DE102010013465A1 - Hybrid power supply device for providing electrical power for car, has housing designed as trolley and comprising two wheels and handgrips, where energy storage system, fuel cell system and control device are arranged in housing - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hybride Energieversorgungseinrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie.The present invention relates to a hybrid power supply device for providing electrical energy.
Eine hybride Energieversorgungseinrichtung kann ein Energiespeichersystem, das zumindest eine aufladbare Batterie aufweist, sowie ein Brennstoffzellensystem, das zumindest eine Brennstoffzelle aufweist, umfassen. Ferner kann die Energieversorgungseinrichtung zumindest eine Anschlussstelle zum elektrischen Anschließen wenigstens eines elektrischen Verbrauchers aufweisen. Sofern die Energieversorgungseinrichtung außerdem mit einem Gehäuse ausgestattet ist, lassen sich darin das Energiespeichersystem, das Brennstoffzellensystem sowie gegebenenfalls eine Steuereinrichtung unterbringen, während die jeweilige Anschlussstelle zweckmäßig an einer Außenseite des Gehäuses angeordnet ist.A hybrid power supply device may comprise an energy storage system having at least one rechargeable battery and a fuel cell system having at least one fuel cell. Furthermore, the energy supply device can have at least one connection point for the electrical connection of at least one electrical load. If the energy supply device is also equipped with a housing, the energy storage system, the fuel cell system and optionally a control device can be accommodated therein, while the respective connection point is expediently arranged on an outer side of the housing.
Gegenüber einer Energieversorgungseinrichtung mit Brennstoffzellensystem, die ohne Energiespeichersystem, also nicht hybrid arbeitet, zeichnet sich die hybride Energieversorgungseinrichtung durch eine sofortige Verfügbarkeit der elektrischen Energie aus.Compared to an energy supply device with a fuel cell system, which does not work without an energy storage system, that is, the hybrid energy supply device is characterized by an immediate availability of the electrical energy.
Gegenüber einer konventionellen Energieversorgungseinrichtung, die mit einer Brennkraftmaschine und einem Generator arbeitet, zeichnet sich die mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattete Energieversorgungseinrichtung durch signifikant verbesserte Emissionswerte aus, da als Reaktionsprodukt im wesentlichen nur Wasser anfällt.Compared to a conventional energy supply device which operates with an internal combustion engine and a generator, the energy supply device equipped with a fuel cell system is distinguished by significantly improved emission values, since essentially only water is obtained as the reaction product.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine hybride Energieversorgungseinrichtung eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie eine erhöhte Mobilität besitzt bzw. einfacher transportierbar und letztlich vielfältig einsetzbar ist.The present invention is concerned with the problem of providing for a hybrid power supply device an improved or at least another embodiment, which is characterized in particular by the fact that it has increased mobility or is easier to transport and ultimately versatile.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die hybride Energieversorgungseinrichtung als Trolley auszugestalten. Erreicht wird dies bei der Erfindung dadurch, dass das Gehäuse als Trolley-Koffer konzipiert und mit wenigstens zwei Rädern und zumindest einem Handgriff versehen wird. Ein derartiger Trolley bzw. Trolley-Koffer lässt sich über die beiden Räder leicht rollen und mit dem Handgriff einfach antreiben und steuern. Somit lässt sich die gesamte Energieversorgungseinrichtung einfach bewegen, ohne großen Krafteinsatz. Die Mobilität der Energieversorgungseinrichtung wird dadurch erheblich verbessert; sie lässt sich besonders einfach von einem Einsatzort zum anderen Einsatzort transportieren.The invention is based on the general idea to design the hybrid power supply device as a trolley. This is achieved in the invention in that the housing is designed as a trolley case and is provided with at least two wheels and at least one handle. Such a trolley or trolley case can be easily roll over the two wheels and simply drive and control with the handle. Thus, the entire power supply device can be easily moved without much effort. The mobility of the power supply device is thereby significantly improved; It is particularly easy to transport from one location to another.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann ein Handgriff als teleskopierbarer oder klappbarer Zieh- und/oder Schiebegriff ausgestaltet sein. Der Griff ermöglicht im ausgezogenen oder ausgeklappten Zustand eine bequeme Körperhaltung zum Bewegen des Trolley-Koffers. Der eingefahrene oder eingeschobene oder eingeklappte Griff ist platzsparend am Gehäuse bzw. im Gehäuse untergebracht, wodurch eine Störkontur vermieden werden kann.According to an advantageous embodiment, a handle can be designed as a telescoping or folding pull and / or push handle. The handle allows in the extended or unfolded state a comfortable posture for moving the trolley case. The retracted or retracted or folded handle is space-saving housed on the housing or in the housing, whereby a disturbing contour can be avoided.
