DE202018005150U1 - Elektrofahrzeug mit Brennstoffzelle und Akku - Google Patents

Abstract

Elektrofahrzeug mit zwei Energiespeichersystemen für Kurz- und Langstreckenverkehr, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Fahrzeug ein Wasserstoffspeicher (1) mit Brennstoffzelle (2) und ein Akku (4) befinden, wobei der Akku über einen Ladeanschluss verfügt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine optimierte Energielösung für die Stromversorgung von Elektrofahrzeugen. Solche Elektrofahrzeuge sind allgemein bekannt.
• Zur Umwandlung von elektrischem Strom in mechanische Antriebsleistung durch Elektromotoren wird eine Brennstoffzelle und ein Akku Stromspeichern kombiniert. Der Strom entsteht in der Brennstoffzelle durch die Reaktion von Wasserstoff mit Luftsauerstoff. In einem Fahrzeug befinden sich zwei unterschiedliche Energiespeicher. Ein Stromakkumulator und ein Wasserstoff Gasspeicher.
• Der technische Aufwand elektrischen Strom aus einer Brennstoffzelle zu beziehen, ist hoch. Wasserstoff wird mit Umwandlungsverlust durch Elektrolyse aus elektrischem Strom erzeugt. Um die Energiedichte zu erhöhen wird das Gas auf hohe Drücke komprimiert und beim Betanken im Fahrzeug in Hochdruckbehälter gefüllt. Die Umwandlungsverluste betragen ca. 50%. Der z. B. in Lithium Ionen Akkus gespeicherte Strom kann dagegen zu fast 100% in Antriebsenergie umgewandelt werden. Stromladestationen sind relativ preiswert. Eine Strominfrastruktur ist vorhanden und kann auf vielfältige Weise genutzt werden. Dagegen sind Betankungsanlagen für Wasserstoff sehr teuer und bisher noch wenig verfügbar. Ein Problem von Akkubetriebenen Elektrofahrzeugen besteht in der langen Ladedauer und einer relativ geringen Energiedichte. Der Gasspeicher eines Brennstoffzellenfahrzeuges ist dagegen in wenigen Minuten aufgeladen und erreicht eine hohe Energiedichte, um lange Fahrstrecken zurücklegen zu können. Die dargestellte Hybridlösung bietet die Möglichkeit den preiswerten Akkubetrieb im Kurzstreckenbetrieb zu nutzen und flexibel auf den Wasserstoffspeicher wechseln zu können. Wenn der Akku seine untere Ladekapazität erreicht, erfolgt eine Umschaltung auf Wasserstoffbetrieb. Die Brennstoffzelle kann auch bei geladenem Akku Strom liefern. Ein gleichzeitiger Betrieb beider Systeme, ermöglicht eine hohe Strom- und Antriebsleistung des Fahrzeugs. Zum anderen ermöglicht der Akku die Rekuperation und entlastet die Brennstoffzelle von Lastwechseln. Hierbei dient der Akku nicht nur als Traktionsbatterie wie in Brennstoffzellenfahrzeugen üblich, sondern er wird als Stromspeicher für mittlere Fahrstrecken dimensioniert. Die Nutzung von zwei verschiedenen Energiespeichersystemen in einem Fahrzeug sorgt für eine größere Versorgungssicherheit, auch wenn die Anzahl der Wasserstofftankstellen noch gering ist. Das führt zu einer höheren Akzeptanz für Elektrofahrzeuge.
• Die Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit Wasserstoff Druckbehälter, standardisiertem Gasbetankungssystem und Wasserstoff - Brennstoffzelle sowie Akkumulatoren mit standardisierter Ladetechnik.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein flexibles Energiesystem für Elektrofahrzeuge zu schaffen, bei dem mit hoher Energieeffizienz Strom im Kurzstreckenverkehr genutzt werden kann und gleichzeitig eine jederzeit sichere und komfortable Versorgung mit Antriebsenergie aus einem Gasspeicher gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem im Abschnitt 5 beschriebenen Energiesystem gelöst.
• Durch die statistisch überwiegend kurzen Fahrstrecken und den bereits vielfältig vorhandenen elektrischen Ladestationen kann preiswerter Strom zu Hause, an Einkaufsmärkten, Parkplätzen oder an Arbeitsstätten geladen werden. Diese Ladevorgänge sind meistens mit einem längeren Stillstand der Fahrzeuge verbunden und führen nicht zu einer Beeinträchtigung der Fahrzeugnutzer. Hat die Kapazität des Akkus eine untere Grenze erreicht, erfolgt spätestens eine Umschaltung auf den Brennstoffzellenbetrieb. Der Fahrzeugnutzer ist unabhängig und kann den Akku laden wenn sich die nächste Gelegenheit ergibt. Die wesentlich seltener vorkommende Betankung der Gasspeicher dauert kurz. Der geplante Zubau von Wasserstofftankstellen erhöht die Verfügbarkeit.
• Mit der Abwärme aus dem Betrieb der Brennstoffzelle kann ein Fahrzeug energieeffizient klimatisiert werden. Das erfindungsgemäß beschriebene Energiesystem ermöglicht es, eine kosteneffiziente sowie schadstofffreie Fahrweise von Elektrofahrzeugen zu betreiben und den gewohnten Fahrkomfort von konventionellen Fahrzeugen zu erhalten.

1.)

H2 - Druckspeicher

2.)

Brennstoffzelle

3.)

Gasanschluss

4.)

Akku

5.)

Stromanschluss

6.)

Elektromotor

Claims (5)

1. Elektrofahrzeug mit zwei Energiespeichersystemen für Kurz- und Langstreckenverkehr, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Fahrzeug ein Wasserstoffspeicher (1) mit Brennstoffzelle (2) und ein Akku (4) befinden, wobei der Akku über einen Ladeanschluss verfügt.
2. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffspeicher mit einem standardisierten Gasanschluss (3) zum Beladen von Hochdruckbehältern und der Akku mit einem standardisierten Stromanschluss (5) aufgeladen werden kann.
3. Elektrofahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladekapazität des Akkus für mittlere Reichweiten von 100 bis 200 Kilometer dimensioniert ist.
4. Elektrofahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstofftank für lange Reichweiten dimensioniert ist.
5. Elektrofahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme der Brennstoffzelle zur Klimatisierung des Fahrzeugs genutzt wird.

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