DE10065303A1 - Kraftfahrzeug mit einem Elektromotorantrieb und einer Bordstromversorgung - Google Patents

Abstract

Für eine Bordstromversorgung können Brennstoffzellenmodule eingesetzt werden. Gemäß der Erfindung ist weiterhin eine Klimaanlage mit Kühlluft vorhanden, die einen Klimakompressor (25) umfasst, der von den vorhandenen elektrischen Mitteln versorgt wird. Die elektrischen Mittel können entweder der Hybridantrieb des Kraftfahrzeuges oder aber auch ein von einem vorhandenen Brennstoffzellenmodul angetriebener separater Elektromotor sein. Dafür eigenen sich insbesondere HT-PEM-Brennstoffzellen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotorantrieb und einer Bordstromversorgung, für die eine Brennstoffzellenanlage eingesetzt wird.

In Verbindung mit Kraftfahrzeugen sollen Brennstoffzellen­ anlagen zur Energieversorgung eines Elektromotors eingesetzt werden. Es ist bereits auch vorgeschlagen worden, bei Kraft­ fahrzeugen mit Verbrennungsmotor lediglich die Bordstrom­ versorgung über eine Brennstoffzellenanlage vorzunehmen. Dies kann alternativ oder ergänzend zur üblicherweise vorhandenen Lichtmaschine vorgesehen sein.

Für den Betrieb der Brennstoffzellen ist die Versorgung mit einem Brennstoff, beispielsweise mit Wasserstoff oder einem wasserstoffreichen Brenngas, einerseits und mit Luft anderer­ seits notwendig. Weiterhin sind auch üblicherweise Kühlmittel erforderlich.

Mit einer Brennstoffzellenanlage kann für das Kraftfahrzeuge elektrische Energie bereitgestellt werden.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, bei einem Kraftfahr­ zeug der eingangs genannten Art für geeignete Anwendungen der Energiebereitstellung zu sorgen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Mit der Erfindung ist speziell für Kraftfahrzeuge eine Klimaanlage mit Kühlluft geschaffen, deren Funktionsfähigkeit und Betrieb immer, d. h. unabhängig vom Laufen des KFZ- Antriebsmotors gewährleistet ist. Zur Erzeugung der Kühlluft umfasst die Klimaanlage einen Klimakompressor, der von einem elektrischen Antrieb versorgt wird. Mit diesem Antrieb des Kraftfahrzeuges ist der Klimakompressor über ein elektrisches Getriebe verschaltet.

Bei der Erfindung sind zur Erzeugung von klimatiserter Umluft, insbesondere Kühlluft, elektrische Mittel vorhanden. Vorteilhafterweise, aber nicht ausschließlich wird dazu eine Brennstoffzellenanlage eingesetzt, deren Verwendung in diesem Fall vom Motorantrieb unhängig ist. Der Antrieb des Kraft­ fahrzeuges kann dabei beispielsweise ein Hybridantrieb sein, d. h. es ist eine Wahlmöglichkeit zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor vorhanden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungs­ beispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Patentansprüchen. Es zeigen

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellenmodul und

Fig. 2 eine neuartige Konzipierung einer Klimaanlage für das Kraftfahrzeug gemäß Fig. 1.

In der Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug (KFZ) mit 1 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug hat einen Antrieb 3, der ein Elektromotor, aber auch ein Hybridantrieb aus Elektromotor und Verbren­ nungsmotor, sein kann. Speziell zur elektrischen Versorgung ist eine Brennstoffzellenanlage mit wenigstens einem Brenn­ stoffzellenmodul 10 vorhanden. Das Brennstoffzellenmodul 10 ist unter dem Boden 2 des KFZ 1 bzw. in einem von Zwischen­ boden 2' gebildeten freien Raum angeordnet. Angedeutet ist weiterhin ein Auspuff 8, aus dem bei Betrieb des Brennstoff­ zellenmoduls mit reinem Wasserstoff und Sauerstoff bzw. Luft das entstehende Prozesswasser, bei Verwendung von wassers­ toffreichen Gasen mit Nebenbestandteilen letztere entweichen können.

Kraftfahrzeuge haben in zunehmendem Maße Klimaanlagen als Standardausrüstung. Bei einer solchen Klimaanlage wird üblicherweise die Solltemperatur im Fahrgastraum 9 des KFZ vorgegeben und unter Berücksichtigung der aktuellen Ist­ temperatur im Fahrgastraum 9 und der jeweiligen Außen­ temperatur ein System mit einem Klimakompressor zur Erzeugung von Kühlluft angesteuert. Ein solches Klimakompressorsytem wird weiter unten anhand der Fig. 2 beschrieben.

