WO2016083365A1 - Method for predictively operating a motor vehicle with a fuel cell system - Google Patents

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WO2016083365A1
WO2016083365A1 PCT/EP2015/077486 EP2015077486W WO2016083365A1 WO 2016083365 A1 WO2016083365 A1 WO 2016083365A1 EP 2015077486 W EP2015077486 W EP 2015077486W WO 2016083365 A1 WO2016083365 A1 WO 2016083365A1
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coolant
fuel cell
partial
cell system
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Max Eschenbach
Johannes Schmid
Maximilian Zettl
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the fuel cell system The fuel cell system
  • the present application relates to a method for the predictive operation of a
  • the cooling circuits for components of a fuel cell system are typically designed for continuous operation at full load or for particularly critical operating points (e.g., uphill travel) (hereafter: excavation operating points).
  • excavation operating points e.g., uphill travel
  • Cooling circuits are designed so that, ideally, in the
  • Fuel cell system has reached the thermal limit, the cooling capacity of the cooling system must be increased and possibly also the output of the
  • Fuel cell can be reduced. Which component used to be limiting for the cooling system depends on many physical parameters and many
  • Component properties e.g. Operating parameters, heat absorption and
  • Cooling parameters based on instantaneous values The system thus reacts to measured instantaneous values. It comes due to the thermal inertia to a certain time delay. Because heat conditions are
  • this time delay can cause the vehicle, in particular the fuel cell system is not or not always operated at the optimum operating point.
  • a fuel cell system includes at least one fuel cell and peripheral system components (BOP components) that may be used in the operation of the at least one fuel cell.
  • a fuel cell includes, for example, an anode and a cathode, which are separated in particular by an ion-selective separator.
  • the anode has a supply for a fuel to the anode. In other words, during operation of the fuel cell system, the anode is in fluid communication with a fuel reservoir.
  • Preferred fuels for the fuel cell system are: hydrogen, low molecular weight alcohol, biofuels, or liquefied natural gas.
  • the cathode has, for example, a supply or supply line for oxidizing agent.
  • Preferred oxidizing agents are, for example, air, oxygen and peroxides.
  • the ion-selective separator can, for example, as
  • PEM Proton exchange membrane
  • a cation-selective polymer electrolyte membrane is used.
  • the method disclosed here is used for the predictive operation of a motor vehicle with a fuel cell system.
  • it is a method for the predictive cooling of a fuel cell system.
  • the method comprises the step of providing cooling liquid, which is divided into at least two partial cooling circuits connected in parallel. It is therefore a cooling circuit, which is divided into two or more partial cooling circuits, which then run parallel to each other and are later brought together again to the one cooling circuit.
  • a first partial coolant flow flows downstream of the distribution through a first partial cooling circuit.
  • the first partial cooling circuit supplies at least a first component of a fuel cell system with coolant.
  • a second coolant partial flow also flows downstream of the division by a second partial cooling circuit, wherein the second partial cooling circuit supplies at least one second component with coolant.
  • the method disclosed herein further includes the step of: adapting the first and / or second coolant sub-streams based on a future, in particular
  • the adaptation of the first and / or second partial coolant flow can be done by any suitable actuator, for example.
  • thermally activated throttles can be used, which via an electric heater to be activated.
  • Fuel cell systems that are in particular to be started or requested in the future may, with the same cooling circuit configuration (for example, the same maximum cooling power that the radiator of the cooling circuit can provide) enable more efficient operation over further operating ranges of the fuel cell.
  • the same cooling circuit configuration for example, the same maximum cooling power that the radiator of the cooling circuit can provide
  • Cooling circuit of the technology disclosed here are equipped with a smaller radiator, without the fuel cell can deliver less power.
  • the method comprises the step: forecasting the future
  • Fuel cell system which are approached or requested in particular in the future. For example, for forecasting, data may be evaluated
  • Allow conclusions about future coolant requirements For example, a driving behavior information, a navigation information and / or a
  • this information may be related to cooling center demand values stored in a database.
  • the controller can, inter alia, taking into account the route (eg length, inclination, Speed limit) and / or the traffic volume (eg congestion or free travel) determine the future coolant requirement of the individual components.
  • the route eg length, inclination, Speed limit
  • the traffic volume eg congestion or free travel
  • the coolant requirement of the first component and / or the second component may preferably take into account a driving behavior information, a
  • Navigation information and / or environmental information can be predicted and / or adapted.
  • the behavior of the driver representing driving behavior is, for example, the speed profile in the city, overland, on the highway; Switching behavior; etc.
  • the control of the motor vehicle may be based on measured values,
  • driver-specific inputs and / or driver-specific systems recognize the driver.
  • Driver-specific systems are, for example, a key coding or a driver assigned to a mobile phone, which connects to the car.
  • Driver-specific inputs are, for example, the profile selection or the selection of a stored seating position assigned to a driver, clearly assignable travel route (path to work), mirror adjustment, etc.
  • Another driver recognition device is, for example, a face recognition.
  • the vehicle sensor system or any input elements can be used.
  • the following factors can be taken into account: inclination sensor or gradient sensor, driving dynamics, lateral acceleration sensor, recognition of pedal dynamics, driving experience switch, speed profile position of aerodynamic components, such as.
  • the controller is preferably able to analyze the driving behavior and assign a driver.
  • a driving behavior analysis may allow to more accurately predict the power requirements and to operate the fluid delivery device in a forward-looking manner.
  • it is a learning control, for example. Based on Fuzzy Logic.
  • the controller is also able to analyze recurring conditions and events, for example, based on acquired external parameters.
  • the controller is not only able to learn from the driving behavior of the driver, but also can
  • the controller is configured to optimize recurring routes by a driver based on the lessons learned from previous trips.
  • One An example of this is, for example, the frequently traveled route between place of residence and workplace.
  • External parameters that represent navigation information are, for example.
  • Navigation parameters that include geoinformation, such as position, route and / or elevation profile information.
  • Navigation information is also information about the drive cycle, i. the mix of city, overland and / or motorway part of the total route. Further navigation information is, for example, also
  • Traffic information such as current or future traffic impairments.
  • a navigation information is, for example, an intersection and / or a traffic light and / or a traffic signal signaling, which brings a comparatively short stop of the motor vehicle with it.
  • the navigation information may be a traffic light phase.
  • the traffic signal may be transmitted, for example, via a suitable communication signal, e.g. a radio signal and a suitable sensor on the motor vehicle are detected.
  • Environmental information is, for example, current or future weather and / or
  • Room information eg temperature, humidity, precipitation
  • the method preferably comprises the step: adaptation of the first and / or second partial coolant flow already before the beginning of the period of time for which a changed, ie increased or reduced, coolant requirement of the first component and / or the second component has existed or predicted.
  • the cooling medium flows are thus predictively changed in order to avoid early thermal overload.
  • a component is heated or cooled, a certain amount of time elapses, inter alia, due to the heat capacity of the component, until the temperature of the component changes. If now the coolant partial flows are changed predictively, the influence of the thermal inertia of the individual components can be reduced or compensated. For example, if a maximum power is requested by the system and is
  • the controller may divide the first and / or second partial coolant stream such that during this time the coolant flow to the fuel cell increases and the coolant flow to the intercooler is reduced. This would tend to increase the temperature of the intercooler. Due to the thermal inertia, however, the charge air cooler temperature will scarcely change in this short period of time. The additional coolant flow to the fuel cell, however, has a faster effect on the operation of the fuel cell.
  • the coolant flow to the fuel cell is increased and the coolant flow to the charge air cooler to be reduced during temporally limited future peak powers.
  • a driver-requested peak power is understood as meaning a power which is above the maximum continuous power output of the fuel cell (hereinafter: maximum continuous power) and which the fuel cell can deliver over a short period of time.
  • the peak power can, for example, 110% to 120% of the max.
  • Continuous power for example, over a period of max. 30 seconds (for 120% continuous load) to 60% seconds (for 110% continuous load) can be provided.
