DE102017002823A1 - Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers (4, 19) eines Fahrzeugs (2), umfassend einen Gleichspannungswandler (11), eine Brennstoffzelle (10) zur Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie und eine Schnittstelle (19) zum Anschließen einer Anordnung (7a, 7b) zur Bevorratung eines chemischen Energieträgers, wobei die Schnittstelle (19) mit der Brennstoffzelle (10) und die Brennstoffzelle (10) mit dem Gleichspannungswandler (11) verbunden ist und dass die Vorrichtung (1) eingerichtet ist, den von der Brennstoffzelle (10) erzeugten Strom direkt einem elektrischen Energiespeicher (4) des Fahrzeugs (2) zuzuführen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge mit Alternativantrieben zu Diesel oder Benzin, insbesondere nämlich Elektrofahrzeuge, gasbetriebene Fahrzeuge und Hybridfahrzeuge, d.h. Fahrzeuge mit Verbrennungs- und Elektromotor bekannt. Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge zeichnen sich dadurch aus, dass ein elektrischer Motor vorhanden ist, welcher zum Antreiben des Fahrzeugs mit Strom versorgt werden muss. Gasbetriebene Fahrzeuge zeichnen sich durch z.B. Erdgas als Energieträger aus. Derartige Fahrzeuge müssen flächendeckend mit dem entsprechenden Energieträger versorgt werden. In Bezug auf die steigenden Anforderungen im Bereich der Elektromobilität ist insbesondere eine lückenlose Versorgung mit Stromtankstellen nötig.
  • Es ist bekannt, dass elektrische Energie mittels einer Brennstoffzelle erzeugt werden kann. Eine solche Anordnung zur Versorgung eines Elektrofahrzeugs mit elektrischer Energie ist aus DE 10 2010 043 516 A1 bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es eine verbesserte Vorrichtung zur Betankung eines Fahrzeugs anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des geltenden Anspruchs 1 erfüllt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs, umfassend einen Gleichspannungswandler, eine Brennstoffzelle zur Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie und eine Schnittstelle zum Anschließen einer Anordnung zur Bevorratung eines chemischen Energieträgers. Gemäß der Erfindung ist die Schnittstelle mit der Brennstoffzelle und die Brennstoffzelle ist mit dem Gleichspannungswandler verbunden. Ferner ist die erfindungsgemäße Vorrichtung eingerichtet den von der Brennstoffzelle erzeugten Strom direkt einem elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs zuzuführen.
  • Im Gegensatz zum Stand der Technik kann die erfindungsgemäße Anordnung kompakter aufgebaut werden, da eine Speicherung der erzeugten Energie in zusätzlichen Akkus entfällt. Die Erfindung zeichnet sich nämlich gerade dadurch aus, dass die erzeugte elektrische Energie der Brennstoffzelle direkt dem Elektrofahrzeug zugeführt werden kann. Durch diese Maßnahme wird der Wirkungsgrad der Anordnung vergrößert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugt den benötigten Strom bedarfsgerecht aus dem der Brennstoffzelle zugeführten Kraftstoff.
  • Zweckmäßig ist die Brennstoffzelle zur Gewinnung von elektrischer Energie aus Wasserstoff, Methanol, Biogas oder Erdgas eingerichtet.
  • Die Schnittstelle kann insbesondere ausgebildet sein mit einem Behälter zur Bevorratung von Wasserstoff, Methanol, Biogas oder Erdgas verbunden zu sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Schnittstelle auch eingerichtet sein mit einem Versorgungsnetz für Bio- oder Erdgas verbunden zu werden.
  • Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Biogas oder Erdgas betrieben, so ist es möglich, dass die Vorrichtung an ein flächendeckendes Gasversorgungsnetz angeschlossen ist. Da sich ein solches Versorgungsnetz auch überregional erstreckt, ist es möglich, die Anordnung auch an Orten zu installieren, an denen eine Versorgung mit herkömmlichen Tankstellen mit Diesel- und oder Benzinkraftstoff eher unwirtschaftlich ist.
  • Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Wasserstoff oder Methanol betrieben, ist es möglich, die Vorrichtung an Orten zu installieren, an denen kein Gasversorgungsnetz zur Verfügung steht. Somit kann eine autarke Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge zur Verfügung gestellt werden.
  • In einer Ausführungsform der erfindungsgemäße Vorrichtung ist die Vorrichtung eingerichtet den der Schnittstelle zugeführten Kraftstoff direkt einem Fahrzeugtank zuzuführen. Damit ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich nicht nur Elektrofahrzeuge mit Strom zu versorgen, sondern auch gasbetriebene Fahrzeuge mit entsprechendem Kraftstoff zu betanken. Hierzu ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zweckmäßig ein Durchflussregler vorhanden. Dieser Durchflussregler regelt einerseits die Durchflussmenge des benötigten Kraftstoffs. Anderseits dient der Durchflussregler auch als eine Art Wegeventil, welches je nach Bedarf den Kraftstoff von der Schnittstelle zur Brennstoffzelle oder von der Schnittstelle über eine Kraftstoffleitung einem Kraftstofftank eines Fahrzeugs zuführt. Der Durchflussregler ist mit einer Steuereinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden, wobei die Steuereinheit den Betriebszustand des Durchflussreglers einstellt, d.h. Kraftstoffmenge einerseits und Zuführung des Kraftstoffs zur Brennstoffzelle oder direkt in den Fahrzeugtank andererseits.
  • Die Erfindung sowie weitere Vorteile der Erfindung werden im Weiteren anhand einer einzigen Figur näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt eine detaillierte schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs 2 und einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung 1. Das Elektrofahrzeug 2 stellt ein beispielhaftes Fahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher 4, z.B. Akku dar, welches als Anschlussvorrichtung 3 eine Steckdose aufweist, wobei die Steckdose 3 mit dem elektrischen Energiespeicher 4 verbunden ist. Das Elektrofahrzeug 2 weist ferner eine Steuerung 5 auf, die z. B. über eine Datenleitung mit dem elektrischen Energiespeicher 4 und der Steckdose 3 verbunden ist.
  • Die Ladevorrichtung 1 stellt eine beispielhafte erfindungsgemäße Anordnung zur Betankung eines Fahrzeugs 2 dar. Die Ladevorrichtung 1 weist eine Bedieneinheit (nicht dargestellt) auf, über dessen Anzeigeeinheit Ausgaben an einen Benutzer getätigt, d. h. Informationen angezeigt, werden können und über dessen Eingabeeinheit von einem Benutzer Eingaben getätigt werden können. Alternativ kann die Ladeeinrichtung mittels eines Smartphones oder mittels entsprechender Kommunikationseinrichtungen (nicht dargestellt) des Fahrzeugs bedient werden.
  • Die Ladevorrichtung 1 weist als Energieübertragungsmittel 8 einen Schlauch 9 auf, welcher an einem Ende mit der Ladevorrichtung 1 verbunden ist. An seinem anderen Ende weist der Schlauch ein Anschlussmittel 6 auf, welches beispielsweise als Stecker ausgeführt sein kann. Der Stecker 6 kann mit der Steckdose 3 des Elektrofahrzeugs 2 verbunden werden, um über eine Stromleitungen 14 und eine Kraftstoffleitung 16 innerhalb des Schlauchs 8 eine Betankung des Fahrzeugs 2 mit Strom oder Kraftstoff sicherzustellen. Ferner weist der Schlauch 8 eine zweite Datenleitung 17 auf, um die Steuerung 5 des Fahrzeugs 2 und eine Steuerungseinheit 12 der Ladevorrichtung 1 miteinander zu verbinden.
