DE102016222152A1

DE102016222152A1 - Decentralized production of fuel for a vehicle

Info

Publication number: DE102016222152A1
Application number: DE102016222152.3A
Authority: DE
Inventors: Werner Willems; Heiko Maas; Claudia Herudek; Andreas R. Schamel
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2016-11-11
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2036-11-12
Also published as: DE102016222152B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dezentralen Herstellung von Kraftstoff für ein Fahrzeug (14) bei einem Gebäude (12) mit einem regenerativen Energieversorgungssystem (16). Das Verfahren umfasst ein Erzeugen von elektrischer Energie aus regenerativer Energie durch einen Energieumwandler (18) des Energieversorgungssystems (16) und ein Herstellen von Kraftstoff in der ermittelten Kraftstoffmenge unter Verwendung der elektrischen Energie des Energieversorgungssystems (16) mittels einer Kraftstoffanlage (24). Weiterhin umfasst das Verfahren ein Aufbewahren des hergestellten Kraftstoffs in einem Vorratsbehälter (26) der Kraftstoffanlage (24), ein Betanken des Fahrzeugs (14) mit dem hergestellten Kraftstoff zum Betreiben eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs (14), und ein Bestimmen einer herzustellenden Kraftstoffmenge unter Berücksichtigung der vom Energieumwandler (18) verfügbaren elektrischen Energie und eines prognostizierten zukünftigen Energiebedarfs des Gebäudes (12) und des Fahrzeugs (14), wobei eine Optimierung unter der Bedingung einer energiesparenden oder ökonomischen Energieversorgung des Fahrzeugs (14) und des Gebäudes (12) mit regenerativer Energie erfolgt.The invention relates to a method for the decentralized production of fuel for a vehicle (14) in a building (12) with a regenerative energy supply system (16). The method comprises generating electrical energy from regenerative energy by an energy converter (18) of the energy supply system (16) and producing fuel in the determined amount of fuel using the electrical energy of the energy supply system (16) via a fuel system (24). Furthermore, the method comprises storing the produced fuel in a reservoir (26) of the fuel system (24), refueling the vehicle (14) with the produced fuel for operating an internal combustion engine of the vehicle (14), and determining a quantity of fuel to be produced taking into account the electrical energy available from the energy converter (18) and a predicted future energy demand of the building (12) and the vehicle (14), optimizing under the condition of energy-saving or economic energy supply of the vehicle (14) and the building (12) with regenerative energy Energy takes place.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dezentralen Herstellung von Kraftstoff für ein Fahrzeug bei einem Gebäude mit einem regenerativen Energieversorgungssystem, wobei das Verfahren ein Erzeugen von elektrischer Energie aus regenerativer Energie durch einen Energieumwandler des Energieversorgungssystems, ein Herstellen von Kraftstoff in einer ermittelten Kraftstoffmenge unter Verwendung der elektrischen Energie des Energieversorgungssystems mittels einer Kraftstoffanlage, ein Aufbewahren des hergestellten Kraftstoffs in einem Vorratsbehälter der Kraftstoffanlage, und ein Betanken des Fahrzeugs mit dem hergestellten Kraftstoff zum Betreiben eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes System zur dezentralen Herstellung von Kraftstoff für ein Fahrzeug bei einem Gebäude mit einer regenerativen Energieversorgung.The invention relates to a method for decentralized production of fuel for a vehicle in a building having a regenerative energy supply system, the method comprising generating electrical energy from regenerative energy by an energy converter of the energy supply system, producing fuel in a determined amount of fuel using the electric Energy of the power system by means of a fuel system, a storage of the produced fuel in a reservoir of the fuel system, and refueling of the vehicle with the produced fuel for operating an internal combustion engine of the vehicle comprises. Furthermore, the invention relates to a corresponding system for the decentralized production of fuel for a vehicle in a building with a regenerative power supply.

In Wohngebäuden werden zunehmend Energieversorgungssysteme mit einer Nutzung von regenerativen Energien eingesetzt. Dabei werden unter anderem Solarzellen oder Windkrafträder zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Solarenergie oder Windenergie verwendet. Neben finanziellen Vorteilen bei immer höheren Preisen für fossile Energieträger wird auf diese Weise auch eine umweltfreundliche Energieversorgung der Haushalte erreicht. Da die Umwandlung von regenerativen Energien in Strom je nach Tageszeit und Wetterverhältnisse sehr unregelmäßig erfolgt und Akkumulatoren zur Speicherung der elektrischen Energie teuer sind, wird ein Energieüberschuss oft zu ungünstigen Konditionen in ein öffentliches Stromnetz eingespeist. Inzwischen sind aber auch dezentrale, kleinformatige Anlagen zur Herstellung von Brennstoff aus Wasser und Kohlendioxid unter Verwendung von elektrischer Energie bekannt.In residential buildings, energy supply systems are increasingly being used with the use of renewable energies. Solar cells or wind turbines are used to generate electrical energy from solar or wind energy. In addition to financial advantages and ever higher prices for fossil fuels, this will also help to achieve an environmentally friendly energy supply for households. Since the conversion of renewable energy into electricity is very irregular depending on the time of day and weather conditions and accumulators for storing electrical energy are expensive, an energy surplus is often fed to unfavorable conditions in a public grid. Meanwhile, but also decentralized, small-scale plants for the production of fuel from water and carbon dioxide using electrical energy are known.

In der WO 2012/159818 A1 wird eine solche Anlage zur Herstellung von flüssigem Brennstoff beschrieben. Überschüssige elektrische Energie von Solarzellen wird in einer Methanol-Brennstoffzelle zur Erzeugung von Methanol oder Dimethylether (DME) aus Wasser und Kohlendioxid verwendet. Das dazu benötigte Kohlendioxid kann aus der Luft oder aus Abgasen einer Heizungsanlage gewonnen werden. Als Methanol-Brennstoffzelle wird entweder eine Kombination aus einer Wasserstoff-Brennstoffzelle und einem Methanol-Reformer oder eine Direktmethanol-Brennstoffzelle eingesetzt. Das erzeugte Methanol wird in einem Brennstofftank gespeichert. Liegt der Bedarf an elektrischer Energie über der durch die Solarzellen bereitgestellten Energie, wird bei einem umgekehrten Arbeitsprozess in der Methanol-Brennstoffzelle aus Methanol elektrische Energie, Wasser und Kohlendioxid erzeugt. Das Wasser und das Kohlendioxid können jeweils in einem geeigneten Vorratsbehälter für eine spätere Erzeugung von Brennstoff aufbewahrt werden. Auf diese Weise wird ein in sich geschlossenes System zur Speicherung von elektrischer Energie realisiert.In the WO 2012/159818 A1 Such a plant for the production of liquid fuel is described. Excess electrical energy from solar cells is used in a methanol fuel cell to produce methanol or dimethyl ether (DME) from water and carbon dioxide. The carbon dioxide required for this purpose can be obtained from the air or from exhaust gases of a heating system. As a methanol fuel cell, either a combination of a hydrogen fuel cell and a methanol reformer or a direct methanol fuel cell is used. The generated methanol is stored in a fuel tank. When the demand for electrical energy exceeds that provided by the solar cells, electrical energy, water and carbon dioxide are generated from methanol in a reverse process in the methanol fuel cell. The water and the carbon dioxide can each be stored in a suitable storage container for later production of fuel. In this way, a self-contained system for storing electrical energy is realized.