  • operating points may exist, e.g. due to the
  • Membrane moisture and thus the ohmic resistance of the membrane can not be operated continuously. In part, these operating points may be due to higher BOP component loads, such as Compressor performance, short-term compensated or damped. Thus, a low efficiency of BOP components is accepted in the short term to ensure high efficiency. This operation of the BOP component can be accomplished, e.g. thermal, limited in time.
  • the first and / or the second partial coolant flow can be adapted such that the first component and the second component are thermally equally loaded. Even if the two components can not be operated in the critical range, the coolant distribution to the two partial cooling circuits can be carried out in such a way that both
  • Components are thermally equally loaded. For example, they can be operated at about 80% of their maximum temperature.
  • the coolant may be supplied to the first component and / or the second component before the beginning of the time period for which there is a changed coolant requirement of the first component and / or the second component, as the future coolant requirement. For example, it is predicted that in a future
  • the fuel cell temperature becomes critical, so it can already be started before to reduce the fuel cell temperature to the
  • cooling capacity or cooling capacity (hereinafter: cooling capacity) can be temporarily stored in the fuel cell.
  • cooling capacity in other components can also be temporarily stored.
  • the charge air cooler is disposed upstream of the fuel cell stack. If this is cooled more than necessary in a partial load range of the fuel cell, it can use up this additional stored cooling capacity in a subsequent full-load period of the fuel cell. During the full load period, the controller may fail due to the
  • Intercooler stored cooling power the intercooler less coolant than he would actually need. This delta of coolant can then additionally come to the here temperature-critical fuel cell stack. The cooling system is thus relieved during a full load period by the caching of cooling power during a partial load period.
  • the first component may be a fuel cell stack, a charge air cooler for
  • the second component may be a heat exchanger associated with the interior of the motor vehicle.
  • the first component may be the fuel cell stack and the second component may be the oxidant charge air cooler, the cathode exhaust condenser or a fuel tank heat exchanger.
  • the first component of the fuel cell stack and the second component of the intercooler may be the first component of the fuel cell stack and the second component of the intercooler.
  • FIG. 1 shows schematic representations of cooling circuits.
  • the cooling circuit shown in FIG. 1 is divided in the division K1, here designed as a 3-way valve, in two partial cooling circuits 10, 20, which are respectively flowed through by a first and second coolant flow T10, T20.
  • a fuel cell stack 50 first component
  • a charge air cooler 40 second component
  • the two TeikühlnikIT 10, 20 finally open at a node K2 and then flow in a heat exchanger or cooler 60, in which the heated in the fuel cell stack 50 and the intercooler 40 coolant is cooled again. Via the conveyor 30, the coolant then returns to the partial cooling circuits 10, 20th
  • the first and / or second partial coolant stream T10, T20 can already be adjusted beforehand based on the predicted future coolant requirement of the first component and / or the second component. It is preferred that the thermal inertia of the components is taken into account, whereby a thermal overload of the components can be avoided.
  • An oxidizer 80 delivers via a cathode feed line 82 oxidizer to the fuel cell stack 50. The oxidant is before entering the
  • Fuel cell stack 50 tempered in the intercooler 40 As already mentioned, the partial cooling circuits 10, 20 are arranged parallel to one another. Thus, the
  • Fuel cell stack 50 and the intercooler 40 thermally coupled together. Furthermore, the cathode feed line 82 also represents a certain thermal coupling of these two components. If the charge air cooler is cooled more strongly, it can adequately cool the oxidizing agent before it enters the fuel cell stack 50. This in turn means that less fuel must be provided to the fuel cell stack 50. Further, due to their mass and heat capacity, components 40 and 50 may also store cooling capacity at least to some extent. These two effects make the technology disclosed here, i.a. advantage. Will the
  • Fuel cell operated, for example, in a partial load range and at the same time a full load operation, e.g. an uphill, predicted, so the controller can even before the beginning of the full load cooling capacity in the fuel cell stack 50, and preferably in the intercooler 40, caching. For this, the delivery rate of
  • controller also takes into account the cooling capacity temporarily stored in the fuel cell stack 50.
  • Cooling capacity does not have to be calculated. For example, it is sufficient that the temperatures of the components are known.
  • actuators a wide variety of actuators can be provided.
  • Part cooling circuits 10, 20 may be provided (see Fig. 2). Furthermore, one or more pumps, throttles, and / or thermally activated pressure drop components may be provided. By introducing a stepless throttle in the cooling system, for example before or after the fuel cell 50 or the intercooler 40, the absolute coolant flow through the intercooler 40 can be increased.
  • a stepless throttle in the cooling system for example before or after the fuel cell 50 or the intercooler 40, the absolute coolant flow through the intercooler 40 can be increased.
  • valves or throttles can be actively controlled by a controller.
  • the chokes can also be replaced by thermally activated components.
  • Fig. 3 shows a more complex structure of a refrigeration cycle.
  • the conveyor 30, the oxidant conveyor 80, the cathode feed line 82 and the radiator 60 are the same as in Figures 1 and 2.
  • Fuel cell stack 50 are also arranged here in two subcooling circuits 10, 20 parallel to each other. Thus, the same effects and advantages occur here as already described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • two partial cooling circuits 10 ', 20' shown which are also parallel angeord net.
  • the partial refrigeration circuit 10 ' is represented by a dashed line, wherein each of the following components may be considered as a first component of the first partial refrigeration circuit 20': fuel cell stack 50, oxidizer charge air cooler 40, cathode exhaust condenser 110, or fuel tank heat exchanger 110 ,

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Abstract

The invention relates to a method for predictively operating a motor vehicle with a fuel cell system. The method comprises the following steps: 1.) providing cooling fluid that is distributed to at least two partial cooling circuits (10, 10'; 20, 20') connected in parallel, wherein a first coolant partial flow (T10, T10') flows through a first partial cooling circuit (10), wherein the first partial cooling circuit (10, 10') supplies at least one first component of the fuel cell system with coolant, and wherein a second coolant partial flow (T20, T20') flows through a second partial cooling circuit (20, 20'), wherein the second partial cooling circuit (20, 20') supplies at least one second component of the fuel cell system with coolant; and 2.) adapting the first and/or second coolant partial flow (T10, T10'; T20, T20') based on a future coolant requirement of the first component and/or the second component.

Description

Verfahren zum prädiktiven Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einem Method for the predictive operation of a motor vehicle with a
Brennstoffzellensystem The fuel cell system
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum prädiktiven Betrieb eines The present application relates to a method for the predictive operation of a
Kraftfahrzeuges mit einem Brennstoffzellensystem. Motor vehicle with a fuel cell system.
Die Kühlkreisläufe für Komponenten eines Brennstoffzellensystems werden in der Regel für einen kontinuierlichen Betrieb bei Volllast oder für besonders kritische Betriebspunkte (z.B. eine Bergfahrt) ausgelegt (nachstehend: Ausiegungsbetriebspunkte). Die The cooling circuits for components of a fuel cell system are typically designed for continuous operation at full load or for particularly critical operating points (e.g., uphill travel) (hereafter: excavation operating points). The
Kühlkreisläufe werden dabei so gestaltet, dass im Idealfall in den Cooling circuits are designed so that, ideally, in the
Auslegungsbetriebspunkten alle Komponenten gleichzeitig ihr Temperaturmaximum erreichen. Im reellen Betrieb eines Brennstoffzellensystems werden die Design operating points all components simultaneously reach their maximum temperature. In the real operation of a fuel cell system, the
Temperaturmaxima in den Auslegungsbetriebspu nkten nicht gleichzeitig erreicht. Temperature maxima in the design operating points are not reached simultaneously.
