DE112006001348T5 - Brennstoffzellensystem - Google Patents
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Abstract
Brennstoffzellensystem
umfassend:
eine Brennstoffzelle, die elektrische Leistung aus einer elektrochemischen Reaktion gewinnt;
ein Temperaturfeststellungsmittel zur Ermittlung der Temperatur einer Brennstoffzelle;
einen Kreislaufpfad für das Heizmedium, in dem das Heizmedium für den Wärmeaustausch mit der Brennstoffzelle in Umlauf gehalten wird;
eine Pumpe für das Heizmedium, um das Heizmedium im Kreislaufpfad für das Heizmedium in Umlauf zu halten;
einen Wärmetauscher zum Herabkühlen des Heizmediums, wobei der Wärmetauscher im Kreislaufpfad für das Heizmedium angeordnet ist;
einen Wärmetauscherbypass, in dem das Heizmedium zirkuliert, um den Wärmetauscher im Kreislaufpfad für das Heizmedium zu umgehen;
ein Steuermittel für den Durchfluß des Heizmediums, um auf der Basis der vom Temperaturfeststellungsmittel ermittelten Temperatur der Brennstoffzelle wenigstens einen Durchfluß zu steuern des über den Wärmetauscherbypass fließenden Heizmediums und des über den Kreislaufpfad für das Heizmedium fließenden Heizmediums;
eine Heizvorrichtung zur Erwärmung des Heizmediums, wobei die Heizvorrichtung im Wärmetauscherbypass angeordnet ist;...
eine Brennstoffzelle, die elektrische Leistung aus einer elektrochemischen Reaktion gewinnt;
ein Temperaturfeststellungsmittel zur Ermittlung der Temperatur einer Brennstoffzelle;
einen Kreislaufpfad für das Heizmedium, in dem das Heizmedium für den Wärmeaustausch mit der Brennstoffzelle in Umlauf gehalten wird;
eine Pumpe für das Heizmedium, um das Heizmedium im Kreislaufpfad für das Heizmedium in Umlauf zu halten;
einen Wärmetauscher zum Herabkühlen des Heizmediums, wobei der Wärmetauscher im Kreislaufpfad für das Heizmedium angeordnet ist;
einen Wärmetauscherbypass, in dem das Heizmedium zirkuliert, um den Wärmetauscher im Kreislaufpfad für das Heizmedium zu umgehen;
ein Steuermittel für den Durchfluß des Heizmediums, um auf der Basis der vom Temperaturfeststellungsmittel ermittelten Temperatur der Brennstoffzelle wenigstens einen Durchfluß zu steuern des über den Wärmetauscherbypass fließenden Heizmediums und des über den Kreislaufpfad für das Heizmedium fließenden Heizmediums;
eine Heizvorrichtung zur Erwärmung des Heizmediums, wobei die Heizvorrichtung im Wärmetauscherbypass angeordnet ist;...
Description
- Technisches Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem das elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion erzeugt.
- Stand der Technik
- Ein Brennstoffzellensystem gewinnt elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion eines Brenngases, wie Wasserstoff, mit einem Sauerstoff enthaltenden Oxidationsgas mittels eines Elektrolyten. Weil ein solches Brennstoffzellensystem eine definierte Betriebstemperatur besitzt, die die Erzeugung elektrischer Leistung gestattet, ist es manchmal so eingerichtet, daß, falls die Temperatur der Brennstoffzelle beispielsweise in der Startphase die Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat, die Brennstoffzelle schnell aufgeheizt (erwärmt) wird, um die die Erzeugung elektrischer Leistung gestattende Temperatur zu erreichen. Weil der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems absinkt, wenn die Betriebstemperatur zu hoch ist, ist des weiteren die Anordnung so getroffen, daß, falls die Temperatur der Brennstoffzelle zu hoch ist, eine Wärmetauschervorrichtung, wie beispielsweise ein Kühler, benutzt wird, um einen Wärmetausch mit der Außenluft durchzuführen, um das Heizmedium abzukühlen, worauf dann das gekühlte Heizmedium benutzt wird, um die Brennstoffzelle abzukühlen.
- Eine Bauart eines konventionellen Brennstoffzellensystems ist ein Brennstoffzellensystem, bei dem eine Brennstoffzelle durch ein Wärmemedium aufgewärmt wird, das durch eine Heizvorrichtung des Brennstoff benutzenden Verbrennungstyps und ein bei einer solchen Heizvorrichtung anfallendes Abgas erwärmt wird (siehe beispielsweise die offengelegte
japanische Patentanmeldung Nr. 2001-155753 - Eine andere Bauart eines konventionellen Brennstoffzellensystems ist ein Brennstoffzellensystem, bei welchem das Heizmedium durch Nutzung der Wärme aus einer Wasserstoffbrennkammer zur Verbrennung des aus einer Brennstoffzelle ausgestoßenen Wasserstoffs erwärmt wird, und das erwärmte Heizmedium benutzt wird, um die Brennstoffzelle zu erwärmen, wo ein Zwischenwärmetauscher stromab von einem Wärmetauscher zwischen der Wasserstoffbrennkammer und dem Heizmedium angeordnet ist, in dem das Heizmedium zu einem Kreislauf veranlaßt wird, so daß die Wärme der Wasserstoffbrennkammer über den Zwischenwärmetauscher freigesetzt wird (siehe Offenlegungsschrift der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-235075 - Zusätzlich zu den oben genannten Dokumenten offenbaren die Offenlegungsschrift der
japanischen Patentanmeldung Nr. 6-304087 japanischen Patentanmeldung Nr. 1-169269 japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-249251 - Zusammenfassung der Erfindung
- Bei konventionellen Brennstoffzellensystemen wird eine Temperatur einer Brennstoffzelle in eine elektronische Steuereinheit (ECU) eingegeben und die ECU regelt die oben erwähnte Heizvorrichtung, den Kreislaufpfad des Heizmediums und dergleichen gemäß einem Programm, das auf der Basis der Temperatur der Brennstoffzelle voreingestellt ist. Deshalb wird, wenn die ECU normal arbeitet, die Heizvorrichtung gestoppt oder das Heizmedium in einer Weise in Umlauf gebracht, die das Heizmedium ansprechend auf übermäßige Erwärmung des Heizmediums abkühlt, so daß eine Überhitzung des Heizmediums verhindert werden kann. Wenn jedoch die ECU nicht normal arbeitet, wird die Heizvorrichtung nicht in geeigneter Weise gestoppt oder das Heizmedium wird nicht in einer Weise in Umlauf gebracht, die das Heizmedium abkühlt, so daß das Kühlwasser möglicherweise überhitzt wird. Insbesondere, wenn das Heizmedium nicht innerhalb der Heizvorrichtung fließt, kann das Heizmedium als zu beheizendes Objekt in der Heizvorrichtung verbleiben, ohne in Umlauf zu sein, so daß das Heizmedium möglicherweise drastisch bis zum Sieden erhitzt wird.
