DE102019128266A1

DE102019128266A1 - Motor vehicle with an electrical energy store and method for operating a motor vehicle

Info

Publication number: DE102019128266A1
Application number: DE102019128266.7A
Authority: DE
Inventors: Markus RUF; Hannah Staub
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2021-04-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug (10) mit einem elektrischen Energiespeicher (12), welcher durch Anschließen an eine elektrische Energiequelle (24) aufladbar ist und welcher zum Versorgen wenigstens eines zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs (10) ausgebildeten Elektromotors (14) des Kraftfahrzeugs (10) ausgebildet ist. Eine Heizeinrichtung (48) ist zum Heizen eines Fahrgastraums (46) des Kraftfahrzeugs (10) vorgesehen. Das Kraftfahrzeug (10) weist einen Wasserspeicher und eine Elektrolysevorrichtung (30) auf. Die Elektrolysevorrichtung (30) ist dazu ausgebildet, Wasserstoff aus in dem Wasserspeicher aufnehmbarem Wasser zu gewinnen. Eine Wärmequelle der Heizeinrichtung umfasst eine zum Verbrennen des Wasserstoffs ausgebildete Verbrennungseinrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftfahrzeugs (10).

The invention relates to a motor vehicle (10) with an electrical energy store (12) which can be charged by being connected to an electrical energy source (24) and which is used to supply at least one electric motor (14) of the motor vehicle (10) designed to move the motor vehicle (10) ) is trained. A heating device (48) is provided for heating a passenger compartment (46) of the motor vehicle (10). The motor vehicle (10) has a water reservoir and an electrolysis device (30). The electrolysis device (30) is designed to obtain hydrogen from water that can be accommodated in the water reservoir. A heat source of the heating device comprises a combustion device designed to burn the hydrogen. The invention also relates to a method for operating such a motor vehicle (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher, welcher durch Anschließen an eine elektrische Energiequelle aufladbar ist. Der elektrische Energiespeicher ist zum Versorgen eines zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs ausgebildeten Elektromotors des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Eine Heizeinrichtung ist zum Heizen eines Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftfahrzeugs.The invention relates to a motor vehicle with an electrical energy store which can be charged by connecting it to an electrical energy source. The electrical energy store is designed to supply an electric motor of the motor vehicle that is designed to move the motor vehicle. A heating device is provided for heating a passenger compartment of the motor vehicle. The invention also relates to a method for operating such a motor vehicle.

Bei Kraftfahrzeugen, welche als Elektrofahrzeuge ausgebildet und mit einer wieder aufladbaren Batterie als elektrischem Energiespeicher ausgestattet sind, wird üblicherweise Energie aus dieser Batterie genutzt, um einen Innenraum beziehungsweise Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs elektrisch zu beheizen. Da beispielsweise im Winter zum Beheizen des Fahrgastraums eine sehr hohe Heizleistung erforderlich ist, reduziert sich so die Reichweite des Kraftfahrzeugs im elektrischen Fahrbetrieb. Dies ist nachteilig.In motor vehicles that are designed as electric vehicles and are equipped with a rechargeable battery as an electrical energy store, energy from this battery is usually used to electrically heat an interior or passenger compartment of the motor vehicle. Since, for example, a very high heating output is required to heat the passenger compartment in winter, the range of the motor vehicle in electric driving mode is reduced. This is disadvantageous.

Die EP 2 936 598 B1 beschreibt ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem. Hierbei wird Abgas einer Kathode einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems einem Wärmetauscher zugeführt. Der Wärmetauscher ist in einen Wasserkreislauf eingebunden, welcher einen Wasserspeicher aufweist. Die Brennstoffzelle wird mit Wasser aus dem Wasserspeicher gekühlt. Des Weiteren weist das Kraftfahrzeug einen Kühlkreislauf mit einer Fördereinrichtung auf, welche dem Wärmetauscher des Wasserkreislaufs ein Kühlmedium zuführt. Die Fördereinrichtung des Kühlkreislaufs wird in Abhängigkeit von einem Füllstand des Wassers in dem Wasserspeicher betrieben. Des Weiteren wird Wasser aus dem Wasserspeicher in die Brennstoffzelle rückgeführt. Für die Kühlung der Brennstoffzelle wird ein Kühlungskonzept genutzt, welches auf einer Verdampfungskühlung von Wasser aus dem Wasserspeicher beruht.The EP 2 936 598 B1 describes a motor vehicle with a fuel cell system. Here, exhaust gas from a cathode of a fuel cell of the fuel cell system is fed to a heat exchanger. The heat exchanger is integrated into a water circuit which has a water reservoir. The fuel cell is cooled with water from the water tank. Furthermore, the motor vehicle has a cooling circuit with a delivery device which supplies a cooling medium to the heat exchanger of the water circuit. The conveying device of the cooling circuit is operated as a function of a fill level of the water in the water reservoir. Furthermore, water from the water reservoir is fed back into the fuel cell. A cooling concept based on evaporative cooling of water from the water reservoir is used to cool the fuel cell.

Auch bei einem derartigen, das Brennstoffzellensystem aufweisenden Kraftfahrzeug geht es zu Lasten der Reichweite, wenn von der Brennstoffzelle zur Verfügung gestellte elektrische Energie nicht zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs, sondern zum Beheizen eines Fahrgastraums genutzt wird.In such a motor vehicle having the fuel cell system, the range is at the expense if the electrical energy made available by the fuel cell is not used to move the motor vehicle but to heat a passenger compartment.

Die DE 10 2015 118 736 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Energieversorgung und Luftkonditionierung für stationäre und mobile Anwendungen. Hierbei wird mittels einer Elektrolyseeinheit Wasserstoff erzeugt. Dem in der Elektrolyse erzeugten Wasserstoff wird Kohlendioxid zugemischt. Das Gemisch wird dann einer Methanolsyntheseeinheit zugeführt. In der DE 10 2015 118 736 A1 wird darauf verwiesen, dass es bei der Elektrolyse von Wasser, bei welcher das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird, schwierig ist, den erzeugten Wasserstoff zu lagern und an die Stellen zu transportieren, an welchen er benötigt wird.The DE 10 2015 118 736 A1 describes a method and a device for energy supply and air conditioning for stationary and mobile applications. Here, hydrogen is generated by means of an electrolysis unit. Carbon dioxide is added to the hydrogen produced in the electrolysis. The mixture is then fed to a methanol synthesis unit. In the DE 10 2015 118 736 A1 it is pointed out that in the electrolysis of water, in which the water is split into hydrogen and oxygen, it is difficult to store the hydrogen produced and to transport it to the places where it is needed.

Jedoch ist das Vorsehen einer Methanolsyntheseeinheit insbesondere für mobile Anwendungen mit einem beträchtlichen Aufwand verbunden. Dies ist nachteilig.However, the provision of a methanol synthesis unit is associated with considerable effort, particularly for mobile applications. This is disadvantageous.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem auf einfache Weise eine Erhöhung der Reichweite im elektrischen Fahrbetrieb erreichbar ist, und ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftfahrzeugs anzugeben.The object of the present invention is to create a motor vehicle of the type mentioned at the outset by means of which an increase in the range can be achieved in electric driving mode in a simple manner, and to specify a corresponding method for operating such a motor vehicle.

Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a motor vehicle with the features of claim 1 and by a method with the features of claim 10. Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist einen elektrischen Energiespeicher auf. Der elektrische Energiespeicher ist durch Anschließen an eine elektrische Energiequelle aufladbar. Des Weiteren ist der elektrische Energiespeicher zum Versorgen wenigstens eines Elektromotors des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Der wenigstens eine Elektromotor dient dem Fortbewegen des Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug weist eine Heizeinrichtung zum Heizen eines Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs auf. Des Weiteren weist das Kraftfahrzeug einen Wasserspeicher und eine Elektrolysevorrichtung auf. Die Elektrolysevorrichtung ist dazu ausgebildet, Wasserstoff aus Wasser zu gewinnen, welches in dem Wasserspeicher aufnehmbar ist. Eine Wärmequelle der Heizeinrichtung umfasst eine Verbrennungseinrichtung, welche zum Verbrennen des Wasserstoffs ausgebildet ist.The motor vehicle according to the invention has an electrical energy store. The electrical energy store can be charged by connecting it to an electrical energy source. Furthermore, the electrical energy store is designed to supply at least one electric motor of the motor vehicle. The at least one electric motor is used to move the motor vehicle. The motor vehicle has a heating device for heating a passenger compartment of the motor vehicle. The motor vehicle also has a water reservoir and an electrolysis device. The electrolysis device is designed to obtain hydrogen from water, which can be received in the water reservoir. A heat source of the heating device comprises a combustion device which is designed to burn the hydrogen.

