DE102005052307A1

DE102005052307A1 - Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem und einem Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102005052307A1
Application number: DE102005052307A
Authority: DE
Inventors: Hans-Hermann Otte
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2005-11-01
Publication date: 2007-05-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem und einem diesem elektrische Energie zuführenden Brennstoffzellensystem. Derartige durch einen Elektromotor angetriebene Fahrzeuge sind an sich bekannt, aber deren Herstellung ist noch zu aufwendig und zu teuer. Erfindungsgemäß werden die bekannten Fahrzeuge der oben genannten Gattung mit einem Elektromotor verbessert durch
- ein fahrbares Untergestell (1) mit einem Achsträgermodul für das Antriebssystem einschließlich der Vorder- und Hinterachse sowie für Fahrwerks- und Steueraggregate,
- ein einteiliges Chassismodul (11) mit einem geschlossenen Bodenteil (13) mit angeformten Sitzmodulen und
- durch ein mit dem Chassismodul (11) verbindbares Fronthaubenmodul (31).

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem und einem diesem elektrischen Energie zuführenden Brennstoffzellensystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Brennstoffzellenfahrzeuge mit einem elektrischen Antriebssystem und einem Brennstoffzellensystem zur Bereitstellung elektrischer Energie für das Antriebssystem sind allgemein bekannt, wobei das elektrische Antriebssystem typischerweise einen oder mehrere Elektromotoren aufweist, welche die vom Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie in Antriebskräfte für die Fahrzeugräder umsetzen. Bekannte elektrische Fahrzeuge mit einer Brennstoffzelle als Antriebsquelle weisen eine Anordnung eines Brennstofftanks, eines Brennstoffreformers, einer Brennstoffzelle und eines elektrischen Energiespeichers auf, welche das Brennstoffzellensystem bilden.

Ein bekanntes, durch eine Brennstoffzelle angetriebenes elektrisches Fahrzeug ist ein kleines Fahrzeug, beispielsweise für zwei Personen, und weist eine Brennstoffzelle auf, die in der Nähe des Schwerpunktes des Fahrzeugkörpers angeordnet ist. Dieses Fahrzeug weist in seinem Passagierraum beengte Raumverhältnisse auf, da der Reformer, die Brennstoffzelle und weitere Batterien an dem Rahmen des Fahrzeugkörpers angeordnet sind und diese Vorrichtungen in dem Passagierraum untergebracht sind.

Andererseits ist es auch bekannt, den Reformer und den Brennstofftank, welche dem Brennstoffzellensystem zugeordnet sind, innerhalb des Laderaumes im hinteren Bereich des Fahrzeuges zu lagern. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass der Laderaum stark eingeschränkt wird.

Weiterhin ist ein elektrisches Fahrzeug mit einem an dessen vorderen Bereich angebrachten Brennstofftank bekannt, wobei ein Reformer in dessen hinteren Bereich angeordnet ist. Hierbei sind komplizierte Rohrleitungssysteme erforderlich.

Das Einengen des Passagier- und/oder des Laderaumes wird bei Fahrzeugen mit größeren Gesamtgewichten noch größer, da zum Antrieb dieser Fahrzeuge höhere Antriebsenergien erforderlich sind. Dieses Mehrgewicht bei größeren Fahrzeugen erfordert wiederum größere Brennstofftanks und damit größere Brennstoffzellen. Aufgrund der Begrenzung der Größendimensionierung von Brennstoffzellensystemen ist auch die Reichweite eines Fahrzeuges bei einer Brennstofftankfüllung begrenzt. Da die Anzahl von Tankstellen für Brennstoffzellenfahrzeuge noch sehr gering ist, wurden Fahrzeuge mit Hybridantrieb entwickelt. Diese Fahrzeuge sind einerseits teuer in der Herstellung und haben außerdem einen beengten Zuladeraum.

Bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb ist bekannt, elektrische Antriebssysteme für eine Rückgewinnung von Bremsenergie einzurichten, in dem z. B. eine elektrische Maschine des Antriebssystems wahlweise als Elektromotor und als Generator betrieben wird. In Betriebsphasen, in denen Kräfte auf die Antriebsräder übertragen werden sollen, arbeitet die elektrische Maschine als antreibender Elektromotor, während sie in Bremsphasen als Generator arbeitet, mit dem kinetische Energie in elektrische Energie rückgewandelt wird.