- Des weiteren ist bei konventionellen Brennstoffzellensystemen ein Temperatursensor vorgesehen, um eine Temperatur des durch die Heizvorrichtung erwärmten Heizmediums festzustellen, und die Heizvorrichtung wird auf der Basis der festgestellten Temperatur gestoppt. Weil es jedoch eine gewisse zeitliche Verzögerung gibt, bevor das beheizte Heizmedium den Temperatursensor erreicht, kann die Heizvorrichtung möglicherweise beim Stoppen verzögert werden, was weiter eine Überhitzung des Heizmediums verursachen kann.
- Hinsichtlich der verschiedenen oben diskutierten Probleme ist es ein technischer Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, in dem das Heizmedium beheizt wird, um eine Brennstoffzelle aufzuwärmen, und bei dem das Überhitzen des Heizmediums verhindert wird.
- Die vorliegende Erfindung schafft ein Brennstoffzellensystem umfassend eine Brennstoffzelle, die elektrische Leistung aus einer elektrochemischen Reaktion gewinnt; ein Temperaturfeststellungsmittel zur Ermittlung der Temperatur einer Brennstoffzelle; einen Kreislaufpfad für das Heizmedium, in dem das Heizmedium für den Wärmeaustausch mit der Brennstoffzelle in Umlauf gehalten wird; eine Pumpe für das Heizmedium, um das Heizmedium im Kreislaufpfad für das Heizmedium in Umlauf zu halten; einen Wärmetauscher zum Herabkühlen des Heizmediums wobei der Wärmetauscher im Kreislaufpfad für das Heizmedium angeordnet ist; einen Wärmetauscherbypass, in dem das Heizmedium zirkuliert, um den Wärmetauscher im Kreislaufpfad für das Heizmedium zu umgehen; ein Steuermittel für den Durchfluß des Heizmediums, um auf der Basis der vom Temperaturfeststellungsmittel ermittelten Temperatur der Brennstoffzelle wenigstens einen Durchfluß zu steuern des über den Wärmetauscherbypass fließenden Heizmediums und des über den Kreislaufpfad für das Heizmedium fließenden Heizmediums; eine Heizvorrichtung zur Erwärmung des Heizmediums, wobei die Heizvorrichtung im Wärmetauscherbypass angeordnet ist; ein Durchflußermittlungsmittel zur Feststellung des Durchflusses des den Wärmetauscherbypass durchfließenden Heizmediums und Wärmesteuermittel zum Steuern der Heizvorrichtung auf der Basis des vom Durchflußermittlungsmittel festgestellten Durchflusses des Heizmediums.
- Das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung steuert auf der Basis der vom Temperaturfeststellungsmittel ermittelten Temperatur der Brennstoffzelle wenigstens einen Durchfluß des über den Kreislaufpfad für das Heizmedium fließenden Heizmediums und des über den Wärmetauscherbypass fließenden Heizmediums. Das durch den Kreislaufpfad für das Heizmedium strömende Heizmedium wird durch den Wärmetauscher herabgekühlt bzw. das über den Wärmetauscherbypass strömende Heizmedium wird durch die Heizvorrichtung aufgeheizt. Das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt das gekühlte bzw. aufgeheizte Heizmedium zum Abkühlen oder Aufheizen der Brennstoffzelle.
- Falls die Brennstoffzelle eine Temperatur noch nicht erreicht hat, die die Erzeugung elektrischer Leistung ermöglicht, und sie deshalb aufgewärmt werden muß, können Beispiele für die Steuerung des Durchflusses oder des Heizmediums folgendes einschließen: Führen des Heizmediums nur über den Wärmetauscherbypass, in dem die Heizvorrichtung angeordnet ist, das heißt Zulassen der Strömung des Heizmediums nur über die Heizvorrichtung, jedoch nicht über den Wärmetauscher; Zulassen eines größeren Durchflusses des Heizmediums über die Heizvorrichtung und Zulassen eines kleineren Durchflusses über den Wärmetauscher. Demgemäß ist es durch Steuerung des Durchflusses des Heizmediums auf diese Weise möglich, die Brennstoffzelle durch Benutzung des erwärmten Heizmediums aufzuwärmen.
- Andererseits können, falls sich die Brennstoffzelle auf einer hohen Temperatur befindet, Beispiele für den Durchfluß des Heizmediums folgendes einschließen: Zulassen, daß das Heizmedium nur durch den Wärmetauscher fließt, jedoch nicht durch die Heizvorrichtung; Zulassen eines größeren Durchflusses des Heizmediums über den Wärmetauscher und Zulassen eines kleineren Durchflusses des Heizmediums über die Heizvorrichtung. Demgemäß ist es durch die Steuerung des Durchflusses auf diese Weise möglich, die Temperatur der Brennstoffzelle zu senken durch Benutzen des gekühlten Heizmediums.
- Ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann umfassen: das Durchflußermittlungsmittel zur Feststellung des Durchflusses durch die Heizvorrichtung und Wärmesteuermittel zum Steuern der Heizvorrichtung auf der Basis des ermittelten Durchflusses des Heizmediums, so daß die Heizvorrichtung auf der Basis des Durchflusses des Heizmediums über die Heizvorrichtung gesteuert werden kann. Demgemäß kann die Heizvorrichtung nur betrieben werden, wenn das Heizmedium mit einem geeigneten Durchfluß über die Heizvorrichtung strömt, oder die Heizvorrichtung kann in einer Weise gesteuert werden, daß sie auf der Basis des Durchflusses des Heizmediums über die Heizvorrichtung die Überhitzung des Heizmediums verhindert. Demgemäß ist es durch Feststellung des Durchflusses des Heizmediums über die Heizvorrichtung und Steuerung des Heizmediums auf der Basis des ermittelten Durchflusses möglich, eine Überhitzung des Heizmediums zu verhindern und es davon abzuhalten, zu sieden, wodurch Störungen des Brennstoffzellensystems vermieden werden.
- Vorzugsweise kann das Wärmesteuermittel Start und Stopp der Heizvorrichtung auf der Basis des vom Durchflußermittlungsmittel festgestellten Durchflusses des Heizmediums steuern. In diesem Falle steuert das Wärmesteuermittel die Heizvorrichtung in der Weise, daß sie auf der Basis des vom Durchflußermittlungsmittel festgestellten Durchflusses des Heizmediums eine Überhitzung des Heizmediums verhindert. Die Heizvorrichtung kann durch verschiedene Anordnungen gesteuert werden, einschließlich einer Anordnung, die die Heizvorrichtung auf der Basis des ermittelten Durchflusses des Heizmediums startet und stoppt, einer Anordnung, die auf der Basis des ermittelten Durchflusses die die Wärmemenge des Heizmediums steuert, und dergleichen mehr.
