DE102016213109A1

DE102016213109A1 - Kühlsystem eines brennstoffzellenfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016213109A1
Application number: DE102016213109.5A
Authority: DE
Inventors: Dong Hyun Ha
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-10-15
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2017-04-20
Also published as: CN106602104B; KR20170044477A; KR101734689B1; US20170110747A1; JP6779732B2; US10396379B2; JP2017076610A; CN106602104A

Abstract

Es ist ein Kühlsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs vorgesehen. Das Kühlsystem umfasst einen Stapel, in dem eine Mehrzahl von Brennstoffzellen laminiert sind, und einen Verteiler, in dem der Stapel angeordnet ist und in dessen Innenraum Kühlwasser fließt, um Wärme mit dem Stapel auszutauschen. Zusätzlich ist ein Durchsatzregelventil in dem Verteiler angebracht und wird zum Austauschen von Wärme des Kühlwassers mit dem Stapel auf der Grundlage einer Temperatur des Stapels geöffnet und geschlossen. Ein Kühlwasserströmungskanal leitet dann das das Kühlwasser in den Verteiler und ist doppelt angeordnet ist, um Wärme mit dem Stapel auszutauschen.

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Kühlsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs und insbesondere ein Kühlsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs, das eine in einem Brennstoffzellenstapel erzeugte konstante Wärme aktiv aufrechterhält.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine elektrochemische Brennstoffzelle wandelt ein Reaktionsmittel, das heißt, einen Brennstoff und einen Oxidationsmittelfluss zum Erzeugen von Energie und einem Reaktionsmittel um. Die elektrochemische Brennstoffzelle verwendet einen Elektrolyten, der zwischen zwei Elektroden, das heißt, zwischen einer Kathode und einer Anode, angeordnet ist. Jede der Elektroden umfasst einen Elektrodenkatalysator, der an einer Grenzfläche zwischen dem Elektrolyten zum Erzeugen/Veranlassen einer gewünschten elektrochemischen Reaktion und den Elektroden angeordnet ist. Im Allgemeinen bildet die Position des Elektrodenkatalysators einen elektrochemischen aktiven Bereich.
Im Allgemeinen verwendet eine Polymerelektrolytmembran (polymer electrolyte membrane – PEM) eine Membranelektrodenanordnung (MEA), die aus einer zwischen den beiden Elektrodenschichten angeordneten Ionenaustauschmembran gebildet ist. Die MEA umfasst ein poröses, elektrisch leitendes Blattmaterial/Bogenmaterial als eine Fluiddiffusionsschicht, wie beispielsweise ein Kohlefaserpapier oder ein Kohlenstoffgewebe. In einer typischen MEA stellt die Elektrodenschicht einen Strukturträger für die Ionenaustauschmembran bereit und der Träger ist typischerweise dünn und flexibel. Die Membran ist ionenleitend (z. B. protonenleitend) und arbeitet/wirkt als eine Barriere, um einen Eduktstrom zueinander zu trennen. Die Membran arbeitet/wirkt ebenfalls als ein elektrischer Isolator zwischen zwei Elektrodenschichten, da die Elektroden voneinander elektrisch isoliert sein müssen, um einen Kurzschluss zu verhindern.
Die Elektroden sind elektrisch gekoppelt zum Bereitstellen eines Weges zum Führen von Elektronen zwischen den Elektroden durch eine äußere Kraft. In dem Brennstoffzellenstapel ist die MEA typsicherweise zwischen zwei Separatoren angeordnet, in die der Reaktionsmittelfluss physisch nicht eindringen kann. Der Separator arbeitet/wirkt als ein Kollektor und stellt einen Träger für eine Elektrode dar. Um die Verteilung zu dem elektrochemisch aktiven Bereich des Reaktionsmittelflusses zu steuern, kann die der MEA zugewandte Oberfläche des Separators einen an/auf dem elektrochemisch aktiven Bereich gebildeten offenflächigen Kanal aufweisen. Ein solcher Kanal kann im Allgemeinen einen Strömungsfeldbereich bilden, der einem angrenzenden/benachbarten elektrochemisch aktiven Bereich entspricht. Der Separator mit einem in dem elektrochemisch aktiven Bereich gebildeten Reaktionsmittelkanal wird als eine Strömungsfeldplatte bezeichnet.
Unterdessen umfasst das Brennstoffzellensystem einen Brennstoffzellenstapel, der eingerichtet ist, um elektrische Energie zu erzeugen, ein Brennstoffversorgungssystem, das eingerichtet ist, um einen Brennstoff (Wasserstoff) an den Brennstoffzellenstapel zuzuführen, ein Luftversorgungssystem, das eingerichtet ist, um für die elektrochemische Reaktion erforderlichen Sauerstoff, der ein Oxidationsmittel darstellt, an den Brennstoffzellenstapel zuzuführen, und ein Wärme-und-Wasser-Managementsystem, das eingerichtet ist, um Reaktionswärme des Brennstoffzellenstapels zu der Außenseite des Systems abzuführen und um eine Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels einzustellen.
