JP2023521749A - 車両の燃料電池ならびに電気牽引および／または推進モータを冷却するための構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両、詳細には自動車両（１）のための構造（１０）であって、燃料電池（２）と、電気牽引および／または推進モータとを備える構造（１０）に関し、構造（１０）は、燃料電池（２）およびモータを冷却する単一の冷却回路（５）を備え、冷却回路（５）は、高温熱交換器を備えた第１の大流量および高温部分、詳細には燃料電池（２）を冷却するようになされた第１の部分と、低温熱交換器を備えた第２の小流量および低温部分、詳細にはモータを冷却するようになされた第２の部分の２つの部分を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、車両、詳細には自動車両のための燃料電池、電気牽引および／または推進モータ、ならびにこのシステムの補助手段を冷却するための構造に関する。本発明はまた、このような構造を備えた車両に関する。本発明はまた、このような構造を動作させるための方法に関する。

車両、詳細には自動車両には、通常、特に長旅のためにラージレンジが必要である。したがって電気牽引および／または推進電池を装備した車両は、通常、搭載電池の大きさ、質量および価格を制限するために補足的な電気エネルギー源を備えている。例えば電池は３００ｋｍないし４００ｋｍの範囲をまかない、また、一般的には燃料電池タイプである補足源は、例えば約４００ｋｍの範囲をまかなう。通常、補足源が使用されるのは電池が放電した場合のみであり、電池の放電は、電池の充電がその電池の総充電の２０％に達した場合である。

電気牽引および／または推進電池を備えた車両は、通常、電池からの電気エネルギーによって駆動される電動機を熱的に管理する、または冷却するためのシステムを備えており、より一般的には電力チェーン（パワーエレクトロニクス、ステップアップおよび／またはステップダウンタイプのＤＣ電圧変換器、電池充電器、電動機、等々）を冷却するためのシステムを備えている。

車両の部品のために電気エネルギーを生成するための燃料電池などの手段を備えた車両には、電気エネルギーを生成するためのこの手段を冷却するためのシステムも必要である。

したがって、車両の電気牽引および／または推進モータに供給する電池、および燃料電池を備えた車両には、電力チェーンおよび燃料電池のための冷却が必要である。

しかしながら、牽引および／または推進電池にリンクされた電力チェーンの動作温度の範囲、および燃料電池の動作温度の範囲は全く同じではなく、まして範囲が重なることはさらにない。さらに、燃料電池から放出させるべき熱出力は、電力チェーンから放出させるべき熱出力よりはるかに大きい。

本発明の目的は、上記の欠点を克服する構造を提供することである。詳細には本発明は、このような構造を動作させるための方法に関している。

この目的を達成するために、本発明は、車両、詳細には自動車両のための構造であって、
－ 燃料電池と、
－ 電気牽引および／または推進のモータと
を備える構造に関しており、構造は、燃料電池および電動機を冷却するための単一の冷却回路を備え、冷却回路は、
－ 高温熱交換器を備えた第１の大流量・高温部分、詳細には燃料電池を冷却するように設計された第１の部分と、
－ 低温熱交換器を備えた第２の小流量・低温部分、詳細には電動機を冷却するように設計された第２の部分
の２つの部分を備えている。

低温熱交換器は入口を備えることができ、また、高温熱交換器は出口を備えることができ、高温熱交換器の出口は低温熱交換器の入口に直接接続することができる。

構造は、上記の車両の電気牽引および／または推進のチェーンを備えることができ、チェーンは、電気牽引および／もしくは推進のモータ、圧縮機、ならびに／または吸込み空気冷却器、詳細には過給吸込み空気のための吸込み空気冷却器、ならびに／または１つもしくは複数の電子電力要素を備えることができ、チェーンは冷却回路の第２の部分によって冷却されるように設計することができる。

第１の部分は、大流量ポンプ、詳細には８０００ｌ／ｈと９０００ｌ／ｈの間の大流量のためのポンプを備えることができ、また、第２の部分は、小流量ポンプ、詳細には２０００ｌ／ｈと３０００ｌ／ｈの間の小流量のためのポンプを備えることができる。

構造は、上記の車両の客室を加熱するためのユニットヒーターを備えることができ、ユニットヒーターは回路の第１の部分の分岐上に配置することができ、または第２の部分の上、詳細にはチェーンの冷却の下流側に配置することができる。

本発明はまた、上で定義した構造を備えた車両、詳細には自動車両に関している。

本発明はまた、上で定義した構造を動作させるための方法に関しており、車両が走行中である場合、高温熱交換器に流入することができる流体は、第１の温度、詳細には７７度と８３度の間の第１の温度であり、第２の温度、詳細には７１度と７７度の間の第２の温度で流出し、低温熱交換器に流入することができる流体は、第２の温度であるかまたは実質的に第２の温度であり、第３の温度、詳細には６２度と６８度の間の第３の温度で流出する。