- Jedoch ist es nur erforderlich, daß das Wärmesteuermittel gemäß der vorliegenden Erfindung die Temperatur des Heizmediums nicht höher hält als die Siedetemperatur des Heizmediums, aber es ist keine genaue Temperatursteuerung erforderlich. Demgemäß wird vorgezogen, daß das Wärmesteuermittel eine Anordnung so einfach wie möglich aufweist, und die Anordnung, welche die Heizvorrichtung auf der Basis des Durchflusses des Heizmediums startet und stoppt ist besser geeignet. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Steuerung durch das Wärmesteuermittel zu vereinfachen, wodurch die Verhinderung einer Fehlfunktion mit verringerten Kosten realisiert wird.
- Des weiteren wird es bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung vorgezogen, daß die Durchflußermittlungsmittel in Übereinstimmung mit einer Druckdifferenz zwischen dem in die Heizvorrichtung einströmenden und dem aus der Heizvorrichtung ausströmenden Heizmedium den Durchfluß des Heizmediums über den Wärmetauscherbypass feststellen.
- Weil die Heizvorrichtung als ein Widerstand wirkt, wenn das Heizmedium durch die Heizvorrichtung fließt, können im Wärmetauscherbypass das Heizmedium vor dem Einströmen in die Heizvorrichtung und das Heizmedium nach dem Ausströmen aus der Heizvorrichtung voneinander unterschiedliche Drücke aufweisen. Andererseits haben im Wärmetauscherbypass das Heizmedium vor dem Einströmen in die Heizvorrichtung und das Heizmedium nach dem Ausströmen aus der Heizvorrichtung keinen oder nur einen geringen Druckunterschied, falls über die Heizvorrichtung kein Heizmedium oder nur eine geringe Menge des Heizmediums fließt.
- Es ist somit möglich, den Durchfluß des über die Heizvorrichtung fließenden Heizmediums durch Ermittlung eines Druckunterschieds zwischen dem Heizmedium vor dem Einströmen in die Heizvorrichtung und dem Heizmedium nach dem Ausströmen aus der Heizvorrichtung zu ermitteln. Zusätzlich ist die oben erwähnte Anordnung zur Feststellung des Druckunterschieds einfach im Vergleich mit jenen Anordnungen, die Durchflußmesser oder dergleichen für die Ermuittlung des Durchflusses einsetzen.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren in dem Brennstoffzellensystem gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. - Beste Weise zur Ausführung der Erfindung
- Ausführungsformen eines Brennstoffzellensystems nach der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
- <Ausführungsform 1>
- Die
1 ist ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems, bei dem die vorliegende Erfindung angewandt ist. Das Brennstoffzellensystem umfaßt: eine Brennstoffzelle10 ; eine (nicht gezeigte) Wasserstoffversorgungseinheit; die Wasserstoff als Brennstoff zuführt, eine (nicht gezeigte) Luftversorgungseinheit; ein Heiz- und Kühlsystem; und eine elektronische Steuereinheit (ECU)20 . - Die Brennstoffzelle
10 gewinnt elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff mittels eines Elektrolyten. Die Brennstoffzelle10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle, d.h. ein Typ von Brennstoffzellen, der im Allgemeinen für mit Brennstoffzellen betriebene elektrische Fahrzeuge als Leistungsquelle benutzt wird. - Die Brennstoffzelle
10 ist derart gestaltet, daß Wasserstoff aus der Wasserstoffversorgungseinheit zugeführt wird und Sauerstoff enthaltende Luft aus der Luftversorgungseinheit. Beispielsweise kann eine Aufarbeitungseinheit oder ein Tank zur Wasserstoffspeicherung als Wasserstoffversorgungseinheit dienen und dabei kann ein Verdichter, der ein adiabatischer Verdichter ist, als Luftversorgungseinheit benutzt werden. - Während eines Verfahrens der elektrischen Leistungsversorgung in der Brennstoffzelle
10 werden durch die chemische Reaktion zur elektrischen Leistungsgewinnung Wasser und Wärme erzeugt, und das führt zu einem Temperaturanstieg in der Brennstoffzelle10 . Im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Leistungsgewinnung ist es jedoch vorzuziehen, daß die Temperatur der Brennstoffzelle10 während der Erzeugung elektrischer Leistung nicht höher gehalten wird als ein gewisser Schwellenwert. Die Brennstoffzelle10 schließt deshalb ein Kühlsystem ein, das das Heizmedium zum Abführen der in der Brennstoffzelle10 erzeugten Wärme benutzt. - Das Kühlsystem schließt ein: einen Kühlwasserkreislaufpfad
11 für die Zirkulation des als Heizmedium dienenden Kühlwassers durch die Brennstoffzelle10 ; eine als Wärmetauscher zur Abkühlung des Kühlwassers dienenden Kühler12 ; eine als Pumpe für das Heizmedium zur Einstellung des Durchflusses des zu zirkulierenden Kühlwassers dienende Kühlwasserpumpe13 ; und einen Temperaturfühler14 , der als Temperaturfeststellungsmittel dazu dient, die Temperatur des Kühlwassers zu ermitteln, das die Brennstoffzelle10 durchflossen hat. Das durch die Brennstoffzelle10 aufgeheizte Kühlwasser durchströmt den Kühlwasserzirkulationspfad11 und dann den Kühler12 , in dem ein Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser und der Außenluft stattfindet, wodurch das Kühlwasser abgekühlt wird. Das abgekühlte Kühlwasser strömt wieder durch die Brennstoffzelle10 , wo ein Wärmeaustausch mit der Brennstoffzelle10 stattfindet, und strömt dann nach Erwärmung aus der Brennstoffzelle10 . - Das Brennstoffzellensystem schließt auch ein mit dem Kühlsystem integriertes Heizsystem ein. Das Heizsystem ist ein System zum Aufheizen (Aufwärmen) der Brennstoffzelle
10 , wenn sie noch nicht die Temperatur erreicht hat, die die Erzeugung elektrischer Leistung erlaubt, wie zum Startzeitpunkt bei niedriger Temperatur. - Das Heizsystem schließt ein: einen Kühlerbypass
