DE102022116796A1

DE102022116796A1 - Antriebsvorrichtung mit einem elektrischen Bremswiderstand

Info

Publication number: DE102022116796A1
Application number: DE102022116796.8A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Vögtle
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-07-06
Filing date: 2022-07-06
Publication date: 2023-01-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (10) für ein Brennstoffzellenfahrzeug (12), aufweisend einen elektrische Energie aus einem Brennstoffzellenantrieb (14) beziehenden Elektromotor (16) zur Bereitstellung einer Antriebsenergie zur Fortbewegung des Brennstoffzellenfahrzeugs (12), einen zumindest aus einer Bremsenergie des Brennstoffzellenfahrzeugs (12) entstehende elektrische Energie speichernden Energiespeicher (17), wobei wenigstens ein die zumindest aus der Bremsenergie entstehende elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelnder elektrischer Bremswiderstand (26) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es ist allgemein bekannt, Brennstoffzellenfahrzeuge mit einer Antriebsvorrichtung auszurüsten, die einen mit elektrischer Energie betriebenen Elektromotor aufweist, der zur Fortbewegung des Brennstoffzellenfahrzeugs eine Antriebsenergie aufbringt. Zwischen einem die elektrische Energie für den Elektromotor erzeugenden Brennstoffzellenantrieb und dem Elektromotor ist üblicherweise ein Energiespeicher geschaltet, der insbesondere die aus einer Bremsenergie des Brennstoffzellenfahrzeugs entstehende elektrische Energie speichert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Bremsenergie des Brennstoffzellenfahrzeugs effizienter umzusetzen. Die Bremsenergierekuperation bei einem Bremsvorgang des Brennstoffzellenfahrzeugs soll verbessert werden. Der Energieverbrauch des Brennstoffzellenfahrzeugs soll verringert werden.
Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dadurch kann die Bremsenergie effizienter umgewandelt und die Bremsenergierekuperation verbessert werden.
Die Antriebsvorrichtung kann in dem Brennstoffzellenfahrzeug angeordnet sein. Die Antriebsvorrichtung kann in einem Antriebsstrang des Brennstoffzellenfahrzeugs angeordnet sein. Das Brennstoffzellenfahrzeug kann ein PKW oder ein Lastkraftfahrzeug, insbesondere mit einem zulässigen Gesamtgewicht von größer als 7 t, bevorzugt größer als oder gleich 12,5 t, insbesondere größer als oder gleich 27 t, insbesondere größer als oder gleich 40 t. sein. Das Brennstoffzellenfahrzeug ist insbesondere ohne Verbrennungsmotor ausgeführt.
Der Brennstoffzellenantrieb kann durch eine elektrochemische Umwandlung die elektrische Energie bereitstellen. Der Brennstoffzellenantrieb kann die elektrische Energie aus einem Energieträger erzeugen. Der Energieträger kann Wasserstoff, Alkohol oder Ammoniak sein.
Der Elektromotor kann einen Stator und einen demgegenüber drehbaren Rotor aufweisen. Der Stator kann gegenüber einem Gehäuse fest aufgenommen sein.
Der Elektromotor kann mit einem Abtriebselement zur Abgabe der Antriebsenergie verbunden sein. Das Abtriebselement kann ein Getriebe und/oder Fahrzeugrad des Brennstoffzellenfahrzeugs sein. Das Getriebe kann ein Differentialgetriebe sein. Das Abtriebselement kann die Antriebsenergie in eine Vortriebsleistung des Brennstoffzellenfahrzeugs umsetzen.
Der Energiespeicher kann eine Batterie sein. Die Batterie kann aus mehreren Batteriezellen aufgebaut sein. Die Batteriezellen können wenigstens Lithium aufweisen.
