DE102016222152B4

DE102016222152B4 - Decentralized production of fuel for a vehicle

Info

Publication number: DE102016222152B4
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: 2020-12-24
Anticipated expiration: 2036-11-12
Also published as: DE102016222152A1

Abstract

Verfahren zur dezentralen Herstellung von Kraftstoff für ein Fahrzeug (14) bei einem Gebäude (12) mit einem regenerativen Energieversorgungssystem (16), umfassend die Schritte:- Erzeugen von elektrischer Energie aus regenerativer Energie durch einen Energieumwandler (18) des Energieversorgungssystems (16),- Herstellen von Kraftstoff in einer ermittelten Kraftstoffmenge unter Verwendung der elektrischen Energie des Energieversorgungssystems (16) mittels einer Kraftstoffanlage (24),- Aufbewahren des hergestellten Kraftstoffs in einem Vorratsbehälter (26) der Kraftstoffanlage (24),- Betanken des Fahrzeugs (14) mit dem hergestellten Kraftstoff zum Betreiben eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs (14), und- 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, dadurch gekennzeichnet, dass- ein wiederaufladbarer Speicher des Fahrzeugs (14) für elektrische Energie zum Betreiben eines Elektromotors des Fahrzeugs mit elektrischer Energie vom Energieversorgungssystem (16) aufgeladen wird, und- eine Bestimmung der zum Aufladen verwendeten Energiemenge unter Berücksichtigung der vom Energieversorgungssystem (16) verfügbaren elektrischen Energie, des von der Kraftstoffanlage (24) verfügbaren Kraftstoffs und des prognostizierten zukünftigen Energiebedarfs des Gebäudes (12) und des Fahrzeugs (14) erfolgt, wobei für einen bestimmten Energiebedarf des Fahrzeugs (14) mittels einer Optimierung ein wirtschaftlicher oder energiesparender Aufladungsgrad des wiederaufladbaren Speichers für elektrische Energie zusammen mit einer Kraftstoffmenge für eine Betankung ermittelt wird.A method for the decentralized production of fuel for a vehicle (14) in a building (12) with a regenerative energy supply system (16), comprising the steps of: - generating electrical energy from regenerative energy by an energy converter (18) of the energy supply system (16), - Production of fuel in a determined amount of fuel using the electrical energy of the energy supply system (16) by means of a fuel system (24), - Storage of the produced fuel in a storage container (26) of the fuel system (24), - Refueling of the vehicle (14) with the fuel produced for operating an internal combustion engine of the vehicle (14), and determining an amount of fuel to be produced taking into account the electrical energy available from the energy converter (18) and a forecast future energy demand of the building (12) and the vehicle (14), with an optimization under the condition of an energy saving arenden or economical energy supply of the vehicle (14) and the building (12) takes place with regenerative energy, characterized in that - a rechargeable storage of the vehicle (14) for electrical energy for operating an electric motor of the vehicle with electrical energy from the energy supply system (16) is charged, and the amount of energy used for charging is determined taking into account the electrical energy available from the energy supply system (16), the fuel available from the fuel system (24) and the forecast future energy requirement of the building (12) and the vehicle (14) , wherein for a specific energy requirement of the vehicle (14) an economical or energy-saving degree of charge of the rechargeable storage device for electrical energy is determined together with an amount of fuel for refueling.

