Kühlung

Kühlanlage allgemein

Das Thermomanagement des GLC F-CELL Typ 253 umfasst die Kühlung der Brennstoffzelle, die Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums und die Kühlung der Komponenten des Hochvolt-Bordnetzes. Die Kühlung des Brennstoffzellen-Systems und der Komponenten des Hochvolt-Bordnetzes erfolgt durch drei geschlossene, voneinander getrennte Kühlmittelkreisläufe:

 Hochtemperatur-Kreislauf

 Niedertemperatur-Kreislauf 1

 Niedertemperatur-Kreislauf 2

Der Hochtemperatur-Kühlkreislauf übernimmt die Kühlung aller an der kalten Verbrennung beteiligten Komponenten des Brennstoffzellen-Systems sowie die Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums. Die Vorlauftemperatur der Brennstoffzelle soll 68 °C betragen. Die Vorlauftemperatur liegt in einem Bereich von 50 °C bis 80 °C.

Der Niedertemperatur-Kreislauf 1 kühlt die elektrische Maschine und den DC/DC-Wandler, die PDU (Power Distribution Unit) und den Abluftturbolader des Brennstoffzellen-Systems.

Der Niedertemperatur-Kreislauf 2 kühlt die Hochvoltbatterie, den DC/DC-Wandler und das Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie.

Die Niedertemperatur-Kreisläufe haben jeweils eine und der Hochtemperatur-Kühlkreislauf zwei drehzahlregelbare Kühlmittelpumpen sowie diverse Regelventile.

Der Kühler des Hochtemperatur-Kreislaufs, die zwei Kühler der Niedertemperatur-Kreisläufe und der Kondensator sind in einem Kühlmodul mit Seitenkühlern integriert. Ein dahinter zentral angeordneter Lüftermotor (M4/7) belüftet das Kühlmodul. Der Lüftermotor und alle Kühlmittelpumpen werden vom Steuergerät Antriebsstrang (N127) über LIN angesteuert. Im Hochtemperatur-Kühlkreislauf schützt ein Partikelfilter die Brennstoffzelle vor Verunreinigungen (> 100 µm). Ein Ionentauscher sorgt für die Einhaltung einer geringen Leitfähigkeit (< 5 µS/cm) des Kühlmittels.

In den Kühlmittelkreisläufen kommen verschiedene Kühlmittel zum Einsatz. Während im Hochtemperatur-Kreislauf ein spezielles Kühlmittel vorgesehen ist, wird in den Niedertemperatur-Kreisläufen ein Standard Kühlmittel verwendet.

 Es darf nur speziell für Brennstoffzellen-Fahrzeuge geeignetes Kühlmittel verwendet werden. Das Nachfüllen von handelsüblichen Kühlmitteln oder Wasser führt zu irreparablen Schäden an der Brennstoffzelle.
Bitte beachten Sie die Hinweise Kühlmittel Brennstoffzelle: AH06.50-P-0001-01RFW

 Im Kombiinstrument (A1) werden umfangreiche Informationen zum Brennstoffzellen-System und Warnungen beim Unterschreiten der Füllstände angezeigt.

Hochtemperatur-Kühlkreislauf

Die Brennstoffzelle arbeitet in einem Temperaturbereich von ca. 80° C und wird deshalb von einem eigenen Hochtemperatur-Kühlkreislauf gekühlt. Die Funktion PreCon (Vorklimatisierung) ermöglicht die Vorwärmung der Brennstoffzelle. Eine Kaltstartfähigkeit ist bis -25° C möglich.

Der Hochtemperatur-Kühlkreislauf wird vom Steuergerät Antriebsstrang (N127) geregelt. Der Kühlmitteldruck im Kühlkreislauf ist temperaturabhängig und hängt zusätzlich von der Drehzahl der Kühlmittelpumpen Brennstoffzelle ab.

Die Temperatur des Hochtemperatur-Kühlkreislaufs wird über folgende Temperatursensoren erfasst:

 Temperatursensor 1 Kühlmittelkreislauf Hochtemperatur (B94/28)

 Temperatursensor Kathode Ausgang (B94/26)

 Temperatursensor Kathode Eingang (B94/27)

Der Kühlmittelstand im Ausgleichsbehälter des Hochtemperatur-Kühlkreislaufs wird vom Füllstandssensor Kühlmittel Hochtemperaturkreislauf (S41/1) erfasst.

P20.00-2684-79

Niedertemperatur-Kreislauf 1

Der Niedertemperatur-Kreislauf 1 kühlt die elektrische Maschine und den DC/DC-Wandler, die PDU (Power Distribution Unit) und den Abluftturbolader des Brennstoffzellen-Systems.

