DE102019209867A1 - Electrically powered vehicle with a fuel cell as the energy system - Google Patents
Electrically powered vehicle with a fuel cell as the energy system Download PDFInfo
- Publication number
- DE102019209867A1 DE102019209867A1 DE102019209867.3A DE102019209867A DE102019209867A1 DE 102019209867 A1 DE102019209867 A1 DE 102019209867A1 DE 102019209867 A DE102019209867 A DE 102019209867A DE 102019209867 A1 DE102019209867 A1 DE 102019209867A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- energy
- thermal
- electrical
- fuel cell
- cell unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
- B60L1/02—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to electric heating circuits
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
- B60L50/75—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using propulsion power supplied by both fuel cells and batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
- H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
- H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/10—Vehicle control parameters
- B60L2240/34—Cabin temperature
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/10—Vehicle control parameters
- B60L2240/36—Temperature of vehicle components or parts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
- H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einen Traktionsnetz (T), in dem eine Traktionsbatterie (7) eine elektrische Antriebseinheit des Fahrzeugs mit elektrischer Energie (Eel) versorgt, und mit einem Hilfsenergieversorgungssystem (APU) mit einem Brennstoffzellenaggregat (FC), das unabhängig vom Traktionsnetz (T) für Verbraucher elektrische Energie (Eel) und thermische Energie (Eth) bereitstellt, wobei das Hilfsenergieversorgungssystem (APU) eine Steuereinheit (19) aufweist, die bei Vorliegen eines Energiebedarf-Signals (SW, Sl) das Brennstoffzellenaggregat (FC) aktiviert, bei dessen Aktivierung zumindest ein elektrischer Verbraucher (21) mit elektrischer Energie (Eel) versorgbar ist und/oder zumindest ein thermischer Verbraucher (23) mit thermischer Energie (Eth) versorgbar ist. Erfindungsgemäß weist das Fahrzeug thermische und elektrische Energiespeicher (7, 25) auf, und dass eine bei der Aktivierung des Brennstoffzellenaggregats (FC) bereitgestellte, nicht für die Energieversorgung der Verbraucher erforderliche Überschuss-Energie (ΔE) in Form von elektrischer Energie (Eel) oder thermischer Energie (Eth) im elektrischen oder thermischen Energiespeicher (7, 25) speicherbar ist.The invention relates to an electrically powered vehicle with a traction network (T), in which a traction battery (7) supplies an electric drive unit of the vehicle with electrical energy (Eel), and with an auxiliary energy supply system (APU) with a fuel cell unit (FC) that is independent provides electrical energy (Eel) and thermal energy (Eth) from the traction network (T) for consumers, the auxiliary energy supply system (APU) having a control unit (19) which, when an energy demand signal (SW, Sl) is present, the fuel cell unit (FC) activated, when activated at least one electrical consumer (21) can be supplied with electrical energy (Eel) and / or at least one thermal consumer (23) can be supplied with thermal energy (Eth). According to the invention, the vehicle has thermal and electrical energy stores (7, 25), and that excess energy (ΔE) in the form of electrical energy (Eel) or excess energy (ΔE) which is provided when the fuel cell unit (FC) is activated and is not required for supplying energy to the consumer thermal energy (Eth) can be stored in the electrical or thermal energy store (7, 25).
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisch betriebenes Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Fahrzeugs.The invention relates to an electrically operated vehicle according to the preamble of claim 1 and a method for operating such a vehicle.