15 verbunden mit dem Kühlwasserzirkulationspfad11 und agierend als Wärmetauscherbypass, der dem Kühlwasser die Umgehung des Kühlers12 gestattet; eine Heizvorrichtung16 im Wärmetauscherbypass15 , die als Heizmittel zum Erwärmen des Kühlwassers dient; und einen Differenzdrucksensor17 , der als Durchflußfeststellungsmittel zur Ermittlung des Durchflusses des Kühlwassers durch die Heizvorrichtung16 dient. Weil es die einzige Anforderung an die Heizvorrichtung16 ist, befähigt zu sein, das Kühlwasser als Heizmedium zu erwärmen, kann eine elektrische Heizvorrichtung oder eine Heizvorrichtung der Verbrennungsbauart benutzt werden. - Der Differenzdrucksensor
17 ermittelt eine Druckdifferenz zwischen dem im Bypass15 in die Heizvorrichtung16 einströmenden Kühlwasser und dem aus der Heizvorrichtung16 ausströmenden Kühlwasser. Weil die Heizvorrichtung16 als ein Widerstand wirkt, wenn sie vom Kühlwasser durchströmt wird, kann ein Druckunterschied zwischen dem Kühlwasser vor seinem Einströmen in die Heizvorrichtung und dem Kühlwasser nach dem Ausströmen aus der Heizvorrichtung auftreten. Der Differenzdrucksensor17 bemerkt den Druckunterschied und ermittelt dadurch den Durchfluß des die Heizvorrichtung16 durchströmenden Kühlwassers (nachfolgend als Heizvorrichtungsdurchfluß Fh bezeichnet). Dabei können zur Feststellung des Heizvorrichtungdurchflusses Fh auch andere Verfahrensweisen statt der Anwendung des Differenzdrucksensors17 benutzt werden, wie ein Durchflußsensor, der den Durchfluß des Kühlwassers direkt ermittelt, oder ein indirektes Verfahren basierend auf einer anderen physikalischen Größe als dem Druck, beispielsweise der Temperatur, des Kühlwassers. - Zur Zeit der Aufwärmung der Brennstoffzelle
10 , z.B. in der Startphase des Brennstoffzellensystems bei niedriger Temperatur, findet ein Kühlwasserkreislauf im Kühlerbypass15 statt. Das Kühlwasser wird durch die im Kühlerbypass15 befindliche Heizvorrichtung16 erwärmt und dann durch die Brennstoffzelle10 geführt, um sie aufzuwärmen. Ein Dreiwegeventil18 ist an der Verbindungsstelle des Kühlwasserzirkulationspfads11 und des Kühlerbypasses15 angeordnet und ermöglicht es, das Kühlwasser entweder über den Kühlwasserzirkulationspfad11 oder den Kühlerbypass15 umlaufen zu lassen. - Die elektrische Steuereinheit (ECU)
20 ist so gestaltet, daß sie Eingaben einer vom Temperatursensor14 ermittelten Temperatur der Brennstoffzelle10 (nachfolgend als Brennstoffzellentemperatur Tfc bezeichnet) und des Heizvorrichtungsdurchflusses Fh empfängt. Die ECU20 steuert die Heizvorrichtung16 , das Dreiwegeventil18 und die Kühlwasserpumpe13 nach einem vorher eingegebenen Programm auf der Basis der Brennstoffzellentemperatur Tfc und des Heizvorrichtungsdurchflusses Fh und fungiert als Steuermittel für den Durchfluß des Heizmediums als Wärmesteuermittel gemäß der vorliegenden Erfindung. - Das Folgende beschreibt unter Bezugnahme auf das in
2 gezeigte Ablaufdiagramm die Steuerung der Brennstoffzellentemperatur im Brennstoffzellensystem mit der oben erwähnten Ausgestaltung. Die durch das Ablaufdiagramm in2 dargestellte Steuerung der Brennstoffzellentemperatur wird durch die ECU20 durchgeführt. Die Steuerung der Brennstoffzellentemperatur ist eine Routine, die in regelmäßigen Intervallen wiederholt wird. - Zunächst wird die Brennstoffzellentemperatur berechnet (Schritt
1 ) und dann wird festgestellt, ob sie niedriger ist als eine vorgegebene Temperatur T1 (Schritt2 ). Die Brennstoffzellentemperatur wird berechnet auf der Basis der durch den Temperatursensor14 festgestellten Temperatur des gerade aus der Brennstoffzelle ausgeströmten Kühlwassers. Die vorgegebene Temperatur T1 wird erhalten, indem einer die Erzeugung elektrischer Leistung in der Brennstoffzelle10 ermöglichenden Minimaltemperatur eine vorgegebene Toleranz hinzugefügt wird. Die Brennstoffzelle10 führt keine Erzeugung elektrischer Leistung durch, falls ihre Temperatur nicht höher ist als die vorgegebene Temperatur T1. Bei Ausführung des Schritts2 ist es möglich festzustellen, ob sich die Brennstoffzelle10 in einem Zustand befindet, in dem sie zur Erzeugung elektrischer Leistung in der Lage ist oder nicht. - Falls durch das Ergebnis der Ermittlung beim Schritt
2 festgestellt wird, daß die Temperatur Tfc der Brennstoffzelle niedriger ist als die vorgegebene Temperatur T1, befindet sich die Brennstoffzelle10 in einem nicht zur Erzeugung elektrischer Leistung geeigneten Zustand. Es wird deshalb ein Aufwärmverfahren durchgeführt, um die Brennstoffzelle10 in einen Zustand aufzuheizen, in dem sie zur Erzeugung elektrischer Leistung befähigt ist. - Beim Aufheizverfahren wird das Dreiwegeventil
18 benutzt, um den Kreislaufpfad des Kühlwassers zu steuern (Schritt3 ), Insbesondere wird das Dreiwegeventil18 derart gesteuert, daß das Kühlwasser durch den Kühlerbypass15 fließt, in dem sich die Heizvorrichtung16 befindet, statt daß es über den Pfad11 zirkuliert, in dem der Kühler12 angeordnet ist. Wenn das Kühlwasser über den Kühlerbypass15 fließt, ist es möglich, das Kühlwasser durch die im Kühlerbypass15 angeordnete Heizvorrichtung16 zu erwärmen und dann das erwärmte Kühlwasser zur Aufwärmung der Brennstoffzelle10 zu verwenden. - Die Wärmemenge für die Heizvorrichtung
16 und der Durchfluß des zu zirkulierenden Kühlwassers werden auf der Basis der Brennnstoffzellentemperatur Tfc (Schritt4 ) bestimmt. Die Wärmemenge der Heizvorrichtung16 wird berechnet auf der Basis der Brennstoffzellentemperatur Tfc und einer Wärmemenge für das Kühlwasser, die von der Brennstoffzellentemperatur Tfc abhängt. Insbesondere, wenn die Bennstoffzellentemperatur Tfc niedrig ist, ist eine große Wärmemenge erforderlich, um die Brennstoffzelle10 zu erwärmen, so daß die Wärmemenge der Heizvorrichtung16 wie auch der Kühlwasserdurchfluß erhöht werden. - Auf der Grundlage des beim Schritt
