WO2002053406A1 - Kraftfahrzeug mit einem elektromotorantrieb und einer bordstromversorgung - Google Patents

Kraftfahrzeug mit einem elektromotorantrieb und einer bordstromversorgung Download PDF

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Manfred Poppinger
Joachim Grosse
Rolf BRÜCK
Meike Reizig
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    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/003—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to auxiliary motors, e.g. for pumps, compressors
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/003—Starting of engines by means of electric motors said electric motor being also used as a drive for auxiliaries, e.g. for driving transmission pumps or fuel pumps during engine stop

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle with an electric motor drive and an on-board power supply for which a fuel cell system is used.
  • fuel cell systems are to be used to supply energy to an electric motor. It has also already been proposed to only carry out the on-board power supply via a fuel cell system in motor vehicles with an internal combustion engine. This can be provided as an alternative or in addition to the alternator that is usually present.
  • the supply with a fuel for example with hydrogen or a hydrogen-rich fuel gas, on the one hand and with air on the other hand is necessary. Furthermore, coolants are also usually required.
  • the object of the present invention is to provide improvements in a motor vehicle of the type mentioned at the outset.
  • an air conditioning system with cooling air is created specifically for motor vehicles, the functionality and operation of which is always guaranteed, ie independently of the operation of the motor vehicle drive motor.
  • the air conditioning system includes an air conditioning compressor that is supplied by an electric drive. With the drive motor of the vehicle, the air conditioning compressor is connected via an electric transmission.
  • the drive of the motor vehicle can be, for example, a hybrid drive, i.e. there is a choice between the combustion engine and the electric motor.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle with a fuel cell module and
  • FIG. 2 shows a novel design of an air conditioning system for the motor vehicle according to FIG. 1.
  • a motor vehicle (KFZ) is designated 1.
  • the motor vehicle has a drive 3, which can be an electric motor, but also a hybrid drive consisting of an electric motor and an internal combustion engine.
  • a fuel cell system with at least one fuel cell module 10 is provided specifically for the electrical supply.
  • the fuel cell module 10 is arranged under the floor 2 of the motor vehicle 1 or in a free space formed by the intermediate floor 2.
  • An exhaust pipe 8 is also indicated, from which the process water formed when the fuel cell module is operated with pure hydrogen and oxygen or air can escape, with the use of hydrogen-rich gases with secondary constituents.
  • the target temperature in the passenger compartment 9 of the motor vehicle ⁇ s 1 is usually specified, taking into account the current actual temperature in the passenger compartment 9 and the respective outside temperature controlled an air conditioning compressor system for generating cooling air.
  • an air conditioning compressor system is described below with reference to FIG. 2.
  • the air conditioning system is essentially characterized by the air conditioning compressor 25, which is connected to the passenger compartment 9 of the motor vehicle 1 by means of fluid lines for conditioned air and is supplied by a drive. There is a temperature sensor 9A and a temperature-controlled control device 55, which supplies control signals for the air conditioning compressor 25.
  • the electric drive for the air conditioning compressor 25 is usually the drive 3 of the motor vehicle, provided that the motor vehicle 1 has an electric motor 45 or a hybrid drive including an electric motor 45.
  • the air conditioning compressor 25 is connected to the hybrid motor (not shown in detail here) via an electrical gear 35, or the electric motor 45 is connected to the air conditioning compressor 25 via an electrical gear 35.
  • the electric motor 45 it is also possible for the electric motor 45 to be designed as a separate drive for the air conditioning compressor 25, but also as a multifunctional motor.

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Abstract

Für die Bordstromversorgung können Brennstoffzellenmodule eingesetzt werden. Gemäß der Erfindung ist weiterhin eine Klimaanlage mit Kühlluft vorhanden, die einen Klimakompressor (25) umfasst, der von den vorhandenen elektrischen Mitteln versorgt wird. Die elektrischen Mittel können entweder der Hybridantrieb des Kraftfahrzeuges oder aber auch ein von ei-nem vorhandenen Brennstoffzellenmodul angetriebener separater Elektromotor sein. Dafür eignen sich insbesondere HT-PEM-Brennstoffzellen.