Beim Einsatz von elektrisch betriebene Fahrzeugen besteht eine der Herausforderungen darin, die Energieversorgung des Fahrzeuges in ausreichendem Maße und zuverlässig sicherzustellen. Zu diesem Zweck und auch aus ökonomischen Gründen wird die Energieversorgung in unterschiedliche Netzte aufgeteilt. So sind die elektrisch betriebenen Fahrzeuge häufig mit einem Traktionsnetz ausgestattet, das allein zum Antrieb des Fahrzeuges genutzt wird. Nun sind in solchen Fahrzeugen neben dem Antrieb aber auch elektrische Zusatzverbraucher vorgesehen. Zu diesen Zusatzverbrauchern zählen etwa das Fahrzeuglicht, Multimediasysteme und die Innenraumbeleuchtung. Für diese Zusatzverbraucher, die meist im Niederspannungsbereich bei geringen Leistungen betrieben werden, ist in einem gattungsgemäßen Fahrzeug ein Hilfsenergieversorgungssystem in Form eines Brennstoffzellenaggregates vorgesehen. Das Brennstoffzellenaggregat wird zu diesem Zweck klein dimensioniert, um optimal auf den tatsächlichen, elektrischen Energieverbrauch der Zusatzverbraucher abgestimmt zu sein. Das heißt, dass das Brennstoffzellenaggregat in seiner elektrischen Leistung exakt so groß dimensioniert ist, dass die von dem Brennstoffzellenaggregat bereitgestellte elektrische Energie von den elektrischen Zusatzverbrauchern mehrheitlich verbrauchbar ist. Auf diese Weise wird ein effizienter Betrieb der Brennstoffzelle gewährleistet.When using electrically powered vehicles, one of the challenges is to ensure that the vehicle is adequately and reliably supplied with energy. For this purpose and also for economic reasons, the energy supply is divided into different networks. Electrically powered vehicles are often equipped with a traction network that is used solely to drive the vehicle. In addition to the drive, additional electrical consumers are now provided in such vehicles. These additional consumers include, for example, vehicle lights, multimedia systems and interior lighting. An auxiliary power supply system in the form of a fuel cell unit is provided in a vehicle of the generic type for these additional consumers, which are mostly operated in the low voltage range with low power. For this purpose, the fuel cell unit is made small in order to be optimally matched to the actual electrical energy consumption of the additional consumers. This means that the electrical power of the fuel cell unit is dimensioned to be exactly large enough that the majority of the electrical energy provided by the fuel cell unit can be consumed by the additional electrical consumers. In this way, efficient operation of the fuel cell is guaranteed.
Nachteilig an diesen Fahrzeugen ist, dass die mögliche Leistungsfähigkeit von Brennstoffzellenaggregaten nicht annähernd ausgeschöpft wird, wodurch der Betrieb der Fahrzeuge ineffizient ist.A disadvantage of these vehicles is that the potential performance of fuel cell units is not nearly exhausted, which means that the operation of the vehicles is inefficient.
Aus der G 94 04 746 ist ein energieliefernder Anhänger für Elektro-Automobile bekannt. Aus der
Die zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit gesteigerter Effizienz bereitzustellen.The underlying task is therefore to provide an electrically operated vehicle with increased efficiency.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is achieved by the features of
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist das elektrisch betriebene Fahrzeug einen thermischen und einen elektrischen Energiespeicher auf. In diesem elektrischen oder thermischen Energiespeicher ist eine bei der Aktivierung eines Brennstoffzellenaggregats bereitgestellte und nicht für die Energieversorgung der Verbraucher erforderliche Überschuss-Energie in Form von elektrischer oder thermischer Energie speicherbar. Das heißt, dass sowohl die Wärme- als auch die elektrische Energie, die von dem Brennstoffzellenaggregat bereitgestellt wird, genutzt und, falls erforderlich, auch gespeichert wird. Dadurch ist das Fahrzeug effizienter zu betreiben.According to the characterizing part of claim 1, the electrically operated vehicle has a thermal and an electrical energy store. In this electrical or thermal energy store, an excess energy that is provided when a fuel cell unit is activated and is not required for supplying energy to the consumer can be stored in the form of electrical or thermal energy. This means that both the heat and the electrical energy provided by the fuel cell unit are used and, if necessary, also stored. This makes the vehicle more efficient to operate.
Die erfindungsgemäße Lösung kann beispielsweise in einem Fahrzeuggespann aus einer Zugmaschine und einem Wohnanhänger eingesetzt werden. Als Hilfsenergieversorgungssystem (
Neben der elektrischen Energie erzeugt das Brennstoffzellenaggregat im Betrieb auch Abwärme, die ebenfalls in der Zugmaschine und/oder Wohnanhänger genutzt werden kann. Beispielsweise kann die Abwärme zur Beheizung des Wohnwagens oder von Warmwasser verwendet werden. Alternativ oder optional dazu, kann auch die (Ab-)wärme in einer Absorptionskältemaschine (wie in einem Kühlschrank, insbesondere ein Wohnwagenkühlschrank oder eine Klimaanlage) genutzt werden.In addition to the electrical energy, the fuel cell unit also generates waste heat during operation, which can also be used in the tractor and / or caravan. For example, the waste heat can be used to heat the caravan or hot water. Alternatively or optionally, the (waste) heat can also be used in an absorption refrigeration machine (such as in a refrigerator, in particular a caravan refrigerator or an air conditioning system).
