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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Energieversorgungssystem, umfassend zumindest eine Brennstoffzelle und einen elektrischen Energiespeicher nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Brennstoffzellen, beispielsweise Brennstoffzellen auf der Basis von protonenleitenden Membranen (PEM-Brennstoffzellen), werden häufig zum Antrieb von Fahrzeugen, insbesondere zum Antrieb von Personenkraftwagen oder Nutzfahrzeugen, verwendet. Um die vergleichsweise geringe Dynamik in der Leistungsbereitstellung der Brennstoffzelle auszugleichen und möglichst effizient einen hochdynamischen Fahrbetrieb realisieren zu können, sind die in solchen „Brennstoffzellenfahrzeugen” eingesetzten elektrischen Energieversorgungssysteme sehr häufig als Systeme mit Brennstoffzellen und elektrischem Energiespeicher ausgebildet. Häufig werden zusammen mit der Brennstoffzelle dabei sogenannte Hochvoltbatterien oder Hochleistungsbatterien, wie sie beispielsweise aus Einzelzellen in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet sein können, als elektrische Energiespeicher eingesetzt. Bei derartigen Batterien ist es üblich, dass diese während des Ladens und Entladens, also während des Betriebs der Batterie, eine vergleichsweise hohe Abwärme erzeugen und daher gekühlt werden sollten. Idealerweise ist dabei eine aktive Kühlung der Batterie vorgesehen, welche dafür sorgt, dass die Batterie immer unterhalb einer bestimmten Temperatur betrieben werden kann. Dies dient der Erhöhung der Lebensdauer der Batterie. Alternativ zur Ausgestaltung als Batterie kann der elektrische Energiespeicher auch als Hochleistungskondensator beziehungsweise Supercap ausgebildet sein. Auch solche Kondensatoren können bei Bedarf gekühlt werden.
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Die Kühlung ist daher typischerweise so ausgebildet, dass Kühlluft aktiv durch den Bereich des elektrischen Energiespeichers gefördert wird oder dass ein flüssiges Kühlmedium zum Kühlen des elektrischen Energiespeichers eingesetzt wird. Um eine ausreichende Kühlung auch bei hohen Umgebungstemperaturen gewährleisten zu können, ist häufig eine thermische Kopplung des elektrischen Energiespeichers oder des für den elektrischen Energiespeicher verwendeten Kühlmediums an die Klimaanlage eines derartig ausgestatteten Fahrzeugs realisiert. Da die Klimaanlagen typischerweise als Kompressionskälteanlagen ausgebildet sind, bedarf es zur Kühlung des elektrischen Energiespeichers also einer gewissen Antriebsleistung für den Kältemittelverdichter, welche wiederum direkt oder indirekt vom Antriebssystem zur Verfügung gestellt werden muss und damit den Gesamtwirkungsgrad des Antriebssystems reduziert und den Kraftstoff- beziehungsweise Energieverbrauch erhöht.
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Aus der
DE 103 46 975 A1 ist als Alternative für eine Fahrzeug-Klimaanlage, welche als Kompressionskälteanlage ausgebildet ist, eine Adsorptionskälteanlage beziehungsweise Adsorptionskältemaschine vorgeschlagen. Diese arbeitet dabei in an sich bekannter Art und Weise so, dass über eine Trenneinheit, welche direkt oder mittelbar mit einer Wärmequelle gekoppelt ist, eine Trennung des Kältemittels in Gasphase und Flüssigphase erfolgt. Die Wärme wird bei diesem Aufbau über den Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors bereitgestellt. Ein solcher ist bei dem hier angedachten Aufbau eines elektrischen Energieversorgungssystems jedoch nicht vorhanden.
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Der
Patent Abstract of Japan 06-036786 A beschreibt einen vergleichbaren Aufbau auch für eine Brennstoffzelle. Hierbei besteht jedoch der entscheidende Nachteil, dass die im Kühlkreislauf einer Brennstoffzelle anfallende Abwärme, insbesondere beim Einsatz einer PEM-Brennstoffzelle, auf einem vergleichsweise niedrigen Temperaturniveau von ca. 70 bis 90°C liegt. Diese Abwärme ist zum Betrieb einer Adsorptionskältemaschine zwar prinzipiell ausreichend, für einen effizienten und kompakten Aufbau jedoch extrem niedrig.
