DE102016212125A1 - Kühlsystem und Betriebsverfahren des Kühlsystems - Google Patents

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Abstract

Ein Kühlsystem eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellenstapel enthält eine Pumpe zum Umwälzen eines Kühlmittels in einer durch den Brennstoffzellenstapel verlaufenden Kühlmittelleitung, eine an der Kühlmittelleitung angeordnete Heizeinrichtung zum Erwärmen des Kühlmittels durch von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs gelieferte elektrische Energie und eine Steuerung zum Betätigen der Heizeinrichtung durch eine zusätzliche elektrische Energie, die vom Antriebsmotor erzeugt wird, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels geringer ist als ein erster Schwellenwert und die Drehzahl der Pumpe über einem zweiten Schwellenwert liegt, und zum Abschalten der Heizeinrichtung, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels geringer ist als der erste Schwellenwert und die Drehzahl der Pumpe niedriger ist als der zweite Schwellenwert.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Kühlsystem und ein Betriebsverfahren des Kühlsystems und insbesondere ein Kühlsystem und ein Betriebsverfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels eines Fahrzeugs.
  • HINTERGRUND
  • Ein Fahrzeug ist typischerweise mit einem Kühlsystem ausgerüstet, um eine optimale Temperatur eines Brennstoffzellenstapel aufrechtzuerhalten, einem Inverter, einem Elektromotor, einem Verbrennungsmotor, und/oder anderer elektrischer Ausrüstung, die während des Betriebs Wärme erzeugt. Ein solches Kühlsystem kann ein luftgekühlter Typ sein, bei dem eine Wärmequelle durch die Einleitung von Außenluft zur Wärmequelle gekühlt wird, oder ein wassergekühlter Typ, bei dem ein Kühlmittel zum Kühlen der Wärmequelle zirkuliert. Hinsichtlich der Kühlleistung ist der luftgekühlte Typ dem wassergekühlten Typ typischerweise unterlegen, und deshalb werden wassergekühlte Kühlsysteme in weitem Umfang für Fahrzeuge eingesetzt.
  • Während des Betriebs des Kühlsystems für ein Fahrzeug ändern sich Temperatur und Druck eines Kühlmittels häufig in Abhängigkeit von der erzeugten Wärmemenge der Wärmequelle und den Betriebszuständen von Einheiten wie einer Pumpe und Ventilen, die den Durchfluss des Kühlmittels regeln. Wenn der Druck oder die Temperatur des Kühlmittels den zulässigen Bereich einer bestimmten Einheit über- oder unterschreiten, kann sich die Dauerhaftigkeit der betreffenden Einheit verschlechtern und die Betriebslebensdauer der Einheit verringern, was unerwünschte Effekte wie erhöhte Reibung, Geräuschbildung und Kosten mit sich bringt. Wenn z. B. die erzeugte Wärmemenge einer Wärmequelle abrupt sinkt, kann der Druck eines Kühlmittels abrupt abfallen. Wenn eine rotierende Einheit ie eine Pumpe in diesem Zustand mit hoher Drehzahl rotiert, können sich im Kühlmittel durch das Kavitationsphänomen Blasen bilden, die die Einheit beschädigen, wenn sie mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberflächen der Einheit prallen.
  • Es ist deshalb wünschenswert, ein Kühlsystem zu konzipieren, mit dem der Betriebsdruck des Kühlmittels optimal gesteuert werden kann, um die Betiebslebensdauer und die Qualität des Kühlsystems zu verbessern.
  • Die obigen Ausführungen dieses Hintergrund-Abschnitts dienen nur dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Offenbarung und können deshalb Informationen enthalten, die nicht Bestandteil des hierzulande dem Durchschnittsfachmann bereits bekannten Standes der Technik bilden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung ist in dem Bestreben erarbeitet worden, ein Kühlsystem und ein Betriebsverfahren dafür für ein Fahrzeug bereitzustellen, das den Vorteil der wirksamen Steuerung des Kühlmittel-Betriebsdrucks bietet, und damit die Lebensdauer und die Geräuscheigenschaften verbessert.
  • Ein beispielhaftes Kühlsystem eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellenstapel kann eine Pumpe, eine Heizeinrichtung und eine Steuerung enthalten. Die Pumpe ist zum Umwälzen eines Kühlmittels in einer durch den Brennstoffzellenstapel verlaufenden Kühlmittelleitung konfiguriert. Die Heizeinrichtung ist an der Kühlmittelleitung angeordnet und zum Erwärmen des Kühlmittels durch elektrische Energie, die von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs geliefert wird, konfiguriert. Die Steuerung ist zum Betätigen der Heizeinrichtung durch zusätzliche vom Antriebsmotor erzeugte elektrische Energie konfiguriert, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels unter einem ersten Schwellenwert und die Drehzahl der Pumpe über einem zweiten Schwellenwert liegt, und um die Heizeinrichtung abzuschalten, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels unter dem ersten Schwellenwert und die Drehzahl der Pumpe unter dem zweiten Schwellenwert liegt.
  • Ein beispielhaftes Betriebsverfahren eines Kühlsystems für ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellenstapel kann enthalten: Erfassen der erzeugten Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels und der Kühlmitteltemperatur in einer durch den Brennstoffzellenstapel verlaufenden Kühlmittelleitung; Ausführen einer Vorwärtsregelung, wenn die erzeugte Wärmemenge und die Kühlmitteltemperatur eine vorgegebene Eintrittsbedingung in den Vorwärtsregelungsmodus erfüllen, wobei die Vorwärtsregelung ein Modus ist, in dem die Drehzahl einer ein Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung umwälzendes Kühlmittel Pumpe in Abhängigkeit von der erzeugten Wärmemenge und der Umgebungstemperatur gesteuert wird; Stoppen der Vorwärtsregelung, wenn die erzeugte Wärmemenge oder die Kühlmitteltemperatur eine vorgegebene Aufhebebungsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus während der Vorwärtsregelung erfüllt; Betätigen einer Heizeinrichtung durch eine von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs zusätzlich erzeugte elektrische Energie, wenn die erzeugte Wärmemenge unter einem ersten Schwellenwert und die über einem zweiten Schwellenwert liegt; und Abschalten der Heizeinrichtung, wenn die erzeugte Wärmemenge unter dem ersten Schwellenwert und die Drehzahl unter dem zweiten Schwellenwert liegt.