Zum Betrieb des Brennstoffzellenaggregats kann reiner Wasserstoff in einem H2-Tank verwendet werden. Dieser kann zum Beispiel bei einem Druck von bis zu 700 bar in dem Wasserstofftank gespeichert sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann als Energieträger auch Propan und/oder Butan eingesetzt werden. Dieses ist im Campingbereich weit verbreitet und wird in campingüblichen Gasflaschen vertrieben. Das Propan und/oder Butan in campingüblichen Gasflaschen hat den Vorteil, dass der Energieträger, nämlich die Gasflasche, einfach ausgetauscht werden kann. Durch diesen auf einfache Weise ausführbaren Austausch der Gasflasche kann eine zuverlässige Versorgung des Brennstoffzellenaggregates mit dem Energieträger sichergestellt werden.Pure hydrogen in an H2 tank can be used to operate the fuel cell unit. This can be stored in the hydrogen tank, for example, at a pressure of up to 700 bar. Alternatively or in addition to this, propane and / or butane can also be used as energy sources. This is widespread in the camping sector and is sold in gas bottles that are customary for camping. The propane and / or butane in gas bottles customary in camping has the advantage that the energy source, namely the gas bottle, can be easily exchanged. This easy-to-carry exchange of the gas cylinder can reliable supply of the fuel cell unit with the energy carrier can be ensured.
Durch die bedarfsgerechte Aktivierung des Brennstoffzellenaggregats ergibt sich der Umstand, dass meist vorrangig nur eine der beiden Energieformen, namentlich die elektrisch und die Wärmeenergie, benötigt und unmittelbar verwendet werden. Wird nun das Brennstoffzellenaggregat aufgrund des Vorliegens eines Wärmebedarfes aktiviert, so kann diese Wärmeenergie (beispielsweise für Heizung/Kühlung und/oder Kühlschrank) verwendet werden. Neben der Wärmeenergie wird aber zusätzlich elektrische Energie von dem Brennstoffzellenaggregat bereitgestellt, die momentan nicht unmittelbar genutzt wird und daher als überschüssige, elektrische Energie vorliegt. Diese überschüssige, elektrische Energie kann in einer Hochvoltbatterie der Zugmaschine gespeichert werden und bei Bedarf anschließend wieder dem Wohnanhänger zur Verfügung gestellt werden. Neben den genannten Beispielen, sprich Heizung, Kühlung und/oder Kühlschrank kann die von dem Brennstoffzellenaggregat bereitgestellte Wärmeenergie auch als Wärme für die Raumwärme im Wohnwagen genutzt werden. Das heißt, dass die von dem Brennstoffzellenaggregat bereitgestellte Wärmeenergie zur Innenraumbeheizung des Wohnwagens genutzt wird.The need-based activation of the fuel cell unit results in the fact that mostly only one of the two forms of energy, namely electrical and thermal energy, is required and used immediately. If the fuel cell unit is now activated due to the presence of a heat requirement, this heat energy can be used (for example for heating / cooling and / or refrigerator). In addition to the thermal energy, however, electrical energy is also provided by the fuel cell unit, which is currently not used directly and is therefore present as excess electrical energy. This excess electrical energy can be stored in a high-voltage battery in the tractor and then made available to the caravan again if required. In addition to the examples mentioned, that is to say heating, cooling and / or refrigerator, the thermal energy provided by the fuel cell unit can also be used as heat for room heating in the caravan. This means that the thermal energy provided by the fuel cell unit is used to heat the interior of the caravan.
In einem anderen Beispiel kann das Brennstoffzellenaggregat aufgrund des Vorliegens eines Bedarfes an elektrischer Energie aktiviert werden. Die von dem Brennstoffzellenaggregat bereitgestellte elektrische Energie wird dann unmittelbar verwendet, beispielsweise für Licht und/oder Herd, und es wird nebenbei von dem Brennstoffzellenaggregat auch Wärmeenergie bereitgestellt. Diese Wärmeenergie kann nun entsprechend der zuvor genannten elektrischen, überschüssigen Energie als überschüssige Wärmeenergie angesehen werden. Das heißt, dass diese Wärmeenergie nach Bereitstellung durch das Brennstoffzellenaggregat nicht unmittelbar genutzt wird und diese daher einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann. Eine solche weitere Verwendung kann beispielsweise darin bestehen, dass die überschüssige Wärmeenergie zur Warmwasserbereitung oder in einer Absorptionskälteanlage für den Kühlschrank oder eine Klimaanlage diesem zugeführt wird.In another example, the fuel cell unit can be activated on the basis of the presence of a demand for electrical energy. The electrical energy made available by the fuel cell unit is then used directly, for example for light and / or stove, and thermal energy is also made available by the fuel cell unit. This thermal energy can now be regarded as excess thermal energy in accordance with the aforementioned electrical, excess energy. This means that this thermal energy is not used immediately after it has been provided by the fuel cell unit and it can therefore be used for further use. Such a further use can consist, for example, in the fact that the excess thermal energy is supplied to the refrigerator or an air conditioning system for heating water or in an absorption refrigeration system.