Der dabei produzierte flüssige oder gasförmige Brennstoff eignet sich auch als Kraftstoff für Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor. Somit könnte überschüssiger Brennstoff als solcher oder als Beimischung zu anderen Kraftstoffen zur Betankung von Fahrzeugen verwendet werden. Dieses ist jedoch nachteiligerweise nur dann möglich, wenn ein Überschuss an Brennstoff erzeugt wird. Eine Entnahme von Brennstoff aus dem Brennstofftank zu anderen Zeiten kann sich negativ auf die regenerative Energieversorgung des Gebäudes auswirken. Auch eine Verwendung einer solchen Brennstoffzelle zur ausschließlichen Herstellung von Kraftstoff für ein Fahrzeug kann zu einer Überlastung des regenerativen Energieversorgungssystems des Gebäudes führen. Andererseits ist eine Erzeugung von Kraftstoff aus Strom aus einem öffentlichen Stromnetz mit zusätzlichen Kosten verbunden. Noch problematischer sind diese Umstände bei Plug-In Hybridfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor. Bei diesen Fahrzeugen kann sowohl eine Herstellung bzw. Entnahme von Kraftstoff als auch ein Aufladen einer Fahrzeugbatterie durch das regenerative Energieversorgungssystem des Gebäudes erwünscht sein. Es besteht somit ein Bedarf nach einer ökonomisch und ökologisch effektiven Kopplung der regenerativen Energieversorgung des Gebäudes und der Energieversorgung eines Fahrzeugs.The produced liquid or gaseous fuel is also suitable as fuel for vehicles with an internal combustion engine. Thus, excess fuel could be used as such or as an admixture with other fuels for refueling vehicles. However, this is disadvantageously only possible if an excess of fuel is generated. Extracting fuel from the fuel tank at other times may adversely affect the building's regenerative energy supply. Also, use of such a fuel cell to exclusively produce fuel for a vehicle may result in overloading the building's regenerative energy supply system. On the other hand, generation of fuel from electricity from a public power grid is associated with additional costs. Even more problematic are these circumstances with plug-in hybrid vehicles with an internal combustion engine and an electric motor. In these vehicles, both a production or removal of fuel and a charging of a vehicle battery by the regenerative energy supply system of the building may be desired. There is thus a need for an economically and ecologically effective coupling of the regenerative energy supply of the building and the energy supply of a vehicle.

Weiterhin wird in der DE 20 2011 005 536 U1 eine Anlage zur Nutzung von zeitlich variabel anfallendem Kohlendioxid aus verschiedenen Emissionsquellen beschrieben. Die Anlage enthält eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff mit Hilfe von solarer Energie. Diese Vorrichtung umfasst beispielsweise eine Photovoltaik-Vorrichtung zur Erzeugung von Gleichstrom, welcher in einer Elektrolyse-Vorrichtung zur Gewinnung von Wasserstoff verwendet wird. Weiterhin kann eine Vorrichtung zur thermischen Dissoziation von Wasser vorgesehen sein. Kohlendioxidhaltige Gase von Kraftwerken oder anderen Emissionsquellen werden Reinigungs-, Separierungs- und Verdichtungsvorrichtungen der Anlage zugeführt. Dabei kann eine Zwischenspeicherung vorgesehen sein. In einer Methanisierungsvorrichtung der Anlage werden Wasserstoff und Kohlendioxid zu Methan verarbeitet. Das Methan oder daraus erzeugtes Methanol wird zur Energieversorgung von Kraftfahrzeugen oder zur Gas- oder Stromversorgung von Gebäuden verwendet.Furthermore, in the DE 20 2011 005 536 U1 a system for the use of variable-rate carbon dioxide from various emission sources described. The plant contains a device for the production of hydrogen with the help of solar energy. This device comprises, for example, a photovoltaic device for generating direct current, which is used in an electrolysis device for the production of hydrogen. Furthermore, a device for thermal dissociation of water may be provided. Carbon dioxide-containing gases from power plants or other emission sources are supplied to cleaning, separating and compacting devices of the plant. In this case, an intermediate storage can be provided. In a methanation apparatus of the plant, hydrogen and carbon dioxide are processed to methane. The methane or methanol produced therefrom is used to power automobiles or to supply gas or power to buildings.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie ein System zur dezentralen Herstellung von Kraftstoff für ein Fahrzeug bei einem Gebäude mit einem regenerativen Energieversorgungssystem bereitzustellen, wobei die genannten Nachteile vermieden oder zumindest verringert werden und insbesondere eine ökonomisch und ökologisch effektive Energieversorgung des Gebäudes und des Fahrzeugs erzielt wird.An object of the present invention is to provide a method and a system for decentralized production of fuel for a vehicle in a building with a regenerative To provide energy supply system, wherein said disadvantages are avoided or at least reduced, and in particular an economically and ecologically effective power supply of the building and the vehicle is achieved.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch ein System zur dezentralen Herstellung von Kraftstoff bei einem Gebäude mit einem regenerativen Energieversorgungssystem gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.This object is achieved by a method and by a system for the decentralized production of fuel in a building having a regenerative energy supply system according to the independent claims.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur dezentralen Herstellung von Kraftstoff für ein Fahrzeug bei einem Gebäude mit einem regenerativen Energieversorgungssystem erfolgt ein Erzeugen von elektrischer Energie aus regenerativer Energie durch einen Energieumwandler des Energieversorgungssystems. Beispielsweise wird als Energieumwandler eine Photovoltaikanlage mit Solarzellen oder ein Windkraftrad bei dem Gebäude eingesetzt. Das Gebäude ist vorzugsweise als Wohngebäude, beispielsweise als Ein- oder Mehrfamilienhaus, ausgebildet und verfügt vorzugsweise über mindestens einen Stellplatz für ein Fahrzeug. Alternativ kann das Gebäude auch ein gewerblich genutztes Gebäude sein. Das Fahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor als Antrieb und ist zur Verwendung des hergestellten Kraftstoffs geeignet konfiguriert.In a method according to the invention for the decentralized production of fuel for a vehicle in a building having a regenerative energy supply system, an electric energy is generated from regenerative energy by an energy converter of the energy supply system. For example, a photovoltaic system with solar cells or a wind turbine is used in the building as an energy converter. The building is preferably designed as a residential building, for example as a single or multiple dwelling, and preferably has at least one parking space for a vehicle. Alternatively, the building may also be a commercial building. The vehicle includes an internal combustion engine as an engine and is suitably configured to use the produced fuel.

Eine Herstellung von Kraftstoff in einer ermittelten Kraftstoffmenge erfolgt unter Verwendung der elektrischen Energie des Energieversorgungssystems des Gebäudes mittels einer Kraftstoffanlage. Die Kraftstoffanlage stellt flüssigen oder gasförmigen Kraftstoff, wie beispielsweise Dimethylether (DME), Oxymethylether (OME), Methanol oder Methan, für Verbrennungsmotoren aus Wasser und Kohlendioxyd unter Verwendung von elektrischer Energie her. Dazu führt die Kraftstoffanlage zum Beispiel eine Elektrolyse von Wasser zur Erzeugung von Wasserstoff durch und erzeugt anschließend in einem Kraftstoff-Reformer aus Wasserstoff und Kohlendioxid aus der Umgebungsluft Kraftstoff. Die Kraftstoffanlage ermöglicht somit eine dezentrale, kleinformatige Erzeugung von Kraftstoff bei dem Gebäude.A production of fuel in a determined amount of fuel is carried out using the electrical energy of the energy supply system of the building by means of a fuel system. The fuel system produces liquid or gaseous fuel, such as dimethyl ether (DME), oxymethyl ether (OME), methanol or methane, for internal combustion engines from water and carbon dioxide using electrical energy. For this purpose, the fuel system, for example, performs an electrolysis of water to produce hydrogen and then generated in a fuel reformer of hydrogen and carbon dioxide from the ambient air fuel. The fuel system thus enables a decentralized, small-scale production of fuel in the building.

Ein Bestimmen einer herzustellenden Kraftstoffmenge wird unter Berücksichtigung der vom Energieumwandler verfügbaren elektrischen Energie und eines prognostizierten zukünftigen Energiebedarfs des Gebäudes und des Fahrzeugs mittels einer Steuerungsvorrichtung durchgeführt, wobei eine Optimierung unter der Bedingung einer energiesparenden oder ökonomischen Energieversorgung des Fahrzeugs und des Gebäudes mit regenerativer Energie erfolgt. Die Steuerungsvorrichtung kann hierfür ein geeignetes Optimierungsverfahren verwenden. In das Optimierungsverfahren gehen als Parameter beispielsweise Startzeit, Dauer, Strecke oder ein Verbrauch an Kraftstoff einer zukünftigen Benutzung des Fahrzeugs, Dauer und Energieverbrauch der Herstellung einer bestimmten Kraftstoffmenge durch die Kraftstoffanlage, ein Bedarf an elektrischer Energie für Geräte des Gebäude während einer Herstellung von Kraftstoff und eine momentan oder zukünftig verfügbare elektrische Energie des Energieversorgungssystems ein.Determining a quantity of fuel to be produced is carried out taking into account the electric energy available from the energy converter and a predicted future energy demand of the building and the vehicle by means of a control device, with optimization taking place under the condition of energy-saving or economic energy supply of the vehicle and the building with regenerative energy. The control device can use a suitable optimization method for this purpose. In the optimization method, parameters such as start time, duration, route or consumption of fuel of a future use of the vehicle, duration and energy consumption of production of a certain amount of fuel by the fuel system, a demand for electrical energy for devices of the building during production of fuel and a current or future available electrical energy of the power supply system.