Description

Beschreibung
Kraftfahrzeug mit einem Elektromotorantrieb und einer Bordstromversorgung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotorantrieb und einer Bordstromversorgung, für die eine BrennstoffZellenanlage eingesetzt wird.
In Verbindung mit Kraftfahrzeugen sollen Brennstoffzellenan- lagen zur Energieversorgung eines Elektromotors eingesetzt werden. Es ist bereits auch vorgeschlagen worden, bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor lediglich die Bordstromversorgung über eine Brennstoffzellenanlage vorzunehmen. Dies kann alternativ oder ergänzend zur üblicherweise vorhandenen Lichtmaschine vorgesehen sein.
Für den Betrieb der Brennstoffzellen ist die Versorgung mit einem Brennstoff, beispielsweise mit Wasserstoff oder einem wasserstoffreichen Brenngas, einerseits und mit Luft andererseits notwendig. Weiterhin sind auch üblicherweise Kühlmittel erforderlich.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, bei einem Kraftfahr- zeug der eingangs genannten Art für Verbesserungen zu sorgen.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Mit der Erfindung ist speziell für Kraftfahrzeuge eine Klimaanlage mit Kühlluft geschaffen, deren Funktionsfähigkeit und Betrieb immer, d.h. unabhängig vom Betrieb des KFZ-Antriebs- motors gewährleistet ist. Zur Erzeugung der Kühlluft umfasst die Klimaanlage einen Klimakompressor, der von einem elektrischen Antrieb versorgt wird. Mit dem Antriebsmotor des Kraft- fahrzeuges ist der Klimakompressor über ein elektrisches Getriebe verschaltet.
Bei der Erfindung sind zur Erzeugung der Kühlluft elektrische Mittel vorhanden. Vorteilhafterweise, aber nicht ausschließlich wird dafür eine BrennstoffZeilenanlage eingesetzt. Der Antrieb des Kraftfahrzeuges kann dabei beispielsweise ein Hybridantrieb sein, d.h. es ist eine Wahlmöglichkeit zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor vorhanden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen
Figur 1 ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellenmodul und Figur 2 eine neuartige Konzipierung einer Klimaanlage für das Kraftfahrzeug gemäß Figur 1.
In der Figur 1 ist ein Kraftfahrzeug (KFZ) mit 1 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug hat einen Antrieb 3, der ein Elektromotor, aber auch ein Hybridantrieb aus Elektromotor und Verbrennungsmotor, sein kann. Speziell zur elektrischen Versorgung ist eine BrennstoffZeilenanlage mit wenigstens einem Brenn- stoffzellenmodul 10 vorhanden. Das Brennstoffzellenmodul 10 ist unter dem Boden 2 des KFZ 1 bzw. in einem von Zwischenboden 2 gebildeten freien Raum angeordnet. Angedeutet ist weiterhin ein Auspuff 8, aus dem bei Betrieb des Brennstoffzellenmoduls mit reinem Wasserstoff und Sauerstoff bzw. Luft das entstehende Prozesswasser, bei Verwendung von wasserstoffreichen Gasen mit Nebenbestandteilen letztere entweichen können.
Kraftfahrzeuge haben in zunehmendem Maße Klimaanlagen als Standardausrüstung. Bei einer solchen Klimaanlage wird übli- cherweise die Solltemperatur im Fahrgastraum 9 des KFZλs 1 vorgegeben und unter Berücksichtigung der aktuellen Isttemperatur im Fahrgastraum 9 und der jeweiligen Außentemperatur ein Klimakompressorsystem zur Erzeugung von Kühlluft angesteuert. Ein solches Klimakompressorsystem wird weiter unten anhand der Figur 2 beschrieben.
Die bisher verwendeten Klimaanlagen mit Kühlmittelumlauf und zugehörigen elektrischen Steuereinheiten benötigen vergleichsweise große Leistungen, die nur bei Betrieb des Fahrantriebs des KFZ sicher zur Verfügung gestellt werden können.
In der Figur 2 ist die Klimaanlage im Wesentlichen durch den Klimakompressor 25 charakterisiert, der mit dem Fahrastraum 9 des KFZ 1 mittels Fluidleitungen für klimatisierte Luft verbunden ist und von einem Antrieb versorgt wird. Es ist ein Temperatursensor 9A und eine temperaturgesteuerte Regelein- richtung 55 vorhanden, die Steuersignale für den Klimakompressor 25 liefert.
Der elektrische Antrieb für den Klimakompressor 25 ist üblicherweise der Antrieb 3 des Kraftfahrzeuges, sofern das KFZ 1 einen Elektromotor 45 oder einen Hybridantrieb unter Ein- schluss eines Elektromotors 45 hat. In diesem Fall ist der Klimakompressor 25 mit dem hier nicht im Einzelnen dargestellten Hybridmotor über ein elektrisches Getriebe 35 verschaltet, bzw. der Elektromotor 45 ist über ein elektrisches Getriebe 35 mit dem Klimakompressor 25 verschaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass der Elektromotor 45 als eigener Antrieb des Klimakompressors 25, aber auch als Multifunktions- rαotor ausgebildet ist.
Zur Erzeugung der Kühlluft können aber auch andere elektrische Mittel verwendet werden, bevorzugt die zur Bordstromversorgung bereits vorhandene Brennstoffzellenanlage mit Brennstoffzellenmodul 10. Dafür ist in der Figur 2 ein Abzweig zur Brennstoffzellenmodul 10 der Figur 1 angedeutet. Das Brenn- stoffzellenmodul 10 versorgt in geeigneter Weise den Klimakompressor 25 mit elektrischer Leistung. ω M M P1 P> o Cπ o Cπ o Cπ
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Claims

Patentansprüche
1. Kraftfahrzeug mit einem Elektromotorantrieb und einer Bordstromversorgung, für die wenigstens ein Brennstoffzellen- modul eingesetzt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Klimaanlage (25 -55) mit einem durch einen elektrischen Antrieb betriebenen Klimakompressor (25) für Kühlluft vorhanden ist.
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Klimakompressor (25) ein Elektrogetriebe (35) und/oder ein Elektromotor (45) vorgeschaltet sind.
3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Regelung des Klimakompressors (25) eine temperaturgesteuerte Regeleinrichtung (55) vorhanden ist.
4. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Klimakompressor (25) mit dem Antriebsmotor (3) über ein elektrisches Getriebe (35) verschaltet ist
5. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Erzeugung der Kühlluft weitere elektrische Mittel (10, 35, 45) vorhanden sind.
6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als elektrische Mittel eine Brennstoffzellenanlage (10) vorhanden sind.
7.Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Latentwärme-Zwischenspeicher (30) zwischengeschaltet ist.
8. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Elektromotorantrieb (3) Teil eines Hybridmotors ist.
9. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Brennstoffzellenmodul (10) PEM-Brennstoffzellen enthält.
10. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Brennstoffzellenmodul (10) HT-PEM-Brennstoffzellen enthält,
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