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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Traktionsmaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs sowie zumindest einer Brennstoffzelle zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Betreiben der Traktionsmaschine, wobei die Brennstoffzelle an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist und ihr zumindest zeitweise zum Kühlen Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf zugeführt wird, und wobei der Kühlmittelkreislauf wenigstens einen Kühlmittelkühler und eine Kühlmittelaufbereitungseinrichtung aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2015 215 790 A1 bekannt. Diese betrifft einen Brennstoffzellen-Kühlmittelkreislauf für ein Brennstoffzellensystem eines Fahrzeugs, mit einem mittels einer Kühlmittelpumpe in einem Kühlmittelkreis des Brennstoffzellen-Kühlmittelkreislaufs zirkulierbaren Kühlmittel, welches durch einen lonenfilter des Brennstoffzellen-Kühlmittelkreislaufs filterbar ist, wobei der Brennstoffzellen-Kühlmittelkreislauf ein Ventil aufweist, und mittels der Kühlmittelpumpe und des Ventils das Kühlwasser wenigstens eines Kühlmittelkreises durch den lonenfilter hindurchpumpbar ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere zuverlässig einen niedrigen Leitwert des Kühlmittels sicherstellt.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass in einer ersten Betriebsart der Kühlmittelkühler und die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung strömungstechnisch in Reihe geschaltet werden, sodass der zum Bereitstellen elektrischer Energie betriebenen Brennstoffzelle wenigstens zeitweise zumindest zum Teil Kühlmittel zugeführt wird, das sowohl den Kühlmittelkühler als auch die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung durchlaufen hat, und dass in einer zweiten Betriebsart ein auf ein Betriebsende der Traktionsmaschine folgender Aufbereitungsbetrieb erfolgt, während dem in dem Kühlmittelkreislauf Kühlmittel derart umgewälzt wird, dass es die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung zum Aufbereiten durchläuft.
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Die Antriebseinrichtung dient dem Antreiben des Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Das Antriebsdrehmoment wird mittels der Traktionsmaschine zumindest zeitweise erzeugt. Die zum Betreiben der Traktionsmaschine benötigte elektrische Energie wird mithilfe der Brennstoffzelle bereitgestellt, welcher zu diesem Zweck ein Brennstoff und ein Oxidator zugeführt werden. Aufgrund einer in der Brennstoffzelle zum Bereitstellen der elektrischen Energie ablaufenden chemischen Reaktion fällt in der Brennstoffzelle Wärme an, welche zum zuverlässigen und dauerhaften Betreiben der Brennstoffzelle mit hoher Leistung abgeführt werden muss.
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Hierzu ist die Brennstoffzelle an den Kühlmittelkreislauf angeschlossen, in welchem zumindest zeitweise ein Kühlmittel umgewälzt wird. Bei einem Betrieb des Kühlmittelkreislaufs wird das Kühlmittel zunächst der Brennstoffzelle zugeführt, in welcher es die in dieser anfallende Wärme aufnimmt. Stromabwärts der Brennstoffzelle wird das Kühlmittel dem Kühlmittelkühler zugeführt, welcher dem Kühlen des Kühlmittels und mithin dem Abführen der Wärme dient. Bevorzugt wird mittels des Kühlmittelkühlers die Wärme an eine Außenumgebung des Kraftfahrzeugs abgegeben.
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Das Kühlmittel wird vorzugsweise unmittelbar durch Bipolarplatten der Brennstoffzelle geleitet und beeinflusst daher maßgeblich einen Isolationswiderstand der Brennstoffzelle. Zum Erreichen hoher Wirkungsgrade der Brennstoffzelle muss der Isolationswiderstand ausreichend hoch sein. Vorzugsweise ist der Isolationswiderstand der Brennstoffzelle 100 Ohm/V oder höher. Als Kühlmittel wird aus diesem Grund ein nichtleitendes oder zumindest schlechtleitendes Fluid verwendet, um einen ausreichend hohen Isolationswiderstand der Brennstoffzelle sicherzustellen.
