DE102008011831A1 - Fuel cells drive system for use in vehicle, has compressor compressing oxidant and mechanically connected with drive shaft of main drive machine by coupling unit such as mechanical engagement device e.g. chain drive - Google Patents

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Abstract

The system (10) has a compressor (28) i.e. air compressor, compressing oxidant and mechanically connected with a drive shaft of a main drive machine (36) e.g. electrical direct current motor, by a coupling unit (32) such as a mechanical engagement device e.g. chain drive. The engagement device includes a continuous or stepped gear with which rotational speed of the compressor is varied relative to rotational speed of the shaft. The gear is controlled by mechanical, electromechanical or electronic gear-control so that the compressor receives energy supply for each shaft operational speed. An independent claim is also included for a method for operating a fuel cells drive system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenantriebssystem mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen, ein Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruchs 11 genannten Merkmalen und ein Fahrzeug mit den im Oberbegriff des Anspruchs 13 genannten Merkmalen.The The invention relates to a fuel cell drive system with the in The preamble of claim 1 mentioned features, a method with the features mentioned in the preamble of claim 11 and a Vehicle with the features mentioned in the preamble of claim 13.

Es ist bekannt, dass die in Fahrzeugen vorzugsweise eingesetzten Brennstoffzellenantriebssysteme zur Steigerung des Wirkungsgrades der Brennstoffzelle mit komprimierten Reaktionsgasen, einem den Wasserstoff zur Verfügung stellenden Brennstoff und meist aus der Umgebungsluft komprimiert aufbereiteten Druckluft als einem Oxidationsmittel, betrieben werden. Der Wasserstoff liegt hierbei bereits in komprimierter Form als hochverdichtetes Gas oder Flüssiggas vor und wird vor dem Zuführen zur Brennstoffzelle auf einen niedrigeren Druck reduziert. Damit das Oxidationsmittel nicht speziell in Druckbehältern mitgeführt werden muss, wird die Umgebungsluft als ein sauerstoffhaltiges Oxidationsmittel verwendet und hierzu mithilfe eines Verdichters auf einen für die Brennstoffzelle vorgesehenen Druck komprimiert. Beispielsweise liegen die Drücke der Reaktionsgase oft zwischen 2 und 3 bar und müssen außerdem eine begrenzte Druckdifferenz aufweisen, beispielsweise von 0,2 bar, die zum einen für den Betrieb der Brennstoffzelle benötigt sein kann und zum anderen die Brennstoffzellen-Membrane gegen Beschädigung durch eine zu hohe Druckdifferenz schützt.It It is known that the fuel cell drive systems preferably used in vehicles to increase the efficiency of the fuel cell with compressed Reaction gases, a fuel providing the hydrogen and most compressed from the ambient air processed compressed air as an oxidizer. The hydrogen is this already in compressed form as highly compressed gas or LPG before and before feeding reduced to the fuel cell to a lower pressure. In order to the oxidizing agent is not carried especially in pressure vessels must, the ambient air is considered to be an oxygen-containing oxidant using a compressor on one for the fuel cell provided compressed pressure. For example, the pressures of the reaction gases are often between 2 and 3 bar and also need a have limited pressure difference, for example of 0.2 bar, the one for the operation of the fuel cell may be needed and the other protects the fuel cell membrane against damage due to excessive pressure difference.