Weiterhin erfolgen ein Aufbewahren des hergestellten Kraftstoffs in einem Vorratsbehälter der Kraftstoffanlage und eine Betankung des Fahrzeugs mit dem hergestellten Kraftstoff zum Betreiben des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs mittels einer Betankungsanlage. Bei gasförmigem Kraftstoff kann zusätzlich eine Kompressionseinrichtung für den Kraftstoff vorgesehen sein. Die Betankungsanlage ist vorzugsweise bei einem Stellplatz des Fahrzeugs angeordnet und umfasst beispielsweise eine Pumpe, einen Schlauch und ein geeignetes Zapfventil zum Betanken des Fahrzeugs.Furthermore, a storage of the produced fuel in a reservoir of the fuel system and a refueling of the vehicle with the produced fuel for operating the internal combustion engine of the vehicle by means of a refueling system done. In the case of gaseous fuel, a compression device for the fuel may additionally be provided. The refueling system is preferably located at a parking space of the vehicle and includes, for example, a pump, a hose and a suitable nozzle for fueling the vehicle.

Durch ein solches erfindungsgemäße Verfahren wird die Energieversorgung des Fahrzeugs optimal in die regenerative Energieversorgung des Gebäudes integriert. Mit der Nutzung von regenerativen Energien zur Erzeugung des Stroms wird zudem ein sehr ökologischer Kraftstoff hergestellt. Da zur Herstellung des Kraftstoffs verwendetes Kohlendioxid aus der Luft bei einer Verbrennung wieder der Luft zugeführt wird, ergibt sich ein Kohlendioxidkreislauf und somit eine CO₂-neutrale Kraftstoffversorgung des Fahrzeugs. Insbesondere ist anstelle einer Einspeisung von überschüssiger elektrischer Energie in ein Stromnetz nun eine auf die Energieversorgung des Gebäudes abgestimmte Versorgung eines Fahrzeugs mit Kraftstoff möglich.Such a method according to the invention optimally integrates the energy supply of the vehicle into the regenerative energy supply of the building. The use of renewable energies to generate the electricity also produces a very ecological fuel. Since used to produce the fuel carbon dioxide from the air is returned to the air in a combustion, resulting in a carbon dioxide cycle and thus a CO ₂ -neutral fuel supply of the vehicle. In particular, instead of feeding in surplus electrical energy into a power grid, it is now possible to supply a vehicle with fuel that is tailored to the energy supply of the building.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird erzeugte elektrische Energie in einem Energiespeicher des Energieversorgungssystems gespeichert. Weiterhin erfolgt das Bestimmen der herzustellenden Kraftstoffmenge unter Berücksichtigung einer im Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energie und einer im Vorratsbehälter aufbewahrten Kraftstoffmenge. Als Energiespeicher kann ein elektrochemischer Speicher, wie beispielsweise eine wiederaufladbare Batterie vorgesehen sein. Solche Energiespeicher werden bei einer lokalen regenerativen Energieversorgung eines Gebäudes häufig zur Bildung von Energiereserven eingesetzt. Insbesondere wird über einen momentanen Verbrauch hinaus erzeugte elektrische Energie in dem Energiespeicher gespeichert. Diese lässt sich nun ebenfalls zur Kraftstoffherstellung einsetzen. Bei der Bestimmung der herzustellenden Kraftstoffmenge wird vorzugsweise ein möglicher zukünftiger Energiebedarf des Gebäudes an gespeicherter elektrischer Energie berücksichtigt. Hierdurch wird ein Engpass in der Energieversorgung durch einen Verbrauch von Reserven für eine Kraftstoffherstellung vermieden. Bei einer weiteren Ausführungsform wird überschüssige elektrische Energie direkt zur Herstellung von Kraftstoff verwendet und der hergestellte Kraftstoff in dem Vorratsbehälter für eine zukünftige Verwendung gelagert.According to a preferred embodiment of the invention, generated electrical energy is stored in an energy store of the energy supply system. Furthermore, the determination of the amount of fuel to be produced takes place taking into account an electrical energy stored in the energy store and a quantity of fuel stored in the reservoir. As an energy storage, an electrochemical storage, such as a rechargeable battery may be provided. Such energy storage are often used in a local renewable energy supply of a building for the formation of energy reserves. In particular, electrical energy generated beyond instantaneous consumption is stored in the energy store. This can now also be used for fuel production. When determining the amount of fuel to be produced, a possible future energy requirement of the building for stored electrical energy is preferably taken into account. This will be a Bottleneck in the energy supply avoided by a consumption of reserves for fuel production. In another embodiment, excess electrical energy is used directly to produce fuel and the produced fuel is stored in the reservoir for future use.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein wiederaufladbarer Speicher des Fahrzeugs für elektrische Energie zum Betreiben eines Elektromotors des Fahrzeugs mit elektrischer Energie vom Energieversorgungssystem aufgeladen. Dabei erfolgt eine Bestimmung der zum Aufladen verwendeten Energiemenge unter Berücksichtigung der vom Energieversorgungssystem verfügbaren elektrischen Energie, des von der Kraftstoffanlage verfügbaren Kraftstoffs und des prognostizierten zukünftigen Energiebedarfs des Gebäudes und des Fahrzeugs, wobei für einen bestimmten Energiebedarf des Fahrzeugs mittels einer Optimierung ein wirtschaftlicher oder energiesparender Aufladungsgrad des wiederaufladbaren Speichers für elektrische Energie zusammen mit einer Kraftstoffmenge für eine Betankung ermittelt wird.According to a further advantageous embodiment of the invention, a rechargeable memory of the vehicle for electrical energy for operating an electric motor of the vehicle is charged with electrical energy from the power supply system. In this case, a determination of the amount of energy used for charging takes place taking into account the available energy from the power system, the fuel available from the fuel system and the projected future energy needs of the building and the vehicle, for a given energy needs of the vehicle by means of an optimization, an economic or energy-saving charge of the rechargeable electric power storage is determined together with a fuel amount for refueling.

Der wiederaufladbare Speicher des Fahrzeugs ist beispielsweise eine Fahrzeugbatterie zum Speicher von elektrischer Energie auf elektrochemischer Basis. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Plug-In Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs handeln. Ein Aufladen der Fahrzeugbatterie ist bei einem Plug-In Hybridfahrzeug durch Anschluss an eine Ladestation oder ein Stromnetz möglich.The rechargeable storage of the vehicle is, for example, a vehicle battery for storage of electric power on an electrochemical basis. The vehicle may be a plug-in hybrid vehicle having an internal combustion engine and an electric motor for propelling the vehicle. Charging the vehicle battery is possible with a plug-in hybrid vehicle by connecting to a charging station or a power grid.

Die Bestimmung der zum Aufladen verwendeten Energiemenge erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Optimierungsverfahrens durch die Steuerungsvorrichtung. Dabei wird für einen bestimmten Energiebedarf des Fahrzeugs ein wirtschaftlich optimaler oder ein möglichst energiesparender Aufladungsgrad der Fahrzeugbatterie zusammen mit einer Kraftstoffmenge für eine Betankung ermittelt. Zusätzlich kann eine Berücksichtigung einer Ladedauer der Fahrzeugbatterie, eine Herstellungsdauer des Kraftstoffs, ein Energieverbrauch der Kraftstoffherstellung, eine Reichweite einer Batterieladung oder eine Reichweite einer Kraftstoffmenge bei der Optimierung erfolgen. The amount of energy used for charging is determined, for example, by means of a suitable optimization method by the control device. In this case, for a specific energy requirement of the vehicle, an economically optimal or an energy-saving degree of charging of the vehicle battery is determined together with a fuel quantity for refueling. In addition, a consideration of a charging period of the vehicle battery, a production period of the fuel, an energy consumption of the fuel production, a range of a battery charge or a range of fuel amount in the optimization can take place.

Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung wird der prognostizierte zukünftige Energiebedarf des Fahrzeugs auf Grundlage eines Nutzungsprofils des Fahrzeugs ermittelt. Das Nutzungsprofil stellt vorzugsweise eine durchschnittliche Nutzung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von Tageszeit und Wochentag dar. Das Nutzungsprofil enthält hierfür beispielsweise Startzeit, Dauer und Strecke für einzelne Benutzungen und wird entweder durch einen Benutzer vorgegeben oder durch die Steuervorrichtung oder das Fahrzeug ermittelt. Bei einer Ermittlung des Nutzungsprofils durch das Fahrzeug kann eine Übermittlung des Nutzungsprofils an die Steuervorrichtung über eine geeignet ausgebildete drahtlose oder drahtgebundene Verbindung erfolgen. Zusätzlich kann in dem Nutzungsprofil eine Berücksichtigung von Feiertagen oder Ferien vorgesehen sein dar. Mit der Verwendung eines solchen Nutzungsprofils berücksichtigt die Steuerungsvorrichtung eine übliche Benutzung des Fahrzeugs bei einer Herstellung von Kraftstoff oder einen Betanken oder Aufladen des Fahrzeugs.In one embodiment according to the invention, the predicted future energy demand of the vehicle is determined on the basis of a usage profile of the vehicle. The usage profile preferably represents an average use of the vehicle as a function of time of day and day of the week. The usage profile contains, for example, start time, duration and distance for individual uses and is either predefined by a user or determined by the control device or the vehicle. When the usage profile is determined by the vehicle, the usage profile can be transmitted to the control device via a suitably configured wireless or wired connection. In addition, in the use profile, a consideration of holidays or vacations may be provided. With the use of such a usage profile, the control device takes into account a usual use of the vehicle in a production of fuel or refueling or charging the vehicle.

Weiterhin wird gemäß einer Ausführungsform bevorzugt der prognostizierte zukünftige Energiebedarf des Fahrzeugs auf Grundlage einer vorgegebenen geplanten Benutzung ermittelt. Beispielsweise handelt es sich bei der vorgegebenen Benutzung um eine besondere Benutzung des Fahrzeugs, etwa eine Fahrt zu einer Veranstaltung, einen Ausflug oder eine Urlaubsfahrt. Dabei werden Startzeit, Dauer, Strecke oder Zielort und dergleichen mehr vorgegeben. Auf diese Weise lassen sich spezielle, nicht in einem Nutzungsprofil enthaltene Benutzungen des Fahrzeugs bei einer Herstellung von Kraftstoff oder bei einer Betankung und Aufladung des Fahrzeugs berücksichtigen.Furthermore, according to one embodiment, the predicted future energy requirement of the vehicle is preferably determined on the basis of a predetermined planned use. For example, the given use is a special use of the vehicle, such as a trip to an event, a trip or a vacation trip. Start time, duration, distance or destination and the like are more preset. In this way, special uses of the vehicle not included in a usage profile can be taken into account when producing fuel or when refueling and charging the vehicle.

Eine bevorzugt Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Heizungsanlage des Gebäudes mit Kraftstoff von der Kraftstoffanlage versorgt wird, und der prognostizierten zukünftigen Energiebedarf des Gebäudes unter Berücksichtigung eines Kraftstoffbedarfs der Heizungsanlage ermittelt wird. Beispielsweise umfasst die Heizungsanlage eine Öl- oder Gasheizung. Durch diese Maßnahme wird eine Beheizung des Gebäudes ebenfalls optimal in die regenerative Energieversorgung des Fahrzeugs und des Gebäudes integriert. Gemäß einer weiteren Ausbildung ist eine Verwendung von Abwärme bei der Herstellung von Kraftstoff für eine Heizung oder eine Klimaanlage des Gebäudes vorgesehen.A preferred embodiment of the invention provides that a heating system of the building is supplied with fuel from the fuel system, and the predicted future energy demand of the building is determined taking into account a fuel demand of the heating system. For example, the heating system comprises an oil or gas heater. By this measure, heating of the building is also optimally integrated into the regenerative energy supply of the vehicle and the building. According to another embodiment, a use of waste heat in the production of fuel for a heating or air conditioning of the building is provided.

Dabei wird bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens mittels einer Optimierung ein ökonomisch oder ökologisch optimiertes Verhältnis zwischen einer Betankung des Fahrzeugs mit hergestelltem Kraftstoff, einer Aufladung des wiederaufladbaren Speichers des Fahrzeugs mit von dem Energieversorgungssystem bereitgestellter elektrischer Energie, einer Versorgung des Gebäudes mit elektrischer Energie und einer Versorgung der Heizungsanlage mit hergestelltem Kraftstoff ermittelt. Auf diese Weise wird eine sehr effektive Versorgung des Fahrzeugs und des Gebäudes mit regenerativer Energie erzielt.In this case, in an embodiment of the method according to the invention by means of an optimization, an economically or ecologically optimized relationship between refueling the vehicle with manufactured fuel, charging the rechargeable store of the vehicle with provided by the power system electrical energy, a supply of the building with electrical energy and a Supply of the heating system determined with manufactured fuel. In this way, a very effective supply of the vehicle and the building with regenerative energy is achieved.

Ferner wird bei einer Ausführungsform der Erfindung ein Energiebedarf eines weiteren Fahrzeugs bei der Bestimmung einer herzustellenden Kraftstoffmenge berücksichtigt. Insbesondere kann es sich bei dem zweiten Fahrzeug um ein batteriebetriebenes Fahrzeug handeln. In diesem Fall wird beispielsweise für das erste Fahrzeug eine herzustellende Kraftstoffmenge und für das zweite Fahrzeug ein Aufladungsgrad einer Batterie durch Strom aus dem Energieversorgungssystem des Gebäudes bestimmt. Dazu kann neben einem Nutzungsprofil oder eine eingegebene spezielle Benutzung des ersten Fahrzeugs auch ein Nutzungsprofil oder eine eingegebene spezielle Benutzung des zweiten Fahrzeugs in ein Optimierungsverfahren eingehen. Als zweites Fahrzeug kann neben einem Automobil auch ein Elektrofahrrad oder ein Elektroroller vorgesehen sein.Furthermore, in one embodiment of the invention, an energy requirement of another Vehicle considered in determining a quantity of fuel to be produced. In particular, the second vehicle may be a battery-operated vehicle. In this case, for example, a fuel quantity to be produced for the first vehicle and a degree of charge of a battery for the second vehicle are determined by current from the energy supply system of the building. For this purpose, in addition to a usage profile or an entered specific use of the first vehicle, a usage profile or an entered special use of the second vehicle can also be included in an optimization procedure. As the second vehicle may be provided in addition to an automobile and an electric bicycle or electric scooter.

Ein erfindungsgemäßes System zur dezentralen Herstellung von Kraftstoff für ein Fahrzeug bei einem Gebäude mit einer regenerativen Energieversorgung umfasst ein Energieversorgungssystem mit einem Energieumwandler zum Erzeugen von elektrischer Energie aus regenerativer Energie. Weiterhin umfasst das System eine Kraftstoffanlage zum Herstellen von Kraftstoff unter Verwendung der elektrischen Energie des Energieversorgungssystems, einen Vorratsbehälter zum Aufbewahren von hergestelltem Kraftstoff, und eine Betankungsanlage zum Betanken des Fahrzeugs mit hergestelltem Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor des Fahrzeugs. Ferner umfasst das System eine Steuerungsvorrichtung, welche zum Bestimmen einer herzustellenden Kraftstoffmenge unter Berücksichtigung der vom Energieversorgungssystem verfügbaren elektrischen Energie und eines prognostizierten zukünftigen Energiebedarfs des Gebäudes und des Fahrzeugs mittels eines Optimierungsverfahrens ausgebildet ist, wobei eine Optimierung unter der Bedingung einer energiesparenden oder ökonomischen Energieversorgung des Fahrzeugs und des Gebäudes mit regenerativer Energie erfolgt.An inventive system for the decentralized production of fuel for a vehicle in a building with a regenerative energy supply comprises a power supply system with an energy converter for generating electrical energy from renewable energy. Furthermore, the system comprises a fuel system for producing fuel using the electric energy of the power supply system, a reservoir for storing produced fuel, and a refueling system for refueling the vehicle with manufactured fuel for an internal combustion engine of the vehicle. Further, the system includes a control device configured to determine an amount of fuel to be manufactured in consideration of the electric power available from the power supply system and a projected future energy demand of the building and the vehicle by an optimization method, optimizing under the condition of energy-saving or economical power supply of the vehicle and the building is done with renewable energy.