Wird die Brennstoffzelle aufgrund einer elektrischen Energieanforderung betrieben und dabei zu viel Wärmeenergie erzeugt als gespeichert werden kann, so wird diese an die Umgebung abgeführt. Wird hingegen die Brennstoffzelle aufgrund eines Wärmebedarfes betrieben und dabei zu viel elektrische Energie bereitgestellt als gespeichert werden kann - beispielsweise weil die Batterien vollständig geladen sind - dann wird die elektrische Energie durch elektrische Heizungen in Wärme umgewandelt und somit gewinnbringend eingesetzt, wodurch dann der Betrieb der Brennstoffzelle aufgrund einer Wärmeanforderung reduziert werden kann.If the fuel cell is operated on the basis of an electrical energy requirement and too much thermal energy is generated in the process than can be stored, it is dissipated to the environment. If, on the other hand, the fuel cell is operated due to a heat requirement and too much electrical energy is made available than can be stored - for example because the batteries are fully charged - then the electrical energy is converted into heat by electrical heaters and thus used profitably, which then enables the fuel cell to operate can be reduced due to a heat requirement.
Die erfindungsgemäße Idee kann auch in einem Wohnmobil integriert werden. In diesem Fall fällt die elektrische und/oder thermische Kopplung zwischen dem Wohnanhänger und der Zugmaschine weg, da die Komponenten zur erfindungsgemäßen Lösung alle in einem Fahrzeug, nämlich dem Wohnmobil, integriert sind. Die Idee lässt sich außerdem auch auf Reisebusse oder LKW anwenden, die einen erhöhten Wärmebedarf aufweisen.The idea according to the invention can also be integrated in a mobile home. In this case, the electrical and / or thermal coupling between the caravan and the tractor is omitted, since the components for the solution according to the invention are all integrated in one vehicle, namely the mobile home. The idea can also be applied to coaches or trucks that have an increased heat requirement.
Nachfolgend werden Aspekte der Erfindung erstmals oder detaillierter erläutert.Aspects of the invention are explained for the first time or in more detail below.
In einer technischen Umsetzung kann das Brennstoffzellenaggregat über eine elektrische Versorgungsleitung sowie optional über einen Stromverteiler mit der Traktionsbatterie verbunden sein. Insbesondere kann die elektrische Versorgungsleitung unter Zwischenschaltung des Spannungswandlers mit der Traktionsbatterie verbunden sein. Das heißt, dass die elektrische Versorgungsleitung sowohl direkt in die Traktionsbatterie als auch über den Spannungswandler in die Traktionsbatterie münden kann. Der Spannungswandler kann ein DC/DC-Wandler (als Ladegerät) oder ein AC/DC-Wandler sein. Beispielsweise kann beim Laden über eine „handelsübliche“ Wechselstrom-Steckdose der AC/DC-Wandler als Ladegerät eingesetzt sein. Beim Laden der Batterie über Gleichspannung kann der DC/DC-Wandler eingesetzt sein, der insbesondere im Wohnanhänger untergebracht sein kann. Die Traktionsbatterie kann als elektrischer Energiespeicher wirken, in dem die in dem Brennstoffzellenaggregat als Überschuss-Energie bereitgestellte elektrische Energie speicherbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die Überschuss-Energie nicht ungenutzt bleibt, sondern für die spätere Verwendung in der Traktionsbatterie speicherbar ist. Dadurch wird die von dem Brennstoffzellenaggregat bereitgestellte Energie effizienter genutzt.In a technical implementation, the fuel cell unit can be connected to the traction battery via an electrical supply line and optionally via a power distributor. In particular, the electrical supply line can be connected to the traction battery with the interposition of the voltage converter. This means that the electrical supply line can lead directly into the traction battery as well as into the traction battery via the voltage converter. The voltage converter can be a DC / DC converter (as a charger) or an AC / DC converter. For example, the AC / DC converter can be used as a charger when charging via a “commercial” AC socket. When charging the battery via direct voltage, the DC / DC converter can be used, which can in particular be accommodated in the caravan. The traction battery can act as an electrical energy store, in which the electrical energy provided as excess energy in the fuel cell unit can be stored. This has the advantage that the excess energy does not remain unused, but can be stored in the traction battery for later use. As a result, the energy provided by the fuel cell unit is used more efficiently.
