WO2009056089A1 - Klimatisierungssystem für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2009056089A1
WO2009056089A1 PCT/DE2008/001620 DE2008001620W WO2009056089A1 WO 2009056089 A1 WO2009056089 A1 WO 2009056089A1 DE 2008001620 W DE2008001620 W DE 2008001620W WO 2009056089 A1 WO2009056089 A1 WO 2009056089A1
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air conditioning
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vehicle
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Manfred Pfalzgraf
Stephan Müller von Kralik
Michael Süßl
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Enerday Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an air conditioning system for a vehicle having a first battery system, comprising:
  • a fuel cell system (14) adapted to generate electrical energy
  • a first refrigerant circuit (16) comprising an electrically driven compressor (18).
  • the invention relates to a method for operating an air-conditioning system for a vehicle having a first battery system, with the following steps:
  • the present invention has for its object to further develop the generic air conditioning systems such that a stationary air conditioning for longer periods is possible without affecting the operation of other vehicle components adversely.
  • the air conditioning system according to the invention builds on the generic state of the art in that it further comprises a controller which is adapted to bring the air conditioning system into a first operating mode in which the electrically driven compressor is supplied with electrical energy generated by the fuel cell system, without burdening the first battery system.
  • a controller which is adapted to bring the air conditioning system into a first operating mode in which the electrically driven compressor is supplied with electrical energy generated by the fuel cell system, without burdening the first battery system.
  • this solution ensures that the first battery system required, for example, for starting the drive motor in the first operating mode, which may in particular be a stationary air conditioning mode, is not loaded in any way.
  • the controller can, for example, cause the first battery system to be galvanically separated from the air conditioning system according to the invention, at least during stationary air conditioning phases.
  • the first battery system can be provided for supplying safety-relevant devices, for example for supplying navigation devices, position lights and the like.
  • the air conditioning system comprises a second battery system that can be charged with electrical energy generated by the fuel cell system and at least partially supplies the energy required to supply the electrically driven compressor in the first operating mode at least partially.
  • the second battery system can supply the fuel cell system with electrical energy in its start phase.
  • this first battery system is not loaded even in the starting phase of the fuel cell system.
  • the second battery system comprises one or more lithium-ion accumulators.
  • Lithium-ion batteries are characterized by a high energy density, with the usable
  • lithium-ion batteries are comparatively small and light.
  • lithium-polymer batteries or lithium titanate batteries are comparatively small and light.
  • the air conditioning system comprises a heat exchanger, and that the controller is designed to bring the air conditioning system into a second operating mode, in which the fuel cell system produces witnessed heat can be introduced through the heat exchanger in the interior of the vehicle.
  • the heat can be introduced either directly via an air flow or indirectly via a suitable fluid circuit in the interior of the vehicle.
  • electrical heating devices can of course also be provided which are preferably supplied with electrical energy by the fuel cell system and / or, if present, by the second battery system.
  • the first refrigerant circuit is part of a stationary air conditioning, which can be operated independently of any arranged in the vehicle second refrigeration circuit.
  • a stationary air conditioning which can be operated independently of any arranged in the vehicle second refrigeration circuit.
  • the fuel line system comprises a reformer which is designed to produce a hydrogen-containing reformate from fuel and oxidant present in a vehicle tank.
  • Suitable fuels include but are not limited to gas, gasoline or diesel in particular.
  • the fuel cell system can then be supplied with fuel by an already existing in the vehicle or a separate fuel extraction device.
  • the controller and / or components of the fuel cell system can be supplied with electrical energy by the first battery system. If, for example, all the battery systems present in the vehicle can be coupled to each other and / or with different consumers and also separated again, an extremely flexible energy management can be achieved, so that the energy available in the vehicle can be optimally utilized in each case.
  • the fuel cell system is an SOFC system.
  • Such solid oxide fuel cells are high-temperature fuel cells which can be operated, for example, at an operating temperature of 800 to 1000 ° C.
  • This fuel cell type is characterized in particular by a particularly high system efficiency and is therefore very well suited for mobile applications.
  • the inventive method is based on the generic state of the art in that the air conditioning system supplies the electrically drivable compressor in a first operating mode with the electrical energy generated by the fuel cell system, without thereby burdening the first battery system.
  • the properties and advantages explained in connection with the air-conditioning system according to the invention result in the same or a similar manner, and therefore avoid repetition the corresponding statements in connection with the air conditioning system according to the invention is referenced.
  • the method according to the invention preferably comprises the following further step:
  • the following step is furthermore preferred:
  • the second battery system (24) comprises one or more lithium-ion accumulators.
  • the method according to the invention may comprise the following step: in a second mode of operation, introducing heat generated in the fuel cell system into the interior of the vehicle.
  • the method according to the invention may comprise the following further step:
  • the following further step is also classified as advantageous for the method according to the invention: Supplying the controller and / or components of the fuel cell system with stored in the second battery system electrical energy.
  • the fuel cell system is an SOFC system.
  • the present invention is applicable in connection with a wide variety of vehicle types.
  • all motor vehicles motor vehicle trailers (in particular also suitable for animal transport vehicle trailer), hybrid vehicles, electric vehicles (also not approved for public transport electric vehicles such as golf carts), motor boats, sailboats and all rail and aircraft into consideration.