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Speziell für die Kühlung einer Batterie in einem Fahrzeug, beispielsweise einem Hybridfahrzeug oder auch einem Brennstoffzellenfahrzeug, beschreibt die
DE 10 2008 039 908 A1 eine Adsorptionskältemaschine, welche mit Wärme aus einem Brenner versorgt wird. Dieser Brenner ist dabei direkt oder mittelbar mit einer Trenneinheit verbunden und kann flüssige, gasförmige oder feste Brennstoffe umsetzen. Als Alternative ist ein elektrisch betriebenes Heizelement dargelegt.
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Der Aufbau hat dabei den Nachteil, dass entweder zusätzlicher Brennstoff für den Brenner oder zusätzliche elektrische Energie für das elektrische Heizelement bereitgestellt werden muss. Damit wird die eingangs genannte Problematik, dass die Wärmequelle für die Adsorptionskältemaschine einen zusätzlichen Energiebedarf auslöst, nicht oder nicht effizient verringert, sodass nach wie vor Einbußen am Gesamtwirkungsgrad bestehen.
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Es ist die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Energieversorgungssystem mit Brennstoffzelle und elektrischem Energiespeicher dahingehend zu verbessern, dass bei ausreichender Kühlung des elektrischen Energiespeichers ein bestmöglicher Gesamtwirkungsgrad erzielt wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen elektrischen Energieversorgungssystems ergeben sich dabei aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Eine bevorzugte Verwendung für das erfindungsgemäße elektrische Energieversorgungssystem ist im Anspruch 9 angegeben.
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Die erfindungsgemäße Lösung sieht es vor, dass, wie im zuletzt genannten Stand der Technik, eine Adsorptionskältemaschine vorgesehen ist, welche zur Kühlung der Brennstoffzelle und/oder des elektrischen Energiespeichers eingesetzt wird. Die Wärmequelle für die Adsorptionskältemaschine bildet dabei Abwärme aus dem Bereich der Zufuhr und/oder Abfuhr von Medien zu/von der Brennstoffzelle. Im Bereich des Brennstoffzellensystems werden Medien zu der Brennstoffzelle geführt, typischerweise Wasserstoff und verdichtete Luft als Sauerstoffquelle. Nach der Brennstoffzelle werden die Reststoffe, also an Sauerstoff abgereicherte Luft und typischerweise eine gewisse Menge an Restwasserstoff, wieder aus dem Bereich der Brennstoffzelle entfernt und bei einigen Brennstoffzellensystemen über einen Brenner oder katalytischen Brenner nachverbrannt, um mit den so entstehenden heißen Abgasen eine Turbine anzutreiben, welche mechanische Leistung beispielsweise zum Betrieb des Verdichters für die Zuluft zur Brennstoffzelle bereitstellt.
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Im Bereich der zu der Brennstoffzelle strömenden Medien und im Bereich der von der Brennstoffzelle abströmenden Medien entsteht dabei an verschiedenen Stellen Wärme, welche so nicht oder nicht vollständig benötigt wird. Beispielsweise erwärmt sich die der Brennstoffzelle zugeführte Zuluft beim Verdichten derselben sehr stark, sodass diese entsprechend gekühlt werden muss, um die Membranen der Brennstoffzelle, beim Einsatz einer PEM-Brennstoffzelle, nicht unnötig auszutrocknen. Diese Kühlung der verdichteten Zuluft übernimmt typischerweise ein Ladeluftkühler, welcher beispielsweise in einen Kühlkreislauf der Brennstoffzelle eingebunden ist. Diese Abwärme lässt sich nun gemäß einer ersten besonders günstigen Ausführungsform der hier vorliegenden Erfindung als Wärmequelle für die Adsorptionskältemaschine nutzen. Das Temperaturniveau der verdichteten Luft liegt typischerweise bei ca. 150°C bis 250°C und damit deutlich über dem Temperaturniveau des Kühlkreislaufs der Brennstoffzelle. Die nach dem Verdichter verdichtete Zuluft hat dabei typischerweise eine ausreichend hohe Temperatur, um eine einfache und kompakte Adsorptionskältemaschine anzutreiben.
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Eine alternative Möglichkeit ist die Nutzung der im Bereich des Brenners oder katalytischen Brenners entstehenden Wärme, bevorzugt nach dem Durchströmen der Turbine, da diese Wärme nicht anderweitig genutzt werden kann und an die Umgebung abgegeben wird. Diese Wärme ließe sich dann zum Betrieb der Adsorptionskältemaschine nutzen, ohne dass hierfür zusätzliche Energie aufgewendet werden müsste.
