DE102010063016A1 - Energy recovery method for vehicle, comprises converting kinetic energy, preferably in braking rate of vehicle into electrical energy and using electrical energy for electrolysis of water, which contains membrane electrode unit - Google Patents

Energy recovery method for vehicle, comprises converting kinetic energy, preferably in braking rate of vehicle into electrical energy and using electrical energy for electrolysis of water, which contains membrane electrode unit Download PDF

Info

Publication number
DE102010063016A1
DE102010063016A1 DE102010063016A DE102010063016A DE102010063016A1 DE 102010063016 A1 DE102010063016 A1 DE 102010063016A1 DE 102010063016 A DE102010063016 A DE 102010063016A DE 102010063016 A DE102010063016 A DE 102010063016A DE 102010063016 A1 DE102010063016 A1 DE 102010063016A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hydrogen
electrolysis
oxygen
energy
side electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102010063016A
Other languages
German (de)
Inventor
Ulrich Gottwick
Gunter Wiedemann
Jan-Michael Graehn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102010063016A priority Critical patent/DE102010063016A1/en
Publication of DE102010063016A1 publication Critical patent/DE102010063016A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T1/00—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles
    • B60T1/02—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels
    • B60T1/10—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels by utilising wheel movement for accumulating energy, e.g. driving air compressors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10—Dynamic electric regenerative braking
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04328—Temperature; Ambient temperature of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04335—Temperature; Ambient temperature of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04388—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04626—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0656—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B60W30/18009—Propelling the vehicle related to particular drive situations
    • B60W30/18109—Braking
    • B60W30/18127—Regenerative braking
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Energy recovery method for a vehicle, comprises: (a) converting kinetic energy, preferably in a braking rate of the vehicle into electrical energy, and (b) using the electrical energy for the electrolysis of water, which contains membrane electrode unit of a fuel cell system in a membrane (1) and is changeable between a fuel cell operation and electrolysis operation, preferably by operating the membrane electrode unit in the electrolysis operation. The membrane electrode unit comprises at least one hydrogen-side electrode (2) and at least one oxygen-side electrode (3). Energy recovery method for a vehicle, comprises: (a) converting kinetic energy, preferably in a braking rate of the vehicle into electrical energy, and (b) using the electrical energy for the electrolysis of water, which contains membrane electrode unit of a fuel cell system in a membrane (1) and is changeable between a fuel cell operation and electrolysis operation, preferably by operating the membrane electrode unit in the electrolysis operation. The membrane electrode unit comprises at least one hydrogen-side electrode (2) adjacent to the membrane in hydrogen path (4) of the fuel cell system and at least one oxygen-side electrode (3), which is arranged in the oxygen path (5) of the fuel cell system. An independent claim is also included for an energy recovery system for a vehicle, and for carrying out an energy recovery method, comprising a recuperation device for converting kinetic energy, preferably at the vehicle braking rate into electric energy, a fuel cell system with membrane electrode unit, which is changeable between a fuel cell operation and electrolysis operation, where the membrane electrode unit comprises at least one hydrogen-side electrode, at least one oxygen-side electrode and at least one water-containing membrane arranged between the hydrogen-side electrode and oxygen-side electrode, and the electrical energy converted from the recuperation device is fed into the membrane electrode unit for the electrolysis of water present in the membrane of the membrane electrode unit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energierückgewinnungsverfahren und Energierückgewinnungssystem für ein Fahrzeug.The present invention relates to an energy recovery method and energy recovery system for a vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Bei elektrischen und mechanischen Antrieben kann ein Teil der kinetischen Energie des Fahrzeuges, insbesondere bei einer Abbremsung, als elektrische Energie zurück gewonnen werden, was auch als Rekuperation bezeichnet wird. Die entstehende elektrische Energie kann bei Batteriefahrzeugen oder hybridisierten Fahrzeugantrieben wie Brennstoffzellenantrieben mit Hybridisierungsbatterie in der Batterie gespeichert werden. Sollte die Batterie aber voll sein, ihre Leistungsaufnahme begrenzt sein oder der Antriebsstrang keinen elektrischen Speicher aufweisen, so kann die zurück gewonnene elektrische Energie nicht beziehungsweise nicht vollständig gespeichert werden.In electrical and mechanical drives, a part of the kinetic energy of the vehicle, in particular in a deceleration, can be recovered as electrical energy, which is also referred to as recuperation. The resulting electrical energy can be stored in battery vehicles or hybridized vehicle drives such as fuel cell drives with Hybridisierungsbatterie in the battery. However, if the battery is full, its power consumption is limited or the powertrain has no electrical storage, the recovered electrical energy can not or can not be completely stored.

Die Druckschrift DE 101 07 693 A1 schlägt vor, Bremsenergie in elektrische Energie umzuwandeln, diese in einer Elektrolysevorrichtung dazu zu nutzen Wasser aus einem Vorratsbehälter in Wasserstoff und Sauerstoff umzuwandeln, und den entstehenden Wasserstoff und Sauerstoff in zwei separaten Speichern zu speichern.The publication DE 101 07 693 A1 proposes to convert braking energy into electrical energy, to use it in an electrolysis device to convert water from a reservoir into hydrogen and oxygen, and to store the resulting hydrogen and oxygen in two separate reservoirs.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Energierückgewinnungsverfahren für ein Fahrzeug, umfassend die Verfahrensschritte:

  • a) Umwandeln von kinetischer Energie, insbesondere bei einer Abbremsung des Fahrzeugs (Bremsenergie), in elektrische Energie, und
  • b) Verwenden der elektrischen Energie zur Elektrolyse von Wasser, welches in der Membran einer zwischen Brennstoffzellenbetrieb und Elektrolysebetrieb umstellbaren Membranelektrodeneinheit eines, insbesondere reversiblen, Brennstoffzellensystems enthalten ist, insbesondere durch Betreiben der Membranelektrodeneinheit im Elektrolysebetrieb.
The subject matter of the present invention is an energy recovery method for a vehicle, comprising the method steps:
  • a) conversion of kinetic energy, in particular at a deceleration of the vehicle (braking energy), into electrical energy, and
  • b) using the electrical energy for the electrolysis of water, which is contained in the membrane of a changeable between fuel cell operation and electrolysis operation membrane electrode unit of a, in particular reversible, fuel cell system, in particular by operating the membrane electrode unit in the electrolysis operation.

Neben der Membran umfasst die Membranelektrodeneinheit dabei insbesondere mindestens eine im Wasserstoffpfad des Brennstoffzellensystems angeordnete, wasserstoffseitige Elektrode und mindestens eine im Sauerstoffpfad des Brennstoffzellensystems angeordnete, sauerstoffseitige Elektrode.In addition to the membrane, the membrane electrode unit comprises in particular at least one hydrogen-side electrode arranged in the hydrogen path of the fuel cell system and at least one oxygen-side electrode arranged in the oxygen path of the fuel cell system.

Unter einer zwischen Brennstoffzellenbetrieb und Elektrolysebetrieb umstellbaren Membranelektrodeneinheit kann im Sinn der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Membranelektrodeneinheit, abgekürzt MEA (englisch: membrane electrode assembly), verstanden werden, welche ein Umkehren der Betriebsweise zwischen Brennstoffzellenbetrieb und Elektrolysebetrieb sowie Elektrolysebetrieb und Brennstoffzellenbetrieb erlaubt, insbesondere ohne dass Katalysatorschädigungen oder Nebenreaktionen, beispielsweise Kohlenstoffkorrosion, auftreten. Diese Eigenschaft von Membranelektrodeneinheiten wird auch als Cell Reversal bezeichnet. Derartige Membranelektrodeneinheiten werden beispielsweise in den Druckschriften FR 2926092 A1 und JP 2009231162 A beschrieben.In the context of the present invention, a diaphragm electrode unit convertible between fuel cell operation and electrolysis operation can be understood to mean, in particular, a membrane electrode unit MEA, which permits reversing the mode of operation between fuel cell operation and electrolysis operation as well as electrolysis operation and fuel cell operation, in particular without catalyst damage or side reactions, such as carbon corrosion occur. This property of membrane electrode assemblies is also referred to as cell reversal. Such membrane electrode units are described, for example, in the publications FR 2926092 A1 and JP 2009231162 A described.

Unter einem Brennstoffzellensystem, insbesondere einem reversiblen Brennstoffzellensystem, kann im Sinn der vorliegenden Erfindung insbesondere ein System verstanden werden, welches neben einer Membranelektrodeneinheit, insbesondere einer zwischen Brennstoffzellenbetrieb und Elektrolysebetrieb umstellbaren Membranelektrodeneinheit, weitere Einheiten, wie eine oder mehrere Gasleitungen, Ventile, Verdichter, Gebläse, Sensoren, umfasst.In the context of the present invention, a fuel cell system, in particular a reversible fuel cell system, can be understood as meaning in particular a system which, in addition to a membrane electrode unit, in particular a membrane electrode unit convertible between fuel cell operation and electrolysis operation, further units, such as one or more gas lines, valves, compressors, blowers, Sensors, includes.

Das erfindungsgemäße Energierückgewinnungsverfahren und -system können vorteilhafterweise dazu genutzt werden, bei Fahrzeugen ohne Hybridisierungsbatterie, mit einer vollgeladenen Batterie oder mit einer Batterie kleiner Maximalleistung zusätzliche Bremsenergie zurück zu gewinnen. Dabei haben das erfindungsgemäße Energierückgewinnungsverfahren und -system insbesondere den Vorteil, dass auf einen zusätzlichen Wasserbehälter verzichtet werden kann. Auf diese Weise kann der Raumbedarf im Fahrzeug verringert werden, was im Kraftfahrzeugbereich ein entscheidender Vorteil sein kann.The energy recovery method and system according to the invention can advantageously be used to recover additional braking energy in vehicles without a hybridization battery, with a fully charged battery or with a battery of low maximum power. In this case, the energy recovery method and system according to the invention have the particular advantage that can be dispensed with an additional water tank. In this way, the space requirement in the vehicle can be reduced, which can be a decisive advantage in the automotive sector.

Insbesondere kann die Membran der Membranelektrodeneinheit zwischen der wasserstoffseitigen und der sauerstoffseitigen Elektrode der Membranelektrodeneinheit angeordnet sein. Die wasserstoffseitige Elektrode ist vorzugsweise im Brennstoffzellenbetrieb zur Oxidation von Wasserstoff (H2), insbesondere zu Wasserstoffionen/Protonen (H+), und im Elektrolysebetrieb zur Reduktion von Wasserstoffionen/Protonen (H+), zu Wasserstoff (H2), ausgelegt. Die sauerstoffseitige Elektrode ist vorzugsweise im Brennstoffzellenbetrieb zur Reduktion von Sauerstoff (O2) zu Sauerstoffionen (O2–), und im Elektrolysebetrieb zur Oxidation von Sauerstoffionen (O2–), zu Sauerstoff ausgelegt. Beim Elektrolysebetrieb einer derartigen Membranelektrodeneinheit kann Wasserstoff vorteilhafterweise im Wasserstoffpfad und/oder Sauerstoff im Sauerstoffpfad des Brennstoffzellensystems, insbesondere im Bereich der Membranelektrodeneinheit, weiterhin insbesondere im Bereich der wasserstoffseitigen beziehungsweise sauerstoffseitigen Elektrode, erzeugt und gespeichert werden.In particular, the membrane of the membrane electrode unit may be disposed between the hydrogen side and the oxygen side electrodes of the membrane electrode assembly. The hydrogen-side electrode is preferably designed in the fuel cell mode for the oxidation of hydrogen (H 2 ), in particular hydrogen ions / protons (H + ), and in the electrolysis operation for the reduction of hydrogen ions / protons (H + ) to hydrogen (H 2 ). The oxygen-side electrode is preferably designed in fuel cell operation for the reduction of oxygen (O 2 ) to oxygen ions (O 2- ), and in the electrolysis operation for the oxidation of oxygen ions (O 2- ) to oxygen. In the electrolysis operation of such a membrane electrode unit, hydrogen can advantageously be generated and stored in the hydrogen path and / or oxygen in the oxygen path of the fuel cell system, in particular in the region of the membrane electrode unit, in particular in the region of the hydrogen side or oxygen side electrode.

