DE202007011894U1 - Kombiniertes Antriebsaggregat - Google Patents

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Abstract

Kombiniertes Antriebsaggregat, aufweisend: eine Steuereinheit, die weiterhin einen Spannungs-/Stromsensor, einen Spannungs-/Stromsteuerkreis sowie einen Datenspeicher aufweist; eine Brennstoffzelle, die mit der Steuereinheit elektrisch verbunden ist; eine sekundäre Stromquelle, die mit der Steuereinheit elektrisch verbunden ist; und eine Antriebseinheit, die mit der Steuereinheit elektrisch verbunden ist und von durch die Brennstoffzelle und der sekundären Stromquelle erzeugtem Strom getrieben wird, wobei weitere elektrische Vorrichtungen ebenfalls von diesen gespeist werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein kombiniertes Antriebsaggregat, insbesondere ein kombiniertes Antriebsaggregat, das eine Brennstoffzelle mit sekundären Stromquellen vereinigt und in Fahrzeugen Anwendung findet.
  • Methanol-Brennstoffzellen erzeugen in einer Oxydationsreaktion elektrischen Strom auf effiziente Weise und erfüllen somit heutige Ansprüche an einen Ersatzenergieträger für Kraftfahrzeuge. In konventioneller Technik werden zur Reduzierung des Erdölverbrauchs Hybridsysteme eingesetzt, die Benzinmotoren und Elektromotoren kombinieren, wobei sich kinetische Energie von Kraftfahrzeugen beim Bremsen rückgewinnen läßt. Benzinmotoren nehmen jedoch großen Raum ein und sind in ihrem Wirkungsgrad begrenzt. Eine weitere Reduzierung des Gesamtwirkungsgrads erfolgt durch wiederholtes Umwandeln von elektrischer Energie in mechanische Energie und umgekehrt. Es besteht daher ein Bedarf an einer kombinierten Energiequelle, die primär eine Brennstoffzelle und sekundär konventionelle Stromquellen aufweist.
  • Die wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kombiniertes Antriebsaggregat zu schaffen, das eine Brennstoffzelle mit sekundären Stromquellen vereinigt und in Fahrzeugen Anwendung findet.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kombiniertes Antriebsaggregat zu schaffen, das ein Steuern von Brennstoffzufuhr und Stromabnahme je nach Belastung erlaubt.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kombiniertes Antriebsaggregat zu schaffen, das eine Steuereinheit zum Steuern der Ausgangsleistung je nach Belastung aufweist.
  • Um diese Aufgaben zu erfüllen, weist die vorliegende Erfindung eine Brennstoffzelle, eine Steuereinheit, eine sekundäre Stromquelle und eine Antriebseinheit auf. Die Steuereinheit weist weiterhin einen Spannungs-/Stromsensor, einen Spannungs-/Stromsteuerkreis sowie einen Datenspeicher auf. Die Brennstoffzelle, die sekundäre Stromquelle und die Antriebseinheit sind jeweils mit der Steuereinheit elektrisch verbunden. Die Antriebseinheit wird von durch die Brennstoffzelle und der sekundären Stromquelle erzeugtem Strom getrieben, wobei weitere elektrische Vorrichtungen ebenfalls von diesen gespeist werden. Die Brennstoffzelle liefert einen maximalen Ausgangsstrom. Überschreitet dieser einen abgenommenen Laststrom, so versorgt die Brennstoffzelle allein die Last und lädt zugleich die sekundäre Stromquelle auf. Falls der Laststrom den Ausgangsstrom der Brennstoffzelle überschreitet, so wird automatisch die sekundäre Stromquelle zugeschaltet.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen.
  • 1 ist ein Blockdiagramm des kombiniertes Antriebsaggregats der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine Auftragung der Ausgangsleistung über dem Ausgangsstrom bei dem kombinierten Antriebsaggregat der vorliegenden Erfindung. 3 ist ein Blockdiagramm des kombiniertes Antriebsaggregats der vorliegenden Erfindung in einem anderen Ausführungsbeispiel.
  • Wie in 1 gezeigt, weist das kombinierte Antriebsaggregat der vorliegenden Erfindung auf: eine Brennstoffzelle (10); eine sekundäre Stromquelle (20); eine Steuereinheit (30); und eine Antriebseinheit (40). Neben der Antriebseinheit (40) werden andere Stromabnehmer versorgt. Im folgenden wird eine ausführliche Beschreibung am Beispiel des Antriebs eines elektrischen Fahrzeugs gebracht.
