DE102016219493A1 - Energiebereitstellungssystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energiebereitstellungssystem (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Batterie (12) zum Versorgen einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie; ein Ladegerät (14) zum Aufladen der Batterie; eine als Reichweitenverlängerer dienende Brennstoffzelle (20), mittels welcher elektrische Energie zum Aufladen der Batterie (12) bereitstellbar ist; wobei die Brennstoffzelle (20) über einen im Ladegerät (14) integrierten Gleichspannungswandler (18) des Ladegeräts (14) zum Aufladen der Batterie (12) mit dieser gekoppelt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Energiebereitstellungssystem für ein Kraftfahrzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung noch ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Energiebereitstellungssystem.
  • Im Bereich von Elektrofahrzeugen sind grundsätzlich verschiedene Fahrzeugtopologien möglich. Beispielsweise kann ein elektrifizierter Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs rein mittels Batterien mit elektrischer Energie versorge werden. Die Batterie ist dabei der einzige Energiespeicher und muss für die gesamte angestrebte Reichweite ausgelegt sein.
  • Eine andere Variante ist ein Hybridansatz mittels Brennstoffzelle. Dabei gibt es verschiedene Ausgestaltungen. Üblicherweise stellt die Batterie in dem Fall lediglich einen dynamischen Puffer für die Auf- und Entnahme von Energie für die Versorgung des Antriebs dar. Dies ist nötig, da die Brennstoffzelle üblicherweise nur eine begrenzte Dynamik mit sich bringt und ferner keine Energie, etwa durch Bremsrückgewinnung, aufnehmen kann. Hauptenergielieferant ist die Brennstoffzelle selbst. Das Tanksystem der Brennstoffzelle muss in einem derartigen Fall für die gesamte darzustellende Reichweite ausgelegt sein. Einen derartigen Hybridansatz mittels Brennstoffzelle zeigt beispielsweise die DE 10 2011 115 570 A1 .
  • Der wesentliche Nachteil bei einem rein mittels Batterien gespeisten Elektrofahrzeug ist, dass die maximale Reichweite von z.B. 500 km, welche üblicherweise von Kunden gewünscht wird, nur über die Batterie realisiert werden kann. Dies resultiert in verhältnismäßig hohen Batteriekosten. Insbesondere vor dem Hintergrund, dass diese maximale Reichweite nur in den seltensten Fällen auch wirklich voll ausgenutzt wird, sind die Batteriekosten als besonders hoch einzuschätzen. Der durchschnittliche Verbraucher benötigt täglich üblicherweise nur eine Reichweite von wesentlich weniger als 100 km. Ein Downsizing der Batterie ist jedoch nicht ohne Weiteres möglich, da sich der vorherrschende Kundenkreis hinsichtlich der Reichweite nicht einschränken möchte und die Skepsis bei einer relativ geringen maximalen Reichweite sehr hoch ist. Diese Sorge kann üblicherweise auch nicht durch die Möglichkeit des Nachladens, beispielsweise an öffentlichen Ladestationen, genommen werden, da die Infrastruktur derzeit in den meisten Regionen nicht ausreicht, um eine Lademöglichkeit in jedem Falle sicherstellen zu können.
  • Ein Fahrzeug mit Brennstoffzelle als Hauptenergielieferant stellt die gesamte Reichweite mittels eines gespeicherten Brennstoffs, beispielsweise mittels in Tanks gespeicherten Wasserstoffs, dar. Um das eingangs genannte Beispiel aufzugreifen, beinhaltet dann das Tanksystem entsprechend viel Brennstoff für beispielsweise 500 km Maximalreichweite. Dies ist im Vergleich zu den dafür notwendigen Batteriekosten wesentlich günstiger realisierbar, sofern lediglich das Tanksystem betrachtet wird. Die wesentlichen Kostentreiber entstehen bei einem Brennstoffzellen-Fahrzeug jedoch anderorts.
  • Ein Fahrzeug mit einem mobilen Brennstoffzellensystem als Hauptenergielieferant muss einer gewissen Dynamik gerecht werden, mit der die Energie an den Antriebsstrang geliefert wird. Dies bedingt eine Verdichtung der angesaugten Luft. Die dazu nötigen Komponenten, wie beispielsweise ein Turbo-Kompressor-Umrichter, ein Kompressormotor, sowie der Kompressor selbst, sind äußert komplexe und kostenintensive Bauelemente.