Wenn Wasser in dem Wasserspeicher des Kraftfahrzeugs enthalten ist, kann also mittels der Elektrolysevorrichtung das Wasser elektrolytisch in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt beziehungsweise aufgespalten werden. Der hierbei gewonnene oder gebildete Wasserstoff kann dann der Verbrennungseinrichtung zugeführt werden, durch welche die Wärmequelle der Heizeinrichtung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt ist. Es braucht also keine oder zumindest weniger elektrische Energie aus dem elektrischen Energiespeicher entnommen zu werden, um den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs zu beheizen. Folglich ist auf einfache Weise eine Erhöhung der Reichweite des Kraftfahrzeugs im elektrischen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs erreichbar.If water is contained in the water reservoir of the motor vehicle, the water can be electrolytically broken down or split up into hydrogen and oxygen by means of the electrolysis device. The hydrogen obtained or formed in this way can then be fed to the combustion device by which the heat source of the heating device of the motor vehicle is provided. No, or at least less, electrical energy needs to be taken from the electrical energy store in order to heat the passenger compartment of the motor vehicle. Consequently, the range of the motor vehicle can be increased in a simple manner when the motor vehicle is being driven electrically.

Die Heizeinrichtung ist zudem annährend wartungsfrei oder zumindest wartungsarm. Denn bei dem Verbrennen des Wasserstoffs zum Zwecke der Wärmefreisetzung handelt es sich um einen technisch sehr einfach umsetzbaren Vorgang. Es ist möglich, jedoch nicht erforderlich, dass die Verbrennung des Wasserstoffs unter Flammenbildung stattfindet. Vielmehr kann die Verbrennung des Wasserstoffs auch in einer durch einen Katalysator beschleunigten beziehungsweise erleichterten Oxidation des Wasserstoffs mit Hilfe von Sauerstoff unter Bildung von Wasser bestehen, welche ebenfalls zu einer Freisetzung von Wärme führt. Jedoch lässt sich durch das Verbrennen des Wasserstoffs unter Flammenbildung besonders rasch und besonders viel Wärme bereitstellen. Dies ist für ein wirkungsvolles Heizen des Fahrgastraums vorteilhaft.The heating device is also almost maintenance-free or at least requires little maintenance. Because when the hydrogen is burned for the purpose of releasing heat, it is a process that is technically very easy to implement. It is possible, but not necessary, for the hydrogen to burn with the formation of flames. Rather, the combustion of the hydrogen can also consist in an oxidation of the hydrogen accelerated or facilitated by a catalyst with the aid of oxygen with the formation of water, which also leads to the release of heat. However, by burning the hydrogen with flame formation, a particularly large amount of heat can be provided particularly quickly. This is advantageous for efficient heating of the passenger compartment.

Des Weiteren sind die für das erleichterte Heizen des Fahrgastraums vorgesehenen Komponenten des Kraftfahrzeugs, welche zumindest den Wasserspeicher, die Elektrolysevorrichtung und die Verbrennungseinrichtung umfassen, sehr einfach und mit geringem Platzbedarf beziehungsweise Bauraumbedarf in dem Kraftfahrzeugs unterzubringen. Und es ist der für komplexe Systeme wie etwa eine Methanolsyntheseeinheit zu betreibende Aufwand vermeidbar.Furthermore, the components of the motor vehicle provided for easier heating of the passenger compartment, which include at least the water reservoir, the electrolysis device and the combustion device, can be accommodated very simply and with little space requirement or installation space requirement in the motor vehicle. And the effort required for complex systems such as a methanol synthesis unit can be avoided.

Da keine aus dem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs stammende elektrische Energie für das Heizen des Fahrgastraums oder Innenraums des Kraftfahrzeugs verschwendet zu werden braucht, ist eine zumindest den Wasserspeicher, die Elektrolysevorrichtung und die Verbrennungseinrichtung umfassende Anordnung besonders vorteilhaft in einem Elektrofahrzeug beziehungsweise batterieelektrischen Fahrzeug verwendbar.Since no electrical energy originating from the electrical energy store of the motor vehicle needs to be wasted for heating the passenger compartment or interior of the motor vehicle, an arrangement comprising at least the water reservoir, the electrolysis device and the combustion device can be used particularly advantageously in an electric vehicle or battery-electric vehicle.

Jedoch auch wenn das Kraftfahrzeug als so genanntes Steckdosen-Hybridfahrzeug (Plug-in-Hybridfahrzeug) ausgebildet ist, lassen sich durch das Vorsehen der Anordnung in dem Kraftfahrzeug Vorteile erzielen. Denn auch bei einem solchen Hybridfahrzeug kann die zum Betreiben der Elektrolysevorrichtung bereitzustellende elektrische Energie der elektrischen Energiequelle entnommen werden, an welche beim Laden des elektrischen Energiespeichers des Hybridfahrzeugs der elektrische Energiespeicher angeschlossen werden kann.However, even if the motor vehicle is designed as a so-called socket hybrid vehicle (plug-in hybrid vehicle), advantages can be achieved by providing the arrangement in the motor vehicle. Because even in such a hybrid vehicle, the electrical energy to be provided for operating the electrolysis device can be taken from the electrical energy source to which the electrical energy store can be connected when charging the electrical energy store of the hybrid vehicle.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug als Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildet ist, dessen elektrischer Energiespeicher an einer derartigen elektrischen Energiequelle aufgeladen werden kann. Auch bei einem solchen Brennstoffzellenfahrzeug ist nämlich die zumindest den Wasserspeicher, die Elektrolysevorrichtung und die Verbrennungseinrichtung umfassende Anordnung vorteilhaft verwendbar. Die elektrische Energiequelle kann insbesondere als Ladesäule oder dergleichen ausgebildet sein.Furthermore, it can be provided that the motor vehicle is designed as a fuel cell vehicle, the electrical energy store of which can be charged at such an electrical energy source. The arrangement comprising at least the water reservoir, the electrolysis device and the combustion device can also advantageously be used in such a fuel cell vehicle. The electrical energy source can in particular be designed as a charging station or the like.

Der Wasserspeicher kann insbesondere ein Fassungsvermögen für eine Wassermenge im Bereich von etwa 0,5 Liter bis etwa 2 Liter aufweisen. Durch Bevorraten einer derartigen Menge an Wasser in dem Wasserspeicher des Kraftfahrzeugs lässt sich mittels der Elektrolysevorrichtung eine ausreichend große Menge an Wasserstoff durch Elektrolyse des Wassers gewinnen, welche ein Versorgen des Verbrennungseinrichtung über einen vergleichsweise langen Zeitraum hinweg ermöglicht. Dementsprechend braucht zumindest während dieses Zeitraums keine elektrische Energie aus dem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs entnommen zu werden, um den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs zu beheizen.The water reservoir can in particular have a capacity for an amount of water in the range from approximately 0.5 liters to approximately 2 liters. By storing such an amount of water in the water tank of the motor vehicle, the electrolysis device can be used to obtain a sufficiently large amount of hydrogen by electrolysis of the water, which enables the combustion device to be supplied over a comparatively long period of time. Accordingly, no electrical energy needs to be drawn from the electrical energy store of the motor vehicle, at least during this period, in order to heat the passenger compartment of the motor vehicle.

Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug eine Auffangeinrichtung zum Auffangen von bei dem Verbrennen des Wasserstoffs mit Sauerstoff gebildetem Wasser und eine Rückführeinrichtung zum Rückführen zumindest eines Teils des gebildeten Wassers in den Wasserspeicher auf. Dann kann das in dem Wasserspeicher aufgenommene Wasser besonders weitgehend in einem Kreislauf genutzt werden, und es geht kein Wasser beziehungsweise besonders wenig Wasser verloren. Dies macht die Anordnung zur Reichweitenverlängerung, welche zumindest den Wasserspeicher, die Elektrolysevorrichtung und die Verbrennungseinrichtung umfasst, besonders wartungsarm. Denn auf ein Nachfüllen des Wasserspeichers kann besonders weitgehend verzichtet werden, indem das bei dem Verbrennen gebildete Wasser immer wieder verwendet wird.The motor vehicle preferably has a collecting device for collecting water formed when the hydrogen is burned with oxygen and a return device for returning at least part of the water formed to the water reservoir. The water absorbed in the water reservoir can then be used to a particularly large extent in a cycle, and no water or particularly little water is lost. This makes the arrangement for extending the range, which comprises at least the water reservoir, the electrolysis device and the combustion device, particularly low-maintenance. This is because refilling the water reservoir can be largely dispensed with in that the water formed during the combustion is used again and again.

Die Auffangeinrichtung kann als Wasserabscheider beziehungsweise Wassersammler ausgebildet sein, an welchem insbesondere ein Kondensieren von Wasserdampf im Betrieb der Anordnung stattfinden kann.The collecting device can be designed as a water separator or water collector, on which in particular a condensation of water vapor can take place during operation of the arrangement.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein Kreislauf, welcher den Wasserspeicher, zumindest einen Teil der Elektrolysevorrichtung, die Verbrennungseinrichtung, die Auffangeinrichtung und die Rückführeinrichtung umfasst, als geschlossener Kreislauf ausgebildet ist. Denn so kann in besonders weitgehendem Ausmaß ein Führen des in dem Wasserspeicher aufgenommenen oder bevorrateten Wassers im Kreislauf ohne eine Verlust an Wasser realisiert werden.It has also been shown to be advantageous if a circuit which comprises the water reservoir, at least part of the electrolysis device, the combustion device, the collecting device and the return device is designed as a closed circuit. In this way, the water that has been taken up or stored in the water reservoir can be circulated to a particularly large extent without any loss of water.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn derjenige Teil der Elektrolysevorrichtung, an welchem die Bildung beziehungsweise Gewinnung des Wasserstoffs stattfindet, also eine Kathodenseite der Elektrolysevorrichtung, Bestandteil des geschlossenen Kreislaufs ist. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der zum Verbrennen beziehungsweise Oxidieren des Wasserstoffs vorzusehende Sauerstoff, welcher in der Verbrennungseinrichtung genutzt wird, auf sehr einfache Weise auch aus der Umgebungsluft bezogen werden kann. Dementsprechend ist es nicht erforderlich, auch den bei der Elektrolyse des Wassers gebildeten Sauerstoff innerhalb des Kraftfahrzeugs zu speichern. Dadurch entfallen auch mit der korrodierenden beziehungsweise oxidierenden Wirkung von reinem Sauerstoff zusammenhängende Schwierigkeiten beziehungsweise Probleme.In particular, it is advantageous if that part of the electrolysis device on which the formation or production of hydrogen takes place, that is to say a cathode side of the electrolysis device, is part of the closed circuit. This is based on the knowledge that the oxygen to be provided for burning or oxidizing the hydrogen, which is used in the combustion device, can also be obtained in a very simple manner from the ambient air. Accordingly, it is not necessary to also store the oxygen formed during the electrolysis of the water inside the motor vehicle. This also eliminates the difficulties or problems associated with the corrosive or oxidizing effect of pure oxygen.

Vorzugsweise sind jeweilige Elektroden der Elektrolysevorrichtung mit einer Ladevorrichtung des Kraftfahrzeugs verbunden oder verbindbar. Über die Ladevorrichtung kann der elektrische Energiespeicher des Kraftfahrzeugs zum Zwecke des Aufladens des elektrischen Energiespeichers an die elektrische Energiequelle angeschlossen werden. Auf diese Weise kann die elektrische Energie der elektrischen Energiequelle genutzt werden, um die Elektroden der Elektrolysevorrichtung mit elektrischem Strom zu beaufschlagen und hierbei die Elektrolyse, also das Zerlegen des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff zu bewirken.Preferably, the respective electrodes of the electrolysis device are or can be connected to a charging device of the motor vehicle. The electrical energy store of the motor vehicle can be connected to the electrical energy source via the charging device for the purpose of charging the electrical energy store. In this way, the electrical energy of the electrical energy source can be used to apply electrical current to the electrodes of the electrolysis device and to effect electrolysis, that is, the decomposition of the water into hydrogen and oxygen.

So kann während des Ladens des elektrischen Energiespeichers und/oder nach dem Laden des elektrischen Energiespeichers bei weiter bestehender Kopplung der Ladevorrichtung mit der elektrischen Energiequelle die von dieser zur Verfügung gestellte elektrische Energie besonders sinnvoll genutzt werden. Beispielsweise ist eine solche Vorgehensweise günstig, wenn das Kraftfahrzeugs über die Ladevorrichtung weiterhin mit der elektrischen Energiequelle etwa in Form der Ladesäule gekoppelt ist, obwohl der elektrische Energiespeicher bereits vollständig geladen ist. Eine derartige Situation kann in vorteilhafter Art und Weise ausgenutzt werden, um durch Versorgen der Elektrolysevorrichtung mit elektrischer Energie den Wasserstoff zu gewinnen, welcher dann in der Verbrennungseinrichtung zum Zwecke des Heizens des Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann.Thus, during the charging of the electrical energy store and / or after the charging of the electrical energy store, the electrical energy made available by the latter can be used in a particularly useful manner if the charging device is still coupled to the electrical energy source. For example, such a procedure is favorable if the motor vehicle is still coupled to the electrical energy source via the charging device, for example in the form of the charging column, although the electrical energy store is already fully charged. Such a situation can be used in an advantageous manner in order to obtain the hydrogen by supplying the electrolysis device with electrical energy, which hydrogen can then be used in the combustion device for the purpose of heating the passenger compartment of the motor vehicle.

Insbesondere kann vorgesehen sein, das durch Schließen eines Schalters oder dergleichen die mit der Ladevorrichtung des Kraftfahrzeugs verbindbaren Elektroden mit der Ladevorrichtung verbunden werden, wenn die Ladevorrichtung des Kraftfahrzeugs mit der elektrischen Energiequelle gekoppelt ist.In particular, it can be provided that the electrodes that can be connected to the charging device of the motor vehicle are connected to the charging device by closing a switch or the like when the charging device of the motor vehicle is coupled to the electrical energy source.

Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass bereits durch das Anschließen der Ladevorrichtung an die elektrische Energiequelle die Verbindung der Elektroden der Elektrolysevorrichtung mit der Ladevorrichtung des Kraftfahrzeugs erreicht wird. Dann braucht nicht erst der Schalter oder dergleichen geschlossen zu werden, um die Elektroden der Elektrolysevorrichtung mit der von der elektrischen Energiequelle zur Verfügung gestellten elektrischen Energie zu beaufschlagen.However, it can also be provided that the connection of the electrodes of the electrolysis device to the charging device of the motor vehicle is already achieved by connecting the charging device to the electrical energy source. Then the switch or the like does not first have to be closed in order to apply the electrical energy made available by the electrical energy source to the electrodes of the electrolysis device.

Vorzugsweise ist mittels einer zum Ansteuern der Ladevorrichtung ausgebildeten Steuerungseinrichtung des Kraftfahrzeugs ein Beaufschlagen der Elektroden der Elektrolysevorrichtung und/oder des elektrischen Energiespeichers mit aus der Energiequelle stammender elektrischer Energie bewirkbar. Es kann also durch die Steuerungseinrichtung beispielsweise entschieden werden, ob während des Aufladens des elektrischen Energiespeichers oder im Anschluss daran die Elektroden der Elektrolysevorrichtung mit der elektrischen Energie beaufschlagt werden sollen, welche aus der kraftfahrzeugexternen elektrischen Energiequelle etwa in Form der Ladesäule bezogen wird.Preferably, the electrodes of the electrolysis device and / or the electrical energy store can be charged with electrical energy from the energy source by means of a control device of the motor vehicle designed to control the charging device. The control device can therefore decide, for example, whether the electrodes of the electrolysis device should be charged with the electrical energy that is drawn from the electrical energy source external to the vehicle, for example in the form of the charging station, during the charging of the electrical energy store or afterwards.

