CN107867267A - 用于以燃料供应具有燃料电池的机动车的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于以燃料供应具有燃料电池(2)的机动车(3)的设备，其包括用于产生氢的产生装置(5)、用于以所产生的氢填充可更换的氢存储器(10a,10b,10c,10d)的填充装置(9)以及用于将排空的氢存储器(10a,10b,10c,10d)从机动车的容纳装置(11)中自动卸载以及用于以经填充的氢存储器(10a,10b,10c,10d)装载容纳装置(11)的装载和卸载装置(12)。

Description

用于以燃料供应具有燃料电池的机动车的设备

技术领域

本发明涉及一种用于以燃料供应具有燃料电池的机动车的设备。

背景技术

一种备选的用于运行机动车的可行性方案是在其中氢形式的燃料被用于产生电能的燃料电池的使用。为此，在机动车侧设置有相应的氢存储器，从其中取出所需要的氢。该氢存储器可在相应的加油站(Tankstelle)处被再注满(nachfüllen)，如这由常见的化石燃料或用于电动蓄能器的充电已知的那样。这样的氢-加油站然而不太普及，这也就是说仅存在不足的用于供应这样的具有燃料电池的机动车的基础设施，这不利地影响了这样的机动车的可接受性。

由GB 2 396 851 A已知一种使得在机动车侧安装的可更换的氢存储器的自动更换成为可能的设备。为此，排空的氢存储器由机动车中被取出，而经填充的氢存储器被插入，从而使得车辆被再次“加满”。为此设置有合适的装载和卸载装置，其中，氢存储器由存储器仓库被取出，在存储器仓库中氢存储器被充满地安放。

发明内容

本发明基于如下问题，即，说明一种用于以燃料供应具有燃料电池的机动车的设备，其以简单的方式允许供应且尤其在终端客户或者用户侧可用。

为了解决该问题，根据本发明设置有一种用于以燃料供应具有燃料电池的机动车的设备，包括用于产生氢的产生装置、用于以所产生的氢填充可更换的氢存储器的填充装置以及用于将排空的氢存储器从机动车的容纳设备中自动卸载以及用于以经填充的氢存储器装载容纳设备的装载和卸载装置。

根据本发明的设备是自给自足的系统。根据本发明，经由产生装置在现场产生氢，这也就是说燃料直接在装载和卸载过程的位置处产生。因此不是必要的是，如在加油站的情形中常见的那样将氢预留在时常经由储罐车被填充的较大的存储器中。而是在现场产生氢，这优选自然以电解途径实现。这尤其地使得如下对于终端消费者或者车辆拥有者自身而言有吸引力，即，将这样的设备设置在家庭区域中，其后他因而完全不依赖于可能的在其周围环境中所需要的用于“加油”的基础设施。因为一方面在家庭区域中自然设置有电流接口(Stromanschluss)，其使得电解的氢产生成为可能。另一方面设置水接口，其提供对于氢产生而言需要的水以使用。

此外设置有填充装置，其使得以在现场所产生的氢填充可更换的氢存储器成为可能。这也就是说，在家庭区域中同样设置有氢存储器的自动的再填充(Wiederbefullung)，从而当应实现再加满时，可更换的氢存储器已可供使用或可以以非常短暂的方式填充产生的氢。

此外设置有自动的装载和卸载装置，其使得自动的存储器更换成为可能。装载和卸载装置使得排空的氢存储器从机动车侧的容纳设备中的自动卸载以及经填充的氢存储器到容纳设备中的自动装载成为可能。这也就是说，用户自己绝对无须进行手动作业，即既不用于填充氢存储器也不用于存储器更换。

这样的描述为本身封闭工作的系统的设备可容易地被安装在家庭区域中，例如在机动车通常停放的车库或车棚的区域中。对于用户而言，这提供了如下可能性，即，可在家自动进行所有所需要的操作，由氢的自动产生开始、经过氢存储器的自动填充直至自动的装载和卸载。仅必要的是，他将他的机动车带到设备或者说装载和卸载装置的作用区域中，紧接着相应的作业(只要尚未实现)自动地进行。

产生设备自身优选关联有用于暂存所产生的氢的存储器，氢可从该存储器中经由填充装置取出。产生装置于是可产生一定的氢量作为存储在暂存器中的储备量。如果实现存储器更换，则被取出的排空的氢存储器可经由填充装置被立即填充，因为足够的氢量已可供使用，其无须先经由产生装置被生产。这也就是说，被取出的存储器因此可被直接再次填充且可被再次插入到机动车中的容纳设备中。备选地自然是可能的是，已存在经事先填充的、被使用于针对更换被取出的排空的氢存储器的氢存储器，从而使得该更换还可更快地进行，因为由暂存器的再填充可在实现更换之后在任意的之后的时刻才实现。

