DE102016200612A1 - Heating and cooling system for a fuel cell stack, hydraulic switch for such and a method for operating the same - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Heiz- und Kühlsystem (40) für einen Brennstoffzellenstapel (10), aufweisend einen Kühlkreislauf (41) mit einer ersten Fördervorrichtung (412), mit einem ersten Heizelement (411) und mit einem ersten Wärmetauscherabschnitt für einen Wärmeübergang zwischen einem ersten Kühlmittel und dem Brennstoffzellenstapel (10); einen Heizkreislauf (43), mit einer zweiten Fördervorrichtung (432), mit einem zweiten Heizelement (431) und mit einem zweiten Wärmetauscherabschnitt für einen Wärmeübergang zwischen einem zweiten Kühlmittel und einer Wärmesenke; und ein im Kühlkreislauf (41) oder im Heizkreislauf (43) angeordnetes Umschaltventil (434). Es ist vorgesehen, dass in einem ersten Schaltzustand des Umschaltventils (434) das erste und das zweite Kühlmittel einen Kopplungsbereich (42) von Heizkreislauf (41) und Kühlkreislauf (43) durchströmen, und dass in einem zweiten Schaltzustand des Umschaltventils (434) eines von dem ersten und dem zweiten Kühlmittel den Kopplungsbereich (42) nicht durchströmt.The invention relates to a heating and cooling system (40) for a fuel cell stack (10), comprising a cooling circuit (41) having a first conveying device (412), a first heating element (411) and a first heat exchanger section for heat transfer between a first Coolant and the fuel cell stack (10); a heating circuit (43) having a second conveyor (432), a second heating element (431) and a second heat exchanger section for heat transfer between a second refrigerant and a heat sink; and a switching valve (434) disposed in the cooling circuit (41) or in the heating circuit (43). It is provided that in a first switching state of the switching valve (434) the first and the second coolant flow through a coupling region (42) of the heating circuit (41) and the cooling circuit (43), and that in a second switching state of the switching valve (434) one of the first and the second coolant does not flow through the coupling region (42).
Description
Die Erfindung betrifft ein Heiz- und Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel, ein Verfahren zum Betrieb dieses Heiz- und Kühlsystems für einen Brennstoffzellenstapel und eine hydraulische Weiche für dieses Heiz- und Kühlsystem eines Brennstoffzellenstapels. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, das ein solches Heiz- und Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel aufweist. The invention relates to a heating and cooling system for a fuel cell stack, a method for operating this heating and cooling system for a fuel cell stack and a hydraulic switch for this heating and cooling system of a fuel cell stack. The invention further relates to a vehicle having such a heating and cooling system for a fuel cell stack.
Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Anordnung (MEA für membrane electrode assembly), die ein Gefüge aus einer ionenleitenden (meist protonenleitenden) Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten katalytischen Elektrode (Anode und Kathode) ist. Letztere umfassen zumeist geträgerte Edelmetalle, insbesondere Platin. Zudem können Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Anordnung an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein. In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl im Stapel (stack) angeordneter MEA gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Zwischen den einzelnen Membran-Elektroden-Anordnungen sind in der Regel Bipolarplatten (auch Flussfeld- oder Separatorplatten genannt) angeordnet, welche eine Versorgung der Einzelzellen mit den Betriebsmedien, also den Reaktanten, sicherstellen und üblicherweise auch der Kühlung dienen. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrisch leitfähigen Kontakt zu den Membran-Elektroden-Anordnungen. Fuel cells use the chemical transformation of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells contain as a core component the so-called membrane electrode assembly (MEA for membrane electrode assembly), which is a microstructure of an ion-conducting (usually proton-conducting) membrane and in each case on both sides of the membrane arranged catalytic electrode (anode and cathode). The latter mostly comprise supported noble metals, in particular platinum. In addition, gas diffusion layers (GDL) can be arranged on both sides of the membrane-electrode arrangement on the sides of the electrodes facing away from the membrane. As a rule, the fuel cell is formed by a multiplicity of stacked MEAs whose electrical powers add up. As a rule, bipolar plates (also called flow field plates or separator plates) are arranged between the individual membrane electrode assemblies, which ensure that the individual cells are supplied with the operating media, ie the reactants, and are usually also used for cooling. In addition, the bipolar plates provide an electrically conductive contact to the membrane-electrode assemblies.
Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Brennstoff (Anodenbetriebsmedium), insbesondere Wasserstoff H2 oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, über ein anodenseitiges offenes Flussfeld der Bipolarplatte der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H2 zu Protonen H+ unter Abgabe von Elektronen stattfindet (H2 → 2H+ + 2e–). Über den Elektrolyten oder die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht voneinander trennt und elektrisch isoliert, erfolgt ein (wassergebundener oder wasserfreier) Transport der Protonen aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird über ein kathodenseitiges offenes Flussfeld der Bipolarplatte Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch (zum Beispiel Luft) als Kathodenbetriebsmedium zugeführt, sodass eine Reduktion von O2 zu O2– unter Aufnahme der Elektronen stattfindet (½O2 + 2e– → O2–). Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum die Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser (O2– + 2H+ → H2O). During operation of the fuel cell, the fuel (anode operating medium), in particular hydrogen H 2 or a hydrogen-containing gas mixture, is supplied to the anode via an anode-side open flow field of the bipolar plate, where an electrochemical oxidation of H 2 to protons H + takes place with release of electrons (H 2 → 2H + + 2e - ). Via the electrolyte or the membrane, which separates the reaction spaces gas-tight from each other and electrically isolated, takes place (water-bound or anhydrous) transport of the protons from the anode compartment into the cathode compartment. The electrons provided at the anode are supplied to the cathode via an electrical line. The cathode is supplied via a cathode-side open flow field of the bipolar plate oxygen or an oxygen-containing gas mixture (for example air) as a cathode operating medium, so that a reduction of O 2 to O 2- with absorption of the electrons takes place (½O 2 + 2e - → O 2-) , At the same time, the oxygen anions in the cathode compartment react with the protons transported via the membrane to form water (O 2- + 2H + → H 2 O).
Die Versorgung des Brennstoffzellenstapels mit seinen Betriebsmedien, also dem Anodenbetriebsgas (zum Beispiel Wasserstoff) und dem Kathodenbetriebsgas (zum Beispiel Luft), erfolgt über Hauptversorgungskanäle, die den Stapel in seiner gesamten Stapelrichtung durchsetzen und von denen die Betriebsmedien über die Bipolarplatten den Einzelzellen zugeführt werden. Für jedes Betriebsmedium sind mindestens zwei solcher Hauptversorgungskanäle vorhanden, nämlich einer zur Zuführung und einer zur Abführung des jeweiligen Betriebsmediums. The supply of the fuel cell stack with its operating media, so the anode operating gas (for example, hydrogen) and the cathode operating gas (for example, air), via main supply channels that enforce the stack in its entire stacking direction and from which the operating media are supplied via the bipolar plates to the individual cells. For each operating medium at least two such main supply channels are present, namely one for feeding and one for discharging the respective operating medium.
Um einen optimalen Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer eines Brennstoffzellenstapels zu gewährleisten, muss dieser in einem engen Temperaturbereich betrieben werden. Bei den bevorzugt für mobile Anwendungen genutzten Brennstoffzellen mit protonenleitenden Membranen (PEM-Brennstoffzellen) liegt dieser Temperaturbereich beispielsweise zwischen 60°C und 90°C. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einen Brennstoffzellenstapel zu temperieren, was ein Aufheizen des Stapels vor dessen Inbetriebnahme und das Kühlen des Stapels während dessen laufenden Betriebs umfasst. To ensure optimal efficiency and long life of a fuel cell stack, it must be operated in a narrow temperature range. In the case of the fuel cells with proton-conducting membranes (PEM fuel cells) which are preferably used for mobile applications, this temperature range is, for example, between 60 ° C. and 90 ° C. As a result, there is a need to temper a fuel cell stack, which includes heating the stack prior to its startup and cooling the stack during its ongoing operation.
Ein Brennstoffzellenstapel weist daher in der Regel einen weiteren Hauptversorgungskanal für ein weiteres Betriebsmedium auf, nämlich ein Kühlmittel eines Kühlkreislaufs. Insbesondere bei mobilen Anwendungen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, stellt sich die Frage, ob und wie der Kühlkreislauf in bestehende Klimakreisläufe eingebettet wird. Aus dem Stand der Technik sind hierzu verschiedene Lösungen bekannt. A fuel cell stack therefore generally has a further main supply channel for a further operating medium, namely a coolant of a cooling circuit. Particularly in mobile applications, for example in motor vehicles, the question arises as to whether and how the cooling circuit is embedded in existing air conditioning circuits. Various solutions are known from the prior art for this purpose.
Die
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Die bekannten Systeme zum Heizen und Kühlen von Brennstoffzellenstapeln in Fahrzeugen sind hochintegriert, wobei Einzelkomponenten, wie Heizelemente, eine Vielzahl verschiedener Funktionen erfüllen. Funktionsstörungen von Einzelkomponenten können sich somit auf die Fahrzeugklimatisierung und das Brennstoffzellensystem auswirken. Der hohe Integrationsgrad erschwert zudem das Einbetten von Brennstoffzellensystemen in bestehende Klimasysteme. The known systems for heating and cooling of fuel cell stacks in vehicles are highly integrated, with individual components, such as heating elements, fulfill a variety of different functions. Malfunctions of individual components can thus affect the vehicle air conditioning system and the fuel cell system. The high level of integration also makes it difficult to embed fuel cell systems in existing air conditioning systems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühl- und Heizsystem für einen Brennstoffzellenstapel bereitzustellen, das einfach und variabel in ein bestehendes Klimasystem eines Fahrzeugs integrierbar ist. Mit dem Kühl- und Heizsystem soll ein Brennstoffzellenstapel vor der Inbetriebnahme aufgeheizt und im laufenden Betrieb gekühlt werden können, wobei eine hohe Effektivität der Wärmenutzung sowie geringe Strömungsverluste im Kühl- und Heizsystem erzielt werden sollen. The invention has for its object to provide a cooling and heating system for a fuel cell stack, which is easily and variably integrated into an existing air conditioning system of a vehicle. With the cooling and heating system, a fuel cell stack to be heated before commissioning and can be cooled during operation, with a high efficiency of heat utilization and low flow losses in the cooling and heating system to be achieved.
Diese Aufgabe wird durch ein Kühl- und Heizsystem für einen Brennstoffzellenstapel, durch ein Verfahren zum Betrieb dieses Kühl- und Heizsystems für einen Brennstoffzellenstapel, durch eine hydraulische Weiche für ein Kühl- und Heizsystem eines Brennstoffzellenstapels und durch ein Fahrzeug mit einem Kühl- und Heizsystem mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. This object is achieved by a fuel cell stack cooling and heating system, a method of operating this fuel cell stack cooling and heating system, a hydraulic switch for a fuel cell stack cooling and heating system, and a vehicle having a cooling and heating system the features of the independent claims.