燃料電池の起動に先立って、冷却回路の第１の部分および／または第２の部分は、燃料電池を加熱することができ、および／または燃料電池を所定の温度に維持することができる。

燃料電池の起動に先立って、客室を加熱するために流体をユニットヒーターを通過させることができる。

車両が電池からのエネルギーを使用して動作している場合、大流量ポンプを停止することができる。

車両が燃料電池からのエネルギーのみで走行している場合、および、外部温度がゼロ度未満である場合、牽引チェーンおよび燃料電池によって解放された熱エネルギーを、ユニットヒーターを通過する冷却流体に伝えることができ、高温および低温ラジエータまたは熱交換器を通る冷却流体の循環を遮断することができる。

本発明のこれらの主題、特徴および利点については、添付の図を参照して非制限の例として与えられる、実施形態についての以下の説明の中で詳細に示される。

一実施形態による車両の略図である。 一実施形態による冷却回路の図である。 実施形態による、燃料電池からの電気エネルギーを使用して車両を動かしている間の冷却回路内の流れを示す図である。 実施形態による、燃料電池からの電気エネルギーを使用して車両を動かしている間の冷却回路内の流れを示す別の図である。 実施形態による、牽引電池および／または燃料電池を使用して車両を動かしている間の冷却回路内の流れを示す図である。 実施形態による、牽引および／または推進電池を使用して車両を動かしている間の冷却回路内の流れを示す別の図である。 実施形態による、牽引および／または推進電池を使用して車両を動かしている間の冷却回路内の流れを示す別の図である。 実施形態による、牽引および／または推進電池を使用して車両を動かしている間の冷却回路内の流れを示す図である。 実施形態の変形態様による冷却回路の図である。

図１は、一実施形態による車両、詳細には自動車両１の略図である。車両は客室６を備えている。車両は、燃料電池２であることが好ましい、電気エネルギーを生成するための手段を備えている。また、車両は、電気エネルギーを貯蔵することが意図された電気牽引および／または推進電池３も備えている。また、車両は、電池３によって、および／または電気エネルギーを生成するための手段によって供給される電気エネルギーを車両を動かすために使用することができる電気牽引および／または推進電力チェーン４０も備えている。

また、車両は構造１０も備えている。

構造１０は、燃料電池２、ならびに電気牽引および／または推進モータ４２を備えている。また、構造１０は単一の冷却回路５も備えている。構造１０は電力チェーン４０を備えていることが有利である。回路５により、燃料電池２およびモータ４２を冷却することができる。流体または液体、例えば脱イオン水を冷却回路５内を循環させることが意図されている。

車両は、電池３を冷却するためのシステムを冷却回路５とは独立して備えていることが好ましいことに留意されたい。

図２に示されているように、冷却回路５は２つの部分２０、３０を備えている。

図２に実線を使用して示されている第１の部分２０は、大流量および／または高温部分である。第１の部分２０は高温ラジエータまたは熱交換器２２を備えている。第１の部分２０は、燃料電池２を冷却するように設計されていることが好ましい。第１の部分２０は、大流量ポンプ２１、例えば８０００ｌ／ｈと９０００ｌ／ｈの間の大流量のためのポンプ２１を備えていることが好ましい。

図２に破線を使用して示されている第２の部分３０は、小流量および／または低温部分である。第２の部分３０は低温ラジエータまたは熱交換器３２を備えている。第２の部分３０は、モータ４２、および一般的には電力チェーン４０全体を冷却するように設計されていることが好ましい。電気牽引および／または推進チェーン４０は、モータ４２、圧縮機４４、および／または吸込み空気冷却器４３、例えば過給吸込み空気のための吸込み空気冷却器４３、および／または１つもしくは複数の電子電力要素４１を備えていることが有利である。電子電力要素４１という用語は、例えば電力インバータ、および／または１つもしくは２つのＤＣ電圧変換器、および／または電池充電器を意味している。モータ４２は、モータ４２が油によって冷却される場合、油／水交換器を備えることができる。例えば圧縮機４４は電気圧縮機であり、および／または燃料電池に空気を供給している。第２の部分３０は、小流量ポンプ３１、例えば２０００ｌ／ｈと３０００ｌ／ｈの間の小流量のためのポンプ３１を備えていることが好ましい。