  • Solche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung können das Kavitationsphänomen verhindern, das auftreten kann, wenn der Kühlmittelbetriebsdruck abrupt abfällt, wenn die erzeugte Wärmemenge eines Brennstoffzellenstapels abrupt abnimmt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines Kühlsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
  • 2 ist eine schematische Schnittansicht eines Druckhalters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 3 ist ein Flussdiagramm eines Betriebsverfahrens eines Kühlsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
  • 4 zeigt ein Betriebsverfahren eines Kühlsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, das in einem Ausrollbereich angewendet wird.
  • 5 ist ein Flussdiagramm eines Betriebsverfahrens eines Kühlsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
  • 6 zeigt ein Betriebsverfahren eines Kühlsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, das in einem Ausrollbereich angewendet wird.
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines Betriebsverfahrens eines Kühlsystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden nur bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung dargestellt und beispielhaft erläutert. Wie für den Fachmann zu erkennen ist, können die beschriebenen Ausführungsformen in verschiedener Weise modifiziert werden, wobei alle nicht von Geist oder Gültigkeitsbereich der vorliegenden Offenbarung abweichen.
  • Die Zeichnungen und die Beschreibung sind demnach als beispielhaft und nicht als einschränkend zu sehen. In der gesamten Beschreibung kennzeichnen identische Bezugszeichen gleiche Elemente.
  • Wenn ein Element in der gesamten Beschreibung und den anschließenden Ansprüchen mit einem anderen Element als ”gekoppelt” beschrieben wird, kann das Element mit dem anderen Element über ein drittes Element ”direkt gekoppelt” oder ”elektrisch gekoppelt” sein. Sofern nicht anderweitig ausdrücklich angegeben, versteht es sich außerdem, dass das Wort ”aufweisen” und Formen davon wie ”aufweist” oder ”aufweisend” das Vorhandensein angegebener Elemente impliziert, aber nicht das Vorhandensein angegebener Elemente ausschließt.
  • Im Folgenden werden ein Kühlsystem und ein Betriebsverfahren des Kühlsystems gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines Kühlsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. 2 is a schematische Schnittansicht eines Druckhalters.
  • Wie in 1 dargestellt kann ein Kühlsystem gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung eine Pumpe 11, einen Kühler 12, ein 3-Wegeventil 13, einen Temperatursensor 14-1, einen Drucksensor 14-2, einen Kühlmittelbehälter 15, einen Druckhalter 16, eine Heizeinrichtung 17 und eine Steuerung 18 enthalten. Die in 1 dargestellten Komponenten sind für die Ausführungsform eines Kühlsystems nicht notwendigerweise wesentlich, und das in der vorliegenden Beschreibung erläuterte Kühlsystem kann eine größere oder kleiner Anzahl Komponenten als die der oben beschriebenen enthalten.
  • Die Pumpe 11 kann ein Kühlmittel durch die Kühlmittelleitungen pumpen und zirkulieren. Die Pumpe 11 kann in einer ersten Kühlmittelleitung L1 installiert sein, die Kühlmittel einem Brennstoffzellenstapel 20 zuführt. Das in die erste Kühlmittelleitung L1 eintretende Kühlmittel kann dem Brennstoffzellenstapel 20 durch Pumpen der Pumpe 11 zugeführt werden.
  • Der Brennstoffzellenstapel 20 ist eine Baugruppe, die elektrische Energie erzeugt, mit einer Mehrzahl Brennstoffzellen, die aufeinanderfolgend angeordnet sein können. Der Brennstoffzellenstapel 20 kann elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoff und einem den Brennstoffzellen zugeführten Oxidans erzeugen. Während der Erzeugung der elektrischen Energie wird Wärme erzeugt, und deshalb ist der Brennstoffzellenstapel 20 mit einem Kühlsystem ausgerüstet, in dem ein Kühlmittel zirkuliert, um das System zu kühlen.
  • Das dem Brennstoffzellenstapel 20 durch die erste Kühlmittelleitung L1 zugeführte Kühlmittel kann den Brennstoffzellenstapel 20 kühlen, während es den Brennstoffzellenstapel 20 passiert, indem es die vom Brennstoffzellenstapel 20 erzeugte Wärme absorbiert.
  • Das den Brennstoffzellenstapel 20 passierte Kühlmittel kann durch eine zweite Kühlmittelleitung L2 ausgeleitet werden. Die zweite Kühlmittelleitung L2 kann mit einer dritten und vierten Kühlmittelleitung L3 und L4 verbunden sein. Das heißt, die zweite Kühlmittelleitung L2 kann in die dritte Kühlmittelleitung L3 und die vierte Kühlmittelleitung L4 gegabelt sein.
  • Die dritte Kühlmittelleitung L3 kann eine Kühlmittelleitung zum Umwälzen des Kühlmittels unter Umgehen des Kühlers 12 sein. Das durch die dritte Kühlmittelleitung L3 strömende Kühlmittel kann unter Umgehen des Kühlers 12 zum 3-Wegeventil 13 geleitet werden.
  • Die vierte Kühlmittelleitung L4 kann eine Kühlmittelleitung sein, die das Kühlmittel vom Brennstoffzellenstapel 20 zum Kühler 12 leitet.
  • Der Kühler 12 kann in der vierten Kühlmittelleitung L4 installiert sein und das Kühlmittel durch Luftströmung kühlen. Das durch die vierte Kühlmittelleitung L4 strömende Kühlmittel kann nach dem Kühlen im Kühler 12 zum 3-Wegeventil 13 geleitet werden.
  • Das 3-Wegeventil 13 kann durch die Steuerung 18 in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur gesteuert geöffnet oder geschlossen werden und die Strömungsrichtung des Kühlmittels steuern, d. h. ob das Kühlmittel den Kühler 12 oder umgeht.
  • Wenn das Kühlmittel über eine vorgegebene Temperatur erwärmt wird, kann das 3-Wegeventil 13 die erste Kühlmittelleitung L1 und die vierte Kühlmittelleitung L4 miteinander verbinden. In diesem Fall kann das Kühlmittel aus dem Brennstoffzellenstapel 20 durch die zweite Kühlmittelleitung L2 zur vierten Kühlmittelleitung L4 strömen. Das durch die vierte Kühlmittelleitung L4 strömende Kühlmittel kann im Kühler 12 in der vierten Kühlmittelleitung L4 gekühlt und dann durch das 3-Wegeventil 13 zur ersten Kühlmittelleitung L1 zurückgeführt werden.
