) zur Klimatisierung angetrieben wird und die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem (50) höher oder gleich der festgelegten Temperatur (Ts) ist.
  6. Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem (10) zum Betrieb eines elektrischen Heizers (40), um überflüssige Leistung einer Brennstoffzelle (20) zu verbrauchen, wobei das Brennstoffzellensystem (10) aufweist: die Brennstoffzelle (20), die eine Zufuhr von Reaktionsgas zur Erzeugung von Leistung empfängt; ein Brennstoffzellen-Kühlsystem (30) zum Zirkulieren eines Kühlmittels durch die Brennstoffzelle (20), um die Brennstoffzelle (20) zu kühlen; einen elektrischer Heizer (40), der betrieben wird, um Leistung der Brennstoffzelle (20) zu verbrauchen; und ein Heizer-Kühlsystem (50) zum Zirkulieren des Kühlmittels um den elektrischen Heizer (40) herum, um den elektrischen Heizer (40) zu kühlen, wobei der elektrische Heizer (40) derart angetrieben wird, dass der elektrische Heizer (40) überflüssige Leistung der Brennstoffzelle (20) verbraucht, wobei der Leistungsverbrauch durch den elektrischen Heizer (40) bei einer festgelegten Temperatur (Ts), die niedriger als eine Zersetzungstemperatur des Kühlmittels ist, abrupt verringert wird, und wobei der elektrische Heizer (40) gekühlt wird, indem das Kühlmittel vom Brennstoffzellen-Kühlsystem (30) in das Heizer-Kühlsystem (50) zirkuliert wird, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem (50) in einen Temperaturbereich zwischen der festgelegten Temperatur (Ts) und einer vorbestimmten Grenztemperatur (Tb), bei der die Stromversorgung zum elektrischen Heizer (40) abgeschaltet wird, liegt und wenn die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem (50) höher ist als die Temperatur des Kühlmittels im Brennstoffzellen-Kühlsystem (30).
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