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 the decentralized production of fuel for a vehicle in a building with a regenerative energy supply system, the method 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 electrical Comprises energy of the energy supply system by means of a fuel system, storing the fuel produced in a storage container of the fuel system, and refueling the vehicle with the fuel produced in order to operate an internal combustion engine of the vehicle. The invention also relates to a corresponding system for the decentralized production of fuel for a vehicle in a building with a regenerative energy 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.Energy supply systems that use renewable energies are increasingly being used in residential buildings. Among other things, solar cells or wind turbines are used to generate electrical energy from solar energy or wind energy. In addition to financial advantages with ever higher prices for fossil fuels, an environmentally friendly energy supply for households is achieved in this way. Since the conversion of renewable energies into electricity takes place very irregularly, depending on the time of day and weather conditions, and accumulators for storing electrical energy are expensive, excess energy is often fed into a public power grid at unfavorable conditions. In the meantime, however, decentralized, small-format plants for producing fuel from water and carbon dioxide using electrical energy are also 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 generate methanol or dimethyl ether (DME) from water and carbon dioxide. The carbon dioxide required for this can be obtained from the air or from the exhaust gases of a heating system. Either a combination of a hydrogen fuel cell and a methanol reformer or a direct methanol fuel cell is used as the methanol fuel cell. The generated methanol is stored in a fuel tank. If the demand for electrical energy is higher than the energy provided by the solar cells, electrical energy, water and carbon dioxide are generated from methanol in a reverse work 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 liquid or gaseous fuel produced is also suitable as a 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. Removing fuel from the fuel tank at other times can have a negative impact on the building's regenerative energy supply. The use of such a fuel cell for the exclusive production of fuel for a vehicle can also lead to an overload of the building's regenerative energy supply system. On the other hand, generating fuel from electricity from a public power grid is associated with additional costs. These circumstances are even more problematic in the case of plug-in hybrid vehicles with an internal combustion engine and an electric motor. In these vehicles, both the production or withdrawal of fuel and the charging of a vehicle battery through the building's regenerative energy supply system may be desirable. 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 describes a system for the use of time-variable carbon dioxide from different emission sources. The system contains a device for generating 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. A device for thermal dissociation of water can also be provided. Carbon dioxide-containing gases from power plants or other emission sources are fed to cleaning, separation and compression devices in the plant. Intermediate storage can be provided. Hydrogen and carbon dioxide are processed into methane in a methanation device in the plant. The methane or the methanol produced from it is used to supply energy to motor vehicles or to supply gas or electricity to buildings.

Aus der WO 03/107508 A2 sind ein Verfahren und ein System zur dezentralen Herstellung von Kraftstoff bekannt. Dazu wird elektrische Energie aus regenerativer Energie durch Energieumwandler des Energieversorgungssystems erzeugt, Kraftstoff wird in einer ermittelten Menge unter Verwendung der elektrischen Energie des Energieversorgungssystems hergestellt. Der hergestellte Kraftstoff wird in einem Vorratsbehälter der Kraftstoffanlage aufbewahrt. Das Fahrzeug wird mit dem hergestellten Kraftstoff betankt, zum Betreiben eines Verbrennungsmotors. Die herzustellende Kraftstoffmenge wird anhand der verfügbaren elektrischen Energie und eines prognostizieren künftigen Energieverbrauchs und der prognostizierten Energieproduktion ermittelt.From the WO 03/107508 A2 a method and a system for the decentralized production of fuel are known. To do this, electrical energy from regenerative energy is used Energy converter of the energy supply system generated, fuel is produced in a determined amount using the electrical energy of the energy supply system. The fuel produced is stored in a storage container in the fuel system. The vehicle is refueled with the fuel produced in order to operate an internal combustion engine. The amount of fuel to be produced is determined based on the available electrical energy and a forecast future energy consumption and the forecast energy production.

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.One object of the present invention is to provide a method and a system for the decentralized production of fuel for a vehicle in a building with a regenerative energy supply system, the disadvantages mentioned being avoided or at least reduced and in particular an economically and ecologically effective energy supply for the building and of 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 with 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 with a regenerative energy supply system, electrical 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 as an energy converter in the building. The building is preferably designed as a residential building, for example as a single or multi-family house, and preferably has at least one parking space for a vehicle. Alternatively, the building can also be a commercially used building. The vehicle includes an internal combustion engine as a drive and is configured to use the fuel produced.

