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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Aufnahme von Speichermodulen für unterschiedliche Energieträger. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner hybrides Kraftfahrzeug mit einer solchen Energiespeichervorrichtung.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Auch werden ist die überwiegend Anzahl von Kraftfahrzeugen durch so genannte Brennkraftmaschinen angetrieben, bei deren Antriebe durch fossile, fluide Energieträger (wie etwa Diesel oder Benzin) versorgt werden. Jedoch werden zunehmend alternative Antriebssysteme für Kraftfahrzeuge und damit einhergehend alternative Energieträger diskutiert. Alternative Antriebssysteme sind zum Beispiel Elektroantrieb, Gasantrieb, Wasserstoffantrieb, Brennstoffzellen-betriebener Antrieb, etc. Bei diesen alternativen Antriebssystemen kommen alternative Energieträger, wie elektrische Energie, Wasserstoff, Methanol, Flüssiggas (LPG, NGL), etc. zum Einsatz. Diese Energieträger sind typischerweise in jeweils einem für den Energieträger spezifischen Energiespeichervorrichtung bevorratet.
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Zur Speicherung von elektrischer Energie werden geeignete wiederaufladbare Batterien verwendet. Derartige elektrische Energiespeichervorrichtungen ermöglichen neben der Energieversorgung des elektrischen Antriebs des Kraftfahrzeugs auch die so genannte Rekuperation, das heißt die Umwandlung von mechanischer Energie, wie etwa Bremsenergie, in elektrische Energie. Zudem kann elektrische Energie auch mittels Brennstoffzellen aus Wasserstoff oder Methanol gewonnen werden. Die von einer Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie kann entweder direkt für den elektrischen Antrieb verwendet werden oder in der wiederaufladbaren Batterie zwischengespeichert werden. Allerdings weisen elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge, die mit einer Batterie als Energiespeichervorrichtung ausgestattet sind, aufgrund der begrenzten Energiedichte der Batterien derzeit noch zu geringe Reichweiten auf.
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Derzeit geht die Tendenz von modernen Kraftfahrzeugen hin zu rein elektrischen Antrieben. Eine einfache Umstellung der hierfür verwendeten Batterien als Energiespeichervorrichtung auf Wasserstoff als Energiespeichervorrichtung für die Brennstoffzellen ist nicht ohne aufwändige Umkonstruktion möglich.
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Unter anderem auch aus diesem Grund werden viele Kraftfahrzeuge mit einem Hybridantrieb ausgestattet. Derartige Hybridfahrzeuge weisen zumindest zwei verschiedene Antriebsarten und somit auch zwei zugeordnete Energiespeichervorrichtung auf. Als Beispiel umfasst ein so genanntes hybrides Elektrofahrzeug einen Elektromotor sowie einen weiteren Energiewandler, sodass das hybride Elektrofahrzeug seine Energie sowohl aus seinem elektrischen Energiespeichervorrichtung als auch einem zusätzlich mitgeführten Kraftstofftank bezieht. In der Ausführung als Plug-in-Hybrid ist eine elektrische Aufladung am Stromnetz vorgesehen. Das Mitführen von jeweils zwei Antriebssystemen und zwei getrennten Energiespeichersystemen ist jedoch sowohl aus Platzgründen wie auch aus Gewichtsgründen nicht vorteilhaft, insbesondere wenn bei einer Fahrt mehrheitlich nur eines der Antriebssysteme genutzt wird. Für bestimmt Einsatzvarianten, die im Wesentlichen vom Nutzerverhalten abhängen, ist ein derartiges hybrides Elektrofahrzeug bisweilen nicht wirtschaftlich betreibbar.
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Eine besondere Art eines Hybridfahrzeugs ist in der
US 5,631,532 A beschrieben. Das Kraftfahrzeug weist dort einen Elektromotor auf, wobei als Energieträger zum Betreiben des Elektromotors sowohl eine wiederaufladbare Batterie sowie ein davon getrennter Wasserstofftank vorgesehen sind. Der Wasserstofftank und die Batterie und damit deren Energiespeicherkapazität sind jedoch fest vorgegeben und können ohne umfangreiche Umkonstruktion nicht verändert werden, sodass diese Energiespeichervorrichtung nicht flexibel an das jeweilige individuelle Nutzerverhalten angepasst werden können.
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Die Batterien von elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen befinden sich meist im Fahrzeugboden, wo sie für den Fall eines Crashs des Kraftfahrzeugs möglichst gut geschützt sind. Falls zusätzlich ein mit Brennstoff betriebener Antrieb vorhanden ist, dessen Energie beispielsweise von einer mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle bereitgestellt wird, weisen diese Kraftfahrzeuge meist einen getrennten Brennstofftank auf, der durch ein sicheres Gehäuse mit einem Crashschutz geschützt sein muss. Die
DE 101 54 353 B4 beschreibt eine solche Anordnung, bei der Batterie und die Wasserstoffspeicher zusammen in einem Kasten im Fahrzeugboden angeordnet sind. Auch hier ist die Größe und Anordnung von Wasserstofftanks und davon separater Batterie fest vorgegeben und lässt sich im Nachhinein nicht mehr verändern bzw. an das jeweilige individuelle Nutzerverhalten anpassen.
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Dies ist ein Umstand, den es zu verbessern gilt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug anzugeben, der insbesondere eine flexible Nutzung die Energiespeichervorrichtung ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Energiespeichervorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und/oder durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Patentanspruch 11 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
- - Eine Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Aufnahme von Speichermodulen für unterschiedliche Energieträger, mit einem Sicherheitsgehäuse, mit einer Vielzahl von im Inneren des Sicherheitsgehäuses vorgesehener Speichermodulaufnahmen, wobei eine jeweilige Speichermodulaufnahme derart ausgebildet ist, jeweils ein Speichermodul aufzunehmen, mit einer mechanischen Kopplungseinrichtung, die eine der Vielzahl entsprechende Anzahl von Steckplätzen aufweist, wobei jeder der Steckplätze einer unterschiedlichen Speichermodulaufnahme zugeordnet ist und wobei ein jeweiliger Steckplatz ferner derart ausgebildet ist, um ein in einer zugeordneten Speichermodulaufnahme eingeführtes Speichermodul mechanisch lösbar zu fixieren, mit einer Energieversorgungsschnittstelle, welche für jede Speichermodulaufnahme jeweils zumindest einen Fluidanschluss und zumindest einen Stromanschluss aufweist, und mit zumindest einer Fluidleitung und mit zumindest einer elektrischen Leitung, die jeweils mit dem Fluidanschluss bzw. dem Stromanschluss der Energieversorgungsschnittstelle verbunden sind, um ein Fluid bzw. elektrischen Strom als Energieträger zu einem jeweiligen Antriebssystem des Fahrzeugs zu leiten.