4 festgestellten Kühlwasserdurchflusses wird die Kühlwasserpumpe13 gesteuert (Schritt5 ), um den Kühlwasserdurchfluß einzustellen. Das ermöglicht einen vorgegebenen Durchfluß des über die Brennstoffzelle10 in Umlauf zu bringenden Kühlwassers. Nach der Einstellung des Kühlwasserdurchflusses wird der Heizvorrichtungsdurchfluß Fh ermittelt (Schritt6 ). Der Heizvorrichtungsdurchfluß Fh wird durch den Differenzdrucksensor17 ermittelt, der eine Druckdifferenz zwischen dem Kühlwasser auf der Einströmseite und dem Kühlwasser auf der Ausströmseite der Heizvorrichtung16 feststellt. Wenn Kühlwasser über die Heizvorrichtung16 strömt, wirkt die Heizvorrichtung als Widerstand und bewirkt einen Druckunterschied zwischen dem Kühlwasser vor dem Einströmen und dem Kühlwasser nach dem Ausströmen. Je größer der Kühlwasserdurchfluß ist, desto größer ist der Druckunterschied. Der Heizvorrichtungsdurchfluß Fh wird somit auf der Grundlage des vom Differenzdrucksensor17 festgestellten Druckunterschieds berechnet. - Nach der Berechnung des Heizvorrichtungsdurchflusses Fh wird bestimmt, ob der Heizvorrichtungsdurchfluß Fh gleich oder größer ist als ein vorgegebener Durchfluß F1 (Schritt
7 ). Der vorgegebene Durchfluß F1 ist ein Wert, der auf der Basis der beim Schritt S4 berechneten Wärmemenge der Heizvorrichtung16 bestimmt wird, sowie eines Durchflusses, der nicht zu einer Überhitzung des Kühlwassers führt, das heißt, bei einer Aktivierung der Heizvorrichtung16 das Kühlwasser nicht zum Kochen bringt. Der Grund ist, daß die Temperatur des Kühlwassers drastisch ansteigen kann und das Kühlwasser örtlich zum Kochen kommen kann, wenn die Heizvorrichtung16 aktiviert wird, während nur ein geringer Durchfluß des Kühlwassers an der Heizvorrichtung16 stattfindet. Außerdem kann das Kühlwasser zum Kochen kommen und einen Defekt des Brennstoffzellensystems verursachen, wenn aufgrund eines Fehlers der ECU20 , eines Fehlers bei der Steuerung des Dreiwegeventils18 und dergleichen, die Heizvorrichtung16 aktiviert wird, ohne daß Kühlwasser über den Kühlerbypass15 fließt. Demgemäß ist es die einzige Anforderung an den vorgegebenen Durchfluß F1, daß er ein Durchfluß ist, der ein Kochen des Kühlwassers verhindert, wenn das Kühlwasser durch die Heizvorrichtung16 beheizt wird, und der deshalb vorzugsweise auf der Basis der Wärmekapazität der Heizvorrichtung16 , des Durchflußwiderstands der Heizvorrichtung16 oder dergleichen bestimmt wird. - Falls als Ergebnis der Ermittlungen beim Schritt
7 festgestellt wird, daß der Heizvorrichtungsdurchfluß Fh gleich oder größer ist als der vorgegebene Durchfluß F1, wird der Durchfluß des Kühlwassers über die Heizvorrichtung1 als ausreichend angesehen. Es wird somit durch die Heizvorrichtung16 ein Heizverfahren durchgeführt. - Es wird eine Feststellung getroffen, ob die Heizvorrichtung
16 sich in einem aktiven Zustand befindet oder nicht (Schritt8 ). Falls festgestellt wird, daß sich die Heizvorrichtung16 in einem aktiven Zustand befindet, steuert das Heizverfahren die Wärmemenge der Heizvorrichtung16 auf der Basis der beim Schritt4 festgestellten Wärmemenge der Heizvorrichtung16 (Schritt10 ). Andererseits, falls festgestellt wird, daß sich die Heizvorrichtung16 nicht in einem aktiven Zustand befindet, aktiviert das Heizverfahren die Heizvorrichtung16 (Schritt9 ) und steuert dann die Wärmemenge der Heizvorrichtung16 (Schritt10 ). - Falls als Ergebnis der beim Schritt S7 getroffenen Ermittlungen festgestellt wird, daß der Heizvorrichtungsdurchfluß Fh geringer ist als der vorgegebene Durchfluß F1, wird der Kühlwasserdurchfluß über die Heizvorrichtung
16 als nicht ausreichend angesehen. Es wird deshalb durch die Heizvorrichtung16 kein Heizverfahren durchgeführt. Dies dient dem Zweck, die Heizvorrichtung16 vor einer Überhitzung des Kühlwassers zu bewahren. Falls durch die Heizvorrichtung16 kein Heizverfahren durchgeführt werden soll, wird ermittelt, ob sich die Heizvorrichtung16 in einem aktiven Zustand oder nicht befindet (Schritt11 ), und falls festgestellt wird, daß sich die Heizvorrichtung in einem aktiven Zustand befindet, wird die Heizvorrichtung16 gestoppt (Schritt12 ). Nachdem die Heizvorrichtung16 gestoppt worden ist oder festgestellt wurde, daß sich die Heizvorrichtung16 in einem gestoppten Zustand befindet, wird die Kühlwasserpumpe13 wieder gesteuert, um den Kühlwasserdurchfluß zu veranlassen, sich dem beim Schritt4 bestimmten Durchfluß anzunähern (Schritt5 ), um den Kühlwasserdurchfluß einzustellen, worauf dann erneut der Heizvorrichtungsdurchfluß Fh festgestellt wird (Schritt6 ). Die Verfahrensabläufe sind danach die gleichen wie oben beschrieben. - Falls beim Schritt
2 festgestellt wird, daß die Temperatur Tfc der Brennstoffzelle gleich der vorgegebenen Temperatur T1 oder größer ist, wird ermittelt, ob die Brennstoffzellentemperatur Tfc niedriger als eine vorgegebene Temperatur T2 ist oder nicht (Schritt14 ). Die vorgegebene Temperatur T2 ist eine Temperatur, auf oder unterhalb der die Brennstoffzelle10 vorzugsweise im Hinblick auf ihren Erzeugungswirkungsgrad gehalten wird, und sie wird als erforderlich eingestellt in Abhängigkeit von, beispielsweise, der Bauart der Brennstoffzelle. - Wenn festgestellt wird, daß die Temperatur Tfc der Brennstoffzelle gleich oder höher ist als die vorgegebene Temperatur T2, wird ein Kühlverfahren für die Brennstoffzelle
