DE10141740B4 - Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem - Google Patents

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Abstract

Kraftfahrzeug, dessen Antriebskraft von einem Brennstoffzellensystem erzeugt wird, wobei das Fahrzeug wenigstens eine Achse und das Brennstoffzellensystem wenigstens einen Kompressor zum Starten der Luftversorgung des Brennstoffzellensystems aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (6) mit wenigstens einer der Fahrzeugachsen (3, 4) mittels einer nicht dem Antrieb des Fahrzeuges dienenden mechanischen Verbindung (5) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher definierten Art.
  • Aus der DE 199 43 690 A1 ist ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem bekannt. Um den Zeitraum zwischen dem Start eines Elektromotors, der eine Achse des Kraftfahrzeugs antreibt, und dem Erreichen einer für den Betrieb des Elektromotors erforderlichen ausreichenden Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellensystems zu minimieren, ist zum Starten desselben eine unabhängig von einer Starteinrichtung für die elektrische Maschine ausgebildete Einrichtung zum Aktivieren des Brennstoffzellensystems vorgesehen.
  • Aus der DE 34 42 112 C2 ist ein durch einen Verbrennungsmotor angetriebenes Kraftfahrzeug bekannt, bei dem der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb zur Einsparung von Kraftstoff abgeschaltet wird. Damit Nebenaggregate wie z. B. eine Lichtmaschine, eine Servolenkungspumpe oder ein Klimaanlagenkompressor auch bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor weiter betrieben werden können, schlägt die DE 34 42 112 C2 vor, die genannten Nebenaggregate nicht nur durch einen von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotor abgeleiteten ersten Nebenantrieb, sondern auch durch einen von der Kardanwelle des Fahrzeugs abgeleiteten zweiten Nebenantrieb antreiben zu können. Der zweite Nebenantrieb ist dazu vorgesehen, die Nebenaggregate über eine als Rutschkupplung ausgestaltete Überbrückungskupplung im Schubbetrieb des Fahrzeugs mit einer konstanten niedrigen Drehzahl anzutreiben, die gleich oder vorzugsweise kleiner als die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors ist.
  • Eine Schaltungsanordnung zur elektrischen Energieversorgung eines Netzes, das eine Brennstoffzellensystem sowie eine Akkumulatoranordnung aufweist, ist aus der DE 198 10 468 A1 bekannt. Um hierbei den Startvorgang der Brennstoffzelle zu vereinfachen, wird die elektrische Energie während des Startvorganges von der Akkumulatoranordnung über wenigstens einen DC/DC-Wandler in das Netz eingespeist.
  • Die DE 199 50 008 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern und zur Einstellung des Schaltzustands einer Schaltverbindung zwischen den elektrischen Ausgängen einer Brennstoffzelle und einem elektrischen Netz. Die dabei verwendete Brennstoffzelle ist in einer mobilen Vorrichtung, also beispielsweise einem Kraftfahrzeug, angeordnet.
  • Sämtliche der genannten Systeme mit Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellensystemen besitzen eine oder sogar mehrere Batterien, die für das Starten des Brennstoffzellensystems bzw. für das Starten eines das Brennstoffzellensystem mit Luft versorgenden und somit einen Start desselben ermöglichenden Kompressors verantwortlich sind. Sobald jedoch die Spannung und damit die Leistung der Batterie unter einen bestimmten Punkt absinkt, ist es nicht mehr möglich, den Kompressor und somit das Brennstoffzellensystem zu starten.
  • Zwar könnte diesem Problem mit einem handelsüblichen Überbrückungskabel entgegengetreten werden, solche Überbrückungskabel sind jedoch nicht immer zur Hand und können in besonders problematischen Fällen, beispielsweise bei einer besonders stark entladenen Batterie, ein Starten des Brennstoffzellensystems trotz allem nicht ermöglichen.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebsenergie von einem Brennstoffzellensystem erzeugt wird, dahingehend zu verbessern, dass es auch ohne Batterie bzw. ohne ausreichende Leistungsfähigkeit derselben gestartet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der die Luftversorgung des Brennstoffzellensystems besorgende Kompressor mit wenigstens einer der Fahrzeugachsen mittels einer nicht dem Antrieb des Fahrzeugs dienenden mechanischen Verbindung verbunden ist.