  • Die Brennstoffzelle (10) erzeugt in einer elektrochemischen Reaktion von Brennstoff, beispielsweise Methanol, mit Sauerstoff unter Mitwirkung eines Katalysators elektrischen Strom, der über die Steuereinheit (30) an eine Last abgeführt wird. Die Last umfaßt die Antriebseinheit (40) sowie weitere elektrische Vorrichtungen des Fahrzeugs. Die sekundäre Stromquelle (20) speichert chemische Energie und wandelt diese bei Bedarf in elektrische Energie um, die über die Steuereinheit (30) an die Last abgeführt wird. Beispielsweise ist die sekundäre Stromquelle (20) eine wiederaufladbare Lithiumbatterie. Die Steuereinheit (30) weist einen Spannungs-/Stromsensor, einen Spannungs-/Stromsteuerkreis sowie einen Datenspeicher auf. Der Spannungs-/Stromsensor mißt den von der Brennstoffzelle (10) und der sekundären Stromquelle (20) erzeugten Strom, ferner den vom Elektromotor verbrauchten Strom. Der Spannungs-/Stromsteuerkreis steuert die Brennstoffzelle (10) und die sekundäre Stromquelle (20) anhand von im Datenspeicher gespeicherten Kennlinien an. Die Antriebseinheit (40) wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um und ist vorzugsweise ein Elektromotor.
  • Wie in 2 gezeigt, besteht eine Abhängigkeit der Ausgangsleistung der Brennstoffzelle (10) von deren Ausgangsstrom, wobei bei einem bestimmten Ausgangsstrom Imax eine Maximalleistung Pmax erreicht wird. Die Steuereinheit (10) steuert eine bestimmte Spannung der Brennstoffzelle (10), um eine gegebene Ausgangsleistung zu erreichen.
  • Wie in 3 gezeigt, weist das kombinierte Antriebsaggregat der vorliegenden Erfindung in einem zweiten Ausführungsbeispiel einen Gleichspannungswandler (31) innerhalb der Steuereinheit (30) auf. Der Gleichspannungswandler (31) vermindert (buck logic) oder vermehrt (boost logic) eine Ausgangsspannung und regelt diese aufgrund des Ausgangsstroms der Brennstoffzelle (10), so daß die Last aus Antriebseinheit (40) und weiteren Vorrichtungen, beispielsweise Beleuchtung und Steuergeräten, mit bestimmten Spannungswerten je nach Anforderungen und Belastung versorgt wird. Die Steuereinheit (30) prüft ferner, ob von der Last abgenommener Strom und abgenommene Leitung den Maximalstrom Imax bzw. die Maximalleistung Pmax der Brennstoffzelle (10) überschreiten. Ist dies nicht der Fall, so genügt die Brennstoffzelle (10) zur Versorgung der Last, und die sekundäre Stromquelle (20) wird abgestellt. Andernfalls genügt die Brennstoffzelle (10) nicht zur Versorgung der Last, und die sekundäre Stromquelle (20) wird zugeschaltet, wobei der Gleichspannungswandler (31) Ausgangsspannungen der Brennstoffzelle (10) und der sekundären Stromquelle (20) parallel legt.
  • Falls die Last allein durch die Brennstoffzelle (10) versorgt wird, ist der Gleichspannungswandler (31) so geschaltet, daß diese zugleich die sekundäre Stromquelle (20) auflädt.
  • Das Fahrzeug belastet die Antriebseinheit (40) je nach Geschwindigkeit, Beschleunigung und Straßenzustand. Dementsprechend wird die entnommene Ausgangsleistung allein der Brennstoffzelle (10) oder dieser in Kombination mit der sekundären Stromquelle (20) entnommen. Auf ein Ändern der Last beispielsweise durch Überholmanöver oder Zuschalten von Beleuchtung wird auf diese Weise über die Steuereinheit (30) flexibel reagiert.
  • Die sekundäre Stromquelle (20) läßt sich auch als Kombination von Batterien gleichen oder verschiedenen Typs ausführen. Auf diese Weise lassen sich Kennlinien unterschiedlicher Batterietypen, beispielsweise von Lithiumbatterien oder Bleiakkus, ausnutzen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Antriebsaggregat mit kombinierten Stromquellen zur Verfügung, die sich flexibel, je nach Anforderungen und Belastung, zu- und abschalten lassen.
  • Die vorangegangene Erläuterung der vorliegenden Erfindung ist, obwohl sie die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung an Hand einer detaillierten Struktur- und Funktionsbeschreibung erklärt, nur illustrativ zu verstehen. Änderungen im Detail, insbesondere bezüglich Größe, Form und Anordnung von Teilen sind durchführbar in dem Rahmen, der durch die folgenden Schutzansprüche abgesteckt ist.