原则上自然还可想象的是，只有当需要时、即当氢存储器待填充时才借助于产生装置产生氢。即如果被再次插入的氢存储器应被取出，则氢被产生且经由填充装置被直接带到氢存储器中。随着填充的结束，氢存储器然后可被再次插入。

如果该设备包括多个氢存储器，其中，氢存储器中的一个或多个始终被预留在设备侧，则该经预留的氢存储器同样可在之后的时刻被填充以“新鲜”产生的氢。

可想象的是，借助于填充装置同时填充多个氢存储器。这尤其适宜的是，机动车侧设置有两个或多个这样的氢存储器时。这些也可被称作料盒(Kartuschen)的氢存储器于是必要时实施成略小于当仅一个较大的氢存储器被安装在车辆侧时的。例如可想象的是，这样的单个氢存储器或这样的料盒在经填充的状态中应不超出10kg的重量或者设计成，被存储在其中的氢应足够用于大约200km的有效距离。

此外可设置成，经由容纳设备的装载和卸载装置刚被取出的氢存储器经由该装载和卸载装置被直接带到填充位置中，这也就是说该填充位置在某种程度上与其插入位置(Einsetzposition)(来自该插入位置的氢存储器当其被填满时被再次插入)相符。然而适宜的是，装载和卸载装置具有用于将经填充的氢存储器移动到用于装载容纳装置的插入位置中且用于将经取出的氢存储器移动到用于填充氢的填充位置中的移动设备。氢存储器于是可经由移动设备被带到确定的位置中，在其处其被进一步“处理”。这尤其实现了，当在设备侧已预留一个或多个经填充的氢存储器时，其快速且容易地移动到插入位置中或者说将经取出的氢存储器以相反的方式带到填充位置中。由此，相应的更换可非常快速地进行。

就此而言适宜的是，装载和卸载装置构造成用于将至少两个或多个排空的氢存储器从机动车侧的容纳装置中同时卸载且/或用于将至少两个或多个经填充的氢存储器同时插入到机动车侧的容纳装置中。于是例如两个空的氢存储器可被同时取出且经由移动设备被带到填充位置中，据此两个经填充的氢存储器经由移动设备被同时带到插入位置中且借助于装载和卸载装置可同时在车辆侧被再次插入。

本发明的一种特别适宜的改进方案此外设置有光伏装置，其中，电解产生氢的产生装置可经由光伏产生的电流来运行。该发明设计方案使得(在电解所必要的电流同样经由光伏装置被自给自足地产生之后)该设备还独立于外部的或者说基础设施方面的实际情况。许多家庭在此期间具有自己的产生太阳能电流的光伏设备(Photovoltaikeinrichtung)。该太阳能电流可被用于氢产生。太阳能电流可例如被暂存在通常无论如何存在的合适的电流存储器中，从而使得产生装置在需要时始终可经由太阳能电流被运行。

产生装置、填充装置以及装载和卸载装置优选可由机动车驶越地被安装在建筑物、优选车库、例如然而还有车棚的地面中。这使得简单的在家庭方面所给定的集成成为可能且允许容易的应用。仅必要的是，驾驶员将机动车行驶到该设备上，其后可实现自动的更换。甚至可想象的是，当车辆被设计用于至少部分自动的行驶运行时，机动车也自动地驶越该设备，且当车辆辩认出更换是必要的时候进行更换。

为了当机动车在其工作区域中(这可经由合适的鉴定传感装置在设备侧被辩认出)使该设备不自动地而是仅当这还是在实际中是必要的且是期望的时候才开始更换氢存储器，本发明的一种适宜的改进方案设置有包括至少一个接收设备的用于接收由机动车发送的关于更换至少一个氢存储器的请求信号(Anforderungssignal)的通讯设备，其中，至少装载和卸载装置的运行、必要时同样地填充装置和/或产生装置的运行可取决于请求信号被控制。机动车当其例如驶越该设备时便自动地发送请求信号，其例如告知当前的氢水平，紧接着在设备方面确定是否更换是必要的或不必要。备选地，要求更换的更换信号同样可被直接发送。不取决于该请求信号此时是哪些内容，取决于该请求信号实现装载和卸载装置的运行的控制，尤其只要已存在一个或多个经填充的氢存储器时。如果该氢存储器尚待填充或所需要的氢尚待产生，则此外同样可取决于该请求信号控制填充装置和/或产生装置的运行。

