DE102010011579A1 - Hybridfahrzeug mit Verbrennungsmotor, Elektromotor und Brennstoffzelle - Google Patents

Hybridfahrzeug mit Verbrennungsmotor, Elektromotor und Brennstoffzelle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug in Form eines nicht spurgebundenen Kraftfahrzeugs, insbesondere Personenkraftwagens, mit zumindest zwei Antriebsaggregaten in Form eines Antriebs-Elektromotors sowie eines Verbrennungsmotors, und mit einer Brennstoffzellen-Einheit, mit welcher durch Umwandlung von im Fahrzeug gespeichertem Wasserstoff elektrischer Strom gewonnen wird, der einem Zwischenspeicher für elektrische Energie und direkt oder über diesen Zwischenspeicher indirekt dem Antriebs-Elektromotor zuführbar ist, wobei die Brennstoffzellen-Einheit sowie der elektrische Energiespeicher solchermaßen dimensioniert sind, dass ein üblicher sog. Stadtzyklus, den nicht spurgebundene Kraftfahrzeuge absolvieren müssen, um eine behördliche Zulaalten, ohne Zuschaltung des Verbrennungsmotors unter Berücksichtigung einer Sicherheitsreserve in der Größenordnung von maximal 10% der für diesen Stadtzyklus benötigten Energie gerade noch erfolgreich absolviert werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug in Form eines nicht spurgebundenen Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit zumindest zwei Antriebsaggregaten in Form eines Verbrennungsmotors sowie eines Antriebs-Elektromotors, und mit einer Brennstoffzellen-Einheit, mit welcher durch Umwandlung von im Fahrzeug gespeichertem Wasserstoff elektrischer Strom gewonnen werden kann, der einem Zwischenspeicher für elektrische Energie und direkt oder über diesen Zwischenspeicher indirekt dem Antriebs-Elektromotor zuführbar ist.
  • Hybrid-Fahrzeuge insbesondere mit einem Antriebs-Elektromotor sind in mannigfachen Ausführungsformen bekannt geworden, insbesondere seitdem angestrebt ist, innerhalb von Ortschaften oder zumindest in Stadtzentren einen völlig emissionsfreien Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit dem Elektromotor als Antriebsaggregat zu ermöglichen, während längere Überlandfahrten mit dem Verbrennungsmotor als Antriebsaggregat durchgeführt werden. Die meisten dieser bekannten Hybridfahrzeuge sind mit einem relativ großen, d. h. eine relativ hohe Speicherkapazität aufweisenden elektrischen Energiespeicher ausgestattet, was jedoch erhebliche Nachteile hinsichtlich Bauraum und Gewicht des Fahrzeugs zur Folge hat. Bekanntlich benötigen elektrische Akkumulatoren zur Speicherung größerer Energiemengen relativ viel Bauraum und besitzen darüber hinaus ein relativ hohes Gewicht.
  • Weiterhin ist es bekannt, dass die elektrische Energie für einen Antriebs-Elektromotor eines Kraftfahrzeugs „onboard” im Fahrzeug erzeugt werden kann, und zwar mittels einer Brennstoffzelle, in welcher Wasserstoff unter Freisetzen von elektrischer Energie mit Luftsauerstoff zu Wasser bzw. Wasserdampf oxidiert wird, wobei dieser Oxidationsprozess vorteilhafterweise ohne Emission von Schadstoffen erfolgt und somit auch in Stadtzentren oder dergleichen durchgeführt werden kann, so dass auch hiermit ein emissionsfreier Betrieb des Kraftfahrzeugs möglich ist.