Das Komprimieren der Umgebungsluft auf den nötigen Betriebsdruck wird durch einen Verdichter in Form einer Pumpe bzw. eines Kompressors nach einer der bekannten Bauarten ausgeführt, der durch einen elektrischen Motor angetrieben wird. Die Leistung dieses, den Verdichter antreibenden Motors wird von einer Steuerung so gesteuert oder geregelt, dass die Brennstoffzelle entsprechend ihrem aktuellen Bedarf eine ausreichende Luftmenge pro Zeiteinheit, den Luftmassenstrom, bei dem erforderlichen Betriebsdruck erhält. Es können hierzu sowohl Gleichstrom-Motoren als auch die öfter eingesetzten Wechselstrom-Motoren eingesetzt sein, die von einer entsprechend eingerichteten Energieumsetzungs-Einheit mit Wechselstrom gespeist werden. Diese Lösungen ermöglichen zwar eine genaue Dosierung und Zubereitung der Druckluft, jedoch gehen sie mit einer Anzahl zusätzlicher Komponenten einher, die in einem Fahrzeug Gewicht-, Raum- und Kostenprobleme mit sich bringen. Ferner verfügen die elektrischen Energieumsetzer und der verwendete Motorantrieb des Verdichters über die ihnen eigenen Wirkungsgrade, die dazu führen, dass der Anteil der parasitären Energie, die nur zum Aufrechterhalten des Betriebs der Brennstoffzelle aufgebracht werden muss, relativ hoch ist. Im Falle der Verwendung eines Frequenzumrichters zum Antreiben eines Wechselstrommotors fallen zusätzlich Probleme mit den Störungen durch Abstrahlung und dem Strahlenschutz an.The Compressing the ambient air to the required operating pressure is through a compressor in the form of a pump or a compressor after one of the known types executed by an electric Motor is driven. The performance of this, driving the compressor Motors are controlled or regulated by a controller that the fuel cell sufficient according to their current needs Air volume per unit of time, the air mass flow, at the required operating pressure receives. It can for this purpose both DC motors and the more frequently used AC motors be used by an appropriately equipped energy conversion unit be fed with alternating current. Although these solutions allow accurate dosing and preparation of the compressed air, however, they go with a number additional Components that cause weight, space and cost problems in a vehicle entail. Furthermore, the electrical energy converter and the motor drive used Compressor over their own efficiencies, which cause the proportion of parasitic energy, which is applied only to maintain the operation of the fuel cell must be, is relatively high. In case of using a frequency converter to drive an AC motor additionally fall problems with the errors by radiation and radiation protection.

Der Erfindung liegt angesichts der oben beschriebenen Probleme die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad des Antriebs eines Luftverdichters einer Brennstoffzelle zu verbessern, die Herstellungskosten zu senken und die Strahlenbelastung zu reduzieren.Of the Invention is the object given the problems described above underlying the efficiency of the drive of an air compressor one Fuel cell to improve, reduce manufacturing costs and to reduce the radiation exposure.

Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1, 11 und 13 gelöst.The Objects of the present invention are with the characterizing Features of the claims 1, 11 and 13 solved.

Nach einem ersten Aspekt geht die vorliegende Erfindung von einem Brennstoffzellenantriebssystem für den Betrieb mit zwei komprimierten Reaktionsmitteln, einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel, aufweisend jeweils wenigstens eine aufladbare elektrische Batterie, eine Brennstoffzelle, einen Kompressor zum Komprimieren des Oxidationsmittels, wenigstens eine elektrische Hauptantriebsmaschine, Zufuhrrohrleitungen für die Reaktionsmittel, elektrische Zuleitungen, eine elektronische System-Steuerung und ein Energieumsetzungsmittel aus.To In a first aspect, the present invention is directed to a fuel cell propulsion system for the Operation with two compressed reactants, one fuel and an oxidizing agent each having at least one chargeable one electric battery, a fuel cell, a compressor for Compressing the oxidizing agent, at least one electrical Main propulsion engine, reactant supply pipelines, electrical Supply lines, an electronic system control and an energy conversion means.

