DE102022209355A1 - Cooling system for a motor vehicle - Google Patents

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DE102022209355A1 DE102022209355.0A DE102022209355A DE102022209355A1 DE 102022209355 A1 DE102022209355 A1 DE 102022209355A1 DE 102022209355 A DE102022209355 A DE 102022209355A DE 102022209355 A1 DE102022209355 A1 DE 102022209355A1
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Matthias Rink
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Abstract

Kühlsystem (53) zur Kühlung wenigstens einer Komponente (10, 11, 48, 50, 51) eines Antriebssystems (4) mit einem Traktionselektromotor (50) für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend einen mit Kühlmittel befüllten Kühlmittelkreislauf mit wenigstens einer Kühlmittelleitung (37), einen von Kühlmittel durchströmten Wärmeübertrager (39) zur Übertragung von Wärme von dem Kühlmittel an Kühlluft, eine Kühlmittelfördereinrichtung (56) zum Fördern von Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf, eine Kühlluftfördereinrichtung (5) für Kühlluft zum Fördern von Kühlluft durch den Wärmeübertrager (39), eine Luftleitung (57) zur Durchleitung von Kühlluft, so dass die durch den Wärmeübertrager (39) geleitete Kühlluft durch die Luftleitung (57) leitbar ist, wobei wenigstens ein Wärmeübertrager (39) zur Übertragung von Wärme von dem Kühlmittel an Kühlluft und/oder wenigstens eine Kühlluftfördereinrichtung (5) für die Kühlluft innerhalb wenigstens einer Luftleitung (57) angeordnet ist.Cooling system (53) for cooling at least one component (10, 11, 48, 50, 51) of a drive system (4) with a traction electric motor (50) for a motor vehicle (1), comprising a coolant circuit filled with coolant and having at least one coolant line (37 ), a heat exchanger (39) through which coolant flows for transferring heat from the coolant to cooling air, a coolant conveying device (56) for conveying coolant through the coolant circuit, a cooling air conveying device (5) for cooling air for conveying cooling air through the heat exchanger (39) , an air line (57) for the passage of cooling air, so that the cooling air passed through the heat exchanger (39) can be conducted through the air line (57), at least one heat exchanger (39) for transferring heat from the coolant to cooling air and / or at least one cooling air conveying device (5) for the cooling air is arranged within at least one air line (57).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Antriebssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 12 und ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14.The present invention relates to a cooling system for a motor vehicle according to the preamble of claim 1, a drive system according to the preamble of claim 12 and a motor vehicle according to the preamble of claim 14.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzelleneinheiten als galvanische Zellen wandeln mittels Redoxreaktionen an einer Anode und Kathode kontinuierlich zugeführten Brennstoff und Oxidationsmittels in elektrische Energie um. Brennstoffzellen werden in den unterschiedlichsten stationären und mobilen Anwendungen eingesetzt, beispielweise in Häusern ohne Anschluss an ein Stromnetz oder in Kraftfahrzeugen, im Schienenverkehr, in der Luftfahrt, in der Raumfahrt und in der Schifffahrt. In der Brennstoffzelleneinheit sind eine große Anzahl an Brennstoffzellen zu dem Brennstoffzellenstapel als Brennstoffzellenstack gestapelt. In dem Brennstoffzellenstapel sind Kanäle zum Durchleiten von Brennstoff, Kanäle zum Durchleiten von Oxidationsmittel und Kanäle zum Durchleiten von Kühlmittel integriert. Der Brennstoff wird in einem Druckbehälter gespeichert. Als Brennstoff fungiert beispielsweise Wasserstoff und als Oxidationsmittel Luft aus der Umgebung. In einem Brennstoffzellensystem ist zusätzlich zu der Brennstoffzelleneinheit beispielsweise ein Brennstoffversorgungssystem mit einem Druckbehälter für den Brennstoff, ein Kühlsystem mit einem Kühlkreislauf zur Kühlung der Brennstoffzelleneinheit und ein Oxidationsmittelversorgungssystem mit einer Gasfördereinrichtung, beispielsweise ein Turboverdichter, vorhanden zum Fördern von Oxidationsmittel als Luft aus der Umgebung durch die Brennstoffzelleneinheit.Fuel cell units as galvanic cells convert continuously supplied fuel and oxidant into electrical energy using redox reactions at an anode and cathode. Fuel cells are used in a wide variety of stationary and mobile applications, for example in houses without a connection to a power grid or in motor vehicles, in rail transport, in aviation, in space travel and in shipping. In the fuel cell unit, a large number of fuel cells are stacked to form the fuel cell stack as a fuel cell stack. Channels for passing fuel, channels for passing oxidant and channels for passing coolant are integrated in the fuel cell stack. The fuel is stored in a pressure vessel. For example, hydrogen acts as a fuel and air from the environment acts as an oxidizing agent. In a fuel cell system, in addition to the fuel cell unit, there is, for example, a fuel supply system with a pressure vessel for the fuel, a cooling system with a cooling circuit for cooling the fuel cell unit and an oxidant supply system with a gas conveying device, for example a turbo compressor, for conveying oxidant as air from the environment through the Fuel cell unit.

In einem Kraftfahrzeug wird ein Brennstoffzellensystem eingesetzt, um Räder des Kraftfahrzeuges anzutreiben. Hierzu ist zusätzlich ein elektrisches Hochvoltsystem mit einem Traktionselektromotor, einem Wechselrichter und einer Traktionsbatterie als Pufferspeicher für elektrische Energie vorhanden. Das Brennstoffzellensystem mit dem elektrischen Hochvoltsystem bildet ein Antriebssystem. Der Traktionselektromotor bringt auf die Räder des Kraftfahrzeuges ein Antriebsdrehmoment auf indem von dem Wechselrichter ein dreiphasiger Wechselstrom erzeugt wird und mit diesem dreiphasigen Wechselstrom der Traktionselektromotor angetrieben wird.A fuel cell system is used in a motor vehicle to drive the wheels of the motor vehicle. There is also an electrical high-voltage system with a traction electric motor, an inverter and a traction battery as a buffer storage for electrical energy. The fuel cell system with the high-voltage electrical system forms a drive system. The traction electric motor applies a driving torque to the wheels of the motor vehicle by generating a three-phase alternating current from the inverter and using this three-phase alternating current to drive the traction electric motor.

Das Antriebsystem verfügt über das Kühlsystem mit dem Kühlkreislauf mit einer Kühlmittelleitung, einem Wärmeübertrager, einem Gebläse zum Fördern von Kühlluft durch den Wärmeübertrager und einer Pumpe zum Umwälzen des Kühlmittels in dem Kühlkreislauf. Das im Allgemeinen kompliziert und aufwendig drehzahlgeregelte Gebläse als ein Radialgebläse ist in Strömungsrichtung der Kühlluft in der Nähe der Rückseite des Wärmeübertragers angeordnet. Die durch den Wärmeübertrager durchgeleitete Kühlluft strömt anschließend in den Motorraum des Kraftfahrzeuges und umströmt dabei auch beispielsweise die Brennstoffzelleneinheit. Der Motorraum des Kraftfahrzeuges weist jedoch für die Kühlluft einen großen Strömungswiderstand auf, sodass in nachteiliger Weise sowohl eine große elektrische Antriebsleistung für das Gebläse notwendig ist als auch das Kraftfahrzeug einen großen Luftwiderstand aufweist aufgrund des großen Strömungswiderstand der durch den Wärmeübertrager geleitete Kühlluft. Der große Durchmesser der Rotorblätter des Gebläses verursacht eine hohe Lärm- und Vibrationsemission und geringe aerodynamische Effizienz. Zum Ausleiten der Kühlluft aus dem Motorraum sind größere Öffnungen in die Umgebung notwendig, sodass eine vollständige Kapselung oder Abdichtung des Motorraumes nicht möglich ist. In nachteiliger Weise gelangen dadurch Schmutzpartikel in den Motorraum und können Schäden verursachen.The drive system has the cooling system with the cooling circuit with a coolant line, a heat exchanger, a fan for conveying cooling air through the heat exchanger and a pump for circulating the coolant in the cooling circuit. The generally complicated and complex speed-controlled fan as a radial fan is arranged in the direction of flow of the cooling air near the rear of the heat exchanger. The cooling air passed through the heat exchanger then flows into the engine compartment of the motor vehicle and also flows around the fuel cell unit, for example. However, the engine compartment of the motor vehicle has a large flow resistance for the cooling air, so that disadvantageously both a large electrical drive power is necessary for the fan and the motor vehicle has a large air resistance due to the large flow resistance of the cooling air passed through the heat exchanger. The large diameter of the fan's rotor blades causes high noise and vibration emissions and low aerodynamic efficiency. To expel the cooling air from the engine compartment, larger openings are necessary into the environment, so that complete encapsulation or sealing of the engine compartment is not possible. The disadvantage is that dirt particles get into the engine compartment and can cause damage.

Die EP 2 704 240 B1 zeigt eine Wasserstoffbrennstoffzelle, die anstelle von Wasser Luft zur Kühlung der Wasserstoffbrennstoffzellen verwendet. Die Luft wird mittels eines Gebläses durch ein Leitungssystem geleitet.The EP 2 704 240 B1 shows a hydrogen fuel cell that uses air instead of water to cool the hydrogen fuel cells. The air is passed through a pipe system using a fan.

Die DE 100 47 138 B4 zeigt ein Kühlgebläsesystem für ein Fahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb, bei dem mittels mindestens eines als Kühlgebläse ausgestalteten Gebläses Luft zu Kühlungszwecken durch einen Wärmetauscher hindurch bewegbar und danach der Umgebungsluft entweder direkt oder indirekt nach Erfüllung von einer weiteren oder mehreren weiteren Kühlungsaufgaben zuführbar ist, wobei eine Luftabzweigeinrichtung vorgesehen ist, die zumindest einen Teil der vom Gebläse oder von jedem Gebläse gelieferten Luft einer Leitung zuführt und hierdurch die Verwendung der abgezweigten Luft für das Anlassen der Brennstoffzellen ermöglicht, und wobei das Gebläse oder jedes Gebläse mittels eines Luftverluste vermeidenden Gehäuses mit dem Wärmetauscher verbunden ist. Das Gebläse zum Leiten von Luft durch einen Wärmetauscher wird zusätzlich zum Verdichten der Umgebungsluft als Oxidationsmittel beim Starten der Brennstoffzelleneinheit verwendet.The DE 100 47 138 B4 shows a cooling fan system for a vehicle with a fuel cell drive, in which air can be moved through a heat exchanger for cooling purposes by means of at least one fan designed as a cooling fan and can then be fed to the ambient air either directly or indirectly after fulfilling one or more further cooling tasks, an air branching device being provided which supplies at least part of the air supplied by the blower or each blower to a line and thereby enables the use of the diverted air for starting the fuel cells, and wherein the blower or each blower is connected to the heat exchanger by means of a housing which prevents air losses. The blower for passing air through a heat exchanger is used in addition to compressing the ambient air as an oxidizer when starting the fuel cell unit.

Die JP 2011 025 861 A einen elektrisch angetriebenen Rollstuhl. Die elektrische Energie zum Antrieb des Rollstuhls wird mit einer Brennstoffzelleneinheit erzeugt. Der Rollstuhl weist einen Wärmeaustauscher zur Kühlung der Brennstoffzellen und einem Gebläse zum Leiten von Luft durch den Wärmeaustauscher auf. Die Kühlluft wird durch ein Gehäuse geleitet, welches an einem Tragrahmen befestigt ist.The JP 2011 025 861 A an electrically powered wheelchair. The electrical energy to drive the wheelchair is generated using a fuel cell unit. The wheelchair has a heat exchanger for cooling the fuel cells and a fan for directing air through the heat exchanger. The cooling air is passed through a Housing guided, which is attached to a support frame.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Erfindungsgemäßes Kühlsystem zur Kühlung wenigstens einer Komponente eines Antriebssystems mit einem Traktionselektromotor für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen mit Kühlmittel befüllten Kühlmittelkreislauf mit wenigstens einer Kühlmittelleitung, einen von Kühlmittel durchströmten Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme von dem Kühlmittel an Kühlluft, eine Kühlmittelfördereinrichtung zum Fördern von Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf, eine Kühlluftfördereinrichtung für Kühlluft zum Fördern von Kühlluft durch den Wärmeübertrager, eine Luftleitung zur Durchleitung von Kühlluft, so dass die durch den Wärmeübertrager geleitete Kühlluft durch die Luftleitung leitbar ist, wobei wenigstens ein Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme von dem Kühlmittel an Kühlluft und/oder wenigstens eine Kühlluftfördereinrichtung für die Kühlluft, insbesondere vollständig, innerhalb wenigstens einer Luftleitung angeordnet ist. Das Kühlsystem kann damit konstruktiv flexibel an die Anforderungen eines Kraftfahrzeuges, insbesondere hinsichtlich des Bauraumes und der Topologie, angepasst werden.Cooling system according to the invention for cooling at least one component of a drive system with a traction electric motor for a motor vehicle, comprising a coolant circuit filled with coolant with at least one coolant line, a heat exchanger through which coolant flows for transferring heat from the coolant to cooling air, a coolant conveying device for conveying coolant through the Coolant circuit, a cooling air conveying device for cooling air for conveying cooling air through the heat exchanger, an air line for passing cooling air through, so that the cooling air passed through the heat exchanger can be conducted through the air line, with at least one heat exchanger for transferring heat from the coolant to cooling air and / or at least one cooling air delivery device for the cooling air, in particular completely, is arranged within at least one air line. The cooling system can thus be structurally flexibly adapted to the requirements of a motor vehicle, particularly with regard to the installation space and topology.

