CN1909323B - 可重复充电的电能存储器的充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于可重复充电的电能存储器的充电装置,该电能存储器给内燃机驱动的汽车的车载供电系统进行供给。本发明的特征在于:所述充电装置包括一个燃料电池,尤其是一种自加湿的、空气冷却的、无压力工作的燃料电池。
Description
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的可重复充电的电能存储器的充电装置。
背景技术
已知对于用内燃机驱动的汽车的车载供电系统使用可重复充电的电能存储器,例如铅-酸-蓄电池形式的汽车电池。另外已知这种可重复充电的电能存储器借助于一种可以在车载供电系统中使用的发电机在内燃机运转期间进行重新充电,从而其充电状态可以重新达到一般规定的工作电压,例如在汽车范围内为13V-15V。而在内燃机的停止状态期间,电能存储器用作所有可以连接在该车载供电系统上的用电器的电源。
由于舒适性部件的不断增加,特别是在汽车领域中的高级汽车中,这些舒适性部件中的许多部件即使在汽车停止期间也至少有时候工作,车载供电系统中的车载电压由于从电能存储器中获取能量而相应快速下降。但是在低于车载供电系统中的最低电压时,就不再能够用为内燃机所设置的电动启动器重新启动内燃机。也就是存在汽车在内燃机停止状态下由于非常高的静电流消耗引起电能存储器负荷升高而不能再行驶的危险。
虽然尝试通过使用能量管理来关闭尽可能多的舒适性部件而将静电流消耗保持尽可能低,但还是不能避免在较长的时间内电池放电到不能重新启动的程度。
发明内容
因此本发明的任务是提供一种用于改善以内燃机驱动的汽车的车载供电系统的车载电压在内燃机不工作的工作状态下的稳定性的措施。
该任务通过权利要求1所述的特征解决。在从属权利要求中给出了本发明的优选的和有利的改进方案。
相应地本发明涉及一种可重复充电的电能存储器的充电装置,该电能存储器用于给以内燃机驱动的汽车的车载供电系统进行供给,其中充电装置包括一个燃料电池。
在一种优选的实施方式中,燃料电池是自加湿、空气冷却、相对于环境大气压力基本上没有大的压力差地工作的燃料电池。由此可以实现一种非常简单的用于补偿以内燃机驱动的汽车中的静电流的燃料电池系统,该燃料电池系统除了成本低廉的系统结构还提供了尺寸较小并由此对汽车中的位置需求很小的优点。这种充电系统的另一个优点在于,可以取消到目前为止为降低静电流消耗所要求的能量管理系统。对于“静电流”这里应该理解为在内燃机停止状态期间消耗的电流。
为了只在要求保持车载供电系统中给定的工作电压时才起动燃料电池,该充电装置还可以包括一个车载电压监控机构。特别当该车载电压监控机构构造成简单的电压比较器形式时是特别有利的。由此在低于可以预设的阈值时、例如低于11.8V时例如与一个合适的控制器共同作用起动充电装置的燃料电池,从而将电流存储在车载供电系统中,并由此给可重复充电的电能存储器进行供给,从而在内燃机停止状态期间可以重新使用由用电器从电能存储器中获取的电能。
通过使用简单的电压比较器还可以省去昂贵的电子电路,这些电路例如对于确定电能存储器的剩余充电量或者工作状态识别是众所周知的,并且借助于这些电子电路也可以省去其它的组件,如功率电子装置、微控制器、DC/DC变压器和更多类似器件。为了保护充电装置,该充电装置还可以包括一个过压保护器,该过压保护器可以是一种简单的结构形式,例如可以是二极管的形式。
为了给燃料电池供给燃料,该充电装置还可以包括一个燃料储存器。例如该燃料储存器可以是一种压力箱或者金属-氢化物-储存器形式的氢储存器。当该燃料储存器是可替换单元时是特别有利的。例如这种可替换的储存器可以是压力筒(Druckkartusche)的形式,其例如对于奶油发泡器或者苏打水制备器是众所周知的。
当设置一个料位显示器和/或警示单元用于指示低于压力储存器的最低料位时也是尤其有利的,从而可以采取相应的措施来避免缺少燃料的充电装置失灵。
在另一种实施方式中,该充电装置可以包括一个电解器,该电解器在内燃机运转期间由发电机提供的电能产生氢,并重新充满氢储存器。
另外该充电装置可以包括一个影响流体流的阀,该阀或者直接通过电压比较器、或者也可以通过相应的控制器、例如用一个简单的开关晶体管操纵,并由此向燃料电池供给燃料。在此当充电装置另外还包括一个减压器时是尤其有利的,由此可以在需要的压力和体积情况下向燃料电池供给燃料。
附图说明
下面根据附图以及下面参考附图所作的说明来详细解释本发明。
附图示出:
