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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versorgen eines Druckluftbremssystems mithilfe von mindestens einem Brennstoffzellensystem. Ferner betrifft die Erfindung eine korrespondierende Steuereinheit, ein entsprechendes Fahrzeug und eine Verwendung eines korrespondierenden Brennstoffzellensystems.
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Stand der Technik
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In Antriebssystemen mit Brennstoffzellensystemen wird in der Regel Sauerstoff aus der Umgebungsluft benutzt, um in der Brennstoffzelle mit Wasserstoff zu Wasser bzw. Wasserdampf zu reagieren und damit eine elektrische Energie zu gewinnen.
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Die Umgebungsluft wird mittels eines Luftsystems dem Brennstoffzellenstapel zugeführt. Dazu sind ein entsprechender (variabler) Luftmassenstrom und ein entsprechendes Druckniveau notwendig. Zunehmend werden höhere Systemdrücke für die Versorgung des Brennstoffzellenstacks gefordert. Moderne Luftsysteme umfassen zunehmend eine zwei- oder mehrstufige Luftverdichtung mit einer oder mehreren Luftverdichtungseinheiten.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung sieht gemäß dem ersten Aspekt zum Versorgen eines Druckluftbremssystems mithilfe von mindestens einem Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruches vor. Ferner sieht die Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt eine korrespondierende Steuereinheit mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches, gemäß dem dritten Aspekt ein Fahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Vorrichtungsanspruches und gemäß dem vierten Aspekt eine Verwendung eines korrespondierenden Brennstoffzellensystems mit den Merkmalen des unabhängigen Verwendungsanspruches vor. Weitere Merkmale, Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einzelnen erfindungsgemäßen Aspekten beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den anderen erfindungsgemäßen Aspekten und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die vorliegende Erfindung sieht vor: ein Verfahren zum Versorgen eines Druckluftbremssystems, insbesondere eines CV- Druckluftbremssystems, mit einer Druckluft,
vorzugsweise in einem Fahrzeug, wie z. B. einem Nutzfahrzeug (CV) oder einem Schienenfahrzeug, bei dem die Antriebsenergie zumindest zum Teil mithilfe von mindestens einem Brennstoffzellensystem bereitgestellt wird,
aufweisend folgende Aktionen/Verfahrensschritte:
- - Erzeugen einer Druckluft durch mindestens ein Brennstoffzellensystem, insbesondere mit mindestens einer Luftverdichtungseinheit, die mindestens einen Brennstoffzellenstack mit Druckluft versorgt,
- - Bereitstellen der Druckluft an das Druckluftbremssystem.
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Die Idee liegt in einer Kopplung der Luftversorgung von einem oder mehreren Brennstoffzellenstacks mit dem Druckluftbremssystem.
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Die Erfindung erkennt, dass das Druckluftbremssystem sowohl Druckluft als auch eine hohe Ausfallsicherheit und Zuverlässigkeit erfordert. Die Erzeugung der Druckluft ist energetisch aufwändig und signifikant kosten relevant für die Auslegung, den Betrieb, die Wartung.
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Mithilfe der Erfindung können bei dem Druckluftbremssystem und dem Fahrzeug die Systemkosten erheblich reduziert werden, der Bauraum wesentlich reduziert, die Gesamt-Energiebilanz verbessert werden, und die Zuverlässigkeit und die Ausfallsicherheit sichergestellt werden.
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Außerdem können mithilfe der Erfindung Redundanz(en), Notbetrieb für das Druckluftbremssystem, Bremsfunktion sowie Notbremsfunktion für ein korrespondierendes Fahrzeug bereitgestellt werden.
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Das mindestens eine Brennstoffzellensystem kann ein Luftsystem (kann ebenfalls als ein Kathodensystem bezeichnet werden) mit mindestens einer oder mehreren Luftverdichtungseinheiten aufweisen. Die Luftverdichtungseinheiten des Luftsystems können auf eine vorteilhafte Weise eine Druckluft für das Druckluftbremssystem erzeugen. Hierzu können Verbindungsleitung(en) (sog. Versorgungsleitung(en)) mit regelbaren Absperrvorrichtungen (sog. Versorgungsventile) vorgesehen sein, die stromabwärts einer oder mehrerer Luftverdichtungseinheiten die komprimierte Luft abzweigen können und an das Druckluftbremssystem bereitstellen können.