Die bisher verwendeten Klimaanlagen mit Kühlmittelumlauf und zugehörigen elektrischen Steuereinheiten benötigen ver­ gleichsweise große Leistungen, die nur bei Betrieb des Fahr­ antriebs des KFZ sicher zur Verfügung gestellt werden können. Der Einsatz bei länger stehendem Fahrzeug ist wegen hoher Be­ lastung der Batterien nicht sinnvoll.

In der Fig. 2 ist die Klimaanlage im Wesentlichen durch den Klimakompressor 25 charakterisiert, der mit dem Fahrastraum 9 des KFZ 1 mittels Fluidleitungen für klimatisierte Luft ver­ bunden ist und von einem Antrieb versorgt wird. Es ist ein Temperatursensor 9A und eine Steuereinrichtung 55 vorhanden, die Steuersignale für den Klimakompressor 25 liefert.

Der elektrische Antrieb für den Klimakompressor 25 ist üblicherweise der Antrieb 3 des Kraftfahrzeuges, sofern das KFZ 1 einen Elektromotor oder einen Hybridantrieb unter Ein­ schluß eines Elektromotors hat. In diesem Fall ist der Klima­ kompressor 25 mit dem hier nicht im Einzelnen dargestellten Hybridantrieb in bekannter Weise verbunden.

Zur Erzeugung von klimatisierter luft können aber auch andere elektrische Mittel verwendet werden, und zwar in überraschen­ der Weise die zur Bordstromversorgung bereits vorhandene Brennstoffzellenanlage mit Brennstoffzellenmodul 10. Dafür ist in der Fig. 2 vom Klimakompressor 25 eine Ansteuerung vom Brennstoffzellenmodul 10 der Fig. 1 dargestellt. Das Brennstoffzellenmodul 10 versorgt in geeigneter Weise den Klimakompressor 25 mit elektrischer Leistung. Dem Klimakompessor 25 ist dazu ein Elektrogetriebe 35 und ein Elektromotor 45 vorgeschaltet. Letzterer wird bei Bedarf vom Brennstoffzellenmodul 10 der Fig. 1 mit elektrischer Ener­ gie versorgt.

Es ist auch möglich, den Elektromotor 3 des Kraftfahrzeuges 1 an das Elektrogetriebe 35 anzuschalten. Es ergibt sich somit eine sinnvolle Versorgung des Klimakompressors 25 bei Fahr und/oder Standbetrieb des Kraftfahrzeugs 1.

Zur Klimatisierung des Kraftfahrzeuges 1 ist in Fig. 2 weiterhin ein Latentwärme-Zwischenspeicher 30 vorhanden. Mit einem solchen Wärmespeicher 30 kann die bei der Klimatisie­ rung erzeugte Wärme zwischengespeichert und für andre Zwecke beim Betrieb des KFZ 1, insbesondere eines KFZ mit Brenn­ stoffzellenanlage, eingesetzt werden.

Für die beschriebene Anlage eignet sich als elektrische Ener­ giequelle in besonderer Weise PEM(Proton Exchange Membrane)- Brennstoffzellen. Derartige Brennstoffzellen arbeiten nach dem Prinzip der Protonenleitung in einem festen Elektrolyten bei Betriebstemperaturen von ca. 60°C, wobei insbesondere für die Hochtemperaturanwendung solcher Brennstoffzellen, d. h. Anwendungen oberhalb von 80°C, besonders günstige Randbedin­ gungen gegeben sind. Derartige HT-PEM-Brennstoffzellen mit Betriebstemperaturen zwischen 80 und 300°C, insbesondere 120 und 180°C, zeichnen sich durch einen günstigen Wirkungsgrad aus.

Claims (11)

1. Kraftfahrzeug mit einem Elektromotorantrieb und einer Bordstromversorgung, für die wenigstens ein Brennstoffzellenmodul eingesetzt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, dass eine Klimaanlage (25-55) für Kühlluft vorhanden ist.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass zur Erzeugung der Kühlluft die Klimaanlage einen Klimakompressor (25) umfasst, der von einem elektrischen Antrieb versorgt wird.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung des Klimakompressors (2S) eine temperaturgesteuerte Regeleinrichtung (55) vorhanden ist.

4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Klimakompressor (25) mit dem Antriebsmotor (3) über ein elektrisches Getriebe (45) verschaltet ist.

5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass zur Erzeugung der Kühlluft weitere elektrische Mittel (10, 35, 45) vorhanden sind.

6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass als elektrische Mittel eine Brennstoffzellenanlage (10) vorhanden sind.

7. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Klimakompressor (25) ein Elektrogetriebe (35) und/oder ein Elektromotor (45) vorgeschaltet sind.

8. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Latentwärme-Zwischenspeicher (30) zwischengeschaltet ist.

9. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotorantrieb (3) Teil eines Hybridmotors ist.

10. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das s das Brennstoffzellenmodul (10) PEM-Brennstoffzellen enthält.

11. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellenmodul (10) HT-PEM-Brennstoffzellen enthält.