したがって第２の部分３０により、チェーン４０の構成要素またはこれらの構成要素の中に統合された、またはそれらに合わせて適合された冷却器または熱交換器を直接冷却することにより、このチェーン４０を冷却することができる。図２に示されているように、チェーン４０の構成要素は並列に配置されていることが好ましい。したがって例えばポンプ３１から流出する流れを分割して個々の構成要素を冷却することができ、個別のダクト中を循環する流体を個々の構成要素の個々の熱交換器に供給することができる。小流量ポンプ３１は、チェーン４０の近傍の上流側に配置されていることが好ましい。

言い換えると、回路５は、燃料電池２および電力チェーン４０を熱的に管理するための手段である。

より詳細には、低温熱交換器３２は、吸込み、すなわち入口３２Ｅを備えており、流体はこの入口３２Ｅを通って熱交換器３２に流入する。高温熱交換器２２は、放出、すなわち出口２２Ｓを備えており、流体はこの出口２２Ｓを通って熱交換器２２から流出する。高温熱交換器２２の出口２２Ｓは、低温熱交換器３２の入口３２Ｅに直接または実質的に直接接続されている。言い換えると、高温熱交換器２２から流出した流体は低温熱交換器３２に直接または実質的に直接流入する。そのために、回路５の第１の部分２０と第２の部分３０の間にジャンクションＪ３が配置されている。このジャンクションＪ３は、高温熱交換器２２から流出した流体が好ましくは直接または実質的に直接低温熱交換器３２に流入することができるよう、出口２２Ｓと入口３２Ｅの間に配置されている。したがってこのジャンクションＪ３により、冷却流体を高圧および／または高温の第１の部分２０から低圧および／または低温の第２の部分３０に引き渡すことができる。

構造１０は、客室６を加熱するための加熱ラジエータまたはユニットヒーター５１を備えていることが好ましい。例えば図２に示されているように、ユニットヒーター５１は回路５の第１の部分２０の分岐５０上に配置されている。

別法としては、図９に示されているように、実施形態変形態様は、回路５の第２の部分３０の上に配置されたユニットヒーターを備えている。例えばユニットヒーターは、チェーン４０の冷却の下流側の、好ましくは第２の部分３０の分岐７０上にある。

また、構造１０は、水素加熱器５３および／または脱イオン装置５２も備えていることが好ましい。この水素加熱器および／またはこの脱イオン装置は分岐５０の上に配置されていることが好ましい。

第１の部分２０および第２の部分３０は、冷却されるべき要素同士の間の流体の流れ、すなわち移動を保証するために、ダクトおよび／またはホースを備えていることが有利である。

したがって燃料電池は冷却流体の大流量の恩恵を受けており、流体は主としてこの第１の部分２０の上のポンプ２１を介して駆動されている。

構造１０は冷却流体充填および脱気容器２３を備えていることが好ましい。回路５は分岐６０を備えていることが好ましく、この分岐６０上に容器２３が設置されている。

第１の部分および第２の部分２０、３０は、第１の部分および第２の部分２０、３０を完全にするダクトおよび／またはホースを備えていることは明らかである（参照されていない）。

図２ないし図９に示されているように、三方弁であることが好ましい弁Ｖ１が第１の部分２０の上に配置されている。例えば図２に示されているように、弁Ｖ１の１つの経路Ｖ１＿１はポンプ２１に接続されている。この経路Ｖ１＿１により、経路Ｖ１＿２および／または経路Ｖ１＿３への流体の通過を停止し、あるいはこれらの経路への流体の通過を許容することができる。経路Ｖ１＿１から経路Ｖ１＿２へのみ通過させることにより、弁Ｖ１を通過するすべての流体を高温熱交換器２２に送ることができる。詳細には経路Ｖ１＿２は熱交換器２２の吸込み、すなわち入口に接続されている。経路Ｖ１＿１から経路Ｖ１＿３へのみ通過させることにより、弁Ｖ１を通過するすべての流体を高温熱交換器２２によって冷却されることなく、高圧回路の残りの部分に送ることができる。言い換えると高温熱交換器２２を通過せず、すなわち熱交換器２２はバイパスされる。

図２に示されているように、ジャンクションＪ２は弁Ｖ１とポンプ２１の間に配置されていることが好ましい。このジャンクションＪ２により、冷却流体を高圧および／または高温の第１の部分２０から低圧および／または低温の第２の部分３０に引き渡すことができる。図２ないし図９に示されているように、弁Ｖ２、例えば二方弁が回路５の第１の部分２０と第２の部分３０の間に配置されていることが有利である。例えば弁Ｖ２は、高圧ポンプ２１と低圧ポンプ３１の間の、例えばジャンクションＪ２に配置され、あるいは実質的にジャンクションＪ２に配置されている。