- - Ein Hybrides Kraftfahrzeug, mit einem hybriden Antriebssystem, welches einen elektrischen ersten Antrieb sowie einen durch einen fluiden Energieträger gespeisten zweiten Antrieb aufweist, und mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung, welche derart im Kraftfahrzeug angeordnet und ausgebildet ist, dass deren elektrische Leitung zur elektrischen Versorgung des ersten Antriebs mit diesem ersten Antrieb gekoppelt ist und dass deren Fluidleitung zur Versorgung des zweiten Antriebs mit diesem zweiten Antrieb gekoppelt ist.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine Energiespeichervorrichtung für unterschiedliche Energieträger bereitzustellen. Hierzu werden gleich oder zumindest ähnliche modulare Gleichteile als Energiespeichermodule für die unterschiedlichen Energieträger, wie etwa elektrische Energie oder Brennstoff, bereitgestellt. Aufgrund ihrer gleichartigen modularen Bauform können diese Energiespeichermodule können flexibel in die Energiespeichervorrichtung eingesetzt, ausgebaut und wiederverwendet werden. Somit wird eine Energiespeichervorrichtung geschaffen, die kundenindividuell konfiguriert und abhängig von dem jeweiligen Nutzerverhalten eingesetzt werden kann.
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Die Anzahl der Speichermodule vom jeweils gleichen Typ (Fluidmodul oder elektrisches Modul) und damit der Modulmix an Speichermodulen sind somit individuell einstellbar und wählbar. Dabei kann der Nutzer zum Beispiel auch vorsehen, ausschließlich elektrische Speichermodule, ausschließlich fluide Speichermodule oder bestimmtes Mix an fluiden und elektrischen Speichermodulen zu verwenden. Alternativ könnte er zum Beispiel auch auf Speichermodule verzichten, d.h. nicht alle Steckplätze innerhalb des Bauraums die Energiespeichervorrichtung mit Speichermodulen besetzen, wenn zum Beispiel keine weiteren Speichermodule vorhanden sind oder der Nutzer auf diese im Sinne der Gewichtseinsparung verzichten möchte. Mittels ein und derselben Energiespeichervorrichtung ist somit eine optimale nutzerabhängige Konfiguration des Speichermodulmixes möglich, ohne dass hierfür eine Umkonstruktion dieser Energiespeichervorrichtung erforderlich wäre.
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Wesentlich dabei ist zum einen, dass die Speichermodule genormt oder zumindest gleichartig zueinander ausgebildet sind. Darunter ist zu verstehen, dass die Speichermodulaufnahmen derart ausgebildet sein müssen, um jeweils die unterschiedlichen Speichermodule aufnehmen zu können. Die unterschiedlichen Speichermodule müssen also nicht identisch zueinander ausgebildet sein. Sie müssen lediglich so dimensioniert sein, dass sie in den für sie vorgesehenen Aufnahmebereich innerhalb des Gehäuses die Energiespeichervorrichtung eingeführt werden können und dort entsprechen mechanisch angekoppelt werden können.
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Wesentlich ist zum anderen, dass die Energieversorgungsschnittstelle genormt ist, sodass der Fluidanschluss und Stromanschluss einer Speichermodulaufnahme zu entsprechenden Anschlüssen eines Speichermoduls passen, wenn dieses in der Speichermodulaufnahme eingeführt und fixiert wird.
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Jede Speichermodulaufnahme weist also einen Aufnahmebereich auf, der derart ausreichend dimensioniert ist, um sowohl ein Speichermodul als auch ein am Speichermodul ausgebildetes Fluidsteckerteil bzw. Stromsteckerteil sowie zusätzlich auch die zur Ankopplung der Versorgungsleitungen erforderlichen Anschlüsse (d.h. den jeweiligen Fluidanschluss und Stromanschluss) aufzunehmen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die schematischen Figuren der Zeichnung.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist zumindest eines der Speichermodule ein umgebendes genormtes oder zumindest quasi-genormtes Modulgehäuse auf, in dem zumindest eine Energiespeicherzelle angeordnet ist und an dem ein Fluidsteckerteil oder ein Stromsteckerteil angeordnet sind. Genormt oder quasi-genormt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Modulgehäuse einerseits derart dimensioniert sein muss, dass es in die entsprechende Speichermodulaufnahme hinein passt. Zudem müssen deren Fluidsteckerteile bzw. Stromsteckerteil derart ausgebildet und angeordnet sein, um das Speichermodul mit einem Fluidanschluss bzw. Stromanschluss der Energieversorgungsschnittstelle lösbar zu verbinden.
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Das Modulgehäuse des Speichermoduls kann mittels einer oder mehrerer mechanischer Verbindungen in einem Steckplatz des Sicherheitsgehäuses die Energiespeichervorrichtung befestigt sein. Bevorzugt ist dabei eine lösbare mechanische Verbindung. Damit können die Speichermodule einfach eingebaut und auch wieder ausgebaut werden, sodass sie auch in einem anderen Fahrzeug wiederverwendet werden können. Eine einfache Anpassung an Benutzeranforderungen ist damit möglich, indem ein gewünschter Mix der Speichermodule eingestellt wird oder alte Speichermodule durch effizientere ausgetauscht werden. Besonders einfach ist die Montage oder Demontage, wenn die lösbare mechanische Verbindung eine Schraubverbindung, eine Steckverbindung, eine Rastverbindung, eine Bolzenverbindung, eine Klemmverbindung oder eine Kombination davon ist. Darüber hinaus kommen auch andere „lösbare“ Verbindungen in Betracht, wie etwa Klebeverbindungen, Lötverbindungen, Schweißverbindungen oder Kombinationen davon in Betracht, auch wenn diese nicht ohne weiteres bzw. nur mit einem gewissen Aufwand gelöst werden können.
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Der Querschnitt eines Modulgehäuses des Speichermoduls ist vorzugsweise vieleckig, insbesondere quadratisch, rechteckig, hexagonal oder wabenförmig, ausgebildet. Somit können die Speichermodule dicht gepackt in dem dafür vorgesehenen Bauraum in dem Sicherheitsgehäuse angeordnet werden und sich auf diese Weise gegenseitig vor starken mechanischen Einwirkungen und Erschütterung, wie sie bei einem Unfall auftreten können, schützen.