  • Figure 1 is a schematic block diagram of a first
  • Embodiment of the air conditioning system according to the invention which is also suitable for carrying out the method according to the invention;
  • Figure 2 is a schematic block diagram of a second
  • FIG. 3 is a schematic block diagram of a third
  • Embodiment of the air conditioning system according to the invention which is also suitable for carrying out the method according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic block diagram of a fourth
  • Embodiment of the air conditioning system according to the invention which in turn is suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the block 12 designates a vehicle, it being assumed in the context of this example that it is a passenger car.
  • vehicle 12 includes an air conditioning system 10, with an SOFC system 14 and a first refrigerant circuit 16.
  • the first refrigerant circuit 16 may be part of a stationary air conditioning module and includes an electrically driven compressor 18, which is also a hybrid compressor can, as well as more for the
  • the first refrigerant circuit 16 is provided in the illustrated case in addition to a second refrigerant circuit 36, wherein the second refrigerant circuit 36 may include, for example, a mechanically and electrically driven, so-called hybrid compressor.
  • the second cooling circuit 36 may be a cooling circuit provided in the vehicle 12 anyway.
  • the vehicle 12 further includes a first battery system 20, a third battery system 38, and a fourth battery system 20.
  • System 40 The first battery system 20 may be, for example, the standard vehicle battery, while the third battery system 38 may be associated with a hybrid drive.
  • the fourth battery system 40 represents any other battery system.
  • the fuel cell system 14 is associated with a reformer 28 which communicates via lines shown in phantom with a vehicle tank 30, so that the reformer 28 via a fuel extraction device 42 fuel can be supplied.
  • the reformer 28 possibly too much supplied fuel can be introduced via a corresponding return line back into the vehicle tank 30.
  • the fuel cell system 14 is further associated with a controller 22 which communicates via the lines shown in dashed lines with the first refrigerant circuit 16, the second refrigerant circuit 36 and the fuel extraction device 42 in order to control or regulate. Between the
  • Fuel cell system 14 and the controller 22 are of course also suitable, but not shown compounds provided so that the controller 22 can also control the fuel cell system 14 in a suitable manner.
  • a second battery system 24 in the form of a lithium-ion accumulator is furthermore provided. All battery systems 20, 24, 38, 40 can be charged by streams shown in solid line and discharged by dotted streams. Furthermore, the dotted arrows between the fuel cell system 14 and the control Ler 22 and the first refrigerant circuit 16 and the second refrigerant circuit 36, that can also be done via these connections, a power supply. According to the illustration of FIG. 1, the first battery system 20, the third battery system 38 and the fourth battery system 40 are also connected to the fuel cell system 14 via the controller 22 so that these battery systems can also be charged via the fuel cell system 14 It is also conceivable to supply the fuel cell system 14 with electrical energy from these battery systems during the starting phase, for example. However, embodiments are also conceivable in which only the second battery system 24 is connected to the fuel cell system 14 via the controller 22.
  • the basic idea of the present invention is that the controller 22 is able to bring the air-conditioning system 10 into a first operating mode in which the electrically drivable compressor 18 of the
  • Fuel cell system 14 is supplied electrical energy generated without the first battery system 20 and the third battery system 38 or the fourth battery system 40 are charged.
  • all battery systems except for the second battery system 24 are galvanically decoupled from the first cooling circuit 16 and, if the second cooling circuit 36 is electrically drivable, also from the second cooling circuit 36 via suitable circuit breakers.
  • the electrically drivable compressor 18 is supplied via the second battery system 24 with the electrical energy generated by the fuel cell system 14.
  • the second battery system 24 assumes the function of a buffer in the illustrated case that in particular the first refrigerant circuit 16 can be operated even when the fuel cell system 14 is not yet working at full power.
  • the second battery system 24 can also be used to at least partially supply the electrical energy required for starting the fuel cell system 14.
  • the heat exchanger 32 assigned to the fuel cell system 14 is used. About this heat exchanger 32 can be supplied to the interior 26 of the fuel cell system 14 generated waste heat anyway. This can take place directly via an air flow or indirectly via a suitable fluid circuit.
  • the air conditioning system according to FIG. 1 thus makes it possible, especially in the state of the vehicle 12, to air-condition the interior 26 without loading the battery systems 20, 38, 40.
  • the fuel cell system 14 is an SOFC system and that the second battery system 20 has at least one lithium-ion accumulator.
  • FIG. 2 shows a simplified embodiment compared with the illustration of FIG. 1, in which only the first battery system 20 and the second battery system 24 are present, wherein the first battery system 20 is not provided by the fuel cell system 14, but by other devices, not shown, for example Alternator, being charged.
  • FIG. 3 shows a further simplified embodiment compared with the representation of FIG. 2, in which the first cooling circuit 16 and / or the second cooling circuit 36 are supplied with electrical energy exclusively via the fuel cell system 14 or the controller 22, ie only indirectly from the second battery system 24 , which is also connected to the fuel cell system 14, via the controller 22.