Vielmehr stellt sich bereits früher bei einer der gekühlten Systemkomponenten ein Zustand ein, in dem die bereitgestellte Kühlmenge nicht ausreicht. Um eine Überhitzung dieser Komponente zu vermeiden muss dann die Leistung des gesamten Kühlsystems erhöht werden und/oder die Leistung des Brennstoffzellensystems reduziert werden (Derating). Ist beispielsweise die Temperatur des Ladeluftkühlers des Rather, a state in which the provided cooling amount is insufficient is already established earlier in one of the cooled system components. In order to avoid overheating of this component then the performance of the entire cooling system must be increased and / or the performance of the fuel cell system to be reduced (derating). For example, if the temperature of the intercooler of the
Brennstoffzellensystems am thermischen Limit angelangt, so muss die Kühlleistung des Kühlsystems erhöht und gegebenenfalls auch die abzugebende Leistung der Fuel cell system has reached the thermal limit, the cooling capacity of the cooling system must be increased and possibly also the output of the
Brennstoffzelle reduziert werden. Welche Komponente früher für das Kühlsystem limitierend ist, hängt von vielen physikalischen Parametern und vielen Fuel cell can be reduced. Which component used to be limiting for the cooling system depends on many physical parameters and many
Komponenten eigenschaften ab, z.B. Betriebsparameter, Wärmeaufnahme- und Component properties, e.g. Operating parameters, heat absorption and
Wärmeabgabeverhaiten sowie Wärmekapazität der Komponenten, etc. Wärmeabgabeverhaiten and heat capacity of the components, etc.
Aus der WO03/059664 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem bekannt, bei dem der Kühlkreisiauf für das Brennstoffzellensystem und für den Innenraum des Kraftfahrzeuges mittels Ventile geregelt werden kann. Das Kühlsystem passt die From WO03 / 059664 a motor vehicle with a fuel cell system is known, in which the Kühlkreisiauf for the fuel cell system and for the interior of the motor vehicle can be controlled by means of valves. The cooling system fits the
Kühlparameter anhand von augenblicklichen Werten an. Das System reagiert also ietztendlich auf gemessene Momentanwerte. Es kommt aufgrund der thermischen Trägheit zu einer gewissen zeitlichen Verzögerung. Da Wärmezustände sich Cooling parameters based on instantaneous values. The system thus reacts to measured instantaneous values. It comes due to the thermal inertia to a certain time delay. Because heat conditions are
vergleichsweise langsam ändern, kann diese zeitliche Verzögerung dazu führen, dass das Fahrzeug, insbesondere das Brennstoffzellensystem, nicht bzw. nicht immer im optimalen Betriebspunkt betrieben wird. change relatively slowly, this time delay can cause the vehicle, in particular the fuel cell system is not or not always operated at the optimum operating point.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden An meldung, die vorgenannten Nachteile zu verringern bzw. zu beheben. Die Aufgabe der vorliegenden E rfindung wird gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar. It is an object of the present application to reduce the aforementioned disadvantages or to remedy. The object of the present invention is solved by The subject matter of claim 1. The dependent claims are advantageous embodiments.
Ein Brennstoffzellensystem gemäß der hier offenbarten Technologie umfasst mindestens eine Brennstoffzelle sowie periphere Systemkomponenten (BOP-Komponenten), die beim Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle zum Einsatz kommen können. Eine Brennstoffzelle umfasst beispielsweise eine Anode und eine Kathode, die insbesondere durch einen ionenselektiven Separator getrennt sind. Die Anode weist eine Zufuhr für einen Brennstoff zur Anode auf. Mit anderen Worten ist die Anode beim Betrieb des Brennstoffzellensystems in Fluidverbindung mit einem Brennstoffreservoir. Bevorzugte Brennstoffe für das Brennstoffzellensystem sind: Wasserstoff, niedrigmolekularer Alkohol, Biokraftstoffe, oder verflüssigtes Erdgas. Die Kathode weist beispielsweise eine Zufuhr bzw. Zuleitung für Oxidationsmittel auf. Bevorzugte Oxidationsmittel sind bspw. Luft, Sauerstoff und Peroxide. Der ionenselektive Separator kann bspw. als A fuel cell system according to the technology disclosed herein includes at least one fuel cell and peripheral system components (BOP components) that may be used in the operation of the at least one fuel cell. A fuel cell includes, for example, an anode and a cathode, which are separated in particular by an ion-selective separator. The anode has a supply for a fuel to the anode. In other words, during operation of the fuel cell system, the anode is in fluid communication with a fuel reservoir. Preferred fuels for the fuel cell system are: hydrogen, low molecular weight alcohol, biofuels, or liquefied natural gas. The cathode has, for example, a supply or supply line for oxidizing agent. Preferred oxidizing agents are, for example, air, oxygen and peroxides. The ion-selective separator can, for example, as
Protonenaustauschmembran (proton exchange membrane, PEM) ausgebildet sein. Proton exchange membrane (PEM) may be formed.
Bevorzugt kommt eine kationenselektive Polymerelektrolytmembran zum Einsatz. Preferably, a cation-selective polymer electrolyte membrane is used.
Materialien für eine solche Membran sind: Nation®, Flemion® und Aciplex®. Es wird hier vereinfachend oft ein System mit einer Brennstoffzelle diskutiert. Sofern eine Materials for such a membrane are: Nation®, Flemion® and Aciplex®. For simplicity's sake, a system with a fuel cell is often discussed here. If one
Systemkomponente nachstehend in der Einzahl angeführt ist, soll die Mehrzahl ebenfalls mit umfasst sein. Beispielsweise kann eine Mehrzahl an Brennstoffzellen und teilweise eine Mehrzahl an BOP-Komponenten vorgesehen sein. System component is listed below in the singular, the majority should also be included. For example, a plurality of fuel cells and partially a plurality of BOP components may be provided.
Das hier offenbarte Verfahren dient zum prädiktiven Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einem Brennstoffzellensystem. Insbesondere handelt es sich um ein Verfahren zum prädiktiven Kühlen eines Brennstoffzellensystems. The method disclosed here is used for the predictive operation of a motor vehicle with a fuel cell system. In particular, it is a method for the predictive cooling of a fuel cell system.
Das Verfahren umfasst den Schritt: Bereitstellen von Kühlflüssigkeit, die auf zumindest zwei parallel geschaltete Teilkühlkreisläufe aufgeteilt wird. Es handelt sich also um einen Kühlkreislauf, der sich in zwei oder mehr Teilkühlkreisläufe aufteilt, die dann parallel zueinander verlaufen und später wieder zu dem einen Kühlkreislauf zusammengeführt werden . Ein erster Kühlmittelteilstrom fließt stromab der Aufteilung durch einen ersten Teilkühlkreislauf. Der erste Teilkühlkreislauf versorgt mindestens eine erste Komponente eines Brennstoffzellensystems mit Kühlmittel. Ein zweiter Kühlmittelteilstrom fließt ebenfalls stromab der Aufteilung durch einen zweiten Teilkühlkreislauf, wobei der zweite Teilkühlkreislauf mindestens eine zweite Komponente mit Kühlmittel versorgt. Das hier offenbarte Verfahren umfasst ferner den Schritt: Anpassen des ersten und/oder zweiten Kühlmittelteilstromes basierend auf einen zukünftigen, insbesondere The method comprises the step of providing cooling liquid, which is divided into at least two partial cooling circuits connected in parallel. It is therefore a cooling circuit, which is divided into two or more partial cooling circuits, which then run parallel to each other and are later brought together again to the one cooling circuit. A first partial coolant flow flows downstream of the distribution through a first partial cooling circuit. The first partial cooling circuit supplies at least a first component of a fuel cell system with coolant. A second coolant partial flow also flows downstream of the division by a second partial cooling circuit, wherein the second partial cooling circuit supplies at least one second component with coolant. The method disclosed herein further includes the step of: adapting the first and / or second coolant sub-streams based on a future, in particular
prognostizierten, Kühlmittelbedarf der ersten Komponente und/oder der zweiten predicted, coolant requirement of the first component and / or the second
Komponente. Das Anpassen des ersten und/oder zweiten Kühlmittelteilstromes kann durch jeden geeigneten Aktuator geschehen, bspw. regelbare 3-Wege-Ventil(e), Pumpen, Ventile bzw. Drosseln, etc. Insbesondere können thermisch aktivierte Drosseln eingesetzt werden, die über eine elektrische Heizung aktiviert werden. Durch das Anpassen des ersten und/oder zweiten Kühlmittelteilstromes kann gezielt die Komponente mit mehr Kühlmittel versorgt werden, deren Temperatur kritisch ist bzw. kritisch wird. Component. The adaptation of the first and / or second partial coolant flow can be done by any suitable actuator, for example. Controllable 3-way valve (s), pumps, valves or throttles, etc. In particular, thermally activated throttles can be used, which via an electric heater to be activated. By adapting the first and / or second partial coolant flow, the component can be specifically supplied with more coolant, the temperature of which is critical or becomes critical.
