DE102014225381A1 - Luftversorgungseinrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs, welche einen Kühlwassererhitzer nutzt - Google Patents

Luftversorgungseinrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs, welche einen Kühlwassererhitzer nutzt Download PDF

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Abstract

Eine Luftversorgungseinrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug, welche einen Kühlwassererhitzer nutzt, kann effektiv die Kaltstartzeit eines Brennstoffzellenfahrzeugs reduzieren und effektiv Feuchtigkeit in einem Stapel entfernen bei einem kalten Abschalten (CSD) des Brennstoffzellenfahrzeugs. In der Luftversorgungseinrichtung ist ein Bypassflusspfad ausgebildet, um von einer ersten Luftversorgungslinie abzuzweigen, welcher zwischen einem Lüfter zum Versorgen eines Stapels mit Luft und einem Befeuchter zum Befeuchten der Luft angeschlossen ist. Der Bypassflusspfad erlaubt es der von dem Lüfter ausgestoßenen Luft durch den Kühlwassererhitzer unter Umgehung des Befeuchters zu dem Stapel zu fließen.

Description

  • Hintergrund
  • (a) Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Luftversorgungseinrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs, welche einen Kühlwassererhitzer nutzt, und insbesondere auf eine Luftversorgungseinrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs, welches einen Kühlwassererhitzer nutzt, welche die Kaltstartzeit des Brennstoffzellenfahrzeugs effektiv reduzieren kann und welche bei einem kalten Abschalten (cold shut-down, CSD) des Brennstoffzellenfahrzeugs Feuchtigkeit in dem Stapel entfernen kann.
  • (b) Beschreibung des verwandten Gebiets
  • Seit Kurzem haben Fahrzeughersteller großes Interesse an Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen als grüne Fahrzeuge. Viele Probleme sind noch zu lösen in Bezug auf die Entwicklung der Brennstoffzellenfahrzeuge. Unter diesen Problemen ist ein spezielles Problem, die Kaltstartfähigkeit zu garantieren.
  • Um einen Kaltstart eines Brennstoffzellenfahrzeugs zu ermöglichen, wird bei einem Kaltstart des Brennstoffzellenfahrzeugs kein kaltes Wasser in den Stapel geführt. Dies dient dazu, dass das Kühlwasser nicht in den Stapel fließt. Folglich wird ein Kühlwassererhitzer abgeschaltet (zum Beispiel ein Erhitzer zum Hitzen des Kühlwassers), welcher eine essentielle Komponente der Kühlwasserzirkulation ist, und der Kaltstart wird aufgrund des Nichtbetriebs des Heizers verzögert.
  • In diesem Zustand wird der Strom des Stapels verbraucht zum Beispiel durch einen Lüfter oder dergleichen, um den Stapel dazu anzuregen, Hitze zu erzeugen. Dies hat aber das Problem, dass Geräusche erzeugt werden und aufgrund des Luftausstoßes Energieverluste auftreten.
  • Beim kalten Abschalten bekannter Brennstoffzellenfahrzeuge wird Feuchtigkeit, welche während dem Fahren erzeugt wird, entfernt, indem Luft, welche durch einen Lüfter und einen Befeuchter läuft, in Abhängigkeit einer Temperatur des Kühlwassers variable dem Stapel zugeführt wird. In diesem Zustand, wenn die Feuchtigkeit nicht effektiv als Luft aus dem Stapel geführt wird, hat das negative Auswirkungen auf einen folgenden Kaltstart des Brennstoffzellenfahrzeugs.
  • Insbesondere werden die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit des Stapels und der Luft reduziert, wenn die Luft, welche bei einem Kaltstart des Brennstoffzellenfahrzeugs dem Stapel zugeführt wird, gekühlt wird, indem sie durch den Befeuchter zirkuliert. Als ein Ergebnis wird der Kaltstart des Brennstoffzellenfahrzeugs verzögert, wobei der Kaltstart des Brennstoffzellenstapels basierend auf der Ausgangstemperatur des Kühlwassers und der Luft beendet wird.
