DE202021105354U1 - Fahrzeug mit mobilem Range-Extender-Modul - Google Patents

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Abstract

Fahrzeug (1) zur Beförderung von Personen und / oder Gütern mit einem elektrischen Fahrantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) mindestens ein Range-Extender-Modul (2) umfasst, wobei dieses Modul (2), umhüllt von einem Gehäuse (3), mindestens eine Brennstoffzelle (5), bevorzugt eine Methanol-Brennstoffzelle, und den zugehörigen Treibstofftank (4), optimalerweise zudem ein Steuergerät, einen Hochvoltanschluss (7) am Modul und einen Hochvoltanschluss (8) am Endverbraucher, hier bevorzugt mindestens einer Batterie, umfasst, wobei das Modul (2) so beschaffen ist, dass es als zusätzliches, mobiles Bauteil an einem herkömmlichem elektrischen Fahrzeug (1) angebracht werden kann, bevorzugt auf oder an der Anhängerkupplung und/oder im Kofferraum.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug zur Beförderung von Personen und/oder Nutzlasten mit einem elektrischen Fahrantrieb und mindestens einer, bevorzugt mit Methanol gespeisten Brennstoffzelle, wobei das Fahrzeug ein mobiles Range-Extender-Modul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.
    Die Erfindung betrifft darüber hinaus das besagte Range-Extender-Modul.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Fahrzeuge bei denen ein elektrischer Fahrantrieb zumindest zeitweilig dafür sorgt oder mit dazu beiträgt, dass das Fahrzeug beschleunigt und die Fahrbewegung unter Überwindung der Fahrwiderstände beibehält sind aus Umweltschutzgründen stark im Kommen, es werden immer mehr sog. ZEV oder Zero Emission Vehicles nachgefragt.
  • Derzeit werden solche Fahrzeuge in der überwiegenden Zahl der Fälle von einer wiederaufladbaren Batterie gespeist, wobei die wiederaufladbare Batterie in manchen Fällen durch einen als Range Extender fungierenden Verbrennungsmotor unterstützt wird, der während der Fahrt nachladen kann. Damit gehen die bekannten Probleme einher. Insbesondere stellt sie nach wie vor das Schadstoffproblemproblem (HC-Emissionen, CO, NOx, etc). Ein anderes gravierendes Problem ist, dass nach wie vor noch keine tragfähigen Konzepte dafür entwickelt werden konnten, wie man in überschaubarer Zeit die benötigte, flächendeckende Anzahl von Ladestationen errichten kann.
  • Abhilfe schafft hier die Brennstoffzellentechnik und hier insbesondere die Methanol-Brennstoffzellentechnik. Sie gestattet es, ein Fahrzeug in mehr oder minder gewohnter Art und Weise mit flüssigem Kraftstoff zu betanken. Dieser wird dann mithilfe einer Brennstoffzelle an Bord in Strom umgesetzt. Der bislang im Rahmen der Brennstoffzellentechnik häufig als Kraftstoff verwendete Wasserstoff in seiner Reinform hat allerdings den entscheidenden Nachteil, dass er sich nur bedingt und mit großem technischen Aufwand speichern lässt. Zudem geht von dem nach wie vor unvermeidlich während der Lagerung entweichenden, leichtflüchtigen Wasserstoff ein hohes Gefahrenpotenzial aus sobald das Fahrzeug nicht an einem hervorragend belüfteten Ort geparkt wird.
  • Aufgrund dessen ist zunehmend die Methanol-Brennstoffzelle im Vordringen. Ähnlich wie der bekannte Alkohol (Ethanol) kann Methanol problemlos gelagert und getankt werden. Zudem lässt sich Methanol im Endstadium des Übergangs zur Nachhaltigkeit unproblematisch unter Verwendung von Solarstrom oder Windstrom aus dem vor Ort durch Elektrolyse gewonnenem Wasserstoff herstellen.
  • Man sieht also: Es existiert auch eine hervorragende Alternative zu den derzeit am häufigsten als Alternative für Fahrzeuge mit Verbrennermotor verwendeten rein batterieelektrischen Fahrzeugen, die extern mit Strom geladen werden müssen.