Das Brennstoffzellensystem mit der obigen Konfiguration erzeugt Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff, der ein Brennstoff ist, mit dem Sauerstoff in der Luft und führt Wärme und Wasser als ein Nebenprodukt der Reaktion ab. Der Brennstoffzellenstapel ist eine Hauptenergiequelle eines Brennstoffzellenfahrzeugs und stellt eine Vorrichtung dar, die Elektrizität durch Aufnehmen einer Zufuhr von Sauerstoff in der Luft und Wasserstoff, der ein Brennstoff ist, erzeugt.
Da der Brennstoffzellenstapel ein optimales Ergebnis der Ausgansleistung zeigt, wenn das auf die optimale Temperatur eingestellte Kühlwasser in den Stapel eingeleitet wird, ist es wichtig, die Temperatur des in den Stapel fließenden Kühlwassers auf einer bestimmten Temperatur zu halten. Demzufolge umfasst das Brennstoffzellenfahrzeug ferner eine Kühlwassertemperatursteuerung in einem Regelkreis des Brennstoffzellenstapels, die eingerichtet ist, um die Temperatur des in den Stapel fließenden Kühlwassers optimal einzustellen.
Viele Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel sind in Reihe miteinander verbunden, um die Ausgangsleistung einer Anordnung zu erhöhen. In dieser Anordnung kann eine Seite der Platte als eine Anodenplatte für eine Zelle dienen und die andere Seite kann als eine Kathodenplatte für eine angrenzende Zelle dienen. Zusätzlich können die obigen Platten als eine positive Platte bezeichnet werden. Im Laufe der Zeit jedoch, wenn der in dem Brennstoffzellenstapel erzeugte Wärmewert zunimmt und die Temperatur des in einen Umgehungskreislauf fließenden Kühlwasser schnell erhöht wird, wird das Kühlwasser, das gekühlt wird, indem ein Proportional-Elektromagnet geöffnet und geschlossen wird, in den Brennstoffzellenstapel eingeleitet.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt bereit ein Kühlsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs mit einer verbesserten Leistung und einem verbesserten Handelswert, das in der Lage ist, eine geeignete Antwort zu erreichen auf Basis einer Kundenanfrage in einem EIN und AUS-Typ unter Verwendung eines Proportional-Magneten, der einen Nachteil einer schwierigen Steuerung des genauen Durchflusses und der Position, und einen Nachteil einer langen Rundenzeit (Lap-Time) zum Ausgleichen einer Temperatur in einem Stapel aufweist.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung kann ein Kühlsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs umfassen: einen Stapel, in dem eine Mehrzahl von Brennstoffzellen laminiert sind; ein Verteiler, in dem der Stapel angeordnet ist und in dessen Innenraum Kühlwasser fließt, um Wärme mit dem Stapel auszutauschen; ein Durchsatzregelventil, das in dem Verteiler angebracht ist und das zum Austauschen von Wärme des Kühlwassers mit dem Stapel auf der Grundlage einer Temperatur des Stapels geöffnet und geschlossen werden kann; und einen Kühlwasserströmungskanal, der eingerichtet ist, um das Kühlwasser in den Verteiler zu leiten, und der doppelt angeordnet ist, um Wärme mit dem Stapel auszutauschen.
Der Verteiler kann umfassen einen ersten Verteiler, in den das Kühlwasser eingeführt werden kann; und einen zweiten Verteiler, der eingerichtet ist, um das Kühlwasser, das Wärme mit dem Stapel ausgetauscht hat, von dem ersten Verteiler abzuführen. Der Kühlwasserströmungskanal kann in derselben Richtung wie eine Anordnungsrichtung des Stapels in dem ersten Verteiler gebildet sein. Der Stapel kann zwischen dem ersten Verteiler und dem zweiten Verteiler angeordnet sein und das Kühlwasser kann von dem ersten Verteiler in den zweiten Verteiler durch den Stapel eingeleitet werden. Der Kühlwasserströmungskanal kann umfassen einen normalen Kühlwasserströmungskanal, der direkt mit zumindest einem der Stapel verbunden ist, um das Kühlwasser abzuführen; und einen tieferen/unteren Kühlwasserströmungskanal, der mit dem normalen Kühlwasserströmungskanal verbunden ist und ein gerichtet ist, um das Kühlwasser zu dem normalen Kühlwasserströmungskanal auf der Grundlage der Temperatur des Stapels abzuführen.