  • Wenn die Temperatur des Kühlmittels unter der vorgegebenen Temperatur liegt, kann das 3-Wegeventil 13 die erste Kühlmittelleitung L1 und die dritte Kühlmittelleitung L3 miteinander verbinden. In diesem Fall kann das Kühlmittel aus dem Brennstoffzellenstapel 20 durch die zweite Kühlmittelleitung L2 zur dritten Kühlmittelleitung L3 strömen. Das durch die dritte Kühlmittelleitung L3 strömende Kühlmittel kann den Kühler 12 gemäß dem Verlauf der dritten Kühlmittelleitung L3 umgehen und dann durch das 3-Wegeventil 13 zur ersten Kühlmittelleitung L1 zurückgeführt werden.
  • Der Temperatursensor 14-1 kann in den Kühlmittelleitungen angeordnet sein und die Temperatur des durch die Kühlmittelleitungen strömenden Kühlmittels messen.
  • Der Drucksensor 14-2 kann in den Kühlmittelleitungen angeordnet sein und den Druck des durch die Kühlmittelleitungen strömenden Kühlmittels messen.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Anordnung, bei der der Temperatursensor 14-1 und der Drucksensor 14-2 in der zweiten Kühlmittelleitung L2 angeordnet sein können, um die Temperatur und Betriebsdruck des aus dem Brennstoffzellenstapel 20 durch die zweite Kühlmittelleitung L2 ausgeleiteten Kühlmittels zu messen. Allerdings ist zu beachten, dass die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt ist, und die Anordnung des Temperatursensors 14-1 und/oder des Drucksensors 14-2 variiert werden kann. Zum Beispiel können der Temperatursensor 14-1 und der Drucksensor 14-2 in der ersten Kühlmittelleitung L1 angeordnet sein, um die Temperatur und den Betriebsdruck des dem Brennstoffzellenstapel durch die erste Kühlmittelleitung L1 zugeführten Kühlmittels zu messen.
  • Der Kühlmittelbehälter 15 dient zur Aufnahme des Kühlmittels und zum Auffüllen des Kühlers 12 mit Kühlmittel. Das vom Kühlmittelbehälter 15 zum Kühler 12 gelieferte Kühlmittel kann durch die vierte Kühlmittelleitung L4 strömen.
  • Der Druckhalter 16 kann an der stromaufwärtigen Seites des Kühlers 12 angeordnet sein, der das Kühlmittel aus dem Kühlmittelbehälter 15 erhält.
  • Der Druckhalter 16 kann den Betriebsdruck des Kühlmittels in den Kühlmittelleitungen aufbauen oder abbauen.
  • Wie in 2 dargestellt ist, kann ein Druckhalter 16 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung die Form einer Druckkapsel haben und einen Zylinder 21, eine Druckplatte 22, eine Druckfeder 23 und einen Aktor 24 enthalten.
  • Der Zylinder 21 kann ein zylindrischer Hohlraum sein, der geschlossen und abgedichtet ist. Die Druckplatte 22 und die Druckfeder 23 können im Innern des Zylinders 21 angeordnet sein.
  • Die Druckplatte 22 kann im Zylinder 21 zum Aufwärts- und Abwärtsbewegen angeordnet sein, und die Druckfeder 23 kann an ihr anliegen. Der Aktor 24 kann am Gehäuse 25 befestigt und als ein elektronisches Ventil ausgebildet sein. Der Aktor 24 kann durch ein Steuersignal von der Steuerung 18 (in 1 dargestellt) gesteuert werden und die Position der Druckplatte 22 im Zylinder 21 steuern. Das heißt, der Aktor kann die Druckplatte 22 gemäß dem Steuersignal von der Steuerung 18 vorwärts oder rückwärts (abwärts oder aufwärts in der Zeichnung) bewegen.
  • Die Druckplatte 22 kann durch den Aktor 24 betätigt werden und den Druck des Zylinders 21 auf- oder abbauen, wodurch der Druck in den Kühlmittelleitungen gesteuert wird. Genauer gesagt, wenn der Aktor 24 die Druckplatte 22 in der Zeichnung nach oben zieht, kann der Druck in den Kühlmittelleitungen gesenkt werden. Wenn der Aktor 24 die Druckplatte 22 in der Zeichnung nach unten schiebt, kann der Druck in den Kühlmittelleitungen je nach der Kraft der Druckfeder 23 erhöht werden. Wenn der Aktor 24 die Druckplatte 22 ganz nach oben zieht, können eine Strömungsführung zum Kühlmittelbehälter 15 und eine Strömungsführung zum Kühler 12 miteinander kommunizieren und dadurch kann der Druck in den Kühlmittelleitungen den Atmosphärendruck annehmen. Die Druckfeder 23 kann an der Druckplatte 22 anliegen und zwischen der Druckplatte 22 und dem Gehäuse 25 angeordnet sein.
  • Nunmehr sei erneut auf 1 verwiesen, wonach die Heizeinrichtung 17 das durch die Kühlmittelleitungen strömende Kühlmittel erwärmt. Die Heizeinrichtung 17 kann mit einem Antriebsmotor 30 verbunden sein und elektrische Energie vom Antriebsmotor 30 erhalten. Der Antriebsmotor 30 kann die Antriebskraft eines eines Fahrzeugs erzeugen und auch als ein Generator fungieren, der elektrische Energie bei verschiedenen Fahrbedingungen erzeugt, z. B. beim regenerativen Bremsen. 1 stellt als ein Beispiel dar, wo die Heizeinrichtung 17 zwischen der Pumpe 11 und dem Brennstoffzellenstapel 20 angeordnet ist und das durch die erste Kühlmittelleitung L1 strömende Kühlmittel erwärmt. Es versteht sich, dass die vorliegende Offenbarung nicht notwendigerweise darauf beschränkt ist, da die Position der Heizeinrichtung 17 in der Kühlmittelleitung variiert werden kann.
  • Die Steuerung 18 kann den Gesamtbetrieb des Kühlsystems steuern.