  • So ist ein häufiges Problem dieser rein batterieelektrischen Fahrzeuge natürlich die begrenzte Reichweite in Verbindung mit der langen Dauer eines Ladevorgangs.
  • So stellt dies oft ein entscheidendes Entscheidungskriterium gegen einen Kauf eines Elektrofahrzeugs dar. So besteht darüber hinaus eine begründete Angst der Fahrer, dass das Fahrzeug während der Fahrt „liegenbleibt“ und abgeschleppt werden muss.
  • Diese genannten Probleme werden oftmals mit einem Range-Extender, also einem Reichweiten-Erhöher, gelöst, wobei dies meist ein zusätzlicher Verbrennungsmotor ist. Hierdurch entsteht ein Hybridfahrzeug.
    Dies steht jedoch im Widerspruch zu dem Umweltschutzfaktor, der bei dem Kauf eines Elektrofahrzeugs meist im Vordergrund steht und auch im Widerspruch zu der Abkehr von fossilen Brennstoffen.
  • DIE DER ERFINDUNG ZU GRUNDE LIEGENDE AUFGABE
  • Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung ein Fahrzeug zu entwickeln, welches elektrisch angetrieben wird und derart ausgerüstet ist, dass eine Erhöhung der Reichweite im Vergleich zum konventionellen Antrieb erreicht wird, ohne dabei auf Verbrennermotoren zurückzugreifen.
  • DIE ERFINDUNGSGEMÄSSE LÖSUNG
  • Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • So wird ein Fahrzeug zur Beförderung von Personen und / oder Gütern mit einem elektrischen Fahrantrieb vorgeschlagen. Dieses Fahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass es mindestens ein Range-Extender-Modul umfasst, wobei dieses Modul, umhüllt von einem Gehäuse, mindestens eine Brennstoffzelle, bevorzugt eine Methanol-Brennstoffzelle, und den zugehörigen Treibstofftank, optimalerweise zudem ein Steuergerät, einen Hochvoltanschluss am Modul und einen Hochvoltanschluss am Endverbraucher, hier bevorzugt mindestens einer Batterie, umfasst, wobei das Modul als zusätzliches, mobiles Bauteil an einem herkömmlichem elektrischen Fahrzeug angebracht werden kann, bevorzugt auf oder an der Anhängerkupplung und/oder im Kofferraum.
  • Idealerweise hat das Modul zu diesem Zweck einen oder mehrere Verankerungsmittel - wie etwa Steck- und/oder Riegelelemente, oder eine mit einem von Hand bedienbaren Schnellverschluss arbeitende Kupplung, beispielsweise nach Art einer mit einer Anhängerkugelkopfkupplung kooperierenden Kupplungsklaue, die eine bevorzugt unfallsichere (min. 15 g, besser min. 25 g Maximalverzögerung) Verankerung des Range-Extenders am Fahrzeug ermöglichen. Besonders günstig ist es dabei, wenn das Range-Extender-Modul witterungsgeschützt ausgeführt ist, nämlich bevorzugt mindestens in Schutzart IP 44, oder besser mindestens in Schutzart IP 65. Unter Umständen ist es sinnvoll das Range-Extender-Modul mit einem in dem Sinne gepanzerten Gehäuse auszustatten, das das Gehäuse ein Containment bildet, das im Wesentlichen, d. h. ohne dass es zu einer wesentlichen Verformung oder gar einem Austreten/Auslaufen des Inhalts und insbesondere des Methanoltanks kommt, auch Unfällen widersteht, etwa Full-Overlap Heckcrashs mit bis zu 35 km/h besser, mit bis zu 50 km/h Aufprallgeschwindigkeit.
  • Dabei ist es besonders bevorzugt das Range-Extender-Modul so zu gestalten, dass es ein Gewicht von maximal 20 kg besitzt oder aus mehreren einzeln handhabbaren Modulen besteht, die jeweils ein solches Gewicht nicht überschreiten. Bevorzugt ist jedes Modul mit mindestens einem Tragegriff ausgerüstet, etwa mit einem oberseitigen Koffergriff. Besonders günstig ist die Ausbildung links- und rechtsseitiger Kistengriffe. Ideal ist eine Kombination aus Koffergriff und Kistengriffen. Um Platz zu sparen sind die Griffe idealerweise durch Anklappen an die Oberfläche anlegbar oder in der Oberfläche versenkbar.