  • Die Brennstoffzelle selbst muss auf die Leistung des Antriebs ausgelegt sein. So sind branchenübliche Brennstoffzellenleistungen im Bereich von 80 kW bis 150 kW angesiedelt. Eine derartige Brennstoffzelle bringt sehr hohe Kosten mit sich. Ferner steigt mit der Größe der Brennstoffzelle die notwendige Verdichterleistung und somit steigen auch die Kosten des einzusetzenden Verdichters.
  • Üblicherweise weisen Brennstoffzellen auch einen sehr stark ausgeprägten Spannungseinbruch unter Last auf, was eine Spannungsanpassung zwischen Antriebsstrang und Brennstoffzelle erforderlich macht. Dies wird üblicherweise durch einen Gleichspannungswandler bewerkstelligt. Je höher die Brennstoffzellenleistung ist, desto höher ist auch die Leistung die vom Gleichspannungswandler zu konvertieren ist. Mit der maximalen Leistung des Gleichspannungswandlers steigen auch die Kosten dieser Komponente.
  • Aufgrund der hohen Leistung der Brennstoffzelle und der damit verbundenen höheren Brennstoffzellenspannung können nur relativ komplex aufgebaute und kostenintensive Gleichspannungswandler eingesetzt werden. Die einsetzbaren Gleichspannungswandler sind aufgrund ihrer aufwendigen Topologien, beispielsweise aufgrund ihres Aufbaus als Vollbrückenwandler, als Triebportwandler und dergleichen sehr teuer.
  • Die WO 2013/155041 A1 und die WO 2016/053786 A1 zeigen jeweils ein Energiebereitstellungssystem für ein Kraftfahrzeug, welches eine Batterie zum Versorgen einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie umfasst. Darüber hinaus weisen die gezeigten Energiebereitstellungssysteme ein Ladegerät zum Aufladen der Batterie sowie eine als Reichweitenverlängerer dienende Brennstoffzelle auf, mittels welcher elektrische Energie zum Aufladen der Batterie bereitstellbar ist.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Energiebereitstellungssystem für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches besonders einfach und kostengünstig aufgebaut ist sowie ein infrastrukturunabhängiges Laden einer zum Versorgen einer elektrischen Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs dienenden Batterie mit elektrischer Energie ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Energiebereitstellungssystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Energiebereitstellungssystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Batterie zum Versorgen einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie. Des Weiteren weist das Energiebereitstellungssystem ein Ladegerät zum Aufladen der Batterie sowie eine als Reichweitenverlängerer dienende Brennstoffzelle auf, mittels welcher elektrische Energie zum Aufladen der Batterie bereitstellbar ist. Das erfindungsgemäße Energiebereitstellungssystem zeichnet sich dadurch aus, dass die Brennstoffzelle über einen im Ladegerät integrierten Gleichspannungswandler zum Aufladen der Batterie mit dieser gekoppelt ist.