  • Es versteht sich, dass die Steuerung 18 die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 auf Basis des Stapelstroms des Brennstoffzellenstapels 20 berechnen kann. Außerdem kann die Steuerung 18 die Kühlmitteltemperatur und den Kühlmittelbetriebsdruck in der Kühlmittelleitung durch den Temperatursensor 14-1 und den Drucksensor 14-2 in der Kühlmittelleitung erfassen.
  • Die Steuerung 18 kann die Erwärmung durch die Heizeinrichtung 17 auf Basis der erzeugten Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und der Drehzahl RPM der Pumpe 11 steuern.
  • Die Steuerung 18 kann den Druckaufbau/Druckabbau des Druckhalters 16 auf Basis des Kühlmittelbetriebsdrucks der Kühlmittelleitung steuern.
  • Die Steuerung 18 kann einen Steuermodus der Pumpe 11 auf Basis der erzeugten Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und der Kühlmitteltemperatur wählen und die Drehzahl RPM der Pumpe 11 gemäß dem gewählten Steuermodus steuern. Zum Beispiel kann die Steuerung 18 entweder einen Vorwärtsregelungsmodus oder einen Zuordnungs-Regelungsmodus zum Steuern der Drehzahl RPM der Pumpe 11 auf Basis der erzeugten Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und der Kühlmitteltemperatur als Steuermodus wählen.
  • Der Vorwärtsregelungsmodus kann ein Steuermodus sein, der die Drehzahl RPM der Pumpe 11 auf Basis der erzeugten Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und der Umgebungstemperatur steuert, und der Zuordnungs-Regelungsmodus kann ein Regelungsmodus sein, der die Drehzahl RPM der Pumpe 11 auf Basis eines Drehzahl-Zuordnungsverzeichnisses steuert, in dem die Beziehungen zwischen einer gewünschten Drehzahl RPM der Pumpe 11 und Kühlmitteltemperaturen gespeichert sind.
  • Im Hochleistungsbereich des Brennstoffzellenstapels 20 aufgrund einer Beschleunigung des Fahrzeugs oder einer anderen Fahrzeugoperation kann das Kühlsystem die Pumpe 11 im Vorwärtsregelungsmodus steuern. Wenn das Fahrzeug in Ausrollmodus fährt, d. h. ohne Betätigung des Gaspedals durch den Fahrer, ist der Vorwärtsregelungmodus aufgehoben. Während des Ausrollens des Fahrzeugs gibt der Brennstoffzellenstapel 20 einen minimalen Stapelstrom aus, der für den Betrieb der Zusatzgeräte notwendig ist, und dadurch sinkt die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 abrupt. Wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 abrupt abnimmt, entfällt eine wärmeerzeugende Wärmequelle, durch die sich das Kühlmittel ausdehnt, und deshalb fällt der Kühlmittelbetriebsdruck abrupt ab. Wenn der Kühlmittelbetriebsdruck durch eine abrupte Abnahme der erzeugten Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 abrupt abfällt, kann ein Unterdruck an der stromaufwärtigen Seite der Pumpe 11 entstehen, wodurch ein Kavitationsphänomen an der stromaufwärtigen Seite der Pumpe 11 auftritt. Wenn die Pumpe 11 mit hoher Drehzahl rotiert und so das Kavitationsphänomen unterstützt, können sich im Kühlmittel Blasen bilden, die die mit hoher Drehzahl rotierende Pumpe beschädigen können. Außerdem kann der Siedepunkt des Brennstoffzellenstapels 20 durch Kavitation unerwünscht gesenkt und die Geräuschbildung bei Rotation der Pumpe 11 verstärkt werden.
  • In einem derartigen Zustand, in dem die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 abrupt abnimmt, wie bei einer Ausrollsituation nach dem Beschleunigen eines Fahrzeugs, verhindert ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung das Kavitationsphänomen, indem der Unterdruck an stromaufwärtigen Seite der Pumpe 11 und der Überdruck an der stromaufwärtigen Seite des Brennstoffzellenstapels 20 abgebaut werden.
  • Im Folgenden wird ein Betriebsverfahren eines Kühlsystems gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • 3 ist ein Flussdiagramm eines Betriebsverfahrens eines Kühlsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. 4 zeigt ein Betriebsverfahren eines Kühlsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, das in einem Ausrollbereich angewendet wird.
  • Wie in 3 dargestellt kann die Steuerung 18 in Schritt S100 die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Kühlmitteltemperatur erfassen, um einen Steuermodus für den Brennstoffzellenstapel 20 zu bestimmen.
  • Die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 kann dem Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels 20 entsprechen. Deshalb kann die Steuerung 18 die erzeugte Wärmemenge in Schritt S100 durch Berechnen der einem jeweiligen Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels 20 entsprechenden erzeugten Wärmemenge auf Basis eines Zuordnungsverzeichnisses der erzeugten Wärmemenge erfassen, in dem die Beziehung der erzeugten Wärmemenge in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels 20 gespeichert ist.
  • In Schritt S100 kann Kühlmitteltemperatur durch den Temperatursensor 14-1 gemessen werden.
  • Wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Kühlmitteltemperatur erfasst worden sind, kann die Steuerung 18 in Schritt S110 bestimmen, ob die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Kühlmitteltemperatur die Eintrittsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus erfüllen.
  • In Schritt S110 kann die Steuerung 18 bestimmen, dass die Eintrittsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus erfüllt ist, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 über einem vorbestimmten Schwellenwert und die Kühlmitteltemperatur über einer vorbestimmten Schwellentemperatur liegt.
  • Wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Kühlmitteltemperatur die Eintrittsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus in Schritt S110 erfüllen, kann die Steuerung 18 in den Vorwärtsregelungsmodus gehen. Indem die Steuerung 18 in den Vorwärtsregelungsmodus geht, kann sie in Schritt S120 eine Vorwärtsregelung ausführen, bei der die Drehzahl der Pumpe 11 auf Basis der erzeugten Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und der Umgebungstemperatur gesteuert wird.
  • Während des Vorwärtsregelungsmodus kann die Steuerung 18 die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Kühlmitteltemperatur überwachen und in Schritt S130 bestimmen, ob die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 oder die Kühlmitteltemperatur die Bedingung zur Aufhebung des Vorwärtsregelungsmodus erfüllt.
  • In Schritt S130 kann die Steuerung 18 bestimmen, dass die Aufhebungsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus erfüllt ist, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 geringer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, oder wenn die Kühlmitteltemperatur niedriger ist als eine vorbestimmte Schwellentemperatur.
  • Wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 oder die Kühlmitteltemperatur die Aufhebungsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus erfüllt, kann die Steuerung 18 die Vorwärtsregelung in Schritt S140 abschalten (d. h. beenden). Außerdem kann die Steuerung 18 in Schritt S150 die Pumpe 11 so steuern, dass die Drehzahl der Pumpe 11 auf einen vorbestimmten Wert sinkt, und den Aktor 24 (in 2 dargestellt) des Druckhalters 16 so steuern, dass der Kühlmittelbetriebsdruck durch den Druckhalter 16 erhöht wird.
  • Wenn die Drehzahl der Pumpe 11 in Schritt S150 auf den vorbestimmten Wert gesenkt wird, kann die Steuerung 18 in Schritt S160 in den Zuordnungs-Regelungsmodus gehen. Im Zuordnungs-Regelungsmodus kann die Steuerung 18 eine Zuordnungsregelung der Pumpe 11 ausführen, wobei die Drehzahl der Pumpe 11 auf Basis der Kühlmitteltemperatur gesteuert wird.
  • In Schritt S160 kann die Steuerung 18 die Drehzahl der Pumpe 11 auf Basis eines Drehzahl-Zuordnungsverzeichnisses, das die Beziehung zwischen der Drehzahl der Pumpe 11 und der Kühlmitteltemperatur speichert, zuordnungsregeln. Das heißt, die Steuerung 18 kann aus dem Drehzahl-Zuordnungsverzeichnis eine gewünschte Drehzahl entsprechend der aktuellen Kühlmitteltemperatur abrufen und die Drehzahl der Pumpe 11 auf die gewünschte Drehzahl steuern.
  • In Schritt S160 kann das Drehzahl-Zuordnungsverzeichnis unter Berücksichtigung des Kraftstoffverbrauchs des Fahrzeugs voreingestellt werden, damit die Drehzahl der Pumpe 11 nicht unnötig hoch ist. Das heißt, die im Drehzahl-Zuordnungsverzeichnis in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur gespeicherte gewünschte Drehzahl kann relativ niedriger voreingestellt werden als die Drehzahl der Pumpe 11 im Vorwärtsregelungsmodus. Während des Zuordnungs-Regelungsmodus kann das Kühlsystem das 3-Wegeventil 13 und ein Luft zum Kühler 12 blasendes Gebläse (nicht dargestellt) so steuern, dass die Kühlleistung des Gebläses und des 3-Wegeventils 13 maximiert wird. Durch eine solche Steueroperation kann eine geringere Kühlleistung im Zuordnungs-Regelungsmodus aufgrund der relativ niedrigen Drehzahl der Pumpe 11 kompensiert und ein unnötiger Wiedereintritt in den Vorwärtsregelungsmodus verhindert werden.
  • Im Folgenden wird ein Betriebsverfahren eines Kühlsystems gemäß eifern ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung bei einer Anwendung im Ausrollbereich anhand von 4 beschrieben.
  • Wie in 4 dargestellt kann der erste Bereich einen Bereich angeben, in dem das Fahrzeug beschleunigt wird, und deshalb wird der Stapelstrom des Brennstoffzellenstapels 20 über einem vorbestimmten Wert gehalten. Das Kühlsystem kann in einem solchen ersten Bereich die Vorwärtsregelung ausführen. Obwohl dies in 4 nicht dargestellt ist, versteht es sich, dass dann, wenn das Fahrzeug weiter beschleunigt, Wärme kontinuierlich vom Brennstoffzellenstapel 20 erzeugt wird, und somit können die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Kühlmitteltemperatur die Eintrittsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus erfüllen.
  • Der zweite Bereich kann ein Bereich sein, in dem der Fahrer das Gaspedal freigibt und das Ausrollen des Fahrzeugs beginnt, und deshalb kann der Stapelstrom des Brennstoffzellenstapels 20 auf einem minimalen Niveau aufrechterhalten werden, das zur Versorgung der Zusatzgeräte erforderlich ist. In einem solchen zweiten Bereich kann das Kühlsystem die Vorwärtsregelung abschalten. Die Freigabe des Gaspedals kann aus dem Betätigungszustand des Gaspedals detektiert werden, der von einem Gaspedal-Positionssensor (nicht dargestellt) erfasst wird. Wenn die Freigabe des Gaspedals durch den Fahrer vom Gaspedal-Positionssensor detektiert wird, während der Brennstoffzellenstapel 20 im Hochleistungsbereich (erster Bereich) verbleibt, kann die Steuerung 18 bestimmen, dass Ausroll-Fahrzustand beginnt und den Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels 20 auf ein Minimum senken.
  • Wenn wie in 4 dargestellt bei Beginn des Ausrollens des Fahrzeugs im Zeitpunkt t1 der Stapelstrom des Brennstoffzellenstapels 20 abrupt sinkt, kann dadurch die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 ebenfalls abrupt abnehmen. Als Folge kann erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 die Vorwärtsregelungsmodus-Aufhebungsbedingung erfüllen, und die Steuerung 18 kann die Vorwärtsregelung aufheben (oder beenden).
  • Wenn das Ausrollen des Fahrzeugs beginnt und deshalb die Vorwärtsregelung aufgehoben werden kann, kann das Kühlsystem die Pumpe 11 so steuern, dass die Drehzahl der Pumpe 11 auf einen vorbestimmten Wert R1 sinkt. Wenn die Drehzahl der Pumpe 11 im Zeitpunkt t2 auf den vorbestimmten Wert R1 gesunken ist, kann das Kühlsystem anschließend die Zuordnungsregelung der Pumpe 11 starten, wobei die Steuerung 18 die gewünschte Drehzahl entsprechend der aktuellen Kühlmitteltemperatur aus dem Drehzahl-Zuordnungsverzeichnis abrufen und die Drehzahl der Pumpe 11 gemäß der gewünschten Drehzahl steuern kann.