Vorteilhaft wird somit vorausschauend im Vorhinein schon auf den Betrieb der Advantageously, therefore, anticipatory in advance on the operation of the
Komponenten eingewirkt, insbesondere auf deren Kühlung durch das Anpassen der Teilkühlmittelströme. Diese vorschauende Betriebsweise des Brennstoffzellensystems bzw. des Kühlsystems für zukünftige Betriebspunkte bzw. Betriebszustände des Components acted, in particular their cooling by adjusting the partial coolant flows. This prospective mode of operation of the fuel cell system or the cooling system for future operating points or operating states of the
Brennstoffzellensystems, die insbesondere zukünftig angefahren bzw. angefordert werden, kann bei gleicher Kühlkreiskonfiguration (z.B. gleiche max. Kühlleistung, die der Kühler der Kühlkreislaufs bereitstellen kann) einen effizienteren Betrieb über weitere Betriebsbereiche der Brennstoffzelle ermöglichen. Anders ausgedrückt kann der Fuel cell systems that are in particular to be started or requested in the future may, with the same cooling circuit configuration (for example, the same maximum cooling power that the radiator of the cooling circuit can provide) enable more efficient operation over further operating ranges of the fuel cell. In other words, the
Kühlkreislauf der hier offenbarten Technologie mit einem kleineren Kühler ausgestattet werden, ohne dass die Brennstoffzelle weniger Leistung abgeben kann. Cooling circuit of the technology disclosed here are equipped with a smaller radiator, without the fuel cell can deliver less power.
Bevorzugt umfasst das Verfahren den Schritt: Prognostizieren des zukünftigen Preferably, the method comprises the step: forecasting the future
Kühlmittelbedarfs bzw. erforderlichen Kühlmittelteilstroms der ersten Komponente und/oder des zukünftigen Kühlmittelbedarfs bzw. erforderlichen Kühlmittelteilstroms der zweiten Komponente für zukünftige Betriebspunkte bzw. Betriebszustände des Coolant requirement or required coolant partial flow of the first component and / or the future coolant requirement or required coolant partial flow of the second component for future operating points or operating states of the
Brennstoffzellensystems, die insbesondere zukünftig angefahren bzw. angefordert werden. Beispielsweise können zur Prognose Daten ausgewertet werden, die Fuel cell system, which are approached or requested in particular in the future. For example, for forecasting, data may be evaluated
Rückschlüsse über den zukünftigen Kühlmittelbedarf erlauben. Beispielsweise kann dazu eine Fahrverhaltensinformation, eine Navigationsinformation und/oder eine Allow conclusions about future coolant requirements. For example, a driving behavior information, a navigation information and / or a
Umgebungsinformation ausgewertet werden. Diese Informationen können beispielsweise mit in einer Datenbank gespeicherten Werten für den Kühlmittenbedarf in Relation gesetzt werden . Environment information to be evaluated. For example, this information may be related to cooling center demand values stored in a database.
Wird beispielsweise als Fahrtroute eine längere Bergfahrt vorgegeben, so kann die Steuerung unter anderem unter Berücksichtigung der Fahrstrecke (z.B. Länge, Steigung, Geschwindigkeitsbegrenzung) und/oder des Verkehrsaufkommens (z.B. Stau oder freie Fahrt) den zukünftigen Kühlmittelbedarf der einzelnen Komponenten ermitteln. If, for example, a longer uphill journey is specified as the route, then the controller can, inter alia, taking into account the route (eg length, inclination, Speed limit) and / or the traffic volume (eg congestion or free travel) determine the future coolant requirement of the individual components.
Der Kühimittelbedarf der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente kann bevorzugt unter Berücksichtigung einer Fahrverhaltensinformation, einer The coolant requirement of the first component and / or the second component may preferably take into account a driving behavior information, a
Navigationsinformation und/oder einer Umgebungsinformation prognostiziert und/oder angepasst werden. Navigation information and / or environmental information can be predicted and / or adapted.
Die das Verhalten des Fahrers repräsentierende Fahrverhalten sinformationen sind bspw. Geschwindigkeitsprofil in der Stadt, über Land, auf der Autobahn; Schaltverhalten; etc. Bevorzugt kann die Steuerung des Kraftfahrzeugs anhand von Messwerten, The behavior of the driver representing driving behavior is, for example, the speed profile in the city, overland, on the highway; Switching behavior; etc. The control of the motor vehicle may be based on measured values,
fahrerspezifischen Eingaben und/ oder fahrerspezifischen Systemen den Fahrer erkennen. Fahrerspezifische Systeme sind bspw. eine Schlüssel-Codierung oder ein einem Fahrer zugeordnetes Mobiltelefon, welches sich mit dem Auto verbindet. Fahrerspezifische Eingaben sind bspw. die Profilauswahl oder die Auswahl einer abgespeicherten und einem Fahrer zugeordneten Sitzposition, eindeutig zuordenbare Fahrtstrecke (Weg zur Arbeit), Spiegeleinsteilung, etc. Eine weitere Fahrererkennungsvorrichtung ist bspw. eine Gesichtserkennung. driver-specific inputs and / or driver-specific systems recognize the driver. Driver-specific systems are, for example, a key coding or a driver assigned to a mobile phone, which connects to the car. Driver-specific inputs are, for example, the profile selection or the selection of a stored seating position assigned to a driver, clearly assignable travel route (path to work), mirror adjustment, etc. Another driver recognition device is, for example, a face recognition.
Zur Ermittlung des Fahrverhaltens kann insbesondere auch die Fahrzeugsensorik oder etwaige Eingabeelemen te herangezogen werden. Beispielsweise können folgende Faktoren berücksichtigt werden: Neigungssensor bzw. Steigungssensor, Fahrdynamik, Querbeschleunigungssensor, E rkennung der Pedaldynamik, Fahrerlebnisschalter, Geschwindigkeitsprofil Stellung von aerodynamischen Komponenten, wie bspw. To determine the driving behavior, in particular also the vehicle sensor system or any input elements can be used. For example, the following factors can be taken into account: inclination sensor or gradient sensor, driving dynamics, lateral acceleration sensor, recognition of pedal dynamics, driving experience switch, speed profile position of aerodynamic components, such as.
Heckspoiler, etc. Die Steuerung ist bevorzugt in der Lage, das Fahrverhalten zu analysieren und einem Fahrer zuzuordnen. Eine Fahrverhaltensanalyse kann es erlauben, genauer den Leistungsbedarf zu prognostizieren und die Fluidfördereinrichtung vorrausschauend zu betreiben. Vorteilhaft handelt es sich um eine lernfähige Steuerung, bspw. basierend auf Fuzzy Logic. Vorteilhaft ist die Steuerung auch in der Lage, wiederkehrende Bedingungen und Ereignisse beispielsweise anhand von erfassten externen Parametern zu analysieren. Bevorzugt ist die Steuerung nicht nur in der Lage, aus dem Fahrverhalten des Fahrers zu lernen, sondern kann überdies auch Rear spoiler, etc. The controller is preferably able to analyze the driving behavior and assign a driver. A driving behavior analysis may allow to more accurately predict the power requirements and to operate the fluid delivery device in a forward-looking manner. Advantageously, it is a learning control, for example. Based on Fuzzy Logic. Advantageously, the controller is also able to analyze recurring conditions and events, for example, based on acquired external parameters. Preferably, the controller is not only able to learn from the driving behavior of the driver, but also can
Navigationsinformationen und Umweltinformationen auswerten und eine optimierte Prognose potenzieller Betriebsparameter durchführen. Beispielsweise ist die Steuerung derart konfiguriert, dass wiederkehrende Fahrtstrecken von einem Fahrer optimiert werden, und zwar basierend auf den Erkenntnissen aus den vorherigen Fahrten. Ein Anwendungsbeispiel hierfür ist bspw. die häufig gefahrene Strecke zwischen Wohnort und Arbeitsstätte. Evaluate navigation information and environmental information and perform an optimized forecast of potential operational parameters. For example, the controller is configured to optimize recurring routes by a driver based on the lessons learned from previous trips. One An example of this is, for example, the frequently traveled route between place of residence and workplace.