Analog zum korrespondierenden Verfahren wird durch das erfindungsgemäße System eine besonders ökologische oder wirtschaftliche Energieversorgung des Fahrzeugs und des Gebäudes mit regenerativer und CO₂-neutraler Energie erzielt. Dabei erfolgt eine optimale Kopplung der Energieversorgung des Gebäudes und des Fahrzeugs.Analogously to the corresponding method, a particularly ecological or economic energy supply of the vehicle and the building with regenerative and CO ₂ -neutral energy is achieved by the system according to the invention. In this case, there is an optimal coupling of the energy supply of the building and the vehicle.

Insbesondere sind Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems zum Durchführen eines der oben beschriebenen Verfahren ausgebildet. In particular, embodiments of the system according to the invention for carrying out one of the methods described above are formed.

Weitere Ausführungsformen des Systems korrespondieren jeweils mit beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und weisen entsprechende Merkmale und Vorteile auf.Further embodiments of the system correspond in each case to described embodiments of the method according to the invention and have corresponding features and advantages.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawings. Show it:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens zur dezentralen Herstellung von Kraftstoff für ein Fahrzeug bei einem Gebäude in einer schematischen Veranschaulichung; und 1 a first embodiment of a system according to the invention and method for the decentralized production of fuel for a vehicle in a building in a schematic illustration; and

2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens zur dezentralen Herstellung von Kraftstoff für zwei Fahrzeuge bei einem Gebäude in einer schematischen Veranschaulichung. 2 A second embodiment of a system and method for the decentralized production of fuel for two vehicles in a building in a schematic illustration of the invention.

In 1 wird ein System 10 zur dezentralen Herstellung von Kraftstoff bei einem Gebäude 12 für ein Fahrzeug 14 schematisch dargestellt. Das Gebäude 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Wohngebäude, beispielsweise ein Ein- oder Mehrfamilienhaus, ein Reihenhaus, oder ein Haus mit mehreren Wohnungen und verfügt über Stellplätze für ein oder mehrere Fahrzeuge. Alternativ kann das Gebäude auch ein gewerblich genutztes Gebäude sein. Das Fahrzeug 14 ist beispielhaft ein Plug-In Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem Elektromotor und einer über eine externe Stromquelle wiederaufladbaren Batterie. Dafür verfügt das Fahrzeug 14 über einen Anschluss für eine Ladestation oder eine Verbindung zu einem Stromnetz. Alternativ kann das Fahrzeug auch nur einen Verbrennungsmotor oder einen Hybridantrieb ohne Aufladung durch externe Stromquellen enthalten.In 1 becomes a system 10 for the decentralized production of fuel in a building 12 for a vehicle 14 shown schematically. The building 12 is in this embodiment, a residential building, such as a single or multi-family house, a terraced house, or a house with several apartments and has parking spaces for one or more vehicles. Alternatively, the building may also be a commercial building. The vehicle 14 is exemplified a plug-in hybrid vehicle with an internal combustion engine, an electric motor and a rechargeable via an external power source battery. The vehicle has it 14 via a connection for a charging station or a connection to a power grid. Alternatively, the vehicle may also contain only an internal combustion engine or a hybrid drive without being charged by external power sources.

Das Gebäude 12 verfügt über ein regeneratives Energieversorgungssystem 16 zum Bereitstellen von elektrischer Energie in Form von elektrischem Strom für Verbraucher in oder bei dem Gebäude. Dazu enthält das Energieversorgungssystem 16 eine Photovoltaikanlage mit Solarzellen als Energieumwandler 18 zum Erzeugen von elektrischer Energie aus Solarenergie. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Windkraftrad oder eine anderer Vorrichtung zum Umwandeln von regenerativer Energie in elektrische Energie vorgesehen sein. Weiterhin umfasst das Energieversorgungssystem 16 eine Energiespeicher 20 für elektrische Energie, wie zum Beispiel eine wiederaufladbare Batterie. Ferner ist in dem Gebäude 12 eine Heizungsanlage 22 zum Beheizen des Gebäudes 12 mit Brennstoff vorgesehen. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Öl- oder Gasheizung handeln. The building 12 has a regenerative energy supply system 16 for providing electrical energy in the form of electrical power to consumers in or at the building. This includes the energy supply system 16 a photovoltaic system with solar cells as an energy converter 18 for generating electrical energy from solar energy. Alternatively or additionally, a wind turbine or another device for converting regenerative energy into electrical energy may be provided. Furthermore, the energy supply system comprises 16 an energy store 20 for electrical energy, such as a rechargeable battery. Furthermore, in the building 12 a heating system 22 for heating the building 12 provided with fuel. This may be, for example, an oil or gas heating.

Das System 10 zur Herstellung von Kraftstoff umfasst neben dem regenerativen Energieversorgungssystems 16 eine Kraftstoffanlage 24 zur Herstellung von flüssigem oder gasförmigem Kraftstoff für Verbrennungsmotoren aus Wasser und Kohlendioxyd unter Verwendung von elektrischer Energie. Vorzugsweise ist die Kraftstoffanlage 24 zur Herstellung von Dimethylether (DME), Oxymethylether (OME), Methan oder einem ähnlichen brennbaren Kraftstoff ausgebildet, welcher eine niedrige Stickoxyd-Emission und einen geringen Partikelausstoß ermöglicht. Das benötigte Kohlendioxid wird von der Kraftstoffanlage 24 aus der Umgebungsluft oder aus Abgasen der Heizungsanlage 22 gewonnen. Zur Herstellung des Kraftstoffs enthält die Kraftstoffanlage 24 beispielsweise eine Elektrolysevorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser unter Verwendung von elektrischer Energie und einen Kraftstoff-Reformer zur Erzeugung von Kraftstoff aus Wasserstoff und Kohlendioxid. Alternativ kann auch eine Brennstoffzelle oder eine andere Vorrichtung zur direkten Herstellung von Kraftstoff aus Wasser, Kohlendioxyd und elektrischer Energie vorgesehen sein. Wesentlich ist, dass die Kraftstoffanlage eine dezentrale, kleinformatige Erzeugung von Kraftstoff bei einem Gebäude ermöglicht.The system 10 for the production of fuel includes besides the regenerative energy supply system 16 a fuel system 24 for the production of liquid or gaseous fuel for internal combustion engines of water and carbon dioxide using electrical energy. Preferably, the fuel system 24 to Made of dimethyl ether (DME), oxymethyl ether (OME), methane or a similar combustible fuel, which allows low nitrogen oxide emission and low particle emissions. The required carbon dioxide is supplied by the fuel system 24 from the ambient air or from exhaust gases of the heating system 22 won. To prepare the fuel contains the fuel system 24 For example, an electrolysis apparatus for generating hydrogen from water using electric energy and a fuel reformer for producing fuel from hydrogen and carbon dioxide. Alternatively, a fuel cell or other device for the direct production of fuel from water, carbon dioxide and electrical energy may be provided. It is essential that the fuel system enables a decentralized, small-scale production of fuel in a building.