In einer weiteren Variante ist die Länge der wenigstens eine Luftleitung größer als das 2-, 3-, 5-, 7- oder 10-Fache des, insbesondere minimalen oder maximalen, Durchmessers der wenigstens einen Luftleitung. Vorzugsweise erfordert somit im Sinne dieser Schutzrechtsanmeldung der Begriff der Luftleitung, dass die Länge der wenigstens eine Luftleitung größer als das 2-, 3-, 5-, 7- oder 10-Fache des, insbesondere minimalen oder maximalen, Durchmessers der wenigstens einen Luftleitung ist.In a further variant, the length of the at least one air line is greater than 2, 3, 5, 7 or 10 times the, in particular minimum or maximum, diameter of the at least one air line. Preferably, within the meaning of this patent application, the term air duct requires that the length of the at least one air duct is greater than 2, 3, 5, 7 or 10 times the, in particular minimum or maximum, diameter of the at least one air duct .

In einer ergänzenden Ausführungsform ist die Länge der wenigstens eine Luftleitung zwischen dem wenigstens einen Wärmeübertrager und der wenigstens einen Kühlluftfördereinrichtung größer als das 1-, 2-, 3-, 5- oder 7-Fache des, insbesondere minimalen oder maximalen, Durchmessers der wenigstens einen Luftleitung. Der wenigstens eine Wärmeübertrager wird somit gleichmäßig von Kühlluft durchströmt auch bei einer Summe der in Betrieb befindlichen wenigstens einen Strömungsquerschnittsfläche der wenigstens einen Kühlluftfördereinrichtung die kleiner ist die Summe der wenigstens einen Strömungsquerschnittsfläche des wenigstens einen Wärmeübertragers.In a supplementary embodiment, the length of the at least one air line between the at least one heat exchanger and the at least one cooling air conveying device is greater than 1, 2, 3, 5 or 7 times the, in particular minimum or maximum, diameter of the at least one Air line. The at least one heat exchanger is thus evenly flowed through by cooling air, even if the sum of the at least one flow cross-sectional area of the at least one cooling air conveying device in operation is smaller than the sum of the at least one flow cross-sectional area of the at least one heat exchanger.

In einer weiteren Variante ist die Summe der wenigstens einen Strömungsquerschnittsfläche der wenigstens einen Kühlluftfördereinrichtung größer als das 1-, 2-, 3-, 5- oder 7-Fache der Summe der wenigstens einen Strömungsquerschnittsfläche des wenigstens einen Wärmeübertragers. Die Kühlluftfördereinrichtungen können damit besonders effizient und leistungsfähig ausgelegt werden. Dabei wird auch eine Summe mit nur einem Summanden als eine Summe betrachtet, d. h. beispielsweise nur einer Kühlluftfördereinrichtung mit nur einer Strömungsquerschnittsfläche wird dies als Summe betrachtet.In a further variant, the sum of the at least one flow cross-sectional area of the at least one cooling air conveying device is greater than 1, 2, 3, 5 or 7 times the sum of the at least one flow cross-sectional area of the at least one heat exchanger. The cooling air conveying devices can therefore be designed to be particularly efficient and powerful. A sum with only one addend is also considered a sum, i.e. H. For example, only a cooling air delivery device with only one flow cross-sectional area is considered as a sum.

In einer weiteren Ausführungsform ist in der wenigstens einen Luftleitung wenigstens eine Vorrichtung zur Veränderung der Strömungsquerschnittsfläche für die Kühlluft an der wenigstens einen Vorrichtung eingebaut zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur des Kühlmittels.In a further embodiment, at least one device for changing the flow cross-sectional area for the cooling air is installed in the at least one air line on the at least one device for controlling and / or regulating the temperature of the coolant.

In einer weiteren Variante ist ab dem Erreichen oder Unterschreiten einer vorgegebenen zweiten Temperatur des Kühlmittels in dem Kühlmittelkreislauf mit der wenigstens einen Vorrichtung zur Veränderung der Strömungsquerschnittsfläche für die Kühlluft an der wenigstens einen Vorrichtung die Strömungsquerschnittsfläche reduzierbar.In a further variant, once the coolant in the coolant circuit reaches or falls below a predetermined second temperature, the flow cross-sectional area can be reduced using the at least one device for changing the flow cross-sectional area for the cooling air on the at least one device.

In einer zusätzlichen Ausführungsform sind in der wenigstens einen Luftleitung mehrere Wärmeübertrager angeordnet. Die mehreren Wärmeübertrager können optimiert bezüglich des Bauraumes und der Topologie des Kraftfahrzeuges ausgebildet werden, d. h. die Summe der notwendigen Strömungsquerschnittsflächen kann auf mehrere kleinere Wärmeübertrager aufgeteilt sein.In an additional embodiment, several heat exchangers are arranged in the at least one air line. The multiple heat exchangers can be designed to be optimized with regard to the installation space and topology of the motor vehicle, i.e. H. the sum of the necessary flow cross-sectional areas can be divided into several smaller heat exchangers.

Zweckmäßig sind die mehreren Wärmeübertrager in je einer Luftleitung angeordnet und/oder sind auf mehrere Luftleitungen verteilt angeordnet.The plurality of heat exchangers are expediently arranged in one air line and/or are distributed over several air lines.

In einer ergänzenden Ausgestaltung sind in der wenigstens einen Luftleitung mehrere Kühlluftfördereinrichtungen angeordnet. Die mehreren Kühlluftfördereinrichtungen können optimiert bezüglich des Bauraumes und der Topologie ausgebildet werden, d. h. die Summe der notwendigen Strömungsquerschnittsflächen kann auf mehrere kleinere Kühlluftfördereinrichtungen aufgeteilt sein.In a supplementary embodiment, several cooling air delivery devices are arranged in the at least one air line. The multiple cooling air conveying devices can be designed to be optimized in terms of installation space and topology, i.e. H. the sum of the necessary flow cross-sectional areas can be divided into several smaller cooling air conveying devices.

Insbesondere sind die mehreren Kühlluftfördereinrichtungen in je einer Luftleitung angeordnet und/oder sind auf mehrere Luftleitungen verteilt angeordnet.In particular, the plurality of cooling air conveying devices are each arranged in one air line and/or are arranged distributed over several air lines.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Volumenstrom der durch den wenigstens einen Wärmeübertrager leitbaren Kühlluft steuerbar und/oder regelbar indem die Anzahl der in Betrieb befindlichen Kühlluftfördereinrichtungen steuerbar und/oder regelbar ist. Die Kühlluftfördereinrichtungen sind vorzugsweise ein- oder ausschaltbar ohne variabler Leistungssteuerung ausgebildet, d. h. sind einfach, preiswert und zuverlässig und werden im Betrieb, d. h. dem eingeschalteten Zustand, in einem optimalen Betriebspunkt betrieben. Damit kann elektrische Energie zum Betrieb der Kühlluftfördereinrichtungen eingespart werden.In a further embodiment, the volume flow of the cooling air that can be conducted through the at least one heat exchanger can be controlled and/or regulated by controlling and/or regulating the number of cooling air conveying devices in operation. The cooling air conveying devices are preferably designed to be switched on or off without variable power control, that is to say they are simple, inexpensive and reliable and are operated at an optimal operating point when in operation, ie when switched on. This means that electrical energy for operating the cooling air conveying devices can be saved.

Erfindungsgemäßes Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Energiequelle für elektrische Energie mit einem Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelleneinheit und/oder mit einer Traktionsbatterie, ein elektrisches Hochvoltsystem mit einem Traktionselektromotor und einem Wechselrichter, ein Kühlsystem zur Kühlung wenigstens einer Komponente des Antriebssystems, umfassend einen mit Kühlmittel befüllten Kühlmittelkreislauf mit wenigstens einer Kühlmittelleitung, einen von Kühlmittel durchströmten Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme von dem Kühlmittel an Kühlluft, eine Kühlmittelfördereinrichtung zum Fördern von Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf, eine Kühlluftfördereinrichtung für Kühlluft zum Fördern von Kühlluft durch den Wärmeübertrager, wobei das Kühlsystem als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Kühlsystem ausgebildet ist.Drive system according to the invention for a motor vehicle, comprising an energy source for electrical energy with a fuel cell system with a fuel cell unit and / or with a traction battery, a high-voltage electrical system with a traction electric motor and an inverter, a cooling system for cooling at least one component of the drive system, comprising a coolant filled Coolant circuit with at least one coolant line, a heat exchanger through which coolant flows for transferring heat from the coolant to cooling air, a coolant conveying device for conveying coolant through the coolant circuit, a cooling air conveying device for cooling air for conveying cooling air through the heat exchanger, the cooling system as one in this The cooling system described in the patent application is designed.

In einer weiteren Ausführungsform ist die von dem Kühlsystem gekühlte wenigstens eine Komponente eine Brennstoffzelleneinheit und/oder eine Traktionsbatterie und/oder ein Wechselrichter für den Traktionselektromotor.In a further embodiment, the at least one component cooled by the cooling system is a fuel cell unit and/or a traction battery and/or an inverter for the traction electric motor.

Erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, umfassend eine Karosserie, mehrere Räder, ein Antriebssystem, wobei das Antriebsystem als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Antriebssystem ausgebildet ist.Motor vehicle according to the invention, comprising a body, several wheels, a drive system, the drive system being designed as a drive system described in this patent application.

In einer ergänzenden Variante ist wenigstens eine mittelbare oder unmittelbare Einlassöffnung für die wenigstens eine Luftleitung an einem vorderen Endbereich des Kraftfahrzeuges ausgebildet, so dass während der Fahrt des Kraftfahrzeuges ein Staudruck in der wenigstens einen Luftleitung mit dem Fahrtwind erzeugbar ist.In a supplementary variant, at least one indirect or direct inlet opening for the at least one air line is formed at a front end region of the motor vehicle, so that a dynamic pressure can be generated in the at least one air line with the wind while the motor vehicle is driving.

In einer ergänzenden Ausführungsform ist der vordere Endbereich des Kraftfahrzeuges ein Endbereich des Kraftfahrzeuges in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges dessen Ausdehnung in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges beginnend mit einem vorderen Ende des Kraftfahrzeuges weniger als 30 %, 20 % oder 10 % der gesamten Länge des Kraftfahrzeuges beträgt. In a supplementary embodiment, the front end region of the motor vehicle is an end region of the motor vehicle in the longitudinal direction of the motor vehicle, the extent of which in the longitudinal direction of the motor vehicle, starting with a front end of the motor vehicle, is less than 30%, 20% or 10% of the entire length of the motor vehicle.

Zweckmäßig ist die wenigstens eine Luftleitung im Querschnitt kreisförmig und/oder ellipsenförmig und/oder rechteckförmig, insbesondere quadratisch, ausgebildet. Die Querschnittsform der wenigstens einen Luftleitung kann beliebig ausgebildet werden und damit optimal an den vorhandenen Bauraum angepasst werden.The at least one air line is expediently designed to be circular and/or elliptical and/or rectangular, in particular square, in cross section. The cross-sectional shape of the at least one air line can be designed in any way and can therefore be optimally adapted to the available installation space.

In einer zusätzlichen Variante ist der durch den wenigstens einen Wärmeübertrager geleitete Volumenstrom der Kühlluft zu wenigstens 50%, 70%, 90% oder 98%, insbesondere vollständig, durch die wenigstens eine Luftleitung leitbar.In an additional variant, at least 50%, 70%, 90% or 98%, in particular completely, of the volume flow of cooling air conducted through the at least one heat exchanger can be conducted through the at least one air line.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Veränderung der Strömungsquerschnittsfläche für die Kühlluft als wenigstens eine Luftklappe ausgebildet.In a further embodiment, the device for changing the flow cross-sectional area for the cooling air is designed as at least one air flap.

In einer weiteren Variante ist ab dem Erreichen oder Unterschreiten einer vorgegebenen ersten Temperatur des Kühlmittels in dem Kühlmittelkreislauf wenigstens eine Kühlluftfördereinrichtung abschaltbar und/oder in der Drehzahl reduzierbar.In a further variant, once the coolant in the coolant circuit reaches or falls below a predetermined first temperature, at least one cooling air delivery device can be switched off and/or the speed can be reduced.

In einer weiteren Variante ist ab dem Überschreiten einer vorgegebenen ersten Temperatur des Kühlmittels in dem Kühlmittelkreislauf wenigstens eine Kühlluftfördereinrichtung zuschaltbar und/oder in der Drehzahl vergrößerbar.In a further variant, once a predetermined first temperature of the coolant in the coolant circuit is exceeded, at least one cooling air delivery device can be switched on and/or the speed can be increased.

Vorzugsweise ist mit der Vorrichtung zur Veränderung der Strömungsquerschnittsfläche für die Kühlluft die Strömungsquerschnittsfläche um wenigstens 50%, 70% oder 90% veränderbar.Preferably, with the device for changing the flow cross-sectional area for the cooling air, the flow cross-sectional area can be changed by at least 50%, 70% or 90%.

In einer weiteren Variante ist ab dem Überschreiten einer vorgegebenen zweiten Temperatur des Kühlmittels in dem Kühlmittelkreislauf mit wenigstens einer Vorrichtung zur Veränderung der Strömungsquerschnittsfläche für die Kühlluft an der wenigstens einen Vorrichtung die Strömungsquerschnittsfläche vergrößerbar.In a further variant, once a predetermined second temperature of the coolant in the coolant circuit is exceeded, the flow cross-sectional area can be increased on the at least one device using at least one device for changing the flow cross-sectional area for the cooling air.

Zweckmäßig ist die zweite Temperatur des Kühlmittels kleiner als die erste Temperatur des Kühlmittels.The second temperature of the coolant is expediently smaller than the first temperature of the coolant.