  • Wie oben beschrieben kann gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung die Drehzahl der Pumpe 11 zum Zeitpunkt des Beendens der Vorwärtsregelung der Drehzahl der Pumpe 11 auf den vorbestimmten Wert gesenkt werden. Dadurch kann das durch den abrupten Abfall der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 verursachte Kavitationsphänomen verhindert werden. Das heißt, wenn die Drehzahl der Pumpe 11 beim Beenden der Vorwärtsregelung abrupt gesenkt wird, kann der Überdruck der Pumpe 11 an der Einlassseite des Brennstoffzellenstapels 20 verringert und der Unterdruck an der stromaufwärtigen Seite der Pumpe 11 erhöht werden. Somit können der einlassseitige Überdruck des Brennstoffzellenstapels 20 und der stromaufwärtige Unterdruck der Pumpe 11 abgebaut und dadurch kann das durch den abrupten Abfall des Kühlmittelbetriebsdrucks verursachte Kavitationsphänomen verhindert werden.
  • Wenn gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung der Vorwärtsregelungsmodus aufgehoben wird, kann der Druckhalter 16 so betätigt werden, dass der Druck des Druckhalters 16 ansteigt. Durch eine solche Operation kann auch der Unterdruck an der stromaufwärtigen Seite der Pumpe 11 abgebaut werden, da der Kühlmitteldruck an der stromaufwärtigen Seite der Pumpe 11 durch den Druckhalter 16 erhöht werden kann.
  • 5 ist ein Flussdiagramm eines Betriebsverfahrens eines Kühlsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. 6 zeigt ein Betriebsverfahren eines Kühlsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, das auf einen Ausrollbereich angewendet wird.
  • Wie in 5 dargestellt kann die Steuerung 18 in Schritt S200 die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Kühlmitteltemperatur erfassen, um einen Steuermodus für den Brennstoffzellenstapel 20 zu bestimmen.
  • In Schritt S210 kann die Steuerung 18 bestimmen, ob die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Kühlmitteltemperatur die Eintrittsbedingung in den Vorwärtsregelungsmodus erfüllen.
  • In Schritt S210 kann die Steuerung 18 bestimmen, dass die Eintrittsbedingung in den Vorwärtsregelungsmodus erfüllt ist, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 über einem vorbestimmten Schwellenwert und die Kühlmitteltemperatur über einer vorbestimmten Schwellentemperatur liegt.
  • Wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Kühlmitteltemperatur die Eintrittsbedingung in den Vorwärtsregelungsmodus erfüllen, kann die Steuerung 18 in Schritt S220 in den Vorwärtsregelungsmodus gehen. Bei Eintritt in den Vorwärtsregelungsmodus kann die Steuerung 18 in Schritt S220 eine Vorwärtsregelung ausführen, bei der die Drehzahl der Pumpe 11 auf Basis der erzeugten Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und der Umgebungstemperatur gesteuert wird.
  • Während des Vorwärtsregelungsmodus kann die Steuerung 18 die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Kühlmitteltemperatur überwachen und in Schritt S230 bestimmen, ob die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 oder die Kühlmitteltemperatur die Vorwärtsregelungsmodus-Aufhebungsbedingung erfüllt.
  • In Schritt S230 kann die Steuerung 18 bestimmen, dass die Aufhebungsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus erfüllt ist, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 geringer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert oder die Kühlmitteltemperatur niedriger ist als eine vorbestimmte Schwellentemperatur.
  • Wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 oder die Kühlmitteltemperatur die Aufhebungsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus erfüllt, kann die Steuerung 18 die Vorwärtsregelung in Schritt S240 beenden (d. h. abschalten). Außerdem kann die Steuerung 18 in Schritt S250 bestimmen, ob die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Drehzahl der Pumpe 11 eine Betriebsbedingung der Heizeinrichtung 17 erfüllen. Wenn die Betriebsbedingung der Heizeinrichtung 17 erfüllt ist, kann die Steuerung 18 die Heizeinrichtung 17 so betätigen, dass sie das Kühlmittel in Schritt S260 erwärmt.
  • In Schritt S250 kann die Steuerung 18 bestimmen, dass die Betriebsbedingung der Heizeinrichtung 17 erfüllt ist, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 geringer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert und die Drehzahl der Pumpe 11 über einer vorbestimmten Schwellendrehzahl liegt.
  • Anschließend kann die Steuerung 18 die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Drehzahl der Pumpe 11 überwachen und in Schritt S270 bestimmen, ob die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Drehzahl der Pumpe 11 die Abschaltbedingung der Heizeinrichtung 17 erfüllen.
  • In Schritt S270 kann die Steuerung 18 bestimmen, dass die Abschaltbedingung der Heizeinrichtung 17 erfüllt ist, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 geringer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert und die Drehzahl der Pumpe 11 auch unter einer vorbestimmten Schwellendrehzahl liegt.
  • In Schritt S280 kann die Steuerung 18 die Heizeinrichtung 17 abschalten, um die Erwärmung des Kühlmittels zu beenden, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Drehzahl der Pumpe 11 die Abschaltbedingung der Heizeinrichtung 17 erfüllen.
  • Im Folgenden wird ein Betriebsverfahren eines Kühlsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung bei Anwendung auf einen Ausrollbereich anhand von 6 beschrieben.
  • Wie in 6 dargestellt kann der erste Bereich einen Bereich angeben, in dem das Fahrzeug beschleunigt wird, und deshalb kann der Stapelstrom des Brennstoffzellenstapels 20 über einem vorbestimmten Wert gehalten werden. Das Kühlsystem kann in einem solchen ersten Bereich die Vorwärtsregelung ausführen. Der zweite Bereich kann ein Bereich sein, in dem der Fahrer das Gaspedal freigibt, damit das Ausrollen des Fahrzeugs beginnt, und deshalb kann der Stapelstrom des Brennstoffzellenstapels 20 auf einem minimalen Niveau aufrechterhalten werden, das zur Versorgung der Zusatzgeräte erforderlich ist. In einem solchen zweiten Bereich kann das Kühlsystem die Vorwärtsregelung abschalten.
  • Wenn wie in 6 dargestellt das Fahrzeug das Ausrollen im Zeitpunkt t1 beginnt, kann der Stapelstrom des Brennstoffzellenstapels 20 abrupt sinken und dadurch kann auch die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 abrupt abnehmen. Selbst wenn die Vorwärtsregelung aufgehoben worden ist, kann die Drehzahl der Pumpe 11 auf der zum Zeitpunkt des Beendens der Vorwärtsregelung aktuellen Drehzahl eine vorbestimmte Zeitspanne bis zum Zeitpunkt t3 konstant gehalten und dann gesteuert gesenkt werden.