  • Die Ladevorrichtung 1 ist über eine Schnittstelle 20 mit einem Bevorratungsbehälter 7a für einen Energieträger und/oder dem regionalen oder überregionalen Versorgungsnetz 7b verbunden. In der Fig. ist der Bevorratungsbehälter 7a für die Bevorratung von Wasserstoff, Methanol, Erdgas oder Biogas vorgesehen. Über den Anschluss an ein Versorgungsnetz 7b wird die Ladevorrichtung 1 beispielsweise mit Biogas oder Erdgas versorgt. Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung 1 kann entweder mit dem Bevorratungsbehälter 7a oder mit einem Anschluss an ein Versorgungsnetz 7b oder mit einem Bevorratungsbehälter 7a und einem Anschluss an ein Versorgungsnetz 7b betrieben werden.
  • Die Ladevorrichtung 1 weist eine Brennstoffzelle 10 zur Erzeugung von elektrischer Energie aus einem chemischen Energieträger auf. Die Brennstoffzelle 10 ist über eine Kraftstoffleitung 16 und der Anschlussschnittstelle 20 mit dem Bevorratungsbehälter 7a und/oder dem Versorgungsnetz 7b verbunden. Der von der Brennstoffzelle 10 erzeugte elektrische Strom wird über eine Stromleitung 14 einem Gleichspannungswandler 11 zugeführt. Der Gleichspannungswandler 11 ist über das Energieübertragungsmittel 8, insbesondere die Stromleitung 14 und den Stecker 6 des Schlauchs 9 mit dem elektrischen Energiespeicher 4 des Fahrzeugs 2 verbunden. Der Gleichspannungswandler 11 kann hierbei verschiedene Strom- und Spannungswerte verwenden, um sich an verschiedene Lade- oder Entladespannungen und -ströme unterschiedlicher Elektrofahrzeuge anzupassen.
  • In der Ladevorrichtung 1 ist zudem ein Durchflussregler 13 enthalten. Der Durchflussregler 13 ist zwischen der Schnittstelle 20 und der Brennstoffzelle 10 angeordnet. Gleichzeitig verbindet der Durchflussregler 20 die Schnittstelle 20 über eine Kraftstoffleitung 16, welche durch das Energieübertragungsmittel 8 führt, mit dem Gastank 19 des Fahrzeugs.
  • Mit der Ladevorrichtung 1 ist es somit möglich, dass ein gasbetriebenes Fahrzeug direkt mit Wasserstoff, Methanol, Bio- oder Erdgas und ein Elektrofahrzeug mit Strom betankt werden kann. Die Ladevorrichtung 1 ist somit geeignet einerseits Elektrofahrzeuge mit Strom zu versorgen und andererseits gasbetriebene Fahrzeuge mit dem entsprechenden Brenngas zu versorgen.
  • Die Ladevorrichtung 1 weist eine Steuereinheit 12 auf. Diese Steuereinheit 12 ist über eine zweite Datenleitung 17 mit der Steuerung 5 des Fahrzeugs 2 verbunden. Insbesondere verläuft die zweite Datenleitung 17 innerhalb des Energieübertragungsmittels 8. Über die zweite Datenleitung 17 können zwischen dem Fahrzeug 2 und der Ladevorrichtung 1 Informationen in Bezug auf den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 4 oder des Gastanks 19 des Fahrzeugs 2 erfolgen. Entsprechend dieser Informationen kann die Steuereinheit 12 den über eine erste Datenleitung 15 verbundenen Gleichspannungswandler 11 entsprechend dem Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 4 des Fahrzeugs 2 steuern und somit Strom- und Spannungswerte kontinuierlich anpassen.
  • Der Durchflussregler 13 ist über eine dritte Datenleitung 18 mit der Steuereinheit 12 der Ladevorrichtung 1 verbunden. Damit ist es im Falle der Betankung eines gasbetriebenen Fahrzeugs möglich, dass der Durchflussregler 13 derart eingestellt wird, dass der Kraftstoff von der Schnittstelle 20 direkt in die Kraftstoffleitung 16 und durch das Energieübertragungsmittel 8 in den Tank 19 des Fahrzeugs 2 geleitet wird. Außerdem kann der Durchflussregler 13 entsprechend des Befüllungsstandes des Fahrzeugtanks 19 geregelt werden.