  • Hiermit soll nun aufgezeigt werden, wie ein Hybridfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem Verbrennungsmotor, einem Antriebs-Elektromotor und einer Brennstoffzelle sowie einem Zwischenspeicher für elektrische Energie in vorteilhafter Weise ausgelegt werden kann, derart, dass eine vernünftige Dimensionierungs-Anleitung insbesondere für die Brennstoffzelle sowie für den elektrischen Zwischenspeicher bzw. Energiespeicher angegeben wird, die einen Einbau in ein üblich dimensioniertes Kraftfahrzeug ermöglicht, und zwar so, dass weiterhin ein übliches Nutz-Volumen in diesem Kraftfahrzeug vorhanden ist. Beispielsweise sollen in einem Personenkraftwagen der unteren Mittelklasse alle diese genannten Elemente untergebracht werden und dabei weiterhin Sitzplätze für vier Personen vorhanden sein.
  • Zur Lösung dieser im vorgehenden Absatz beschriebenen Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellen-Einheit sowie der elektrische Energiespeicher, der als elektrischer Zwischenspeicher fungiert und hierfür vorzugsweise kapazitiv arbeitet, d. h. vorzugsweise durch Doppelschicht-Kondensatoren („EDLC”, bspw. sog. „Supercaps”) gebildet ist, solchermaßen dimensioniert sind, dass ein üblicher sog. Stadtzyklus, den nicht spurgebundene Kraftfahrzeuge absolvieren müssen, um eine behördliche Zulassung zur Bewegung auf öffentlichen Straßen zu erhalten, ohne Zuschaltung des Verbrennungsmotors unter Berücksichtigung einer Sicherheitsreserve von maximal 10% der für diesen Stadtzyklus benötigten Energie gerade noch erfolgreich absolviert werden kann. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche. Demgemäß kann die Nennleistung der Brennstoffzelle im wesentlichen der mittleren zum Befahren des besagten Stadtzyklus benötigten Leistung plus der mittleren für die Versorgung des elektrischen Bordnetzes dieses Fahrzeugs (ggf. während des Befahrens dieses Stadtzyklus) benötigten Leistung entsprechen. Für einen leichteren Personenkraftwagen der unteren Mittelklasse kann dabei eine Brennstoffzellen-Nennleistung in der Größenordnung von 5 Kilowatt (kW) durchaus ausreichend sein.
  • Vorgeschlagen wird somit der Einbau einer ungewöhnlich kleinen bzw. leistungsschwachen Brennstoffzelle (dieser Begriff wird hier für die im Patentanspruch genannte „Brennstoffzellen-Einheit” verwendet), was der verbreiteten Meinung der Fachwelt widerspricht, wonach bislang nur mit relativ leistungsstarken Brennstoffzellen in der Größenordnung von 50 kW bis 100 kW die für den Vortrieb eines Kraftfahrzeugs benötigte elektrische Energie erzeugt wird. Vorliegend hingegen wird die Verwendung einer Brennstoffzelle mit einer Nennleistung in einer Größenordnung vorgeschlagen, die bislang nur als sog. APU (= auxiliary power unit = Einheit zur Erzeugung der für die Nebenaggregate eines Fahrzeugs benötigten elektrischen Energie) von der Fachwelt in Betracht gezogen wurde. Diese erfindungsgemäß hinsichtlich ihrer Nennleistung äußerst schwach dimensionierte Brennstoffzelle wird vorzugsweise während des gesamten genannten Stadtzyklus mit zumindest mittlerer Leistungsabgabe betrieben. Der hierbei in der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Strom wird dann entweder direkt dem elektrischen Antriebsmotor zugeführt oder nur kurzzeitig im genannten elektrischen Zwischenspeicher gespeichert. Dieser ist ebenso wie die Brennstoffzelle hinsichtlich seines benötigten Bauraumes optimiert gestaltet und daher vorzugsweise als kapazitiver elektrischer Energiespeicher in Form einer Batterie von Doppelschicht-Kondensatoren ausgeführt und solchermaßen dimensioniert, dass dessen nutzbarer Energieinhalt im wesentlichen den über die mittlere zum Befahren des besagten Stadtzyklus benötigte Leistung hinausgehenden Spitzenbedarf an elektrischer Leistung abdeckt.