Die auf diese Weise rückgewandelte Bremsenergie wird in einem Energiespeicher zwischengespeichert und stellt damit als Antriebsenergie wieder zu Verfügung. Es ist auch bekannt, die rückgewonnene Bremsenergie eines Hybridantriebssystems wahlweise nicht in einen Akkumulator einzuspeisen, sondern direkt zur Speisung von ohnehin vorhandenen elektrischen Verbrauchern, wie Lampen, Lüfter oder Klimaanlagenkompressor einzusetzen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und einem diesem elektrische Energie zuführenden Brennstoffzellensystem derart zu verbessern, dass es gegenüber der bekannten Fahrzeugen leichter und billiger herzustellen und zu montieren, umweltfreundlich sowie wirtschaftlich in der Anschaffung und im Unterhalt ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnet Erfindung gelöst. Das erfindungsgemäße Fahrzeug zeichnet sich als ein Leichtfahrzeug oder schweres Leichtfahrzeug mit modularem Aufbau aus, wobei Material für die Herstellung und Energieresourcen für den Fahrbetrieb nur minimal verbraucht werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung sind das Chassismodul, die Fronthaube, die U-förmige Dachstrebenverkleidung, die Türkörper sowie die Dach- Heck- und Türverglasung austauschbare Bauteile, welche aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen und dem Recycling zur Wiederverwertung und Neuerstellung wieder zuführbar sind.