10 unter Anwendung des Kühlwassers durchgeführt, um eine Abnahme des Erzeugungswirkungsgrades der Brennstoffzelle10 zu verhindern. Zunächst ermittelt das Kühlverfahren, ob die Heizvorrichtung16 sich in einem aktiven Zustand befindet oder nicht (Schritt15 ). Falls festgestellt wird, daß sich die Heizvorrichtung16 in einem aktiven Zustand befindet, stoppt das Kühlverfahren die Heizvorrichtung15 (Schritt16 ). Der Grund ist, daß kein Aufwärmverfahren mehr erforderlich ist, weil die Brennstoffzellentemperatur Tfc gleich oder höher ist als die vorgegebene Temperatur T2, obwohl sich die Heizvorrichtung16 manchmal aufgrund des oben beschriebenen Aufwärmverfahrens in Betrieb befinden kann. - Nachdem die Heizvorrichtung
16 gestoppt worden ist, oder falls als Ergebnis der Ermittlung festgestellt worden ist, daß die Heizvorrichtung16 sich nicht in einem aktiven Zustand befindet, wird die Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff gestartet (Schritt17 ). Mit der Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff wird von der Brennstoffzelle10 ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Leistung durchgeführt. - Danach wird das Dreiwegeventil
18 gesteuert, um den Zirkulationspfad für das Kühlwasser einzustellen (Schritt18 ). Insbesondere wir das Dreiwegeventil18 so gesteuert, daß das Kühlwasser über den Kühlwasserzirkulationspfad11 fließt, in dem der Kühler12 angeordnet ist, statt über den Kühlerbypass15 , in dem die Heizvorrichtung16 angeordnet ist. Der Kreislauf des Kühlwassers im Kühlwasserzirkulationspfad11 ermöglicht es dem Kühlwasser über den Kühler12 zu fließen. Die Wärme wird durch den Kühler12 zwischen dem Kühlwasser und der Außenluft ausgetauscht und das durch den Kühler geflossene Kühlwasser durchquert nach der Kühlung die Brennstoffzelle10 , so daß die Brennstoffzelle10 herabgekühlt werden kann. - Nach der Steuerung des Dreiwegeventils
18 wird ein Durchfluß des in Umlauf zu haltenden Kühlwassers auf der Basis der Brennstoffzellentemperatur Tfc berechnet (Schritt19 ). Der Durchfluß des Kühlwassers wird auf der Basis der Brennstoffzellentemperatur Tfc der der Kühlung ausgesetzten Brennstoffzelle10 berechnet. Insbesondere wenn die Brennstoffzellentemperatur Tfc hoch ist, ist eine große Wärmemenge erforderlich, um die Brennstoffzelle10 abzukühlen so daß der Durchfluß des Kühlwassers erhöht wird. Die Kühlwasserpumpe13 wird auf der Basis des auf diese Weise festgestellten Durchflusses des Kühlwassers gesteuert (Schritt20 ), um den Kühlwasserdurchfluß einzustellen. - Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, das ausgeführt wird, wenn festgestellt wird, daß die Brennstoffzellentemperatur niedriger ist als die beim Schritt
14 vorgegebene Temperatur T2. Wenn festgestellt wird, daß die Brennstoffzellentemperatur Tfc niedriger ist als die vorgegebene Temperatur T2, ist die Brennstoffzellentemperatur gleich oder höher als die vorgegebene Temperatur T1, die die Erzeugung elektrischer Leistung ermöglicht, und auch niedriger ist als die vorgegebene Temperatur T2, die die untere Grenze ist, bei der oder oberhalb der der Erzeugungswirkungsgrad beginnt, abzunehmen. Deshalb befindet sich die Brennstoffzelle10 auf einer für die Erzeugung elektrischer Leistung geeigneten Temperatur. - Die Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff wird begonnen (Schritt
21 ) und das Verfahren zur Erzeugung elektrischer Leistung wird durchgeführt. Danach werden ähnliche Verfahren wie jene im Aufwärmverfahren durchgeführt, wie Steuerung des Kreislaufpfads für das Kühlwasser (Schritt3 ), während die Brennstoffzellentemperatur Tfc auf der geeigneten Temperatur gehalten wird. - Wie oben beschrieben, ist es gemäß dem Brennstoffzellensystem dieser Ausführungsform möglich, das Aufwärmverfahren zum Aufheizen der Brennstoffzelle
10 und das Abkühlverfahren zur Abkühlung der Brennstoffzelle10 auf der Basis der Brennstoffzellentemperatur Tcf auszuführen. Das Aufwärmverfahren wird durch Erhitzen des Kühlwassers mittels der Heizvorrichtung16 und Durchleiten erhitzten Kühlwassers durch die Brennstoffzelle10 durchgeführt. Weil die Heizvorrichtung16 auf der Basis des Heizvorrichtungsdurchflusses Fh gesteuert wird, ist es möglich, die Heizvorrichtung16 an einer Überhitzung des Kühlwassers zu hindern, wodurch sowohl ein Sieden des Kühlwassers wie auch diese begleitende Defekte oder dergleichen des Brennstoffzellensystems vermieden werden. - <Ausführungsform 2>
- Bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1 wird die Strömung des Kühlwassers als des Heizmediums durch das Dreiwegeventil
18 auf der Basis der Brennstoffzellentemperatur Tfc gesteuert, die auf der Basis der durch den Temperatursensor14 ermittelten Temperatur des gerade aus der Brennstoffzelle10 ausgeflossenen Kühlwassers berechnet wird. Mit anderen Worten, falls gemäß der Brennstoffzellentemperatur Tfc festgestellt wird, daß für die Brennstoffzelle10 das Aufwärmverfahren erforderlich ist, wird das Dreiwegeventil18 ansprechend auf einen Befehl aus der ECU20 so gesteuert, daß das Kühlwasser über den Kühlerbypass15 fließt. Falls gemäß der Brennstoffzellentemperatur Tfc festgestellt wird, daß für die Brennstoffzelle10 das Abkühlverfahren erforderlich ist, wird das Dreiwegeventil18 ansprechend auf einen Befehl aus der ECU20 so gesteuert, daß das Kühlwasser über den Kühler12 fließt. - Selbst wenn das Dreiwegeventil