とりわけ図２、図７および図８に示されているように、弁Ｖ３、例えば二方弁が回路５の第１の部分２０の上の、高温熱交換器２２の下流側に配置されていることが有利である。以下で分かるように、この弁Ｖ３により、弁Ｖ３が置かれている分岐に流入する流体を停止することができる。したがって弁Ｖ３を閉じることにより、第１の部分２０と第２の部分３０の間のジャンクションＪ３を介して低温熱交換器３２に流入するよう、高温熱交換器２２から流出するすべての流体が強制される。

図２に示されているように、ジャンクションＪ１により、冷却流体を低圧および／または低温の第２の部分３０から高圧および／または高温の第１の部分２０に引き渡すことができることが好ましい。このジャンクションＪ１はチェーン４０の下流側に配置されていることが有利である。

分岐５０の上に配置された要素を流体が冷却するのを防止するために、弁Ｖ２および弁Ｖ１の経路Ｖ１＿１が同時に閉じられる。したがって流体は、熱交換器２２、３２によって冷却されることなく、詳細には容器２３が置かれているジャンクションＪ１とポンプ２１の吸込みの間を展開している分岐６０を通って循環する。

例えば燃料電池２は、ジャンクションＪ１または実質的にジャンクションＪ１とポンプ２１の吸込みの間に配置されている。

図２に示されているように、弁Ｖ４、例えば二方弁は、燃料電池２の上流側に配置されていることが好ましい。閉位置における弁Ｖ４は、流体が燃料電池２を冷却するのを防止する。この場合、流体は分岐６０から容器２３へ放出される。

したがってポンプ２１は燃料電池２の直ぐ後に置かれていることが好ましく、例えば接続点Ｃ（図２に示されている）で流体を容器２３に戻すためのラインが分岐している点に置かれていることが好ましい。容器２３のこの入口点は回路５上の最も圧力が低い点であることが有利である。弁Ｖ１が経路Ｖ１＿１およびＶ１＿２を接続している場合、流体を高温ラジエータ２２に向かって引き渡すために、ポンプ２１は、この点から流体の圧力を高くする。

以下、構造１０を動作させるための方法の実施形態について説明する。

図６は、車両が電池３に貯蔵されている電気エネルギーを使用して走行している実施形態を示したものである。例えば外部温度は暑く、例えば夏の暑さである。このような条件の下では、チェーン４０には最適冷却が必要である。そのために、弁Ｖ１の経路Ｖ１＿３は、高温熱交換器２２のバイパス通路を閉じるために閉じられている。弁Ｖ２は閉じられ、一方、弁Ｖ３およびＶ４は開いている。高圧ポンプ２１から流出した流体は高温熱交換器２２に直接流入し、次に、ジャンクションＪ３を介して低温熱交換器３２に流入する。熱交換器３２から流出した流体は、次に、ジャンクションＪ１での分割に先立ってチェーン４０を通過する。流れの一部は、高温熱交換器２２を通過することなく、したがって高温熱交換器２２によって冷却されることなく弁Ｖ３を通過した後、Ｊ１から低温熱交換器３２へ通過する。したがって流れのこの部分は、低温熱交換器３２に流入する前に、高温熱交換器２２から流出した流体と混合される。流れの別の部分は、熱交換器２２へ戻る前に分岐５０を冷却する。Ｊ１からの流れの残りの部分は、高圧ポンプ２１に到達する前に燃料電池２へ通過する。この実施形態では、電気牽引および／または推進チェーン４０のすべての構成要素は、直列に配置された２つの熱交換器２２、３２による最適冷却の恩恵を受けている。必要に応じて回路５内の流体の循環にポンプ２１を含め、それにより流体の流量を多くすることが好ましい。その場合、２つのポンプが動作し、したがってチェーン４０の冷却がさらに改善される。例えば暑い夏に使用され、また、車両が電池３によって供給される電気を使用して走行している場合に使用されるこの実施形態では、チェーンの冷却が大いに改善される。

図７は、詳細には例えば夏の暑い条件下における、車両が電池３によって供給される電気エネルギーを使用して走行している場合のチェーン４０の冷却の改善を示している。高温熱交換器２２からの主分岐上の弁Ｖ３は閉じられており、この分岐中の流れを抑制している。弁Ｖ１の経路Ｖ１＿３は閉じられており、流体がジャンクションＪ１から熱交換器２２へ戻るのを防止している。最後に、弁Ｖ２は閉じられており、流体がこの弁Ｖ２を通って第２の部分３０に流入するのを防止している。したがって高温熱交換器２２を通過するすべての流れは低温熱交換器３２に流入する。最初に高温ラジエータを通過し、次に低温ラジエータを通過する、２つのラジエータを通る通路は流体の冷却を最大化し、したがってチェーン４０の構成要素の冷却を最大化している。ジャンクションＪ１に到達した流れは、燃料電池２を所与の温度に維持するために、またはこの所与の温度の近くに維持するために、燃料電池２に流入することが好ましい。燃料電池をこの方法でこの温度に維持することは、燃料電池の後続する起動に有利である。この構成におけるチェーン４０の冷却は最適である。