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Während des Betriebs der Brennstoffzelle können in dem Kühlmittelkreislauf Verunreinigungen des Kühlmittels auftreten. Hierdurch kann ein lonenaustrag erfolgen, welcher wiederum den Leitwert des Kühlmittels erhöht, sodass der Isolationswiderstand der Brennstoffzelle sinkt. Aus diesem Grund verfügt der Kühlmittelkreislauf über die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung, welche dem Reinigen beziehungsweise Aufbereiten des Kühlmittels dient. In diesem Zuge werden Verunreinigungen aus dem Kühlmittel entfernt, sodass der Leitwert des Kühlmittels innerhalb zulässiger Grenzen bleibt. Die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung umfasst beispielsweise einen lonenfilter, durch welchen das Kühlmittel hindurchgeleitet wird.
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Die Antriebseinrichtung kann in wenigstens zwei Betriebsarten, nämlich der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart, betrieben werden. Im Rahmen des Betriebs der Antriebseinrichtung wird insoweit zumindest aus diesen beiden Betriebsarten eine Betriebsart ausgewählt und durchgeführt. In der ersten Betriebsart wird die Brennstoffzelle zum Bereitstellen elektrischer Energie betrieben, wobei die Energie entweder unmittelbar zum Betreiben der Traktionsmaschine oder zum Aufladen eines Energiespeichers zur Zwischenspeicherung elektrischer Energie herangezogen wird. Die in dem Energiespeicher zwischengespeicherte elektrische Energie kann bei Bedarf zum Betreiben der Traktionsmaschine verwendet werden. Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, die von der Brennstoffzelle bereitgestellte elektrische Energie teilweise der Traktionsmaschine und teilweise dem Energiespeicher zuzuführen.
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In der ersten Betriebsart wird die Brennstoffzelle mit einer ersten Leistung betrieben, welche von Null verschieden ist. Entsprechend fällt in der Brennstoffzelle Wärme an, welche mittels des Kühlkreislaufs abgeführt werden soll. Zu diesem Zweck wird in der ersten Betriebsart in dem Kühlmittelkreislauf zumindest zeitweise Kühlmittel umgewälzt, nämlich derart, dass das Kühlmittel der Brennstoffzelle, dem Kühlmittelkühler und der Kühlmittelaufbereitungseinrichtung zugeführt wird.
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Hierzu sind die genannten Einrichtungen in Strömungsrichtung hintereinander, also in Reihe, angeordnet. Das Kühlmittel durchströmt also zunächst die Brennstoffzelle. Nach dem Austreten des Kühlmittels aus der Brennstoffzelle wird das Kühlmittel bevorzugt dem Kühlmittelkühler und anschließend der Kühlmittelaufbereitungseinrichtung zugeführt. Die Reihenfolge kann selbstverständlich auch umgekehrt sein, sodass das aus der Brennstoffzelle austretende Kühlmittel zuerst der Kühlmittelaufbereitungseinrichtung und anschließend dem Kühlmittelkühler zugeführt wird.
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Nach dem Durchlaufen sowohl des Kühlmittelkühlers als auch der Kühlmittelaufbereitungseinrichtung wird das Kühlmittel vorzugsweise erneut der Brennstoffzelle zugeführt. Es sei darauf hingewiesen, dass nicht das gesamte der Brennstoffzelle zugeführte Kühlmittel sowohl den Kühlmittelkühler als auch die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung durchlaufen haben muss. Vielmehr ist es ausreichend, dass dies für einen Teil des Kühlmittels zutrifft. Es kann also vorgesehen sein, einen Teil des Kühlmittels um den Kühlmittelkühler und/oder die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung herumzuführen, insbesondere mittels eines entsprechenden Bypasses. In jedem Fall sind jedoch der Kühlmittelkühler und die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung strömungstechnisch in Reihe geschaltet.
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Die zweite Betriebsart folgt auf das Betriebsende der Traktionsmaschine. Im Zuge der zweiten Betriebsart ist die Brennstoffzelle außer Betrieb oder stellt eine zweite Leistung bereit, welche kleiner ist als die erste Leistung. Bevorzugt wird in der zweiten Betriebsart die Zufuhr des Brennstoffs und/oder des Oxidators zu der Brennstoffzelle unterbrochen, sodass in dieser keine chemische Reaktion abläuft oder zumindest allenfalls in geringem Ausmaß. Die zweite Betriebsart schließt sich bevorzugt unmittelbar an das Betriebsende an, wird also in Form eines Nachlaufs durchgeführt. Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Betriebsart zeitlich beabstandet von dem Betriebsende der Traktionsmaschine durchgeführt wird.