Das Heiz- und Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist einen Kühlkreislauf mit einer ersten Fördervorrichtung, einem ersten Heizelement und einem ersten Wärmetauscherabschnitt für einen Wärmeübergang zwischen einem ersten Kühlmittel und dem Brennstoffzellenstapel auf. Das Heiz- und Kühlsystem weist ferner einen Heizkreislauf mit einer zweiten Fördervorrichtung, einem zweiten Heizelement und einem zweiten Wärmetauscherabschnitt für einen Wärmeübergang zwischen einem zweiten Kühlmittel und einer Wärmesenke auf. In dem Kühlkreislauf oder in dem Heizkreislauf des Heiz- und Kühlsystems ist ein Umschaltventil angeordnet. Das Heiz- und Kühlsystem weist einen Kopplungsbereich zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf auf. In einem ersten Schaltzustand des Umschaltventils durchströmen das erste und das zweite Kühlmittel den Kopplungsbereich von Heizkreislauf und Kühlkreislauf. In einem zweiten Schaltzustand des Umschaltventils durchströmt eines von dem ersten und dem zweiten Kühlmittel den Kopplungsbereich nicht. The fuel cell stack heating and cooling system according to a first embodiment of the invention includes a refrigeration cycle including a first conveyor, a first heater, and a first heat exchanger portion for heat transfer between a first refrigerant and the fuel cell stack. The heating and cooling system further comprises a heating circuit with a second conveying device, a second heating element and a second heat exchanger section for a heat transfer between a second coolant and a heat sink. In the cooling circuit or in the heating circuit of the heating and cooling system, a switching valve is arranged. The heating and cooling system has a coupling region between the cooling circuit and the heating circuit. In a first switching state of the switching valve, the first and the second coolant flow through the coupling region of the heating circuit and the cooling circuit. In a second switching state of the switching valve, one of the first and second coolants does not flow through the coupling region.
Der Kühlkreislauf weist eine erste Fördervorrichtung zum Fördern des ersten Kühlmittels und ein erstes Heizelement zum Kühlen oder auch zum Heizen des ersten Kühlmittels auf. In dem ersten Wärmetauscherabschnitt geht Wärme zwischen dem ersten Kühlmittel und dem Brennstoffzellenstapel über. Der Kühlkreislauf ermöglicht damit das Heizen des Brennstoffzellenstapels. Der Heizkreislauf weist eine zweite Fördervorrichtung zum Fördern des zweiten Kühlmittels und ein zweites Heizelement zum Heizen des zweiten Kühlmittels auf. In einem zweiten Wärmetauscherabschnitt geht Wärme zwischen dem zweiten Kühlmittel und einer Wärmesenke über. Der Heizkreislauf dient damit dem Heizen oder auch zum Kühlen der Wärmesenke, beispielsweise dem Heizen von einem Fahrzeuginnenraum eines den Brennstoffzellenstapel aufweisenden Fahrzeugs. The cooling circuit has a first conveying device for conveying the first coolant and a first heating element for cooling or also for heating the first coolant. In the first heat exchanger section, heat is transferred between the first coolant and the fuel cell stack. The cooling circuit thus allows the heating of the fuel cell stack. The heating circuit has a second conveying device for conveying the second coolant and a second heating element for heating the second coolant. In a second heat exchanger section, heat is transferred between the second coolant and a heat sink. The heating circuit is thus used for heating or for cooling the heat sink, for example, the heating of a vehicle interior of a fuel cell stack having vehicle.
Das Umschaltventil ist in dem Heizkreislauf oder in dem Kühlkreislauf angeordnet und derart ausgestaltet, dass in einem ersten Schaltzustand das erste und das zweite Kühlmittel einen Kopplungsbereich von Heiz- und Kühlkreislauf durchströmen. Hierfür ist das Umschaltventil bevorzugt als Mehrwegeventil ausgestaltet. Kühlkreislauf und Heizkreislauf sind somit durch das Schalten des Umschaltventils in den ersten Schaltzustand bedarfsabhängig koppelbar. In dem zweiten Schaltzustand, in dem zumindest eines der Betriebsmedien den Kopplungsbereich nicht durchströmt, arbeiten Kühlkreislauf und Heizkreislauf unabhängig voneinander und beeinflussen sich nicht gegenseitig. Dies ermöglicht eine variable Integration des Kühlkreislaufs des Brennstoffzellensystems in einen Heizkreislauf, beispielsweise in einen Heizkreislauf eines den Brennstoffzellenstapel aufweisenden Fahrzeugs. The switching valve is arranged in the heating circuit or in the cooling circuit and designed such that in a first switching state, the first and the second coolant flow through a coupling region of the heating and cooling circuit. For this purpose, the switching valve is preferably designed as a multi-way valve. Cooling circuit and heating circuit are thus dependent on demand coupled by the switching of the changeover valve in the first switching state. In the second switching state, in which at least one of the operating media does not flow through the coupling region, the cooling circuit and the heating circuit operate independently of each other and do not influence each other. This allows a variable integration of the cooling circuit of the fuel cell system in a heating circuit, for example in a heating circuit of a fuel cell stack having vehicle.
Ebenfalls bevorzugt weist das Umschaltventil weitere Schaltzustände auf, die beispielsweise Überlagerung des ersten und des zweiten Schaltzustandes mit verschiedenen Wichtungen entsprechen können. Ein derart ausgestaltetes Umschaltventil ermöglicht vorteilhaft das Einstellen von Mischzuständen, wobei beispielsweise ein erster Teil des ersten oder zweiten Kühlmittels den Kopplungsbereich durchströmt, wohingegen ein zweiter Teil des ersten oder zweiten Kühlmittels den Kopplungsbereich nicht durchströmt. Besonders bevorzugt wird ein derart ausgestaltetes Umschaltventil über einen Thermostaten gesteuert, der den Anteil des ersten oder zweiten Kühlmittels, welcher den Kopplungsbereich durchströmt, in Abhängigkeit einer aktuellen Temperatur und/oder einer Zieltemperatur von einem der Bestandteile des Heiz- und Kühlsystems einstellt. Also preferably, the switching valve to further switching states, for example Overlay the first and second switching state with different weights can correspond. Such a switched-over valve advantageously makes it possible to set mixed states, wherein, for example, a first part of the first or second coolant flows through the coupling region, whereas a second part of the first or second coolant does not flow through the coupling region. Particularly preferably, a switching valve designed in this way is controlled by a thermostat which sets the proportion of the first or second coolant flowing through the coupling region as a function of a current temperature and / or a target temperature of one of the components of the heating and cooling system.
Das erste und das zweite Kühlmittel dienen als Wärmeträger. Sie können unabhängig voneinander aus wässrigen Systemen, einschließlich Wasser, oder nicht wässrigen Systemen gewählt sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten und/oder zweiten Kühlmittel um ein wässriges Kühlmittel. Das erste und das zweite Kühlmittel können stofflich unterschiedlich sein. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Kühlmittel jedoch stoffgleich. The first and the second coolant serve as a heat carrier. They may be independently selected from aqueous systems, including water, or non-aqueous systems. Preferably, the first and / or second coolant is an aqueous coolant. The first and the second coolant may be materially different. Preferably, however, the first and the second coolant are the same material.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kühlkreislauf eine erste Fördervorrichtung auf, die an die Art des ersten Kühlmittels angepasst ist, und weist der Heizkreislauf eine zweite Fördervorrichtung auf, die an die Art des zweiten Kühlmittels angepasst ist. Wird als erstes beziehungsweise zweites Kühlmittel ein flüssiges Kühlmittel, beispielsweise ein wasser- oder ölbasiertes Kühlmittel, eingesetzt, handelt es sich bei der ersten beziehungsweise zweiten Fördervorrichtung vorzugsweise um eine Umwälzpumpe. Wird als erstes beziehungsweise zweites Kühlmittel ein gasförmiges Kühlmittel, beispielsweise Gas oder Luft, eingesetzt, handelt es sich bei der ersten beziehungsweise zweiten Fördervorrichtung vorzugsweise um ein Gebläse. In a preferred embodiment, the cooling circuit has a first conveying device, which is adapted to the type of the first coolant, and the heating circuit has a second conveying device, which is adapted to the type of the second coolant. If a liquid coolant, for example a water-based or oil-based coolant, is used as first or second coolant, the first or second delivery device is preferably a circulating pump. If a gaseous coolant, for example gas or air, is used as first or second coolant, the first or second delivery device is preferably a fan.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform weisen der Kühlkreislauf und der Heizkreislauf jeweils Leitungsmittel, beispielsweise Rohre oder Schläuche, auf, welche an die Art des eingesetzten ersten beziehungsweise zweiten Kühlmittels angepasst sind. Die Leitungsmittel sind dabei so ausgestaltet, dass sie das jeweilige Kühlmittel führen können, ohne von diesem beschädigt zu werden und ohne dass das Kühlmittel unkontrolliert aus den Leitungsmitteln austritt. In a likewise preferred embodiment, the cooling circuit and the heating circuit each have conduit means, for example tubes or hoses, which are adapted to the type of first or second coolant used. The conduit means are designed so that they can lead the respective coolant without being damaged by this and without the coolant escapes uncontrollably from the conduit means.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform weist der Kühlkreislauf des Heiz- und Kühlsystems eine Bypassleitung auf. Die Bypassleitung weist einen Zulauf und einen Ablauf auf, die jeweils mit dem Kühlkreislauf verbunden sind. Zwischen dem Zulauf und dem Ablauf der Bypassleitung ist eine Bypass-Wärmesenke angeordnet. Die Bypassleitung ist dem Kühlkreislauf über einen Thermostaten zuschaltbar. In Abhängigkeit der Temperatur des ersten Kühlmittels stellt das Thermostat das Volumen des ersten Kühlmittels ein, das durch die Bypassleitung und die Bypass-Wärmesenke strömt. In der Bypass-Wärmesenke, beispielsweise einem Kühler, wird dem ersten Kühlmittel Wärme entzogen. In dem Kühlkreislauf wird somit die Temperatur des ersten Kühlmittels eingestellt, indem dieses von dem ersten Heizelement geheizt und/oder in der Bypass-Wärmesenke gekühlt wird. Bevorzugt weist der Heizkreislauf ebenfalls eine Bypassleitung mit einer weiteren Bypass-Wärmesenke auf, insbesondere zum Temperieren des zweiten Kühlmittels. In a likewise preferred embodiment, the cooling circuit of the heating and cooling system has a bypass line. The bypass line has an inlet and a drain, which are each connected to the cooling circuit. Between the inlet and the outlet of the bypass line, a bypass heat sink is arranged. The bypass line can be connected to the cooling circuit via a thermostat. Depending on the temperature of the first coolant, the thermostat adjusts the volume of the first coolant flowing through the bypass line and the bypass heat sink. In the bypass heat sink, such as a radiator, heat is removed from the first coolant. Thus, in the refrigeration cycle, the temperature of the first refrigerant is adjusted by heating it by the first heating element and / or by cooling it in the bypass heat sink. Preferably, the heating circuit also has a bypass line with a further bypass heat sink, in particular for controlling the temperature of the second coolant.