  • Bei der Brennstoffzelle kann es sich beispielsweise um eine mittels Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle handeln. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein wesentlicher Kostentreiber eines Energiebereitstellungssystems mit einer Batterie und einer als Reichweitenverlängerer dienenden Brennstoffzelle der eingangs bereits erwähnte Gleichspannungswandler ist. Dieser passt eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf das Niveau der für die Batterie notwendigen Eingangsspannung an. Um hier eine deutliche Vereinfachung und Kostensenkung des Energiebereitstellungssystems zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Spannungsanpassung der Brennstoffzelle nicht durch einen separaten Gleichspannungswandler durchzuführen, sondern den bereits im Ladegerät enthaltenen Gleichspannungswandler dafür zu nutzen. Mit anderen Worten nutzt die Brennstoffzelle also die im Ladegerät bereits vorhandene Hardware aus.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Energiebereitstellungssystems kann zum einen eine elektrische Reichweite mittels der Batterie ermöglicht werden, welche den alltäglichen Ansprüchen mehr als genügt, sodass beispielsweise eine maximale Reichweite von 100 km rein mittels der Batterie abgedeckt wird. Für Fahrten bis an den Reichweitengrenzbereich und darüber hinaus kann dem Kunden die Sorge des Liegenbleibens genommen werden, da die Brennstoffzelle als Reichweitenverlängerer eingesetzt wird. Selbst wenn unterwegs keine Lademöglichkeiten, beispielsweise in Form von öffentlichen Ladesäulen oder dergleichen, zur Verfügung stehen sollten, kann mittels der Brennstoffzelle die Batterie geladen werden. Das Laden mittels Brennstoffzelle kann sowohl im Fahrmodus als auch im Stillstand erfolgen. Lediglich im Falle, dass das Fahrzeug ohnehin mittels Ladegerät am Wechselstromnetz geladen wird, kann nicht über die Brennstoffzelle geladen werden. Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung können sowohl die Batterie als auch die Brennstoffzelle relativ klein dimensioniert werden, sodass sich ein besonders einfach aufgebautes und kostengünstiges System ergibt. Insbesondere muss sich die Topologie der Brennstoffzelle nicht an der gewünschten Fahrleistung des betreffenden Kraftfahrzeugs orientieren. Dadurch kann eine verhältnismäßig geringe Leistung bei der Brennstoffzelle gewählt werden, in Folge dessen die Brennstoffzelle mitsamt ihrer erforderlichen Peripherie relativ klein und kostengünstig ausgelegt werden kann.
  • Darüber hinaus kann ein Turboverdichter, welcher zur Verdichtung der angesaugten Luft zur Bewirtschaftung der Brennstoffzelle dient, bei der erfindungsgemäßen Lösung oder bei vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung unter Umständen vollständig entfallen, oder beispielsweise als Gebläse mit sehr geringer Leistung äußerst preisgünstig ausgeführt werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Energiebereitstellungssystem ergibt sich also ein weitaus günstigeres Batteriesystem als bei branchenüblichen Batteriefahrzeugen. Des Weiteren kann die Brennstoffzelle wesentlich günstiger ausgeführt werden als bei branchenüblichen Brennstoffzellensystemen. Darüber hinaus ist kein gesonderter Gleichspannungswandler zur Anbindung der Brennstoffzelle an die Batterie notwendig. Dadurch ergeben sich essentielle Kostenvorteile, wobei darüber hinaus auch Bauraumeinsparungen und Gewichtseinsparungen mit einhergehen. Darüber hinaus kann auch eine Art Notlademodus bereitgestellt werden, bei welchem die Batterie mittels der Brennstoffzelle geladen oder gegebenenfalls auch die elektrische Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs unmittelbar aus der Brennstoffzelle gespeist wird. Ferner wird auch ein infrastrukturunabhängiges Laden ermöglicht, da die Batterie auch bei abgestelltem Kraftfahrzeug mittels der Brennstoffzelle aufgeladen werden kann. Insgesamt ergibt sich aufgrund des erfindungsgemäßen Energiebereitstellungsystems eine sehr preisgünstige Ausführung eines vollelektrischen Fahrzeugs mit relativ großer Reichweite, bei relativ geringem Fahrzeuggewicht und geringem Bauraum für die Batterie und die als Reichweitenverlängerer dienende Brennstoffzelle.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Leistung der Brennstoffzelle zumindest im Wesentlichen der Leistung des Ladegeräts entspricht. Beispielsweise können sowohl die Brennstoffzelle als auch das Ladegerät eine Leistung von 10 bis 11 kW aufweisen. Diese Leistung entspricht in etwa einem dreiphasigen Wechselstromladebetrieb bei 16 A und bietet somit gemessen an den derzeit verfügbaren Lademöglichketen eine sehr rasche Ladevariante für die Batterie mittels der Brennstoffzelle. Die Brennstoffzelle und das Ladegerät können beispielsweise auch eine Leistung von bis zu 22 kW aufweisen, was in dem Fall in etwa einem dreiphasigen Wechselstromladebetrieb bei 32 A entspräche. Dabei ist nicht nur die Leistung der Brennstoffzelle verhältnismäßig klein, sondern auch die Anforderung hinsichtlich der Dynamik an die Brennstoffzelle sind weitaus geringer als bei einem konventionellen Brennstoffzellenfahrzeug, bei welchem die Brennstoffzelle direkt zur Energieversorgung der elektrischen Antriebsmaschine selbst dient.