Externe Parameter, die eine Navigationsinformation repräsentieren, sind bspw. External parameters that represent navigation information are, for example.
Navigationsparameter, die Geoinformationen umfassen, wie bspw. Positions-, Strecken- und/oder Höhenprofileinformationen. Navigationsinformationen sind ferner Informationen über den Fahrzyklus, d.h. der Mix aus Stadt-, Überland- und/oder Autobahnanteil an der Gesamtfahrstrecke. Weitere Navigationsinformationen sind bspw. auch Navigation parameters that include geoinformation, such as position, route and / or elevation profile information. Navigation information is also information about the drive cycle, i. the mix of city, overland and / or motorway part of the total route. Further navigation information is, for example, also
Verkehrsinformationen, wie aktuelle oder zukünftige Verkehrsbeeinträchtigungen. Traffic information, such as current or future traffic impairments.
Beispielsweise zählen aktuelle Staumeldungen oder voraussehbare For example, current traffic jams or predictable ones count
Verkehrsverdichtungen aufgrund von Großereignissen, Berufsverkehr, besonderen Vorkommnissen und Events, wie bspw. Massenveranstaltung, etc. zu den Traffic congestion due to major events, commuter traffic, special incidents and events, such as mass event, etc. to the
Navigationsinformationen. Eine Navigationsinformation ist beispielsweise eine Kreuzung und/oder eine Verkehrsampel und/oder ein Verkehrsampelsignai, welches einen vergleichsweisen kurzen Stopp des Kraftfahrzeuges mit sich bringt. Navigation information. A navigation information is, for example, an intersection and / or a traffic light and / or a traffic signal signaling, which brings a comparatively short stop of the motor vehicle with it.
Ferner kann die Navigationsinformation eine Ampelphase sein. Das Verkehrsampelsignai kann beispielsweise über ein geeignetes Kommunikationssignal, z.B. ein Funksignal und einen geeigneten Sensor am Kraftfahrzeug erkannt werden. Furthermore, the navigation information may be a traffic light phase. The traffic signal may be transmitted, for example, via a suitable communication signal, e.g. a radio signal and a suitable sensor on the motor vehicle are detected.
Umgebungsinformationen sind bspw. aktuelle oder zukünftige Wetter- und/oder Environmental information is, for example, current or future weather and / or
Rauminformationen, bspw. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Niederschläge, Room information, eg temperature, humidity, precipitation,
Windgeschwindigkeit, Luftdruck, etc. Wind speed, air pressure, etc.
Bevorzugt umfasst das Verfahren den Schritt: Anpassen des ersten und/oder zweiten Kühlmittelteilstromes bereits vor Beginn der Zeitspanne, für die ein veränderter, d.h. erhöhter oder verringerter, Kühlmittelbedarf der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente besteht bzw. prognostiziert wurde. Mithin werden die Kühl mittelteilströme also prädiktiv verändert, um frühzeitig eine thermische Überlast zu vermeiden. Wird eine Komponente erwärmt oder gekühlt, so vergeht u.a. aufgrund der Wärmekapazität der Komponente eine gewisse Zeit, bis sich die Temperatur der Komponente ändert. Werden nun die Kühlmittelteilströme prädiktiv geändert, kann der Einfluss der thermischen Trägheit der einzelnen Komponenten verringert bzw. kompensiert werden. Wird beispielsweise eine maximale Leistung vom System angefordert und ist The method preferably comprises the step: adaptation of the first and / or second partial coolant flow already before the beginning of the period of time for which a changed, ie increased or reduced, coolant requirement of the first component and / or the second component has existed or predicted. Thus, the cooling medium flows are thus predictively changed in order to avoid early thermal overload. When a component is heated or cooled, a certain amount of time elapses, inter alia, due to the heat capacity of the component, until the temperature of the component changes. If now the coolant partial flows are changed predictively, the influence of the thermal inertia of the individual components can be reduced or compensated. For example, if a maximum power is requested by the system and is
beispielsweise aufgrund einer nahenden S ignalanlage klar, dass diese Leistung nur für eine kurze Zeit (bspw. weniger als eine Minute) abgegeben werden muss, so kann die Steuerung den ersten und/oder zweiten Kühlmittelteilstrom derart aufteilen, dass während dieser Zeit der Kühlmittelstrom zur Brennstoffzelle erhöht und der Kühimittelstrom zum Ladeluftkühler verringert wird. Dadurch würde sich tendenziell die Temperatur des Ladeluftkühlers erhöhen. Aufgrund der thermischen Trägheit wird sich jedoch in diesem kurzen Zeitraum die Ladeluftkühlertemperatur in der Realität kaum ändern. Der zusätzliche Kühlmittelstrom zur Brennstoffzelle indes wirkt sich schneller auf den Betrieb der Brennstoffzelle aus. For example, because of an approaching S ignalanlage clear that this power only for a short time (eg less than a minute) must be submitted, the controller may divide the first and / or second partial coolant stream such that during this time the coolant flow to the fuel cell increases and the coolant flow to the intercooler is reduced. This would tend to increase the temperature of the intercooler. Due to the thermal inertia, however, the charge air cooler temperature will scarcely change in this short period of time. The additional coolant flow to the fuel cell, however, has a faster effect on the operation of the fuel cell.
In gleicher Weise kann bevorzugt während zeitlich begrenzten zukünftigen Peak- Leistungen der Kühlmittelstrom zur Brennstoffzelle erhöht und der Kühlmittelstrom zum Ladeluftkühler verringert werden. Unter einer solchen vom Fahrer angeforderten Peak- Leistung versteht man in diesem Zusammenhang eine Leistung, die oberhalb der maximalen kontinuierlichen abgebaren Leistung der Brennstoffzelle (nachstehend: max. Dauerleistung) liegt, und die die Brennstoffzelle über einen kurzen Zeitraum abgeben kann. Die Peak-Leistung kann beispielsweise 110% bis 120% der max. Dauerleistung betragen, die beispielsweise über einen Zeitraum von max. 30 Sekunden (für 120% Dauerlast) bis 60% Sekunden (für 110% Dauerlast) bereitgestellt werden kann. Im Betrieb der Brennstoffzelle können Betriebspunkte existieren, die z.B. auf Grund der In the same way, it is preferable for the coolant flow to the fuel cell to be increased and the coolant flow to the charge air cooler to be reduced during temporally limited future peak powers. In this context, such a driver-requested peak power is understood as meaning a power which is above the maximum continuous power output of the fuel cell (hereinafter: maximum continuous power) and which the fuel cell can deliver over a short period of time. The peak power can, for example, 110% to 120% of the max. Continuous power, for example, over a period of max. 30 seconds (for 120% continuous load) to 60% seconds (for 110% continuous load) can be provided. In operation of the fuel cell, operating points may exist, e.g. due to the
Membranfeuchte und somit dem ohmschen Widerstand der Membran nicht kontinuierlich betrieben werden können. Teilweise können diese Betriebspunkte durch höhere BOP- Komponentenlasten, wie z.B. Kompressorleistung, kurzfristig kompensiert oder abgedämpft werden. Somit wird zur Sicherstellung eines hohen Wirkungsgrades kurzfristig ein niedriger Wirkungsgrad von BOP-Komponenten in Kauf genommen. Dieser Betrieb der BOP-Komponente kann, z.B. thermisch, zeitlich limitiert sein. Membrane moisture and thus the ohmic resistance of the membrane can not be operated continuously. In part, these operating points may be due to higher BOP component loads, such as Compressor performance, short-term compensated or damped. Thus, a low efficiency of BOP components is accepted in the short term to ensure high efficiency. This operation of the BOP component can be accomplished, e.g. thermal, limited in time.