Optional kann das Brennstoffzellenaggregat über eine thermische Kopplung mit einem thermischen Verbraucher thermisch verbunden sein. Der thermische Verbraucher kann als thermischer Energiespeicher wirken, in dem thermische Energie als Überschuss-Energie speicherbar ist. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur die elektrische Überschuss-Energie sondern auch die thermische Überschuss-Energie nicht ungenutzt bleibt, sondern einer weiteren Verwendung zugeführt wird, wodurch die Effizienz steigt.Optionally, the fuel cell unit can be thermally connected to a thermal consumer via a thermal coupling. The thermal consumer can act as a thermal energy store, in which thermal energy can be stored as excess energy. This has the advantage that not only the electrical excess energy but also the thermal excess energy does not remain unused, but is instead fed to a further use, whereby the efficiency increases.
Der thermische Verbraucher kann die Raumheizung/Warmwasserbereitung oder eine Klimaanlage oder ein Klimagerät, insbesondere eine Absorptionskältemaschine, sein, bei der ein Kältemittel in einem geschlossenen Kältemittelkreislauf (ggf. mittels einer Lösungspumpe) zirkuliert ist. In dem Kältemittelkreislauf kann ein Verdampfer, ein Austreiber, ein Kondensator und ein Absorber geschaltet sein, wobei insbesondere die thermische Energie dem Austreiber zuführbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die thermische Überschuss-Energie nicht unnötig oft in andere Energieformen umgewandelt werden muss, so dass die thermische Überschuss-Energie sehr effizient genutzt wird. Als Speicher wirkt in diesen Fällen der Wohnraum bzw. der Warmwasserspeicher oder der Innenraum/Inhalt des Kühlschrankes.The thermal consumer can be the room heating / hot water preparation or an air conditioning system or an air conditioning unit, in particular an absorption refrigerator, in which a refrigerant is in a closed refrigerant circuit (possibly by means of a solution pump) is circulated. An evaporator, an expeller, a condenser and an absorber can be connected in the refrigerant circuit, wherein in particular the thermal energy can be fed to the expeller. This has the advantage that the thermal excess energy does not have to be converted unnecessarily often into other forms of energy, so that the thermal excess energy is used very efficiently. In these cases, the living space or the hot water tank or the interior / contents of the refrigerator act as storage.
In einer technischen Realisierung kann als Energiebedarf-Signal ein Wärmebedarf-Signal vorgesehen sein. Dieses Wärmebedarf-Signal kann die Steuereinheit bei Vorliegen des Wärmebedarf-Signals das Brennstoffzellenaggregat aktivieren. In diesem Fall wird beispielsweise die Brennstoffzelle so betrieben, dass eine maximale Wärmeenergie abgeführt werden kann. Die Aktivierung des Brennstoffzellenaggregates kann unter Bereitstellung von sowohl thermischer Energie als auch elektrischer Energie erfolgen. Zusätzlich kann die Steuereinheit den, einen Wärmebedarf aufweisenden thermischen Verbraucher mit der von dem Brennstoffzellenaggregat bereitgestellten thermischen Energie versorgen. Bevorzugt kann die Steuereinheit die von dem Brennstoffzellenaggregat bereitgestellte elektrische Energie als Überschuss-Energie in der Traktionsbatterie speichern. Dadurch wird das Brennstoffzellenaggregat noch effizienter genutzt, da es, ausgehend von dem Energiebedarf-Signal bedarfsgerecht aktiviert wird.In a technical implementation, a heat demand signal can be provided as the energy demand signal. The control unit can activate this heat demand signal when the heat demand signal is present, the fuel cell unit. In this case, for example, the fuel cell is operated in such a way that maximum thermal energy can be dissipated. The activation of the fuel cell assembly can take place with the provision of both thermal energy and electrical energy. In addition, the control unit can supply the thermal consumer, which has a heat requirement, with the thermal energy provided by the fuel cell assembly. The control unit can preferably store the electrical energy provided by the fuel cell unit as excess energy in the traction battery. As a result, the fuel cell unit is used even more efficiently, since it is activated as required based on the energy demand signal.