Insbesondere kann so die Steuerungseinrichtung dafür sorgen, dass in dem Kraftfahrzeug mittels der Elektrolysevorrichtung ausreichend Wasserstoff aus dem Wasser gebildet wird, sodass während eines elektrischen Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs keine elektrische Energie aus dem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs zum Heizen des Fahrgastraums bezogen zu werden braucht.In particular, the control device can thus ensure that sufficient hydrogen is formed from the water in the motor vehicle by means of the electrolysis device so that no electrical energy needs to be drawn from the electrical energy storage device of the motor vehicle to heat the passenger compartment while the motor vehicle is being driven electrically.

Bei der Entscheidung, ob die Elektroden der Elektrolysevorrichtung und/oder der elektrische Energiespeicher mit aus der Energiequelle stammender elektrischer Energie beaufschlagt werden soll, kann die Steuerungseinrichtung insbesondere den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers und die aufgrund dieses Ladezustands im elektrischen Fahrbetrieb erreichbare Fahrzeit und/oder Reichweite des Kraftfahrzeugs und/oder eine Umgebungstemperatur berücksichtigen.When deciding whether the electrodes of the electrolysis device and / or the electrical energy storage device should be charged with electrical energy from the energy source, the control device can, in particular, determine the state of charge of the electrical energy storage device and the driving time and / or range that can be achieved due to this state of charge in electrical driving mode Take into account the motor vehicle and / or an ambient temperature.

Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug einen Wasserstoffspeicher zum Speichern des mittels der Elektrolysevorrichtung gewinnbaren Wasserstoffs auf. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Wasserstoff der Verbrennungseinrichtung bedarfsgerecht zugeführt wird, also dann, wenn dies zum Zwecke des Heizens des Fahrgastraums erforderlich ist. Der Wasserstoffspeicher kann insbesondere in den geschlossenen Kreislauf eingebunden sein, welcher den Wasserspeicher, zumindest einen Teil der Elektrolysevorrichtung, die Verbrennungseinrichtung, die Auffangeinrichtung und die Rückführeinrichtung umfasst.The motor vehicle preferably has a hydrogen storage device for storing the hydrogen that can be obtained by means of the electrolysis device. In this way it can be ensured that the hydrogen is fed to the combustion device as required, that is, when this is necessary for the purpose of heating the passenger compartment. The hydrogen storage unit can in particular be integrated into the closed circuit which comprises the water storage unit, at least part of the electrolysis device, the combustion device, the collecting device and the return device.

Dem Vorsehen des Wasserstoffspeichers liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bereits mit einer vergleichsweise kleinen Menge an Wasserstoff eine erhebliche Wärmemenge zum Heizen des Fahrgastraums zur Verfügung steht. Beispielsweise kann ein Kilogramm Wasserstoff bei der Verbrennung eine Wärmemenge von 33 Kilowattstunden freisetzen. Bezogen auf eine elektrische Heizeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, welche eine Heizleistung von 2 Kilowatt aufweist, bedeutet dies, dass mittels dieser Menge an Wasserstoff über einen Zeitraum von etwa 16 Stunden hinweg Wärme zum Heizen des Fahrgastraums bereitgestellt werden kann. Über diesen, vergleichsweise langen Zeitraum hinweg ist dann keine Entnahme von elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher zum Zwecke des Heizens des Fahrgastraums erforderlich.The provision of the hydrogen storage device is based on the knowledge that a considerable amount of heat is available for heating the passenger compartment even with a comparatively small amount of hydrogen. For example, one kilogram of hydrogen can release 33 kilowatt hours of heat when burned. In relation to an electrical heating device of a motor vehicle, which has a heating output of 2 kilowatts, this means that this amount of hydrogen can be used to provide heat for heating the passenger compartment over a period of about 16 hours. Over this comparatively long period of time, there is then no need to withdraw electrical energy from the electrical energy store for the purpose of heating the passenger compartment.

Vorzugsweise umfasst die Elektrolysevorrichtung eine Fördereinrichtung, mittels welcher der Wasserstoff mit einem höheren Druck als einem Umgebungsdruck in den Wasserstoffspeicher einbringbar ist. Auf diese Weise braucht der Wasserstoffspeicher lediglich ein vergleichsweise geringes Volumen aufzuweisen, und dennoch kann eine besonders große Wärmemenge durch das Verbrennen des Wasserstoffs mittels der Verbrennungseinrichtung zum Zwecke des Heizens des Fahrgastraums bereitgestellt werden.The electrolysis device preferably comprises a conveying device, by means of which the hydrogen can be introduced into the hydrogen storage device at a pressure higher than ambient pressure. In this way, the hydrogen storage device only needs to have a comparatively small volume, and yet a particularly large amount of heat can be provided by burning the hydrogen by means of the combustion device for the purpose of heating the passenger compartment.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Leitung des geschlossenen Kreislaufs, welcher den Wasserspeicher, zumindest einen Teil der Elektrolysevorrichtung, die Verbrennungseinrichtung, die Auffangeinrichtung und die Rückführeinrichtung umfasst, unmittelbar oberhalb eines Bodens des Wasserspeichers mündet. Durch diese Leitung kann die Fördereinrichtung bereitgestellt sein, über welche der Wasserstoff mit dem höheren Druck in den Wasserstoffspeicher eingebracht wird. Auf diese Weise kann besonders weitgehend vermieden werden, dass Wasserstoff in die Umgebung entweicht.In particular, it can be provided that a line of the closed circuit, which comprises the water reservoir, at least part of the electrolysis device, the combustion device, the collecting device and the return device, opens directly above a bottom of the water reservoir. This line can provide the delivery device via which the hydrogen at the higher pressure is introduced into the hydrogen storage device. In this way, it can be avoided to a particularly large extent that hydrogen escapes into the environment.

Da vorzugsweise zumindest die Kathodenseite der Elektrolysevorrichtung, an welcher die Bildung des Wasserstoffs stattfindet, ein Teil des geschlossenen Kreislaufs ist, kann der sich beim Bilden des Wasserstoffs aufbauende Druck zum Einbringen des Wasserstoffs in den Wasserstoffspeicher mit dem höheren Druck genutzt werden. Je mehr Wasserstoff also während der Elektrolyse gebildet wird, und je mehr Wasserstoff somit mittels der kathodenseitigen Leitung aufgefangen wird, welche die als Kathode ausgebildete Elektrode der Elektrolysevorrichtung umgibt, desto höher wird der Druck, mit welchem der Wasserstoff dann in den Wasserstoffspeicher eingebracht wird.Since preferably at least the cathode side of the electrolysis device, on which the formation of hydrogen takes place, is part of the closed circuit, the pressure that builds up during formation of the hydrogen can be used to introduce the hydrogen into the hydrogen storage device with the higher pressure. The more hydrogen is formed during the electrolysis and the more hydrogen is captured by means of the cathode-side line which surrounds the electrode of the electrolysis device, which is designed as a cathode, the higher the pressure at which the hydrogen is then introduced into the hydrogen reservoir.

Zusätzlich oder alternativ kann die Fördereinrichtung eine Pumpeinrichtung umfassen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Wasserstoff besonders stark komprimiert in den Wasserstoffspeicher eingebracht werden kann. Beispielsweise kann der Druck des Wasserstoffs in dem Wasserstoffspeicher im Bereich von mehreren bar liegen. Insbesondere kann der Wasserstoff in dem vollständig gefüllten Wasserstoffspeicher einen Druck von etwa 100 bar bis 200 bar aufweisen.Additionally or alternatively, the delivery device can comprise a pump device. In this way it can be ensured that the hydrogen can be introduced into the hydrogen storage device in a particularly highly compressed manner. For example, the pressure of the hydrogen in the hydrogen storage device can be in the range of several bar. In particular, the hydrogen in the completely filled hydrogen storage tank can have a pressure of approximately 100 bar to 200 bar.

Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug wenigstens einen Sensor zum Erfassen eines Füllstands in dem Wasserstoffspeicher auf. Der Sensor kann beispielsweise als Drucksensor ausgebildet sein. Unter Heranziehung von Messsignalen dieses Sensors kann sehr leicht festgestellt werden, wann der Wasserstoffspeicher ausreichend mit Wasserstoff gefüllt ist.The motor vehicle preferably has at least one sensor for detecting a fill level in the hydrogen storage device. The sensor can be designed as a pressure sensor, for example. Using measurement signals from this sensor, it is very easy to determine when the hydrogen storage tank is sufficiently filled with hydrogen.

Zusätzlich oder alternativ kann das Kraftfahrzeug wenigstens einen Sensor zum Erfassen eines Füllstands in dem Wasserspeicher aufweisen. Auf diese Weise kann einerseits festgestellt werden, wie viel Wasser noch für die Elektrolyse in dem Wasserspeicher zur Verfügung steht. Auch mittels des Sensors zum Erfassen des Füllstands in dem Wasserspeicher kann somit erfasst werden, ob ausreichend Wasserstoff gebildet wurde.Additionally or alternatively, the motor vehicle can have at least one sensor for detecting a fill level in the water reservoir. In this way, on the one hand, it can be determined how much water is still available for electrolysis in the water storage tank. The sensor for detecting the fill level in the water storage tank can thus also be used to detect whether sufficient hydrogen has been formed.

Wenn sowohl der Sensor zum Erfassen des Füllstands in dem Wasserstoffspeicher als auch der Sensor zum Erfassen des Füllstands in dem Wasserspeicher vorgesehen ist, können Messsignale dieser Sensoren für eine Plausibilitätskontrolle im Hinblick auf die gebildete Menge an Wasserstoff herangezogen werden.If both the sensor for detecting the level in the hydrogen storage tank and the sensor for detecting the level in the water storage tank are provided, measurement signals from these sensors can be used for a plausibility check with regard to the amount of hydrogen formed.

Des Weiteren kann mittels des Sensors zum Erfassen des Füllstands in dem Wasserspeicher festgestellt werden, ob gegebenenfalls ein Nachfüllen von Wasser in den Wasserspeicher erforderlich ist. Dies kann einem Nutzer des Kraftfahrzeugs kommuniziert werden, etwa über eine optisch erfassbare Anzeige und/oder über eine akustisch erfassbare Meldung.Furthermore, by means of the sensor for detecting the fill level in the water storage tank, it can be determined whether a refilling of water in the water storage tank may be necessary. This can be communicated to a user of the motor vehicle, for example via an optically detectable display and / or via an acoustically detectable message.

Mittels der Verbrennungseinrichtung kann unmittelbar Luft erwärmt werden, welche dann in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs eingebracht wird. Eine derartige Heizeinrichtung lässt sich vom Aufbau her besonders einfach auslegen.By means of the combustion device, air can be heated directly, which is then introduced into the passenger compartment of the motor vehicle. Such a heating device can be designed in a particularly simple manner in terms of structure.

Vorzugsweise umfasst die Heizeinrichtung jedoch einen durch Betreiben der Verbrennungseinrichtung mit Wärme beaufschlagbaren Wärmeübertrager, welcher von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Das Kühlmittel ist in einem Kühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeugs aufgenommen. Auf diese Weise lässt sich das durch das Betreiben der Verbrennungseinrichtung erwärmte Kühlmittel auch für andere Zwecke als zum Heizen des Fahrgastraums verwenden. Beispielsweise kann der elektrische Energiespeicher erwärmt werden. Dies ist im Hinblick auf die von dem elektrischen Energiespeicher zur Verfügung stellbare elektrische Leistung vorteilhaft und auch für ein Laden, insbesondere Schnellladen, des elektrischen Energiespeichers.Preferably, however, the heating device comprises a heat exchanger which can be acted upon with heat by operating the combustion device and through which a coolant can flow. The coolant is received in a coolant circuit of the motor vehicle. In this way, the coolant heated by the operation of the combustion device can also be used for purposes other than heating the passenger compartment. For example, the electrical energy store can be heated. This is advantageous with regard to the electrical power that can be made available by the electrical energy store and also for charging, in particular rapid charging, of the electrical energy store.

Des Weiteren lässt sich eine Heizeinrichtung, welche den Wärmeübertrager umfasst, besonders einfach in das Kraftfahrzeug integrieren, wenn dieses ohnehin den Kühlmittelkreislauf aufweist. Eine Anpassung von derzeit erhältlichen Kraftfahrzeugen ist dann in einem besonders geringen Ausmaß erforderlich. Dementsprechend lässt sich die den Wärmeübertrager umfassende Heizeinrichtung besonders einfach in das Kraftfahrzeug integrieren.Furthermore, a heating device which comprises the heat exchanger can be integrated particularly easily into the motor vehicle if it already has the coolant circuit. Adaptation of currently available motor vehicles is then required to a particularly small extent. Accordingly, the heating device comprising the heat exchanger can be integrated particularly easily into the motor vehicle.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Energiespeicher, welcher durch Anschließen an eine elektrische Energiequelle aufladbar ist und welcher zum Versorgen wenigstens eines zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs ausgebildeten Elektromotors des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, weist das Kraftfahrzeug eine Heizeinrichtung zum Heizen eines Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs, einen Wasserspeicher und eine Elektrolysevorrichtung auf. Mittels der Elektrolysevorrichtung wird aus in dem Wasserspeicher aufgenommenem Wasser Wasserstoff gewonnen. Der Wasserstoff wird einer Wärmequelle der Heizeinrichtung zugeführt. Die Wärmequelle ist als Verbrennungseinrichtung zum Verbrennen des Wasserstoffs ausgebildet. Mittels eines derartigen Verfahrens ist auf einfache Weise eine Erhöhung der Reichweite des Kraftfahrzeugs im elektrischen Fahrbetrieb erreichbar. Denn der durch Betreiben der Elektrolysevorrichtung gebildete Wasserstoff wird in der Verbrennungseinrichtung zum Bereitstellen von Wärme genutzt, die wiederum zum Heizen des Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs verwendet wird.In the method according to the invention for operating a motor vehicle with an electrical energy store, which can be charged by being connected to an electrical energy source and which is designed to supply at least one electric motor of the motor vehicle designed to move the motor vehicle, the motor vehicle has a heating device for heating a passenger compartment of the motor vehicle , a water storage tank and an electrolysis device. By means of the electrolysis device, hydrogen is obtained from the water taken up in the water reservoir. The hydrogen is fed to a heat source of the heating device. The heat source is designed as a combustion device for burning the hydrogen. By means of such a method, an increase in the range of the motor vehicle in electric driving mode can be achieved in a simple manner. This is because the hydrogen formed by operating the electrolysis device is used in the combustion device to provide heat, which in turn is used to heat the passenger compartment of the motor vehicle.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the method according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the motor vehicle according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 stark schematisiert ein Kraftfahrzeug mit einer Elektrolysevorrichtung;
2 schematisch den Betrieb der Elektrolysevorrichtung, während welchem Wasserstoff gewonnen wird, der einem Wasserstoffbrenner zugeführt wird, wobei mittels des Wasserstoffbrenners ein Kühlmittel erwärmt wird, welches durch einen Wärmeübertrager hindurch strömt; und
3 schematisch einen die Elektrolysevorrichtung umfassenden und in dem Kraftfahrzeug angeordneten Kreislauf, in welchem Wasser genutzt wird, aus welchem im Betrieb der Elektrolysevorrichtung der Wasserstoff gewonnen wird.

Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:

1 highly schematized a motor vehicle with an electrolysis device;
2 schematically the operation of the electrolysis device, during which hydrogen is obtained, which is fed to a hydrogen burner, a coolant being heated by means of the hydrogen burner, which coolant flows through a heat exchanger; and
3 schematically a circuit comprising the electrolysis device and arranged in the motor vehicle, in which water is used, from which the hydrogen is obtained when the electrolysis device is in operation.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which also further develop the invention in each case independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to include combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

In 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 schematisch gezeigt, welches vorliegend als batterieelektrisches Fahrzeug ausgebildet ist. Dementsprechend weist das Kraftfahrzeug 10 einen elektrischen Energiespeicher 12 auf, welcher wenigstens einen Elektromotor 14 des Kraftfahrzeugs 10 versorgt. Der Elektromotor 14 ist zum Antreiben wenigstens eines Rads 16 des Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet und somit zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs 10. Der elektrische Energiespeicher 12, welcher als wieder aufladbare Batterie ausgebildet ist, ist mit einem Ladegerät 18 beziehungsweise einer derartigen Ladevorrichtung des Kraftfahrzeugs 10 gekoppelt. Bei Ausbildung des elektrischen Energiespeichers 12 als Hochvoltbatterie ist das Ladegerät 18 dementsprechend als Hochvoltladegerät ausgebildet.In 1 is a motor vehicle 10 shown schematically, which is embodied here as a battery-electric vehicle. Accordingly, the motor vehicle 10 an electrical energy storage device 12th on which at least one electric motor 14th of the motor vehicle 10 provided. The electric motor 14th is for driving at least one wheel 16 of the motor vehicle 10 designed and thus for moving the motor vehicle 10 . The electrical energy storage 12th , which is designed as a rechargeable battery, is equipped with a charger 18th or such a charging device of the motor vehicle 10 coupled. When training the electrical energy store 12th as a high-voltage battery is the charger 18th accordingly designed as a high-voltage charger.

Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Ladeanschluss 20 auf, in welchen ein Ladestecker 22 zum Zwecke des Ladens des elektrischen Energiespeichers 12 eingesteckt werden kann. Der Ladestecker 22 ist Bestandteil einer elektrischen Energiequelle, welche vorliegend beispielhaft und schematisch als außerhalb des Kraftfahrzeugs 10 angeordnete, also fahrzeugexterne Ladesäule 24 dargestellt ist.The car 10 has a charging port 20th on which a charging plug 22nd for the purpose of charging the electrical energy store 12th can be plugged in. The charging plug 22nd is part of an electrical energy source, which in the present example and schematically as outside of the motor vehicle 10 arranged charging station, i.e. outside the vehicle 24 is shown.

Über das Ladegerät 18 können auch Elektroden in Form einer Kathode 26 und einer Anode 28 mit von der Ladesäule 24 bereitgestellter elektrischer Energie versorgt werden (vergleiche 2). Die in 2 gezeigten Elektroden in Form der Kathode 26 und der Anode 28 sind Bestandteile einer Elektrolysevorrichtung 30, welche in 1 sehr stark schematisiert und in 2 im Hinblick auf ihre Funktion der Zerlegung von Wasser veranschaulicht ist.Via the charger 18th can also use electrodes in the form of a cathode 26th and an anode 28 with from the charging station 24 provided electrical energy are supplied (cf. 2 ). In the 2 electrodes shown in the form of the cathode 26th and the anode 28 are components of an electrolysis device 30th , what a 1 very strong schematized and in 2 in terms of their function of decomposing water is illustrated.

Das Kraftfahrzeug 10 weist zusätzlich zu der Elektrolysevorrichtung 30 auch einen Wasserspeicher 32 oder Wasserbehälter auf, in welchem Wasser 34 aufgenommen ist (vergleiche 2). Durch Anschließen der Elektroden in Form der Kathode 26 und der Anode 28 an das Ladegerät 18 kann dann, wenn der Ladeanschluss 20 des Kraftfahrzeugs 10 mit dem Ladestecker 22 der Ladesäule 24 verbunden ist, die Elektrolysevorrichtung 30 über die Ladesäule 24 mit elektrischem Strom versorgt werden.The car 10 has in addition to the electrolysis device 30th also a water reservoir 32 or water container in which water 34 is included (compare 2 ). By connecting the electrodes in the form of the cathode 26th and the anode 28 to the charger 18th can then if the charging port 20th of the motor vehicle 10 with the charging plug 22nd the charging station 24 connected to the electrolyzer 30th via the charging station 24 be supplied with electrical power.

Bei der Elektrolyse des Wassers 34 wird an der Kathode 26 Wasserstoff gebildet und an der Anode 28 Sauerstoff. In der in 2 gezeigten Anordnung, welche die Elektrolysevorrichtung 30 umfasst, wird somit das in dem Wasserspeicher 32 bevorratete flüssige Wasser 34 eingesetzt beziehungsweise genutzt, um Wasserstoff zu bilden. Aus 3 ist diesbezüglich ersichtlich, dass das Wasser 34 in einem Kreislauf 36 genutzt wird, welcher als geschlossener Kreislauf 36 ausgebildet ist. Dementsprechend geht das Wasser 34 nicht verloren.In the electrolysis of water 34 is at the cathode 26th Hydrogen is formed and at the anode 28 Oxygen. In the in 2 arrangement shown, which the electrolysis device 30th includes, is thus that in the water reservoir 32 stored liquid water 34 used or used to form hydrogen. Out 3 it can be seen in this regard that the water 34 in a cycle 36 which is used as a closed circuit 36 is trained. Accordingly, the water goes 34 not lost.

Wenn der Ladestecker 22 der Ladesäule 24 in den Ladeanschluss 20 des Kraftfahrzeugs 10 eingesteckt ist und somit der Energiespeicher 12 des Kraftfahrzeugs 10 an der Ladesäule 24 geladen wird, kann also auch das Wasser 34 in der Elektrolyse gespalten beziehungsweise zerlegt werden. Die hierbei stattfindende Gewinnung des Wasserstoffs kann während des Aufladens des elektrischen Energiespeichers 12 beziehungsweise einer derartigen wieder aufladbaren Batterie des Kraftfahrzeugs 10 erfolgen oder auch im Anschluss an das Laden, insbesondere vollständige Laden des elektrischen Energiespeichers 12. In diesem Zusammenhang kann ein Steuergerät 38 des Kraftfahrzeugs 10 das Ladegerät 18 ansteuern und so bewirken, dass die Elektroden der Elektrolysevorrichtung 30 und/oder der elektrische Energiespeicher 12 mit aus der Ladesäule 24 stammender elektrischer Energie beaufschlagt werden. Das Ansteuern des Ladegeräts 18 mittels des Steuergeräts 38 oder einer derartigen Steuerungseinrichtung des Kraftfahrzeugs 10 ist in 1 veranschaulicht.When the charging plug 22nd the charging station 24 into the charging port 20th of the motor vehicle 10 is plugged in and thus the energy storage 12th of the motor vehicle 10 at the charging station 24 is charged, so can the water 34 be split or dismantled in the electrolysis. The production of hydrogen that takes place here can take place while the electrical energy store is being charged 12th or such a rechargeable battery of the motor vehicle 10 take place or after the charging, in particular complete charging of the electrical energy store 12th . In this context, a control unit 38 of the motor vehicle 10 The charger 18th control and thus cause the electrodes of the electrolysis device 30th and / or the electrical energy store 12th with from the charging station 24 originating electrical energy are applied. Controlling the charger 18th by means of the control unit 38 or such a control device of the motor vehicle 10 is in 1 illustrated.

Wie aus 2 ersichtlich ist, wird der bei der Elektrolyse anfallende Wasserstoff in einem Wasserstoffspeicher 40 gespeichert, welcher als konventioneller Drucktank ausgebildet sein kann. Von dem Wasserstoffspeicher 40 wird der Wasserstoff beispielsweise über ein Ventil 42 einer Verbrennungseinrichtung des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Die Verbrennungseinrichtung kann demgemäß als Wasserstoffbrenner 44 ausgebildet sein, an welchem oder in welchem der Wasserstoff verbrannt wird. Durch den Wasserstoffbrenner 44 ist somit eine Wärmequelle bereitgestellt. Mittels der im Betrieb des Wasserstoffbrenners 44 freigesetzten Wärme kann ein Fahrgastraum 46 des Kraftfahrzeugs 10 (vergleiche 1) beheizt werden. Es braucht somit zum Beheizen des Fahrgastraums 46 keine elektrische Energie aus dem elektrischen Energiespeicher 12 genutzt zu werden.How out 2 As can be seen, the hydrogen produced during electrolysis is stored in a hydrogen storage unit 40 stored, which can be designed as a conventional pressure tank. From the hydrogen storage 40 the hydrogen is e.g. via a valve 42 a combustion device of the motor vehicle 10 fed. The combustion device can accordingly be used as a hydrogen burner 44 be formed on which or in which the hydrogen is burned. Through the hydrogen burner 44 a heat source is thus provided. By means of the operation of the hydrogen burner 44 The heat released can be a passenger compartment 46 of the motor vehicle 10 (compare 1 ) are heated. It therefore needs to be used to heat the passenger compartment 46 no electrical energy from the electrical energy store 12th to be used.

