DE102018218323A1 - Method for operating a fuel cell device assigned to a motor vehicle and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer einem Kraftfahrzeug zugeordneten Brennstoffzellenvorrichtung, die einen in einem Kühlmittelkreislauf (2) mit einem Hauptwasserkühler (3) und einer Kühlmittelpumpe (4) eingebundenen Brennstoffzellenstapel (1) aufweist, umfassend die Schritte des Erkennens eines Bremsvorganges (8) und Nutzung der dabei gewonnenen rekuperierten Energie zur Senkung der Temperatur eines im Kühlmittelkreislauf (2) zirkulierenden Kühlmittels. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for operating a fuel cell device assigned to a motor vehicle, which has a fuel cell stack (1) integrated in a coolant circuit (2) with a main water cooler (3) and a coolant pump (4), comprising the steps of detecting a braking process (8). and use of the recuperated energy obtained thereby to lower the temperature of a coolant circulating in the coolant circuit (2). The invention further relates to a motor vehicle.

Description

Die Erfindung ist gebildet durch ein Verfahren zum Betreiben einer einem Kraftfahrzeug zugeordneten Brennstoffzellenvorrichtung, die einen in einem Kühlmittelkreislauf mit einem Hauptwasserkühler und einer Kühlmittelpumpe eingebundenen Brennstoffzellenstapel aufweist, umfassend die Schritte des Erkennens eines Bremsvorganges und Nutzung der dabei gewonnenen rekuperierten Energie zur Senkung der Temperatur eines im Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug.The invention is formed by a method for operating a fuel cell device assigned to a motor vehicle, which has a fuel cell stack integrated in a coolant circuit with a main water cooler and a coolant pump, comprising the steps of recognizing a braking process and using the recuperated energy obtained in this way to lower the temperature of an Coolant circuit circulating coolant. The invention further relates to a motor vehicle.

Es ist ein aktuelles Bemühen, die Elektromobilität weiter zu stärken und dazu geeignete Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen, die möglichst effizient betrieben werden können. Bei Kraftfahrzeugen, denen ein elektrisch betriebener Traktionsmotor zugeordnet ist, besteht die Möglichkeit, die dafür erforderliche elektrische Energie in einer Batterie, genauer in einem Akkumulator bereitzustellen, der möglichst groß dimensioniert ist, um eine angemessene Reichweite des Kraftfahrzeuges zu ermöglichen. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die erforderliche elektrische Energie durch eine Brennstoffzellenvorrichtung zu erzeugen, da so die Batterie kleiner dimensioniert werden kann, wodurch Bauraum eingespart wird, weniger Masse mit dem Kraftfahrzeug bewegt werden muss und die für eine größer dimensionierte Batterie benötigten Ressourcen eingespart werden.It is a current effort to further strengthen electromobility and to provide suitable devices that can be operated as efficiently as possible. In the case of motor vehicles to which an electrically operated traction motor is assigned, there is the possibility of providing the electrical energy required for this in a battery, more precisely in an accumulator, which is dimensioned as large as possible in order to enable an adequate range of the motor vehicle. Alternatively, there is also the possibility of generating the required electrical energy by means of a fuel cell device, since the battery can be dimensioned smaller in this way, which saves installation space, less mass has to be moved by the motor vehicle and the resources required for a larger-sized battery are saved.

Weiterhin ist es bekannt, dass die bei einem Bremsvorgang umgewandelte kinetische Energie rekuperiert und in der Batterie gespeichert werden kann. Mit Brennstoffzellenvorrichtung ausgestattete Kraftfahrzeuge sind hierbei im Nachteil, da die dabei eingesetzten relativ kleinen Batterien die beim Bremsvorgang rekuperierte Leistung nicht nutzen können, so dass die Gesamtsystemeffizienz reduziert ist.Furthermore, it is known that the kinetic energy converted during a braking operation can be recuperated and stored in the battery. Motor vehicles equipped with a fuel cell device are at a disadvantage here because the relatively small batteries used here cannot use the power recuperated during the braking process, so that the overall system efficiency is reduced.