  • Durch die mechanische Verbindung von der wenigstens einen Fahrzeugachse auf den zum Starten der Luftversorgung des Brennstoffzellensystems vorgesehenen Kompressor kann durch einfaches Anschieben des Kraftfahrzeugs das Brennstoffzellensystem gestartet werden. Die durch das Anschieben entstehende Drehbewegung der Fahrzeugräder wird in an sich bekannter Weise auf die Achse übertragen, von welcher durch die erfindungsgemäße mechanische Verbindung eine weitere Übertragung der Drehbewegung an den Kompressor erfolgt. Beginnt der Kompressor sich dann aufgrund des Antriebs durch die mechanische Verbindung ebenfalls zu drehen, so wird Luft in das Brennstoffzellensystem gefördert und diese kann, wenn auch die anderen hierfür notwendigen Systeme eingeschaltet sind, starten.
  • Um die eventuell verhältnismäßig geringe Drehzahl der Räder bzw. der Achse auf eine höhere Drehzahl für den Kompressor zu steigern, kann in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zwischen der wenigstens einen Achse und dem Kompressor ein Getriebe angeordnet sein.
  • Wenn dieses Getriebe zu- und abschaltbar ausgeführt ist, so wird während des Fahrbetriebs des mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Kraftfahrzeugs ein zusätzlicher Antrieb des Kompressors über die Achse vermieden, da dieser dann in an sich bekannter Weise von einem von dem Brennstoffzellensystem mit Strom versorgten Elektromotor, eines Expanders oder dergleichen angetrieben werden kann.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.
    •
  • Die einzige Figur zeigt den stark schematisierten Aufbau des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
  • Ein nur schematisch durch seine äußeren Umrisse angedeutetes Kraftfahrzeug 1 wird durch ein Brennstoffzellensystem 2 angetrieben. Da dieser Antrieb an sich bekannt ist, sind die weiteren hierzu notwendigen Bauteile nicht dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 weist zwei Achsen 3 und 4 auf, welche jeweils in an sich bekannter Weise mit Rädern 3a, 3b und 4a, 4b versehen sind.
  • Von der einen Achse 3 verläuft eine mechanische Verbindung 5 in Form einer Antriebswelle 5a zu einem Kompressor 6, welcher in an sich bekannter Weise für das Starten der Luftversorgung des Brennstoffzellensystems 2 verantwortlich ist. Die Antriebswelle 5a mündet in einem Getriebe 7, von wo aus eine Abtriebswelle 5b zu dem Kompressor 6 führt. Auf diese Weise kann durch Anschieben bzw. Anrollen des Kraftfahrzeugs 1, also durch Drehen der Räder 3a und 3b der Achse 3, über die mechanische Verbindung 5 der Kompressor 6 angetrieben und somit das Brennstoffzellensystem 2 gestartet werden. Selbstverständlich könnte die mechanische Verbindung 5 auch an der Achse 4 oder an beiden Achsen 3 und 4 angreifen.
  • Das im vorliegenden Fall vorgesehene Getriebe 7 ermöglicht eine Erhöhung der Drehzahl der Räder 3a und 3b auf eine für das Starten des Kompressors 6 geeignete Drehzahl. Des weiteren kann das Getriebe 7 zu- und abschaltbar sein, um nur im Falle eines erforderlichen Anschiebens zugeschaltet zu werden und während des normalen Betriebs des Kraftfahrzeugs einen Antrieb des Kompressors 6 durch die Achse 3 zu vermeiden, da dieser im normalen Betrieb durch einen nicht dargestellten Elektromotor, durch einen Expander oder dergleichen angetrieben wird. Bei einer Bergabfahrt kann es günstig sein, den Kompressor 6 direkt über die Achse 3 anzutreiben, der dann als Bremse fungiert.