In einer weiteren Ausführungsform ist die wenigstens eine Kühlluftfördereinrichtung in Strömungsrichtung der Kühlluft vor und/oder nach dem wenigstens einen Wärmeübertrager angeordnet.In a further embodiment, the at least one cooling air conveying device is arranged in front of and/or after the at least one heat exchanger in the flow direction of the cooling air.

In einer ergänzenden Ausführungsform ist die Länge der wenigstens einen Luftleitung in Strömungsrichtung der Kühlluft vor dem wenigstens einen Wärmeübertrager größer als das 0,5-, 1-, 2-, 3-, 5- oder 7-Fache des, insbesondere minimalen oder maximalen, Durchmessers der wenigstens einen Luftleitung.In a supplementary embodiment, the length of the at least one air line in the flow direction of the cooling air in front of the at least one heat exchanger is greater than 0.5, 1, 2, 3, 5 or 7 times the, in particular minimum or maximum, Diameter of the at least one air line.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist die Länge der wenigstens einen Luftleitung in Strömungsrichtung der Kühlluft nach dem wenigstens einen Wärmeübertrager größer ist als das 0,5-, 1-, 2-, 3-, 5- oder 7-Fache des, insbesondere minimalen oder maximalen, Durchmessers der wenigstens einen Luftleitung.In an additional embodiment, the length of the at least one air line in the flow direction of the cooling air after the at least one heat exchanger is greater than 0.5, 1, 2, 3, 5 or 7 times the, in particular minimum or maximum, diameter of the at least one air line.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Länge der wenigstens einen Luftleitung in Strömungsrichtung der Kühlluft vor der wenigstens einen Kühlluftfördereinrichtung für Kühlluft größer als das 0,5-. 1-, 2-, 3-, 5- oder 7-Fache des, insbesondere minimalen oder maximalen, Durchmessers der wenigstens einen Luftleitung.In a further embodiment, the length of the at least one air line in the flow direction of the cooling air in front of the at least one cooling air conveying device for cooling air is greater than 0.5. 1, 2, 3, 5 or 7 times the, in particular minimum or maximum, diameter of the at least one air line.

In einer ergänzenden Variante ist die Länge der wenigstens einen Luftleitung in Strömungsrichtung der Kühlluft nach der wenigstens einen Kühlluftfördereinrichtung für Kühlluft größer ist als das 0,5-, 1-, 2-, 3-, 5- oder 7-Fache des, insbesondere minimalen oder maximalen, Durchmessers der wenigstens einen Luftleitung.In a supplementary variant, the length of the at least one air line in the flow direction of the cooling air after the at least one cooling air conveying device for cooling air is greater than 0.5, 1, 2, 3, 5 or 7 times the, in particular minimum or maximum diameter of the at least one air line.

In einer weiteren Ausführungsform sind sämtliche Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme von dem Kühlmittel an Kühlluft und/oder sämtliche Kühlluftfördereinrichtungen für die Kühlluft innerhalb wenigstens einer Luftleitung angeordnet ist.In a further embodiment, all heat exchangers for transferring heat from the coolant to cooling air and/or all cooling air conveying devices for the cooling air are arranged within at least one air line.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen.In a further embodiment, the motor vehicle is a passenger car or a truck.

In einer zusätzlichen Variante umfasst die wenigstens Kühlluftfördereinrichtung einen Elektromotor.In an additional variant, the at least cooling air delivery device comprises an electric motor.

In einer weiteren Ausführungsform ist in an je einer Kühlluftfördereinrichtung eine Vorrichtung zur Verhinderung eines Rückflusses von Kühlluft ausgebildet. Die Vorrichtung verhindert einen Rückfluss von Kühlluft durch die Kühlfördereinrichtung entgegen der Förderrichtung der Kühlluftfördereinrichtung. Damit kann bei mehreren Kühlfördereinrichtungen in einer Luftleitung eine Rückströmung von Kühlluft in einer nicht betriebenen Kühlluftfördereinrichtung vermieden werden.In a further embodiment, a device for preventing a backflow of cooling air is formed on each cooling air conveying device. The device prevents a backflow of cooling air through the cooling conveyor device counter to the conveying direction of the cooling air conveyor device. This means that if there are several cooling conveyors in an air line, a backflow of cooling air in a non-operated cooling air conveyor can be avoided.

Zweckmäßig ist die Vorrichtung zur Verhinderung eines Rückflusses von Kühlluft als eine Jalousie oder ein Rückschlagventil ausgebildet.The device for preventing a backflow of cooling air is expediently designed as a blind or a check valve.

In einer weiteren Variante ist die Jalousie aktiv mit einem Aktuator bewegbar und/oder ist mittels Schwerkraft und/oder mittels der Kraft der Strömung der Kühlluft bewegbar.In a further variant, the blind is actively movable with an actuator and/or is movable by means of gravity and/or by means of the force of the flow of cooling air.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Kühlmittelfördereinrichtungen innerhalb einer Luftleitung gestapelt angeordnet, insbesondere in einer Richtung im Wesentlichen, vorzugsweise mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10°, senkrecht zu der Strömungsrichtung der Kühlluft in der Luftleitung mit den Kühlmittelfördereinrichtungen.In a further embodiment, the coolant delivery devices are arranged stacked within an air line, in particular in a direction essentially, preferably with a deviation of less than 30°, 20° or 10°, perpendicular to the flow direction of the cooling air in the air line with the coolant delivery devices.

In einer zusätzlichen Variante ist das Kraftfahrzeug kein Rollstuhl.In an additional variant, the motor vehicle is not a wheelchair.

In einer weiteren Ausführungsform weist die wenigstens eine Luftleitung wenigstens eine Einlassöffnung für Kühlluft und wenigstens eine Auslassöffnung für Kühlluft auf.In a further embodiment, the at least one air line has at least one inlet opening for cooling air and at least one outlet opening for cooling air.

Vorzugsweise ist die Kühlmittelfördereinrichtung eine Pumpe, insbesondere für eine Flüssigkeit, oder ein Verdichter, beispielsweise ein Schraubenverdichter oder ein Turboverdichter, insbesondere für ein Gas.The coolant delivery device is preferably a pump, in particular for a liquid, or a compressor, for example a screw compressor or a turbo compressor, in particular for a gas.

In einer zusätzlichen Variante ist die Kühlluftfördereinrichtung ein Gebläse, insbesondere ein Radialgebläse oder Axialgebläse.In an additional variant, the cooling air conveying device is a blower, in particular a radial blower or axial blower.

In einer zusätzlichen Variante ist an der wenigstens einen Einlassöffnung wenigstens eine Rückhaltevorrichtung zur Verhinderung des Eindringens von in der Umgebungsluft befindlichen Teilen, insbesondere wenigstens ein Gitter und/oder wenigstens ein Sieb, angeordnet.In an additional variant, at least one retaining device for preventing the ingress of parts located in the ambient air, in particular at least one grid and/or at least one sieve, is arranged on the at least one inlet opening.

In einer zusätzlichen Ausführungsform ist die aus der wenigstens einen Auslassöffnung der wenigstens einen Luftleitung austretende Kühlluft, insbesondere ausschließlich, in die Umgebung ableitbar.In an additional embodiment, the cooling air emerging from the at least one outlet opening of the at least one air line can be diverted, in particular exclusively, into the environment.

In einer weiteren Variante ist die durch die wenigstens eine Luftleitung leitbare Kühlluft nicht durch den Brennstoffzellenstack leitbar, insbesondere nicht als Oxidationsmittel, vorzugsweise nicht während eines Starts der Brennstoffzelleneinheit.In a further variant, the cooling air that can be conducted through the at least one air line cannot be conducted through the fuel cell stack, in particular not as an oxidizing agent, preferably not during a start of the fuel cell unit.

In einer ergänzenden Variante umfasst das Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzelleneinheit, ein Kühlsystem, ein Oxidationsmittelversorgungssystem und ein Brennstoffversorgungssystem.In a complementary variant, the fuel cell system includes a fuel cell unit, a cooling system, an oxidizer supply system and a fuel supply system.

In einer weiteren Variante wird die Temperatur des Kühlmittels und/oder Rezirkulationsbrennstoffes und/oder Brennstoffes und/oder Oxidationsmittels mittels der Daten aus einem Temperatursensor gesteuert und/oder geregelt.In a further variant, the temperature of the coolant and/or recirculation fuel and/or fuel and/or oxidizing agent is controlled and/or regulated using the data from a temperature sensor.

Vorzugsweise umfasst das elektrische Hochvoltsystem eine Traktionsbatterie zur Speicherung von elektrischer Energie für den Traktionselektromotor. Die Traktionsbatterie dient beispielsweise dazu, um im Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeuges elektrische Energie speichern zu können und/oder bei einem Starten des Brennstoffzellensystems die für das Starten notwendige elektrische Energie zur Verfügung zu stellen.The high-voltage electrical system preferably includes a traction battery for storing electrical energy for the traction electric motor. The traction battery is used, for example, to be able to store electrical energy in the recuperation mode of the motor vehicle and/or to provide the electrical energy necessary for starting when the fuel cell system is started.

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das elektrische Hochvoltsystem einen Traktionselektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeuges und der Traktionselektromotor ist mit elektrischer Energie aus dem Wechselrichter betreibbar.In a further embodiment, the high-voltage electrical system includes a traction electric motor for driving the motor vehicle and the traction electric motor can be operated with electrical energy from the inverter.

In einer zusätzlichen Ausführungsform beträgt die elektrische Spannung des Hochvoltstroms wenigstens 50 V, 100 V, 200 V oder 300 V.In an additional embodiment, the electrical voltage of the high-voltage current is at least 50 V, 100 V, 200 V or 300 V.

In einer ergänzenden Variante beträgt die elektrische Spannung des Niedervoltstroms weniger als 15 V, 20 V, 25 V, 30 V oder 50 V.In a supplementary variant, the electrical voltage of the low-voltage current is less than 15 V, 20 V, 25 V, 30 V or 50 V.

In einer weiteren Ausführungsform ist eine Niedervoltbatterie mit einer DC/DC-Wandlungseinheit elektrisch mit zwei Hochvoltstromleitungen des Hochvoltsystems elektrisch leitend verbunden.In a further embodiment, a low-voltage battery with a DC/DC conversion unit is electrically connected to two high-voltage power lines of the high-voltage system.

In einer weiteren Ausgestaltung umfassen die Brennstoffzellen jeweils eine Protonenaustauschermembran, eine Anode, eine Kathode, wenigstens eine Gasdiffusionsschicht und wenigstens eine Bipolarplatte.In a further embodiment, the fuel cells each comprise a proton exchange membrane, an anode, a cathode, at least one gas diffusion layer and at least one bipolar plate.

Vorzugsweise ist der Brennstoff Wasserstoff, wasserstoffreiches Gas, Reformatgas oder Erdgas.Preferably the fuel is hydrogen, hydrogen-rich gas, reformate gas or natural gas.

Zweckmäßig sind die Brennstoffzellen und/oder Komponenten im Wesentlichen eben und/oder scheibenförmig ausgebildet.The fuel cells and/or components are expediently designed to be essentially flat and/or disk-shaped.

In einer ergänzenden Variante ist das Oxidationsmittel Luft mit Sauerstoff oder reiner Sauerstoff.In a complementary variant, the oxidizing agent is air with oxygen or pure oxygen.

Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit eine PEM-Brennstoffzelleneinheit mit PEM-Brennstoffzellen.Preferably, the fuel cell unit is a PEM fuel cell unit with PEM fuel cells.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

  • 1 eine stark vereinfachte Darstellung einer Brennstoffzelleneinheit als Brennstoffzellenstack,
  • 2 ein Antriebssystem,
  • 3 eine perspektivische Ansicht eines Kraftfahrzeuges,
  • 4 eine stark vereinfachte Darstellung eines Kühlsystems in einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 5 eine stark vereinfachte Darstellung des Kühlsystems in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 6 eine stark vereinfachte Darstellung des Kühlsystems in einem dritten Ausführungsbeispiel,
  • 7 eine stark vereinfachte Darstellung des Kühlsystems in einem vierten Ausführungsbeispiel,
  • 8 eine stark vereinfachte Darstellung des Kühlsystems in einem fünften Ausführungsbeispiel,
  • 9 eine stark vereinfachte Darstellung des Kühlsystems in einem sechsten Ausführungsbeispiel,
  • 10 eine stark vereinfachte Darstellung des Kühlsystems in einem siebten Ausführungsbeispiel,
  • 11 eine stark vereinfachte Darstellung des Kühlsystems in einem achten Ausführungsbeispiel,
  • 12 eine stark vereinfachte Darstellung des Kühlsystems in einem neunten Ausführungsbeispiel,
  • 13 eine stark vereinfachte Darstellung des Kühlsystems in einem zehnten Ausführungsbeispiel,
  • 14 einen Schnitt durch ein Gebläse mit geöffneten Jalousien und
  • 15 einen Schnitt durch das Gebläse gemäß 14 mit geschlossenen Jalousien.
Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:
  • 1 a greatly simplified representation of a fuel cell unit as a fuel cell stack,
  • 2 a drive system,
  • 3 a perspective view of a motor vehicle,
  • 4 a greatly simplified representation of a cooling system in a first exemplary embodiment,
  • 5 a greatly simplified representation of the cooling system in a second exemplary embodiment,
  • 6 a greatly simplified representation of the cooling system in a third exemplary embodiment,
  • 7 a greatly simplified representation of the cooling system in a fourth exemplary embodiment,
  • 8th a greatly simplified representation of the cooling system in a fifth exemplary embodiment,
  • 9 a greatly simplified representation of the cooling system in a sixth exemplary embodiment,
  • 10 a greatly simplified representation of the cooling system in a seventh exemplary embodiment,
  • 11 a greatly simplified representation of the cooling system in an eighth exemplary embodiment,
  • 12 a greatly simplified representation of the cooling system in a ninth exemplary embodiment,
  • 13 a greatly simplified representation of the cooling system in a tenth exemplary embodiment,
  • 14 a section through a fan with the blinds open and
  • 15 a section through the fan 14 with closed blinds.