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In einer Ausgestaltung ist zumindest ein Speichermodul als Fluidspeicher zur Aufnahme und Speicherung eines flüssigen oder gasförmigen Energieträgers ausgebildet. Alternativ kann das Speichermodul auch als elektrischer Speicher zur Speicherung elektrischer Energie ausgebildet sein. Wesentlich dabei ist, dass sowohl ein als Fluidspeicher ausgebildetes Speichermodul als auch ein als elektrischer Speicher ausgebildetes Speichermodul weitgehend identische Abmessungen aufweist. Somit ist die Energiespeichervorrichtung je nach Anforderung flexibel konfigurierbar. Speichermodule mit geringerer Energiedichte und/oder Leistungsdichte können durch Speichermodule mit höherer Energiedichte und/oder Leistungsdichte ersetzt werden, um bei gleichem Platzbedarf mehr Energiekapazität zu haben.
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Als flüssiger oder gasförmiger Energieträger oder Brennstoff für den Fluidspeicher können Wasserstoff, Erdgas, Flüssiggas, Autogas, Methanol, E-Fuel oder herkömmlicher Kraftstoff verwendet werden. Somit können vorhandene, herkömmliche Brennstoffantriebe mit der flexiblen Energiespeichervorrichtung weiter benutzt werden.
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Als Fluidspeicher können beispielsweise ein Metallhydridspeicher, ein Adsorptionsspeicher, ein chemischer Speicher, ein kryogener Speicher, ein Speicher für Druckgas, ein Speicher für komprimierten Wasserstoff oder ein Speicher für komprimiertes Erdgas verwendet werden. In einer präferierten Ausführungsform kommt ein Druckgastank als Wasserstoffspeicher zum Einsatz, in welchem der Wasserstoff unter einem hohen Druck (1000 bar und mehr sind denkbar) aufbewahrt wird, um die Energiedichte zu erhöhen.
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Als elektrischer Speicher können beispielsweise Batterien, Akkumulatoren oder Kondensatoren verwendet werden. Somit können auch die Antriebe von Elektrofahrzeugen mit die Energiespeichervorrichtung flexibel nach den jeweiligen Energiekapazitätsanforderungen eines Nutzers ausgestattet werden.
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Typischerweise weist ein Speichermodul jeweils eine innerhalb des Modulgehäuses vorgesehene Energiespeicherzelle auf. Ein einzelnes Speichermodul kann jedoch auch mehrere Energiespeicherzellen aufweisen, die vorzugsweise gleich dimensioniert sind. Dadurch werden die Energiekapazitäten kleiner und eine Wandung die Energiespeichervorrichtung (eines Modulgehäuses oder eines einzelnen Tanks einer Energiespeicherzelle) kann dünner ausfallen, was insgesamt zu einer signifikanten Gewichtseinsparung führt.
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In einer typischen Ausgestaltung weist die Energiespeicherzelle eines Fluidspeichers einen das Fluid aufnehmenden Tank auf. Der Tankquerschnitt eines solchen Tanks einer Energiespeicherzelle eines Fluidspeichers ist vorzugsweise rund oder zumindest ausgebildet. Damit wird einerseits der in der Energiespeicherzelle gespeicherte Brennstoff auch im Falle eines Unfalls vor negativen, mechanischen Einwirkungen möglichst gut geschützt. Andererseits können die durch den hohen Innendruck erzeugten Spannungen auf diese Weise besser aufgenommen werden. Der Querschnitt eines eine Energiespeicherzelle umgebenden Modulgehäuses des Speichermoduls kann dabei ebenfalls rund bzw. oval sein. Alternativ kann der Querschnitt des Modulgehäuses auch vieleckig, wie etwa rechteckig oder quadratisch sein, um eine sichere Unterbringung und dichte Packung zu ermöglichen.
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In einer Ausgestaltung weist das Kraftfahrzeug eine Fahrgastzelle, in dem sich im Betrieb des Kraftfahrzeugs die Fahrzeuginsassen befinden, und einen Fahrzeugboden auf. Die Energiespeichervorrichtung ist dabei vorzugsweise im Bereich der Fahrgastzelle am oder in der Nähe des Fahrzeugbodens angeordnet. Die Energiespeichervorrichtung kann mit seinen Speichermodulen einfach an die Platzgegebenheiten im Fahrzeug angepasst werden, indem die Speichermodule mit ihrer Längsachse horizontal oder vertikal im Fahrzeug ausgerichtet werden. Die Ausrichtung der Speichermodule kann auch durch die Crashsicherheit begründet sein oder durch kurze Wege, beispielsweise zu einer Brennstoffzelle oder einem Wechselrichter im Fahrzeug.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
- 1 ein Schnittbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Energiespeichervorrichtung;
- 2 ein Schnittbild durch ein einzelnes Speichermodul einer Energiespeichervorrichtung in einer spezifischen Ausführung als Modul mit mehreren Druckspeichern; und
- 3 ein Schnittbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Energiespeichervorrichtung mit vertikaler Anordnung der Speichermodule.
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Die beiliegende Zeichnung soll ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulicht Ausführungsformen und dient im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnung. Die Elemente der Zeichnung sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt und gegebenenfalls der Übersichtlichkeit halber stark vereinfacht dargestellt.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts Anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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In Fahrzeugen sollen vermehrt kombinierte Antriebe, wie beispielsweise ein Elektroantrieb mit einem zusätzlichen Verbrennungsmotor (z.B. Brennstoffzelle) eingesetzt werden. Hierzu werden entsprechende Energiespeichervorrichtungen 10 (1) für den Brennstoff und für die elektrische Energie benötigt.
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Die Energiespeichervorrichtung 10 wird im Folgenden anhand der Versorgung einer Brennstoffzelle eines Fahrzeugs mit Wasserstoff sowie daneben anhand der Versorgung eines Elektroantriebssystems mit Strom beschrieben. Selbstverständlich können auch andere Brennstoffe, wie herkömmlicher Kraftstoff (Benzin, Diesel), Methanol, Erdgas (CNG), Flüssiggas, E-Fuel, etc. mit entsprechenden Fluidspeichern 11 in entsprechender Ausbildung verwendet werden. Ebenso können entsprechende elektrischer Speicher 12 in unterschiedlichsten Technologien verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung 10 ist hier etwa in der Fahrzeugmitte zwischen Vorderwagen 14 und Hinterwagen 15 im Bereich einer Fahrgastzelle vorzugsweise im Bereich des Fahrzeugbodens angeordnet (hier nicht gezeigt). Die Energiespeichervorrichtung 10 wird von einem Sicherheitsgehäuse 18 umgeben, in das eine Vielzahl von Speichermodulen 20 eingesetzt werden können. Das Sicherheitsgehäuse 18 ist ein entsprechend großes Gehäuse mit Crashschutz, damit die Speichermodule 20 selbst bei einem Unfall gut geschützt sind.