Bei einer anderen Ausführungsform kann das Gehäuse zumindest zwei Füße aufweisen, die so auf die Räder abgestimmt sind, dass sie mit den Rädern einen ebenen Stand für das Gehäuse ermöglichen. Hierdurch ergibt sich für den Fall, dass die Energieversorgungseinrichtung nicht bewegt werden soll, ein stabiler bzw. sicherer Stand, was einen zuverlässigen Betrieb der Energieversorgungseinrichtung begünstigt.In another embodiment, the housing may have at least two feet that are tuned to the wheels so that they allow the wheels to be level with the housing. This results in the case that the power supply device is not to be moved, a stable or secure state, which favors reliable operation of the power supply device.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann zumindest ein Handgriff als Tragegriff ausgestaltet sein. Mit Hilfe eines derartigen Tragegriffes wird es vereinfacht, das Gehäuse und somit die gesamte Energieversorgungseinrichtung anzuheben, beispielsweise um Treppen zu überwinden oder um die Energieversorgungseinrichtung in einen Kofferraum eines Fahrzeugs anzuheben.According to a further embodiment, at least one handle can be designed as a carrying handle. With the help of such a carrying handle, it is simplified to raise the housing and thus the entire power supply device, for example, to overcome stairs or to raise the power supply device in a trunk of a vehicle.
Während ein Zieh- und/oder Schiebegriff zweckmäßig im Bereich einer Achse der beiden Räder angeordnet ist, erfolgt die Positionierung eines Tragegriffs zweckmäßig mittig zu einem Schwerpunkt der Energieversorgungseinrichtung.While a pulling and / or pushing handle is expediently arranged in the region of an axis of the two wheels, the positioning of a carrying handle is expediently carried out centrally to a center of gravity of the energy supply device.
Bei einer speziellen Ausführungsform kann das Brennstoffzellensystem mit Wasserstoff arbeiten, der aus einem Tank zugeführt wird. Das Gehäuse kann dann mit einer Aufnahme für den Tank ausgestattet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Gehäuse an seiner Außenseite einen Wasserstoffanschluss aufweisen, über den das Brennstoffzellensystem an eine externe Wasserstoffversorgung anschließbar ist. Gemäß einer weitergehenden Ausführungsform kann die für den Tank am bzw. im Gehäuse vorgesehene Aufnahme an der Außenseite des Gehäuses angeordnet sein oder im Inneren des Gehäuses ausgebildet sein. Die Anbringung bzw. Unterbringung eines transportierbaren Tanks am bzw. im Gehäuse wird dadurch erheblich vereinfacht. Insbesondere die Unterbringung des Tanks im Gehäuse vereinfacht die Handhabung der hier vorgestellten mobilen Energieversorgungseinrichtung, da der Tank keine zusätzliche Störkontur am Gehäuse bildet.In a specific embodiment, the fuel cell system may operate on hydrogen supplied from a tank. The housing may then be equipped with a receptacle for the tank. Additionally or alternatively, the housing may have on its outer side a hydrogen connection, via which the fuel cell system can be connected to an external hydrogen supply. According to a further embodiment, the receptacle provided for the tank on or in the housing can be arranged on the outside of the housing or be formed in the interior of the housing. The attachment or placement of a transportable tank on or in the housing is thereby considerably simplified. In particular, the placement of the tank in the housing simplifies the handling of the presented here mobile energy supply device, since the tank forms no additional interference contour on the housing.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Gehäuse einen Tankaufnahmeraum zur Unterbringung des Tanks enthalten, der insbesondere separat zum Brennstoffzellensystem zugänglich sein kann. Ein derartiger Tankaufnahmeraum kann besonders einfach hinsichtlich seiner Dimensionierung an den aufzunehmenden Tank adaptiert sein, beispielsweise um eine sichere Positionierung des Tanks im Gehäuse zu gewährleisten.According to an advantageous embodiment, the housing may include a tank receiving space for accommodating the tank, which may be accessible in particular separately from the fuel cell system. Such a tank receiving space can be particularly easily adapted in terms of its dimensions to the male tank, for example, to ensure a secure positioning of the tank in the housing.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, die auch unabhängig von der Trolleybauweise als separate Erfindung realisierbar ist und bei welcher der Tankaufnahmeraum mit einer Heizeinrichtung zum Beheizen des Wasserstofftanks ausgestattet ist. In diesem Fall ist die Tankaufnahme zur Unterbringung eines Tanks vorgesehen, der als Metallhydridspeicher ausgestaltet ist. In einem derartigen Metallhydridspeicher wird Wasserstoff an einer Metalloberfläche angelagert. Durch Druckabsenkung sowie durch Wärmezufuhr kann der so gelöste Wasserstoff wieder ausgetrieben werden. Da ein derartiger Metallhydridspeicher ohne hohen Speicherdruck auskommt, gilt er als besonders sicher. Sein hohes Gewicht kommt bei der hier vorgestellten Energieversorgungseinrichtung, sofern sie mit der Trolleylösung kombiniert wird, nicht nachteilig zum Tragen.Of particular advantage is an embodiment which is independent of the trolley construction as a separate invention feasible and in which the tank receiving space is equipped with a heater for heating the hydrogen tank. In this case, the tank receptacle is provided to accommodate a tank configured as a metal hydride reservoir. In such a metal hydride reservoir, hydrogen is attached to a metal surface. By lowering the pressure and by supplying heat, the dissolved hydrogen can be expelled again. Since such a Metallhydridspeicher manages without high storage pressure, he is considered particularly safe. Its high weight does not adversely affect the energy supply device presented here, provided it is combined with the trolley solution.