DE102014005982A1 - Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebsmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1) mit wenigstens einer elektrischen Antriebsmaschine (2) und einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (6) sowie einem wasserstoffkonsumierenden Antriebsaggregat, zur Bereitstellung von elektrischer oder mechanischer Antriebsleistung. Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass in elektrischer Verbindung zumindest mit der Antriebsmaschine (2) ein Elektrolyseur (20) zur Erzeugung von Wasserstoff angeordnet ist. Ein erfindungsgemäßes Verfahren speichert Rekuperationsenergie solange wie möglich in der elektrischen Energiespeichereinrichtung (6) und leitet darüber hinaus anfallende elektrische Leistung dem Elektrolyseur (20) zu.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit wenigstens einer elektrischen Antriebsmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Fahrzeugs.
  • Fahrzeuge mit wenigstens einer elektrischen Antriebsmaschine und einem wasserstoffkonsumierenden Antriebsaggregat sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Es kann sich hierbei beispielsweise um Fahrzeuge mit Brennstoffzellensystemen handeln, welche über eine Brennstoffzelle als wasserstoffkonsumierendes Antriebsaggregat mit elektrischer Antriebsleistung versorgt werden. Genauso gut wäre es denkbar, dass das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug ist, welches den elektrischen Antriebsmotor einerseits und einen mit Wasserstoff angetriebenen Verbrennungsmotor andererseits aufweist. Außerdem wäre es grundsätzlich denkbar, dass der Verbrennungsmotor im regulären Betrieb beispielsweise mit anderen Gasen oder flüssigen Brennstoffen betrieben wird, jedoch so aufgebaut ist, dass er zumindest einen gewissen Anteil an Wasserstoff in seinem Brennstoff ebenfalls verbrennen kann.
  • Derartige Fahrzeuge haben immer eine elektrische Energiespeichereinrichtung, beispielsweise eine Batterie, eine gewisse Anzahl von Hochleistungskondensatoren oder auch eine Kombination hiervon. Diese elektrische Energiespeichereinrichtung dient beispielsweise zur Erhöhung der Dynamik und dient insbesondere dazu, beim Abbremsen des Fahrzeugs über die elektrische Antriebsmaschine im generatorischen Betrieb anfallende elektrische Leistung zwischenzuspeichern, um bei einem späteren Beschleunigungsvorgang die elektrische Antriebsmaschine hierdurch wieder antreiben zu können.
  • Ein im Wesentlichen gattungsgemäßes Fahrzeug, in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Brennstoffzelle als wasserstoffkonsumierendem Antriebsaggregat, ist aus der DE 10 2010 013 000 A1 bekannt. In dieser Schrift ist ein Fahrzeug mit einem elektrischen Energiesystem beschreiben. Im Kern geht es her um das Beheizen beispielsweise im Kaltstartfall. Unter anderem ist in dieser Schrift jedoch auch ein allgemein bekanntes und übliches Verfahren erwähnt, wie mit elektrischer Leistung umgegangen wird, die beim Bremsen im generatorischen Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine anfällt. Diese wird typischerweise zuerst in der elektrischen Energiespeichereinrichtung eingespeichert, bis diese vollständig geladen ist. Wird in einer solchen Situation weiterhin über die elektrische Antriebsmaschine angebremst, dann wird das erforderliche Schleppmoment an der elektrischen Antriebsmaschine im generatorischen Betrieb dadurch aufgebracht, dass über einen Heizwiderstand elektrische Leistung in Wärmeenergie umgewandelt wird, die dann beispielsweise über einen Kühlkreislauf abgeführt wird. In allen Situationen, in denen kein unmittelbarer Bedarf an Wärme vorhanden ist, wenn das Fahrzeug bei vollgeladener elektrischer Energiespeichereinrichtung abbremst, stellt dies einen erheblichen Nachteil dar, da die anfallende elektrische Leistung in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben wird und damit ungenutzt bleibt.
  • Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, diesem Missstand abzuhelfen und die beim Abbremsen anfallende elektrische Leistung bestmöglichst für den Antrieb des Fahrzeugs zu nutzen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem löst ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 5 die Aufgabe. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus dem abhängigen Unteranspruch.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ist es demnach vorgesehen, dass zusätzlich zur elektrischen Antriebsmaschine und einer elektrischen Energiespeichereinrichtung in elektrischer Verbindung zumindest mit der Antriebsmaschine ein Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff angeordnet ist. Ein solcher Elektrolyseur oder Wasserstoffgenerator nutzt die Tatsache, dass sich Wasser durch Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen lässt, um Wasserstoffgas zu erzeugen. Überschüssige elektrische Leistung kann so in Wasserstoff und Sauerstoff umgewandelt werden. Der Sauerstoff wird typischerweise in die Umgebung abgeblasen, der Wasserstoff kann in einem geeigneten Speichersystem zwischengespeichert werden und steht dann, insbesondere für das wasserstoffkonsumierende Antriebsaggregat später wieder zur Verfügung.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Idee ist es demnach vorgesehen, dass eine mit dem Elektrolyseur verbundene Wasserstoffspeichereinrichtung vorhanden ist, welche außerdem mit dem wasserstoffkonsumierenden Antriebsaggregat verbindbar ist.
  • Prinzipiell kann das wasserstoffkonsumierende Antriebsaggregat jede Form von Antriebsaggregat sein, welches ganz oder teilweise mit Wasserstoff arbeitet und elektrische oder mechanische Antriebsleistung zur Verfügung stellt. Insbesondere kann es ein mit Wasserstoff betreibbarer Verbrennungsmotor sein, oder beispielsweise auch, wie im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben, ein Brennstoffzellensystem, welches Luft Sauerstoff und dem Wasserstoff elektrische Antriebsleistung für die wenigstens eine elektrische Antriebsmaschine generiert. Ein solches Brennstoffzellensystem ist grundlegend aus dem Stand der Technik bekannt. Für den Einsatz in Fahrzeugen haben sich insbesondere Brennstoffzellensysteme in der sogenannten PEM-Technologie bewährt. Das Antriebsaggregat soll vorzugsweise ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstack sein, welcher als Stapel von PEM-Einzelzellen aufgebaut ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee kann es ferner vorgesehen sein, dass wenigstens ein Wasserabscheider in den Abgasströmungen des Brennstoffzellensystems angeordnet ist, welcher mit einer Entwässerungsleitung mit dem Elektrolyseur verbunden ist. Beim Betrieb eines Brennstoffzellensystems fällt typischerweise neben der elektrischen Leistung Produktwasser an, welches überwiegend auf der Kathodenseite, teilsweise jedoch auch auf der Anodenseite in dampfförmiger oder flüssiger Form in den Abgasen vorhanden ist. Bei Brennstoffzellensystemen ist es daher allgemein üblich, in den Abgasströmen Wasserabscheider anzuordnen, um flüssig vorliegendes bzw. auskondensiertes Wasser abzuscheiden. Flüssigkeit soll nämlich nicht beispielsweise in die Umgebung oder in nachfolgende Komponenten wie Turbinen oder dergleichen gelangen. Dieses in flüssiger Form vorliegende Wasser kann nun genutzt werden, um über die Entwässerungsleitung dem Elektrolyseur zugeleitet zu werden.
  • Hierdurch wird innerhalb des Fahrzeugs sichergestellt, dass immer eine ausreichende Menge an Wasser im Bereich des Elektrolyseurs vorhanden ist, sodass aus diesem Wasser wieder Sauerstoff und Wasserstoff gewonnen werden können, insbesondere dann, wenn elektrische Überschussleistung vom Abbremsen des Fahrzeugs ohnehin zur Verfügung steht.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines derartigen erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist es nun vorgesehen, dass das Fahrzeug zum Bremsen über die elektrische Antriebsmaschine im generatorischen Betrieb abgebremst wird. Typischerweise ist es dabei so, dass dieses Bremsen solange über die elektrische Antriebsmaschine im generatorischen Betrieb erfolgt, wie möglich. Erst wenn ein endgültiges Abbremsen bis zum Stillstand notwendig wird, welches durch die elektrische Maschine so nicht zu leisten ist, werden typischerweise die in dem Fahrzeug vorhandenen Reibbremsen eingesetzt. Die allermeiste beim Bremsen anfallende Energie, welche auch als Rekuperationsenergie bezeichnet wird, wird somit im Bereich der elektrischen Antriebsmaschine anfallen. Die so in elektrische Leistung umgewandelte Bremsleistung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in der elektrischen Energiespeichereinrichtung gespeichert. Dies erfolgt so lange, bis diese einen vollen Ladezustand erreicht hat. Erst wenn die elektrische Energiespeichereinrichtung keine elektrische Leistung mehr speichern kann, wird die elektrische Leistung dem Elektrolyseur zugeführt und wandelt das in diesem befindliche Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff um. Die Wirkungsgradkette bei der elektrischen Energiespeichereinrichtung ist typischerweise besser, als bei der Elektrolyse und dem anschließenden Wiederumsetzen des Wasserstoffs. Solange wie möglich wird also die elektrische Leistung, welche beim Abbremsen anfällt, gespeichert und erst wenn dies nicht mehr möglich ist, kommt der Elektrolyseur zum Einsatz.