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Das Betriebsende der Traktionsmaschine entspricht bevorzugt einem Betriebsende des Kraftfahrzeugs, also einem Abstellen des Kraftfahrzeugs und einem Deaktivieren der Traktionsmaschine, sodass das Kraftfahrzeug nach dem Betriebsende im Stillstand vorliegt. Auf das Betriebsende folgt üblicherweise ein erneuter Betriebsbeginn der Traktionsmaschine, zu welchem bevorzugt in die erste Betriebsart der Antriebseinrichtung umgeschaltet wird. Es sei darauf hingewiesen, dass anstelle des Betriebsendes der Traktionsmaschine alternativ auch das Betriebsende der Brennstoffzelle und analog anstelle des Betriebsbeginns der Traktionsmaschine der Betriebsbeginn der Brennstoffzelle verwendet werden kann.
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In der zweiten Betriebsart soll das Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf derart umgewälzt werden, dass es die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung zum Aufbereiten des Kühlmittels durchläuft. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass das Kühlmittel in der zweiten Betriebsart zumindest teilweise oder sogar vollständig um den Kühlmittelkühler und/oder die Brennstoffzelle herumgeführt wird. Beispielsweise wird in der zweiten Betriebsart das Kühlmittel unter Umgehung des Kühlmittelkühlers durch die Brennstoffzelle und die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung gefördert. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn zusätzlich das Kühlmittel um die Brennstoffzelle herumgeführt wird, sodass das in dem Kühlmittelkreislauf vorliegende Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf umgewälzt und dabei durch die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung geführt wird.
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In der ersten Betriebsart soll das Hauptaugenmerk auf ein möglichst effizientes Kühlen der Brennstoffzelle gerichtet sein. Dem steht das Durchlaufen der Kühlmittelaufbereitungseinrichtung durch das Kühlmittel entgegen. Aus diesem Grund soll in der ersten Betriebsart weniger Kühlmittel die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung durchströmen als in der zweiten Betriebsart.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Aufbereitungsbetrieb zumindest zeitweise als ein sich unmittelbar an das Betriebsende der Traktionsmaschine anschließender Nachlaufbetrieb durchgeführt wird. Unmittelbar vor dem Betriebsende wird die Antriebseinrichtung vorzugsweise in der ersten Betriebsart betrieben und unmittelbar zum Betriebsende von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart umgeschaltet. Dies ist insbesondere der Fall, falls der Leitwert des Kühlmittels an dem Betriebsende einen Grenzwert überschreitet.
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Eine derartige Vorgehensweise ist vorteilhaft, weil bei dem auf das Betriebsende folgenden Betriebsbeginn der Traktionsmaschine bevorzugt der Leitwert des Kühlmittels und/oder der Isolationswiderstand der Brennstoffzelle ermittelt, beispielsweise gemessen wird. Überschreitet der Leitwert einen Leitwertgrenzwert oder unterschreitet der Isolationswiderstand einen Isolationswiderstandsgrenzwert, so wird der Betrieb der Brennstoffzelle unterbunden. Beispielsweise muss das Kraftfahrzeug in diesem Fall in eine Werkstatt verbracht werden. Dies kann durch das Durchführen des Nachlaufbetriebs zuverlässig verhindert werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Aufbereitungsbetrieb zumindest zeitweise als ein auf das Betriebsende der Traktionsmaschine folgender Ladebetrieb durchgeführt wird, während dem ein Energiespeicher der Antriebseinrichtung mittels extern bereitgestellter elektrischer Energie geladen wird. Zur Durchführung des Ladebetriebs wird der Energiespeicher elektrisch mit einer externen Energiequelle verbunden. Die Energie kann dem Energiespeicher beispielsweise drahtgebunden oder drahtlos zugeführt werden.
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Bei einer derartigen Vorgehensweise kann der Aufbereitungsbetrieb unmittelbar auf das Betriebsende folgen oder erst zeitlich beabstandet von dem Betriebsende der Traktionsmaschine eingeleitet werden. Es kann hierbei auch der Fall auftreten, dass der Aufbereitungsbetrieb sich unmittelbar bis zu einem erneuten Betriebsbeginn der Traktionsmaschine erstreckt. Bevorzugt ist jedoch der Aufbereitungsbetrieb zeitlich gesehen vor dem Betriebsbeginn beendet, sodass schlussendlich der Aufbereitungsbetrieb zeitlich beabstandet von dem Betriebsbeginn durchgeführt und beendet wird.
