DE10142923A1 - Hybrid-drive device e.g. for hybrid vehicle, has electric motor energized via fuel cell and combustion engine, by means of generator - Google Patents

Hybrid-drive device e.g. for hybrid vehicle, has electric motor energized via fuel cell and combustion engine, by means of generator

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DE10142923A1
DE10142923A1 DE10142923A DE10142923A DE10142923A1 DE 10142923 A1 DE10142923 A1 DE 10142923A1 DE 10142923 A DE10142923 A DE 10142923A DE 10142923 A DE10142923 A DE 10142923A DE 10142923 A1 DE10142923 A1 DE 10142923A1
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DE
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fuel cell
heat
combustion engine
internal combustion
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DE10142923A
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Wolf Boll
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DaimlerChrysler AG
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Publication date
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Abstract

A hybrid drive device, especially for vehicles has at least one fuel-cell (3), a combustion engine (5), generator (6) and/or an electric motor (7) and a common cooling device (8) for the fuel-cell (3) and the combustion engine (5). The electric motor (7) is energized via the fuel cell and/or the combustion engine by means of the generator (6), as well as with the heat conducting medium (10) which links the combustion engine, the fuel cell, and the cooling device in a heat-conductive manner. A control device (11) controls a heat flow from the heat of the combustion engine (5) to the cooling device (8) and/or to the fuel cell (3). The flow of heat from the fuel cell (3) to the cooling device (8) and/or to the combustion engine (5), and/or from the heat of the cooling device (8) to the combustion engine and/or to the fuel cell (3) is also controlled by the control device (11).

Description

Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebsvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der Hybridantriebsvor­ richtung.The invention relates to a hybrid drive device and a method of operating the hybrid drive direction.

Aus der WO 99/19161 ist ein Hybridfahrzeug bekannt, das durch eine Kombination einer Brennstoffzelle mit einer Gasturbine angetrieben wird. Als Fahrmotor ist ein Elektromotor vorgesehen, der an die Brennstoffzel­ le und einen Generator der Gasturbine angeschlossen ist. Die Brennstoffzelle und die Gasturbine sind so dimensioniert, daß ungefähr die Hälfte der erreichba­ ren Fahrzeugleistung über die Brennstoffzelle in Form elektrischer Energie zur Verfügung gestellt wird. Bei Leistungsanforderungen an das Fahrzeug, die unterhalb der maximalen Brennstoffzellenleistung liegen, wird die Antriebsleistung von der Brennstoffzelle und der mit Brennstoffzellen-Abgas betriebenen Gasturbine auf­ gebracht. Bei höherem Leistungsbedarf wird die Gastur­ bine zur Leistungssteigerung zusätzlich mit Kohlenwas­ serstoff-Brennstoff betrieben. Die Wärme des Gasturbi­ nenabgases wird mittels eines Wärmetauschers zum Vor­ heizen der Zuluft der Brennstoffzelle und der Gastur­ bine verwendet.A hybrid vehicle is known from WO 99/19161, by combining a fuel cell with a gas turbine is driven. As a traction motor an electric motor is provided which is connected to the fuel cell le and a generator of the gas turbine connected is. The fuel cell and the gas turbine are like this dimensioned that about half of the reachable ren vehicle performance in the form of the fuel cell electrical energy is made available. at Performance requirements for the vehicle below the maximum fuel cell power will be the drive power from the fuel cell and the gas turbine operated with fuel cell exhaust gas brought. If there is a higher power requirement, the gastur bine to increase performance with coal fuel fuel operated. The warmth of the gas turbine nenabgases becomes a front by means of a heat exchanger  heat the supply air to the fuel cell and the gas bine used.

Aus der WO 98/40922 ist ein Hybrid-Energieerzeugungs­ system mit einer Brennstoffzelle und einem Verbren­ nungsmotor bekannt. Kohlenwasserstoff-Brennstoff wird zunächst in einem Pyrolysereaktor in einen Wasserstoff enthaltenden Brennstoffanteil und einen Rest- Brennstoff aufgespalten. Mit dem Wasserstoff enthal­ tenden Anteil wird die Brennstoffzelle betrieben, die die Energie für einen Elektromotor liefert. Der Rest- Brennstoff ist als Treibstoff für den Verbrennungsmo­ tor vorgesehen. Die Arbeit des Verbrennungsmotors wird als mechanische Energie zur Verfügung gestellt oder mittels eines Generators als elektrische Energie dem Elektromotor zugeführt. Die Abgaswärme des Verbren­ nungsmotors wird zum Aufheizen des Pyrolysereaktors und zum Vergasen des Kohlenwasserstoff-Brennstoffes eingesetzt. Das Hybrid-Energieerzeugungssystem ist zum Antrieb von Kraftfahrzeugen vorgesehen.From WO 98/40922 is a hybrid energy generation system with a fuel cell and a cremation known engine. Hydrocarbon fuel will first in a pyrolysis reactor into a hydrogen containing fuel and a residual Split fuel. Contain with the hydrogen the fuel cell is operated that supplies energy for an electric motor. The rest- Fuel is the fuel for the combustion engine gate provided. The work of the internal combustion engine will provided as mechanical energy or by means of a generator as electrical energy Electric motor supplied. The exhaust heat from burning voltage motor is used to heat up the pyrolysis reactor and for gasifying the hydrocarbon fuel used. The hybrid power generation system is for Drive of motor vehicles provided.

In der älteren Patentanmeldung DE 199 13 794 A1 ist ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellenantrieb und ei­ nem Brennkraftmaschinenantrieb vorgeschlagen worden. Die Brennkraftmaschine ist über eine Kupplung mit ei­ nem Antriebsstrang des Fahrzeuges verbunden und die Brennstoffzelle speist einen Elektromotor, der an dem Antriebsstrang ankuppelbar ist. Der Brennkraftmaschi­ nenantrieb wird in einer Startphase als Antrieb des Fahrzeuges bis zum Warmlaufen des Brennstoffzellenan­ triebes eingesetzt und gewährleistet eine sofortige Fahrbereitschaft. In der Startphase wird der Brenn­ kraftmaschinenantrieb außerdem zum Aufheizen des Brennstoffzellenantriebs auf Betriebstemperatur ver­ wendet. Dazu werden die Abgase der Brennkraftmaschine an der Brennstoffzelle entlang geführt und die Brenn­ stoffzelle und die Brennkraftmaschine sind an einem gemeinsamen Kühler angeschlossen. Nach Erreichen der Betriebstemperatur des Brennstoffzellenantriebes wird das Antriebsmoment des Fahrzeug von dem Brennstoffzel­ lenantrieb allein oder bei höherem Leistungsbedarf zu­ sammen mit dem Brennkraftmaschinenantrieb aufgebracht.In the older patent application DE 199 13 794 A1 a vehicle with a fuel cell drive and egg NEM engine drive has been proposed. The internal combustion engine is via a clutch with egg connected to the drive train of the vehicle and the Fuel cell feeds an electric motor that works on the Drive train can be coupled. The internal combustion engine in a start phase is the drive of the Vehicle until the fuel cell warms up used drive and ensures an immediate Motor pool. In the start-up phase, the Brenn engine drive also for heating the Fuel cell drive to operating temperature ver  applies. For this purpose, the exhaust gases from the internal combustion engine led along the fuel cell and the burning fuel cell and the internal combustion engine are in one common cooler connected. After reaching the Operating temperature of the fuel cell drive is the driving torque of the vehicle from the fuel cell lenantrieb alone or with higher power requirements applied together with the engine drive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Hybrid­ antrieb aus Brennstoffzelle und Verbrennungsmotor, der eine sofortige Fahrbereitschaft auch bei einem Kalt­ start gewährleistet, dahingehend weiterzuentwickeln, daß ein einfacher gewichtssparender Aufbau, eine ver­ besserte Energiebilanz und ein emissionsarmer Betrieb des Verbrennungsmotors, insbesondere in der Startpha­ se, erreicht werden.The invention has for its object a hybrid drive from fuel cell and internal combustion engine, the an immediate readiness to drive even in the event of a cold start guarantees to further develop that a simple weight-saving structure, a ver improved energy balance and low-emission operation of the internal combustion engine, especially in the starting phase se, can be achieved.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird zum einen ein Hybridan­ trieb mit den Merkmalen des Anspruches 1 und zum ande­ ren ein Verfahren zum Betreiben des Hybridantriebes mit den Merkmalen des Anspruches 11 vorgeschlagen.On the one hand, a Hybridan is used to solve this task drove with the features of claim 1 and the other ren a method for operating the hybrid drive proposed with the features of claim 11.