In der US 2016/0036072 A1 ist bei einem Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung das Problem eines Kaltstartes angesprochen und zur Verminderung der damit verbundenen Probleme vorgeschlagen, bezüglich der Luftversorgung des Brennstoffzellenstapels einen Bypass vorzusehen, mit dem der Befeuchter umgangen werden kann, wobei zusätzlich der Bypass durch einen Kühlmittelwärmetauscher geführt ist. Damit besteht die Möglichkeit, bei einem Abstellen der Brennstoffzellenvorrichtung unter Frostbedingungen Feuchtigkeit aus dem Brennstoffzellenstapel zu entfernen, indem die Temperatur der dem Brennstoffzellenstapel zugeführten Luft angehoben und das Zuführen zusätzlicher Feuchtigkeit durch Umgehung des Befeuchters vermieden wird. Zusätzlich wird der Vorteil angegeben, dass auch bei fehlender Zirkulation des Kühlmittels der Kühlmittelwärmetauscher durch den durch den Bypass geleiteten Luftstrom beim Bremsen gekühlt werden kann.In the US 2016/0036072 A1 the problem of a cold start is addressed in a motor vehicle with a fuel cell device and, in order to reduce the problems associated therewith, it is proposed to provide a bypass with respect to the air supply to the fuel cell stack with which the humidifier can be bypassed, the bypass additionally being passed through a coolant heat exchanger. This makes it possible to remove moisture from the fuel cell stack when the fuel cell device is switched off under frost conditions by raising the temperature of the air supplied to the fuel cell stack and avoiding the supply of additional moisture by bypassing the humidifier. In addition, the advantage is indicated that even if the coolant is not circulated, the coolant heat exchanger can be cooled by the air flow conducted through the bypass during braking.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Nachteile eines mit einer Brennstoffzellenvorrichtung und einer relativ kleinen Batterie ausgestatteten Kraftfahrzeuges vermindert oder beseitigt. Aufgabe ist es weiterhin, ein verbessertes Kraftfahrzeug bereitzustellen.The invention has for its object to provide a method which reduces or eliminates the disadvantages of a motor vehicle equipped with a fuel cell device and a relatively small battery. Another object is to provide an improved motor vehicle.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method with the features of claim 1 and by a motor vehicle with the features of claim 6. Advantageous refinements with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die beim rekuperativen Bremsen aus der kinetischen Energie gewonnene Energie nicht zwingend in der Batterie gespeichert werden muss, sondern eine sinnvolle Verwendung auch dadurch möglich ist, dass die bei einer Brennstoffzellenvorrichtung vorhandenen Nebenaggregate versorgt werden, wobei zusätzlich erkannt wurde, dass die bereitgestellte Energie in vorteilhafter Weise zur Senkung der Temperatur eines im Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels genutzt wird, da so eine nachfolgende stärkere Temperaturerhöhung des Kühlmittels, also eine längere und stärkere Belastung der Brennstoffzellenvorrichtung möglich ist, bevor temperaturbedingt ein Derating, also eine Leistungsdrosselung erfolgen muss.The invention is based on the knowledge that the energy obtained from the kinetic energy during recuperative braking does not necessarily have to be stored in the battery, but that it can be used sensibly by supplying the auxiliary units present in a fuel cell device, with additional recognition being carried out was that the energy provided is advantageously used to lower the temperature of a coolant circulating in the coolant circuit, since a subsequent greater increase in the temperature of the coolant, i.e. a longer and greater load on the fuel cell device, is thus possible before temperature-related derating, that is to say a power reduction got to.