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Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Kühlmittelkreislauf während des Ladebetriebs mit der extern bereitgestellten Energie betrieben wird. Bevorzugt wird der Kühlmittelkreislauf ausschließlich mittels der extern bereitgestellten Energie betrieben. Dies ist besonders vorteilhaft, weil in diesem Fall dem Energiespeicher der Antriebseinrichtung keine Energie zum Betreiben des Kühlmittelkreislaufs entnommen werden muss. Allgemein ausgedrückt kann es vorgesehen sein, dass in der zweiten Betriebsart der Kühlmittelkreislauf zunächst dem Energiespeicher entnommener elektrischer Energie betrieben wird.
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Sollte während der zweiten Betriebsart die extern bereitgestellte elektrische Energie vorliegen beziehungsweise der Antriebseinrichtung zugeführt werden, so kann ein Teil dieser elektrischen Energie zum Betreiben des Kühlmittelkreislaufs herangezogen werden. Soll der Aufbereitungsbetrieb auch nach dem vollständigen Aufladen des Energiespeichers weiter durchgeführt werden, also beispielsweise falls die Bereitstellung der elektrischen Energie unterbrochen beziehungsweise abgeschlossen ist, so kann der Aufbereitungsbetrieb beispielsweise mit dem Energiespeicher entnommener elektrischer Energie fortgesetzt werden.
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Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühlmittelkreislauf während des Ladebetriebs zum Kühlen des Energiespeichers und/oder einer Ladeelektronik des Energiespeichers verwendet wird. Der Kühlmittelkreislauf dient insoweit nicht nur dem Kühlen beziehungsweise Temperieren der Brennstoffzelle, sondern zudem dem Kühlen beziehungsweise Temperieren des Energiespeichers und/oder seiner Ladeelektronik.
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Die Ladeelektronik dient dem Zuführen von der elektrischen Energie zu dem Energiespeicher. Insoweit ist zum Laden des Energiespeichers der Energiespeicher über die Ladeelektronik mit der externen Energiequelle verbunden. Der Energiespeicher und/oder die Ladeelektronik können in dem Kühlmittelkreislauf beispielsweise parallel zu der Brennstoffzelle vorliegen, wobei besonders bevorzugt mittels eines Stellventils ein erster Anteil des Kühlmittels der Brennstoffzelle und ein zweiter Anteil dem Energiespeicher und/oder der Ladeelektronik zugeführt werden kann.
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Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennstoffzelle nach dem Betriebsende der Traktionsmaschine zum Bereitstellen elektrischer Energie zum Betreiben des Kühlmittelkreislaufs während des Aufbereitungsbetriebs verwendet wird. Das bedeutet, dass die Brennstoffzelle während der zweiten Betriebsart elektrische Energie bereitstellt, nämlich mit der vorstehend bereits erwähnten zweiten Leistung, welche kleiner ist als die erste Leistung.
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Bevorzugt wird die Brennstoffzelle derart betrieben, dass die von ihr bereitgestellte elektrische Leistung gerade ausreicht, um den Kühlmittelkreislauf mitsamt der Kühlmittelaufbereitungseinrichtung zu betreiben. Die Brennstoffzelle soll in der zweiten Betriebsart also auch nach dem Betriebsende der Traktionsmaschine weiterbetrieben werden, allerdings mit reduzierter Leistung. Dies hat den Vorteil, dass dem Energiespeicher keine elektrische Energie zum Betreiben des Kühlmittelkreislaufs entnommen werden muss, sodass bei einem Betriebsbeginn der Traktionsmaschine derselbe oder nahezu derselbe Ladestand des Energiespeichers zum Betreiben der Traktionsmaschine zur Verfügung steht wie an dem Betriebsende.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Aufbereitungsbetrieb nur durchgeführt wird, wenn eine Leitfähigkeit des Kühlmittels einen Leitfähigkeitsgrenzwert überschreitet. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Die Leitfähigkeit des Kühlmittels wird bevorzugt mittels eines Sensors gemessen. Beispielsweise wird hierzu der Isolationswiderstand der Brennstoffzelle ermittelt, insbesondere gemessen, und aus diesen auf die Leitfähigkeit des Kühlmittels geschlossen. Das Durchführen des Aufbereitungsbetriebs nur unter der genannten Bedingung hat den Vorteil, dass die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung nur betrieben wird, falls dies tatsächlich notwendig ist. Entsprechend kann elektrische Energie eingespart werden.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein über einen die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung überbrückenden Aufbereitungsbypass geführter Anteil des Kühlmittels einstellbar ist, wobei in der ersten Betriebsart der durch den Aufbereitungsbypass geführte Anteil größer ist als in der zweiten Betriebsart. Der Aufbereitungsbypass ist der Kühlmittelaufbereitungseinrichtung strömungstechnisch parallel geschaltet, sodass das Kühlmittel entweder vollständig durch die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung oder den Aufbereitungsbypass geführt oder auf die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung und den Aufbereitungsbypass aufgeteilt wird.
