WO2012038497A2 - Elektrokraftfahrzeug und redox-flow-modul sowie kartusche hierzu - Google Patents

Elektrokraftfahrzeug und redox-flow-modul sowie kartusche hierzu Download PDF

Info

Publication number
WO2012038497A2
WO2012038497A2 PCT/EP2011/066480 EP2011066480W WO2012038497A2 WO 2012038497 A2 WO2012038497 A2 WO 2012038497A2 EP 2011066480 W EP2011066480 W EP 2011066480W WO 2012038497 A2 WO2012038497 A2 WO 2012038497A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
redox flow
accumulator
electric motor
vehicle
motor vehicle
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/066480
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012038497A3 (de
Inventor
Hermann Pecnik
Gerhard Teuschl
Original Assignee
Magna E-Car Systems Gmbh & Co Og
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 Magna E-Car Systems Gmbh & Co Og filed Critical Magna E-Car Systems Gmbh & Co Og
Priority to US13/824,217 priority Critical patent/US9358897B2/en
Priority to DE112011103180T priority patent/DE112011103180A5/de
Publication of WO2012038497A2 publication Critical patent/WO2012038497A2/de
Publication of WO2012038497A3 publication Critical patent/WO2012038497A3/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/80—Exchanging energy storage elements, e.g. removable batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/20—Indirect fuel cells, e.g. fuel cells with redox couple being irreversible
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to an electric motor vehicle, comprising a drive motor, a first accumulator of a first type and a second accumulator of a second type. Between the drive motor and the first accumulator electrical energy can be transferred bidirectionally, at least unidirectionally from the second accumulator to the drive motor or to the first accumulator. Furthermore, the invention relates to a redox flow module with at least one redox flow cell.
  • Range extender refers to additional aggregates in one
  • Electric motor vehicle which increase the range of the vehicle.
  • internal combustion engines are used to drive a generator, which in turn
  • range extender is a fuel cell that can be "refueled” relatively quickly with hydrogen and oxygen.
  • DE 101 33 580 discloses such a vehicle.
  • hydrogen-oxygen fuel cells speaks the high risk of the necessary gases for the operation of the cell.
  • the redox flow cell is an accumulator which stores electrical energy in chemical compounds, wherein the reactants are present in a solvent in dissolved form.
  • the two energy-storing electrolytes circulate in two separate circuits, between those in the cell by means of a membrane
  • Ion exchange takes place.
  • the cell voltage of the redox flow cell is in practical systems between 1.0 and 2.2 V.
  • Advantageous is the possibility to exchange a used electrolyte at a gas station against a fresh electrolyte.
  • the spent electrolyte can be regenerated there with electricity from the public grid.
  • the charging or refueling process takes approximately as long as the refueling process in conventional automobiles.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved electric motor vehicle and an improved redox flow module.
  • the range of electric vehicles is to be extended without emissions, without deteriorating the dynamics of the vehicle and without reducing the risk of
  • the object of the invention is achieved by an electric motor vehicle of the type mentioned, in which the second accumulator comprises at least one redox flow cell.
  • a redox flow module having at least one redox flow cell, which comprises an electrical coupling for connection to a circuit of a vehicle and a fluid coupling for connection to an electrolyte circuit of said vehicle ,
  • the object of the invention is also achieved with a cartridge for an electric vehicle having a container for receiving an electrolyte, which is intended for operation of a redox flow cell, and a liquid coupling for connecting the cartridge to an electrolyte circuit of Vehicle includes and is portable.
  • a cartridge for an electric vehicle having a container for receiving an electrolyte, which is intended for operation of a redox flow cell, and a liquid coupling for connecting the cartridge to an electrolyte circuit of Vehicle includes and is portable.
  • an enriched electrolyte can be introduced into the electrolyte circuit of the vehicle.
  • a cartridge can be carried, for example, in the trunk of the vehicle. It is conceivable that a cartridge is provided for each electrolyte, or a cartridge has separate containers for two electrolytes. The handling of the cartridge is then particularly simple, since a cartridge is sufficient to operate the vehicle.
  • the first accumulator is constructed from lithium-ion cells and / or lithium polymer cells.
  • Such cells combine high energy content with low internal resistance. They thus ensure a good dynamics of the vehicle and a high "basic range", ie without having to refuel the vehicle. Thanks to their low internal resistance, they can quickly absorb electrical energy, which on the one hand provides for a short charging, on the other hand, recuperative or regenerative deceleration of the electric motor vehicle allows.
  • the electric motor vehicle according to the invention comprises a controller, which is prepared for electrical energy from the second to the first
  • the first accumulator is therefore only partially recharged from the second accumulator, for example to 80% of its capacity. This has the advantage that in the first accumulator there is always "space" for recuperative energy, in particular if a lithium-ion accumulator is provided for the first accumulator, high deceleration values can be achieved because of the dynamics of the accumulator.
  • the controller is prepared to transfer electrical energy from the first to the second accumulator if the energy content of the first accumulator is greater than its maximum energy content less a second predefinable differential energy content.
  • energy is transferred from the first to the second accumulator when, for example, the first accumulator has absorbed relatively much recuperative energy and could not absorb any or only little energy if it were not discharged. This can For example, in a long descent happen, in which above-average rate must be braked.
  • the controller is prepared to charge the first accumulator and the second accumulator during a charging process from an electrical supply network to the maximum energy content of the first and second accumulator minus the first difference energy content or the second difference energy content.
  • the electric motor vehicle when charging from a public power grid, for example, not fully charged, but only partially, for example, to 90%. This is useful, for example, when the vehicle is traveling from a point of greater altitude to a point of lesser altitude. This allows the potential energy of the vehicle in the first
  • the controller is prepared to load the first accumulator during a charging process from an electrical supply network up to its maximum energy content less the first difference energy content or the second difference energy content.
  • This variant of the invention is similar to the previously mentioned variant, but will now be in the first accumulator (with high
  • the electric motor vehicle an electrical coupling for connecting a redox flow module with at least one redox flow cell to a circuit of the vehicle and a fluid coupling for connecting the mentioned redox flow module to an electrolyte circuit of the vehicle.
  • the electrical system can be built very flexible, because without great difficulty redox flow systems can be constructed with different voltages and / or maximum currents.
  • the electric motor vehicle comprises a fluid coupling for connecting a portable cartridge to an electrolyte circuit of the vehicle, which accommodates at least one electrolyte provided for the operation of the redox flow cell. In this way, it is possible to operate the vehicle even if consumed in the tanks of the vehicle electrolyte consumed or the tanks are empty at all and refueling is temporarily impossible.
  • a tank for an electrolyte which is provided for the operation of the redox flow cell, in the electrolyte circuit
  • At least one valve in the electrolyte circuit for switching the same optionally via the tank or the bypass line.
  • electrolyte circuit which allows the optional operation of the redox flow cell by means of an electrolyte stored in a vehicle-side tank or with the aid of the electrolyte contained in the cartridge.
  • electrolyte circuit allows the optional operation of the redox flow cell by means of an electrolyte stored in a vehicle-side tank or with the aid of the electrolyte contained in the cartridge.
  • redox flow module respectively the cartridge comprises a data interface for exchanging data between the electric motor vehicle and the redox flow module / the cartridge.
  • a plug-in coupling with electrical contacts for the wired data transmission can be provided for this purpose.
  • the data exchange for example, via a radio interface or an optical interface.
  • the electric motor vehicle according to the invention or the redox flow module according to the invention or the cartridge comprises a mechanical clutch for locking the redox flow module / the cartridge on the vehicle.
  • a mechanical clutch for locking the redox flow module / the cartridge on the vehicle.
  • the redox flow module / cartridge can not inadvertently come off the vehicle.
  • Such a coupling can be formed, for example, by a hook, which engages when connecting the redox flow module / the cartridge to the vehicle.
  • the redox flow module / the cartridge can be easily connected to the vehicle, which, for example, the maintenance of the vehicle is much easier.
  • the electric motor vehicle a plurality of electrical couplings and a plurality of liquid couplings or multiple data interfaces and mechanical couplings for the connection of several various redox flow modules or cartridges.
  • This is another way for the modular design of the system.