Erfindungsgemäß ist es in einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der Kompressor zum Komprimieren des Oxidationsmittels über ein Kopplungsmittel mit der Hauptantriebsmaschine mechanisch verbunden oder verbindbar ist. Hierdurch entfallen kosten- und raumsparend eine Reihe von Komponenten wie der speziell zum Antrieb des Verdichters vorgesehene elektrische Motor, ein zum Betrieb dieses Motors erforderlicher Energieumsetzer, elektrische Leitungen und weitere Hilfs-Komponenten. Der direkte mechanische Antrieb des Verdichters von dem ohnehin immer vorhandenen Hauptmotor weist bekannterweise einen wesentlich besseren Wirkungsgrad auf als es durch eine oben beschriebene mehrfache Energiewandlung erreichbar ist.It is according to the invention in a preferred embodiment of the present invention, that the compressor to compress the oxidizing agent over a Coupling means mechanically connected to the main drive machine or connectable. This eliminates cost and space a set of components such as the specially designed to drive the compressor provided electric motor, a required for the operation of this engine Energy converter, electrical cables and other auxiliary components. The direct mechanical drive of the compressor of the anyway always existing main engine is known to have a significant better efficiency than by a multiple described above Energy conversion is achievable.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Kopplungsmittel als eine mechanische Eingriffvorrichtung oder in einer alternativen Ausgestaltung als eine elektromechanische Eingriffvorrichtung ausgeführt. Die elektromechanische Ausgestaltung ermöglicht insbesondere vorteilhaft eine Steuerung des Kompressors mit elektronischen und programmbasierten Mitteln.According to one Another embodiment of the present invention is the coupling means as a mechanical engagement device or in an alternative Embodiment designed as an electromechanical engagement device. The Electromechanical design allows particularly advantageous a control of the compressor with electronic and program-based Means.

Die Eingriffvorrichtung ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung als ein Riemen- oder Kettenantrieb ausgeführt.The Engagement device is in a further preferred embodiment present invention designed as a belt or chain drive.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Eingriffvorrichtung ein stufenloses oder ein abgestuftes Getriebe auf, mit dem die Drehzahl des Kompressors in Bezug auf die Drehzahl der Antriebswelle der Hauptantriebsmaschine variierbar ist. Dies ist erforderlich, um den Kompressor auch dann auf eine erforderliche Förderleistung zu bringen, wenn die Hauptantriebsmaschine beispielsweise während einer Anfahrphase des Fahrzeugs eine zu niedrige Drehzahl aufweist.In a preferred embodiment of the before The present invention, the engagement device comprises a continuously variable or a stepped transmission, with which the speed of the compressor is variable with respect to the rotational speed of the drive shaft of the main drive machine. This is necessary in order to bring the compressor to a required delivery rate, even if the main drive machine, for example during a start-up phase of the vehicle has too low a rotational speed.

Damit die Leistung des Kompressors vorteilhafter geregelt sein kann, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung das Getriebe von einer mechanischen, elektromechanischen und/oder elektronischen Getriebe-Steuerung derart gesteuert oder geregelt, dass der Kompressor zu jeder Betriebsdrehzahl der Antriebswelle der Hauptantriebsmaschine eine zum Komprimieren des Oxidationsmittels ausreichende Energiezufuhr erhält.In order to the performance of the compressor can be controlled more advantageous is in a preferred embodiment of the present invention the Transmission of a mechanical, electromechanical and / or electronic Transmission control is controlled or regulated so that the compressor too each operating speed of the drive shaft of the main drive machine an energy supply sufficient to compress the oxidant receives.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Hauptantriebsmaschine wahlweise als ein elektrischer Motor oder ein Generator betrieben. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit auch die Verwendung von sogenannten Hybrid-Energiesystemen.According to one Another preferred embodiment of the present invention the main propulsion engine optionally as an electric motor or a generator operated. The present invention thus enables also the use of so-called hybrid energy systems.

Die Hauptantriebsmaschine ist in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung als eine für den elektrischen Gleichstrom oder für Wechselstrom ausgelegte elektrische Maschine ausgeführt.The Main drive machine is in a particularly preferred embodiment of the present invention as one for the direct electrical current or for AC electric machine designed.