Demnach umfaßt eine erfindungsgemäße Hybridantriebs­ vorrichtung wenigstens eine Brennstoffzelle, einen Verbrennungsmotor, einen Generator, einen Elektromotor und eine gemeinsame Kühleinrichtung für die Brenn­ stoffzelle und den Verbrennungsmotor, wobei der Elekt­ romotor von der Brennstoffzelle und/oder dem Verbren­ nungsmotor mittels des Generators mit Energie versorgt wird, sowie Wärmeleitungsmittel, die den Verbrennungs­ motor, die Brennstoffzelle und die Kühleinrichtung miteinander wärmeleitend verbinden, und wobei Steuer­ mittel vorgesehen sind, über die eine Steuerung eines Wärmestromes von Wärme des Verbrennungsmotors zu der Kühleinrichtung und/oder der Brennstoffzelle, von Wär­ me der Brennstoffzelle zu der Kühleinrichtung und/oder dem Verbrennungsmotor, und/oder von Wärme der Kühlein­ richtung zu dem Verbrennungsmotor und/oder der Brenn­ stoffzelle erfolgt. Statt den beiden als Generator und Elektromotor verwendeten Elektromaschinen können auch eine oder zwei Elektromaschinen als Generator und/oder Elektromotor eingesetzt werden.Accordingly, a hybrid drive according to the invention comprises device at least one fuel cell, one Internal combustion engine, a generator, an electric motor and a common cooling device for the burning fuel cell and the internal combustion engine, the elect romotor from the fuel cell and / or burning motor powered by the generator is, as well as heat conduction, the combustion engine, the fuel cell and the cooling device connect with each other in a heat-conducting manner, and being tax means are provided via which a control of a  Heat flows from heat of the internal combustion engine to the Cooling device and / or the fuel cell, by heat me of the fuel cell to the cooling device and / or the internal combustion engine, and / or heat from the cooler Direction to the internal combustion engine and / or the Brenn fabric cell. Instead of the two as a generator and Electric machines used electric motor can also one or two electrical machines as a generator and / or Electric motor can be used.

Durch die wärmeleitende Verbindung von Kühleinrich­ tung, Verbrennungsmotor und Brennstoffzelle unterein­ ander sowie die Steuermittel wird erreicht, daß die von dem Verbrennungsmotor und/oder der Brennstoffzelle erzeugte Wärme in Abhängigkeit vom Betriebszustand vorteilhaft genutzt bzw. verteilt werden kann. Bei Be­ trieb der Brennstoffzelle oder des Verbrennungsmotors kann die Abwärme unmittelbar zu der jeweils anderen Komponente geleitet werden und zum Aufheizen auf bzw. zum Aufrechterhalten der Betriebstemperatur dienen.Thanks to the heat-conducting connection from Kühleinrich device, combustion engine and fuel cell other and the control means is achieved that the from the internal combustion engine and / or the fuel cell generated heat depending on the operating state can be used or distributed advantageously. At Be driven the fuel cell or the internal combustion engine the waste heat can go directly to each other Component are guided and for heating up or serve to maintain the operating temperature.

Beim Kaltstart ist durch den Verbrennungsmotor eine sofortige Fahrbereitschaft gewährleistet. Die Abwärme des Verbrennungsmotors wird über die Steuermittel zu­ mindest teilweise zur Brennstoffzelle geleitet und Heizen diese auf Betriebstemperatur. Die gemeinsame Kühleinrichtung kann dabei ganz oder teilweise aus dem Kühlkreislauf ausgekoppelt sein. Der Leistungsbedarf bei mittleren Fahranforderungen, z. B. im Stadtverkehr, kann allein über den Betrieb der Brennstoffzelle ge­ deckt werden. Über die Steuermittel kann mit der Ab­ wärme der Brennstoffzelle der nicht im Betrieb befind­ liche Verbrennungsmotor auf Betriebstemperatur gehal­ ten werden, so daß bei erhöhtem Leistungsbedarf der Verbrennungsmotor betriebswarm zugeschaltet werden kann. Dieses führt zu besseren Emissionswerten und ei­ nem geringeren Motorenverschleiß. Wenn die Brennstoff­ zelle und der Verbrennungsmotor gemeinsam betrieben werden, kann die erzeugte Wärme der gemeinsamen Kühl­ einrichtung zugeführt und dort an die Umgebung abgege­ ben werden. Die Kühleinrichtung kann dabei so ausge­ legt sein, daß eine zeitweilige Wärmespeicherung, z. B. durch eine entsprechende Wahl eines Kühlmediums oder einen zusätzlichen Wärmespeicher, ermöglicht wird. Diese Wärme kann der Brennstoffzelle und/oder dem Verbrennungsmotor in der Startphase zugeführt werden, um die Dauer der Startphase zu verkürzen.During a cold start there is one due to the internal combustion engine immediate driving readiness guaranteed. The waste heat the internal combustion engine is closed via the control means at least partially directed to the fuel cell and Heat them to operating temperature. The common Cooling device can be wholly or partly from the Cooling circuit be decoupled. The power requirement for medium driving requirements, e.g. B. in city traffic, can ge only on the operation of the fuel cell be covered. With the control means can with the Ab heat the fuel cell which is not in operation internal combustion engine to operating temperature ten, so that with increased power requirements the  Internal combustion engine can be switched on while hot can. This leads to better emission values and ei less engine wear. If the fuel cell and the internal combustion engine operated together the heat generated can be the common cooling facility supplied and given there to the environment be. The cooling device can be so lays down that temporary heat storage, e.g. B. by an appropriate choice of a cooling medium or an additional heat storage is made possible. This heat can the fuel cell and / or the Internal combustion engine are fed in the start phase to shorten the duration of the start-up phase.

Das Drehmoment für die Fortbewegung des Fahrzeuges wird sowohl beim Verbrennungsmotor- und als auch beim Brennstoffzellenbetrieb von dem Elektromotor aufge­ bracht. Es müssen daher nicht die Drehmomente von E­ lektromotor und Verbrennungsmotor mit unterschiedli­ cher Charakteristik über mechanische Mittel, wie ent­ sprechend ausgelegte Getriebe, zusammengeführt sowie für jeden Motor eine Motorsteuerung vorgesehen werden, wodurch sich der Aufbau des Antriebes vereinfacht. E­ lektromotoren, z. B. in Form von Asynchronmotoren, er­ reichen hohe Drehzahlen bis 20.000 min-1. Dieses er­ möglicht eine Reduzierung der notwendigen Unterset­ zungsstufen und führt damit zu einfachen und kompakten Getrieben. Da die Fortbewegung des Fahrzeuges über den Elektromotor gesteuert wird, muß der Verbrennungsmotor nicht über einen weiten Drehzahlbereich betrieben wer­ den bzw. steuerbar sein. Die Drehzahl des Motors kann vielmehr vorteilhaft hinsichtlich Wirkungsgrad und E­ mission festgelegt bzw. der Verbrennungsmotor kann konstruktiv auf die Drehzahlvorgabe des Generators ab­ gestimmt werden. Dadurch können auch in der Startphase günstige Emissionswerte des Verbrennungsmotors erzielt werden.The torque for the movement of the vehicle is both in the combustion engine and in Fuel cell operation by the electric motor introduced. Therefore, the torques of E do not have to be electric motor and internal combustion engine with different characteristic of mechanical means, such as ent speaking gearbox, merged as well a motor controller is provided for each motor, which simplifies the structure of the drive. e electric motors, e.g. B. in the form of asynchronous motors, he high speeds range up to 20,000 min-1. This he possible a reduction of the necessary subset levels and thus leads to simple and compact Transmissions. Since the locomotion of the vehicle over the Electric motor is controlled, the internal combustion engine not operated over a wide speed range the or be controllable. The speed of the engine can rather advantageous in terms of efficiency and E mission or the internal combustion engine can constructively based on the speed specification of the generator  be voted. This means that even in the start-up phase achieved favorable emission values of the internal combustion engine become.