  • redox flow modules / cartridges of different designs can also be connected to the vehicle in this variant. This may allow the system to be better adapted to a specific specification. In addition, this increases compatibility, since the vehicle is also suitable for connecting redox flow modules / cartridges from different manufacturers or different manufacturers
  • the electric motor vehicle comprises means for detecting the number / type of redox flow modules or cartridges connected to the vehicle.
  • microswitches can be provided for this purpose, which are actuated when a redox flow module / a cartridge is connected to the vehicle and thus provide information about the number of connected modules / cartridges.
  • a memory provided in the redox flow module / in the cartridge can be read out via a data interface.
  • the redox flow module / cartridge comprises a transponder which contains information about the type of redox flow module / cartridge.
  • the electrical coupling and / or the liquid coupling and / or the data interface and / or the mechanical coupling for the connection of a redox flow module and for the connection of a cartridge are identical.
  • the electric vehicle can be built very flexible, since the interfaces can be filled either with redox flow modules or with cartridges.
  • the voltage at the electrical coupling is at most the contact voltage.
  • the contact voltage In healthy adults, starting with a contact voltage of 50 V AC or 120 V DC, one assumes a life-threatening situation.
  • the contact voltage is limited to a maximum of 25 V AC or 60 V DC. Tension set. In this way, people and animals can be protected from a dangerous electric shock.
  • the electric motor vehicle according to the invention comprises a voltage converter, which is arranged between the electrical coupling and an electrical network of the vehicle.
  • the redox flow module according to the invention may also comprise a voltage converter, which is arranged between the electrical coupling and the at least one redox flow cell. In this way, a voltage level of the redox flow module can be adapted to a voltage level of a power grid of the electric motor vehicle.
  • the electrical coupling comprises connections for at least two different voltages of a redox flow module.
  • the redox flow module may include a plurality of series-connected redox flow cells and an electrical coupling with terminals for at least two different voltages, the different voltages arising by tapping at different points of the series connection.
  • a redox flow module comprises several series-connected redox flow cells (each deliver about 1.2 to 2.2 V) to achieve a required voltage of 48 V, for example. By tapping at various points of the series circuit further voltages, for example 12 V, can be made available.
  • redox flow cells are particularly evident here, because unlike galvanic cells, each containing a certain amount of electrolyte, a common electrolyte in a tank is provided for the redox flow cells. Therefore, an additional burden on a part of the cells by the said additional voltage tap does not interfere too much, since these cells do not discharge any more than the remaining cells of the series connection. It is also conceivable, of course, to provide a plurality of parallel-connected branches in series connected redox flow cells in order to be able to supply a required current.
  • voltage converters are provided only for a part of the named connections.
  • voltage converter is intended only for those connections for which a redox flow module can not deliver suitable voltage. For example, a voltage of 48 V (less than the touch voltage) is converted to a higher voltage level by a DC / DC converter while another voltage of, for example, 12 V does not continue
  • the DC-DC converter is preferably provided on the vehicle side, but may also be integrated in the redox flow module.
  • connections to which a voltage converter is assigned are connected to a drive of the electric motor vehicle and those connections, to which no voltage converter is assigned, to a peripheral electrical system of the electric motor vehicle. It is particularly advantageous in this context if the connections assigned to the drive have a higher voltage than the connections assigned to the peripheral electrical system and that the voltage converter is as
  • Up-converter is executed. For example, to a voltage of 48 V to 400 V for the traction drive are converted high, whereas the voltage of 12 V directly for the peripheral electrical system of the electric motor vehicle, ie for auxiliary equipment, actuators, entertainment systems and the like, is used. In this way voltage transformers in the low-voltage range, which reduce the overall efficiency of the system, can be avoided.
  • the electric motor vehicle according to the invention also comprises at least one isolating relay, which is arranged between the electric coupling and an electrical network of the vehicle.
  • the redox flow module according to the invention may also comprise at least one isolating relay, which is arranged between the electrical coupling and the at least one redox flow cell.
  • the said means can be formed for example by valves or slides.
  • Figure 1 is a schematic representation of an electric vehicle according to the invention with connected redox flow module
  • FIG. 2 shows an exemplary redox flow module according to the invention
  • FIG. 3 shows an exemplary cartridge according to the invention
  • Electric vehicle with a bypass line for the electrolyte tank and
  • FIG. 5 shows an exemplary electrical connection of several redox flow modules.
  • FIG. 1 shows an electric motor vehicle 1 comprising a drive motor 2, a first accumulator 3 of a first type and a second accumulator 4 of a second type.
  • the drive motor 2 is mechanically connected to drive wheels 6 via a transmission 5. Furthermore, the drive motor 2 via a DC / AC converter 7 and a central
  • the first accumulator 3 is designed in this example as a lithium-ion accumulator.
  • the use of other types of accumulators is possible, e.g. of lithium polymer accumulators, as long as the internal resistance of the accumulator is sufficiently small to adequately supply the drive motor 2 with electricity or to receive recuperative or regenerative braking energy.
  • the second accumulator 4 comprises at least one redox flow cell 11 (in Fig. 1, for ease of illustration, only one redox flow cell 11 is shown.)
  • a real accumulator 4 may, of course, comprise a plurality of parallel and / or series connected Redox flow cells 11 include).
  • the redox flow cell comprises a cathode 12, an anode 13 and a membrane 14 arranged therebetween. Between the cathode 12 and the membrane 14 there is a cathode-side cavity 15 which is in a
  • Circuit is integrated, which consists of a first electrolyte tank 16, a first pump 17 and just this cathode-side cavity 15. Analog is located between the anode 13 and the membrane 14, an anode-side cavity 18 which is integrated into a circuit consisting of a second electrolyte tank 19, a second pump 20 and the aforementioned anode-side cavity 18. Via an (optional) DC / DC converter 21, the cathode 12 and the anode 13 are finally connected to the central power distribution unit 8.
  • the function of the arrangement shown is as follows:
  • the first accumulator 3 can be charged via the charging socket 10, the charger 9 and the central power distribution unit 8 from the public power grid.
  • the charger may also be located outside the vehicle 1, in this case, the vehicle has only a charging socket 10.
  • the electrical energy can be conducted from the first accumulator 3 via the central power distribution unit 8 and the DC / AC converter 7 to the drive motor 2, which drives the drive wheels 6 via the gear 5.
  • a synchronous machine is used as the drive motor 2. Will be for example
  • the DC / AC converter 7 can also be omitted. Finally, electrical energy can also be transferred from the drive motor 2 back into the first accumulator 3. In this case, the kinetic energy of the electric motor vehicle 1 is guided during deceleration by the drive wheels 6 via the gear 5 to the drive motor 5, which now acts as a generator and converts the kinetic energy into electrical energy. This is passed via the DC / AC converter 7 (which actually acts as an AC / DC converter) and via the central power distribution unit 8 to the first accumulator 3. Electrical energy can thus be transferred bidirectionally between the drive motor 2 and the first accumulator 3.
  • the second accumulator 4 can also be charged from a public network via the charging socket 10, the charger 9 and the central power distribution unit 8. Another way to charge the second accumulator 4 is to exchange spent electrolytes in the first electrolyte tank 16 and in the second electrolyte tank 19. This can be done, for example, at a gas station that provides unconsumed electrolytes. The electrolytes are exchanged via valves or connections, which at the first Pump 17 and are arranged on the second pump 20.
  • the second accumulator 4 is therefore suitable, inter alia, excellently for range extension (English Range Extender) of the electric motor vehicle. 1
  • the two electrolytes are fed via the first pump 17 and the second pump 20 to the redox flow cell 11. Specifically, the first electrolyte in the cathode-side cavity 15, the second electrolyte is pumped into the anode-side cavity 18. As a result, positive charge carriers 12 and negative charge carriers 13 collect at the cathode 13. Thus, e.g. the drive motor 2 are supplied with electrical energy.
  • the invention combines the advantages of two different types of accumulator.
  • the lithium-ion accumulator 3 ensures rapid energy transfer due to its low internal resistance. This can thus provide the electric power for high acceleration values of the electric motor vehicle 1 or also resume the energy accumulating during the strong deceleration of the electric motor vehicle 1.
  • the redox flow accumulator 4 which usually has a lower dynamic than, for. a lithium-ion accumulator and therefore can not transfer electrical energy so quickly.
  • a major advantage of the second accumulator 4 is the ability to "refuel” it at a gas station, which takes substantially the same time as refueling gasoline or diesel powered vehicles, and thus less time than typically charging
  • the electric motor vehicle 1 according to the invention can thus absorb recuperative energy quickly, but can also be quickly refueled.