Falls die verwendete Hauptantriebsmaschine vom Wechselstromtyp ist, weist das Energieumsetzungsmittel gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung einen Frequenzumrichter auf, der dazu dient, den Gleichstrom aus der Batterie und/oder der Brennstoffzelle in einen Wechselstrom umzuwandeln.If the main drive machine used is of the AC type, points the energy conversion agent according to a further embodiment of the present invention, a frequency converter, which serves to direct the direct current from the battery and / or the fuel cell to convert into an alternating current.

Vorzugsweise kann das durch den Kompressor komprimierte Oxidationsmittel in einem unter Druck stehenden Zwischenspeicher gespeichert sein.Preferably The compressed by the compressor oxidant in a be stored under pressure buffer.

Nach einem zweiten Aspekt geht die vorliegende Erfindung von einem Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenantriebssystems nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen aus. Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden mit einem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass die Drehzahl des Kompressors in Bezug auf die Drehzahl der Antriebswelle der Hauptantriebsmaschine so variiert wird, dass der Kompressor zu jeder Betriebsdrehzahl der Antriebswelle der Hauptantriebsmaschine eine zum Komprimieren des Oxidationsmittels ausreichende Energiezufuhr erhält.To In a second aspect, the present invention is directed to a method for operating a fuel cell drive system according to any one of embodiments described above. The tasks of the present Invention are solved by a method according to the invention in that the speed of the compressor in relation to the speed of the drive shaft the main engine is varied so that the compressor at any operating speed of the drive shaft of the main drive machine an energy supply sufficient to compress the oxidant receives.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung steuert die System-Steuerung die elektrische Hauptantriebsmaschine und die Batterie derart, dass wenn über die Antriebswelle an die Hauptantriebsmaschine eine mechanische Energie angelegt wird, die Hauptantriebsmaschine als ein Generator betrieben und die dadurch erzeugte elektrische Energie in der Batterie gespeichert wird, und wenn die Brennstoffzelle für den Betrieb der Hauptantriebsmaschine als Motor zuwenig Energie erzeugt oder die Batterie vollgeladen ist, die elektrische Energie aus der Batterie in einem erforderlichen Maße entnommen und der Hauptantriebsmaschine zugeführt wird.According to one Another preferred embodiment of the method according to the present In the invention, the system controller controls the main electric drive machine and the battery such that when via the drive shaft to the Main drive machine is applied a mechanical power, the main drive machine operated as a generator and the electric generated thereby Energy is stored in the battery, and when the fuel cell for the Operation of the main engine as motor generates too little energy or the battery is fully charged, the electrical energy from the Battery removed to a required extent and the main propulsion engine supplied becomes.

Nach einem dritten Aspekt löst die vorliegende Erfindung ihre erfindungsgemäßen Aufgaben durch ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellenantriebssystem nach einer der oben beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen.To solves a third aspect the present invention has its objects according to the invention by a vehicle with a fuel cell drive system according to one of the above-described preferred embodiments.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the others, in the subclaims mentioned features.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der einzigen Zeichnung in 1 erläutert.The invention will be described below in an embodiment with reference to the single drawing 1 explained.

1 vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Brennstoffzellenantriebssystems. 1 simplified schematic representation of an embodiment of the fuel cell drive system according to the invention.

1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Brennstoffzellenantriebssystems 10. 1 shows a simplified schematic representation of an embodiment of the fuel cell drive system according to the invention 10 ,

Den Kern des Brennstoffzellenantriebssystems bildet eine wenigstens eine Einheit aufweisende Brennstoffzelle 22, welcher über eine Brennstoff-Zuleitung 24 ein wasserstoffhaltiges Brenngas oder reiner Wasserstoff unter einem erforderlichen Betriebsdruck zugeführt ist. Ferner ist der Brennstoffzelle 22 über eine Oxidationsmittel-Zuleitung 26 unter einem erforderlichen Betriebsdruck komprimierte Druckluft zugeführt. Die komprimierte Druckluft ist von einem Kompressor 28 erzeugt, der hierzu die Luft aus der Umgebung beispielsweise über eine Ansaugleitung 30 einsaugt.The core of the fuel cell drive system is formed by a fuel cell having at least one unit 22 , which has a fuel supply line 24 a hydrogen-containing fuel gas or pure hydrogen is supplied under a required operating pressure. Further, the fuel cell 22 via an oxidant supply line 26 compressed air supplied under a required operating pressure. The compressed air is from a compressor 28 generates, for this purpose, the air from the environment, for example via a suction line 30 sucks.