Andererseits kann auch jeder andere vorbekannte Hyb­ ridantrieb in Kombination mit einer Brennstoffzelle mit dem Erfindungsgegenstand ausgerüstet werden.On the other hand, any other known Hyb rid drive in combination with a fuel cell be equipped with the subject of the invention.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung wird das Antriebsmo­ ment der Antriebsvorrichtung bis zum Erreichen einer Betriebstemperatur der Brennstoffzelle bzw. des Brenn­ stoffzellensystems durch den Verbrennungsmotor mittels des Generators und des Elektromotor erzeugt und die Brennstoffzelle bzw. das Brennstoffzellensystem werden mit den elektrischen Heizmitteln und der Abwärme des Verbrennungsmotors, die über die Wärmeleitungsmittel und die Steuermittel zumindest teilweise zur Brenn­ stoffzelle bzw. zum Brennstoffzellensystem geleitet werden, auf Betriebstemperatur erhitzt.In a method of operation according to the invention a hybrid drive device, the drive mo ment of the drive device until reaching a Operating temperature of the fuel cell or the burner cell system by means of the internal combustion engine of the generator and the electric motor and the Fuel cell or the fuel cell system with the electrical heating means and the waste heat of the Internal combustion engine that uses the heat transfer medium and the control means at least partially for burning fuel cell or directed to the fuel cell system are heated to operating temperature.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Fahrzeug auch bei einem Kaltstart sofort fahrbereit. Der Verbrennungsmotor dient beim Kaltstart zum Fahrantrieb und zum Aufheizen des Brennstoffzellenantriebs. Das Antriebskonzept von Verbrennungsmotor, Generator und Elektromotor ermöglicht einen emissionsarmen Verbren­ nungsmotorbetrieb bei optimaler Drehzahl hinsichtlich Wirkungsgrad und Emission. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit eine kurze und emissionsarme Kaltstartphase erreicht.With the method according to the invention, the vehicle is Immediately ready to drive even on a cold start. The The internal combustion engine is used to drive the vehicle during a cold start and for heating the fuel cell drive. The Drive concept of internal combustion engine, generator and Electric motor enables low-emission combustion Motor operation at optimal speed with regard to Efficiency and emission. With the invention The process thus becomes short and low in emissions Cold start phase reached.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Hybridantriebsvorrichtung ein Brennstoff­ zellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle und einer Gaserzeugungseinrichtung zum Erzeugen von was­ serstoffhaltigem Gas für die Brennstoffzelle. Dadurch wird es möglich, daß die Antriebsvorrichtung mit ge­ eigneten Kraftstoffen, wie Benzin und Diesel, Alkoho­ len, insbesondere Methanol, sowie anderen Kohlenwas­ serstoffbrennstoffen, betrieben werden kann, ohne daß für die Brennstoffzelle separat Wasserstoff im Fahr­ zeug mitgeführt werden muß.In an advantageous embodiment of the invention the hybrid drive device comprises a fuel Cell system with at least one fuel cell and  a gas generating device for generating what nitrogenous gas for the fuel cell. Thereby it is possible that the drive device with ge suitable fuels such as petrol and diesel, alcohol len, especially methanol, and other coal water fuel fuels, can be operated without for the fuel cell separately hydrogen in the vehicle stuff must be carried.

Bei einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung sind das Brennstoffzellensystem oder Komponenten des Brenn­ stoffzellensystems, wie beispielsweise Brennstoffzel­ le, Gaserzeugungseinrichtung, Verdampfer, Gasreinin­ gunsstufen wie CO-Shift- oder CO-Oxydations-Stufe, ü­ ber die Wärmeleitungsmittel und die Steuermittel mit dem Verbrennungsmotor und der Kühleinrichtung wärme­ leitend verbunden. Dadurch sind das Brennstoffzellen­ system bzw. Komponenten des Brennstoffzellensystems in den Kühlkreislauf eingebunden und die erzeugte Wärme kann in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Kompone­ ten abgeführt bzw. zu diesen hingeleitet werden. Damit kann eine vorteilhafte Wärmeverteilung erreicht wer­ den.In an expedient training of the invention the fuel cell system or components of the burner cell system, such as fuel cell le, gas generator, evaporator, gas purifier Gun stages such as CO shift or CO oxidation stage, ü About the heat conduction means and the control means heat the internal combustion engine and the cooling device conductively connected. This makes them fuel cells system or components of the fuel cell system in integrated the cooling circuit and the heat generated can depend on the operating status of the components ten are discharged or directed to them. In order to can achieve an advantageous heat distribution the.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung werden der Verbrennungsmotor und die Brennstoffzelle bzw. das Brennstoffzellensystem mit dem gleichen Brennstoff betrieben. Es ist nur eine Art von Brenn­ stoffspeicher mit Speicherbehälter und Zuleitungen notwendig, wodurch ein einfacherer, gewichtsparender und kostengünstiger Aufbau erreicht wird.In an expedient embodiment of the invention become the internal combustion engine and the fuel cell or the fuel cell system with the same Fuel operated. It's just a kind of burning fabric storage with storage tank and supply lines necessary, making a simpler, weight-saving and inexpensive construction is achieved.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind für die Brennstoffzelle bzw. das Brenn­ stoffzellensystem elektrische Heizmittel vorgesehen. Die elektrischen Heizmittel ermöglichen ein schnelles Aufheizen der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzel­ lensystems oder einzelner Komponenten auf Betriebstem­ peratur. Sie sind ohne zusätzlichen Aufwand an den vorhandenen Generator anschließbar. Der Brennstoffzel­ lenantrieb kann beim Kaltstart noch schneller auf Be­ triebstemperatur aufgeheizt werden, da die elektri­ schen Heizmittel die Wärme im Gegensatz zur Abwärme des Verbrennungsmotors ohne Verzögerung abgeben.In a further advantageous embodiment of the Invention are for the fuel cell or the fuel  electrical heating means provided. The electrical heating means enable a quick Heating up the fuel cell or the fuel cell lens systems or individual components on operating systems temperature. You are at the without additional effort existing generator can be connected. The fuel cell lenantrieb can be even faster on cold start drive temperature can be heated because the electri heating means heat in contrast to waste heat of the internal combustion engine without delay.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden die Brennstoffzelle bzw. das Brennstoffzellen­ system zusätzlich mit dem elektrischen Heizmittel auf Betriebstemperatur erhitzt. Durch die Kombination von elektrischem Heizmittel und Abwärme wird zeitlich ein schnelles Erreichen der Betriebstemperatur und damit ein rascher Übergang zum emissionsarmen Brennstoffzel­ lenantrieb gewährleistet.In an advantageous embodiment of the method become the fuel cell or the fuel cell system with the electric heating medium Operating temperature heated. By combining electric heating medium and waste heat is timed quickly reaching the operating temperature and thus a quick transition to the low-emission fuel cell guaranteed.

Bei einer zweckmäßigen Fortbildung des Verfahrens wird eine aus vorherigem Betrieb der Antriebsvorrichtung in der Kühleinrichtung vorhandene Restwärme über die Wär­ meleitungsmittel und die Steuermittel zum Verbren­ nungsmotor und/oder zur Brennstoffzelle bzw. zum Brennstoffzellensystem geleitet. Durch dieses Verfah­ ren wird die Energiebilanz verbessert und die Dauer der Startphase abgekürzt.In the case of appropriate further training of the procedure one from previous operation of the drive device in the cooling device existing residual heat via the heat and the control means for burning tion motor and / or to the fuel cell or Headed fuel cell system. By this procedure energy balance and duration is improved shortened the start phase.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird bei Betrieb der Brennstoffzelle und nicht im Be­ trieb befindlichen Verbrennungsmotor die Abwärme der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellensystems über die Wärmeleitungsmittel und die Steuermittel zumindest teilweise zu dem Verbrennungsmotor geleitet, um die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors aufrechtzu­ erhalten. Bei erhöhtem Leistungsbedarf kann der Verbrennungsmotor dem Brennstoffzellenantrieb jeder­ zeit betriebswarm zugeschaltet werden. Der Verbren­ nungsmotor weist im betriebswarmen Zustand günstigere Emissionswerte und einen geringeren Verschleiß auf. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ei­ ne mechanische Überbrückung von der Brennkraftmaschine zur Elektroantriebsmaschine und/oder zur Antriebsachse gegebenenfalls mit wandelbarer Übersetzung dargestellt werden. Dadurch kann die Elektroantriebsmaschine klei­ ner dimensioniert werden.In an advantageous development of the method is in operation of the fuel cell and not in loading located internal combustion engine the waste heat of Fuel cell or the fuel cell system over the heat conduction means and the control means at least  partially directed to the internal combustion engine to the Operating temperature of the internal combustion engine upright receive. With increased power requirements, the Internal combustion engine the fuel cell drive everyone can be switched on at operating temperature. The scorch In the warmed-up condition, the motor has cheaper ones Emission values and less wear. In a further embodiment of the invention, ei ne mechanical bypass from the internal combustion engine to the electric drive machine and / or to the drive axle represented with changeable translation if necessary become. This allows the electric drive machine to be small ner dimensioned.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung er­ geben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention give themselves from the remaining subclaims as well from the description and the accompanying drawing.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention is based on exemplary embodiments in the drawings and is shown in the following un ter explained in more detail with reference to the drawings.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwend­ bar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above and the Features to be explained below not only in the specified combination, but also in other combinations or used alone are bar without the scope of the present invention to leave.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfin­ dungsgemäßen Antriebsvorrichtung; und Figure 1 is a schematic representation of an inventive drive device. and

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfin­ dungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer alternativen Ausführungsform mit einer Wär­ mespeichereinrichtung; und. Figure 2 is a schematic representation of an inventive drive device in an alternative embodiment with a heat storage device. and.