  • Im weiteren wird kurz auf den im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs genannten Stadtzyklus, den nicht spurgebundene Kraftfahrzeuge absolvieren müssen, um eine behördliche Zulassung zur Bewegung auf öffentlichen Straßen zu erhalten, eingegangen. In diesem Patentanspruch aufgenommen wurde ein solcher Stadtzyklus, weil hiermit definierbar ist, welche Nennleistung eine erfindungsgemäß in einem Kraftfahrzeug verbaute Brennstoffzelle besitzen sollte, denn selbstverständlich ist diese Nennleistung von der Gewichtsklasse des Fahrzeugs abhängig. Auch ist die Bezugnahme auf einen solchen Stadtzyklus sinnvoll, da dieser durchaus realistische Fahrbedingungen enthält, die im täglichen Stadtverkehr von Kraftfahrzeugen anzutreffen sind. Wenn also ein solcher behördlich festgeschriebener, definierter Stadtzyklus von einem erfindungsgemäßen Hybridfahrzeug ohne Schadstoffemissionen bewältigt werden kann, so kann ein solches Hybridfahrzeug auch im täglichen Innenstadtverkehr emissionsfrei bewegt werden, wobei selbstverständlich der beim Betrieb der Brennstoffzelle entstehende Wasserdampf nicht als (Schadstoff)-Emission betrachtet wird.
  • Bekanntlich erfolgt die Ermittlung des Kraftstoffverbrauchs von Kraftfahrzeugen in der Europäischen Union seit dem 1. Januar 1996 im sog. NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus) gemäß Richtlinie 93/116/EWG, wobei der Fahrzyklus und die Vorgehensweise bei der Messung in der Richtlinie des Rates 70/220/EWG vom 20. März 1970 beschrieben ist. Dieser genormte Fahrzyklus dauert insgesamt 1180 Sekunden und besteht aus einem 780 Sekunden dauernden City-Zyklus (= der vorliegend genannte Stadtzyklus) und einem 400 Sekunden dauernden Überland-Zyklus. Andere Staaten der Welt haben bekanntlich ebenfalls spezielle Fahrzyklen definiert, so beispielsweise den japanischen 10–15 Mode mit einem Stadtzyklus-Anteil (1.–3. Driving Pattern), oder den US-amerikanischen FTP 75. Selbstverständlich kann ein erfindungsgemäßes Hybridfahrzeug auch auf das Absolvieren eines dieser Tests hin ausgelegt sein.
  • Im Hinblick auf die mit der vorliegenden Erfindung gestellte Aufgabe ist es vorteilhaft, wenn auch der Antriebs-Elektromotor nicht überdimensioniert ist, sondern hinsichtlich seiner maximalen Leistung auf das Befahren des genannten Stadtzyklus ausgelegt ist. Die maximale Leistung oder Nennleistung dieses Elektromotors sollte also im wesentlichen gerade für den Antrieb zum Befahren dieses Stadtzyklus ausreichen. Andere Betriebsarten eines erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs, also insbesondere Überlandfahrten oder intensivere Beschleunigungsvorgänge werden vom Verbrennungsmotor abgedeckt, der folglich solchermaßen dimensioniert sein sollte oder sein kann, dass dessen maximale Leistung zum Fahren mit der gewünschten Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs ausreicht. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn dieser Verbrennungsmotor alternativ mit zwei verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden kann, so insbesondere wie üblich mit Benzin und weiterhin auch mit Wasserstoff, welcher für den Betrieb der Brennstoffzelle im Fahrzeug in einem geeigneten Tank bereits mitgeführt wird. Damit kann bedarfsweise das Fahrzeug auch mit dem Verbrennungsmotor praktisch emissionsfrei fortbewegt werden, jedenfalls solange sich eine ausreichende Menge von Wasserstoff im genannten Tank befindet.