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Für die Vielzahl von in das Sicherheitsgehäuse 18 einsetzbaren Speichermodulen 20 ist jeweils ein Steckplatz 21 vorhanden, in den jeweils ein Speichermodul 20 eingesteckt werden kann. Der Steckplatz 21 weist einen Bauraum auf, der ausreichend dimensioniert ist um sowohl ein am Speichermodul 20 ausgebildetes Fluidsteckerteil 27 bzw. Stromsteckerteil 28 als auch die für den Steckplatz 21 vorgesehenen Anschlüsse (Fluidanschluss 23 und Stromanschluss 24) aufzunehmen. Die Speichermodule 20 werden zunächst in dem Steckplatz 21 mechanisch lösbar fixiert. Die maximale Anzahl von Steckplätzen 21 hängt von der Größe des Sicherheitsgehäuses 18 und von der Größe der Speichermodule 20 ab.
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In jedem Bauraum eines Steckplatzes 21 kann dann die Verbindung der Speichermodule 20 miteinander und/oder mit der Fluidleitung 31 bzw. mit der Stromleitung 32 hergestellt werden. So werden beispielsweise die Fluidspeicher 11 und die elektrischen Speicher 12 jeweils miteinander und/oder mit den jeweiligen fluidischen und elektrischen Anschlüssen verbunden. Das Fluidsteckerteil 27 oder das Stromsteckerteil 28 sind Teil des Speichermoduls 20, das einsetzt wird. Jeder Fluidanschluss 23 ist Teil der Fluidleitung 31 und jeder Stromanschluss 24 ist Teil der Stromleitung 32. Die Steckerteile 27, 28 werden dann miteinander und/oder mit den Anschlüssen 23, 24 der jeweils geeigneten Versorgungleitungen 31, 32 verbunden, sodass hierüber eine Verbindung mit dem Fahrzeug entsteht. Diese Verbindung zwischen den Steckerteilen 27, 28 der Speichermodule einerseits und den Anschlüssen 23, 24 der Leitungen 31, 32 andererseits erfolgt in dem entsprechenden Bauraum bzw. in der entsprechenden Aussparung. D.h. in jede von einem Bauraum gebildeten Aufnahme passen sowohl ein Steckerteil 27, 28 als auch der Fluidanschluss 23 und der Stromanschluss 24. Über den Fluidanschluss 23 oder den Stromanschluss 24 wird das jeweilige Speichermodul 20 über entsprechende Versorgungsleitungen 31, 32 nach außen zum Fahrzeug verbunden. Hierzu weist jedes Speichermodul 20 ein von seinem Typ her (ob Fluidspeicher 11 oder elektrischer Speicher 12) abhängiges Steckerteil (Fluidsteckerteil 27 bzw. Stromsteckerteil 28) auf, die zusammen mit den an den Versorgungsleitungen 31, 32 vorgesehenen Anschlüssen 23, 24 als Kupplungssysteme bezeichnet werden. Die fluidische und/oder elektrische Verbindung wird im zusammengefügten Zustand durch die Kopplungssysteme bewerkstelligt.
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Die Speichermodule 20 weisen alle weitgehend identisch große Modulgehäuse 29 auf und sind von den Außenabmessungen inclusive auch von den Außenabmessungen der Steckerteile 27, 28 identisch ausgebildet, so dass unabhängig von dem jeweiligen Energietypen jedes Speichermodul 20 in jeden Steckplatz 21 passt und dann auch entsprechend fluidisch oder elektrisch mit den Antriebssystemen des Fahrzeugs verbunden ist.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel soll als Brennstoff Wasserstoff zur Versorgung einer Brennstoffzelle und Strom zum direkten Versorgen der Elektroantriebe verwendet werden.
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Die Brennstoffzelle kann für lange Fahrstrecken vorteilhafter benutzt werden als Strom aus einer Batterie, falls genügend Wasserstoff vorhanden ist, der schneller nachgefüllt werden kann als eine Batterie aufgeladen ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vier Speichermodule 20 mit ihren jeweils darin befindlichen Energiespeicherzellen 30 als Fluidspeicher 11 für Wasserstoff ausgebildet. Zudem weist jeder Fluidspeicher 11 ein Fluidsteckerteil 27 auf, über das der Wasserstoff über einen Fluidanschluss 23 im Steckplatz 21 und daran angeschlossene hydraulische Versorgungsleitung (d.h. einer Fluidleitung 31) nach außen zur Brennstoffzelle geleitet wird.
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Der gesamte gespeicherte Wasserstoff wird bei diesem Ausführungsbeispiel auf vier Speichermodule 20 aufgeteilt. In einem Fahrzeug könnten beispielsweise acht bis fünfzehn Speichermodule 20 vorhanden sein. Die Gesamtanzahl ist stark abhängig von Fahrzeuggröße, Crashkonzept, Anforderungen des Kunden, etc. Es können auch Steckplätze 21 frei bleiben, obwohl Platz für mehrere vorhanden wäre.
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Da Wasserstoff in einem Druckbehälter gespeichert werden muss, weisen die Energiespeicherzellen 30 entsprechend sichere Tanks 34 (entspricht einem Gehäuse um die Energiespeicherzelle 30 ähnlich einer Gasflasche oder Gaskartusche) innerhalb des Modulgehäuses 29 auf. Die Tanks 34 sollten alle Sicherheitsaspekte, insbesondere im Falle eines Unfalls, erfüllen, damit der Tankinhalt gut geschützt ist. Da der gesamte Wasserstoff auf mehrere Speichermodule 20 aufgeteilt ist, werden nur kleinere Tanks 34 benötigt mit einer dünneren Wandung. Das Gewicht der Tanks 34 ist somit geringer als bei einem einzigen großen Tank 34.