上で言及したように、図９は、冷却回路５、より詳細には第２の部分３０における構造１０の変形態様を示している。詳細には、車両の客室を加熱するためのラジエータ５１の位置は、分岐７０上の、例えばチェーン４０の個々の構成要素のダクトのジャンクションの後に配置されている。したがって、ユニットヒーター５１を通過する流量はチェーン４０を通過する総流量に対応しているため、より多くの流量がユニットヒーター５１を通過する。この場合、脱イオン装置を備えた分岐５０はより少ない流れを有している。

車両が、詳細には図３および図４に示されている動作で燃料電池２によって生成される電気エネルギーを使用して、および／またはチェーン４０の１つまたは複数の構成要素を使用して走行している場合、燃料電池が熱いため、また、通常は回路全体が熱いため、冷却が必要である。高温熱交換器２２に流入することができる流体は第１の温度である。例えばこの第１の温度は７７度と８３度の間であり、約８０度であることが好ましい。流体は第２の温度で高温熱交換器２２から離れる。例えば第２の温度は７１度と７７度の間であり、約７４度であることが好ましい。高温熱交換器２２から流出し、かつ、低温熱交換器３２に流入することができる流体は、第２の温度であるかまたは実質的に第２の温度である。流体は第３の温度で低温熱交換器３２から離れる。第３の温度は６２度と６８度の間であり、約６５度であることが好ましい。

そのために、弁Ｖ１により、経路Ｖ１＿１から経路Ｖ１＿２へのみ通過させることができる。次に、ポンプ２１から流出した流体が弁Ｖ２で第２の部分３０に流入しないよう弁Ｖ２が閉じられる（×印で示されている）。したがって冷却するためにとりわけ燃料電池２からの流体が圧力下で高温熱交換器２２に送られる。熱交換器２２の出口で、総流量（例えば約９０００ｌ／ｈ）が２つに分割される。熱交換器２２を通過した流体の流量のうちの主要部分、例えば約６０００ｌ／ｈないし７０００ｌ／ｈは直接燃料電池２へ戻る。したがって弁Ｖ３およびＶ４（図３には示されていない）は開いており、流体の通過を許容している。小流量、例えば約２０００ｌ／ｈないし３０００ｌ／ｈは、第２の部分３０のポンプ３１によって吸い込まれる。この小流量は低温ラジエータ３２へ循環して、例えば摂氏６５度未満に下げるために流体の冷却をバイパスさせる。この小流量は、次に、電気牽引および／または推進チェーン４０（機械、電子機器、等々）の部材４１、４２、４３、４４に流入する。次に小流量がジャンクションＪ１で大流量と合流する。言い換えると、回路５の第２の部分３０を通過した小流量がジャンクションＪ１で回路５の第１の部分２０に合流する。したがってジャンクションＪ１で、熱交換器２２からの流体が熱交換器３２からの流体と混合される。脱気されるためには、より小さい部分、例えば１％未満が分岐６０に流入し、容器２３に流入することが好ましい。したがってほとんどの流体が弁Ｖ４（開いている）を通過して燃料電池２を冷却する。したがってチェーン４０の構成要素を通過した流体の流れは燃料電池２の冷却に寄与する。

図４は、車両が燃料電池によって生成される電気を使用して走行している場合の、冷却動作中における冷却回路５上の様々な点における流量および温度の分布の例を示したものである。例えば流体は７３℃で燃料電池に流入し、また、８０℃で燃料電池から流出し、約９０００ｌ／ｈの流量で約６０ｋＷの熱出力に対応している。電気ポンプ２１の後、流量のうちの小さい部分（例えば約８００ｌ／ｈ）が分岐５０に流入し、客室６を加熱するためにユニットヒーター５１を通過し、および／または脱イオン装置５２を通過し、および／または例えば約７００バールから約２バールまで膨張した後、水素加熱器５３を介して水素を加熱する。この膨張によって生成された冷気は、貯蔵タンクの水素の流量要求および圧力に応じて、例えば２ないし５ｋＷの熱を放出することができる。ポンプ２１から流出した流量のうちの残りの部分、例えば約８２００ｌ／ｈは、熱交換器２２の温度が例えば入口の約８０℃から出口の約７４℃まで変化するように熱交換器２２に流入する。例えば熱交換器２２から流出し、かつ、ポンプ３２によって吸い込まれる冷却液、言い換えると第２の部分３０に流入する流体の流量は約３０００ｌ／ｈである。例えば高温熱交換器２２を通過した後に低温熱交換器３２を通過した流体の温度は約６５℃の温度で流出する。この流体は、次に、チェーン４０の構成要素を冷却するために、チェーン４０の構成要素を冷却するための手段を通過し、それによりチェーン４０の出口の流体温度が高くなる。したがってジャンクションＪ１で合流する第２の部分３０の流体は、熱交換器２２のみを通過した第１の部分２０からの例えば約５２００ｌ／ｈの流体流量と混合される前は、例えば約７１℃の温度を有している。したがって冷却回路５の第１の部分２０では、ジャンクションＪ１の後の流量は、この場合も約９０００ｌ／ｈである。