Die Antriebsvorrichtung kann mehrere elektrische Bremswiderstände aufweisen. Wenigstens zwei elektrische Bremswiderstände können in Reihe oder parallel geschaltet sein.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der elektrische Bremswiderstand mit dem Energiespeicher zur Abnahme der in Wärmeenergie umzuwandelnden elektrischen Energie elektrisch verbunden ist. Dadurch kann die elektrische Energie aus dem Energiespeicher an den elektrischen Bremswiderstand abgeführt werden und der Energiespeicher entladen werden. Auch kann die dem Bremswiderstand zukommende und aus der Bremsenergie entstehende elektrische Energie unmittelbar von dem Elektromotor ausgehen.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die aus der Bremsenergie entstehende und dem elektrischen Bremswiderstand zukommende elektrische Energie dem Energiespeicher entstammt. Dadurch kann der Energiespeicher ein Pufferspeicher für die Übertragung der elektrischen Energie zwischen dem Elektromotor und dem elektrischen Bremswiderstand sein.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der die Antriebsvorrichtung einen hydrodynamischen Retarder zur Umwandlung der Bremsenergie in Wärmeenergie aufweist. Der hydrodynamische Retarder kann eine Pumpe und eine hydrodynamisch mit dieser wirksam gekoppelte Turbine aufweisen. Der hydrodynamische Retarder kann als Drehmomentwandler ausgeführt sein.
Der hydrodynamische Retarder kann die mechanische Bremsenergie in Wärmeenergie umwandeln. Der hydrodynamische Retarder kann die Bremsenergie alternativ oder zusätzlich zu der Umwandlung der Bremsenergie in Wärmeenergie des elektrischen Bremswiderstands in Wärmeenergie umwandeln.
Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein die Bremsenergie in den hydrodynamischen Retarder einleitender Eingang mit einem Rotor des Elektromotors verbunden ist. Der Eingang des hydrodynamischen Retarders kann mit dem Rotor drehfest verbunden sein.
Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die von dem Brennstoffzellenantrieb bereitgestellte elektrische Energie über den Energiespeicher an den Elektromotor zur Fortbewegung des Brennstoffzellenfahrzeugs übertragen wird. Der Energiespeicher kann ein Pufferspeicher für die elektrische Energie sein.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der dem elektrischen Bremswiderstand eine Kühlvorrichtung zur Ableitung der Wärmeenergie von dem elektrischen Bremswiderstand zugeordnet ist. Die Kühlvorrichtung kann die Wärmeenergie über ein Kühlmedium, insbesondere Luft oder eine Flüssigkeit, aufnehmen und weiterleiten.
Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Wärmeenergie zumindest teilweise einer Innenraumklimatisierungsvorrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs übergeben wird. Dadurch kann die Innenraumklimatisierung des Brennstoffzellenfahrzeugs energiesparender betrieben werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der der elektrische Bremswiderstand einen zumindest gegenüber elektrischen Anschlussleitungen des elektrischen Bremswiderstands zur Aufnahme der elektrischen Energie höheren elektrischen Widerstand aufweist. Dadurch wird die Umwandlung in Wärmeenergie hauptsächlich auf den elektrischen Bremswiderstand beschränkt.
Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Antriebsvorrichtung den Brennstoffzellenantrieb umfasst. Die Antriebsvorrichtung kann weiterhin das Abtriebselement aufweisen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und der Abbildung.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildung ausführlich beschrieben.