Der Kühlwasserströmungskanal kann umfassen ein Verbindungselement, das eingerichtet ist, um den normalen Kühlwasserströmungskanal und den unteren Kühlwasserströmungskanal zu verbinden, um eine Kühlwassermenge einzustellen. Das Durchsatzregelventil kann in dem Verbindungselement angebracht sein, um das Kühlwasser des unteren Kühlwasserströmungskanals zu dem normalen Kühlwasserströmungskanal auf der Grundlage der Temperatur des Stapels zu leiten. Das Durchsatzregelventil kann durch ein Magnetventil realisiert sein. Zusätzlich kann der Stapel umfassen einen Kühlwasserversorgungsanschluss, der mit dem ersten Verteiler verbunden ist und mit dem normalen Kühlwasserströmungskanal verbunden ist, und kann umfassen einen Ablaufanschluss/Auslassanschluss, der mit dem zweiten Verteiler verbunden ist und eingerichtet ist, um das durch den Kühlwasserversorgungsanschluss zum Kühlen des Stapels eingeleitete Kühlwasser abzuführen.
Das System kann ferner umfassen einen Temperatursensor, der in zumindest einem der Stapel angebracht ist und eingerichtet ist, um die Temperatur des Stapels zu messen. Der Temperatursensor kann in dem Ablaufanschluss des Stapels angebracht sein. Das Durchsatzregelventil kann basierend auf einem durch den Temperatursensor gemessenen Wert geöffnet und geschlossen werden. Zusätzlich kann das System umfassen eine an einer Seite des Stapels angeordnete Kollektorplatte, um elektrischen Strom von dem Stapel zu sammeln und um mit der Außenseite verbunden zu sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich. In den Figuren zeigen:
1 eine Vorderansicht, die ein Kühlsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 eine Schnittdarstellung von 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
3 und 4 eine teilweise vergrößerte Ansicht, die einen vergrößerten Bereich A von 2 und den Betrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt;
5 ein Flussdiagramm, das einen Betrieb eines Kühlsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
6 ein Flussdiagramm, das einen Betrieb eines Kühlsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
7A bis 7B ein Flussdiagramm, das einen Betrieb eines Kühlsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem herbeigeführten Graphen darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es versteht sich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffgetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Obwohl das Ausführungsbeispiel derart beschrieben wird, dass es eine Mehrzahl von Einheiten verwendet, um den beispielhaften Prozess durchzuführen, versteht es sich, dass die beispielhaften Prozesse ebenfalls durch ein oder eine Mehrzahl von Modulen durchgeführt werden können. Darüber hinaus versteht es sich, dass sich der Ausdruck Steuerung/Steuereinheit auf eine Hardware-Vorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist eingerichtet, um die Module zu speichern, und der Prozessor ist insbesondere eingerichtet, um die besagten Module auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, die weiter unten beschrieben werden.
Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen ”ein”, ”eine/einer” und ”der/die/das” dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke ”aufweisen” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck ”und/oder” jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die gleichen Bezugszeichen werden in den gesamten Zeichnungen verwendet, um die gleichen oder ähnliche Teile zu bezeichnen. Ausführliche Beschreibungen von bekannten Funktionen und Strukturen/Anordnungen, die hierin enthalten sind, können weggelassen werden, um den Gegenstand der vorliegenden Offenbarung nicht unklar zu machen.
1 zeigt eine Vorderansicht, die ein Kühlsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt, 2 zeigt eine Schnittdarstellung von 1, 3 und 4 zeigen eine teilweise vergrößerte Ansicht, die einen vergrößerten Bereich A von 2 und den Betrieb darstellt. Ein Kühlsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs kann durch einen Fachmann geändert werden und in diesem Ausführungsbeispiel kann es ein Kühlsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs bedeuten.
1 zeigt eine Vorderansicht, die ein Kühlsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt. Das Kühlsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf FIG. Und 2 beschrieben. Das Kühlsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs kann umfassen einen Stapel 10, wo eine Mehrzahl von Brennstoffzellen laminiert sind, einen Verteiler 20, in dem der Stapel 10 angeordnet ist und in dessen Innenraum Kühlwasser zum Austauschen von Wärme mit dem Stapel 10 fließt, ein Durchsatzregelventil 40, das in dem Verteiler 20 angebracht ist und das zum Austauschen von Wärme von Kühlwasser mit dem Stapel 10 auf der Grundlage der Temperatur des Stapels 10 geöffnet und geschlossen werden kann, und einen Kühlwasserströmungskanal 30, der eingerichtet ist, um das Kühlwasser in den Verteiler 20 zu leiten und der zum Austauschen von Wärme mit dem Stapel 10 doppelt angeordnet sein kann.
Insbesondere kann eine Mehrzahl von Brennstoffzellen in dem Stapel 10 laminiert sein. Eine Mehrzahl von Stapeln 10 kann in regelmäßigen Abstanden räumlich getrennt sein, um innerhalb des Verteilers 20 angeordnet zu sein. Der Stapel 10 kann umfassen einen Temperatursensor 50, der eingerichtet ist, um die Temperatur des Stapels 10 zu messen, und kann in dem Verteiler 20 angeordnet sein. Der Stapel 10 kann eingerichtet sein, um Wärme mit dem von dem Kühlwasserströmungskanal 30 eingeführten Kühlwasser auszutauschen. Das Kühlwasser für den Stapel kann ein Fluid sein, das verwendet wird, um einen Brennstoffzellenstapel 16 beim Zirkulieren des Inneren des Stapels 10 zu kühlen, und verwendet wird, um eine elektrische Stromvorrichtungsvorrichtung beim Zirkulieren des Inneren und die Umgebung der elektrischen Stromversorgungsvorrichtung, wie beispielsweise ein Inverter/Wechselrichter und ein Motor, zu kühlen.