In einer weiteren Ausführungsform des Heiz- und Kühlsystems weist der Kühlkreislauf einen ersten Wärmetauscherabschnitt auf, der für einen Wärmeübergang zwischen dem ersten Kühlmittel und dem Brennstoffzellenstapel eingerichtet ist. Bevorzugt wird das erste Kühlmittel in dem ersten Wärmetauscherabschnitt entlang des Brennstoffzellenstapels geleitet, wofür beispielsweise ein Wärmetauscher an dem Brennstoffzellenstapel vorgesehen ist. Ebenfalls bevorzugt wird das erste Kühlmittel durch den Brennstoffzellenstapel hindurch geleitet, beispielsweise durch einen hierfür vorgesehenen Hauptversorgungskanal. In a further embodiment of the heating and cooling system, the cooling circuit has a first heat exchanger section, which is set up for a heat transfer between the first coolant and the fuel cell stack. The first coolant is preferably conducted in the first heat exchanger section along the fuel cell stack, for which purpose, for example, a heat exchanger is provided on the fuel cell stack. Also preferably, the first coolant is passed through the fuel cell stack, for example by a dedicated main supply channel.
Der Heizkreislauf des Heiz- und Kühlsystems weist zudem einen zweiten Wärmetauscherabschnitt auf, der für einen Wärmeübergang zwischen dem zweiten Kühlmittel und der Wärmesenke eingerichtet ist. Der zweite Wärmetauscherabschnitt ist dabei in Abhängigkeit von der Art der Wärmesenke ausgebildet. Ist die Wärmesenke ein Innenraum von einem den Brennstoffzellenstapel aufweisenden Fahrzeug, ist der zweite Wärmetauscherabschnitt bevorzugt als Wärmetauscher ausgebildet, der von einem dem Fahrzeuginnenraum zugeführten Luftstrom umströmt wird. The heating circuit of the heating and cooling system also has a second heat exchanger section, which is set up for a heat transfer between the second coolant and the heat sink. The second heat exchanger section is formed as a function of the type of heat sink. If the heat sink is an interior of a vehicle having the fuel cell stack, the second heat exchanger section is preferably designed as a heat exchanger, which is flowed around by an air stream supplied to the vehicle interior.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Heiz- und Kühlsystem einen Kopplungsbereich auf, der so ausgestaltet ist, dass darin ein Wärmeübergang zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf beziehungsweise zwischen dem ersten Kühlmittel und dem zweiten Kühlmittel erfolgt. Damit erfolgt in dem ersten Schaltzustand des Umschaltventils ein Wärmeübergang zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf und erfolgt in dem zweiten Schaltzustand des Umschaltventils kein Wärmeübergang zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf. In dem ersten Schaltzustand des Umschaltventils erfolgt im Kopplungsbereich ein Wärmeübergang von dem ersten auf das zweite Kühlmittel oder von dem zweiten auf das erste Kühlmittel. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kopplungsbereich zwischen dem Kühlkreislauf und dem Heizkreislauf einen Wärmetauscher auf. Beispielsweise weist der Kopplungsbereich einen von dem ersten Kühlmittel und dem zweiten Kühlmittel durchströmten Plattenwärmetauscher, Rohrwärmetauscher oder Rohrbündelwärmetauscher auf. In a particularly preferred embodiment, the heating and cooling system has a coupling region, which is designed such that there is a heat transfer between the cooling circuit and the heating circuit or between the first coolant and the second coolant. This is done in the first switching state of the changeover valve, a heat transfer between the cooling circuit and the heating circuit and takes place in the second switching state of the changeover valve no heat transfer between the cooling circuit and the heating circuit. In the first switching state of the switching valve, a heat transfer from the first to the second coolant or from the second to the first coolant takes place in the coupling region. In a preferred embodiment, the coupling region between the cooling circuit and the heating circuit to a heat exchanger. For example, the Coupling region on a flowed through by the first coolant and the second coolant plate heat exchanger, tube heat exchanger or tube bundle heat exchanger.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Heiz- und Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel einen Kühlkreislauf mit einer zum Umwälzen eines ersten Kühlmittels im Kühlkreislauf eingerichteten ersten Umwälzpumpe, mit einem zum Heizen des ersten Kühlmittels eingerichteten ersten Heizelement und mit einem für einen Wärmeübergang zwischen dem ersten Kühlmittel und dem Brennstoffzellenstapel eingerichteten ersten Wärmetauscherabschnitt auf. Ferner weist das Heiz- und Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel einen Heizkreislauf mit einer zum Umwälzen eines zweiten Kühlmittels im Heizkreislauf eingerichteten zweiten Umwälzpumpe, mit einem zum Heizen des zweiten Kühlmittels eingerichteten zweiten Heizelement und mit einem für einen Wärmeübergang zwischen dem zweiten Kühlmittel und einer Wärmesenke eingerichteten zweiten Wärmetauscherabschnitt auf. Im Kühlkreislauf oder im Heizkreislauf ist ferner ein Umschaltventil angeordnet, das so eingerichtet ist, dass es einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand aufweist. Das Heiz- und Kühlsystem weist zudem einen Kopplungsbereich zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf auf. In dem ersten Schaltzustand des Umschaltventils durchströmen das erste und das zweite Kühlmittel den Kopplungsbereich von Heizkreislauf und Kühlkreislauf, sodass ein Wärmeübergang zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf erfolgt. In dem zweiten Schaltzustand durchströmt zumindest eines von dem ersten und dem zweiten Kühlmittel den Kopplungsbereich nicht und es erfolgt kein Wärmeübergang zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf. In a further embodiment of the invention, the heating and cooling system for a fuel cell stack comprises a cooling circuit with a first circulating pump arranged for circulating a first coolant in the cooling circuit, with a first heating element arranged for heating the first coolant and with a heat transfer between the first coolant and the first heat exchanger section equipped with the fuel cell stack. Furthermore, the heating and cooling system for a fuel cell stack has a heating circuit with a second circulating pump arranged for circulating a second coolant in the heating circuit, with a second heating element arranged for heating the second coolant and with a second set up for a heat transfer between the second coolant and a heat sink Heat exchanger section on. In the cooling circuit or in the heating circuit, a switching valve is further arranged, which is arranged so that it has a first switching state and a second switching state. The heating and cooling system also has a coupling region between the cooling circuit and the heating circuit. In the first switching state of the switching valve, the first and the second coolant flow through the coupling region of the heating circuit and the cooling circuit, so that a heat transfer between the cooling circuit and the heating circuit takes place. In the second switching state, at least one of the first and the second coolant does not flow through the coupling region and there is no heat transfer between the cooling circuit and the heating circuit.
Das steuerbare Koppeln von Kühlkreislauf und Heizkreislauf über einen zuschaltbaren Kopplungsbereich, in dem ein Wärmeübergang zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlmittel erfolgt, ermöglicht ein Zusammenschalten der Heizenergien des ersten und des zweiten Heizelements. Mit anderen Worten kann die Heizenergie von dem ersten Heizelement und von dem zweiten Heizelement gemeinsam zum Heizen des ersten Kühlmittels genutzt werden. Somit kann das Aufheizen des Brennstoffzellenstapels, insbesondere vor Inbetriebnahme des Brennstoffzellenstapels, beispielsweise beim Starten eines von dem Brennstoffzellenstapel betriebenen Fahrzeugs, gegenüber bekannten Lösungen beschleunigt werden. Durch das Verwenden der Heizenergie von zwei Heizelementen ist der Brennstoffzellenstapel in kürzerer Zeit mit optimalem Wirkungsgrad betreibbar. Nach dem Aufheizen können Kühlkreislauf und Heizkreislauf entkoppelt und die Heizelemente unabhängig voneinander betrieben werden. The controllable coupling of the cooling circuit and the heating circuit via a connectable coupling region, in which a heat transfer between the first and the second coolant takes place, enables an interconnection of the heating energies of the first and the second heating element. In other words, the heating energy from the first heating element and the second heating element can be used in common for heating the first coolant. Thus, the heating of the fuel cell stack, in particular prior to startup of the fuel cell stack, for example, when starting a powered by the fuel cell stack vehicle, compared to known solutions can be accelerated. By using the heating energy of two heating elements, the fuel cell stack can be operated in a shorter time with optimal efficiency. After heating, the cooling circuit and heating circuit can be decoupled and the heating elements can be operated independently of each other.