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Ein erforderliches Druckniveau für das Druckluftbremssystem kann mithilfe von Versorgungsventilen und mithilfe von Ventilen (Bypassventil und ein, vorzugsweise regelbares Absperrventil am Eingang in den Kathodenpfad durch den Stack) im Luftsystem eingestellt werden.
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In einem Normalbetrieb des mindestens einen Brennstoffzellensystems kann die Druckluft zumindest für eine Vordruckregelung und/oder als eine Unterstützung für einen Normalbetrieb und/oder für einen Normalbetrieb beim Druckluftbremssystem verwendet werden.
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In einem Standby-Betrieb, Leerlauf-Betrieb, Bereitschafts-Modus des mindestens einen Brennstoffzellensystems kann die Druckluft für einen Normalbetrieb des Druckluftbremssystems verwendet werden, insbesondere direkt auf einem erforderlichen Steuerdruck für das Druckluftbremssystem.
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In einem Start-Stopp-Betrieb des mindestens einen Brennstoffzellensystems kann die Druckluft derart an das Druckluftbremssystem bereitgestellt werden, dass die Druckluft abwechselnd durch das mindestens eine Brennstoffzellensystem (insbesondere in Antriebsphasen) oder durch das Druckluftbremssystem (insbesondere in Bremsphasen) verwendet wird.
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Da das mindestens eine Brennstoffzellensystem primär dann genutzt wird, wenn die Antriebsenergie erforderlich ist, und das Druckluftbremssystem, wenn das Bremssystem geregelt werden soll, kann der Betrieb des mindestens einen Brennstoffzellensystems auf den Betrieb des Druckluftbremssystems auf eine vorteilhafte Weise abgestimmt werden.
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Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Druckluft in Abhängigkeit von dem Betriebsmodus des mindestens einen Brennstoffzellensystems bereitgestellt wird, insbesondere:
- - für eine Vordruckregelung,
- - für einen Normalbetrieb bzw. Steuerdruckregelung,
- - als eine Unterstützung für einen Normalbetrieb bzw. Steuerdruckregelung,
- - als eine Redundanz für die Druckbereitstellung, und/oder
- - für einen Notbremsbetrieb eines korrespondierenden Fahrzeuges beim Druckluftbremssystem.
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Zugleich ist es denkbar, dass bei Ausfällen im Druckluftbremssystem und/oder bei einer Notbremsung, das Druckluftbremssystem priorisiert wird, dass das mindestens eine Brennstoffzellensystem in einen Standby-Betrieb, Leerlauf-Betrieb, Bereitschafts-Modus versetzt wird, und/oder dass die Druckluft primär bzw. vorrangig an das Druckluftbremssystem bereitgestellt wird.
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Mithilfe der Erfindung können mehrere wesentliche Vorteile erreicht werden:
- - Entfall eines Luftfilters bei dem Druckluftbremssystem,
- - Einfachere Wartung durch Verminderung der Anzahl an Luftfilter im Fahrzeug,
- - Verkleinerung oder Entfall von Drucklufterzeuger im Druckluftbremssystem aufgrund Vordruck oder Normaldruck aus dem Brennstoffzellensystem,
- - Vordruck oder Normaldruck aus dem Brennstoffzellensystem zieht eine Verbesserung der Energiebilanz nach sich,
- - Reduzierung Bauraum,
- - Reduzierung Gesamtkosten beim Druckluftbremssystem und beim Fahrzeug,
- - Redundanz für die Druckbereitstellung, insbesondere bei einer 3-stufigen Luftverdichtung und/oder bei einem Mehrfach-Brennstoffzellensystem,
- - Notbetrieb für das Druckluftbremssystem.
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Vorteilhafterweise braucht das Luftsystem bei dem mindestens einen Brennstoffzellensystem nicht vergrößert werden.
