WO2011044964A1 - Vehicle having a fuel cell system - Google Patents

Vehicle having a fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
WO2011044964A1
WO2011044964A1 PCT/EP2010/004704 EP2010004704W WO2011044964A1 WO 2011044964 A1 WO2011044964 A1 WO 2011044964A1 EP 2010004704 W EP2010004704 W EP 2010004704W WO 2011044964 A1 WO2011044964 A1 WO 2011044964A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
vehicle
hydrogen pressure
pressure accumulator
vehicle according
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/004704
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Fandel
Dieter Gürtler
Martin Heumos
Ralf Krause
Patrick Mangold
Stefan Reiff
Jürgen REINHARDT
Dirk Streichert
Original Assignee
Daimler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Ag filed Critical Daimler Ag
Publication of WO2011044964A1 publication Critical patent/WO2011044964A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/02Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
    • B60K11/04Arrangement or mounting of radiators, radiator shutters, or radiator blinds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • B60K15/03Fuel tanks
    • B60K15/063Arrangement of tanks
    • B60K15/067Mounting of tanks
    • B60K15/07Mounting of tanks of gas tanks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/02Arrangement or mounting of electrical propulsion units comprising more than one electric motor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • B60K2001/0405Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion characterised by their position
    • B60K2001/0411Arrangement in the front part of the vehicle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • B60K2001/0405Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion characterised by their position
    • B60K2001/0416Arrangement in the rear part of the vehicle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K7/00Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel
    • B60K7/0007Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor being electric

Definitions

  • the invention relates to a vehicle with a fuel cell system according to the
  • the preamble of claim 1 further defined type.
  • Vehicles with fuel cell systems are now well known by many vehicle manufacturers, at least in the status of prototypes and test vehicles.
  • the arrangement of the fuel cell system takes place either in special rooms, which are typically planned for specially designed fuel cell vehicles.
  • a possible structure for such a construction may be, for example, the arrangement of a fuel cell system in an intermediate floor, which is located in the lower region of the vehicle. This construction is generally referred to as underfloor construction. He is for example in the publication US 2003/0164255 A1
  • This underfloor structure is typically associated with the disadvantage that the vehicle must be made comparatively high in order to still have sufficient space in the usual manner for passengers, luggage and the like in addition to the extending over the entire base of the vehicle fuel cell system.
  • This is often a disadvantage in the design and design of vehicles, so that fuel cell vehicles typically only in relatively high-build vehicles, such as so-called SUVs (Sports Utility Vehicles), can be used.
  • Another approach is taken by the vehicle described in EP 1 266 783 A2.
  • this vehicle is still relatively high and has various components in the underfloor area of the vehicle, which are designed here in particular as a cooler.
  • the remaining components in the form of the fuel cell itself, its electronics and the electric traction motor are housed in the area which is arranged in the front of the vehicle and which is used in typical conventional vehicles very often as a space for the internal combustion engine. Again, to accommodate the superposed and decoupled via corresponding frame relative to the vehicle components comparatively much space
  • the object of the present invention is now to provide a vehicle with a fuel cell system to its drive, which does not necessarily have to be designed correspondingly high, and which in terms of
  • Driving behavior, and the center of gravity is based on a conventional vehicle.
  • the structure of the vehicle according to the invention now provides that in addition to the fuel cell and its electronics and a cooling heat exchanger also further system components of the fuel cell, so the actual fuel cell system, are arranged with the front of the vehicle.
  • the electric drive motor relocated to the area of the rear axle, which he then drives indirectly via a gear unit or directly in the form of two wheel hub motors.
  • at least one hydrogen pressure accumulator is arranged directly adjacent to the front of the vehicle in the region of a center tunnel, which is used in conventional vehicles of this type for receiving the transmission.
  • This construction thus makes it possible to construct a very flat vehicle, which can be realized with a flat vehicle architecture and the typical structure and handling of a rear-wheel drive vehicle.
  • a rear-wheel drive vehicle as is typically the case for middle-class, upper-middle and upper-class saloons, may be used by the Structure according to the invention with the fuel cell system can be realized and designed, as is known and customary in conventional vehicles with internal combustion engines.
  • This also makes it possible to integrate the fuel cell system in existing vehicle concepts, so as to have to completely redesign the vehicle, for example, in addition to a combustion drive to offer a drive with a fuel cell system in the otherwise unchanged vehicle.
  • an electrical energy storage device is arranged in the region of the rear axle.
  • an electrical energy storage device is also arranged. Since this is relatively difficult, it can be placed in particular in an area in front of the rear axle. Thus, the center of gravity of the vehicle is positively influenced and the driving behavior of the vehicle with rear-wheel drive with a correspondingly low design is maintained.
  • the space is present anyway in conventional vehicles at this point, since otherwise mechanical transmission units for the power from the front of the vehicle to the rear axle are arranged, which are now formed only by cable strands.
  • this hydrogen pressure accumulator in addition to the hydrogen pressure accumulator in the region of the center tunnel, at least one further hydrogen pressure accumulator is present. According to a very favorable and advantageous embodiment thereof, this hydrogen pressure accumulator can also be arranged in the region of the rear axle. The hydrogen pressure accumulator uses anyway available space without the
  • Restrict storage space in the vehicle It can, for example, below a rear row of seats, so sedans typically the second row of seats from the front, are arranged.
  • FIG. 1 shows a basic representation of an exemplary fuel cell system.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view through the vehicle according to the invention.
  • a fuel cell system 1 can be seen.
  • the core of the fuel cell system 1 is a fuel cell 2, which has a cathode space 3 which is separated from an anode space 5 by proton-conducting membranes 4.
  • the fuel cell 2 should be formed in a preferred embodiment as a PEM fuel cell stack.
  • the fuel cell 2 and the cathode compartment 3 of the fuel cell 2 is supplied via an air conveying device 6 air.
  • the oxygen in this air is then along with Hydrogen from a hydrogen pressure accumulator 7 in electrical power and
  • Hydrogen from the hydrogen pressure accumulator 7 is supplied via a valve device 8 to the anode chamber 5 of the fuel cell 2 metered.
  • a valve device 8 In order to always be able to supply the fuel cell 2 with a sufficient amount of hydrogen in all areas, typically more hydrogen is introduced into the anode chamber 5 than can be converted into it.