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Energieversorgungseinrichtung mit mindestens zwei verschiedenen elektrischen Anschlussstellen ausgestattet sein, die sich zumindest durch unterschiedliche elektrische Spannungen voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann eine Anschlussstelle für 110 V oder 230 V Wechselspannung vorgesehen sein, während eine andere Anschlussstelle für 12 V oder 24 V Gleichspannung ausgestaltet sein kann. Die Anschlussstellen können unterschiedlich und insbesondere separat abgesichert sein. Durch die Bereitstellung verschiedener Anschlussstellen vergrößert sich die Einsetzbarkeit der Energieversorgungseinrichtung. Unterschiedliche Spannungen an den Anschlussstellen lassen sich mit verschiedenen DC/DC-Wandlern bzw. DC/AC-wandlern realisieren, die zwischen dem Energiespeichersystem und der jeweiligen Anschlussstelle angeordnet sind.According to another advantageous embodiment, the power supply device may be equipped with at least two different electrical connection points, which differ from each other at least by different electrical voltages. For example, a connection point for 110 V or 230 V AC voltage can be provided, while another connection point for 12 V or 24 V DC can be configured. The connection points can be protected differently and in particular separately. The provision of different connection points increases the usability of the power supply device. Different voltages at the connection points can be realized with different DC / DC converters or DC / AC converters, which are arranged between the energy storage system and the respective connection point.
Gemäß einer anderen Ausführungsform, die auch unabhängig von der Trolleybauweise als separate Erfindung realisierbar ist, kann eine Steuereinrichtung der Energieversorgungseinrichtung ein Telekommunikationsmdul aufweisen, das z. B. auf GSM-Netz oder auf einem UMTS-Netz basiert und mit GPRS oder mit CSD arbeitet. GSM steht dabei für Global System for mobile Communications und beschreibt einen Standard für voll digitale Mobilfunknetze. UMTS steht für Universal Mobile Telecommunications System und beschreibt ein digitales Mobilfunknetz mit erhöhter Datenübertragungsgeschwindigkeit. GPRS steht für General Packet Radio Service und beschreibt eine Form der Datenübertragung, bei der keine permanente Funkverbindung erforderlich ist, sondern eine abschnittsweise Verbindung ausreicht, um die zu Paketen zusammengefassten Daten paketweise zu übertragen. CSD steht für Circuit Switched Data und steht für ein Datenübertragungsverfahren mit permanenter bzw. stehender Funkverbindung. Mit Hilfe eines derartigen Telekommunikationsmoduls wird somit eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle geschaffen, über welche die Steuereinrichtung z. B. mit einer Servicezentrale kommunizieren kann bzw. umgekehrt.According to another embodiment, which is independent of the trolley design as a separate invention feasible, a control device of the power supply device may have a Telekommunikationsmdul, z. B. based on GSM network or on a UMTS network and works with GPRS or CSD. GSM stands for Global System for Mobile Communications and describes a standard for fully digital mobile networks. UMTS stands for Universal Mobile Telecommunications System and describes a digital mobile network with increased data transmission speed. GPRS stands for General Packet Radio Service and describes a form of data transmission in which no permanent radio connection is required, but a section-wise connection is sufficient to packet-transfer the packetized data. CSD stands for Circuit Switched Data and stands for a data transmission method with permanent or standing wireless connection. With the help of such a telecommunications module thus a wireless communication interface is provided, via which the control device z. B. can communicate with a service center or vice versa.
Beispielsweise kann die Steuereinrichtung gemäß einer besonderen Ausführungsform zumindest einen Füllstand des Tanks überwachen. Für den Fall, dass der Füllstand einen vorgegebenen Füllstandswert erreicht, kann die Steuereinrichtung eine damit korrelierte Füllstandsmeldung generieren und diese über das Telekommunikationsmodul einer Serviceeinrichtung übermitteln. Die Serviceeinrichtung kann dann den Austausch des Tanks in die Wege leiten.For example, the control device according to a particular embodiment monitor at least one level of the tank. In the event that the fill level reaches a predetermined level value, the control device can generate a fill level message correlated therewith and transmit it via the telecommunication module to a service device. The service facility can then initiate the replacement of the tank.