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Die Adsorptionskältemaschine kann dabei direkt beziehungsweise über einen Wärmetauscher und einen geeigneten Kühlkreislauf indirekt zur Kühlung des elektrischen Energiespeichers und alternativ oder ergänzend zur Kühlung der Brennstoffzelle selbst oder auch zur unterstützenden Kühlung eines Kühlkreislaufs der Brennstoffzelle mitgenutzt werden.
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Eine bevorzugte Verwendung des beschriebenen erfindungsgemäßen elektrischen Energieversorgungssystems liegt dabei im Bereitstellen von Antriebsenergie für ein Fahrzeug. Insbesondere bei Fahrzeuganwendungen, in denen aus Gründen der Dynamik Brennstoffzellen mit elektrischen Energiespeichern in praktisch allen denkbaren Szenarien kombiniert werden, spielt eine möglichst effiziente Kühlung insbesondere des elektrischen Energiespeichers, aber gegebenenfalls auch die Unterstützung des Kühlkreislaufs der Brennstoffzelle, eine entscheidende Rolle für eine langlebige Funktionalität des elektrischen Energieversorgungssystems. Wenn diese erzielt werden kann, ohne dass hierfür zusätzliche Energie verwendet werden muss, dann lässt sich ein entsprechend hoher Gesamtwirkungsgrad des elektrischen Energieversorgungssystems realisieren. Dies ist von entscheidendem Vorteil für Energieverbrauch und Reichweite des Fahrzeugs, sodass hier die bevorzugte Verwendung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen elektrischen Energieversorgungssystems zu sehen ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen elektrischen Energieversorgungssystems ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches unter Bezugnahme auf die Figuren nachfolgend näher beschrieben wird.
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Dabei zeigen:
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1 ein elektrisches Energieversorgungssystem gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform;
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2 ein elektrisches Energieversorgungssystem gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform; und
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3 ein elektrisches Energieversorgungssystem gemäß der Erfindung in einer dritten Ausführungsform.
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In der Darstellung der 1 ist ein elektrisches Energieversorgungssystem 1 zu erkennen, welches insbesondere zur Bereitstellung von Antriebsleistung für ein Fahrzeug, beispielsweise einen Personenkraftwagen, vorgesehen sein kann. Es umfasst im Wesentlichen eine Brennstoffzelle 2 sowie eine Batterie 3 als elektrischen Energiespeicher, welche in an sich bekannter Art und Weise zur Bereitstellung der elektrischen Antriebsleistung vorgesehen sind, welche dann über einen Antriebsmotor dem Bereich der Antriebsräder direkt oder mittelbar zum Vortrieb des Fahrzeugs zugeführt wird.
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Die Brennstoffzelle 2 soll dabei als sogenannte PEM-Brennstoffzelle 2 ausgebildet sein, welche aus einer Vielzahl von Einzelzellen besteht, die jeweils über einen Anodenraum 4 und einen Kathodenraum 5 verfügen. Außerdem ist in der Darstellung der 1 ein Wärmetauscher 6 im Bereich der Brennstoffzelle 2 zu erkennen, welcher über einen angedeuteten Kühlmittelkreislauf 7 der Brennstoffzelle 2 zur Kühlung derselben genutzt werden kann. Dem Anodenraum 4 der Brennstoffzelle 2 wird Kraftstoff, beispielsweise Wasserstoff, aus einem Druckgastank 8 zugeführt. Dem Kathodenraum 5 der Brennstoffzelle 2 wird Luft als Sauerstofflieferant zugeführt. Diese Luft wird über einen Verdichter 9 bereitgestellt und strömt über einen Ladeluftkühler 10 sowie einen optionalen Befeuchter 11 in den Bereich des Kathodenraums 5. Die Batterie 3 soll als Hochvoltbatterie beziehungsweise Hochleistungsbatterie ausgebildet sein, beispielsweise in der Form einer Lithium-Ionen-Batterie, welche aus mehreren elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen gebildet ist. Die Batterie 3 soll dabei in an sich bekannter Art und Weise über einen Kühlkreislauf 12 gekühlt werden. Dieser Kühlkreislauf 12 besteht aus einer Kühlmittelpumpe 13, einem Drei-Wege-Ventil 14, durch welches das Kühlmittel wahlweise oder durch eine Aufteilung der einzelnen Volumenströme entweder durch die Batterie 3 oder um die Batterie 3 herumgeleitet wird. Außerdem weist der Kühlkreislauf einen Wärmetauscher 15 auf, in welchem das in dem Kühlkreislauf strömende Kühlmedium abgekühlt wird. Des Weiteren ist ein Ausgleichsbehälter 16 für das Kühlmedium im Bereich des Kühlkreislaufs 12 vorgesehen. Der Kühlkreislauf 12 für die Batterie 3 ist dabei über den Wärmetauscher 15 mit einem Kältemittelkreislauf 17 gekoppelt, der gemäß des Funktionsprinzips einer Absorptionskältemaschine arbeitet. Bei dem Kältemittelkreislauf 17 kann es sich beispielsweise um einen eigens zur Kühlung der Brennstoffzelle 2 und/oder der Batterie 3 vorgesehenen Kältemittelkreislauf handeln. Ergänzend oder alternativ ist es auch denkbar, dass der Kältemittelkreislauf 17 Teil einer nach dem Adsorptionsprinzip arbeitenden Fahrzeugklimaanlage ist.