Ebenfalls bevorzugt ist eine Ausführungsform des Heiz- und Kühlsystems mit einer Wärmesenke im Heizkreislauf, die so ausgestaltet ist, dass die Menge der in der Wärmesenke aus dem zweiten Kühlmittel entnommenen Wärme steuerbar ist. Mit anderen Worten kann die Heizleistungsabnahme am Wärmetauscherabschnitt des Heizkreislaufs verringert oder unterbunden werden, sodass die Wärmeentnahme durch die Wärmesenke im Heizkreislauf reduziert ist. Somit kann im Kopplungsbereich mehr Wärme von dem Heizkreislauf auf den Kühlkreislauf übertragen werden, beziehungsweise kann mehr Wärme von dem zweiten Kühlmittel auf das erste Kühlmittel übertragen werden. Somit steht im Kühlkreislauf mehr Wärme zum Aufheizen des Brennstoffzellenstapels zur Verfügung und das Aufheizen des Brennstoffzellenstapels wird weiter beschleunigt. Also preferred is an embodiment of the heating and cooling system with a heat sink in the heating circuit, which is designed so that the amount of heat removed from the second coolant in the heat sink is controllable. In other words, the Heizleistungsabnahme can be reduced or prevented at the heat exchanger section of the heating circuit, so that the heat extraction is reduced by the heat sink in the heating circuit. Thus, more heat can be transferred from the heating circuit to the cooling circuit in the coupling region, or more heat can be transferred from the second coolant to the first coolant. Thus, more heat is available in the cooling circuit for heating the fuel cell stack and the heating of the fuel cell stack is further accelerated.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die maximale Heizleistung des zweiten Heizelements im Heizkreislauf abgerufen und gleichzeitig die Heizleistungsabnahme am Wärmetauscherabschnitt des Heizkreislaufs so weit wie möglich reduziert, um einen maximalen Wärmeübergang von dem Heizkreislauf auf den Kühlkreislauf zu erzielen. Dazu wird, beispielsweise von einem entsprechenden Steuergerät, der Komfortbedarf der Innenraumklimatisierung überstimmt, bis eine bestimmte Zieltemperatur des Brennstoffzellenstapels erreicht ist. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform regelt das Steuergerät die den Kopplungsbereich durchfließende Menge des zweiten Kühlmittels in Abhängigkeit einer von dem zweiten Heizelement zur Aufheizung der Wärmesenke nicht abgerufenen Heizleistung. Zusätzlich kann das zweite Heizelement dabei mit einer Heizleistung betrieben werden, welche die zur Aufheizung der Wärmesenke notwendige oder zum Betrieb des zweiten Wärmetauscherabschnitts zulässige Heizleistung übersteigt. In a particularly preferred embodiment of the invention, the maximum heating power of the second heating element is retrieved in the heating circuit and at the same time the Heizleistungsabnahme the heat exchanger section of the heating circuit reduced as much as possible to achieve maximum heat transfer from the heating circuit to the cooling circuit. For this purpose, for example, by a corresponding control unit, the comfort requirement of the interior air conditioning overruled until a certain target temperature of the fuel cell stack is reached. In an alternatively preferred embodiment, the control unit controls the amount of the second coolant flowing through the coupling region as a function of a heating power not called up by the second heating element for heating the heat sink. In addition, the second heating element can be operated with a heating power which exceeds the heating power necessary for heating the heat sink or permitting operation of the second heat exchanger section.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform weist das Heiz- und Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel einen Kopplungsbereich auf, der so ausgestaltet ist, dass darin ein Wärmeübergang und ein Stoffaustausch zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf beziehungsweise zwischen dem ersten Kühlmittel und dem zweiten Kühlmittel erfolgt. Bevorzugt sind das erste Kühlmittel und das zweite Kühlmittel dabei zumindest im Wesentlichen stoffgleich. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Kopplungsbereich eine hydraulische Weiche auf. In a likewise preferred embodiment, the heating and cooling system for a fuel cell stack has a coupling region which is designed such that heat transfer and mass transfer take place between the cooling circuit and the heating circuit or between the first coolant and the second coolant. Preferably, the first coolant and the second coolant are at least substantially the same material. In a particularly preferred embodiment, the coupling region has a hydraulic switch.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Heiz- und Kühlsystem einen Kühlkreislauf mit einer zum Umwälzen eines ersten Kühlmittels im Kühlkreislauf eingerichteten ersten Umwälzpumpe, mit einem zum Heizen des ersten Kühlmittels eingerichteten ersten Heizelement und mit einem für einen Wärmeübergang zwischen dem ersten Kühlmittel und dem Brennstoffzellenstapel eingerichteten ersten Wärmetauscherabschnitt auf. Ferner weist das Heiz- und Kühlsystem bevorzugt einen Heizkreislauf mit einer zum Umwälzen eines zweiten Kühlmittels im Heizkreislauf eingerichteten zweiten Umwälzpumpe, mit einem zum Heizen des zweiten Kühlmittels eingerichteten zweiten Heizelement und mit einem für einen Wärmeübergang zwischen dem zweiten Kühlmittel und einer Wärmesenke eingerichteten zweiten Wärmetauscherabschnitt auf. Im Kühlkreislauf oder im Heizkreislauf ist ferner ein Umschaltventil angeordnet, das so eingerichtet ist, dass es einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand aufweist. Das Heiz- und Kühlsystem weist zudem einen Kopplungsbereich zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf auf. In dem ersten Schaltzustand durchströmen das erste und das zweite Kühlmittel den Kopplungsbereich von Heizkreislauf und Kühlkreislauf, wobei der Kopplungsbereich eine hydraulische Weiche aufweist. In dem ersten Schaltzustand erfolgen ein Wärmeübergang und ein Stoffaustausch zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf. In dem zweiten Schaltzustand durchströmt eines von dem ersten und dem zweiten Kühlmittel den Kopplungsbereich und die darin angeordnete hydraulische Weiche nicht und es erfolgen kein Wärmeübergang und kein Stoffaustausch zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf. In a further embodiment of the invention, the heating and cooling system has a cooling circuit with a first circulating pump provided for circulating a first coolant in the cooling circuit, with a first heating element arranged for heating the first coolant and with a heat transfer between the first first coolant and the fuel cell stack configured first heat exchanger section. Furthermore, the heating and cooling system preferably has a heating circuit with a second circulation pump arranged for circulating a second coolant in the heating circuit, with a second heating element arranged for heating the second coolant and with a second heat exchanger section provided for a heat transfer between the second coolant and a heat sink , In the cooling circuit or in the heating circuit, a switching valve is further arranged, which is arranged so that it has a first switching state and a second switching state. The heating and cooling system also has a coupling region between the cooling circuit and the heating circuit. In the first switching state, the first and the second coolant flow through the coupling region of the heating circuit and the cooling circuit, wherein the coupling region has a hydraulic switch. In the first switching state, there is a heat transfer and a mass transfer between the cooling circuit and the heating circuit. In the second switching state, one of the first and the second coolant does not flow through the coupling region and the hydraulic separator arranged therein, and there is no heat transfer and no mass transfer between the cooling circuit and the heating circuit.
Das Verwenden einer hydraulischen Weiche in dem Kopplungsbereich zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf ermöglicht vorteilhaft das hydraulische Entkoppeln von Kühlkreislauf und Heizkreislauf. Dies ermöglicht in dem zweiten Schaltzustand des Umschaltventils einen unabhängigen Betrieb von dem Kühlkreislauf mittels der ersten Fördervorrichtung und von dem Heizkreislauf mittels der zweiten Fördervorrichtung und ermöglicht in dem ersten Schaltzustand des Umschaltventils eine unkomplizierte Kopplung von Kühlkreislauf und Heizkreislauf. Insbesondere können Kühlkreislauf und Heizkreislauf unabhängig von den jeweils darin umgewälzten Volumenströmen gekoppelt werden, ohne dass zusätzliche Ventile notwendig sind oder zusätzliche Regelungstechnik notwendig ist. Die hydraulische Weiche ermöglicht somit vorteilhaft eine Kopplung von Kühlkreislauf und Heizkreislauf während verschiedener Betriebszustände dieser Kreisläufe. Im ersten Schaltzustand des Umschaltventils stellt sich in der hydraulischen Weiche ein Druckausgleich beziehungsweise eine Volumenstromverteilung zwischen dem gekoppelten Kühlkreislauf und Heizkreislauf selbsttätig ein. The use of a hydraulic switch in the coupling region between the cooling circuit and the heating circuit advantageously enables the hydraulic decoupling of the cooling circuit and the heating circuit. This allows in the second switching state of the switching valve independent operation of the cooling circuit by means of the first conveyor and the heating circuit by means of the second conveyor and allows in the first switching state of the switching valve uncomplicated coupling of the cooling circuit and heating circuit. In particular, the cooling circuit and the heating circuit can be coupled independently of the respective circulating volume flows, without additional valves are necessary or additional control technology is necessary. The hydraulic switch thus advantageously enables a coupling of the cooling circuit and the heating circuit during different operating states of these circuits. In the first switching state of the changeover valve, a pressure equalization or a volume flow distribution between the coupled cooling circuit and the heating circuit automatically occurs in the hydraulic switch.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Kopplungsbereich des erfindungsgemäßen Heiz- und Kühlsystems eine hydraulische Weiche auf, die ein Gehäuse aufweist, das ein zum hydraulischen Entkoppeln von Heizkreislauf und Kühlkreislauf ausreichendes und von dem ersten und von dem zweiten Kühlmittel durchströmbares Volumen aufweist. Das durchströmbare Volumen der hydraulischen Weiche kann anhand des maximalen Volumenstroms von einem von Kühlkreislauf und Heizkreislauf sowie anhand der maximalen Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in diesem Kreislauf und unter Maximalbelastung bestimmt werden. In a preferred embodiment of the invention, the coupling region of the heating and cooling system according to the invention on a hydraulic switch, which has a housing which has sufficient for the hydraulic decoupling of the heating circuit and the cooling circuit and by the first and the second coolant through-flow volume. The flow-through volume of the hydraulic separator can be determined from the maximum volume flow of one of the cooling circuit and the heating circuit and the maximum flow rate of the coolant in this circuit and under maximum load.
Der Kopplungsbereich des erfindungsgemäßen Heiz- und Kühlsystems weist ebenfalls bevorzugt eine hydraulische Weiche mit einem Gehäuse auf, das einen ersten Zulauf und einen ersten Ablauf für das erste Kühlmittel des Kühlkreislaufs und einen zweiten Zulauf und einen zweiten Ablauf für das zweite Kühlmittel des Heizkreislaufs aufweist. Besonders bevorzugt sind der erste Zulauf und der erste Ablauf auf einander gegenüberliegenden Wandungen des Gehäuses angeordnet. Der zweite Zulauf und der zweite Ablauf sind bevorzugt auf derselben oder auf einander gegenüberliegenden Wandungen des Gehäuses angeordnet. Ebenfalls bevorzugt überlagern sich ein erster Strömungspfad zwischen erstem Zulauf und erstem Ablauf und ein zweiter Strömungspfad zwischen zweitem Zulauf und zweitem Ablauf im Inneren des Gehäuses zumindest teilweise. Besonders bevorzugt kreuzen sich der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspfad im Inneren des Gehäuses. Dies ermöglicht vorteilhaft eine verstärkte Durchmischung von ersten und zweitem Kühlmittel im Kopplungsbereich und somit einen verstärkten Wärmeübergang zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf im ersten Schaltzustand des Umschaltventils. Ebenfalls bevorzugt ist das zum hydraulischen Entkoppeln von Heizkreislauf und Kühlkreislauf ausreichende und von dem ersten und von dem zweiten Kühlmittel durchströmbare Volumen durch das Gehäuse begrenzt. The coupling region of the heating and cooling system according to the invention also preferably has a hydraulic separator with a housing which has a first inlet and a first outlet for the first coolant of the cooling circuit and a second inlet and a second outlet for the second coolant of the heating circuit. Particularly preferably, the first inlet and the first outlet are arranged on opposite walls of the housing. The second inlet and the second outlet are preferably arranged on the same or on opposite walls of the housing. Also preferably, a first flow path between the first inlet and the first outlet and a second flow path between the second inlet and the second outlet in the interior of the housing are at least partially superimposed. Particularly preferably, the first flow path and the second flow path intersect in the interior of the housing. This advantageously allows an increased mixing of first and second coolant in the coupling region and thus an increased heat transfer between the cooling circuit and the heating circuit in the first switching state of the switching valve. Likewise preferably, the volume which is sufficient for the hydraulic decoupling of the heating circuit and the cooling circuit and through which the first and the second coolant can flow is bounded by the housing.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Kopplungsbereich des erfindungsgemäßen Heiz- und Kühlsystems eine hydraulische Weiche auf, die ein steuerbares Absperrmittel aufweist. Das steuerbare Absperrmittel weist eine Passierstellung auf, in welcher der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspfad frei sind. Das heißt, in der Passierstellung kann das erste Kühlmittel von dem ersten Zulauf zu dem ersten Ablauf strömen und kann das zweite Kühlmittel von dem zweiten Zulauf zu dem zweiten Ablauf strömen. Dabei erfolgt eine Vermischung zwischen dem Zulauf des Kühlkreislaufs, das heißt dem ersten Kühlmittel, und dem Zulauf des Heizkreislaufs, das heißt dem zweiten Kühlmittel, entsprechend den Druckverhältnissen in dem Kühlkreislauf und dem Heizkreislauf. In a further preferred embodiment of the invention, the coupling region of the heating and cooling system according to the invention on a hydraulic switch, which has a controllable shut-off. The controllable shut-off means has a passing position, in which the first flow path and the second flow path are free. That is, in the pass position, the first coolant may flow from the first port to the first port, and may include the second coolant flow from the second inlet to the second outlet. In this case, there is a mixing between the inlet of the cooling circuit, that is, the first coolant, and the inlet of the heating circuit, that is, the second coolant, according to the pressure conditions in the cooling circuit and the heating circuit.