In 1 ist eine Brennstoffzelleneinheit 10 als Brennstoffzellenstapel 11, d. h. als Brennstoffzellenstack 11, dargestellt. Die Brennstoffzelleneinheit 10 umfasst den Brennstoffzellenstack 11, ein Gehäuse (nicht dargestellt) und eine Anschlussplatte (nicht dargestellt). In dem Brennstoffzellenstapel 11 sind Brennstoffzellen 12 als PEM-Brennstoffzellen 13 gestapelt und fluchtend angeordnet. Aufgrund der großen Anzahl der gestapelten Brennstoffzellen 12 von ungefähr 300 bis 400 Brennstoffzellen 12 sind diese in 1 aus Vereinfachungsgründen nicht alle dargestellt. Das Prinzip von Brennstoffzellen 12 besteht darin, dass mittels einer elektrochemischen Reaktion elektrische Energie bzw. elektrischer Strom erzeugt wird. An eine Anode wird Wasserstoff H2 als gasförmiger Brennstoff geleitet und die Anode bildet den Minuspol. An eine Kathode (nicht dargestellt) wird ein gasförmiges Oxidationsmittel, nämlich Luft mit Sauerstoff, geleitet, d. h. der Sauerstoff in der Luft stellt das notwendige gasförmige Oxidationsmittel zur Verfügung. An der Kathode findet eine Reduktion (Elektronenaufnahme) statt. Die Oxidation als Elektronenabgabe wird an der Anode ausgeführt. Die Brennstoffzelle 12 umfasst außerdem eine Protonenaustauschermembran (Proton Exchange Membrane, PEM), welche zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist. Auf den beiden Seiten der PEM, jeweils zugewandt zu Gasräumen, liegen die Elektroden als die Anode und Kathode (nicht dargestellt) auf. Eine Einheit aus der PEM und Anode sowie Kathode wird als Membranelektrodenanordnung (Membran Electrode Assembly, MEA) bezeichnet (nicht dargestellt). Auf der Anode und der Kathode liegt eine Gasdiffusionsschicht (Gas Diffusion Layer, GDL) auf. Auf der GDL liegt eine Bipolarplatte (nicht dargestellt) auf. Die elektrisch leitfähige Bipolarplatte dient als Stromkollektor, zur Wasserableitung und zur Leitung der ReaktionsgaseIn 1 a fuel cell unit 10 is shown as a fuel cell stack 11, ie as a fuel cell stack 11. The fuel cell unit 10 includes the fuel cell stack 11, a housing (not shown) and a connection plate (not shown). In the fuel cell stack 11, fuel cells 12 are stacked as PEM fuel cells 13 and arranged in alignment. Due to the large number of stacked fuel cells 12 of approximately 300 to 400 fuel cells 12, these are in 1 Not all are shown for reasons of simplicity. The principle of fuel cells 12 is that electrical energy or electrical current is generated by means of an electrochemical reaction. Hydrogen H 2 is passed to an anode as gaseous fuel and the anode forms the negative pole. A gaseous oxidizing agent, namely air with oxygen, is passed to a cathode (not shown), ie the oxygen in the air provides the necessary gaseous oxidizing agent. A reduction (acquisition of electrons) takes place at the cathode. The oxidation as electron release is carried out at the anode. The fuel cell 12 also includes a proton exchange membrane (PEM) arranged between the anode and the cathode. On both sides of the The electrodes as the anode and cathode (not shown) lie on PEM, each facing the gas spaces. A unit consisting of the PEM and anode and cathode is called a membrane electrode assembly (MEA) (not shown). A gas diffusion layer (GDL) lies on the anode and cathode. A bipolar plate (not shown) rests on the GDL. The electrically conductive bipolar plate serves as a current collector, for draining water and for conducting the reaction gases

In 3 ist ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 wird mit einem in 2 dargestellten Antriebssystem 4 angetrieben und verzögert, d. h. gebremst. Das Kraftfahrzeug 1 weist vier Räder 2 auf von denen 2 angetrieben sind. Die 2 angetriebenen Räder 2 (2) sind mittels eines Getriebes 3 und eines Traktionselektromotors 50 angetrieben.In 3 a motor vehicle 1 is shown. The motor vehicle 1 comes with an in 2 Drive system 4 shown is driven and delayed, ie braked. The motor vehicle 1 has four wheels 2, 2 of which are driven. The 2 driven wheels 2 ( 2 ) are driven by a gearbox 3 and a traction electric motor 50.

Das in 2 dargestellte Antriebssystem 4 umfasst ein Brennstoffzellensystem 9 mit der Brennstoffzelleneinheit 10, ein elektrisches Hochvoltsystem 7 und ein elektrisches Niedervoltsystem 8.This in 2 Drive system 4 shown includes a fuel cell system 9 with the fuel cell unit 10, a high-voltage electrical system 7 and a low-voltage electrical system 8.

Das Brennstoffzellensystem 9 umfasst neben der Brennstoffzelleneinheit 10 ein Oxidationsmittelversorgungssystem 55 zur Versorgung des Brennstoffzellenstapels 11 mit Luft als Oxidationsmittel, nämlich eine Gasfördereinrichtung 14, beispielsweise einem Gebläse 15, ein Kompressor 16 oder ein Turboverdichter 17, welcher von einem Elektromotor 18 angetrieben ist, eine Zufuhrleitung 19 für Oxidationsmittel, eine Bypassleitung 20 für Oxidationsmittel, einen Wärmeübertrager 21 für das Oxidationsmittel, einen Luftfilter 22 und Ventile 23 für das Oxidationsmittel. In dem Oxidationsmittelversorgungssystem 55 zur Versorgung des Brennstoffzellenstapels 11 mit Luft wird Umgebungsluft durch den Luftfilter 22 angesaugt mittels der Gasfördereinrichtung 14, welche mit dem Elektromotor 18 angetrieben ist. Nach dem Verdichten der Umgebungsluft in der Gasfördereinrichtung 14 wird diese mit dem Wärmeübertrager 21 abgekühlt und anschließend durch die Zufuhrleitung 19 dem Brennstoffzellenstapel 11 zugeführt. Mittels der Ventile 23 kann die von der Gasfördereinrichtung 14 verdichtete Umgebungsluft teilweise oder vollständig auch nur durch die Bypassleitung 20 geleitet werden und anschließend in die Umgebung ohne Durchleitung durch den Brennstoffzellenstapel 11 abgeleitet werden. Die Ventile 23 steuern damit auch den Volumenstrom des durch den Brennstoffzellenstapel 11 abgeleiteten Oxidationsmittels. Ein Temperatursensor 52 erfasst die Temperatur des aus dem Brennstoffzellenstapel 11 ausgeleiteten Oxidationsmittels.In addition to the fuel cell unit 10, the fuel cell system 9 includes an oxidant supply system 55 for supplying the fuel cell stack 11 with air as an oxidant, namely a gas delivery device 14, for example a blower 15, a compressor 16 or a turbo compressor 17, which is driven by an electric motor 18, a supply line 19 for oxidizing agent, a bypass line 20 for oxidizing agent, a heat exchanger 21 for the oxidizing agent, an air filter 22 and valves 23 for the oxidizing agent. In the oxidant supply system 55 for supplying the fuel cell stack 11 with air, ambient air is sucked in through the air filter 22 by means of the gas delivery device 14, which is driven by the electric motor 18. After the ambient air has been compressed in the gas conveying device 14, it is cooled with the heat exchanger 21 and then fed to the fuel cell stack 11 through the supply line 19. By means of the valves 23, the ambient air compressed by the gas conveying device 14 can be partially or completely passed through the bypass line 20 and then discharged into the environment without passing through the fuel cell stack 11. The valves 23 thus also control the volume flow of the oxidizing agent derived through the fuel cell stack 11. A temperature sensor 52 detects the temperature of the oxidizing agent discharged from the fuel cell stack 11.

Das Brennstoffzellensystem 9 umfasst neben der Brennstoffzelleneinheit 10 auch ein Brennstoffversorgungssystem 54 zur Versorgung des Brennstoffzellenstapels 11 mit Wasserstoff als Brennstoff, nämlich einen Druckbehälter 24, eine Brennstoffleitung 25, Ventile 26 für Brennstoff, einen Wärmeübertrager 27 für Brennstoff, einen Druckminderer 28, eine Rezirkulationsbrennstoffleitung 29, eine Rezirkulationsbrennstofffördereinrichtung 30, einen Elektromotor 31 zum Antrieb der Rezirkulationsbrennstofffördereinrichtung 31, eine Jetpumpe 32, einen Wasserabscheider 33 zum Abscheiden von Wasser aus dem Rezirkulationsbrennstoff, einen Wasserbehälter 34 zum Sammeln des in dem Wasserabscheider 33 gesammelten Wassers, ein Ablassventil 35 zum Ablassen von Wasser aus dem Wasserbehälter 34 und ein Ablassventil 36 als Purgeventil 36 zum Ablassen von Rezirkulationsbrennstoff in die Umgebung. In dem Brennstoffversorgungssystem 54 zur Versorgung des Brennstoffzellenstapels 11 mit Wasserstoff als Brennstoff wird der in dem Druckbehälter 24 mit einem hohen Druck von beispielsweise 400 bar gespeicherte Wasserstoff durch die Brennstoffleitung 25 den Brennstoffzellen 12 zugeführt und dabei mittels des Wärmeübertragers 27 temperiert und mittels des Druckminderers 28 entspannt, d. h. der Druck reduziert. Nach dem Durchleiten des Brennstoffes durch die Brennstoffzellen 12 ist der Wasserstoff nicht vollständig verbraucht, sodass dieser aus den Brennstoffzellen 12 abgeleitete Wasserstoff wieder durch die Rezirkulationsbrennstoffleitung 29 in einem Kreislauf den Brennstoffzellen 12 zugeführt wird. Zum Fördern des Rezirkulationsbrennstoffes durch die Rezirkulationsbrennstoffleitung 29 wird die Rezirkulationsbrennstofffördereinrichtung 30 eingesetzt, welche von dem Elektromotor 31 angetrieben wird. Nach dem Durchleiten des Brennstoffes durch die Brennstoffzellen 12 erhöht sich der Feuchtigkeitsgehalt des Brennstoffes, sodass zur Vermeidung eines zu hohen Wasser- oder Feuchtigkeitsgehaltes in dem Rezirkulationsbrennstoff das Brennstoffversorgungssystem 54 den Wasserabscheider 33 aufweist. Das in dem Wasserabscheider 33 abgeschiedene Wasser wird in dem Wasserbehälter 34 gesammelt und durch das Ablassventil 35 in die Umgebung abgeleitet. Überschüssiger Rezirkulationsbrennstoff wird durch das Ablassventil 36 in die Umgebung abgeleitet.In addition to the fuel cell unit 10, the fuel cell system 9 also includes a fuel supply system 54 for supplying the fuel cell stack 11 with hydrogen as fuel, namely a pressure vessel 24, a fuel line 25, valves 26 for fuel, a heat exchanger 27 for fuel, a pressure reducer 28, a recirculation fuel line 29, a recirculation fuel conveyor 30, an electric motor 31 for driving the recirculation fuel conveyor 31, a jet pump 32, a water separator 33 for separating water from the recirculation fuel, a water container 34 for collecting the water collected in the water separator 33, a drain valve 35 for draining water from the Water tank 34 and a drain valve 36 as a purge valve 36 for draining recirculation fuel into the environment. In the fuel supply system 54 for supplying the fuel cell stack 11 with hydrogen as fuel, the hydrogen stored in the pressure vessel 24 at a high pressure of, for example, 400 bar is supplied to the fuel cells 12 through the fuel line 25 and is tempered by means of the heat exchanger 27 and relaxed by means of the pressure reducer 28 , d. H. the pressure reduced. After the fuel has been passed through the fuel cells 12, the hydrogen is not completely consumed, so that this hydrogen derived from the fuel cells 12 is fed back to the fuel cells 12 in a circuit through the recirculation fuel line 29. To convey the recirculation fuel through the recirculation fuel line 29, the recirculation fuel conveying device 30 is used, which is driven by the electric motor 31. After the fuel has been passed through the fuel cells 12, the moisture content of the fuel increases, so that the fuel supply system 54 has the water separator 33 to avoid excessive water or moisture content in the recirculation fuel. The water separated in the water separator 33 is collected in the water container 34 and discharged into the environment through the drain valve 35. Excess recirculation fuel is discharged into the environment through the drain valve 36.