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfin­ dungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer alternativen Ausführungsform mit einer Hoch­ temperaturspeichereinrichtung. Fig. 3 is a schematic representation of an inventive drive device in an alternative embodiment with a high temperature storage device.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Antriebs­ vorrichtung 1 umfaßt ein Brennstoffzellensystem 2, welches gegebenenfalls aus mindestens einer Brenn­ stoffzelle 3 und einer Gaserzeugungseinrichtung 4 be­ steht, einen Verbrennungsmotor 5, einen Generator 6, einen Elektromotor 7 und eine Kühleinrichtung 8.The drive device 1 according to the invention shown in FIG. 1 comprises a fuel cell system 2 , which may be made of at least one fuel cell 3 and a gas generating device 4 , an internal combustion engine 5 , a generator 6 , an electric motor 7 and a cooling device 8 .

Das Brennstoffzellensystem 2 ist aus der mindestens einen Brennstoffzelle 3 aufgebaut. Üblicherweise wer­ den mehrere Brennstoffzellen zu einem sogenannten Brennstoffzellenstack zusammengefaßt. Die Anzahl der eingesetzten Brennstoffzellen bzw. die Anordnung und Verschaltung mehrerer Brennstoffzellenstacks richtet sich nach den geforderten Leistungsdaten, d. h. im we­ sentlichen den Anforderungen an Strom und Spannung hinsichtlich des verwendeten Elektromotors bzw. der E­ lektromotoren. Das Brennstoffzellensystem 2 umfaßt zweckmäßigerweise eine Gaserzeugungseinrichtung 4, die aus geeigneten kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffen ein wasserstoffhaltiges Gas erzeugt. Als Brennstoffe kommen insbesondere Alkohole wie Methanol, konventio­ nelle Treibstoffe wie Benzin und Diesel, Natural Gas und Liquified Petrol Gas in Frage, die beispielsweise durch partielle Oxidation oder Wasserdampfreformierung in das wasserstoffreiche Gas umgewandelt werden. Der Gaserzeugungseinrichtung sind (nicht dargestellte) Gasreinigungsstufen wie Shift-Stufe oder CO- Oxidationsstufe nachgeschaltet.The fuel cell system 2 is constructed from the at least one fuel cell 3 . Usually, who combines the several fuel cells into a so-called fuel cell stack. The number of fuel cells used or the arrangement and connection of several fuel cell stacks is based on the required performance data, ie essentially the requirements for current and voltage with regard to the electric motor used or the electric motors. The fuel cell system 2 expediently comprises a gas generating device 4 which generates a hydrogen-containing gas from suitable hydrocarbon-containing fuels. Alcohols such as methanol, conventional fuels such as petrol and diesel, natural gas and liquefied petroleum gas are particularly suitable as fuels, which are converted into the hydrogen-rich gas by partial oxidation or steam reforming, for example. The gas generating device is followed by (not shown) gas purification stages such as a shift stage or CO oxidation stage.

Der Verbrennungsmotor 5 und das Brennstoffzellensystem 2 werden zweckmäßigerweise mit dem gleichen Brenn­ stoff, mit Wasserstoff bei Abwesenheit einer Gaserzeu­ gungsvorrichtung 4, ansonsten mit den zuvor genannten Brennstoffen betrieben. Als Verbrennnungsmotor 5 kön­ nen beispielsweise Diesel- oder Ottomotoren vorgesehen sein, die hinsichtlich Drehzahl, Hubvolumen, Emission etc. für einen Generatorantrieb ausgelegt sind. Gene­ rator 6 und Verbrennungsmotor 5 sind über eine Welle 13 miteinander verbunden.The internal combustion engine 5 and the fuel cell system 2 are expediently operated with the same fuel, with hydrogen in the absence of a gas generating device 4 , otherwise operated with the aforementioned fuels. As an internal combustion engine 5, for example, diesel or gasoline engines can be provided, which are designed for a generator drive with regard to speed, displacement, emissions, etc. The generator 6 and the internal combustion engine 5 are connected to one another via a shaft 13 .

Der Verbrennungsmotor 5, das Brennstoffzellensystem 2 und die Kühleinrichtung 8 sind über Wärmeleitungsmit­ tel 10 untereinander wärmeleitend verbunden. Im Aus­ führungsbeispiel sind die Wärmeleitungsmittel 10 als Leitungen und die Kühleinrichtung 8 als ein Kühler ausgeführt, in denen eine Kühlflüssigkeit zirkuliert. Zur Unterstützung der Kühlung ist am Kühler 8 ein Ge­ bläse 16 vorgesehen. In den Leitungen 10 sind steuer­ bare Ventile, beispielsweise Dreiwegeventile, als Steuermittel 11 angeordnet. Die Kühleinrichtung 8 kann durch entsprechende Wahl des Kühlmediums oder durch (nicht dargestellte) Wärmespeicher für eine zeitweise Wärmespeicherung vorgesehen werden. Die gespeicherte Wärme kann zum Erwärmen von Brennstoffzelle 3 und/oder Verbrennungsmotor 5 verwendet werden. Die Masse des Verbrennungsmotors 5 selbst kann auch als Wärmespei­ cher bzw. Wärmepuffer dienen, um beispielsweise einen gemittelten Betrieb der Kühleinrichtung 8 vorzusehen.The internal combustion engine 5 , the fuel cell system 2 and the cooling device 8 are connected to one another in a heat-conducting manner via Wärmeleitungsmit tel 10 . In the exemplary embodiment, the heat conduction means 10 are designed as lines and the cooling device 8 as a cooler, in which a cooling liquid circulates. To assist cooling, a Ge blower 16 is provided on the cooler 8 . In the lines 10 controllable valves, for example three-way valves, are arranged as control means 11 . The cooling device 8 can be provided for a temporary heat storage by appropriate choice of the cooling medium or by heat storage (not shown). The stored heat can be used for heating fuel cell 3 and / or internal combustion engine 5 . The mass of the internal combustion engine 5 itself can also serve as a heat accumulator or heat buffer, for example to provide for averaged operation of the cooling device 8 .

Daneben wäre es auch denkbar, zusätzliche Wärmespei­ chereinrichtungen und/oder Hochtemperaturspeicher als eigenständige Bauteile einzusetzen, wie dies später anhand von Fig. 2 und Fig. 3 noch eingehend erläutert wird.In addition, it would also be conceivable chereinrichtungen additional thermal storage and / or use high-temperature storage as independent components, as later with reference to FIG. 2 and FIG. 3 is explained in more detail.

Der Fluß der Kühlflüssigkeit und damit der Wärmestrom kann über die Ventile 11 im Kühlkreislauf aus Brenn­ stoffzellensystem 2, Verbrennungsmotor 5 und Kühler 8 gesteuert werden. Durch eine entsprechende Stellung des Dreiwegeventils 11a kann die Kühlflüssigkeit von dem Verbrennungsmotor 5 ausschließlich zum Kühler 8, ausschließlich zum Brennstoffzellensystem 2 oder in einem entsprechenden Verhältnis sowohl zum Kühler 8 als auch zum Brennstoffzellensystem 2 geleitet werden. Über das Dreiwegeventil 11b erfolgt eine Steuerung der Kühlflüssigkeit zum Verbrennungsmotor 5. Über eine entsprechende Stellung der Dreiwegeventile 11a und 11b können somit das Brennstoffzellensystem 2, der Verbrennungsmotor 5 oder der Kühler 8 ganz oder teil­ weise aus dem Kühlkreislauf ein- bzw. ausgekoppelt werden. Pumpen 12 dienen zur Unterstützung der Zirku­ lation der Kühlflüssigkeit im Kühlkreislauf.The flow of the cooling liquid and thus the heat flow can be controlled via the valves 11 in the cooling circuit from fuel cell system 2 , internal combustion engine 5 and cooler 8 . By means of a corresponding position of the three-way valve 11 a, the coolant can be conducted from the internal combustion engine 5 exclusively to the cooler 8 , exclusively to the fuel cell system 2 or in a corresponding ratio both to the cooler 8 and to the fuel cell system 2 . Over the three-way valve 11b to control the coolant to the combustion engine takes place. 5 Via a corresponding position of the three-way valves 11 a and 11 b, the fuel cell system 2 , the internal combustion engine 5 or the cooler 8 can thus be completely or partially coupled in or out of the cooling circuit. Pumps 12 serve to support the circulation of the coolant in the cooling circuit.

In Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebsart, d. h. vom Betriebszustand von Brennstoffzellensystem 2 und Verbrennungsmotor 5, kann die im Verbrennungsmotor 5 und/oder der Brennstoffzelle 3 bzw. dem Brennstoffzel­ lensystem 2 erzeugte Wärme an die jeweils anderen Kom­ ponenten des Kühlkreislaufs verteilt werden.Depending on the respective operating mode, ie the operating state of the fuel cell system 2 and the internal combustion engine 5 , the heat generated in the internal combustion engine 5 and / or the fuel cell 3 or the fuel cell system 2 can be distributed to the other components of the cooling circuit.

Bei einem Kaltstart werden die Dreiwegeventile 11 so eingestellt, daß der Kühler 8 vollständig oder teil­ weise aus dem Kühlkreislauf ausgekoppelt wird, so daß die Abwärme des Verbrennungsmotors 5 dem Brennstoff­ zellensytem 2 zugeleitet wird. Außerdem wird über (nicht dargestellte) Schaltmittel eine elektrische Heizung 17 in Betrieb gesetzt, die zumindest auf.ein­ zelne Komponenten des Brennstoffzellensystems 2 wie Brennstoffzelle 3 oder Gaserzeugungseinrichtung 4, wirkt. Die elektrische Heizung 17 ist über Leitungen 18 an den Generator 6 angeschlossen, so daß mit Star­ ten des Verbrennungsmotors 5 über den Generator 6 die benötigte Energie bereitgestellt wird. Zusätzlich kön­ nen (nicht dargestellte) Energiespeicher, beispiels­ weise eine Batterie, vorgesehen sein, deren Energie insbesondere in der Startphase zur Verfügung steht. Ein Aufladen der Batterie kann über den Generator 5 erfolgen.In the event of a cold start, the three-way valves 11 are set such that the cooler 8 is completely or partially decoupled from the cooling circuit, so that the waste heat from the internal combustion engine 5 is fed to the fuel cell system 2 . In addition, an electrical heater 17 is put into operation via switching means (not shown), which acts at least on individual components of the fuel cell system 2, such as fuel cell 3 or gas generating device 4 . The electric heater 17 is connected via lines 18 to the generator 6 , so that the required energy is provided with the engine 5 via the generator 6 . In addition, energy storage means (not shown), for example a battery, can be provided, the energy of which is available in particular in the starting phase. The battery can be charged via the generator 5 .

Nach Erreichen der Betriebstemperatur des Brennstoff­ zellensystems 2 wird das Fahrzeug vorzugsweise nur ü­ ber das Brennstoffzellensystem 2 angetrieben. Die Ven­ tile 11 werden so eingestellt, daß ein Anteil der von dem Brennstoffzellensystem 2 erwärmten Kühlflüssigkeit im Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors 5 zirkuliert und diesen so auf Betriebstemperatur hält. Bei gleich­ zeitigem Betrieb von Verbrennungsmotor 5 und Brenn­ stoffzellensystem 2 wird die Ventileinstellung so ge­ wählt, daß über die Kühleinrichtung 8, gegebenenfalls durch Zuschalten des Gebläses 16 eine ausreichende Kühlung von Brennstoffzellensystem 2 und Verbrennungs­ motor 5 gewährleistet ist.After the operating temperature of the fuel cell system 2 has been reached , the vehicle is preferably only driven via the fuel cell system 2 . The Ven tile 11 are set so that a portion of the coolant heated by the fuel cell system 2 circulates in the cooling circuit of the internal combustion engine 5 and keeps it at operating temperature. With simultaneous operation of the internal combustion engine 5 and fuel cell system 2 , the valve setting is selected so that sufficient cooling of the fuel cell system 2 and combustion engine 5 is ensured via the cooling device 8 , if appropriate by switching on the fan 16 .

Als Fahrantrieb für das Fahrzeug ist mindestens ein E­ lektromotor 7 vorgesehen, der das mechanische Drehmo­ ment zum Fahrzeugantrieb erzeugt. Es sind aber auch mehrere Elektromotoren, beispielsweise an jeder Achse oder jedem Rad eines Fahrzeuges möglich. Der Elektro­ motor 7 ist über Anschlußleitungen 14 und 15 mit dem Brennstoffzellensystem 2 und dem Generator 6 verbun­ den. Über (nicht dargestellte) Steuereinrichtungen wird die Drehzahl des Elektromotors 7 sowie das Um­ schalten bzw. das Zuschalten des Generators 6 oder der Brennstoffzelle 3 gesteuert. Der Elektromotor 7 treibt ein (nicht dargestelltes) Getriebe an, das entspre­ chend des Drehzahlbereiches des Elektromotors unter­ setzt ist und das Antriebsmoment letztlich auf die An­ triebsräder überträgt. Zusätzlich können (nicht darge­ stellte) Kupplungs- und Getriebemittel vorgesehen sein, die eine unmittelbare Nutzung des Verbrennungs­ motors 5 zum Vortrieb ermöglichen, beispielsweise bei Defekt des Elektromotors 7 oder besonders hohem Leis­ tungsbedarf.As a drive for the vehicle, at least one electric motor 7 is provided, which generates the mechanical torque for driving the vehicle. However, several electric motors are also possible, for example on each axle or wheel of a vehicle. The electric motor 7 is connected via connecting lines 14 and 15 to the fuel cell system 2 and the generator 6 . Via (not shown) control devices, the speed of the electric motor 7 and the switching or switching on of the generator 6 or the fuel cell 3 is controlled. The electric motor 7 drives a (not shown) gearbox which is set accordingly to the speed range of the electric motor and ultimately transmits the drive torque to the drive wheels. In addition (not shown) clutch and gear means can be provided that allow direct use of the internal combustion engine 5 for propulsion, for example in the event of a defect in the electric motor 7 or a particularly high power requirement.

Günstig ist, eine mechanische Überbrückung von der Brennkraftmaschine zur Elektroantriebsmaschine und/oder zur Antriebsachse gegebenenfalls mit wandelbarer Übersetzung vorzusehen. Dadurch kann die Elektroan­ triebsmaschine kleiner dimensioniert werden. In einer Weitergestaltung der Erfindung kann der Generator ent­ fallen, um den Leistungsbedarf zu vermindern.A mechanical bypass from the Internal combustion engine for electric drive machine and / or to the drive axle, if necessary, with convertible To provide translation. This allows the Elektroan drive machine can be dimensioned smaller. In a The generator can be developed further fall in order to reduce the power requirement.

Die Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 kann als optiona­ le, um eine Wärmespeichereinrichtung 19 ergänzte Vari­ ante gesehen werden. Auch für diese Variante gelten die oben angeführten Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen vergleichbar. Neben der zusätzlichen Wärmespei­ chereinrichtung 19 ist das in Fig. 2 dargestellte Aus­ führungsbeispiel lediglich um die Verbindungen des Wärmeleitungsmittels 10 zu der Wärmespeichereinrich­ tung 19 ergänzt. Um die Wärmespeichereinrichtung 19 nun zum Speichern und wieder Abgeben der Wärme an das Wärmeleitungsmittel 10 nutzen zu können, müssen dem­ entsprechend die Ventile 11 in dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel als Vierwegeventile 11a', 11b' ausgebildet sein. Ansonsten verhalten sich die Mög­ lichkeiten hinsichtlich des Einsatzes einer derartigen Antriebsvorrichtung 1 analog zu dem bereits gesagten, mit dem Unterschied daß hier mehr Wärme eingespeichert werden kann, so daß die Energieausnutzung verbessert wird.The embodiment variant according to FIG. 2 can be seen as an option, with a heat storage device 19 supplemented variant. The above-mentioned refinements and developments apply to this variant as well. In addition to the additional heat storage device 19 , the exemplary embodiment shown in FIG. 2 is only supplemented by the connections of the heat conduction means 10 to the heat storage device 19 . In order to be able to use the heat storage device 19 for storing and releasing the heat to the heat conduction means 10 , the valves 11 in the present exemplary embodiment must accordingly be designed as four-way valves 11 a ', 11 b'. Otherwise, the possibilities behave with regard to the use of such a drive device 1 analogous to that already mentioned, with the difference that more heat can be stored here, so that the energy utilization is improved.