Da der Wärmewert des Stapels 10 im Wesentlichen größer als der Wärmewert der elektrischen Stromversorgungsvorrichtung und eines Kondensators ist, kann die Zufuhr von Kühlwasser an den Stapel 10 erhöht werden, um die von dem Stapel 10 erzeugte Wärme abzuführen, um somit die Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit zu verhindern. Der Stapel 10 kann innerhalb des Verteilers 20 angeordnet sein und das Kühlwasser kann durch das Innere des Stapels 10 fließen, um Wärme mit dem Stapel 10 auszutauschen. Der Verteiler 20 kann umfassen einen ersten Verteiler 24, in den das Kühlwasser eingeführt werden kann, und einen zweiten Verteiler 28, der eingerichtet ist, um das Kühlwasser, das Wärme mit dem Stapel 10 ausgetauscht hat, von dem ersten Verteiler 24 abzuführen.
Ferner kann der Kühlwasserströmungskanal 30 in dem Inneren des ersten Verteilers 24 gebildet sein, um zu ermöglichen, dass das Kühlwasser fließt. Der Kühlwasserströmungskanal 30 des ersten Verteilers 24 kann in der gleichen Richtung wie die Anordnungsrichtung des Stapels 10 gebildet sein. Der Stapel 10 kann zwischen dem ersten Verteiler 24 und dem zweiten Verteiler 28 angeordnet sein und das Kühlwasser kann in den zweiten Verteiler 28 durch den Stapel 10 von dem ersten Verteiler 24 eingeführt werden. Ein Kühlwasserversorgungsanschluss 33b kann gebildet sein, um mit dem ersten Verteiler 24 verbunden zu sein, und mit einem normalen Kühlwasserströmungskanal 33, der später beschrieben wird, verbunden sein, um das Kühlwasser an den Stapel 10 zuzuführen.
Zusätzlich kann ein Ablaufanschluss gebildet sein, um das Kühlwasser, das Wärme mit dem Stapel 10 ausgetauscht hat, aufzunehmen. Ein Auslass kann gebildet sein, um das durch den Kühlwasserversorgungsanschluss 33b eingeführte Kühlwasser auszutragen, und tauscht Wärme mit dem Stapel 10 aus. Eine an einer Seite des Stapels 10 realisierte Kollektorplatte 90 kann zwischen dem ersten Verteiler 24 und dem zweiten Verteiler 28 angeordnet sein, um elektrischen Strom zu sammeln und um mit der Außenseite verbunden zu sein. Die Kollektorplatte 90 kann eine Metallplatte sein, die zum Verbinden mit der Außenseite verwendet wird, durch Sammeln von elektrischen Strom von dem in Reihe laminierten Zellenstapel, kann aus einem Material wie beispielsweise Edelstahl, Kupfer, Messing hergestellt sein und kann mit einer Vergoldung behandelt sein, um eine Korrosionsbeständigkeit zu realisieren und einen Kontaktwiderstand zu reduzieren.
Der Kühlwasserströmungskanal 30 kann in dem Inneren/Innenraum des Verteilers 20 doppelt angeordnet sein (z. B. kann eine Mehrzahl von Kühlwasserströmungskanälen vorgesehen sein), um das Kühlwasser einzuführen, und um zu ermöglichen, dass Wärme mit dem Stapel 10 ausgetauscht werden kann. Der Kühlwasserströmungskanal 30 kann in dem Inneren des Verteilers 20 gebildet sein, um zu ermöglichen, dass das Kühlwasser in den Stapel 10 eingeführt wird. Der Kühlwasserströmungskanal 30 kann umfassen einen normalen Kühlwasserströmungskanal 33, der direkt mit zumindest einem der Stapel 10 verbunden ist, um das Kühlwasser abzuführen, und einen unteren/tieferen Kühlwasserströmungskanal 36, der mit dem normalen Kühlwasserströmungskanal 33 verbunden ist und eingerichtet ist, um das Kühlwasser zu dem normalen Kühlwasserströmungskanal 33 auf der Grundlage der Temperatur des Stapels 10 abzuführen.
Der Kühlwasserströmungskanal 30 kann umfassen ein Verbindungselement 30a, das gebildet ist, um den normalen Kühlwasserströmungskanal 33 und den unteren Kühlwasserströmungskanal 36 zu verbinden, um die Kühlwassermenge einzustellen. Das Verbindungselement 30a kann umfassen ein Durchsatzregelventil 40, das eingerichtet ist, um das Kühlwasser des unteren Kühlwasserströmungskanals 30 an den normalen Kühlwasserströmungskanal 33 basierend auf der Temperatur des Stapels 10 zuzuführen.