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Der Kältemittelkreislauf 17 arbeitet mit einer Kältemittellösung K + L, die aus einem Kältemittel K einerseits und einem Lösungsmittel L andererseits gebildet ist. Bei dem Kältemittel K kann es sich dabei vorzugsweise um Ammoniak oder Wasser handeln, bei dem Lösungsmittel L vorzugsweise um Wasser oder Lithiumbromid. Zur Realisierung des Funktionsprinzips der Adsorptionskältemaschine umfasst der Kältemittelkreislauf 17 eine Kältemittelpumpe 18, bei der es sich insbesondere um eine Hochdruckpumpe handelt, mittels welcher einer Trenneinheit 19 die Kühlmittellösung K + L zuführbar ist. Die Trenneinheit 19, welche vorzugsweise ein Zylinder ist, ist dabei direkt mit dem Ladeluftkühler 10 als Wärmequelle verbunden, sodass die im Ladeluftkühler 10 anfallende Abwärme der verdichteten zur Brennstoffzelle 2 strömenden Luft, mit ihrem Temperaturniveau von ca. 150°C bis 200°C, als Wärmequelle für die Trenneinheit 19 des Kältemittelkreislauf 17 dient. Durch die Abwärme aus dem Ladeluftkühler 10 wird die Kältemittellösung K + L erwärmt. Aufgrund des eher niedrigen Siedepunkts des Kältemittels wird dieses Verdampfen, während das Lösungsmittel auch nach der Erwärmung im flüssigen Aggregatzustand verbleibt. Das Kältemittel K lässt sich somit von dem Lösungsmittel L trennen. Anschließend wird das Kältemittel K über eine erste Versorgungsleitung 20 einem Kondensator 21, welcher bevorzugt ein luftgekühlter Kondensator ist, zugeführt. Das Kältemittel kühlt sich im Bereich dieses Kondensators unter Abgabe von Wärme entsprechend ab und kommt somit wieder in den flüssigen Aggregatzustand. Der Kältemittelkreislauf 17 umfasst dann in Strömungsrichtung nach dem Kondensator 21 einen Verdampfer 22, in welchem unter Wärmeaufnahme eine Expansion und Verdampfung des Kältemittels K stattfindet. Die gewünschte Kühlwirkung wird also in diesem Bauteil erreicht. Der Verdampfer 22 ist daher in direktem Kontakt mit dem Wärmetauscher 15 beziehungsweise ist zusammen mit diesem als ein Bauteil ausgebildet. Das Kühlmedium in dem Kühlkreislauf 12 der Batterie 3 wird so durch die im Bereich des Verdampfers 22 stattfindende Expansion und Verdampfung entsprechend abgekühlt, sodass dem Kühlmedium im Kühlkreislauf 12 Wärme entzogen wird und dieses dann wieder zur Kühlung der Batterie 3 eingesetzt werden kann.
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In dem Kältemittelkreislauf 17 findet sich in Strömungsrichtung nach dem Verdampfer 22 ein Adsorber 23, welchem das Kältemittel K und das Lösungsmittel L zugeführt werden. Hierfür ist zwischen der Trenneinheit 19 und dem Adsorber 23 eine weitere Versorgungsleitung 24 angeordnet, mittels welcher dem Adsorber 23 das in der Trenneinheit 19 aus der Kältemittellösung K + L abgetrennte Lösungsmittel L zuführbar ist. In der hier gewählten Darstellung des Kältemittelkreislaufs 17 ist die Versorgungsleitung 24 dabei so ausgebildet, dass diese im Bereich eines Mantelrohrs 25 mit der das Kältemittel K enthaltenden Leitung zusammengeführt ist, sodass im Bereich des Mantelrohrs das Lösungsmittel L vor dem Eintritt in den Adsorber 23 abgekühlt wird. Das abgekühlte Lösungsmittel L und das Kältemittel K werden dem Adsorber 23 dann gemeinsam zugeführt. Das abgekühlte Lösungsmittel L hat dabei das Bestreben, das Kältemittel K bis zur Sättigung aufzunehmen, sodass nach dem Adsorber 23 wieder die Kältemittellösung K + L vorliegt, welches mittels der Kältemittelpumpe 18 wieder der Trenneinheit 19 zugeführt werden kann.