这也就是说，仅当存储器更换同样在实际中是必要的且由机动车自身授权时才实现存储器更换。

例如可纯机械地或液压地或类似地工作的装载和卸载装置以机械方式与机动车集成在一起。为此，装载和卸载装置具有相应的工具，其可抓住氢存储器和可解开氢存储器关于在机动车处的容纳装置的可能可解连接。这取决于，机动车布置在围绕装载和卸载装置的确定的工作范围中，因此即机动车关于装载和卸载装置被正确地定位。为了确保这点，该设备优选包括用于鉴定机动车相对于装载和卸载装置的位置的鉴定设备。该鉴定设备包括一个或多个确定机动车位置的传感器或摄像机或类似物。根据机动车的经鉴定的位置如何，不同地设计该运行。如果经鉴定的位置是正确的，则可直接、如有可能在鉴定出相应的请求信号之后执行更换运行。正确的位置可例如经由显示设备被视觉或听觉告知驾驶员，从而使得该驾驶员确定机动车被正确地定位。然而如果定位鉴定得出，机动车不正确地定位，则定位修正是必要的。同样地，该信息可以以合适的方式在视觉或者听觉上告知驾驶员，从而他可进行修正，其中，该信息同样可包含该修正应看起来如何。

在该信息显示的情况中，可使用布置在车辆外部的显示装置，例如监视器，其例如可被安在车库侧。备选地同样可利用处在机动车自身中的显示装置、通常被安装在该处的用于输出通常的车辆特定的信息的监视器，其中，在该情况中信息经由该或一包括发送设备的通讯设备被传递到车辆侧的接收设备处。此处于是实现在被安装在车库侧的设备与车辆自身之间的通讯。驾驶员然后查看在其处在车辆中的显示器，车辆是否被正确定位，或需要到何种程度且如何可能的修正。

备选于信息经由相应的显示装置(该信息输出在该情况中指向到驾驶员处)的输出，可想象的是，经由该或一包括发送设备的通讯设备取决于位置鉴定将关于机动车的定位的信息输出到至少部分自动行驶的机动车处。此处假设，机动车或部分自动或全自动地占据在该设备上的位置，因此于是自动地“行驶至加油站”。在此同样实现位置鉴定，其中，设备和机动车彼此通讯，从而使得设备在某种程度上将机动车正确地控制到装载和卸载位置中。这也就是说，在某种程度上控制信号作为信息被传递，基于其然后车辆至少部分自动地占据该位置或者修正可能错误的位置。

附图说明

本发明的另外的优点和细节由在下面所描述的实施例以及借助附图得出。其中：

图1 显示了带有处在其工作区域中的机动车的根据本发明的设备的原理图示，

图2-9 显示了用于说明根据第一种实施形式的用于更换氢存储器的设备的运行的不同的原理图示，且

图10-14 显示了用于说明根据第二种实施形式的用于更换氢存储器的设备的运行的原理图示。

具体实施方式

图1显示了用于供应具有燃料电池2的机动车3的根据本发明的设备1。设备1以其下面所探讨的中心的部件被放入(因此即安装)到例如车库的地面4中，从而使得机动车3可驶越设备1。

设备1包括用于氢的电解产生的产生装置5。对此必要的水经由导管6由房屋水接口7提供使用。

用于运行电解式产生设备5的所需要的电流经由房屋侧存在的光伏设备8来提供，经由其可产生自给自足的太阳能电流。该电流必要时可经由未进一步所显示的暂存器被缓存且在需要时提供产生装置5使用。

此外，设备1包括填充设备9，其用于以所产生的氢填充可更换的、排空的氢存储器。在所显示的例子中，在该系统内设置有总共四个氢存储器，在图1中所显示的初始情况中被填充(如通过虚线示出的那样)且处在设备侧的10a,10b以及两个在机动车3中布置在相应的容纳装置11处的氢存储器10c,10d。