Das steuerbare Absperrmittel weist ferner eine Sperrstellung auf, in dem der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspfad unterbrochen sind. Das heißt, in der Sperrstellung kann das erste Kühlmittel nicht von dem ersten Zulauf zu dem ersten Ablauf strömen und kann das zweite Kühlmittel nicht von dem zweiten Zulauf zu dem zweiten Ablauf strömen. Stattdessen strömen in einer Ausführungsform in der Sperrstellung das erste Kühlmittel von dem ersten Zulauf zu dem zweiten Ablauf und das zweite Kühlmittel von dem zweiten Zulauf zu dem ersten Ablauf, wobei das erste Kühlmittel und das zweite Kühlmittel bevorzugt stoffgleich sind. Das Absperrmittel ermöglicht vorteilhaft einen Spülbetrieb von dem erfindungsgemäßen Heiz- und Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel. Die Sperrstellung kann vom Absperrmittel bevorzugt nur eingenommen werden, wenn sich das Umschaltventil in dem ersten Schaltzustand befindet. The controllable shut-off means further comprises a blocking position in which the first flow path and the second flow path are interrupted. That is, in the blocking position, the first coolant can not flow from the first inlet to the first outlet and the second refrigerant can not flow from the second inlet to the second outlet. Instead flow in an embodiment in the blocking position, the first coolant from the first inlet to the second outlet and the second coolant from the second inlet to the first outlet, wherein the first coolant and the second coolant are preferably the same material. The shut-off means advantageously allows a rinsing operation of the heating and cooling system according to the invention for a fuel cell stack. The blocking position can preferably only be assumed by the blocking means when the changeover valve is in the first switching state.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist eine hydraulische Weiche für ein Heiz- und Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel, wobei das Heiz- und Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel bevorzugt wie obenstehend beschrieben ausgebildet ist. Die hydraulische Weiche gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist einen ersten Zulauf und einen gegenüberliegenden ersten Ablauf für ein erstes Kühlmittel auf. Ferner weist die hydraulische Weiche einen zweiten Zulauf und einen zweiten Ablauf für ein zweites Kühlmittel auf, die bevorzugt nebeneinander oder gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Die hydraulische Weiche weist ferner ein durchströmbares Volumen mit einem ersten Strömungspfad zwischen dem ersten Zulauf und dem ersten Ablauf und mit einem zweiten Strömungspfad zwischen dem zweiten Zulauf und dem zweiten Ablauf auf. In einer bevorzugten Ausführungsform der hydraulischen Weiche überlagert der zweite Strömungspfad den ersten Strömungspfad innerhalb der hydraulischen Weiche zumindest teilweise. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der hydraulischen Weiche kreuzt der zweite Strömungspfad den ersten Strömungspfad innerhalb der hydraulischen Weiche. Ebenfalls bevorzugt sind die ersten und zweiten Zuläufe und die ersten und zweiten Abläufe in Wandungen der hydraulischen Weiche angeordnet, die bevorzugt das durchströmbare Volumen der hydraulischen Weiche, abgesehen von den Zu- und Abläufen, vollständig begrenzen. Ferner bevorzugt bilden die Wandungen ein Gehäuse der hydraulischen Weiche. Likewise provided by the invention is a hydraulic separator for a heating and cooling system for a fuel cell stack, wherein the heating and cooling system for a fuel cell stack is preferably designed as described above. The hydraulic switch according to one embodiment of the invention has a first inlet and an opposite first outlet for a first coolant. Further, the hydraulic switch on a second inlet and a second outlet for a second coolant, which are preferably arranged side by side or opposite each other. The hydraulic switch further has a flow-through volume with a first flow path between the first inlet and the first outlet and with a second flow path between the second inlet and the second outlet. In a preferred embodiment of the hydraulic switch, the second flow path at least partially overlaps the first flow path within the hydraulic switch. In a particularly preferred embodiment of the hydraulic switch, the second flow path crosses the first flow path within the hydraulic switch. Likewise preferably, the first and second inlets and the first and second drains are arranged in walls of the hydraulic separator, which preferably completely limit the throughflow volume of the hydraulic separator, with the exception of the inlets and outlets. Further preferably, the walls form a housing of the hydraulic switch.
Eine hydraulische Weiche gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorteilhaft in einem Kopplungsbereich eines Heiz- und Kühlsystems, wie vorstehend beschrieben, verwendbar. Durch die bevorzugte relative Anordnung der Zuflüsse und der Abflüsse, insbesondere durch das teilweise Überlagern oder Kreuzen des ersten und zweiten Strömungspfads, wird eine verbesserte Durchmischung der Betriebsmedien in dem Kopplungsbereich erzielt. Somit wird in dem ersten Schaltzustand des Umschaltventils ein Wärmeübergang zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf verbessert. A hydraulic switch according to an embodiment of the invention is advantageously usable in a coupling portion of a heating and cooling system as described above. By the preferred relative arrangement of the inflows and outflows, in particular by the partial overlapping or crossing of the first and second flow paths, an improved mixing of the operating media in the coupling region is achieved. Thus, a heat transfer between the cooling circuit and the heating circuit is improved in the first switching state of the switching valve.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die hydraulische Weiche ein steuerbares Absperrmittel auf. Das Absperrmittel weist dabei eine Passierstellung auf, in dem der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspfad frei sind. Das heißt, in der Passierstellung kann das erste Kühlmittel von dem ersten Zulauf zu dem ersten Ablauf strömen und kann das zweite Kühlmittel von dem zweiten Zulauf zu dem zweiten Ablauf strömen. Dabei erfolgt eine Vermischung zwischen dem ersten Kühlmittel und dem zweiten Kühlmittel entsprechend der Druckverhältnisse an den Zuläufen und Abläufen. In a preferred embodiment of the invention, the hydraulic switch on a controllable shut-off. The blocking means has a passing position, in which the first flow path and the second flow path are free. That is, in the passing position, the first refrigerant may flow from the first inlet to the first outlet, and the second refrigerant may flow from the second inlet to the second outlet. In this case, mixing takes place between the first coolant and the second coolant in accordance with the pressure conditions at the inlets and outlets.
Das Absperrmittel weist zudem eine Sperrstellung auf, in welcher der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspfad unterbrochen sind. Das heißt, in der Sperrstellung kann das erste Kühlmittel nicht von dem ersten Zulauf zu dem ersten Ablauf strömen und kann das zweite Kühlmittel nicht von dem zweiten Zulauf zu dem zweiten Ablauf strömen. Stattdessen strömt in der Sperrstellung das erste Kühlmittel von dem ersten Zulauf zu dem zweiten Ablauf und strömt das zweite Kühlmittel von dem zweiten Zulauf zu dem ersten Ablauf, wobei das erste Kühlmittel und das zweite Kühlmittel bevorzugt stoffgleich sind. Besonders bevorzugt ist das Absperrmittel als steuerbares Rückschlagventil, als steuerbare, bevorzugt verriegelbare Rückschlagklappe oder als Drehschieber ausgebildet. The shut-off means also has a blocking position in which the first flow path and the second flow path are interrupted. That is, in the blocking position, the first coolant can not flow from the first inlet to the first outlet and the second refrigerant can not flow from the second inlet to the second outlet. Instead, in the blocking position, the first coolant flows from the first inlet to the second outlet and the second coolant flows from the second inlet to the first outlet, wherein the first coolant and the second coolant are preferably of the same material. Particularly preferably, the shut-off is designed as a controllable check valve, as a controllable, preferably lockable non-return valve or as a rotary valve.
Eine hydraulische Weiche gemäß einer Ausführungsform ist vorteilhaft in dem Kopplungsbereich eines Heiz- und Kühlsystems, wie vorstehend beschrieben, verwendbar. Dabei ermöglicht das Absperrmittel einen Spülbetrieb des erfindungsgemäßen Heiz- und Kühlsystems, in dem das erste und/oder das zweite Kühlmittel bei abgeschaltetem Brennstoffzellenstapel gereinigt und/oder deionisiert werden. In dem Spülbetrieb fördern die erste und/oder die zweite Fördervorrichtung das erste und das zweite Kühlmittel gemeinsam durch das Heiz- und Kühlsystem. Dabei sind der Kühlkreislauf und der Heizkreislauf in dem Kopplungsbereich, das heißt in der hydraulischen Weiche, nicht mehr parallel geschaltet. Vielmehr sind der Heizkreislauf und der Kühlkreislauf in der hydraulischen Weiche in Reihe verbunden. Das heißt, der Heizkreislauf und der Kühlkreislauf sind in der hydraulischen Weiche so verbunden, dass sie gemeinsam einen geschlossenen Kreislauf für ein Kühlmittel bilden. A hydraulic switch according to an embodiment is advantageously usable in the coupling area of a heating and cooling system as described above. In this case, the blocking means allows a rinsing operation of the heating and cooling system according to the invention, in which the first and / or the second coolant are cleaned and / or deionized when the fuel cell stack is switched off. In the purge mode, the first and / or the second delivery device jointly convey the first and the second coolant through the heating and cooling system. The cooling circuit and the heating circuit in the coupling region, that is, in the hydraulic switch, are no longer connected in parallel. Rather, the heating circuit and the cooling circuit in the hydraulic switch are connected in series. That is, the heating circuit and the cooling circuit are connected in the hydraulic switch so that they together form a closed circuit for a coolant.