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Durch Verwendung von mehrstufigen (insbesondere zwei- oder dreistufigen) Luftverdichtungen kann das Druckniveau erhöht werden. Auch kann durch Verwendung von mehreren Brennstoffzellensystemen die Ausfallsicherheit erhöht werden. Zudem können durch Verwendung von mehreren Brennstoffzellensystemen weitere Redundanzen geschaffen werden.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass beim Erzeugen einer Druckluft das mindestens eine Brennstoffzellensystem in einem Normalbetrieb betrieben wird, wobei die Druckluft beim Druckluftbremssystem verwendet wird:
- - für eine Vordruckregelung, und/oder
- - für einen Normalbetrieb,
- - als eine Unterstützung für einen Normalbetrieb,
- - als eine Redundanz für die Druckbereitstellung, und/oder
- - für einen Notbremsbetrieb eines korrespondierenden Fahrzeuges.
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Eine Vordruckregelung kann einen Drucklufterzeuger bei dem Druckluftbremssystem unterstützen. Dadurch ist es möglich, den Drucklufterzeuger kleiner auszulegen.
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Bei ausreichend ausgelegten Luftverdichtungseinheiten, bspw. dreistufig mit Turbine, kann sogar in einem Normalbetrieb des mindestens einen Brennstoffzellensystems die Druckluft auf dem erforderlichen Steuerdruckniveau (bis und sogar größer als 10 bar) des Druckluftbremssystems bereitgestellt werden. Dadurch wäre ein kompletter Entfall des Drucklufterzeugers des Druckluftbremssystems möglich.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass beim Erzeugen einer Druckluft das mindestens eine Brennstoffzellensystem in einem Standby-Betrieb, Leerlauf-Betrieb, Bereitschafts-Modus und/oder einem Start-Stopp-Betrieb betrieben wird, wobei die Druckluft beim Druckluftbremssystem verwendet wird:
- - für einen Normalbetrieb,
- - als eine Unterstützung für einen Normalbetrieb,
- - als eine Redundanz für die Druckbereitstellung, und/oder
- - für einen Notbremsbetrieb eines korrespondierenden Fahrzeuges.
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Wenn das mindestens eine Brennstoffzellensystem keine Antriebsenergie liefert, kann das Luftsystem primär zum Versorgen des Druckluftbremssystems verwendet werden. Vorteilhfterweise sind die Betriebsmodi bei dem mindestens einen Brennstoffzellensystem und dem Druckluftbremssystem im Hinblick auf den erforderlichen Luftdruck gegenläufig. Auf diese Weise kann der Betrieb des mindestens einen Brennstoffzellensystems auf eine vorteilhafte Weise an den Betrieb des Druckluftbremssystems angepasst werden.
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Vorteilhafterweise kann das Erzeugen einer Druckluft adaptiv in Abhängigkeit von einem Betriebsmodus des mindestens einen Brennstoffzellensystems durchgeführt werden. Mithin ist es möglich, den Betrieb des mindestens einen Brennstoffzellensystems auf eine vorteilhafte Weise an den Betrieb des Druckluftbremssystems anzupassen.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass zum Erzeugen einer Druckluft, insbesondere in einem Start-Stopp-Betrieb des mindestens einen Brennstoffzellensystems, der Betrieb des mindestens einen Brennstoffzellensystems und des Druckluftbremssystems auf einander abgestimmt wird, wobei insbesondere in den Bremsphasen die Druckluft im Wesentlichen an das Druckluftbremssystem bereitgestellt wird, wobei vorzugsweise in den Antriebsphasen die Druckluft im Wesentlichen an das mindestens eine Brennstoffzellensystem bereitgestellt wird.
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Um die Sicherheit im Betrieb des Druckluftbremssystems zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass zum Erzeugen einer Druckluft bei Ausfällen im Druckluftbremssystem und/oder bei einer Notbremsung:
- - das mindestens eine Brennstoffzellensystem in einen Standby-Betrieb, Leerlauf-Betrieb und/oder Bereitschafts-Modus überführt wird,
- - das Druckluftbremssystem priorisiert wird, und/oder
- - die Druckluft primär bzw. vorrangig für das Druckluftbremssystem verwendet wird.