氢存储器10a-d(对此下面还将进行探讨)被相应地移动且更换。

填充装置9可填充事先被排空的氢存储器(在所显示中在填充位置处的氢存储器10a和10b)。在所显示的例子中，填充位置被固定地预先给定。

此外设置有装载和卸载装置12，包括借助于其(对此下面还将进行探讨)可移动经填充和排空的氢存储器10a-d的移动设备13。

此外，设备1包括控制设备14、其例如控制产生装置5、填充装置9以及装载和卸载装置12以及其移动装置13的运行。此外，控制设备14关联有传感器设备15，经由其可鉴定机动车3相对于设备1的位置，因此即是否机动车3占据相对于设备1或者尤其装载和卸载装置12的正确的相对位置。

此外，控制设备14关联有通讯设备16，其使得与设置在机动车侧的相应的通讯设备17通讯成为可能。经由通讯设备17或者其发送设备，相应的请求信号可被发送到通讯设备16或者说其接收设备处，即在处在上方的机动车3方面的氢存储器更换是必要的。

经由通讯设备16，此外关于机动车3相对于设备1或者装载和卸载装置12的正确或不正确的定位方面的信息同样可被传递到通讯设备17处。该信息可例如在未进一步显示的车辆中的显示屏处或经由同样未进一步显示的机动车外部的显示设备(必要时与关于位置修正的信息相联系)示出给驾驶员。如果机动车3是至少部分自动行驶的车辆，则这些信息可包括控制信号，基于该控制信号机动车3然后可自动行驶到正确的位置中。

由图1出发，图2-9显示了用于说明更换过程的流程的不同图示，其中，设备1仅剖面地示出。

根据图1，在装载和卸载装置12上方处的机动车3在如在传感器设备15方面被鉴定的已经正确的位置中。通讯设备17将请求信号发送到通讯设备16处，紧接着控制设备14初始化运行。

在机动车3的方面，首先封盖设备18被打开，从而使得排空的氢存储器10c,10d露出且可经由装载和卸载装置12借助于合适的装载和取出机构(例如带有相应的工具或类似物的合适的磁鼓(Zylinder))被抓住。

如果封盖设备18被打开，则经由装载和卸载装置12将两个氢存储器10c,10d从其容纳装置11中解开且向下移动到移动设备13的容纳部b和d中(移动设备包括总共五个容纳部a,b,c,d,e)且被容纳在该处，如在图2中示出的那样。如果因此位置a和e相应地以经填充的氢存储器10a,10b占据以及位置b和d相应地以排空的氢存储器10c,10d占据，那么中间的位置c未被占据。

在下一步骤(参见图3)中，两个氢存储器10d和10b在移动设备13上被移动。氢存储器被向左移动，直至到在图4中所显示的位置中，在其中排空的氢存储器10d布置在位置c处而经填充的氢存储器10b布置在位置d处。另两个氢存储器10a和10c保持在其目前的位置a和b上。

在位置b和d直接处在两个容纳设备11下方之后，此时如在图4中所显示的那样，经填充的氢存储器10b可借助于装载和卸载装置12被插入到右侧的容纳装置11中。该情况在图5中示出。这也就是说，第一经填充的氢存储器10b在机动车侧被使用。

如图5显示的那样，然后两个排空的氢存储器10c,10d在移动设备13上被向右移动，直至其占据在图6中所显示的位置。氢存储器10c处在位置c处，氢存储器10d处在位置e处。

在下一步骤中，经填充的第二个氢存储器10a(如通过箭头示出的那样)由其位置a被移动到位置b中，参见图7。在该位置中，氢存储器10a处在装载位置中，因为位置b同样直接处在机动车3的第二容纳设备11下方。然后参见图7，经填充的氢存储器10a被向上移动且被插入到容纳装置11中。该情况在图8中被显示，在其中显而易见两个经填充的氢存储器10a,10b被容纳在机动车的容纳位置11中。然后，实际上的更换过程结束，封盖装置18被再次封闭，机动车被“加满”且在理论上可继续行驶。

由于此时在设备1中存在两个排空、待再次填充的氢存储器10c,10d，在设备1方面的运行然而还继续下去。

为了该目的，由图8出发处在位置c处的氢存储器10c被向左移动到位置a中。在该位置中，其在图9中示出，氢存储器10c处在填充位置中。氢存储器10d在位置e处已处在填充位置中。如已描述的那样，位置a和e在移动设备13方面是定义了填充位置的位置，此处排空的氢存储器10c,10d可再次填充在产生设备5的方面所产生的氢，随着占据填充位置开始填充过程。氢可从其中可暂存所产生的氢的氢存储器19中抽出。

由图9出发，然后被重新填充的氢存储器(在该情况中氢存储器10c和10d)处在图1中所显示的基础位置中，当机动车3驶越设备1时，新的更换运行可以以上面所描述的方式实现。