  • FIG. 4 shows an embodiment which is even more simplified than the representation of FIG. 3, in which only one of the refrigeration circuits 16 and 36 is provided, in which case preferably both the auxiliary air conditioning and the air conditioning during driving via the only existing refrigeration circuit 16 or 36 he follows.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem (10) für ein ein erstes Batteriesystem (20) aufweisendes Fahrzeug (12), mit: - einem Brennstoffzellensystem (14), das dazu ausgelegt ist, elektrische Energie zu erzeugen, und - einem ersten Kältekreis (16), der einen elektrisch antreibbaren Kompressor (18) umfasst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass es weiterhin einen Controller (22) aufweist, der dazu ausgelegt ist, das Klimatisierungssystem (10) in einen ersten Betriebsmodus zu bringen, in dem der elektrisch antreibbare Kompressor (18) mit von dem Brennstoffzellensystem (14) erzeugter elektrischer Energie versorgt wird, ohne dass das erste Batteriesystem (20) belastet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eins Klimatisierungssystems.

Description

Klimatisierungssystem für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem für ein ein erstes Batteriesystem aufweisendes Fahrzeug, mit:
einem Brennstoffzellensystem (14), das dazu ausgelegt ist, elektrische Energie zu erzeugen, und
einem ersten Kältekreis (16) , der einen elektrisch antreibbaren Kompressor (18) umfasst.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrei- ben eines Klimatisierungssystems für ein ein erstes Batteriesystem aufweisendes Fahrzeug, mit den Schritten:
Erzeugen von elektrischer Energie mit einem Brennstoffzellensystem, und
Antreiben eines elektrisch antreibbaren Kompressors, der Bestandteil eines ersten Kältekreises ist.
Als Fahrzeug kommen in beiden Fällen sämtliche Luft-, Was- ser- und Landfahrzeuge in Betracht, unabhängig davon, ob sie über einen eigenen Antriebsmotor verfügen oder nicht.
Aufgrund von steigenden Komfortanforderungen gewinnt die Standklimatisierung von Fahrzeugen zunehmend an Bedeutung, wobei unter den Begriff Standklimatisierung im vorliegenden Zusammenhang sowohl ein Kühlen als auch ein Heizen des Fahrzeuginnenraums fällt. Beispielsweise im Bereich der Standklimatisierung von Nutz- oder Personenkraftwagen wurden bereits Lösungen vorgeschlagen, bei denen ein ohnehin im Kraftfahrzeug vorhandener Kältekreis mit einem aus- schließlich elektrisch antreibbaren Kompressor oder mit einem sowohl elektrisch als auch mechanisch antreibbaren Hybridkompressor ausgestattet wird, der im Standbetrieb von der solchen Kraftfahrzeugen üblicherweise zugeordneten Bat- terie mit elektrischer Energie versorgt wird. Ein Problem derartiger Lösungen besteht darin, dass der Energieverbrauch von elektrisch antreibbaren Kompressoren (und weiterer Komponenten des Kältekreises) relativ hoch ist, so dass die Fahrzeugbatterie vergleichsweise schnell entladen wird, weshalb entweder nur sehr kurze Standklimatisierungs- zeiträume möglich sind oder beispielsweise das Risiko eines nicht mehr startbaren Antriebsmotors in Kauf genommen werden muss. Zur Lösung dieses Problems wurde bereits vorgeschlagen, die Fahrzeugbatterie durch ein im Fahrzeug mitge- führtes Brennstoffzellensystem zu laden. Doch selbst bei dieser Lösung kann es vorkommen, dass die Fahrzeugbatterie durch die Standklimatisierung so weit entladen wird, dass ein ordnungsgemäßer Betrieb des Fahrzeugs nicht mehr möglich ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Klimatisierungssysteme derart weiterzuentwickeln, dass eine Standklimatisierung über längere Zeiträume möglich wird, ohne die Funktionsweise von anderen Fahrzeugkomponenten nachteilig zu beeinflussen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass es weiterhin einen Controller aufweist, der dazu ausgelegt ist, das Klimatisierungssystem in einen ersten Betriebsmodus zu bringen, in dem der elektrisch antreibbare Kompressor mit von dem Brennstoffzellensystem erzeugter elektrischer Energie versorgt wird, ohne dass das erste Batteriesystem belastet wird. Beispielsweise im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen wird durch diese Lösung sichergestellt, dass das beispielsweise zum Start des Antriebsmotors erforderliche erste Batteriesystem in dem ersten Betriebsmodus, der insbesondere ein Standklimatisierungsmodus sein kann, in keiner Weise belastet wird. Um dies sicherzustellen, kann der Controller beispielsweise veranlassen, dass das erste Bat- teriesystem zumindest während Standklimatisierungsphasen galvanisch von dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem getrennt wird. Anstelle einer galvanischen Trennung kommt selbstverständlich auch ein Entladeschutz in Form von in den entsprechenden Stromkreis geschalteten Dioden und der- gleichen in Frage. Wenn es sich bei dem zu klimatisierenden Fahrzeug beispielsweise um ein Segelboot ohne eigenen Antriebsmotor handelt, kann das erste Batteriesystem zur Versorgung von sicherheitsrelevanten Einrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise zur Versorgung von Navigationsgeräten, Positionslichtern und dergleichen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems ist vorgesehen, dass es ein zweites Batteriesystem umfasst, das mit von dem Brennstoffzellen- System erzeugter elektrischer Energie geladen werden kann und das in dem ersten Betriebsmodus zumindest zeitweise die zur Versorgung des elektrisch antreibbaren Kompressors erforderliche Energie zumindest teilweise liefert. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine Standklimatisierung des Fahrzeugs auch dann schon zu beginnen, wenn das Brennstoffzellensystem noch nicht in Betrieb ist oder noch nicht die volle Leistung liefert.