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.Fuel is produced in a determined amount of fuel using the electrical energy of the building's energy supply system 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 carries out, for example, an electrolysis of water to generate hydrogen and then generates fuel in a fuel reformer from hydrogen and carbon dioxide from the ambient air. The fuel system thus enables a decentralized, small-format 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.A determination of a fuel quantity to be produced is carried out by means of a control device, taking into account the electrical energy available from the energy converter and a forecast future energy demand of the building and the vehicle, with an optimization taking place under the condition of an energy-saving or economical energy supply of the vehicle and the building with regenerative energy. The control device can use a suitable optimization method for this. The parameters of the optimization process include, for example, start time, duration, distance or fuel consumption for future use of the vehicle, duration and energy consumption of producing a certain amount of fuel by the fuel system, electrical energy requirements for devices in the building during production of fuel and a currently or future available electrical energy of the energy 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, the fuel produced is stored in a storage container of the fuel system and the vehicle is refueled with the fuel produced for operating the internal combustion engine of the vehicle by means of a refueling system. In the case of gaseous fuel, a compression device for the fuel can also be provided. The refueling system is preferably arranged at a parking space of the vehicle and comprises, for example, a pump, a hose and a suitable nozzle for refueling 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.With such a method according to the invention, the energy supply of the vehicle is optimally integrated into the regenerative energy supply of the building. With the use of renewable energies to generate electricity, a very ecological fuel is also produced. Since the carbon dioxide used to produce the fuel is fed back into the air during combustion, a carbon dioxide cycle results and thus a CO ₂ -neutral fuel supply to the vehicle. In particular, instead of feeding excess electrical energy into a power grid, it is now possible to supply a vehicle with fuel that is matched 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. The determination continues the amount of fuel to be produced, taking into account an electrical energy stored in the energy store and an amount of fuel stored in the reservoir. An electrochemical store, such as a rechargeable battery, for example, can be provided as the energy store. Such energy storage devices are often used to create energy reserves in a local regenerative energy supply for a building. In particular, electrical energy generated beyond a momentary 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 avoids a bottleneck in the energy supply due to the consumption of reserves for fuel production. In a further embodiment, excess electrical energy is used directly for the production of fuel and the produced fuel is stored in the storage container 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 store of the vehicle for electrical energy for operating an electric motor of the vehicle is charged with electrical energy from the energy supply system. The amount of energy used for charging is determined taking into account the electrical energy available from the energy supply system, the fuel available from the fuel system and the forecast future energy requirements of the building and the vehicle, with an economical or energy-saving degree of charging for a specific energy requirement of the vehicle by means of optimization of the rechargeable store for electrical energy is determined together with an amount of fuel 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 vehicle's rechargeable storage device is, for example, a vehicle battery for storing electrical energy on an electrochemical basis. The vehicle can be a plug-in hybrid vehicle with an internal combustion engine and an electric motor for driving the vehicle. The vehicle battery can be charged in a plug-in hybrid vehicle by connecting it 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, with the aid of a suitable optimization method by the control device. For a specific energy requirement of the vehicle, an economically optimal or energy-saving degree of charge of the vehicle battery is determined together with a fuel quantity for refueling. In addition, a charging duration of the vehicle battery, a production duration of the fuel, an energy consumption in fuel production, a range of a battery charge or a range of a fuel quantity can be taken into account in the optimization.

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 requirement of the vehicle is determined on the basis of a usage profile of the vehicle. The usage profile preferably represents an average usage of the vehicle depending on the time of day and day of the week. The usage profile contains, for example, start time, duration and route for individual uses and is either specified 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 designed wireless or wired connection. In addition, public holidays or vacations can be taken into account in the usage profile. With the use of such a usage profile, the control device takes into account normal usage of the vehicle when producing fuel or when 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 specified use is a special use of the vehicle, for example a trip to an event, an excursion or a vacation trip. Start time, duration, route or destination and the like are specified. In this way, special uses of the vehicle that are not contained 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 forecast future energy requirement of the building is determined taking into account a fuel requirement of the heating system. For example, the heating system includes an oil or gas heater. With this measure, heating of the building is also optimally integrated into the regenerative energy supply of the vehicle and the building. According to a further embodiment, the use of waste heat in the production of fuel for 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 one embodiment of the method according to the invention, an economically or ecologically optimized relationship between refueling the vehicle with produced fuel, charging the rechargeable memory of the vehicle with electrical energy provided by the energy supply system, supplying the building with electrical energy and a Determination of the supply of the heating system with produced 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 a further vehicle is taken into account when determining a fuel quantity to be produced. In particular, the second vehicle can be a battery-operated vehicle. In this case, for example, a fuel quantity to be produced is determined for the first vehicle and a degree of charge of a battery is determined for the second vehicle by means of electricity from the energy supply system of the building. For this purpose, in addition to a usage profile or an entered special use of the first vehicle, a usage profile or an entered special use of the second vehicle can also be included in an optimization method. In addition to an automobile, an electric bicycle or an electric scooter can also be provided as the second vehicle.

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.A system according to the invention for the decentralized production of fuel for a vehicle in a building with a regenerative energy supply comprises an energy supply system with an energy converter for generating electrical energy from regenerative energy. The system further comprises a fuel system for producing fuel using the electrical energy of the energy supply system, a reservoir for storing produced fuel, and a fueling system for refueling the vehicle with produced fuel for an internal combustion engine of the vehicle. Furthermore, the system comprises a control device which is designed to determine a fuel quantity to be produced taking into account the electrical energy available from the energy supply system and a forecast future energy requirement of the building and the vehicle by means of an optimization method, with an optimization under the condition of an energy-saving or economical energy supply for the vehicle and the building is made 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, the system according to the invention achieves a particularly ecological or economical energy supply for the vehicle and the building with regenerative and CO ₂ -neutral energy. The energy supply of the building and the vehicle is optimally coupled.