Der erste und/oder der zweite Kühlmittelteilstrom kann derart angepasst werden, dass die erste Komponente und die zweiten Komponente thermisch gleich belastet werden. Auch wenn die beiden Komponenten nicht im kritischen Bereich betrieben werden kann die Kühlmittelaufteilung auf die beiden Teilkühlkreisläufe derart erfolgen, dass beide The first and / or the second partial coolant flow can be adapted such that the first component and the second component are thermally equally loaded. Even if the two components can not be operated in the critical range, the coolant distribution to the two partial cooling circuits can be carried out in such a way that both
Komponenten thermisch gleich belastet sind. Sie können beispielsweise bei ca. 80% ihrer Maximaltemperatur betrieben werden. Der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente kann bereits vor Beginn der Zeitspanne, für die ein veränderter Kühlmittelbedarf der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente besteht, mehr Kühlmittel als der zukünftige Kühlmittelbedarf zugeführt werden. Wird beispielsweise prognostiziert, dass in einem zukünftigen Components are thermally equally loaded. For example, they can be operated at about 80% of their maximum temperature. The coolant may be supplied to the first component and / or the second component before the beginning of the time period for which there is a changed coolant requirement of the first component and / or the second component, as the future coolant requirement. For example, it is predicted that in a future
Streckenabschnitt die Brennstoffzellentemperatur kritisch wird, so kann schon vorher damit begonnen werden, die Brennstoffzellentemperatur zu verringern, um der Section, the fuel cell temperature becomes critical, so it can already be started before to reduce the fuel cell temperature to the
Erwärmung entgegenzuwirken. Es kann also zu einem gewissen Grad Kühlleistung bzw. Kühlkapazität (nachstehend: Kühlleistung) in der Brennstoffzelle zwischengespeichert werden. To counteract warming. Thus, to a certain extent, cooling capacity or cooling capacity (hereinafter: cooling capacity) can be temporarily stored in the fuel cell.
Zusätzlich kann aber auch Kühlleistung in anderen Komponenten, beispielsweise im Ladeluftkühler, zwischengespeichert werden. Der Ladeluftkühler ist stromaufwärts von dem Brennstoffzellenstapel angeordnet. Wird dieser in einem Teillastbereich der Brennstoffzelle stärker gekühlt als notwendig, kann er diese zusätzliche gespeicherte Kühlleistung in einer sich anschließenden Volllastperiode der Brennstoffzelle wieder aufbrauchen. Während der Volllastperiode kann die Steuerung aufgrund der im In addition, however, cooling capacity in other components, for example in the intercooler, can also be temporarily stored. The charge air cooler is disposed upstream of the fuel cell stack. If this is cooled more than necessary in a partial load range of the fuel cell, it can use up this additional stored cooling capacity in a subsequent full-load period of the fuel cell. During the full load period, the controller may fail due to the
Ladeluftkühler gespeicherten Kühlleistung dem Ladeluftkühler weniger Kühlmittel zukommen lassen als er eigentlich benötigen würde. Dieses Delta an Kühlmittel kann dann zusätzlich dem hier temperaturkritischen Brennstoffzellenstapel zukommen. Das Kühlsystem wird also während einer Volllastperiode durch das Zwischenspeichern von Kühlleistung während einer Teillastperiode entlastet. Intercooler stored cooling power the intercooler less coolant than he would actually need. This delta of coolant can then additionally come to the here temperature-critical fuel cell stack. The cooling system is thus relieved during a full load period by the caching of cooling power during a partial load period.
Die erste Komponente kann ein Brennstoffzellenstapel, ein Ladeluftkühler für The first component may be a fuel cell stack, a charge air cooler for
Oxidationsmittel, ein Kathodenabluft-Kondensator oder ein Brennstofftank- Wärmetauscher des Brennstoffzellensystems sein. Die die zweite Komponente kann ein Wärmetauscher sein, der dem Innenraum des Kraftfahrzeuges zugeordnet ist. In einer ferner bevorzugten Ausgestaltung kann die erste Komponente der Brennstoffzellenstapel und die zweite Komponente der Ladeluftkühler für Oxidationsmittel, der Kathodenabluft- Kondensator oder ein Brennstofftank-Wärmetauscher sein. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die erste Komponente der Brennstoffzellenstapel und die zweite Komponente der Ladeluftkühler. Oxidizing agent, a cathode exhaust condenser or a fuel tank heat exchanger of the fuel cell system. The second component may be a heat exchanger associated with the interior of the motor vehicle. In a further preferred embodiment, the first component may be the fuel cell stack and the second component may be the oxidant charge air cooler, the cathode exhaust condenser or a fuel tank heat exchanger. In a particularly preferred embodiment, the first component of the fuel cell stack and the second component of the intercooler.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren 1 bis 3 zeigen schematische Darstellungen von Kühlkreisläufen. Der in der Fig. 1 dargestellte Kühlkreislauf teilt sich bei der Aufteilung K1 , hier ausgebildet als ein 3-Wege-Ventil, in zwei Teilkühlkreisläufe 10, 20 auf, die jeweils von einem ersten und zweiten Kühlmittelstrom T10, T20 durchströmt werden. I n diesen Teikühlkreisläufen 10, 20 sind hier ein Brennstoffzellenstapel 50 (erste Komponente) und ein Ladeluftkühler 40 (zweite Komponente) vorgesehen. Die beiden Teikühlkreisläufe 10, 20 münden schließlich in einem Knotenpunkt K2 und fließen dann in einem Wärmetauscher bzw. Kühler 60, in dem das in dem Brennstoffzellenstapel 50 und dem Ladeluftkühler 40 erwärmte Kühlmittel wieder gekühlt wird. Über die Fördereinrichtung 30 gelangt das Kühlmittel dann wieder in die Teilkühlkreisläufe 10, 20. The technology disclosed here will now be explained in more detail with reference to the figures. Figures 1 to 3 show schematic representations of cooling circuits. The cooling circuit shown in FIG. 1 is divided in the division K1, here designed as a 3-way valve, in two partial cooling circuits 10, 20, which are respectively flowed through by a first and second coolant flow T10, T20. In this Teikühlkreisläufen 10, 20 here a fuel cell stack 50 (first component) and a charge air cooler 40 (second component) are provided. The two Teikühlkreisläufe 10, 20 finally open at a node K2 and then flow in a heat exchanger or cooler 60, in which the heated in the fuel cell stack 50 and the intercooler 40 coolant is cooled again. Via the conveyor 30, the coolant then returns to the partial cooling circuits 10, 20th
Steht nun eine Veränderung des Kühlmittelbedarfs bevor, so kann der erste und/oder zweite Kühlmittelteilstrom T10, T20 bereits vorher basierend auf den prognostizierten zukünftigen Kühlmittelbedarf der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente angepasst werden. Es wird dabei bevorzugt die thermische Trägheit der Komponenten berücksichtigt, wodurch eine thermische Überlastung der Komponenten vermieden werden kann. If a change in the coolant requirement is now imminent, the first and / or second partial coolant stream T10, T20 can already be adjusted beforehand based on the predicted future coolant requirement of the first component and / or the second component. It is preferred that the thermal inertia of the components is taken into account, whereby a thermal overload of the components can be avoided.