Das Umwandeln von kinetischer Energie in elektrische Energie kann insbesondere durch eine Rekuperationsvorrichtung erfolgen. Die Rekuperationsvorrichtung kann beispielsweise ein, insbesondere generatorisch betreibbarer beziehungsweise betriebener, Elektroantrieb oder eine Rekuperationsbremse, insbesondere des Fahrzeugs, erfolgen. Zweckmäßigerweise wird die elektrische Energie als gleichgerichteter Strom in die Membranelektrodeneinheit eingespeist. Die Rekuperationsvorrichtung kann hierfür einen Gleichrichter umfassen. Es ist jedoch ebenso möglich, die elektrische Energie der Rekuperationsvorrichtung über einen separaten Gleichrichter gleichzurichten und als Gleichstrom in die Membranelektrodeneinheit einzuspeisen.The conversion of kinetic energy into electrical energy can in particular by a Rekuperationsvorrichtung done. The recuperation device may be, for example, an electric drive, which can be operated or operated in a regenerative manner, or a recuperation brake, in particular of the vehicle. Conveniently, the electrical energy is fed as a rectified current into the membrane electrode assembly. The recuperation device may comprise a rectifier for this purpose. However, it is also possible to rectify the electrical energy of the recuperation device via a separate rectifier and feed it as a direct current into the membrane electrode assembly.

Im Rahmen einer Ausführungsform wird der bei der Elektrolyse von Wasser entstehende Wasserstoff im Wasserstoffpfad des Brennstoffzellensystems, insbesondere im Bereich der Membranelektrodeneinheit, weiterhin insbesondere im Bereich der wasserstoffseitigen Elektrode, gespeichert und/oder der bei der Elektrolyse von Wasser entstehende Sauerstoff im Sauerstoffpfad des Brennstoffzellensystems, insbesondere im Bereich der Membranelektrodeneinheit, weiterhin insbesondere im Bereich der sauerstoffseitigen Elektrode, gespeichert. So kann zum Einen vorteilhafterweise auf einen zusätzlichen Wasserstoffspeicher und/oder zusätzlichen Sauerstoffspeicher verzichtet und der Raumbedarf im Fahrzeug verringert werden. Zum Anderen kann durch den im Sauerstoffpfad gespeicherten Sauerstoff ein nachfolgender Lastsprung im Brennstoffzellenbetrieb mit wesentlich höherer Dynamik dargestellt werden, da dann zunächst der im Sauerstoffpfad gespeicherte Sauerstoff umgesetzt werden kann (Boostbetrieb) und beispielsweise nicht auf das Hochlaufen eines Verdichters zum Zuführen einer entsprechenden Sauerstoffmenge von außen gewartet werden muss.In the context of one embodiment, the hydrogen produced in the electrolysis of water in the hydrogen path of the fuel cell system, in particular in the region of the membrane electrode unit, further stored in particular in the region of the hydrogen side electrode, and / or the resulting in the electrolysis of water oxygen in the oxygen path of the fuel cell system, in particular in the region of the membrane electrode unit, in particular in the region of the oxygen-side electrode, stored. Thus, on the one hand advantageously dispensed with an additional hydrogen storage and / or additional oxygen storage and the space required in the vehicle can be reduced. On the other hand can be represented by the stored oxygen in the oxygen path a subsequent load jump in fuel cell operation with much higher dynamics, since then the oxygen stored in the oxygen path can be implemented (boost mode) and not, for example, the run-up of a compressor for supplying a corresponding amount of oxygen from the outside must be serviced.

Unter dem Wasserstoffpfad kann im Sinn der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Raum beziehungsweise eine (Gas-)Leitung oder mehrere miteinander verbindbare Räume beziehungsweise (Gas-)Leitungen verstanden werden, über welche/n Wasserstoff der wasserstoffseitigen Elektrode zugeführt werden kann. Gegebenenfalls kann der Wasserstoffpfad dabei weiterhin dazu ausgelegt sein, Wasserstoff, welcher beim Durch- oder Überströmen der wasserstoffseitigen Elektrode nicht umgesetzt wurde, von der wasserstoffseitigen Elektrode abzuführen.In the context of the present invention, the hydrogen path can be understood in particular to mean a space or a (gas) line or a plurality of interconnected spaces or (gas) lines, via which hydrogen can be supplied to the hydrogen-side electrode. If appropriate, the hydrogen path can furthermore be designed to remove hydrogen, which was not reacted in the passage through or over the hydrogen-side electrode, from the hydrogen-side electrode.

Unter dem Sauerstoffpfad kann im Sinn der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Raum beziehungsweise eine (Gas-)Leitung oder mehrere miteinander verbindbare Räume beziehungsweise (Gas-)Leitungen verstanden werden, über welche/n Sauerstoff der sauerstoffseitigen Elektrode zugeführt werden kann. Gegebenenfalls kann der Sauerstoffpfad dabei weiterhin dazu ausgelegt sein, Sauerstoff, welcher beim Durch- oder Überströmen der sauerstoffseitigen Elektrode nicht umgesetzt wurde, von der sauerstoffseitigen Elektrode abzuführen.In the sense of the present invention, the oxygen path can be understood in particular to mean a space or a (gas) line or a plurality of interconnected spaces or (gas) lines, via which oxygen can be supplied to the oxygen-side electrode. If appropriate, the oxygen path can furthermore be designed to remove oxygen, which was not reacted during the passage through or over the oxygen-side electrode, from the oxygen-side electrode.

Insbesondere kann der Wasserstoffpfad ein Wasserstoffkreislauf sein, welcher dazu ausgelegt ist, Wasserstoff der wasserstoffseitigen Elektrode zuzuführen und Wasserstoff, welcher gegebenenfalls beim Durch- oder Überströmen der wasserstoffseitigen Elektrode nicht umgesetzt wird, der wasserstoffseitigen Elektrode erneut zu zuführen. Der bei der Elektrolyse von Wasser entstehende Wasserstoff kann insbesondere in einem derartigen Wasserstoffkreislauf gespeichert werden.More specifically, the hydrogen path may be a hydrogen circuit configured to supply hydrogen to the hydrogen side electrode and to recycle hydrogen, which may not be reacted in flowing or flowing over the hydrogen side electrode, to the hydrogen side electrode. The hydrogen produced during the electrolysis of water can be stored in particular in such a hydrogen cycle.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird der Druck im Wasserstoffpfad, insbesondere im Wasserstoffkreislauf, während der Elektrolyse gemessen.In a further embodiment, the pressure in the hydrogen path, in particular in the hydrogen cycle, is measured during the electrolysis.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird die Elektrolyse beendet, wenn innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums ab dem Beginn der Elektrolyse der Druck im Wasserstoffpfad einen vorbestimmten Minimalwert nicht überschreitet. So kann vorteilhafterweise eine nicht ausreichend wasserhaltige Membran vor einer schädlichen Austrocknung geschützt werden. Dies ist jedoch in der Regel eher selten der Fall, da Membranen nach einer großen Leistungsabgabe dazu neigen, zu viel Wasser einzulagern. Die Elektrolyse kann beispielsweise dadurch beendet werden, dass die Umwandlung von kinetischer Energie in elektrische Energie beendet wird, beispielsweise in dem von einer Rekuperationsbremse auf eine Reibungsbremse umgeschaltet wird.In another embodiment, the electrolysis is terminated when, within a predetermined period of time from the beginning of the electrolysis, the pressure in the hydrogen path does not exceed a predetermined minimum value. Thus, it is advantageously possible to protect a membrane which is not sufficiently water-containing from harmful dehydration. However, this is usually rare, as membranes tend to store too much water after a high power output. The electrolysis can be terminated, for example, by terminating the conversion of kinetic energy into electrical energy, for example by switching over from a recuperation brake to a friction brake.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird die Elektrolyse beendet, wenn der Druck im Wasserstoffpfad einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Differenzdruck zwischen der wasserstoffseitigen Elektrode und der sauerstoffseitigen Elektrode einen tolerierbares Limit überschreitet, welches durch das Design der Brennstoffzelle gegeben ist, und typischerweise bei etwa 0,5 bar liegt. So kann die Brennstoffzelle vorteilhafterweise vor schädlichen Überdrücken geschützt werden.In another embodiment, the electrolysis is terminated when the pressure in the hydrogen path exceeds a predetermined maximum value. In this way, the differential pressure between the hydrogen side electrode and the oxygen side electrode can be prevented from exceeding a tolerable limit given by the design of the fuel cell, and is typically about 0.5 bar. Thus, the fuel cell can advantageously be protected from harmful overpressures.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird der bei der Elektrolyse von Wasser entstehende Wasserstoff in einen zusätzlichen Wasserstoffspeicher abgeführt, wenn der Druck im Wasserstoffpfad einen vorbestimmten Wasserstoffpfadspeicherwert überschreitet. So kann die Brennstoffzelle vorteilhafterweise ebenfalls vor schädlichen Überdrücken geschützt werden. Diese Variante kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn im Fahrzeug viel Raum zur Verfügung steht oder der Raumverlust tolerierend in Kauf genommen werden kann. Beispielsweise kann der Druck während der Elektrolyse zuerst den Wasserstoffpfadspeicherwert überschreiten, so dass Wasserstoff in den Wasserstoffspeicher abgeführt wird. Wenn der Wasserstoffspeicher gefüllt ist, kann der Druck im Wasserstoffpfad weiter ansteigen, bis der vorbestimmte Maximalwert erreicht wird, woraufhin die Elektrolyse beendet wird.In a further embodiment, the hydrogen formed in the electrolysis of water is discharged into an additional hydrogen storage when the pressure in the hydrogen path exceeds a predetermined hydrogen path storage value. Thus, the fuel cell can advantageously also be protected from damaging overpressures. This variant may be useful, in particular, if a lot of space is available in the vehicle or if the loss of space can tolerate tolerances. For example, the pressure during electrolysis may first exceed the hydrogen path storage value, so that hydrogen is discharged into the hydrogen storage. When the hydrogen storage is filled, the pressure in the hydrogen path may continue to increase until the predetermined maximum value is reached, whereupon the electrolysis is terminated.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird die Temperatur des wasserstoffseitigen Gases, insbesondere wasserstoffhaltigen Gases beziehungsweise Wasserstoffs, des sauerstoffseitigen Gases, insbesondere des sauerstoffhaltigen Gases beziehungsweise der Luft, der wasserstoffseitigen Elektrode, der sauerstoffseitigen Elektrode, der Membran, des Wasserstoffpfades, insbesondere des Wasserstoffkreislaufs, des Sauerstoffpfades und/oder eines Kühlmittels eines Kühlsystems der Membranelektrodeneinheit während der Elektrolyse gemessen und die Elektrolyse beendet, wenn die Temperatur einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet und die maximale Kühlkapazität des Kühlsystems erreicht ist. So kann die Brennstoffzelle vorteilhafterweise vor einer schädlichen Überhitzung geschützt werden.In another embodiment, the temperature of the hydrogen-side gas, in particular hydrogen-containing gas or hydrogen, the oxygen-side gas, in particular the oxygen-containing gas or the air, the hydrogen side electrode, the oxygen side electrode, the membrane, the hydrogen path, in particular the hydrogen cycle, the oxygen path and / or a coolant of a cooling system of the membrane electrode assembly during the electrolysis measured and the electrolysis terminated when the temperature exceeds a predetermined maximum value and the maximum cooling capacity of the cooling system is reached. Thus, the fuel cell can advantageously be protected against harmful overheating.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird vor dem Start der Elektrolyse überprüft, ob ein anderer elektrischer Energiespeicher, beispielsweise ein Akkumulator, des Fahrzeugs noch über Speicherkapazität verfügt, und/oder ob ein elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs elektrische Energie benötigt, wobei die Elektrolyse erst gestartet wird, wenn kein anderer elektrischer Energiespeicher des Fahrzeugs mehr über Speicherkapazität verfügt und/oder kein elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs die aus der kinetischen Energie umgewandelte elektrische Energie benötigt.Within the scope of a further embodiment, prior to the start of the electrolysis, it is checked whether another electrical energy store, for example an accumulator, of the vehicle still has storage capacity, and / or whether an electrical consumer of the vehicle requires electrical energy, wherein the electrolysis is only started, if no other electrical energy storage device of the vehicle has more storage capacity and / or no electrical load of the vehicle requires the electrical energy converted from the kinetic energy.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird während der Elektrolyse überprüft wird, ob ein anderer elektrischer Energiespeicher, beispielsweise ein Akkumulator, des Fahrzeugs noch über Speicherkapazität verfügt, und/oder ob ein elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs elektrische Energie benötigt, wobei die Elektrolyse in ihrer Leistung gedrosselt oder beendet wird, wenn ein anderer elektrischer Energiespeicher des Fahrzeugs wieder über Speicherkapazität verfügt und/oder ein elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs die aus der kinetischen Energie umgewandelte elektrische Energie benötigt.In another embodiment, it is checked during the electrolysis, whether another electrical energy storage, such as an accumulator, the vehicle still has storage capacity, and / or whether an electrical load of the vehicle requires electrical energy, the electrolysis throttled in their performance or is terminated when another electrical energy storage of the vehicle again has storage capacity and / or an electrical load of the vehicle requires the kinetic energy converted electrical energy.