Es hat sich herausgestellt, dass bereits mit einer Masse an Wasserstoff, welche deutlich geringer ist als ein Kilogramm, über einen besonders langen Zeitraum hinweg Heizwärme zum Beheizen des Fahrgastraums 46 des Kraftfahrzeugs 10 zur Verfügung gestellt werden kann, indem der Wasserstoffbrenner 44 mit dem aus dem Wasserstoffspeicher 40 stammenden Wasserstoff beaufschlagt wird.It has been found that even with a mass of hydrogen which is significantly less than one kilogram, heating for heating the passenger compartment over a particularly long period of time 46 of the motor vehicle 10 Can be made available by the hydrogen burner 44 with the one from the hydrogen storage tank 40 originating hydrogen is applied.

Es kann vorgesehen sein, dass dann, wenn das Kraftfahrzeug 10 fährt und ein Nutzer des Kraftfahrzeugs 10 einen Heizungswunsch zum Ausdruck bringt, also ein Heizen des Fahrgastraums 46 wünscht, der Wasserstoffbrenner 44 in Betrieb genommen wird.It can be provided that when the motor vehicle 10 drives and a user of the motor vehicle 10 expresses a heating request, i.e. heating the passenger compartment 46 wishes the hydrogen burner 44 is put into operation.

Mittels des Wasserstoffbrenners 44 kann einerseits direkt Luft erwärmt werden, welche in den Innenraum oder Fahrgastraum 46 eingebracht wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine in 2 ausschnittsweise gezeigte Heizeinrichtung 48 des Kraftfahrzeugs 10 einen Wärmeübertrager 50 aufweist, welcher durch Betreiben des Wasserstoffbrenners 44 mit Wärme beaufschlagt wird. Der Wärmeübertrager 50 kann von einem Kühlmittel durchströmt werden, welches in einem Kühlmittelkreislauf 52 des Kraftfahrzeugs 10 aufgenommen oder enthalten ist (vergleiche 2). Von dem Kühlmittelkreislauf 52 der Heizeinrichtung 48 ist in 2 lediglich ein Ausschnitt schematisch gezeigt.Using the hydrogen burner 44 On the one hand, air can be heated directly, which is in the interior or passenger compartment 46 is introduced. However, it can also be provided that an in 2 Heating device shown in detail 48 of the motor vehicle 10 a heat exchanger 50 has, which by operating the hydrogen burner 44 is applied with heat. The heat exchanger 50 can be traversed by a coolant which is in a coolant circuit 52 of the motor vehicle 10 is included or included (compare 2 ). From the coolant circuit 52 the heater 48 is in 2 only a section shown schematically.

Eine Regelung der Heizleistung des Wasserstoffbrenners 44 ist insbesondere stufenlos möglich, und es kann die Beheizung des Fahrgastraums 46 sehr fein dosiert eingestellt werden. Über den Kühlmittelkreislauf 52 kann insbesondere eine Regelung auf eine gewünschte Austrittstemperatur stattfinden, welche in den Fahrgastraum 46 eingebrachte Luft aufweisen soll. Diese Luft kann hierfür einen weiteren, vorliegend nicht näher gezeigten Wärmeübertrager des Kühlmittelkreislaufs 52 überstreichen.A regulation of the heating power of the hydrogen burner 44 is possible in particular continuously, and the passenger compartment can be heated 46 can be set very finely. Via the coolant circuit 52 In particular, a regulation to a desired outlet temperature can take place, which in the passenger compartment 46 should have introduced air. For this purpose, this air can use a further heat exchanger of the coolant circuit, not shown in greater detail here 52 paint over.

Beim Verbrennen des Wasserstoffs mit Sauerstoff wird Wasser gebildet. Vorliegend wird das anfallende Wasser gesammelt und in den Wasserspeicher 32 rückgeführt. Dieses Sammeln und Rückführen des Wassers ist in 2 schematisch durch einen Pfeil 54 veranschaulicht.When the hydrogen is burned with oxygen, water is formed. In the present case, the resulting water is collected and placed in the water storage tank 32 returned. This collection and return of the water is in 2 schematically by an arrow 54 illustrated.

Aus 3 ist diesbezüglich ersichtlich, dass der Kreislauf 36 eine Auffangeinrichtung etwa in Form eines Wasserabscheiders 56 umfassen kann, welche dem Auffangen beziehungsweise Sammeln des Wassers dient, welches beim Verbrennen des Wasserstoffs mit Sauerstoff gebildet wird. Des Weiteren weist gemäß 3 der Kreislauf 36 eine Rückführeinrichtung 58 auf, welche dem Rückführen zumindest eines Teils des gebildeten Wassers in den Wasserspeicher 32 dient. Die Funktionen der Auffangeinrichtung beziehungsweise des Wasserabscheiders 56 und der Rückführeinrichtung 58 gemäß 3 sind in 2 durch den Pfeil 54 veranschaulicht.Out 3 it can be seen in this regard that the cycle 36 a collecting device in the form of a water separator 56 which may include collecting or collecting of the water, which is formed when the hydrogen is burned with oxygen. Furthermore, according to 3 the circulation 36 a return device 58 on which at least part of the water formed is returned to the water reservoir 32 serves. The functions of the collecting device or the water separator 56 and the return device 58 according to 3 are in 2 by the arrow 54 illustrated.

Aus 2 ist weiter ersichtlich, dass eine zu dem Wasserstoffspeicher 40 führende Leitung 60 zum Auffangen des an der Kathode 26 gebildeten Wasserstoffs ausgebildet sein kann. Ein unteres Ende 62 der Leitung 60 kann hierbei sehr nahe an einen Boden 64 des Wasserspeichers 32 heranreichen beziehungsweise knapp über dem Boden 64 enden. So kann besonders weitgehend sichergestellt werden, dass an der Kathode 26 gebildeter Wasserstoff über die Leitung 60 in den Wasserstoffspeicher 40 gelangt.Out 2 it can also be seen that a to the hydrogen storage 40 leading line 60 to collect the at the cathode 26th formed hydrogen can be formed. A lower end 62 the line 60 can be very close to a floor 64 of the water reservoir 32 reach or just above the ground 64 end up. In this way it can be ensured to a particularly large extent that at the cathode 26th formed hydrogen via the line 60 in the hydrogen storage 40 got.

Vorzugsweise ist zumindest ein die Kathode 26 und die Leitung 60 umfassender Teil der Elektrolysevorrichtung 30 in den geschlossenen Kreislauf 36 integriert. So kann erreicht werden, das der an der Kathode 26 gebildete Wasserstoff nicht entweichen kann. Dementsprechend nimmt der Druck des Wasserstoffs in dem geschlossenen Kreislauf 36 zu. Dies wiederum ermöglicht es, den Wasserstoff mit einem Druck in den Wasserstoffspeicher 40 einzubringen, welcher höher beziehungsweise größer ist als ein Umgebungsdruck.Preferably at least one is the cathode 26th and the line 60 comprehensive part of the electrolysis device 30th in the closed circuit 36 integrated. In this way, that of the cathode can be achieved 26th formed hydrogen cannot escape. The pressure of the hydrogen in the closed circuit decreases accordingly 36 to. This in turn makes it possible to pressurize the hydrogen into the hydrogen storage tank 40 to be introduced, which is higher or greater than an ambient pressure.

Zum Einbringen des Wasserstoffs in den Wasserstoffspeicher 40 mit erhöhtem Druck kann die Elektrolysevorrichtung 30 jedoch auch eine Fördereinrichtung umfassen, welche als Pumpeinrichtung ausgebildet ist. Dann kann der an der Kathode 26 gebildete Wasserstoff mittels der Pumpeinrichtung in den Wasserstoffspeicher 40 eingebracht werden.For introducing the hydrogen into the hydrogen storage tank 40 with increased pressure, the electrolysis device 30th however, also comprise a conveying device which is designed as a pumping device. Then the one at the cathode 26th formed hydrogen by means of the pumping device in the hydrogen storage 40 be introduced.