Claims (9)

  1. Kombiniertes Antriebsaggregat, aufweisend: eine Steuereinheit, die weiterhin einen Spannungs-/Stromsensor, einen Spannungs-/Stromsteuerkreis sowie einen Datenspeicher aufweist; eine Brennstoffzelle, die mit der Steuereinheit elektrisch verbunden ist; eine sekundäre Stromquelle, die mit der Steuereinheit elektrisch verbunden ist; und eine Antriebseinheit, die mit der Steuereinheit elektrisch verbunden ist und von durch die Brennstoffzelle und der sekundären Stromquelle erzeugtem Strom getrieben wird, wobei weitere elektrische Vorrichtungen ebenfalls von diesen gespeist werden.
  2. Kombiniertes Antriebsaggregat nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit einen durch den Spannungs-/Stromsensor gemessenen Ausgangsstrom der Brennstoffzelle auf einen maximalen Wert Imax begrenzt.
  3. Kombiniertes Antriebsaggregat nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit einen Gleichspannungswandler aufweist, der über eine spannungsvermindernde und spannungsvermehrende logische Schaltung einen Ausgangsstrom von der Brennstoffzelle in bestimmte Spannungswerte umwandelt.
  4. Kombiniertes Antriebsaggregat nach Anspruch 3, wobei der Gleichspannungswandler eine einstellbare Ausgangsspannung liefert.
  5. Kombiniertes Antriebsaggregat nach Anspruch 2, wobei der Gleichspannungswandler bei einem Laststrom, der Imax überschreitet, automatisch die sekundäre Spannungsquelle zuschaltet.
  6. Kombiniertes Antriebsaggregat nach Anspruch 2, wobei der Gleichspannungswandler bei einem Laststrom, der Imax nicht erreicht, automatisch die Brennstoffzelle als Stromquelle schaltet und die sekundäre Spannungsquelle wiederauflädt.
  7. Kombiniertes Antriebsaggregat nach Anspruch 1, wobei die sekundäre Spannungsquelle eine Vielzahl von Batterien aufweist.
  8. Kombiniertes Antriebsaggregat nach Anspruch 1, wobei die sekundäre Spannungsquelle eine Lithiumbatterie, ein Blaiakku oder eine andere geeignete wiederaufladbare Batterie ist.
  9. Kombiniertes Antriebsaggregat nach Anspruch 1, wobei die sekundäre Spannungsquelle einen von verschiedenen Ausgangsstrom- oder Ausgangsspannungswerten oder verschiedenen weiteren Parametern liefert.
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DE102009029689A1 (de) * 2009-09-23 2011-03-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Wirkungsgradoptimierung eines Energiesystems
DE102016219493A1 (de) * 2016-10-07 2018-04-12 Audi Ag Energiebereitstellungssystem für ein Kraftfahrzeug
WO2020015875A1 (de) 2018-07-17 2020-01-23 Audi Ag Elektrisches energiesystem mit brennstoffzellen

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