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Energiebereitstellungssystem dazu ausgelegt ist, bei Unterschreiten eines vorgegebenen Ladezustands der Batterie die Brennstoffzelle zum Aufladen der Batterie zu aktivieren. In den Fällen, in denen die Notwendigkeit einer größeren Reichweite schon während der Fahrt absehbar wird, kann die Brennstoffzelle zur Energieversorgung also auch während der Fahrt mit dem Kraftfahrzeug zugeschaltet werden, sodass die eigentliche Ladezeit der Batterie z.B. an einer Ladesäule verkürzt wird, da bereits im Fahrbetrieb Energie von der Brennstoffzelle beigesteuert wird, welche nicht von der Batterie bezogen werden muss, sondern aus dem Brennstoffzellentank stammt. Dabei kann entweder die Brennstoffzelle die Batterie aufladen oder die Brennstoffzelle direkt elektrische Energie der elektrischen Antriebsmaschine zuführen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Energiebereitstellungssystem zumindest einen austauschbaren Brennstofftank zum Versorgen der Brennstoffzelle mit Brennstoff umfasst. Beispielsweise kann der Wasserstoffvorrat im Fahrzeug durch ein wechselbares System, etwa mittels austauschbaren Wasserstoffkartuschen auf besonders schnelle Weise erneuert werden. Die Energieversorgung der Brennstoffzelle kann also dadurch besonders schnell wieder hergestellt werden, sobald der Brennstoff einen niedrigen Füllstand erreicht haben sollte.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Brennstoffzelle mittels wenigstens eines Schaltschützes trennbar mit dem Ladegerät gekoppelt ist. Mit anderen Worten ist also die Brennstoffzelle durch sogenannte Schütze oder Schaltschütze vom Ladegerät trennbar. Dies kann zum Beispiel aus isolationstechnischen Gründen während des Ladens der Batterie mittels des Ladegeräts erforderlich sein. Mittels des wenigstens einen Schaltschützes oder auch mehrerer Schaltschütze kann also die Brennstoffzelle jederzeit, sobald erforderlich, von dem Ladegerät und somit auch von der Batterie entkoppelt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Ladegerät einen Gleichrichter umfasst, mittels welchem die Batterie zumindest mittelbar, vorzugsweise unter Vermittlung des Gleichspannungswandlers, gekoppelt ist. Mit anderen Worten kann es sich bei dem Ladegerät also um ein Wechselstromladegerät handeln, welches über den Gleichrichter mit einem Wechselstromnetz zum Aufladen der Batterie gekoppelt werden kann. So ist es beispielsweise möglich, die Batterie durch Anschließen des Ladegeräts an einer herkömmlichen Haushaltssteckdose oder auch an einem Starkstromnetz auf besonders schnelle und einfache Weise wieder aufzuladen.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Ladegerät einen Leistungskorrekturfilter umfasst. Der Leistungskorrekturfilter kann beispielsweise integraler Bestandteil des Gleichspannungswandlers des Ladegeräts sein. Der Leistungskorrekturfilter kann zur Spannungsanpassung der mittels der Brennstoffzelle bereitgestellten Energie genutzt werden, sodass die mittels der Brennstoffzelle bereitgestellte elektrische Energie auf besonders effiziente Weise zum Laden der Batterie genutzt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Brennstoffzelle galvanisch von der Batterie getrennt ist. Durch die galvanische Trennung der Brennstoffzelle vom Batteriekreis, also von der Batterie, besteht im Batteriekreis kein Problem wegen des durch die Brennstoffzelle sehr gering werdenden Isolationswiderstands. Dies ist ein entscheidender Vorteil im Vergleich zu aktuell aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen.
  • Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst eine elektrische Antriebsmaschine und das erfindungsgemäße Energiebereitstellungssystem oder eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiebereitstellungssystems zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschine mit elektrischer Energie.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine schematische Darstellung eines Energiebereitstellungssystems für ein Kraftfahrzeug, welches eine Batterie zum Versorgen einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie, ein Ladegerät zum Aufladen der Batterie sowie eine als Reichweitenverlängerer dienende Brennstoffzelle umfasst.