  • Im Falle modularer Bauweise sind bevorzugt werkzeuglos zu verriegelnde und zu lösende Schnellverbinder vorgesehen zur Verbindung der einzelnen Module. Bei Anbringung „außenbords“ ist idealerweise mindestens eine diebstahlhemmende Abschließ- oder Schlüsselschlossvorrichtung vorgesehen.
  • So wird das konventionelle Elektrofahrzeug mit einem kompakten und mobilen Modul ausgestattet, welches zusätzlich am Fahrzeug angebracht wird. Das Fahrzeug erhält so quasi ein zusätzliches, voll funktionsfähiges kleines Brennstoffzellensystem, welches die Reichweite des ursprünglich ausgerüsteten Fahrzeugs zusätzlich erhöht.
    Der elektrische Anschluss an das Fahrzeug ist hierbei denkbar einfach, da nur der Hochvoltanschluss des Range-Extender-Moduls in die ursprüngliche Ladedose des Fahrzeugs eingesteckt werden muss.
    So kann auf umweltschonende, nachhaltige Art und Weise einerseits eine Erhöhung der Reichweite eines Elektrofahrzeugs erreicht werden und andererseits ein Fahrzeug, welches beispielsweise durch eine komplett geleerte Batterie „stehengeblieben“ ist, wieder fahrfähig gemacht werden.
  • Das Modul ist so gestaltet, dass es auf der Anhängerkupplung oder auch im Kofferraum befestigt und/oder transportiert werden kann. Dafür muss das Elektrofahrzeug so umgerüstet werden, dass es die nötige Anbindung zur Aufnahme des Moduls selbst und des Hochvolt-Anschlusses ermöglicht.
  • Das Modul stellt somit ein einfaches, mobiles und flexibles Gesamtsystem dar und kann nach den Bedürfnissen des Kunden eingesetzt werden. Zudem kann das Modul in unterschiedlichen Ausführungen des Tankvolumens angeboten und somit die Form an die Größe des Fahrzeugs angepasst werden.
  • Es sei an dieser Stelle explizit darauf hingewiesen, dass der Begriff „Fahrzeug“ einen weiteren und einen engeren Sinn aufweist. Im engeren Sinne meint „Fahrzeug“ ein konventionelles Landfahrzeug wie beispielsweise einen PKW, einen LKW oder einen Transporter. Zudem umfasst der Begriff natürlich auch unkonventionelle Landfahrzeuge wie Baumaschinen, etc.
    Im weiteren Sinne umfasst der Begriff „Fahrzeug“ aber auch Wasserfahrzeuge und Luftfahrzeuge.
  • OPTIONALE WEITERENTWICKLUNGSMÖGLICHKEITEN
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass die Range-Extender-Module parallel erweiterbar sind. So können mehrere der Range-Extender-Module gleichzeitig genutzt werden, wobei die zusätzliche Leistung durch die Range-Extender-Module idealerweise der abgegebenen Leistung eines Range-Extender-Moduls multipliziert mit der Anzahl der verwendeten Range-Extender-Module entspricht.
  • Darüber hinaus ist es besonders bevorzugt, dass ein Range-Extender-Modul sowohl im Bereich der Software/ bzw. der Kommunikation als auch im Bereich der Hardware standardisierte Schnittstellen aufweist, sodass Range-Extender-Modul in allen dafür vorgesehenen Fahrzeuge verwendet werden kann. So wird ein standardisiertes Gesamtsystem geschaffen, welches unkompliziert und variabel auf die gängigsten Fahrzeugtypen ausgelegt ist und dort verwendet werden kann, ohne am entsprechenden Fahrzeug selbst bzw. an der vom Fahrzeug verwendeten Software noch zusätzliche, großflächige Änderungen durchführen zu müssen.