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Hierzu ist der Anteil des Kühlmittels einstellbar, beispielsweise mithilfe eines entsprechenden Stellventils. Bevorzugt ist der Anteil des Kühlmittels mithilfe des Stellventils stetig einstellbar. In diesem Fall kann es beispielsweise vorgesehen sein, den Anteil des Kühlmittels, welcher die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung durchströmt, unter Verwendung der Leitfähigkeit des Kühlmittels beziehungsweise des Isolationswiderstands der Brennstoffzelle einzustellen, beispielsweise steuernd und/oder regelnd.
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Schließlich kann im Rahmen einer besonders bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass ein über ein den Kühlmittelkühler überbrückenden Kühlerbypass geführter Anteil des Kühlmittels einstellbar ist, wobei in der ersten Betriebsart der durch den Kühlerbypass geführte Anteil zumindest zeitweise größer ist als in der zweiten Betriebsart. Wie vorstehend bereits erläutert, soll in der ersten Betriebsart hauptsächlich eine gute Kühlung der Brennstoffzelle umgesetzt werden. Aus diesem Grund soll in der ersten Betriebsart mehr Kühlmittel durch den Kühlmittelkühler durch den Kühlmittelkühler geführt werden als in der zweiten Betriebsart, in welcher die Brennstoffzelle nicht oder allenfalls mit geringer Leistung betrieben wird, sodass keine Kühlung oder allenfalls eine Kühlung in geringem Ausmaß notwendig ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, mit wenigstens einer Traktionsmaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs sowie zumindest einer Brennstoffzelle zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Betreiben der Traktionsmaschine, wobei die Brennstoffzelle an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist und ihr zumindest zeitweise zum Kühlen Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf zugeführt wird, und wobei der Kühlmittelkreislauf wenigstens einen Kühlmittelkühler und eine Kühlmittelaufbereitungseinrichtung aufweist.
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Dabei ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung dazu ausgebildet ist, in einer ersten Betriebsart den Kühlmittelkühler und die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung strömungstechnisch in Reihe zu schalten, sodass der zum Bereitstellen elektrischer Energie betriebenen Brennstoffzelle wenigstens zeitweise zumindest zum Teil Kühlmittel zugeführt wird, das sowohl den Kühlmittelkühler als auch die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung durchlaufen hat, wobei in einer zweiten Betriebsart ein auf ein Betriebsende der Traktionsmaschine folgender Aufbereitungsbetrieb erfolgt, während dem in dem Kühlmittelkreislauf Kühlmittel derart umgewälzt wird, dass es die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung zum Aufbereiten durchläuft.
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Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
- Figur eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer Antriebseinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug, welche über eine Traktionsmaschine 2 zum Antreiben des Kraftfahrzeugs verfügt. Die zum Betreiben der Traktionsmaschine 2 notwendige elektrische Energie kann zumindest teilweise mittels einer Brennstoffzelle 3 bereitgestellt werden. Die Brennstoffzelle 3 wird während ihres Betriebs von Brennstoff und einem Oxidator durchströmt, welche in der Brennstoffzelle 3 katalytisch unterstützt miteinander reagieren. Die elektrische Energie wird von der Brennstoffzelle 3 an Polen 4 und 5 bereitgestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass die hier dargestellte elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle 3 und der Traktionsmaschine 2 rein schematischer Natur ist.
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Zur Kühlung der Brennstoffzelle 3 ist ein Kühlmittelkreislauf 6 vorgesehen, an welchen die Brennstoffzelle 3 strömungstechnisch angeschlossen ist. Der Kühlmittelkreislauf 6 verfügt über eine Kühlmittelpumpe 7, einen Kühlmittelkühler 8 sowie eine Kühlmittelaufbereitungseinrichtung 9. Die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung 9 liegt bevorzugt in Form eines lonentauschers vor. In dem Kühlmittelkreislauf 6 wird zumindest zeitweise ein Kühlmittel umgewälzt, was durch die nicht näher gekennzeichneten Pfeile angedeutet ist.