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

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 the 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:

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
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens zur dezentralen Herstellung von Kraftstoff für zwei Fahrzeuge bei einem Gebäude in einer schematischen Veranschaulichung.

The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:

1 a first embodiment of a system and method according to the invention for the decentralized production of fuel for a vehicle in a building in a schematic illustration; and
2 a second exemplary embodiment of a system and method according to the invention for the decentralized production of fuel for two vehicles in a building in a schematic illustration.

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 12th for a vehicle 14th shown schematically. The building 12th is in this embodiment a residential building, for example a single or multi-family house, a row house, or a house with several apartments and has parking spaces for one or more vehicles. Alternatively, the building can also be a commercially used building. The vehicle 14th is an example of a plug-in hybrid vehicle with an internal combustion engine, an electric motor and a battery that can be recharged via an external power source. The vehicle has that 14th via a connection for a charging station or a connection to a power grid. Alternatively, the vehicle can only contain an internal combustion engine or a hybrid drive without charging 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 12th has a regenerative energy supply system 16 for providing electrical energy in the form of electrical power for consumers in or near the building. For this purpose, the energy supply system contains 16 a photovoltaic system with solar cells as an energy converter 18th for generating electrical energy from solar energy. Alternatively or additionally, a wind turbine or some other device for converting regenerative energy into electrical energy can also be provided. Also includes the energy supply system 16 an energy storage 20th for electrical energy, such as a rechargeable battery. Also in the building 12th a heating system 22nd for heating the building 12th provided with fuel. This can, for example, be an oil or gas heater.

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 in addition to the regenerative energy supply system 16 a fuel system 24 for the production of liquid or gaseous fuel for internal combustion engines from water and carbon dioxide using electrical energy. Preferably the fuel system 24 designed for the production of dimethyl ether (DME), oxymethyl ether (OME), methane or a similar combustible fuel, which enables low nitrogen oxide emissions and low particle emissions. The required carbon dioxide is provided by the fuel system 24 from the ambient air or from exhaust gases from the heating system 22nd won. To produce the fuel, the fuel system contains 24 for example, an electrolysis device for generating hydrogen from water using electrical energy and a fuel reformer for generating fuel from hydrogen and carbon dioxide. Alternatively, a fuel cell or some other device for the direct production of fuel from water, carbon dioxide and electrical energy can also be provided. It is essential that the fuel system enables a decentralized, small-format 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.The system also includes 10 a storage container 26th and a refueling system 28 . The storage container 26th is designed in this embodiment as a storage tank for liquid fuel. Alternatively, a pressure vessel for gaseous fuel can also be used. In this case the system contains 10 additionally a compression device for the gaseous fuel. The refueling system 28 contains a pump, a hose and a suitable nozzle for refueling the vehicle 14th with manufactured fuel. Furthermore contains the refueling system 28 a suitably designed cable with a plug connector for connection to the vehicle 14th for charging a rechargeable battery of the vehicle 14th . For the fueling system 28 A charging module can be provided for providing a suitable charging current or charging voltage while the battery is being charged.

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.For controlling individual components of the system 10 and the whole system 10 is a control device 30th intended. The control device 30th is in particular for determining a quantity of fuel to be produced, taking into account the available electrical energy of the energy supply system 16 and the energy demand of the building 12th and the vehicle 14th educated. The available electrical energy includes a current or forecast future energy generation of the energy converter 18th and one in the energy storage 20th stored energy. In addition, in this exemplary embodiment there is also a fuel supply in the storage container 26th when determining the amount of fuel to be produced. The building's energy needs 12th and the vehicle 14th consists of a current or forecast future demand for electrical energy and fuel. Furthermore, the control device 30th for controlling fueling of the vehicle 14th with a certain amount of fuel and a charge of the vehicle's battery 14th configured with a certain amount of electrical energy. The control device determines this 30th an optimal amount of fuel and a charge level of the vehicle battery taking into account the energy requirements of the vehicle 14th and the building 12th .