  • the electric motor vehicle 1 comprises a controller, which is prepared for electrical energy from the second accumulator 4 to the first
  • the first accumulator 4 is recharged as needed or automatically from the second accumulator 3, but only in each case to a part its maximum capacity, for example 80%.
  • the first accumulator 3 were to be fully charged, then no recuperative energy could be consumed at this time, which is why the braking energy required to decelerate the electric motor vehicle 1 would have to be converted into thermal energy and would thus be lost.
  • electrical energy can also be transferred from the first accumulator 3 to the second accumulator 4. This is again done by the controller, which is now also prepared to transfer electrical energy from the first accumulator 3 to the second accumulator 4, if the energy content of the first accumulator 3 is greater than its maximum energy content minus a second predetermined differential energy content. In this way can be recuperative energy, which in the first
  • Accumulator 3 was transferred "aside" to make room for new recuperative energy.For this purpose, the energy is transferred to the second accumulator 4.
  • the second predetermined differential energy content used to be identical to the above-mentioned first difference energy content.
  • the potential energy can be transferred into the first accumulator 3 and / or the second accumulator 4 and is thus not lost.
  • the user of the electric motor vehicle 1 can thus save money.
  • the first accumulator 3 can be charged during a charging process from an electrical supply network to its maximum energy content minus the first difference energy content or the second difference energy content to leave open the possibility of storing recuperative energy in the first accumulator 3.
  • the second accumulator 4 which in most cases only indirectly (ie via the detour of the first accumulator 3) is involved in the reception of recuperative energy, can be fully charged.
  • the second accumulator 4 may comprise a plurality of redox flow modules, which in turn comprise at least one redox flow cell 11.
  • the redox flow module is identical to the redox flow cell 11, since it comprises only one redox flow cell 11. However, this is by no means compulsory.
  • a redox flow module may also comprise a plurality of redox flow cells 11. These can be electrically connected in series and / or in parallel. Likewise, these may also be connected in series and / or in parallel with respect to the electrolyte circuit. In this case, an electrical parallel circuit but in no way requires a parallel connection with respect to the electrolyte circuit.
  • Parallel connection can also be combined with a hydraulic series connection and vice versa.
  • this includes an electrical coupling with the help of the redox flow module to the circuit of the electric motor vehicle 1, in this case specifically to the central power distribution unit 8, can be connected and a Fluid coupling, with the aid of which the redox flow module can be connected to an electrolyte circuit of the vehicle 1.
  • the redox flow module is connected to the first circuit, in which the first electrolyte tank 16 is integrated, and to the second circuit, in which the second electrolyte tank 19 is integrated.
  • the redox flow module comprises a data interface for the exchange of data between the electric motor vehicle 1 and the redox flow module.
  • a plug-in coupling which contacts for the transmission of includes electrical energy between the redox flow module and the electric motor vehicle 1 and thus forms the above-mentioned electrical coupling, also have electrical contacts for the wired data transmission.
  • the data exchange for example, via wireless or optical.
  • the redox flow module also includes a mechanical coupling for
  • FIG. 2 now shows a possible embodiment of a redox flow module 22.
  • this comprises a cuboidal housing 23, which at the end comprises the electrical coupling in the form of two connecting pins 24.
  • the front side, a flow and a return 25 for the first electrolyte circuit and a flow and a return 26 for the second electrolyte circuit are provided.
  • two pins 27 are arranged at the end, which are provided for the data transmission between the redox flow module 22 and the vehicle 1.
  • the redox flow module 22 includes at the front a hook 28, which accomplishes the locking of the redox flow module 22 on the vehicle 1.
  • the vehicle 1 To connect the redox flow module 22 to the vehicle 1, for example, this is simply inserted into a shaft provided for this purpose on the vehicle 1, where it engages.
  • the vehicle 1 may also have a plurality of such shafts for the connection of a plurality of similar or else for the connection of different types of redox flow modules 22.
  • the vehicle 1 can, if necessary, be equipped with a different number of redox flow modules 22 or even different types of redox flow modules 22.
  • the vehicle 1 then comprises means for detecting the number of redox flow modules 22 connected to the vehicle
  • the vehicle 1 may also comprise means for determining the type of the redox flow module 22 connected to the vehicle 1.
  • a memory provided for this purpose in the redox flow module 22 can be read out via the data interface 27. It is also conceivable that the redox flow module 22 a
  • Transponder includes, which includes information about the type of redox flow module 22.
  • the electrical voltage at the pins 24 (i.e., at the electrical coupling) and at the pins 27 is at most the contact voltage.
  • a contact voltage of 50 V AC or 120 V DC one assumes a life-threatening situation.
  • children and others are children and others.
  • Livestock is the contact voltage only to a maximum of 25 V AC or 60 V DC specified. In this way, people and animals can be protected from a dangerous electric shock.
  • the redox flow module 22 and / or the vehicle 1 includes a
  • a fluid coupling 25, 26 are associated with means for influencing a flow, for example valves or slides.
  • the electrolyte flow can be controlled by a redox flow module 22 and thus their power output can be influenced.
  • Figure 3 shows an exemplary, inventive cartridge 29 with a
  • the cartridge 29 comprises a front side hook 28, which accomplishes the locking of the same on the vehicle 1.
  • Vehicle 1 provided shaft inserted, where it engages.
  • the vehicle 1 may also have a plurality of such shafts for connecting a plurality of similar or even for the connection of different types of cartridges 29. In this way, the vehicle 1, if necessary, with a different number of
  • Cartridges 29 or even different types of cartridges 29 are fitted.
  • the redox flow module 22 and the cartridge 29 in this example have the same external dimensions as well as identical interfaces 25 and 26.
  • the use of redox flow modules 22 and cartridges 29 can thus be made particularly flexible, since only one type of insertion shaft for the connection of both a redox flow module 22 and a cartridge 29 needs to be provided on the vehicle side.
  • the housing 23 of the cartridge 29 at the same interface 25 and 26 may be designed to be larger in order to accommodate a larger amount of an electrolyte can.
  • the cartridge 29 receives both for the operation of a redox flow cell 11 necessary electrolyte. It is also conceivable that this includes only one of the two electrolytes. In this case, only the interface 25 for the first electrolyte or the interface 26 for the second electrolyte needs to be provided. It is also conceivable, of course, that the interfaces for the redox flow module 22 and the cartridge 29 are designed completely different.
  • the vehicle 1 comprises means for detecting the number of cartridges 29 connected to the vehicle.
  • a cartridge 29 may comprise a cartridge
  • Data interface similar to or identical to the interface 27 of the redox flow module 22 include.
  • the evaluation of the data can be carried out as already described for the redox flow module 22.
  • FIG. 4 now shows a section of a schematic representation of a
  • a bypass line 30 is provided for the second electrolyte tank 19.
  • the electrolyte circuit can be passed, if necessary, via the tank 19 or via the bypass line 30. This makes it possible, the tank 19 from the
  • Cartridges 29 (not shown) runs. In this way, the enriched electrolyte from the cartridge 29 is prevented from being mixed with the spent electrolyte and therefore the ion concentration decreases.
  • an identical or similar arrangement can also be provided for the first electrolyte tank 16.
  • the electric motor vehicle 1 at least one valve in
  • Electrolyte circuit includes, which allows the optional operation of the redo-flow cell 11 by means of an electrolyte stored in a vehicle-side tank 16, 19 or with the aid of the contained in the cartridge 29 electrolyte.
  • the cartridge 29 can be assigned a further bypass line with a switching valve.
  • FIG. 5 shows an exemplary electrical interconnection of a plurality of redox flow modules 22.
  • Each redox flow module 22 comprises a plurality of redox flow cells 11. Specifically, a plurality of redox flow cells 11 are each connected in series by a required voltage per redox flow module 22 to reach, for example, 48 V. To achieve a required current, two such branches are connected in parallel per redox flow module 22.
  • each redox flow module 22 includes a tap on the series connection for a second, lower voltage, for example 12 V.
  • the low-voltage tap is only one of these both branches of the series-connected redox flow cells 11 assigned.