Als besonders zweckmäßig hat sich dabei erwiesen, wenn bei dem Erkennen eines Bremsvorganges eine Reduktion der Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels und ein Weiterbetreiben der Kühlmittelpumpe mittels der beim Bremsvorgang gewonnenen rekuperierten Energie und zumindest ein teilweises Abzweigen des Kühlmittels in einen den Brennstoffzellenstapel umgehenden Bypass erfolgt, in dem eine durch die gewonnene rekuperierte Energie betriebene Wärmepumpe die Kühlung des im Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels bewirkt. Durch dieses Verfahren erfolgt eine besonders große Steigerung der Effizienz der Brennstoffzellenvorrichtung, da zum Einen deren Leistungsabgabe reduziert werden kann und darüber hinaus durch zusätzlichen Energieeinsatz, der aber durch die beim Bremsvorgang gewonnene rekuperierte Energie gedeckt wird, eine aktive Kühlung des im Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels erfolgt, das Kühlmittel also von der Wärmebelastung entladen wird und einen entleerten Speicher für eine zukünftige Wärmebeladung bildet. Die Vorteile sind beispielsweise besonders bei hochlastigen Autobahnfahrten mit schnell abwechselnden Volllast- und Bremsphasen zu erkennen, da ein stärker reproduzierbares Fahrverhalten erreicht wird, weil in Bremsphasen über die Kühlmittelpumpe weiterhin ein Volumenstrom gefördert und über die Wärmepumpe das Kühlmittel und der Hauptwasserkühler aktiv heruntergekühlt werden. Die Speicherung der beim Bremsvorgang gewonnenen rekuperierten Energie erfolgt damit nicht notwendig exklusiv in einer Batterie, sondern kann als Kühläquivalent betrachtet werden. Ausgehend von der reduzierten Temperatur im Kühlmittelkreislauf kann eine nach dem Bremsvorgang folgende starke Beschleunigung verlängert durchgeführt werden.It has proven to be particularly expedient if, when a braking operation is detected, the power output of the fuel cell stack is reduced and the coolant pump continues to be operated by means of the recuperated energy obtained during the braking operation, and at least a partial branching off of the coolant into a bypass that bypasses the fuel cell stack, in which one by means of the recuperated energy-operated heat pump which cools the coolant circulating in the coolant circuit. This method results in a particularly large increase in the efficiency of the fuel cell device, since, on the one hand, its power output can be reduced and, moreover, active cooling of the coolant circulating in the coolant circuit takes place through additional energy use, but which is covered by the recuperated energy obtained during the braking process, the coolant is therefore discharged from the heat load and forms an emptied storage for a future heat load. The advantages can be seen, for example, in particular on high-load motorway journeys with rapidly alternating full load and braking phases, since a more reproducible one Driving behavior is achieved because in braking phases, a volume flow continues to be conveyed via the coolant pump and the coolant and the main water cooler are actively cooled down via the heat pump. The recuperated energy obtained during braking is therefore not necessarily stored exclusively in a battery, but can be viewed as a cooling equivalent. On the basis of the reduced temperature in the coolant circuit, a strong acceleration following the braking process can be carried out in an extended manner.

Günstig ist es weiterhin, wenn die Reduktion der Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels vollständig und die Versorgung der in der Brennstoffzellenvorrichtung vorhandenen Nebenaggregate mittels der beim Bremsvorgang gewonnenen rekuperierten Energie erfolgt. Dies bewirkt eine weitergehende Schonung der Brennstoffzellenvorrichtung, reduziert den Verbrauch der zum Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung erforderlichen Reaktanten und steigert damit insgesamt die Effizienz der Brennstoffzellenvorrichtung.It is also expedient if the reduction in the power output of the fuel cell stack is carried out completely and the auxiliary units present in the fuel cell device are supplied by means of the recuperated energy obtained during the braking process. This causes further protection of the fuel cell device, reduces the consumption of the reactants required to operate the fuel cell device and thus increases the overall efficiency of the fuel cell device.

Vorgesehen ist weiterhin, dass beim Beenden des Bremsvorgangs der Bypass wieder geschlossen und die Reduktion der Leistungsabgabe durch den Brennstoffzellenstapel beendet wird, der ausgehend von einer niedrigeren Temperatur des Kühlmittels für eine verlängerte Hochlastphase bereitgehalten wird.It is furthermore provided that when the braking process is ended, the bypass is closed again and the reduction in the power output is ended by the fuel cell stack, which is kept ready for an extended high-load phase on the basis of a lower temperature of the coolant.