Der normale Kühlwasserströmungskanal 33 kann entlang der Anordnungsrichtung des Stapels 10 gebildet sein und kann in dem ersten Verteiler 24 realisiert sein. Der normale Kühlwasserströmungskanal 33 kann umfassen einen Kühlwasserversorgungsanschluss 33a, der direkt mit dem Stapel 10 verbunden ist. Der Kühlwasserversorgungsanschluss 33a kann in einer vertikalen Linie des Verbindungselements 30a gebildet sein. Der normale Kühlwasserströmungskanal 33 kann direkt mit zumindest einem der Stapel 10 verbunden sein und kann eingerichtet sein, um das Kühlwasser abzuführen. Das Durchsatzregelventil 40 kann geöffnet werden, um das Kühlwasser direkt an den Stapel 10 zuzuführen.
Weiterhin kann der untere Kühlwasserströmungskanal 36 in der gleichen Richtung des entlang der Anordnungsrichtung 33 des Stapels 10 gebildeten normalen Kühlwasserströmungskanals 33 angeordnet sein. Der untere Kühlwasserströmungskanal 36 kann mit dem normalen Kühlwasserströmungskanal 33 durch das Verbindungselement 30a verbunden sein, um den Stapel 10 mit Kühlwasser zu versorgen. Der untere Kühlwasserströmungskanal 36 kann umfassen eine Kühlwasserführungsöffnung 36a, die mit dem Verbindungselement 30a verbunden ist, und kann eingerichtet sein, um das Kühlwasser an den normalen Kühlwasserströmungskanal 33 unter Verwendung der Kühlwasserführungsöffnung 36a zuzuführen. Das Kühlwasser des unteren Kühlwasserströmungskanals 36 kann durch das Durchsatzregelventil 40 eingestellt werden (z. B. kann die Menge an Kühlwasser eingestellt werden). Unterdessen kann ein Ausströmkanal 39 vorgesehen sein, um zu ermöglichen, dass das Kühlwasser, das Wärme in dem Stapel 10 ausgetauscht hat, an die Außenseite des Verteilers 20 durch den Ausströmkanal 39 abgeführt werden kann. Der Ausströmkanal 39 kann in der Anordnungsrichtung gebildet sein, in der der Stapel in dem Inneren des zweiten Verteilers 28 angeordnet ist.
Das Durchsatzregelventil 40 kann in dem Verteiler 20 angeordnet sein und kann basierend auf der Temperatur des Stapels 10 geöffnet und geschlossen werden, um die Wärme des Kühlwassers mit dem Stapel 10 auszutauschen. Das Durchsatzregelventil 40 kann in dem ersten Verteiler 24 angeordnet sein. Das Durchsatzregelventil 40 kann auf der Grundlage der Temperatur des Stapels 10 geöffnet und geschlossen werden und kann eingerichtet sein zum Führen/Leiten (z. B. einen Zugang erlauben) und Blockieren des unteren Kühlwasserströmungskanals 36 zu und von dem normalen Kühlwasserströmungskanal 33. Das Durchsatzregelventil 40 kann in dem Verbindungselement 30a durch ein Magnetventil realisiert sein. Das Durchsatzregelventil 40 kann auf der Grundlage eines durch einen Temperatursensor 50 gemessenen Wertes geöffnet und geschlossen werden.
Insbesondere kann das Durchsatzregelventil 40 umfassen ein Gehäuse 42 mit einem darin vorgesehenen Magnet eines positiven Pols 44 und ein an dem äußeren Umfang angeordneten Leitungsdraht 46. Das Durchsatzregelventil 40 kann mit einem elastischen Element 70 ausgestattet sein, um das Gehäuse 42 durch ein Magnetfeld zu bewegen. Ferner kann ein Magnet eines negativen Pols 48 mit der entgegengesetzten Richtung des Leitungsdrahtes 46 des Durchsatzregelventils 40 an der inneren Wand des Verbindungselements 30a angeordnet sein.
Unterdessen, wie in 3 und 4 gezeigt, kann der Leitungsdraht 46 mit einer Elektrode 60 verbunden sein, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Mit anderen Worten kann die Elektrode 60 eine negative Elektrode 63 und eine positive Elektrode 66 umfassen. Ein Ende des Leitungsdrahtes 46 kann mit der negativen Elektrode 63 verbunden sein und das andere Ende des Leitungsdrahtes 46 kann mit der positiven Elektrode 66 verbunden sein. Die Elektrode kann eingerichtet sein, um einen Strom durch einen Drosselklappenpositions-(throttle position sensor – TPS) auf der Grundlage eines Ausmaßes einer Betätigung des Pedals anzulegen.