  • Figurenliste
    • Die 1 zeigt ein Fahrzeug, welches mit mobilen Range-Extender-Modulen ausgestattet ist in der skizzierten Seitenansicht.
    • 2 zeigt ein mobiles Range-Extender-Modul in der skizzierten Draufsicht.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
  • Zunächst zeigt 1 beispielhaft, wie das Range-Extender-Modul 2 an einem Fahrzeug 1 verbaut werden kann. Hier wird beispielsweise die Position im Kofferraum und an der Anhängerkupplung gezeigt, wobei es möglich ist, zwei oder sogar mehrere Range-Extender-Module 2 gleichzeitig, parallel am Fahrzeug 1 zu verbauen.
  • Hierbei sei erwähnt, dass es sich bei einem derartig ausgestatten Fahrzeug bevorzugt um ein rein batterieelektrisch angetriebenes Fahrzeug handelt, aber auch ein von Brennstoffzellen angetriebenes Fahrzeug oder anderweitig elektrisch angetriebene Fahrzeuge denkbar sind.
  • 2 zeigt schließlich den skizzierten, beispielhaften Aufbau eines Range-Extender-Moduls 2.
    In einem Gehäuse 3 befindet sich der Treibstofftank 4, welcher von außen über den Einfüllstutzen 6 mit Treibstoff gefüllt werden kann. Der Treibstoff wird dann an die Brennstoffzelle 5 weitergeleitet, welche wiederum Strom erzeugt, welcher über ein oder mehrere Kabel, die die Hochvoltanschlüsse 7 und 8 verbinden, bevorzugt zur Batterie des Fahrzeugs weitergeleitet werden.
  • Es sei nochmals erwähnt, dass 2 nur eine schematische Skizze eines Range-Extender-Moduls darstellt, welches in realer Ausführung noch weitere diverse Teile wie ein Reformersystem, Verbindungsleitungen, Kabel und Steuergeräte beinhaltet.
  • SONSTIGES
  • Es ist geplant zu gegebener Zeit optional auch Folgendes zu beanspruchen:
    • Verwendung eines mobilen Range-Extender-Moduls mit mindestens einer Brennstoffzelle, bevorzugt einer Methanol-Brennstoffzelle, zur Erhöhung der Reichweite eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Fahrzeug
    2
    Range-Extender-Modul
    3
    Gehäuse
    4
    Treibstofftank
    5
    Brennstoffzelle
    6
    Einfüllstutzen
    7
    Hochvoltanschluss am Modul
    8
    Hochvoltanschluss am Endverbraucher

Claims (4)

  1. Fahrzeug (1) zur Beförderung von Personen und / oder Gütern mit einem elektrischen Fahrantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) mindestens ein Range-Extender-Modul (2) umfasst, wobei dieses Modul (2), umhüllt von einem Gehäuse (3), mindestens eine Brennstoffzelle (5), bevorzugt eine Methanol-Brennstoffzelle, und den zugehörigen Treibstofftank (4), optimalerweise zudem ein Steuergerät, einen Hochvoltanschluss (7) am Modul und einen Hochvoltanschluss (8) am Endverbraucher, hier bevorzugt mindestens einer Batterie, umfasst, wobei das Modul (2) so beschaffen ist, dass es als zusätzliches, mobiles Bauteil an einem herkömmlichem elektrischen Fahrzeug (1) angebracht werden kann, bevorzugt auf oder an der Anhängerkupplung und/oder im Kofferraum.
  2. Fahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Range-Extender-Module (2) parallel erweiterbar sind.
  3. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Range-Extender-Modul (2) sowohl im Bereich der Software/ bzw. der Kommunikation als auch im Bereich der Hardware standardisierte Schnittstellen aufweist, sodass Range-Extender-Modul (2) in allen dafür vorgesehenen Fahrzeuge verwendet werden kann.
  4. Range-Extender-Modul (2) mit mindestens einer Brennstoffzelle (5), bevorzugt einer Methanol-Brennstoffzelle, zur ergänzenden Anbringung an ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Range-Extender-Modul (2) ein oder mehrere Merkmale des Range-Extender-Moduls (2) aus einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche aufweist.
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