Im vorliegend erläuterten Zusammenhang wird weiterhin bevorzugt, dass das zweite Batteriesystem das Brennstoffzel- lensystem in dessen Startphase mit elektrischer Energie versorgen kann. Obwohl es grundsätzlich natürlich möglich ist, die zum Start des Brennstoffzellensystems erforderliche Energie durch das dem Fahrzeug ohnehin zugeordnete erste Batteriesystem zur Verfügung zu stellen, wird bevorzugt, dass dieses erste Batteriesystem auch in der Startphase des Brennstoffzellensystems nicht belastet wird.
Im Zusammenhang mit dem zweiten Batteriesystem wird es als besonders vorteilhaft erachtet, wenn vorgesehen ist, dass das zweite Batteriesystem einen oder mehrere Lithium- Ionen- Akkumulatoren umfasst . Lithium- Ionen-Akkumulatoren zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte aus, wobei die nutzbare
Lebensdauer mehrere Jahre beträgt. Im Vergleich zu herkömmlichen Akkumulatoren sind Lithium- Ionen-Akkumulatoren vergleichsweise klein und leicht. Selbstverständlich können erfindungsgemäß nicht nur Lithium- Ionen-Akkumulatoren als solche eingesetzt werden, sondern auch entsprechende Weiterentwicklungen, wie beispielsweise Lithium-Polymer- Akkumulatoren oder Lithium-Titanat-Akkumulatoren.
Gemäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems ist vorgesehen, dass es einen Wärmetauscher umfasst, und dass der Controller dazu ausgelegt ist, das Klimatisierungssystem in einen zweiten Betriebsmodus zu bringen, in dem von dem Brennstoffzellensystem er- zeugte Wärme über den Wärmetauscher in den Innenraum des Fahrzeugs eingebracht werden kann. Die Wärme kann dabei entweder direkt über einen Luftstrom oder indirekt über einen geeigneten Flüssigkeitskreislauf in den Innenraum des Fahrzeugs eingebracht werden. Zusätzlich oder alternativ können selbstverständlich auch elektrische Heizeinrichtungen vorgesehen sein, die vorzugsweise von den Brennstoffzellensystem und/oder, soweit vorhanden, von dem zweiten Batteriesystem mit elektrischer Energie versorgt werden.
In vielen Fällen wird es als vorteilhaft erachtet, dass der erste Kältekreis Bestandteil einer Standklimaanlage ist, die unabhängig von einem etwaigen im Fahrzeug angeordneten zweiten Kältekreis betrieben werden kann. Solche Lösungen kommen beispielsweise im Rahmen von Kraftfahrzeugnachrüstungen in Betracht. In solchen Fällen weist das Fahrzeug üblicherweise bereits einen Kältekreis mit einem vom Antriebsmotor des Fahrzeugs mechanisch antreibbaren Kompressor auf und das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem kann insbesondere zu Zwecken der Standklimatisierung nachgerüstet werden.
Insbesondere wenn das Fahrzeug ohnehin mit einem Kraftstofftank ausgestattet ist, wird bevorzugt, dass das Brenn- stoffZeilensystem einen Reformer umfasst, der dazu ausgelegt ist, aus in einem Fahrzeugtank befindlichem Kraftstoff und Oxidationsmittel ein wasserstoffhaltiges Reformat zu erzeugen. Als entsprechender Kraftstoff kommen, ohne darauf beschränkt zu sein, insbesondere Gas, Benzin oder Diesel in Betracht. Je nach Ausführungsform kann das Brennstoffzel- lensystem dann durch eine ohnehin im Fahrzeug vorhandene oder eine separate Kraftstoffentnahmevorrichtung mit Kraftstoff versorgt werden. Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Controller und/oder Komponenten des Brennstoffzellensys- tems von dem ersten Batteriesystem mit elektrischer Energie versorgt werden können. Wenn beispielsweise alle im Fahrzeug vorhandenen Batteriesysteme je nach Betriebsmodus untereinander und/oder mit verschiedenen Verbrauchern gekoppelt und auch wieder getrennt werden können, lässt sich ein äußerst flexibles Energiemanagement erzielen, so dass die im Fahrzeug gerade zur Verfügung stehende Energie jeweils optimal genutzt werden kann.
Als besonders vorteilhaft werden alle Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems angesehen, bei de- nen vorgesehen ist, dass das Brennstoffzellensystem ein SOFC-System ist. Bei derartigen Festoxidbrennstoffzellen handelt es sich um Hochtemperatur-Brennstoffzellen, die beispielsweise bei einer Betriebstemperatur von 800 bis 1000 0C betrieben werden können. Dieser Brennstoffzellentyp zeichnet sich insbesondere durch einen besonders hohen Systemwirkungsgrad aus und ist daher auch für mobile Anwendungen sehr gut geeignet .
Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass das KlimatisierungsSystem den elektrisch antreibbaren Kompressor in einen ersten Betriebsmodus mit von dem Brennstoffzellensystem erzeugter elektrischer Energie versorgt, ohne dadurch das erste Batteriesystem zu belasten. Dadurch ergeben sich die im Zusam- menhang mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem erläuterten Eigenschaften und Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem verwiesen wird.
Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Aus- führungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen auch diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem verwiesen wird.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den folgenden weiteren Schritt:
Laden eines zweiten Batteriesystems mit von dem Brennstoffzellensystem erzeugter elektrischer Energie, um in dem ersten Betriebsmodus zumindest zeitweise die zur Versorgung des elektrisch antreibbaren Kompressors erforderliche Energie zumindest teilweise über das zweite Batteriesystem liefern zu können.
Für das erfindungsgemäße Verfahren wird weiterhin der folgende Schritt bevorzugt :
Versorgen des Brennstoffzellensystems, in dessen Startphase, mit elektrischer Energie aus dem zweiten Batteriesystem.
Auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es als vorteilhaft erachtet, dass das zweite Batteriesystem (24) einen oder mehrere Lithium- Ionen-Akkumulatoren umfasst.
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren den folgenden Schritt umfassen: in einem zweiten Betriebsmodus, Einbringen von in dem Brennstoffzellensystem erzeugter Wärme in den Innenraum des Fahrzeugs .
Der folgende Schritt wird ebenfalls als vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren betrachtet:
Betreiben einer den ersten Kältekreis umfassenden Standklimaanlage, unabhängig von einem etwaigen im Fahrzeug angeordneten zweiten Kältekreis.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der folgende weitere Schritt vorgesehen:
Erzeugen von wasserstoffhaltigem Reformat aus in einem Fahrzeugtank befindlichem Kraftstoff und Oxidations- mittel mit einem dem Brennstoffzellensystem zugeordne- ten Reformer.
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren den folgenden weiteren Schritt umfassen:
- Versorgen des Controllers und/oder von Komponenten des
Brennstoffzellensystems mit in dem ersten Batteriesystem gespeicherter elektrischer Energie.
Auch der folgende weitere Schritt wird als vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren eingestuft: Versorgen des Controllers und/oder von Komponenten des Brennstoffzellensystems mit in dem zweiten Batteriesystem gespeicherter elektrischer Energie.
Für alle Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt, dass das Brennstoffzellensystem ein SOFC- System ist.
Wie eingangs bereits angedeutet, ist die vorliegende Erfin- düng im Zusammenhang mit den unterschiedlichsten Fahrzeugtypen anwendbar. Insbesondere kommen sämtliche Kraftwagen, Kraftwagenanhänger (insbesondere auch zum Tiertransport geeignete Kraftwagenanhänger) , Hybridfahrzeuge, Elektrofahr- zeuge (auch nicht für den öffentlichen Verkehr zugelassene Elektrofahrzeuge wie beispielsweise Golfcarts) , Motorboote, Segelboote sowie sämtliche Schienen- und Luftfahrzeuge in Betracht .
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach- folgend anhand der zugehörigen Zeichnungen beispielhaft erläutert .
Es zeigen:
Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems, die auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist;
Figur 2 ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems, die ebenfalls zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist; Figur 3 ein schematisches Blockschaltbild einer dritten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems, die ebenfalls zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist; und
Figur 4 ein schematisches Blockschaltbild einer vierten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems, die wiederum zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
In dem schematischen Blockschaltbild gemäß Figur 1 bezeichnet der Block 12 ein Fahrzeug, wobei im Rahmen dieses Beispiels angenommen sei, dass es sich um einen Personenkraft- wagen handelt. Das Fahrzeug 12 umfasst ein Klimatisierungs- system 10, mit einem SOFC-System 14 und einem ersten Kälte- kreis 16. Der erste Kältekreis 16 kann Bestandteil eines Standklimatisierungsmoduls sein und umfasst einen elektrisch antreibbaren Kompressor 18, bei dem es sich auch um einen Hybridkompressor handeln kann, sowie weitere für die
Standklimatisierung erforderliche Komponenten 34, wie Kondensator, Verdampfer, Expansionseinrichtung, Lüfter usw. , die dem Fachmann gut bekannt sind und die daher hier nicht der erläutert werden. Der erste Kältekreis 16 ist im darge- stellten Fall zusätzlich zu einem zweiten Kältekreis 36 vorgesehen, wobei auch der zweite Kältekreis 36 beispielsweise einen mechanisch und elektrisch antreibbaren, sogenannten Hybridkompressor umfassen kann. Bei dem zweiten Kältekreis 36 kann es sich insbesondere um einen ohnehin im Fahrzeug 12 vorgesehenen Kältekreis handeln.
Das Fahrzeug 12 umfasst weiterhin ein erstes Batteriesystem 20, ein drittes Batteriesystem 38 und ein viertes Batterie- System 40. Bei dem ersten Batteriesystem 20 kann es sich beispielsweise um die Standardfahrzeugbatterie handeln, während das dritte Batteriesystem 38 einem Hybridantrieb zugeordnet sein kann. Das vierte Batteriesystem 40 stellt ein beliebiges weiteres Batteriesystem dar.
Dem Brennstoffzellensystem 14 ist ein Reformer 28 zugeordnet, der über strichpunktiert dargestellte Leitungen mit einem Fahrzeugtank 30 in Verbindung steht, so dass dem Re- former 28 über eine Kraftstoffentnahmevorrichtung 42 Kraftstoff zugeführt werden kann. Dem Reformer 28 eventuell zuviel zugeführter Kraftstoff kann über eine entsprechende Rückführleitung wieder in den Fahrzeugtank 30 eingebracht werden.