  • the remaining hydrogen then passes via a recirculation line 9 and a recirculation conveyor 10 back into the region of the entrance of the anode compartment 5. From here it flows together with fresh hydrogen from the hydrogen pressure accumulator 7 again in the range of
  • Anodenraums 5 This so-called anode circuit is known from the general state of the art.
  • Air conveyor 6 is correspondingly hot and dry. Therefore, it first flows through an intercooler 13, which may be formed, for example, as a gas-gas heat exchanger and the hot air is cooled by the cool exhaust air from the cathode compartment 3 accordingly.
  • the supply air flows through a humidifier 14, which may be formed, for example, with membranes permeable to water vapor.
  • the humidifier 14 the now cooled but still dry supply air is then moistened by the moisture vapor permeable membranes through the moist exhaust air from the cathode compartment 3.
  • a comparatively cool and moist air enters the cathode compartment 3.
  • the oxygen contained in this air is - at least partially - implemented by the humidity in the air and
  • the turbine 15 is connected via a shaft 16 with the air conveyor 6. In the region of the shaft 16, an electric machine 17 is also arranged. If necessary, the air conveying device 6 can be driven accordingly via this machine 17. At the turbine 15 accumulating Power is also used via the shaft 16 to drive the air conveyor 6. If the air conveying device 6 requires no or only a minimal amount of power, in particular less than in the area of the turbine 15, then the electric machine 17 can also be operated as a generator so as to convert power gained by the turbine 15 into electrical power. This electrical power can in turn be used to drive other components and / or stored in an electrical energy storage device to be used again when needed for the electric machine 17 in engine operation or other electrical loads in the area of the fuel cell system 1.
  • Hydrogen pressure accumulator 7 and the system components that are essential for the operation of the fuel cell system 1, would be conceivable.
  • the fuel cell system 1, as described in FIG. 1, is now intended to drive a vehicle 18, which can be seen in FIG. It supplies the electrical power generated in the fuel cell 2 to a traction motor 19, which is arranged in the vehicle 18 in the region of a rear axle 20.
  • the electric traction motor 19 may be formed as a single traction motor, which is typically arranged in the region of the rear axle 20 between the two wheels of the rear axle 20 and drives them indirectly via gear elements. It would also be conceivable to form the electric traction motor 19 in the form of two individual motors, which are designed as so-called wheel hub motors and would then be arranged in the wheels of the rear axle 20.
  • the vehicle 18 has a total of a very flat architecture. It may in particular be a limousine.
  • a cooling heat exchanger 22 is now placed in the embodiment shown here, which for cooling components of the Fuel cell system 1 as well as for cooling the fuel cell 2 itself and / or the electric drive motor 19 with can be used.
  • the cooling heat exchanger 22 may be formed in several parts or multi-level and may also cooling tasks for an electrical energy storage device 23 or not shown here air conditioning
  • Fuel cell system 1 and the fuel cell 2 itself In the following on the fuel cell 2 part then the system components 25 of the fuel cell system 1 are summarized. These can, according to the above description, in particular components for hydrogen and air supply, so the
  • Valve means 8 the recirculation conveyor 10, the turbine 15, the machine 17 and the air conveyor 6, the intercooler 13 and the humidifier 14 include. For controlling both the fuel cell 2 and this
  • System components 25 serve the system electronics 24, which also controls besides the electrical energy distribution in the vehicle 18 as a whole.
  • Fuel cell 2 the system components 25 and optionally the system electronics 24 may be connected to a fixed unit, which is decoupled suspended in the vehicle 18.
  • Power transmission typically a cardan shaft, the power on the
  • This area can now be used in the vehicle 18 to accommodate the first hydrogen pressure accumulator 7.1.
  • This is arranged very close to the system components 25, so that a wiring at least for this part of the hydrogen pressure accumulator 7.1 to the system components 25 can be made relatively simple.
  • the hydrogen pressure accumulator 7.1 in the center tunnel can either in a conventional manner as a substantially cylindrical hydrogen pressure accumulator be constructed. However, according to a very favorable and advantageous development, it can also be constructed as a cone-shaped hydrogen pressure accumulator, as is known from the Applicant's application DE 10 2006 056 222 A1. Of the
  • Hydrogen pressure accumulator 7.1 protrudes into the area of the vehicle 18 in which the passengers are seated, namely typically in the area of the first row of seats, which is not shown here, however. The fact that it is located in the center tunnel, it does not disturb the space available in the range of this row of seats, however, compared to conventional vehicles, so no additional space required by the
  • Hydrogen pressure accumulator 7.1 arises. This front area of the
  • Fuel cell system 1 and the drive system for the vehicle 18 is connected via hydrogen lines and electrical lines - which are not shown here - with a rear area.
  • the electric traction motor 19 is located in this rear region, that is to say in the region of the rear axle 20.
  • a high-performance battery is arranged as an electrical energy storage device 23. This can be formed, for example, as a lithium-ion battery or in the form of high-performance capacitors. Also, a combination of these two components to an integrated
  • the electrical energy storage device 23 has the task in situations in which the electrical power of the
  • Fuel cell system 1 is not sufficient to provide additional power for the electric traction motor 19. It also has the task, in situations where the electrical power of the fuel cell 1 is greater than needed for the electric traction motor 19, to temporarily store this excess electrical power. The most important task of the electric energy storage device 23, however, lies in the
  • the hydrogen pressure accumulator 7.3 is, like the electrical energy storage device 23, arranged in front of the region of the rear axle 20 and thus comes to rest under a rear or second row of seats in the vehicle 18.
  • This space which is typically used for components such as a fuel tank in conventional vehicles, can be used as meaningful.
  • the position in front of the rear axle 20 is particularly favorable with regard to the center of gravity, since the center of gravity is thus displaced further in the direction of the vehicle center.
  • the hydrogen pressure accumulator 7.3 can be seen, which is arranged in an area below a storage area in the rear 26 of the vehicle 18. Also, this space below the storage space or trunk is typically used by storage tanks for the fuel, so for example, gasoline or diesel, in conventional vehicles. This space can now also be used to position additional hydrogen pressure accumulators 7.3 when using the vehicle 18 with a fuel cell system 1.
  • a fuel cell system 1 can be functionally positioned and installed.
  • the typically available for passengers and luggage space above the dashed lines remains unaffected.
  • This allows conventional vehicles 18 to convert to fuel cell vehicles, such as without changing the design, structural parts, and structure of the vehicle 18, to provide vehicles 18 with fuel cell drives in addition to conventional vehicles having internal combustion engines.