图10-14以仅显示氢存储器的不同位置的原理图示形式显示了备选的装载图。示出了带有排空的氢存储器10c,10d的两个容纳设备11以及作为装载和卸载设备12的部分的移动设备13，其中，此处仅设置有四个位置a,b,c和d。在位置c和d上存在经填充的氢存储器10a,10b。

如果此时在鉴定出经正确定位的机动车3之后进行更换操作，则由图10出发借助于装载和卸载设备12首先两个排空的氢存储器10c,10d被从容纳装置12中解开且被取出且被容纳在移动设备13的位置a和b上。

然后参见图11移动设备13沿着箭头向左移动，所有位置a-d移动。该移动一直实现，直至经填充的氢存储器10a,10b在容纳装置11下方的装载位置中。然后如在图12中通过箭头示出的那样，两个氢存储器10a,10b经由装载和卸载装置12被提升且被插入到容纳装置11中。机动车因此被装载，事实上的存储器更换因此结束。该情况在图13中示出。

由图13出发然后如通过箭头示出的那样，移动设备13再次向右行驶到在图14中所显示的位置中，在其中排空的氢存储器10c,10d在填充位置中。填充装置9此时驶向该填充位置并填充氢存储器10c,10d。在该发明备选方案的情形中，因此存在填充位置的变换。由图10出发氢存储器10a,10b在位置c和d中被填充，在更换之后紧接着的氢存储器10c,10d在位置a,b中被填充。

如果由图14出发应进行新的更换，则移动设备13将首先向左行驶，直至位置c和d在接下来待取出的氢存储器的下方，紧接着这些氢存储器被取出。该运行然后在某种程度上相反于在图10-14中所描述的运行而进行，这也就是说在该接下来的循环中这些运动方向是反向的。再接下来的循环与在附图中所显示的所显示的流程图相符。

Claims (12)

1.一种用于以燃料供应具有燃料电池(2)的机动车(3)的设备，包括用于产生氢的产生装置(5)、用于以所产生的氢填充可更换的氢存储器(10a,10b,10c,10d)的填充装置(9)以及用于将排空的氢存储器(10a,10b,10c,10d)从所述机动车的容纳装置(11)中自动卸载以及用于以经填充的氢存储器(10a,10b,10c,10d)装载所述容纳装置(11)的装载和卸载装置(12)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述产生装置(5)关联有用于暂存所产生的氢的存储器(19)，所述氢可经由所述填充装置(9)被从所述存储器中取出。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，借助于所述填充装置(9)可同时填充多个氢存储器(10a,10b,10c,10d)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述装载和卸载装置(12)具有用于将经填充的氢存储器(10a,10b,10c,10d)移动到用于装载所述容纳装置(11)的插入位置中且用于将经取出的氢存储器(10a,10b,10c,10d)移动到用于填充氢的填充位置中的移动设备(13)。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述装载和卸载装置(12)构造成用于从车辆侧的所述容纳装置(11)中同时卸载至少两个排空的氢存储器(10a,10b,10c,10d)且/或构造成用于将两个经填充的氢存储器(10a,10b,10c,10d)同时插入到机动车侧的所述容纳装置(11)中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，设置有光伏设备(8)，其中，电解产生所述氢的产生装置(5)可经由光伏产生的电流来运行。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述产生装置(5)、所述填充装置(9)以及所述装载和卸载装置(12)被以所述机动车(3)可驶越的方式安装在建筑物的地面(4)中。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，包括至少一个接收设备的通讯设备(16)设置用于接收由所述机动车(3)所发送的关于至少一个氢存储器(10a,10b,10c,10d)的更换的请求信号，其中，至少所述装载和卸载装置(12)的运行、必要时同样地所述填充装置(9)和/或所述产生装置(5)的运行可取决于所述请求信号来控制。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，鉴定设备(15)设置用于鉴定所述机动车(3)相对于所述装载和卸载装置(12)的位置。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，关于所述机动车(3)的定位的信息可经由至少一个显示装置被发出。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述显示装置布置在车辆外部，或所述显示装置布置在所述机动车(3)中且所述信息可经由所述或一包括发送设备的通讯设备(16)被传递到车辆侧的接收设备(17)处。

12.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，经由所述或一包括发送设备的通讯设备(16)将关于所述机动车(3)的定位的信息可以以取决于所述位置鉴定的方式发出到至少部分自动行驶的机动车(3)处。