  • Vorteilhaft ist es, wenn an einem erfindungsgemäßen Hybridfahrzeug in grundsätzlich bekannter Weise dem elektrischen Zwischenspeicher über Rekuperation gewonnene elektrische Energie zuführbar ist, d. h. dass elektrische Energie, die beim Verzögern des Fahrzeugs durch Generatorbetrieb des Antriebs-Elektromotors gewonnen wird, dem elektrischen Zwischenspeicher zugeführt wird. Hierfür wird nun eine besonders vorteilhafte Betriebsweise vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, dass die Brennstoffzelle solchermaßen betrieben und der dabei gewonnene elektrische Strom nur soweit dem Zwischenspeicher zugeführt wird, dass die in der Fortbewegung des Fahrzeugs mit der jeweiligen Geschwindigkeit enthaltene kinetische und durch Rekuperation im Antriebs-Elektromotor gewinnbare Energie dem Zwischenspeicher noch zuführbar ist. In anderen Worten ausgedrückt soll also während einer Fortbewegung des Fahrzeugs der elektrische Zwischenspeicher nie vollständig durch die Brennstoffzelle bzw. mit der in dieser erzeugten elektrischen Energie beladen werden, sondern es soll stets soviel Speicherkapazität offen gehalten werden, dass die kinetische Energie, die in dieser Fortbewegung des Fahrzeugs enthalten ist, durch Rekuperation im Antriebs-Elektromotor in Form elektrischer Energie gewonnen und dem Zwischenspeicher zugeführt werden kann. Eine solche Betriebsstrategie für die Brennstoffzelle kann auch als Öko-Modus bezeichnet werden, in welchem ein erfindungsgemäßes Hybridfahrzeug betrieben werden kann. Dieser sog. Öko-Modus zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle derart gering gehalten wird, dass diese gerade der für die momentan gefahrene Geschwindigkeit benötigten Leistung entspricht. Damit ist also eine Konstant-Fahrt des Fahrzeugs oder die Fahrweise eines „ruhigen” Fahrers abgedeckt. Der elektrische Zwischenspeicher wird in diesem Öko-Modus maximal nur soweit geladen, dass die aktuelle kinetische Energie des Fahrzeugs noch rekuperiert und zwischengespeichert werden kann. Der Öko-Modus zeichnet sich somit durch einen minimalen Kraftstoff-Verbrauch bei Stadtfahrt aus.
  • Für den Fahrer eines erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs können darüber hinaus andere Betriebs-Modi auswählbar sein, wonach eine elektronische Steuereinheit insbesondere die Brennstoffzelle, aber auch den Antriebs-Elektromotor (insbesondere hinsichtlich Rekuperation und der dem Fachmann bekannten Betriebsart des „Segelns”) sowie den Verbrennungsmotor unter Berücksichtigung der vom Fahrer geforderten Abgabe-Leistung des (jeweiligen) Antriebsaggregats bzw. geforderten Bremsleistung geeignet ansteuert. So kann ein sog. Personal-Modus das momentane Fahrverhalten interpretieren und eine für dieses Fahrverhalten optimale Betriebsstrategie mit dem Ziel der Verbrauchsminimierung zum Betreiben der Brennstoffzelle berechnen und einstellen, wobei es sich um ein selbstlernendes System handelt. Die unterschiedlichen Betriebs-Modi selbst hingegen sollen durch den Nutzer bzw. Fahrer des Hybridfahrzeugs auswählbar sein.
  • Quasi einen Gegenpol zum genannten Öko-Modus stellt ein weiterhin möglicher sog. Sport-Modus dar, in welchem die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle mit dem Ziel maximiert wird, den elektrischen Zwischenspeichers vollständig zu beladen, um jederzeit genügend Energie für hochdynamische Fahrmanöver auch mit dem Antriebs-Elektromotor oder in Kombination von diesem und dem Verbrennungsmotor bereitstellen zu können. Letzterer wird in diesem sog. Sport-Modus stets dann zugeschaltet, wenn der elektrische Zwischenspeicher entleert ist. Grundsätzlich zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Hybridfahrzeug im Sportmodus durch eine hohe Dynamik aus.