  • Circuit variants possible in order to deliver a required voltage and a required current In particular, it is possible in principle to connect redox flow modules 22 on the vehicle side in parallel so that a failure of a single module 22 has only minor effects. In the present example, failure of a module 22 results in failure of a branch with three modules 22.
  • 3 x 48 V are connected in series to reach a voltage of 144 V.
  • This is again up-converted in this example with the aid of a DC / DC converter 21, for example to 400 V (U1), and made available to the drive branch of the vehicle 1.
  • the 12 V taps (U2) of the redox flow modules 22 are connected in parallel at the lowest voltage potential and made available for the peripheral electrical system of the vehicle 1. Since no voltage converter is required for this, the system operates with a particularly high degree of efficiency.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Es wird ein Elektrokraftfahrzeug (1) mit einem Antriebsmotor (2), einem ersten Akkumulator (3) einer ersten Bauart und einem zweiten Akkumulator (4) einer zweiten Bauart angegeben. Zwischen dem Antriebsmotor (2) und dem erstem Akkumulator (3) kann elektrische Energie bidirektional transferiert werden, vom zweiten Akkumulator (4) zum Antriebsmotor (2) beziehungsweise zum ersten Akkumulator (3) zumindest unidirektional. Der zweite Akkumulator (4) umfasst dabei zumindest eine Redox -Flow-Zelle (11). Darüber hinaus wird ein Redox-Flow-Modul (22) mit zumindest einer Redox-Flow-Zelle (11) angegeben, welches eine elektrische Kupplung (24) für den Anschluss an einen Stromkreis eines Fahrzeugs (1) und einer Flüssigkeits-Kupplung (25, 26) für den Anschluss an einen Elektrolytkreis des genannten Fahrzeugs (1) umfasst.

Description

Elektrokraftfahrzeug und Redox-Flow-Modul sowie Kartusche hierzu
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Elektrokraftfahrzeug, umfassend einen Antriebsmotor, einen ersten Akkumulator einer ersten Bauart und einen zweiten Akkumulator einer zweiten Bauart. Zwischen dem Antriebsmotor und dem erstem Akkumulator kann elektrische Energie bidirektional transferiert werden, vom zweiten Akkumulator zum Antriebsmotor beziehungsweise zum ersten Akkumulator zumindest unidirektional. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Redox-Flow-Modul mit zumindest einer Redox-Flow-Zelle.
STAND DER TECHNIK
Seit geraumer Zeit werden Elektrokraftfahrzeuge eingesetzt, sowohl in abgegrenzten privaten Bereichen, z.B. in Form von Gabelstaplern und dergleichen, als auch im öffentlichen Verkehr, z.B. in Form von Personenkraftwagen und Motorrädern. Ein großes Problem Akkumulator-betriebener Fahrzeuge ist deren beschränkte Reichweite, weswegen der Einsatz solcher Fahrzeuge zumeist auf den Stadtverkehr und den nahen Überland- verkehr limitiert ist. Erschwerend kommt hinzu, dass Elektrokraftfahrzeuge erst nach längerer Aufladezeit von typisch 1-2 Stunden wieder einsatzbereit sind, ganz im
Gegensatz zum sehr schnellen Tankvorgang bei konventionellen Fahrzeugen, welcher typisch weniger als 5 Minuten beträgt.
Um das Problem des begrenzten Energieinhalts von Akkumulatoren zu umgehen ist es bekannt, zusätzliche Systeme zur Reichweitenverlängerung (engl. Range-Extender) einzusetzen. Als Range Extender bezeichnet man zusätzliche Aggregate in einem
Elektrokraftfahrzeug, welche die Reichweite des Fahrzeugs erhöhen. Häufig werden dazu Verbrennungsmotoren eingesetzt, die einen Generator antreiben, der wiederum
Akkumulator und Elektromotor versorgt. Ein weiteres Beispiel für einen Range-Extenders ist eine Brennstoffzelle, die relativ rasch mit Wasserstoff und Sauerstoff„aufgetankt" werden kann. Beispielsweise offenbart die DE 101 33 580 ein solches Fahrzeug.
Problematisch an den bekannten Vorrichtungen ist, dass sie im Fall des
Verbrennungsmotors nicht emissionsfrei frei sind. Gegen die Verwendung von
insbesondere Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzellen spricht das hohe Gefahrenpotential der für den Betrieb der Zelle nötigen Gase.
Bekannt ist es auch Redox-Flow-Zellen für den Betrieb eines Automobils einzusetzen. Die Redox-Flow-Zelle ist ein Akkumulator, welcher elektrische Energie in chemischen Verbindungen speichert, wobei die Reaktionspartner in einem Lösungsmittel in gelöster Form vorliegen. Die zwei energiespeichernden Elektrolyte zirkulieren dabei in zwei getrennten Kreisläufen, zwischen denen in der Zelle mittels einer Membran ein
Ionenaustausch erfolgt. Die Zellenspannung der Redox-Flow-Zelle liegt bei praktischen Systemen zwischen 1,0 und 2,2 V. Vorteilhaft ist die Möglichkeit, einen verbrauchten Elektrolyten an einer Tankstelle gegen einen unverbrauchten Elektrolyten auszutauschen. Der verbrauchte Elektrolyt kann dort wieder mit Strom aus dem öffentlichen Netz regeneriert werden. Der Lade- bzw. Tankvorgang dauert dabei in etwa so lange wie der Tankvorgang bei konventionellen Automobilen.
Problematisch am Einsatz der Redox-Flow-Zelle in einem Automobil sind deren geringer Energieinhalt sowie die schlechte Dynamik. Ersteres verhindert hohe Reichweiten, letzteres hohe Beschleunigungen des Fahrzeugs. Redox-Flow-Zellen eignen sich daher nur für einen Nischenbereich.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Elektro- kraftfahrzeug und ein verbessertes Redox-Flow-Modul anzugeben. Insbesondere soll die Reichweite von Elektrokraftfahrzeugen emissionsfrei verlängert werden, ohne dabei die Dynamik des Fahrzeuges zu verschlechtern und ohne dabei das Risiko einer
Knallgasexplosion einzugehen. Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Elektrokraftfahrzeug der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der zweite Akkumulator zumindest eine Redox-Flow-Zelle umfasst.
Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Redox-Flow-Modul mit zumindest einer Redox-Flow-Zelle gelöst, welche eine elektrische Kupplung für den Anschluss an einen Stromkreis eines Fahrzeugs und einer Flüssigkeits-Kupplung für den Anschluss an einen Elektrolytkreis des genannten Fahrzeugs umfasst.
Durch die Erfindung werden die Nachteile des eingangs genannten Standes der Technik überwunden. Einerseits erfolgt die Erzeugung von elektrischer Energie emissionsfrei und mit geringem Unfallrisiko, andererseits kann ein Elektrokraftfahrzeug rasch„aufgetankt" werden leidet aber wegen der Kombination mit einem ersten Akkumulator (vorausgesetzt dieser weist einen geringen Innenwiderstand auf) dennoch nicht an einer schlechten Dynamik. Das erfindungsgemäße Redox-Flow-Modul lässt sich aufgrund der beiden Kupplungen zudem sehr leicht an ein Fahrzeug anschließen.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit einer Kartusche für ein Elektrofahrzeug gelöst, die einen Behälter für die Aufnahme eines Elektrolyten, welcher für einen Betrieb einer Redox-Flow-Zelle vorgesehen ist, und eine Flüssigkeits-Kupplung für den Anschluss der Kartusche an einen Elektrolytkreis des Fahrzeugs umfasst sowie tragbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, das Fahrzeug auch dann zu betreiben, wenn die in den Tanks des Fahrzeugs mitgeführten Elektrolyten verbraucht oder die Tanks überhaupt leer sind und ein Nachtanken temporär unmöglich ist. Mit Hilfe der Kartusche kann ein angereicherter Elektrolyt in den Elektrolytkreislauf des Fahrzeugs eingebracht werden. Vorteilhaft kann eine solche Kartusche beispielsweise auch im Kofferraum des Fahrzeugs mitgeführt werden. Denkbar ist, dass je Elektrolyt eine Kartusche vorgesehen ist, oder eine Kartusche getrennte Behälter für zwei Elektrolyte aufweist. Die Handhabung der Kartusche ist dann besonders einfach, da zum Betrieb des Fahrzeugs eine Kartusche ausreicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich nun aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren. Günstig ist es, wenn der erste Akkumulator aus Lithium-Ionen-Zellen und/oder Lithium- Polymer- Zellen aufgebaut ist. Derartige Zellen vereinen hohen Energieinhalt mit geringem Innenwiderstand. Sie sorgen damit für eine gute Dynamik des Fahrzeugs und eine hohe „Grundreichweite", d.h. ohne das Fahrzeug auftanken zu müssen. Wegen ihres geringen Innenwiderstands können sie rasch elektrische Energie aufnehmen, was einerseits für einen kurzen Ladevorgang sorgt, andererseits rekuperatives beziehungsweise regeneratives Verzögern des Elektrokraftfahrzeugs ermöglicht.