18 nicht in einer proaktiven (vorausschauenden) Weise auf der Basis der Brennstoffzellentemperatur Tfc gesteuert wird, ist die in2 dargestellte Steuerung der Brennstoffzellentemperatur, insbesondere die Steuerung der Heizvorrichtung16 auf der Basis des Durchflusses des in die Heizvorrichtung16 einströmenden Kühlwassers (über den Heizvorrichtungsdurchfluß Fh) noch immer nützlich. Beispielsweise kann statt des Dreiwegeventils18 ein temperatursensitives Drehventil benutzt werden, um als aktive Antwort auf die Temperatur des durch den Kühlwasserzirkulationspfad11 strömenden Kühlwassers den Strömungsweg des Kühlwassers zu schalten. Mit dieser Anordnung kann der Kühlwasserfluß ohne irgendwelche Befehle aus der ECU20 umgeschaltet werden. - Selbst in einem solchen Falle sind die durch die Heizvorrichtung
16 auf der Basis des Heizvorrichtungsdurchflusses Fh durchgeführten Verfahren (insbesondere die Verfahren S6 bis S10) bei der Steuerung der Brennstoffzellentemperatur noch immer anwendbar. Es ist deshalb möglich, die Heizvorrichtung16 an einer Überhitzung des Kühlwassers zu hindern, wodurch das Sieden des Kühlwassers ebenso vermieden wird, wie auch Störungen und dergleichen des mit ihr verbundenen Brennstoffzellensystems. - Die von der Heizvorrichtung
16 auf der Basis des Heizvorrichtungsdurchflusses Fh durchgeführten Verfahren sind weiter nützlich selbst bei Brennstoffzellensystemen ohne Steuerventil für die Steuerung des Durchflusses des in die Heizvorrichtung16 und den Kühler12 einströmenden Kühlwassers, wie das Dreiwegeventil18 , das temperatursensitive Drehventil und dergleichen. Bei solchen Brennstoffzellensystemen können die oben erwähnten Aufwärm- und Abkühlverfahren für die Brennstoffzelle durch Steuerung der Kühlkapazität des Kühlers12 (beispielsweise der Drehzahl des Kühllüfters) und der Heizkapazität der Heizvorrichtung16 (beispielsweise im Falle eines elektrischen Heizgeräts die ihm zur Verfügung gestellte Leistung). Selbst in solchen Fällen kann noch immer eine Möglichkeit bestehen, daß der Durchfluß des in die Heizvorrichtung einströmenden Kühlwassers reduziert wird. Dies deshalb, weil der Kühlwasserdurchfluß durch die Kühlwasserpumpe13 eingestellt wird. Deshalb wird das auf dem Heizvorrichtungsdurchfluß Fh basierende Verfahren durch die Heizvorrichtung16 ausgeführt, wodurch die Heizvorrichtung16 daran gehindert wird, das Kühlwasser zu überhitzen. - Gewerbliche Anwendbarkeit
- Bei einem Brennstoffzellensystem, in dem das Heizmedium erhitzt wird, um eine Brennstoffzelle aufzuwärmen, ist es möglich, den Durchfluß des eine Heizvorrichtung zur seiner Erwärmung durchfließenden Heizmediums festzustellen und die Heizvorrichtung auf der Basis des festgestellten Durchflusses zu steuern, wodurch eine Überhitzung des Heizmediums verhindert wird.
- Zusammenfassung
- BRENNSTOFFZELLENSYSTEM
- Ein Brennstoffzellensystem ist vorgesehen, das eine Heizvorrichtung (
16 ) zum Aufheizen eines Heizmediums umfaßt, das einen Wärmeaustausch mit einer Brennstoffzelle (10 ) ausführt, und bei dem die Brennstoffzelle (10 ) durch das von der Heizvorrichtung (16 ) beheizte Heizmedium aufgewärmt wird. Das System umfaßt: ein Durchflußermittlungsmittel (17 ) zur Ermittlung eines Durchflusses des Heizmediums durch die Heizvorrichtung (16 ) und Wärmesteuermittel (20 ) zur Steuerung der Heizvorrichtung (16 ) auf der Basis des vom Durchflußermittlungsmittel (17 ) festgestellten Durchflusses des Heizmediums. Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine Überhitzung des Heizmediums im Brennstoffzellensystem, in dem das Heizmedium beheizt wird, um die Brennstoffzelle aufzuwärmen, zu verhindern.
Claims (10)
- Brennstoffzellensystem umfassend: eine Brennstoffzelle, die elektrische Leistung aus einer elektrochemischen Reaktion gewinnt; ein Temperaturfeststellungsmittel zur Ermittlung der Temperatur einer Brennstoffzelle; einen Kreislaufpfad für das Heizmedium, in dem das Heizmedium für den Wärmeaustausch mit der Brennstoffzelle in Umlauf gehalten wird; eine Pumpe für das Heizmedium, um das Heizmedium im Kreislaufpfad für das Heizmedium in Umlauf zu halten; einen Wärmetauscher zum Herabkühlen des Heizmediums, wobei der Wärmetauscher im Kreislaufpfad für das Heizmedium angeordnet ist; einen Wärmetauscherbypass, in dem das Heizmedium zirkuliert, um den Wärmetauscher im Kreislaufpfad für das Heizmedium zu umgehen; ein Steuermittel für den Durchfluß des Heizmediums, um auf der Basis der vom Temperaturfeststellungsmittel ermittelten Temperatur der Brennstoffzelle wenigstens einen Durchfluß zu steuern des über den Wärmetauscherbypass fließenden Heizmediums und des über den Kreislaufpfad für das Heizmedium fließenden Heizmediums; eine Heizvorrichtung zur Erwärmung des Heizmediums, wobei die Heizvorrichtung im Wärmetauscherbypass angeordnet ist; ein Durchflußermittlungsmittel zur Feststellung des Durchflusses des den Wärmetauscherbypass durchfließenden Heizmediums, und Wärmesteuermittel zum Steuern der Heizvorrichtung auf der Basis des vom Durchflußermittlungsmittel festgestellten Durchflusses des Heizmediums.
- Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei welchem das Steuermittel für den Durchfluß des Heizmediums eine Steuerung derart ausführt, daß, falls die vom Temperaturfeststellungsmittel festgestellte Temperatur der Brennstoffzelle niedriger ist als eine erste vorgegebene Temperatur, der Durchfluß des Heizmediums über den Wärmetauscherbypass größer gemacht wird als der Durchfluß des Heizmediums über den Kreislaufpfad für das Heizmedium, in dem der Wärmetauscher angeordnet ist, und falls die vom Temperaturfeststellungsmittel festgestellte Temperatur der Brennstoffzelle gleich oder größer ist als eine zweite vorgegebene Temperatur, der Durchfluß des Heizmediums über den Kreislaufpfad für das Heizmedium, in dem der Wärmetauscher angeordnet ist, größer gemacht wird als der Durchfluß des Heizmediums über den Wärmetauscherbypass.