Der Wasserstoffspeicher 40 kann einen Füllstandsensor aufweisen, welcher beispielsweise als Drucksensor 66 ausgebildet sein kann. Ein weiterer Füllstandsensor 68 kann zum Erfassen eines in dem Wasserspeicher 32 vorliegenden Füllstands vorgesehen sein. Ein Abnehmen des Füllstands in dem Wasserspeicher 32 geht mit einer zunehmenden Bildung von Wasserstoff einher.The hydrogen storage 40 can have a level sensor, which for example as a pressure sensor 66 can be formed. Another level sensor 68 can be used to detect one in the water reservoir 32 present fill level be provided. A decrease in the level in the water tank 32 goes hand in hand with an increasing formation of hydrogen.

Des Weiteren kann mittels des Füllstandsensors 68 festgestellt werden, ob gegebenenfalls Wasser in den Wasserspeicher 32 nachgefüllt werden sollte. Dadurch, dass in dem Kreislauf 36 das Wasser zumindest überwiegend wieder verwendet wird, kann jedoch besonders weitgehend auf ein Nachfüllen von Wasser in den Wasserspeicher 32 verzichtet werden.Furthermore, by means of the level sensor 68 determine whether there is any water in the water reservoir 32 should be refilled. By being in the cycle 36 the water is at least predominantly reused, but can be particularly largely due to a refilling of water in the water reservoir 32 be waived.

Wenn der Wasserstoffspeicher 40 dazu ausgebildet ist, ein Kilogramm Wasserstoff zu bevorraten, so kann durch Verbrennen des in dem Wasserstoffspeicher 40 gespeicherten Wasserstoffs eine Wärmemenge von etwa 33 Kilowattstunden bereitgestellt werden. Ausgehend von einer elektrischen Heizung für die Beheizung des Fahrgastraums 46, welche eine Heizleistung von 2 Kilowatt aufweist, kann somit über einen Zeitraum von etwa 16 Stunden ohne ein Nachfüllen von Wasserstoff in den Wasserstoffspeicher 40 der Fahrgastraum 46 beheizt werden, indem der Wasserstoff mittels des Wasserstoffbrenners 44 verbrannt wird. Auch im Winter braucht somit über einen besonders langen Zeitraum hinweg keine elektrische Energie aus dem elektrischen Energiespeicher 12 entnommen zu werden, um den Fahrgastraum 46 elektrisch zu beheizen.When the hydrogen storage 40 is designed to store one kilogram of hydrogen, then by burning the in the hydrogen storage 40 stored hydrogen, an amount of heat of around 33 kilowatt hours can be provided. Based on an electric heater for heating the passenger compartment 46 , which has a heating output of 2 kilowatts, can thus be used for a period of about 16 hours without refilling the hydrogen storage tank 40 the passenger compartment 46 be heated by the hydrogen by means of the hydrogen burner 44 is burned. Even in winter, therefore, no electrical energy is required from the electrical energy store for a particularly long period of time 12th to be taken out to the passenger compartment 46 to be heated electrically.

Vorzugsweise wird zumindest im Anschluss an ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers 12 der Wasserstoffspeicher 40 mit Wasserstoff befüllt, solange der Ladestecker 22 der Ladesäule 24 ohnehin in den Ladeanschluss 20 des Kraftfahrzeugs 10 eingesteckt ist.Preferably, at least following charging of the electrical energy store 12th the hydrogen storage 40 filled with hydrogen as long as the charging plug 22nd the charging station 24 anyway in the charging port 20th of the motor vehicle 10 is plugged in.

Es sind jedoch auch Situationen vorstellbar, in welchen kein Befüllen des Wasserstoffspeichers 40 mit Wasserstoff während des Ladens des elektrischen Energiespeichers 12 oder im Anschluss an dieses Laden vorgenommen wurde. Selbst wenn der Wasserstoffspeicher 40 nicht befüllt wurde, ist es dennoch möglich, den Fahrgastraum 46 elektrisch zu beheizen. Dementsprechend weist die Heizeinrichtung 48 vorzugsweise auch eine (vorliegend nicht gezeigte) elektrische Heizung auf. Die Nutzung dieser elektrischen Heizung führt dann zwar zu einer verringerten Reichweite des sich im elektrischen Fahrbetrieb fortbewegenden Kraftfahrzeugs 10. Dennoch ist der thermische Komfort wenigstens eines sich in dem Fahrgastraum 46 befindenden Insassen des Kraftfahrzeugs 10 nicht eingeschränkt.However, situations are also conceivable in which the hydrogen storage tank is not being filled 40 with hydrogen while the electrical energy storage device is being charged 12th or after this loading. Even if the hydrogen storage 40 has not been filled, it is still possible to use the passenger compartment 46 to be heated electrically. Accordingly, the heating device 48 preferably also an electrical heater (not shown here). The use of this electric heater then leads to a reduced range of the motor vehicle moving in electric driving mode 10 . Nevertheless, the thermal comfort is at least one thing in the passenger compartment 46 occupants of the motor vehicle 10 not limited.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Anordnung und ein Verfahren zur Reichweitenverlängerung insbesondere bei einem batterieelektrischen Kraftfahrzeug 10 bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how the invention provides an arrangement and a method for extending the range, particularly in the case of a battery-electric motor vehicle 10 can be provided.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 2936598 B1 [0003]
DE 102015118736 A1 [0005]

Claims

Motor vehicle with an electrical energy store (12) which can be charged by being connected to an electrical energy source (24) and which is designed to supply at least one electric motor (14) of the motor vehicle (10) designed to move the motor vehicle (10), and with a Heating device (48) for heating a passenger compartment (46) of the motor vehicle (10), characterized in that the motor vehicle (10) has a water reservoir (32) and an electrolysis device (30) which is designed to generate hydrogen from the water reservoir ( 32) absorbable water, wherein a heat source of the heating device (48) comprises a combustion device (44) designed to burn the hydrogen.

Motor vehicle after Claim 1 , characterized in that the motor vehicle (10) has a collecting device (56) for collecting water formed when the hydrogen is burned with oxygen and a return device (58) for returning at least part of the water formed to the water reservoir (32).

Motor vehicle after Claim 2 , characterized in that a circuit (36) which comprises the water reservoir (32), at least part of the electrolysis device (30), the combustion device (44), the collecting device (56) and the return device (58), as a closed circuit ( 36) is formed.

Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that respective electrodes (26, 28) of the electrolysis device (30) are or can be connected to a charging device (18) of the motor vehicle (10), via which the electrical energy store (12) is used for the purpose of Charging can be connected to the electrical energy source (24).

Motor vehicle after Claim 4 , characterized in that a control device (38) of the motor vehicle (10) designed to control the charging device (18) is used to apply the electrodes (26, 28) of the electrolysis device (30) and / or the electrical energy store (12) from the Energy source (24) originating electrical energy can be brought about.

Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the motor vehicle (10) has a hydrogen storage device (40) for storing the hydrogen which can be obtained by means of the electrolysis device (30).

Motor vehicle after Claim 6 , characterized in that the electrolysis device (30) comprises a conveying device (60) by means of which the hydrogen can be introduced into the hydrogen storage device (40) at a pressure higher than ambient pressure.

Motor vehicle after Claim 6 or 7th , characterized by at least one sensor (66) for detecting a level in the hydrogen storage tank (40) and / or at least one sensor (68) for detecting a level in the water storage tank (32).

Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device (48) comprises a heat exchanger (50) which can be acted upon with heat by operating the combustion device (44) and through which a coolant can flow which is in a coolant circuit (52) of the motor vehicle ( 10) is included.

Method for operating a motor vehicle (10) with an electrical energy store (12) which can be charged by being connected to an electrical energy source (24) and which is used to supply at least one electric motor (14) of the motor vehicle (10) designed to move the motor vehicle (10) ) is formed, and with a heating device (48) for heating a passenger compartment (46) of the motor vehicle (10), characterized in that the motor vehicle (10) has a water reservoir (32) and an electrolysis device (30), by means of which from in the water absorbed by the water reservoir (32), hydrogen is obtained, the hydrogen being fed to a heat source of the heating device (48), which is designed as a combustion device (44) for burning the hydrogen.