  • Die mechanische Verbindung 5 weist eine weitere Antriebswelle 5c auf, die zu einem weiteren Getriebe 8 führt, von wo aus eine weitere Abtriebswelle 5d in einer beispielsweise als Pumpe ausgeführten Fördereinrichtung 9 mündet, die für die Zudosierung von Betriebsstoff, wie z. B. Wasserstoff, Wasser, Methanol bzw. eine vergleichbare Kohlenstoff und Wasserstoff aufweisende Verbindung, zu dem Brennstoffzellensystem 2 verantwortlich ist. Selbstverständlich kann die mechanische Verbindung 5 auch zu weiteren Elementen des im vorliegenden Fall mit einem nicht explizit dargestellten Gaserzeugungssystem ausgestatteten Brennstoffzellensystems 2 führen und diese gegebenenfalls antreiben bzw. für ein Öffnen derselben sorgen. Auch eine Kopplung der beiden Antriebswellen 5a und 5c ist in diesem Zusammenhang denkbar.
  • Das beschriebene Anschieben des Kraftfahrzeugs 1 kann dann erforderlich sein, wenn eine für das eigentliche Starten des Brennstoffzellensystems 2 bzw. dessen Pe ripheriebauteile, wie z. B. des Kompressors 6 oder der Pumpe 9, vorgesehene Batterie 10 nicht mehr genügend Spannung bzw. Leistung aufbringen kann, um ein Starten des Brennstoffzellensystems 2 zu ermöglichen. Wenn das Kraftfahrzeug 1 anschließend fährt, so kann das Brennstoffzellensystem 2 die Batterie 10 in an sich bekannter Weise aufladen, um beim nächsten Start die Batterie 10 zum Starten des Brennstoffzellensystems 2 verwenden zu können.
  • Bei einem Brennstoffzellensystem 2, welches als Direkt-Brennstoffzellensystem ausgeführt ist, kann die mechanische Verbindung 5 zusätzlich noch derart ausgeführt sein, daß ein nicht dargestelltes Druckhalteventil, welches sich an einem ebenfalls nicht dargestellten Wasserstofftank befindet, geöffnet wird, so daß der Wasserstoff zu dem Brennstoffzellensystem 2 fließen kann.

Claims (7)

  1. Kraftfahrzeug, dessen Antriebskraft von einem Brennstoffzellensystem erzeugt wird, wobei das Fahrzeug wenigstens eine Achse und das Brennstoffzellensystem wenigstens einen Kompressor zum Starten der Luftversorgung des Brennstoffzellensystems aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (6) mit wenigstens einer der Fahrzeugachsen (3, 4) mittels einer nicht dem Antrieb des Fahrzeuges dienenden mechanischen Verbindung (5) verbunden ist.
  2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der wenigstens einen Achse (3, 4) und dem Kompressor (6) ein Getriebe (7) angeordnet ist.
  3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (7) zu- bzw. abschaltbar ist.
  4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (2) ein Gaserzeugungssystem aufweist, wobei für das Starten des Gaserzeugungssystems und des Brennstoffzellensystem (2) notwendige Aggregate zumindest mittelbar mit der wenigstens einen Achse (3, 4) mechanisch verbunden sind.
  5. Kraftfahrzeug nach einem Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kompressoren (6) vorgesehen sind, welche alle mechanisch mit der wenigstens einen Achse (3, 4) verbunden sind.
  6. Kraftfahrzeug nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verbindung (5) eine mit der wenigstens einen Achse (3, 4) verbundene Antriebswelle (5a) und eine mit dem Kompressor (6) verbundene Abtriebswelle (5b) aufweist.
  7. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (2) eine Batterie (10) zum Starten desselben aufweist.
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