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Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bei einem Ausfall eines Drucklufterzeugers und/oder bei einem Notbremsbetrieb möglichst die erforderliche Menge an Druckluft aus dem Luftsystem an das Druckluftbremssystem bereitgestellt werden kann und das Druckluftbremssystem weiterhin ausreichend regelbar bleibt.
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Zum Bereitstellen der Druckluft an das Druckluftbremssystem können mindestens eine Versorgungsleitung und mindestens ein regelbares Versorgungsventil bei dem Luftsystem bereitgestellt werden.
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Zum Steuern des Druckniveaus bei der Vordruckregelung aber auch bei der Steuerdruckregelung kann vorgesehen sein, dass zum Bereitstellen der Druckluft an das Druckluftbremssystem mindestens ein Bypassventil und/oder ein, insbesondere regelbares, Absperrventil in einem Luftsystem des mindestens einen Brennstoffzellensystems, vorzugsweise an einem Eingang in einen Kathodenpfad eines Brennstoffzellenstacks, angesteuert werden.
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Vorteilhafterweise kann zum Erzeugen einer Druckluft mindestens eine Luftverdichtungseinheit des mindestens einen Brennstoffzellensystems verwendet werden. Auf diese Weise kann ein Luftdruckerzeuger bei dem Druckluftbremssystem unterstützt und/oder zumindest zum Teil oder ganz entlastet werden.
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Die mindestens eine Luftverdichtungseinheit kann wiederum mindestens eine erste, insbesondere zweistufige, Luftverdichtungseinheit und eine zweite Luftverdichtungseinheit aufweisen. Die mindestens eine Luftverdichtungseinheit kann elektromotorisch angetrieben werden, wobei vorzugsweise mindestens eine Luftverdichtungseinheit alleine oder zusätzlich zum elektromotorischen Antrieb mit Hilfe einer Turbine (Energierekuperation aus dem Abgaspfad) angetrieben wird. Die Luftverdichtung kann dadurch mehrstufig, vorzugsweise drei- oder zweistufig erfolgen.
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Nach einem weiteren Vorteil können zum Erzeugen einer Druckluft mehrere, insbesondere zwei, drei oder mehr, Brennstoffzellensysteme verwendet werden. Durch Verwendung von mehrstufigen Luftverdichtungsprozessen für die Versorgung der mehreren Stacks kann das Druckniveau für das Druckluftbremssystem erhöht werden. Auch kann durch Verwendung von mehreren Brennstoffzellensystemen die Ausfallsicherheit bei der Bereitstellung der Druckluft an das Druckluftbremssystem erhöht werden. Zudem können durch Verwendung von mehreren Brennstoffzellensystemen weitere Redundanzen für das Druckluftbremssystem geschaffen werden.
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Weiterhin stellt die Erfindung bereit: eine Steuereinheit, aufweisend eine Recheneinheit und eine Speichereinheit, in welcher ein Code hinterlegt ist, welcher bei zumindest teilweiser Ausführung durch die Recheneinheit ein Verfahren durchführt, welches wie oben beschrieben ablaufen kann. Mithilfe der erfindungsgemäßen Steuereinheit können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Die Steuereinheit kann dabei zumindest zum Teil in einer Steuereinheit des mindestens einen Brennstoffzellensystems und/oder zumindest zum Teil in einer Steuereinheit des Druckluftbremssystems und/oder zumindest zum Teil in einer zentralen Steuereinheit des Fahrzeuges implementiert werden.
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Des Weiteren stellt die Erfindung bereit: ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug, wobei das Fahrzeug mindestens ein Brennstoffzellensystem, ein Druckluftbremssystem und eine korrespondierende Steuereinheit aufweist. Mithilfe des erfindungsgemäßen Fahrzeuges können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Eine vorteilhafte Verwendung von mindestens einem Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung dient zum Bereitstellen einer Druckluft an ein Druckluftbremssystem.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele:
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Die Erfindung und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Bren nstoffzel lensystems,
- 2 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Brennstoffzellensystems,
- 3 ein schematischer Verlauf eines Verfahrens im Rahmen der vorliegenden Offenbarung.