燃料電池２の起動に先立って、冷却回路５の第１の部分２０および／または第２の部分３０は、燃料電池２を加熱し、および／または燃料電池２を所定の温度に維持する。

図５に示されているように、車両の冷起動は電池３からの電気を使用して実施され、燃料電池２は停止されることが好ましい。この実施形態では、チェーン４０の構成要素および／または燃料電池の補助手段によって生成される熱を使用して客室６が加熱され、および／または燃料電池が加熱される。この実施形態では、流体が熱交換器２２に流入するのを防止するために弁Ｖ１の経路Ｖ１＿１は閉じられている。弁Ｖ２は開いており、回路５の第２の部分３０への流体の流入を許容している。この場合、大流量がチェーン４０を通過する。この場合、弁Ｖ３が閉じられ、また、弁Ｖ１の経路Ｖ１＿３も同じく閉じられていることに留意されたい。したがってチェーン４０を通過した後にジャンクションＪ１に到達した流体は分岐５０および分岐６０に向かって通過し、また、燃料電池２に向かって通過する。詳細には、この実施形態では弁Ｖ４は開いている。この実施形態では燃料電池が加熱され、それにより燃料電池の後続する起動のためのより良好な状態が得られる。

別法としては、この同じ実施形態で弁Ｖ４が閉じられ、流体が燃料電池を冷却するのを防止する（図５の破線の×印）。この構成は、極わずかに放電し、さらには完全に充電されている電池３の場合にとりわけ有利である。この構成によれば分岐５０の流量を多くすることができ、例えばユニットヒーター５１を介したより良好な客室の加熱が得られる。したがって燃料電池２の起動に先立って、客室６を加熱するために流体がユニットヒーター５１を通過する。

例えば冬に、燃料電池２によって自動車両が駆動され、および／または推進され、かつ、低電力で走行する場合、これは詳細には車両が例えば都市を移動している場合であり、また、客室６の加熱設定点が高い場合（例えば極めて寒い場合）、図５の回路を同じく使用することができる。この場合、弁４が開かれ、牽引チェーン４０および燃料電池などの車両のすべての構成要素によって放たれる熱エネルギーを使用して客室６が加熱され、流体はラジエータ２２、３２を通過しない。

要約すると、図５に示されている実施形態では、客室の著しい加熱を許容し、および／または引き続いてより容易に使用することができるようにするために燃料電池を加熱し、または予熱し、あるいは燃料電池の温度を維持している間、車両は電池３によって供給される電気エネルギーを使用して走行する。冬に、および／または極めて寒い場合に、燃料電池が電動機に供給すると、冷却流体に解放される電動機の熱を使用して客室を加熱することができることに留意されたい。

燃料電池２が使用されていない場合、大流量ポンプ２１は停止されることが好ましい。より詳細には、図８は、例えば夏の暑い条件下で、車両が電池３によって供給される電気エネルギーを使用して走行している場合の図２の回路の構成を示している。例えば電池３が完全に、または実質的に完全に充電されているために燃料電池２を予熱する必要がない場合、燃料電池を冷却するための流れが抑制される。詳細には、弁Ｖ１の経路Ｖ１＿３が開いて、弁Ｖ１が熱交換器２２のバイパス分岐を開き、その一方で熱交換器２２に向かう流れを許容するために経路Ｖ１＿２を開けることを意味する。経路Ｖ１＿１は、ポンプ２１からの流体の流入を防止するために閉じていることが好ましく、ポンプは停止していることが好ましい。さらに、弁Ｖ２も同じく閉じられている。この場合、燃料電池２へ向かう分岐中の流体の循環は遮断される。したがって暑い条件の下では、電気牽引および／または推進チェーン４０の冷却は大いに有利である。この冷却は、電気構成要素の最適動作を保証し、延いては車両の最適動作を保証し、車両は電池３からの電気エネルギーを使用して走行する。