  • In der geschlossenen Struktur eines verknüpften Kühlsystems aus Pumpe, Heizer und Stapel wird das Problem hervorgerufen, dass der Heizer aufgrund einer Überhitzung zerstört oder beschädigt wird, solange kein Kühlwasser zirkuliert, wenn der Heizer in einem Kaltstart oder bei einem regenerativen Bremsen betrieben wird.
  • Zusammenfassung
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Luftversorgungseinrichtung bereit für ein Brennstoffzellenfahrzeug, welche einen Kühlwassererhitzer nutzt, und in welcher die Temperaturen von Kühlwasser und Luft des Brennstoffzellenfahrzeugs bei einem Kaltstart gleichzeitig erhöht werden unter Verwendung eines Kühlwassererhitzers eines Brennstoffzellenkühlsystems mit einem Luftversorgungssystem, so dass die Zeit für den Kaltstart des Brennstoffzellenfahrzeugs effektiv reduziert werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Luftversorgungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug bereit, welche einen Kühlwassererhitzer nutzt, welcher effektiv Feuchtigkeit innerhalb eines Stapels durch das Erhöhen der Temperatur von Luft unter Verwendung des Kühlwassererhitzers bei einem kalten Abschalten (CSD) des Brennstoffzellenfahrzeugs entfernen kann und verbessert die Gesamtleistung des Brennstoffzellenfahrzeugs durch das effektive Kühlen eines Heizers unter einer Nicht-Zirkulationsbedingung des Kühlwassers beim regenerativen Bremsen des Brennstoffzellenfahrzeugs in der Struktur des Kühlsystems aus Pumpe-Heizer-Stapel.
  • In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Luftversorgungseinrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug bereit, welche einen Kühlwassererhitzer nutzt, wobei ein Bypassflusspfad von einer ersten Luftversorgungsleitung, welche zwischen einem Lüfter zum Bereitstellen von Luft an dem Brennstoffzellenstapel und einem Befeuchter zum Befeuchten der Luft, welche dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellt wird, angeschlossen ist und wobei der Bypassflusspfad ermöglicht, dass Luft, welche von dem Lüfter ausgestoßen wird, durch den Kühlwassererhitzer fließt, indem der Befeuchter umgangen wird und diese dann dem Stapel bereitgestellt wird.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann an der ersten Luftversorgungsleitung ein Luftflusssteuerventil zum Verbinden zwischen dem Bypassflusspfad und der ersten Luftversorgungsleitung bereitgestellt werden. Das Luftflusssteuerventil kann die Flussrichtung der Luft, welche von dem Lüfter ausgestoßen wird, steuern.
  • In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann das Luftflusssteuerventil den Bypassflusspfad schließen und die erste Luftversorgungsleitung öffnen, so dass die Luft, welche von dem Lüfter ausgestoßen wird, durch den Befeuchter in den Stapel fließt, oder das Luftflusssteuerventil kann den Bypassflusspfad öffnen und die erste Luftversorgungsleitung schließen, so dass die Luft, welche von dem Lüfter ausgestoßen wird, in den Stapel durch den Kühlwassererhitzer unter Umgehung des Befeuchters fließt.
  • In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann beim Kaltstart des Brennstoffzellenfahrzeugs das Luftflusssteuerventil den Bypassflusspfad öffnen und die erste Luftversorgungsleitung schließen, so dass die Luft, deren Temperatur erhöht wird durch das Ausgestoßen-werden durch den Lüfter, durch den Kühlwassererhitzer unter Umgehung des Befeuchters in den Stapel fließt.
  • In noch einer beispielhaften Ausführungsform kann bei einem Kaltabschalten (CSD) oder einem Abschalten des Brennstoffzellenfahrzeugs das Luftflusssteuerventil den Bypassflusspfad öffnen und die erste Luftversorgungsleitung schließen, so dass die Luft, deren Temperatur durch das Ausgestoßen-werden durch den Lüfter erhöht wird, durch den Kühlwassererhitzer unter Umgehung des Befeuchters in den Stapel fließt.