- Brennstoffzellensystem umfassend: eine Brennstoffzelle, die elektrische Leistung aus einer elektrochemischen Reaktion gewinnt; einen Kreislaufpfad für das Heizmedium, in dem das Heizmedium für den Wärmeaustausch mit der Brennstoffzelle in Umlauf gehalten wird; eine Pumpe für das Heizmedium, um das Heizmedium im Kreislaufpfad für das Heizmedium in Umlauf zu halten; einen Wärmetauscher zum Herabkühlen des Heizmediums, wobei der Wärmetauscher im Kreislaufpfad für das Heizmedium angeordnet ist; einen Wärmetauscherbypass, in dem das Heizmedium zirkuliert, um den Wärmetauscher im Kreislaufpfad für das Heizmedium zu umgehen; eine Heizvorrichtung zur Erwärmung des Heizmediums, wobei die Heizvorrichtung im Wärmetauscherbypass angeordnet ist; ein Durchflußermittlungsmittel zur Feststellung des Durchflusses des den Wärmetauscherbypass durchfließenden Heizmediums, und Wärmesteuermittel zum Steuern der Heizvorrichtung auf der Basis des vom Durchflußermittlungsmittel festgestellten Durchflusses des Heizmediums.
- Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das Wärmesteuermittel Start und Stopp der Heizvorrichtung auf der Basis des durch das Durchflußermittlungsmittel festgestellten Durchflusses des Heizmediums steuert.
- Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das Durchflußermittlungsmittel einen Durchfluß des Heizmediums durch den Wärmetauscherbypass entsprechend einer Druckdifferenz zwischen dem in die Heizvorrichtung einströmenden Heizmedium und dem aus der Heizvorrichtung ausströmenden Heizmedium feststellt.
- Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das Wärmesteuermittel die Heizvorrichtung derart steuert, daß, falls der vom Durchflußermittlungsmittel festgestellte Durchfluß des Heizmediums kleiner ist als ein vorgegebener Durchfluß, die Heizvorrichtung kein Heizverfahren auf das Heizmedium anwendet.
- Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Steuermittel für den Durchfluß des Heizmediums ein Dreiwegeventil ist, wobei das Dreiwegeventil dem Heizmedium gestattet, auf der Basis der vom Temperaturfeststellungsmittel ermittelten Temperatur der Brennstoffzelle wenigstens einen Durchfluß zu steuern des über den Kreislaufpfad für das Heizmedium fließenden Heizmediums und des über den Wärmetauscherbypass fließenden Heizmediums.
- Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem die Pumpe für das Heizmedium eine Pumpe ist, die befähigt ist, den Durchfluß des über den Kreislaufpfad für das Heizmedium fließenden Heizmediums einzustellen, wobei die Pumpe den Durchfluß auf der Basis der vom Temperaturfeststellungsmittel ermittelten Temperatur der Brennstoffzelle einstellt.
- Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem der Wärmetauscher ein Kühler ist, der das über ihn fließende Heizmedium dadurch abkühlt, daß er es veranlaßt, einen Wärmeaustausch mit der Außenluft durchzuführen.
- Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Heizvorrichtung ein elektrisches Heizgerät oder eine Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp ist.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE102014013921A1 (de) | 2014-09-18 | 2016-03-24 | Daimler Ag | Verfahren zum Überwachen eines flüssigen Kühlmittels |
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Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010015922A (ja) * | 2008-07-07 | 2010-01-21 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
JP5287179B2 (ja) * | 2008-11-27 | 2013-09-11 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システムの起動制御装置 |
JP5673261B2 (ja) * | 2011-03-18 | 2015-02-18 | 株式会社デンソー | 燃料電池システム |
CN103326048B (zh) * | 2013-05-24 | 2015-06-17 | 新源动力股份有限公司 | 一种燃料电池快速升温系统及控制方法 |
DE102015202778A1 (de) | 2015-02-16 | 2016-08-18 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Kühlsystem für mindestens eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellensystems sowie Verfahren zum Kühlen mindestens einer Brennstoffzelle |
KR101673360B1 (ko) * | 2015-07-09 | 2016-11-07 | 현대자동차 주식회사 | 냉각 시스템 및 이의 운전 방법 |
JP6308189B2 (ja) * | 2015-09-08 | 2018-04-11 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
DE102017213828A1 (de) | 2017-08-08 | 2019-02-14 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems sowie Brennstoffzellensystem |
US11094950B2 (en) * | 2017-11-28 | 2021-08-17 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Equation based state estimator for cooling system controller |
DE102019132952A1 (de) * | 2019-12-04 | 2021-06-10 | Audi Ag | Verfahren zur Identifizierung einer Ursache für einen Kühlleistungsverlust und Kraftfahrzeug |
CN112133942A (zh) * | 2020-09-30 | 2020-12-25 | 上海海事大学 | 船舶电力推进系统的燃料电池及其应用 |
DE102021125187B3 (de) | 2021-09-29 | 2023-03-23 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01169269A (ja) | 1987-12-25 | 1989-07-04 | Noritz Corp | 給湯器のオンオフ燃焼制御装置 |
JPH06304087A (ja) | 1993-04-22 | 1994-11-01 | Janome Sewing Mach Co Ltd | 浴槽湯の清浄化装置 |
JP4131308B2 (ja) | 1999-04-28 | 2008-08-13 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池の温度調節装置及び燃料電池の温度調節装置における燃料電池の起動方法 |
JP4534281B2 (ja) * | 1999-11-24 | 2010-09-01 | 株式会社デンソー | 燃料電池システム |
US20010032674A1 (en) * | 2000-01-26 | 2001-10-25 | Jean-Pierre Brunet | System and method for monitoring parameters of a flowable medium within an array of conduits or pipes |
JP4857472B2 (ja) * | 2001-02-13 | 2012-01-18 | 株式会社デンソー | 燃料電池システム |
JP4178849B2 (ja) | 2001-08-10 | 2008-11-12 | 株式会社デンソー | 燃料電池システム |
US7179556B2 (en) | 2001-08-10 | 2007-02-20 | Denso Corporation | Fuel cell system |
US7179555B2 (en) | 2001-08-10 | 2007-02-20 | Denso Corporation | Fuel cell system |
JP2004235075A (ja) | 2003-01-31 | 2004-08-19 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池発電システム |
JP2004303446A (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-28 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
US7368196B2 (en) * | 2003-04-03 | 2008-05-06 | General Motors Corporation | Cold start pre-heater for a fuel cell system |
US20050019631A1 (en) * | 2003-07-23 | 2005-01-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell cogeneration system |
-
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008011235A1 (de) * | 2008-02-26 | 2009-08-27 | Dbk David + Baader Gmbh | Temperaturregelanlage für Brennstoffzellen und Verfahren zur Temperaturregelung von Brennstoffzellen |
EP2096699A2 (de) | 2008-02-26 | 2009-09-02 | DBK David + Baader GmbH | Temperaturregelanlage für Brennstoffzellen und Verfahren zur Temperaturregelung von Brennstoffzellen |
DE102014013921A1 (de) | 2014-09-18 | 2016-03-24 | Daimler Ag | Verfahren zum Überwachen eines flüssigen Kühlmittels |
DE102020106088A1 (de) | 2020-03-06 | 2021-09-09 | Audi Aktiengesellschaft | Brennstoffzellensystem, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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