Alternativ oder optional kann das Energiebedarf-Signal ein Strombedarf-Signal sein. Dieses Strombedarf-Signal bei Vorliegen des Strombedarf-Signals kann die Steuereinheit das Brennstoffzellenaggregat aktivieren. In diesem Fall wird beispielsweise die Brennstoffzelle so betrieben, dass eine maximale elektrische Energie abgeführt werden kann. Die Aktivierung des Brennstoffzellenaggregates kann unter Bereitstellung von sowohl thermischer Energie als auch elektrischer Energie erfolgen und die Steuereinheit kann den, einen Strombedarf aufweisenden elektrischen Verbraucher mit der vom Brennstoffzellenaggregat bereitgestellten elektrischen Energie versorgen. Bevorzugt kann die Steuereinheit die von dem Brennstoffzellenaggregat bereitgestellte thermische Energie als Überschuss-Energie dem thermischen Verbraucher, insbesondere dessen Kältemittelkreislauf, zuführen.Alternatively or optionally, the energy demand signal can be an electricity demand signal. This power demand signal when the power demand signal is present, the control unit can activate the fuel cell assembly. In this case, for example, the fuel cell is operated in such a way that maximum electrical energy can be dissipated. The activation of the fuel cell assembly can take place with the provision of both thermal energy and electrical energy, and the control unit can supply the electrical consumer which has a power requirement with the electrical energy provided by the fuel cell assembly. The control unit can preferably supply the thermal energy provided by the fuel cell unit as excess energy to the thermal consumer, in particular its refrigerant circuit.
Besonders bevorzugt kann bei Vorliegen eines übermäßig großen Betrages an thermischer Überschuss-Energie ein Teil der thermischen Überschuss-Energie an die Umgebung abführbar sein. Alternativ oder optional dazu kann bei Vorliegen eines übermäßig großen Betrages an elektrischer Überschuss-Energie ein Teil der elektrischen Überschuss-Energie in einer elektrischen Heizung in Wärmeenergie oder durch beispielsweise eine Kälteeinrichtung in Kälteenergie umwandelbar sein, um die Wärmeanforderung zu senken, wodurch die Leistungsabgabe der Brennstoffzelle aufgrund der geringeren Wärmeanforderung reduziert wird. Die Leistungsabgabe des Brennstoffzellenaggregates kann reduziert werden, um die Überschuss-Energie zu verringern oder deren weitere Bereitstellung zu verhindern, wodurch die Effizienz des Gesamtsystems gesteigert werden kann.Particularly preferably, when an excessively large amount of thermal excess energy is present, part of the thermal excess energy can be dissipated to the environment. Alternatively or optionally, if there is an excessively large amount of excess electrical energy, part of the excess electrical energy can be converted into thermal energy in an electrical heater or, for example, by a cooling device into cooling energy, in order to reduce the heat requirement, thereby reducing the power output of the fuel cell is reduced due to the lower heat requirement. The power output of the fuel cell unit can be reduced in order to reduce the excess energy or to prevent its further provision, whereby the efficiency of the overall system can be increased.
In einer technischen Realisierung kann das Fahrzeug einen Zugmaschinen-Abschnitt sowie einen Wohn-Abschnitt aufweisen. In dem Zugmaschinen-Abschnitt kann die elektrische Antriebseinheit angeordnet sein. Im Wohn-Abschnitt können dessen elektrische und thermische Verbraucher vom Hilfsenergieversorgungssystem mit Energie versorgbar sein.In a technical implementation, the vehicle can have a tractor section and a residential section. The electric drive unit can be arranged in the tractor section. In the residential section, its electrical and thermal consumers can be supplied with energy from the auxiliary energy supply system.
Bevorzugt kann das Fahrzeug als ein Fahrzeuggespann mit Wohnanhänger oder als Wohnmobil realisiert sein.The vehicle can preferably be implemented as a vehicle combination with a trailer or a mobile home.
Besonders bevorzugt ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche.A method for operating an electrically operated vehicle according to one of the preceding claims is particularly preferred.
In einer technischen Realisierung kann die von dem Brennstoffzellenaggregat bereitgestellte. elektrische Energie zumindest teilweise zum Betrieb von externen, elektrischen Verbrauchern genutzt werden, die weder in der Zugmaschine, noch im Wohnanhänger und auch nicht in dem Wohnmobil untergebracht sind. Ein solcher externer Verbraucher kann ein elektrisches Fahrzeug sein, welches von der bereitgestellten, elektrischen Energie aufgeladen wird. Alternativ dazu kann es auch ein elektrisch betriebenes Werkzeug oder Gerät sein. Außerdem kann das elektrisch beschriebene Fahrzeug auch als mobiles Notstromaggregat, insbesondere in Form eines Notstromanhängers, ausgestaltet oder ein LKW oder Bus sein. Der externe, elektrische Verbraucher kann über einen DC/AC-Wandler von dem Brennstoffzellenaggregat mit elektrischer Energie versorgbar sein.In a technical implementation, the provided by the fuel cell unit. electrical energy can be used at least partially to operate external electrical consumers that are not housed in the tractor, in the caravan or in the motorhome. Such an external consumer can be an electric vehicle, which is charged by the provided electrical energy. Alternatively, it can also be an electrically operated tool or device. In addition, the electrically described vehicle can also be designed as a mobile emergency power unit, in particular in the form of an emergency power trailer, or it can be a truck or bus. The external, electrical consumer can be supplied with electrical energy from the fuel cell unit via a DC / AC converter.