Möglich ist es weiterhin, dass der Bypass als Kühlmittelspeicher genutzt wird, also durch das Öffnen des Bypasses eine vergrößerte Menge des Kühlmittels bereitgestellt wird, wobei diese zuvor nicht im Kühlmittelkreislauf zirkulierende Menge des Kühlmittels thermisch nicht im gleichen Umfang beladen ist, sodass auch dadurch eine Senkung der Temperatur des insgesamt zirkulierenden Kühlmittels erreicht ist.It is also possible for the bypass to be used as a coolant store, that is to say by opening the bypass, an increased amount of the coolant is made available, this amount of coolant not previously circulating in the coolant circuit not being thermally loaded to the same extent, so that this also results in a reduction the temperature of the total circulating coolant is reached.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug verfügt über eine Brennstoffzellenvorrichtung, die einen in einem Kühlkreislauf mit einem Hauptwasserkühler und einer Kühlmittelpumpe eingebundenen Brennstoffzellenstapel aufweist, wobei stromab der Kühlmittelpumpe und stromauf des Brennstoffzellenstapels ein Bypass an den Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist, der den Brennstoffzellenstapel umgeht und stromab von diesem wieder in den Kühlkreislauf mündet, wobei in dem Bypass eine Wärmepumpe angeordnet ist und wobei Versorgungsleitungen zur Bereitstellung der bei einem Bremsvorgang gewonnenen rekuperierten Energie an die Kühlmittelpumpe und die Wärmepumpe vorgesehen sind. Die Versorgungsleitungen können dabei insbesondere die für den Standardbetrieb bereitgestellten Versorgungsleitungen sein, bei denen lediglich sichergestellt sein muss, dass die bei dem Rekuperationsvorgang gewonnene Energie zumindest mittelbar in das entsprechende Netz eingespeist werden kann.The motor vehicle according to the invention has a fuel cell device which has a fuel cell stack integrated in a cooling circuit with a main water cooler and a coolant pump, a bypass being connected to the coolant circuit downstream of the coolant pump and upstream of the fuel cell stack, said bypass bypassing the fuel cell stack and downstream of it again into the Cooling circuit opens, wherein a heat pump is arranged in the bypass and supply lines are provided to provide the recuperated energy obtained during a braking process to the coolant pump and the heat pump. The supply lines can in particular be the supply lines provided for standard operation, for which it only has to be ensured that the energy obtained during the recuperation process can be fed at least indirectly into the corresponding network.

Ein schneller Wechsel zwischen den Betriebszuständen lässt sich realisieren, indem dem Bypass mindestens ein Ventil zugeordnet ist, wobei auch bei jedem Abzweig des Bypass ein Ventil angeordnet sein kann.A quick change between the operating states can be achieved by assigning at least one valve to the bypass, wherein a valve can also be arranged at each branch of the bypass.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass der Leitungsquerschnitt des Bypasses durch dessen Eignung als Kühlmittelspeicher bestimmt ist; also nicht die Notwendigkeit besteht, dass der Leitungsquerschnitt des Bypass identisch zu dem Leitungsquerschnitt des Kühlmittelkreislaufes ist, sondern auch vergrö-ßert sein kann, wenn dadurch ohne erhöhte Anforderungen an den Bauraum ein vergrößerter Kühlmittelspeicher bereitgestellt werden kann.There is also the possibility that the line cross section of the bypass is determined by its suitability as a coolant store; there is therefore no need for the line cross section of the bypass to be identical to the line cross section of the coolant circuit, but also for it to be enlarged if an enlarged coolant store can thereby be provided without increased demands on the installation space.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung des zur Erläuterung der Erfindung erforderlichen Teils einer Brennstoffzellenvorrichtung,
  • 2 eine schematische Darstellung der Ergänzung des Kühlkreislaufs durch den Bypass,
  • 3 eine zeitabhängige Darstellung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges mit schnell wechselnden Volllast- und Rekuperationsphasen, und
  • 4 eine zeitabhängige Darstellung der Temperatur des Kühlmittels am Eingang 20 des Hauptwasserkühlers und am Ausgang 22 des Hauptwasserkühler, gezeigt für die Fälle der Nutzung rekuperierter Energie 21 und ohne Nutzung 23 (untere Abbildung) und die durch das Gesamtsystem verfügbare Leistung gezeigt für die Fälle mit 24 und ohne 25 Nutzung der durch die rekuperierte Energie versorgten Wärmepumpe.
Further advantages, features and details of the invention result from the claims, the following description of preferred embodiments and with reference to the drawings. Show:
  • 1 1 shows a schematic illustration of the part of a fuel cell device required to explain the invention,
  • 2nd a schematic representation of the addition of the cooling circuit by the bypass,
  • 3rd a time-dependent representation of the speed of a motor vehicle with rapidly changing full load and recuperation phases, and
  • 4th a time-dependent representation of the temperature of the coolant at the entrance 20th of the main water cooler and at the exit 22 of the main water cooler, shown for the use of recuperated energy 21 and without use 23 (lower figure) and the power available through the entire system shown for the cases with 24th and without 25th Use of the heat pump supplied by the recuperated energy.