Die Wärmespeichereinrichtung 19 kann dabei als feste oder fluidische Masse ausgebildet sein, welche ideal­ erweise eine Isolation gegenüber der Umgebung auf­ weist. Im Gegensatz zu der Masse des Brennstoffzellen­ systems 2 bzw. der Brennstoffzelle 3 und des Verbren­ nungsmotors 5 kann in einer derartigen Wärmespei­ chereinrichtung 19 die Wärme über einen längeren Zeit­ raum gespeichert werden. So ist es beispielsweise denkbar, daß die eingespeicherte Wärme auch bei einer längeren Standzeit der Antriebsvorrichtung 1, z. B. ü­ ber den Zeitraum einiger Stunden, auf einem so hohen Temperaturniveau zur Verfügung steht, daß diese den Wiederstart bzw. die Anwärmung der Antriebsvorrichtung 1 für den Wiederstart in idealer Weise unterstützen kann.The heat storage device 19 can be designed as a solid or fluid mass, which ideally has insulation from the environment. In contrast to the mass of the fuel cell system 2 or the fuel cell 3 and the combus- tion engine 5 , the heat can be stored in such a heat storage device 19 over a longer period of time. For example, it is conceivable that the stored heat even when the drive device 1 , e.g. B. over a period of a few hours, is available at such a high temperature level that it can support the restart or the heating of the drive device 1 for the restart in an ideal manner.

Neben der hier dargestellten Lage der Wärmespei­ chereinrichtung 19 wäre es auch denkbar, diese im Be­ reich der Kühleinrichtung 8 anzuordnen, wie dies oben bereits kurz angedeutet wurde. Dabei wäre dann eine Einsparung an Leitungslängen sowie die Weiterverwen­ dung der Dreiwegeventilen 11a, 11b möglich.In addition to the location of the heat storage device 19 shown here, it would also be conceivable to arrange this in the area of the cooling device 8 , as was briefly indicated above. It would then be possible to save line lengths and continue to use the three-way valves 11 a, 11 b.

In Fig. 3 ist eine weitere alternative Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 1 dargestellt. Darin ist ein Abgasstrang 20 der Verbrennungsmaschine 5 mit einem Krümmer 21, einem Katalysator 22 und einem Endschall­ dämpfer 23 prinzipmäßig angedeutet. Des weiteren ist eine Wärmetauscheinrichtung 24 zu erkennen, welche in einer wärmeleitenden Verbindung mit einer Hochtempera­ turspeichereinrichtung 25 steht. Die Wärmetauschein­ richtung 24 erlaubt es, einen Teil der in dem Abgas der Verbrennungsmaschine 5 enthaltenen thermischen E­ nergie in die Hochtemperaturspeichereinrichtung 25 einzuladen, wenn die Verbrennungsmaschine 5 betrieben wird. In idealer Weise wird hierfür die Wärme­ tauscheinrichtung 24 als Rohrwärmetauscher ausgebil­ det, welcher über einen Wärmeträgermedium, hier insbe­ sondere ein Druckgas, mit der Hochtemperaturspei­ chereinrichtung 25 in Verbindung steht. Der einfache und kostengünstige Aufbau eines derartigen Rohrwärme­ tauschers als Wärmetauscheinrichtung 24 erlaubt es, daß dieser auch bei Dauerbetrieb, nachdem die Hochtem­ peraturspeichereinrichtung 25 bereits bis zu ihrer ma­ ximalen Speicherkapazität aufgefüllt ist, in dem Ab­ gasstrang 20 verbleiben kann, so daß auf teure, kom­ plizierte und störanfällige Umschaltelemente zur Ver­ hinderung der Überhitzung des Wärmeträgermediums ver­ zichtet werden kann.In Fig. 3 a further alternative embodiment of the drive device 1 is shown. In it, an exhaust line 20 of the internal combustion engine 5 with a manifold 21 , a catalyst 22 and a rear silencer 23 is indicated in principle. Furthermore, a heat exchange device 24 can be seen, which is in a thermally conductive connection with a high-temperature storage device 25 . The heat exchange device 24 allows a portion of the thermal energy contained in the exhaust gas of the internal combustion engine 5 to be loaded into the high-temperature storage device 25 when the internal combustion engine 5 is operated. Ideally, the heat exchange device 24 is configured as a tubular heat exchanger for this purpose, which is connected to the high temperature storage device 25 via a heat transfer medium, here in particular a compressed gas. The simple and inexpensive construction of such a tubular heat exchanger as a heat exchange device 24 allows this even in continuous operation, after the high temperature storage device 25 is already filled up to its ma ximal storage capacity, can remain in the gas line 20 , so that expensive, com duplicated and fault-prone switching elements to prevent overheating of the heat transfer medium can be dispensed with.

Die Hochtemperaturspeichereinrichtung 25 kann dabei vergleichbar zu der Wärmespeichereinrichtung 19 ausge­ bildet sein, wobei gegebenenfalls ein weiterer Wärme­ tauscher zum Übertrag der Wärme auf die Wärmeleitungs­ mittel 10 vorgesehen sein kann. Durch das Einspeichern von Wärme in der Hochtemperaturspeichereinrichtung 25 auf einem sehr hohen Temperaturniveau kann die Wärme über einen entsprechend langen Zeitraum gespeichert werden, ehe sie sich auf ein Temperaturniveau abkühlt, welches für die Verwendung, beispielsweise beim Kalt­ start der Antriebsvorrichtung 1, uninteressant ist.The high-temperature storage device 25 can be formed comparable to the heat storage device 19 , wherein, if necessary, a further heat exchanger for transferring the heat to the heat conduction means 10 can be provided. By storing heat in the high-temperature storage device 25 at a very high temperature level, the heat can be stored for a correspondingly long period of time before it cools down to a temperature level which is of no interest for use, for example when the drive device 1 starts cold.

In besonders günstiger Weise wird die in der Hochtem­ peraturspeichereinrichtung 25 eingespeicherte Wärme dabei so genutzt, daß je nach Bedarf zunächst Wärme auf einem weitaus niedrigeren Temperaturniveau, wel­ ches sich beispielsweise in den Komponenten, also in der Brennstoffzelle 3, in dem Verbrennungsmotor 5 und falls vorhanden in dem Gaserzeugungssystem 4 befindet in der Antriebsvorrichtung 1 zu Vorheizzwecken ausge­ tauscht wird. Die Wärme kann von der Verbrennungsma­ schine 5 zu der Brennstoffzelle 3 bzw. dem Brennstoff­ zellensystem 2 geleitet werden, oder auch in umgekehr­ ter Richtung, wie es oben bereits beschrieben wurde, je nach Betriebszustand der Antriebsvorrichtung 1. Falls die optionale Wärmespeichereinrichtung 19 in der Antriebsvorrichtung 1 vorhanden ist, so kann diese selbstverständlich in dieses System mit einbezogen werden, da auch in ihr Wärme auf dem niedrigeren Tem­ peraturniveau, im allgemeinen dem Temperaturniveau der Kühlflüssigkeit im Kühlkreislauf, eingespeichert ist. Anschließend an diese Vorheizphase wird dann die Wärme aus der Hochtemperaturspeichereinrichtung 25, welche sich auf deutlich höherem Temperaturniveau befindet, entnommen und den Komponenten mit Wärmebedarf zugelei­ tet. Zum Transport der Wärme dient auch hier der Kühl­ kreislauf mit dem Wärmeleitungsmittel 10.In a particularly favorable manner, the heat stored in the high-temperature storage device 25 is used in such a way that, as required, heat is initially at a much lower temperature level, for example in the components, ie in the fuel cell 3 , in the internal combustion engine 5 and if present in the gas generating system 4 is in the drive device 1 for preheating purposes is exchanged. The heat can be conducted from the internal combustion engine 5 to the fuel cell 3 or the fuel cell system 2 , or in the opposite direction, as already described above, depending on the operating state of the drive device 1 . If the optional heat storage device 19 is present in the drive device 1 , it can of course also be included in this system, since temperature is also stored in it at the lower temperature level, generally the temperature level of the coolant in the cooling circuit. Subsequent to this preheating phase, the heat is then removed from the high-temperature storage device 25 , which is at a significantly higher temperature level, and supplied to the components with a heat requirement. The cooling circuit with the heat conduction means 10 also serves to transport the heat here.

Durch diese Verfahrensweise kann mit relativ geringen Wärmemengen aus der Hochtemperaturspeichereinrichtung 25 bereits eine ausreichend hohe Starttemperatur für die vorzuheizenden Komponenten erreicht werden, so daß bei einem derartigen Verfahren die Hochtemperaturspei­ chereinrichtung 25 entsprechend klein und damit kos­ tengünstig ausgeführt werden kann. Durch das Vorheizen der Verbrennungsmaschine 5 lassen sich dabei z. B. die Startemissionen verringern, bei der Gaserzeugungsein­ richtung 4 wird der direkte Start so überhaupt erst möglich.By this procedure, already a sufficiently high starting temperature can be achieved for the vorzuheizenden components with relatively small amounts of heat from the high temperature storage means 25 so that in such a method the Hochtemperaturspei chereinrichtung 25 correspondingly small and thus can be performed kos-effectively. By preheating the internal combustion engine 5 z. B. reduce the starting emissions, in the Gaserzeugungsein device 4 , the direct start is possible in the first place.