图1示出了按本发明的用于可重复充电的电能存储器的充电装置的一种第一实施例,该电能存储器在内燃机停止状态期间给内燃机驱动的汽车的车载供电系统进行供给;
图2示出了一个图表,具有一族关于电流强度根据燃料电池的燃料供给和电能存储器的充电容量的特征曲线;
图3示出了充电装置的一种第二实施例。
具体实施方式
图1详细示出了用于可重复充电的电能存储器B的充电装置L,该电能存储器给内燃机驱动的汽车的车载供电系统进行供给。在本实施例中该充电装置L包括自加湿的燃料电池,该燃料电池在阴极区域中向外敞开,从而相对于环境大气压力基本上没有或者只有非常微小的压力差。例如可以通过设置在阴极区域前面的风机5引起微小的压力升高,该风机最好除了空气供给以用于发电之外还用于给燃料电池进行空气冷却,并且可以根据需要接通或者关闭。除了车载电压监控机构4还设置了一个燃料储存器2用于给燃料电池供给燃料,其中该车载电压监控机构在一种简单的实施方式中仅仅是电压比较器。另外该充电装置包括一个位于燃料储存器2和燃料电池1之间的管路中的阀3,该阀在一种优选的实施方式中尤其是节省位置空间地与减压器8一起构成,从而燃料电池1可以在按规定运行所必要的压力范围内运行。
为了给燃料电池1进行供给,当车载供电系统中的电压低于一个确定的阈值时,阀3就通过压力比较器3致动。在一种传统的汽车车载供电系统中,在内燃机停止状态下、也就是在同样存在于车载供电系统中的发电机G不工作的工作阶段中,电压在11.3V和12.8V之间。如果由于相应的静电流消耗而使可重新充电的电能存储器B的电压下降到低于一个阈值、例如11.8V时,则通过电压比较器4致动阀3,并且给燃料电池1供给燃料、例如氢,从而该燃料电池就产生电能,并输入车载供电系统中,并由此给电能存储器B重新充电。
根据图3,充电装置另外还配有一个二极管形式的过压保护器6,以便保护燃料电池防止不利的电压过高。另外图3示出了一个电解器7,该电解器在内燃机主动工作阶段期间产生氢,以便在必要时重新给燃料储存器2充满氢。
由此可以借助于一个小的简单的具有比较小的功率如大约1.5W至10W的燃料电池系统实现将车载电压保持在正常工作范围内,从而保证了所有连接到车载供电系统上的用电器、尤其内燃机的启动机构的可靠的功能。
燃料电池的输出电压取决于可燃气体的供给。在图2中与此相关地示出了具有一族曲线的图表,以便表明燃料电池燃用可燃气体的供给以及由此由其产生的充电电流(以安培为单位)和与蓄电池的充电容量的关系之间的相互关系。
箭头9表示蓄电池充电容量的上升,其中为了可视化根据虚线11示出了三种充电状态。下面的线表示蓄电池不允许的充电状态,在这种状态下可能不再能够起动内燃机。中间的线11表示最小必要充电状态,在该状态下可以起动内燃机。并且上面的线11相应表示已经改善的充电状态。
曲线族12示出了充电电流与燃料电池的氢供给以及蓄电池的充电容量的关系。燃料电池1供给氢越强,并且蓄电池的充电状态越低,那么当前产生的用特征曲线12表示的充电电流(以安培为单位)就越高,反之亦然。充电电流特征曲线的交零表示电压比较器的阈值。在该阈值之下触发燃料电池,并在高于该阈值时相应地关闭,从而蓄电池不会完全充电,而是充电到其可以可靠地满足其正常工作的最低要求。
Claims (8)
1.用于可重复充电的电能存储器(B)的充电装置,该电能存储器给内燃机驱动的汽车的车载供电系统进行供给,其特征在于:所述充电装置(L)包括一个燃料电池(1),在燃料电池(1)的阴极区域内设置了大致与环境大气压力相应的气体压力,其中,所述充电装置(L)包括一个车载电压监控机构(4),从而只在要求保持车载供电系统中给定的工作电压时才起动燃料电池,由此在低于能够预设的阈值时起动充电装置的燃料电池。
2.按权利要求1所述的充电装置,其特征在于:所述燃料电池(1)是自加湿的燃料电池。
3.按前述权利要求中任一项所述的充电装置,其特征在于:所述充电装置(L)包括一个过压保护器(6)。
4.按权利要求1所述的充电装置,其特征在于:所述充电装置(L)包括一个燃料储存器(2)。
5.按权利要求4所述的充电装置,其特征在于:所述燃料储存器(2)是可替换单元。
6.按权利要求1所述的充电装置,其特征在于:所述充电装置(L)包括一个电解器(7)。
7.按权利要求1所述的充电装置,其特征在于:所述充电装置(L)包括一个影响流体流的阀(3)。
8.按权利要求1所述的充电装置,其特征在于:所述充电装置(L)包括一个减压器(8)。
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