Abstract

A vehicle (18) is equipped with a fuel cell system (1) for providing electric driving power. The driving power is provided to an electric drive motor (19). The fuel cell system (1) has a fuel cell (2), to which air and hydrogen from at least one hydrogen pressure accumulator (7.1, 7.2, 7.3) can be supplied. The fuel cell (2) is arranged in a front end (21) together with system electronics (24) and a cooling heat exchanger (22). In addition, further system components (25) for supplying air and hydrogen and for conditioning said reactants are arranged in the front end (21). In addition, a hydrogen pressure accumulator (7.1) is located in a center tunnel connected to the front end (21). Finally, the drive motor (19) is arranged in the area of a driven rear axle (20).

Description

Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem  Vehicle with a fuel cell system
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem nach der im The invention relates to a vehicle with a fuel cell system according to the
Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. The preamble of claim 1 further defined type.
Fahrzeuge mit Brennstoffzellensystemen sind mittlerweile von vielen Fahrzeugherstellern zumindest im Status von Prototypen und Versuchsfahrzeugen allgemein bekannt. Die Anordnung des Brennstoffzellensystems erfolgt dabei entweder in speziellen Räumen, welche typischerweise für eigens konstruierte Brennstoffzellenfahrzeuge geplant sind. Ein möglicher Aufbau für eine solche Konstruktion kann beispielsweise die Anordnung eines Brennstoffzellensystems in einem Zwischenboden sein, welcher sich im unteren Bereich des Fahrzeugs befindet. Dieser Aufbau wird im Allgemeinen als Unterflurbauweise bezeichnet. Er ist beispielsweise in der Veröffentlichung US 2003/0164255 A1 Vehicles with fuel cell systems are now well known by many vehicle manufacturers, at least in the status of prototypes and test vehicles. The arrangement of the fuel cell system takes place either in special rooms, which are typically planned for specially designed fuel cell vehicles. A possible structure for such a construction may be, for example, the arrangement of a fuel cell system in an intermediate floor, which is located in the lower region of the vehicle. This construction is generally referred to as underfloor construction. He is for example in the publication US 2003/0164255 A1
beispielhaft beschrieben. Auch aus Veröffentlichungen zu dem, auf einem Serienfahrzeug basierenden, als F-Cell bekannten Fahrzeug der Anmelderin ist eine solche described by way of example. Also from publications on the, based on a production vehicle, known as F-Cell vehicle of the Applicant is such
Unterflurbauweise zur Integration eines Brennstoffzellensystems in ein Fahrzeug beschrieben. Underfloor construction for the integration of a fuel cell system in a vehicle described.
Dieser Unterfluraufbau ist dabei typischerweise mit dem Nachteil behaftet, dass das Fahrzeug vergleichsweise hoch ausgebildet werden muss, um neben dem sich über die komplette Grundfläche des Fahrzeugs erstreckenden Brennstoffzellensystem noch ausreichend Platz in der gewohnten Art und Weise für Passagiere, Gepäck und dergleichen zu haben. Dies stellt bei der Konzeption und beim Design von Fahrzeugen häufig einen Nachteil dar, sodass Brennstoffzellenfahrzeuge typischerweise nur bei vergleichsweise hoch bauenden Fahrzeugen, beispielsweise sogenannten SUV's (Sports Utility Vehicles), eingesetzt werden können. Einen anderen Weg beschreitet das in der EP 1 266 783 A2 beschriebene Fahrzeug. Auch dieses Fahrzeug ist immer noch vergleichsweise hoch und hat im Unterflurbereich des Fahrzeugs diverse Komponenten, welche hier insbesondere als Kühler ausgebildet sind. Die verbleibenden Komponenten in Form der Brennstoffzelle selbst, ihrer Elektronik und des elektrischen Fahrmotors werden dabei in dem Bereich untergebracht, welcher im Vorderbau des Fahrzeugs angeordnet ist und welcher bei typischen herkömmlichen Fahrzeugen sehr häufig als Raum für den Verbrennungsmotor genutzt wird. Auch hier ist zum Unterbringen der aufeinander angeordneten und über entsprechende Rahmen gegenüber dem Fahrzeug entkoppelten Bauteile vergleichsweise viel Bauraum This underfloor structure is typically associated with the disadvantage that the vehicle must be made comparatively high in order to still have sufficient space in the usual manner for passengers, luggage and the like in addition to the extending over the entire base of the vehicle fuel cell system. This is often a disadvantage in the design and design of vehicles, so that fuel cell vehicles typically only in relatively high-build vehicles, such as so-called SUVs (Sports Utility Vehicles), can be used. Another approach is taken by the vehicle described in EP 1 266 783 A2. Also, this vehicle is still relatively high and has various components in the underfloor area of the vehicle, which are designed here in particular as a cooler. The remaining components in the form of the fuel cell itself, its electronics and the electric traction motor are housed in the area which is arranged in the front of the vehicle and which is used in typical conventional vehicles very often as a space for the internal combustion engine. Again, to accommodate the superposed and decoupled via corresponding frame relative to the vehicle components comparatively much space
notwendig. In der Darstellung der Figur 2 dieser genannten Schrift ist daher zu erkennen, dass auch dieses Fahrzeug ein vergleichsweise hoch bauendes Fahrzeug ist. necessary. In the illustration of Figure 2 of said document is therefore to recognize that this vehicle is a comparatively high-build vehicle.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem zu seinem Antrieb zu schaffen, welches nicht notwendigerweise entsprechend hoch konstruiert werden muss, und welches hinsichtlich des The object of the present invention is now to provide a vehicle with a fuel cell system to its drive, which does not necessarily have to be designed correspondingly high, and which in terms of
Fahrverhaltens, und des Schwerpunkts an ein herkömmliches Fahrzeug angelehnt ist. Driving behavior, and the center of gravity is based on a conventional vehicle.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Fahrzeug mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Fahrzeugs ergeben sich dabei aus den abhängigen Unteransprüchen. According to the invention this object is achieved by the vehicle having the features in the characterizing part of claim 1. Further advantageous embodiments of the vehicle resulting from the dependent claims.
Der Aufbau des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sieht es nun vor, dass neben der Brennstoffzelle und ihrer Elektronik sowie einem Kühlwärmetauscher außerdem weitere Systemkomponenten der Brennstoffzelle, also das eigentliche Brennstoffzellensystem, mit im Vorderbau des Fahrzeugs angeordnet werden. Um hier Platz, insbesondere in der Höhe des Fahrzeugs zu sparen, wird der elektrische Antriebsmotor dagegen in den Bereich der Hinterachse verlegt, welche er dann mittelbar über eine Getriebeeinheit oder unmittelbar in Form von zwei Radnaben-Motoren antreibt. Außerdem wird zumindest ein Wasserstoffdruckspeicher unmittelbar an den Vorderbau des Fahrzeugs anschließend im Bereich eines Mitteltunnels, welcher bei herkömmlichen Fahrzeugen dieser Bauart zur Aufnahme des Getriebes dient, angeordnet. Dieser Aufbau erlaubt es somit ein sehr flaches Fahrzeug zu konstruieren, welches mit flacher Fahrzeugarchitektur und dem typischen Aufbau und Fahrverhalten eines Fahrzeugs mit Heckantrieb realisiert werden kann. Ein solches Fahrzeug mit Heckantrieb, wie es typischerweise bei Limousinen der Mittelklasse, der gehobenen Mittelklasse und der Oberklasse üblich ist, kann durch den erfindungsgemäßen Aufbau mit dem Brennstoffzellensystem so realisiert und designt werden, wie dies bei herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren bekannt und üblich ist. Dies ermöglicht es außerdem das Brennstoffzellensystem in bestehende Fahrzeugkonzepte zu integrieren, um so, ohne das Fahrzeug komplett neu konstruieren zu müssen, beispielsweise neben einem