Erfindungsgemäß ist die Antriebswelle 31 des Kompressors 28 über ein Kopplungsmittel 32 mit der Antriebswelle einer elektrischen Hauptantriebsmaschine 36 mechanisch verbunden oder verbindbar ausgeführt. Dieses Kopplungsmittel 32 kann rein mechanisch oder elektromechanisch ausgeführt sein und weist vorzugsweise ein stufenloses oder ein abgestuftes Getriebe auf (nicht dargestellt).According to the invention, the drive shaft 31 of the compressor 28 via a coupling agent 32 with the drive shaft of an electric main drive machine 36 mechanically connected or connectable executed. This coupling agent 32 can be designed purely mechanical or electromechanical and preferably has a continuously variable or a stepped transmission (not shown).

Die Hauptantriebsmaschine 36 ist beispielsweise mit einem Antriebsstrang 34 eines (nicht dargestellten) Fahrzeugs direkt oder über ein weiteres Kopplungsmittel verbunden. Über diesen Antriebsstrang 34 treibt wahlweise je nach Betriebssituation die Hauptantriebsmaschine 36 das Fahrzeug als ein Motor an oder, im Falle eines Bremsmanövers, erhält die Hauptantriebsmaschine 36 als ein Generator einen Drehmoment übertragen, der von der Massenträgheit des Fahrzeuges herrührt.The main engine 36 is for example with a powertrain 34 one (not dar Asked) vehicle connected directly or via another coupling means. About this drive train 34 drives depending on the operating situation, the main drive machine 36 the vehicle as an engine or, in the case of a brake maneuver, receives the main propulsion engine 36 as a generator transmit a torque resulting from the inertia of the vehicle.

Die Brennstoffzelle 22 liefert ihren erzeugten elektrischen Strom in die Gleichstromleitung 20 des Brennstoffzellenantriebssystems 10. In diese Gleichstromleitung 16, 20 bzw. DC liefert bzw. erhält über sie auch eine aufladbare elektrische Batterie 18 ihren Strom, die als ein Energiespeicher für die von der als ein Generator während einer Bremsphase betriebenen Hauptantriebsmaschine 36 und für die überschüssig von der Brennstoffzelle 22 produzierte Energie dient. Die Brennstoffzelle 22 und die Batterie 18 werden von einer (nicht dargestellten) Steuerung so gesteuert, dass sie zusammen je nach Betriebssituation den angeforderten elektrischen Strom zur Verfügung stellen. Hierzu verfügt das System in einer Ausgestaltung über weitere (nicht dargestellte) Schalt- und/oder Steuerelemente.The fuel cell 22 delivers its generated electrical power to the DC power line 20 of the fuel cell drive system 10 , In this DC line 16 . 20 or DC also supplies or receives via it a rechargeable electric battery 18 their electricity, which serves as an energy store for the main propulsion engine operated by the generator as a braking phase 36 and for the excess of the fuel cell 22 produced energy is used. The fuel cell 22 and the battery 18 are controlled by a (not shown) control so that they provide together depending on the operating situation, the requested electrical power available. For this purpose, in one embodiment, the system has further switching and / or control elements (not shown).