In der 1 ist von einer Brennstoffzellenrichtung nur der zur Erläuterung der Erfindung erforderliche Teil gezeigt, nämlich der Brennstoffzellenstapel 1 mit einer Mehrzahl in Reihe zusammengefasster Brennstoffzellen, für dessen Temperierung ein Kühlmittelkreislauf 2 vorgesehen ist mit einem Hauptwasserkühler 3 und einer Kühlmittelpumpe 4. Dieses System dient dazu, das in dem Brennstoffzellenstapel 1 mit Wärme beladene Kühlmittel bis zu einer Grenztemperatur herunter zu kühlen, damit bei einer nachfolgenden erhöhten Leistungsanforderung an den Brennstoffzellenstapel 1, dessen Betrieb im bevorzugten Temperaturintervall sichergestellt ist und kein Derating, also keine Leistungsreduktion erfolgen muss, um die Einhaltung der erlaubten Grenzen des Temperaturintervalls sicherzustellen. Die Grenztemperatur wird dabei so gewählt, dass nachfolgend ein störungsfreier Betrieb sichergestellt ist; 50°C sind ein geeigneter Wert, der auch bei einer nachfolgenden Bergabfahrt ein Gefrieren des Kühlmittels vermeidet. Verbleibt das Kühlmittel im Bypass, kann dafür die Grenztemperatur durch Betrieb der Wärmepumpe bei 20°C erreicht werden.In the 1 of a fuel cell direction, only the part required to explain the invention is shown, namely the fuel cell stack 1 with a plurality of fuel cells combined in a row, for the temperature control of which a coolant circuit 2nd is provided with a main water cooler 3rd and a coolant pump 4th . This system is used in the fuel cell stack 1 to cool down heat-laden coolants to a limit temperature, so that in the event of a subsequent increased performance requirement on the fuel cell stack 1 , the operation of which is ensured in the preferred temperature interval and no derating, ie none Power reduction must take place to ensure compliance with the permitted limits of the temperature interval. The limit temperature is chosen so that subsequently trouble-free operation is ensured; 50 ° C is a suitable value that prevents the coolant from freezing, even when driving downhill. If the coolant remains in the bypass, the limit temperature can be reached by operating the heat pump at 20 ° C.

In einem Kraftfahrzeug mit Brennstoffzellenvorrichtung finden häufig Bremsvorgänge 8 statt, bei denen kinetische Energie umgewandelt und beispielsweise durch Rekuperation als elektrische Energie in der Batterie der Brennstoffzellenvorrichtung bzw. des Kraftfahrzeuges gespeichert werden kann. Da bei mit Brennstoffzellenvorrichtungen ausgestatteten Kraftfahrzeugen diese Batterie relativ klein ist, ist auch die Möglichkeit der Nutzung der durch den Bremsvorgang 8 bereitgestellten rekuperierten Energie begrenzt und es ist ein Weg aufgezeigt, diese Energie zur Steigerung der Effizienz zu verwenden, indem eine Senkung der Temperatur des im Kühlmittelkreislauf 2 zirkulierenden Kühlmittels bewirkt wird. Dazu wird bei dem Erkennen eines Bremsvorganges 8 zunächst eine Reduktion der Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels 1 bewirkt, die sogar vollständig bis zum Abschalten des Brennstoffzellenstapels 1 erfolgen kann. Ein Weiterbetreiben der Kühlmittelpumpe 4 mittels der beim Bremsvorgang gewonnenen rekuperierten Energie ist sichergestellt, wobei das Kühlmittel in einen den Brennstoffzellenstapel 1 bei 9, 10 umgehenden Bypass 5 gepumpt wird. In diesem Bypass 5 ist eine Wärmepumpe 6 angeordnet, die mit der gewonnenen rekuperierten Energie betrieben wird, um die Kühlung des im Kühlmittelkreislauf 2 zirkulierenden Kühlmittels zu bewirken. Das Öffnen und Schließen des Bypasses 5 kann dabei insbesondere durch ein am Abzweig oder im Bypass 5 selber angeordnetes Ventil erfolgen.Braking often takes place in a motor vehicle with a fuel cell device 8th instead, in which kinetic energy can be converted and stored, for example by recuperation, as electrical energy in the battery of the fuel cell device or the motor vehicle. Since this battery is relatively small in motor vehicles equipped with fuel cell devices, there is also the possibility of using the braking process 8th provided recuperated energy is limited and a way is shown to use this energy to increase efficiency by lowering the temperature of the coolant circuit 2nd circulating coolant is effected. This is done when a braking process is recognized 8th initially a reduction in the power output of the fuel cell stack 1 causes that even completely until the fuel cell stack is switched off 1 can be done. Continued operation of the coolant pump 4th is ensured by means of the recuperated energy obtained during the braking process, the coolant being in the fuel cell stack 1 at 9 , 10th immediate bypass 5 is pumped. In this bypass 5 is a heat pump 6 arranged, which is operated with the recuperated energy obtained to cool the in the coolant circuit 2nd circulating coolant. Opening and closing the bypass 5 can in particular by a branch or in the bypass 5 self-arranged valve.