Mit der hydraulischen Weiche gemäß einer Ausführungsform kann der Heizkreislauf und/oder der Kühlkreislauf, insbesondere im Spülbetrieb, verlustarm durch eine kleine, vorzugsweise elektrische, Umwälzpumpe betrieben werden. Bevorzugt wird im Spülbetrieb ein Kühlmittel von der ersten oder der zweiten Fördervorrichtung durch das Heiz- und Kühlsystem gefördert. Im Vergleich dazu erfordert der Spülbetrieb bei bekannten Heiz- und Kühlsystemen für Brennstoffzellenstapel den Einsatz zusätzlicher Ventile, Bypass-Leitungen und Pumpen. Mit dem Einsatz einer erfindungsgemäßen hydraulischen Weiche im Kopplungsbereich eines beschriebenen Heiz- und Kühlsystems kann ein Spülbetrieb ohne zusätzliche Bauteile realisiert werden. Somit erfolgt eine geringere Beeinflussung des Heiz- und Kühlsystems im Normalbetrieb, während dessen sich das Absperrmittel in Passierstellung befindet, was geringere Strömungsverluste im Normalbetrieb zur Folge hat. Zudem ist im Vergleich zu bekannten Lösungen der Bauraumbedarf reduziert. Ferner ermöglicht die hydraulische Weiche, insbesondere mit dem Absperrmittel in Sperrstellung, vorteilhaft eine Zwangsdurchströmung des Kühlkreislaufs beziehungsweise Heizkreislaufs bei Ausfall der ersten beziehungsweise zweiten Fördervorrichtung. With the hydraulic diverter according to one embodiment, the heating circuit and / or the cooling circuit, in particular in the rinsing operation, can be operated with low loss by means of a small, preferably electric, circulating pump. In the scavenging mode, a coolant is preferably conveyed by the first or the second conveying device through the heating and cooling system. In comparison, the purge operation requires in known heating and cooling systems for fuel cell stacks the use of additional valves, bypass lines and pumps. With the use of a hydraulic switch according to the invention in the coupling region of a described heating and cooling system, a flushing operation can be realized without additional components. Thus, there is less influence on the heating and cooling system in normal operation, during which the shut-off is in Passierstellung, which has lower flow losses during normal operation result. In addition, the space requirement is reduced compared to known solutions. Furthermore, the hydraulic switch, in particular with the shut-off means in the blocking position, advantageously enables forced flow of the cooling circuit or heating circuit in the event of failure of the first or second conveying device.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer hydraulischen Weiche, insbesondere einer hydraulischen Weiche wie vorstehend beschrieben, in einem Heiz- und Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel, insbesondere in einem Heiz- und Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel wie vorstehend beschrieben, und dabei insbesondere in dem Kopplungsbereich des Heiz- und Kühlsystems für einen Brennstoffzellenstapel, wie vorstehend beschrieben. Likewise provided by the invention is the use of a hydraulic separator, in particular a hydraulic separator as described above, in a heating and cooling system for a fuel cell stack, in particular in a heating and cooling system for a fuel cell stack as described above, and in particular in the coupling region of Heating and cooling system for a fuel cell stack, as described above.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Heiz- und Kühlsystems für einen Brennstoffzellenstapel, das mindestens folgende Betriebsmodi aufweist: Aufheizen eines Brennstoffzellenstapels (Heizmodus) und Betreiben des Brennstoffzellenstapels (erster Normalbetriebsmodus), insbesondere des aufgeheizten Brennstoffzellenstapels. Bei dem Heiz- und Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel handelt es sich insbesondere um das vorstehend beschriebene Heiz- und Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel. Der Betriebsmodus Aufheizen des Brennstoffzellenstapels (Heizmodus) weist dabei ein Schalten des Umschaltventils in den ersten Schaltzustand, ein Fördern und Heizen des ersten Kühlmittels im Kühlkreislauf und ein Fördern und Heizen des zweiten Kühlmittels im Heizkreislauf auf. Der Betriebsmodus Betreiben des Brennstoffzellenstapels (erster Normalbetriebsmodus), insbesondere des aufgeheizten Brennstoffzellenstapels, weist dabei ein Schalten des Umschaltventils in den zweiten Schaltzustand, ein Fördern und Temperieren des ersten Kühlmittels im Kühlkreislauf und ein Fördern und Heizen des zweiten Kühlmittels im Heizkreislauf auf. The invention likewise provides a method for operating a heating and cooling system for a fuel cell stack, which has at least the following operating modes: heating of a fuel cell stack (heating mode) and operation of the fuel cell stack (first normal operating mode), in particular of the heated fuel cell stack. The heating and cooling system for a fuel cell stack is in particular the above-described heating and cooling system for a fuel cell stack. The operating mode heating of the fuel cell stack (heating mode) in this case has a switching of the changeover valve in the first switching state, conveying and heating of the first coolant in the cooling circuit and a conveying and heating of the second coolant in the heating circuit. The operating mode of operation of the fuel cell stack (first normal operating mode), in particular of the heated fuel cell stack, in this case has a switching of the changeover valve in the second switching state, conveying and temperature control of the first coolant in the cooling circuit and a conveying and heating of the second coolant in the heating circuit.
Durch Schalten des Umschaltventils in den ersten Schaltzustand im Heizmodus durchströmen das erste Kühlmittel und das zweite Kühlmittel den Kopplungsbereich von Heizkreislauf und Kühlkreislauf, insbesondere einen für einen Wärmeübergang zwischen erstem und zweitem Kühlmittel ausgelegten Kopplungsbereich von Heizkreislauf und Kühlkreislauf. Das erste beziehungsweise zweite Kühlmittel werden vorzugsweise durch die erste beziehungsweise zweite Fördervorrichtung durch den Kühlkreislauf beziehungsweise Heizkreislauf gefördert und dabei von dem ersten beziehungsweise zweiten Heizelement geheizt. In dem ersten Wärmetauscherabschnitt des Kühlkreislaufs erfolgt ein Wärmeübergang von dem ersten Kühlmittel auf den Brennstoffzellenstapel. Bevorzugt erfolgt in dem zweiten Wärmetauscherabschnitt des Heizkreislaufs nur ein geringer oder kein Wärmeübergang von dem zweiten Kühlmittel auf eine Wärmesenke. Stattdessen erfolgt in dem Kopplungsbereich ein Wärmeübergang von dem zweiten Kühlmittel auf das erste Kühlmittel. By switching the changeover valve in the first switching state in the heating mode, the first coolant and the second coolant flow through the coupling region of heating circuit and cooling circuit, in particular designed for a heat transfer between the first and second coolant coupling region of heating circuit and cooling circuit. The first or second coolant are preferably conveyed through the first and second conveying device by the cooling circuit or heating circuit and thereby heated by the first and second heating element. In the first heat exchanger section of the cooling circuit, heat is transferred from the first coolant to the fuel cell stack. Preferably, in the second heat exchanger section of the heating circuit, only little or no heat transfer from the second coolant to a heat sink takes place. Instead, a heat transfer from the second coolant to the first coolant takes place in the coupling region.
Vorteilhaft steht Heizmodus des erfindungsgemäßen Verfahrens somit die Wärmeenergie von dem ersten und dem zweiten Heizelement für das Aufheizen von dem Brennstoffzellenstapel zur Verfügung, der somit schneller auf eine Mindestbetriebstemperatur erhitzt wird. Ebenfalls bevorzugt kann das Aufheizen des Brennstoffzellenstapels auf bekannte Weise mittels „load dump“ unterstützt werden, wobei die erste und/oder zweite Fördervorrichtung und das erste und/oder zweite Heizelement als Verbraucher infrage kommen. Advantageously, heating mode of the method according to the invention is thus the heat energy from the first and the second heating element for heating from the fuel cell stack available, which is thus heated faster to a minimum operating temperature. Also preferably, the heating of the fuel cell stack can be supported in a known manner by means of "load dump", wherein the first and / or second conveying device and the first and / or second heating element come as a consumer in question.
Durch Schalten des Umschaltventils in den zweiten Schaltzustand im ersten Normalbetriebsmodus, bevorzugt nachdem der Brennstoffzellenstapel auf eine Mindestbetriebstemperatur erhitzt wurde, strömt das erste oder das zweite Kühlmittel nicht mehr durch den Kopplungsbereich. Somit erfolgt kein Wärmeübergang zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlmittel und der Kühlkreislauf und der Heizkreislauf werden unabhängig voneinander betrieben. Das erste beziehungsweise zweite Kühlmittel wird durch die erste beziehungsweise zweite Fördervorrichtung durch den Kühlkreislauf beziehungsweise Heizkreislauf gefördert. Im Kühlkreislauf wird die Temperatur des ersten Kühlmittels eingestellt, indem es von dem ersten Heizelement geheizt und/oder in einer Bypass-Wärmesenke, die in einer steuerbar zuschaltbaren Bypassleitung angeordnet ist, gekühlt wird. Die Temperatur des ersten Kühlmittels kann dabei mehr oder weniger als eine aktuelle Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels betragen. Dementsprechend kann in dem ersten Wärmetauscherabschnitt ein Wärmeübergang von dem ersten Kühlmittel auf den Brennstoffzellenstapel oder andersherum erfolgen. Somit wird der Brennstoffzellenstapel temperiert, was das Kühlen des Brennstoffzellenstapels umfasst. By switching the changeover valve to the second switching state in the first normal operating mode, preferably after the fuel cell stack has been heated to a minimum operating temperature, the first or the second coolant no longer flows through the coupling region. Thus, no heat transfer between the first and the second coolant and the cooling circuit and the heating circuit are operated independently. The first or second coolant is conveyed through the first or second conveying device through the cooling circuit or heating circuit. In the cooling circuit, the temperature of the first coolant is adjusted by being heated by the first heating element and / or cooled in a bypass heat sink disposed in a controllably connectable bypass line. The temperature of the first coolant may be more or less than a current operating temperature of the fuel cell stack. Accordingly, in the first heat exchanger section, heat transfer from the first coolant to the fuel cell stack or vice versa may occur. Thus, the fuel cell stack is tempered, which includes cooling the fuel cell stack.
Im Heizkreislauf wird die Temperatur des zweiten Kühlmittels eingestellt, indem es von dem zweiten Heizelement geheizt und/oder in einer weiteren Bypass-Wärmesenke, die in einer steuerbar zuschaltbaren Bypassleitung angeordnet ist, gekühlt wird. Die Temperatur des zweiten Kühlmittels kann dabei mehr oder weniger als eine aktuelle Temperatur der Wärmesenke, beispielsweise von einem Innenraum von einem den Brennstoffzellenstapel aufweisenden Fahrzeug, betragen. Dementsprechend kann in dem zweiten Wärmetauscherabschnitt ein Wärmeübergang von dem zweiten Kühlmittel auf die Wärmesenke oder andersherum erfolgen. Somit wird die Wärmesenke, beispielsweise ein Innenraum von einem den Brennstoffzellenstapel aufweisenden Fahrzeug, temperiert, was das Kühlen desselben umfasst. In the heating circuit, the temperature of the second coolant is adjusted by being heated by the second heating element and / or cooled in a further bypass heat sink, which is arranged in a controllable switchable bypass line becomes. The temperature of the second coolant may be more or less than a current temperature of the heat sink, for example, from an interior of a vehicle having the fuel cell stack amount. Accordingly, in the second heat exchanger section, a heat transfer from the second coolant to the heat sink or vice versa take place. Thus, the heat sink, for example, an interior of a fuel cell stack having vehicle, tempered, which includes the cooling thereof.
In einer weiteren Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Aufheizen eines Brennstoffzellenstapels (Heizmodus) Umwälzen eines ersten Kühlmittels in einem Kühlkreislauf mittels einer ersten Umwälzpumpe, Heizen des umgewälzten ersten Kühlmittels mittels eines ersten Heizelements und Wärmeübergang von dem geheizten ersten Kühlmittel auf einen Brennstoffzellenstapel in einem ersten Wärmetauscherabschnitt; Umwälzen eines zweiten Kühlmittels in einem Heizkreislauf mittels einer zweiten Umwälzpumpe, Heizen des umgewälzten zweiten Kühlmittels mittels eines zweiten Heizelements und Durchströmen eines Umschaltventils in einem ersten Schaltzustand durch das zweite Kühlmittel; und Durchströmen eines Kopplungsbereichs zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf durch das erste Kühlmittel und durch das zweite Kühlmittel und Wärmeübergang von dem Heizkreislauf auf den Kühlkreislauf. In another embodiment of the method according to the invention, the heating of a fuel cell stack (heating mode) comprises circulating a first coolant in a cooling circuit by means of a first circulation pump, heating the circulated first coolant by means of a first heating element and heat transfer from the heated first coolant to a fuel cell stack in a first heat exchanger section ; Circulating a second coolant in a heating circuit by means of a second circulation pump, heating the circulated second coolant by means of a second heating element and flowing through a switching valve in a first switching state by the second coolant; and flowing through a coupling region between the cooling circuit and the heating circuit through the first coolant and the second coolant and heat transfer from the heating circuit to the cooling circuit.