  • In noch einer beispielhaften Ausführungsform kann der Bypassflusspfad dem Stapel die Luft, welche von dem Lüfter ausgestoßen wird, durch eine zweite Luftversorgungsleitung, welche zwischen dem Befeuchter und dem Stapel angeordnet ist, durch das Durchführen durch den Kühlwassererhitzer bereitstellen.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann der Kühlwassererhitzer das Kühlwasser, welches dem Stapel bereitgestellt wird, erhitzen und weist einen Heizerkörper auf, durch welchen das Kühlwasser fließt, und weist mindestens ein Heizelement, welches in dem Heizerkörper eingebaut ist, auf, um das Kühlwasser, welches durch den Heizerkörper fließt, zu erhitzen. Ein Luftflusspfad, welcher mit dem Bypassflusspfad gekoppelt ist, kann innerhalb des Kühlelements ausgebildet sein.
  • Andere Aspekte und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden diskutiert.
  • Die Luftversorgungseinrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung hat die folgenden Vorteile.
  • Erstens wird der Kühlwassererhitzer der existierenden Brennstoffzellenkühlsysteme normalerweise mit dem Luftversorgungssystem genutzt, so dass die Temperaturen des Kühlwassers und der Luft gleichzeitig bei einem Kaltstart des Brennstoffzellenfahrzeugs erhöht werden können, wodurch die Zeit für den Kaltstart des Brennstoffzellenfahrzeugs reduziert wird.
  • Zweitens kann der Kühlwassererhitzer nur durch die Zirkulation von Luft gekühlt werden, ohne dass Kühlwasser beim regenerativen Bremsen des Brennstoffzellenfahrzeugs in der Struktur des Kühlsystems aus Pumpe-Heizer-Stapel zirkuliert, wodurch die Gesamtleistung des Brennstoffzellenfahrzeugs verbessert wird.
  • Drittens kann Feuchtigkeit innerhalb des Stapels durch Luft effektiv reduziert werden, deren Temperatur zwei Mal durch den Lüfter und den Kühlwassererhitzer beim CSD und bei einem generellen Abschalten des Brennstoffzellenfahrzeugs erhitzt wird.
  • Die oben genannten und andere Merkmale der Erfindung werden im Folgenden diskutiert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die oben genannten und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben, welche durch die beiliegenden Figuren dargestellt werden, die im Folgenden lediglich zur Illustration dargestellt sind und daher nicht begrenzend für die vorliegende Erfindung sind, und wobei:
  • 1 eine Ansicht ist, welche eine Luftversorgungseinrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs, welche einen Kühlwassererhitzer nutzt, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 2 und 3 schematische Ansichten sind, welche die interne Struktur des Kühlwassererhitzers und den Fluss von Luft entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • Es versteht sich, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, und eine im Wesentlichen vereinfachte Repräsentation der Vielzahl bevorzugter Merkmale, welche für die grundlegenden Prinzipien der Erfindung kennzeichnend sind, darstellen. Die spezifischen Entwurfsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, schließen zum Beispiel spezifische Dimensionen, Orientierungen, Anordnungen und Formen ein, welche zumindest teilweise durch die jeweilige Anwendung und die Umgebung bestimmt werden.
  • In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen in den gesamten Figuren auf die gleichen oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Im Folgenden wird nun Bezug genommen im Detail auf eine Vielzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei Beispiele dergleichen in den begleitenden Figuren dargestellt und im Folgenden beschrieben sind. Während die Erfindung im Zusammenhang mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, versteht sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil, die Erfindung ist dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch unterschiedliche Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen abzudecken, welche in den Geist und den Bereich der Erfindung, wie sie durch die angehängten Ansprüche definiert wird, fallen.
  • Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug” oder „Fahrzeugs” oder ähnliche Begriffe, wie sie hierin verwendet werden, Motorfahrzeuge im Allgemeinen einschließen, wie zum Beispiel Passagierautomobile, einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, LKW, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-elektrische Fahrzeuge, wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Alternativ-Kraftstofffahrzeuge (zum Beispiel Kraftstoffe, welche von anderen Ressourcen als Rohöl abgeleitet werden) einschließt. So wie hierin Bezug genommen, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, welches mehr als eine Leistungsquelle hat, zum Beispiel sowohl benzin- als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
  • Die Terminologie, welche hierin zum Zweck der Beschreibung spezielle Ausführungsformen verwendet wird, ist nicht dazu gedacht, die Erfindung zu beschränken. So wie hierin verwendet, schließen die Singularformen „ein”, „der/die/das” auch die Pluralformen ein, solange dies aus dem Kontext nicht deutlich anders hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „weist auf” und/oder „aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Merkmale, integralen Bestandteile, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht ausschließen, dass eine oder mehrere der Merkmale, integralen Bestandteile, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon vorhanden sind oder hinzugefügt werden. So wie hierin verwendet, schließt der Begriff „und/oder” eine und alle Kombinationen von einem oder mehreren der genannten Elemente ein.
  • Ferner kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als ein nicht-flüchtiges computerlesbares Medium auf einem computerlesbaren Medium ausgebildet sein, welches ausführbare Programminstruktionen aufweist, welche von einem Prozessor, einer Steuerung oder dergleichen ausgeführt werden. Beispielhafte computerlesbare Medien schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, ROM, RAM, Kompaktdisk(CD)-ROMs, magnetische Bänder, Disketten, Flash-Speicher, Smartcards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Medium kann auch in einem Netzwerk gekoppelter Computersysteme verteilt sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, zum Beispiel durch einen Telematikserver oder ein Controller Area Network (CAN).
  • In der vorliegenden Erfindung wird ein Kühlwassererhitzer eines Brennstoffzellenfahrzeugs üblicherweise in einem Kühlsystem und einem Luftversorgungssystem genutzt, so dass es möglich wird, die Kaltstartzeit zu reduzieren und den Kühlwassererhitzer auch unter einer Nicht-Zirkulationsbedingung von Kühlwasser zu kühlen. Ferner ist es möglich, Feuchtigkeit in dem Stapel durch einen Zwei-Schritt-Temperaturerhöhungsvorgang, welcher durch einen Lüfter und den Kühlwassererhitzer durchgeführt wird, bei einem Kaltabschalten (CSD) und einem generellen Abschalten des Brennstoffzellenfahrzeugs zu entfernen.
  • Es ist auf dem technischen Gebiet bekannt, die Zirkulation von Kühlwasser, welches dem Stapel 3 bereitgestellt wird, entlang einer Schleife bestehend aus Kühlwasserpumpe 1, Kühlwassererhitzer 2, einem Brennstoffzellenstapel 3, einem Kühler 4 und einem Kühlwasserflusssteuerventil 5 (in dieser Reihenfolge) in dem Kühlsystem des Brennstoffzellenfahrzeugs durchzuführen, und es ist bekannt, Luft, welche dem Stapel 3 bereitgestellt wird, durch eine Schleife bestehend aus einem Lüfter 6, einem Befeuchter 7, dem Stapel 3, einem Luftbefeuchter 7 und einem Luftausstoß (in dieser Reihenfolge) bereitzustellen und auszustoßen, was in dem Luftversorgungssystem des Brennstoffzellenfahrzeugs durchgeführt wird (siehe 1).
  • 1 ist eine Konfigurationsansicht, welche eine Luftversorgungsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs, welche einen Kühlwassererhitzer nutzt, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Bezugnehmend auf 1 ist ein Bypassflusspfad 11 geformt, so dass er von einer ersten Luftversorgungsleitung 10 abzweigt, welche zwischen dem Lüfter 6 und dem Befeuchter 7 angeordnet ist, wobei durch den Bypassflusspfad 11 Luft ausgestoßen wird von dem Lüfter 6 zu dem Stapel 3, ohne durch den Befeuchter 7 zu zirkulieren (das heißt unter Umgehung des Befeuchters 7).
  • Der Bypassflusspfad 11 ist ausgebildet, um an einen Ausgang des Stapels 3 und an einen Durchfluss durch den Kühlwassererhitzer 2 angeschlossen zu werden.