Weiterhin kann das Verfahren den Verfahrensschritt:

  • c) Umwandeln von Wasserstoff und/oder Sauerstoff zu Wasser unter Erzeugung von elektrischer Energie, insbesondere durch Umstellen der Membranelektrodeneinheit vom Elektrolysebetrieb auf Brennstoffzellenbetrieb,
umfassen.Furthermore, the method can be the method step:
  • c) converting hydrogen and / or oxygen to water to generate electrical energy, in particular by converting the membrane electrode unit from the electrolysis operation to fuel cell operation,
include.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren, insbesondere Verfahrensschritt c), die Verfahrensschritte:

  • c1) Umwandeln des bei der Elektrolyse entstandenen Wasserstoffs und/oder Sauerstoffs zu Wasser unter Erzeugung von elektrischer Energie, insbesondere durch Umstellen der Membranelektrodeneinheit (M) vom Elektrolysebetrieb auf Brennstoffzellenbetrieb, und/oder
  • c2) Umwandeln von zusätzlich zugeführtem Wasserstoff und/oder Sauerstoff zu Wasser unter Erzeugung von elektrischer Energie, insbesondere durch Weiterbetreiben der Membranelektrodeneinheit (M) im Brennstoffzellenbetrieb.
Within the scope of a further embodiment, the method, in particular method step c), comprises the method steps:
  • c1) converting the hydrogen and / or oxygen formed during the electrolysis into water to generate electrical energy, in particular by converting the membrane electrode unit (M) from the electrolysis operation to fuel cell operation, and / or
  • c2) converting additionally supplied hydrogen and / or oxygen to water to generate electrical energy, in particular by further driving the membrane electrode unit (M) in fuel cell operation.

Dabei können die Verfahrensschritte c1) und c2) teilweise oder vollständig gleichzeitig ablaufen. Zum Beispiel kann zunächst der bei der Elektrolyse entstandene Wasserstoff und/oder Sauerstoff wieder zu Wasser umgewandelt werden und anschließend zusätzlicher Wasserstoff und/oder Sauerstoff zugeführt werden, so dass bis zum Verbrauch des bei der Elektrolyse entstandenen Wasserstoffs und/oder Sauerstoffs sowohl der bei der Elektrolyse entstandene Wasserstoff und/oder Sauerstoff als auch der zusätzlich zugeführte Wasserstoff und/oder Sauerstoff umgewandelt wird.In this case, the method steps c1) and c2) can take place partially or completely simultaneously. For example, the hydrogen and / or oxygen formed during the electrolysis can first be converted back to water and then be supplied with additional hydrogen and / or oxygen, so that both the consumption of the hydrogen and / or oxygen produced during the electrolysis and that of the electrolysis resulting hydrogen and / or oxygen and the additionally supplied hydrogen and / or oxygen is converted.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird der sauerstoffseitigen Elektrode zusätzlicher Sauerstoff erst nach dem Beginn von Verfahrensschritt c1), insbesondere erst nach einem definierten Zeitraum ab dem Beginn von Verfahrensschritt c1), und/oder erst nach Verfahrensschritt c1) und/oder erst ab dem Beginn von Verfahrensschritt c2) zugeführt wird, und/oder wird der wasserstoffseitigen Elektrode zusätzlicher Wasserstoff erst nach dem Beginn von Verfahrensschritt c1), insbesondere erst nach einem definierten Zeitraum ab dem Beginn von Verfahrensschritt c1), und/oder erst nach Verfahrensschritt c1) und/oder erst ab dem Beginn von Verfahrensschritt c2) zugeführt. Der definierte Zeitraum ab dem Beginn des Verfahrensschritts c1) ist dabei abhängig von der Menge des bei der Elektrolyse entstandenen Wasserstoffs und/oder Sauerstoffs und dauert vorzugsweise maximal so lange wie eine ausreichende Versorgung der Membranelektrodeneinheit im Brennstoffzellenbetrieb mit bei der Elektrolyse entstandenem Wasserstoff und/oder Sauerstoff sicher gestellt werden kann.In the context of a further embodiment, the oxygen-side electrode becomes additional oxygen only after the beginning of process step c1), in particular only after a defined period from the beginning of process step c1), and / or only after process step c1) and / or only from the beginning of Process step c2) is supplied, and / or the hydrogen side electrode additional hydrogen only after the start of process step c1), in particular only after a defined period from the beginning of process step c1), and / or only after process step c1) and / or supplied from the beginning of process step c2). The defined period from the beginning of the process step c1) depends on the amount of hydrogen and / or oxygen formed during the electrolysis and preferably lasts maximally as long as a sufficient supply of the membrane electrode unit in the fuel cell operation with hydrogen and / or oxygen formed during the electrolysis can be made sure.

Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energierückgewinnungsverfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energierückgewinnungssystem und der Figurenbeschreibung verwiesen.With regard to further features and advantages of the energy recovery method according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the energy recovery system according to the invention and the description of the figures.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Energierückgewinnungssystem für ein Fahrzeug, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Energierückgewinnungsverfahrens, umfassend

  • – eine Rekuperationsvorrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie, insbesondere bei einer Abbremsung des Fahrzeugs (Bremsenergie), in elektrische Energie,
  • – ein, insbesondere reversibles, Brennstoffzellensystem mit einer zwischen Brennstoffzellenbetrieb und Elektrolysebetrieb umstellbaren Membranelektrodeneinheit, wobei die Membranelektrodeneinheit mindestens eine wasserstoffseitige Elektrode, mindestens eine sauerstoffseitige Elektrode und mindestens eine, insbesondere eine, zwischen der wasserstoffseitigen Elektrode und sauerstoffseitigen Elektrode angeordnete wasserhaltige Membran umfasst, wobei die wasserstoffseitige Elektrode im Wasserstoffpfad des Brennstoffzellensystems angeordnet ist und wobei die sauerstoffseitige Elektrode im Sauerstoffpfad des Brennstoffzellensystems angeordnet ist.
wobei die von der Rekuperationsvorrichtung umgewandelte elektrische Energie zur Elektrolyse von in der Membran der Membranelektrodeneinheit enthaltenem Wasser in die Membranelektrodeneinheit einspeisbar ist.Another object of the present invention is an energy recovery system for a vehicle, in particular for carrying out an energy recovery method according to the invention, comprising
  • A recuperation device for converting kinetic energy, in particular when the vehicle is decelerated (braking energy), into electrical energy,
  • A, in particular reversible, fuel cell system with a convertible between fuel cell operation and electrolysis membrane electrode unit, wherein the membrane electrode unit comprises at least one hydrogen side electrode, at least one oxygen side electrode and at least one, in particular a, between the hydrogen side electrode and oxygen side electrode arranged hydrous membrane, wherein the hydrogen side Electrode is arranged in the hydrogen path of the fuel cell system and wherein the oxygen-side electrode is arranged in the oxygen path of the fuel cell system.
wherein the electrical energy converted by the recuperation device can be fed into the membrane electrode unit for the electrolysis of water contained in the membrane of the membrane electrode unit.

Die Rekuperationsvorrichtung kann beispielsweise ein, insbesondere generatorisch betreibbarer, Elektroantrieb und/oder eine Rekuperationsbremse sein.The recuperation device can be, for example, an electric drive that can be operated in particular as a generator, and / or a recuperation brake.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Rekuperationsvorrichtung ein generatorisch betreibbarer Elektroantrieb.In a further embodiment, the recuperation device is a generator-operated electric drive.

Zweckmäßigerweise wird die elektrische Energie als gleichgerichteter Strom in die Membranelektrodeneinheit eingespeist. Die Rekuperationsvorrichtung kann hierfür einen Gleichrichter umfassen. Es ist jedoch ebenso möglich, die elektrische Energie der Rekuperationsvorrichtung über einen separaten Gleichrichter gleichzurichten und als Gleichstrom in die Membranelektrodeneinheit einzuspeisen.Conveniently, the electrical energy is fed as a rectified current into the membrane electrode assembly. The recuperation device may comprise a rectifier for this purpose. However, it is also possible to rectify the electrical energy of the recuperation device via a separate rectifier and feed it as a direct current into the membrane electrode assembly.