  • Wenn wie oben beschrieben die Vorwärtsregelung abgeschaltet wird, wenn das Ausrollen des Fahrzeugs beginnt, kann die Drehzahl der Pumpe 11 eine vorbestimmte Zeitspanne auf dem maximalen Wert gehalten werden, während der Stapelstrom des Brennstoffzellenstapels 20 verringert wird. Somit kann die Betriebsbedingung der Heizeinrichtung 17 erfüllt sein und die Steuerung 18 kann dann den Betrieb der Heizeinrichtung 17 starten. Wenn die Drehzahl der Pumpe 11 im Zeitpunkt t3 nach Aufrechterhalten des maximalen Werts während der vorbestimmten Zeitspanne gesenkt wird, kann die Heizeinrichtung 17 abgeschaltet und das Erwärmen des Kühlmittels beendet werden.
  • Beim Ausrollen des Fahrzeugs kann die Heizeinrichtung 17 durch zusätzliche elektrische Energie des Antriebsmotor 30 betrieben werden, da nur die elektrischen Zusatzgeräte als elektrische Last während des Ausrollens des Fahrzeugs wirken, wobei der Antriebsmotor 30 genug elektrische Energie für die Bewegung des Fahrzeugs erzeugen kann.
  • Wenn das Fahrzeug beginnt auszurollen, kann die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 abrupt abnehmen. In dieser Situation kann das Kavitationsphänomen auftreten, da der Kühlmitteldruck abnehmen kann, wenn eine Wärmequelle in der Kühlmittelleitung entfällt. Wenn gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung das Ausrollen des Fahrzeugs beginnt, weil der Fahrer das Gaspedal freigibt, kann die Heizeinrichtung 17 durch die zusätzliche elektrische Energie des Antriebsmotors 30 betrieben werden, der elektrische Energie während des Ausrollens des Fahrzeugs erzeugt. Folglich wird der Unterdruck an der stromaufwärtigen Seite der Pumpe 11, der durch die Verringerung der erzeugten Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 verursacht wird, abgebaut und somit kann das Kavitationsphänomen verhindert werden.
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines Betriebsverfahrens eines Kühlsystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
  • Wie aus 7 ersichtlich ist, kann die Steuerung 18 in Schritt S300 die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Kühlmitteltemperatur erfassen, um einen Steuermodus für die Brennstoffzellenstapel 20 zu bestimmen.
  • In Schritt S310 kann die Steuerung 18 bestimmen, ob die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Kühlmitteltemperatur eine Eintrittsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus erfüllen.
  • In Schritt S310 kann die Steuerung 18 bestimmen, dass die Eintrittsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus erfüllt ist, wenn erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 über einem vorbestimmten Schwellenwert und die Kühlmitteltemperatur über einer vorbestimmten Schwellentemperatur liegt.
  • Wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Kühlmitteltemperatur die Eintrittsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus in Schritt S310 erfüllen, kann die Steuerung 18 in den Vorwärtsregelungsmodus gehen. Im Vorwärtsregelungsmodus kann die Steuerung 18 in Schritt S320 eine Vorwärtsregelung ausführen, bei die Drehzahl der Pumpe 11 auf Basis der erzeugten Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und der Umgebungstemperatur gesteuert wird.
  • Während des Vorwärtsregelungsmodus kann die Steuerung 18 die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 und die Kühlmitteltemperatur überwachen und in Schritt S330 bestimmen, ob die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 oder die Kühlmitteltemperatur die Aufhebungsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus erfüllt.
  • In Schritt S330 kann die Steuerung 18 bestimmen, dass die Aufhebungsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus erfüllt ist, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 geringer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, oder wenn die Kühlmitteltemperatur niedriger ist als eine vorbestimmte Schwellentemperatur.
  • Wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 oder die Kühlmitteltemperatur die Aufhebungsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus erfüllt, kann die Steuerung 18 die Vorwärtsregelung in Schritt S340 abschalten (d. h. beenden). Außerdem kann die Steuerung 18 in Schritt S350 durch Steuern des Aktors 24 den Druckhalter 16 betätigen, um Druck in der Kühlmittelleitung auszuüben, damit der Kühlmittelbetriebsdruck erhöht wird. Durch eine solche Operation wird ein Absinken des Kühlmittelbetriebsdrucks verhindert, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 abnimmt.
  • Wenn anschließend der Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels 20 in Schritt S360 erhöht wird, z. B. durch Betätigen des Gaspedals, kann die Steuerung 18 den Druckhalter 16 auf einen Zustand vor den von Schritt S350 steuern. Außerdem kann die Steuerung 18 in Schritt S370 den Druckhalter 16 durch Steuern des Aktors 24 auf Basis des Kühlmittelbetriebsdrucks betätigen.
  • Wenn das Ausrollen des Fahrzeugs beginnt, kann die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 abrupt abnehmen. In dieser Situation kann das Kavitationsphänomen auftreten, da der Kühlmitteldruck sinkt, weil eine Wärmequelle in der Kühlmittelleitung entfällt. Wenn gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung das Ausrollen des Fahrzeugs beginnt, wenn der Fahrer das Gaspedal freigibt, kann der Druckhalter 16 betätigt werden, um Druck in der Kühlmittelleitung auszuüben, damit der Kühlmittelbetriebsdruck erhöht wird. Folglich kann der durch die Verringerung der erzeugten Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels 20 verursachte Unterdruck an der stromaufwärtigen Seite der Pumpe 11 abgebaut und somit das Kavitationsphänomen verhindert werden.
  • Ein Betriebsverfahren eines Kühlsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann durch Software ausgeführt werden. Wenn das Steuerverfahren durch die Software ausgeführt wird, können Bestandteile der vorliegenden Offenbarung Codesegmente sein, die erforderliche Operationen ausführen. Ein Programm oder Codesegmente können in einem prozessorlesbaren Medium gespeichert sein oder durch ein Übertragungsmedium oder ein mit einem Träger in einem Kommunikationsnetz gekoppelten Computer-Datensignal übertragen werden.
  • Die computerlesbaren Medien schließen alle Typen von Aufzeichnungsgeräten ein, auf denen Daten gespeichert sind, die von einem Computersystem gelesen werden können. Beispiele für computerlesbare Medien sind u. a. ROMs, RAMs, Compact Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Disketten, optische Datenspeichereinheiten, Nicht-Speicher-Halbleiter usw. Ferner sind die computerlesbaren Aufzeichnungsmedien in netzgekoppelten Computersystemen verteilt, so dass die computerlesbaren Aufzeichnungsmedien als computerlesbarer Code durch ein Verteilungssystem gespeichert und ausgeführt werden können.