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Zwei weitere Speichermodule 20 sind mit ihren Energiespeicherzellen 30 darin als elektrischer Speicher 12 (beispielsweise Batterie, Akkumulator oder Kondensator) ausgebildet. Ein umgebendes Modulgehäuse 29 ist genauso in seinen Abmessungen ausgebildet wie das Modulgehäuse 29 für die Fluidspeicher 11 mit Wasserstoff; es werden allerdings andere Sicherheitsanforderungen an das Modulgehäuse 29 des elektrischen Speichers 12 gestellt. Es können hier Anforderungen an Dichtheit, gegen Steinschlag, etc. herangezogen werden.
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Alle Speichermodule 20 sind mit ihren spezifischen Anforderungen an das Modulgehäuse 29 so ausgebildet, dass alle Speicherarten im gleichen Fahrzeug eingesetzt werden können.
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Zudem ist in jedem Steckplatz 21 ein Stromanschluss 24 angeordnet, über den Strom vom elektrischen Speicher über das elektrische Kupplungssystem und den Stromleitungen 32 nach außen direkt zum Elektroantriebssystem geleitet werden kann.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel reichen zwei elektrische Speicher 12 aus, um das Fahrzeug nur für kurze Strecken mit den Elektroantrieben zu betreiben.
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Die Energiespeichervorrichtung 10 ist modular aufgebaut und so flexibel ausgebildet, dass einzelne Speichermodule 20 einfach eingebaut, entfernt und somit auch wiederverwendet werden können. Es sollen Speichermodule 20 mit unterschiedlichen Energieträgern flexibel konfiguriert werden können, um das Fahrzeug auf die Kundenwünsche und -anforderungen anzupassen.
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So können im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Energieanteile in Strom und Wasserstoff frei nach Kundenwünschen und -anforderungen bestimmt werden. So sind Konfigurationen mit 100% Wasserstoff (d.h. alle sechs Energiespeicherzellen 30 sind als Wasserstoff-Tanks 34 ausgebildet und keines als elektrischer Speicher 12) möglich.
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Es können auch alle sechs Speichermodule 20 als elektrischer Speicher 12 konfiguriert werden. Selbstverständlich sind auch alle Mischformen (auch als Modulmix bezeichnet) für das vorliegende, gleichmäßige Raster für die hier vordefinierten sechs Steckplätze 21 möglich. Da die Speichermodule 20 als Gleichteile mit entsprechendem elektrischen oder fluidischen Steckerteil 27, 28 ausgestaltet sind, ist es einfach möglich, die Speichermodule 20 mit ihrem jeweiligen Steckerteil 27, 28 einfach in den jeweiligen Steckplatz 21 in den entsprechenden Fluidanschluss 23 oder Stromanschluss 24 zu stecken oder aus diesem zu entfernen.
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Das Einstecken und Entfernen muss nicht unbedingt bei der Herstellung des Fahrzeugs erfolgen, sondern kann auch während der Nutzungsphase geschehen, so dass jederzeit die Speichermodule 20 flexibel zu tauschen, zu entfernen oder einzufügen sind, um damit den Energiespeichervorrichtung 10 auf geänderte Anforderungen oder Wünsche eingestellt werden kann.
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Es können auch der eine oder andere Steckplatz 21 frei bleiben, wenn es für die Energieanforderungen des Nutzers ausreichend oder aus Kosten-/Gewichtsgründen erwünscht ist.
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Der Kunde kann somit flexibel eine Konfiguration nach eigenen Bedürfnissen einstellen oder einstellen lassen. Zudem ist durch die modulare Ausführung eine Wiederbenutzung der Speichermodule 20 in einer anderen Energiespeichervorrichtung 10 identischer Bauart in einem anderen Fahrzeug möglich.
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Die Kupplungssysteme werden benötigt, um die Speichermodule 20 mit dem Antrieb des Fahrzeugs mit gasförmigen und flüssigen Brennstoffen oder mit Strom aus den Speichermodulen 20 zu versorgen. Die Kupplungssysteme weisen auf Seite der Speichermodule 20 ein fluidisches oder elektrisches Steckerteile 27, 28 auf, die an den entsprechenden Fluidanschluss 23 oder Stromanschluss 24 der Versorgungsleitungen 31, 32 angeschlossen werden können. Durch die Steckerteile 27, 28 und die Anschlüsse 23, 24 wird das Kupplungssystem gebildet. Somit können die Speichermodule 20 einfach lösbar ausgebaut, ausgetauscht und neu angeschlossen werden.
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Jeder Steckplatz 21 ist über seinen Bauraum so mit einem Fluidanschluss 23 und einem Stromanschluss 24 versehen, dass egal welcher Typ von Speichermodul 20 (hier Fluidspeicher 11 für Wasserstoff oder elektrischer Speicher 12) verwendet wird, immer eine korrekte Verbindung (fluidische oder elektrische Kupplung) für den Brennstoff oder den Strom nach au-ßen zu den Antriebssystemen geschaffen werden kann.
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Jedes Kupplungssystem ist so ausgestaltet, dass es lösbar ist und damit das Speichermodul 20 einfach aus dem jeweiligen Steckplatz 21 entfernt werden kann. Das Kupplungssystem muss auch eine sichere Verbindung herstellen, auch wenn stärkere Erschütterungen während der Fahrt vorhanden sind.
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Das Kupplungssystem kann zerstörungsfrei wieder gelöst, d.h. die Anschlüsse 23, 24 von den Steckerteilen 27, 28 getrennt werden. Auch ein in einen Steckplatz 21 eines Sicherheitsgehäuses 18 gestecktes Speichermodul 20 kann von diesem zerstörungsfrei wieder gelöst werden.
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Die Verbindung muss zerstörungsfrei gelöst werden können, um eine modulares, austauschbares, flexibles Modulsystem mit steckbaren Speichermodulen 20 zu schaffen. Die Austauschbarkeit bezieht sich auf die Speichermodule 20, bis zu einer maximalen Anzahl von Steckplätzen 21 beliebig Fluidspeicher 11 und/oder elektrischer Speicher 12 neu eingesetzt und auch ausgetauscht werden können.
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So können die Kupplungssysteme für gasförmige oder flüssige Brennstoffe Schlauch- oder Rohrkupplungen sein (hierzu sind Lösungen aus der Hydraulik und Pneumatik bekannt). Damit die Kupplungssysteme lösbar sind, sind die Speichermodule 20 über die Kupplungssysteme zerstörungsfrei mit den Versorgungsleitungen 31, 32 verbunden, also beispielsweise als Schnellkupplungen trennbar gestaltet. Sie ermöglichen ein einfaches zuverlässiges Einsetzen und Entfernen der Speichermodule 20.