1 zeigt eine Antriebsvorrichtung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsvorrichtung 10 ist in einem Brennstoffzellenfahrzeug 12 angeordnet und umfasst einen elektrische Energie aus einem Brennstoffzellenantrieb 14 beziehenden Elektromotor 16 zur Bereitstellung einer Antriebsenergie zur Fortbewegung des Brennstoffzellenfahrzeugs 12 und einen zumindest aus einer Bremsenergie des Brennstoffzellenfahrzeugs 12 entstehende elektrische Energie speichernden Energiespeicher 17. Der Brennstoffzellenantrieb 14 erzeugt die elektrische Energie aus einem Energieträger, beispielsweise Wasserstoff. Der Energieträger ist in einem Vorratsbehälter 18 gespeichert, aus dem der Brennstoffzellenantrieb 14 den Energieträger schöpft. Der Brennstoffzellenantrieb 14 ist elektrisch mit dem Energiespeicher 17 verbunden. Der Energiespeicher 17 kann als Pufferspeicher wirken, der elektrisch zwischen dem Brennstoffzellenantrieb 14 und dem Elektromotor 16 wirksam angeordnet ist.

Der Elektromotor 16 umfasst einen Stator 19 und einen demgegenüber drehbaren Rotor 20 und kann die Antriebsenergie an ein Abtriebselement 21, beispielsweise ein Differentialgetriebe 22 abgeben, das die Antriebsenergie wenigstens einem Fahrzeugrad 24 zur Umsetzung in eine Vortriebsleistung des Brennstoffzellenfahrzeugs 12 übergibt. Der Brennstoffzellenantrieb 14 stellt die elektrische Energie über den Energiespeicher 17 dem Elektromotor 16 zur Verfügung, der aus der elektrischen Energie die Antriebsenergie erzeugt.
Die bei einem Bremsvorgang des Brennstoffzellenfahrzeugs 12 auftretende Bremsenergie als kinetische und/oder potentielle Energie kann über den Elektromotor 16 in einem Generatorbetrieb in eine elektrische Energie umgesetzt werden. Diese elektrische Energie wird dem Energiespeicher 17 übergeben, der diese wiederum teilweise oder vollständig an einen elektrischen Bremswiderstand 26 abgibt. Der elektrische Bremswiderstand 26 bewirkt eine Umwandlung der elektrischen Energie in Wärmeenergie.
Eine Kühlvorrichtung 28 führt die Wärmeenergie von dem elektrischen Bremswiderstand 26 beispielsweise an eine Umgebung ab. Die Wärmeenergie kann in einer Innenraumklimatisierungsvorrichtung 29 des Brennstoffzellenfahrzeugs 12 zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums des Brennstoffzellenfahrzeugs 12 genutzt werden.
Der elektrische Bremswiderstand 26 ist mit dem Energiespeicher 17 zur Abnahme der elektrischen Energie elektrisch über Anschlussleitungen 30 verbunden. Der elektrische Bremswiderstand 26 weist einen zumindest gegenüber elektrischen Anschlussleitungen 30 des elektrischen Bremswiderstands 26 zur Aufnahme der elektrischen Energie höheren elektrischen Widerstand auf. Dadurch wird die Umwandlung in Wärmeenergie hauptsächlich auf den elektrischen Bremswiderstand 26 beschränkt.
Die durch den Elektromotor 16 in dem Generatorbetrieb erzeugte elektrische Energie aus der Bremsenergie wird in dem Energiespeicher 17 gespeichert und kann von diesem bedarfsweise an den elektrischen Bremswiderstand 26 zur Umwandlung in Wärmeenergie übergeben werden. Dadurch kann die Bremsenergierekuperation mit Einspeisung in dem Energiespeicher 17 effizienter erfolgen.
Die Antriebsvorrichtung 10 kann optional einen hydrodynamischen Retarder 32 zur Umwandlung der Bremsenergie in Wärmeenergie aufweisen. Der hydrodynamische Retarder 32 ist mit einem die Bremsenergie einleitenden Eingang 34 mit dem Rotor 20 drehfest verbunden.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsvorrichtung
12: Brennstoffzellenfahrzeug
14: Brennstoffzellenantrieb
16: Elektromotor
17: Energiespeicher
18: Vorratsbehälter
19: Stator
20: Rotor
21: Abtriebselement
22: Differentialgetriebe
24: Fahrzeugrad
26: elektrischer Bremswiderstand
28: Kühlvorrichtung
29: Innenraumklimatisierung
30: Anschlussleitung
32: hydrodynamischer Retarder

Claims

Antriebsvorrichtung (10) für ein Brennstoffzellenfahrzeug (12), aufweisend einen elektrische Energie aus einem Brennstoffzellenantrieb (14) beziehenden Elektromotor (16) zur Bereitstellung einer Antriebsenergie zur Fortbewegung des Brennstoffzellenfahrzeugs (12), einen zumindest aus einer Bremsenergie des Brennstoffzellenfahrzeugs (12) entstehende elektrische Energie speichernden Energiespeicher (17), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein die zumindest aus der Bremsenergie entstehende elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelnder elektrischer Bremswiderstand (26) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Bremswiderstand (26) mit dem Energiespeicher (17) zur Abnahme der in Wärmeenergie umzuwandelnden elektrischen Energie elektrisch verbunden ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Bremsenergie entstehende und dem elektrischen Bremswiderstand (26) zukommende elektrische Energie dem Energiespeicher (17) entstammt.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (10) einen hydrodynamischen Retarder (32) zur Umwandlung der Bremsenergie in Wärmeenergie aufweist.
Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Bremsenergie in den hydrodynamischen Retarder (32) einleitender Eingang mit einem Rotor (20) des Elektromotors (16) verbunden ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Brennstoffzellenantrieb (14) bereitgestellte elektrische Energie über den Energiespeicher (17) an den Elektromotor (16) zur Fortbewegung des Brennstoffzellenfahrzeugs (12) übertragen wird.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem elektrischen Bremswiderstand (26) eine Kühlvorrichtung (28) zur Ableitung der Wärmeenergie von dem elektrischen Bremswiderstand (26) zugeordnet ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie zumindest teilweise einer Innenraumklimatisierungsvorrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs (12) übergeben wird.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Bremswiderstand (26) einen zumindest gegenüber elektrischen Anschlussleitungen (30) des elektrischen Bremswiderstands (26) zur Aufnahme der elektrischen Energie höheren elektrischen Widerstand aufweist.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (10) den Brennstoffzellenantrieb (14) umfasst.