Somit kann das Durchsatzregelventil 40 eingerichtet sein, um die Temperatur des Stapels 10 unter Verwendung des Temperatursensors 50 zu messen. Wenn die Temperatur einer voreingestellten Temperatur entspricht oder größer ist, kann Strom durch die negative Elektrode 63 fließen und ein Magnetfeld kann in der Richtung von dem Magnet des positiven Pols 44 zu dem Magnet des negativen Pols 48 fließen, und die Richtung des fließenden Stromes kann eine Eintrittsrichtung sein. Demzufolge, wie in 3 gezeigt, kann eine nach unten gerichtete Kraft auf den Leitungsdraht aufgebracht werden.
7A bis 7B zeigen ein Flussdiagramm, das einen Betrieb eines Kühlsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem herbeigeführten Graphen darstellt.
7A zeigt ein Flussdiagramm, das einen Betrieb eines Kühlsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß der Stapeltemperatur vorher und nachher darstellt. Es ist eine Kühlsystemsteuerung gezeigt.
7B zeigt ein Kühlsystem vor und nach der verbesserten Kühlleistung des kühlen, das durch eine ausgeglichene/kompensierte Innentemperatur für das ausgeglichenen Stapels für jede Stapelabweichung vorgesehen wird. Gemäß dem Kühlen des Stapels auf dieselbe Temperatur zwischen dem Inneren wird und die Haltbarkeit durch Minimieren des Abstandes zwischen der Stapeltemperatur verbessert.
Demzufolge kann das Durchsatzregelventil 40 geöffnet werden, wenn das die Kühlwasserführungsöffnung 36a schließende Gehäuse 42 gelöst wird, nachdem es angebracht worden ist. Das Durchsatzregelventil 40 kann somit geöffnet werden, um zu ermöglichen, dass das Kühlwasser von dem unteren Kühlwasserströmungskanal 36 zu dem normalen Kühlwasserströmungskanal 33 fließen kann. Zusätzlich kann das Durchsatzregelventil 40 eingerichtet sein, um die Temperatur des Stapels 10 unter Verwendung des Temperatursensors 50 zu messen. Wenn die Temperatur einer voreingestellten Temperatur entspricht oder größer ist, oder einer voreingestellten Temperatur entspricht oder kleiner ist, kann Strom in dem Leitungsdraht in dem Magnetfeld durch ein zweites Kabel 66 fließen, um zu veranlassen, dass das magnetische Feld in einer umgekehrten Richtung fließt. Mit anderen Worten ist die Richtung des Stromes eine entstehende Richtung und eine nach oben gerichtete Kraft kann an den Leitungsdraht aufgebracht werden. Somit kann das die Kühlwasserführungsöffnung 36a öffnende Gehäuse 42 nach oben durch das elastische Element gedrückt werden, um die Kühlwasserführungsöffnung 36a zu schließen. Demzufolge kann das Durchsatzregelventil 40 den Fluss von Kühlwasser absperren.
Insbesondere kann das Durchsatzregelventil 40 umfassen eine Gummidichtung 80, die in der Kühlwasserführungsöffnung 36a angeordnet ist, um zu verhindern, dass das Kühlwasser von dem unteren Kühlwasserströmungskanal 36 aufgrund eines Drucks des elastischen Elements 70 austritt/entweicht. Jedoch kann das elastische Element 70 derart ausgeführt sein, so dass eine das Gehäuse 42 nach oben drückende Kraft, das heißt, eine Reaktionskraft als ein Kühlwasserzulaufzirkulationsdruck dienen kann. Der Temperatursensor 50 kann in zumindest einem der Stapel 10 angebracht/eingebaut sein, um die Temperatur des Stapels 10 zu messen. Der Temperatursensor 50 kann an einem Ablaufanschluss des Stapels montiert sein, um die Temperatur des von dem Stapel 10 abgeführten Kühlwassers zu messen.
Es wird der Betrieb des Kühlsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben, das wie oben beschrieben eingerichtet ist. 3 und 4 zeigen eine teilweise vergrößerte Ansicht, die einen vergrößerten Bereich A von 2 und den Betrieb darstellt, und 5 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Betrieb eines Kühlsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des Kühlsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 3 bis 5, zeigen 3 und 4 eine teilweise vergrößerte Ansicht, die einen vergrößerten Bereich A von 2 und den Betrieb darstellt, und 6 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Betrieb eines Kühlsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Bei der Beschreibung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Kühlsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 3, 4 und 6, kann ein Motorstartsignal von einer elektronischen Steuerung/Regelung empfangen werden, um die Temperatur der Verteiler 20 zu messen. Das Durchsatzregelventil 40 zum Einstellen des Kühlwasserflusses kann auf der Grundlage des Temperaturwertes des Stapels 10 geöffnet und geschlossen werden, um die Temperatur des Stapels einzustellen.