Weiterhin umfasst das System 10 einen Vorratsbehälter 26 und eine Betankungsanlage 28. Der Vorratsbehälter 26 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Vorratstank für flüssigen Kraftstoff ausgebildet. Alternativ kann auch ein Druckbehälter für gasförmigen Kraftstoff verwendet werden. In diesem Fall enthält das System 10 zusätzlich einen Kompressionseinrichtung für den gasförmigen Kraftstoff. Die Betankungsanlage 28 enthält eine Pumpe, einen Schlauch und ein geeignetes Zapfventil zum Betanken des Fahrzeugs 14 mit hergestelltem Kraftstoff. Weiterhin enthält die Betankungsanlage 28 ein geeignet ausgebildetes Kabel mit einem Steckanschluss zum Anschluss an das Fahrzeug 14 für eine Aufladung einer wiederaufladbaren Batterie des Fahrzeugs 14. Für die Betankungsanlage 28 kann ein Lademodul zum Bereitstellen eines geeigneten Ladestroms oder Ladespannung während einer Aufladung der Batterie vorgesehen sein.Furthermore, the system includes 10 a reservoir 26 and a refueling system 28 , The storage tank 26 is formed in this embodiment as a storage tank for liquid fuel. Alternatively, a gaseous fuel pressure vessel may also be used. In this case, the system contains 10 in addition a compression device for the gaseous fuel. The refueling system 28 includes a pump, a hose and a suitable nozzle for fueling the vehicle 14 with manufactured fuel. Furthermore, the refueling system contains 28 a suitably trained cable with a plug-in connection for connection to the vehicle 14 for charging a rechargeable battery of the vehicle 14 , For the refueling system 28 For example, a charging module may be provided for providing a suitable charging current or voltage during charging of the battery.

Zur Steuerung einzelner Komponenten des Systems 10 und des gesamten Systems 10 ist eine Steuerungsvorrichtung 30 vorgesehen. Die Steuerungsvorrichtung 30 ist insbesondere zum Bestimmen einer herzustellenden Menge an Kraftstoff unter Berücksichtigung der verfügbaren elektrischen Energie des Energieversorgungssystems 16 und des Energiebedarfs des Gebäudes 12 und des Fahrzeugs 14 ausgebildet. Die verfügbare elektrische Energie umfasst eine momentane oder prognostizierte zukünftige Energieerzeugung des Energieumwandlers 18 und eine im Energiespeicher 20 gespeicherte Energie. Zusätzlich wird in diesem Ausführungsbeispiel auch ein Kraftstoffvorrat im Vorratsbehälter 26 bei der Bestimmung der herzustellenden Kraftstoffmenge berücksichtig. Der Energiebedarf des Gebäudes 12 und des Fahrzeugs 14 setzt sich jeweils aus einem momentanen oder prognostiziertem zukünftigen Bedarf an elektrischer Energie und Kraftstoff zusammen. Ferner ist die Steuerungsvorrichtung 30 zum Steuern einer Betankung des Fahrzeugs 14 mit einer bestimmten Kraftstoffmenge und einer Aufladung der Batterie des Fahrzeugs 14 mit einer bestimmten Menge an elektrischer Energie konfiguriert. Dazu bestimmt die Steuerungsvorrichtung 30 eine optimale Kraftstoffmenge und einen Aufladungsgrad der Fahrzeugbatterie unter Berücksichtigung des Energiebedarfs des Fahrzeugs 14 und des Gebäudes 12. To control individual components of the system 10 and the entire system 10 is a control device 30 intended. The control device 30 is in particular for determining an amount of fuel to be produced taking into account the available electrical energy of the power supply system 16 and the energy needs of the building 12 and the vehicle 14 educated. The available electrical energy includes instantaneous or predicted future energy production of the energy converter 18 and one in energy storage 20 stored energy. In addition, in this embodiment, a fuel supply in the reservoir 26 considered in the determination of the amount of fuel to be produced. The energy demand of the building 12 and the vehicle 14 consists of a current or forecast future demand for electrical energy and fuel. Furthermore, the control device 30 for controlling refueling of the vehicle 14 with a certain amount of fuel and a charge of the battery of the vehicle 14 configured with a certain amount of electrical energy. For this purpose, the control device determines 30 an optimal amount of fuel and a degree of charging the vehicle battery taking into account the energy needs of the vehicle 14 and the building 12 ,

Für diese Zwecke ist die Steuerungsvorrichtung 30 zum Ausführen eines geeigneten Optimierungsverfahrens ausgebildet. Insbesondere kann die Steuerungsvorrichtung 30 hierfür eine Rechnereinheit mit einem Mikroprozessor enthalten. Ziel der Optimierung ist eine möglichst energiesparende oder wirtschaftliche Energieversorgung des Fahrzeugs 14 und des Gebäudes 12 mit regenerativer und Kohlendioxydneutraler Energie ohne Nutzung von Strom aus einem öffentlichen Stromnetz oder Kraftstoff von einer externen Quelle, wie etwa einer Tankstelle.For these purposes, the control device 30 designed to carry out a suitable optimization method. In particular, the control device 30 For this purpose, a computer unit with a microprocessor included. The aim of the optimization is the most energy-efficient or economical energy supply for the vehicle 14 and the building 12 with renewable and carbon dioxide-neutral energy without the use of electricity from a public power grid or fuel from an external source, such as a gas station.

Weitere Funktionsweisen und das Zusammenwirken der Komponenten des Systems 10 werden im Folgenden zusammen mit einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur dezentralen Herstellung von Kraftstoff für ein Fahrzeug bei einem Gebäude mit einem regenerativen Energieversorgungssystems beschrieben.Other functionalities and the interaction of the components of the system 10 are described below together with an embodiment of the method for decentralized production of fuel for a vehicle in a building with a regenerative energy supply system.

Der in diesem Ausführungsbeispiel als Photovoltaikanlage mit Solarzellen ausgebildete Energieumwandler 18 erzeugt je nach Tageszeit und Wetter eine unterschiedliche Menge an elektrischer Energie. Die elektrische Energie lässt sich in Form von Strom über Stromleitungen in das Gebäude 12 einspeisen, in dem Energiespeicher 20 des Gebäudes speichern, Pfeil 32, zum Herstellen von Kraftstoff durch die Kraftstoffanlage 24 benutzen, Pfeil 34 oder direkt zum Aufladen einer Batterie des Fahrzeugs 14 verwenden, Pfeil 36. Die Verteilung der vom Energieumwandler 18 erzeugten elektrischen Energie an das Gebäude 12, den Energiespeicher 20, die Kraftstoffanlage 24 und das Fahrzeug 14 wird durch die Steuerungsvorrichtung 30 geregelt. In dem Energiespeicher 20 gespeicherte elektrische Energie lässt sich wiederum in das Gebäude 12, in die Kraftstoffanlage 24, Pfeil 38, oder in eine Batterie des Fahrzeugs 14 einspeisen, Pfeil 40. Von der Kraftstoffanlage 24 hergestellter Kraftstoff wird in dem Vorratsbehälter 26 gespeichert, Pfeil 42, und lässt sich aus dem Vorratsbehälter 26 über die Betankungsanlage 28 zum Betanken des Fahrzeugs 14, Pfeil 44, oder zum Betreiben der Heizungsanlage 22 des Gebäudes 14 verwenden, Pfeil 46. Auch diese Vorgänge werden von der Steuerungsvorrichtung 30 gesteuert.The trained in this embodiment as a photovoltaic system with solar cells energy converter 18 Depending on the time of day and the weather, it generates a different amount of electrical energy. The electrical energy can be in the form of electricity via power lines in the building 12 feed in the energy storage 20 store the building, arrow 32 for producing fuel through the fuel system 24 use, arrow 34 or directly to charge a battery of the vehicle 14 use, arrow 36 , The distribution of the energy converter 18 generated electrical energy to the building 12 , the energy storage 20 , the fuel system 24 and the vehicle 14 is by the control device 30 regulated. In the energy store 20 Stored electrical energy can be stored in the building 12 , in the fuel system 24 , Arrow 38 , or in a battery of the vehicle 14 feed, arrow 40 , From the fuel system 24 manufactured fuel is in the reservoir 26 saved, arrow 42 , and leaves the reservoir 26 about the refueling system 28 to refuel the vehicle 14 , Arrow 44 , or to operate the heating system 22 of the building 14 use, arrow 46 , These operations are also performed by the control device 30 controlled.