図２に示されている構造の代替として、個々の構成要素の動作条件（詳細には冷却液の流量および／または温度）に応じて、チェーン４０の構成要素の入口温度が十分に異なっている場合、チェーン４０の構成要素を冷却するための特定の手段を直列に配置することができることに留意されたい。例えば低い冷却流体温度を必要とする構成要素を冷却するための手段が前段に配置され、言い換えると、高い冷却流体温度を必要とする構成要素を冷却するための手段の上流側に配置される。

要約すると、単一の冷却回路５により、大流量（例えば８０００ｌ／ｈないし９０００ｌ／ｈ）および／または高温（例えば７３℃ないし８０℃）部分、および小流量（例えば２０００ｌ／ｈないし３０００ｌ／ｈ）および／または低温（例えば６５℃ないし７０℃）部分を有することができる。詳細には熱交換器２２、３２のうちの一方、またはさらには両方をバイパスさせることによって客室を加熱し、および／または燃料電池の起動に先立って燃料電池を加熱するために、第１の部分および／または第２の部分２０、３０の熱エネルギー、詳細にはチェーン４０の構成要素および／または燃料電池２を冷却するための手段からの熱エネルギーを回復することができる。

チェーン４０の構成要素を冷却するための手段を通過した流体の総流量は、熱交換器２２のみを通過した、燃料電池２を冷却することが意図されている流量に寄与する、すなわち加えることができる。したがって大流量を必要とする燃料電池のための極めて大流量のポンプの設置を不要にすることができる。

低温熱交換器３２は高温熱交換器２２の出口で流体を直接受け取っている。したがって低温熱交換器の入口の流体の温度はとりわけ低く、そのために低温熱交換器の出口の温度が極端に低くなり、詳細には６５℃以下になる。

したがって車両が動作している間、すなわち車両が電池からの電気エネルギーを使用して走行している場合、これは車両の主な使用法に対応していることが好ましいが、電気牽引および／または推進チェーンの構成要素の冷却が最大化される。詳細には、構成要素４１、４２、４３、４４を冷却するための手段は、低温熱交換器３２によって冷却されるだけでなく、例えばより大きい寸法および容量を有する高温熱交換器２２によっても冷却される流体の恩恵を受けている。

さらに、回路５のアーキテクチャは単純であり、その一方で、極めて大流量のポンプを組み込むことなく、燃料電池を冷却するための流体の大流量を有することができる。このアーキテクチャは、例えば約８０℃の最高温度と、例えば約６５℃の最低温度の間の大幅な温度差を許容する。

したがって車両はラージレンジを有している。詳細には、電池３がなくなる、または実質的になくなっても、車両が燃料電池からの電気エネルギーを使用して動き続けることができるよう、燃料電池２によって電気を生成することができる。冷却液の温度は、チェーン４０上の冷却されるべき構成要素（パワーエレクトロニクス４１、ＤＣ／ＤＣ変換器、電池充電器、電動機４２、等々）を冷却するための個々の手段の入口で例えば６５℃に制限されており、また、燃料電池には、流入する流体温度がチェーン４０に対するよりも高い、例えば約７３℃での冷却が必要であるが、１つの回路のみでこれらの条件が保証される。チェーン４０の構成要素の出口の流体の温度は、入口の流体の温度より約３℃ないし５℃高いことが好ましい。燃料電池の場合、出口の温度は例えば８０℃を超えないことが好ましい。熱出力に関して、燃料電池２は、チェーン４０の構成要素によって解放される熱出力の例えば５倍ないし１０倍の熱出力を解放する。チェーン４０の個々の構成要素を冷却するための流量は、個々の構成要素によって解放される電力に応じて例えば３００ｌ／ｈから８００ｌ／ｈまで変化し、例えば総流量は約２０００ｌ／ｈないし３０００ｌ／ｈであることに留意されたい。燃料電池２には例えば８０００ｌ／ｈないし９０００ｌ／ｈの流量が必要である。例えば燃料電池のために放出されるべき熱出力は約６０ｋＷであり、また、全体としてのチェーン４０の構成要素は、約３ｋＷないし２０ｋＷを解放する。１つの同じ流体を使用した単一の冷却回路５が、チェーン４０の構成要素と燃料電池２の間の冷却液の電力、温度および流量のこれらの差を許容している。

したがって牽引および／または推進電池にリンクされた電力チェーンの動作温度の範囲、および燃料電池の動作温度の範囲は全く同じではなく、まして範囲が重なることはさらにないが、この解決法は、同時であってもこれらの異なる動作温度を許容する。さらに、この解決法によれば、これらが異なっていても、解放される異なる熱出力を放出することができる。

最後に、上で言及したように、この解決法によれば、上記の車両の動作フェーズおよび／または外部温度条件に応じて、電力チェーンの冷却および燃料電池の冷却を適合させることができる。