Verbrennungsantrieb auch einen Antrieb mit einem Brennstoffzellensystem in dem ansonsten unveränderten Fahrzeug anzubieten. The structure of the vehicle according to the invention now provides that in addition to the fuel cell and its electronics and a cooling heat exchanger also further system components of the fuel cell, so the actual fuel cell system, are arranged with the front of the vehicle. In order to save space here, in particular in the height of the vehicle, the electric drive motor, however, relocated to the area of the rear axle, which he then drives indirectly via a gear unit or directly in the form of two wheel hub motors. In addition, at least one hydrogen pressure accumulator is arranged directly adjacent to the front of the vehicle in the region of a center tunnel, which is used in conventional vehicles of this type for receiving the transmission. This construction thus makes it possible to construct a very flat vehicle, which can be realized with a flat vehicle architecture and the typical structure and handling of a rear-wheel drive vehicle. Such a rear-wheel drive vehicle, as is typically the case for middle-class, upper-middle and upper-class saloons, may be used by the Structure according to the invention with the fuel cell system can be realized and designed, as is known and customary in conventional vehicles with internal combustion engines. This also makes it possible to integrate the fuel cell system in existing vehicle concepts, so as to have to completely redesign the vehicle, for example, in addition to a combustion drive to offer a drive with a fuel cell system in the otherwise unchanged vehicle.
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist es dabei vorgesehen, dass eine elektrische Energiespeichereinrichtung im Bereich der Hinterachse angeordnet ist. Im Bereich der Hinterachse, welche in diesem Fall die angetriebene Achse des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist, wird außerdem also eine elektrische Energiespeichereinrichtung angeordnet. Da diese vergleichsweise schwer ist, kann sie insbesondere in einem Bereich vor der Hinterachse platziert werden. Damit wird der Schwerpunkt des Fahrzeugs positiv beeinflusst und das Fahrverhalten des Fahrzeugs mit Heckantrieb bei entsprechend niedriger Bauweise bleibt erhalten. Der Raum ist bei herkömmlichen Fahrzeugen an dieser Stelle ohnehin vorhanden, da hier ansonsten mechanische Übertragungseinheiten für die Leistung vom Vorderbau des Fahrzeugs an die Hinterachse angeordnet sind, welche jetzt lediglich durch Kabelstränge gebildet werden. In a particularly advantageous and advantageous embodiment of the vehicle according to the invention, it is provided that an electrical energy storage device is arranged in the region of the rear axle. In the region of the rear axle, which in this case is the driven axle of the vehicle according to the invention, an electrical energy storage device is also arranged. Since this is relatively difficult, it can be placed in particular in an area in front of the rear axle. Thus, the center of gravity of the vehicle is positively influenced and the driving behavior of the vehicle with rear-wheel drive with a correspondingly low design is maintained. The space is present anyway in conventional vehicles at this point, since otherwise mechanical transmission units for the power from the front of the vehicle to the rear axle are arranged, which are now formed only by cable strands.
In einer sehr günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen In a very favorable and advantageous development of the invention
Fahrzeugs ist es dabei vorgesehen, dass neben dem Wasserstoffdruckspeicher im Bereich des Mitteltunnels wenigstens ein weiterer Wasserstoffdruckspeicher vorhanden ist. Gemäß einer sehr günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung hiervon kann dieser Wasserstoffdruckspeicher ebenfalls im Bereich der Hinterachse angeordnet sein. Der Wasserstoffdruckspeicher nutzt dabei ohnehin vorhandenen Bauraum, ohne den Vehicle, it is provided that in addition to the hydrogen pressure accumulator in the region of the center tunnel, at least one further hydrogen pressure accumulator is present. According to a very favorable and advantageous embodiment thereof, this hydrogen pressure accumulator can also be arranged in the region of the rear axle. The hydrogen pressure accumulator uses anyway available space without the
Stauraum im Fahrzeug einzuschränken. Er kann beispielsweise unterhalb einer hinteren Sitzreihe, also bei Limousinen typischerweise der zweiten Sitzreihe von vorne, angeordnet werden. Restrict storage space in the vehicle. It can, for example, below a rear row of seats, so sedans typically the second row of seats from the front, are arranged.
Auch eine Anordnung unterhalb eines Stauraums im Heck, also beispielsweise in einem Zwischenboden unterhalb des Kofferraums, an der Stelle, an der bei herkömmlichen Fahrzeugen häufig der Brennstofftank angeordnet ist, kann für die Anordnung eines weiteren oder des weiteren Wasserstoffdruckspeichers vorteilhaft genutzt werden. Bei allen hier dargestellten vorteilhaften Ausgestaltungen dieses Fahrzeugs mit flacher Fahrzeugarchitektur ist der Vorderbau des Fahrzeugs mit den darin befindlichen An arrangement below a storage space in the rear, so for example in an intermediate floor below the trunk, at the point where the fuel tank is often arranged in conventional vehicles, can be advantageously used for the arrangement of another or the other hydrogen pressure accumulator. In all advantageous embodiments of this vehicle with flat vehicle architecture shown here, the front of the vehicle with the therein
Komponenten des Brennstoffzellensystems mit dem Hinterbau des Fahrzeugs und den darin befindlichen Komponenten des Brennstoffzellen- beziehungsweise Antriebssystems lediglich durch elektrische Leitungen und gegebenenfalls Wasserstoffleitungen, falls mehrere Wasserstoffdruckspeicher eingesetzt werden, verbunden. Auf aufwändige mechanische Leistungsübertragungen über eine Kardanwelle oder dergleichen kann hier systembedingt verzichtet werden, sodass ausreichend Bauraum zur Verfügung steht, um die beiden getrennt voneinander angeordneten Teile des Brennstoffzellenbeziehungsweise Antriebssystems in der notwendigen Art über Leitungen miteinander zu verbinden. Components of the fuel cell system connected to the rear of the vehicle and the components of the fuel cell or drive system therein only by electrical lines and optionally hydrogen lines, if multiple hydrogen pressure accumulator are used. Expensive mechanical power transmission via a cardan shaft or the like can be dispensed systemically, so that sufficient space is available to connect the two separately arranged parts of the Brennstoffzellenbeziehungsweise drive system in the necessary manner via lines with each other.
Insbesondere kann auf aufwändige Einbauten im Unterbodenbereich des Fahrzeugs verzichtet werden. Diese würden den Aufbau des Fahrzeugs nicht nur unnötig erhöhen, sondern wären auch für Wartungsarbeiten deutlich schwieriger zugänglich als die, die im Bereich der Hinterachse, unterhalb eines Heckstauraums und in dem Bereich des Vorderbaus, welcher bisher als Motorraum genutzt wurde, unter einer offenbaren Haube angeordnet sind. In particular, can be dispensed with costly installations in the underbody area of the vehicle. These would not only unnecessarily increase the structure of the vehicle, but would also be much more difficult to access for maintenance than those located under an open hood in the area of the rear axle, below a rear storage space and in the area of the front building, which was previously used as an engine compartment are.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ergeben sich dabei aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Further advantageous embodiments of the vehicle according to the invention will become apparent from the remaining dependent claims and are based on the
Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird. Embodiment clear, which will be described below with reference to the figures.
Dabei zeigen: Showing:
Fig. 1 eine prinzipmäßige Darstellung eines beispielhaften Brennstoffzellensystems; und Fig. 2 eine prinzipmäßige Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße Fahrzeug.  1 shows a basic representation of an exemplary fuel cell system. and FIG. 2 is a schematic sectional view through the vehicle according to the invention.
In der Darstellung der Figur 1 ist ein Brennstoffzellensystem 1 zu erkennen. Der Kern des Brennstoffzellensystems 1 ist eine Brennstoffzelle 2, welche einen Kathodenraum 3 aufweist, welcher durch protonenleitende Membranen 4 von einem Anodenraum 5 getrennt ist. Die Brennstoffzelle 2 soll dabei in bevorzugter Ausführungsform als PEM- Brennstoffzellenstapel ausgebildet sein. Der Brennstoffzelle 2 beziehungsweise dem Kathodenraum 3 der Brennstoffzelle 2 wird über eine Luftfördereinrichtung 6 Luft zugeführt. In der Brennstoffzelle 2 wird der Sauerstoff in dieser Luft dann zusammen mit Wasserstoff aus einem Wasserstoffdruckspeicher 7 in elektrische Leistung und In the illustration of Figure 1, a fuel cell system 1 can be seen. The core of the fuel cell system 1 is a fuel cell 2, which has a cathode space 3 which is separated from an anode space 5 by proton-conducting membranes 4. The fuel cell 2 should be formed in a preferred embodiment as a PEM fuel cell stack. The fuel cell 2 and the cathode compartment 3 of the fuel cell 2 is supplied via an air conveying device 6 air. In the fuel cell 2, the oxygen in this air is then along with Hydrogen from a hydrogen pressure accumulator 7 in electrical power and
Produktwasser umgesetzt. Dies erfolgt durch die Membranen 4 hindurch. Der Product water implemented. This takes place through the membranes 4. Of the
Wasserstoff aus dem Wasserstoffdruckspeicher 7 wird dazu über eine Ventileinrichtung 8 dem Anodenraum 5 der Brennstoffzelle 2 dosiert zugeführt. Um die Brennstoffzelle 2 in allen Bereichen immer mit einer ausreichenden Menge an Wasserstoff versorgen zu können, wird typischerweise mehr Wasserstoff in den Anodenraum 5 eingeleitet, als in diesem umgesetzt werden kann. Der verbleibende Restwasserstoff gelangt dann über eine Rezirkulationsleitung 9 und eine Rezirkulationsfördereinrichtung 10 zurück in den Bereich des Eingangs des Anodenraums 5. Von hier strömt er zusammen mit frischem Wasserstoff aus dem Wasserstoffdruckspeicher 7 erneut in den Bereich des Hydrogen from the hydrogen pressure accumulator 7 is supplied via a valve device 8 to the anode chamber 5 of the fuel cell 2 metered. In order to always be able to supply the fuel cell 2 with a sufficient amount of hydrogen in all areas, typically more hydrogen is introduced into the anode chamber 5 than can be converted into it. The remaining hydrogen then passes via a recirculation line 9 and a recirculation conveyor 10 back into the region of the entrance of the anode compartment 5. From here it flows together with fresh hydrogen from the hydrogen pressure accumulator 7 again in the range of
Anodenraums 5. Dieser sogenannte Anodenkreislauf ist dabei aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Anodenraums 5. This so-called anode circuit is known from the general state of the art.
Nun ist es so, dass die zu der Brennstoffzelle 2 geförderte Luft nach der Now it is so that the conveyed to the fuel cell 2 air after the
Luftfördereinrichtung 6 entsprechend heiß und trocken ist. Sie durchströmt daher zuerst einen Ladeluftkühler 13, welcher beispielsweise als Gas-Gas-Wärmetauscher ausgebildet sein kann und die heiße Zuluft durch die kühle Abluft aus dem Kathodenraum 3 entsprechend kühlt. Außerdem durchströmt die Zuluft einen Befeuchter 14, welcher beispielsweise mit für Wasserdampf durchlässigen Membranen ausgebildet sein kann. In dem Befeuchter 14 wird die nunmehr abgekühlte jedoch immer noch trockene Zuluft dann durch die für Wasserdampf durchlässigen Membranen hindurch von der feuchten Abluft aus dem Kathodenraum 3 befeuchtet. Damit gelangt eine vergleichsweise kühle und feuchte Luft in den Kathodenraum 3. Der in dieser Luft enthaltene Sauerstoff wird - zumindest teilweise - umgesetzt und durch die Feuchte in der Luft werden die Air conveyor 6 is correspondingly hot and dry. Therefore, it first flows through an intercooler 13, which may be formed, for example, as a gas-gas heat exchanger and the hot air is cooled by the cool exhaust air from the cathode compartment 3 accordingly. In addition, the supply air flows through a humidifier 14, which may be formed, for example, with membranes permeable to water vapor. In the humidifier 14, the now cooled but still dry supply air is then moistened by the moisture vapor permeable membranes through the moist exhaust air from the cathode compartment 3. Thus, a comparatively cool and moist air enters the cathode compartment 3. The oxygen contained in this air is - at least partially - implemented by the humidity in the air and
Membranen 4 entsprechend feucht gehalten, sodass diese nicht austrocknen können. Dies ist für die Performance der Membranen 4 und deren Unversehrtheit Keep membranes 4 moist, so that they can not dry out. This is for the performance of the membranes 4 and their integrity
beziehungsweise Dichtheit wichtig. or tightness important.
Nach dem Durchströmen des Ladeluftkühlers 13 gelangt die Abluft aus dem After flowing through the charge air cooler 13, the exhaust air passes from the
Kathodenraum 3 dann in eine Turbine 15, in welcher sie entspannt wird, um ein Teil der Druckenergie, welche beim Verdichten der Zuluft in der Luftfördereinrichtung 6 Cathode space 3 then in a turbine 15, in which it is relaxed to a part of the pressure energy, which in compressing the supply air in the air conveyor 6th
aufgewendet wurde, wieder zurückzugewinnen. Die Turbine 15 ist dabei über eine Welle 16 mit der Luftfördereinrichtung 6 verbunden. Im Bereich der Welle 16 ist außerdem eine elektrische Maschine 17 angeordnet. Über diese Maschine 17 kann bei Bedarf die Luftfördereinrichtung 6 entsprechend angetrieben werden. An der Turbine 15 anfallende Leistung wird über die Welle 16 ebenfalls zum Antrieb der Luftfördereinrichtung 6 genutzt. Soll die Luftfördereinrichtung 6 keine oder nur eine minimale Menge an Leistung benötigen, insbesondere weniger als im Bereich der Turbine 15 anfällt, dann kann die elektrische Maschine 17 auch als Generator betrieben werden, um so durch die Turbine 15 gewonnene Leistung in elektrische Leistung umzusetzen. Diese elektrische Leistung kann dann wiederum zum Antrieb weiterer Komponenten genutzt werden und/oder in einer elektrischen Energiespeichereinrichtung eingespeichert werden, um bei Bedarf wieder für die elektrische Maschine 17 im motorischen Betrieb oder andere elektrische Verbraucher im Bereich des Brennstoffzellensystems 1 genutzt zu werden. was spent recovering again. The turbine 15 is connected via a shaft 16 with the air conveyor 6. In the region of the shaft 16, an electric machine 17 is also arranged. If necessary, the air conveying device 6 can be driven accordingly via this machine 17. At the turbine 15 accumulating Power is also used via the shaft 16 to drive the air conveyor 6. If the air conveying device 6 requires no or only a minimal amount of power, in particular less than in the area of the turbine 15, then the electric machine 17 can also be operated as a generator so as to convert power gained by the turbine 15 into electrical power. This electrical power can in turn be used to drive other components and / or stored in an electrical energy storage device to be used again when needed for the electric machine 17 in engine operation or other electrical loads in the area of the fuel cell system 1.
Dieser bis hierher beschriebene Aufbau ist so aus dem Stand der Technik bekannt. Er ist dabei rein beispielhaft zu verstehen, da auch andere Arten und Aufbauten von This structure described so far is known from the prior art. He is thereby to be understood purely as an example, since other types and structures of
Brennstoffzellensystemen 1 mit einer Brennstoffzelle 2, wenigstens einem Fuel cell systems 1 with a fuel cell 2, at least one
Wasserstoffdruckspeicher 7 und den zum Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 unbedingt notwendigen Systemkomponenten, denkbar wären. Hydrogen pressure accumulator 7 and the system components that are essential for the operation of the fuel cell system 1, would be conceivable.
Das Brennstoffzellensystem 1 , wie es in Figur 1 beschrieben ist, soll nun dazu dienen, ein in Figur 2 erkennbares Fahrzeug 18 anzutreiben. Es liefert die in der Brennstoffzelle 2 erzeugte elektrische Leistung dazu an einen Fahrmotor 19, welcher bei dem Fahrzeug 18 im Bereich einer Hinterachse 20 angeordnet ist. Der elektrische Fahrmotor 19 kann dabei als einzelner Fahrmotor ausgebildet sein, welcher im Bereich der Hinterachse 20 typischerweise zwischen den beiden Rädern der Hinterachse 20 angeordnet ist und diese mittelbar über Getriebeelemente treibt. Ebenso wäre es denkbar, den elektrischen Fahrmotor 19 in Form von zwei einzelnen Motoren auszubilden, welche als sogenannte Radnaben-Motoren ausgebildet sind und dann in den Rädern der Hinterachse 20 angeordnet wären. The fuel cell system 1, as described in FIG. 1, is now intended to drive a vehicle 18, which can be seen in FIG. It supplies the electrical power generated in the fuel cell 2 to a traction motor 19, which is arranged in the vehicle 18 in the region of a rear axle 20. The electric traction motor 19 may be formed as a single traction motor, which is typically arranged in the region of the rear axle 20 between the two wheels of the rear axle 20 and drives them indirectly via gear elements. It would also be conceivable to form the electric traction motor 19 in the form of two individual motors, which are designed as so-called wheel hub motors and would then be arranged in the wheels of the rear axle 20.
In der Darstellung der Figur 2 ist außerdem zu erkennen, dass das Fahrzeug 18 insgesamt eine sehr flache Architektur aufweist. Es kann sich insbesondere um eine Limousine handeln. Im Vorderbau 21 dieser Limousine 18, also in dem Bereich, in dem bei herkömmlichen über einen Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeugen 18 der Verbrennungsmotor unter einer Haube beziehungsweise Motorhaube angeordnet ist, ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel nun ein Kühlwärmetauscher 22 platziert, welcher zur Kühlung von Komponenten des Brennstoffzellensystems 1 ebenso wie zur Kühlung der Brennstoffzelle 2 selbst und/oder des elektrischen Antriebsmotors 19 mit eingesetzt werden kann. Der Kühlwärmetauscher 22 kann dabei mehrteilig oder mehrstufig ausgebildet sein und kann außerdem Kühlaufgaben für eine elektrische Energiespeichereinrichtung 23 oder eine hier nicht dargestellte Klimaanlage des In the illustration of Figure 2 is also seen that the vehicle 18 has a total of a very flat architecture. It may in particular be a limousine. In the front 21 of this sedan 18, so in the area where in conventional powered by an internal combustion engine vehicles 18, the engine is arranged under a hood or hood, a cooling heat exchanger 22 is now placed in the embodiment shown here, which for cooling components of the Fuel cell system 1 as well as for cooling the fuel cell 2 itself and / or the electric drive motor 19 with can be used. The cooling heat exchanger 22 may be formed in several parts or multi-level and may also cooling tasks for an electrical energy storage device 23 or not shown here air conditioning
Fahrzeugs 18 mit übernehmen. Ausgehend von der Front des Fahrzeugs 18 folgen im Vorderbau 21 auf den Kühlwärmetauscher 22 eine Systemelektronik 24 für das Take over vehicle 18 with. Starting from the front of the vehicle 18 follow in the front 21 to the cooling heat exchanger 22, a system electronics 24 for the
Brennstoffzellensystem 1 sowie die Brennstoffzelle 2 selbst. Im auf die Brennstoffzelle 2 folgenden Teil sind dann die Systemkomponenten 25 des Brennstoffzellensystems 1 zusammengefasst. Diese können gemäß der oben dargelegten Beschreibung insbesondere Komponenten zur Wasserstoff- und Luftversorgung, also die Fuel cell system 1 and the fuel cell 2 itself. In the following on the fuel cell 2 part then the system components 25 of the fuel cell system 1 are summarized. These can, according to the above description, in particular components for hydrogen and air supply, so the
Ventileinrichtung 8, die Rezirkulationsfördereinrichtung 10, die Turbine 15, die Maschine 17 sowie die Luftfördereinrichtung 6, den Ladeluftkühler 13 und den Befeuchter 14 mit umfassen. Zur Ansteuerung sowohl der Brennstoffzelle 2 als auch dieser Valve means 8, the recirculation conveyor 10, the turbine 15, the machine 17 and the air conveyor 6, the intercooler 13 and the humidifier 14 include. For controlling both the fuel cell 2 and this
Systemkomponenten 25 dient dabei die Systemelektronik 24, welche daneben außerdem die elektrische Energieverteilung in dem Fahrzeug 18 als Ganzes steuert. Die System components 25 serve the system electronics 24, which also controls besides the electrical energy distribution in the vehicle 18 as a whole. The
Brennstoffzelle 2, die Systemkomponenten 25 und gegebenenfalls die Systemelektronik 24 können dabei zu einer festen Baueinheit verbunden sein, welche entkoppelt in dem Fahrzeug 18 aufgehängt ist. Fuel cell 2, the system components 25 and optionally the system electronics 24 may be connected to a fixed unit, which is decoupled suspended in the vehicle 18.
In einem Bereich teilweise unterhalb der Systemkomponenten 25 und von der Front des Fahrzeugs 18 aus gesehen hinter der Brennstoffzelle 2 liegt ein erster In a region partially below the system components 25 and seen from the front of the vehicle 18 behind the fuel cell 2 is a first
Wasserstoffdruckspeicher 7.1 des Fahrzeugs 18. Dieser ist typischerweise in der Mitte des Fahrzeugs 18 angeordnet, und zwar in einem Bereich zwischen den beiden vorderen Sitzen des Fahrzeugs. Er kann außerdem teilweise in den Vorderbau des Fahrzeugs 18 ragen. Dieser typischerweise als Mitteltunnel bezeichnete Bereich wird bei Hydrogen pressure accumulator 7.1 of the vehicle 18. This is typically located in the center of the vehicle 18, in an area between the two front seats of the vehicle. He may also partially protrude into the front of the vehicle 18. This area, typically referred to as a center tunnel, is included
herkömmlichen Fahrzeugen mit Heckantrieb im Allgemeinen dazu verwendet, das Getriebe anzuordnen und von diesem ausgehend über eine mechanische conventional rear wheel drive vehicles generally used to arrange the gearbox and from there via a mechanical
Leistungsübertragung, typischerweise eine Kardanwelle, die Leistung auf die Power transmission, typically a cardan shaft, the power on the
angetriebenen Räder der Hinterachse 20 zu übertragen. Dieser Bereich kann bei dem Fahrzeug 18 nun genutzt werden, um den ersten Wasserstoffdruckspeicher 7.1 unterzubringen. Dieser ist sehr nahe bei den Systemkomponenten 25 angeordnet, sodass eine Leitungsführung zumindest für diesen Teil des Wasserstoffdruckspeichers 7.1 zu den Systemkomponenten 25 vergleichsweise einfach ausgeführt werden kann. driven wheels of the rear axle 20 to transmit. This area can now be used in the vehicle 18 to accommodate the first hydrogen pressure accumulator 7.1. This is arranged very close to the system components 25, so that a wiring at least for this part of the hydrogen pressure accumulator 7.1 to the system components 25 can be made relatively simple.
Der Wasserstoffdruckspeicher 7.1 im Mitteltunnel kann dabei entweder in an sich bekannter Art und Weise als im Wesentlichen zylindrischer Wasserstoffdruckspeicher aufgebaut sein. Er kann gemäß einer sehr günstigen und vorteilhaften Weiterbildung jedoch auch als kegelförmiger Wasserstoffdruckspeicher aufgebaut sein, wie es aus der Anmeldung DE 10 2006 056 222 A1 der Anmelderin bekannt ist. Der The hydrogen pressure accumulator 7.1 in the center tunnel can either in a conventional manner as a substantially cylindrical hydrogen pressure accumulator be constructed. However, according to a very favorable and advantageous development, it can also be constructed as a cone-shaped hydrogen pressure accumulator, as is known from the Applicant's application DE 10 2006 056 222 A1. Of the
Wasserstoffdruckspeicher 7.1 ragt dabei in den Bereich des Fahrzeugs 18, in dem die Passagiere sitzen, nämlich typischerweise in den Bereich der ersten Sitzreihe, welche hier jedoch nicht eingezeichnet ist. Dadurch, dass er im Mitteltunnel angeordnet ist, stört er das Platzangebot im Bereich dieser Sitzreihe jedoch gegenüber herkömmlichen Fahrzeugen nicht, sodass kein zusätzlicher Bauraumbedarf durch den Hydrogen pressure accumulator 7.1 protrudes into the area of the vehicle 18 in which the passengers are seated, namely typically in the area of the first row of seats, which is not shown here, however. The fact that it is located in the center tunnel, it does not disturb the space available in the range of this row of seats, however, compared to conventional vehicles, so no additional space required by the
Wasserstoffdruckspeicher 7.1 entsteht. Dieser vordere Bereich des Hydrogen pressure accumulator 7.1 arises. This front area of the
Brennstoffzellensystems 1 beziehungsweise des Antriebssystems für das Fahrzeug 18 ist dabei über Wasserstoffleitungen und elektrische Leitungen - welche hier nicht dargestellt sind - mit einem hinteren Bereich verbunden. Wie bereits erwähnt, befindet sich in diesem hinteren Bereich, also im Bereich er Hinterachse 20, der elektrische Fahrmotor 19. Unmittelbar vor dem elektrischen Fahrmotor ist eine Hochleistungsbatterie als elektrische Energiespeichereinrichtung 23 angeordnet. Diese kann beispielsweise als Lithium-Ionen-Batterie oder in Form von Hochleistungskondensatoren ausgebildet sein. Auch eine Kombination dieser beiden Bauelemente zu einer integrierten Fuel cell system 1 and the drive system for the vehicle 18 is connected via hydrogen lines and electrical lines - which are not shown here - with a rear area. As already mentioned, the electric traction motor 19 is located in this rear region, that is to say in the region of the rear axle 20. Immediately before the electric traction motor, a high-performance battery is arranged as an electrical energy storage device 23. This can be formed, for example, as a lithium-ion battery or in the form of high-performance capacitors. Also, a combination of these two components to an integrated
Hochvoltspeichereinrichtung ist denkbar. Die elektrische Energiespeichereinrichtung 23 hat dabei die Aufgabe in Situationen, in denen die elektrische Leistung des High-voltage storage device is conceivable. The electrical energy storage device 23 has the task in situations in which the electrical power of the
Brennstoffzellensystems 1 nicht ausreicht, zusätzliche Leistung für den elektrischen Fahrmotor 19 bereitzustellen. Außerdem hat sie die Aufgabe, in Situationen, in denen die elektrische Leistung der Brennstoffzelle 1 größer ist als für den elektrischen Fahrmotor 19 benötigt, diese überschüssige elektrische Leistung zwischenzuspeichern. Die wichtigste Aufgabe der elektrischen Energiespeichereinrichtung 23 liegt jedoch darin, beim Fuel cell system 1 is not sufficient to provide additional power for the electric traction motor 19. It also has the task, in situations where the electrical power of the fuel cell 1 is greater than needed for the electric traction motor 19, to temporarily store this excess electrical power. The most important task of the electric energy storage device 23, however, lies in the
Abbremsen des Fahrzeugs 18 anfallende elektrische Leistung zu speichern. Diese fällt an, da über den elektrischen Fahrmotor 19 in solchen Situationen im generatorischen Betrieb gebremst werden kann. Um das erforderliche Schleppmoment beim Abbremsen des Fahrzeugs 18 bereitzustellen, wird dem in dieser Situation als Generator betriebenen elektrischen Fahrmotor 19 ein hierfür geeigneter Strom entnommen. Die dadurch erzeugte elektrische Energie kann in der elektrischen Energiespeichereinrichtung 23 zwischengespeichert werden. Die so beim Abbremsen des Fahrzeugs 18 rekuperierte Energie kann zum Wiederanfahren und gegebenenfalls auch zum Betrieb von Braking the vehicle to save 18 resulting electrical power. This is due to the fact that can be braked in such situations in generator mode via the electric traction motor 19. In order to provide the required drag torque during braking of the vehicle 18, a current suitable for this purpose is taken from the electric traction motor 19 which is operated as a generator in this situation. The electrical energy generated thereby can be temporarily stored in the electrical energy storage device 23. The recuperated during braking of the vehicle 18 energy can restart and possibly also for the operation of
Nebenverbrauchern in dem Fahrzeug 18 eingesetzt werden. Im Bereich der Hinterachse 20 sind außerdem zwei weitere Wasserstoffdruckspeicher 7.2 und 7.3 zu erkennen. Der Wasserstoffdruckspeicher 7.3 ist ebenso wie die elektrische Energiespeichereinrichtung 23 dabei vor dem Bereich der Hinterachse 20 angeordnet und kommt so unter einer hinteren beziehungsweise zweiten Sitzreihe in dem Fahrzeug 18 zu liegen. Dieser Raum, welcher typischerweise für Bauteile wie beispielsweise einen Kraftstofftank in herkömmlichen Fahrzeugen eingesetzt wird, kann so sinnvoll genutzt werden. Die Lage vor der Hinterachse 20 ist dabei hinsichtlich des Schwerpunkts besonders günstig, da so der Schwerpunkt weiter in Richtung der Fahrzeugmitte verschoben wird. Außerdem ist der Wasserstoffdruckspeicher 7.3 zu erkennen, welcher in einem Bereich unterhalb eines Staurums im Heck 26 des Fahrzeugs 18 angeordnet ist. Auch dieser Raum unterhalb des Stauraums beziehungsweise Kofferraums ist typischerweise durch Speichertanks für den Kraftstoff, also beispielsweise Benzin oder Diesel, in herkömmlichen Fahrzeugen genutzt. Dieser Bauraum kann nun beim Einsatz des Fahrzeugs 18 mit einem Brennstoffzellensystem 1 ebenfalls zu Positionierung von weiteren Wasserstoffdruckspeichern 7.3 genutzt werden. Used by auxiliary consumers in the vehicle 18. In the region of the rear axle 20 also two more hydrogen pressure storage 7.2 and 7.3 can be seen. The hydrogen pressure accumulator 7.3 is, like the electrical energy storage device 23, arranged in front of the region of the rear axle 20 and thus comes to rest under a rear or second row of seats in the vehicle 18. This space, which is typically used for components such as a fuel tank in conventional vehicles, can be used as meaningful. The position in front of the rear axle 20 is particularly favorable with regard to the center of gravity, since the center of gravity is thus displaced further in the direction of the vehicle center. In addition, the hydrogen pressure accumulator 7.3 can be seen, which is arranged in an area below a storage area in the rear 26 of the vehicle 18. Also, this space below the storage space or trunk is typically used by storage tanks for the fuel, so for example, gasoline or diesel, in conventional vehicles. This space can now also be used to position additional hydrogen pressure accumulators 7.3 when using the vehicle 18 with a fuel cell system 1.
Insgesamt ist aus der Darstellung der Figur 2 zu erkennen, dass bei einer sehr flachen Architektur des Fahrzeugs 18, welche ohne Veränderungen im Design von Limousinen realisiert werden kann, ein Brennstoffzellensystem 1 funktionsgeeignet positioniert und eingebaut werden kann. Der typischerweise für Fahrgäste und Gepäck zur Verfügung stehende Raum oberhalb der gestrichelten Linien bleibt hiervon unberührt. Dies ermöglicht es herkömmliche Fahrzeug 18 zu Brennstoffzellenfahrzeugen umzurüsten, um so beispielsweise ohne Design, tragende Teile und Aufbau des Fahrzeugs 18 zu ändern, neben herkömmlichen Fahrzeugen mit verbrennungsmotorischen Antrieben Fahrzeuge 18 mit Brennstoffzellenantrieben bereitstellen zu können.  Overall, it can be seen from the illustration of FIG. 2 that with a very flat architecture of the vehicle 18, which can be realized without changes in the design of sedans, a fuel cell system 1 can be functionally positioned and installed. The typically available for passengers and luggage space above the dashed lines remains unaffected. This allows conventional vehicles 18 to convert to fuel cell vehicles, such as without changing the design, structural parts, and structure of the vehicle 18, to provide vehicles 18 with fuel cell drives in addition to conventional vehicles having internal combustion engines.