  • Die erwähnten Zeichnungen und die ausführliche Beschreibung der vorliegenden Offenbarung sind rein beispielhaft und sollen die vorliegende Offenbarung beschreiben, aber nicht die Bedeutung oder den Gültigkeitsbereich der in den Ansprüchen offenbarten vorliegenden Offenbarung einschränken. Entsprechend kann der Fachmann daraus wählen oder darin Substitutionen vornehmen. Ferner kann ein Durchschnittsfachmann einen Teil der obigen Bestandteile ohne Beeinträchtigung weglassen oder einen zusätzlichen Bestandteil zur Verbesserung hinzufügen. Ferner kann ein Durchschnittsfachmann die Abfolge der Schritte in der vorliegenden Beschreibung in Abhängigkeit von der Prozessumgebung oder der Ausrüstung ändern. Demzufolge ist der Gültigkeitsbereich der vorliegenden Offenbarung nicht durch die obigen Ausführungsbeispiele, sondern nur durch die angefügten Ansprüche bestimmt.

Claims (12)

  1. Kühlsystem eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellenstapel, aufweisend: eine Pumpe zum Umwälzen eines Kühlmittels in einer Kühlmittelleitung, die durch den Brennstoffzellenstapel verläuft; eine Heizeinrichtung, die an der Kühlmittelleitung zum Erwärmen des Kühlmittels durch elektrische Energie angeordnet ist, die von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs geliefert wird; eine Steuerung zum Betätigen der Heizeinrichtung durch zusätzliche vom Antriebsmotor erzeugte elektrische Energie, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels unter einem ersten Schwellenwert und die Drehzahl der Pumpe über einem zweiten Schwellenwert liegt, und um die Heizeinrichtung abzuschalten, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels unter dem ersten Schwellenwert und die Drehzahl der Pumpe unter dem zweiten Schwellenwert liegt.
  2. Kühlsystem nach Anspruch 1, das ferner einen Temperatursensor in der Kühlmittelleitung zum Detektieren der Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels aufweist, wobei die Steuerung auf Basis der erzeugten Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels und der Kühlmitteltemperatur bestimmt, ob eine Vorwärtsregelung auszuführen ist, wobei die Vorwärtsregelung ein Modus ist, in dem die Drehzahl der Pumpe gemäß der erzeugten Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels und der Umgebungstemperatur gesteuert wird.
  3. Kühlsystem nach Anspruch 2, wobei die Steuerung die Vorwärtsregelung ausführt, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels über einem dritten Schwellenwert und die Kühlmitteltemperatur über einem vierten Schwellenwert liegt.
  4. Kühlsystem nach Anspruch 3, wobei die Steuerung die Vorwärtsregelung beendet, wenn die erzeugte Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels während der Vorwärtsregelung niedriger wird als der dritte Schwellenwert oder die Kühlmitteltemperatur unter niedriger wird als der vierte Schwellenwert.
  5. Kühlsystem nach Anspruch 4, wobei die Steuerung die aktuelle Drehzahl der Pumpe eine vorbestimmte Zeitspanne lang nach dem Beenden der Vorwärtsregelung aufrechterhält.
  6. Kühlsystem nach Anspruch 5, wobei die Steuerung die Drehzahl der Pumpe nach der vorbestimmten Zeitspanne auf einen vorbestimmten Wert senkt.
  7. Kühlsystem nach Anspruch 5, das ferner einen Druckhalter zum Aufbau oder Abbau des Kühlmittelbetriebsdrucks in der Kühlmittelleitung aufweist, wobei dann, wenn die Vorwärtsregelung abgeschaltet ist, die Steuerung den Druckhalter betätigt, um den Kühlmittelbetriebsdruck zu erhöhen 1.
  8. Betriebsverfahren eines Kühlsystems für ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellenstapel, aufweisend: Bestimmen der erzeugten Wärmemenge des Brennstoffzellenstapels und der Kühlmitteltemperatur in einer durch den Brennstoffzellenstapel verlaufenden Kühlmittelleitung; Ausführen einer Vorwärtsregelung, wenn die erzeugte Wärmemenge und die Kühlmitteltemperatur eine vorbestimmte Eintrittsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus erfüllen, wobei der Vorwärtsregelung ein Modus ist, in dem die Drehzahl einer ein Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung umwälzenden Pumpe gemäß der erzeugte Wärmemenge und der Umgebungstemperatur gesteuert wird; Beenden der Vorwärtsregelung, wenn die erzeugte Wärmemenge oder die Kühlmitteltemperatur eine vorbestimmte Aufhebungsbedingung für den Vorwärtsregelungsmodus während der Vorwärtsregelung erfüllt; Betätigen einer Heizeinrichtung durch zusätzliche elektrische Energie, die von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs erzeugt wird, wenn die erzeugte Wärmemenge unter einem ersten Schwellenwert und die Drehzahl über einem zweiten Schwellenwert liegt; und Abschalten der Heizeinrichtung, wenn die erzeugte Wärmemenge unter dem ersten Schwellenwert und die Drehzahl unter dem zweiten Schwellenwert liegt.
  9. Betriebsverfahren nach Anspruch 8, wobei im Schritt der Ausführung der Vorwärtsregelung die Vorwärtsregelung ausgeführt wird, wenn die erzeugte Wärmemenge über einem dritten Schwellenwert und die Kühlmitteltemperatur über einem vierten Schwellenwert liegt.
  10. Betriebsverfahren nach Anspruch 9, wobei im Schritt des Beendens der Vorwärtsregelung die Vorwärtsregelung beendet wird, wenn die erzeugte Wärmemenge während der Vorwärtsregelung geringer wird als der dritte Schwellenwert oder die Kühlmitteltemperatur niedriger als der vierte Schwellenwert.
  11. Betriebsverfahren nach Anspruch 8, ferner aufweisend: Aufrechterhalten der aktuellen Drehzahl der Pumpe über eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Beenden der Vorwärtsregelung; und Senken der Drehzahl der Pumpe auf einen vorbestimmten Wert nach der vorbestimmten Zeitspanne.
  12. Nichtflüchtiges Aufzeichnungsmedium mit Anweisungen, die eine Steuerung veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 8 auszuführen.
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