Beim Beenden des Bremsvorganges 8 wird der Bypass 5 wieder geschlossen und die Reduktion der Leistungsabgabe durch den Brennstoffzellenstapel 1 beendet.When braking is ended 8th becomes the bypass 5 closed again and the reduction in power output through the fuel cell stack 1 completed.

3 zeigt den Anwendungsfall, dass beispielsweise bei einer Autobahnfahrt der Brennstoffzellenstapel 1 unter Volllast 7 betrieben wird, was zu einer starken Erwärmung des im Kühlmittelkreislauf 2 zirkulierenden Kühlmittels führt. Wird die Volllastphase 7 durch einen Bremsvorgang 8 beendet, wird die durch die Rekuperation bereitgestellte Energie genutzt, um die Temperatur des Kühlmittels verstärkt zu senken, sodass nachfolgend für die sich daran anschließende neue Phase unter Volllast 7 eine länger andauernde Erwärmung des Kühlmittels bis zu dessen erlaubter Grenztemperatur möglich ist, also ein reproduzierbares Fahrverhalten mit einer Verlängerung des Boostvorganges für die Volllast 7 gegeben ist. 3rd shows the application that, for example, when driving on a motorway, the fuel cell stack 1 under full load 7 is operated, which leads to a strong heating of in the coolant circuit 2nd circulating coolant leads. Will the full load phase 7 by braking 8th ends, the energy provided by the recuperation is used to reduce the temperature of the coolant more, so that subsequently for the subsequent new phase under full load 7 Longer-lasting heating of the coolant up to its permitted limit temperature is possible, that is, reproducible driving behavior with an extension of the boost process for full load 7 given is.

4 zeigt das Temperaturverhalten des Kühlmittels bei einem Bremsvorgang 8, bei dem die bereitgestellte rekuperierte Energie zur Senkung der Kühlmitteltemperatur genutzt wird, sodass bei einer nachfolgend erhöhten Leistungsanforderung diese länger bereitgestellt werden kann 4th shows the temperature behavior of the coolant during a braking process 8th , in which the recuperated energy provided is used to lower the coolant temperature, so that if the power requirement subsequently increases, this can be provided for longer

BezugszeichenlisteReference list

11
BrennstoffzellenstapelFuel cell stack
22nd
KühlmittelkreislaufCoolant circuit
33rd
HauptwasserkühlerMain water cooler
44th
KühlmittelpumpeCoolant pump
55
Bypassbypass
66
WärmepumpeHeat pump
77
VolllastFull load
88th
BremsvorgangBraking
99
Abzweig in BypassBranch in bypass
1010th
Abzweig aus BypassBypass branch
2020th
Temperatur des Kühlmittels am Eingang des HauptwasserkühlersTemperature of the coolant at the main water cooler inlet
2121
Temperatur des Kühlmittels bei Nutzung rekuperierter EnergieTemperature of the coolant when using recuperated energy
2222
Temperatur des Kühlmittels am Ausgang des HauptwasserkühlersTemperature of the coolant at the outlet of the main water cooler
2323
Temperatur des Kühlmittels ohne Nutzung rekuperierter EnergieTemperature of the coolant without using recuperated energy
2424th
verfügbare Leistung mit Nutzung der rekuperierten Energieavailable power using the recuperated energy
2525th
verfügbare Leistung ohne Nutzung der rekuperierten Energieavailable power without using the recuperated energy

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2016/0036072 A1 [0004]US 2016/0036072 A1 [0004]

Claims (8)

Verfahren zum Betreiben einer einem Kraftfahrzeug zugeordneten Brennstoffzellenvorrichtung, die einen in einem Kühlmittelkreislauf (2) mit einem Hauptwasserkühler (3) und einer Kühlmittelpumpe (4) eingebundenen Brennstoffzellenstapel (1) aufweist, umfassend die Schritte des Erkennens eines Bremsvorganges (8) und Nutzung der dabei gewonnenen rekuperierten Energie zur Senkung der Temperatur eines im Kühlmittelkreislauf (2) zirkulierenden Kühlmittels.Method for operating a fuel cell device assigned to a motor vehicle, which has a fuel cell stack (1) integrated in a coolant circuit (2) with a main water cooler (3) and a coolant pump (4), comprising the steps of recognizing a braking process (8) and using it Recovered energy to lower the temperature of a coolant circulating in the coolant circuit (2). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Erkennen eines Bremsvorganges (8) eine Reduktion der Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels (1) und ein Weiterbetreiben der Kühlmittelpumpe (4) mittels der beim Bremsvorgang (8) gewonnenen rekuperierten Energie und zumindest ein teilweises Abzweigen des Kühlmittels in einen den Brennstoffzellenstapel (1) umgehenden Bypass (5) erfolgt, in dem eine durch die gewonnene rekuperierte Energie betriebene Wärmepumpe (6) die Kühlung des im Kühlmittelkreislauf (2) zirkulierenden Kühlmittels bewirkt.Procedure according to Claim 1 , characterized in that upon detection of a braking process (8) a reduction in the power output of the fuel cell stack (1) and continued operation of the coolant pump (4) by means of the recuperated energy obtained during the braking process (8) and at least a partial branching off of the coolant into one Fuel cell stack (1) bypass (5) takes place in which a heat pump (6) operated by the recuperated energy causes the cooling of the coolant circulating in the coolant circuit (2). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion der Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels (1) vollständig und die Versorgung der in der Brennstoffzellenvorrichtung vorhandenen Nebenaggregate mittels der beim Bremsvorgang gewonnenen rekuperierten Energie erfolgt.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the power output of the fuel cell stack (1) is reduced completely and the auxiliary units present in the fuel cell device are supplied by means of the recuperated energy obtained during the braking process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Beenden des Bremsvorganges (8) der Bypass (5) wieder geschlossen und die Reduktion der Leistungsabgabe durch den Brennstoffzellenstapel (1) beendet wird, der ausgehend von einer niedrigeren Temperatur des Kühlmittels für eine verlängerte Hochlastphase bereit gehalten wird.Procedure according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that when the braking process (8) ends, the bypass (5) is closed again and the reduction in the power output is terminated by the fuel cell stack (1), which is kept ready for an extended high-load phase starting from a lower temperature of the coolant. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (5) als Kühlmittelspeicher genutzt wird.Procedure according to one of the Claims 2 to 4th , characterized in that the bypass (5) is used as a coolant reservoir. Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung, die einen in einem Kühlmittelkreislauf (2) mit einem Hauptwasserkühler (3) und einer Kühlmittelpumpe (4) eingebundenen Brennstoffzellenstapel (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Kühlmittelpumpe (4) und stromauf des Brennstoffzellenstapels (1) ein Bypass (5) an den Kühlmittelkreislauf (2) angeschlossen ist, der den Brennstoffzellenstapel (1) umgeht und stromab von diesem wieder in den Kühlmittelkreislauf (2) mündet, dass in dem Bypass (5) eine Wärmepumpe (6) angeordnet ist, und dass Versorgungsleitungen zur Bereitstellung der bei einem Bremsvorgang gewonnenen rekuperierten Energie an die Kühlmittelpumpe (4) und die Wärmepumpe (6) vorgesehen sind.Motor vehicle with a fuel cell device which has a fuel cell stack (1) integrated in a coolant circuit (2) with a main water cooler (3) and a coolant pump (4), characterized in that downstream of the coolant pump (4) and upstream of the fuel cell stack (1) Bypass (5) is connected to the coolant circuit (2), which bypasses the fuel cell stack (1) and opens downstream of this back into the coolant circuit (2), that a heat pump (6) is arranged in the bypass (5), and that Supply lines for providing the recuperated energy obtained during a braking process to the coolant pump (4) and the heat pump (6) are provided. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bypass (5) mindestens ein Ventil zugeordnet ist.Motor vehicle after Claim 6 , characterized in that the bypass (5) is assigned at least one valve. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsquerschnitt des Bypasses (5) durch dessen Eignung als Kühlmittelspeicher bestimmt ist.Motor vehicle after Claim 6 or 7 , characterized in that the line cross section of the bypass (5) is determined by its suitability as a coolant store.
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