Die wasserstoffseitige Elektrode ist vorzugsweise im Brennstoffzellenbetrieb zur Oxidation von Wasserstoff (H2), insbesondere zu Wasserstoffionen/Protonen (H+), und im Elektrolysebetrieb zur Reduktion von Wasserstoffionen/Protonen (H+), zu Wasserstoff (H2), ausgelegt. Die sauerstoffseitige Elektrode ist vorzugsweise im Brennstoffzellenbetrieb zur Reduktion von Sauerstoff (O2), insbesondere zu Sauerstoffionen (O2–), und im Elektrolysebetrieb zur Oxidation von Sauerstoffionen (O2–), zu elementarem Sauerstoff (O2), ausgelegt. Beim Elektrolysebetrieb einer derartigen Membranelektrodeneinheit kann Wasserstoff vorteilhafterweise im Wasserstoffpfad und/oder Sauerstoff im Sauerstoffpfad des Brennstoffzellensystems, insbesondere im Bereich der Membranelektrodeneinheit, weiterhin insbesondere im Bereich der wasserstoffseitigen beziehungsweise sauerstoffseitigen Elektrode, erzeugt und gespeichert werden.The hydrogen-side electrode is preferably designed in the fuel cell mode for the oxidation of hydrogen (H 2 ), in particular hydrogen ions / protons (H + ), and in the electrolysis operation for the reduction of hydrogen ions / protons (H + ) to hydrogen (H 2 ). The oxygen-side electrode is preferably designed in fuel cell operation for the reduction of oxygen (O 2 ), in particular to oxygen ions (O 2- ), and in the electrolysis operation for the oxidation of oxygen ions (O 2- ) to elemental oxygen (O 2 ). In the electrolysis operation of such a membrane electrode unit, hydrogen can advantageously be generated and stored in the hydrogen path and / or oxygen in the oxygen path of the fuel cell system, in particular in the region of the membrane electrode unit, in particular in the region of the hydrogen side or oxygen side electrode.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird der bei der Elektrolyse von Wasser entstehende Wasserstoff im Wasserstoffpfad des Brennstoffzellensystems, insbesondere im Bereich der Membranelektrodeneinheit, weiterhin insbesondere im Bereich der wasserstoffseitigen Elektrode, gespeichert und/oder der bei der Elektrolyse von Wasser entstehende Sauerstoff im Sauerstoffpfad des Brennstoffzellensystems, insbesondere im Bereich der Membranelektrodeneinheit, weiterhin insbesondere im Bereich der sauerstoffseitigen Elektrode, gespeichert.In the context of a further embodiment, the hydrogen produced during the electrolysis of water in the hydrogen path of the fuel cell system, in particular in the region of the membrane electrode unit, further stored in particular in the region of the hydrogen side electrode, and / or the oxygen formed in the electrolysis of water in the oxygen path of the fuel cell system, in particular in the region of the membrane electrode unit, furthermore stored in particular in the region of the oxygen-side electrode.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist das Brennstoffzellensystem einen Wasserstoffkreislauf auf, welcher dazu ausgelegt ist, Wasserstoff der wasserstoffseitigen Elektrode zuzuführen und Wasserstoff, welcher gegebenenfalls beim Durch- oder Überströmen der wasserstoffseitigen Elektrode nicht umgesetzt wird, der wasserstoffseitigen Elektrode erneut zu zuführen. Der bei der Elektrolyse von Wasser entstehende Wasserstoff kann insbesondere in einem derartigen Wasserstoffkreislauf gespeichert werden.In the context of a further embodiment, the fuel cell system has a hydrogen circuit which is designed to supply hydrogen to the hydrogen-side electrode and to re-supply hydrogen, which is not reacted when flowing or flowing over the hydrogen-side electrode, to the hydrogen-side electrode. The hydrogen produced during the electrolysis of water can be stored in particular in such a hydrogen cycle.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist der Wasserstoffpfad, insbesondere der Wasserstoffkreislauf, mindestens einen Drucksensor zum Messen des Gasdrucks in dem Wasserstoffpfad, insbesondere Wasserstoffkreislauf, auf. So kann vorteilhafterweise der Druck im Wasserstoffpfad während der Elektrolyse gemessen werden.Within the scope of a further embodiment, the hydrogen path, in particular the hydrogen circuit, has at least one pressure sensor for measuring the gas pressure in the hydrogen path, in particular the hydrogen circuit. Thus, advantageously, the pressure in the hydrogen path can be measured during the electrolysis.

Grundsätzlich ist ein Drucksensor im Wasserstoffpfad, insbesondere Wasserstoffkreislauf, ausreichend. Vorzugsweise umfasst der Wasserstoffpfad, insbesondere Wasserstoffkreislauf, jedoch einen wasserstoffeinlassseitigen Drucksensor und einen wasserstoffauslassseitigen Drucksensor.In principle, a pressure sensor in the hydrogen path, in particular the hydrogen circuit, is sufficient. Preferably, however, the hydrogen path, in particular the hydrogen circuit, comprises a hydrogen inlet-side pressure sensor and a hydrogen outlet-side pressure sensor.

Insbesondere kann in den Wasserstoffpfad, insbesondere Wasserstoffkreislauf, ein Wasserstoffverdichter beziehungsweise Rezirkulationsgebläse und/oder ein Rückschlagventil integriert sein. Im Rahmen dieser Ausgestaltung kann der Wasserstoffpfad, insbesondere Wasserstoffkreislauf, mindestens einen Drucksensor aufweisen, welcher zwischen der Auslassseite der wasserstoffseitigen Elektrode und dem Wasserstoffverdichter beziehungsweise Rezirkulationsgebläse und/oder dem Rückschlagventil angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Wasserstoffpfad, insbesondere Wasserstoffkreislauf, im Rahmen dieser Ausgestaltung mindestens einen Drucksensor aufweisen, welcher zwischen dem Rückschlagventil und/oder Wasserstoffverdichter beziehungsweise Rezirkulationsgebläse und der Einlassseite der wasserstoffseitigen Elektrode angeordnet ist.In particular, a hydrogen compressor or recirculation fan and / or a check valve can be integrated into the hydrogen path, in particular the hydrogen circuit. In the context of this refinement, the hydrogen path, in particular the hydrogen circuit, can have at least one pressure sensor which is arranged between the outlet side of the hydrogen-side electrode and the hydrogen compressor or recirculation fan and / or the check valve. Alternatively or additionally, the hydrogen path, in particular hydrogen circuit, in the context of this embodiment, at least one pressure sensor having, which between the check valve and / or hydrogen compressor or recirculation fan and the Inlet side of the hydrogen-side electrode is arranged.

Insbesondere kann der Wasserstoffpfad, insbesondere Wasserstoffkreislauf, über ein Druckregelventil mit einer Wasserstoffversorgungseinrichtung verbindbar sein, um die wasserstoffseitige Elektrode mit Wasserstoff zu versorgen.In particular, the hydrogen path, in particular the hydrogen circuit, can be connectable via a pressure regulating valve to a hydrogen supply device in order to supply the hydrogen side electrode with hydrogen.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist der Sauerstoffpfad mindestens einen Drucksensor zum Messen des Gasdrucks in dem Sauerstoffpfad auf. So kann vorteilhafterweise der Druck im Sauerstoffpfad während der Elektrolyse gemessen werden.In another embodiment, the oxygen path has at least one pressure sensor for measuring the gas pressure in the oxygen path. Thus, advantageously, the pressure in the oxygen path can be measured during the electrolysis.

Grundsätzlich ist ein Drucksensor im Sauerstoffpfad ausreichend. Vorzugsweise umfasst der Sauerstoffpfad jedoch einen sauerstoffeinlassseitigen Drucksensor und einen sauerstoffauslassseitigen Drucksensor.Basically, a pressure sensor in the oxygen path is sufficient. Preferably, however, the oxygen path includes an oxygen inlet side pressure sensor and an oxygen outlet side pressure sensor.

Um die sauerstoffseitige Elektrode mit Sauerstoff zu versorgen, kann der Sauerstoffpfad mit einer Sauerstoffversorgungsvorrichtung, insbesondere Luftversorgungseinrichtung, verbindbar sein.In order to supply the oxygen-side electrode with oxygen, the oxygen path may be connectable to an oxygen supply device, in particular an air supply device.

Die Sauerstoffversorgungsvorrichtung, insbesondere Luftversorgungseinrichtung, kann einen Sauerstoffverdichter, insbesondere Luftverdichter, umfassen, welcher über eine oder mehrere Gasleitungen mit der sauerstoffseitigen Elektrode verbindbar ist, um die sauerstoffseitige Elektrode mit Sauerstoff zu versorgen.The oxygen supply device, in particular air supply device, may comprise an oxygen compressor, in particular an air compressor, which can be connected to the oxygen-side electrode via one or more gas lines in order to supply the oxygen-side electrode with oxygen.

Um einen Überdruck im Sauerstoffpfad zu vermeiden kann die Membranelektrodeneinheit weiterhin ein Staudruckregelventil aufweisen.In order to avoid overpressure in the oxygen path, the membrane electrode assembly may further include a backpressure control valve.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Brennstoffzellensystem mindestens einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur des wasserstoffseitigen Gases, insbesondere wasserstoffhaltigen Gases beziehungsweise Wasserstoffs, des sauerstoffseitigen Gases, insbesondere des sauerstoffhaltigen Gases beziehungsweise der Luft, der wasserstoffseitigen Elektrode, der sauerstoffseitigen Elektrode, der Membran, des Wasserstoffpfades, insbesondere des Wasserstoffkreislaufs, des Sauerstoffpfades, und/oder eines Kühlmittels eines Kühlsystems der Membranelektrodeneinheit. So kann vorteilhafterweise die Temperatur während der Elektrolyse gemessen werden. Insbesondere kann der Wasserstoffpfad, insbesondere Wasserstoffkreislauf, einen wasserstoffeinlassseitigen Temperatursensor und einen wasserstoffauslassseitigen Temperatursensor und/oder der Sauerstoffpfad einen sauerstoffeinlassseitigen Temperatursensor und einen sauerstoffauslassseitigen Temperatursensor umfassen. Beispielsweise kann der Wasserstoffpfad, insbesondere Wasserstoffkreislauf, mindestens einen Temperatursensor aufweisen, welcher zwischen der Auslassseite der wasserstoffseitigen Elektrode und dem Wasserstoffverdichter beziehungsweise Rezirkulationsgebläse und/oder dem Rückschlagventil angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Wasserstoffpfad, insbesondere Wasserstoffkreislauf, mindestens einen Temperatursensor aufweisen, welcher zwischen dem Rückschlagventil und/oder Wasserstoffverdichter beziehungsweise Rezirkulationsgebläse und der Einlassseite der wasserstoffseitigen Elektrode angeordnet ist.In a further embodiment, the fuel cell system comprises at least one temperature sensor for measuring the temperature of the hydrogen-side gas, in particular hydrogen-containing gas or hydrogen, the oxygen-side gas, in particular the oxygen-containing gas or the air, the hydrogen-side electrode, the oxygen-side electrode, the membrane, the hydrogen path , in particular the hydrogen cycle, the oxygen path, and / or a coolant of a cooling system of the membrane electrode assembly. Thus, advantageously, the temperature can be measured during the electrolysis. In particular, the hydrogen path, in particular the hydrogen circuit, a hydrogen inlet-side temperature sensor and a hydrogen outlet-side temperature sensor and / or the oxygen path may include an oxygen-inlet-side temperature sensor and an oxygen-outlet-side temperature sensor. By way of example, the hydrogen path, in particular the hydrogen circuit, may comprise at least one temperature sensor which is arranged between the outlet side of the hydrogen-side electrode and the hydrogen compressor or recirculation fan and / or the check valve. Alternatively or additionally, the hydrogen path, in particular hydrogen circuit, have at least one temperature sensor, which is arranged between the check valve and / or hydrogen compressor or recirculation fan and the inlet side of the hydrogen-side electrode.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Energierückgewinnungssystem mindestens ein Steuergerät.In another embodiment, the energy recovery system comprises at least one control unit.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Steuergerät dazu ausgelegt, die Elektrolyse zu beenden, wenn innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums ab dem Beginn der Elektrolyse der durch einen Drucksensor gemessene Druck einen vorbestimmten Minimalwert nicht überschreitet.In a further embodiment, the control unit is designed to terminate the electrolysis, if within a predetermined period of time from the beginning of the electrolysis, the pressure measured by a pressure sensor does not exceed a predetermined minimum value.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Steuergerät dazu ausgelegt, die Elektrolyse zu beenden, wenn der durch einen Drucksensor gemessene Druck einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet.In a further embodiment, the control unit is designed to terminate the electrolysis when the pressure measured by a pressure sensor exceeds a predetermined maximum value.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Steuergerät dazu ausgelegt, die Elektrolyse zu beenden, wenn die durch einen Temperatursensor während der Elektrolyse gemessene Temperatur einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet und die maximale Kühlkapazität des Kühlsystems erreicht ist.In a further embodiment, the control unit is designed to terminate the electrolysis when the temperature measured by a temperature sensor during the electrolysis exceeds a predetermined maximum value and the maximum cooling capacity of the cooling system is reached.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Steuergerät dazu ausgelegt, die Elektrolyse in ihrer Leistung zu drosseln oder zu beenden, wenn während der Elektrolyse ein anderer elektrischer Energiespeicher, beispielsweise ein Akkumulator, des Fahrzeugs wieder über Speicherkapazität verfügt und/oder ein elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs die aus der kinetischen Energie umgewandelte elektrische Energie benötigt.In the context of a further embodiment, the control unit is designed to throttle or terminate the electrolysis when another electrical energy store, for example an accumulator, of the vehicle again has storage capacity during the electrolysis and / or an electrical consumer of the vehicle from the kinetic energy converted electrical energy needed.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Steuergerät dazu ausgelegt, das Abführen des bei der Elektrolyse von Wasser entstehenden Wasserstoffs in einen Wasserstoffspeicher zu veranlassen, wenn der durch einen Drucksensor im Wasserstoffpfad, insbesondere Wasserstoffkreislauf, gemessene Druck einen vorbestimmten Wasserstoffpfadspeicherwert überschreitet.Within the scope of a further embodiment, the control unit is designed to cause the discharge of the hydrogen produced during the electrolysis of water into a hydrogen storage unit when the pressure measured by a pressure sensor in the hydrogen path, in particular the hydrogen circuit, exceeds a predetermined hydrogen path storage value.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Steuergerät dazu ausgelegt, die Elektrolyse erst zu starten, wenn kein anderer elektrischer Energiespeicher, beispielsweise ein Akkumulator, des Fahrzeugs mehr über Speicherkapazität verfügt und/oder kein elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs die aus der Bremsenergie umgewandelte elektrische Energie benötigt.In the context of a further embodiment, the control unit is designed to electrolysis to start only when no other electrical energy storage, such as an accumulator, the vehicle has more storage capacity and / or no electrical load of the vehicle requires the electrical energy converted from the braking energy.

Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energierückgewinnungssystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energierückgewinnungsverfahren und der Figurenbeschreibung verwiesen.With regard to further features and advantages of the energy recovery system according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the energy recovery method according to the invention and the description of the figures.

Zeichnungen und BeispieleDrawings and examples

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigenFurther advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it

1 eine schematische Skizze eines Ausschnitts einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energierückgewinnungssystems; 1 a schematic sketch of a detail of an embodiment of an energy recovery system according to the invention;

2 eine schematische Skizze eines Ausschnitts einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energierückgewinnungssystems; und 2 a schematic sketch of a section of another embodiment of an energy recovery system according to the invention; and

3 eine schematische Skizze eines Ausschnitts einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energierückgewinnungssystems. 3 a schematic sketch of a section of another embodiment of an energy recovery system according to the invention.

1 zeigt ein Energierückgewinnungssystem, welches eine Rekuperationsvorrichtung R zum Umwandeln von kinetischer Energie in elektrische Energie und ein reversibles Brennstoffzellensystem B mit einer zwischen Brennstoffzellenbetrieb und Elektrolysebetrieb umstellbaren Membranelektrodeneinheit M umfasst. 1 zeigt, dass die Membranelektrodeneinheit M eine wasserstoffseitige Elektrode 2, eine sauerstoffseitige Elektrode 3 und eine zwischen der wasserstoffseitigen Elektrode 2 und sauerstoffseitigen Elektrode 3 angeordnete wasserhaltige Membran 1 umfasst. 1 veranschaulicht ferner, dass die wasserstoffseitige Elektrode 2 im Wasserstoffpfad 4 und die sauerstoffseitige Elektrode 3 im Sauerstoffpfad 5 des Brennstoffzellensystems B angeordnet ist. 1 shows an energy recovery system, which comprises a Rekuperationsvorrichtung R for converting kinetic energy into electrical energy and a reversible fuel cell system B with a convertible between fuel cell operation and electrolysis membrane electrode unit M. 1 shows that the membrane electrode unit M is a hydrogen-side electrode 2 , an oxygen-side electrode 3 and one between the hydrogen side electrode 2 and oxygen side electrode 3 arranged hydrous membrane 1 includes. 1 further illustrates that the hydrogen side electrode 2 in the hydrogen path 4 and the oxygen side electrode 3 in the oxygen path 5 of the fuel cell system B is arranged.

Die gestrichelten Verbindungslinien zwischen der Rekuperationsvorrichtung und der Membranelektrodeneinheit M veranschaulichen, dass die Rekuperationsvorrichtung R und die Membranelektrodeneinheit M sowohl direkt als auch indirekt, beispielsweise über das Bordnetz des Fahrzeugs, miteinander elektrisch verbindbar beziehungsweise verbunden sind. Auf diese Weise kann die von der Rekuperationsvorrichtung R umgewandelte elektrische Energie zur Elektrolyse in die Membranelektrodeneinheit M eingespeist werden, um Wasser, welches in der Membran 1 der Membranelektrodeneinheit M enthalten ist zu Wasserstoff und Sauerstoff zu elektrolysieren.The dashed connecting lines between the recuperation device and the membrane electrode unit M illustrate that the recuperation device R and the membrane electrode unit M are electrically connectable or connected to each other both directly and indirectly, for example via the vehicle electrical system. In this way, the electrical energy converted by the recuperation device R can be fed to the membrane electrode unit M for electrolysis in order to remove water which is present in the membrane 1 the membrane electrode unit M is included to electrolyze hydrogen and oxygen.

Der Pfeil EE zeigt dabei die Richtung des Stromflusses im Elektrolysebetrieb des Brennstoffzellensystems B und der Pfeil EB die Richtung des Stromflusses im Brennstoffzellenbetrieb des Brennstoffzellensystems B an. Der Pfeil HE zeigt die Richtung des Protonenflusses im Elektrolysebetrieb des Brennstoffzellensystems B und der Pfeil HB die Richtung des Protonenflusses im Brennstoffzellenbetrieb des Brennstoffzellensystems B an.The arrow E E indicates the direction of the current flow in the electrolysis operation of the fuel cell system B and the arrow E B the direction of the current flow in the fuel cell operation of the fuel cell system B. The arrow HE indicates the direction of the proton flux in the electrolysis operation of the fuel cell system B, and the arrow H B indicates the direction of the proton flux in the fuel cell operation of the fuel cell system B.

Die in 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von der in 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass die Rekuperationsvorrichtung R und die Membranelektrodeneinheit M indirekt über das Bordnetz BN des Fahrzeugs miteinander elektrisch verbindbar beziehungsweise verbunden sind, und dass sowohl der Wasserstoffpfad 4 als auch der Sauerstoffpfad 5 einlassseitig sowie auslassseitige Druck- und Temperatursensoren p/THin, p/THout, P/TOin, p/TOout aufweisen.In the 2 The embodiment shown differs essentially from that in FIG 1 shown embodiment in that the Rekuperationsvorrichtung R and the membrane electrode unit M indirectly via the electrical system BN of the vehicle are electrically connected or connected to each other, and that both the hydrogen path 4 as well as the oxygen path 5 inlet and outlet pressure and temperature sensors p / T Hin , p / T have Hout , P / T Oin , p / T Oout .

3 zeigt einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energierückgewinnungssystems. 3 veranschaulicht ein Brennstoffzellensystem, welches eine zwischen Brennstoffzellenbetrieb und Elektrolysebetrieb umstellbare Membranelektrodeneinheit M aufweist, die eine wasserstoffseitige Elektrode 2, eine sauerstoffseitige Elektrode 3 und eine zwischen der wasserstoffseitigen Elektrode 2 und sauerstoffseitigen Elektrode 3 angeordneten wasserhaltigen Membran 1 umfasst. In diese Membranelektrodeneinheit M kann elektrische Energie, welche durch eine Umwandlung von Bremsenergie durch eine nicht dargestellte Rekuperationsvorrichtung bereitgestellt wird eingespeist werden. Die elektrische Energie kann dann zur Elektrolyse des in der Membran 1 eingelagerten Wassers zu elementarem Wasserstoff und Sauerstoff verwendet werden. 3 shows a section of another embodiment of an energy recovery system according to the invention. 3 FIG. 10 illustrates a fuel cell system having a membrane electrode assembly M convertible between fuel cell operation and electrolysis operation, which is a hydrogen-side electrode 2 , an oxygen-side electrode 3 and one between the hydrogen side electrode 2 and oxygen side electrode 3 arranged hydrous membrane 1 includes. In this membrane electrode unit M electrical energy, which is provided by a conversion of braking energy by a recuperation device, not shown, are fed. The electrical energy can then be used for electrolysis in the membrane 1 stored water can be used to elemental hydrogen and oxygen.

3 zeigt weiterhin, dass das Brennstoffzellensystem B einen Wasserstoffkreislauf 4 aufweist, welcher dazu ausgelegt ist ein die wasserstoffseitige Elektrode 2 durchströmendes Gas, insbesondere Wasserstoff, der wasserstoffseitigen Elektrode 2 erneut zu zuführen. In diesem Wasserstoffkreislauf 4 wird der bei der Elektrolyse von Wasser entstehende Wasserstoff vorzugsweise gespeichert. 3 illustriert, dass der Wasserstoffkreislauf 4 zwei Drucksensoren pHin, pHout zum Messen des Gasdrucks in dem Wasserstoffkreislauf 4 aufweist, von denen einer pHin wasserstoffeinlassseitig und der andere pHout, wasserstoffauslassseitig angeordnet ist. 3 zeigt, dass in den Wasserstoffkreislauf 4 weiterhin ein Wasserstoffverdichter beziehungsweise Rezirkulationsgebläse 6 und ein Rückschlagventil 7 integriert sind, wobei der wasserstoffeinlassseitige Drucksensor pHin zwischen dem Rückschlagventil 7 und der Einlassseite der wasserstoffseitigen Elektrode 2 und der wasserstoffauslassseitige Drucksensor pHout zwischen der Auslassseite der wasserstoffseitigen Elektrode 2 und dem Wasserstoffverdichter beziehungsweise Rezirkulationsgebläse 6 angeordnet ist. 3 veranschaulicht zudem, dass der Wasserstoffkreislauf 4 an diesen Positionen Temperatursensoren THin, THout aufweist. So kann vorteilhafterweise sowohl der Druck als auch die Temperatur im Wasserstoffkreislauf 4 während der Elektrolyse überwacht und eine Schädigung der Membranelektrodeneinheit M durch Austrocknung, Überdruck oder Überhitzung vermieden werden. 3 further shows that the fuel cell system B is a hydrogen cycle 4 which is adapted to the hydrogen-side electrode 2 gas flowing through, in particular hydrogen, of the hydrogen-side electrode 2 re-enter. In this hydrogen cycle 4 For example, the hydrogen produced by the electrolysis of water is preferably stored. 3 illustrates that the hydrogen cycle 4 two pressure sensors p Hin , p Hout for measuring the gas pressure in the hydrogen circuit 4 has, of which a p Hin hydrogen inlet side and the other p Hout , hydrogen outlet side is arranged. 3 shows that in the hydrogen cycle 4 furthermore a hydrogen compressor or recirculation fan 6 and a check valve 7 are integrated, wherein the hydrogen inlet-side pressure sensor p Hin between the check valve 7 and the inlet side of the hydrogen side electrode 2 and the pressure sensor wasserstoffauslassseitige p Hout between the outlet side of the hydrogen side electrode 2 and the hydrogen compressor or recirculation fan 6 is arranged. 3 also illustrates that the hydrogen cycle 4 has temperature sensors T Hin , T Hout at these positions. Thus, advantageously, both the pressure and the temperature in the hydrogen cycle 4 monitored during the electrolysis and damage to the membrane electrode assembly M by dehydration, overpressure or overheating are avoided.