In einer ebenfalls bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Betreiben des aufgeheizten Brennstoffzellenstapels (erster Normalbetriebsmodus) Umwälzen des ersten Kühlmittels in dem Kühlkreislauf mittels der ersten Umwälzpumpe, Heizen des umgewälzten ersten Kühlmittels mittels des ersten Heizelements und/oder steuerbares Zuschalten einer Bypassleitung mit einer Bypass-Wärmesenke zu dem Kühlkreislauf mittels eines Thermostats und Wärmeübergang zwischen dem ersten Kühlmittel und dem Brennstoffzellenstapel in dem ersten Wärmetauscherabschnitt; Umwälzen des zweiten Kühlmittels in dem Heizkreislauf mittels der zweiten Umwälzpumpe, Heizen des umgewälzten zweiten Kühlmittels mittels des zweiten Heizelements und/oder steuerbares Zuschalten einer Bypassleitung mit einer weiteren Bypass-Wärmesenke zu dem Heizkreislauf mittels eines Thermostats und Durchströmen des Umschaltventils in einem zweiten Schaltzustand durch das zweite Kühlmittel; und Entkoppeln von Kühlkreislauf und Heizkreislauf durch Umgehen des Kopplungsbereichs durch das zweite Kühlmittel. In a likewise preferred embodiment of the method according to the invention, the operation of the heated fuel cell stack (first normal operating mode) comprises circulating the first coolant in the cooling circuit by means of the first circulation pump, heating the circulated first coolant by means of the first heating element and / or controllably connecting a bypass line to a bypass Heat sink to the cooling circuit by means of a thermostat and heat transfer between the first coolant and the fuel cell stack in the first heat exchanger section; Circulating the second coolant in the heating circuit by means of the second circulation pump, heating the circulated second coolant by means of the second heating element and / or controllably connecting a bypass line with another bypass heat sink to the heating circuit by means of a thermostat and flowing through the changeover valve in a second switching state by the second coolant; and decoupling the cooling circuit and the heating circuit by bypassing the coupling region by the second coolant.
Vorzugsweise erfolgt ein Umschalten zwischen dem Heizmodus und dem ersten Normalbetriebsmodus, wenn der Brennstoffzellenstapel, beispielsweise nach einem Startvorgang, eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat. Preferably, switching occurs between the heating mode and the first normal operating mode when the fuel cell stack has reached a predetermined temperature, for example after a starting operation.
In einer weiteren bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist dieses ferner einen weiteren Betriebsmodus auf (zweiter Normalbetriebsmodus): Betreiben des aufgeheizten Brennstoffzellenstapels, dabei Durchströmen des Umschaltventils in einem ersten Schaltzustand durch das zweite Kühlmittel, Durchströmen des Kopplungsbereichs zwischen Kühlkreislauf und Heizkreislauf durch das erste Kühlmittel und das zweite Kühlmittel und Wärmeübergang von dem Kühlkreislauf auf den Heizkreislauf. In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the latter also has a further operating mode (second normal operating mode): operating the heated fuel cell stack, thereby flowing through the switching valve in a first switching state by the second coolant, flowing through the coupling region between the cooling circuit and the heating circuit through the first coolant and the second coolant and heat transfer from the cooling circuit to the heating circuit.
In der weiterhin bevorzugten Durchführungsform wird im zweiten Normalbetriebsmodus somit die Abwärme von dem Brennstoffzellenstapel in dem ersten Wärmetauscherabschnitt auf das erste Kühlmittel übertragen. Die Wärmeabgabe von dem ersten Kühlmittel an eine in einer Bypassleitung angeordnete Bypass-Wärmesenke wird weitgehend reduziert oder unterbunden. Das zweite Kühlmittel durchströmt das in einem zweiten Schaltzustand befindliche Umschaltventil und den Kopplungsbereich zwischen Heizkreislauf und Kühlkreislauf. Darin erfolgt ein Wärmeübergang von dem ersten Kühlmittel auf das zweite Kühlmittel. Das so aufgeheizte zweite Kühlmittel durchströmt in dem Heizkreislauf einen zweiten Wärmetauscherabschnitt und gibt darin Wärme an eine Wärmesenke, beispielsweise an den Innenraum eines den Brennstoffzellenstapel aufweisenden Fahrzeugs, ab. Somit wird die Abwärme des Brennstoffzellenstapels vorteilhaft zum Heizen des Fahrzeuginnenraums eingesetzt. In the further preferred embodiment, the waste heat from the fuel cell stack in the first heat exchanger section is thus transferred to the first coolant in the second normal operating mode. The heat transfer from the first coolant to a bypass heat sink arranged in a bypass line is largely reduced or prevented. The second coolant flows through the switching valve located in a second switching state and the coupling region between the heating circuit and the cooling circuit. This is a heat transfer from the first coolant to the second coolant. The thus heated second coolant flows through in the heating circuit, a second heat exchanger section and is therein heat to a heat sink, for example to the interior of a fuel cell stack having vehicle from. Thus, the waste heat of the fuel cell stack is advantageously used for heating the vehicle interior.
In einer weiteren bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst dieses ferner noch einen weiteren Betriebsmodus (Spülmodus): Spülen des Heiz- und Kühlsystems, dabei Abschalten des Brennstoffzellenstapels; Durchströmen des Umschaltventils in einem ersten Schaltzustand durch das zweite Kühlmittel; Durchströmen einer hydraulischen Weiche durch das erste Kühlmittel und das zweite Kühlmittel; Schalten von einem in der hydraulischen Weiche angeordneten Absperrmittel in einen Sperrzustand; und Durchströmen der hydraulischen Weiche durch das erste Kühlmittel von einem ersten Zulauf zu einem zweiten Ablauf und Durchströmen der hydraulischen Weiche durch das zweite Kühlmittel von einem zweiten Zulauf zu einem ersten Ablauf der hydraulischen Weiche. Bevorzugt ist die hydraulische Weiche dabei im Kopplungsbereich von Kühlkreislauf und Heizkreislauf angeordnet. In a further preferred embodiment of the method according to the invention, this further comprises a further operating mode (rinsing mode): purging of the heating and cooling system, while switching off the fuel cell stack; Flowing through the switching valve in a first switching state by the second coolant; Passing a hydraulic switch through the first coolant and the second coolant; Switching from a shut-off means arranged in the hydraulic switch into a blocking state; and flowing through the hydraulic switch by the first coolant from a first inlet to a second outlet and flowing through the hydraulic switch by the second coolant from a second inlet to a first outlet of the hydraulic separator. Preferably, the hydraulic switch is arranged in the coupling region of the cooling circuit and the heating circuit.
Bevorzugt weist die hydraulische Weiche bei dieser weiteren bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens ein Gehäuse mit einem zum hydraulischen Entkoppeln von Heizkreislauf und Kühlkreislauf ausreichenden, von dem ersten und von dem zweiten Kühlmittel durchströmbaren Volumen auf. Ferner weist die hydraulische Weiche bevorzugt einen ersten Zulauf und einen ersten Ablauf für das erste Kühlmittel auf, die auf gegenüberliegenden Wandungen des Gehäuses angeordnet sind. Ferner weist die hydraulische Weiche bevorzugt einen zweiten Zulauf und einen zweiten Ablauf für das zweite Kühlmittel auf, die in derselben Wandung oder in gegenüberliegenden Wandungen des Gehäuses angeordnet sind. Eine Verbindungslinie, insbesondere ein Strömungspfad des ersten Kühlmittels, zwischen dem ersten Zulauf und dem ersten Ablauf und eine Verbindungslinie, insbesondere ein Strömungspfad des zweiten Kühlmittels, zwischen dem zweiten Zulauf und dem zweiten Ablauf überlagern sich im Inneren des Gehäuses zumindest teilweise, bevorzugt kreuzen sie sich. In einer Passierstellung des Absperrmittels ist der erste Strömungspfad beziehungsweise zweite Strömungspfad für das erste Betriebsmittel beziehungsweise zweite Betriebsmittel frei. Durch Schalten des Absperrmittels in eine Sperrstellung wird jeder Strömungspfad zwischen erstem Zulauf und erstem Ablauf und wird jeder Strömungspfad zwischen zweitem Zulauf und zweitem Ablauf gesperrt. Preferably, in this further preferred embodiment of the method, the hydraulic switch has a housing with a hydraulic circuit for decoupling the heating circuit and the cooling circuit sufficient from the first and of the second coolant throughflow volume. Furthermore, the hydraulic switch preferably has a first inlet and a first outlet for the first coolant, which are arranged on opposite walls of the housing. Furthermore, the hydraulic switch preferably has a second inlet and a second outlet for the second coolant, which are arranged in the same wall or in opposite walls of the housing. A connecting line, in particular a flow path of the first coolant, between the first inlet and the first outlet and a connecting line, in particular a flow path of the second coolant, between the second inlet and the second outlet are at least partially superimposed in the interior of the housing, preferably intersecting each other , In a Passierstellung the shut-off the first flow path or second flow path for the first resource or second resource is free. By switching the shut-off in a blocking position, each flow path between the first inlet and first outlet and each flow path between the second inlet and second outlet is blocked.