Vorteilhaft ist es, wenn elektrische Energie zwischen dem zweiten Akkumulator und dem Antriebsmotor beziehungsweise dem ersten Akkumulator bidirektional transferierbar ist. Auf diese Weise kann der zweite Akkumulator auch rekuperative Energie, welche beim Verzögern des Fahrzeugs entsteht, aufnehmen.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das erfindungsgemäße Elektrokraftfahrzeug eine Steuerung umfasst, welche dazu vorbereitet ist, elektrische Energie vom zweiten zum ersten
Akkumulator zu transferieren, wenn der Energieinhalt des ersten Akkumulators geringer ist, als sein Maximalenergieinhalt abzüglich eines ersten vorgebbaren Differenzenergieinhalts. Bei dieser Variante der Erfindung wird der erste Akkumulator also nur zu einem Teil aus dem zweiten Akkumulator nachgeladen, beispielsweise auf 80% seiner Kapazität. Dies hat den Vorteil, dass im ersten Akkumulator stets„Platz" für rekuperative Energie ist. Insbesondere, wenn für den ersten Akkumulator ein Lithium-Ionen- Akkumulator vorgesehen ist, lassen sich wegen der Dynamik des Akkumulators hohe Verzögerungswerte erzielen.
Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang auch, wenn die Steuerung dazu vorbereitet ist, elektrische Energie vom ersten zum zweiten Akkumulator zu transferieren, wenn der Energieinhalt des ersten Akkumulators größer ist, als sein Maximalenergieinhalt abzüglich eines zweiten vorgebbaren Differenzenergieinhalts. Bei dieser Variante der Erfindung wird Energie vom ersten in den zweiten Akkumulator transferiert, wenn der erste Akkumulator beispielsweise relativ viel rekuperative Energie aufgenommen hat und keine oder nur mehr wenig Energie aufnehmen könnte, wenn dieser nicht entladen werden würde. Dies kann zum Beispiel bei einer längeren Talfahrt passieren, bei der überdurchschnittlich viel gebremst werden muss.
Werden zwei verschiedene Differenzenergieinhalte vorgesehen, die insbesondere größer als Null sind, so ergibt sich eine Hysterese, so dass es beim Umladen der Akkumulatoren nicht zu Schwingungsvorgängen kommt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung ist die Steuerung dazu vorbereitet, den ersten Akkumulator und den zweiten Akkumulator bei einem Ladevorgang aus einem elektrischen Versorgungsnetz bis zu dem Maximalenergieinhalt des ersten und zweiten Akkumulators abzüglich des ersten Differenzenergieinhalts oder des zweiten Differenzenergieinhalts zu laden. Bei dieser Variante der Erfindung wird das Elektrokraftfahrzeug beim Laden aus einem beispielsweise öffentlichen Stromnetz nicht voll aufgeladen, sondern nur zu einem Teil, beispielsweise zu 90%. Dies ist zum Beispiel dann sinnvoll, wenn das Fahrzeug von einem Punkt größerer Seehöhe zu einem Punkt geringerer Seehöhe unterwegs ist. Dadurch kann die potentielle Energie des Fahrzeugs in den ersten
Akkumulator und/oder zweiten Akkumulator transferiert werden und geht so nicht verloren. Der Nutzer des Elektrokraftfahrzeugs kann somit Geld sparen.
In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung ist die Steuerung dazu vorbereitet, den ersten Akkumulator bei einem Ladevorgang aus einem elektrischen Versorgungsnetz bis zu dessen Maximalenergieinhalt abzüglich des ersten Differenzenergieinhalts oder des zweiten Differenzenergieinhalts zu laden. Diese Variante der Erfindung ist ähnlich der zuvor genannten Variante, allerdings wird nun im ersten Akkumulator (mit hoher
Dynamik) Kapazität für die Aufnahme rekuperativer Energie frei gelassen. Der zweite Akkumulator (mit geringer Dynamik), der ja zumeist ohnehin nur indirekt (d.h. über den Umweg des ersten Akkumulators) an der Aufnahme rekuperativer Energie beteiligt ist, kann dagegen voll aufgeladen werden.
Vorteilhaft ist es, wenn das Elektrokraftfahrzeug eine elektrische Kupplung für den Anschluss eines Redox-Flow-Moduls mit zumindest einer Redox-Flow-Zelle an einen Stromkreis des Fahrzeugs und eine Flüssigkeits-Kupplung für den Anschluss des genannten Redox-Flow-Moduls an einen Elektrolytkreis des Fahrzeugs umfasst. Durch den Einsatz von Redox-Flow-Modulen kann das elektrische System besonders flexibel aufgebaut werden, da ohne große Schwierigkeiten Redox-Flow-Systeme mit verschiedenen Spannungen und/oder Maximalströmen aufgebaut werden können.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das Elektrokraftfahrzeug eine Flüssigkeits-Kupplung für den Anschluss einer tragbaren Kartusche an einen Elektrolytkreis des Fahrzeugs umfasst, welche zumindest einen für den Betrieb der Redox-Flow-Zelle vorgesehen Elektrolyten aufnimmt. Auf diese Weise ist es möglich, das Fahrzeug auch dann zu betreiben, wenn die in den Tanks des Fahrzeugs mitgeführten Elektrolyten verbraucht oder die Tanks überhaupt leer sind und ein Nachtanken temporär unmöglich ist.
Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das Elektrokraftfahrzeug umfasst:
einen Tank für einen Elektrolyten, welcher für den Betrieb der Redox-Flow-Zelle vorgesehen ist, im Elektrolytkreislauf,
eine Bypassleitung für diesen Tank sowie
wenigstens ein Ventil im Elektrolytkreislauf zum Schalten desselben wahlweise über den Tank oder die Bypassleitung.
Dadurch ist es möglich, den Tank aus dem Elektrolytkreislauf auszukoppeln, sodass dieser lediglich über eine oder mehrere Kartuschen verläuft. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich der angereicherte Elektrolyt aus der Kartusche mit dem verbrauchten
Elektrolyten vermischt und die Ionenkonzentration daher sinkt.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn das Elektrokraftfahrzeug wenigstens ein Ventil im
Elektrolytkreislauf umfasst, welche den wahlweisen Betrieb der Redox-Flow-Zelle mit Hilfe eines in einem fahrzeugseitigen Tank gelagerten Elektrolyten oder mit Hilfe des in der Kartusche beinhalteten Elektrolyten ermöglicht. Bei dieser Variante ist es überhaupt möglich, das Fahrzeug entweder mit dem Elektrolyten aus dem fahrzeugseitigen Tank oder mit dem Elektrolyten aus der Kartusche zu betreiben. Ist lediglich eine Bypassleitung für den Tank vorgesehen, so ist ein Betrieb nur über den Tank nicht möglich, da die
Kartuschen stets im Elektrolytkreislauf verbleiben. Günstig ist es, wenn das erfindungsgemäße Elektrokraftfahrzeug bzw. das
erfindungsgemäße Redox-Flow-Modul respektive die Kartusche eine Datenschnittstelle zum Austausch von Daten zwischen dem Elektrokraftfahrzeug und dem Redox-Flow- Modul/der Kartusche umfasst. Beispielsweise kann dazu eine Steckkupplung mit elektrischen Kontakten für die drahtgebundene Datenübertragung vorgesehen sein.
Darüber hinaus kann der Datenaustausch beispielsweise auch über eine Funkschnittstelle oder eine optische Schnittstelle erfolgen.