Der Niedertemperatur-Kreislauf 1 wird vom Steuergerät Antriebsstrang geregelt. Es wertet die Daten des Temperatursensors Kühlmittelkreislauf Niedertemperatur 2 aus und steuert bei Bedarf die Kühlmittelpumpe elektrische Maschine hinten an.

 Die Leistungselektronik wird auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen immer mit einem Mindestkühlmittelvolumenstrom (in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur) durchströmt.

P20.00-2683-75

Niedertemperatur-Kreislauf 2

Der Niedertemperatur-Kreislauf 2 kühlt die Hochvoltbatterie, den DC/DC-Wandler und das Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie.

Der Niedertemperatur-Kreislauf 2 wird vom Steuergerät Antriebsstrang geregelt. Es wertet die Daten des Temperatursensors Kühlmittelkreislauf Niedertemperatur 2 aus und steuert bei Bedarf die Kühlmittelpumpe Hochvoltbatterie. Je nach Umgebungstemperatur wird die Abwärme der Hochvoltbatterie über den Kühler des Niedertemperatur­Kreislaufs 2 oder über den am Kältemittelkreislauf angeschlossenen Wärmetauscher abgeführt. Die Regelung des Niedertemperatur­Kreislaufs 2 erfolgt über die Ansteuerung des Umschaltventils Hochvoltbatterie­Kühlung.

Der Wärmetauscher kühlt das Kühlmittel durch das im Wärmetauscher eingespritzte und verdampfende Kältemittel ab. Das abgekühlte Kühlmittel steht anschließend dem Niedertemperatur­Kreislauf 2 zur Verfügung. Beim Aufladen der Hochvoltbatterie wird bei mittleren Temperaturen das Umschaltventil 2 Niedertemperatur­Kreislauf in Richtung Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie und Steuergerät DC/DC­Wandler geschaltet. Die Abwärme der Elektronik wird über den Kühler Niedertemperatur­Kreislauf 2 abgeführt.

Bei niedrigen Temperaturen der Hochvoltbatterie wird das Kühlmittel über den vom Expansionsventil Hochvoltbatterie­Kühlung abgesperrten Wärmetauscher geführt. In diesem Fall dient die Wärmekapazität der Hochvoltbatterie zur Kühlung der Elektronik des Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie und des Steuergeräts DC/DC­Wandler.

 Das Modul Energiemanagement im Steuergerät Antriebsstrang steuert den Energiefluss des Brennstoffzellen-Systems. Es ist, bezogen auf die elektrischen Größen, die Schnittstelle zu den Steuergeräten Batteriemanagementsystem, Leistungselektronik und zum elektrischen Kältemittelkompressor.

Wurde die Freigabe vom Energiemanagement erteilt, fordert das Steuergerät Antriebsstrang über den CAN­Verbund beim Steuergerät Klimatisierung (N22/1) die Ansteuerung des elektrischen Kältemittelkompressors an. Das Steuergerät Klimatisierung steuert daraufhin den elektrischen Kältemittelkompressor über den Klimasteuerungs­LIN 2 (LIN B8­2) an. Das Expansionsventil Hochvoltbatterie­Kühlung wird vom Steuergerät Batteriemanagementsystem geöffnet und das Kältemittel strömt durch den Wärmetauscher. Damit wird dem Niedertemperatur­Kreislauf 2 Wärmeenergie entzogen.

Die Kühlleistung ist maßgeblich von der Höhe der Ansteuerung des elektrischen Kältemittelkompressors abhängig. Im Leerlauf und während eines automatischen Motorstopps ist die Leistung des elektrischen Kältemittelkompressors auf maximal ca. 2 kW begrenzt. Bei sehr niedrigem Ladezustand der Hochvoltbatterie wird die Leistung des elektrischen Kältemittelkompressors bis 0 kW heruntergeregelt.

P20.00-2682-75

Überdruckschutz Funktion

Luft oder Wasserstoff können durch Undichtigkeiten im Brennstoffzellen-Stack, im Ladeluftkühler oder im Wasserstoffvorwärmer in den Kühlkreis gelangen. Der Gaseintrag wird über eine Entlüftungsleitung zum Ausgleichsbehälter Hochtemperatur-Kühlkreislauf abgeführt und über ein Überdruckventil definiert ins Freie geleitet. Das Ventil öffnet bei einem Überdruck > 0,8 bar. Das ausströmende Gas/Luftgemisch wird in den Motorraum abgeleitet.