  • In einer entsprechenden Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dann vorgesehen, dass von dem im Elektrolyseur im Betrieb entstandenen Gasen zumindest der Wasserstoff gespeichert und bei Bedarf wieder dem wasserstoffkonsumierenden Antriebsaggregat zugeführt wird. Im Prinzip wäre es auch denkbar, den Sauerstoff zu speichern. Da dieser in der Umgebungsluft jedoch entsprechend vorhanden ist, beschränkt man sich typischerweise auf das Speichern von Wasserstoff. Da im Bereich des Elektrolyseurs typischerweise keine all zu hohen Drücke vorliegen, insbesondere wird dieser auf dem Druckniveau des Antriebsaggregats arbeiten, wird ein vergleichweise großes Speichervolumen benötigt, sodass durch die alleinige Speicherung von Wasserstoff ein erheblicher Bauraumvorteil gegenüber einer Speicherung von beiden Gasbestandteilen getrennt voneinander entsteht.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sowie des Verfahrens zu seinem Betreiben ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben ist.
  • Die einzige beigefügte Figur zeigt ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug in einer möglichen Ausführungsform gemäß der Erfindung.
  • In der Darstellung der Figur ist ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug 1 zu erkennen. Bei diesem Fahrzeug 1 kann es sich insbesondere um einen Omnibus, aber auch jede andere Art von Fahrzeug, Nutzfahrzeug, Schienenfahrzeug oder auch Wasserfahrzeug, handeln.
  • Das Fahrzeug 1 wird über eine elektrische Antriebsmaschine 2 angetrieben. Hierfür werden in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel angetriebene Räder 3 über eine angedeutete gemeinsame Achse 4 mit der elektrischen Antriebsmaschine 2 verbunden. Die elektrische Leistung für die elektrische Antriebsmaschine 2 wird über eine Leistungselektronik 5 zur Verfügung gestellt. Mit der Leistungselektronik 5 gekoppelt ist eine elektrische Energiespeichereinrichtung 6, beispielsweise eine Hochvoltbatterie. Die grundlegende Funktionsweise ist nun die, dass über die Batterie, welche beispielsweise durch externe Leistung geladen werden kann, die elektrische Antriebsmaschine 2 mit Antriebsleistung versorgt wird. Wird das Fahrzeug 1 abgebremst, so wird, wie es bei allen elektrischen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen üblich ist, die Bremsleistung überwiegend durch ein Schleppen der elektrischen Antriebsmaschine 2, also deren generatorischen Betrieb, aufgebracht. Die dabei anfallende elektrische Leistung wird wiederum über die Leistungselektronik 5 in der elektrischen Energiespeichereinrichtung 6 gespeichert.
  • Das in der Figur dargestellte Fahrzeug 1 soll außerdem ein zusätzliches Antriebsaggregat aufweisen. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieses zusätzliche Antriebsaggregat als Brennstoffzellensystem ausgebildet, welches elektrische Antriebsleistung liefert. Im Prinzip wäre es auch denkbar, das Antriebsaggregat als Verbrennungskraftmaschine auszubilden, welche dann entsprechend mechanische Antriebsleistung liefert, die entweder direkt zum Antrieb des Fahrzeugs eingesetzt wird, oder zum Antreiben eines Generators, welcher wiederum elektrische Antriebsleistung erzeugt.
  • Das Brennstoffzellensystem als Antriebsaggregat in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel soll wenigstens einen Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellenstack als Brennstoffzelle 7 umfassen. Dieser soll vorzugsweise in PEM-Technologie aufgebaut sein. In der Darstellung der Figur ist rein beispielhaft innerhalb der Brennstoffzelle 7 ein Kathodenbereich 8 und ein Anodenbereich 9 dargestellt. Dem Kathodenbereich 8 wird Luft als Sauerstofflieferant über eine Luftfördereinrichtung 10 zur Verfügung gestellt. Abluft gelangt über eine Abluftturbine 11 wieder aus dem Fahrzeug 1. Zusammen mit der Abluftturbine 11 und der Luftfördereinrichtung 10 ist auf einer gemeinsamen Welle noch ein Elektromotor 12 mit angeordnet. Dieser Aufbau aus Elektromotor 12, Abluftturbine 11 und Luftfördereinrichtung 10 ist soweit aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt und wird häufig als elektrischer Turbolader oder ETC (Electric Turbo Charger) bezeichnet. Dieser Aufbau ist hier rein beispielhaft zu verstehen und könnte genauso gut durch eine einzelne Luftfördereinrichtung ersetzt werden.