Durch eine weitere Ausbildung wird Bremsenergie in elektrische Energiespeicher gespeichert. Vorteilhaft besteht dieser Energiespeicher aus Hochleistungskondensatoren, welche in unmittelbarer Nähe des Elektromotors angeordnet sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Zeichnungen und der folgenden Beschreibung zu entnehmen.
Es zeigen:
1 Untergestellmodul,
2 Untergestellmodul mit montiertem Chassismodul,
3 Untergestellmodul mit montiertem Chassismodul,
4 Fronthaubenmodul vor der Befestigung mit dem Chassismodul,
5 Fahrkörper nach 4 mit montiertem Fronthaubenmodul,
6 Ansicht von unten auf den Fahrkörper nach 4,
7 Fahrkörper nach 5 mit noch nicht montierten Seitenmodulen und Heckklappenmodul,
8 Fertig montierter Fahrkörper.
Die 1 zeigt ein fahrbares Untergestellmodul 1 mit einem Achsträgermodul 3 eines Fahrzeuges 5 mit einem elektrischen Antriebssystem und einem diesem elektrische Energie zuführenden Brennstoffzellensystem 49. Der Achsträgermodul 3 dient als Aufnahme für das elektrische Antriebssystem einschließlich der Vorderachse 7 und der Hinterachse 9 mit darauf angeordneten Antriebsrädern 4, 6 und Laufrädern 8, 10 sowie für Fahrwerks- und Steueraggregate. Gemäß 2 ist ein einteiliges Chassismodul 11 mit einem geschlossenen Bodenteil 13 vorgesehen, an welchem zwei Sitzkonsole 15, 17 mit Rückenelementen 19, 21 angeformt sind. Die 3 zeigt einen Fahrkörper 23 mit dem fertig montierten Chassismodul 11 auf dem Untergestellmodul 1, wobei die vorderen Beleuchtungsmodule 25, 27 und die hinteren Rücklicht- und Blinkmodule 29 bereits montiert und mittels Steckverbinder elektrisch verbunden sind. Danach wird gemäß den 4 und 5 das Fronthaubenmodul 31 mit dem Chassismodul 11 verbunden. Der Achsträger 3 besteht aus einem balkenförmigen Längsträgerteil 33 und mit an dessen Enden 35, 37 fest angeordneten Querträgerteil 39, 41. Das Längsträgerteil 33 und die Querträgerteile 39, 41 weisen nach oben kastenförmige Vertiefungen 43, 45, 47 zur Aufnahme des Brennstoffzellensystems 49, des Antriebssystems 40 sowie der Steueraggregate auf. Beim Aufsetzen des Chassismoduls 11 auf den Achsträger 3 ist das Bodenteil 13 mit Hohlräumen 51, 53, 55 über das Längsträgerteil 33 und die Querträgerteile 39, 41 zum Abdecken der Öffnungen 57, 59, 61 in den Vertiefungen 43, 45 47 zumindest teilweise stülpbar. Hierdurch sind die Brennstofftanks 63, 64, die Bordbatterie 65 die Brennstoffzelle 67 und ein Endteil 69 des Elektromotors 71 in der Vertiefung 45 des hinteren Querträgerteiles 41 geschützt angeordnet. Der Elektromotor 71 treibt über ein Getriebe 72 die Hinterachse 9 an. Die Vertiefung des die Vorderachse 7 tragenden Querträgerteiles 39 dient zur geschützten Aufnahme des Lenksäulengetriebes sowie anderer Fahrwerksaggregate. Zur Rückspeicherung der beim Bremsen erzeugten Energie dienen Hochleistungskondensatoren 73, die vor dem freien Ende 75 des Elektromotors 71 in der Vertiefung 47 des Längsträgerteiles 33 angeordnet sind.
Auf den Fahrkörper 23 gemäß 3 wird ein Dachmodul 77 gemäß 4 und 5 zusammen mit dem Fronthaubenmodul 79 als ein Montagemodulteil montiert, wobei an dessen Fronthaubenmodul 79 bereits ein Armaturenbrett 81 mit Aufnahmen für Bedien- und Anzeigenmodule integriert angeordnet ist.
Das Dachmodul 77 besteht aus einem Rahmenteil 83 mit Ausnehmungen 85, 87 zum Einsetzen einer Frontscheibe 89 und einer Dachbeglasung 91 und einer U-förmigen Dachstrebenverkleidung 93, welche an deren freien Enden 95, 97 steckbare Befestigungselemente 96, 98 zum festen Verbinden mit dem Achsträgermodul 3 aufweist.
Vorteilhaft bestehen die Fronthaube 101 und das Chassismodul 11 die U-förmige Dachstrebenverkleidung 93, die Türkörper 105, 107, sowie die Dach- 91, die Heck- 113, und die Türverglasung 108, 110 aus einem thermoplastischen Kunststoff, wobei diese beiden Bauteile austauschbar und dem Recycling zur Wiederverwertung und Neuherstellung wieder zuführbar sind.
Das Chassismodul 11, die Fronthaube 101, die U-förmige Dachstrebenverkleidung 113, sowie die Türkörper 105, 107 sind vorteilhaft im Mehrschichtextrusionsblas- oder durch ein Rotationsgiessverfahren einstückig herstellbar. Das bereits fahrbare Fahrzeugmodul 103 gemäß den 5, 6 und 7 ist noch durch die Türkörper 105, 107, die Türverglasungen 108, 110, Frontscheibe 89, Dachverglasung 91 und durch ein Heckklappenmodul 113 ergänzbar. Die 8 zeigt schließlich das fertig montierte Fahrzeug 5.
Durch die Anordnung insbesondere von den Brennstofftanks 63, 64, der Bordbatterie 65, der Brennstoffzelle 67, dem Elektromotor 71 und den Hochleistungskondensatoren 73 im Bereich der Hinterachse 9 wird gewährleistet, dass der Schwerpunkt des Fahrzeuges 5 weit hinten liegt, wodurch ein sicheres Fahren gewährleistet wird. Weiterhin werden durch den modularen Aufbau des Fahrzeuges 5 sowohl die Herstellung und die Montage als auch die Wartung verbilligt und vereinfacht.
Das erfindungsgemäße Leichtfahrzeug 5 zeichnet sich für einen Einsatz im Nahbereich, insbesondere im Stadtbereich aus, wobei es weder Lärm noch Abgase emittiert und andererseits wirtschaftlich in der Anschaffung und im Unterhalt ist. Außerdem wird durch den Einsatz von recyclebaren Werkstoffen fast kein Abfall erzeugt. Insbesondere werden die recyclebaren Bauteile wie Fronthaube und Chassis, U-förmige Dachstrebenverkleidung, Türkörper sowie die Dach, Heck- und Türverglasung in periodischen Abständen ausgetauscht und dem Recycling zur Wiederverwertung zugeführt. Aus diesem Material werden neue Komponenten hergestellt. Der aus einem hochwertigen Material wie Stahl oder Aluminium hergestellte Achsträger 3 ist korrosionsgeschützt und hochwertig hergestellt, wodurch dieses Modul dem Verwertungsprozess nicht wieder zugeführt, sondern in periodischen Zeitspannen generalüberholt und für weitere Fahrzeuge verwendet wird. Diese Verwertbarkeit ist Basis für den ökologischen und ökonomischen Aspekt, Resourcen zu schonen.