In dem dargestellten Beispiel der erfindungsgemäßen Ausführung des Brennstoffzellenantriebssystems 10 ist die elektrische Hauptantriebsmaschine 36 für den Wechselstrom AC ausgelegt, welcher mit Hilfe eines als ein Frequenzumrichter ausgeführten Energieumsetzungsmittels 14 aus dem Gleichstrom DC gewonnen bzw. in der anderen Richtung umgewandelt wird. Beispielsweise ist der Wechselstrom AC mit der dreiadrigen Wechselstromleitung 12 zur Hauptantriebsmaschine 36 bzw. von ihr geführt.In the illustrated example of the embodiment of the fuel cell drive system according to the invention 10 is the main electric drive machine 36 designed for the alternating current AC, which by means of a designed as a frequency converter energy conversion means 14 is recovered from the DC DC or converted in the other direction. For example, the AC is AC with the three-wire AC line 12 to the main drive machine 36 or led by her.

Eine (nicht dargestellte) Steuerung sorgt für einen Hybridantrieb, in welchem je nach Bedarf der erforderliche Strom nur von der Brennstoffzelle 22, nur von der Batterie 18 (während einer Anlaufphase) oder bei unzureichender Leistung der Brennstoffzelle 22 zusätzlich aus der Batterie 18 abgerufen wird. Ebenso steuert sie einen Ladestrom zur Batterie während eines Bremsvorgangs.A (not shown) control provides for a hybrid drive, in which, as needed, the required power only from the fuel cell 22 , only from the battery 18 (during a start-up phase) or insufficient performance of the fuel cell 22 additionally from the battery 18 is retrieved. Likewise, it controls a charging current to the battery during a braking operation.

Zusätzlich steuert bzw. regelt die gleiche oder eine zusätzliche Steuerung erfindungsgemäß das in dem Kopplungsmittel 32 angeordnete Getriebe (nicht dargestellt) derart, dass der Kompressor 28 eine ausreichende mechanische Antriebsleistung erhält, damit er den für die Funktion der Brennstoffzelle nötigen Luftdruck auch dann erzeugen kann, wenn die Hauptantriebsmaschine 36 eine zu niedrige Drehzahl aufweist. Wenn die Hauptantriebsmaschine 36 eine zu hohe Drehzahl aufweist, kann dieses Getriebe im Gegenteil die Drehzahl des Kompressors herunter regeln.In addition, the same or an additional controller according to the invention controls or regulates that in the coupling means 32 arranged gear (not shown) such that the compressor 28 obtains sufficient mechanical drive power so that it can generate the air pressure necessary for the function of the fuel cell even when the main drive machine 36 has too low a speed. If the main engine 36 On the contrary, if the speed is too high, this transmission can downshift the speed of the compressor.

Der Antriebsstrang 34 kann entweder starr mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs oder über eine dazwischengeschaltete Ankopplungseinheit (nicht dargestellt) verbunden sein. Eine dazwischengeschaltete Ankopplungseinheit kann vorteilhafterweise ermöglichen, die Hauptantriebsmaschine 36 auch bei einem stehenden Fahrzeug in Drehung zu versetzen, um dadurch beispielsweise den Kompressor 28 zum Drucklufterzeugen anzutreiben, damit die Brennstoffzelle ihre Funktion aufnehmen kann.The powertrain 34 can be either rigidly connected to the drive wheels of the vehicle or via an interposed coupling unit (not shown). An intermediate coupling unit can advantageously enable the main drive machine 36 to put in a stationary vehicle in rotation, thereby for example the compressor 28 to drive for compressed air generation, so that the fuel cell can start their function.

Ferner kann in einem (nicht dargestellten) Druckluftbehälter eine Druckluftmenge gespeichert werden, die dann benötigt wird, wenn der Kompressor bei einem stehenden Fahrzeug nicht durch eine vom Antriebsstrang 34 entkoppelte Hauptantriebsmaschine 36 angetrieben sein kann.Further, in a (not shown) compressed air tank, a quantity of compressed air is stored, which is required when the compressor in a stationary vehicle not by one of the drive train 34 decoupled main drive machine 36 can be driven.