Das Brennstoffzellensystem 9 umfasst neben der Brennstoffzelleneinheit 10 auch ein Kühlsystem 53 zur Temperierung des Brennstoffzellenstapels 11, d. h. zur Kühlung des Brennstoffzellenstapels 11. Das Kühlsystem 53 zur Temperierung des Brennstoffzellenstapels 11 umfasst eine Kühlmittelleitung 37, ein 3-Wegeventil 38, einen Wärmeübertrager 39, ein Gebläse 40 als eine Kühlluftfördereinrichtung 5 für den Wärmeübertrager 39, einen Elektromotor 41 zum Antrieb des Gebläses 40, eine Pumpe 42 für Kühlmittel als eine Kühlmittelfördereinrichtung 56 und einen Elektromotor 43 zum Antrieb der Pumpe 42 für Kühlmittel. Kühlmittel als ein Fluid, beispielsweise Wasser mit Frostschutzmittel oder ein Gas, beispielsweise Luft, wird durch einen Kreislauf geleitet mit der Kühlmittelleitung 37. In der Brennstoffzelleneinheit 10 mit den Brennstoffzellen 12 sind zwischen den Bipolarplatten Kanäle für Kühlmittel ausgebildet. In diesen Kanälen für Kühlmittel zwischen den Bipolarplatten (nicht dargestellt) nimmt das Kühlmittel die bei der elektrochemischen Reaktion auftretende Wärme auf und wird anschließend durch den Wärmeübertrager 39 geleitet. Damit kann beispielsweise die Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels 11 auf 60 °C geregelt werden. Mittels des Gebläses 40 wird Umgebungsluft durch den Wärmeübertrager 39 geleitet, sodass dadurch die Wärme aus der Brennstoffzelleneinheit 10 an die Umgebung abgegeben wird. Die Pumpe 42 fördert das Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf. Ein Temperatursensor 52 in dem Kühlmittelkreislauf erfasst die Temperatur des Kühlmittelkreislaufes. Die Temperatur in dem Kühlmittelkreislauf wird gesteuert und/oder geregelt indem die elektrische Leistung der Elektromotoren 41, 43 gesteuert und/oder geregelt wird mit einer nicht dargestellten Steuerungs- und/oder Regeleinheit. Eine Erhöhung der elektrischen Listung der Elektromotoren 41, 43 erhöht die thermische Leistung an dem Wärmeübertrager 39 zur Abgabe von Wärme an die Umgebungsluft und umgekehrt. Zusätzlich kann die Temperatur in dem Kühlmittelkreislauf gesteuert und/oder geregelt werden indem mit dem 3-Wegeventil 38 der Volumenstrom des durch den Wärmeübertrager 39 geleiteten Kühlmittels gesteuert und/oder geregelt wird.In addition to the fuel cell unit 10, the fuel cell system 9 also includes a cooling system 53 for temperature control of the fuel cell stack 11, ie for cooling the fuel cell stack 11. The cooling system 53 for temperature control of the fuel cell stack 11 includes a coolant line 37, a 3-way valve 38, a heat exchanger 39, a blower 40 as a cooling air delivery device 5 for the heat exchanger 39, an electric motor 41 for driving the fan 40, a pump 42 for coolant as a coolant delivery device 56 and an electric motor 43 for driving the pump 42 for coolant. coolant as a fluid, For example, water with antifreeze or a gas, for example air, is passed through a circuit with the coolant line 37. In the fuel cell unit 10 with the fuel cells 12, channels for coolant are formed between the bipolar plates. In these channels for coolant between the bipolar plates (not shown), the coolant absorbs the heat that occurs during the electrochemical reaction and is then passed through the heat exchanger 39. This allows, for example, the operating temperature of the fuel cell stack 11 to be regulated to 60 ° C. By means of the blower 40, ambient air is passed through the heat exchanger 39, so that the heat from the fuel cell unit 10 is released into the environment. The pump 42 delivers the coolant through the coolant circuit. A temperature sensor 52 in the coolant circuit detects the temperature of the coolant circuit. The temperature in the coolant circuit is controlled and/or regulated by controlling and/or regulating the electrical power of the electric motors 41, 43 with a control and/or regulating unit, not shown. Increasing the electrical rating of the electric motors 41, 43 increases the thermal power on the heat exchanger 39 to release heat to the ambient air and vice versa. In addition, the temperature in the coolant circuit can be controlled and/or regulated by using the 3-way valve 38 to control and/or regulate the volume flow of the coolant passed through the heat exchanger 39.

Das elektrische Hochvoltsystem 7 umfasst Hochvoltstromleitungen 44, eine DC/DC-Wandlungseinheit 46 für die Hochvoltstromleitung 44, die Traktionsbatterie 48 und einen Wechselrichter 51 für den Traktionselektromotor 50. Der in dem Brennstoffzellenstapel 11 erzeugte Gleichstrom wird mit der DC/DC-Wandlungseinheit 46 auf eine konstante Gleichspannung von beispielsweise 400 V bei Pkw und 800 V bei Lkw erhöht. Damit liegt in dem elektrischen Hochvoltsystem 7 eine im Wesentlichen konstante Gleichspannung vor. In der Brennstoffzelleneinheit 10 entspricht die zur Verfügung gestellte Gleichspannung ungefähr der Anzahl der Brennstoffzellen 12 multipliziert mit ungefähr 1 V, sodass beispielsweise bei einer Brennstoffzelleneinheit 1 mit 300 Brennstoffzellen 12 die Gleichspannung 300 V beträgt. Die elektrische Energie zum Antrieb des Traktionselektromotors 50 wird durch die Hochvoltstromleitungen 44 von der Traktionsbatterie 48 und/oder von dem Brennstoffzellenstapel 11 zu dem Wechselrichter 51 geleitet. In dem Wechselrichter 51 wird ein dreiphasiger Wechselstrom erzeugt und mit diesem wird der Traktionselektromotor 50 angetrieben. Der Traktionselektromotor kann auch in einem Rekuperationsbetrieb betrieben werden.The high-voltage electrical system 7 includes high-voltage power lines 44, a DC/DC conversion unit 46 for the high-voltage power line 44, the traction battery 48 and an inverter 51 for the traction electric motor 50. The direct current generated in the fuel cell stack 11 is converted to a DC/DC conversion unit 46 constant DC voltage of, for example, 400 V for cars and 800 V for trucks. This means that there is a substantially constant direct voltage in the high-voltage electrical system 7. In the fuel cell unit 10, the DC voltage provided corresponds approximately to the number of fuel cells 12 multiplied by approximately 1 V, so that, for example, in a fuel cell unit 1 with 300 fuel cells 12, the DC voltage is 300 V. The electrical energy for driving the traction electric motor 50 is conducted through the high-voltage power lines 44 from the traction battery 48 and/or from the fuel cell stack 11 to the inverter 51. A three-phase alternating current is generated in the inverter 51 and the traction electric motor 50 is driven with this. The traction electric motor can also be operated in recuperation mode.

Das elektrische Niedervoltsystem 8 umfasst die DC/DC-Wandlungseinheit 47, eine Niedervoltstromleitung 45 und die Niedervoltbatterie 49. In der DC/DC-Wandlungseinheit 47 wird der Gleichstrom in der Hochvoltstromleitung 44 auf eine Spannung von beispielsweise 12 V oder 24 V reduziert und in der Niedervoltbatterie 49 gespeichert. Mittels der Niedervoltbatterie 49 werden nicht dargestellte Verbraucher mit einer Betriebsspannung von beispielsweise 12 V oder 24 V betrieben, beispielsweise ein Scheibenwischermotor, Beleuchtungseinrichtungen und Elektromotoren für die Klimaanlage. Diese elektrischen Verbraucher (nicht dargestellt), die mit der Niederspannung betrieben werden, sind auch Bestandteil des Niedervoltsystem 8. Ein elektrisches System 6 umfasst somit das elektrische Hochvoltsystem 7 und das elektrische Niedervoltsystem 8.The low-voltage electrical system 8 includes the DC/DC conversion unit 47, a low-voltage power line 45 and the low-voltage battery 49. In the DC/DC conversion unit 47, the direct current in the high-voltage power line 44 is reduced to a voltage of, for example, 12 V or 24 V and in the Low-voltage battery 49 stored. Using the low-voltage battery 49, consumers (not shown) are operated with an operating voltage of, for example, 12 V or 24 V, for example a windshield wiper motor, lighting devices and electric motors for the air conditioning system. These electrical consumers (not shown), which are operated with low voltage, are also part of the low-voltage system 8. An electrical system 6 thus includes the high-voltage electrical system 7 and the low-voltage electrical system 8.

In 2 ist der grundlegende Aufbau des gesamten Antriebssystems 4 ohne Abbildung einer Luftleitung 57 dargestellt. In dem Kühlsystem 53 wird Umgebungsluft von dem Gebläse 40 angesaugt, durch den Wärmeübertrager 39 als Kühlluft geleitet und zusätzlich wird diese Umgebungsluft auch durch wenigstens eine in 2 nicht dargestellte Luftleitung 57 geleitet. In den 4 bis 13 sind verschiedene Ausführungsbeispiele für die Leitung von Kühlluft durch die Luftleitung 57 und ohne Abbildung des Kühlkreislaufes mit der Kühlmittelleitung 37 dargestellt. In diesen Ausführungsbeispielen ist zusätzlich die Kühlluftfördereinrichtung 5 und/oder der Wärmeübertrager 39 innerhalb der wenigstens einen Luftleitung 57 angeordnet.In 2 the basic structure of the entire drive system 4 is shown without an air line 57 being shown. In the cooling system 53, ambient air is sucked in by the fan 40, passed through the heat exchanger 39 as cooling air and, in addition, this ambient air is also passed through at least one in 2 Air line 57, not shown. In the 4 to 13 Various exemplary embodiments for the conduction of cooling air through the air line 57 and without an illustration of the cooling circuit with the coolant line 37 are shown. In these exemplary embodiments, the cooling air conveying device 5 and/or the heat exchanger 39 is additionally arranged within the at least one air line 57.

In 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems 53 dargestellt. Die durch den Wärmeübertrager 39 geleitete Kühlluft wird nach dem Durchleiten durch den Wärmeübertrager 39 in einem Sammelgehäuse 65 geleitet und anschließend durch die Luftleitung 57 geleitet. Das Sammelgehäuse 65 weist eine Einlassöffnung 72 für Kühlluft auf und an dieser Einlassöffnung 72 ist der Wärmeübertrager 39 angeordnet. Die unmittelbare Einlassöffnung 72 für das Sammelgehäuse 72 bildet eine mittelbare Einlassöffnung 61 für die Luftleitung 57, weil die Kühlluft von dem Sammelgehäuse 65 in die Luftleitung 57 strömt. Die Kühlluftfördereinrichtung 5 als das Gebläse 40 ist dabei innerhalb der Luftleitung 57 angeordnet. Die Luftleitung 57 weist ein erstes Ende 59 auf als eine Einlassöffnung 61 und ein zweites Ende 60 auf als eine Auslassöffnung 62 für die Kühlluft. Die Einlassöffnung 61 mündet in das Sammelgehäuse 65. Die Auslassöffnung 62 als das zweite Ende 60 mündet in die Umgebung. Die Luftleitung 57 weist einen Durchmesser 66 auf.In 4 a first exemplary embodiment of the cooling system 53 is shown. After passing through the heat exchanger 39, the cooling air passed through the heat exchanger 39 is passed into a collecting housing 65 and then passed through the air line 57. The collecting housing 65 has an inlet opening 72 for cooling air and the heat exchanger 39 is arranged at this inlet opening 72. The direct inlet opening 72 for the collecting housing 72 forms an indirect inlet opening 61 for the air line 57 because the cooling air flows from the collecting housing 65 into the air line 57. The cooling air conveying device 5 as the blower 40 is arranged within the air line 57. The air line 57 has a first end 59 as an inlet opening 61 and a second end 60 as an outlet opening 62 for the cooling air. The inlet opening 61 opens into the collecting housing 65. The outlet opening 62 as the second end 60 opens into the environment. The air line 57 has a diameter 66.

Die Länge der Luftleitung 57 von dem ersten Ende 59 als der Einlassöffnung 61 bis zu der Auslassöffnung 62 als dem zweiten Ende 60 ist dabei um ein Vielfaches, beispielsweise wenigstens um das 10 -Fache, größer als der Durchmesser 66 der Luftleitung 57. Eine Luftleitung 57 im Sinne dieser Schutzrechtsanmeldung weist eine Länge auf, die wenigstens um das 2-Fache, 3-Fache oder 5-Fache größer ist als der, insbesondere minimale oder maximale, Durchmesser 66 der Luftleitung 57. Die Länge der Luftleitung 57 in Strömungsrichtung der Kühlluft von dem Gebläse 40 zu der Einlassöffnung 61 und der Auslassöffnung 62 beträgt wenigstens das 3-Fache des Durchmessers 66 der Luftleitung 57. Der Durchmesser 66 ist dabei der Innendurchmesser der Luftleitung 57. Die Ausbildung des Gebläses 40 innerhalb der Luftleitung 57 hat den Vorteil, dass der Durchmesser des Gebläses 40 bei der Ausbildung des Gebläses 40 als ein Radialgebläse 40 klein ist und damit kleine Geschwindigkeiten am Ende der Rotorblätter des Radialgebläses 40 auftreten und dadurch aufgrund des kleinen Durchmessers das Gebläse 40 aerodynamisch effizient ist, d. h eine geringe elektrische Antriebsleistung für einen bestimmten Volumenstrom benötigt. Aufgrund der Anordnung des Gebläses 40 innerhalb der Luftleitung 57 sinken die Geräuschemissionen und ferner wird in vorteilhafter Weise der Wärmeübertrager 39 verteilt auf die Querschnittsfläche des Wärmeübertragers 39 mit einem im Wesentlichen gleichmäßigen Volumenstrom pro Flächeneinheit an Kühlluft durchströmt. Das Brennstoffzellensystem 9 und vorzugsweise auch das Antriebssystem 4 kann bezüglich der Umgebung abgedichtet und gekapselt werden, weil die Kühlluft durch die Luftleitung 57 an dem Brennstoffzellenstapel 11 vorbei geleitet wird, so dass keine Schutzpartikel in den Motorraum eindringen und sich das Brennstoffzellensystem 9 beim Kaltstart schnell erwärmt sowie nach einem Stopp nur langsam abkühlt.The length of the air line 57 from the first end 59 as the inlet opening 61 to the outlet opening 62 as the second end 60 is many times this, for example at least around 10 times larger than the diameter 66 of the air line 57. An air line 57 in the sense of this patent application has a length that is at least 2 times, 3 times or 5 times larger than the, in particular minimum or maximum , diameter 66 of the air line 57. The length of the air line 57 in the direction of flow of the cooling air from the fan 40 to the inlet opening 61 and the outlet opening 62 is at least 3 times the diameter 66 of the air line 57. The diameter 66 is the inside diameter of the air line 57. The design of the blower 40 within the air line 57 has the advantage that the diameter of the blower 40 is small when the blower 40 is designed as a radial blower 40 and therefore small speeds occur at the end of the rotor blades of the radial blower 40 and therefore due to the small Diameter the fan 40 is aerodynamically efficient, i.e. h a low electrical drive power is required for a certain volume flow. Due to the arrangement of the blower 40 within the air line 57, the noise emissions decrease and, furthermore, the heat exchanger 39 advantageously flows through the heat exchanger 39 with a substantially uniform volume flow per unit area of cooling air distributed over the cross-sectional area of the heat exchanger 39. The fuel cell system 9 and preferably also the drive system 4 can be sealed and encapsulated with respect to the environment because the cooling air is passed through the air line 57 past the fuel cell stack 11, so that no protective particles penetrate into the engine compartment and the fuel cell system 9 heats up quickly during a cold start and only cools down slowly after a stop.