Der Wasserstoffkreislauf 4 ist über ein Druckregelventil 8 mit einer Wasserstoffversorgungseinrichtung verbunden, um die wasserstoffseitige Elektrode 2 mit Wasserstoff zu versorgen. Die Wasserstoffversorgungseinrichtung umfasst einen Wasserstofftank 9, welcher über ein Absperrventil 10 und eine Gasleitung mit dem Druckregelventil 9 verbindbar ist. Darüber hinaus weist die Wasserstoffversorgungseinrichtung eine Tankkupplung 11 auf, welche ebenfalls über ein Absperrventil 10 und die Gasleitung mit dem Druckregelventil 8 und dem Wasserstofftank 9 verbindbar ist. Dabei kann die Wasserstoffversorgungseinrichtung, insbesondere zwischen dem Absperrventil 10 und dem Druckregelventil 8, einen Druckminderer 12 aufweisen. Um die wasserstoffseitige Elektrode 2 mit Wasserstoff spülen zu können, weist der Wasserstoffkreislauf 4 zudem auf der Auslassseite der wasserstoffseitigen Elektrode 2 ein Purgeventil 13 auf.The hydrogen cycle 4 is via a pressure control valve 8th connected to a hydrogen supply device to the hydrogen side electrode 2 to supply it with hydrogen. The hydrogen supply device comprises a hydrogen tank 9 , which has a shut-off valve 10 and a gas line with the pressure regulating valve 9 is connectable. In addition, the hydrogen supply device has a tank coupling 11 on, which also has a shut-off valve 10 and the gas line with the pressure control valve 8th and the hydrogen tank 9 is connectable. In this case, the hydrogen supply device, in particular between the shut-off valve 10 and the pressure control valve 8th , a pressure reducer 12 exhibit. Around the hydrogen-side electrode 2 to be able to flush with hydrogen, the hydrogen cycle 4 also on the outlet side of the hydrogen-side electrode 2 a purge valve 13 on.

3 zeigt ferner, dass die Membranelektrodeneinheit M zudem einen Sauerstoffpfad 5 aufweist. 3 illustriert, dass der Sauerstoffpfad 5 ebenfalls zwei Drucksensoren pOin, pOout zum Messen des Gasdrucks in dem Sauerstoffpfad 5 aufweist, von denen einer pOin sauerstoffeinlassseitig und der andere pOout sauerstoffauslassseitig angeordnet ist. 3 zeigt, dass in den Sauerstoffpfad 5 weiterhin ein Gasbefeuchter 14 integriert ist. 3 veranschaulicht zudem, dass der Sauerstoffpfad 5 an den Positionen der Drucksensoren pOin, pOout auch Temperatursensoren TOin, TOout aufweist. So kann vorteilhafterweise auch im Sauerstoffpfad 5 der Druck und die Temperatur während der Elektrolyse überwacht werden, um eine Schädigung der Membranelektrodeneinheit M durch Austrocknung, Überdruck oder Überhitzung zu vermeiden. 3 further shows that the membrane electrode unit M also has an oxygen path 5 having. 3 illustrates that the oxygen pathway 5 also two pressure sensors p Oin , p Oout for measuring the gas pressure in the oxygen path 5 , of which a p Oin oxygen inlet side and the other p oout disposed sauerstoffauslassseitig. 3 shows that in the oxygen path 5 continue a gas humidifier 14 is integrated. 3 also illustrates that the oxygen path 5 at the positions of the pressure sensors p Oin , p Oout and temperature sensors T Oin , T Oout has. So can advantageously also in the oxygen path 5 the pressure and the temperature are monitored during the electrolysis in order to avoid damage to the membrane electrode assembly M by dehydration, overpressure or overheating.

3 veranschaulicht ferner, dass der Sauerstoffpfad 5 über den Gasbefeuchter 14 mit einer Luftversorgungsvorrichtung verbunden ist, um die sauerstoffseitige Elektrode mit Sauerstoff zu versorgen. Die Luftversorgungsvorrichtung umfasst einen Luftverdichter 15, welcher über eine Gasleitung mit dem Gasbefeuchter 14 verbunden ist. Darüber hinaus umfasst die Luftversorgungsvorrichtung einen Luftfilter 16, durch welchen die Luft vor dem Einspeisen in den Luftverdichter 15 gefiltert wird. Weiterhin umfasst die Luftversorgungsvorrichtung einen Massenstromsensor m zum Messen des in den Luftverdichter 15 eingespeisten Luftmassenstroms. Um einen Überdruck im Sauerstoffpfad 5 zu vermeiden weist Membranelektrodeneinheit M weiterhin ein Staudruckregelventil 17 auf, welches über den Gasbefeuchter 14 mit dem Sauerstoffpfad 5 verbunden ist. 3 further illustrates that the oxygen pathway 5 over the gas humidifier 14 is connected to an air supply device to supply the oxygen side electrode with oxygen. The air supply device comprises an air compressor 15 , which via a gas line with the gas humidifier 14 connected is. In addition, the air supply device comprises an air filter 16 through which the air before feeding into the air compressor 15 is filtered. Furthermore, the air supply device comprises a mass flow sensor m for measuring the in the air compressor 15 fed air mass flow. To an overpressure in the oxygen path 5 Membrane electrode unit M also has a backpressure control valve to avoid 17 on top of the gas humidifier 14 with the oxygen path 5 connected is.

Bei Produktion von Wasserstoff durch Elektrolyse wird auf der Seite der wasserstoffseitigen Elektrode 2, insbesondere im Wasserstoffkreislauf 4 der Druck erhöht. Diese Druckerhöhung kann durch die Drucksensoren pHin und pHout im Wasserstoffkreislauf erfasst werden. Durch eine erfindungsgemäße Regelung dieses Prozesses können schädliche Überdrücke, Austrocknung beziehungsweise Überhitzung der Brennstoffzellenmembran vorteilhafterweise verhindert werden.When producing hydrogen by electrolysis is on the side of the hydrogen side electrode 2 , in particular in the hydrogen cycle 4 the pressure increases. This pressure increase can be detected by the pressure sensors p Hin and p Hout in the hydrogen cycle. By controlling the process according to the invention, harmful overpressures, dehydration or overheating of the fuel cell membrane can advantageously be prevented.

Bei einer starken Abbremsung von etwa 120 km/h mit 0,5 m/s2 entstehen ca. 240 kW elektrischer Energie. Durch die typische Auslegung einer E-Maschine sind ca. 100 kW für die Erzeugung elektrischer Energie und davon ca. 50% (Elektrolysewirkungsgrad von ca. 50%) für die Umwandlung der elektrischen Leistung in chemische Leistung möglich. Die restliche Bremswirkung kann nach Stand der Technik über eine Reibungsbremse bewerkstelligt werden.With a strong deceleration of about 120 km / h with 0.5 m / s 2 generates about 240 kW of electrical energy. Due to the typical design of an e-machine, about 100 kW are possible for the generation of electrical energy and about 50% (electrolysis efficiency of about 50%) for the conversion of electrical power into chemical power. The remaining braking effect can be accomplished by a friction brake according to the prior art.

Bei dieser Abbremsung können aus ca. 18,5 g in der Membran 1 eingelagertem Wasser ca. 2 g Wasserstoff in ca. 7 s durch Elektrolyse gebildet werden. Bei einem Wasserstoffkreislaufvolumen von typischerweise 10 Litern würde sich dabei ein bestehender Druck im Wasserstoffkreislauf von ca. 2,0 bar auf ca. 4,3 bar erhöhen. Da – abhängig vom Brennstoffzellendesign – die Druckdifferenz zwischen der wasserstoffseitigen Elektrode 2 und der sauerstoffseitigen Elektrode 3 nicht größer als typischerweise 0,5 bar sein sollte, und eine gleichzeitige sauerstoffseitige Druckanhebung zwar möglich aber nicht unbedingt energetisch sinnvoll ist, da die Luftkomprimierung ebenfalls Energie benötigt, wird der Druckanstieg im Wasserstoffkreislauf vorzugsweise auf die zulässige Drucküberhöhung begrenzt.In this deceleration can from about 18.5 g in the membrane 1 stored water about 2 g of hydrogen in about 7 s are formed by electrolysis. With a hydrogen circulation volume of typically 10 liters, an existing pressure in the hydrogen circulation would increase from about 2.0 bar to about 4.3 bar. Because - depending on the fuel cell design - the pressure difference between the hydrogen-side electrode 2 and the oxygen side electrode 3 not greater than typically 0.5 bar should be, and a simultaneous oxygen-side pressure increase while possible but not necessarily makes energy sense, since the air compression also requires energy, the pressure increase in the hydrogen circulation is preferably limited to the allowable pressure increase.

Die obige Rechnung zeigt, dass ohne ein weiteres Speichervolumen nicht alle Energie zurück gewonnen werden kann. Es ist aber, insbesondere bei vielen, schwachen Bremsungen, trotzdem lohnenswert, die Energie chemisch als Wasserstoff zu sammeln und beim nächsten Verbrauchszyklus einzusetzen.The above calculation shows that not all energy can be recovered without another storage volume. It is, however, especially at many, weak braking, but still worthwhile to collect the energy chemically as hydrogen and use in the next cycle of use.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10107693 A1 [0003] DE 10107693 A1 [0003]
  • FR 2926092 A1 [0006] FR 2926092 A1 [0006]
  • JP 2009231162 A [0006] JP 2009231162 A [0006]

Claims (17)