Entsprechend der bereitgestellten, elektrischen Energie, kann auch die von dem Brennstoffzellenaggregat bereitgestellte, thermische Energie abgeführt und extern genutzt werden. Beispielsweise kann die bereitgestellte, thermische Wärmeenergie zur Beheizung eines Zeltes verwendet werden.According to the provided electrical energy, the thermal energy provided by the fuel cell unit can also be dissipated and used externally. For example, the thermal energy provided can be used to heat a tent.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying figures.
Es zeigen:
-
1 in einer Skizze ein erfindungsgemäßes, elektrisch betriebenes Fahrzeug aufweisend eine Zugmaschine und einen an die Zugmaschine angekoppelten Wohnanhänger; -
2 in einem Blockschaltbild die Signal- und Energieströme in dem erfindungsgemäßen Fahrzeug; -
3 in einem Blockschaltbild die Signal- und Energieströme in dem erfindungsgemäßen Fahrzeug bei Vorliegen eines Wärmebedarf-Signals; -
4 in einem Blockschaltbild die Signal- und Energieströme in dem erfindungsgemäßen Fahrzeug bei Vorliegen eines Strombedarf-Signals; -
5 in einer Skizze das erfindungsgemäße Fahrzeug in Form eins Wohnmobils.
-
1 in a sketch of an electrically operated vehicle according to the invention having a tractor and a caravan coupled to the tractor; -
2 in a block diagram the signal and energy flows in the vehicle according to the invention; -
3 in a block diagram the signal and energy flows in the vehicle according to the invention when there is a heat demand signal; -
4th in a block diagram the signal and energy flows in the vehicle according to the invention when there is a power demand signal; -
5 in a sketch the vehicle according to the invention in the form of a mobile home.
In
In dem Wohnanhänger
In
Wird vom Brennstoffzellenaggregat
In
In
Der Kältemittelkreislauf
In
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- FahrzeuggespannVehicle combination
- 33
- Zugmaschinetractor
- 55
- WohnanhängerCaravans
- 77th
- TraktionsbatterieTraction battery
- 99
- SpannungswandlerVoltage converter
- 1010
- Versorgungsleitungsupply line
- 1414th
- WasserstoffspeicherHydrogen storage
- 1515th
- SignalleitungSignal line
- 1818th
- EingabeeinheitInput unit
- 1919th
- SteuereinheitControl unit
- 2121st
- Herdstove
- 2323
- AbsorptionskältemaschineAbsorption chiller
- 2424
- thermische Kopplungthermal coupling
- 2525th
- RaumheizungSpace heating
- 3030th
- WärmetauscherHeat exchanger
- 3131
- WärmeverteilerHeat spreader
- 32, 3432, 34
- SignalleitungSignal line
- 3333
- StromverteilerPower distributor
- 3636
- ElektroversorgungsleitungElectrical supply line
- 3838
- WärmeversorgungsleitungHeat supply line
- 4141
- Kondensatorcapacitor
- 4343
- VerdampferEvaporator
- 4444
- Absorberabsorber
- 4747
- AustreiberExpeller
- 5151
- WohnmobilCamper
- TT
- TraktionsnetzTraction network
- APUAPU
- HilfsenergieversorgungssystemAuxiliary power supply system
- KK
- KältemittelkreislaufRefrigerant circulation
- Eel E el
- elektrische Energieelectrical power
- Eth E th
- thermische Energiethermal energy
- SW S W
- Wärmeenergiebedarf-SignalHeat energy demand signal
- SE S E
- Strombedarf-SignalPower demand signal
- FCFC
- BrennstoffzellenaggregatFuel cell unit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102016217615 A1 [0004]DE 102016217615 A1 [0004]
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019209867.3A DE102019209867A1 (en) | 2019-07-04 | 2019-07-04 | Electrically powered vehicle with a fuel cell as the energy system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019209867.3A DE102019209867A1 (en) | 2019-07-04 | 2019-07-04 | Electrically powered vehicle with a fuel cell as the energy system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019209867A1 true DE102019209867A1 (en) | 2021-01-07 |
Family
ID=74092628
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102019209867.3A Pending DE102019209867A1 (en) | 2019-07-04 | 2019-07-04 | Electrically powered vehicle with a fuel cell as the energy system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102019209867A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE9404746U1 (en) * | 1994-03-21 | 1994-06-01 | Schlueter Martina | Energy supply trailer for electric automobiles (power trailers) |