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 is 30th designed to carry out a suitable optimization method. In particular, the control device 30th contain a computer unit with a microprocessor for this purpose. The aim of the optimization is the most energy-saving or economical energy supply for the vehicle 14th and the building 12th with renewable and carbon dioxide-neutral energy without using 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.Further functions and the interaction of the components of the system 10 are described below together with an exemplary embodiment of the method for the 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 energy converter designed in this exemplary embodiment as a photovoltaic system with solar cells 18th generates a different amount of electrical energy depending on the time of day and the weather. The electrical energy can be in the form of electricity via power lines in the building 12th feed into the energy storage 20th save the building arrow 32 to produce fuel through the fuel system 24 use arrow 34 or directly to charge a battery in the vehicle 14th use arrow 36 . The distribution of the energy converter 18th generated electrical energy to the building 12th , the energy storage 20th who have favourited the fuel system 24 and the vehicle 14th is controlled by the control device 30th regulated. In the energy store 20th stored electrical energy can in turn into the building 12th , into the fuel system 24 , Arrow 38 , or in a vehicle battery 14th feed in, arrow 40 . From the fuel system 24 produced fuel is in the reservoir 26th saved, arrow 42 , and can be removed from the storage container 26th via the refueling system 28 for refueling the vehicle 14th , Arrow 44 , or to operate the heating system 22nd of the building 14th use arrow 46 . These processes are also carried out by the control device 30th 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 the vehicle is connected 14th to the refueling system 28 , after a completed refueling or at another definable point in time, the control device determines 30th a future energy demand of the vehicle 14th . Start time, duration, distance, consumption of electrical energy and fuel and the like are determined as parameters of the vehicle energy requirement for the next use, several future uses or until the next planned refueling. Furthermore, parameters include the degree of charge of the vehicle battery and the fill level of a vehicle's fuel tank 14th at the beginning of a refueling process, range of the vehicle 14th with electric drive depending on the charge level of the vehicle battery, range of the vehicle 14th in the case of fuel drive depending on the level of the fuel tank, the duration and energy consumption of the production of a certain amount of fuel by the fuel system and the duration of charging the vehicle battery up 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.The control device evaluates to determine such parameters 30th a usage profile of the vehicle 14th or a planned use entered directly. The usage profile represents, in particular, normal or average usage of the vehicle depending on the time of day and day of the week. In addition, public holidays and vacations can be taken into account. The usage profile can be entered by a user or by the control device 30th or the vehicle 14th be determined. In the latter case, the vehicle's usage profile is transmitted 14th to the control device 30th via a suitably designed wireless or wired connection. Such a connection can also be used to send further vehicle parameters, such as the fill level of the fuel tank or the state of charge of the vehicle battery, to the control device 30th be transmitted. A directly entered use can be special uses, 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.The control device also determines 30th the current and future energy requirements of the building 12th . A requirement for electrical energy for devices in the building is in particular used as a parameter of the building energy requirement 12th and fuel for the heating system 22nd determined up to the next or over a period of several future fuel production or refueling processes. The control device 30th an energy usage profile of the building 14th use. The energy usage profile represents, in particular, an average energy requirement that is 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 30th determined. 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 30th furthermore determines a current electrical energy of the energy supply system or an electrical energy available over a future period of time 16 . For example, a current or future period of time from the energy converter is used as a parameter 18th generated electrical energy in the energy storage 20th of the building 14th stored energy and that in the storage tank 26th the amount of fuel stored is determined. For this purpose, a power generation profile that is dependent on the time of day, the day of the week and the season can be provided, which is entered by a user or from the power generation system 16 is determined. A weather forecast can be taken into account as a further parameter.

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 30th an optimization method for determining an optimal amount of fuel and charging the vehicle battery of the vehicle 14th for a refueling process. In particular, one of the fuel system 24 Determines the optimal amount of fuel to be produced. The optimization takes place with regard to an energy-saving or economical energy supply for the vehicle 14th and the building 12th with energy. In particular, the vehicle is supplied with complete energy 14th and the building 12th aimed at using renewable and CO ₂ -neutral energy. In other words, the optimization creates an economically or ecologically optimal ratio between refueling the vehicle 14th with produced fuel, a charge of the vehicle battery with from the energy supply system 16 electrical energy provided, a supply of the building 12th with electrical energy and a supply of the heating system 22nd determined with produced fuel. The fuel system then produces the specific amount of fuel 24 and refueling and charging the vehicle 14th 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 12th shown. The system 10 corresponds essentially to the system of the first exemplary embodiment, but is for refueling two vehicles 14th , 48 educated. For this reason, components that are functionally or structurally similar or identical to those of the first exemplary embodiment are denoted by corresponding reference symbols, and for a description of these components, reference is also made to the comments on the first exemplary embodiment.