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Der Aufbau hat dabei zwei entscheidende Vorteile. Bei der reinen Nutzung einer Adsorptionskältemaschine mit dem Kältemittelkreislauf 17 zur Kühlung der Batterie 3 entsteht der entscheidende Vorteil dadurch, dass die im Ladeluftkühler 10 anfallende Abwärme unmittelbar als Wärmequelle für die Trenneinheit 19 genutzt werden kann. Zusätzliche Energie ist also zur Erwärmung der Trenneinheit 19 nicht notwendig. Außerdem wird die Wärme aus der verdichtenden Luft im Bereich des Ladeluftkühlers 10 so nicht in den Kühlmittelkreislauf 7 der Brennstoffzelle 2 eingetragen, wie es bei sonstigen Aufbauten häufig üblich ist. Da aufgrund des vergleichsweise geringen Temperaturniveaus der Brennstoffzelle 2 die Abfuhr der Abwärme durch den Kühlmittelkreislauf 7 der Brennstoffzelle 2 ohnehin schwierig ist, stellt dies einen entscheidenden Vorteil dar, da durch die im Bereich des Ladeluftkühlers 10 anfallende Abwärme dieser ohnehin schon sensible Kühlmittelkreislauf 7 der Brennstoffzelle 2 nicht weiter belastet wird.
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Ergänzend oder alternativ zu der hier dargestellten Ausführungsform wäre es dabei selbstverständlich auch denkbar, neben dem Kühlkreislauf 12 für die Batterie 3 auch Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf 7 der Brennstoffzelle 2 über den Kältemittelkreislauf 17 abzuführen.
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In der Darstellung der 2 ist ein vergleichbarer Aufbau des elektrischen Energieversorgungssystems 1 in einer alternativen Ausführungsform zu erkennen. Dieselben Bauteile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen und arbeiten analog zur obigen Beschreibung der 1. Es soll daher lediglich auf die Unterschiede zwischen den beiden elektrischen Energieversorgungssystemen 1 näher eingegangen werden. Als Wärmequelle für die Trenneinheit 19 des Kältemittelkreislaufs 17 dient in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel das Abgas nach einer Turbine 26 in dem elektrischen Energieversorgungssystem 1. Diese Turbine 26 treibt zusammen mit einem elektrischen Motor 27 den Verdichter 9 zur Verdichtung der Zuluft zu der Brennstoffzelle 2 an. Dieser aus dem Stand der Technik bekannte Aufbau wird auch als elektrischer Turbolader oder ETC (Electric Turbo Charger) bezeichnet. Der Aufbau ist dabei so ausgeführt, dass der Motor 27 und die Turbine 26 den Verdichter 9 gemeinsam antreiben. Liegt im Bereich der Turbine 26 eine ausreichende Menge an Energie beziehungsweise Leistung vor, so kann die Turbine 26 den Verdichter 9 auch alleine antreiben und im Falle, das im Bereich der Turbine 26 ein Leistungsüberschuss vorliegt, kann der Motor 27 als Generator mit angetrieben werden, um elektrische Energie zu erzeugen.
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Zum Antrieb der Turbine 26 werden heiße Abgase verwendet, welche aus einem Brenner 28, typischerweise einem katalytischen Brenner, einem Porenbrenner oder dergleichen, stammen. Dem Brenner 28 werden die Abgase aus dem Kathodenraum 5 und dem Anodenraum 4 der Brennstoffzelle zugeführt, welche Reste an Sauerstoff und Reste an Wasserstoff aufweisen. Optional und hier nicht dargestellt kann dem Brenner 28 außerdem Kraftstoff beziehungsweise Wasserstoff beispielsweise aus dem Bereich des Druckgastanks 8 bei Bedarf zugeführt werden. Im Bereich des Brenners 28 werden die Reststoffe in den Abgasen der Brennstoffzelle 2 dann entsprechend verbrannt. Die heißen und unter Überdruck gegenüber der Umgebung stehenden Abgase treiben dann die Turbine 26. Sie weisen auch nach der Turbine 26 typischerweise immer noch ein vergleichsweise hohes Temperaturniveau auf und sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Wärmeübertrager 29 mit der Trenneinheit 19 des Kältemittelkreislaufs 17 verbunden, um als Wärmequelle für diese Trenneinheit 19 zu dienen. Der Kältemittelkreislauf 17 funktioniert dann wie oben bereits ausgeführt.