Günstig ist es weiterhin, wenn das erfindungsgemäße Elektrokraftfahrzeug bzw. das erfindungsgemäße Redox-Flow-Modul respektive die Kartusche eine mechanische Kupplung zum Verriegeln des Redox-Flow-Moduls/der Kartusche am Fahrzeug umfasst. Dadurch kann sich das Redox-Flow-Modul/die Kartusche nicht unbeabsichtigt vom Fahrzeug lösen. Eine solche Kupplung kann beispielsweise durch einen Haken gebildet werden, der beim Anschluss des Redox-Flow-Moduls/der Kartusche am Fahrzeug einrastet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektrische Kupplung, die Flüssigkeits-Kupplung beziehungsweise die mechanische Kupplung so ausgebildet sind, dass das Redox-Flow- Modul respektive die Kartusche werkzeuglos anschließbar ist. Auf diese Weise kann das Redox-Flow-Modul/die Kartusche besonders einfach an das Fahrzeug angeschlossen werden, wodurch zum Beispiel die Wartung des Fahrzeugs wesentlich vereinfacht wird.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn das Elektrokraftfahrzeug mehrere elektrische Kupplungen und mehrere Flüssigkeits-Kupplungen beziehungsweise mehrere
Datenschnittstellen und mechanische Kupplungen für den Anschluss mehrerer gleichartiger Redox-Flow-Module respektive Kartuschen umfasst. Auf diese Weise kann das System besonders einfach modular aufgebaut werden, indem einfach mehr oder weniger Redox-Flow-Module/Kartuschen an das Fahrzeug angeschlossen werden.
Besonders vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn das Elektrokraftfahrzeug mehrere elektrische Kupplungen und mehrere Flüssigkeits-Kupplungen beziehungsweise mehrere Datenschnittstellen und mechanische Kupplungen für den Anschluss mehrerer verschiedenartiger Redox-Flow-Module respektive Kartuschen umfasst. Dies ist eine weitere Möglichkeit für den modularen Aufbau des Systems. Im Unterschied zu der zuvor genannten Variante können bei dieser Variante aber auch Redox-Flow-Module/Kartuschen unterschiedlicher Bauart an das Fahrzeug angeschlossen werden. Damit kann das System unter Umständen besser an eine bestimmte Vorgabe angepasst werden. Zudem wird dadurch die Kompatibilität erhöht, da das Fahrzeug auch für den Anschluss von Redox- Flow -Modulen/Kartuschen unterschiedlicher Hersteller oder unterschiedlicher
Ländervorgaben vorbereitet werden kann.
Günstig ist es, wenn das Elektrokraftfahrzeug Mittel zur Erkennung der Anzahl/der Art der mit dem Fahrzeug verbunden Redox-Flow-Module respektive Kartuschen umfasst.
Beispielsweise können dazu Mikroschalter vorgesehen werden, die beim Anschluss eines Redox-Flow-Moduls/einer Kartusche an das Fahrzeug betätigt werden und so Aufschluss über die Anzahl der angeschlossenen Module/Kartuschen geben können. Zum Feststellen der Type eines Redox-Flow-Moduls/einer Kartusche kann beispielsweise ein im Redox- Flow-Modul/in der Kartusche vorgesehener Speicher über eine Datenschnittstelle ausgelesen werden. Denkbar ist auch, dass das Redox-Flow-Modul/die Kartusche einen Transponder umfasst, welcher eine Information über die Type des Redox-Flow-Moduls/der Kartusche beinhaltet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektrische Kupplung und/oder die Flüssigkeits- Kupplung und/oder die Datenschnittstelle und/oder die mechanische Kupplung für den Anschluss eines Redox-Flow-Moduls und für den Anschluss einer Kartusche identisch sind. Auf diese Weise kann das Elektrofahrzeug besonders flexibel aufgebaut werden, da die Schnittstellen entweder mit Redox-Flow-Modulen oder mit Kartuschen besetzt werden können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spannung an der elektrischen Kupplung maximal die Berührungsspannung beträgt. Bei gesunden erwachsenen Menschen geht man ab einer Berührungsspannung von 50 V Wechselspannung (AC) oder 120 V Gleichspannung (DC) von einer lebensbedrohlichen Situation aus. Unter anderem bei Kindern und Nutztieren ist die Berührungsspannung nur auf maximal 25 V Wechselspannung oder 60 V Gleich- Spannung festgelegt. Auf diese Weise können also Menschen und Tiere vor einem gefährlichen Stromschlag geschützt werden.
Vorteilhaft umfasst das erfindungsgemäße Elektrokraftfahrzeug einen Spannungswandler, welcher zwischen der elektrischen Kupplung und einem elektrischen Netz des Fahrzeugs angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch das erfindungsgemäße Redox-Flow- Modul einen Spannungswandler umfassen, welcher zwischen der elektrischen Kupplung und der zumindest einen Redox -Flow -Zelle angeordnet ist. Auf diese Weise kann ein Spannungsniveau des Redox-Flow-Moduls an ein Spannungsniveau eines Stromnetzes des Elektrokraftfahrzeugs angepasst werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die elektrische Kupplung Anschlüsse für zumindest zwei verschiedene Spannungen eines Redox-Flow-Moduls umfasst. Auf diese Weise können elektrische Systeme eines Fahrzeugs mit unterschiedlichen Spannungen versorgt werden. Beispielsweise kann das Redox-Flow-Modul dazu mehrere in Serie geschaltete Redox- Flow-Zellen und eine elektrische Kupplung mit Anschlüssen für zumindest zwei verschiedene Spannungen umfassen, wobei die verschiedenen Spannungen durch Abgriff an verschiedenen Punkten der Serienschaltung entstehen. In der Regel umfasst ein Redox- Flow-Modul mehrere in Serie geschaltete Redox-Flow-Zellen (liefern jeweils etwa 1,2 bis 2,2 V) um eine geforderte Spannung von beispielsweise 48 V zu erreichen. Durch Abgriff an verschiedenen Punkten der Serienschaltung können weitere Spannungen, beispielsweise 12 V, zur Verfügung gestellt werden. Der Vorteil der Nutzung von Redox-Flow-Zellen tritt hier besonders hervor, denn anders als bei galvanischen Zellen, die jeweils eine bestimmte Menge eines Elektrolyten enthalten, ist für die Redox-Flow-Zellen ein gemeinsamer Elektrolyt in einem Tank vorgesehen. Daher stört eine zusätzliche Belastung eines Teils der Zellen durch den genannten zusätzlichen Spannungsabgriff nicht allzu sehr, da sich diese Zellen dadurch ja nicht stärker entladen als die übrigen Zellen der Serienschaltung. Denkbar ist natürlich auch, mehrere parallel geschaltete Zweige in Serie geschalteter Redox-Flow-Zellen vorzusehen, um einen geforderten Strom liefern zu können.
Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang auch, wenn nur für einen Teil der genannten Anschlüsse Spannungswandler vorgesehen sind. Bei dieser Variante werden Spannungs- wandler nur für jene Anschlüsse vorgesehen, für welche ein Redox-Flow-Modul keine passende Spannung liefern kann. Beispielsweise wird eine Spannung von 48 V (liegt unter der Berührspannung) durch eine DC/DC-Wandler auf ein höheres Spannungsniveau gewandelt, während eine andere Spannung von zum Beispiel 12 V nicht weiter
umgewandelt wird. Der DC DC-Wandler wird vorzugsweise fahrzeugsei tig vorgesehen, kann aber auch im Redox-Flow-Modul integriert sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn jene Anschlüsse, welchen ein Spannungswandler zugeordnet ist, mit einem Antrieb des Elektrokraftfahrzeug und jene Anschlüsse, welchen kein Spannungswandler zugeordnet ist, mit einer peripheren Elektrik des Elektrokraftfahrzeug verbunden sind. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die dem Antrieb zugeordneten Anschlüsse eine höhere Spannung aufweisen als die der peripheren Elektrik zugeordneten Anschlüsse und dass der Spannungswandler als
Aufwärtswandler ausgeführt ist. Beispielsweise kann dazu eine Spannung von 48 V auf 400 V für den Fahrantrieb hoch gewandelt werden, wohingegen die Spannung von 12 V direkt für die periphere Elektrik des Elektrokraftfahrzeugs, also für Hilfsaggregate, Stellmotoren, Entertainment-Systeme und dergleichen, verwendet wird. Auf diese Weise können Spannungswandler im Niedervoltbereich, welche den Gesamtwirkungsgrad des Systems schmälern, vermieden werden.
