燃料电池冷却组件和用于调节燃料电池冷却组件的方法与流程

本公开涉及一种燃料电池冷却组件，该燃料电池冷却组件由至少一个冷却回路构成。本公开还涉及一种用于调节燃料电池冷却组件的方法。

背景技术：

1、de102017118424a1公开了一种用于燃料电池车辆的回路系统，其包括：至少一个对第一流体进行导向的、能以热泵运行方式运行的第一回路；能够以到第一回路的热交换连接方式运行的、对第二流体进行导向的、尤其是用于冷却电动车电池的第二回路；和能够以到第二回路的热交换连接方式运行的、对第三流体进行导向的、尤其是用于冷却燃料电池组件的第三回路，其中，回路系统还包括对第四流体进行导向的第四回路，并且在第四回路中布置有用于第四流体的至少一个输送装置、至少一个可供入第四流体的热交换器和/或用于加热燃料电池车辆的至少一个内部空间区域的对流器和热交换器，第四流体可被供入该热交换器用于与第一流体进行热交换，其中，第一流体也可供入该热交换器，该热交换器布置在第一回路的高压区域中。该发明还涉及一种具有这类回路系统的燃料电池车辆。借助这类回路系统改进对燃料电池车辆的车辆内部空间和部件的调温的灵活性和效率。

技术实现思路

1、在本公开的一个方面中要说明一种燃料电池冷却组件以及一种用于调节燃料电池冷却组件的方法，所述方法更动态地对设定值改变作出反应。

2、这通过独立权利要求实现。从属权利要求形成本公开的有利的扩展方案。从属权利要求能够以在技术上有意义的方式相互组合。说明、尤其是与附图相关联的说明附加地描绘本公开的特征并且对其进行详细说明。

3、据此，设置一种燃料电池冷却组件，其具有至少一个燃料电池，所述至少一个燃料电池具有经由其伸展的冷却通道，所述冷却通道构型用于，将热流从燃料电池转移给第一冷却回路，

4、·其中，第一冷却回路能够用冷却介质在200℃之内的温度下无损地运行，其中，在第一冷却回路中布置有泵，所述泵构型用于使冷却介质经由燃料电池和高温冷却器被输送，

5、·其中，与高温冷却器并行地，在冷却回路中布置有内部空间旁路，所述内部空间旁路能够与内部空间热交换器进行流体引导地连接，所述内部空间热交换器构型用于，将热流从冷却介质放出给由燃料电池供给能量的机动车的内部空间。

6、不但经由燃料电池中的冷却通道而且又经由内部空间热交换器引导一种且同一种冷却剂，由此来使热传递加速，因为可传递的热功率相对于脱耦的燃料电池冷却组件提高。

7、在第一冷却介质中至少不发生在结构上引起的相位转变。在非常热的位置上局部地发生逐点的蒸发和立即的液化并不是结构上决定的相位转变。在第一冷却回路中的压力仅仅通过加热所述冷却介质来产生。可能存在的、必要时可调节的输送泵仅仅输送冷却水。

8、燃料电池在结构上决定的温度范围内具有其最高的有效系数。在启动时，应尽可能快速地达到该温度范围并且在运行时应尽可能精确地维持该温度范围。燃料电池冷却组件构型用于，准确地保持80℃至85℃、尤其是80℃至82℃、特别优选80℃至81℃的设定温度范围。在此，要么在用于冷却介质的入口处要么在用于冷却介质的出口处测量燃料电池的温度。

9、此外，在一种构型中，在冷却回路中布置有混合阀，所述混合阀构型用于，被操纵为使得冷却剂增多地穿流高温冷却器或者增多地穿流包围高温冷却器的旁路。

10、混合阀能够构型为具有促动器和位置识别装置的滑阀。这允许，对混合阀进行调节的控制装置根据滑阀的位置符合需求地引导体积流。在当前构型中，能够由此精确地调设1℃的温度范围。混合阀实现第一冷却回路的接通，使得流体要么在内部空间旁路中向内部空间放出热量，要么使得冷却剂穿流高温冷却器，以便能够在那里放出较大的热功率。如果在内部空间中的温度太高，则不再应将内部空间热交换器中的热量放出给内部空间。此外，在这种情况下，主要应通过高温冷却器向机动车的环境放热。

11、在一种构型中设置，泵是可调节的并且因而可对冷却剂的体积流进行配量，以符合需求地提高或者减少热流，以便由此调设去向燃料电池和来自燃料电池的热流。

12、通过泵的可调节性使得对泵进行调节的控制单元能符合需求地提高或者减小压力或者体积流。这种功能对先前所说明的、由混合阀对体积流的可调节性进行补充，由此能够实现受控系统(regelstrecke)的稳健性。