Claims

Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem und einem diesem elektrische Energie zuführenden Brennstoffzellensystem, wobei ein Brennstofftank, eine Brennstoffzelle, ein elektrischer Energiespeicher und mindestens ein Elektromotor im Bereich des Bodens des Fahrzeuges angeordnet sind, gekennzeichnet durch – ein fahrbares Untergestellmodul (1) mit einem Achsträgermodul (3) für das Antriebssystem einschließlich der Vorder- (7) und Hinterachse (9) sowie für Fahrwerks- und Steueraggregate, – ein einteiliges Chassismodul (11) mit einem geschlossenen Bodenteil (13) mit angeformten Sitzmodulen und – durch ein mit dem Chassismodul (11) verbindbares Fronthaubenmodul (31).
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsträger (3) aus einem balkenförmigen Längsträgerteil (33) und je einen mit dessen Enden (35, 37) verbundenen Querträgerteilen (39, 41) für die Vorder- (7) und die Hinterachse (9) besteht und dass das Längsträgerteil (33) und die Querträgerteile (39, 41) nach oben kastenförmige Vertiefungen (43, 45, 47) zur Aufnahme des Brennstoffzellensystems (49), des Antriebssystems (40) sowie der Steueraggregate aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenteil beim Aufsetzen des Chassismoduls (11) auf das Untergestellmodul (1) mit Hohlräumen (51, 53, 55) über das Längsträgerteil (33) und die Querträgerteile (39, 41) zum Abdecken der Öffnungen (57, 59, 61) in den Vertiefungen (43, 45, 47) zumindest teilweise stülpbar ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dachmodul (77) zusammen mit dem Fronthaubenmodul (79) als ein Montagemodulteil montierbar ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fronthaubenmodul (79) ein Armaturbrett (81) mit Aufnahmen für die Bedien- und Anzeigenmodule aufweist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsmodule (25, 27) nach der Montage des Chassismoduls (11) auf dem Achsträgermodul (3) montier- und mittels Steckverbinder elektrisch verbindbar sind.
Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dachmodul (77) aus einem Rahmenteil (83) mit Ausnehmungen (85, 87) zum Einsetzen einer Frontscheibe (89) und einer Dachverglasung (91) und einer U-förmigen Dachstrebenverkleidung (93), welche an den freien Enden (95, 97) steckbare Befestigungselemente zum Verbinden mit dem Achsträgermodul (3) aufweist, besteht.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedien- und Anzeigemodule nach der Befestigung des Fronthaubenmoduls (79) mit dem Chassismodul (11) in das Armaturenbrett (81) montierbar sind.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Chassismodul (11) und die Fronthaube (101), die U-förmige Dachstrebenverkleidung (93), die Türkörper (105, 107), sowie die Dach- (91), Heck- (113) und Türverglasung (108, 110) aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen.
Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Chassismodul (11) und die Fronthaube (101) die U-förmige Dachstrebenverkleidung (93) und die Türkörper (105, 107) im Mehrschichtextrusionsblasverfahren oder Rotationsverfahren einstückig herstellbar sind.
Fahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Chassismodul (11) und die Fronthaube (101), die U-förmige Dachstrebenverkleidung (93), die Türkörper (105, 107), sowie die Dach- (91), Heck- (113) und Türverglasung (108, 110) aus einem recyclebaren Kunststoff bestehen.
Fahrzeug nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Chassismodul (11) und die Fronthaube (101), die U-förmige Dachstrebenverkleidung (93), die Türkörper (105, 107), sowie die Dach- (91), Heck- (113) und Türverglasung (108, 110) austauschbare Bauteile sind, welche dem Recycling zur Wiederverwertung und Neuerstellung zuführbar sind.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Türkörper (105, 107), die Frontscheibe (89), die Dachverglasung (91) und/oder ein Heckklappenmodul (93) in das fahrbereite Fahrzeugmodul (103) einsetzbar sind.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich der Hinterachse (9) angeordnete Vertiefung (45) des Querträgerteiles (41) zur Aufnahme der Brennstofftanks (63), der Bordbatterie (65) der Brennstoffzelle (67) und zumindest einem Endteil (69) des E-Motors (71) dienen.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Vertiefung (43) des die Vorderachse (7) tragenden Querträgerteiles (39) zur Aufnahme des Lenksäulengetriebes sowie anderer Fahrwerkaggregate dient.
Fahrzeug nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (71) in Längsrichtung in der Vertiefung (47) des Längsträgerteiles (33) angeordnet ist und dass die Hochleistungs – Kondensatoren (73) als Energiespeicher in der Vertiefung (43) des Längsträgerteiles (33) vor dem Ende (75) des Elektromotors (71) angeordnet sind.