Vorteilhaft umfasst das erfindungsgemäße Elektrokraftfahrzeug zudem zumindest ein Trennrelais, welches zwischen der elektrischen Kupplung und einem elektrischen Netz des Fahrzeugs angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch das erfindungsgemäße Redox-Flow-Modul zumindest ein Trennrelais umfassen, welches zwischen der elektrischen Kupplung und der zumindest einen Redox-Flow-Zelle angeordnet ist. Dies ist eine weitere Maßnahme, um Menschen und Tiere vor einem gefährlichen Stromschlag zu schützen. Diese ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Spannung an der elektrischen Kupplung höher als die Berührspannung ist.
Vorteilhaft ist es schließlich, wenn einer Flüssigkeits-Kupplung des Elektrokraftfahrzeugs, des Redox-Flow-Moduls und/oder der Kartusche Mittel zur Beeinflussung eines
Durchflusses zugeordnet sind. Auf diese Weise kann der Elektrolytdurchfluss durch ein Redox-Flow-Modul und/oder durch eine Kartusche gesteuert und somit deren
Leistungsabgabe beeinflusst werden. Die genannten Mittel können beispielsweise durch Ventile oder Schieber gebildet sein.
An dieser Stelle wird angemerkt, dass sich die zum Elektrofahrzeug genannten Varianten und die sich daraus ergebenden Vorteile gleichermaßen auf das Redox-Flow-Modul respektive die Kartusche beziehen und umgekehrt. Insbesondere gilt dies für die offenbarten Schnittstellen.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige Art und Weise kombinieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeugs mit angeschlossenem Redox-Flow-Modul;
Figur 2 ein beispielhaftes, erfindungsgemäßes Redox-Flow-Modul;
Figur 3 eine beispielhafte, erfindungsgemäße Kartusche;
Figur 4 einen Ausschnitt aus einer schematischen Darstellung eines
erfindungsgemäßen Elektrofahrzeugs mit einer Bypassleitung für den Elektrolyttank und
Figur 5 eine beispielhafte elektrische Verschaltung mehrerer Redox-Flow-Module. DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Fig. 1 zeigt ein Elektrokraftfahrzeug 1, umfassend einen Antriebsmotor 2, einen ersten Akkumulator 3 einer ersten Bauart und einen zweiten Akkumulator 4 einer zweiten Bauart. Der Antriebsmotor 2 ist über ein Getriebe 5 mechanisch mit Antriebsrädern 6 verbunden. Weiterhin ist der Antriebsmotor 2 über einen DC/AC- Wandler 7 und eine zentrale
Energieverteileinheit 8 mit dem ersten Akkumulator 3 verbunden. An diese zentrale Energieverteileinheit 8 sind weiterhin der zweite Akkumulator 4 und ein Ladegerät 9 und an dieses eine Ladesteckdose 10 angeschlossen. Der erste Akkumulator 3 ist in diesem Beispiel als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgeführt. Selbstverständlich ist aber auch die Anwendung anderer Akkumulatortypen möglich, z.B. von Lithium-Polymer- Akkumulatoren, solange der Innenwiderstand des Akkumulators hinreichend klein ist, um den Antriebsmotor 2 adäquat mit Strom zu versorgen oder rekuperative bzw. regenerative Bremsenergie aufzunehmen.
Der zweite Akkumulator 4 umfasst zumindest eine Redox-Flow-Zelle 11 (in der Fig. 1 ist der einfacheren Darstellbarkeit halber nur eine Redox-Flow-Zelle 11 gezeigt. Ein realer Akkumulator 4 kann natürlich eine Vielzahl an parallel und/oder in Serie geschalteter Redox-Flow-Zellen 11 umfassen). Die Redox-Flow-Zelle umfasst eine Kathode 12, eine Anode 13 und eine dazwischen angeordnete Membran 14. Zwischen der Kathode 12 und der Membran 14 befindet sich ein kathodenseitiger Hohlraum 15 welcher in einen
Kreislauf eingebunden ist, der aus einem ersten Elektrolyttank 16, einer ersten Pumpe 17 und eben diesem kathodenseitigen Hohlraum 15 besteht. Analog befindet sich zwischen der Anode 13 und der Membran 14 ein anodenseitiger Hohlraum 18, welcher in einen Kreislauf eingebunden ist, der aus einem zweiten Elektrolyttank 19, einer zweiten Pumpe 20 und dem erwähnten anodenseitiger Hohlraum 18 besteht. Über einen (optionalen) DC/DC- Wandler 21 sind die Kathode 12 und die Anode 13 schließlich mit der zentralen Energieverteileinheit 8 verbunden. Die Funktion der gezeigten Anordnung ist nun wie folgt:
In an sich bekannter Weise kann der erste Akkumulator 3 über die Ladesteckdose 10, das Ladegerät 9 und die zentrale Energieverteileinheit 8 aus dem öffentlichen Stromnetz geladen werden. Das Ladegerät kann sich auch außerhalb des Fahrzeugs 1 befinden, in diesem Fall weist das Fahrzeug lediglich eine Ladesteckdose 10 auf. In ebenso bekannter Weise kann die elektrische Energie aus dem ersten Akkumulator 3 über die zentrale Energieverteileinheit 8 und den DC/AC -Wandler 7 zum Antriebsmotor 2 geleitet werden, welcher die Antriebsräder 6 über das Getriebe 5 antreibt. Im vorliegenden Fall wird als Antriebsmotor 2 eine Synchronmaschine eingesetzt. Wird zum Beispiel ein
Gleichstrombürstenmotor verwendet, dann kann der DC/AC- Wandler 7 auch entfallen. Schließlich kann elektrische Energie auch vom Antriebsmotor 2 zurück in den ersten Akkumulator 3 transferiert werden. Dabei wird die kinetische Energie des Elektro- kraftfahrzeugs 1 beim Verzögern von den Antriebsrädern 6 über das Getriebe 5 zum Antriebsmotor 5 geleitet, der nun als Generator wirkt und die kinetische Energie in elektrische Energie wandelt. Diese wird über den DC/AC -Wandler 7 (welcher nun eigentlich als AC/DC-Wandler wirkt) und über die zentrale Energieverteileinheit 8 an den ersten Akkumulator 3 geleitet. Elektrische Energie kann zwischen dem Antriebsmotor 2 und dem erstem Akkumulator 3 also bidirektional transferiert werden.
Erfindungsgemäß kann elektrische Energie auch vom zweiten Akkumulator 4 zum
Antriebsmotor 2 geleitet werden. Dies erfolgt über die zentrale Energieverteileinheit 8 und den DC/AC Wandler 8. Im vorliegenden Beispiel wird darüber hinaus angenommen, dass der Energietransfer bidirektional möglich ist, d.h. dass elektrische Energie auch vom als Generator wirkenden Antriebsmotor 2 in den zweiten Akkumulator 4 transferiert werden kann. Dieser Umstand ist aber nicht zwingend für die Erfindung. Der zweite Akkumulator 4 kann auch von einem öffentlichen Netz über die Ladesteckdose 10, das Ladegerät 9 und die zentrale Energieverteileinheit 8 geladen werden. Eine weitere Möglichkeit den zweiten Akkumulator 4 zu laden besteht darin, verbrauchte Elektrolyten im ersten Elektrolyttank 16 und im zweiten Elektrolyttank 19 auszutauschen. Dies kann zum Beispiel an einer Tankstelle erfolgen, die unverbrauchte Elektrolyten zur Verfügung stellt. Dabei werden die Elektrolyten über Ventile beziehungsweise Anschlüsse ausgetauscht, welche an der ersten Pumpe 17 beziehungsweise an der zweiten Pumpe 20 angeordnet sind. Der zweite Akkumulator 4 eignet sich daher unter anderem vorzüglich zur Reichweitenverlängerung (engl. Range Extender) des Elektrokraftfahrzeugs 1.
Bei der Stromerzeugung werden die beiden Elektrolyten über die erste Pumpe 17 beziehungsweise die zweite Pumpe 20 an die Redox-Flow-Zelle 11 geführt. Konkret wird der erste Elektrolyt in den kathodenseitigen Hohlraum 15, der zweite Elektrolyt in den anodenseitigen Hohlraum 18 gepumpt. In Folge sammeln sich an der Kathode 12 positive, an der Anode 13 negative Ladungsträger. Somit kann z.B. der Antriebsmotor 2 mit elektrischer Energie versorgt werden.