Bei einem Anschluss des Fahrzeugs 14 an die Betankungsanlage 28, nach einer abgeschlossenen Betankung oder zu einem anderen festlegbaren Zeitpunkt ermittelt die Steuerungsvorrichtung 30 einen zukünftigen Energiebedarf des Fahrzeugs 14. Dabei werden als Parameter des Fahrzeugenergiebedarfs Startzeit, Dauer, Strecke, Verbrauch an elektrischer Energie und Kraftstoff und dergleichen mehr für die nächste Benutzung, mehrere zukünftige Benutzungen oder bis zur nächsten geplanten Betankung bestimmt. Weiterhin werden als Parameter unter anderem Aufladungsgrad der Fahrzeugbatterie und Füllstand eines Kraftstofftanks des Fahrzeugs 14 zu Beginn eines Betankungsvorgangs, Reichweite des Fahrzeugs 14 bei elektrischen Antrieb in Abhängigkeit vom Ladezustand der Fahrzeugbatterie, Reichweite des Fahrzeugs 14 bei Kraftstoffantrieb in Abhängigkeit vom Füllstand des Kraftstofftanks, Dauer und Energieverbrauch der Herstellung einer bestimmten Kraftstoffmenge durch die Kraftstoffanlage und Dauer einer Aufladung der Fahrzeugbatterie bis zu einem bestimmten Ladezustand ermittelt.When connecting the vehicle 14 to the refueling system 28 after a completed refueling or at another determinable time, the control device determines 30 a future energy demand of the vehicle 14 , Here, as a parameter of the vehicle energy demand start time, duration, distance, consumption of electrical energy and fuel and the like more for the next use, several future uses or until the next planned refueling determined. Furthermore, as a parameter among other things degree of charging of the vehicle battery and level of a fuel tank of the vehicle 14 at the beginning of a refueling operation, range of the vehicle 14 with electric drive depending on the state of charge of the vehicle battery, range of the vehicle 14 in fuel drive depending on the level of the fuel tank, duration and energy consumption of the production of a certain amount of fuel by the fuel system and duration of a charge of the vehicle battery determined to a certain state of charge.

Zur Bestimmung solcher Parameter wertet die Steuerungsvorrichtung 30 ein Nutzungsprofil des Fahrzeugs 14 oder eine direkt eingegeben geplante Benutzung aus. Das Nutzungsprofil stellt insbesondere eine übliche bzw. durchschnittliche Nutzung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von Tageszeit und Wochentag dar. Zusätzlich können Feiertage und Ferien berücksichtigt werden. Das Nutzungsprofil kann von einem Benutzer eingegeben oder durch die Steuervorrichtung 30 oder das Fahrzeug 14 ermittelt werden. Im letzteren Fall erfolgt eine Übermittlung des Nutzungsprofils von dem Fahrzeug 14 an die Steuervorrichtung 30 über eine geeignet ausgebildete drahtlose oder drahtgebundene Verbindung. Über eine solche Verbindung können auch weitere Fahrzeugparameter, wie etwa der Füllstand des Kraftstofftanks oder der Ladezustand der Fahrzeugbatterie, an die Steuervorrichtung 30 übermittelt werden. Bei einer direkt eingegebenen Benutzung kann es sich um spezielle Benutzungen, wie beispielweise Fahrten zu Veranstaltungen, Ausflüge oder Urlaubsfahrten handeln.To determine such parameters evaluates the control device 30 a usage profile of the vehicle 14 or a directly entered scheduled usage. The usage profile represents in particular a usual or average use of the vehicle as a function of time of day and day of the week. In addition, holidays and holidays can be taken into account. The usage profile may be entered by a user or by the controller 30 or the vehicle 14 be determined. In the latter case, the usage profile is transmitted from the vehicle 14 to the control device 30 via a suitably trained wireless or wired connection. Via such a connection, further vehicle parameters, such as the fill level of the fuel tank or the state of charge of the vehicle battery, can also be sent to the control device 30 be transmitted. A directly entered use can be a special usage, such as trips to events, excursions or vacation trips.

Weiterhin bestimmt die Steuerungsvorrichtung 30 den momentanen und einen zukünftigen Energiebedarf des Gebäudes 12. Als Parameter des Gebäudeenergiebedarfs wird insbesondere ein Bedarf an elektrischer Energie für Geräte des Gebäudes 12 und an Kraftstoff für die Heizungsanlage 22 bis zur nächsten oder über einen Zeitraum von mehreren zukünftigen Kraftstoffherstellungs- oder Betankungsvorgänge ermittelt. Hierfür kann die Steuerungsvorrichtung 30 ein Energienutzungsprofil des Gebäudes 14 verwenden. Das Energienutzungsprofil stellt insbesondere einen von der Tageszeit, dem Wochentag und der Jahreszeit abhängigen durchschnittlichen Energiebedarf dar und wird durch einen Benutzer eingegeben oder durch das Energieversorgungssystem 16 oder die Steuerungsvorrichtung 30 ermittelt. Dabei kann als zusätzlicher Parameter eine Wetterprognose über die nächsten Tage berücksichtigt werden.Furthermore, the control device determines 30 the current and future energy needs of the building 12 , As a parameter of the building energy demand in particular a need for electrical energy for devices of the building 12 and fuel for the heating system 22 determined until the next or over a period of several future fuel production or refueling operations. For this purpose, the control device 30 an energy usage profile of the building 14 use. The energy usage profile represents, in particular, an average energy demand dependent on the time of day, the day of the week and the season and is entered by a user or by the energy supply system 16 or the control device 30 determined. In this case, a weather forecast for the next few days can be taken into account as an additional parameter.

Die Steuerungsvorrichtung 30 bestimmt ferner eine momentane oder über einen zukünftigen Zeitraum verfügbare elektrische Energie des Energieversorgungssystems 16. Dabei werden als Parameter beispielsweise eine momentane oder über einen zukünftigen Zeitraum von dem Energieumwandler 18 erzeugte elektrische Energie, die im Energiespeicher 20 des Gebäudes 14 gespeicherte Energie und die im Vorratsbehälter 26 aufbewahrte Kraftstoffmenge ermittelt. Zu diesem Zweck kann ein von der Tageszeit, dem Wochentag und der Jahreszeit abhängiges Energieerzeugungsprofil vorgesehen sein, welches von einem Benutzer eingegeben oder von dem Energieerzeugungssystem 16 bestimmt wird. Als weiterer Parameter kann eine Wettervorhersage berücksichtigt werden.The control device 30 further determines an instantaneous or future period available electrical energy of the power system 16 , In this case, as parameters, for example, a current or over a future period of the energy converter 18 generated electrical energy stored in the energy store 20 of the building 14 stored energy and stored in the reservoir 26 Stored fuel quantity determined. For this purpose, a power generation profile dependent on the time of day, the day of the week and the season may be provided which is input by a user or by the power generation system 16 is determined. As another parameter, a weather forecast can be taken into account.

Mit einigen oder allen oben genannten Parametern führt die Steuerungsvorrichtung 30 ein Optimierungsverfahren zur Bestimmung einer optimalen Kraftstoffmenge und Aufladung der Fahrzeugbatterie des Fahrzeugs 14 für einen Betankungsvorgang durch. Insbesondere wird dabei eine von der Kraftstoffanlage 24 herzustellende optimale Kraftstoffmenge bestimmt. Die Optimierung erfolgt hinsichtlich einer möglichst energiesparenden oder ökonomischen Energieversorgung des Fahrzeugs 14 und des Gebäudes 12 mit Energie. Dabei wird insbesondere eine vollständige Energieversorgung des Fahrzeugs 14 und des Gebäudes 12 mit erneuerbarer und CO₂-neutraler Energie angestrebt. Mit anderen Worten wird durch die Optimierung ein ökonomisch oder ökologisch optimales Verhältnis zwischen einer Betankung des Fahrzeugs 14 mit hergestelltem Kraftstoff, einer Aufladung der Fahrzeugbatterie mit von dem Energieversorgungssystem 16 bereitgestellter elektrischer Energie, einer Versorgung des Gebäudes 12 mit elektrischer Energie und einer Versorgung der Heizungsanlage 22 mit hergestelltem Kraftstoff ermittelt. Anschließend erfolgt eine Herstellung der bestimmten Kraftstoffmenge durch die Kraftstoffanlage 24 und eine Betankung und Aufladung des Fahrzeugs 14 mit Kraftstoff und elektrischer Energie durch die Betankungsanlage 28.With some or all of the above parameters, the control device performs 30 an optimization method for determining an optimal amount of fuel and charging the vehicle battery of the vehicle 14 for a refueling operation. In particular, one of the fuel system 24 determined to be produced optimum amount of fuel. The optimization takes place with regard to energy-saving or economical energy supply of the vehicle 14 and the building 12 with energy. In this case, in particular a complete power supply of the vehicle 14 and the building 12 with renewable and CO ₂ -neutral energy. In other words, optimizing an economically or ecologically optimal relationship between a refueling of the vehicle 14 with fuel produced, a charge of the vehicle battery with from the power supply system 16 provided electrical energy, a supply of the building 12 with electrical energy and a supply of the heating system 22 determined with manufactured fuel. Subsequently, a production of the specific amount of fuel through the fuel system 24 and a refueling and charging of the vehicle 14 with fuel and electrical energy through the refueling system 28 ,