In dem Modus des Spülens von dem Heiz- und Kühlsystem werden das erste und/oder das zweite Kühlmittel gereinigt und/oder deionisiert. Dabei fördern die erste und/oder die zweite Fördervorrichtung das erste und zweite Kühlmittel bei abgeschaltetem Brennstoffzellenstapel bevorzugt gemeinsam durch das Heiz- und Kühlsystem. Dabei sind der Kühlkreislauf und der Heizkreislauf in dem Kopplungsbereich, das heißt in der hydraulischen Weiche, nicht mehr parallel geschaltet. Vielmehr sind der Heizkreislauf und der Kühlkreislauf in der hydraulischen Weiche in Reihe verbunden. Das heißt, der Heizkreislauf und der Kühlkreislauf sind in der hydraulischen Weiche so verbunden, dass sie gemeinsam einen geschlossenen Kreislauf für ein Kühlmittel bilden. Somit kann das Spülen verlustarm durch die erste oder zweite Umwälzpumpe erfolgen. Zusätzliche Ventile, Bypass-Leitungen und Pumpen sind dabei nicht nötig. Dies reduziert Strömungsverluste in den anderen Betriebszuständen des Heiz- und Kühlsystems und den Bauraumbedarf des Heiz- und Kühlsystems. In the mode of purging of the heating and cooling system, the first and / or the second coolant are cleaned and / or deionized. In this case, the first and / or the second conveying device preferably convey the first and second coolant together with the fuel cell stack switched off by the heating and cooling system. The cooling circuit and the heating circuit in the coupling region, that is, in the hydraulic switch, are no longer connected in parallel. Rather, the heating circuit and the cooling circuit in the hydraulic switch are connected in series. That is, the heating circuit and the cooling circuit are connected in the hydraulic switch so that they together form a closed circuit for a coolant. Thus, the flushing can be done with low loss by the first or second circulation pump. Additional valves, bypass lines and pumps are not necessary. This reduces flow losses in the other operating states of the heating and cooling system and the space requirement of the heating and cooling system.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, das ein Kühl- und Heizsystem für einen Brennstoffzellenstapel und/oder eine hydraulische Weiche für ein Kühl- und Heizsystem für einen Brennstoffzellenstapel gemäß der Erfindung aufweist. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Elektrofahrzeug, bei dem eine von dem Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie der Versorgung eines Elektrotraktionsmotors und/oder einer Traktionsbatterie dient. Another aspect of the invention relates to a vehicle having a fuel cell stack cooling and heating system and / or a hydraulic diverter for a fuel cell stack cooling and heating system according to the invention. The vehicle is preferably an electric vehicle in which an electrical energy generated by the fuel cell system is used to supply an electric traction motor and / or a traction battery.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar. The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen: The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
Das Brennstoffzellensystem
Um den Brennstoffzellenstapel
Die Anodenversorgung
Die Kathodenversorgung
Die Kathodenversorgung
Das Brennstoffzellensystem
Verschiedene weitere Einzelheiten der Anoden- und Kathodenversorgung
Die
Beide Bauteile unterteilen sich in einen aktiven Bereich AA und inaktive Bereiche IA. Der aktive Bereich AA zeichnet sich dadurch aus, dass in diesem Bereich die Brennstoffzellreaktionen stattfinden. Zu diesem Zweck weist die Membran-Elektroden-Anordnung
Die MEA
Die in
Das Heiz- und Kühlsystem
Das Heiz- und Kühlsystem
In einem ersten Schaltzustand des Umschaltventils
In einem zweiten Schaltzustand des Umschaltventils
Die
Die hydraulische Weiche
In
Der erste Zulauf
In dem ersten Schaltzustand des Umschaltventils
In dem ersten Schaltzustand des Umschaltventils
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100 100
- Brennstoffzellensystem The fuel cell system
- 10 10
- Brennstoffzellenstapel fuel cell stack
- 11 11
- Einzelzelle single cell
- 12 12
- Anodenraum anode chamber
- 13 13
- Kathodenraum cathode space
- 14 14
- Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) Membrane electrode assembly (MEA)
- 141 141
- Anodenseite anode side
- 142 142
- Kathodenseite cathode side
- 143 143
- katalytische Elektrode / Anode catalytic electrode / anode
- 144 144
- Versorgungsöffnung / Anodeneinlassöffnung Supply opening / anode inlet opening
- 145 145
- Versorgungsöffnung / Anodenauslassöffnung Supply opening / anode outlet opening
- 146 146
- Versorgungsöffnung / Kathodeneinlassöffnung Supply opening / cathode inlet opening
- 147 147
- Versorgungsöffnung / Kathodenauslassöffnung Supply opening / cathode outlet opening
- 148 148
- Versorgungsöffnung / Kühlmitteleinlassöffnung Supply opening / coolant inlet opening
- 149 149
- Versorgungsöffnung / Kühlmittelauslassöffnung Supply opening / coolant outlet opening
- 15 15
- Bipolarplatte (Separatorplatte, Flussfeldplatte) Bipolar plate (separator plate, flow field plate)
- 151 151
- Anodenseite anode side
- 152 152
- Kathodenseite cathode side
- 153 153
- Betriebsmittelkanal (Reaktantenkanal) Resource channel (reactant channel)
- 154 154
- Versorgungsöffnung / Anodeneinlassöffnung Supply opening / anode inlet opening
- 155 155
- Versorgungsöffnung/ Anodenauslassöffnung Supply opening / anode outlet opening
- 156 156
- Versorgungsöffnung / Kathodeneinlassöffnung Supply opening / cathode inlet opening
- 157 157
- Versorgungsöffnung / Kathodenauslassöffnung Supply opening / cathode outlet opening
- 158 158
- Versorgungsöffnung / Kühlmitteleinlassöffnung Supply opening / coolant inlet opening
- 159 159
- Versorgungsöffnung / Kühlmittelauslassöffnung Supply opening / coolant outlet opening
- 20 20
- Anodenversorgung anode supply
- 21 21
- Anodenversorgungspfad Anode supply path
- 22 22
- Anodenabgaspfad Anode exhaust gas path
- 23 23
- Brennstofftank fuel tank
- 24 24
- Stellmittel actuating means
- 25 25
- Brennstoffrezirkulationsleitung Brennstoffrezirkulationsleitung
- 30 30
- Kathodenversorgung cathode supply
- 31 31
- Kathodenversorgungspfad Cathode supply path
- 32 32
- Kathodenabgaspfad Cathode exhaust path
- 33 33
- Verdichter compressor
- 34 34
- Elektromotor electric motor
- 35 35
- Leistungselektronik power electronics
- 36 36
- Turbine turbine
- 37 37
- Wastegate-Leitung Waste gate line
- 38 38
- Stellmittel actuating means
- 39 39
- Befeuchtermodul humidifier
- 40 40
- Kühl- und Heizsystem Cooling and heating system
- 41 41
- Kühlkreislauf Cooling circuit
- 411 411
- erstes Heizelement first heating element
- 412 412
- erste Fördervorrichtung, erste Umwälzpumpe first conveyor, first circulation pump
- 413 413
- Thermostat thermostat
- 414 414
- Bypassleitung bypass line
- 415 415
- Bypass-Wärmesenke Bypass heat sink
- 42 42
- Kopplungsbereich coupling region
- 43 43
- Heizkreislauf heating circuit
- 431 431
- zweites Heizelement second heating element
- 432 432
- zweite Fördervorrichtung, zweite Umwälzpumpe second conveyor, second circulation pump
- 433 433
- Wärmesenke, Fahrzeuginnenraum Heat sink, vehicle interior
- 434 434
- Umschaltventil switching valve
- 435 435
- Zweiwegeventil Two-way valve
- 50 50
- Hydraulische Weiche Hydraulic switch
- 51 51
- Gehäuse casing
- 52 52
- durchströmbares Volumen permeable volume
- 53 53
- erster Zulauf first feed
- 54 54
- erster Ablauf first course
- 55 55
- zweiter Zulauf second inlet
- 56 56
- zweiter Ablauf second course
- 57 57
- Absperrmittel shutoff
- AA AA
- Aktiver Bereich (Reaktionsbereich, active area) Active area (reaction area, active area)
- IA IA
- Inaktiver Bereich (inactive area) Inactive area
- SA SA
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 01/03216 A1 [0007] WO 01/03216 A1 [0007]
- DE 19931061 A1 [0008] DE 19931061 A1 [0008]
- DE 10142923 A1 [0009] DE 10142923 A1 [0009]
- DE 102004016375 A1 [0010] DE 102004016375 A1 [0010]
- DE 102011076737 A1 [0011] DE 102011076737 A1 [0011]
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110828932A (en) * | 2018-08-14 | 2020-02-21 | 马勒国际有限公司 | Energy storage device for an electric or hybrid vehicle |
| DE102018214377A1 (en) * | 2018-08-24 | 2020-02-27 | Audi Ag | Method for operating a fuel cell, fuel cell device and motor vehicle with a fuel cell device |
| CN111634171A (en) * | 2020-04-21 | 2020-09-08 | 清华大学 | Energy Comprehensive Utilization System |
| CN115004424A (en) * | 2020-01-22 | 2022-09-02 | 罗伯特·博世有限公司 | fuel cell system complex |
| DE102021214729A1 (en) | 2021-12-20 | 2023-06-22 | Mahle International Gmbh | cooling system |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001003216A1 (en) | 1999-07-01 | 2001-01-11 | Atecs Mannesmann Ag | Device for heating/cooling a fuel cell and fuel cell system |
| DE19931061A1 (en) | 1999-07-01 | 2001-01-11 | Mannesmann Ag | Arrangement for heating / cooling a fuel cell and fuel cell system |
| US20010045103A1 (en) * | 1999-12-21 | 2001-11-29 | Noureddine Khelifa | Vehicle cooling/heating circuit |
| DE10142923A1 (en) | 2000-09-21 | 2002-04-18 | Daimler Chrysler Ag | Hybrid-drive device e.g. for hybrid vehicle, has electric motor energized via fuel cell and combustion engine, by means of generator |
| DE102004016375A1 (en) | 2003-04-03 | 2004-10-28 | General Motors Corp., Detroit | Fuel cell system with cooling channels and method for operating a fuel cell system with cooling channels |
| DE102007054246A1 (en) * | 2007-11-14 | 2009-05-20 | Daimler Ag | Fuel cell drive for a motor vehicle |
| US20120247746A1 (en) * | 2009-12-14 | 2012-10-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Vehicle control apparatus and vehicle control method |
| DE102011076737A1 (en) | 2011-05-30 | 2012-12-06 | Robert Bosch Gmbh | Apparatus for providing electrical energy to electric drive unit of electric hybrid vehicle e.g. passenger car, has electrical energy storage device that is coupled with fuel cell assembly by heat transfer assembly |
-
2016
- 2016-01-19 DE DE102016200612.6A patent/DE102016200612A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001003216A1 (en) | 1999-07-01 | 2001-01-11 | Atecs Mannesmann Ag | Device for heating/cooling a fuel cell and fuel cell system |
| DE19931061A1 (en) | 1999-07-01 | 2001-01-11 | Mannesmann Ag | Arrangement for heating / cooling a fuel cell and fuel cell system |
| US20010045103A1 (en) * | 1999-12-21 | 2001-11-29 | Noureddine Khelifa | Vehicle cooling/heating circuit |
| DE10142923A1 (en) | 2000-09-21 | 2002-04-18 | Daimler Chrysler Ag | Hybrid-drive device e.g. for hybrid vehicle, has electric motor energized via fuel cell and combustion engine, by means of generator |
| DE102004016375A1 (en) | 2003-04-03 | 2004-10-28 | General Motors Corp., Detroit | Fuel cell system with cooling channels and method for operating a fuel cell system with cooling channels |
| DE102007054246A1 (en) * | 2007-11-14 | 2009-05-20 | Daimler Ag | Fuel cell drive for a motor vehicle |
| US20120247746A1 (en) * | 2009-12-14 | 2012-10-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Vehicle control apparatus and vehicle control method |
| DE102011076737A1 (en) | 2011-05-30 | 2012-12-06 | Robert Bosch Gmbh | Apparatus for providing electrical energy to electric drive unit of electric hybrid vehicle e.g. passenger car, has electrical energy storage device that is coupled with fuel cell assembly by heat transfer assembly |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110828932A (en) * | 2018-08-14 | 2020-02-21 | 马勒国际有限公司 | Energy storage device for an electric or hybrid vehicle |
| DE102018214377A1 (en) * | 2018-08-24 | 2020-02-27 | Audi Ag | Method for operating a fuel cell, fuel cell device and motor vehicle with a fuel cell device |
| CN115004424A (en) * | 2020-01-22 | 2022-09-02 | 罗伯特·博世有限公司 | fuel cell system complex |
| US12424650B2 (en) | 2020-01-22 | 2025-09-23 | Robert Bosch Gmbh | Fuel cell system assembly |
| CN111634171A (en) * | 2020-04-21 | 2020-09-08 | 清华大学 | Energy Comprehensive Utilization System |
| DE102021214729A1 (en) | 2021-12-20 | 2023-06-22 | Mahle International Gmbh | cooling system |
| US12214646B2 (en) | 2021-12-20 | 2025-02-04 | Mahle International Gmbh | Cooling system |
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