観察されるように、したがって本発明による解決法は、電力チェーンの最適動作に適した温度条件を保証し、その一方で燃料電池の最適動作に適した温度条件を保証する目的の探究を達成し、また、以下の利点を有している。
－ 本発明による解決法は、ほとんど電気エネルギーを消費せず、大流量ポンプが消費するエネルギーは、極めて大流量のポンプが消費するエネルギーより少ない。

Claims (10)

1. 車両、詳細には自動車両（１）のための構造（１０）であって、
   燃料電池（２）と、
   電気牽引および／または推進のモータ（４２）と
   を備え、
   前記構造（１０）が、前記燃料電池（２）および前記モータ（４２）を冷却するための単一の冷却回路（５）を備え、前記冷却回路（５）が、
   高温熱交換器（２２）を備えた第１の大流量・高温部分（２０）であって、前記燃料電池（２）を冷却するように設計されている第１の部分（２０）と、
   低温熱交換器（３２）を備えた第２の小流量・低温部分（３０）であって、前記モータ（４２）を冷却するように設計されている第２の部分（３０）
   の２つの部分を備え、
   前記第１の部分（２０）が、大流量ポンプ（２１）、詳細には８０００ｌ／ｈと９０００ｌ／ｈの間の大流量のためのポンプ（２１）を備え、前記第２の部分（３０）が、小流量ポンプ（３１）、詳細には２０００ｌ／ｈと３０００ｌ／ｈの間の小流量のためのポンプ（３１）を備える
   ことを特徴とする構造（１０）。
2. 前記低温熱交換器（３２）が入口（３２Ｅ）を備え、前記高温熱交換器（２２）が出口（２２Ｓ）を備え、前記高温熱交換器（２２）の前記出口（２２Ｓ）が前記低温熱交換器（３２）の前記入口（３２Ｅ）に直接接続されていることを特徴とする請求項１に記載の構造（１０）。
3. 前記構造（１０）が前記車両の電気牽引および／または推進のチェーン（４０）を備え、前記チェーン（４０）が、前記電気牽引および／もしくは推進のモータ（４２）、圧縮機（４４）、ならびに／または吸込み空気冷却器（４３）、詳細には過給吸込み空気のための吸込み空気冷却器（４３）、ならびに／または１つもしくは複数の電子電力要素（４１）を備え、前記チェーン（４０）が、前記冷却回路（５）の前記第２の部分（３０）によって冷却されるように設計されていることを特徴とする請求項１または２に記載の構造（１０）。
4. 前記構造（１０）が前記車両の客室（６）を加熱するためのユニットヒーター（５１）を備え、前記ユニットヒーター（５１）が、前記回路（５）の前記第１の部分（２０）の分岐（５０）上に配置されているか、または前記第２の部分（３０）の上、詳細には前記チェーン（４０）の冷却の下流側に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の構造（１０）。
5. 車両、詳細には自動車両（１）であって、請求項１から４のいずれか一項に記載の構造（１０）を備えることを特徴とする自動車両（１）。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の構造（１０）を動作させるための方法であって、前記車両が走行中である場合、
   前記高温熱交換器（２２）に流入することができる流体は、第１の温度、詳細には７７度と８３度の間の第１の温度であり、第２の温度、詳細には７１度と７７度の間の第２の温度で流出し、前記低温熱交換器（３２）に流入することができる流体は、前記第２の温度であるかまたは実質的に前記第２の温度であり、第３の温度、詳細には６２度と６８度の間の第３の温度で流出する
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項１から４のいずれか一項に記載の構造（１０）を動作させるための方法であって、前記燃料電池（２）の起動に先立って、
   前記冷却回路（５）の前記第１の部分（２０）および／または前記第２の部分（３０）が、前記燃料電池（２）を加熱し、および／または前記燃料電池（２）の温度を維持する
   ことを特徴とする方法。
8. 請求項４に記載の構造（１０）を動作させるための方法であって、前記燃料電池（２）の起動に先立って、
   前記客室（６）を加熱するために流体が前記ユニットヒーター（５１）を通過する
   ことを特徴とする方法。
9. 請求項１から３のいずれか一項に記載の構造（１０）を動作させるための方法であって、前記車両が電池（３）からのエネルギーを使用して動作している場合、前記大流量ポンプ（２１）が停止されることを特徴とする方法。
10. 請求項３および４と組み合わせた請求項１または２に記載の構造（１０）を動作させるための方法であって、前記車両が前記燃料電池からのエネルギーのみで走行している場合、および、外部温度がゼロ度未満である場合、前記チェーン（４０）および前記燃料電池（２）によって解放された熱エネルギーがユニットヒーター（５１）を通過する冷却流体に伝えられ、前記高温および低温熱交換器（２２、３２）を通る冷却流体の循環が遮断されることを特徴とする方法。

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