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Die 1 und 2 zeigen jeweils ein beispielhaftes Brennstoffzellensystem 100, aufweisend:
- - mindestens einen Brennstoffzellenstapel 101 und
- - ein Luftsystem 10 zum Bereitstellen eines sauerstoffhaltigen Reaktanten an den mindestens einen Brennstoffzellenstapel 101.
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Das Brennstoffzellensystem 100 kann für mobile Anwendungen, wie bspw. in Kraftfahrzeugen, oder für stationäre Anwendungen, wie bspw. in Generatoranlagen, verwendet werden. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem 100 kann mindestens einen oder mehrere Brennstoffzellenstapel 101, sog. Brennstoffzellenstacks oder einfach bezeichnet als Stacks, mit jeweils mehreren gestapelten Wiederholeinheiten in Form von mehreren Brennstoffzellen, bspw., PEM-Brennstoffzellen, aufweisen.
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Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst somit ein Luftsystem 10 mit einer Zuluftleitung 11 zum Stack 101 hin und einer Abluftleitung 12 vom Stack 101 weg. Am Eingang der Zuluftleitung 11 wird zumeist ein Luftfilter AF angeordnet, um schädliche chemische Substanzen und Partikel zu filtern bzw. deren Eintritt ins System 100 zu verhindern.
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Das Luftsystem 10 kann eine oder mehrere Luftverdichtungseinheiten KE1, KE2 aufweisen, die dazu dienen, die Luft aus der Umgebung U anzusaugen und in Form einer Zuluft an den Stack 101 bereitzustellen. Nach dem Durchlauf des Stacks 101 wird eine Abluft aus dem Stack 101 über die Abluftleitung 12 wieder an die Umgebung U abgelassen.
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Die Luftverdichtungseinheiten KE1, KE2 können mindestens eine erste Luftverdichtungseinheit KE1 aufweisen, die bspw. elektromotorisch angetrieben wird. Die erste Luftverdichtungseinheit KE1 kann, wie gezeigt in der 1 - zweiflutig, oder wie gezeigt in der 2 - zweistufig ausgeführt sein (Verdichter V1.1, V1.2).
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Die Luftverdichtungseinheiten KE1, KE2 können mindestens eine zweite Luftverdichtungseinheit KE2 aufweisen, die bspw. mithilfe einer Turbine TB angetrieben wird. Die Turbine TB wird rein fluidisch angetrieben und unterstützt einen Verdichter V2. Zusätzlich zur Turbine kann die zweite Luftverdichtungseinheit KE2 auch elektromotorisch angetrieben werden (nicht dargestellt). Um die Turbine TB kann eine Bypassleitung mit einem Bypassventil ByTurb vorgesehen sein.
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Wie es die 1 andeutet, können/kann stromabwärts nach den Luftverdichtungseinheiten KE1, KE2 mindestens ein oder mehrere Zuluftkühler IC vorgesehen sein. Optional kann im Rahmen des Luftsystems 10 weiterhin ein Befeuchter HM vorgesehen sein.
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Vor und nach dem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack 101 können Absperrventile SV1, SV2 vorgesehen sein.
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Zudem kann in der Abluftleitung 12 ein Ventil CVexh als Druckregler vorgesehen sein.
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Zwischen der Zuluftleitung 11 und der Abluftleitung 12 kann eine Bypassleitung 13 mit einem Bypassventil ByCath vorgesehen sein.
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Die 3 dient zum Erklären eines Verfahrens im Sinne der Erfindung. Das Verfahren dient zum Versorgen eines Druckluftbremssystems200, insbesondere eines CV-Druckluftbremssystems, mit einer Druckluft, vorzugsweise in einem Fahrzeug F, wie z. B. einem Nutzfahrzeug (CV) oder einem Schienenfahrzeug, bei dem die Antriebsenergie zumindest zum Teil mithilfe von mindestens einem Brennstoffzellensystem 100 bereitgestellt wird, aufweisend folgende Aktionen/Verfahrensschritte:
- - Erzeugen einer Druckluft durch mindestens ein Brennstoffzellensystem100, insbesondere mit mindestens einer Luftverdichtungseinheit KE, die mindestens einen Brennstoffzellenstack 101 mit Druckluft versorgt,
- - Bereitstellen der Druckluft an das Druckluftbremssystem 200.