DE102008030566A1 (en) * | 2008-06-27 | 2009-12-31 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Electrical vehicle i.e. battery car, has heat generating device generating heat for heating passenger compartment of vehicle and including fuel cell, where heat generating device produces additional electrical current |
DE102016217615A1 (en) * | 2016-09-15 | 2018-03-15 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | A method of charging a battery powered vehicle |
DE102017000516A1 (en) * | 2016-12-17 | 2018-06-21 | Daimler Ag | fuel cell vehicle |
-
2019
- 2019-07-04 DE DE102019209867.3A patent/DE102019209867A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE9404746U1 (en) * | 1994-03-21 | 1994-06-01 | Schlueter Martina | Energy supply trailer for electric automobiles (power trailers) |
DE102008030566A1 (en) * | 2008-06-27 | 2009-12-31 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Electrical vehicle i.e. battery car, has heat generating device generating heat for heating passenger compartment of vehicle and including fuel cell, where heat generating device produces additional electrical current |
DE102016217615A1 (en) * | 2016-09-15 | 2018-03-15 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | A method of charging a battery powered vehicle |
DE102017000516A1 (en) * | 2016-12-17 | 2018-06-21 | Daimler Ag | fuel cell vehicle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3703991B1 (en) | Track-guided vehicle, arrangement for cooling an energy storage device of the track-guided vehicle, and method for controlling the arrangement | |
DE102010029808A1 (en) | A motor drive system for a hybrid vehicle and method for controlling the same in the event of a fault | |
DE10350177A1 (en) | roof module | |
DE102018214736A1 (en) | Method for air conditioning a battery-electric vehicle | |
DE102007021989A1 (en) | Vehicle body panel energy generator system | |
DE102010043551A1 (en) | A method of controlling a charging voltage of a 12V auxiliary battery for a hybrid vehicle | |
DE102006010111A1 (en) | Energy supplying device for building using solar energy as source, has two solar cells, for converting solar energy into electrical and heat energy and fuel cell blocks connected with hydrogen storage device for generating electrical energy | |
DE102016109588A1 (en) | Electric vehicle heating distribution system and method | |
EP2956985B1 (en) | Cooling system for cooling an energy accumulator and a charge controller for a vehicle with an electric drive | |
DE102017004448A1 (en) | Method for operating a fuel cell system | |
DE102013009749A1 (en) | A device for cooling or tempering a traction power source and of electronic components of a vehicle drivable by electric current | |
EP2201293A2 (en) | Device for cooling an energy accumulator | |
DE102021113339A1 (en) | System and method for thermal management in electric vehicles | |
EP4084987A1 (en) | Charging station, more particularly mobile charging station | |
EP2193062B1 (en) | Method for cooling an energy accumulator | |
DE102011107229B4 (en) | Heating system for a vehicle and vehicle with a heating system | |
WO2015162017A2 (en) | Regenerative fuel cell device for a motor vehicle and method for varying a temperature in the interior of a vehicle | |
DE102019209867A1 (en) | Electrically powered vehicle with a fuel cell as the energy system | |
DE102014215891A1 (en) | Thermal management system and method of operating such | |
WO2007076822A1 (en) | Method and controller for auxiliary air-conditioning of a motor vehicle cabin | |
DE102007051566A1 (en) | Air conditioning system for a vehicle | |
DE102020211783A1 (en) | Trailer with a power generator | |
DE102009039684A1 (en) | Hybrid drive system for rail vehicle, has storage battery charged by electrical generator and high temperature proton exchange membrane fuel cell, and direct current intermediate circuit supplied by complete energy | |
DE3313407A1 (en) | AIR CONDITIONING FOR PASSENGER VEHICLES, ESPECIALLY FOR RAILWAY PASSENGER CARS | |
DE102007063248A1 (en) | Combination of towing vehicle e.g. passenger car, and trailer i.e. caravan, has towing vehicle and trailer arranged such that waste heat of auxiliary energy aggregate is utilized for cooling and warming both towing vehicle and trailer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication |