EP3732072A1 - Fortbewegungsmittel, verfahren zum starten eines fortbewegungsmittels, verwendung einer niedertemperatur-brennstoffzelle als sekundäre energiequelle - Google Patents

Fortbewegungsmittel, verfahren zum starten eines fortbewegungsmittels, verwendung einer niedertemperatur-brennstoffzelle als sekundäre energiequelle

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EP3732072A1
EP3732072A1 EP18836480.6A EP18836480A EP3732072A1 EP 3732072 A1 EP3732072 A1 EP 3732072A1 EP 18836480 A EP18836480 A EP 18836480A EP 3732072 A1 EP3732072 A1 EP 3732072A1
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EP
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energy source
fuel cell
primary
electrical
secondary energy
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Withdrawn
Application number
EP18836480.6A
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Martin Esser
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Individual
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • Means of locomotion method of starting a means of locomotion
  • the present invention relates to a means of locomotion, in particular a vehicle or aircraft, a method for starting the means of locomotion and the use of a low-temperature fuel cell as a secondary energy source for a means of transportation.
  • Vehicles with electric drive or fuel cell drive are well known from the prior art. It is also known from the prior art to combine conventional internal combustion engines with an electric car. The electric cars without such internal combustion engines are particularly suitable for urban transport, since harmful exhaust gases are largely avoided.
  • a disadvantage of conventional electric cars is that the main battery of the drive often has to be operated at a low temperature. This lowers the efficiency of the main battery. At temperatures of less than 5 ° C, the reaction rate and the conductivity of the electrolyte and thus also the mobility of the charge carriers decreases markedly. This has a negative effect on the charging current and the current delivered. The range at low outdoor temperatures can therefore be greatly reduced.
  • a vehicle that has a range of 160 km at 20 ° C can easily have a range of only 80 km at -20 ° C. Even at o ° C, the range often drops by 30 to 40% compared to a temperature of 20 ° C.
  • the main battery ages faster if operated at suboptimal temperatures.
  • the life of the main battery is thus significantly reduced, especially in countries that often have temperatures below o ° C.
  • Another disadvantage is that energy sources necessary for locomotion can often be loaded or exhausted by systems that are not required for locomotion. For example, a light which has been accidentally started may completely discharge a drive battery intended for locomotion
  • the object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to extend the range and life of a means of transportation, in particular electric cars. Another object is to reduce the risk of accidental discharge of a required for locomotion of the main battery of the drive, for example by a heater, or completely avoided.
  • a means of locomotion in particular driving or aircraft, comprising an electric drive motor, at least one heating and / or cooling system, in particular at least a first and / or second heating system, a primary energy source and a secondary energy source, wherein the primary energy source includes or represents a rechargeable traction battery and the secondary energy source comprises or represents a fuel cell, in particular a fuel cell and a car battery, wherein the primary energy source is adapted and adapted to supply the electric drive motor with electrical energy, wherein the secondary energy source, in particular the fuel cell, provides electrical and thermal energy, wherein the secondary energy source, in particular the fuel cell and / or the car battery, is designed and set up, the at least one heating and / or cooling system, in particular in a first state, with electrical and / or thermal energy to supply, preferably wherein the primary power source is designed and arranged to provide the electric drive motor with sufficient electrical energy to drive this.
  • the operating time of the primary energy source can be reduced at an unfavorably low temperature.
  • heating the primary energy source by means of energy of the secondary energy source, in particular thermal energy of the fuel cell.
  • the primary energy source is only started from a minimum temperature or the time until an optimum temperature for operation of the primary energy source is reached is shortened
  • a heating and / or cooling system in particular at least one auxiliary heater and / or at least one Air conditioning, for the purpose of heating or cooling of at least one passenger and / or the driver, in particular in the passenger compartment, supplied by the secondary energy source, in particular from the fuel cell and / or car battery, with energy.
  • the fuel cell of the secondary energy source is meant.
  • the secondary energy source in addition to the said fuel cell comprises a car battery, in particular for starting the fuel cell.
  • the secondary power source may include at least one housing. In some embodiments, however, it may also be provided that the secondary energy source represents the fuel cell and does not include a car battery, in particular wherein the fuel cell is started by the drive battery.
  • an alternator of the means of locomotion and / or by an external power source which is not part of the means of locomotion, but especially not of the primary Power Source
  • the external power source may be a charging cable connected to a gas station or garage outlet.
  • the secondary energy source additionally has an alternator.
  • the optical system converts mechanical energy into electrical energy, for example mechanical energy of a deceleration of the means of transportation.
  • a radio a windshield wiper system, a heated windscreen, a heated rear window, an air system, a heater, air conditioning, outdoor lighting, interior lighting and / or a cigarette lighter with the alternator with energy.
  • the Uchtmaschme is designed and set up to charge the car battery.
  • the fuel cell contributes in this case in addition to charging the car battery, especially if the Uchtmaschme does not provide enough energy for a full charge. With the Uchtmaschme the range can be increased again.
  • an alternator can be advantageous.
  • the car battery is designed and set up to be loaded only by the fuel cell during locomotion of the means of locomotion.
  • the primary energy source is designed and set up to operate the electric drive motor alone, ie energy of the secondary energy source.
  • Source is not necessary.
  • Thermal and / or electrical energy of the secondary energy source, in particular the fuel cell and / or car battery, can therefore be used for secondary systems of locomotion vibration.
  • the secondary systems include a radio, a windshield wiper system, a heated windscreen, a heated rear window, a Lüfrungssystem, a heater, air conditioning, outdoor lighting, interior lighting and / or a cigarette lighter.
  • Secondary systems in the sense of the present invention are preferably systems which do not belong to the drive motor and / or are dispensable for locomotion and control of the vehicle.
  • all power consumers which do not serve to propel the vehicle, in particular not provide the drive with energy, are supplied with energy by the secondary energy source. If a driver or at least one passenger accidentally starts the light or auxiliary heater during his absence, the secondary energy source, but not the primary energy source, is discharged. If the secondary energy source is out of fuel, the primary source of energy may still provide the primary purpose of the vehicle, ie, the locomotion of the vehicle. In this case, it is therefore preferred if the means of locomotion is designed and set up to move by means of the electric drive motor supplied with energy by the primary energy source, even if the secondary energy source is exhausted, ie if there is no fuel left and / or the car battery is discharged. This improves safety, particularly in isolated areas, since the means of locomotion does not remain a sole operation of the means of locomotion via the secondary energy source, however, is preferably not possible and / or provided.
  • An energy source within the meaning of the present invention also comprises or represents an energy store.
  • the primary energy source is a rechargeable drive battery.
  • the secondary energy source preferably stores energy predominantly in at least one tank for fuel, in particular a tank for hydrogen.
  • the hydrogen may be chemically or physically bound in the tank to a carrier, for example in a metal hydride reservoir.
  • a liquid hydrogen storage and / or compressed hydrogen storage can be provided.
  • the chemical or physical bonding to a support, in particular in the form of a solid styrene matrix has proven particularly suitable. Particularly preferred is the absorption and / or adsorption of hydrogen by or to the carrier.
  • Suitable carriers are, for example, carriers comprising metal hydride storage, organometallic frameworks (MOF), zeotites, activated carbon and / or carbon nanotubes. As a particularly suitable net metal hydride storage have proved.
  • the secondary energy source may also include a car battery for energy storage.
  • the tank is removable from the vehicle.
  • it is a tank that can be replaced, especially in the form of a replaceable fuel cartridge.
  • the carrier described above is preferably used.
  • the fuel cartridge is designed and set up to be changed without tools within a few minutes or a few seconds.
  • the primary energy source in particular the drive battery, in the maximally charged state has a first energy capacity of the electrical energy of more than 15 kWh, in particular at least 20 kWh, preferably from 30 to 150 kWh, and / or that the primary energy source , in particular the drive battery, a first maximum power and / or a first continuous power of at least 10 kW, in particular at least 30 kW, preferably at least 60 kW.
  • Said first energy capacity and first maximum power and first continuous power have proven to be particularly suitable for operating the electric drive motor.
  • the secondary energy source may in one embodiment comprise a car battery, in particular wherein the fuel cell of the secondary energy source is designed and arranged to charge the car battery.
  • a car battery according to the present invention is a storage for electrical energy, in particular a rechargeable memory.
  • the car battery is designed and configured to start the fuel cell and / or a radio, a windshield wiper system, a heated windscreen, a heated rear window, a ventilation system, a heater, air conditioning, exterior lighting, interior lighting and / or a cigarette lighter Provide energy.
  • the car battery is preferably an accumulator, in particular with a voltage of 1 to 120 V, in particular 2 to 50 V, preferably 4 to 30 V, and / or a capacity of 5 to 500 Ah, in particular 10 to 200 Ah, preferably 15 to 120 Ah.
  • the car battery preferably has a third energy capacity of 0.024 kWh to 6 kWh, in particular 0.1 kWh to 3 kWh, particularly preferably 0.3 kWh to 2 kWh.
  • the car battery is a lead-acid battery.
  • the car battery may preferably serve as a buffer for energy of the fuel cell to secondary systems of the means of transport, such as a heater, a radio, a windscreen wiper system, a heated windscreen, a heated rear window, an air system, lighting and / or air conditioning to operate.
  • secondary systems of the means of transport such as a heater, a radio, a windscreen wiper system, a heated windscreen, a heated rear window, an air system, lighting and / or air conditioning to operate.
  • the car battery according to the present invention is to be distinguished from the drive battery.
  • the latter is designed and set up to move the means of transportation and to provide the necessary drive motor with energy.
  • the car battery preferably has a smaller energy capacity, preferably at least ten times, in particular at least twenty times, smaller energy capacity than the drive battery.
  • the car battery has a third energy capacity, which is many times smaller than the first energy capacity of the primary energy source, in particular the drive battery.
  • the secondary energy source comprises a car battery
  • the fuel cell and the car battery are accommodated together in a housing of the secondary energy source and are preferably connected to one another by a power line.
  • the fuel cell and the car battery are spaced apart in the means of transportation housed and preferably connected to each other by a power line.
  • the power line and direct current-conducting contacts are conceivable.
  • the fuel cell of the secondary energy source in the maximum fuel-laden state has a second energy capacity for electrical energy of at most 30 kWh, in particular less than 15 kWh, preferably from 0.1 to 10 kWh, and / or the fuel cell of the secondary energy source has a second maximum power and / or a second continuous power of less than 5 kW, preferably less than 1 kW, in particular from 100 to 800 W.
  • Said energy capacity and second maximum power and second continuous power have proven to be particularly suitable to operate a heater, a radio, a windscreen wiper system, a heated front and rear window, a Uiftungssystem, lighting and / or air conditioning.
  • the second energy capacity is dependent on the maximum amount of fuel in the fuel tank and the efficiency of the Brennstöffumwandung in electrical energy.
  • a continuous power is a power that can be permanently supplied until the energy is exhausted, ie the traction battery has no energy or in the case of a fuel cell until the energy carrier, such as hydrogen, is exhausted.
  • a maximum power is the peak power, which provided for a limited time can be.
  • An electric drive motor according to the present invention is constructed and arranged "to drive the movement of the means of locomotion, for example, by causing the rotation of author veins or the rotation of aircraft propellers.
  • the primary energy source in the maximally charged state preferably has a first energy capacity of the electrical energy, which is many times greater than a second energy capacity of the secondary energy source and / or fuel cell in the maximally charged state, in particular the aforementioned first energy capacity and the aforementioned second one Energy Capacity
  • the primary energy source has a first maximum power and / or a first continuous power, which is many times greater than a second maximum power and / or a second continuous power of the secondary energy source, in particular the above-mentioned first and second maximum power or continuous power. It has been found that much lower power is more efficient for the systems that are connected to the secondary energy source, especially since less waste heat is generated while at the same time providing sufficient energy.
  • the secondary energy source supplies a first heating system of the primary energy source and / or a first heating system, which is in heat-conducting contact with the primary energy source, with electrical and / or thermal energy.
  • the primary energy source is heated, with the source of heat, i. the first heating system receives its thermal and / or electrical energy from the secondary energy source.
  • the primary energy source does not even need to be activated to allow heating.
  • the primary energy source is heated faster or at all to an optimum operating temperature, so that thanks to the improved efficiency of the primary energy source, an increased range is made possible.
  • This also protects the primary energy source, which increases the service life. It has been found that the additional consumption by the fuel cell and by the carrying of a separate secondary energy source, in particular fuel cell, can be compensated for by this improved efficiency, so that, surprisingly, an increase of the range takes place
  • the secondary energy source in particular the fuel cell
  • the secondary energy source is designed and arranged to heat the primary energy source, in particular with the first heating system, in particular wherein the thermal energy of the secondary energy source, in particular of the fuel cell, is transferred to the primary energy source.
  • the fuel cell of the secondary energy source generates thermal and electrical energy, the proportion of thermal energy being 20 to 60%, preferably 30 to 50%, especially 35 to 45%. In a conversion of electrical energy into thermal energy is usually lost energy.
  • thermal energy preferably comprises radiation energy, in particular IR radiation, and / or heat energy stored in the disordered movement of the atoms or molecules. It is preferably thermal energy which results from said disordered movement of the atoms or molecules , in particular their kinetic and potential energy.
  • Abskyzenzen is thermal energy of electrical energy, which can be transmitted by means of electricity or by means of power lines. The heat energy is usually approximately proportional to the temperature (in a phase transition, even the thermal energy of a body can change, without causing a change in temperature).
  • thermal energy is stored in the heat of the exhaust gas and transmitted with it.
  • the heating system in particular the first and / or second heating system, is operated with the exhaust gas of the fuel cell, in particular with exhaust gas containing or consisting of water vapor, preferably wherein the exhaust gas is passed through a fluid line from the fuel cell to the primary energy source.
  • a heating system is a super-founder of systems designed and arranged to effect heating or to effect heat transfer, with specific embodiments being the first and second heating systems described above.
  • they are systems which release at least 30%, in particular at least 50%, preferably at least 80%, of the supplied electrical or thermal energy in the form of heat.
  • the heating system in particular the first and / or second heating system, may be electrically operated heating coils. They may also be metal pipes and / or fluid lines which are in heat-conducting contact with the secondary energy source and conduct thermal energy away from it to a region to be heated, in particular to the primary energy source.
  • the waste heat of the secondary energy source in particular the fuel cell, is used to heat the first and / or second heating system, in particular wherein the first and / or the second heating system, a first electroless Represent heating system or second electroless heating system.
  • An electroless heating system is characterized by the fact that it can be operated without electricity.
  • the first and / or second heating system can switch between a first state and a second state.
  • the first heating system transmits or generates thermal energy to the drive battery and in the second state no or less, in particular by a multiple less thermal energy, transmits to the drive battery or generated at this is it is provided in the first state of the second heating system that this thennische energy to the interior and / or transmitted to the at least one passenger seat and in the second state no or many times less thermal energy transfers there or generated there In this way, a Overheating of the battery or too warm a passenger compartment can be prevented.
  • Embodiments of particularly effective first heating systems will be described below.
  • the first heating system comprises fluid lines for the passage of a fluid, in particular plastic pipes or metal pipes, for example the metal pipes mentioned below.
  • the fluid conduits are designed and configured to transfer thermal energy from the second to the primary energy source.
  • said fluid lines connect the primary and secondary energy sources.
  • a fluid circuit is conceivable, which circulates fluid between the primary energy source and the secondary energy source for the purpose of transmitting thermal energy in a fluid circuit.
  • it is provided in a first state that the fluid is circulated and in a second state that the fluid is not or only slowly circulated, in particular the first and second states described above.
  • the fluid is guided in the direction of the car battery, in particular guided along the car battery, so that it is heated and then derived, in particular from the means of locomotion and / or to the second heating system.
  • a fluid circuit is therefore not necessarily present in this further embodiment.
  • the said fluid can be the exhaust gas of the fuel cell, in particular heated water vapor which emerges from a hydrogen-oxygen fuel cell.
  • fluid lines, the exhaust gas of the fuel cell lead in the direction of the car battery, so that the car battery is heated by the exhaust gas.
  • the above-described fluid lines are part of a fluid line system, wherein the fluid line system in a first state fluid in the direction of the car battery, so that the car battery is heated by the exhaust gas, and in a second state fluid so leads that the car battery is not heated by the exhaust gas, for example, directly from the means of transportation and / or to the second heating system.
  • This is preferably the first state of the first heating system described above and the second state of the first heating system.
  • exhaust gas of the fuel cell is guided in the first state to the primary energy source and out directly in the second state directly or proportionally from the means of transport or directly or wholly to the second heating system and then directly from the means of locomotion, d. H. each time without being returned to the fuel cell.
  • the means of transportation comprises at least one temperature sensor.
  • the temperature sensor outputs a signal, in particular electrical, which is representative of a temperature of the primary energy source, in particular an internal or external temperature of the primary energy source.
  • the temperature sensor may include a measuring element, which allows conclusions about the temperature by an electrical resistance, a quartz crystal, an electrical voltage, a thermal image, a bimetallic curve or a change in a refractive index
  • the means of transportation comprises at least one control system, in particular a control computer, which controls a change between the above-described first and second state of the first heating system.
  • Said control system preferably comprises the above-described temperature sensor and is adapted and arranged to switch the first heating system from the first state to the second state when the temperature sensor signals that the primary energy source exceeds a certain first temperature or outputs a signal representative of exceeding the first temperature.
  • the control system is designed and configured to switch the first heating system from the second state to the first state when the temperature sensor signals that the primary energy source falls below a certain second temperature or outputs a signal which is representative of exceeding the certain second temperature.
  • the first and second temperature can identical, however, it has been shown that it has advantages when the second temperature is lower than the first temperature.
  • the first and / or second temperature a temperature at which the primary energy source has at least 80%, in particular at least 90%, a maximum efficiency, wherein the maximum efficiency occurs at an optimum temperature.
  • the first and / or second temperature preferably did not deviate more than 20%, in particular not more than 10%, from said optimum temperature.
  • the optimum temperature of the primary energy source can easily be determined by a person skilled in the art by determining the efficiency at different temperatures, the maximum efficiency occurring at the optimum temperature.
  • a fluid in the sense of the present invention may be a liquid or a gas or a mixture of liquid and gas. Particularly preferred is a mixture of gas and water in the form of water vapor, as it is usually discharged from a hydrogen-oxygen fuel cell.
  • the first heating system comprises metal elements, preferably heat-conducting metal tubes, in particular wherein the primary energy source and the fuel cell are in contact via said metal elements.
  • the metal elements may be switchable back and forth between a thermally conductive first state and a non-thermally reduced or thermally conductive second state, preferably the first and second states described above.
  • This also promotes the transfer of thermal energy from the secondary energy source, in particular fuel cell, to the primary energy source.
  • the primary and secondary energy source can now also better spaced order » because the heat-conductive contact is ensured by said heat-conducting elements.
  • the above heat-conducting elements are arranged at least partially completely or partially circumferentially around the primary energy source, so that at least two sides, preferably two opposite sides, are heated. This improved the transfer of thermal energy from the secondary to the primary energy source.
  • the primary energy source and the secondary energy source, in particular the fuel cell are arranged directly adjacent to one another in addition to or instead of the measures described above. This also improves the transmission of thermal energy, in particular, the length of pipes and fluid lines is shortened, so that the Wännemaschine is reduced
  • an insulating wall is provided, which is removable , in particular means of an automatic entry system, which is preferably temperature-controlled, in particular of the control system described above. It can also be provided that the insulating wall is not removable and one of the heat transfer systems described above is implemented, in particular fluid pipes.
  • thermal energy is particularly effectively transmitted from the secondary energy source to the primary energy source.
  • the primary energy source reaches an optimal operating temperature faster, which improves the efficiency and thus the range and the service life
  • the means of transportation comprises a passenger compartment and at least one passenger seat, in particular at least four passenger seats, preferably at least six passenger seats.
  • a second heating system in particular a parking heater
  • this second heating system in particular the stator heating
  • the driver or the at least one passenger for example during a waiting period in a traffic jam or in a parking lot, can heat the passenger compartment and / or the passenger seat without having to resort to the primary energy source.
  • the second heating system in particular the auxiliary heater, can also be controlled by a remote control.
  • the means of locomotion comprises a passenger compartment and at least one passenger seat, in particular at least four or six passenger seats, wherein the secondary energy source, in particular the fuel cell and / or car battery, supplies a cooling system, in particular an air conditioning system, with electrical energy is designed and set up to cool the passenger compartment and / or the at least one passenger seat.
  • a cooling system in particular an air conditioning system
  • electrical energy is designed and set up to cool the passenger compartment and / or the at least one passenger seat.
  • the fuel cell supplies a cooling system, in particular the cooling system described above, with thermal energy, in particular heat, which is used to cool down the passenger compartment.
  • the thermal energy is preferably used to heat a fluid, in particular gas.
  • the heated fluid then releases heat via a heat exchanger, in particular in a condenser, to the environment, so that a cooler fluid, in particular in the form of a liquid, is generated under high pressure.
  • a cooler fluid in particular in the form of a liquid
  • the cooled fluid serves as coolant, coolant in at least one cooling tube and cools the passenger compartment. In doing so, it heats up and preferably vaporizes upon said heating.
  • the compressed fluid, in particular gas is reheated as described above, so that the circuit is closed.
  • the thermal energy can be supplied to a stir motor which operates a propeller or a fluid pump of the cooling system
  • the means of transportation is an automobile, in particular an electric car.
  • This may preferably be a car, bus or truck, in particular a car or a minibus with up to nine seats.
  • the presented advantages of the means of transport according to the invention apply in particular to the vehicles mentioned above. Nevertheless, it is basically also conceivable to modify an electric aircraft accordingly in order to improve the range and service life.
  • a hydrogen-oxygen fuel cell As a particularly suitable fuel cell of the secondary energy source, a hydrogen-oxygen fuel cell has been found.
  • water is produced as exhaust gas, which is harmless to humans Also transmits water thanks to its high thermal conductivity especially good, with a Heating of the primary energy source by means of exhaust gas of the secondary energy source is surprisingly efficient, especially in city centers, this is significant.
  • the means of transport produces predominantly, in particular at least 95%, water as exhaust gas.
  • the fuel cell is an alkaline fuel cell, in particular with a Kaüumhydroxidanni as electrolyte, or a polymer electrolyte fuel cell with a solid polymer membrane or a phosphoric acid fuel cell with phosphoric acid as electrolyte, wherein the fuel in each case comprises hydrogen
  • the oxidizing agent is preferably atmospheric oxygen.
  • the said types of fuel cells can be made particularly compact and yet efficient and have proven to be particularly useful, especially since the drive motor is operated by the primary energy source and the secondary energy source, in particular fuel cell and / or car battery, for other devices, such as a radio , a windscreen wiper system, a heated windscreen, a heated rear window, a ventilation system, air conditioning, lighting, etc., is designed.
  • There are also known types of fuel cells which are designed only for a large weight and / or volume, which have been found to be less suitable.
  • the secondary energy source comprises as fuel cell a direct methanol fuel cell with methanol as fuel, preferably with a sulfonic acid polymer as membrane.
  • the above-mentioned fuel cell has also proved to be particularly effective for the construction of small fuel cells.
  • the secondary energy source as fuel cell comprises a low-temperature fuel cell, preferably a low-temperature fuel cell designed and set up for an operating temperature of 60 to 140 ° C, in particular 70 to 100 ° C.
  • a low-temperature fuel cell designed and set up for an operating temperature of 60 to 140 ° C, in particular 70 to 100 ° C.
  • the fuel cell in particular the low-temperature fuel cell, a casing and / or a housing made of plastic or comprising plastic.
  • Plastic is robust cost-effective and lightweight
  • the secondary energy source is designed and arranged to transmit electrical energy to the electric drive motor.
  • the primary power source To support the power supply of the electric drive motor by the primary power source.
  • a higher power for the drive can be provided for a short time, in particular for the acceleration of the means of locomotion.
  • the secondary energy source can transfer excess energy to the electric drive motor and / or to the primary energy source. This may be convenient to recharge the primary energy source.
  • the primary energy source and the fuel cell of the secondary energy source are arranged within a common housing. It has been shown that thermal energy in this way can be transferred particularly well from the secondary to the primary energy source.
  • the invention further relates to a method for starting a means of locomotion, in particular the means of transport described above, preferably for starting with an electric car, comprising an electric drive motor, at least one heating and / or Kuhlsystem, a primary energy source and a secondary energy source, wherein the primary energy source includes or represents a rechargeable traction battery and the secondary energy source comprises or represents a fuel cell, in particular a fuel cell and a car battery, wherein the primary energy source is adapted and adapted to supply the electric drive motor with electrical energy, wherein the secondary energy source, in particular the fuel cell, electrical and thermal energy, the method comprising the following steps, in particular in this order, a) generating thermal energy and / or electrical energy by means of the secondary E b) transfer of said thermal energy and / or electrical energy to the primary energy source while heating the primary energy source, in particular to an operating temperature and / or a starting temperature, c) generating electrical energy in the heated primary energy source ,
  • the primary energy source is raised to a higher operating temperature by thermal energy of the secondary energy source. which improves the efficiency. This increases both range and life.
  • a start temperature is a temperature at which the primary energy source has an average temperature and / or a section temperature of at least 30 ° C, preferably at least 40 °, in particular at least 50 ° C.
  • the average temperature is the average temperature of the entire primary energy source.
  • a section temperature is a temperature which at least partially comprises the primary energy source.
  • the operating temperature is the temperature at which the primary energy source is usually operated, preferably the temperature, in particular optimum temperature, at which the primary energy source has a maximum efficiency.
  • the secondary energy source is activated or activated when the vehicle is started before the primary energy source. This has the advantage that a primary energy source can be prevented by preheating the primary energy source. Even with a simultaneous start, there are advantages, since the time until the primary energy source is sufficiently warm for improved efficiency, in particular for optimum efficiency, is considerably shortened
  • a step ao) may be provided, which is as follows: ao) activating the fuel cell by means of energy of the car battery.
  • the secondary energy source in particular the fuel cell, is designed and set up to heat the primary energy source and, at the same time, to cool at least one area, in particular the passenger compartment, of the means of transportation.
  • This has the advantage that a part of the electrical energy for cooling and another part of the electrical energy or the thermal energy can be used for heating, both of which contribute to the relief or performance increase of the primary energy source
  • the invention also relates to the use of a low-temperature fuel cell, in particular as part of a secondary energy source, to increase the range of a means of locomotion, in particular the means of transport described above, in the form of an electric car with a Wegaufkdbaren drive battery, in particular as a primary energy source, preferably under heating the rechargeable Traction battery with the low-temperature fuel cell, in particular with thermal energy of low-temperature BrennstoffeeDe.
  • the present invention is based on the finding that a secondary energy source, which not only supports the primary energy source of an electric car by supplying electrical energy, but also supplies energy to a heating and / or cooling system, contributes to a surprisingly high degree to extending the range can. This is especially true when the secondary energy source is used to heat the primary energy source. It is particularly advantageous that thermal energy does not have to be generated electrically and can be used to improve the efficiency of the means of transport.
  • Figure l is a schematic representation of a means of transport according to the invention.
  • FIG. 1 shows a means of transportation 1, in particular a vehicle or aircraft, comprising an electric drive motor 2, at least one heating and / or cooling system 14, 15, 16, a primary energy source 3 and a secondary energy source 4, the primary energy source 3 being a rechargeable drive battery
  • the secondary power source 4 comprises a breaker cell and a car battery, the primary power source 3 being configured and arranged to supply electric power to the electric drive motor, the secondary power source 4 providing electrical and thermal energy, the secondary power source 4 the at least one heating and / or cooling system 14, 15, 16 supplied with electrical and / or thermal energy.
  • the secondary energy source 4 a first heating system 15 of the primary energy source 3 and a first heating system 15, which in heat-conducting contact with the primary energy Ettle 3 is supplied with electrical and / or thermal energy
  • the means of transport 1 comprises a passenger compartment 6 and a passenger seat 7, wherein the secondary energy source 4 supplies a second heating system 14 with electrical and / or thermal energy, which is designed and set up, to heat the passenger compartment 6 and / or the passenger seat 7.
  • the means of transportation 1 is a car and, as such, generically equipped with wheels 5, taillights 8 and a steering wheel 10.
  • the primary energy source 3 is connected to the electric drive motor 2 via a line 10 for the transmission of electrical energy.
  • the secondary energy source 4 is connected via a fluid line 11 for transmitting thermal and / or electrical energy to the first heating system 15, which heats the primary energy source. Not shown but conceivable is a power line which connects the secondary energy source 4 for transmitting electrical energy to the primary energy source 3
  • the secondary energy source 4 is connected via a line 13, in particular fluid or power line, for the transmission of thennischer and / or electrical energy the passenger seat 7 connected to heat it.
  • the secondary energy source 4 is connected via a line 12, in particular fluid or power line, for the transmission of thennischer and / or electrical energy to the second heating system 14 and the cooling system 16.
  • the second heating system 14 and the cooling system 16 may be housed in a temperature control system in the same housing.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel, umfassend einen Elektroantriebsmotor, mindestens ein Heiz- und/oder Kühlsystem, eine primäre Energiequelle und eine sekundäre Energiequelle, wobei die primäre Energiequelle eine wiederaufladbare Antriebsbatterie umfasst oder darstellt und die sekundäre Energiequelle eine Brennstoffzelle umfasst oder darstellt, wobei die sekundäre Energiequelle das mindestens eine Heiz- und/oder Kühlsystem mit elektrischer und/oder thermischer Energie versorgt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Starten eines Fortbewegungsmittels und die Verwendung einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle als sekundäre Energiequelle, um die Reichweite eines Elektroautos mit einer wiederaufladbaren Antriebsbatterie zu erhöhen, vorzugsweise durch Erwärmung der primären Energiequelle.

Description

Fortbewegungsmittel, Verfahren zum Starten eines Fortbewegungsmittels,
Verwendung einer ißedertemperatui^BireniistofEzelle
als sekundäre Energiequelle
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel, insbesondere ein Fahr- oder Flugzeug, eine Verfahren zum Starten des Fortbewegungsmittels sowie die Verwendung einer Niedertemperatur-BrennstofEzelle als sekundäre Energiequelle für ein Fortbewegungsmittel.
Fortbewegungsmittel mit Elektroantrieb oder Brennstoffzellenantrieb sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Auch ist es aus dem Stand der Technik bekannt, herkömmliche Verbrennungsmotoren mit einem Elektroauto zu kombinieren. Die Elektroautos ohne einen solchen Verbrennungsmotoren sind für den innerstädtischen Verkehr besonders geeignet, da gesundheitsschädliche Abgase weitgehend vermieden werden.
Ein Nachteil herkömmlicher Elektroautos ist es, dass die Hauptbatterie des Antriebs oftmals bei niedriger Temperatur betrieben werden muss. Dies senkt den Wirkungsgrad der Hauptbatterie. Bei Temperaturen von weniger als 5°C nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit und die Leitfähigkeit des Elektrolyts und damit auch die Beweglichkeit der Ladungsträger merklich ab. Dies wirkt sich negativ auf den Ladestrom und auf den abgegebenen Strom aus. Die Reichweite bei niedrigen Außentemperaturen kann daher stark vermindert sein. Ein Fahrzeug, welches bei 20°C eine Reichweite von 160 km hat, kann bei -20°C ohne weiteres nur eine Reichweite von 80 km haben. Bereits bei o°C sinkt die Reichweite oftmals um 30 bis 40% gegenüber einer Temperaturen von 20°C.
Ferner altert die Hauptbatterie schneller, falls diese bei suboptimalen Temperaturen betrieben wird. Die Lebensdauer der Hauptbatterie wird also erheblich verkürzt, insbesondere in Ländern, die oft Temperaturen unter o°C aufweisen. Ein weiterer Nachteil ist, dass für die Fortbewegung notwendige Energiequellen oftmals durch Systeme belastet oder erschöpft werden können, die für eine Fortbewegung nicht erforderlich sind. Beispielsweise kann ein Licht, welches versehentlich angelassen wurde, eine Antriebsbatterie vollständig entladen, die für die Fortbewegung vorgesehen ist
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und die Reichweite und Lebensdauer eines Fortbewegungsmittels, insbesondere Elektroautos, zu verlängern. Eine weitere Aufgabe ist es, die Gefahr einer versehentlichen Entladung einer für die Fortbewegung erforderlichen Hauptbatterie des Antriebs, beispielsweise durch eine Standheizung, zu verringern oder ganz zu vermeiden.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Fortbewegungsmittel, insbesondere Fahr- oder Flugzeug, umfassend einen Elektroantriebsmotor, mindestens ein Heiz- und/oder Kühlsystem, insbesondere mindestens ein erstes und/oder zweites Heizsystem, eine primäre Energiequelle und eine sekundäre Energiequelle, wobei die primäre Energiequelle eine wiederaufladbare Antriebsbatterie umfasst oder darstellt und die sekundäre Energiequelle eine Brennstoffzelle, insbesondere eine Brennstoffzelle und eine Autobatterie, umfasst oder darstellt, wobei die primäre Energiequelle dazu ausgelegt und eingerichtet ist, den Elektroantriebsmotor mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei die sekundäre Energiequelle, insbesondere die Brennstoffzelle, elektrische und thermische Energie bereitstellt, wobei die sekundäre Energiequelle, insbesondere die Brennstoffzelle und/oder die Autobatterie, ausgelegt und eingerichtet ist, das mindestens eine Heiz- und/oder Kühlsystem, insbesondere in einem ersten Zustand, mit elektrischer und/oder thermischer Energie zu versorgen, vorzugsweise wobei die primäre Energiequelle ausgelegt und eingerichtet ist, den Elektroantriebsmotor mit hinreichender elektrischer Energie zu versorgen, um diesen anzutreiben.
Mit der sekundären Energiequelle, insbesondere mit der Brennstoffzelle, kann die Betriebsdauer der primären Energiequelle bei ungünstig niedriger Temperatur verringert werden. Dies ist möglich, indem die primäre Energiequelle mittels Energie der sekundären Energiequelle, insbesondere thermischer Energie der Brennstoffzelle, erwärmt wird. Demnach wird die primäre Energiequelle erst ab eine Mindesttemperatur gestartet oder die Zeit, bis eine optimale Temperatur für einen Betrieb der primären Energiequelle erreicht ist, wird verkürzt Alternativ oder zusätzlich wird ein Heiz- und/oder Kühlsystem, insbesondere mindestens eine Standheizung und/oder mindestens eine Klimaanlage, zum Zwecke der Erwärmung bzw. Kühlung mindestens eines Fahrgastes und/oder des Fahrers, insbesondere im Fahrgastinnenraum, von der sekundären Energiequelle, insbesondere von der Brennstoffzelle und/oder Autobatterie, mit Energie versorgt. Wenn ein Fahrer und/oder mindestens ein Fahrgast nur in dem Fortbewegungsmittel, insbesondere Elektroauto, auf jemanden wartet, kann er so warm gehalten werden, ohne dass die primäre Energiequelle überhaupt aktiviert ist Die primäre Energiequelle wird somit nicht unnötig bei zu niedriger Temperatur betrieben.
Wenn im Sinne der vorliegenden Offenbarung von einer Brennstoffeelle gesprochen wird, ist die Brennstoffzelle der sekundären Energiequelle gemeint. Vorzugsweise umfasst die sekundäre Energiequelle neben der besagten Brennstoffzelle eine Autobatterie, insbesondere zum Starten der Brennstoffzelle. Auch kann die sekundäre Energiequelle mindestens ein Gehäuse aufweisen. In einigen Ausgestaltungen kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die sekundäre Energiequelle die Brennstoffzelle darstellt und keine Autobatterie umfasst, insbesondere wobei die Brennstoffzelle durch die Antriebsbatterie gestartet wird. Ferner ist es bevorzugt, wenn die besagte Autobatterie ausgelegt und eingerichtet ist, vorzugsweise nur, von der Brennstoffzelle, einer Lichtmaschine des Fortbewegungsmittels und/oder durch eine externe Stromquelle, welche nicht Bestandteil des Fortbewegungsmittels ist, beladen zu werden, insbesondere jedoch nicht von der primären Energiequelle, Bei der externen Stromquelle kann es um ein mit einer Steckdose einer Tankstelle oder Garage verbundenes Ladekabel handeln.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die sekundäre Energiequelle zusätzlich eine Lichtmaschine aufweist Die Uchtmaschme wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um, beispielsweise mechanische Energie einer Ab- bremsung des Fortbewegungsmittels. Mithin ist es vorzugsweise möglich, ein Radio, eine Scheibenwischanlage, eine beheizbare Frontscheibe, eine beheizbare Heckscheibe, ein Luftungssystem, eine Standheizung, eine Klimaanlage, eine Außenbeleuchtung, eine Innenbeleuchtung und/oder einen Zigarettenanzünder mit der Lichtmaschine mit Energie zu versorgen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die die Uchtmaschme ausgelegt und eingerichtet ist, die Autobatterie zu laden. Die Brennstoffzelle trägt in diesem Fall ergänzend zu Aufladung der Autobatterie bei, insbesondere wenn die Uchtmaschme nicht genügend Energie für eine vollständige Aufladung bereitstellt. Mit der Uchtmaschme kann die Reichweite nochmals vergrößert werden. Gleichwohl hat sich gezeigt, dass eine Lichtmaschine vorteilhaft sein kann. Alternativ kann es in einer Ausführungsform auch vorgesehen sein, dass die Autobatterie ausgelegt und eingerichtet ist, nur durch die Brennstoffzelle während der Fortbewegung des Fortbewegungsmittels beladen zu werden.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die primäre Energiequelle ausgelegt und eingerichtet ist, den Elektroantriebsmotor alleine zu betreiben, d.h. Energie der sekundären Energie- quelle ist nicht nötig. Thermische und/oder elektrische Energie der sekundären Energiequelle, insbesondere der Brennstoffeelle und/oder Autobatterie, kann daher für sekundäre Systeme des Fortbewegungsnüttels genutzt werden. Vorzugsweise umfassen die sekundären Systeme ein Radio, eine Scheibenwischanlage, eine beheizbare Frontscheibe, eine beheizbare Heckscheibe, ein Lüfrungssystem, eine Standheizung, eine Klimaanlage, eine Außenbeleuchtung, eine Innenbeleuchtung und/oder einen Zigarettenanzünder. Sekundäre Systeme im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise Systeme, die nicht dem Antriebsmotor zugehören und/oder für eine Fortbewegung und Steuerung des Fahrzeugs entbehrlich sind. In einer Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass alle Stromverbraucher, welche nicht der Fortbewegung des Fahrzeugs dienen, insbesondere nicht den Antrieb mit Energie versorgen, durch die sekundäre Energiequelle mit Energie versorgt werden. Falls ein Fahrer oder mindestens ein Fahrgast nun versehentlich während seiner Abwesenheit das Licht oder die Standheizung anlässt, wird die sekundäre Energiequelle - nicht jedoch die primäre Energiequelle - entladen. Falls die sekundäre Energiequelle keinen Brennstoff mehr hat, kann die primäre Energiequelle immer noch den Primärzweck des Fortbewegungsmittels, d.h. die Fortbewegung des Fortbewegungsmittels gewährleisten. Hierbei ist es demnach bevorzugt, wenn das Fortbewegungsmittel ausgelegt und eingerichtet ist, sich auch dann mittels des durch die primäre Energiequelle mit Energie versorgten Elektroantriebsmotors fortzubewegen, wenn die sekundäre Energiequelle erschöpft ist, d.h. kein Brennstoff mehr vorhanden ist und/oder die Autobatterie entladen ist. Dies verbessert insbesondere in isolierten Gegenden die Sicherheit, da das Fortbewegungsmittel nicht liegen bleibt Ein alleiniger Betrieb des Fortbewegungsmittels über die sekundäre Energiequelle ist hingegen vorzugsweise nicht möglich und/oder vorgesehen.
Eine Energiequelle im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst auch einen Energiespeicher oder stellt einen solchen dar. Bei der primären Energiequelle handelt es sich um eine wiederaufladbare Antriebsbatterie. Die sekundäre Energiequelle speichert Energie hingegen vorzugsweise überwiegend in mindestens einem Tank für Brennstoff, insbesondere einem Tank für Wasserstoff. Der Wasserstoff kann in dem Tank an einen Träger chemisch oder physikalisch gebunden sein, beispielsweise in einem Metallhydridspeicher. Auch kann eine Flüssigwasserstoffepeicherung und/oder Druckwasserstoffspeicherung vorgesehen sein. Als besonders geeignet hat sich die chemische oder physikalische Bindung an einen Träger, insbesondere in Form einer Feststorrmatrix, erwiesen. Besonders bevorzugt ist die Absorption und/oder Adsorption von Wasserstoff durch bzw. an den Träger. Geeignete Träger sind beispielsweise Träger umfassend Metallhydridspeicher, metallorganische Gerüste (MOF), Zeotithe, Aktivkohle und/oder Kohlenstoffnanoröhren. Als besonders geeig- net haben sich Metallhydridspeicher erwiesen. Die sekundäre Energiequelle kann zur Energiespeicherung auch zusätzlich eine Autobatterie umfassen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Tank aus dem Fahrzeug entfernbar ist. Vorzugsweise handelt es sich um einen Tank, der ausgetäuscht werden kann, insbesondere in Form einer wechselbaren Tankpatrone. Für die Tankpatrone wird vorzugsweise der vorstehend beschriebene Träger verwendet. Vorzügsweise ist die Tankpatrone dazu ausgelegt und eingerichtet, ohne Werkzeuge innerhalb weniger Minuten oder einiger Sekunden gewechselt zu werden.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die primäre Energiequelle, insbesondere die Antriebsbatterie, im maximal geladenen Zustand eine erste Energiekapazität der elektrischen Energie von mehr als 15 kWh, insbesondere mindestens 20 kWh, vorzugsweise von 30 bis 150 kWh aufweist, und/oder dass die primäre Energiequelle, insbesondere die Antriebsbatterie, eine erste Maximalleistung und/oder eine erste Dauerleistung von mindestens 10 kW, insbesondere mindestens 30 kW, vorzugsweise mindestens 60 kW, aufweist. Besagte erste Energiekapazität und erste Maximalleistung und erste Dauerleistung haben sich als besonders geeignet erwiesen, um den Elektroantriebsmotor zu betreiben.
Die sekundäre Energiequelle kann in einer Ausgestaltung eine Autobatterie umfassen, insbesondere wobei die Brennstoffzelle der sekundären Energiequelle ausgelegt und eingerichtet ist, die Autobatterie zu laden. Eine Autobatterie im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Speicher für elektrische Energie, insbesondere ein wiederaufladbarer Speicher. Vorzugsweise ist die Autobatterie dafür aufgelegt und eingerichtet, die Brennstoffzelle zu starten und/oder ein Radio, eine Scheibenwischanlage, eine beheizbare Frontscheibe, eine beheizbare Heckscheibe, ein Lüftungssystem, eine Standheizung, eine Klimaanlage, eine Außenbeleuchtung, eine Innenbeleuchtung und/oder einen Zigarettenanzünder mit Energie zu versorgen. Bei der Autobatterie handelt es sich vorzugsweise um einen Akkumulator, insbesondere mit einer Spannung von 1 bis 120 V, insbesondere 2 bis 50 V, vorzugsweise 4 bis 30 V, und/oder einer Kapazität von 5 bis 500 Ah, insbesondere 10 bis 200 Ah, vorzugsweise 15 bis 120 Ah. Die Autobatterie hat in einer Ausgestaltung vorzugsweise eine dritte Energiekapazität von 0,024 kWh bis 6 kWh, insbesondere 0,1 kWh bis 3 kWh, insbesondere bevorzugt von 0,3 kWh bis 2 kWh, aufweisen. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Autobatterie um einen Bleiakkumulator. Die Autobatterie kann vorzugsweise als Zwischenspeicher für Energie der Brennstoffzelle dienen, um sekundäre Systeme des Fortbewegungsmittels, beispielsweise eine Standheizung, ein Radio, eine Scheibenwischanlage, eine beheizbare Frontscheibe, eine beheizbare Heckscheibe, ein Luftungssystem, eine Beleuchtung und/oder eine Klimaanlage, zu betreiben.
Die Autobatterie im Sinne der vorliegenden Erfindung ist von der Antriebsbatterie zu unterscheiden. Letztere ist dafür ausgelegt und eingerichtet, das Fortbewegungsmittel fortzubewegen und den hierfür nötige Antriebsmotor mit Energie zu versorgen. Die Autobatterie hat vorzugsweise eine kleinere Energiekapazität, vorzugsweise mindestens zehnfach, insbesondere mindestens zwanzigfach, kleinere Energiekapazität als die Antriebsbatterie. Vorzugsweise hat die Autobatterie eine dritte Energiekapazität, welches um ein Vielfaches kleiner ist als die erste Energiekapazitat der primären Energiequelle, insbesondere der Antriebsbatterie.
Falls die sekundäre Energiequelle eine Autobatterie umfasst, kann es vorgesehen sein, dass die Brennstoffzelle und die Autobatterie in einem Gehäuse der sekundären Energiequelle zusammen untergebracht sind und vorzugsweise durch eine Stromleitung miteinander verbunden sind. Alternativ ist es auch möglich, dass die Brennstoffzelle und die Autobatterie beanstandet voneinander in dem Fortbewegungsmittel untergebracht und vorzugsweise durch eine Stromleitung miteinander verbunden sind. Statt der Stromleitung sind auch direkte stromleitende Kontaktierungen denkbar.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Brennstoffzelle der sekundären Energiequelle im maximal mit Brennstoff beladenen Zustand eine zweite Energiekapazität für elektrische Energie von maximal 30 kWh, insbesondere von weniger als 15 kWh, vorzugsweise von 0,1 bis 10 kWh, aufweist, und/oder dass die Brennstoffzelle der sekundären Energiequelle eine zweite Maximalleistung und/oder eine zweite Dauerleistung von weniger als 5 kW, vorzugsweise weniger als 1 kW, insbesondere von 100 bis 800 W, aufweist Besagte Energiekapazität und zweite Maximalleistung und zweite Dauerleistung haben sich als besonders geeignet erwiesen, um eine Standheizung, ein Radio, eine Scheibenwischanlage, eine beheizbare Front- und Heckscheibe, ein Uiftungssystem, eine Beleuchtung und/oder eine Klimaanlage zu betreiben. Die zweite Energiekapazitat ist von der maximalen Menge an Brennstoff im Brennstofftank und dem Wirkungsgrad der Brennstöffumwandung in elektrische Energie abhängig.
Eine Dauerleistung ist eine Leistung, die dauerhaft bereitgestellt werden kann, bis die Energie erschöpft ist, d.h. die Antriebsbatterie keine Energie mehr hat bzw. im Fall einer Brennstoffzelle bis der Energieträger, beispielsweise Wasserstoff, erschöpft ist Eine Maximalleistung ist die Spitzenleistung, welche zeitlich begrenzt bereitgestellt werden kann. Eine Elektroantriebsmotor im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ausgelegt und eingerichtet» die Fortbewegung des Fortbewegungsmittels anzutreiben, beispielsweise indem er die Drehung von Autoradern bewirkt oder die Drehung von Flugzeugpropellern.
Vorzugsweise weist die primäre Energiequelle im maximal geladenen Zustand eine erste Energiekapazität der elektrischen Energie auf, welches um ein Vielfaches größer als eine zweite Energiekapazität der sekundären Energiequelle und/oder Brennstoffzelle im maximal geladenen Zustand ist, insbesondere die vorstehend genannte erste Energiekapazität und die vorstehend genannte zweite Energiekapazität Vorzugsweise weist die primäre Energiequelle eine erste Maximalleistung und/oder eine erste Dauerleistung auf, welche um ein Vielfaches großer als eine zweite Maximalleistung und/oder eine zweite Dauerleistung der sekundären Energiequelle ist, insbesondere die vorstehend genannte erste und zweite Maximalleistung bzw. Dauerleistung. Es hat sich gezeigt, dass für die Systeme, welche an der sekundären Energiequelle angeschlossen sind, eine sehr viel geringere Leistung effizienter ist, insbesondere da weniger Abwärme erzeugt wird und zugleich hinreichend Energie bereitgestellt wird.
In einer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die sekundäre Energiequelle ein erstes Heizsystem der primären Energiequelle und/oder ein erstes Heizsystem, welches in wärmeleitenden Kontakt mit der primären Energiequelle steht, mit elektrischer und/oder thennischer Energie versorgt. Überraschenderweise kann hierdurch die Reichweite erheblich verbessert werden. Die primäre Energiequelle wird erwärmt, wobei die Wirmequelle, d.h. das erste Heizsystem, seine thermische und/oder elektrische Energie von der sekundären Energiequelle erhält. Die primäre Energiequelle muss also noch nicht einmal aktiviert sein, um eine Erwärmung zu ermöglichen. Hierdurch wird die primäre Energiequelle schneller bzw. überhaupt erst auf eine optimale Betriebstemperatur erwärmt, so dass dank des verbesserten Wirkungsgrads der primären Energiequelle eine erhöhte Reichweite ermöglicht wird. Auch schont dies die primäre Energiequelle, was die Lebensdauer erhöht. Es hat sich gezeigt, dass der Mehrverbrauch durch die Brennstoffzelle und durch das Mitführen einer gesonderten sekundären Energiequelle, insbesondere Brennstoffzelle, durch diesen verbesserten Wirkungsgrad kompensiert werden kann, so dass überraschenderweise eine Erhöhung der Reichweite erfolgt
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die sekundäre Energiequelle, insbesondere die Brennstoffzelle, ausgelegt und eingerichtet ist die primäre Energiequelle, insbesondere mit dem ersten Heizsystem, zu erwärmen, insbesondere wobei die thermische Energie der sekundären Energiequelle, irisbesondere der Brennstoffzelle, auf die primäre Energiequelle über- tragen wird, vorzugsweise mittels des ersten Heizsysteros. Obgleich auch eine Erwärmung mit elektrischer Energie der sekundären Energiequelle möglich ist, hat sich eine Erwärmung mit thermischer Energie als energiesparender bzw. effizienter erwiesen. Vorzugsweise erzeugt die Brennstoffeelle der sekundären Energiequelle thermische und elektrische Energie, wobei der Anteil der thermischen Energie bei 20 bis 60%, vorzugsweise bei 30 bis 50%, insbesondere bei 35 bis 45 %, liegt. Bei einer Umwandung von elektrischer in thermische Energie geht meist Energie verloren.
Thermische Energie im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise Strahlungsenergie, insbesondere IR-Strahlung, und/oder Wärmeenergie, die in der ungeordneten Bewegung der Atome oder Moleküle gespeichert ist Vorzugsweise handelt es sich um Wärmeenergie, die sich aus besagter ungeordneter Bewegung der Atome oder Moleküle ergibt, insbesondere deren kinetische und potentielle Energie. Abzugrenzen ist thermische Energie von elektrischer Energie, welche mittels Elektrizität bzw. mittels von Stromleitungen übertragen werden kann. Die Wärmeenergie ist meist näherungsweise proportional zur Temperatur (bei einem Phasenübergang kann sich sogar die thermische Energie eines Körpers ändern, ohne dass es zu einer Temperaturänderung kommt). In einer Ausgestaltung wird thermische Energie in der Wärme des Abgases gespeichert und mit diesem übertragen. Vorzugsweise wird das Heizsystem, insbesondere das erste und/oder zweite Heizsystem, mit der Abgas der Brennstoffzelle betrieben, insbesondere mit Abgas enthaltend oder bestehend aus Wasserdampf, vorzugsweise wobei das Abgas durch eine Fluidleitung von der Brennstoffzelle zur primären Energiequelle geleitet wird.
Ein Heizsystem also solches ist ein Oberbegrirl für Systeme, die ausgelegt und eingerichtet sind, eine Erwärmung herbeizuführen oder eine Wärmeübertragung zu bewirken, wobei konkrete Ausführungsformen das vorstehend beschriebene erste und zweite Heizsystem sind. Vorzugsweise handelt es sich um Systeme, die mindestens 30%, insbesondere mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 80%, der zugeführten elektrischen oder thermischen Energie in Form von Wärme abgeben. Bei dem Heizsystem, insbesondere dem ersten und/oder zweiten Heizsystem, kann es sich um elektrisch betriebene Heizschlangen handeln. Auch kann es sich um Metallrohre und/oder Fluidleitungen handeln, die mit der sekundären Energiequelle in wärmeleitenden Kontakt stehen und von dieser thermische Energie zu einem zu beheizenden Bereich, insbesondere zu der primären Energiequelle, wegleiten. Vorzugsweise wird dabei die Abwärme der sekundären Energiequelle, insbesondere der Brennstoffzelle, genutzt, um das erste und/oder zweite Heizsystem zu erwärmen, insbesondere wobei das erste und/oder das zweite Heizsystem ein erstes stromloses Heizsystem bzw. zweites stromloses Heizsystem darstellen. Ein stromloses Heizsystem zeichnet sich dadurch aus, dass dieses auch ohne Strom betrieben werden kann.
In einer besonders geeigneten Ausgestaltung kann das erste und/oder zweite Heizsystem zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand wechseln. Hierbei ist es in dem ersten Zustand des ersten Heizsystems vorgesehen, dass das erste Heizsystem thermische Energie an die Antriebsbatterie übertragt oder erzeugt und im zweiten Zustand keine oder weniger, insbesondere um ein Vielfaches weniger thermische Energie, an die Antriebsbatterie überträgt oder an dieser erzeugt Hierbei ist es in dem ersten Zustand des zweiten Heizsystems vorgesehen, dass dieses thennische Energie an den Innenraum und/oder an den mindestens einen Fahrgastsitz überträgt oder erzeugt und im zweiten Zustand keine oder um ein Vielfaches weniger thermische Energie dorthin übertragt oder dort erzeugt Auf diesem Wege kann eine Überhitzung der Batterie oder ein zu warmer Fahrgastinnenraum verhindert werden. Ausführungsformen von besonders effektiven ersten Heizsystemen werden nachfolgende beschrieben.
In ganz besonderes bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung umfasst das erste Heizsystem Fluidleitungen zur Durchleitung eines Fluides, insbesondere Kunststoffrohre oder Metallrohre, beispielsweise die nachstehend genannten Metallrohre. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Fluidleitungen ausgelegt und eingerichtet sind, thermische Energie von der zweiten auf die primäre Energiequelle zu übertragen. Vorzugsweise verbinden besagte Fluidleitungen die primäre und sekundäre Energiequelle. Hierbei ist in einer Ausführungsform ein Fluidkreislauf denkbar, welcher Fluid zwischen der primären Energiequelle und der sekundären Energiequelle zwecks der Übertragung thermischer Energie in einem Fluidkreislauf zirkuliert. Vorzugsweise ist es dabei in einem ersten Zustand vorgesehen, dass das Fluid zirkuliert wird und in einem zweiten Zustand, dass das Fluid nicht oder nur langsam zirkuliert wird, insbesondere dem vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Zustand. In einer alternativ oder zusätzlich implementierbaren und ganz besonders bevorzugten weiteren Ausführungsform wird das Fluid in Richtung der Autobatterie geführt, insbesondere an der Autobatterie entlang geführt, so dass diese erwärmt wird und anschließend abgeleitet, insbesondere aus dem Fortbewegungsmittel hinaus und/oder zu dem zweiten Heizsystem. Ein Fluidkreislauf liegt also bei dieser weiteren Ausführungsform nicht zwingend vor. Bei dem besagten Fluid kann es sich um das Abgas der Brennstoffzelle handeln, insbesondere um erwärmten Wasserdampf, der aus einer Wasserstoff-Sauerstoff- Brennstoffzelle hinaustritt. Ganz besonders bevorzugt sind dem- entsprechend, Fluidleitungen, die Abgas der Brennstoffzelle in Richtung der Autobatterie führe, so dass die Autobatterie durch das Abgas erwärmt wird.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die vorstehend beschriebenen Fluidleitungen Bestandteil eines Fluidleitungssystems sind, wobei das Fluidleitungssystem in einem ersten Zustand Fluid in Richtung der Autobatterie führt, so dass die Autobatterie durch das Abgas erwärmt wird, und in einem zweiten Zustand Fluid so fuhrt, dass die Autobatterie durch das Abgas nicht erwärmt wird, beispielsweise direkt aus dem Fortbewegungsmittel hinaus und/oder zu dem zweiten Heizungssystem. Vorzugsweise handelt es sich dabei um den vorstehend beschriebenen ersten Zustand des ersten Heizsystems und den zweiten Zustand des ersten Heizsystems. In eine ganz besonderes bevorzugten Ausgestaltung wird Abgas der Brennstoffzelle im ersten Zustand zu der primären Energiequelle geführt und im zweiten Zustand direkt ganz oder anteilig aus dem Fortbewegungsmittel hinausgeleitet oder direkt ganz oder anteilig zum zweiten Heizsystem hin und dann direkt aus dem Fortbewegungs- mittelhinaus, d. h. jeweils ohne nachmals zu der Brennstoffzelle zurückgeführt zu werden.
Vorzügsweise umfasst das Fortbewegungsmittel mindestens einen Temperatursensor. Vorzugsweise gibt der Temperatursensor ein, insbesondere elektrisches, Signal aus, das repräsentativ für eine Temperatur der primären Energiequelle ist, insbesondere eine Innen- oder Außentemperatur der primären Energiequelle. Der Temperatursensor kann ein Messelement umfassen, welches durch einen elektrischen Widerstand, einen Schwingquarz, eine elektrische Spannung, eine Wärmebild, eine Krümmung eines Bimetalls oder eine Änderung eines Brechungsindexes Rückschlüsse auf die Temperatur erlaubt
Vorzugsweise umfasst das Fortbewegungsmittel mindestens eine Kontrollsystem, insbesondere einen Kontrollcomputer, welches einen Wechsel zwischen dem vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Zustand des ersten Heizungssystems kontrolliert. Besagtes Kontrollsystem umfasst vorzugsweise den vorstehend beschriebenen Temperatursensor und ist dazu ausgelegt und eingerichtet, das erste Heizungssystem von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand umzuschalten, wenn der Temperatursensor signalisiert, dass die primäre Energiequelle eine bestimmte erste Temperatur überschreitet oder ein Signal ausgibt, welches repräsentativ für das Überschreiten der ersten Temperatur ist. Vorzugsweise ist es ferner vorgesehen, dass das Kontrollsystem dazu ausgelegt und eingerichtet ist, das erste Heizungssystem von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand umzuschalten, wenn der Temperatursensor signalisiert, dass die primäre Energiequelle eine bestimmte zweite Temperatur unterschreitet oder ein Signal ausgibt, welches repräsentativ für das Überschreiten der bestimmten zweiten Temperatur ist. Die erste und zweite Temperatur kann identisch sein, gleichwohl hat sich gezeigt, dass es Vorteile hat, wenn die zweite Temperatur niedriger als die erste Temperatur ist.
In einer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die erste und/oder zweite Temperatur, eine Temperatur ist, bei der die primäre Energiequelle mindestens 80%, insbesondere mindestens 90%, eines maximalen Wirkungsgrades hat, wobei der maximale Wirkungsgrad bei einer Optimaltemperatur eintritt. Vorzugsweise wichen die erste und/zweite Temperatur nicht mehr als 20%, insbesondere nicht mehr als 10%, von besagter Optimaltemperatur ab. Die Optimaltemperatur der primären Energiequelle kann von Fachmann problemlos ermittelt werden, indem er den Wirkungsgrad bei verschiedenen Temperaturen bestimmt, wobei der Maximale Wirkungsgrad bei der Optimaltemperatur eintritt.
Ein Fluid im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine Flüssigkeit oder eine Gas oder eine Mischung aus Flüssigkeit und Gas sein. Besonders bevorzugt ist eine Mischung aus Gas und Wasser in Form von Wasserdampf, wie er üblicherweise von einer Wasserstoff- Sauerstoff-BrennstofFzelle abgegeben wird.
In einer Ausgestaltung umfasst das erste Heizsystem Metallelemente, vorzugsweise wärmeleitende Metallrohre, insbesondere wobei die primäre Energiequelle und die Brennstoffzelle über besagte Metallelemente in Kontakt stehen. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass die Metallelemente zwischen einem wärmeleitenden ersten Zustand und einem nicht oder vermindert wärmeleitenden zweiten Zustand hin- und her schaltbar sind, vorzugsweise dem vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Zustand. Auch dies fördert die Übertragung von thermischer Energie von der sekundären Energiequelle, insbesondere Brennstoffzelle, auf die primäre Energiequelle. Baulich lassen sich die primäre und sekundäre Energiequelle nun auch besser beabstandet anordnen» da der wärmeleitende Kontakt durch besagte wärmeleitende Elemente gewährleistet wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn im dem Fortbewegungsmittel nicht hinreichend Platz für beide Speicher ist, wenn diese unmittelbar benachbart sind. Vorzugsweise sind die vorstehenden wärmeleitenden Elemente zumindest abschnittsweise ganz oder teilweise umlaufend um die primäre Energiequelle angeordnet, so dass mindestens zwei Seiten, vorzugsweise zwei gegenüberliegende Seiten, erwärmt werden. Dies verbesserte die Übertragung von thermischer Energie von der sekundären auf die primäre Energiequelle.
Auch kann es vorgesehen sein, dass die primäre Energiequelle und sekundäre Energiequelle, insbesondere Brennstoffzelle, zusätzlich zu den oder statt der vorstehende beschriebenen Maßnahmen unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Auch dies verbessert die Übertragung von thermischer Energie, insbesondere wird die Länge von Rohren and Fluidleitungen verkürzt, so dass der Wänneverlust vermindert wird Hierbei kann es vorgesehen sein, dass zwischen der primäre Energiequelle und der sekundären Energiequelle, insbesondere Brennstoffzelle, eine isolierende Wandung Vorgesehen ist, welche entfernbar ist, insbesondere mittel eines automatischen Einfahrsystems, welches vorzugsweise temperaturgesteuert ist, insbesondere von dem vorstehend beschriebenen Kontrollsystem. Auch kann es vorgesehen sein, dass die isolierende Wandung nicht entfernbar ist und eines der vorstehend beschriebenen Wärmeübertragungssysteme implementiert ist, insbesondere Fluidrohre.
Mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen wird thermische Energie besonders effektiv von der sekundären Energiequelle auf die primäre Energiequelle tibertragen. Hierdurch erreicht die primäre Energiequelle schneller eine optimale Betriebstemperatur, was den Wirkungsgrad und damit die Reichweite sowie die Lebensdauer verbessert
Vorzugsweise umfasst das Fortbewegungsmittel einen Fahrgastinnenraum und mindestens einen Fahrgastsitz, insbesondere mindestens vier Fahrgastsitze, vorzugsweise mindestens sechs Fahrgastsitze. In einer weiteren Ausgestaltung kann es nun vorgesehen sein, dass alternativ oder zusatzlich zum vorstehend genannten ersten Heizsystem ein zweites Heizsystem, insbesondere eine Standheizung, mit elektrischer und/oder thermischer Energie der sekundären Energiequelle, insbesondere der Brennstoffzelle, versorgt wird, wobei dieses zweite Heizsystem, insbesondere die Ständheizung, ausgelegt und eingerichtet ist, den Fahrgastinnenraum und/oder den mindestens einen Fahrgastsitz, insbesondere alle Fahrgastsitze, zu erwärmen. Dies hat den Vorteil, dass der Fahrer oder der mindestens eine Fahrgast, beispielsweise wahrend einer Wartezeit im Stau oder auf einem Parkplatz, den Fahrgastinnenraum und/oder den Fahrgastsitz erwärmen kann, ohne auf die primäre Energiequelle zurückgreifen zu müssen. Letztere wird dadurch nicht bei zu niedriger Temperatur beansprucht, was die Lebensdauer erhöht und letztendlich auch die Reichweite. Vorzugsweise lässt sich das zweite Heizsystem, insbesondere die Standheizung, auch durch eine Fernbedienung steuern.
Auch ist es bevorzugt, wenn das Fortbewegungsmittel einen Fahrgastinnenraum und mindestens einen Fahrgastsitz, insbesondere mindestens vier oder sechs Fahrgastsitze, umfasst, wobei die sekundäre Energiequelle, insbesondere die Brennstoffzelle und/oder Autobatterie, ein Kühlsystem, insbesondere eine Klimaanlage, mit elektrischer Energie versorgt, welches ausgelegt und eingerichtet ist, den Fahrgastinnenraum und/oder den mindestens einen Fahrgastsitz zu kühlen. Es hat sich gezeigt, dass dies vorteilhafter ist, als wenn die primäre Energiequelle das Kühlsystem mit Energie versorgt Das Kühlsystem kann beispielsweise bei einem Elektroauto während eines Staus oder auf einem Parkplatz an einem heißen Tag benötigt werden, während der Antriebsmotor abgeschaltet werden kann« In diesem Fall wird die primäre Energiequelle dadurch nicht beansprucht Die Fahrzeuginsassen können das Kühlsystem also bedenkenlos betreiben, ohne befürchten zu müssen, dass das Fahrzeug aufgrund einer erschöpften primären Energiequelle nicht mehr fortbewegt werden kann. Auch hat dies den Vorteil, dass die Lebensdauer der primären Energiequelle erhöht Wird.
Auch kann es in einer zweckmäßigen Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Brennstoffzelle ein Kühlsystem, insbesondere das vorstehend beschriebene, Kuhlsystem mit thermischer Energie, insbesondere Warme, versorgt, welche genutzt wird, um den Fahrgastinnenraum herab zu kühlen. Hierbei wird in einer Ausführungsform vorzugsweise die thennische Energie genutzt um ein Fluid, insbesondere Gas, zu erhitzen. Das erhitzte Fluid gibt anschließend Wärme über einen Wärmetauscher, insbesondere in einem Verflüssiger, an die Umgebung ab, so dass ein kühleres Fluid, insbesondere in Form eine Flüssigkeit, unter hohem Druck erzeugt wird. Bei der Durchleitung durch ein Entspannungsventil expandiert das Fluid und kühlt ab. Das abgekühlte Fluid dient als Kühlmittel, Kühlflüssigkeit in mindestens einem Kühlrohr und kühlt den Fahrgastinnenraum. Hierbei erwärmt es sich und verdampft vorzugsweise bei besagter Erwärmung. Das komprimiert Fluid, insbesondere Gas, wird, wie vorstehend beschrieben wieder erwärmt, so dass der Kreislauf geschlossen wird. In einer weiteren Ausführungsform kann mit der thermischen Energie einem Stir- üngmotor zugeführt werden, der einen Propeller oder eine Fluidpumpe des Kühlsystems betreibt
In einer geeigneten Ausgestaltung ist das Fortbewegungsmittel ein Automobil, insbesondere ein Elektroauto. Hierbei kann es sich vorzugweise um einen Pkw, Bus oder Lkw handeln, insbesondere einen Pkw oder einen Kleinbus mit bis zu neun Sitzplätzen. Die vorstellend genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels treffen in besonderem Maße auf die vorstehend genannten Fahrzeuge zu. Gleichwohl ist es grundsätzlich auch denkbar, ein Elektroflugzeug entsprechend zu modifizieren, um die Reichweite und Lebensdauer zu verbessern.
Als besonders geeignete Brennstoffzelle der sekundären Energiequelle hat sich eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle erwiesen. Bei der Wasserstoff-Saueistoff-Brennstoffzelle ist es vorteilhaft, dass Wasser als Abgas entsteht, welches unschädlich für den Menschen ist Auch überträgt Wasser dank seiner hohen Warmekapizität besonders gut, wobei eine Erwärmung der primären Energiequelle mittels von Abgas der sekundären Energiequelle überraschend effizient ist Insbesondere in Innenstädten ist dies bedeutsam. Vorzugsweise erzeugt das Fortbewegungsmittel überwiegend, insbesondere zu mindestens 95%, Wasser als Abgas.
Ganz besonders bevorzugt ist die Brennstoffzelle eine alkalische Brennstoffzelle, insbesondere mit einer Kaüumhydroxidlösung als Elektrolyt, oder eine Polymer-Elektrolyt- Brennstoffeelle mit einer festen Polymer-Membran oder eine Phosphorsäure- Brennstoffzelle mit Phosphorsäure als Elektrolyt, wobei der Brennstoff jeweils Wasserstoff umfasst Das Oxidationsmittel ist vorzugsweise Luftsauerstoff. Die genannten Arten von Brennstoffzellen lassen sich besonders kompakt und gleichwohl effizient gestalten und haben sich als besonders zweckmäßig erwiesen, insbesondere da der Antriebsmotor durch die primäre Energiequelle betrieben wird und die sekundäre Energiequelle, insbesondere Brennstoffzelle und/oder Autobatterie, für andere Geräte, beispielsweise ein Radio, eine Scheibenwischanlage, eine beheizbare Frontscheibe, eine beheizbare Heckscheibe, ein Lüftungssystem, eine Klimaanlage, eine Beleuchtung, etc., ausgelegt ist. Es sind auch Arten von Brennstoffzellen bekannt, welche nur für ein großes Gewicht und/oder Volumen ausgelegt sind, die sich als weniger geeignet erwiesen haben.
Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die sekundäre Energiequelle als Brennstoffzelle eine Direkt-Methanol-Brennstoffzelle mit Methanol als Brennstoff umfasst, vorzugsweise mit einem Sulfonsäurepolymer als Membran. Die vorstehend genannte Brennstoffzelle hat sich auch als besonders effektiv für den Bau kleiner Brennstoffzellen erwiesen.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die sekundäre Energiequelle als Brennstoffzelle eine Niedrigtemperatur-BrennstofFzelle umfasst, vorzugsweise eine Niedrigtemperatur- Brennstoffzelle ausgelegt und eingerichtet für eine Betriebstemperatur von 60 bis 140 °C, insbesondere 70 bis 100 °C. Hier hat sich gezeigt, dass diese aufgrund der Bauweise, des Gewichts und des Wirkungsgrades eine besondere Eignung vorliegt
Vorzugsweise weist die Brennstoffzelle, insbesondere die Niedrigtemperatur- Brennstoffzelle, eine Ummantelung und/oder eine Gehäuse aus Kunststoff oder umfassend Kunststoff auf. Kunststoff ist robust kostengünstig und leicht
Erfindungsgemäß denkbar ist es auch, die primäre und sekundäre Energiequelle in voneinander isolierten Kreisläufen zu betreiben. Vorzugsweise ist die sekundäre Energiequelle ausgelegt und eingerichtet, elektrische Energie an den Elektroantriebsmotor zu übermit- teln, um die Energieversorgung des Elektroantriebsmotors durch die primäre Energiequelle zu unterstützen. Hierdurch kann für eine kurze Zeit eine höhere Leistung für den Antrieb bereitgestellt werden, insbesondere zur Beschleunigung des Fortbewegungsmittels. Auch ist es möglich, die primäre Energiequelle zu entlasten. Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die sekundäre Energiequelle überschüssige Energie an den Elektroantriebsmotor und/oder zur primären Energiequelle übertragen kann. Dies kann zweckmäßig sein, um die primäre Energiequelle wieder aufzuladen.
In einer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die primäre Energiequelle und die Brennstoffzelle der sekundären Energiequelle, insbesondere die primäre und die sekundäre Energiequelle, innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sind. Es hat sich gezeigt, dass thermische Energie auf diesem Wege besonders gut von der sekundären auf die primäre Energiequelle übertragen werden kann.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Starten eines Fortbewegungsmittels, insbesondere des vorstehend beschriebenen Fortbewegungsmittels, vorzugsweise zum Losfahren mit einem Elektroauto, umfassend einen Elektroantriebsmotor, mindestens ein Heiz- und/oder Kuhlsystem, eine primäre Energiequelle und eine sekundäre Energiequelle, wobei die primäre Energiequelle eine wiederaufladbare Antriebsbatterie umfasst oder darstellt und die sekundäre Energiequelle eine Brennstoffzelle, insbesondere eine Brennstoffzelle und eine Autobatterie, umfasst oder darstellt, wobei die primäre Energiequelle dazu ausgelegt und eingerichtet ist, den Elektroantriebsmotor mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei die sekundäre Energiequelle, insbesondere die Brennstoffzelle, elektrische und thermische Energie bereitstellt, wobei das Verfahren folgende Schritte, insbesondere in dieser Reihenfolge, umfasst a) Erzeugung von thermischer Energie und/oder elektrischer Energie mittels der sekundären Energiequelle, insbesondere mittels der Brennstoffzelle, b) Transfer der besagten thermischen Energie und/oder elektrischen Energie an die primäre Energiequelle unter Erwärmung der primären Energiequelle, insbesondere auf eine Betriebstemperatur und/oder eine Starttemperatur, c) Erzeugung von elektrischer Energie in der erwärmten primären Energiequelle.
Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird die primäre Energiequelle durch thermische Energie der sekundären Energiequelle auf eine höhere Betriebstemperatur ge- bracht, was den Wirkungsgrad verbessert. Dies erhöht sowohl Reichweite als auch Lebensdauer.
Eine Starttemperatur ist ein Temperatur, bei welcher die primäre Energiequelle eine Durchschnittstemperatur und/oder eine Abschnittstemperatur von mindestens 30°C, vorzugsweise mindestens 40°, insbesondere mindesten 50°C, aufweist. Die Durchschnittstemperatur ist die durchschnittliche Temperatur der gesamten primären Energiequelle. Eine Abschnittstemperatur ist eine Temperatur, welche die primäre Energiequelle zumindest abschnittsweise aufweist Die Betriebstemperatur ist jene Temperatur, bei der die primäre Energiequelle üblicherweise betrieben wird, vorzugsweise die Temperatur, insbesondere Optimaltemperatur, bei der die primäre Energiequelle einen maximalen Wirkungsgrad aufweist.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass die sekundäre Energiequelle beim Starten des Fortbewegungsmittels vor der primären Energiequelle aktiviert wird oder aktiviert werden kann. Dies hat den Vorteil, dass ein Kalistart der primären Energiequelle verhindert werden kann, indem die primäre Energiequelle vorgewärmt wird. Auch bei einem gleichzeitigen Start ergeben sich Vorteile, da die Zeit, bis die primäre Energiequelle hinreichend warm für einen verbesserten Wirkungsgrad, insbesondere für einen optimalen Wirkungsgrad, ist, erheblich verkürzt wird
Vor dem Schritt a) kann ein Schritt ao) vorgesehen sein, der wie folgt lautet: ao) Aktivieren der Brennstoffzelle mittels Energie der Autobatterie.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, das die sekundäre Energiequelle, insbesondere die Brennstoffzelle, ausgelegt und eingerichtet ist, die primäre Energiequelle zu erwärmen und gleichzeitig mindestens einen Bereich, insbesondere Fahrgastinnenraum, des Fortbewegungsmittels zu kühlen. Die hat den Vorteil, dass ein Teil der elektrischen Energie zur Kühlung und ein weiterer Teil der elektrischen Energie oder die thermische Energie zur Erwärmung genutzt werden kann, was beides zur Entlastung bzw. Leistungssteigerung der primären Energiequelle beitragt
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle, insbesondere als Bestandteil einer sekundären Energiequelle, um die Reichweite eines Fortbewegungsmittels, insbesondere des vorstehend beschriebenen Fortbewegungsmittels, in Form eines Elektroautos mit einer wiederaufkdbaren Antriebsbatterie, insbesondere als primäre Energiequelle, zu erhöhen, vorzugsweise unter Erwärmung der wiederaufladbaren Antriebsbatterie mit der Niedertemperatur-BrennstofEzelle, insbesondere mit thermischer Energie der Niedertemperatur-BrennstoffeeDe.
Der vorliegende Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine sekundäre Energiequelle, die nicht nur die primäre Energiequelle eines Elektroautos durch Zufuhr von elektrischer Energie unterstützt, sondern auch ein Heiz- und/oder Kühlsystem mit Energie versorgt, in überraschend hohem Maße zur Verlängerung der Reichweite beitragen kann. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn die sekundäre Energiequelle genutzt wird, um die primäre Energiequelle zu erwärmen. Vorteilhaft ist insbesondere, dass thermische Energie nicht elektrisch erzeugt werden muss und zur Verbesserung des Wirkungsgrads des Fortbewegungsmittels genutzt werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen beispielhaft erläutert werden, ohne dadurch die Erfindung zu beschränken.
Dabei zeigt:
Figur l eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels.
Figur l zeigt ein Fortbewegungsmittel l, insbesondere Fahr- oder Flugzeug, umfassend einen Elektroantriebsmotor 2, mindestens ein Heiz- und/oder Kühlsystem 14, 15, 16, eine primäre Energiequelle 3 und eine sekundäre Energiequelle 4, wobei die primäre Energiequelle 3 eine wiederaufladbare Antriebsbatterie umfasst oder darstellt und die sekundäre Energiequelle 4 eine Brexinstoftzelle und eine Autobatterie umfasst, wobei die primäre Energiequelle 3 dazu ausgelegt und eingerichtet ist, den Elektroantriebsmotor mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei die sekundäre Energiequelle 4 elektrische und thermische Energie bereitstellt, wobei die sekundäre Energiequelle 4 das mindestens eine Heiz- und/oder Kühlsystem 14, 15, 16 mit elektrischer und/oder thermischer Energie versorgt Hierbei ist es vorgesehen, dass die sekundäre Energiequelle 4 ein erstes Heizsystem 15 der primären Energiequelle 3 und ein erstes Heizsystem 15, welches in wärmeleitenden Kontakt mit der primären Energiequelle 3 steht, mit elektrischer und/oder thermischer Energie versorgt, wobei das Fortbewegungsmittel 1 einen Fahrgastinnenraum 6 und einen Fahrgastsitz 7 umfasst, wobei die sekundäre Energiequelle 4 ein zweites Heizsystem 14 mit elektrischer und/oder thermischer Energie versorgt, welches ausgelegt und eingerichtet ist, den Fahrgastinnenraum 6 und/oder den Fahrgastsitz 7 zu erwärmen. Im vorliegenden Fall ist das Fortbewegungsmittel 1 ein Auto und als solches gattungsgemäß mit Rädern 5, Rücklichtern 8 und einem Lenkrad 10 ausgestattet Die primäre Energiequelle 3 ist über eine Leitung 10 zur Übertragung von elektrischer Energie mit dem Elektroantriebsmotor 2 verbunden. Die sekundäre Energiequelle 4 ist über eine Fluidleitung 11 zur Übertragung von thermischer und/Oder elektrischer Energie mit dem ersten Heizsystem 15 verbunden, welches die primäre Energiequelle erwärmt. Nicht gezeigt aber denkbar ist eine Stromleitung, welche die sekundäre Energiequelle 4 zur Übertragung von elektrischer Energie an die primäre Energiequelle 3 verbindet Die sekundäre Energiequelle 4 ist über eine Leitung 13, insbesondere Fluid- oder Stromleitung, zur Übertragung von thennischer und/öder elektrischer Energie mit dem Fahrgastsitz 7 verbunden, um diesen zu erwärmen. Die sekundäre Energiequelle 4 ist über eine Leitung 12, insbesondere Fluid- oder Stromleitung, zur Übertragung von thennischer und/oder elektrischer Energie mit dem zweiten Heizsystem 14 und dem Kuhlsystem 16 verbunden. Das zweite Heizsystem 14 und das Kühlsystem 16 können in einem Temperaturkontrollsystem in demselben Gehäuse untergebracht sein.
Die in der voranstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Ansprüche 1. Fortbewegungsmittel (1), insbesondere Fahr- oder Flugzeug, umfassend
einen Elektroantriebsmotor (2), mindestens ein Heiz- und/oder Kühlsystem (14, 15, 16), eine primäre Energiequelle (3) und eine sekundäre Energiequelle (4), wobei die primäre Energiequelle (3) eine wiederaufladbare Antriebsbatterie umfasst oder darstellt und die sekundäre Energiequelle (4) eine Brennstoffzelle, insbesondere eine Brennstoffzelle und eine Autobatterie, umfasst oder darstellt,
wobei die primäre Energiequelle (3) dazu ausgelegt und eingerichtet ist, den Elektroantriebsmotor mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei die sekundäre Energiequelle (4) elektrische und thermische Energie bereitstellt und
wobei die sekundäre Energiequelle (4) ausgelegt und eingerichtet ist, das mindestens eine Heiz- und/oder Kühlsystem (14, 15, 16) mit elektrischer und/oder thermischer Energie zu versorgen.
2. Fortbewegungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die primäre Energiequelle (3) im maximal geladenen Zustand eine erste Energiekapazität der elektrischen Energie aufweist, welches um ein Vielfaches größer als eine zweite Energiekapazität der sekundären Energiequelle, insbesondere der Brennstoffzelle, im maximal geladenen Zustand ist, und/oder
dass die primäre Energiequelle (3) eine erste Maximalleistung und/oder eine erste Dauerleistung aufweist, welche um ein Vielfaches größer als eine zweite Maximalleistung und/oder eine zweite Dauerleistung der sekundären Energiequelle, insbesondere der Brennstoffzelle, ist.
3. Fortbewegungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die sekundäre Energiequelle (4), insbesondere die Brennstoffzelle, ausgelegt und eingerichtet ist, die primäre Energiequelle (3) zu erwärmen, insbesondere wobei thermische Energie der sekundären Energiequelle (4) auf die primäre Energiequelle (3) übertragbar ist.
4. Fortbewegungsmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens eine Heizsystem ein erstes Heizsystem (15) ist oder umfasst, wobei die primäre Energiequelle (3) das erste Heizsystem (15) aufweist oder mit diesem in wärmeleitenden Kontakt steht, und die sekundäre Energiequelle (4) ausgelegt und eingerichtet ist, besagtes erste Heizsystem (15) mit elektrischer und/oder thermischer Energie zu versorgen, und/oder
das mindestens eine Heizsystem ein zweites Heizsystem (14) ist oder umfasst, wobei das Fortbewegungsmittel (1) einen Fahrgastinnenraum (6) und einen Fahrgästsitz (7) aufweist, wobei die sekundäre Energiequelle (4), insbesondere die Brennstoffzelle, ausgelegt und eingerichtet ist, das zweite Heizsystem (14), insbesondere in Form einer Standheizung, mit elektrischer und/oder thennischer Energie zu versorgen, und wobei dieses zweite Heizsystem (14) ausgelegt und eingerichtet ist, den Fahrgastinnenraum (6) und/oder den Fahrgastsitz (7) zu erwärmen.
5. Fortbewegungsmittel nach Anspruch 4, ferner umfassend
ein Kontrollsystem und einen Temperatursensor, wobei der Temperatursensor ausgelegt und eingerichtet ist, ein, insbesondere elektrisches, Signal auszugeben, das repräsentativ für eine Temperatur der primären Energiequelle ist, wobei das Kon- trollsystem ausgelegt und eingerichtet ist, basierend auf dem elektrischen Signal das erste Heizsystem (15) zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand hin und her zuschalten, wobei die sekundäre Energiequelle (4) ausgelegt und eingerichtet ist, das mindestens eine erste Heizsystem (15) in dem ersten Zustand mit elektrischer und/oder thermischer Energie zu versorgen und in dem zweiten Zustand mit weniger oder nicht mit elektrischer und/oder thermischer Energie zu versorgen.
6. Fortbewegungsmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Heizsystem, insbesondere das erste und/oder zweite Heizsystem, ausgelegt und eingerichtet ist, mit dem Abgas der Brennstoffzelle betrieben zu werden, insbesondere mit Abgas enthaltend oder bestehend aus Wasserdampf, vorzugsweise wobei das Abgas durch eine Fluidleitung von der Brennstoffzelle zur primären Energiequelle leitbar ist.
7. Fortbewegungsmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Fortbewegungsmittel (1) einen Fahrgastinnenraum (6) und einen Fahrgastsitz (7) umfasst, wobei die sekundäre Energiequelle (4), insbesondere die Brennstoffzelle, ausgelegt und eingerichtet ist, ein Kühlsystem, insbesondere eine Klimaanlage (16), mit elektrischer und/oder thermischer Energie zu versorgen, welches ausgelegt und eingerichtet ist, den Fahrgastinnenraum (6) und/oder den Fahrgastsitz (7) zu kühlen.
8. Fortbewegungsmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die sekundäre Energiequelle (4) eine alkalische Brennstoffzelle, insbesondere mit einer Kaliumhydroxidlösung als Elektrolyt, oder eine Polymer-Elektrolyt- Brennstoffzelle mit einer festen Polymer-Membran als Elektrolyt oder eine Phosphorsäure-Brennstoffzelle mit Phosphorsäure als Elektrolyt umfasst, wobei der Brennstoff jeweils Wasserstoff umfasst, oder
dass die sekundäre Energiequelle (4) eine IMrekt-Methanol-Brennstofrzelle mit Methanol als Brennstoff ist, vorzugsweise mit einem Sulfonsäurepolymer als Membran.
9. Fortbewegungsmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die sekundäre Energiequelle (4) eine Niedrigtemperahir-Brennstoffzelle ist, vorzugsweise eine Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle ausgelegt und eingerichtet für eine Betriebstemperatur im Bereich von 60 bis 140 °C, insbesondere im Bereich von 70bis ioo°C
10. Verfahren zum Starten eines Fortbewegungsmittels, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend
einen Elektroantriebsmotor (2), mindestens ein Heiz- und/oder Kühlsystem (14, 15, 16), eine primäre Energiequelle (3) und eine sekundäre Energiequelle (4}, wobei die primäre Energiequelle (3) eine wiederaufladbare Antriebsbatterie umfasst oder darstellt und die sekundäre Energiequelle (4) eine Brennstoffzelle umfasst oder darstellt,
wobei die primäre Energiequelle (3) dazu ausgelegt und eingerichtet ist, den Elektroantriebsmotor mit elektrischer Energie zu versorgen,
wobei die sekundäre Energiequelle (4), insbesondere die Brennstoffzelle ausgelegt und eingerichtet ist, elektrische und thermische Energie bereitzustellen,
wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
a) Erzeugung von thermischer Energie und/oder elektrischer Energie mittels der sekundären Energiequelle, insbesondere mittels der Brennstoffzelle, b) Transfer der besagten thermischen Energie und/oder elektrischen Energie an die primäre Energiequelle unter Erwärmung der primären Energiequelle auf eine Betriebstemperatur und/oder eine Starttemperatur und c) Erzeugung von elektrischer Energie in der erwärmten primären Energiequelle (3).
11, Verwendung einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle, um die Reichweite eines
Fortbewegungsmittels (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, vorzugsweise in Form eines Elektroautos» mit einer wiederaufladbaren Antriebsbatterie zu erhöhen, vorzugsweise durch Erwärmung der wiederaufladbaren Antriebsbatterie mit der Niedertemperatur-Brennstoffzelle, insbesondere mit Abgas der Niedertemperatur-Brennstoffzelle.
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