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Die Antriebseinrichtung 1 beziehungsweise der Kühlmittelkreislauf 6 kann in einer von mehreren Betriebsarten betrieben werden. In einer ersten Betriebsart sind der Kühlmittelkühler 8 und die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung 9 strömungstechnisch in Reihe geschaltet. Zusätzlich liegt die Brennstoffzelle 3 strömungstechnisch in Reihe mit dem Kühlmittelkühler 8 und der Kühlmittelaufbereitungseinrichtung 9 vor, sodass schlussendlich der Brennstoffzelle 3 in der ersten Betriebsart Kühlmittel zugeführt wird, das sowohl den Kühlmittelkühler 8 als auch die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung 9 durchlaufen hat. Die erste Betriebsart wird durchgeführt, während die Brennstoffzelle 3 zum Bereitstellen elektrischer Energie betrieben wird.
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Eine zweite Betriebsart wird hingegen durchgeführt, wenn die Brennstoffzelle 3 außer Betrieb ist oder allenfalls eine geringe elektrische Leistung bereitstellt. Bevorzugt wird die zweite Betriebsart nach einem Betriebsende der Traktionsmaschine 2 durchgeführt. In der zweiten Betriebsart soll in dem Kühlmittelkreislauf 6 das Kühlmittel derart umgewälzt werden, dass es die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung 9 zum Aufbereiten durchläuft. Besonders bevorzugt wird hierbei der Kühlmittelkühler 8 umgangen, sodass das Kühlmittel allein die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung 9 und die Brennstoffzelle 3 durchströmt, jedoch um den Kühlmittelkühler 8 herumgeführt wird.
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Zur Umsetzung der beiden Betriebsarten verfügt der Kühlmittelkreislauf 6 über einen Aufbereitungsbypass 10 und einen Kühlerbypass 11. Mittels des Aufbereitungsbypasses 10 ist Kühlmittel um die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung 9 herumführbar. Analog hierzu ist durch den Kühlerbypass 11 Kühlmittel um den Kühlmittelkühler 8 herumführbar. Der Aufbereitungsbypass 10 liegt insoweit strömungstechnisch parallel zu der Kühlmittelaufbereitungseinrichtung 9 und der Kühlerbypass 11 strömungstechnisch parallel zu dem Kühlmittelkühler 8 vor.
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Der Kühlmittelaufbereitungseinrichtung 9 ist ein Stellventil 12 zugeordnet, mittels welchem der Anteil des Kühlmittels eingestellt werden kann, welcher die Kühlmittelaufbereitungseinrichtung 9 durchströmt. Das restliche Kühlmittel strömt parallel zu der Kühlmittelaufbereitungseinrichtung 9 durch den Aufbereitungsbypass 10. Beispielsweise ist das Stellventil 12 strömungstechnisch in Reihe mit der Kühlmittelaufbereitungseinrichtung 9 vorgesehen, sodass insgesamt die Anordnung aus Kühlmittelaufbereitungseinrichtung 9 und Stellventil 12 strömungstechnisch parallel zu dem Aufbereitungsbypass 10 vorliegt.
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Weiterhin ist mittels eines Stellventils 13 der Anteil des Kühlmittels einstellbar, der durch den Kühlerbypass 11 geführt wird. Das restliche Kühlmittel durchströmt wiederum den Kühlmittelkühler 8. Das Stellventil 13 ist beispielsweise in dem Kühlerbypass 11 angeordnet und liegt mithin strömungstechnisch parallel zu dem Kühlmittelkühler 8 vor. Auch andere strömungstechnische Anordnungen der Stellventile 12 und 13 können jedoch ohne weiteres umgesetzt werden.
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Die hier beschriebene Antriebseinrichtung 1 beziehungsweise das im Rahmen dieser Beschreibung erläuterte Verfahren ermöglichen einerseits ein äußerst effizientes Kühlen der Brennstoffzelle 3 während ihres Betriebs zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Betreiben der Traktionsmaschine 2 und andererseits ein effektives Aufbereiten des Kühlmittels mittels der Kühlmittelaufbereitungseinrichtung 9.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015215790 A1 [0002]