Insbesondere kann in dem Messen der Temperatur des Stapels 10 das Kühlwasser in den Kühlwasserströmungskanal 30 eingeführt/eingeleitet werden, um den Stapel 10 in dem Verteiler 20, der mit dem Stapel 10 ausgerüstet ist, zu kühlen, und kann aufgeteilt und eingeführt werden in den normalen Kühlwasserströmungskanal 33, der Wärme mit dem Kühlwasser des Kühlwasserströmungskanals 30 austauscht, und den unteren Kühlwasserströmungskanal 36, der Wärme mit dem Stapel 10 auf der Grundlage des Öffnen und Schließens des Durchsatzregelventils 40 austauscht.
In dem Einstellen der Temperatur des Stapels 10, nachdem ein Temperaturwert zuvor eingestellt worden ist in dem Temperatursensor 50, der eingerichtet ist, um die Temperatur des Stapels 10 zu messen, wenn die Temperatur des Stapels 10 eine voreingestellte Temperatur überschreitet, kann das Durchsatzregelventil 40 geöffnet werden. Mit anderen Worten kann, wenn die Temperatur des Stapels 10 eine voreingestellte Temperatur überschreitet, das Durchsatzregelventil 40 geöffnet werden, um das Kühlwasser des unteren Kühlwasserströmungskanals 36 zu dem Stapel 10 durch den normalen Kühlwasserströmungskanal 33 zu leiten, indem ein Drosselklappenpositionssensor-(TPS)Signal, das dem (Kraft-)Aufwand auf das Gaspedal entspricht (z. B. der Betrag/Wert der Kraft oder des Drucks, die/der auf das Pedal ausgeübt wird), als ein positiver Strom angelegt wird.
Unterdessen kann in dem Einstellen der Temperatur des Stapels 10, nachdem zuvor ein Temperaturwert in dem Temperatursensor 50, der zum Messen der Temperatur des Stapels 10 eingerichtet ist, eingestellt worden ist, wenn die Temperatur des Stapels 10 einer voreingestellten Temperatur entspricht oder kleiner ist, das Durchsatzregelventil 40 geschlossen werden. Mit anderen Worten kann, wenn die Temperatur des Stapels 10 einer voreingestellten Temperatur entspricht oder kleiner ist, das Durchsatzregelventil 40 geschlossen werden, um zu verhindern, dass Kühlwasser des unteren Kühlwasserströmungskanals 36 zu dem normalen Kühlwasserströmungskanal 33 fließt, indem ein Strom, der einem Drosselklappenpositionssensor-(TPS)Signal als ein negativer Strom entspricht, auf der Grundlage des (Kraft-)Aufwandes auf das Gaspedal angelegt wird.
Gemäß dem Kühlsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs kann ein Kühlwasserströmungskanal gebildet sein, um eine Rundezeit (lap time) einer Temperatur in dem Stapel zu minimieren, um die Haltbarkeit und die Leistung des Stapels zu verbessern. Zusätzlich kann ein linearer Typ angewendet werden, so dass es möglich ist, einen genaueren Durchsatz und eine Position zu regeln, um die Leistung zu verbessern. Es kann ebenfalls möglich sein, die Temperatur des Stapels ohne eine separate Steuerung auszugleichen, um somit eine Struktur zu vereinfachen und einen Handelswert zu verbessern.
Vorstehend, obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele und die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, sondern kann durch einen Fachmann, den die vorliegende Offenbarung betrifft, verschiedenartig modifiziert und geändert werden, ohne von der Lehre und dem Umfang der vorliegenden Offenbarung, die in den folgenden Ansprüchen beansprucht ist, abzuweichen.
Bezugszeichenliste

10: Eine Mehrzahl von Stapeln
20: der Verteiler
30: der Kühlwasserströmungskanal
40: Das Durchsatzregelventil
50: Temperatursensor
60: Elektrode
70: das elastische Element
80: Gummidichtung

Claims

Kühlsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs, aufweisend: einen Stapel, in dem eine Mehrzahl von Brennstoffzellen laminiert sind; einen Verteiler, in dem der Stapel angeordnet ist und in dessen Innenraum Kühlwasser fließt, um Wärme mit dem Stapel auszutauschen; ein Durchsatzregelventil, das in dem Verteiler angebracht ist und zum Austauschen von Wärme des Kühlwassers mit dem Stapel auf der Grundlage einer Temperatur des Stapels geöffnet und geschlossen wird; und einen Kühlwasserströmungskanal, der eingerichtet ist, um das Kühlwasser in den Verteiler zu leiten, und der doppelt angeordnet ist, um Wärme mit dem Stapel auszutauschen.
System nach Anspruch 1, wobei der Verteiler umfasst: einen ersten Verteiler, in den das Kühlwasser eingeführt wird; und einen zweiten Verteiler, der eingerichtet ist, um das Kühlwasser, das Wärme mit dem Stapel ausgetauscht hat, von dem ersten Verteiler abzuführen, wobei der Kühlwasserströmungskanal in derselben Richtung wie eine Anordnungsrichtung des Stapels in dem ersten Verteiler gebildet ist.
System nach Anspruch 2, wobei der Stapel zwischen dem ersten Verteiler und dem zweiten Verteiler angeordnet ist und das Kühlwasser von dem ersten Verteiler in den zweiten Verteiler durch den Stapel eingeleitet wird.