13、此外，在一种构型中设置，加热器布置在与旁路并行地伸展的内部空间旁路中，所述加热器构型用于，将热流输送给在第一冷却回路中的冷却介质。

14、加热器用于快速向第一冷却回路散发热量，以便燃料电池和内部空间热交换器具有足够的热量来加热燃料电池或者机动车的内部空间。

15、在一种构型中设置，第一冷却剂回路的侧向线路与内部空间热交换器并行地分岔，所述侧向线路使冷却剂回路与电池热交换器进行流体引导地连接，所述电池热交换器构型用于与电池交换热流。

16、因此，通过该侧向线路该能够使用来自第一冷却剂回路的冷却剂，以加热电池。为此，所述冷却剂流过热交换器，该热交换器直接贴靠在电池上、布置在电池中、布置在所述电池周围或者以其他方式与电池耦合，使得来自第一冷却剂回路中的冷却剂的热量能够放出给电池，以加热所述电池。

17、在一种构型中设置，在电池热交换器中的热流能够与独立于第一冷却回路的电池冷却回路交换，所述电池冷却回路能够在比第一冷却回路更低的温度下、尤其是在100℃以下的温度下运行。

18、因此，独立的冷却回路或者电池冷却回路涉及下述回路(即低温回路)：所述回路由结构决定地在明显较低的温度下运行。在其他情况下，电池在正常运行时不会被冷却，而是会被加热。

19、独立的冷却回路或者电池冷却回路能够附加地通过下述方式被冷却：所述冷却回路能够与制冷剂回路的蒸发器进行热传递地连接。因此，在一种构型中设置，电池冷却回路能够与制冷剂回路的蒸发器进行热传递地连接。

20、蒸发器可以涉及用于机动车的常规的空调设备的蒸发器。

21、在一种构型中，设置一种低温回路，在所述低温回路中，热交换器与电气部件进行热传递地耦合，其中，低温回路该能够通过至少一个入口和阀与电池冷却回路进行流体引导地耦合。因此，该热交换器能够涉及下述热交换器，所述热交换器与继电器、功率电阻器和晶体管进行热传递地连接。此外，热交换器能够与电线圈和电容进行热传递地连接，以便将热量从这些电气部件导出。电气部件能够涉及用于控制在这里所说明的燃料电池组件(包括燃料电池冷却组件)的控制单元的部件。此外，电气部件能够包括用于机动车的至少一个驱动马达。此外，低温回路的线路能够由马达引导，所述马达驱动压缩机以新鲜空气供给燃料电池。由此能够确保，通过在低温回路中将热从电气部件导出而能够附加地加热电池冷却回路。此外能够根据需要对功率电子器件进行冷却。由相位转换支持的冷却能够通过将空调设备的蒸发器加入到以上所说明的方式中来进行。

22、此外，公开一种用于调节燃料电池中的运行温度的方法，该方法具有以下的步骤：

23、i.检测在燃料电池上的温度，

24、ii.将温度与燃料电池的设定温度范围进行比较，和

25、iii.将热流导入第一冷却回路中，所述第一冷却回路具有冷却通道，所述冷却通道构型用于，当温度位于设定温度范围以上时，将热流从燃料电池转移给在第一冷却回路中的冷却剂，

26、iv.当温度位于设定温度范围以下时，在高温冷却器中将第一冷却回路中的冷却剂的热流排放给环境。

27、在此，要么在用于冷却介质的入口处要么在用于冷却介质的出口处测量燃料电池的温度。设定温度范围也能够下降到唯一的温度值上。对于燃料电池而言，设定温度范围可以位于80℃和81℃之间。在第一冷却回路中，冷却剂不与穿流燃料电池中的冷却通道的流体脱耦。仅仅需要三个热交换器，即在燃料电池中的热交换器、作为加热器(大多是电加热器)的热交换器以及下述热交换器，所述热交换器能够将热量从冷却剂放出到车辆的内部空间中。用于冷却燃料电池的回路与用于内部空间加热装置的回路的脱耦也总是会意味着可传递的热量的损失。脱耦指的是分隔开成两个回路，所述两个回路以两种不混合的流体运行。此外，这样的脱耦意味着从一种冷却剂到另外的冷却剂的热传递在时间上延迟。根据本公开，由于也被用于加热内部空间的相同的冷却回路通过所述燃料电池伸展，能够由此提高调节的反应速度。因此，燃料电池能够更快速地达到其运行温度。自然地，在内部空间热交换器中排放热量的步骤也能够在明显更大的高温冷却器上进行。