Ein Oxidationsmittelförderer 80 fördert über eine Kathodenzuleitung 82 Oxidationsmittel zum Brennstoffzellenstapel 50. Das Oxidationsmittel wird vor Eintritt in den An oxidizer 80 delivers via a cathode feed line 82 oxidizer to the fuel cell stack 50. The oxidant is before entering the
Brennstoffzellenstapel 50 im Ladeluftkühler 40 temperiert. Wie bereits erwähnt, sind die Teilkühlkreisläufe 10, 20 parallel zueinander angeordnet. Mithin sind der Fuel cell stack 50 tempered in the intercooler 40. As already mentioned, the partial cooling circuits 10, 20 are arranged parallel to one another. Thus, the
Brennstoffzellenstapel 50 und der Ladeluftkühler 40 thermisch miteinander gekoppelt. Ferner stellt auch die Kathodenzuleitung 82 eine gewisse thermische Kopplung dieser beiden Komponenten dar. Wird der Ladeluftkühler stärker gekühlt, so kann er adäquat das Oxidationsmittel vor Eintritt in den Brennstoffzellenstapel 50 kühlen. Dies führt wiederum dazu, dass für den Brennstoffzellenstapel 50 weniger Kühlmittel bereitgestellt werden muss. Ferner können die Komponenten 40 und 50 aufgrund ihrer Masse und ihrer Wärmekapazität auch zumindest zu einem gewissen Grad Kühlleistung speichern. Diese beiden Effekte macht sich die hier offenbarte Technologie u.a. zu nutze. Wird die Fuel cell stack 50 and the intercooler 40 thermally coupled together. Furthermore, the cathode feed line 82 also represents a certain thermal coupling of these two components. If the charge air cooler is cooled more strongly, it can adequately cool the oxidizing agent before it enters the fuel cell stack 50. This in turn means that less fuel must be provided to the fuel cell stack 50. Further, due to their mass and heat capacity, components 40 and 50 may also store cooling capacity at least to some extent. These two effects make the technology disclosed here, i.a. advantage. Will the
Brennstoffzelle beispielsweise in einem Teillastbereich betrieben und wird zeitgleich ein Volllastbetrieb, z.B. eine Bergfahrt, prognostiziert, so kann die Steuerung schon vor Beginn der Volllast Kühlleistung im Brennstoffzellenstapel 50, und bevorzugt auch im Ladeluftkühler 40, Zwischenspeichern. Dazu kann die Förderleistung der Fuel cell operated, for example, in a partial load range and at the same time a full load operation, e.g. an uphill, predicted, so the controller can even before the beginning of the full load cooling capacity in the fuel cell stack 50, and preferably in the intercooler 40, caching. For this, the delivery rate of
Fördereinrichtun g 30 gesteigert und/oder die Aufteilung der Fluidteilströme T-i , T2 angepasst werden, so dass beide Komponenten optimal gekühlt werden, wobei die momentane Effizienz des Brennstoffzellensystems auch berücksichtigt werden sollte. Im Volllastbetrieb kann dann zunächst die Förderleistung der Fördereinrichtung 30 gesteigert werden. Ferner kann die Aufteilung der Fluidteilströme optimiert werden. Dabei kann berücksichtigt werden, dass im Ladeluftkühler 40 Kühlleistung zwischengespeichert ist. Mit anderen Worten muss der Ladeluftkühler 40 während der folgenden Volllast nicht in dem Maße gekühlt werden, wie er ohne die zwischengespeicherten Kühlleistung gekühlt werden müsste. Berücksichtigt die Steuerung die im Ladeluftkühler zwischengespeicherte Kühlleistung, kann sie vergleichsweise mehr Kühlm ittel dem Brennstoffzellenstapel 50 zuführen , vorausgesetzt die Brennstoffzelle ist die thermisch kritische Komponente. Fördereinrichtun g 30 increased and / or the division of the fluid partial flows Ti, T 2 are adjusted so that both components are optimally cooled, the momentary efficiency of the fuel cell system should also be considered. In full load operation, the delivery rate of the conveyor 30 can then be increased first. Furthermore, the division of the fluid sub-streams can be optimized. It can be considered that in the intercooler 40 cooling capacity is cached. In other words, the charge air cooler 40 does not have to be cooled to the extent that it would have to be cooled without the cached cooling power during the following full load. If the controller takes into account the cooling capacity temporarily stored in the intercooler, it can supply comparatively more coolant to the fuel cell stack 50, provided the fuel cell is the thermally critical component.
Bevorzugt wird selbstverständlich von der Steuerung auch die im Brennstoffzellenstapel 50 zwischengespeicherte Kühlleistung berücksichtigt. Die zwischengespeicherte Of course, the controller also takes into account the cooling capacity temporarily stored in the fuel cell stack 50. The cached
Kühlleistung muss dabei nicht berechnet werden. Es reicht beispielsweise, dass die Temperaturen der Komponenten bekannt sind. Cooling capacity does not have to be calculated. For example, it is sufficient that the temperatures of the components are known.
Als Aktuatoren können verschiedenste Aktuatoren vorgesehen sein. Neben einem 3- Wege-Ventil 70 können auch zwei einfache Regelventile 72, 74 in den beiden As actuators, a wide variety of actuators can be provided. In addition to a 3-way valve 70 and two simple control valves 72, 74 in the two
Teilkühlkreisläufen 10, 20 vorgesehen sein (vgl. Fig. 2). Ferner können eine oder mehrere Pumpen, Drosseln, und/oder thermisch aktivierte Druckabfall-Bauteile vorgesehen sein . Durch Einbringen einer stufenlosen Drossel im Kühlsystem, beispielsweise vor oder nach der Brennstoffzelle 50 oder dem Ladeluftkühler 40, kann der absolute Kühlmittelfluss durch den Ladeluftkühler 40 erhöht werden. Folgende alternative Lösungen sind auch möglich: Part cooling circuits 10, 20 may be provided (see Fig. 2). Furthermore, one or more pumps, throttles, and / or thermally activated pressure drop components may be provided. By introducing a stepless throttle in the cooling system, for example before or after the fuel cell 50 or the intercooler 40, the absolute coolant flow through the intercooler 40 can be increased. The following alternative solutions are also possible:
o Einsatz von regelbaren 3-Wege-Ventilen in den Teilkühlkreisläufen, o use of controllable 3-way valves in the partial cooling circuits,
o Einsatz von zwei Pumpen in den Teilkühlkreisläufen, o use of two pumps in the partial cooling circuits,
Die Ventile oder Drosseln können dabei aktiv von einer Steuerung angesteuert werden. In einer passiven Lösung können die Drosseln auch durch thermisch aktivierte Bauteile ersetzt werden. The valves or throttles can be actively controlled by a controller. In a passive solution, the chokes can also be replaced by thermally activated components.