Der Wärmeübertrager 39 ist an einem vorderen Endbereich des Kraftfahrzeuges 1 ausgebildet und die Auslassöffnung 62 ist an einer beliebigen Stelle des Kraftfahrzeuges 1 angeordnet. Damit kann die Kühlluft durch die Luftleitung 57 entsprechend der konstruktiven Anforderungen des Kraftfahrzeuges flexible und optimiert innerhalb dieses Kraftfahrzeuges 1 geleitet werden. Die Kühlluft kann dabei durch die Luftleitung 57 ohne pneumatische Hindernisse geleitet werden aufgrund der optimierten Ausbildung der Luftleitung 57, sodass für den Antrieb des Gebläses 40 eine geringe elektrische Leistung notwendig ist und der Luftwiderstand des Kraftfahrzeuges 1 reduziert ist, sodass der Traktionselektromotor 50 wenig elektrische Antriebsenergie benötigt.The heat exchanger 39 is formed at a front end region of the motor vehicle 1 and the outlet opening 62 is arranged at any location on the motor vehicle 1. This means that the cooling air can be guided through the air line 57 in a flexible and optimized manner within this motor vehicle 1 in accordance with the design requirements of the motor vehicle. The cooling air can be passed through the air line 57 without pneumatic obstacles due to the optimized design of the air line 57, so that a low electrical power is required to drive the fan 40 and the air resistance of the motor vehicle 1 is reduced, so that the traction electric motor 50 requires little electrical drive energy needed.

In 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Kühlsystems 53 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 4 beschrieben. Innerhalb der Luftleitung 57 ist zusätzlich eine Luftklappe 64 als eine Vorrichtung 63 zur Veränderung der Strömungsquerschnittsfläche der Luftleitung 57 angeordnet. Mit der Vorrichtung 63 kann die Strömungsquerschnittsfläche zwischen einer maximalen Strömungsquerschnittsfläche, welcher der Strömungsquerschnittsfläche der Luftleitung 57 entspricht, und einer minimalen Strömungsquerschnittsfläche von 0 verändert werden, d. h. die Luftleitung 57 ist bei der Strömungsquerschnittsfläche von 0 vollständig geschlossen. Während der Fahrt mit dem Kraftfahrzeug 1 ist es notwendig, das Kraftfahrzeug 1 mittels Fahrzeugbremsen, beispielsweise Scheibenbremsen oder Trommelbremsen, abzubremsen. Bei der vollständig geschlossenen Luftklappe 64 erhöht sich der Luftwiderstand des Kraftfahrzeuges 1, sodass während eines Bremsvorganges des Kraftfahrzeuges 1 die Luftklappe 64 von einer nicht dargestellten Steuerungs- und/oder Regelungseinheit geschlossen wird zur Unterstützung der Fahrzeugbremsen als Staubremse. Nach der Beendigung des Bremsvorganges wird die Luftklappe 64 wieder vollständig geöffnet. Damit kann der mechanische Verschleiß an den Fahrzeugbremsen reduziert werden. Zusätzlich kann mit der Luftklappe 64 auch die thermische Leistung des Wärmeübertragers 39 gesteuert und/oder geregelt werden. Ab einer bestimmten Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges 1 reicht der Staudruck auf den Wärmeübertrager 1 aufgrund des Fahrtwindes aus, um einen ausreichenden Volumenstrom der Kühlluft durch den Wärmeübertrager 39 und die Luftleitung 57 zu erzeugen ohne Betrieb der Kühlluftfördereinrichtung 5, sodass diese abgeschaltet werden kann. Steigt die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges 1 weiter an und damit auch der Volumenstrom der Kühlluft durch den Wärmeübertrager 39, kann mittels einer Reduzierung des Volumenstromes der Kühlluft, die durch den Wärmeübertrager 39 geleitet wird, mit der Vorrichtung 63 mittels einer Reduzierung der Strömungsquerschnittsfläche die thermische Leistung des Wärmeübertragers 39 zur Übertragung von Wärme von dem Kühlmittel auf die Kühlluft gesteuert und/oder geregelt werden. Damit kann ergänzend mit einem weiteren Parameter die Temperatur des Kühlmittels in dem Kühlkreislauf gesteuert und/oder geregelt werden.In 5 a second exemplary embodiment of the cooling system 53 is shown. Essentially only the differences from the first exemplary embodiment are described below 4 described. An air flap 64 is additionally arranged within the air line 57 as a device 63 for changing the flow cross-sectional area of the air line 57. With the device 63, the flow cross-sectional area can be changed between a maximum flow cross-sectional area, which corresponds to the flow cross-sectional area of the air line 57, and a minimum flow cross-sectional area of 0, ie the air line 57 is completely closed at the flow cross-sectional area of 0. While driving the motor vehicle 1, it is necessary to brake the motor vehicle 1 using vehicle brakes, for example disc brakes or drum brakes. When the air flap 64 is completely closed, the air resistance of the motor vehicle 1 increases, so that during a braking process of the motor vehicle 1, the air flap 64 is closed by a control and / or regulation unit, not shown, to support the vehicle brakes as a storage brake. After the braking process has ended, the air flap 64 is fully opened again. This can reduce mechanical wear on the vehicle brakes. In addition, the thermal output of the heat exchanger 39 can also be controlled and/or regulated with the air flap 64. From a certain speed of the motor vehicle 1, the dynamic pressure on the heat exchanger 1 due to the wind is sufficient to generate a sufficient volume flow of cooling air through the heat exchanger 39 and the air line 57 without operating the cooling air conveying device 5, so that it can be switched off. If the speed of the motor vehicle 1 continues to increase and thus also the volume flow of the cooling air through the heat exchanger 39, the thermal power of the heat exchanger can be reduced using the device 63 by reducing the volume flow of the cooling air, which is passed through the heat exchanger 39, by reducing the flow cross-sectional area Heat exchanger 39 can be controlled and / or regulated for the transfer of heat from the coolant to the cooling air. This means that the temperature of the coolant in the cooling circuit can be controlled and/or regulated using a further parameter.

In 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems 53 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 4 beschrieben. Das Kühlsystem 53 weist 2 Luftleitungen 57 auf. Eine erste, in 6 oben dargestellte Luftleitung 57 weist die Kühlluftfördereinrichtung 5 auf und von dieser ersten Luftleitung 57 zweigt an einer Abzweigung 58 eine zweite Luftleitung 57 mit der Vorrichtung 63 zur Veränderung der Strömungsquerschnittsfläche der Luftleitung 57 ab. Bei der vollständig geöffneten Luftklappe 64 kann die durch den Wärmeübertrager 39 und das Sammelgehäuse 65 geleitete Kühlluft durch 2 Luftleitungen 57 mit 2 Auslassöffnungen 62 in die Umgebung abgeleitet werden. In der zweiten, unteren Luftleitung 57 ist kein Gebläse 40 vorhanden, sodass die Kühlluft durch die zweite untere Luftleitung 57 und damit auch insgesamt durch die gesamten Luftleitungen 57 mit einem sehr geringen Strömungswiderstand durchgeleitet werden kann. Damit ist bereits kleinen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges 1 der Staudruck des Fahrtwindes ausreichend für einen ausreichenden Volumenstrom an Kühlluft zur Übertragung von Wärme von dem Kühlmittel auf die Kühlluft. Somit kann bereits bei kleinen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges 1 das Gebläse 40 abgeschaltet werden und das Kraftfahrzeug 1 weist in vorteilhafter Weise einen kleinen Luftwiderstand auf. Bei der vollständig geschlossenen Luftklappe 64 wird der Strömungswiderstand der Kühlluft in der Luftleitung 57 erhöht, sodass dadurch das Kraftfahrzeug 1 abgebremst werden kann und damit das Kühlsystem 53 zusätzlich als Staubremse fungiert.In 6 a third exemplary embodiment of the cooling system 53 is shown. Essentially only the differences from the first exemplary embodiment are described below 4 described. The cooling system 53 has 2 air lines 57. A first, in 6 The air line 57 shown above has the cooling air conveying device 5 and a second air line 57 with the device 63 for changing the flow cross-sectional area of the air line 57 branches off from this first air line 57 at a junction 58. When the air flap 64 is fully open, the cooling air passed through the heat exchanger 39 and the collecting housing 65 can pass through 2 air lines 57 with 2 off outlet openings 62 are discharged into the environment. There is no fan 40 in the second, lower air line 57, so that the cooling air can be passed through the second lower air line 57 and thus also through the entire air lines 57 with a very low flow resistance. This means that even at low speeds of the motor vehicle 1, the dynamic pressure of the airstream is sufficient for a sufficient volume flow of cooling air to transfer heat from the coolant to the cooling air. The fan 40 can thus be switched off even at low speeds of the motor vehicle 1 and the motor vehicle 1 advantageously has a small air resistance. When the air flap 64 is completely closed, the flow resistance of the cooling air in the air line 57 is increased, so that the motor vehicle 1 can be braked and the cooling system 53 also functions as a storage brake.

In 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems 53 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 6 beschrieben. In der ersten, oberen Luftleitung 57 ist zusätzlich die Vorrichtung 63 zur Veränderung der Strömungsquerschnittsfläche in der oberen Luftleitung 57 ausgebildet als die Luftklappe 64. Bei einem vollständigen Schließen der beiden Luftklappe 64 sowohl in der ersten oberen Luftleitung 57 als auch in der zweiten, unteren Luftleitung 57 wird der Luftwiderstand des Kraftfahrzeuges 1 deutlich erhöht, sodass dadurch das Kühlsystem 53 als ein sehr effektive Staubremse fungiert. Bei einer Bergauffahrt mit dem Kraftfahrzeug 1 mit einer geringen Geschwindigkeit und einer Erzeugung des Volumenstromes der Kühlluft durch die Luftleitungen 57 mit im Wesentlichen dem Gebläse 40 wird die Luftklappe 64 in der unteren, zweiten Luftleitung 57 vollständig geschlossen und in der ersten, oberen Luftleitung vollständig geöffnet, damit keine Rückströmung durch die untere, zweite Luftleitung 57 an Kühlluft ausgeführt wird.In 7 a fourth exemplary embodiment of the cooling system 53 is shown. Essentially only the differences from the third exemplary embodiment are described below 6 described. In the first, upper air line 57, the device 63 for changing the flow cross-sectional area in the upper air line 57 is additionally designed as the air flap 64. When the two air flaps 64 are completely closed both in the first upper air line 57 and in the second, lower air line 57, the air resistance of the motor vehicle 1 is significantly increased, so that the cooling system 53 functions as a very effective traffic brake. When driving uphill with the motor vehicle 1 at a low speed and the volume flow of cooling air is generated through the air lines 57 with essentially the fan 40, the air flap 64 is completely closed in the lower, second air line 57 and completely opened in the first, upper air line so that there is no backflow of cooling air through the lower, second air line 57.

In 8 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems 53 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 4 beschrieben. Der Wärmeübertrager 39 ist als ein Röhrenwämeübertrager 69 in die Luftleitung 57 integriert, d. h. innerhalb der Luftleitung 57 angeordnet. Die Einlassöffnung 61 als das erste Ende 59 der Luftleitung 57 ist am vorderen Endbereich des Kraftfahrzeuges 1 angeordnet, sodass dadurch der Staudruck des Fahrtwindes des Kraftfahrzeuges 1 auf die Einlassöffnung 61 einwirkt. Der Durchmesser 66 der Luftleitung 57 ist an der Einlassöffnung 61 vergrößert und an der Einlassöffnung 61 ist ein Gitter 71 als eine Rückhaltevorrichtung 70 für in der Umgebungsluft befindliche Teile angeordnet. Dadurch kann das Eintreten von kleinen Teilen, beispielsweise Insekten oder sonstige Partikel, in die Luftleitung 57 mit dem Gitter 71 verhindert werden. Die Geometrie der Einlassöffnung 61 ist dabei völlig beliebig, d. h. kann beispielsweise auch schlitzförmig oder ellipsenförmig ausgebildet werden entsprechend der Anforderungen in dem Kraftfahrzeug 1. Dies ermöglicht eine besonders effektive Integration des Kühlsystems 53 in das Kraftfahrzeug 1. Darüber hinaus weist der Wärmeübertrager 39 als der Röhrenwämeübertrager 69 eine große Länge auf, beispielsweise ist die Länge des Röhrenwämeübertrager 69 wenigstens um das 2-Fache, 5-Fache oder 10-Fache größer als der Durchmesser 66 der Luftleitung 57. Aufgrund dieser großen Fläche des Röhrenwämeübertrager 69 kann die Wärme von dem Kühlmittel besonders effektiv mit einem geringen Temperaturunterschied zwischen dem Kühlmittel und der Kühlluft übertragen werden.In 8th a fifth exemplary embodiment of the cooling system 53 is shown. Essentially only the differences from the first exemplary embodiment are described below 4 described. The heat exchanger 39 is integrated into the air line 57 as a tubular heat exchanger 69, ie is arranged within the air line 57. The inlet opening 61 as the first end 59 of the air line 57 is arranged at the front end region of the motor vehicle 1, so that the dynamic pressure of the wind of the motor vehicle 1 acts on the inlet opening 61. The diameter 66 of the air duct 57 is increased at the inlet opening 61 and a grid 71 is arranged at the inlet opening 61 as a retaining device 70 for parts in the ambient air. This can prevent small parts, such as insects or other particles, from entering the air line 57 with the grid 71. The geometry of the inlet opening 61 is completely arbitrary, that is, for example, it can also be designed to be slot-shaped or elliptical in accordance with the requirements in the motor vehicle 1. This enables a particularly effective integration of the cooling system 53 into the motor vehicle 1. In addition, the heat exchanger 39 is designed as a tubular heat exchanger 69 has a large length, for example the length of the tube heat exchanger 69 is at least 2 times, 5 times or 10 times larger than the diameter 66 of the air line 57. Due to this large area of the tube heat exchanger 69, the heat from the coolant can be particularly be transmitted effectively with a small temperature difference between the coolant and the cooling air.