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Gemäß dem Verfahren wird die Luftversorgung von einem oder mehreren Brennstoffzellenstacks 100 mit dem Druckluftbremssystem 200 gekoppelt.
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Die 3 zeigt lediglich beispielhaft drei Brennstoffzellensysteme 100, die einzeln oder in einer Kombination die Druckluft an das Druckluftbremssystem 200 bereitstellen können.
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Mithilfe des Verfahrens können bei dem Druckluftbremssystem 200 und dem Fahrzeug F die Systemkosten erheblich reduziert werden, der Bauraum wesentlich reduziert, die Gesamt-Energiebilanz verbessert werden, und die Zuverlässigkeit und die Ausfallsicherheit sichergestellt werden. Außerdem können mithilfe des Verfahrens Redundanz(en), Notbetrieb für das Druckluftbremssystem und Notbremsfunktion bei einem Fahrzeug bereitgestellt werden.
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Ein erforderliches Druckniveau für das Druckluftbremssystem 200 kann mithilfe von Versorgungsventilen VinBrakeSys (gezeigt sind lediglich beispielhaft drei Versorgungsventile VinBrakeSys1, VinBrakeSys2, VinBrakeSys3) und mithilfe von Ventilen (Bypassventil ByCath und ein, vorzugsweise regelbares Absperrventil SV1 am Eingang in den Kathodenpfad durch den Stack 101) im Luftsystem 10 eingestellt werden.
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Hierzu können Verbindungsleitung(en) (sog. Versorgungsleitung(en) L1, L2, L3) mit regelbaren Absperrvorrichtungen (Versorgungsventile VinBrakeSys1, VinBrakeSys2, VinBrakeSys3) vorgesehen sein, die stromabwärts einer oder mehrerer Luftverdichtungseinheiten KE1, KE2 die komprimierte Luft abzweigen können und an das Druckluftbremssystem 200 bereitstellen können.
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Mögliche Abzweigungsstellen für die Druckluft aus dem Luftsystem 10 sind in 1 und 2 beispielhaft mit x1, x2, x3, x4 angedeutet.
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In einem Normalbetrieb des mindestens einen Brennstoffzellensystems 100 kann die Druckluft zumindest für eine Vordruckregelung und/oder als eine Unterstützung für einen Normalbetrieb beim Druckluftbremssystem 200 und/oder für einen Normalbetrieb beim Druckluftbremssystem 200 verwendet werden.
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In einem Standby-Betrieb, Leerlauf-Betrieb, Bereitschafts-Modus des mindestens einen Brennstoffzellensystems 100 kann die Druckluft für einen Normalbetrieb des Druckluftbremssystems 200 verwendet werden, insbesondere direkt auf einem erforderlichen Steuerdruck für das Druckluftbremssystem 200.
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In einem Start-Stopp-Betrieb des mindestens einen Brennstoffzellensystems 100 kann die Druckluft derart an das Druckluftbremssystem 200 bereitgestellt werden, dass die Druckluft abwechselnd durch das mindestens eine Brennstoffzellensystem 100 (insbesondere in Antriebsphasen) oder durch das Druckluftbremssystem 200 (insbesondere in Bremsphasen) verwendet wird.
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Da das mindestens eine Brennstoffzellensystem 100 primär dann genutzt wird, wenn die Antriebsenergie erforderlich ist, und das Druckluftbremssystem 200, wenn das Bremssystem geregelt werden soll und gebremst werden sollte, kann der Betrieb des mindestens einen Brennstoffzellensystems 100 auf den Betrieb des Druckluftbremssystems 200 auf eine vorteilhafte Weise abgestimmt werden.