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Ein weiterer Unterschied in dem hier dargestellten Aufbau liegt nun darin, dass der Ladeluftkühler 10 nach dem Verdichter 9 in an sich bekannter Art und Weise in einen Kühlmittelkreislauf, beispielsweise den Kühlmittelkreislauf 7 der Brennstoffzelle 2, integriert ausgebildet ist, wie in der Darstellung der 2 angedeutet.
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Prinzipiell wäre es selbstverständlich auch denkbar, die heißen Abgase des Brenners 28 ganz oder zumindest teilweise zur direkten Beheizung der Trenneinheit 19 zu nutzen, also ohne, dass die heißen Abgase zuvor durch die Turbine 26 geleitet worden sind. Die verbleibende Abwärme könnte dann immer noch in der Turbine 26 mit umgesetzt werden. Dieser Aufbau würde allerdings die Energieausbeute im Bereich der Turbine 26 nachteilig beeinflussen, sodass hierdurch eine leichte Verringerung des Gesamtwirkungsgrads gegenüber dem oben geschilderten Idealfall zu befürchten wäre.
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In der Darstellung der 3 ist nun eine weitere alternative Ausführungsform des elektrischen Energieversorgungssystems 1 dargestellt. Auch dieses entspricht im Wesentlichen dem bereits beschriebenen Aufbau. Neben dem Kältemittelkreislauf 17, welcher analog dem in 2 gezeigten Aufbau angeordnet ist, findet sich in dem elektrischen Energieversorgungssystem 1 gemäß 3 außerdem ein zweiter Kältemittelkreislauf 17', welcher nach demselben Funktionsprinzip arbeitet und welcher nach dem im Rahmen der 1 beschriebenen Prinzip aufgebaut ist. Der Kältemittelkreislauf 17 nutzt also den Wärmeübertrager 29 im heißen Abgas nach der Turbine 26 als Wärmequelle, während der Kältemittelkreislauf 17' den Ladeluftkühler 10 als Wärmequelle nutzt. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel dient der Kältemittelkreislauf 17 dabei zur Kühlung der Batterie 3, während der Kältemittelkreislauf 17' ohne eine konkrete Kühlanwendung dargestellt ist. Über diesen Kältemittelkreislauf 17' könnte beispielsweise ein Fahrgastinnenraum eines mit dem elektrischen Energieversorgungssystem 1 ausgestatteten Fahrzeugs und/oder der Kühlmittelkreislauf 7 der Brennstoffzelle 1 gekühlt oder unterstützend abgekühlt werden.
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Über zumindest einen der Kältemittelkreisläufe 17, 17', hier den Kältemittelkreislauf 17', kann also ausschließlich oder parallel zur Kühlung beispielsweise der Brennstoffzelle 2 eine Kühlung eines Bereichs erfolgen, welcher außerhalb des Energieversorgungssystems 1 angeordnet ist. Ein solcher externer Bereich oder auch eine externe Komponente, beispielsweise eine Leistungselektronik, ein elektrischer Antriebsmotor oder dergleichen, können so zusätzlich oder ausschließlich über den Kältemittelkreislauf 17' gekühlt werden.
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Neben der hier dargestellten direkten Beheizung der Trenneinheit 19 entweder über die heißen Abgase oder die heiße verdichtete Zuluft der Brennstoffzelle 2, wäre es selbstverständlich auch denkbar, diese beiden Wärmequellen zur Beheizung einer einzigen Trenneinheit in einem einzigen Kältemittelkreislauf 17 entsprechend einzusetzen. Dafür wäre eine Kombination der in 1 und 2 gezeigten Aufbauten notwendig, wobei die Wärmeübertragung entweder direkt, über Wärmeleitung oder über einen Wärmekreislauf, welcher die Trenneinheit 19, den Wärmeübertrager 29 und den Ladeluftkühler 10 gemeinsam umfasst, erfolgen könnte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10346975 A1 [0004]
- JP 06-036786 A [0005]
- DE 102008039908 A1 [0006]