  • Eine weitere mögliche Betriebsart, die vorzugsweise selbsttätig aktiviert wird, ist der hier sog. Tiefgaragenmodus, der beim Befahren von Tiefgaragen oder anderen Bereichen, in denen ein im Fahrzeug mitgeführter Wasserstofftank für die Versorgung der Brennstoffzelle abgesperrt sein muss, von einer elektronischen Steuereinheit des Fahrzeugs nach Erkennen eines geeigneten, den Bedarf dieses Modus meldenden Signals selbsttätig aktiviert wird. Beispielsweise kann dieses Signal beim Überfahren einer Induktionsschleife im Einfahrtsbereich einer Tiefgarage empfangen werden, denn bekanntlich müssen Wasserstofftanks oder andere Gastanks von Kraftfahrzeugen verriegelt geschlossen sein, wenn ein mit einem solchen Tank ausgestattetes Fahrzeug eine Tiefgarage oder einen vergleichbaren, von der freien Umgebung abgetrennten Raum befährt. Da ein erfindungsgemäßes Hybridfahrzeug mit einem Wasserstofftank für die Versorgung der Brennstoffzelle ausgerüstet ist, stellt ein solcher Tiefgaragenmodus somit eine nützliche Funktion dar. In diesem Tiefgaragenmodus wird der Wasserstofftank selbsttätig abgesperrt und bleibt insbesondere solange abgesperrt, bis das Fahrzeug die Tiefgarage oder den anderen vergleichbaren Bereich wieder verlassen hat, wobei in diesem Tiefgaragenmodus nur der Verbrennungsmotor oder solange eine ausreichende Energiemenge im Zwischenspeicher enthalten ist auch der Antriebs-Elektromotor, nicht jedoch die Brennstoffzelle betreibbar ist.
  • Weiter kann vorgesehen sein, dass vom Fahrer/Nutzer des Fahrzeugs unterschiedliche Rekuperationsstufen ausgewählt werden können, wonach alleine aufgrund der Betätigung, genauer der Nicht-Betätigung des Fahrpedals („Gaspedals”) bei ebenfalls nicht betätigtem Bremspedal entweder ein stärkeres Bremsen mit dem Potential einer hohen Energierückgewinnung (= Rekuperation), oder ein normales, komfortables Bremsen mit mittlerer Energierückgewinnung oder der sog. Segelbetrieb ohne Rekuperation dargestellt wird.
  • Ein erfindungsgemäßes Hybridfahrzeug kann mit zumindest drei unterschiedlichen elektrischen Netzen, nämlich einem sog. Bord-Netz (bspw. mit einer Spannung im Bereich zwischen 12 und 14 Volt) für die gängige Karosserieelektrik, einem der Brennstoffzellen-Einheit zugeordneten Mittelspannungsnetz (bspw. mit einer Spannung im Bereich zwischen 30 und 200 Volt), sowie einem dem Elektromotor zugeordneten sog. Traktionsspannungs-Netz (bspw. mit einer Spannung im Bereich zwischen 200 und 450 Volt) ausgerüstet sein. Diese verschiedenen elektrischen Netze können über DC/DC-Wandler miteinander derart verbunden sein, dass aus einem im Bord-Netz vorgesehenen Akkumulator zur Speicherung elektrischer Energie ein kurzzeitiger Notbetrieb des Antriebs-Elektromotors möglich ist. Damit ist es beispielsweise möglich, bei eventuellem Versagen des Verbrennungsmotors und gleichzeitig vollständig entleertem elektrischen Zwischenspeicher das Fahrzeug zumindest wenige Meter aus einer Gefahrenzone heraus weg zu bewegen. Was im übrigen den Spannungswert des genannten Mittelspannungsnetzes und die damit zusammenhängende elektrische Betriebsspannung der Brennstoffzelle (= „Brennstoffzellen-Einheit”) betrifft, so wird dieser vorzugsweise in einem Bereich von etwas weniger als 60 Volt gelegt, denn mit einem solchen noch relativ niedrigen Spannungswert kann der Aufwand für die dem Fachmann bekannte Isolationsüberwachung des elektrischen Netzes relativ gering gehalten und einfach und kostengünstig ausgeführt sein.
  • Es kann das Fahrzeug mit einer Steckdose zum Anschluss üblicher im 220 Volt-Hausnetz verwendeter Elektrogeräte versehen sein, so dass die Brennstoffzelle des Fahrzeugs und/oder der Verbrennungsmotor quasi als Notstromaggregat verwendet werden können. Selbstverständlich können mit der durch die Brennstoffzelle und/oder durch Betrieb des Verbrennungsmotors in Verbindung mit einem von diesem angetriebenen elektrischen Generator gewonnenen elektrischen Energie auch Hilfsaggregate im Fahrzeug selbst, wie etwa eine elektrische Klimaanlage, oder beliebige elektrische Geräte, wie etwa die eines Büroarbeitsplatzes, betrieben werden. Dabei kann in Verbindung mit einer Klimatisierung der Innenraumluft des Fahrzeugs diese Luft auch befeuchtet werden, und zwar vorteilhafterweise mit dem Verbrennungsprodukt der Brennstoffzelle, also dem bei der Umwandlung von Wasserstoff freiwerdenden Wasserdampf, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Richtlinie 93/116/EWG [0008]
    • Richtlinie des Rates 70/220/EWG vom 20. März 1970 [0008]

Claims (10)

  1. Hybridfahrzeug in Form eines nicht spurgebundenen Kraftfahrzeugs, insbesondere Personenkraftwagens, mit zumindest zwei Antriebsaggregaten in Form eines Antriebs-Elektromotors sowie eines Verbrennungsmotors, und mit einer Brennstoffzellen-Einheit, mit welcher durch Umwandlung von im Fahrzeug gespeichertem Wasserstoff elektrischer Strom gewonnen wird, der einem Zwischenspeicher für elektrische Energie und direkt oder über diesen Zwischenspeicher indirekt dem Antriebs-Elektromotor zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellen-Einheit sowie der elektrische Energiespeicher solchermaßen dimensioniert sind, dass ein üblicher sog. Stadtzyklus, den nicht spurgebundene Kraftfahrzeuge absolvieren müssen, um eine behördliche Zulassung zur Bewegung auf öffentlichen Straßen zu erhalten, ohne Zuschaltung des Verbrennungsmotors unter Berücksichtigung einer Sicherheitsreserve in der Größenordnung von maximal 10% der für diesen Stadtzyklus benötigten Energie gerade noch erfolgreich absolviert werden kann.
  2. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle solchermaßen dimensioniert ist, dass deren Nennleistung im wesentlichen der mittleren zum Befahren des besagten Stadtzyklus benötigten Leistung plus der mittleren für die Versorgung des elektrischen Bordnetzes benötigten Leistung entspricht.
  3. Hybridfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher solchermaßen dimensioniert ist, dass dessen nutzbarer Energieinhalt im wesentlichen den über die mittlere zum Befahren des besagten Stadtzyklus benötigte Leistung hinausgehenden Spitzenbedarf an elektrischer Leistung abdeckt.
  4. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Leistung des Elektromotors im wesentlichen gerade für den Antrieb zum Befahren des genannten Stadtzyklus ausreicht.
  5. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor mit Wasserstoff und mit Benzin oder dgl. betreibbar ist.