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Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Druckluft in Abhängigkeit von dem Betriebsmodus des mindestens einen Brennstoffzellensystems 100 bereitgestellt wird, insbesondere:
- - für eine Vordruckregelung,
- - für einen Normalbetrieb,
- - als eine Unterstützung für einen Normalbetrieb,
- - als eine Redundanz für die Druckbereitstellung, insbesondere bei Ausfällen im Druckluftbremssystem, und/oder
- - für einen Notbremsbetrieb eines korrespondierenden Fahrzeuges beim Druckluftbremssystem.
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Zugleich ist es denkbar, dass bei Ausfällen im Druckluftbremssystem 200 und/oder bei einer Notbremsung, das Druckluftbremssystem 200 priorisiert wird, dass das mindestens eine Brennstoffzellensystem 100 in einen Standby-Betrieb, Leerlauf-Betrieb, Bereitschafts-Modus versetzt wird, und dass die Druckluft an das Druckluftbremssystem 200 bereitgestellt wird.
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Mithilfe der Erfindung können mehrere wesentliche Vorteile erreicht werden:
- - Entfall eines Luftfilters LF bei dem Druckluftbremssystem 200,
- - Einfachere Wartung durch Verminderung der Anzahl an Luftfilter im Fahrzeug,
- - Verkleinerung oder Entfall von einem Drucklufterzeuger 201 im Druckluftbremssystem 200 aufgrund Vordruck oder Normaldruck aus dem Brennstoffzellensystem 100,
- - Vordruck oder Normaldruck aus dem Brennstoffzellensystem 100 zieht eine Verbesserung der Energiebilanz nach sich,
- - Reduzierung Bauraum,
- - Reduzierung Gesamtkosten beim Druckluftbremssystem 200 und beim Fahrzeug,
- - Redundanz für die Druckbereitstellung, insbesondere bei einer dreistufigen Luftverdichtung im Luftsystem 10 und/oder bei einem Mehrfach-Brennstoffzellensystem 100,
- - Notbetrieb für das Druckluftbremssystem 200.
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Vorteilhafterweise braucht das Luftsystem 10 bei dem mindestens einen Brennstoffzellensystem 100 nicht vergrößert werden, insbesondere bei der Ausführung der 2, mit 3 Stufen der Luftverdichtung. Das Druckniveaus von ung. 10 bar sind möglich.
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Wie es die 3 andeutet, kann die Druckluft an einen Drucklufterzeuger 201 bei dem Druckluftbremssystem 200 bereitgestellt werden.
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Zudem deutet die 3, dass die Druckluft direkt an einen Druckregler 202 bei dem Druckluftbremssystem 200 bereitgestellt werden kann.
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Hierzu kann ein Bypassventil VByp vorgesehen sein. Mithilfe des Bypassventils VByp kann die Druckluft vorbei an dem Drucklufterzeuger 201 geleitet werden und direkt an den Druckregler 202 bereitgestellt werden. Insbesondere bei einem Ausfall des Drucklufterzeugers 201 kann dies von Vorteil sein.
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Wie es die 3 weiterhin zeigt, können nach dem Druckregler 202 bei dem Druckluftbremssystem 200 optional eine Komponente 203 zum Lufttrocknen/Regenerieren vorgesehen sein.
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Bei dem Druckluftbremssystem 200 kann ein Mehrkreisventil 204 vorgesehen sein, welches in einem Hauptpfad für die Druckluft angeordnet ist. Die Versorgung von Bremskreisen BK1, BK2, BK3, BK4 an den Rädern des Fahrzeuges kann das Mehrkreisventil 204 und/oder über zusätzliche Bremskreisventile erfolgen.
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Durch Verwendung von mehrstufigen Luftverdichtungssystemen für die mehreren Brennstoffzellensystemen 100 kann das Druckniveau erheblich erhöht werden. Auch kann durch Verwendung von mehreren Brennstoffzellensystemen 100 die Ausfallsicherheit erhöht werden. Zudem können durch Verwendung von mehreren Brennstoffzellensystemen 100 weitere Redundanzen geschaffen werden.
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Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