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Die Bauform der Kupplungssysteme ist abhängig vom Verwendungszweck, das heißt von dem in den Fluidleitungen 31 (Schlauch oder Rohr) geförderten Brennstoff sowie von den in der Fluidleitung 31 herrschenden Druckverhältnissen. Die Kupplungssystem sind so ausgelegt und dimensioniert, dass alle möglichen Brennstoffe darüber geleitet werden können. Wenn die Kupplungssysteme nur ineinandergesteckt sind, können sie zusätzlich noch miteinander verschraubt werden, wenn dies durch entsprechende Druckverhältnisse in der Fluidleitung 31 oder wegen zu erwartender Erschütterungen im Betrieb des Fahrzeugs notwendig wird.
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Für die elektrische Verbindung der Stromsteckerteile 28 der Speichermodule 20 mit den Stromanschlüssen 24 können Kupplungssysteme in Form von Steckverbindern oder Rastverbindern verwendet werden. Das elektrische Kupplungssystem dient zum Trennen und Verbinden der elektrischen Verbindung von den Stromleitungen 32 zu den elektrischen Speichern 12. Die elektrischen Kupplungssysteme können zusätzlich durch Verschrauben gegen unbeabsichtigtes Lösen während des Fahrbetriebs gesichert werden. Auch diese Schraubverbindung muss gut zugänglich sein, damit das Speichermodul 20 einfach eingesetzt oder entfernt werden kann.
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Die Modulgehäuse 29 selber können ebenfalls im Steckplatz 21 durch Stecken, Rasten oder Verschrauben am Sicherheitsgehäuse 18 befestigt werden. Alle Befestigungsstellen müssen einfach zugänglich sein. Die lösbare mechanische Verbindung kann eine Schraubverbindung, eine Steckverbindung, eine Rastverbindung oder eine sonstige funktionale Verbindung sein, mit der das Modulgehäuse 29 in dem Steckplatz 21 befestigt und gehalten wird. Selbst nicht ganz einfach lösbare mechanische Verbindungen, wie eine Kleb- oder Schweißverbindung können verwendet werden. Dann wird zwar das Wiederverwenden schwieriger, aber ist dennoch durch Lösen der Verbindung möglich. Ebenso sind Rastverbindungen, Bolzenverbindungen, Klemmverbindungen, Klebverbindungen, Lötverbindungen, Schweißverbindungen und/oder funktional ähnliche Verbindungstechniken möglich.
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Die Kupplungssysteme und/oder die Befestigung der Modulgehäuse 29 können so ausgelegt sein, dass sie nur in der Werkstatt ggfs. mit Spezialwerkzeug getrennt oder gelöst werden können. Somit ist dann gewährleistet, dass ein fachgerechter Einbau oder Ausbau vorgenommen wird.
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Die Zugänglichkeit der Speichermodule 20 ist entweder von unterhalb des Fahrzeugbodens oder im Falle eines Ausbaus eines über der Energiespeichervorrichtung 10 befindlichen Batteriekastens von oben möglich. Im Falle der Zugänglichkeit von unten sind Dichtvorrichtungen vorgesehen, die die Speichermodule 20 vor allen äußeren Einflüssen und Medien schützen.
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In die Energiespeichervorrichtung 10 können Temperierleitungen 36 führen, mit denen das Innere des Sicherheitsgehäuses 18 mit den entsprechenden Speichermodulen 20 bei Bedarf temperiert werden können, d.h. das Innere wird in einem vorgegebenen Temperaturbereich gehalten. Die Temperierleitungen 36 können Rohre oder Schläuche sein, um beispielsweise Kühlflüssigkeit zirkulieren zu lassen, oder auch Stromleitungen sein, um beispielsweise Peltier-Elemente im Inneren des Sicherheitsgehäuses 18 anzusteuern. Die Speichermodule 20 können so in die Steckplätze 21 eingefügt werden, dass zwischen den einzelnen Speichermodulen 20 Spalte oder Kanäle entstehen, durch die eine Temperierflüssigkeit oder -luft hindurchgeführt werden kann. Die Modulgehäuse 29 können entsprechende Formen, wie Nuten aufweisen, durch die dann Temperierkanäle zwischen zwei eingebauten Speichermodulen 20 entstehen.
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In einem Speichermodul 20 können eine oder auch mehrere Energiespeicherzellen 30 angeordnet sein. In 2 sind innerhalb des Modulgehäuses 29 fünf Energiespeicherzellen 30 angeordnet, hier für den Brennstoff Wasserstoff (daher sind hier nur Fluidspeicher 11 dargestellt). Die einzelnen Energiespeicherzellen 30 weisen jeweils ein eigenes Tankgehäuse (auch nur als Tank 34 bezeichnet) auf, das ähnlich ausgebildet sein kann wie eine Gasflasche oder Gaskartusche. Durch die kleineren Tanks 34 statt einem einzigen großen Tank 34 können die Wandstärken der Tanks 34 verringert werden, was wiederum zu einer Gewichtseinsparung und ggfs. auch einer Platzeinsparung führt.
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Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist eine mögliche Ausführungsvariante mit kleineren Tanks 34 (Gasflaschen) gegen über dem Ausführungsbeispiel nach 1. So können die Tanks 34 aus 2 einen Durchmesser von etwa 60 mm aufweisen, während Tanks 34 nach 1 einen Durchmesser von etwa 140 mm aufweisen.
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Das Modulgehäuse 29 kann zusätzlich im Inneren Versteifungen 38 aufweisen, damit das Speichermodul 20 besser geschützt ist und das Modulgehäuse 29 sicherer und stabiler ist.
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Die Speichermodule 20 sind von ihrer Form her wie ein Quader oder Zylinder ausgebildet und können - wie in 1 dargestellt - mit ihrer Längsachse horizontal, d.h. parallel zum Fahrzeugboden angeordnet sein. Dabei können die Speichermodule 20 mit ihrer Längsachse quer zur Fahrtrichtung (wie in 1 dargestellt) oder parallel zur Fahrtrichtung zwischen Vorderwagen 14 und Hinterwagen 15 angeordnet sein.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 3 dargestellt. Dort sind die Speichermodule 20 in der Energiespeichervorrichtung 10 vertikal angeordnet, wobei die Energiespeichervorrichtung 10 zwischen Vorderwagen 14 und Hinterwagen 15 angeordnet ist. Bei einer solchen Anordnung können sehr viele kurze Speichermodule 20 ggfs. mit geringerem Durchmesser der Energiespeicherzellen 30 in der Energiespeichervorrichtung 10 angeordnet sein. Durch die hohe Anzahl an Energiespeicherzellen 30 wird eine hohe Speicherkapazität erreicht bei gleichzeitig niedriger Bauhöhe der Energiespeichervorrichtung 10. Somit kann die Energiespeichervorrichtung 10 auch am oder in der Nähe des Fahrzeugbodens im Bereich der Fahrgastzelle angeordnet werden.