  • Der Anodenbereich 9 der Brennstoffzelle 7 wird aus einem Hochdruckspeicher 13 mit Wasserstoff versorgt. Ein solcher Hochdruckspeicher 13 für Wasserstoff ist dabei typischerweise auf Nenndrücke von beispielsweise 700 bar ausgelegt, um eine ausreichend große Menge an Wasserstoff für eine möglichst große Reichweite des Fahrzeugs 1 zu ermöglichen. Über eine Druckregel- und Dosiereinrichtung 14 wird dieser Wasserstoff dem Anodenbereich 9 der Brennstoffzelle zugeführt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird nicht verbrauchter Wasserstoff über eine sogenannte Rezirkulationsleitung 15 und eine Rezirkulationsfördereinrichtung 16, welche hier beispielhaft als Gebläse angedeutet ist, zurückgeführt und gelangt zusammen mit dem frischen Wasserstoff wieder zum Anodenbereich 9 der Brennstoffzelle 7. Dieser als Anodenkreislauf bekannte Aufbau ist ebenfalls aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, sodass auf seine Funktionsweise und seine Vorteile nicht näher eingegangen werden muss. Auch dieser Aufbau ist rein beispielhaft zu verstehen, die Erfindung könnte auf ihn auch verzichten.
  • Sowohl in der Abluftleitung zwischen dem Kathodenraum 8 und der Abluftturbine 11 als auch in der Rezirkulationsleitung 15 sind in dem hier dargestellten Beispiel Wasserabscheider 17, 18 angeordnet. Diese Wasserabscheider sind mit einer gemeinsamen Entwässerungsleitung 19 untereinander verbunden und führen das abgeschiedene Wasser einem Elektrolyseur 20 zu, auf welchen später noch näher eingegangen wird.
  • Wird das Fahrzeug nun abgebremst, so wird, solange das Abbremsen nicht über Reibbremsen bis in den Stillstand erfolgen muss, elektrische Leistung an der elektrischen Antriebsmaschine 2 in deren generatorischen Betrieb anfallen. Diese Leistung wird über die Leistungselektronik 5, sofern möglich, in der elektrischen Energiespeichereinrichtung 6 gespeichert. Ist die elektrische Energiespeichereinrichtung 6 voll geladen, kann also keine elektrische Leistung mehr in ihr gespeichert werden, so leitet die Leistungselektronik 5 die elektrische Leistung in den Bereich des Elektrolyseurs 20 weiter. Dieser Elektrolyseur ist mit Wasser 21 gefüllt, welches insbesondere über die Entwässerungsleitung 19 in den Bereich des Elektrolyseurs 20 geleitet worden ist. über zwei Elektroden 22, 23 wird nun elektrische Leistung eingetragen. Da in dem Wasser immer minimale Verschmutzungen oder aus den Leitungen oder der Brennstoffzelle herausgelöste Ionen vorhanden sind, wird dieses Wasser typischerweise elektrisch leiten und es kommt zu einem Stromfluss zwischen den beiden Elektroden 22, 23. Das Wasser wird daraufhin elektrochemisch zersetzt und im Bereich der einen Elektrode 23 steigt Sauerstoff und im Bereich der anderen Elektrode 22 Wasserstoff auf. Der Sauerstoff wird an die Umgebung abgegeben. Der aufsteigende Wasserstoff im Bereich der Elektrode 22 wird über eine Wasserstoffleitung 24 einem Wasserstoffspeicher 25 zugeführt und im Bereich dieses Wasserstoffspeichers 25 zwischengespeichert. Die beim Abbremsen des Fahrzeugs im Bereich der elektrischen Maschine 2 anfallende elektrische Leistung, welche nicht in der elektrischen Energiespeichereinrichtung 6 gespeichert werden kann, wird also zur Erzeugung von Wasserstoff in dem Elektrolyseur 20 verwendet.