Die vorangehenden Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind lediglich beispielhaft und nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend auszulegen. Die vorliegende Erfindungslehre kann leicht auf andere Anwendungen übertragen werden. Die Beschreibung des Ausführungsbeispiels ist zur Veranschaulichung vorgesehen und nicht, um den Schutzbereich der Patentansprüche einzuschränken. Viele Alternativen, Modifikationen und Varianten sind für einen durchschnittlichen Fachmann offensichtlich, ohne dass er hierfür den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verlassen müsste, der in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.The previous versions The present invention is merely exemplary and not as limiting the present invention. The present Inventions can easily be applied to other applications become. The description of the embodiment is by way of illustration provided and not to limit the scope of the claims. Lots Alternatives, modifications and variants are for one obvious to the average person skilled in the art without the scope of protection for this of the present invention, which in the following claims is defined.

1010
BrennstoffzellenantriebssystemFuel cell drive system
12, AC12 AC
WechselstromleitungAC line
1414
Energieumsetzungsmittel, FrequenzumrichterEnergy conversion means frequency converter
16, 20,16 20
DC GleichstromleitungDC DC line
1818
Batteriebattery
2222
Brennstoffzellefuel cell
2424
Brennstoff-ZuleitungFuel supply line
2626
Oxidationsmittel-Zuleitung, DruckluftzuleitungOxidant supply line, Compressed air supply
2828
Kompressor, Pumpe, VerdichterCompressor, Pump, compressor
3030
Ansaugleitungsuction
3131
Antriebswelle des Kompressorsdrive shaft of the compressor
3232
Kopplungsmittel, GetriebeCoupling agent transmission
3434
Antriebsstrangpowertrain
3636
HauptantriebsmaschinePrime mover

Claims (13)