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Typischerweise kann einer solchen Energiespeichervorrichtung 10 dreizehn bis fünfzehn Speichermodule 20 aufweisen. Der Kunde kann dann je nach seinen Anforderungen (Reichweite für Kurzfahrten und Reichweite für längere Fahrten oder Überlandfahrten) der Energiespeichervorrichtung 10 mit einem gewünschten Modulmix entsprechend konfigurieren (lassen), damit die Anzahl der Fluidspeicher 11 und die Anzahl der elektrischen Speicher 12 auf seine Anforderungen abgestimmt ist.
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So kann der Nutzer sich seine elektrische Reichweite entsprechend der täglichen Strecke auswählen. Wenn er beispielsweise ca. 60 km täglich fährt, so werden 8-12 kWh gebraucht, die er an einer verfügbaren Ladestation nachladen kann. Für lange Strecken (Urlaub, Dienstreise, etc.) ist der Fluidspeicher 11 gedacht, der an Tankstellen während der Fahrt schnell aufgetankt werden kann. Selbstverständlich könnte auch der Fluidspeicher 11 (mit beispielsweise Wasserstoff) für die täglichen Fahrten genutzt werden.
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Die Auswahl des Typs der Speichermodule 20 hängt einerseits von den Gegebenheiten des Fahrzeugantriebsystems und auch von den Platzverhältnissen ab. Denn die Energiedichte und Leistungsdichte der Speichermodule 20 kann durch entsprechende Auswahl von Speichermodulen 20 und der darin verwendeten Technologie entsprechend eingestellt werden. Es können Speichermodule 20 mit höherer Leistungsdichte/Energiedichte als die bisherigen Speichermodule 20 ausgesucht werden, damit die notwendige Energiekapazität auf einem kleineren Raum untergebracht werden kann. Der Modulmix (d.h. Anzahl jeweils von Fluidspeichern 11 und elektrischen Speichern 12) ist auch später noch veränderbar und anpassbar. Auch können die Speichermodule 20 aus einem Fahrzeug einfach ausgebaut und in ein anderes Fahrzeug mit einer gleichen Energiespeichervorrichtung 10 ohne weiteres eingesetzt werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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Der Querschnitt des Tanks 34 einer Energiespeicherzelle 30 ist vorzugsweise rund ausgebildet, um den zum Teil hohen Druck von darin gespeichertem Brennstoff, wie Wasserstoff, besser standhalten zu können. Der Querschnitt des umgebenden Modulgehäuses 29 ist vorzugsweise rechteckig ausgebildet, damit die Speichermodule 20 in der Energiespeichervorrichtung 10 dicht aneinander geschichtet werden können. Selbstverständlich sind auch andere Querschnittsformen und Ausgestaltungen möglich. So könnten die Querschnitte beispielsweise auch als Vielecke ausgebildet sein.
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Unter dem Begriff „Energieträger“ sind Stoffe zu verstehen, deren Energiegehalt für Energieumwandlungsprozesse nutzbar ist. Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen wurden Wasserstoff als Energieträger zum Erzeugen von Strom und elektrochemische Zellen als Energieträger direkt aus Batterien/Akkumulatoren beschrieben. Energieträger unterscheiden sich in ihrer Energiedichte, Transport- und Lagerfähigkeit sowie im Aufwand und Wirkungsgrad ihrer Nutzung (Leistungsdichte) .
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Die Verwendung eines bestimmten Energieträgers (elektrochemische Zellen, Brennstoff, etc.) hängt von der gewünschten Energiedichte und/oder Leistungsdichte des Energieträgers ab, d.h. die für kurzzeitige Energiebereitstellung gedacht sind.
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Als Energieträger für den Fluidspeicher 11 können anstatt komprimiertem Wasserstoff auch Erdgas (CNG), Methanol, Butan, E-Fuel (synthetische Kraftstoffe), Flüssiggas (LPG) oder Autogas sowie herkömmliche Kraftstoffe (Benzin, Diesel) verwendet werden. Ebenso können auch Metallhydrid, Adsorptions-, chemische oder kryogene Speicher verwendet werden. Ebenso sind Speicher für Druckgas (Wasserstoff, etc.) oder komprimiertes Erdgas (CNG) möglich.
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Als elektrischer Speicher 12 können Batterien, Akkumulatoren, Kondensatoren (sog. Supercaps) oder dergleichen verwendet werden.
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Die Begriffe Batterie und Akkumulator als direkte elektrische Energiequelle werden, insbesondere im Englischen, als identisch bezeichnet, obwohl eine Batterie nicht aufgeladen werden kann, ein Akkumulator wohl. In Bezug auf den elektrischen Speicher 12 als solchen kommt es hier auf die Funktion des unmittelbaren Lieferns von Strom an und daher werden beide Begriffe Batterie und Akkumulator hier als Synonym bezeichnet, da beide elektrische Energie speichern und liefern. Bei der vorliegenden Erfindung steht der modulare Charakter der Energiespeichervorrichtung 10 und die Flexibilität des Modulmixes Vordergrund.
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Der elektrische Speicher 12 kann eine Blei-Säure-Batterie, eine Lithium-Polymer-Batterie, eine Nickel-Metallhydrid-Batterie oder sonstige hinlänglich bekannte Batterien oder Akkumulatoren sein. Die Akkumulatortypen werden nach den verwendeten Materialien bezeichnet, wobei häufig Verbindungen mit Lithium, Natrium, Nickel, Cadmium, Zinn und/oder Zink verwendet werden.
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Fahrzeug ist ein Oberbegriff für mobile Verkehrsmittel, die dem Transport von Personen (Personenverkehr), Gütern (Güterverkehr) oder Werkzeugen (Maschinen oder Hilfsmittel) dienen. Die Antriebsart oder die Verwendung ist für die Einordnung ohne Belang. Je nach Anwendungsfall werden sie weiter untergliedert, beispielsweise in Landfahrzeuge, Wasserfahrzeuge und Luftfahrzeuge.