Energierückgewinnungsverfahren für ein Fahrzeug, umfassend die Verfahrensschritte: a) Umwandeln von kinetischer Energie, insbesondere bei einer Abbremsung des Fahrzeugs, in elektrische Energie, und b) Verwenden der elektrischen Energie zur Elektrolyse von Wasser, welches in der Membran (1) einer zwischen Brennstoffzellenbetrieb und Elektrolysebetrieb umstellbaren Membranelektrodeneinheit (M) eines Brennstoffzellensystems (B) enthalten ist, insbesondere durch Betreiben der Membranelektrodeneinheit (M) im Elektrolysebetrieb, wobei die Membranelektrodeneinheit (M) neben der Membran (1) mindestens eine im Wasserstoffpfad (4) des Brennstoffzellensystems (B) angeordnete wasserstoffseitige Elektrode (2) und mindestens eine im Sauerstoffpfad (5) des Brennstoffzellensystems (B) angeordnete sauerstoffseitige Elektrode (3) umfasst.Energy recovery method for a vehicle, comprising the steps of: a) converting kinetic energy, in particular when the vehicle is being decelerated, into electrical energy, and b) using the electrical energy for the electrolysis of water present in the membrane ( 1 ) a membrane electrode unit (M) of a fuel cell system (B) convertible between fuel cell operation and electrolysis operation is contained, in particular by operating the membrane electrode unit (M) in the electrolysis operation, the membrane electrode unit (M) adjacent to the membrane ( 1 ) at least one in the hydrogen path ( 4 ) of the fuel cell system (B) arranged hydrogen side electrode ( 2 ) and at least one in the oxygen path ( 5 ) of the fuel cell system (B) disposed oxygen side electrode ( 3 ). Energierückgewinnungsverfahren nach Anspruch 1, wobei – der bei der Elektrolyse von Wasser entstehende Wasserstoff im Wasserstoffpfad (4) des Brennstoffzellensystems (B), insbesondere im Bereich der wasserstoffseitigen Elektrode (2), gespeichert wird und/oder – der bei der Elektrolyse von Wasser entstehende Sauerstoff im Sauerstoffpfad (5) des Brennstoffzellensystems (B), insbesondere im Bereich der sauerstoffseitigen Elektrode (3), gespeichert wird.Energy recovery method according to claim 1, wherein - the hydrogen produced in the electrolysis of water in the hydrogen path ( 4 ) of the fuel cell system (B), in particular in the region of the hydrogen side electrode ( 2 ), and / or - the oxygen produced during the electrolysis of water in the oxygen path ( 5 ) of the fuel cell system (B), in particular in the region of the oxygen-side electrode ( 3 ) is stored. Energierückgewinnungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Druck im Wasserstoffpfad (4) während der Elektrolyse gemessen wird.Energy recovery process according to claim 1 or 2, wherein the pressure in the hydrogen path ( 4 ) is measured during the electrolysis. Energierückgewinnungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Elektrolyse beendet wird, wenn innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums ab dem Beginn der Elektrolyse der Druck im Wasserstoffpfad (4) einen vorbestimmten Minimalwert nicht überschreitet.Energy recovery method according to one of claims 1 to 3, wherein the electrolysis is stopped when, within a predetermined period of time from the beginning of the electrolysis of the pressure in the hydrogen path ( 4 ) does not exceed a predetermined minimum value. Energierückgewinnungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Elektrolyse beendet wird, wenn der Druck im Wasserstoffpfad (4) einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet.Energy recovery process according to one of claims 1 to 4, wherein the electrolysis is terminated when the pressure in the hydrogen path ( 4 ) exceeds a predetermined maximum value. Energierückgewinnungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, wenn der Druck im Wasserstoffpfad (4) einen vorbestimmten Wasserstoffpfadspeicherwert überschreitet, der bei der Elektrolyse von Wasser entstehende Wasserstoff in einen Wasserstoffspeicher abgeführt wird.An energy recovery process according to any one of claims 1 to 5, wherein when the pressure in the hydrogen pathway ( 4 ) exceeds a predetermined hydrogen path storage value, which is discharged in the electrolysis of hydrogen resulting hydrogen in a hydrogen storage. Energierückgewinnungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Temperatur des wasserstoffseitigen Gases, des sauerstoffseitigen Gases, der wasserstoffseitigen Elektrode (2), der sauerstoffseitigen Elektrode (3), der Membran (1), des Wasserstoffpfades (4), des Sauerstoffpfades (5) und/oder eines Kühlmittels eines Kühlsystems der Membranelektrodeneinheit während der Elektrolyse gemessen wird, wobei die Elektrolyse beendet wird, wenn die Temperatur einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet und die maximale Kühlkapazität des Kühlsystems erreicht ist.An energy recovery method according to any one of claims 1 to 6, wherein the temperature of the hydrogen side gas, the oxygen side gas, the hydrogen side electrode ( 2 ), the oxygen-side electrode ( 3 ), the membrane ( 1 ), the hydrogen path ( 4 ), the oxygen path ( 5 ) and / or a coolant of a cooling system of the membrane electrode assembly during the electrolysis, wherein the electrolysis is terminated when the temperature exceeds a predetermined maximum value and the maximum cooling capacity of the cooling system is reached. Energierückgewinnungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei vor dem Start der Elektrolyse überprüft wird, ob ein anderer elektrischer Energiespeicher des Fahrzeugs noch über Speicherkapazität verfügt, und/oder ob ein elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs elektrische Energie benötigt, wobei die Elektrolyse erst gestartet wird, wenn kein anderer elektrischer Energiespeicher des Fahrzeugs mehr über Speicherkapazität verfügt und/oder kein elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs die aus der Bremsenergie umgewandelte elektrische Energie benötigt.Energy recovery method according to one of claims 1 to 7, wherein before starting the electrolysis is checked whether another electrical energy storage of the vehicle still has storage capacity, and / or whether an electrical load of the vehicle requires electrical energy, the electrolysis is only started, if no other electrical energy storage of the vehicle has more storage capacity and / or no electrical load of the vehicle requires the electrical energy converted from the braking energy. Energierückgewinnungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei während der Elektrolyse überprüft wird, ob ein anderer elektrischer Energiespeicher des Fahrzeugs noch über Speicherkapazität verfügt, und/oder ob ein elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs elektrische Energie benötigt, wobei die Elektrolyse in ihrer Leistung gedrosselt oder beendet wird, wenn ein anderer elektrischer Energiespeicher des Fahrzeugs wieder über Speicherkapazität verfügt und/oder ein elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs die aus der Bremsenergie umgewandelte elektrische Energie benötigt.Energy recovery method according to one of claims 1 to 8, wherein it is checked during the electrolysis, whether another electrical energy storage of the vehicle still has storage capacity, and / or if an electrical load of the vehicle requires electrical energy, the electrolysis throttled or terminated in their performance is when another electrical energy storage of the vehicle again has storage capacity and / or an electrical load of the vehicle needs the converted energy from the braking energy. Energierückgewinnungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren, insbesondere Verfahrensschritt c), die Verfahrensschritte: c1) Umwandeln des bei der Elektrolyse entstandenen Wasserstoffs und/oder Sauerstoffs zu Wasser unter Erzeugung von elektrischer Energie, insbesondere durch Umstellen der Membranelektrodeneinheit (M) vom Elektrolysebetrieb auf Brennstoffzellenbetrieb, und c2) Umwandeln von zusätzlich zugeführtem Wasserstoff und/oder Sauerstoff zu Wasser unter Erzeugung von elektrischer Energie, insbesondere durch Weiterbetreiben der Membranelektrodeneinheit (M) im Brennstoffzellenbetrieb, umfasst, wobei – der sauerstoffseitigen Elektrode (3) zusätzlicher Sauerstoff erst nach dem Beginn von Verfahrensschritt c1) zugeführt wird, und/oder – der wasserstoffseitigen Elektrode (2) zusätzlicher Wasserstoff erst nach dem Beginn von Verfahrensschritt c1) zugeführt wird.Energy recovery method according to one of claims 1 to 9, wherein the method, in particular method step c), the method steps: c1) converting the hydrogen produced during the electrolysis and / or oxygen to water to generate electrical energy, in particular by switching the membrane electrode unit (M) from electrolysis operation to fuel cell operation, and c2) converting additionally supplied hydrogen and / or oxygen to water to generate electrical energy, in particular by further driving the membrane electrode unit (M) in fuel cell operation, wherein - the oxygen-side electrode ( 3 ) additional oxygen is supplied only after the beginning of process step c1), and / or - the hydrogen-side electrode ( 2 ) additional hydrogen is supplied only after the beginning of process step c1). Energierückgewinnungssystem für ein Fahrzeug, insbesondere zur Durchführung eines Energierückgewinnungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend – eine Rekuperationsvorrichtung (R) zum Umwandeln von kinetischer Energie, insbesondere bei einer Abbremsung des Fahrzeugs, in elektrische Energie, – ein, insbesondere reversibles, Brennstoffzellensystem (B) mit einer zwischen Brennstoffzellenbetrieb und Elektrolysebetrieb umstellbaren Membranelektrodeneinheit (M), wobei die Membranelektrodeneinheit (M) mindestens eine wasserstoffseitige Elektrode (2), mindestens eine sauerstoffseitige Elektrode (3) und mindestens eine zwischen der wasserstoffseitigen Elektrode (2) und sauerstoffseitigen Elektrode (3) angeordnete wasserhaltige Membran (1) umfasst, wobei die wasserstoffseitige Elektrode (2) im Wasserstoffpfad (4) des Brennstoffzellensystems (B) angeordnet ist und wobei die sauerstoffseitige Elektrode (3) im Sauerstoffpfad (5) des Brennstoffzellensystems (B) angeordnet ist, wobei die von der Rekuperationsvorrichtung (R) umgewandelte elektrische Energie zur Elektrolyse von, in der Membran (1) der Membranelektrodeneinheit (M) enthaltenem Wasser in die Membranelektrodeneinheit (M) einspeisbar ist.Energy recovery system for a vehicle, in particular for carrying out a Energy recovery method according to one of claims 1 to 10, comprising - a Rekuperationsvorrichtung (R) for converting kinetic energy, in particular at a deceleration of the vehicle, in electrical energy, - one, in particular reversible, fuel cell system (B) with a switchable between fuel cell operation and electrolysis operation Membrane electrode unit (M), wherein the membrane electrode unit (M) at least one hydrogen-side electrode ( 2 ), at least one oxygen-side electrode ( 3 ) and at least one between the hydrogen-side electrode ( 2 ) and oxygen-side electrode ( 3 ) containing hydrous membrane ( 1 ), wherein the hydrogen-side electrode ( 2 ) in the hydrogen path ( 4 ) of the fuel cell system (B) is arranged and wherein the oxygen-side electrode ( 3 ) in the oxygen path ( 5 ) of the fuel cell system (B), wherein the electrical energy converted by the recuperation device (R) is used for the electrolysis of, in the membrane ( 1 ) of the membrane electrode unit (M) contained in the membrane electrode unit (M) can be fed. Energierückgewinnungssystem nach Anspruch 11, wobei die Rekuperationsvorrichtung (R) ein generatorisch betreibbarer Elektroantrieb ist.Energy recovery system according to claim 11, wherein the Rekuperationsvorrichtung (R) is a generator-operable electric drive. Energierückgewinnungssystem nach Anspruch 11 oder 12, wobei – das Brennstoffzellensystem (B) einen Wasserstoffkreislauf (4) aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, Wasserstoff der wasserstoffseitigen Elektrode (2) zuzuführen und Wasserstoff, welcher gegebenenfalls beim Durch- oder Überströmen der wasserstoffseitigen Elektrode (2) nicht umgesetzt wird, der wasserstoffseitigen Elektrode (2) erneut zu zuführen.Energy recovery system according to claim 11 or 12, wherein - the fuel cell system (B) is a hydrogen cycle ( 4 ) which is adapted to hydrogen the hydrogen side electrode ( 2 ) and hydrogen, which may be present during passage through or overflow of the hydrogen-side electrode ( 2 ) is not reacted, the hydrogen-side electrode ( 2 ) again. Energierückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei – der bei der Elektrolyse von Wasser entstehende Wasserstoff im Wasserstoffpfad (4) insbesondere im Wasserstoffkreislauf, gespeichert wird, und/oder – der bei der Elektrolyse von Wasser entstehende Sauerstoff im Sauerstoffpfad (5) gespeichert wird.Energy recovery system according to one of claims 11 to 13, wherein - the hydrogen produced in the electrolysis of water in the hydrogen path ( 4 ) is stored, in particular in the hydrogen cycle, and / or - the oxygen produced in the electrolysis of water in the oxygen path ( 5 ) is stored. Energierückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei – der Wasserstoffpfad (4) mindestens einen Drucksensor (pHin, pHout) zum Messen des Gasdrucks in dem Wasserstoffpfad (4), insbesondere Wasserstoffkreislauf, aufweist, und/oder – der Sauerstoffpfad (5) mindestens einen Drucksensor (pOin, pOout) zum Messen des Gasdrucks in dem Sauerstoffpfad (5) aufweist.An energy recovery system according to any one of claims 11 to 14, wherein - the hydrogen pathway ( 4 ) at least one pressure sensor (p Hin , p Hout ) for measuring the gas pressure in the hydrogen path ( 4 ), in particular hydrogen circulation, and / or - the oxygen path ( 5 ) at least one pressure sensor (p Oin , p Oout ) for measuring the gas pressure in the oxygen path ( 5 ) having. Energierückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das Brennstoffzellensystem (B) mindestens einen Temperatursensor (THin, THout, TOin, TOout) zum Messen der Temperatur des wasserstoffseitigen Gases, des sauerstoffseitigen Gases, der wasserstoffseitigen Elektrode, der sauerstoffseitigen Elektrode, der Membran, des Wasserstoffpfades, des Sauerstoffpfades und/oder eines Kühlmittels eines Kühlsystems der Membranelektrodeneinheit umfasst.Energy recovery system according to any one of claims 11 to 15, wherein the fuel cell system (B) at least one temperature sensor (T Hin, T Hout, T Oin, T oout) for measuring the temperature of the hydrogen-side gas, the oxygen-side gas, the hydrogen-side electrode, the oxygen-side electrode , the membrane, the hydrogen path, the oxygen path and / or a coolant of a cooling system of the membrane electrode unit comprises. Energierückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei das Energierückgewinnungssystem mindestens ein Steuergerät umfasst, wobei das Steuergerät dazu ausgelegt ist: – die Elektrolyse zu beenden, – wenn innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums ab dem Beginn der Elektrolyse der durch einen Drucksensor (pHin, pHout, pOin, pOout) gemessene Druck einen vorbestimmten Minimalwert nicht überschreitet, und/oder – wenn der durch einen Drucksensor (pHin, pHout, pOin, pOout) gemessene Druck einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet, und/oder – wenn die durch einen Temperatursensor (THin, THout, TOin, TOout) während der Elektrolyse gemessene Temperatur einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet und die maximale Kühlkapazität des Kühlsystems erreicht ist, und/oder – die Elektrolyse zu beenden oder in ihrer Leistung zudrosseln, – wenn während der Elektrolyse ein anderer elektrischer Energiespeicher, beispielsweise ein Akkumulator, des Fahrzeugs wieder über Speicherkapazität verfügt und/oder ein elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs die aus der Bremsenergie umgewandelte elektrische Energie benötigt, und/oder – das Abführen des bei der Elektrolyse von Wasser entstehenden Wasserstoffs in einen Wasserstoffspeicher zu veranlassen, wenn der durch einen Drucksensor (pHin, pHout, pOin, pOout) gemessene Druck einen vorbestimmten Wasserstoffpfadspeicherwert überschreitet, und/oder – die Elektrolyse erst zu starten, wenn kein anderer elektrischer Energiespeicher, beispielsweise ein Akkumulator, des Fahrzeugs mehr über Speicherkapazität verfügt und/oder kein elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs die aus der Bremsenergie umgewandelte elektrische Energie benötigt.Energy recovery system according to one of claims 11 to 16, wherein the energy recovery system comprises at least one control unit, wherein the control unit is adapted to: - terminate the electrolysis, - within a predetermined period of time from the beginning of the electrolysis by a pressure sensor (p Hin , p Hout , p Oin , p Oout ) measured pressure does not exceed a predetermined minimum value, and / or - when the pressure measured by a pressure sensor (p Hin , p Hout , p Oin , p Oout ) exceeds a predetermined maximum value, and / or the temperature measured by a temperature sensor (T Hin , T Hout , T Oin , T Oout ) during the electrolysis exceeds a predetermined maximum value and the maximum cooling capacity of the cooling system is reached and / or - to stop the electrolysis or to throttle in its performance, if, during the electrolysis, another electrical energy store, for example an accumulator, the vehicle again has storage capacity and / or an electrical consumer of the vehicle needs the electrical energy converted from the braking energy, and / or - to cause the removal of the resulting hydrogen in the electrolysis of hydrogen in a hydrogen storage, if by a pressure sensor (p Hin , p Hout , p Oin , p Oout ) measured pressure exceeds a predetermined hydrogen path storage value, and / or - the electrolysis to start only when no other electrical energy storage, such as an accumulator, the vehicle has more storage capacity and / or no electrical load the vehicle requires the electrical energy converted from the braking energy.
DE102010063016A 2010-12-14 2010-12-14 Energy recovery method for vehicle, comprises converting kinetic energy, preferably in braking rate of vehicle into electrical energy and using electrical energy for electrolysis of water, which contains membrane electrode unit Ceased DE102010063016A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010063016A DE102010063016A1 (en) 2010-12-14 2010-12-14 Energy recovery method for vehicle, comprises converting kinetic energy, preferably in braking rate of vehicle into electrical energy and using electrical energy for electrolysis of water, which contains membrane electrode unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010063016A DE102010063016A1 (en) 2010-12-14 2010-12-14 Energy recovery method for vehicle, comprises converting kinetic energy, preferably in braking rate of vehicle into electrical energy and using electrical energy for electrolysis of water, which contains membrane electrode unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102010063016A1 true DE102010063016A1 (en) 2012-06-14