  • Im Falle der Betankung eines Elektrofahrzeugs wird der Durchflussregler 13 derart eingestellt, dass der Kraftstoff von der Schnittstelle 20 der Brennstoffzelle 10 zugeführt wird. Der von der Brennstoffzelle 10 erzeugte Strom wird über den Gleichspannungswandler 11 und die Stromleitung 14 dem elektrischen Energiespeicher 4 des Fahrzeugs 2 zugeführt. Über die dritte Datenleitung 18 kann der Durchflussregler 13 entsprechend des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers 4 des Fahrzeugs 2 gesteuert werden. Sobald der elektrische Energiespeicher 4 vollständig geladen ist, kann über die Steuereinheit 12 der Durchflussregler 13 geschlossen und die Zufuhr des chemischen Energieträgers zur Brennstoffzelle gestoppt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ladevorrichtung
    2
    Fahrzeug
    3
    Anschlussvorrichtung am Fahrzeug
    4
    Elektrischer Energiespeicher
    5
    Steuerung
    6
    Stecker
    7a
    Bevorratungsbehälter
    7b
    Versorgungsnetz
    8
    Energieübertragungsmittel
    9
    Schlauch
    10
    Brennstoffzelle
    11
    Gleichspannungswandler
    12
    Steuerungseinheit
    13
    Durchflussregler
    14
    Stromleitung
    15
    Erste Datenleitung
    16
    Kraftstoffleitung
    17
    Zweite Datenleitung
    18
    Dritte Datenleitung
    19
    Fahrzeugtank
    20
    Schnittstelle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010043516 A1 [0003]

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers (4, 19) eines Fahrzeugs (2), umfassend einen Gleichspannungswandler (11), eine Brennstoffzelle (10) zur Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie und eine Schnittstelle (19) zum Anschließen einer Anordnung (7a, 7b) zur Bevorratung eines chemischen Energieträgers, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (19) mit der Brennstoffzelle (10) und die Brennstoffzelle (10) mit dem Gleichspannungswandler (11) verbunden ist und dass die Vorrichtung (1) eingerichtet ist, den von der Brennstoffzelle (10) erzeugten Strom direkt einem elektrischen Energiespeicher (4) des Fahrzeugs (2) zuzuführen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (10) zur Gewinnung von elektrischer Energie aus Wasserstoff, Methanol, Biogas oder Erdgas eingerichtet ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (20) eingerichtet ist mit einem Behälter (7a) zur Bevorratung von Wasserstoff, Methanol, Biogas oder Erdgas und/oder mit einem öffentlichen Versorgungsnetz (7b) für Bio- oder Erdgas verbunden zu werden.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchflussregler (13) vorhanden ist, welcher die Schnittstelle (20) mit der Brennstoffzelle (10) verbindet und welcher eingerichtet ist die Zuführung von Kraftstoff von der Schnittstelle (20) zu regeln.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (12) vorhanden ist, die mit dem Gleichspannungswandler (11) über eine erste Datenleitung (15) und mit dem Durchflussregler (13) über eine dritte Datenleitung (18) verbunden ist und die eingerichtet ist über eine zweite Datenleitung (17) mit einer Steuerung (5) im Fahrzeug (2) verbunden zu werden..
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energieübertragungsmittel (8) vorhanden sind zur Verbindung des Gleichspannungswandlers (11) mit dem elektrischen Energiespeicher (4) des Fahrzeugs (2).
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieübertragungsmittel (8) eingerichtet ist die Schnittstelle (19) über den Durchflussregler (13) und eine Kraftstoffleitung (16) mit einem Kraftstofftank (19) im Fahrzeug (2) zu verbinden.
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