Selbstverständlich muß bei einem derartigen kaskaden­ artigen Vorheizverfahren darauf geachtet werden, daß beim Eintrag von Wärme aus der Hochtemperaturspei­ chereinrichtung 25 in die Wärmeleitungsmittel 10 die gegebenenfalls zusätzlich vorhandene Wärmespeicherein­ richtung 19, welche zu dem Zeitpunkt im allgemeinen "leer" sein wird, nicht von den Wärmeleitungsmitteln 19 durchströmt wird, da die Wärmespeichereinrichtung 19 ansonsten einen Teil der für die Vorheizung der je­ weiligen Komponente gedachte Wärme aus der Hochtempe­ raturspeichereinrichtung 25 aufnehmen würde, welche dann für den bestimmungsgemäßen Zweck nicht mehr zur Verfügung stünde.Of course, with such a cascade-like preheating process, care must be taken to ensure that when heat is input from the high temperature storage device 25 into the heat conduction means 10, any additional heat storage device 19 , which will be generally "empty" at the time, not from the heat conduction means 19 is flowed through, since the heat storage device 19 would otherwise absorb part of the heat intended for preheating the respective component from the high-temperature storage device 25, which would then no longer be available for the intended purpose.

Beim Einsatz einer derartigen Hochtemperaturspei­ chereinrichtung 25 muß außerdem darauf geachtet wer­ den, daß die Wärmeleitungsmittel 10 nicht durch Über­ temperatur geschädigt werden. Beim Einsatz von mit Frostschutz versetztem Kühlwasser kann sich dies bei­ spielsweise durch ein Cracken von Molekülen im Bereich des Frostschutzes bemerkbar machen. Eine Verbesserung läßt sich z. B. dadurch erzielen, daß nach dem Errei­ chen einer bestimmten Temperatur in der Hochtempera­ turspeichereinrichtung 25 der Wärmeübertragungsmecha­ nismus zwischen der Hochtemperaturspeichereinrichtung 25 und den Wärmeleitungsmitteln 10 abgeriegelt oder vollständig unterbrochen wird. Diese Regelung des Wär­ meflusses zwischen dem Wärmeleitungsmittel 10 und der Hochtemperaturspeichereinrichtung 25 kann vorzugsweise über einen wärmeleitenden Festkörper mit veränderli­ cher Kontaktfläche erfolgen oder, wie oben bereits bei der besonders günstigen Ausführungsform für das Ein­ speichern der Wärme aus dem Abgasstrang 20 in die Hochtemperaturspeichereinrichtung 25 beschrieben, über einen Wärmeträgerkreislauf mit einem geeigneten Wärme­ trägermedium, insbesondere Druckgas. Zu Isolierzwecken könnte dann der Kreislauf einfach abgesperrt werden.When using such a high temperature memory device 25 , care must also be taken to ensure that the heat conducting means 10 are not damaged by excess temperature. When using cooling water with antifreeze, this can be noticed, for example, by cracking molecules in the area of antifreeze. An improvement can be made e.g. B. achieve that after Errei chen a certain temperature in the high-temperature storage device 25 of the heat transfer mechanism between the high-temperature storage device 25 and the heat conduction means 10 is blocked off or completely interrupted. This regulation of the heat flow between the heat conduction means 10 and the high-temperature storage device 25 can preferably take place via a heat-conducting solid body with a variable contact surface or, as already described above in the particularly favorable embodiment for storing the heat from the exhaust line 20 into the high-temperature storage device 25 , via a heat transfer circuit with a suitable heat transfer medium, especially compressed gas. The circuit could then simply be shut off for insulation purposes.

Sollte die Temperatur in der Hochtemperaturspei­ chereinrichtung 25 trotz Abregelung eine zulässige Höchsttemperatur überschreiten, so kann eine Abfuhr von Wärme über die Kühleinrichtung 8, beispielsweise durch einen Mindestvolumenstrom, welcher durch die Ventile 11 vorgegeben wird, sichergestellt werden.Should the temperature in the high-temperature storage device 25 exceed a permissible maximum temperature despite the reduction, heat can be dissipated via the cooling device 8 , for example by means of a minimum volume flow, which is predetermined by the valves 11 .

Die Wärme aus der Wärmespeichereinrichtung 19 und aus der Hochtemperaturspeichereinrichtung 25 kann nach Kriterien des Vorrangs der Nützlichkeit, sobald also abzusehen ist, daß im Bereich der Antriebsvorrichtung 1 aktuell keine Wärme benötigt wird, auch für andere Wärmenutzer verwendet werden. Beispiele wären hier ein Frontscheibenwärmetauscher, ein Heizwärmetauscher so­ wie Getriebe- bzw. Motorölwärmetauscher, Batteriewär­ metauscher und dergleichen. Insbesondere der Batterie­ wärmetauscher stellt hier eine sehr günstige Möglich­ keit der Verwendung in einem derartigen Hybridsystem dar, das insbesondere die Elektrotraktionsbatterie (nicht dargestellt), welche in derartigen Antriebsvor­ richtungen 1 zu Pufferzwecken häufig eingesetzt wird, bei sehr kalten Temperaturen eine sehr ungenügende Leistungsperformance zeigt. Dabei kann die Elektro­ traktionsbatterie sinnvollerweise ihre Wärme ganz zum Schluß erhalten, wenn die anderen Aggregate bereits ausreichend vorgeheizt sind.The heat from the heat storage device 19 and from the high-temperature storage device 25 can also be used for other heat users according to criteria of priority of utility, as soon as it is foreseeable that no heat is currently required in the area of the drive device 1 . Examples would be a windshield heat exchanger, a heating heat exchanger such as gear or engine oil heat exchanger, battery heat exchanger and the like. In particular, the battery heat exchanger is a very cheap possibility of use in such a hybrid system, which in particular the electric traction battery (not shown), which is often used in such devices 1 for buffering purposes, shows very inadequate performance at very cold temperatures. The electric traction battery can usefully get its heat at the very end when the other units are already sufficiently preheated.

Claims (17)