  • In anderen Worten ist ein Ende des Bypassflusspfades 11 mit der ersten Luftversorgungsleitung 10 zwischen dem Lüfter 6 und dem Befeuchter 7 gekoppelt und das andere Ende des Bypassflusspfades 11 ist mit einer zweiten Luftversorgungsleitung 12 gekoppelt, welche zwischen dem Befeuchter 7 und dem Stapel 3 angeordnet ist.
  • In diesem Zustand ist ein Luftflusssteuerventil 13 zum Steuern der Flussrichtung von Luft, welche von dem Lüfter 6 ausgestoßen wird, zwischen den Bypassflusspfad 11 und die erste Luftversorgungsleitung 10 gekoppelt.
  • Das Luftflusssteuerventil 13 ist bevorzugt ein Dreirichtungsventil, welches zwischen den Bypassflusspfad 11 und die erste Luftversorgungsleitung 10 ankoppelt. Das Luftflusssteuerventil 13 leitet den Fluss der Luft, welche von dem Lüfter 6 ausgestoßen wird, zu dem Befeuchter 7 oder in den Bypassflusspfad 11.
  • Die Luft, welche durch das Luftflusssteuerventil 13 in den Bypassflusspfad 11 gelenkt wird, wird erhitzt, während sie durch den Kühlwassererhitzer 2 läuft, und dann dem Stapel 3 bereitgestellt. Das Luftflusssteuerventil 13 kann durch einen Aktuator, eine Steuerung oder dergleichen gesteuert werden, welche den Betrieb des Ventils steuern.
  • Bezugnehmend auf 2 und 3 ist der Kühlwassererhitzer 2 ausgebildet, einen Heizerkörper 20 aufzuweisen, um einen Fluss von Kühlwasser in dem Brennstoffzellenstapel 3 unter Zirkulation einer Kühlwasserleitung zu ermöglichen, und ist ausgebildet, eine Vielzahl von Heizelementen 21 aufzuweisen, welche in den Heizerkörper 20 eingebaut sind, um das Kühlwasser zu heizen, welches in den Heizerkörper 20 fließt.
  • Das Heizelement 21 kann in der Form eines geraden Rohres mit einem ringförmigen Teil ausgebildet sein, welcher einen Luftflusspfad 21a, welcher dadurch geformt wird, umgibt.
  • In diesem Zustand ist das Heizelement 21 angeordnet, um sich in einer lateralen Richtung in dem Heizerkörper 20 zu erstrecken und beide Enden des Heizelements 21 sind entsprechend an einer linken und einer rechten Fläche des Heizerkörpers 20 angeordnet. Das Heizelement 21 ist integral mit dem Bypassflusspfad 11 gekoppelt, so dass Luft zwischen dem Luftflusspfad 21 in die Heizelemente 21 und den Bypassflusspfad 11 fließen kann.
  • Die Richtung des Luftflusses in dem Luftflusspfad 21a in dem Heizelement 21 und die Richtung des Kühlwassers, welches in dem Heizerkörper 21 fließt, weisen einen rechten Winkel zueinander auf.
  • In diesem Zustand fließt das Kühlwasser in den Heizerkörper 20 und wird aufgrund der Hitzeerzeugung des Heizelements 21 erhitzt, während es auf die Außenseite des Heizelements 21 fließt. Dies ermöglicht es, dem Heizer 2 auch dann zu arbeiten, wenn der Fluss des Kühlwassers gestoppt wird, zum Beispiel wenn der Betrieb der Kühlwasserpumpe 1 gestoppt ist. Wenn der Betrieb der Kühlwasserpumpe 1 gestoppt ist, resultiert das Kühlen des Heizers 2 aus dem Kühlen, welches durch die natürliche Konvektion des Kühlwassers hervorgerufen wird und das Kühlen, welches durch die Zirkulation der Luft, welche in dem Luftflusspfad 21a innerhalb des Kühlelements 21 fließt.