Dem Brennstoffzellensystem 14 ist weiterhin ein Controller 22 zugeordnet, der über die gestrichelt dargestellten Leitungen mit dem ersten Kältekreis 16, dem zweiten Kältekreis 36 und der Kraftstoffentnahmevorrichtung 42 in Verbindung steht, um diese zu steuern oder zu regeln. Zwischen dem
Brennstoffzellensystem 14 und dem Controller 22 sind natürlich ebenfalls geeignete, jedoch nicht dargestellte Verbindungen vorgesehen, so dass der Controller 22 auch das Brennstoffzellensystem 14 in geeigneter Weise ansteuern kann .
Im dargestellten Fall ist weiterhin ein zweites Batteriesystem 24 in Form eines Lithium- Ionen-Akkumulators vorgesehen. Sämtliche Batteriesysteme 20, 24, 38, 40 können durch mit durchgezogener Linie dargestellte Ströme geladen und durch punktiert dargestellte Ströme entladen werden. Weiterhin deuten die punktiert dargestellten Pfeile zwischen dem Brennstoffzellensystem 14 beziehungsweise dem Control- ler 22 und dem ersten Kältekreis 16 beziehungsweise dem zweiten Kältekreis 36 an, dass auch über diese Verbindungen eine Spannungsversorgung erfolgen kann. Gemäß der Darstellung von Figur 1 stehen auch das erste Batteriesystem 20, das dritte Batteriesystem 38 und das vierte Batteriesystem 40 über den Controller 22 mit dem Brennstoffzellen- system 14 in Verbindung, so dass auch diese Batteriesysteme über das BrennstoffZellensystem 14 geladen werden können, wobei es ebenfalls denkbar ist, das Brennstoffzellensystem 14 beispielsweise während der Startphase mit elektrischer Energie aus diesen Batteriesystemen zu versorgen. Es sich jedoch auch Ausführungsformen denkbar, bei denen ausschließlich das zweite Batteriesystem 24 über den Controller 22 mit dem Brennstoffzellensystem 14 in Verbindung steht.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Controller 22 dazu in der Lage ist, das Klimatisierungssystem 10 in einen ersten Betriebsmodus zu bringen, in dem der elektrisch antreibbare Kompressor 18 mit von dem
Brennstoffzellensystem 14 erzeugte elektrischer Energie versorgt wird, ohne dass das erste Batteriesystem 20 beziehungsweise das dritte Batteriesystem 38 oder das vierte Batteriesystem 40 belastet werden. Hierzu werden beispiels- weise sämtliche Batteriesysteme bis auf das zweite Batteriesystem 24 galvanisch oder über geeignete Leistungsschalter von dem ersten Kältekreis 16 und, sofern auch der zweite Kältekreis 36 elektrisch antreibbar ist, auch von dem zweiten Kältekreis 36 entkoppelt. Somit wird der elektrisch antreibbare Kompressor 18 über das zweite Batteriesystem 24 mit von dem Brennstoffzellensystem 14 erzeugter elektrischer Energie versorgt. Das zweite Batteriesystem 24 übernimmt im dargestellten Fall die Funktion eines Puffers, so dass insbesondere der erste Kältekreis 16 auch dann betrieben werden kann, wenn das Brennstoffzellensystem 14 noch nicht mit voller Leistung arbeitet. Das zweite Batteriesystem 24 kann insbesondere auch dazu verwendet werden, die zum Start des Brennstoffzellensystems 14 erforderliche e- lektrische Energie zumindest teilweise zu liefern.
Sofern der Innenraum 26 des Fahrzeugs 12 nicht gekühlt sondern geheizt werden soll, kommt der dem Brennstoffzellen- system 14 zugeordnete Wärmetauscher 32 zum Einsatz. Über diesen Wärmetauscher 32 kann dem Innenraum 26 von dem Brennstoffzellensystem 14 ohnehin erzeugte Abwärme zugeführt werden. Dies kann direkt über eine Luftströmung oder indirekt über einen geeigneten Flüssigkeitskreislauf erfol- gen.
Das Klimatisierungssystem gemäß Figur 1 ermöglicht somit insbesondere auch im Stand des Fahrzeugs 12 eine Klimatisierung des Innenraums 26, ohne die Batteriesysteme 20, 38, 40 zu belasten.
Weiterhin lassen sich mit dem in Figur 1 gezeigten System die folgenden Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Klimatisierungssystems 10 für ein ein ers- tes Batteriesystem 20 aufweisendes Fahrzeug 12 durchführen:
Erzeugen von elektrischer Energie mit dem Brennstoff- zellensystem 14 und Antreiben des elektrisch antreibbaren Kompressors 18, der Bestandteil des ersten Käl- tekreises 16 ist, wobei das Klimatisierungssystem 10 den elektrisch antreibbaren Kompressor 18 in einen ersten Betriebsmodus mit von dem Brennstoffzellensys- tem 14 erzeugter elektrischer Energie versorgt, ohne dadurch das erste Batteriesystem 20 zu belasten.
Laden des zweiten Batteriesystems 24 mit von dem BrennstoffZeilensystem 14 erzeugter elektrischer Energie, um in dem ersten Betriebsmodus zumindest zeitweise die zur Versorgung des elektrisch antreibbaren Kompressors 18 erforderliche Energie zumindest teilweise über das zweite Batteriesystem 14 liefern zu können.
Versorgen des Brennstoffzellensystems 14, in dessen Startphase, mit elektrischer Energie aus dem zweiten Batteriesystem 24.