System nach Anspruch 2, wobei der Kühlwasserströmungskanal umfasst: einen normalen Kühlwasserströmungskanal, der direkt mit zumindest einem der Stapel verbunden ist, um das Kühlwasser abzuführen; und einen unteren Kühlwasserströmungskanal, der mit dem normalen Kühlwasserströmungskanal verbunden ist und eingerichtet ist, um das Kühlwasser zu dem normalen Kühlwasserströmungskanal auf der Grundlage der Temperatur des Stapels abzuführen.
System nach Anspruch 4, wobei der Kühlwasserströmungskanal ein Verbindungselement, das eingerichtet ist, um den normalen Kühlwasserströmungskanal und den unteren Kühlwasserströmungskanal zu verbinden, um eine Kühlwassermenge einzustellen, umfasst.
System nach Anspruch 5, wobei das Durchsatzregelventil in dem Verbindungselement angebracht ist, um das Kühlwasser des unteren Kühlwasserströmungskanals zu dem normalen Kühlwasserströmungskanal auf der Grundlage der Temperatur des Stapels zu leiten.
System nach Anspruch 6, wobei das Durchsatzregelventil durch ein Magnetventil realisiert ist.
System nach Anspruch 2, wobei der Stapel einen Kühlwasserversorgungsanschluss umfasst, der mit dem ersten Verteiler verbunden ist und mit dem normalen Kühlwasserströmungskanal verbunden ist, und einen Ablaufanschluss umfasst, der mit dem zweiten Verteiler verbunden ist und eingerichtet ist, um das durch den Kühlwasserversorgungsanschluss zum Kühlen des Stapels eingeleitete Kühlwasser abzuführen.
System nach Anspruch 8, ferner aufweisend: einen Temperatursensor, der in zumindest einem der Stapel angebracht ist und eingerichtet ist, um die Temperatur des Stapels zu messen.
System nach Anspruch 9, wobei der Temperatursensor in dem Ablaufanschluss des Stapels angebracht ist.
System nach Anspruch 6 und Anspruch 9, wobei das Durchsatzregelventil basierend auf einem durch den Temperatursensor gemessenen Wert geöffnet und geschlossen wird.
System nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine an einer Seite des Stapels angeordnete Kollektorplatte, um elektrischen Strom von dem Stapel zu sammeln und um mit der Außenseite verbunden zu sein.
Verfahren zum Steuern eines Kühlsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs, das Verfahren aufweisend: Empfangen, durch eine Steuerung, eines Motorstartsignals und Messen einer Temperatur eines in einem Verteiler angeordneten Stapels; und Einstellen, durch die Steuerung, der Temperatur des Stapels durch Öffnen und Schließen eines Durchsatzregelventils, um einen Kühlwasserfluss auf der Grundlage der Temperatur des Stapels einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Messen der Temperatur des Stapels umfasst: Einleiten des Kühlwassers in einen Kühlwasserströmungskanal zum Kühlen des Stapels in dem mit dem Stapel ausgerüsteten Verteiler; und Aufteilen und Einleiten des Kühlwassers in einen normalen Kühlwasserströmungskanal, der Wärme mit dem Kühlwasser des Kühlwasserströmungskanals austauscht, und einen unteren Kühlwasserströmungskanal, der Wärme mit dem Stapel auf der Grundlage des Öffnens und Schließens des Durchsatzregelventils austauscht.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Einstellen der Temperatur des Stapels umfasst: Öffnen, durch die Steuerung, des Durchsatzregelventils, wenn eine Temperatur des Stapels eine voreingestellte Temperatur überschreitet, nachdem ein Temperaturwert in einem Temperatursensor, der zum Messen der Temperatur des Stapels eingerichtet ist, zuvor eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Einstellen der Temperatur des Stapels umfasst: Schließen, durch die Steuerung, des Durchsatzregelventils, wenn eine Temperatur des Stapels einer voreingestellten Temperatur entspricht oder kleiner ist, nachdem ein Temperaturwert in dem Temperatursensor zuvor eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Durchsatzregelventil geöffnet wird, um das Kühlwasser des unteren Kühlwasserströmungskanals zu dem Stapel durch den normalen Kühlwasserströmungskanal geöffnet wird, indem ein Strom, der einem Drosselklappenpositionssensor-(throttle position sensor – TPS)Signal als ein positiver Strom entspricht, angelegt wird, wenn die Temperatur des Stapels eine voreingestellte Temperatur überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Durchsatzregelventil geschlossen wird, um zu verhindern, dass das Kühlwasser des unteren Kühlwasserströmungskanals zu dem normalen Kühlwasserströmungskanal fließt, indem ein Strom, der einem Drosselklappenpositionssensor-(TPS)Signal als ein negativer Strom entspricht, angelegt wird, wenn die Temperatur des Stapels eine voreingestellte Temperatur überschreitet.