Gemäß einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform kann die Steuereinrichtung ein GPS-Modul zum Ermitteln von Positionskoordinaten aufweisen. GPS steht dabei Global Positioning System und beschreibt ein globales Navigationssatellitensystem zur Positionsbestimmung und Zeitmessung. Hierdurch kennt die Steuereinrichtung die aktuelle Position der Energieversorgungseinrichtung. Insbesondere ist es dadurch möglich, die von der Steuereinrichtung generierte Füllstandsmeldung mit den vom GPS-Modul ermittelten Positionskoordinaten zu verknüpfen, so dass die Serviceeinrichtung die Bereitstellung und Lieferung eines neuen Tanks einfacher in die Wege leiten kann.According to another expedient embodiment, the control device may have a GPS module for determining position coordinates. GPS stands for Global Positioning System and describes a global navigation satellite system for position determination and time measurement. As a result, the control device knows the current position of the power supply device. In particular, this makes it possible to link the fill level message generated by the control device with the position coordinates determined by the GPS module so that the service facility can simplify the provision and delivery of a new tank.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Serviceeinrichtung über das Telekommunikationsmodul die aktuellen Positionskoordinaten des GPS-Moduls abrufen kann, beispielsweise um einen Soll-Ist-Abgleich der für die jeweilige Energieversorgungseinrichtung vorgesehenen Position durchzuführen.It can also be provided that the service facility can call up the current position coordinates of the GPS module via the telecommunications module, for example, to carry out a desired-actual comparison of the position provided for the respective energy supply device.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Steuereinrichtung den aktuellen Zustand der Energieversorgungseinrichtung, insbesondere des Brennstoffzellensystems und/oder des Energiespeichersystems, überwachen. Ein damit korreliertes Zustandssignal generieren und über das Telekommunikationsmodul das Zustandssignal einer Serviceeinrichtung selbsttätig und/oder auf Aufforderung der Serviceeinrichtung übermitteln. Beispielsweise kann die Leistungsfähigkeit der wenigstens einen Brennstoffzelle im Laufe der Zeit nachlassen. Ebenso kann es zu einer Beschädigung einer Brennstoffzelle kommen. Des Weiteren kann die aufladbare Batterie des Energiespeichersystems altern oder beschädigt werden. Ebenso kann die Steuereinrichtung unterschiedliche Subsysteme des Brennstoffzellensystems, z. B. eine Kühleinrichtung sowie Dosiereinrichtungen für Luft bzw. Sauerstoff oder für Wasserstoff hinsichtlich ihrer ordnungsgemäßen Funktion überwachen. Sofern hier Fehler oder Unregelmäßigkeiten auftreten, kann dies von der Serviceeinrichtung erkannt werden, so dass es insbesondere möglich ist, rechtzeitig entsprechende Gegenmaßnahmen zu ergreifen, beispielsweise eine vorzeitige Wartung der Energieversorgungseinrichtung in die Wege zu leiten.In another embodiment, the control device can monitor the current state of the energy supply device, in particular of the fuel cell system and / or of the energy storage system. Generate a state signal correlated therewith and transmit via the telecommunication module the status signal of a service device automatically and / or at the request of the service device. For example, the performance of the at least one Leak fuel cell over time. Likewise, damage to a fuel cell can occur. Furthermore, the rechargeable battery of the energy storage system may age or become damaged. Likewise, the controller may different subsystems of the fuel cell system, for. B. monitor a cooling device and metering devices for air or oxygen or hydrogen in terms of their proper function. If errors or irregularities occur here, this can be detected by the service device, so that it is possible, in particular, to take appropriate countermeasures in good time, for example, to initiate premature maintenance of the energy supply device in the way.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description 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 verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematischIt show, each schematically
Entsprechend
Das Energiespeichersystem
Die jeweilige Brennstoffzelle
Im Beispiel sind zwei Anschlussstellen
Im Beispiel der
Für die Bedienung der Energieversorgungseinrichtung
Das Brennstoffzellensystem
Das Brennstoffzellensystem
Die jeweilige Brennstoffzelle
Zusätzlich kann noch eine Rückführleitung
Gemäß
Anstelle eines derartigen Metallhydridspeichers kann der Wasserstofftank
Entsprechend den
Das Gehäuse
Im Beispiel der
Der zweite Handgriff
Das Gehäuse
Gemäß
In
Zweckmäßig ist die Tankaufnahme
In das Gehäuse
Gemäß
Zweckmäßig kann die Steuereinrichtung
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