Fig. 3 zeigt einen komplexeren Aufbau eines Kühlkreislaufes. Die Fördereinrichtung 30, der Oxidationsmittelförderer 80, die Kathodenzuleitung 82 und der Kühler 60 sind gleich ausgeführt wie in den Figuren 1 und 2. Der Ladeluftkühler 40 und der Fig. 3 shows a more complex structure of a refrigeration cycle. The conveyor 30, the oxidant conveyor 80, the cathode feed line 82 and the radiator 60 are the same as in Figures 1 and 2. The intercooler 40 and the
Brennstoffzellenstapel 50 sind auch hier in zwei Teilkühlkreisläufen 10, 20 parallel zueinander angeordnet. Mithin treten hier dieselben Effekte und Vorteile auf wie bereits zu den Figuren 1 und 2 beschrieben. Zusätzlich sind hier zwei Teilkühlkreisläufe 10', 20' gezeigt, die ebenfalls parallel zueinander angeord net sind. Der Teilkühlkreislauf 10' wird durch eine gestrichelte Linie dargestellt, wobei jede der folgenden Komponenten für sich als eine erste Komponente des ersten Teilkühlkreislauf 20' angesehen werden kann: Brennstoffzellenstapel 50, Ladeluftkühler 40 für Oxidationsmittel, Kathodenabluft- Kondensator 1 10 oder ein Brennstofftank-Wärmetauscher 110. Fuel cell stack 50 are also arranged here in two subcooling circuits 10, 20 parallel to each other. Thus, the same effects and advantages occur here as already described with reference to FIGS. 1 and 2. In addition, here are two partial cooling circuits 10 ', 20' shown, which are also parallel angeord net. The partial refrigeration circuit 10 'is represented by a dashed line, wherein each of the following components may be considered as a first component of the first partial refrigeration circuit 20': fuel cell stack 50, oxidizer charge air cooler 40, cathode exhaust condenser 110, or fuel tank heat exchanger 110 ,
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung . Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen. The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum prädiktiven Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einem 1. A method for the predictive operation of a motor vehicle with a
Brennstoffzellensystem, mit den Schritten:  Fuel cell system, with the steps:
Bereitstellen von Kühlflüssigkeit, die auf zumindest zwei parallel geschaltete Teilkühlkreisläufe (10, 10'; 20, 20') aufgeteilt wird,  Providing cooling liquid which is split up into at least two partial cooling circuits (10, 10 '; 20, 20') connected in parallel,
wobei ein erster Kühlmittelteilstrom (ΤΊο, ΤΊο') durch einen ersten  wherein a first coolant partial flow (ΤΊο, ΤΊο ') by a first
Teilkühlkreislauf (10, 10') fließt, wobei der erste Teilkühlkreislauf (10, 10') mindestens eine erste Komponente des Brennstoffzellensystems mit Kühlmittel versorgt, und  Part cooling circuit (10, 10 ') flows, wherein the first partial cooling circuit (10, 10') supplies at least a first component of the fuel cell system with coolant, and
wobei ein zweiter Kühlmittelteilstrom (T20. T20') durch einen zweiten  wherein a second coolant partial flow (T20, T20 ') through a second
Teilkühlkreislauf (20, 20') fließt, wobei der zweite Teilkühlkreislauf (20, 20') mindestens eine zweite Komponente des Brennstoffzellensystems mit Kühlmittel versorgt; und  Partial cooling circuit (20, 20 ') flows, wherein the second partial cooling circuit (20, 20') supplies at least a second component of the fuel cell system with coolant; and
- Anpassen des ersten und/oder zweiten Kühlmittelteilstromes (Ti0, Tio';T2o, T20') basierend auf einen zukünftigen Kühlmittelbedarf der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente für zukünftige Betriebspunkte und/oder Betriebszustände des Brennstoffzellensystems. - Adapting the first and / or second partial coolant flow (Ti 0 , Tio ', T 2 o, T20') based on a future coolant requirement of the first component and / or the second component for future operating points and / or operating conditions of the fuel cell system.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Kühlmittelbedarf der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente unter Berücksichtigung einer 2. The method of claim 1, wherein the coolant requirement of the first component and / or the second component taking into account a
Fahrverhalten sinformation, einer Navigationsinformation und/oder einer  Driving behavior sinformation, navigation information and / or a
Umgebungsinformation prognostiziert und/oder angepasst wird.  Environment information is predicted and / or adjusted.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der ersten und/oder der zweite 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the first and / or the second
Kühlmittelteilstrom (T10, T10'; T20. T20') derart angepasst wird/werden, dass die erste Komponente und die zweiten Komponente thermisch gleich belastet werden.  Coolant partial flow (T10, T10 ', T20, T20') is / are adapted such that the first component and the second component are thermally equally loaded.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Anpassen den Schritt aufweist: 4. The method of claim 1, wherein the adjusting comprises the step:
Anpassen des ersten und/oder zweiten Kühlmittelteilstromes (T10, Tio';T2o, T20') bereits vor Beginn der Zeitspanne, für die ein veränderter Kühlmittelbedarf der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente besteht. Adjusting the first and / or second partial coolant flow (T 10 , Tio ', T2o, T20') already before the beginning of the period for which there is a changed coolant requirement of the first component and / or the second component.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente bereits vor Beginn der Zeitspanne, für die ein veränderter 5. The method of claim 4, wherein the first component and / or the second component already before the beginning of the period for which a changed
Kühlmittelbedarf der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente besteht, mehr Kühlmittel als der zukünftige Kühlmittelbedarf zugeführt wird.  Coolant requirement of the first component and / or the second component is more coolant than the future coolant requirement is supplied.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei in der ersten Komponente und/oder in der 6. The method according to claim 5, wherein in the first component and / or in the
zweiten Komponente Kühlleistung zwischengespeichert wird.  second component cooling capacity is cached.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Komponente ein Brennstoffzellenstapel (50), ein Ladeluftkühler (40) für Oxidationsmittel, ein 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the first component, a fuel cell stack (50), an intercooler (40) for oxidizing agent, a
Kathodenabluft-Kondensator (110) oder ein Brennstofftank-Wärmetauscher (1 0) des Brennstoffzellensystems ist, und  Cathode exhaust condenser (110) or a fuel tank heat exchanger (1 0) of the fuel cell system, and
wobei die zweite Komponente ein Wärmetauscher (130) ist, der dem Innenraum des Kraftfahrzeuges zugeordnet ist.  wherein the second component is a heat exchanger (130) associated with the interior of the motor vehicle.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Komponente der Brennstoffzellenstapel (50) ist, und wobei die zweite Komponente ein Ladeluftkühler (40) für Oxidationsmittel, ein Kathodenabluft-Kondensator (110) oder ein 8. The method of claim 1, wherein the first component is the fuel cell stack (50), and wherein the second component is an oxidant charge air cooler (40), a cathode exhaust condenser (110) or a
Brennstofftank-Wärmetauscher (120) ist.  Fuel tank heat exchanger (120) is.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei während zeitlich 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein during time
begrenzten Peak-Leistungen der Kühlmittelstrom zur Brennstoffzelle erhöht und der Kühlmittelstrom zum Ladeluftkühier verringert wird.  limited peak power increases the flow of coolant to the fuel cell and the coolant flow to the charge air cooler is reduced.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kühlflüssigkeit eine deionisierte Kühlflüssigkeit ist. 1. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zukünftige 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the cooling liquid is a deionized cooling liquid. 1. The method according to any one of the preceding claims, wherein the future
Kühlmittelbedarf der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente unter Berücksichtigung einer Fahrstrecke und/oder des Verkehrsaufkommens ermittelt wird.  Coolant requirement of the first component and / or the second component is determined taking into account a route and / or the traffic volume.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und/oder zweite Kühlmittelteilstrom (ΤΊο. Ti0';T2o, T20') basierend auf den Erkenntnissen aus vorherigen Fahrten wiederkehrender Fahrtstrecken angepasst werden. 12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the first and / or second coolant partial flow (ΤΊο Ti 0th '; T 2 o, T20') are adjusted based on the findings of previous trips repetitive journeys.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei wenn eine maximale 13. The method according to any one of the preceding claims, wherein when a maximum
Leistung vom Brennstoffzellensystem gefordert ist und aufgrund einer nahenden Signalanlage prognostiziert ist, dass diese Leistung nur für eine kurze Zeit abgegeben werden m uss, der erste und/oder zweite Kühlmittelteilstrom derart aufteilen werden, dass während dieser Zeit der Kühlmittelstrom zum Power demanded by the fuel cell system and due to an approaching Signaling system is predicted that this power will be delivered only for a short time m uss, the first and / or second partial refrigerant flow will divide in such a way that during this time the coolant flow to
Brennstoffzellestapel erhöht und der Kühlmittelstrom zu einem Ladeluftkühler verringert werden. Fuel cell stack increased and the flow of coolant to a charge air cooler can be reduced.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei vor Beginn eines Volllastbetriebs Kühlleistung im Brennstoffzellenstapel, und bevorzugt auch im Ladeluftkühler, zwischenspeichert wird, wenn das Brennstoffzellensystem in einem Teillastbereich betrieben wird und zeitgieich ein Volllastbetrieb, insbesondere eine Bergfahrt, prognostiziert ist. Method according to one of the preceding claims, wherein before starting a full load operation cooling capacity in the fuel cell stack, and preferably also in the intercooler, cached when the fuel cell system is operated in a partial load range and zeitgieich a full load operation, especially a mountain trip, is predicted.
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