In 9 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems 53 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 4 beschrieben. In der Luftleitung 57 sind mehrere Kühlluftfördereinrichtung 5, d. h. insgesamt 5 Kühlluftfördereinrichtung 5 angeordnet. Der Durchmesser 66 der im Querschnitt im Wesentlichen rechteckförmigen Luftleitung 57 ist an den Kühlluftfördereinrichtung 5 größer als an der Einlassöffnung 61 mit dem Wärmeübertrager 39. Damit ist auch die Strömungsquerschnittsfläche der Luftleitung 57 an den 5 Kühlluftfördereinrichtung 5 größer als an dem Wärmeübertrager 39. Die Kühlluftfördereinrichtungen 5 sind dabei aufeinandergestapelt angeordnet in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der Kühlluft durch die Luftleitung 57. Die Steuerung und/oder Regelung des mittels der 5 Kühlluftfördereinrichtungen 5 durch die Luftleitung 57 geforderten Volumenstromes der Kühlluft kann durch eine einfache binäre Steuerung und/oder Regelung ausgeführt werden: es wird lediglich die Anzahl der in Betrieb befindlichen Kühlluftfördereinrichtung 5 gesteuert, d. h. der Volumenstrom des mit den 5 Kühlluftfördereinrichtungen 5 geforderten Volumenstromes an der Kühlluft wird in 5 Stufen gesteuert und/oder geregelt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Steuerung und/oder Regelung. Die Kühlluftfördereinrichtungen 5 sind beispielsweise als Radialgebläse ausgebildet und weisen Rotorblätter mit einem geringen Durchmesser auf, sodass die Enden der Rotorblätter des Radialgebläse 40 eine kleine Rotationsgeschwindigkeit aufweisen und damit die Kühlluftfördereinrichtungen 5 einen geringen Energiebedarf aufweisen bei einer kleinen Geräuscherzeugung.In 9 a sixth exemplary embodiment of the cooling system 53 is shown. Essentially only the differences from the first exemplary embodiment are described below 4 described. Several cooling air conveying devices 5, ie a total of 5 cooling air conveying devices 5, are arranged in the air line 57. The diameter 66 of the air line 57, which is essentially rectangular in cross section, is larger at the cooling air conveying device 5 than at the inlet opening 61 with the heat exchanger 39. The flow cross-sectional area of the air line 57 is therefore also larger at the 5 cooling air conveying devices 5 than at the heat exchanger 39. The cooling air conveying devices 5 are arranged stacked on top of each other in a direction essentially perpendicular to the flow direction of the cooling air through the air line 57. The control and / or regulation of the volume flow of the cooling air required by means of the 5 cooling air conveying devices 5 through the air line 57 can be carried out by a simple binary control and / or regulation are: only the number of cooling air conveying devices 5 in operation is controlled, ie the volume flow of the cooling air required by the 5 cooling air conveying devices 5 is controlled and / or regulated in 5 stages. This enables particularly simple control and/or regulation. The cooling air conveying devices 5 are designed, for example, as radial fans and have rotor blades with a small diameter, so that the ends of the rotor blades of the radial fan 40 have a small rotation speed and thus the cooling air conveying devices 5 have a low energy requirement with little noise generation.

In 14 und 15 ist ein Schnitt durch je ein Gebläse 40 aus 9 dargestellt. In Strömungsrichtung der Kühlluft durch das Gebläse 40 ist an diesem nach den Rotorblättern der Kühlluftfördereinrichtung 5 eine Vorrichtung 67 zur Verhinderung eines Rückflusses von Kühlluft an der Kühlluftfördereinrichtung 5 ausgebildet. Die Vorrichtung 67 ist als eine Jalousie 68 ausgebildet. Bei einem Betrieb der Kühlluftfördereinrichtungen 5, bei welchem wenigstens eine Kühlluftfördereinrichtung 5 nicht im Betrieb ist, könnte es zu einer Rückströmung von Kühlluft durch die nicht im Betrieb befindliche Kühlluftfördereinrichtung 5 kommen. Um dies zu verhindern sind die Vorrichtungen 67 als die Jalousien 68 ausgebildet. Die einzelnen Elemente der Jalousien 68 sind verschwenkbar gelagert um eine Schwenkachse senkrecht zu der Zeichenebene von 14 und 15, sodass dadurch bei einem im Betrieb befindlichen Gebläse 40 sich die Jalousien 68 aufgrund der Strömung der Kühlluft öffnen. Bei einer abgeschalteten Kühlluftfördereinrichtung 5 bewegen sich die Elemente der Jalousie 68 sowohl aufgrund der Schwerkraft als auch aufgrund einer anfänglichen Rückströmung der Kühlluft in die in 15 geschlossene Position der Jalousie 68. In der geschlossenen Position der Jalousie 68 tritt keine Rückströmung der Kühlluft auf. Abweichend hiervon können die Elemente der Jalousie 68 auch mit einem elektrischen Stellmotor als Aktuator verschwenkt werden bei der in Betrieb befindlichen Kühlluftfördereinrichtung 5 in die in 14 dargestellte geöffnete Position und bei der abgeschalteten Kühlluftfördereinrichtung 5 in die in 15 dargestellte geschlossene Position. Abweichend hiervon kann die Vorrichtungen 67 auch einfach als ein Rückschlagventil ausgebildet sein.In 14 and 15 is a cut through a fan 40 each 9 shown. In terms of flow When the cooling air is supplied by the fan 40, a device 67 is formed on this after the rotor blades of the cooling air conveying device 5 to prevent a backflow of cooling air on the cooling air conveying device 5. The device 67 is designed as a blind 68. When operating the cooling air conveying devices 5, in which at least one cooling air conveying device 5 is not in operation, a backflow of cooling air could occur through the cooling air conveying device 5 which is not in operation. To prevent this, the devices 67 are designed as blinds 68. The individual elements of the blinds 68 are pivotally mounted about a pivot axis perpendicular to the drawing plane 14 and 15 , so that when the fan 40 is in operation, the blinds 68 open due to the flow of cooling air. When the cooling air delivery device 5 is switched off, the elements of the blind 68 move due to gravity as well as due to an initial backflow of the cooling air into the in 15 closed position of the blind 68. In the closed position of the blind 68, there is no backflow of cooling air. Deviating from this, the elements of the blind 68 can also be pivoted using an electric servomotor as an actuator when the cooling air conveying device 5 is in operation 14 shown open position and with the cooling air conveyor 5 switched off in the in 15 closed position shown. Deviating from this, the devices 67 can also be designed simply as a check valve.

In 10 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems 53 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem sechsten Ausführungsbeispiel gemäß 9 beschrieben. Das Kühlsystem 53 weist 2 Luftleitungen 57 auf, die mit ihren ersten Enden der 59 als den Einlassöffnungen 61 an einer Rückseite des Wärmeübertragers 39 enden. In diesen 2 Luftleitungen 57 sind jeweils 2 Kühlluftfördereinrichtungen 5 angeordnet. Der Durchmesser 66 der 2 Luftleitungen 57 ist damit kleiner als in dem sechsten Ausführungsbeispiel gemäß 9, sodass dadurch die Luftleitungen 57 konstruktiv einfacher mit einen kleineren jeweiligem lokalen Bauraumbedarf durch den Motorraum des Kraftfahrzeuges 1 geführt werden können.In 10 a seventh embodiment of the cooling system 53 is shown. Essentially only the differences to the sixth exemplary embodiment are described below 9 described. The cooling system 53 has 2 air lines 57, which end with their first ends 59 as the inlet openings 61 on a rear side of the heat exchanger 39. Two cooling air conveying devices 5 are arranged in each of these two air lines 57. The diameter 66 of the 2 air lines 57 is therefore smaller than in the sixth exemplary embodiment 9 , so that the air lines 57 can be guided through the engine compartment of the motor vehicle 1 in a structurally simpler manner with a smaller local space requirement.

In 11 ist ein achtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems 53 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem sechsten Ausführungsbeispiel gemäß 9 beschrieben. Das Kühlsystem 3 weist nur eine Kühlluftfördereinrichtung 5 auf. Der Wärmeübertrager 39 ist innerhalb der Luftleitung 57 eingebaut mit einem Abstand des Wärmeübertragers 39 in Strömungsrichtung der Kühlluft durch die Luftleitung 57 sowohl zu der Einlassöffnung 61 als auch zu der Auslassöffnung 62. Der Durchmesser der Luftleitung 57 ist lokal im Bereich des Wärmeübertragers 39 größer als außerhalb des Wärmeübertragers 39, sodass dadurch der Wärmeübertrager 39 über eine größere Strömungsquerschnittsfläche verfügt. Der Wärmeübertrager 39 kann dabei auch in unterschiedlichen Ausrichtungen in der Luftleitung 57 eingebaut sein und in 11 ist eine weitere Option für die Anordnung des Wärmeübertragers 39 in der Luftleitung 57 strichliert dargestellt.In 11 an eighth embodiment of the cooling system 53 is shown. Essentially only the differences to the sixth exemplary embodiment are described below 9 described. The cooling system 3 only has one cooling air delivery device 5. The heat exchanger 39 is installed within the air line 57 with a distance between the heat exchanger 39 in the direction of flow of the cooling air through the air line 57 to both the inlet opening 61 and the outlet opening 62. The diameter of the air line 57 is larger locally in the area of the heat exchanger 39 than outside of the heat exchanger 39, so that the heat exchanger 39 has a larger flow cross-sectional area. The heat exchanger 39 can also be installed in the air line 57 in different orientations and in 11 Another option for arranging the heat exchanger 39 in the air line 57 is shown in dashed lines.

In 12 ist ein neuntes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems 53 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem achten Ausführungsbeispiel gemäß 11 beschrieben. Das Kühlsystem 57 weist 3 Luftleitungen 57 mit jeweils einer Einlassöffnung 61 am vorderen Endbereich des Kraftfahrzeuges auf. Die 3 Einlassöffnungen 61 weisen einen kleinen Durchmesser 66 auf und können damit besonders einfach am vorderen Endbereich des Kraftfahrzeuges in die Karosserie integriert werden. Die durch die 3 Einlassöffnungen 61 in die 3 Luftleitungen 57 eingeleitete Umgebungsluft als Kühlluft wird an der Abzweigung 58 gesammelt und anschließend durch nur noch eine Luftleitung 57 mit dem Wärmeübertrager 39 und der Kühlluftfördereinrichtung 5 geleitet werden. Eine weitere Option zur Ausrichtung des Wärmeübertragers 39 in der Luftleitung 57 ist analog zu 11 auch in 12 strichliert dargestellt.In 12 a ninth exemplary embodiment of the cooling system 53 is shown. Essentially only the differences to the eighth exemplary embodiment are described below 11 described. The cooling system 57 has 3 air lines 57, each with an inlet opening 61 at the front end region of the motor vehicle. The 3 inlet openings 61 have a small diameter 66 and can therefore be particularly easily integrated into the body at the front end area of the motor vehicle. The ambient air introduced as cooling air through the 3 inlet openings 61 into the 3 air lines 57 is collected at the junction 58 and then passed through only one air line 57 with the heat exchanger 39 and the cooling air conveying device 5. Another option for aligning the heat exchanger 39 in the air line 57 is analogous to 11 also in 12 shown in dashed lines.

In 13 ist ein zehntes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems 53 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem neunten Ausführungsbeispiel gemäß 12 beschrieben. In die 3 Luftleitungen 57 mit den 3 Einlassöffnungen 61 ist jeweils eine Kühlluftfördereinrichtung 5 eingebaut. Das Kühlsystem 53 weist damit insgesamt 3 Kühlluftfördereinrichtungen 5 auf.In 13 a tenth exemplary embodiment of the cooling system 53 is shown. Essentially only the differences from the ninth exemplary embodiment are described below 12 described. A cooling air conveying device 5 is installed in each of the 3 air lines 57 with the 3 inlet openings 61. The cooling system 53 therefore has a total of 3 cooling air delivery devices 5.

In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Antriebssystem 4 ohne dem Brennstoffzellensystem 9 ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 mit diesem Antriebssystem 4 ist somit ausschließlich batterieelektrisch angetrieben. Die Traktionsbatterie 48 ist größer ausgelegt und wird während eines Stillstandes des Kraftfahrzeuges an einem öffentlichen Stromnetz aufgeladen. Das Kühlsystem 53 kühlt und temperiert in diesem Antriebssystem 4 die Traktionsbatterie 48 und den Wechselrichter 51 für die Traktionsbatterie 48. Als Kühlmittel in dem Kühlsystem 53 des Kühlkreislaufes kann auch ein Gas, beispielsweise Luft, eingesetzt werden.In a further exemplary embodiment, not shown, the drive system 4 is designed without the fuel cell system 9. The motor vehicle 1 with this drive system 4 is therefore powered exclusively by battery electricity. The traction battery 48 is designed to be larger and is charged from a public power grid while the motor vehicle is at a standstill. The cooling system 53 cools and tempers the traction battery 48 and the inverter 51 for the traction battery 48 in this drive system 4. A gas, for example air, can also be used as a coolant in the cooling system 53 of the cooling circuit.

Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem 53, dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 4 und dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 1 wesentliche Vorteile verbunden. Die Kühlluft für den Wärmeübertrager 39 wird vollständig durch wenigstens eine Luftleitung 57 geleitet. Die Kühlluft muss somit nicht durch einen Motorraum mit einem hohen Strömungswiderstand geleitet werden und kann durch die strömungstechnisch optimiert ausgebildete wenigstens eine Luftleitung 57 geleitet werden mit einem geringen Strömungswiderstand. Damit wird in vorteilhafter Weise wenig elektrische Energie zum Antrieb der Kühlluftfördereinrichtung 5 benötigt und das Kraftfahrzeug 1 weist einen geringen Luftwiderstand, d. h. kleinen CW-Wert, auf. Die Anordnung des wenigstens einen Wärmeübertragers 39 und der wenigstens einen Kühlluftfördereinrichtung 5 innerhalb der wenigstens einen Luftleitung 57, d. h. in der von der Luftleitung 57 begrenzten Strömungsraum für Kühlluft, ermöglicht es, das Kühlsystem 53 konstruktiv optimiert auf die Bauraumerfordernisse flexibel anpassen zu können. Beispielsweise kann somit ein Wärmeübertrager 39 mit einer großen einzelnen Strömungsquerschnittsfläche vermieden werden, indem die thermische notwendige Strömungsquerschnittsfläche des Wärmeübertragers 39 auf mehrere kleinere Wärmeübertrager 39 aufgeteilt wird und dies gilt analog auch für die Größe der Kühlluftfördereinrichtungen 5. Darüber hinaus weisen mehrere Kühlluftfördereinrichtungen 5 mit Rotorblättern mit einem kleineren Durchmesser eine höhere aerodynamische Effizienz auf, d. h. benötigen für den gleichen Volumenstrom an Kühlluft weniger elektrische Antriebsleistung als nur eine Kühlluftfördereinrichtung 5 mit Rotorblättern mit einem großen Durchmesser. Das Kühlsystem 53 kann zusätzlich als Staudruckbremse mittels der Vorrichtung 63 zur Veränderung der Strömungsquerschnittsfläche in der Luftleitung 57 fungieren und damit auch die Fahrzeugbremsen des Kraftfahrzeuges 1 unterstützen.Overall, there are significant advantages associated with the cooling system 53 according to the invention, the drive system 4 according to the invention and the motor vehicle 1 according to the invention. The cooling air for the heat exchanger 39 is completely passed through at least one air line 57. The cooling air therefore does not have to be passed through an engine compartment with a high flow resistance and can be passed through the at least one air line 57, which is designed to be optimized for flow technology, with a low flow resistance. This means that little electrical energy is advantageously required to drive the cooling air conveying device 5 and the motor vehicle 1 has low air resistance, ie a small CW value. The arrangement of the at least one heat exchanger 39 and the at least one cooling air conveying device 5 within the at least one air line 57, ie in the flow space for cooling air delimited by the air line 57, makes it possible to flexibly adapt the cooling system 53 to the installation space requirements in a structurally optimized manner. For example, a heat exchanger 39 with a large individual flow cross-sectional area can be avoided by dividing the thermally necessary flow cross-sectional area of the heat exchanger 39 between several smaller heat exchangers 39 and this also applies analogously to the size of the cooling air conveying devices 5. In addition, several cooling air conveying devices 5 have rotor blades a smaller diameter has a higher aerodynamic efficiency, that is, for the same volume flow of cooling air, they require less electrical drive power than just a cooling air conveying device 5 with rotor blades with a large diameter. The cooling system 53 can additionally function as a dynamic pressure brake by means of the device 63 for changing the flow cross-sectional area in the air line 57 and thus also support the vehicle brakes of the motor vehicle 1.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2704240 B1 [0005]EP 2704240 B1 [0005]
  • DE 10047138 B4 [0006]DE 10047138 B4 [0006]
  • JP 2011025861 A [0007]JP 2011025861 A [0007]

Claims (15)

Kühlsystem (53) zur Kühlung wenigstens einer Komponente (10, 11, 48, 50, 51) eines Antriebssystems (4) mit einem Traktionselektromotor (50) für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend - einen mit Kühlmittel befüllten Kühlmittelkreislauf mit wenigstens einer Kühlmittelleitung (37), - einen von Kühlmittel durchströmten Wärmeübertrager (39) zur Übertragung von Wärme von dem Kühlmittel an Kühlluft, - eine Kühlmittelfördereinrichtung (56) zum Fördern von Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf, - eine Kühlluftfördereinrichtung (5) für Kühlluft zum Fördern von Kühlluft durch den Wärmeübertrager (39), - eine Luftleitung (57) zur Durchleitung von Kühlluft, so dass die durch den Wärmeübertrager (39) geleitete Kühlluft durch die Luftleitung (57) leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wärmeübertrager (39) zur Übertragung von Wärme von dem Kühlmittel an Kühlluft und/oder wenigstens eine Kühlluftfördereinrichtung (5) für die Kühlluft innerhalb wenigstens einer Luftleitung (57) angeordnet ist.Cooling system (53) for cooling at least one component (10, 11, 48, 50, 51) of a drive system (4) with a traction electric motor (50) for a motor vehicle (1), comprising - a coolant circuit filled with coolant and having at least one coolant line ( 37), - a heat exchanger (39) through which coolant flows for transferring heat from the coolant to cooling air, - a coolant conveying device (56) for conveying coolant through the coolant circuit, - a cooling air conveying device (5) for cooling air for conveying cooling air through the Heat exchanger (39), - an air line (57) for the passage of cooling air, so that the cooling air passed through the heat exchanger (39) can be conducted through the air line (57), characterized in that at least one heat exchanger (39) for transferring heat from the coolant to cooling air and / or at least one cooling air conveying device (5) for the cooling air is arranged within at least one air line (57). Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der wenigstens eine Luftleitung (57) größer ist als das 2-, 3-, 5-, 7- oder 10-Fache des, insbesondere minimalen oder maximalen, Durchmessers (66) der wenigstens einen Luftleitung (57).cooling system Claim 1 , characterized in that the length of the at least one air line (57) is greater than 2, 3, 5, 7 or 10 times the, in particular minimum or maximum, diameter (66) of the at least one air line (57 ). Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der wenigstens eine Luftleitung (57) zwischen dem wenigstens einen Wärmeübertrager (39) und der wenigstens einen Kühlluftfördereinrichtung (5) größer ist als das 1-, 2-, 3-, 5- oder 7-Fache des, insbesondere minimalen oder maximalen, Durchmessers (66) der wenigstens einen Luftleitung (57).cooling system Claim 1 or 2 , characterized in that the length of the at least one air line (57) between the at least one heat exchanger (39) and the at least one cooling air conveying device (5) is greater than 1, 2, 3, 5 or 7 times , in particular minimum or maximum, diameter (66) of the at least one air line (57). Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der wenigstens einen Strömungsquerschnittsfläche der wenigstens einen Kühlluftfördereinrichtung (5) größer ist als das 1-, 2-, 3-, 5- oder 7-Fache der Summe der wenigstens einen Strömungsquerschnittsfläche des wenigstens einen Wärmeübertragers (39).Cooling system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sum of the at least one flow cross-sectional area of the at least one cooling air conveying device (5) is greater than 1, 2, 3, 5 or 7 times the sum of the at least one Flow cross-sectional area of the at least one heat exchanger (39). Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Luftleitung (57) wenigstens eine Vorrichtung (63) zur Veränderung der Strömungsquerschnittsfläche für die Kühlluft an der wenigstens einen Vorrichtung (63) eingebaut ist zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur des Kühlmittels.Cooling system according to one or more of the preceding claims, characterized in that in the at least one air line (57) at least one device (63) for changing the flow cross-sectional area for the cooling air is installed on the at least one device (63) for control and / or regulation the temperature of the coolant. Kühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ab dem Erreichen oder Unterschreiten einer vorgegebenen zweiten Temperatur des Kühlmittels in dem Kühlmittelkreislauf mit der wenigstens einen Vorrichtung (63) zur Veränderung der Strömungsquerschnittsfläche für die Kühlluft an der wenigstens einen Vorrichtung (63) die Strömungsquerschnittsfläche reduzierbar ist.cooling system Claim 5 , characterized in that from reaching or falling below a predetermined second temperature of the coolant in the coolant circuit with the at least one device (63) for changing the flow cross-sectional area for the cooling air on the at least one device (63), the flow cross-sectional area can be reduced. Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Luftleitung (57) mehrere Wärmeübertrager (39) angeordnet sind.Cooling system according to one or more of the preceding claims, characterized in that a plurality of heat exchangers (39) are arranged in the at least one air line (57). Kühlsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Wärmeübertrager (39) in je einer Luftleitung (57) angeordnet sind und/oder auf mehrere Luftleitungen (57) verteilt angeordnet sind.cooling system Claim 7 , characterized in that the plurality of heat exchangers (39) are each arranged in one air line (57) and/or are arranged distributed over several air lines (57). Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Luftleitung (57) mehrere Kühlluftfördereinrichtungen (5) angeordnet sind.Cooling system according to one or more of the preceding claims, characterized in that a plurality of cooling air delivery devices (5) are arranged in the at least one air line (57). Kühlsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Kühlluftfördereinrichtungen (5) in je einer Luftleitung (57) angeordnet sind und/oder auf mehrere Luftleitungen (57) verteilt angeordnet sind.cooling system Claim 9 , characterized in that the plurality of cooling air conveying devices (5) are each arranged in one air line (57) and / or are arranged distributed over several air lines (57). Kühlsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom der durch den wenigstens einen Wärmeübertrager (39) leitbaren Kühlluft steuerbar und/oder regelbar ist indem die Anzahl der in Betrieb befindlichen Kühlluftfördereinrichtungen (5) steuerbar und/oder regelbar ist.cooling system Claim 9 or 10 , characterized in that the volume flow of the cooling air that can be conducted through the at least one heat exchanger (39) can be controlled and/or regulated by controlling and/or regulating the number of cooling air conveying devices (5) in operation. Antriebssystem (4) für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend - eine Energiequelle für elektrische Energie mit einem Brennstoffzellensystem (9) mit einer Brennstoffzelleneinheit (10) und/oder mit einer Traktionsbatterie (48), - ein elektrisches Hochvoltsystem (7) mit einem Traktionselektromotor (50) und einem Wechselrichter (51), - ein Kühlsystem (53) zur Kühlung wenigstens einer Komponente (10, 11, 50, 51) des Antriebssystems (4), umfassend einen mit Kühlmittel befüllten Kühlmittelkreislauf mit wenigstens einer Kühlmittelleitung (37), einen von Kühlmittel durchströmten Wärmeübertrager (39) zur Übertragung von Wärme von dem Kühlmittel an Kühlluft, eine Kühlmittelfördereinrichtung (56) zum Fördern von Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf, eine Kühlluftfördereinrichtung (5) für Kühlluft zum Fördern von Kühlluft durch den Wärmeübertrager (39), dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (53) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.Drive system (4) for a motor vehicle (1), comprising - an energy source for electrical energy with a fuel cell system (9) with a fuel cell unit (10) and/or with a traction battery (48), - an electrical high-voltage system (7) with a traction electric motor (50) and an inverter (51), - a cooling system (53) for cooling at least one component (10, 11, 50, 51) of the drive system (4), comprising a coolant circuit filled with coolant and having at least one coolant line (37), a heat exchanger (39) through which coolant flows for transferring heat from the coolant to cooling air, a coolant conveying device (56) for conveying coolant through the coolant circuit, a cooling air conveying device (5) for cooling air for conveying cooling air through the Heat exchanger (39), characterized in that the cooling system (53) is designed according to one or more of the preceding claims. Antriebssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Kühlsystem (53) gekühlte wenigstens eine Komponente (10, 11, 50, 51) eine Brennstoffzelleneinheit (10) und/oder eine Traktionsbatterie (48) und/oder ein Wechselrichter (51) für den Traktionselektromotor (50) ist.drive system Claim 12 , characterized in that the at least one component (10, 11, 50, 51) cooled by the cooling system (53) is a fuel cell unit (10) and / or a traction battery (48) and / or an inverter (51) for the traction electric motor ( 50). Kraftfahrzeug (1), umfassend - eine Karosserie, - mehrere Räder (2), - ein Antriebssystem (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsystem (4) gemäß Anspruch 12 oder 13 ausgebildet ist.Motor vehicle (1), comprising - a body, - several wheels (2), - a drive system (4), characterized in that the drive system (4) according to Claim 12 or 13 is trained. Kraftfahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine mittelbare oder unmittelbare Einlassöffnung (61, 72) für die wenigstens eine Luftleitung (57) an einem vorderen Endbereich des Kraftfahrzeuges (1) ausgebildet ist, so dass während der Fahrt des Kraftfahrzeuges (1) ein Staudruck in der wenigstens einen Luftleitung (57) mit dem Fahrtwind erzeugbar ist.motor vehicle Claim 14 , characterized in that at least one indirect or direct inlet opening (61, 72) for the at least one air line (57) is formed at a front end region of the motor vehicle (1), so that while the motor vehicle (1) is driving, a dynamic pressure in the at least one air line (57) can be generated with the wind.
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