  • Zum Beispiel kann das Heizelement 21 ein Isolator sein, welcher Hitze durch einen elektrischen Widerstand erzeugt und die Oberfläche des Heizelements 21 kann ausgebildet sein, wasserdicht zu sein. Der Heizerkörper 20 hat einen Kühlwassereingang, um es dem Kühlwasser zu ermöglichen, darin zu fließen, und hat einen Kühlwasserausgang, um es dem Kühlwasser zu ermöglichen, daraus ausgestoßen zu werden. Der Kühlwassereingang und der Kühlwasserausgang sind entsprechend an der jeweiligen Front oder Rückoberfläche des Heizerkörpers 20 ausgebildet. Zum Beispiel kann eine Komponente zum Verhindern von Bewegung das Heizelement 21 aufgrund des Flusses des Kühlwassers, etc., und zum Unterstützen des Heizelements 21 in den Heizerkörper 20 integriert werden.
  • Im Folgenden wird der Fluss von Luft in der Luftversorgungseinrichtung entsprechend einer Betriebsbedingung des Brennstoffzellenfahrzeugs beschrieben.
  • Zuerst, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug mit normaler Leistung gefahren wird, schließt das Luftflusssteuerventil 13 den Bypassflusspfad 11 und öffnet die erste Luftversorgungsleitung 10, so dass der Fluss der Luft (siehe 1 von 1) in Richtung des Befeuchters 7 gebildet wird.
  • In diesem Zustand, in welchem die Temperatur der Luft in dem Lüfter 6 erhöht wird, wird die Luft befeuchtet, indem sie durch den Befeuchter 7 fließt, und dann dem Stapel 3 bereitgestellt.
  • Als Nächstes, beim Kaltstart und regenerativen Bremsen des Brennstoffzellenfahrzeugs oder bei einem CSD und einem allgemeinen Abschalten des Brennstoffzellenfahrzeugs, öffnet das Luftflusssteuerventil 13 den Bypassflusspfad 11 und schließt die erste Luftversorgungsleitung 10, so dass der Luftfluss (siehe 2 in 1) in Richtung des Kühlwassererhitzers 2 ausgebildet wird.
  • In diesem Zustand wird die Luft, deren Temperatur in dem Lüfter 6 erhöht wird, erhitzt, während sie durch das Innere des Heizelements 21 des Kühlwassererhitzers 2 fließt, so dass die Temperatur der Luft erneut erhöht wird. Die Luft wird durch den Lüfter 6 und den Kühlwassererhitzer zwei Mal erhöht und erwärmt sich schnell im Inneren des Stapels 3 zu einer geeigneten Zeit, zum Beispiel bei einem Kaltstart oder CSD und einem allgemeinen Abschalten des Brennstoffzellenfahrzeugs.
  • Als Ergebnis werden die Temperatur des Kühlwassers und die Temperatur der Luft bei einem Kaltstart gleichzeitig erhöht, so dass die Zeit für den Kaltstart des Brennstoffzellenfahrzeugs reduziert werden kann. Ferner kann Feuchtigkeit innerhalb des Stapels effektiv beseitigt werden durch die Hochtemperaturluft, deren Temperatur zwei Mal bei einem CSD und allgemeinen Abschalten des Brennstoffzellenfahrzeugs erhöht wird.
  • Zusätzlich kann der Kühlwassererhitzer 2 durch das Kühlen, welches durch die natürliche Konvektion des Kühlwassers hervorgerufen wird, und das Kühlen, welches durch die Zirkulation von Luft, welche durch den Luftflusspfad 21a innerhalb des Heizelements 21 fließt, hervorgerufen wird, gekühlt werden, ohne bewusst Kühlwasser unter Verwendung der Kühlwasserpumpe 1 beim regenerativen Bremsen des Brennstoffzellenfahrzeugs zu zirkulieren.
  • Die Erfindung wurde im Detail mit Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen und dergleichen beschrieben. Jedoch versteht der Fachmann, dass Änderungen an diesen Ausführungsformen gemacht werden können, ohne von den Prinzipien und dem Gedanken der Erfindung abzuweichen, deren Geltungsbereich durch die angehängten Ansprüche und deren Äquivalente bestimmt werden.