28、此外，在根据本公开的燃料电池冷却组件中存在着下述可行性：在机动车中的其他机组上吸收或者放出热量，如以下所说明地。

29、在该方法的一种构型中，设置以下的步骤：

30、i.当燃料电池上的温度位于设定温度范围以下时，提高在第一冷却回路中穿流旁路的体积流，尤其通过调整混合阀来提高，

31、ii.当燃料电池上的温度位于设定温度范围以上时，提高在第一冷却回路中穿流高温冷却器的冷却剂的体积流，尤其通过调整混合阀来提高，和

32、iii.如果在执行步骤ii之后温度在一时段之后不下降，则通过提高可调节的泵处的体积流来提高经由燃料电池输送的冷却剂的体积流。

33、电池涉及一种用于供给机动车的驱动马达的电池，所述电池具有数千瓦时、优选明显超过十千瓦时的电容量。这类电池在所期望的运行温度以下的低温时具有降低的有效系数和降低的最大功率输出和功率接收，因此，有利的是，缩短用于加热电池的持续时间。根据本公开，这由此进行：电池的热交换器能够由快速地进行加热的第一冷却剂回路来加热。当电池的运行温度在第一冷却回路中的冷却剂的温度以下时，为了将热流通过可耦合在第一冷却回路上的热交换器导出给电池，在第一冷却回路中相应的三通阀能布置在电池热交换器上游，以使第一冷却剂穿过电池热交换器被引导。

34、在一种构型中，所述方法此外具有以下的步骤：

35、i.检测电池的温度，

36、ii.当电池的运行温度在第一冷却回路中的冷却剂的温度以下时，通过可耦合在第一冷却回路上的热交换器将热流导出给电池。

37、对在功率电子器件中的温度的检测能够例如通过传感器进行。热流的导出在热交换器中通过其靠近功率电子器件的电气部件的邻接布置进行。通过所述方法在燃料电池冷却装置的控制单元中的实现，能够在燃料电池或者机动车运行时附加地冷却功率电子器件。同时，能够将在功率电子器件中非期望的热量有效地使用在通过回路耦合的其他的部件(例如电池)上，以提高到运行温度上。然而，通常如果电池由于较长的停车时间而仍然是冷的，那么功率电子器件也还是冷的。因此，功率电子器件的冷却的集成的优点主要在于，在运行时在行驶状态下冷却功率电子器件，在所述行驶状态下，电池本身已经足够暖或者本身散发热量。在这种状况下，通过冷却空调设备的蒸发器上的电池冷却回路实现将电池冷却回路保持在100℃以下的温度，优选地保持明显在其之下(例如在大约50℃)。

38、一种实施方式涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有存储在计算机可读的数据载体上的程序代码介质，使得，当在计算机上、尤其是在控制系统的控制电子器件中实施该计算机程序产品时，执行以上所说明的方法。控制系统能够如以上所说明地构造和扩展。

39、一种实施方式涉及一种具有编码的指令的计算机程序，所述编码的指令用于，当在计算机上、尤其是在燃料电池的控制电子器件上实施该计算机程序时，执行以上所说明的方法。控制系统能够如以上所说明地实施和扩展。计算机程序尤其能够存储在以上所说明的计算机程序产品上。计算机程序尤其能够构型为已编译的或者还未编译的数据序列，所述数据序列优选地基于更高级的、尤其是基于对象的计算机语言。

40、一种实施方式涉及一种具有计算机可读的指令的信号序列，所述计算机可读的指令用于，当该信号序列由计算机、尤其由用于燃料电池的控制单元处理时，执行以上所说明的方法。控制系统能够如以上所说明地实施和扩展。尤其能够借助于以上所说明的计算机程序和/或借助以上所说明的计算机程序产品来产生所述信号序列。信号序列能够作为电脉冲和/或电磁波和/或光脉冲无线地或者有线地被提供。

41、用于实现本公开的意义下的方法步骤的器件能够在硬件技术和/或软件上构造，尤其具有一个优选与存储器和/或总线系统数据或信号连接的、尤其是数字的处理单元、尤其控制单元，其具有微处理器(cpu)和/或一个或者多个程序或者程序模块。cpu能够构造用于，处理被实现为程序的指令、检测来自数据总线的输入信号和/或将输出信号向数据总线发出。程序能够存储在存储系统上。所述存储系统能够具有一个或多个、尤其不同的存储介质，尤其是光学的、磁的固体和/或其他的非易失性介质。该程序能够如下实现：其体现或者能够实施在这里所说明的方法，使得cpu能够实施这样的方法的步骤。在一种实施方案中，该方法的一个或者多个步骤、尤其是所有步骤能够完全地或者部分地自动化地执行。