In 2 wird ein zweites Ausführungsbeispiel eines Systems 10 zur dezentralen Herstellung von Kraftstoff bei einem Gebäude 12 dargestellt. Das System 10 entspricht im Wesentlichen dem System des ersten Ausführungsbeispiels, ist aber zur Betankung von zwei Fahrzeugen 14, 48 ausgebildet. Daher sind gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel funktionell oder strukturell ähnliche oder gleiche Komponenten mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet und es wird für eine Beschreibung dieser Komponenten auch auf die Anmerkungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.In 2 becomes a second embodiment of a system 10 for the decentralized production of fuel in a building 12 shown. The system 10 corresponds essentially to the system of the first embodiment, but is for refueling of two vehicles 14 . 48 educated. Therefore, compared to the first embodiment, functionally or structurally similar or identical components are designated by corresponding reference numerals, and reference is also made to the comments on the first embodiment for a description of these components.

Das erste Fahrzeug 14 enthält zum Antrieb einen Verbrennungsmotor und ist beispielsweise als Hybridfahrzeug ausgebildet. Das zweite Fahrzeug 48 umfasst einen Elektromotor als Antrieb und stellt zum Beispiel ein batteriebetriebenes Fahrzeug dar. Mit einer geeignet konfigurierten Betankungsanlage 28 lässt sich gleichzeitig oder nacheinander das erste Fahrzeug 14 mit Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 26 betanken und das zweite Fahrzeug 48 mit Strom aus dem Energieversorgungssystem 16 aufladen. Dazu erfolgt bei der oben beschriebenen Optimierung zusätzlich zur Berücksichtigung des Energiebedarfs des ersten Fahrzeugs 14 auch eine Berücksichtigung des Energiebedarfs des zweiten Fahrzeugs 48. Neben einem Nutzungsprofil des ersten Fahrzeugs 14 geht in die Optimierung auch ein Nutzungsprofil des zweiten Fahrzeugs ein. Für eines oder beide Fahrzeuge 14, 48 kann auch eine Eingabe einer speziellen geplanten Benutzungen erfolgen. In alternativen Ausführungsbeispielen können auch mehr als zwei Fahrzeuge bei einer Optimierung berücksichtigt und durch die Betankungsanlage 28 betankt bzw. aufgeladen werden. Neben einem Automobil kann das zweite Fahrzeug 48 auch ein Elektrofahrrad oder ein Elektroroller darstellen.The first vehicle 14 contains to drive a combustion engine and is for example as Hybrid vehicle trained. The second vehicle 48 includes an electric motor as a drive and represents, for example, a battery-powered vehicle. With a suitably configured refueling system 28 At the same time or in succession, the first vehicle can be parked 14 with fuel from the reservoir 26 refuel and the second vehicle 48 with power from the power system 16 charge. For this purpose, in the optimization described above, in addition to the consideration of the energy requirement of the first vehicle 14 also a consideration of the energy needs of the second vehicle 48 , In addition to a usage profile of the first vehicle 14 A usage profile of the second vehicle is also included in the optimization. For one or both vehicles 14 . 48 It is also possible to enter a specific planned use. In alternative embodiments, more than two vehicles can be considered in an optimization and by the refueling system 28 refueled or charged. In addition to an automobile, the second vehicle 48 also represent an electric bicycle or electric scooter.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2012/159818 A1 [0003]
DE 202011005536 U1 [0005]

Claims

Method for the decentralized production of fuel for a vehicle ( 14 ) at a building ( 12 ) with a regenerative energy supply system ( 16 ), comprising the steps of: - generating electrical energy from regenerative energy by means of an energy converter ( 18 ) of the energy supply system ( 16 ), - Producing fuel in a determined amount of fuel using the electrical energy of the power supply system ( 16 ) by means of a fuel system ( 24 ), - storing the produced fuel in a reservoir ( 26 ) of the fuel system ( 24 ), and - fueling the vehicle ( 14 ) with the produced fuel for operating an internal combustion engine of the vehicle ( 14 ), characterized in that - determining a quantity of fuel to be produced taking into account the energy converter ( 18 ) available electrical energy and a predicted future energy demand of the building ( 12 ) and the vehicle ( 14 ), wherein an optimization under the condition of an energy-saving or economical energy supply of the vehicle ( 14 ) and the building ( 12 ) takes place with regenerative energy.

A method according to claim 1, characterized in that generated electrical energy in an energy store ( 20 ) of the energy supply system ( 16 ), and determining the amount of fuel to be produced taking into account one in the energy storage ( 16 ) stored electrical energy and one in the reservoir ( 26 ) amount of fuel stored.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a rechargeable memory of the vehicle ( 14 ) for electrical energy for operating an electric motor of the vehicle with electrical energy from the power supply system ( 16 ) and a determination of the amount of energy used for charging taking into account the energy supply system ( 16 ) available electrical energy from the fuel system ( 24 available fuel and the projected future energy needs of the building ( 12 ) and the vehicle ( 14 ), whereby for a given energy requirement of the vehicle ( 14 ) is determined by means of an optimization, an economic or energy-saving degree of charging of the rechargeable electric energy storage together with a fuel amount for refueling.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the predicted future energy requirement of the vehicle ( 14 ) based on a usage profile of the vehicle ( 14 ) is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the predicted future energy requirement of the vehicle ( 14 ) is determined on the basis of a predetermined planned use.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a heating system ( 22 ) of the building ( 12 ) with fuel from the fuel system ( 24 ) and the projected future energy needs of the building ( 12 ) taking into account a fuel demand of the heating system ( 22 ) is determined.

A method according to claim 6, characterized in that by means of an optimization, an economically or ecologically optimized relationship between a refueling of the vehicle ( 14 ) with fuel produced, a charge of the rechargeable store of the vehicle with the power supply system ( 16 ) provided electrical energy, a supply of the building ( 12 ) with electrical energy and a supply of the heating system ( 22 ) is determined with produced fuel.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an energy requirement of another vehicle ( 48 ) is taken into account in the determination of an amount of fuel to be produced.

System ( 10 ) for the decentralized production of fuel for a vehicle ( 14 ) at a building ( 12 ) with a regenerative energy supply, the system ( 10 ) comprises: - a power supply system ( 16 ) with an energy converter ( 18 ) for generating electrical energy from regenerative energy, - a fuel system ( 24 ) for producing fuel using the electrical energy of the power supply system ( 16 ), - a storage container ( 26 ) for the storage of manufactured fuel, and - a refueling system ( 28 ) for refueling the vehicle ( 14 ) with fuel produced for an internal combustion engine of the vehicle ( 14 ), characterized in that - the system comprises a control device ( 30 ), which is used to determine an amount of fuel to be produced taking into account the energy supply system ( 16 ) available electrical energy and a projected future energy demand of the building ( 12 ) and the vehicle ( 14 ) is formed by means of an optimization method, wherein an optimization under the condition of an energy-saving or economical energy supply of the vehicle ( 14 ) and the building ( 12 ) takes place with regenerative energy.