1. Hybridantriebsvorrichtung, insbesondere für Fahr­ zeuge, mit mindestens einer Brennstoffzelle (3), einem Verbrennungsmotor (5), einem Generator (6) und/oder einem Elektromotor (7) und einer gemein­ samen Kühleinrichtung (8) für die Brennstoffzelle (3) und den Verbrennungsmotor (5), wobei der E­ lektromotor (7) von der Brennstoffzelle (3) und/oder dem Verbrennungsmotor (5) mittels des Ge­ nerators (6) mit Energie versorgt wird, sowie mit Wärmeleitungsmitteln (10), die den Verbrennungsmo­ tor (5), die Brennstoffzelle (3) und die Kühlein­ richtung (8) miteinander wärmeleitend verbinden, und wobei Steuermittel (11) vorgesehen sind, über die eine Steuerung eines Wärmestromes von Wärme des Verbrennungsmotors (5) zu der Kühleinrichtung (8) und/oder der Brennstoffzelle (3), von Wärme der Brennstoffzelle (3) zu der Kühleinrichtung (8) und/oder dem Verbrennungsmotor (5), und/oder von Wärme der Kühleinrichtung (8) zu dem Verbrennungs­ motor (5) und/oder der Brennstoffzelle (3) er­ folgt.1. Hybrid drive device, in particular for driving tools, with at least one fuel cell ( 3 ), an internal combustion engine ( 5 ), a generator ( 6 ) and / or an electric motor ( 7 ) and a common cooling device ( 8 ) for the fuel cell ( 3 ) and the internal combustion engine ( 5 ), the electric motor ( 7 ) being supplied with energy by the fuel cell ( 3 ) and / or the internal combustion engine ( 5 ) by means of the ge generator ( 6 ), and with heat conduction means ( 10 ) which control the combustion engine gate ( 5 ), the fuel cell ( 3 ) and the cooling device ( 8 ) connect to each other in a heat-conducting manner, and wherein control means ( 11 ) are provided via which a control of a heat flow of heat of the internal combustion engine ( 5 ) to the cooling device ( 8 ) and / or the fuel cell ( 3 ), from heat of the fuel cell ( 3 ) to the cooling device ( 8 ) and / or the internal combustion engine ( 5 ), and / or from heat of the cooling device ( 8 ) to the internal combustion engine ( 5 ) and / or the fuel cell ( 3 ) it follows. 2. Hybridantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Brennstoffzellensystem (2) mit wenigstens ei­ ner Brennstoffzelle (3) und einer Gaserzeugungs­ einrichtung (4) zum Erzeugen von wasserstoffhalti­ gem Gas für die Brennstoffzelle (3) umfaßt.2. Hybrid drive device according to claim 1, characterized by a fuel cell system ( 2 ) with at least one fuel cell ( 3 ) and a gas generating device ( 4 ) for generating hydrogen-containing gas for the fuel cell ( 3 ). 3. Hybridantriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffzellensystem (2) oder Komponenten (3, 4) des Brennstoffzellensystem (2) über die Wärmeleitungsmittel (10) und die Steuermittel (11) mit dem Verbrennungsmotor (5) und der Kühleinrich­ tung (8) wärmeleitend verbunden sind.3. Hybrid drive device according to claim 2, characterized in that the fuel cell system ( 2 ) or components ( 3 , 4 ) of the fuel cell system ( 2 ) via the heat conduction means ( 10 ) and the control means ( 11 ) with the internal combustion engine ( 5 ) and the Kühleinrich device ( 8 ) are thermally connected. 4. Hybridantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (5) und die Brennstoffzelle (3) bzw. das Brennstoffzellensystem (2) zum Be­ trieb mit dem gleichen Brennstoff vorgesehen sind.4. Hybrid drive device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the internal combustion engine ( 5 ) and the fuel cell ( 3 ) or the fuel cell system ( 2 ) are provided for operation with the same fuel. 5. Hybridantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Brennstoffzelle (3) bzw. das Brennstoff­ zellensystem (2) elektrische Heizmittel (17) vor­ gesehen sind.5. Hybrid drive device according to one of claims 1 to 4, characterized in that for the fuel cell ( 3 ) or the fuel cell system ( 2 ) electrical heating means ( 17 ) are seen before. 6. Hybridantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Überbrückung vom Verbrennungsmo­ tor (5) zum Elektromotor (7) und/oder zu einer An­ triebsachse vorgesehen ist.6. Hybrid drive device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a mechanical bypass from the combustion engine ( 5 ) to the electric motor ( 7 ) and / or to a drive axis is provided. 7. Hybridantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Wärmeleitungsmittel (10) eine Wär­ mespeichereinrichtung (19) vorgesehen ist.7. Hybrid drive device according to one of claims 1 to 6, characterized in that a heat storage device ( 19 ) is provided in the region of the heat conduction means ( 10 ). 8. Hybridantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Abgasstrang (20) des Verbrennungsmotors (5) eine Wärmetauscheinrichtung (24) vorgesehen ist.8. Hybrid drive device according to one of claims 1 to 7, characterized in that a heat exchange device ( 24 ) is provided in an exhaust line ( 20 ) of the internal combustion engine ( 5 ). 9. Hybridantriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscheinrichtung (24) eine wärmeleitende Verbindung mit einer Hochtemperaturspeicherein­ richtung (25) aufweist.9. Hybrid drive device according to claim 8, characterized in that the heat exchange device ( 24 ) has a thermally conductive connection with a high-temperature storage device ( 25 ). 10. Hybridantriebsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscheinrichtung (24) als Rohrwärmetau­ scher ausgebildet ist, welcher von einem Wärmeträ­ germedium, insbesondere Druckgas, durchströmt ist.10. Hybrid drive device according to claim 8 or 9, characterized in that the heat exchange device ( 24 ) is designed as a Rohrwärmetau shear, which is flowed through by a Wärmeträ germ medium, in particular compressed gas. 11. Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvor­ richtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebsmoment der Antriebsvorrichtung bis zum Erreichen einer Betriebstemperatur der Brennstoffzelle (3) bzw. des Brennstoffzellensys­ tems (2) durch den Verbrennungsmotor (5) mittels des Generators (6) und des Elektromotors (7) er­ zeugt und die Brennstoffzelle (3) bzw. das Brenn­ stoffzellensystem (2) mit der Abwärme des Verbren­ nungsmotors (5), die über die Wärmeleitungsmittel (10) und die Steuermittel (11) zumindest teilweise zur Brennstoffzelle (3) bzw. zum Brennstoffzellen­ system (2) geleitet wird, auf Betriebstemperatur erhitzt wird.11. The method for operating a Hybridantriebsvor direction according to any one of the preceding claims, wherein the drive torque of the drive device until reaching an operating temperature of the fuel cell ( 3 ) or the fuel cell system ( 2 ) by the internal combustion engine ( 5 ) by means of the generator ( 6 ) and of the electric motor ( 7 ) it produces and the fuel cell ( 3 ) or the fuel cell system ( 2 ) with the waste heat of the combustion engine ( 5 ), via the heat conduction means ( 10 ) and the control means ( 11 ) at least partially to the fuel cell ( 3 ) or to the fuel cell system ( 2 ) is heated to operating temperature. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle (3) bzw. das Brennstoffzellen­ system (2) mit dem elektrischen Heizmittel (17) auf Betriebstemperatur erhitzt wird.12. The method according to claim 11, characterized in that the fuel cell ( 3 ) or the fuel cell system ( 2 ) with the electric heating means ( 17 ) is heated to operating temperature. 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einem vorherigen Betrieb der Antriebsvor­ richtung in der Kühleinrichtung (8) vorhandene Restwärme über die Wärmeleitungsmittel (10) und die Steuermittel (11) zum Verbrennungsmotor (5) und/oder zur Brennstoffzelle (3) bzw. zum Brenn­ stoffzellensystem (2) geleitet wird.13. The method according to claim 11 or 12, characterized in that from a previous operation of the Antriebsvor direction in the cooling device ( 8 ) existing residual heat via the heat conduction means ( 10 ) and the control means ( 11 ) to the internal combustion engine ( 5 ) and / or Fuel cell ( 3 ) or fuel cell system ( 2 ) is passed. 14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betrieb der Brennstoffzelle (3) und nicht im Betrieb befindlichen Verbrennungsmotor (5) die Ab­ wärme der Brennstoffzelle (3) bzw. des Brennstoff­ zellensystems (2) über die Wärmeleitungsmittel (10) und die Steuermittel (11) zumindest teilweise zu dem Verbrennungsmotor (5) geleitet wird, um die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors (5) auf­ rechtzuerhalten.14. The method according to claim 11, 12 or 13, characterized in that when operating the fuel cell ( 3 ) and not in operation internal combustion engine ( 5 ) from the heat of the fuel cell ( 3 ) or the fuel cell system ( 2 ) via the heat conduction means ( 10 ) and the control means ( 11 ) is at least partially directed to the internal combustion engine ( 5 ) in order to maintain the operating temperature of the internal combustion engine ( 5 ). 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebs der Hybridantriebsvorrichtung (1) anfallende Überschußwärme in einer Wärmespei­ chereinrichtung (19) eingespeichert wird, und daß diese Wärme bei Wärmebedarf in der Hybridantriebs­ vorrichtung (1) an das Wärmeleitungsmittel (10) abgegeben wird.15. The method according to any one of claims 11 to 14, characterized in that during the operation of the hybrid drive device ( 1 ) accumulating excess heat in a Wärespei chereinrichtung ( 19 ) is stored, and that this heat device when heat in the hybrid drive device ( 1 ) to the Heat conduction agent ( 10 ) is released. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebs der Verbrennungsmaschine (5) im Bereich Ihres Abgasstrangs (20) anfallende Wär­ me in einer Hochtemperaturspeichereinrichtung (25) eingespeichert wird, und daß diese Wärme bei Wär­ mebedarf in der Hybridantriebsvorrichtung (1) der an das Wärmeleitungsmittel (10) abgegeben wird.16. The method according to any one of claims 11 to 15, characterized in that during the operation of the internal combustion engine ( 5 ) in the area of your exhaust line ( 20 ) accumulating heat me in a high-temperature storage device ( 25 ) is stored, and that this heat in heat demand the hybrid drive device ( 1 ) which is delivered to the heat conduction means ( 10 ). 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen von kalten Komponenten (3, 4, 5) der Hybridantreibseinrichtung (1) zuerst die noch vor­ handenen Wärme aus der Wärmespeichereinrichtung (19) und/oder aus noch warmen Komponenten (3, 4, 5) genutzt wird, wobei nach diesem Vorwärmen mit der gespeicherten Wärme auf niedrigem Temperaturniveau ein Aufheizen der jeweiligen Komponente (3, 4, 5) mit der gespeicherten Wärme auf hohem Temperatur­ niveau aus der Hochtemperaturspeichereinrichtung (25) erfolgt.17. The method according to claim 16, characterized in that for heating cold components ( 3 , 4 , 5 ) of the hybrid drive device ( 1 ) first the still existing heat from the heat storage device ( 19 ) and / or from still warm components ( 3 , 4 , 5 ) is used, after this preheating with the stored heat at a low temperature level, the respective component ( 3 , 4 , 5 ) is heated with the stored heat at a high temperature level from the high-temperature storage device ( 25 ).
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