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Unter dem Begriff „Stecken“ (Steckverbinder, Steckkupplung, Rastverbinder, etc.) ist zu verstehen, dass durch das Stecken eine elektrische Verbindung oder auch eine Verbindung für verschiedene gasförmige und flüssige Medien zum einfachen Trennen und Verbinden von Verbindungsteilen hergestellt werden kann. So werden die Kupplungssysteme auch als „Steckverbinder“ oder „Rastverbinder“ beschrieben, wobei unter der Verschraubung zweier Verbindungsteile hier auch ein „Stecken“ oder „Einsetzen“ zu verstehen sein soll. Die Verbindungsteile werden dabei durch Formschluss und passend ausgerichtet, durch Schrauben oder Federkraft kraftschlüssig lösbar fixiert und oft durch Verschrauben zusätzlich gegen unbeabsichtigtes Lösen gesichert.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Modulgehäuse 29 mit dem Sicherheitsgehäuse 18 lösbar (Schrauben, Stecken, Rasten, etc.) über eine mechanische Verbindung sicher verbunden werden. Die mechanische Verbindung muss so fest sein, dass die Speichermodule 20 in dem Sicherheitsgehäuse 18 lösbar fixiert sind und sodann über die Kupplungssysteme eine sichere fluidische oder elektrische Verbindung geschaffen werden kann. Ein Sicherheitsgehäuse ist wichtig, da eventuell in dem Fluidspeicher gespeicherte Gase unter einem erhöhten Druck stehen, so werden derzeit üblicherweise bei Erdgas bis zu 240 bar und bei Wasserstoff bis zu 800 bar verwendet.
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Wesentlich dabei ist, dass alle Kupplungssysteme lösbar sind und im zusammengefügten Zustand fixiert sind, so dass sichere Verbindungen zwischen den Speichermodulen 20 und den Stromleitungen 32 oder Fluidleitungen 31 vorhanden sind.
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Ein Steckplatz 21 oder Slot (engl. für Schlitz, Platz) bezeichnet einen vorgegebenen Bauraum mit einer fluidischen und/oder elektrischen Schnittstelle. In den Steckplatz 21 kann eine Komponente, hier das Speichermodul 20, hineingesteckt, eingefügt, eingesetzt, bestückt oder eingebaut werden. Der Steckplatz 21 ist insbesondere der Bauraum für die unterschiedlichen Speichermodule 20. Diese können dann mit allen möglichen Fügeverfahren dort befestigt werden. Eine Möglichkeit, die Module zu stecken, ist sehr vorteilhaft, aber grundsätzlich können die Speichermodule 20 auch dort festgeklebt werden oder darin auf äquivalente Weise befestigt werden. Die Steckplätze 21 haben alle denselben Bauraum zur Verfügung und dieselben Schnittstellen oder Aussparungen für einen Fluidsteckerteil 27 oder eine Stromsteckerteil 28. Dadurch wird die Energiespeichervorrichtung 10 modular und flexibel bestückbar gestaltet. Die Steckerteile 27, 28 jedes Steckplatzes 21 sind mit einem Fluidanschluss 23 oder einem Stromanschluss 24 koppelbar, die zusammen ein Kupplungssystem bilden.
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Unter „modular“ ist ein Baustein- oder Baukastenprinzip zu verstehen, bei denen ein Ganzes in Teile, also die Module, (hier die Speichermodule 20) aufgeteilt ist. Hier sind die Speichermodule 20 als Gleichteile ausgebildet, die in ein Modulraster (entsprechend der jeweiligen Steckplätze 21) eingefügt werden können. Die Speichermodule 20 sind alle von identischer Abmessung und können lösbar in die Steckplätze 21 eingefügt werden, damit dann eine elektrische oder fluidische Verbindung nach außen hergestellt wird. Die Verbindung muss sicher sein und soll relativ einfach wieder gelöst werden können. Die Energiespeichervorrichtung 10 ist in dieser Weise modular ausgebildet und bietet jede Anschlussmöglichkeit (Kupplungssysteme) für alle Typen von verwendbaren Speichermodulen 20. Somit kann an jeden Steckplatz 21 jeder Typ eines Speichermoduls 20 eingesetzt werden, ohne irgendwelche Änderungen an der Energiespeichervorrichtung 10 vorzunehmen.
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Unter weitgehend identischen Abmessungen der Speichermodule 20 ist zu verstehen, dass alle Speichermodule 20 in das Raster der Steckplätze 21 passen und eine sichere und lösbare fluidische und/oder elektrische Verbindung hergestellt wird. Zwischen den Modulgehäusen 29 können durchaus unterschiedliche, funktionsbedingte Zwischenräume oder Spalte entstehen, die jedoch der Modularität und Austauschbarkeit nicht im Wege stehen.
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Um die Antriebe des Kraftfahrzeugs mit Strom oder Brennstoff aus der Energiespeichervorrichtung 10 zu versorgen, werden die Antriebe über Versorgungsleitungen 31, 32 und Kupplungssystemen von den Speichermodulen 20 zu den Antrieben geleitet. Für Fluide, wie gasförmige oder flüssige Brennstoffe können entsprechend ausgestaltete und dimensionierte Rohre oder Schläuche als Fluidleitung 31 verwendet werden. Für Strom werden gut leitende und entsprechend groß dimensionierte Stromleitungen 32 verwendet.
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Unter dem Begriff „Versorgungsleitungen 31, 32“ sind elektrische Leitungen (Stromleitungen 32) und Leitungen für flüssige und gasförmige (fluidische) Brennstoffe zu verstehen (Fluidleitung 31).
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Energiespeichervorrichtung
- 11
- Fluidspeicher
- 12
- Elektrischer Speicher
- 14
- Vorderwagen
- 15
- Hinterwagen
- 18
- Sicherheitsgehäuse
- 20
- Speichermodul
- 21
- Steckplatz
- 23
- Fluidanschluss
- 24
- Stromanschluss
- 27
- Fluidsteckerteil
- 28
- Stromsteckerteil
- 29
- Modulgehäuse
- 30
- Energiespeicherzelle
- 31
- Fluidleitung
- 32
- Stromleitung
- 34
- Tank
- 36
- Temperierleitung
- 38
- Versteifung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5631532 A [0006]
- DE 10154353 B4 [0007]
