DE102020200706A1 - Fuel cell system network and method for operating a fuel cell system network - Google Patents

Fuel cell system network and method for operating a fuel cell system network Download PDF

Info

Publication number
DE102020200706A1
DE102020200706A1 DE102020200706.3A DE102020200706A DE102020200706A1 DE 102020200706 A1 DE102020200706 A1 DE 102020200706A1 DE 102020200706 A DE102020200706 A DE 102020200706A DE 102020200706 A1 DE102020200706 A1 DE 102020200706A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
coolant
cell system
branch
supply line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020200706.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Sebastian Nuber
Bernhard Zickgraf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102020200706.3A priority Critical patent/DE102020200706A1/en
Priority to PCT/EP2020/087907 priority patent/WO2021148227A1/en
Publication of DE102020200706A1 publication Critical patent/DE102020200706A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04768—Pressure; Flow of the coolant
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellensystemverbund, umfassend mehrere gekoppelte und bei unterschiedlichen Lastpunkten betreibbare Brennstoffzellensysteme (A, B, C), wobei jedes Brennstoffzellensystem (A, B, C) über eine Kühlmittelzuführleitung (1A, 1B, 1C) und eine Kühlmittelabführleitung (2A, 2B, 2C) an einen Kühlkreis (3) mit einem zirkulierenden Kühlmittel anschließbar ist. Erfindungsgemäß weist jedes Brennstoffzellensystem (A, B, C) ein in der Kühlmittelabführleitung (2A, 2B, 2C) angeordnetes Abzweigventil (4A, 4B, 4C) auf, das über eine Abzweigleitung (5A, 5B, 5C) mit der Kühlmittelzuführleitung (1A, 1B, 1C) verbunden oder verbindbar ist, so dass über die Abzweigleitung (5A, 5B, 5C) aus dem Brennstoffzellensystem (A, B, C) abgeführtes Kühlmittel in die Kühlmittelzuführleitung (1A, 1B, 1C) einleitbar ist.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystemverbunds.The invention relates to a fuel cell system network comprising several coupled fuel cell systems (A, B, C) that can be operated at different load points, each fuel cell system (A, B, C) having a coolant supply line (1A, 1B, 1C) and a coolant discharge line (2A, 2B , 2C) can be connected to a cooling circuit (3) with a circulating coolant. According to the invention, each fuel cell system (A, B, C) has a branch valve (4A, 4B, 4C) arranged in the coolant discharge line (2A, 2B, 2C), which is connected to the coolant supply line (1A, 1A, 1B, 1C) is connected or connectable so that coolant discharged from the fuel cell system (A, B, C) can be introduced into the coolant supply line (1A, 1B, 1C) via the branch line (5A, 5B, 5C) a method for operating a fuel cell system network.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellensystemverbund mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein derartiger Brennstoffzellensystemverbund umfasst mehrere gekoppelte und bei unterschiedlichen Lastpunkten betreibbare Brennstoffzellensysteme. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystemverbunds, insbesondere eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystemverbunds.The invention relates to a fuel cell system assembly with the features of the preamble of claim 1. Such a fuel cell system assembly comprises several coupled fuel cell systems that can be operated at different load points. The invention also relates to a method for operating a fuel cell system assembly, in particular a fuel cell system assembly according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Ein Brennstoffzellensystem oxidiert einen Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, durch Zusammenführen mit Sauerstoff. Bei diesem Prozess werden Elektronen frei und es baut sich eine elektrische Spannung auf, die durch Anlegen an einen geeigneten Widerstand zum Verrichten von elektrischer Arbeit verwendet werden kann. Bei kontinuierlicher Zufuhr von Brennstoff und Sauerstoff kann dieser Vorgang nahezu beliebig lange ablaufen.A fuel cell system oxidizes a fuel, for example hydrogen, by combining it with oxygen. During this process, electrons are released and an electrical voltage builds up, which can be used to perform electrical work by applying it to a suitable resistor. With a continuous supply of fuel and oxygen, this process can last for almost any length of time.

Der in einem Brennstoffzellensystem ablaufende elektrochemische Prozess ist verlustbehaftet, da ein Teil der im Brennstoff enthaltenen Energie in Wärme umgewandelt wird. Diese gilt es mit Hilfe einer geeigneten Kühleinrichtung abzuführen, um den Wirkungsgrad und die Lebensdauer des Systems zu erhalten. Die Menge der abzuführenden Wärme hängt unter anderem von den Betriebsparametern des Systems ab.The electrochemical process taking place in a fuel cell system is lossy, as part of the energy contained in the fuel is converted into heat. This has to be dissipated with the help of a suitable cooling device in order to maintain the efficiency and the service life of the system. The amount of heat to be dissipated depends, among other things, on the operating parameters of the system.

Eine häufig eingesetzte Kühlmethode ist das Durchpumpen eines Wärmeträgermediums durch geeignete Kanäle des Brennstoffzellensystems. Auf seinem Weg durch das System nimmt das Medium Wärme auf und transportiert sie aus dem System ab. Dabei erhöht sich die Temperatur des Mediums. Die aufgenommene Wärme wird anschließend mittels einer geeigneten Kühleinrichtung dem Wärmeträgermedium wieder entnommen, so dass die Temperatur des Wärmeträgermediums der Ausgangstemperatur entspricht. Das Wärmeträgermedium kann somit erneut dem Brennstoffzellensystem zur Kühlung zugeführt werden. Die Temperatur des Mediums mit Eintritt in das Brennstoffzellensystem stellt eine wichtige Steuergröße bei der Führung der elektrochemischen Prozesse in Brennstoffzellensystemen dar. Eine Kühleinrichtung für Brennstoffzellensysteme weist daher in der Regel Komponenten auf, mittels welcher die Eintrittstemperatur des Mediums steuerbar ist.A cooling method that is frequently used is pumping a heat transfer medium through suitable channels in the fuel cell system. On its way through the system, the medium absorbs heat and transports it out of the system. This increases the temperature of the medium. The absorbed heat is then removed from the heat transfer medium by means of a suitable cooling device, so that the temperature of the heat transfer medium corresponds to the initial temperature. The heat transfer medium can thus be fed again to the fuel cell system for cooling. The temperature of the medium as it enters the fuel cell system is an important control variable in the management of the electrochemical processes in fuel cell systems. A cooling device for fuel cell systems therefore usually has components by means of which the entry temperature of the medium can be controlled.

Reicht zur Abdeckung eines Leistungsbedarfs der Betrieb eines Brennstoffzellensystems nicht aus, besteht die Möglichkeit, mehrere Brennstoffzellensysteme zu einem Verbund zu koppeln. Bei gleichzeitigem Betrieb der gekoppelten Brennstoffzellensysteme können diese bei unterschiedlichen Lastpunkten betrieben werden. Aus Kostengründen und/oder aufgrund Bauraumeinschränkungen kann jedoch nicht jedem Brennstoffzellensystem eine eigene Kühleinrichtung zur Verfügung gestellt werden. Das heißt, dass eine Kühleinrichtung gemeinschaftlich genutzt wird. In diesem Fall weicht die Temperatur des Wärmeträgermediums bzw. Kühlmittels von der jeweils optimalen Temperatur eines Brennstoffzellensystems ab.If the operation of a fuel cell system is not sufficient to cover a power requirement, it is possible to couple several fuel cell systems to form a network. If the coupled fuel cell systems are operated at the same time, they can be operated at different load points. For reasons of cost and / or due to space restrictions, however, it is not possible to provide each fuel cell system with its own cooling device. This means that a cooling device is used jointly. In this case, the temperature of the heat transfer medium or coolant deviates from the respectively optimal temperature of a fuel cell system.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das individuelle Einstellen von Kühlmitteltemperaturen bei gekoppelten Brennstoffzellensystemen unter Verwendung einer gemeinschaftlich genutzten Kühleinrichtung zu ermöglichen. Auf diese Weise soll die Kühlung der Brennstoffzellensysteme verbessert werden.Proceeding from the prior art mentioned above, the present invention is based on the object of enabling the individual setting of coolant temperatures in coupled fuel cell systems using a jointly used cooling device. In this way, the cooling of the fuel cell systems is to be improved.

Zur Lösung der Aufgabe werden der Brennstoffzellensystemverbund mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystemverbunds mit den Merkmalen des Anspruchs 6 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.To achieve the object, the composite fuel cell system with the features of claim 1 and the method for operating a composite fuel cell system are specified with the features of claim 6. Advantageous embodiments can be found in the respective subclaims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der vorgeschlagene Brennstoffzellensystemverbund umfasst mehrere gekoppelte und bei unterschiedlichen Lastpunkten betreibbare Brennstoffzellensysteme. Jedes Brennstoffzellensystem ist über eine Kühlmittelzuführleitung und eine Kühlmittelabführleitung an einen Kühlkreis mit einem zirkulierenden Kühlmittel anschließbar. Erfindungsgemäß weist jedes Brennstoffzellensystem ein in der Kühlmittelabführleitung angeordnetes Abzweigventil auf, das über eine Abzweigleitung mit der Kühlmittelzuführleitung verbunden oder verbindbar ist, so dass über die Abzweigleitung aus dem Brennstoffzellensystem abgeführtes Kühlmittel in die Kühlmittelzuführleitung einleitbar ist. Da das abgeführte Kühlmittel erwärmt ist, kann mit dessen Hilfe das über die Kühlmittelzuführleitung dem Brennstoffzellensystem zugeführte noch kühle Kühlmittel temperiert werden. Die Kühlmitteltemperatur kann somit individuell eingestellt und für jedes Brennstoffzellensystem - abhängig vom jeweiligen Lastpunkt - optimiert werden.The proposed fuel cell system network comprises several coupled fuel cell systems that can be operated at different load points. Each fuel cell system can be connected to a cooling circuit with a circulating coolant via a coolant supply line and a coolant discharge line. According to the invention, each fuel cell system has a branch valve arranged in the coolant discharge line, which is or can be connected to the coolant supply line via a branch line, so that coolant discharged from the fuel cell system can be introduced into the coolant supply line via the branch line. Since the removed coolant is heated, the temperature of the coolant which is still cool and which is fed to the fuel cell system via the coolant feed line can be controlled with its help. The coolant temperature can thus be set individually and optimized for each fuel cell system - depending on the respective load point.

Das individuelle Einstellen der Eintrittstemperatur des Kühlmittels stellt eine optimale Betriebsführung jedes einzelnen Brennstoffzellensystems im Systemverbund sicher. Dies gilt insbesondere bei dynamischen Lastpunktveränderungen. Im Ergebnis können somit der Wirkungsgrad und die Lebensdauer jedes einzelnen Brennstoffzellensystems sowie des Systemverbunds gesteigert werden.The individual setting of the inlet temperature of the coolant ensures optimal operation of each individual fuel cell system in the system network. This applies in particular to dynamic changes in the load point. As a result, the efficiency and the service life of each individual fuel cell system and of the system network can be increased.

Die Verwendung eines Abzweigventils ermöglicht das Abzweigen eines definierten Kühlmittelvolumenstroms aus der Kühlmittelabführleitung. Über die Öffnungsdauer und/oder den Öffnungsquerschnitt des jeweiligen Abzweigventils kann somit das Mengen- bzw. Mischungsverhältnis von erwärmtem und noch kühlem Kühlmittel bestimmt werden.The use of a branch valve enables a defined coolant volume flow to be branched off from the coolant discharge line. The amount or mixing ratio of heated and still cool coolant can thus be determined via the opening duration and / or the opening cross section of the respective branch valve.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Abzweigventile bzw. die Öffnungsquerschnitte der Abzweigventile der Brennstoffzellensysteme stufenlos verstellbar. Durch stufenloses Verstellen der Abzweigventile kann das Mengen- bzw. Mischungsverhältnis der Kühlmittelströme in der Weise beeinflusst bzw. variiert werden, dass eine für den jeweiligen Lastpunkt eines Brennstoffzellensystems optimale Kühlung erreicht wird.According to a preferred embodiment of the invention, the branch valves or the opening cross-sections of the branch valves of the fuel cell systems are continuously adjustable. By continuously adjusting the branch valves, the quantity or mixing ratio of the coolant flows can be influenced or varied in such a way that optimal cooling for the respective load point of a fuel cell system is achieved.

Bevorzugt ist in den Kühlmittelzuführleitungen der Brennstoffzellensysteme jeweils eine Pumpe zum Erzeugen eines Kühlmittelvolumenstroms angeordnet. Mit Hilfe der Pumpen kann den Brennstoffzellensystemen ein definierter Kühlmittelvolumenstrom zugeführt werden, so dass hierüber ebenfalls das Mengen- bzw. Mischungsverhältnis von erwärmtem und noch kühlem Kühlmittel individuell beeinflussbar ist.A pump for generating a volume flow of coolant is preferably arranged in each of the coolant supply lines of the fuel cell systems. With the help of the pumps, the fuel cell systems can be supplied with a defined volume flow of coolant, so that the quantity or mixing ratio of heated and still cool coolant can also be individually influenced by this.

Des Weiteren bevorzugt münden die Abzweigleitungen der Brennstoffzellensysteme jeweils stromaufwärts der Pumpe in die jeweilige Kühlmittelzuführleitung. Das erwärmte Kühlmittel wird demnach jeweils auf der Saugseite der Pumpe dem noch kühlen Kühlmittel beigemischt, so dass beide Volumenströme mit Hilfe der Pumpe dem Brennstoffzellensystem zugeführt werden.Furthermore, the branch lines of the fuel cell systems each preferably open into the respective coolant supply line upstream of the pump. The heated coolant is accordingly mixed with the coolant that is still cool on the suction side of the pump, so that both volume flows are fed to the fuel cell system with the aid of the pump.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Abzweigventile der Brennstoffsysteme über Steuerleitungen mit einem Steuergerät verbunden und elektrisch ansteuerbar sind. Mit Hilfe des Steuergeräts kann jedes Abzweigventil individuell angesteuert werden. Insbesondere kann bzw. können mit Hilfe des Steuergeräts die Öffnungsdauer und/oder der Öffnungsquerschnitt eines jeden Abzweigventils vorgegeben werden, so dass der einem Brennstoffzellensystem zugeführte Kühlmittelvolumenstrom optimal temperiert ist. Dem Steuergerät liegen hierzu bevorzugt Informationen über den jeweiligen Lastpunkt eines Brennstoffzellensystems und/oder die Kühlmitteltemperatur in der Kühlmittelzuführleitung des Brennstoffzellensystems vor.In a further development of the invention, it is proposed that the branch valves of the fuel systems are connected to a control device via control lines and can be controlled electrically. Each branch valve can be controlled individually with the aid of the control unit. In particular, the opening duration and / or the opening cross section of each branch valve can be specified with the aid of the control device, so that the coolant volume flow supplied to a fuel cell system is optimally tempered. For this purpose, the control device preferably has information about the respective load point of a fuel cell system and / or the coolant temperature in the coolant supply line of the fuel cell system.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystemverbunds vorgeschlagen, der mehrere gekoppelte und bei unterschiedlichen Lastpunkten betreibbare Brennstoffzellensysteme umfasst. Bei dem Verfahren wird jedem Brennstoffzellensystem über eine Kühlmittelzuführleitung ein Kühlmittel zugeführt. Erfindungsgemäß wird lastpunkt- und/oder temperaturabhängig dem Kühlmittel in der Kühlmittelzuführleitung eine definierte Menge Kühlmittel aus einer Kühlmittelabführleitung desselben Brennstoffzellensystems beigemischt. Da sich in der Kühlmittelabführleitung erwärmtes Kühlmittel befindet, kann durch Beimischen von erwärmtem Kühlmittel eine Temperierung des noch kühlen Kühlmittels in der Kühlmittelzuführleitung bewirkt werden, und zwar individuell für jedes Brennstoffzellensystem. Insbesondere kann die Kühlmitteltemperatur auf der Eintrittsseite eines Brennstoffzellensystems last- und/oder temperaturabhängig eingestellt werden, so dass eine optimale Kühlung erreicht wird. Im Ergebnis können somit der Wirkungsgrad und die Lebensdauer jedes einzelnen Brennstoffzellensystems sowie des Systemverbunds gesteigert werden.In order to achieve the object mentioned at the beginning, a method for operating a fuel cell system assembly is also proposed which comprises several coupled fuel cell systems that can be operated at different load points. In the method, a coolant is fed to each fuel cell system via a coolant feed line. According to the invention, depending on the load point and / or temperature, a defined amount of coolant from a coolant discharge line of the same fuel cell system is added to the coolant in the coolant supply line. Since there is heated coolant in the coolant discharge line, the temperature of the coolant in the coolant supply line can be adjusted by adding heated coolant, specifically for each fuel cell system. In particular, the coolant temperature on the inlet side of a fuel cell system can be set as a function of the load and / or temperature, so that optimal cooling is achieved. As a result, the efficiency and the service life of each individual fuel cell system and of the system network can be increased.

Zum Beimischen einer definierten Menge an Kühlmittel wird vorzugsweise ein in der Kühlmittelabführleitung angeordnetes Abzweigventil verwendet, das über eine Abzweigleitung mit der jeweiligen Kühlmittelzuführleitung verbunden ist. Über die Öffnungsdauer und/oder den Öffnungsquerschnitt des jeweiligen Absperrventils kann somit die Menge an erwärmtem Kühlmittel definiert werden, die in die Kühlmittelzuführleitung eingeleitet werden soll.For admixing a defined amount of coolant, a branch valve arranged in the coolant discharge line is preferably used, which is connected to the respective coolant supply line via a branch line. The amount of heated coolant that is to be introduced into the coolant supply line can thus be defined via the opening duration and / or the opening cross section of the respective shut-off valve.

Vorzugsweise werden bei dem Verfahren Abzweigventile verwendet, die stufenlos verstellbar sind. Das heißt, dass der Öffnungsquerschnitt der Abzweigventile variiert werden kann, um hierüber Einfluss auf die abzuzweigende Menge zu nehmen. Dies vereinfacht eine individuelle und bedarfsgerechte Anpassung der Kühlmitteltemperatur eines Brennstoffzellensystems.Branch valves which are continuously adjustable are preferably used in the method. This means that the opening cross-section of the branch valves can be varied in order to influence the amount to be branched off. This simplifies an individual and needs-based adaptation of the coolant temperature of a fuel cell system.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass mit Hilfe eines Steuergeräts jedes Abzweigventil individuell angesteuert wird. Mit Hilfe des Steuergeräts kann das Verfahren automatisiert werden. Beispielsweise können dem Steuergerät Informationen über den jeweiligen Lastpunkt und/oder die jeweilige Kühlmitteltemperatur in der Kühlmittelzuführleitung eines Brennstoffzellensystems zur Verfügung gestellt werden, so dass mit Hilfe des Steuergeräts das jeweils zugehörige Abzweigventil last- und/oder temperaturabhängig angesteuert werden kann. Insbesondere kann bzw. können die Öffnungsdauer und/oder der Öffnungsquerschnitt des Abzweigventils durch das Steuergerät vorgegeben werden.It is also proposed that each branch valve be controlled individually with the aid of a control device. The process can be automated with the aid of the control unit. For example, information about the respective load point and / or the respective coolant temperature in the coolant supply line of a fuel cell system can be made available to the control unit, so that the control unit can be used to control the respective branch valve depending on the load and / or temperature. In particular, the opening duration and / or the opening cross-section of the branch valve can be specified by the control device.

Vorteilhafterweise wird in den Kühlmittelzuführleitungen mit Hilfe jeweils einer Pumpe ein definierter Kühlmittelvolumenstrom erzeugt. Auf dies Weise kann jedem Brennstoffzellensystem eine definierte Menge an Kühlmittel zugeführt werden, die optimal an den jeweiligen Bedarf angepasst ist. Somit ist nicht nur die Kühlmitteltemperatur individuell einstellbar, sondern auch der dem jeweiligen Brennstoffzellensystem zugeführte Kühlmittelvolumenstrom.A defined coolant volume flow is advantageously generated in each of the coolant supply lines with the aid of a pump. In this way, a defined amount of coolant can be supplied to each fuel cell system, which is optimally adapted to the respective requirement. Thus, not only the coolant temperature can be set individually, but also the coolant volume flow supplied to the respective fuel cell system.

Das vorgeschlagene Verfahren benötigt zur Durchführung eine einzige Kühleinrichtung, vorliegend einen Kühlkreis mit einem zirkulierenden Kühlmittel. Die Temperatur des Kühlmittels ist demnach für alle Brennstoffzellensysteme des Systemverbunds zunächst gleich. Durch Beimischen von erwärmten Kühlmittel wird für jedes Brennstoffzellensystem eine individuelle Temperierung des Kühlmittels vorgenommen, was eine optimale Betriebsführung jedes einzelnen Brennstoffzellensystems im Systemverbund ermöglicht.The proposed method requires a single cooling device for implementation, in the present case a cooling circuit with a circulating coolant. The temperature of the coolant is therefore initially the same for all fuel cell systems of the system network. By adding heated coolant, an individual temperature control of the coolant is carried out for each fuel cell system, which enables optimal operation of each individual fuel cell system in the system network.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systemverbunds aus mehreren Brennstoffzellensystemen.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. This shows a schematic representation of a system network according to the invention made up of several fuel cell systems.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

Der Figur sind beispielhaft drei Brennstoffzellensysteme A, B und C zu entnehmen. Gemeinsam bilden die drei Brennstoffzellensysteme A, B, C einen Brennstoffzellensystemverbund aus, in dem jedes Brennstoffzellensystem A, B, C bei einem unterschiedlichen Lastpunkt betrieben werden kann. Demzufolge kann der Kühlbedarf der Brennstoffzellensystem A, B, C variieren. Da jedoch in der Regel aus Kostengründen und/oder aufgrund des verfügbaren Bauraums nicht für jedes Brennstoffzellensystem A, B, C eine eigene Kühlreinrichtung 3 vorgehalten werden kann, nutzen alle Brennstoffzellensysteme A, B, C einen einzigen Kühlkreis 3 gemeinschaftlich.The figure shows three fuel cell systems by way of example A. , B. and C. refer to. Together the three fuel cell systems form A. , B. , C. a fuel cell system in which each fuel cell system A. , B. , C. can be operated at a different load point. As a result, the cooling needs of the fuel cell system A. , B. , C. vary. As a rule, however, for reasons of cost and / or due to the space available, not for every fuel cell system A. , B. , C. its own cooling device 3 can be kept, use all fuel cell systems A. , B. , C. a single cooling circuit 3 collectively.

In dem Kühlkreis 3 zirkuliert ein Kühlmittel, das den Brennstoffzellensystemen A, B, C jeweils über eine Kühlmittelzuführleitung 1A, 1B, 1C zugeführt wird. Zur Erzeugung eines Kühlmittelvolumenstroms ist in jeder Kühlmittelzuführleitung 1A, 1B, 1C eine Pumpe 6A, 6B, 6C angeordnet. Das den Brennstoffzellensystemen A, B, C zugeführte Kühlmittel nimmt auf seinem Weg durch das jeweilige Brennstoffzellensystem A, B, C Wärme auf und führt diese Wärme beim Verlassen des Brennstoffzellensystems A, B, C ab. Jedes Brennstoffzellensystem A, B, C ist hierzu an eine Kühlmittelabführleitung 2A, 2B, 2C angeschlossen. In den Kühlmittelabführleitungen 2A, 2B, 2C ist jeweils ein Abzweigventil 4A, 4B, 4C angeordnet, über welches die jeweilige Kühlmittelabführleitung 2A, 2B, 2C jeweils mittelbar über eine Abzweigleitung 5A, 5B, 5C mit der Kühlmittelzuführleitung 1A, 1B, 1C des jeweiligen Brennstoffzellensystems A, B, C verbindbar ist. Über das Abzweigventil 4A, 4B, 4C und die zugehörige Abzweigleitung 5A, 5B, 5C kann somit erwärmtes Kühlmittel aus einer Kühlmittelabführleitung 2A, 2B, 2C der zugehörigen Kühlmittelzuführleitung 1A, 1B, 1C zugeführt werden. Durch Beimischen von erwärmtem Kühlmittel kann die Kühlmitteltemperatur individuell, insbesondere lastabhängig, eingestellt werden, gleichwohl nur ein Kühlkreis 3 mit einem zirkulierenden Kühlmittel vorhanden ist.In the cooling circuit 3 A coolant circulates to the fuel cell systems A. , B. , C. each via a coolant supply line 1A , 1B , 1C is fed. There is a coolant supply line in each coolant supply line to generate a coolant volume flow 1A , 1B , 1C a pump 6A , 6B , 6C arranged. That the fuel cell systems A. , B. , C. supplied coolant takes on its way through the respective fuel cell system A. , B. , C. Heat and leads this heat when leaving the fuel cell system A. , B. , C. from. Any fuel cell system A. , B. , C. is connected to a coolant discharge line for this purpose 2A , 2 B , 2C connected. In the coolant discharge lines 2A , 2 B , 2C is a branch valve each 4A , 4B , 4C arranged, via which the respective coolant discharge line 2A , 2 B , 2C each indirectly via a branch line 5A , 5B , 5C with the coolant supply line 1A , 1B , 1C of the respective fuel cell system A. , B. , C. is connectable. Via the branch valve 4A , 4B , 4C and the associated branch line 5A , 5B , 5C can thus be heated coolant from a coolant discharge line 2A , 2 B , 2C the associated coolant supply line 1A , 1B , 1C are fed. By adding heated coolant, the coolant temperature can be set individually, in particular as a function of the load, but only one cooling circuit 3 with a circulating coolant is present.

Um das Beimischen von erwärmtem Kühlmittel zu automatisieren, ist ein Steuergerät 8 vorgesehen, das über Steuerleitungen 7A, 7B, 7C mit den Abzweigventilen 4A, 4B, 4C verbunden ist. Diese sind als stufenlos verstellbare Ventile ausgeführt, so dass über die Öffnungsdauer und den Öffnungsquerschnitt der Abzweigventile 4A, 4B, 4C das Mengen- bzw. Mischungsverhältnis zwischen erwärmtem Kühlmittel und noch kühlem Kühlmittel beeinflussbar ist.A control unit is used to automate the mixing of heated coolant 8th provided via control lines 7A , 7B , 7C with the branch valves 4A , 4B , 4C connected is. These are designed as infinitely adjustable valves, so that the opening duration and the opening cross-section of the branch valves 4A , 4B , 4C the quantity or mixing ratio between heated coolant and coolant that is still cool can be influenced.

Claims (10)

Brennstoffzellensystemverbund, umfassend mehrere gekoppelte und bei unterschiedlichen Lastpunkten betreibbare Brennstoffzellensysteme (A, B, C), wobei jedes Brennstoffzellensystem (A, B, C) über eine Kühlmittelzuführleitung (1A, 1B, 1C) und eine Kühlmittelabführleitung (2A, 2B, 2C) an einen Kühlkreis (3) mit einem zirkulierenden Kühlmittel anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Brennstoffzellensystem (A, B, C) ein in der Kühlmittelabführleitung (2A, 2B, 2C) angeordnetes Abzweigventil (4A, 4B, 4C) aufweist, das über eine Abzweigleitung (5A, 5B, 5C) mit der Kühlmittelzuführleitung (1A, 1B, 1C) verbunden oder verbindbar ist, so dass über die Abzweigleitung (5A, 5B, 5C) aus dem Brennstoffzellensystem (A, B, C) abgeführtes Kühlmittel in die Kühlmittelzuführleitung (1A, 1B, 1C) einleitbar ist.Fuel cell system assembly, comprising several coupled fuel cell systems (A, B, C) that can be operated at different load points, each fuel cell system (A, B, C) being connected via a coolant supply line (1A, 1B, 1C) and a coolant discharge line (2A, 2B, 2C) a cooling circuit (3) with a circulating coolant can be connected, characterized in that each fuel cell system (A, B, C) has a branch valve (4A, 4B, 4C) which is arranged in the coolant discharge line (2A, 2B, 2C) and which has a Branch line (5A, 5B, 5C) is or can be connected to the coolant supply line (1A, 1B, 1C) so that coolant discharged from the fuel cell system (A, B, C) into the coolant supply line via the branch line (5A, 5B, 5C) (1A, 1B, 1C) can be introduced. Brennstoffzellensystemverbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigventile (4A, 4B, 4C) der Brennstoffzellensysteme (A, B, C) stufenlos verstellbar sind.Fuel cell system network according to Claim 1 , characterized in that the branch valves (4A, 4B, 4C) of the fuel cell systems (A, B, C) are continuously adjustable. Brennstoffzellensystemverbund nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kühlmittelzuführleitungen (1A, 1B, 1C) der Brennstoffzellensysteme (A, B, C) jeweils eine Pumpe (6A, 6B, 6C) zum Erzeugen eines Kühlmittelvolumenstroms angeordnet ist.Fuel cell system network according to Claim 1 or 2 , characterized in that a pump (6A, 6B, 6C) for generating a coolant volume flow is arranged in each of the coolant supply lines (1A, 1B, 1C) of the fuel cell systems (A, B, C). Brennstoffzellensystemverbund nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigleitungen (5A, 5B, 5C) der Brennstoffzellensysteme (A, B, C) jeweils stromaufwärts der Pumpe (6A, 6B, 6C) in die jeweilige Kühlmittelzuführleitung (1A, 1B, 1C) münden.Fuel cell system network according to Claim 3 , characterized in that the branch lines (5A, 5B, 5C) of the fuel cell systems (A, B, C) each open upstream of the pump (6A, 6B, 6C) into the respective coolant supply line (1A, 1B, 1C). Brennstoffzellensystemverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigventile (4A, 4B, 4C) der Brennstoffsysteme (A, B, C) über Steuerleitungen (7A, 7B, 7C) mit einem Steuergerät (8) verbunden und elektrisch ansteuerbar sind.Fuel cell system assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the branch valves (4A, 4B, 4C) of the fuel systems (A, B, C) are connected to a control unit (8) via control lines (7A, 7B, 7C) and are electrically controllable. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystemverbunds, der mehrere gekoppelte und bei unterschiedlichen Lastpunkten betreibbare Brennstoffzellensysteme (A, B, C) umfasst, bei dem jedem Brennstoffzellensystem (A, B, C) über eine Kühlmittelzuführleitung (1A, 1B, 1C) ein Kühlmittel zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass lastpunkt- und/oder temperaturabhängig dem Kühlmittel in der Kühlmittelzuführleitung (1A, 1B, 1C) eine definierte Menge Kühlmittel aus einer Kühlmittelabführleitung (2A, 2B, 2C) desselben Brennstoffzellensystem (A, B, C) beigemischt wird.Method for operating a fuel cell system network which comprises several coupled fuel cell systems (A, B, C) that can be operated at different load points, in which a coolant is supplied to each fuel cell system (A, B, C) via a coolant supply line (1A, 1B, 1C), characterized in that a defined amount of coolant from a coolant discharge line (2A, 2B, 2C) of the same fuel cell system (A, B, C) is added to the coolant in the coolant supply line (1A, 1B, 1C) depending on the load point and / or temperature. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beimischen einer definierten Menge an Kühlmittel ein in der Kühlmittelabführleitung (2A, 2B, 2C) angeordnetes Abzweigventil (4A, 4B, 4C) verwendet wird, das über eine Abzweigleitung (5A, 5B, 5C) mit der jeweiligen Kühlmittelzuführleitung (1A, 1B, 1C) verbunden ist.Procedure according to Claim 6 , characterized in that a branch valve (4A, 4B, 4C) arranged in the coolant discharge line (2A, 2B, 2C) is used for admixing a defined amount of coolant, which is connected to the respective coolant supply line via a branch line (5A, 5B, 5C) (1A, 1B, 1C) is connected. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Abzweigventile (4A, 4B, 4C) verwendet werden, die stufenlos verstellbar sind.Procedure according to Claim 7 , characterized in that branch valves (4A, 4B, 4C) are used, which are continuously adjustable. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe eines Steuergeräts (8) jedes Abzweigventil (4A, 4B, 4C) individuell angesteuert wird.Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that each branch valve (4A, 4B, 4C) is controlled individually with the aid of a control device (8). Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kühlmittelzuführleitungen (1A, 1B, 1C) mit Hilfe jeweils einer Pumpe (6A, 6B, 6C) ein definierter Kühlmittelvolumenstrom erzeugt wird.Method according to one of the Claims 6 until 9 , characterized in that a defined coolant volume flow is generated in the coolant supply lines (1A, 1B, 1C) with the aid of a pump (6A, 6B, 6C).
DE102020200706.3A 2020-01-22 2020-01-22 Fuel cell system network and method for operating a fuel cell system network Pending DE102020200706A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020200706.3A DE102020200706A1 (en) 2020-01-22 2020-01-22 Fuel cell system network and method for operating a fuel cell system network
PCT/EP2020/087907 WO2021148227A1 (en) 2020-01-22 2020-12-28 Fuel cell system assembly, and method for operating a fuel cell system assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020200706.3A DE102020200706A1 (en) 2020-01-22 2020-01-22 Fuel cell system network and method for operating a fuel cell system network

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020200706A1 true DE102020200706A1 (en) 2021-07-22

Family

ID=74184609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020200706.3A Pending DE102020200706A1 (en) 2020-01-22 2020-01-22 Fuel cell system network and method for operating a fuel cell system network

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020200706A1 (en)
WO (1) WO2021148227A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023100720A1 (en) 2023-01-13 2024-07-18 Zf Cv Systems Global Gmbh Compressor for a compressor arrangement with the compressor and a second compressor for a fuel cell system for a vehicle, compressor arrangement, fuel cell system, vehicle, method, computer program and/or computer-readable medium

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4929557B2 (en) * 2003-06-11 2012-05-09 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
FR3075480B1 (en) * 2017-12-20 2019-12-20 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives ELECTRICITY GENERATION SYSTEM INCLUDING TWO FUEL CELLS WITH DIFFERENT OPERATING TEMPERATURES
JP7151098B2 (en) * 2018-02-23 2022-10-12 トヨタ自動車株式会社 fuel cell system
DE102018214640A1 (en) * 2018-08-29 2020-03-05 Nikola Corp. Cooling system for fuel cell stacks
DE102018214643A1 (en) * 2018-08-29 2020-03-05 Nikola Corp. Method for operating a fuel cell system for a motor vehicle

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023100720A1 (en) 2023-01-13 2024-07-18 Zf Cv Systems Global Gmbh Compressor for a compressor arrangement with the compressor and a second compressor for a fuel cell system for a vehicle, compressor arrangement, fuel cell system, vehicle, method, computer program and/or computer-readable medium

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021148227A1 (en) 2021-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3615711B1 (en) Method for operating a water electrolysis device
EP0693793A2 (en) Method and device for supplying doses of methanol and/or water to a system fuel cell system
DE102014212718A1 (en) Method for operating an electrolysis plant and electrolysis plant
DE102018204393B4 (en) Laser device
DE102018214640A1 (en) Cooling system for fuel cell stacks
DE102010052910A1 (en) Injector control for fuel cell system
DE19517813C2 (en) Process for regulating the heat-operated operation of fuel cell systems
DE102020200706A1 (en) Fuel cell system network and method for operating a fuel cell system network
DE102006050182A1 (en) Fuel cell system operating method for vehicle, involves interrupting air supply to cathode of fuel cell system, during changeover to mode of reduced power output, and reducing electric voltage of fuel cell stack by using current pulse
WO2020044259A1 (en) Method for operating a fuel cell system for a motor vehicle
EP2199058A1 (en) Method for cycle-dependent tempering of an injection moulding or thermoform tool
DE102020007740A1 (en) Temperature control device for a vehicle
DE112004000336T5 (en) Operation of a fixed-current fuel cell power plant
AT521903A1 (en) Fuel cell system and method for recirculating exhaust gas in a fuel cell system
DE102021125741A1 (en) Motor vehicle cooling system and method for a motor vehicle cooling system
DE102021206016A1 (en) Method for operating a fuel cell system
DE102020200709A1 (en) Fuel cell system network
DE102011005693A1 (en) Fuel cell system and associated operating method
DE3210695C2 (en) Process for operating several autoclaves, especially for hardening aerated concrete
DE102021209888A1 (en) Device for purging an anode circuit of a fuel cell system, fuel cell system and method for operating a fuel cell system
DE102021125187B3 (en) Fuel cell system and method for operating a fuel cell system
DE102020209946A1 (en) Method for operating a fuel cell system, fuel cell system
DE102018211408A1 (en) Fuel cell system for a motor vehicle
DE102023103610A1 (en) Method for operating a cooling circuit in a vehicle
WO2024023103A1 (en) Device for supplying thermal energy to a heat sink