  • Der entstandene Wasserstoff wird in dem Wasserstoffspeicher 25 zwischengespeichert und kann dann über eine Verbindungsleitung 26 direkt oder indirekt dem Anodenbereich 9 der Brennstoffzelle 7 zugeführt werden. Typischerweise wird das Druckniveau im Bereich des Elektrolyseurs 20 lediglich um einen geringen Wert über dem Umgebungsdruck liegen, insbesondere in etwa auf dem Druckniveau, mit welchem die Brennstoffzelle 7 betrieben wird. Die Speicherung kann also ohne zusätzlichen Aufwand zur Verdichtung des Wasserstoffs nicht unmittelbar im Bereich des Hochdruckspeichers 13 stattfinden, wobei dies natürlich prinzipiell auch denkbar ist. Der Wasserstoff wird aus dem Wasserstoffspeicher 25 als Zwischenspeicher also über die Verbindungsleitung 26 idealerweise im Bereich der Druckregel- und Dosiereinrichtung 14 der Wasserstoffversorgung des Anodenbereichs 9 der Brennstoffzelle 7 zugeführt. Hier können die entsprechenden Ventileinrichtungen, Rückschlagventile oder dergleichen angeordnet sein. Der Wasserstoff kann dann in der Brennstoffzelle 7 wiederum in elektrische Leistung umgesetzt werden, sodass die beim Bremsen anfallende Leistung nicht verloren geht, sondern, abzüglich der Wirkungsgrade der einzelnen Komponenten, zumindest teilweise wieder zum Antreiben des Fahrzeugs 1 genutzt werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010013000 A1 [0004]

Claims (6)

  1. Fahrzeug (1) mit wenigstens einer elektrischen Antriebsmaschine (2) und einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (6) sowie einem wasserstoffkonsumierenden Antriebsaggregat, zur Bereitstellung von elektrischer oder mechanischer Antriebsleistung, dadurch gekennzeichnet, dass in elektrischer Verbindung zumindest mit der Antriebsmaschine (2) ein Elektrolyseur (20) zur Erzeugung von Wasserstoff angeordnet ist.
  2. Fahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine mit dem Elektrolyseur (20) verbundener Wasserstoffspeicher (25) vorhanden ist, welcher außerdem mit dem wasserstoffkonsumierenden Antriebsaggregat verbindbar ist.
  3. Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserstoffkonsumierende Antriebsaggregat als Brennstoffzellensystem ausgebildet ist.
  4. Fahrzeug (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wasserabscheider (17, 18) in den Abgasströmen des Brennstoffzellensystems angeordnet ist, welcher mit einer Entwässerungsleitung (19) mit dem Elektrolyseur (20) verbunden ist.
  5. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) zum Bremsen über die elektrische Antriebsmaschine (2) im generatorischen Betrieb abgebremst wird, wobei die anfallende elektrische Leistung in die elektrische Energiespeichereinrichtung (6) eingespeichert wird, und wobei, wenn die elektrische Energiespeichereinrichtung (6) keine elektrische Leistung mehr speichern kann, die elektrische Leistung dem Elektrolyseur (20) zugeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass von den im Elektrolyseur (20) im Betrieb entstehenden Gasen zumindest der Wasserstoff aufgefangen, gespeichert und bei Bedarf wieder dem wasserstoffkonsumierenden Antriebsaggregat zugeführt wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016078802A1 (de) * 2014-11-18 2016-05-26 Robert Bosch Gmbh Wasserstoff-rekuperation für fahrzeuge
WO2018036484A1 (zh) * 2016-08-23 2018-03-01 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种轨道交通制动能回收利用系统及混合动力轨道交通

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10148113A1 (de) * 2001-09-28 2003-04-30 Daimler Chrysler Ag Fahrzeug mit einem Energiespeicher und Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugs
DE102010013000A1 (de) 2010-03-26 2011-09-29 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energieerzeugungssystems in einem Fahrzeug

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10148113A1 (de) * 2001-09-28 2003-04-30 Daimler Chrysler Ag Fahrzeug mit einem Energiespeicher und Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugs
DE102010013000A1 (de) 2010-03-26 2011-09-29 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energieerzeugungssystems in einem Fahrzeug

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016078802A1 (de) * 2014-11-18 2016-05-26 Robert Bosch Gmbh Wasserstoff-rekuperation für fahrzeuge
WO2018036484A1 (zh) * 2016-08-23 2018-03-01 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种轨道交通制动能回收利用系统及混合动力轨道交通
EP3505385A4 (de) * 2016-08-23 2020-04-22 CRRC Qingdao Sifang Co., Ltd. System zur rückgewinnung der bremsenergie bei schienenverkehr und schienenverkehr mit hybridantrieb
US11052774B2 (en) 2016-08-23 2021-07-06 Crrc Qingdao Sifang Co., Ltd. Rail transit braking energy recovery system and hybrid power rail transit

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