  • Ein Energiebereitstellungssystem 10 für ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug ist in der einzigen Figur gezeigt. Das Energiebereitstellungssystem 10 umfasst eine Batterie 12 zum Versorgen einer hier nicht dargestellten elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie. Bei der Batterie 12 kann es sich insbesondere um eine sogenannte Hochvolt-Batterie handeln. Beispielsweise kann die Batterie 12 eine Kapazität von 50 kWh aufweisen. Das Energiebereitstellungssystem 10 umfasst des Weiteren ein Ladegerät 14 zum Aufladen der Batterie 12. Das Ladegerät 14 ist im vorliegenden Fall als Wechselstromladegerät ausgebildet und umfasst einen Gleichrichter 16, welcher nicht näher bezeichnete Anschlüsse für ein Wechselstromnetz aufweist. Über den Gleichrichter 16 kann das Ladegerät 14 des Energiebereitstellungssystems 10 also an ein Wechselstromnetz angeschlossen werden, um die Batterie 12 aufzuladen. Darüber hinaus umfasst das Ladegerät 14 noch einen Gleichspannungswandler 18, welcher unter anderem dazu dient, die aus dem Wechselspannungsnetz bezogene Energie im Hinblick auf ihre Spannung an die Batterie 12 anzupassen.
  • Des Weiteren umfasst das Energiebereitstellungssystem 10 eine als Reichweitenverlängerer dienende Brennstoffzelle 20, mittels welcher elektrische Energie zum Aufladen der Batterie 12 bereitstellbar ist. Die Brennstoffzelle 20 ist über jeweilige Schaltschütze 22 trennbar mit dem Ladegerät 14 gekoppelt. Dabei ist die Brennstoffzelle 20 über den im Ladegerät integrierten Gleichspannungswandler 18 mit der Batterie 12 verbunden. Mittels des Gleichspannungswandlers 18 kann also die mittels der Brennstoffzelle 20 bereitgestellte elektrische Ausgangsspannung in eine erforderliche Eingangsspannung der Batterie 12 gewandelt werden, sodass ein möglichst optimaler Ladevorgang der Batterie 12 mittels der Brennstoffzelle 20 ermöglicht wird.
  • Die Batterie 12 kann also sowohl über ein externes Stromnetz als auch mittels der Brennstoffzelle 20 geladen werden. Dadurch ist das Energiebereitstellungssystem 10 weitgehend autark von elektrischen Energiequellen, zumindest solange genügend Brennstoff, zum Beispiel in Form von Wasserstoff, zum Betreiben der Brennstoffzelle 20 zur Verfügung steht. Das Energiebereitstellungssystem 10 kann darüber hinaus hier nicht näher dargestellte austauschbare Brennstofftanks zum Versorgen der Brennstoffzelle 20 mit Brennstoff umfassen. Bei Bedarf, also wenn der Brennstoff für die Brennstoffzelle 20 zur Neige geht oder vollständig leer ist, kann durch Austausch der Brennstofftanks die Betriebsfähigkeit der Brennstoffzelle 20 besonders schnell wiederhergestellt werden.
  • Da als Range-Extender die Brennstoffzelle 20 und kein Verbrennungsmotor dient, kann die Reichweite eine Kraftfahrzeugs, in welchem das Energiebereitstellungssystem 10 eingesetzt wird, CO2-neutral verlängert werden. Bei Bedarf kann die Batterie 12 sowohl bei fahrendem Kraftfahrzeug als auch bei abgestelltem Kraftfahrzeug mittels der Brennstoffzelle 20 aufgeladen werden. Insbesondere ist das Energiebereitstellungssystem 10 dazu ausgelegt, bei Unterschreiten eines vorgegebenen Ladezustands der Batterie 12 die Brennstoffzelle 20 zum Aufladen der Batterie 12 zu aktivieren. Die Batterie 12 kann also schon während der Fahrt des Kraftfahrzeugs aus der Brennstoffzelle mit elektrischer Energie gespeist werden, sodass die Ladezeit der Batterie 12, beispielsweise an einer externen Ladesäule, verkürzt wird, da bereits im Fahrbetrieb Energie beigesteuert wird, welche nicht von der Batterie 12 selbst bezogen werden muss, sondern aus besagten Brennstofftanks.