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 14th contains an internal combustion engine for driving and is designed, for example, as a hybrid vehicle. 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 the first vehicle can be moved simultaneously or one after the other 14th with fuel from the storage tank 26th refuel and the second vehicle 48 with electricity from the energy supply system 16 charge. For this purpose, the optimization described above also takes into account the energy requirement of the first vehicle 14th also taking into account the energy requirement of the second vehicle 48 . In addition to a usage profile of the first vehicle 14th a usage profile of the second vehicle is also included in the optimization. For one or both vehicles 14th , 48 a special planned use can also be entered. In alternative exemplary embodiments, more than two vehicles can also be taken into account in an optimization and through the refueling system 28 be refueled or recharged. In addition to an automobile, the second vehicle can 48 also represent an electric bike or an electric scooter.

Claims

A method for the decentralized production of fuel for a vehicle (14) in a building (12) with a regenerative energy supply system (16), comprising the steps of: - generating electrical energy from regenerative energy by an energy converter (18) of the energy supply system (16), - Production of fuel in a determined amount of fuel using the electrical energy of the energy supply system (16) by means of a fuel system (24), - Storage of the produced fuel in a storage container (26) of the fuel system (24), - Refueling of the vehicle (14) with the fuel produced for operating an internal combustion engine of the vehicle (14), and - determining an amount of fuel to be produced taking into account the electrical energy available from the energy converter (18) and a forecast future energy demand of the building (12) and the vehicle (14), with an optimization under the condition of an ener Cast-saving or economical energy supply of the vehicle (14) and the building (12) takes place with regenerative energy, characterized in that - a rechargeable storage of the vehicle (14) for electrical energy for operating an electric motor of the vehicle with electrical energy from the energy supply system (16) is charged, and the amount of energy used for charging is determined taking into account the electrical energy available from the energy supply system (16), the fuel available from the fuel system (24) and the forecast future energy requirements of the building (12) and the vehicle (14) , wherein for a specific energy requirement of the vehicle (14) an economical or energy-saving degree of charge of the rechargeable store for electrical energy is determined together with a fuel quantity for refueling by means of an optimization.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the optimization takes into account a charging duration of a vehicle battery, a production duration of the fuel, an energy consumption of the fuel production, a range of a battery charge or a range of a fuel quantity.

Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that generated electrical energy is stored in an energy store (20) of the energy supply system (16), and the determination of the amount of fuel to be produced takes into account an electrical energy stored in the energy store (16) and an amount of fuel stored in the storage container (26).

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

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

Procedure according to Claim 6 , characterized in that, by means of an optimization, an economically or ecologically optimized relationship between refueling the vehicle (14) with produced fuel, charging the rechargeable memory of the vehicle with electrical energy provided by the energy supply system (16), and supplying the building (12 ) is determined with electrical energy and a supply of the heating system (22) with produced fuel.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an energy requirement of a further vehicle (48) is taken into account when determining a fuel quantity to be produced.

System (10) for the decentralized production of fuel for a vehicle (14) in a building (12) with a regenerative energy supply, the system (10) comprising: - an energy supply system (16) with an energy converter (18) for generating electrical energy Energy from regenerative energy, - a fuel system (24) for producing fuel using the electrical energy of the energy supply system (16), - a storage container (26) for storing produced fuel, - a refueling system (28) for refueling the vehicle (14 ) with produced fuel for an internal combustion engine of the vehicle (14), and - a control device (30) which is used to determine an amount of fuel to be produced, taking into account the electrical energy available from the energy supply system (16) and a forecast future energy requirement of the building (12) and the Vehicle (14) is formed by means of an optimization method, where in an optimization under the condition of an energy-saving or economical energy supply of the vehicle (14) and the building (12) with regenerative energy, characterized in that - the system for charging a rechargeable storage device of the vehicle (14) for electrical energy to operate a The electric motor of the vehicle is designed with electrical energy from the energy supply system (16), and - the control device (30) for determining the amount of energy used for charging, taking into account the electrical energy available from the energy supply system (16), the fuel available from the fuel system (24) and of the forecast future energy demand of the building (12) and the vehicle (14) is configured, with an economical or energy-saving degree of charge of the rechargeable storage device for electrical energy combined for a specific energy demand of the vehicle (14) by means of an optimization is determined with an amount of fuel for refueling.