Claims (8)

  1. Eine Luftversorgungseinrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug, welche einen Kühlwassererhitzer verwendet, aufweisend: einen Bypassflusspfad, welcher ausgebildet ist, von einer ersten Luftversorgungsleitung, welche zwischen einem Lüfter zum Bereitstellen von Luft an einen Brennstoffzellenstapel und einen Befeuchter zum Befeuchten der Luft für den Brennstoffzellenstapel angeordnet ist, abzweigt, und wobei der Bypassflusspfad ermöglicht, dass Luft, welche von dem Lüfter ausgestoßen wird, durch den Kühlwassererhitzer unter Umgehung des Befeuchters läuft, und dann dem Stapel bereitgestellt werden kann.
  2. Die Luftversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei an der ersten Luftversorgungsleitung ein Luftflusssteuerventil zum Verbinden zwischen dem Bypassflusspfad und die erste Luftversorgungsleitung bereitgestellt wird, und wobei das Luftsteuerventil eine Flussrichtung der Luft, welche von dem Lüfter ausgestoßen wird, steuert.
  3. Die Luftversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei das Luftflusssteuerventil den Bypassflusspfad schließt und die erste Luftversorgungsleitung öffnet, so dass die Luft, welche von dem Lüfter ausgestoßen wird, durch den Befeuchter in den Stapel fließt, oder wobei das Luftflusssteuerventil den Bypassflusspfad öffnet und die erste Luftversorgungsleitung schließt, so dass die Luft, welche von dem Lüfter ausgestoßen wird, durch den Kühlwassererhitzer unter Umgehung des Befeuchters in den Stapel fließt.
  4. Die Luftversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei, bei einem Kaltstart des Brennstoffzellenfahrzeugs, das Luftflusssteuerventil den Bypassflusspfad öffnet und die erste Luftversorgungsleitung schließt, so dass die Luft, deren Temperatur erhöht wird, indem sie von dem Lüfter ausgestoßen wird, in den Stapel durch den Kühlwassererhitzer unter Umgehung des Befeuchters fließt.
  5. Die Luftversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei, bei einem kalten Abschalten ,CSD, oder einem Abschalten des Brennstoffzellenfahrzeugs, das Luftflusssteuerventil den Bypassflusspfad öffnet und die erste Luftversorgungsleitung schließt, so dass die Luft, deren Temperatur durch das Ausgestoßen-werden von dem Lüfter erhöht wird, in den Stapel durch den Kühlwassererhitzer unter Umgehung des Befeuchters fließt.
  6. Die Luftversorgungseinrichtung des Anspruchs 1, wobei der Bypassflusspfad dem Stapel die Luft, welche von dem Lüfter ausgestoßen wird, unter Umgehung durch den Kühlwassererhitzer, durch eine zweite Luftversorgungsleitung bereitstellt, welche zwischen dem Befeuchter und dem Stapel angeschlossen ist.
  7. Die Luftversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kühlwassererhitzer Kühlwasser erhitzt, welches dem Stapel bereitgestellt wird, und wobei der Kühlwassererhitzer einen Heizerkörper aufweist, durch welchen das Kühlwasser fließt, und mindestens ein Heizelement aufweist, welches in den Heizerkörper eingebaut ist, um das Kühlwasser, welches in den Heizerkörper fließt, zu erhitzen, und wobei ein Luftflusspfad, welcher mit dem Bypassflusspfad gekoppelt ist, innerhalb des Heizelements ausgebildet ist.
  8. Ein Verfahren zum Reduzieren der Kaltstartzeit eines Brennstoffzellenfahrzeugs, aufweisend die Schritte: Bereitstellen einer Luftversorgungseinrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs, welche einen Kühlwassererhitzer verwendet; Bilden eines Bypassflusspfades der Luftversorgungseinrichtung, welcher von einer ersten Luftversorgungslinie abzweigt, welche zwischen einem Lüfter zum Bereitstellen von Luft an einen Brennstoffzellenstapel und einen Befeuchter zum Befeuchten der Luft für den Stapel angeschlossen ist, und Ermöglichen für Luft, welche von dem Lüfter ausgestoßen wird, durch den Kühlwassererhitzer der Luftversorgungseinrichtung zu fließen unter Umgehung des Befeuchters, und Ermöglichen, dass die Luft dann dem Stapel bereitgestellt wird.
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