Claims

Patentansprüche claims
1. Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem zum Bereitstellen der elektrischen Antriebsleistung für einen elektrischen Fahrmotor, wobei das 1. A vehicle with a fuel cell system for providing the electrical drive power for a drive electric motor, wherein the
Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzelle aufweist, welcher Luft und aus einem Wasserstoffdruckspeicher Wasserstoff zuführbar ist, wobei die Brennstoffzelle in einem Vorderbau zusammen mit einer Systemelektronik und wenigstens einem Kühlwärmetauscher angeordnet ist,  Fuel cell system comprising a fuel cell, which is supplied to air and hydrogen from a hydrogen pressure storage, the fuel cell is arranged in a front frame together with a system electronics and at least one cooling heat exchanger,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
weitere Systemkomponenten (25) zur Luft- und Wasserstoffversorgung sowie zur Konditionierung dieser Edukte in dem Vorderbau (21) angeordnet sind, dass wenigstens ein Wasserstoffdruckspeicher (7.1) in einem sich an den Vorderbau (21) anschließenden Mitteltunnel angeordnet ist, und dass der elektrische  further system components (25) for air and hydrogen supply and for conditioning of these educts in the front building (21) are arranged so that at least one hydrogen pressure accumulator (7.1) is arranged in a frontal to the front (21) center tunnel, and that the electric
Fahrmotor (19) im Bereich einer angetriebenen Hinterachse (20) angeordnet ist.  Traction motor (19) in the region of a driven rear axle (20) is arranged.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1 , 2. Vehicle according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
eine elektrische Energiespeichereinrichtung (23) im Bereich der Hinterachse (20) angeordnet ist.  an electrical energy storage device (23) in the region of the rear axle (20) is arranged.
3. Fahrzeug nach Anspruch 2, 3. Vehicle according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die elektrische Energiespeichereinrichtung (23) im Bereich in Fahrtrichtung vor der Hinterachse (20) angeordnet ist. the electrical energy storage device (23) is arranged in the region in the direction of travel in front of the rear axle (20).
4. Fahrzeug nach Anspruch 1 , 2 oder 3, 4. Vehicle according to claim 1, 2 or 3,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Brennstoffzelle (2), die Systemelektronik (24), der Kühlwärmetauscher (22) und die Systemkomponenten (25) im Vorderbau (21) unter einer Haube von der Front aus in der Reihenfolge Kühlwärmetauscher (22), Systemelektronik (24),  the fuel cell (2), the system electronics (24), the cooling heat exchanger (22) and the system components (25) in the front (21) under a hood from the front in the order cooling heat exchanger (22), system electronics (24),
Brennstoffzelle (2), Systemkomponenten (25) angeordnet sind.  Fuel cell (2), system components (25) are arranged.
5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. Vehicle according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
neben dem Wasserstoffdruckspeicher (7.1) im Bereich des Mitteltunnels wenigstens ein weiterer Wasserstoffdruckspeicher (7.2, 7.3) vorhanden ist.  in addition to the hydrogen pressure accumulator (7.1) in the region of the central tunnel at least one further hydrogen pressure accumulator (7.2, 7.3) is present.
6. Fahrzeug nach Anspruch 5, 6. Vehicle according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
wenigstens ein Wasserstoffdruckspeicher (7.2) im Bereich der Hinterachse (20) angeordnet ist.  at least one hydrogen pressure accumulator (7.2) in the region of the rear axle (20) is arranged.
7. Fahrzeug nach den Ansprüchen 3 und 6, 7. Vehicle according to claims 3 and 6,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
wenigstens ein Wasserstoffdruckspeicher (7.2) im Bereich der Hinterachse (20) vor der elektrischen Energiespeichereinrichtung (23) angeordnet ist.  at least one hydrogen pressure accumulator (7.2) in the region of the rear axle (20) in front of the electrical energy storage device (23) is arranged.
8. Fahrzeug nach einem der Ansprühe 5, 6 oder 7, 8. Vehicle according to one of claims 5, 6 or 7,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
wenigstens ein Wasserstoffdruckspeicher (7.2) unterhalb einer hinteren Sitzreihe angeordnet ist.  at least one hydrogen pressure accumulator (7.2) is arranged below a rear row of seats.
9. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 8, 9. Vehicle according to one of claims 5 to 8,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
wenigstens ein Wasserstoffdruckspeicher (7.3) unterhalb eines Stauraums im Heck (26) angeordnet ist.  at least one hydrogen pressure accumulator (7.3) below a storage space in the rear (26) is arranged.
10. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. Vehicle according to one of claims 1 to 9,
gekennzeichnet durch  marked by
seine Ausbildung als Personenkraftwagen.  his education as a passenger car.
PCT/EP2010/004704 2009-10-13 2010-07-31 Vehicle having a fuel cell system WO2011044964A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009049198.8 2009-10-13
DE102009049198A DE102009049198A1 (en) 2009-10-13 2009-10-13 Vehicle with a fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011044964A1 true WO2011044964A1 (en) 2011-04-21

Family

ID=43531812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/004704 WO2011044964A1 (en) 2009-10-13 2010-07-31 Vehicle having a fuel cell system

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102009049198A1 (en)
WO (1) WO2011044964A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9937780B2 (en) 2015-04-09 2018-04-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Front-drive electric vehicle
WO2019002381A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-03 Plastic Omnium Advanced Innovation And Research Fuel cell architecture
WO2023051924A1 (en) * 2021-09-30 2023-04-06 Volvo Truck Corporation A system, a method of controlling a system, and a vehicle comprising a system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017201299A1 (en) 2017-01-27 2018-08-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft fuel cell vehicle

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1266783A2 (en) 2001-06-15 2002-12-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Mounting structure for fuel cell system on a vehicle
US20030164255A1 (en) 2001-12-07 2003-09-04 Borroni-Bird Christopher E. Modular chassis with simplified body-attachment interface
EP1547845A1 (en) * 2002-08-27 2005-06-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Motor vehicle mounted with fuel cell
DE102006056222A1 (en) 2006-11-29 2008-06-05 Daimler Ag Passenger cars
DE102008051786A1 (en) * 2007-10-18 2009-04-23 Volkswagen Ag Electrically operatable motor vehicle, has container accommodating process materials for operating fuel cell system, and sectionally placed within transmission tunnel, where tunnel is strengthened by two longitudinal carriers
US20090133948A1 (en) * 2004-10-29 2009-05-28 Ford Global Technologies, Llc Vehicle and fuel storage system for a vehicle

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1266783A2 (en) 2001-06-15 2002-12-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Mounting structure for fuel cell system on a vehicle
US20030164255A1 (en) 2001-12-07 2003-09-04 Borroni-Bird Christopher E. Modular chassis with simplified body-attachment interface
EP1547845A1 (en) * 2002-08-27 2005-06-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Motor vehicle mounted with fuel cell
US20090133948A1 (en) * 2004-10-29 2009-05-28 Ford Global Technologies, Llc Vehicle and fuel storage system for a vehicle
DE102006056222A1 (en) 2006-11-29 2008-06-05 Daimler Ag Passenger cars
DE102008051786A1 (en) * 2007-10-18 2009-04-23 Volkswagen Ag Electrically operatable motor vehicle, has container accommodating process materials for operating fuel cell system, and sectionally placed within transmission tunnel, where tunnel is strengthened by two longitudinal carriers

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9937780B2 (en) 2015-04-09 2018-04-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Front-drive electric vehicle
US10029552B2 (en) 2015-04-09 2018-07-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Rear-drive electric vehicle
WO2019002381A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-03 Plastic Omnium Advanced Innovation And Research Fuel cell architecture
CN110799369A (en) * 2017-06-30 2020-02-14 全耐塑料高级创新研究公司 Fuel cell architecture
US11117458B2 (en) 2017-06-30 2021-09-14 Plastic Omnium Advanced Innovation And Research Fuel cell architecture
WO2023051924A1 (en) * 2021-09-30 2023-04-06 Volvo Truck Corporation A system, a method of controlling a system, and a vehicle comprising a system

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009049198A1 (en) 2011-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0677411B1 (en) Drive unit mounting for an electric vehicle
DE102014008480A1 (en) Vehicle with an energy storage
DE102020000314A1 (en) Commercial vehicle with fuel cell equipment
DE102008030581A1 (en) Drive train for a motor vehicle and method for operating a drive train of a motor vehicle
DE10026268A1 (en) Fuel cell powered electric vehicle has fuel tank, fuel reformer, fuel cell, electrical energy storage device arranged in series in longitudinal vehicle direction below floor of vehicle
DE102009038834A1 (en) motor vehicle
EP2547540B1 (en) Motor vehicle
EP0677417A1 (en) Arrangement of a propulsion unit in an electric vehicle
DE112007001145T5 (en) storage device
DE102016007124A1 (en) Modular system and method for providing a plurality of variants of a drive arrangement of a vehicle
DE102009056852A1 (en) Motor vehicle and body floor structure for the motor vehicle
DE102010052797A1 (en) Fuel cell vehicle, has electric drive motor attached at electrical traction motor and compressor unit, and electrical traction motor converting mechanical brake energy into electrical power in generator operation and feeding drive motor
DE102011010365A1 (en) Supporting arrangement for body of passenger car i.e. electric car, has mechanical arrangement is arranged in front of storage device, so that storage device is supported at mechanical arrangement during force application caused by accident
DE102022204040A1 (en) ELECTRIC VEHICLE BATTERY PACK AND BATTERY PACK INSTALLATION PROCEDURE
DE102020101154A1 (en) Modular automotive architecture
WO2011044964A1 (en) Vehicle having a fuel cell system
DE112009004847T5 (en) The fuel cell system
DE102009048573A1 (en) Motor vehicle, particularly tricycles, motor vehicle is provided with chassis frame, and central module, on which cabin module is placed
DE102021003966A1 (en) Modular energy supply system for an electrically powered vehicle and energy module for a modular energy supply system
DE102018001298A1 (en) Vehicle trailer
DE102018104968B4 (en) fuel cell vehicle
WO2009056089A1 (en) Air-conditioning system for a vehicle
DE102012004767A1 (en) Vehicle with a fuel cell system
EP3768537A1 (en) Modular energy supply system for utility vehicles
DE102015012047A1 (en) Method for starting a fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10750029

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10750029

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1