  • Bei dem hier gezeigten Energiebereitstellungssystem 10 muss sich die Leistung der Brennstoffzelle 20 nicht an der gewünschten bzw. geforderten Fahrleistung des Kraftfahrzeugs orientieren. Dadurch kann eine verhältnismäßig geringe Leistung der Brennstoffzelle gewählt werden. Exemplarisch könnten dies beispielsweise ca. 10 kW sein. Diese Leistung entspricht in etwa einem dreiphasigen Wechselstromladebetrieb bei 16 A und bietet somit gemessen an den derzeit verfügbaren Lademöglichkeiten eine sehr rasche Ladevariante. Dabei ist nicht nur die Leistung der Brennstoffzelle 20 verhältnismäßig klein, sondern auch die Anforderungen hinsichtlich der dynamischen Eigenschaften an die Brennstoffzelle 20 sind weitaus geringer, als dies bei konventionellen Brennstoffzellenfahrzeugen der Fall ist, bei denen die Fahrleistung allein durch die Leistung der Brennstoffzelle bestimmt wird.
  • Da die Batterie 12 auch während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs aus der mittels der Brennstoffzelle 20 bereitgestellten Energie gespeist werden kann, kann die Batterie 12 als solches hinsichtlich ihrer Kapazität auch relativ klein dimensioniert werden, wobei dennoch aufgrund der als Reichweitenverlängerer dienenden Brennstoffzelle 20 bei Bedarf eine relativ große Reichweite erzielt werden kann. Nutzer von Kraftfahrzeugen, in welchen das Energiebereitstellungssystem 10 verbaut ist, müssen sich also keine Sorgen darüber machen, mit ihrem Kraftfahrzeug liegen zu bleiben. Die elektrische Reichweite des Kraftfahrzeugs im Hinblick auf zumeist im Alltag erforderliche Reichweiten, beispielsweise kleiner 100 km, kann durch die Batterie 12 alleine abgedeckt werden. Darüber hinaus kann die Brennstoffzelle 20 zur Speisung der Batterie 12 verwendet werden, um so bei Bedarf die Reichweite des Kraftfahrzeugs zu verlängern.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011115570 A1 [0003]
    • WO 2013/155041 A1 [0010]
    • WO 2016/053786 A1 [0010]

Claims (9)

  1. Energiebereitstellungssystem (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend – eine Batterie (12) zum Versorgen einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie; – ein Ladegerät (14) zum Aufladen der Batterie; – eine als Reichweitenverlängerer dienende Brennstoffzelle (20), mittels welcher elektrische Energie zum Aufladen der Batterie (12) bereitstellbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (20) über einen im Ladegerät (14) integrierten Gleichspannungswandler (18) des Ladegeräts (14) zum Aufladen der Batterie (12) mit dieser gekoppelt ist.
  2. Energiebereitstellungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung der Brennstoffzelle (20) zumindest im Wesentlichen der Leistung des Ladegeräts (14) entspricht.
  3. Energiebereitstellungssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiebereitstellungssystem (10) dazu ausgelegt ist, bei Unterschreiten eines vorgegebenen Ladezustands der Batterie (12) die Brennstoffzelle (20) zum Aufladen der Batterie (12) zu aktivieren.
  4. Energiebereitstellungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiebereitstellungssystem (10) zumindest einen austauschbaren Brennstofftank zum Versorgen der Brennstoffzelle (20) mit Brennstoff umfasst.
  5. Energiebereitstellungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (20) mittels wenigstens eines Schaltschützes (22) trennbar mit dem Ladegerät (14) gekoppelt ist.
  6. Energiebereitstellungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladegerät (14) einen Gleichrichter (16) umfasst, mit welchem die Batterie (12) zumindest mittelbar, vorzugsweise unter Vermittlung des Gleichspannungswandlers (18), gekoppelt ist.
  7. Energiebereitstellungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladegerät (14) einen Leistungskorrekturfilter umfasst.
  8. Energiebereitstellungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (20) galvanisch von der Batterie (12) getrennt ist.
  9. Kraftfahrzeug mit wenigstens einer elektrischen Antriebsmaschine und einem Energiebereitstellungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschine mit elektrischer Energie.
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