Family

ID=46144671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102010063016A Ceased DE102010063016A1 (en) 2010-12-14 2010-12-14 Energy recovery method for vehicle, comprises converting kinetic energy, preferably in braking rate of vehicle into electrical energy and using electrical energy for electrolysis of water, which contains membrane electrode unit

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102010063016A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITTO20130907A1 (en) * 2013-11-08 2014-02-07 Dario Lusso SYSTEM FOR RECOVERY OF BRAKING ENERGY OF VEHICLES WITH THERMAL ENGINE
CN106536247A (en) * 2014-06-24 2017-03-22 飞轮汽车制造有限公司 Control of kinetic energy recovery systems
CN109624938A (en) * 2018-12-27 2019-04-16 江苏工程职业技术学院 A kind of automotive braking energy recovering device and its control method
CN109994030A (en) * 2018-12-26 2019-07-09 尚杰 A kind of electrolytic experiment demonstration teaching aid
CN111806304A (en) * 2020-06-23 2020-10-23 同济大学 Vehicle fuel cell-lithium ion capacitor composite power supply system and control method
DE102020118917A1 (en) 2020-07-17 2022-01-20 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method for obtaining fuel from exhaust gas of an internal combustion engine or fuel cell of a vehicle and such a vehicle
DE102020119097A1 (en) 2020-07-21 2022-01-27 Audi Aktiengesellschaft System and method for reversibly operating a fuel cell system in a vehicle

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10107693A1 (en) 2001-02-19 2002-09-05 Stefan Jerg Vehicle uses braking energy to create a current from a generator for a storage arrangement in the form of hydrogen, braking causes production of hydrogen and oxygen by electrolysis for storage in existing storage devices
US20030091503A1 (en) * 2001-11-13 2003-05-15 Eldat Communication Ltd. Rechargeable hydrogen-fueled motor vehicle
DE102004027433A1 (en) * 2004-06-04 2005-12-29 Daimlerchrysler Ag Vehicle for operating with an electric motor has an electric motor as a drive unit with an electric link to a first energy store and a driven wheel
US20090071819A1 (en) * 2003-09-22 2009-03-19 Ali Rusta-Sallehy Electrolyzer cell stack system
FR2926092A1 (en) 2009-02-17 2009-07-10 Univ Paris Sud Etablissement P Cell useful in a fuel cell and a reversible electrolyzer system for the electrolysis of water, comprises a planar cationic exchange polymer membrane, two electrodes placed one another in membrane, and first and second catalysts
JP2009231162A (en) 2008-03-25 2009-10-08 Toyota Central R&D Labs Inc Membrane electrode assembly

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10107693A1 (en) 2001-02-19 2002-09-05 Stefan Jerg Vehicle uses braking energy to create a current from a generator for a storage arrangement in the form of hydrogen, braking causes production of hydrogen and oxygen by electrolysis for storage in existing storage devices
US20030091503A1 (en) * 2001-11-13 2003-05-15 Eldat Communication Ltd. Rechargeable hydrogen-fueled motor vehicle
US20090071819A1 (en) * 2003-09-22 2009-03-19 Ali Rusta-Sallehy Electrolyzer cell stack system
DE102004027433A1 (en) * 2004-06-04 2005-12-29 Daimlerchrysler Ag Vehicle for operating with an electric motor has an electric motor as a drive unit with an electric link to a first energy store and a driven wheel
JP2009231162A (en) 2008-03-25 2009-10-08 Toyota Central R&D Labs Inc Membrane electrode assembly
FR2926092A1 (en) 2009-02-17 2009-07-10 Univ Paris Sud Etablissement P Cell useful in a fuel cell and a reversible electrolyzer system for the electrolysis of water, comprises a planar cationic exchange polymer membrane, two electrodes placed one another in membrane, and first and second catalysts

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITTO20130907A1 (en) * 2013-11-08 2014-02-07 Dario Lusso SYSTEM FOR RECOVERY OF BRAKING ENERGY OF VEHICLES WITH THERMAL ENGINE
CN106536247A (en) * 2014-06-24 2017-03-22 飞轮汽车制造有限公司 Control of kinetic energy recovery systems
CN109994030A (en) * 2018-12-26 2019-07-09 尚杰 A kind of electrolytic experiment demonstration teaching aid
CN109624938A (en) * 2018-12-27 2019-04-16 江苏工程职业技术学院 A kind of automotive braking energy recovering device and its control method
CN111806304A (en) * 2020-06-23 2020-10-23 同济大学 Vehicle fuel cell-lithium ion capacitor composite power supply system and control method
DE102020118917A1 (en) 2020-07-17 2022-01-20 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method for obtaining fuel from exhaust gas of an internal combustion engine or fuel cell of a vehicle and such a vehicle
DE102020118917B4 (en) 2020-07-17 2023-06-29 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method for obtaining fuel from exhaust gas of an internal combustion engine or fuel cell of a vehicle and such a vehicle
DE102020119097A1 (en) 2020-07-21 2022-01-27 Audi Aktiengesellschaft System and method for reversibly operating a fuel cell system in a vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112006000802B4 (en) The fuel cell system
DE102010063016A1 (en) Energy recovery method for vehicle, comprises converting kinetic energy, preferably in braking rate of vehicle into electrical energy and using electrical energy for electrolysis of water, which contains membrane electrode unit
DE112005000484B4 (en) Control device for a fuel cell system, with a control device and the use of the fuel cell system in a fuel cell hybrid vehicle
DE112005003300B4 (en) A fuel cell system and method for reducing a voltage loss caused by a voltage cycling load by using a rechargeable electric storage device
DE112007000171B4 (en) A moving object with a fuel cell system and method for controlling the power generation of a fuel cell system installed in a moving object
DE102017219141A1 (en) Operation control method of a fuel cell system
DE112010002074T5 (en) Fuel cell system and method for controlling a fuel cell system
DE112004001762B4 (en) Storage of fuel cell energy during start-up and shutdown
DE112007002792T5 (en) The fuel cell system
DE10109872B4 (en) Fuel cell system and method for controlling the same
DE112008000838T5 (en) Fuel cell system and method for controlling the power supply
DE112008002321T5 (en) Fuel cell system and control method for it
DE112007002278T5 (en) Fuel cell system and method for controlling the discharge of water for the system
DE10154637B4 (en) Fuel delivery unit and its use for providing a hydrogen-containing fuel
DE112008003022T5 (en) The fuel cell system
DE102017103524A1 (en) Method for detecting anomaly in the pressure sensor and fuel cell system
DE102018100027A1 (en) Fuel cell system and control method for this
DE112008001827T5 (en) Fuel cell system and method for its control
DE102011109339A1 (en) Fuel cell device for passenger car, has fuel cell stack for generating electrical high-voltage and electrically operable auxiliary compressor supplied with oxidizing agent at low voltage by fuel cell stack
DE112005002023B4 (en) Liquid discharge method for a fuel cell system
DE112008002292T5 (en) A fuel cell system and method for controlling a reaction gas supply amount
DE10307856A1 (en) fuel cell plant
DE112009005108T5 (en) The fuel cell system
DE112008002749T5 (en) A fuel cell system and method for controlling a compressor speed
DE112008002705T5 (en) Fuel cell system and activation method for a fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final