Brennstoffzellenantriebssystem (10) für den Betrieb mit zwei komprimierten Reaktionsmitteln, einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel, aufweisend jeweils wenigstens eine aufladbare elektrische Batterie (18), eine Brennstoffzelle (22), einen Kompressor (28) zum Komprimieren des Oxidationsmittels, wenigstens eine elektrische Hauptantriebsmaschine (36), Zufuhrrohrleitungen (24, 26) für die Reaktionsmitteln, elektrische Zuleitungen (16, 20), eine elektronische System-Steuerung und ein Energieumsetzungsmittel (14), dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (28) zum Komprimieren des Oxidationsmittels über ein Kopplungsmittel (32) mit der Antriebswelle der Hauptantriebsmaschine (36) mechanisch verbunden oder verbindbar ist.Fuel cell drive system ( 10 ) for operation with two compressed reactants, a fuel and an oxidant, each comprising at least one rechargeable electric battery ( 18 ), a fuel cell ( 22 ), a compressor ( 28 ) for compressing the oxidizing agent, at least one main electric drive machine ( 36 ), Feed pipes ( 24 . 26 ) for the reactants, electrical leads ( 16 . 20 ), an electronic system controller and an energy conversion 14 ), characterized in that the compressor ( 28 ) for compressing the oxidizing agent via a coupling agent ( 32 ) with the drive shaft of the main drive machine ( 36 ) is mechanically connected or connectable. Brennstoffzellenantriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsmittel (32) als eine mechanische Eingriffvorrichtung ausgeführt ist.Fuel cell drive system according to claim 1, characterized in that the coupling means ( 32 ) is designed as a mechanical engagement device. Brennstoffzellenantriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsmittel (32) als eine elektromechanische Eingriffvorrichtung ausgeführt ist.Fuel cell drive system according to claim 1, characterized in that the coupling means ( 32 ) is designed as an electromechanical engagement device. Brennstoffzellenantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffvorrichtung als ein Riemen- oder Kettenantrieb ausgeführt ist.Fuel cell drive system according to one of the preceding Claims, characterized in that the engagement device as a belt or Chain drive executed is. Brennstoffzellenantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffvorrichtung ein stufenloses oder ein abgestuftes Getriebe aufweist, mit dem die Drehzahl des Kompressors (28) in Bezug auf die Drehzahl der Antriebswelle der Hauptantriebsmaschine (36) variierbar ist.Fuel cell drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the engagement device comprises a continuously variable or a stepped transmission with which the speed of the compressor ( 28 ) with respect to the rotational speed of the drive shaft of the main drive machine ( 36 ) is variable. Brennstoffzellenantriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe von einer mechanischen, elektromechanischen und/oder elektronischen Getriebe-Steuerung derart gesteuert oder geregelt ist, dass der Kompressor zu jeder Betriebsdrehzahl der Antriebswelle der Hauptantriebsmaschine (36) eine zum Komprimieren des Oxidationsmittels ausreichende Energiezufuhr erhält.Fuel cell drive system according to claim 5, characterized in that the transmission of a mechanical, electro-mechanical and / or electronic transmission control is controlled or regulated such that the compressor at each operating speed of the drive shaft of the main drive machine ( 36 ) receives an energy supply sufficient to compress the oxidant. Brennstoffzellenantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptantriebsmaschine (36) wahlweise als ein elektrischer Motor oder ein Generator betrieben ist.Fuel cell drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the main drive machine ( 36 ) is selectively operated as an electric motor or a generator. Brennstoffzellenantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptantriebsmaschine (36) als eine für den elektrischen Gleichstrom oder für Wechselstrom ausgelegte elektrische Maschine ausgeführt ist.Fuel cell drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the main drive machine ( 36 ) is designed as a designed for the DC electrical or AC electrical machine. Brennstoffzellenantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieumsetzungsmittel (14) einen Frequenzumrichter aufweist.Fuel cell drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the energy conversion means ( 14 ) has a frequency converter. Brennstoffzellenantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das durch den Kompressor (28) komprimierte Oxidationsmittel in einem unter Druck stehenden Zwischenspeicher gespeichert ist.Fuel cell drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel passed through the compressor ( 28 ) compressed oxidant is stored in a pressurized buffer. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenantriebssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Kompressors in Bezug auf die Drehzahl der Antriebswelle der Hauptantriebsmaschine (36) so variiert wird, dass der Kompressor (28) zu jeder Betriebsdrehzahl der Antriebswelle der Hauptantriebsmaschine (36) eine zum Komprimieren des Oxidationsmittels ausreichende Energiezufuhr erhält.Method for operating a fuel cell drive system according to one of claims 1 to 10, characterized in that the rotational speed of the compressor with respect to the rotational speed of the drive shaft of the main drive machine ( 36 ) is varied so that the compressor ( 28 ) to each operating speed of the drive shaft of the main drive machine ( 36 ) receives an energy supply sufficient to compress the oxidant. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die System-Steuerung die elektrische Hauptantriebsmaschine (36) und die Batterie (18) derart steuert, dass wenn über die Antriebswelle an die Hauptantriebsmaschine (36) eine mechanische Drehmoment-Energie angelegt wird, die Hauptantriebsmaschine (36) als ein Generator betrieben wird und die dadurch erzeugte elektrische Energie in der Batterie (18) gespeichert wird, wenn die Brennstoffzelle (22) für den Betrieb der Hauptantriebsmaschine (36) als Motor zuwenig Energie erzeugt oder die Batterie voll geladen ist, die elektrische Energie aus der Batterie in einem erforderlichen Maße entnommen und der Hauptantriebsmaschine (36) zugeführt wird.A method according to claim 11, characterized in that the system controller is the main electric drive machine ( 36 ) and the battery ( 18 ) controls such that when via the drive shaft to the main drive machine ( 36 ) a mechanical torque energy is applied, the main drive machine ( 36 ) is operated as a generator and the electrical energy generated thereby in the battery ( 18 ) is stored when the fuel cell ( 22 ) for the operation of the main propulsion engine ( 36 ) as the engine is not generating enough energy or the battery is fully charged, the electrical energy is removed from the battery to the required extent and the main propulsion engine ( 36 ) is supplied. Fahrzeug mit einem Brennstoffzellenantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10.Vehicle with a fuel cell drive system according to one of the claims 1 to 10.
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