  6. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei dem elektrischen Zwischenspeicher über Rekuperation gewonnene Energie zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle solchermaßen betrieben und der dabei gewonnene elektrische Strom nur soweit dem Zwischenspeicher zugeführt wird, dass die in der Fortbewegung des Fahrzeugs mit der jeweiligen Geschwindigkeit enthaltene kinetische und durch Rekuperation im Antriebs-Elektromotor gewinnbare Energie dem Zwischenspeicher noch zuführbar ist.
  7. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Betriebs-Modi, wie ein sog. Ökomodus, ein sog. Sportmodus und ein sog. Personal Modus vom Nutzer des Fahrzeugs vorgebbar sind.
  8. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem sog. Tiefgaragenmodus, welcher beim Befahren von Tiefgaragen oder anderen Bereichen, in denen ein im Fahrzeug mitgeführter Wasserstofftank für die Versorgung der Brennstoffzelle abgesperrt sein muss, und der von einer elektronischen Steuereinheit des Fahrzeugs nach Erkennen eines geeigneten, den Bedarf dieses Modus meldenden Signals selbsttätig aktiviert wird, dieser Wasserstofftank selbsttätig abgesperrt wird und solange abgesperrt bleibt, bis die Tiefgarage oder der besagte andere Bereich wieder verlassen ist, und dass in diesem Tiefgaragenmodus nur der Verbrennungsmotor oder solange eine ausreichende Energiemenge im Zwischenspeicher enthalten ist auch der Antriebs-Elektromotor, nicht jedoch die Brennstoffzelle betreibbar ist.
  9. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Rekuperationsstufen auswählbar sind, wonach mit Nicht-Betätigung des Fahrpedals ohne Betätigung eines Bremspedals entweder ein aggressives Bremsen mit hoher Rekuperation oder ein normales Bremsen mit geringer Rekuperation oder ein sog. Segelbetrieb ohne Rekuperation erfolgt.
  10. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Fahrzeug mit zumindest drei unterschiedlichen elektrischen Netzen, nämlich einem Niederspannungsnetz für die gängige Karosserieelektrik, einem der Brennstoffzelle zugeordneten Mittelspannungsnetz, sowie einem dem Elektromotor zugeordneten Hochspannungsnetz ausgerüstet ist, die über DC/DC-Wandler miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem im Niederspannungsnetz vorgesehenen Akkumulator zur Speicherung elektrischer Energie ein kurzzeitiger Notbetrieb des Antriebs-Elektromotors möglich ist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016078802A1 (de) * 2014-11-18 2016-05-26 Robert Bosch Gmbh Wasserstoff-rekuperation für fahrzeuge
DE102016201212A1 (de) * 2016-01-27 2017-07-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Steuerungsvorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellenbasierten Kraftfahrzeugantriebs
DE102016008148A1 (de) 2016-07-04 2018-01-04 Christian Martin Erdmann Verfahren, Vorrichtung und Produkt eines CO2-minimierten Energiewandler-Hybridsystems
DE102019128789A1 (de) * 2019-10-24 2021-04-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Antriebsvorrichtung für ein Luftfahrzeug

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Richtlinie 93/116/EWG
Richtlinie des Rates 70/220/EWG vom 20. März 1970

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016078802A1 (de) * 2014-11-18 2016-05-26 Robert Bosch Gmbh Wasserstoff-rekuperation für fahrzeuge
DE102016201212A1 (de) * 2016-01-27 2017-07-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Steuerungsvorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellenbasierten Kraftfahrzeugantriebs
US11167642B2 (en) 2016-01-27 2021-11-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Control device and method for controlling a fuel-cell-based motor vehicle drive
DE102016008148A1 (de) 2016-07-04 2018-01-04 Christian Martin Erdmann Verfahren, Vorrichtung und Produkt eines CO2-minimierten Energiewandler-Hybridsystems
DE102019128789A1 (de) * 2019-10-24 2021-04-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Antriebsvorrichtung für ein Luftfahrzeug

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