In einem zweiten Betriebsmodus, Einbringen von in dem Brennstoffzellensystem 14 erzeugter Wärme in den Innenraum 26 des Fahrzeugs 12.
Betreiben einer den ersten Kältekreis 16 umfassenden Standklimaanlage, unabhängig von dem im Fahrzeug 12 angeordneten zweiten Kältekreis 36.
Erzeugen von wasserstoffhaltigem Reformat aus in dem Fahrzeugtank 30 befindlichem Kraftstoff und Oxidati - onsmittel mit einem dem Brennstoffzellensystem 14 zugeordneten Reformer 28.
Versorgen des Controllers 22 und/oder von Komponenten des Brennstoffzellensystems 14 mit in dem ersten Bat- teriesystem 20 gespeicherter elektrischer Energie. Versorgen des Controllers 22 und/oder von Komponenten des Brennstoffzellensystems 14 mit in dem zweiten Batteriesystem 24 gespeicherter elektrischer Energie.
Dabei wird stets bevorzugt, dass das Brennstoffzellensystem 14 ein SOFC-System ist und dass das zweite Batteriesystem 20 zumindest einen Lithium- Ionen-Akkumulator aufweist.
Weiterhin wird bevorzugt, dass beim Laden/Entladen der ein- zelnen Batteriesysteme die folgenden Prioritäten gelten und von dem Controller 22 umgesetzt werden.
Laden :
1. Prüfen, ob das erste Batteriesystem 20 nachgeladen werden sollte, und gegebenenfalls nachladen.
2. Prüfen, ob das dritte Batteriesystem 38 nachgeladen werden sollte, und gegebenenfalls nachladen.
3. Prüfen, ob das zweite Batteriesystem 24 nachgeladen werden sollte, und gegebenenfalls nachladen.
4. Prüfen, ob das vierte Batteriesystem 40 nachgeladen wer- den sollte, und gegebenenfalls nachladen.
Entladen:
1. Bei einer Standklimatisierungsanforderung, prüfen, ob das zweite Batteriesystem 24 ausreichend Energie gespeichert hat, um das Brennstoffzellensystem 14 zu starten und gleichzeitig die Standklimatisierung durchzuführen; wenn ja, Brennstoffzellensystem 14 starten und gleichzeitig Standklimatisierung beginnen; dabei falls möglich das zweite Batteriesystem 24 nachladen.
2. Wenn nein zu 1. , prüfen, ob das zweite Batteriesystem 24 ausreichend Energie gespeichert hat, um das Brennstoffzel- lensystem zu starten; wenn ja, BrennstoffZeilensystem starten und anschließend Standklimatisierung beginnen; dabei falls möglich das zweite Batteriesystem 24 nachladen.
3. Wenn nein zu 2. , prüfen, ob das dritte Batteriesystem 38 ausreichend Energie gespeichert hat, um das Brennstoffzel- lensystem 14 zu starten und gleichzeitig die Standklimatisierung durchzuführen; wenn ja, Brennstoffzellensystem starten und, falls möglich, Standklimatisierung beginnen (siehe auch punktierte Verbindung zwischen dem dritten Batteriesystem 38 und den Kältekreisen) , nach dem Start des Brennstoffzellensystems 14 Standklimatisierung beginnen, falls noch nicht erfolgt, und, falls möglich, sowohl das zweite Batteriesystem 24 als auch das dritte Batteriesystem 38 nachladen.
4. Wenn nein zu 3. , Hinweis ausgeben, dass derzeit keine Standklimatisierung möglich ist.
Figur 2 zeigt eine gegenüber der Darstellung von Figur 1 vereinfachte Ausführungsform, bei der nur das erste Batteriesystem 20 und das zweite Batteriesystem 24 vorhanden sind, wobei das erste Batteriesystem 20 nicht von dem Brennstoffzellensystem 14, sondern von anderen nicht darge- stellten Einrichtungen, beispielsweise einer Lichtmaschine, geladen wird. Figur 3 zeigt eine gegenüber der Darstellung von Figur 2 weiter vereinfachte Ausführungsform, bei der der erste Kältekreis 16 und/oder der zweite Kältekreis 36 ausschließlich über das BrennstoffZeilensystem 14 beziehungsweise den Controller 22 mit elektrischer Energie versorgt werden, also nur indirekt von dem zweiten Batteriesystem 24, das e- benfalls an das BrennstoffZeilensystem 14 angeschlossen ist, und zwar über den Controller 22.
Schließlich zeigt Figur 4 eine gegenüber der Darstellung von Figur 3 noch weiter vereinfachte Ausführungsform, bei der nur einer der Kältekreise 16 und 36 vorgesehen ist, wobei in diesem Fall vorzugsweise sowohl die Standklimatisierung als auch die Klimatisierung im Fahrbetrieb über den einzig vorhandenen Kältekreis 16 oder 36 erfolgt.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
10 Klimatisierungssystem 12 Fahrzeug
14 BrennstoffZeilensystem
16 Erster Kältekreis
18 Elektrisch antreibbarer Kompressor
20 Erstes Batteriesystem 22 Controller
24 Zweites Batteriesystem
26 Innenraum 28 Reformer
30 Fahrzeugtank 32 Wärmetauscher
34 Komponenten des ersten Kältekreises
36 Zweiter
38 Drittes Batteriesystem
40 Viertes Batteriesystem 42 Kraftstoffentnahmevorrichtung

Claims

ANSPRUCHE
1. Klimatisierungssystem (10) für ein ein erstes Batteriesystem (20) aufweisendes Fahrzeug (12), mit:
einem Brennstoffzellensystem (14) , das dazu ausgelegt ist, elektrische Energie zu erzeugen, und
einem ersten Kältekreis (16) , der einen elektrisch antreibbaren Kompressor (18) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Controller (22) aufweist, der dazu ausgelegt ist, das Klimatisierungs- system (10) in einen ersten Betriebsmodus zu bringen, in dem der elektrisch antreibbare Kompressor (18) mit von dem Brennstoffzellensystem (14) erzeugter elektrischer Energie versorgt wird, ohne dass das erste Batteriesystem (20) be- lastet wird.
2. Klimatisierungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein zweites Batteriesystem (24) umfasst, das mit von dem Brennstoffzellensystem (14) erzeug- ter elektrischer Energie geladen werden kann und das in dem ersten Betriebsmodus zumindest zeitweise die zur Versorgung des elektrisch antreibbaren Kompressors (18) erforderliche Energie zumindest teilweise liefert.
3. Klimatisierungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Batteriesystem (24) das Brennstoffzellensystem (14) in dessen Startphase mit elektrischer Energie versorgen kann.
4. Klimatisierungssystem (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Batteriesystem (24) einen oder mehrere Lithium- Ionen-Akkumulatoren umfasst.
5. Klimatisierungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Wärmetauscher (32) umfasst, und dass der Controller (22) dazu ausgelegt ist, das Klimatisierungssystem (10) in einen zweiten Betriebsmodus zu bringen, in dem von dem BrennstoffZeilensystem (14) erzeugte Wärme über den Wärmetauscher in den Innenraum (26) des Fahrzeugs (12) eingebracht werden kann.
6. Klimatisierungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kältekreis (16) Bestandteil einer Standklimaanlage ist, die unabhängig von einem etwaigen im Fahrzeug (12) angeordneten zweiten Kältekreis (36) betrieben werden kann.
7. Klimatisierungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoff - zellensystem (14) einen Reformer (28) umfasst, der dazu ausgelegt ist, aus in einem Fahrzeugtank (30) befindlichem Kraftstoff und Oxidationsmittel ein wasserstoffhaltiges Re- format zu erzeugen.
8. Klimatisierungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (22) und/oder Komponenten des BrennstoffZeilensystems (14) von dem ersten Batteriesystem (20) mit elektrischer Energie versorgt werden können.
9. Klimatisierungssystem (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (22) und/oder Komponenten des BrennstoffZeilensystems (14) von dem zweiten Batteriesystem (24) mit elektrischer Energie versorgt werden können.
10. Klimatisierungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoff - Zeilensystem (14) ein SOFC-System ist.
11. Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems (10) für ein ein erstes Batteriesystem (20) aufweisendes Fahrzeug (12) , mit den Schritten:
- Erzeugen von elektrischer Energie mit einem Brennstoffzellensystem (14) , und
Antreiben eines elektrisch antreibbaren Kompressors (18) , der Bestandteil eines ersten Kältekreises (16) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Klimatisierungssystem (10) den elektrisch antreibbaren Kompressor (18) in einem ersten Betriebsmodus mit von dem Brennstoffzellensystem (14) er- zeugter elektrischer Energie versorgt, ohne dadurch das erste Batteriesystem (20) zu belasten.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es den folgenden weiteren Schritt umfasst:
Laden eines zweiten Batteriesystems (24) mit von dem Brennstoffzellensystem (14) erzeugter elektrischer E- nergie, um in dem ersten Betriebsmodus zumindest zeit- weise die zur Versorgung des elektrisch antreibbaren Kompressors (18) erforderliche Energie zumindest teilweise über das zweite Batteriesystem (14) liefern zu können .
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es den folgenden weiteren Schritt umfasst:
Versorgen des Brennstoffzellensystems (14), in dessen Startphase, mit elektrischer Energie aus dem zweiten Batteriesystem (24) .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es den folgenden weiteren Schritt um- fasst:
in einem zweiten Betriebsmodus, Einbringen von in dem Brennstoffzellensystem (14) erzeugter Wärme in den Innenraum (26) des Fahrzeugs (12) .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es den folgenden weiteren Schritt umfasst:
- Betreiben einer den ersten Kältekreis (16) umfassenden
Standklimaanlage, unabhängig von einem etwaigen im Fahrzeug (12) angeordneten zweiten Kältekreis (36) .
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es den folgenden weiteren Schritt umfasst : Erzeugen von wasserstoffhaltigem Reformat aus in einem Fahrzeugtank (30) befindlichem Kraftstoff und Oxidati- onsmittel mit einem dem Brennstoffzellensystem (14) zugeordneten Reformer (28) .
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es den folgenden weiteren Schritt um- fasst :
- Versorgen des Controllers (22) und/oder von Komponenten des BrennstoffZeilensystems (14) mit in dem ersten Batteriesystem (20) gespeicherter elektrischer Energie .
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin den folgenden Schritt ura- fasst :
Versorgen des Controllers (22) und/oder von Komponen- ten des Brennstoffzellensystems (14) mit in dem zweiten Batteriesystem (24) gespeicherter elektrischer E- nergie .
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (14) ein SOFC-System ist.
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