Mit der Erfindung werden die Vorteile zweier verschiedener Akkumulatorentypen kombiniert. Einerseits sorgt der Lithium-Ionen- Akkumulator 3 aufgrund seines geringen Innenwiderstands für einen raschen Energietransfer. Dieser kann also die elektrische Leistung für hohe Beschleunigungswerte des Elektrokraftfahrzeugs 1 bereitstellen oder aber auch die beim starken Verzögern des Elektrokraftfahrzeugs 1 anfallende Energie wieder aufnehmen. Im Gegensatz dazu steht der Redox-Flow-Akkumulator 4, welcher in der Regel eine geringere Dynamik aufweist als z.B. ein Lithium- Ionen- Akkumulator und daher elektrische Energie nicht so rasch transferieren kann. Ein großer Vorteil des zweiten Akkumulators 4 ist jedoch die Möglichkeit, diesen an einer Tankstelle zu„betanken". Dieser Vorgang benötigt im Wesentlichen dieselbe Zeit wie auch das Betanken von Benzin- oder Diesel-getriebenen Fahrzeugen, und damit weniger Zeit, als üblicherweise das Aufladen eines Akkumulators aus dem öffentlichen Stromnetz benötigt. Das erfindungsgemäße Elektrokraftfahrzeug 1 kann also rekuperative Energie rasch aufnehmen aber auch rasch getankt werden.
In einer vorteilhaften Variante umfasst das Elektrokraftfahrzeug 1 eine Steuerung, welche dazu vorbereitet ist, elektrische Energie vom zweiten Akkumulator 4 zum ersten
Akkumulator 3 zu transferieren, wenn der Energieinhalt des ersten Akkumulators 3 geringer ist, als sein Maximalenergieinhalt abzüglich eines ersten vorgebbaren Differenzenergieinhalts. Bei dieser Variante wird der erste Akkumulator 4 bedarfsweise oder automatisch aus dem zweiten Akkumulator 3 nachgeladen, aber nur jeweils zu einem Teil seiner Maximalkapazität, beispielsweise zu 80%. Dies hat den Vorteil, dass der erste Akkumulator 3 auch dann noch rekuperative Energie aufnehmen kann, wenn er gerade nachgeladen wurde. Würde der erste Akkumulator 3 dagegen voll aufgeladen werden, dann könnte zu diesem Zeitpunkt keine rekuperative Energie mehr aufgenommen werden, weswegen die zum Verzögern des Elektrokraftfahrzeugs 1 nötige Bremsenergie in thermische Energie umgewandelt werden müsste und somit verloren gehen würde.
In einer Variante kann auch elektrische Energie vom ersten Akkumulator 3 zum zweiten Akkumulator 4 transferiert werden. Dies erfolgt wiederum durch die Steuerung, welche nun auch dazu vorbereitet ist, elektrische Energie vom ersten Akkumulator 3 zum zweiten Akkumulator 4 zu transferieren, wenn der Energieinhalt des ersten Akkumulators 3 größer ist, als sein Maximalenergieinhalt abzüglich eines zweiten vorgebbaren Differenzenergieinhalts. Auf diese Weise kann rekuperative Energie, welche in den ersten
Akkumulator 3 transferiert wurde„beiseite" geschafft werden, um Platz für neue rekuperative Energie zu schaffen. Dazu wird die Energie in den zweiten Akkumulator 4 transferiert. Selbstverständlich kann der dazu verwendete zweite vorgebbare Differenzenergieinhalt identisch mit dem oben genannten ersten Differenzenergieinhalt sein.
Allerdings kann dies zu Schwingungen führen, weswegen das Vorsehen einer Hysterese von Vorteil ist.
In diesem Zusammenhang ist es auch nützlich, wenn die Steuerung dazu vorbereitet ist, den ersten Akkumulator 3 und den zweiten Akkumulator 4 bei einem Ladevorgang aus einem elektrischen Versorgungsnetz bis zu dem Maximalenergieinhalt des ersten und zweiten Akkumulators 3 und 4 abzüglich des ersten Differenzenergieinhalts oder des zweiten Differenzenergieinhalts zu laden. Bei dieser Variante der Erfindung wird das Elektrokraftfahrzeug 1 also nicht voll aufgeladen, sondern nur zu einem Teil,
beispielsweise zu 95%. Dies ist zum Beispiel dann sinnvoll, wenn das Fahrzeug 1 von einem Punkt größerer Seehöhe zu einem Punkt geringerer Seehöhe unterwegs ist. Durch die erfindungsgemäße Variante kann die potentielle Energie in den ersten Akkumulator 3 und/oder zweiten Akkumulator 4 transferiert werden und geht so nicht verloren. Der Nutzer des Elektrokraftfahrzeugs 1 kann somit Geld sparen. In einer Variante kann der erste Akkumulator 3 bei einem Ladevorgang aus einem elektrischen Versorgungsnetz bis zu dessen Maximalenergieinhalt abzüglich des ersten Differenzenergieinhalts oder des zweiten Differenzenergieinhalts geladen werden, um die Möglichkeit offen zu lassen, rekuperative Energie im ersten Akkumulator 3 zu speichern. Der zweite Akkumulator 4, der ja zumeist ohnehin nur indirekt (d.h. über den Umweg des ersten Akkumulators 3) an der Aufnahme rekuperativer Energie beteiligt ist, kann dagegen voll aufgeladen werden.
Um den Aufbau des Systems modular zu gestalten aber auch für eine vereinfachte Wartung kann der zweite Akkumulator 4 mehrere Redox-Flow-Module umfassen, die wiederum zumindest eine Redox-Flow-Zelle 11 umfassen. In der Fig. 1 ist das Redox-Flow-Modul - da es nur eine Redox-Flow-Zelle 11 umfasst, identisch mit der Redox-Flow-Zelle 11. Dies ist aber keinesfalls zwingend. Ein Redox-Flow-Modul kann auch mehrere Redox-Flow- Zellen 11 umfassen. Diese können elektrisch in Serie und/oder parallel geschaltet sein. Desgleichen können diese auch im Bezug auf den Elektrolyt-Kreislauf in Serie und/oder parallel geschaltet sein. Dabei bedingt eine elektrische Parallelschaltung aber keinesfalls eine Parallelschaltung im Bezug auf den Elektrolyt-Kreislauf. Eine elektrische
Parallelschaltung kann auch mit einer hydraulischen Serienschaltung kombiniert werden und umgekehrt.
Um den Anschluss eines Redox-Flow-Moduls an das Fahrzeug 1 zu bewerkstelligen, umfasst dieses eine elektrische Kupplung mit deren Hilfe das Redox-Flow-Modul an den Stromkreis des Elektrokraftfahrzeugs 1, hier konkret an die zentrale Energieverteileinheit 8, angeschlossen werden kann und eine Flüssigkeits-Kupplung, mit deren Hilfe das Redox- Flow-Modul an einen Elektrolyt-Kreislauf des Fahrzeugs 1 angeschlossen werden kann. Konkret wird das Redox-Flow-Modul an den ersten Kreislauf, in welchen der erste Elektrolyttank 16 eingebunden ist, und an den zweiten Kreislauf, in welchen der zweite Elektrolyttank 19 eingebunden ist, angeschlossen.
Denkbar ist auch, dass das Redox-Flow-Modul eine Datenschnittstelle zum Austausch von Daten zwischen dem Elektrokraftfahrzeug 1 und dem Redox-Flow-Modul umfasst.
Beispielsweise kann eine Steckkupplung, welche Kontakte zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen dem Redox-Flow-Modul und dem Elektrokraftfahrzeug 1 umfasst und somit die oben genannte elektrische Kupplung bildet, auch elektrische Kontakte für die drahtgebundene Datenübertragung aufweisen. Darüber hinaus kann der Datenaustausch beispielsweise auch über Funk oder optisch erfolgen.
Vorteilhaft umfasst das Redox-Flow-Modul auch eine mechanische Kupplung zum
Verriegeln des Redox-Flow-Moduls am Fahrzeug 1, sodass sich das Redox-Flow-Modul nicht unbeabsichtigt vom Fahrzeug 1 lösen kann. Insbesondere sind die elektrische
Kupplung, die Flüssigkeits-Kupplung beziehungsweise die mechanische Kupplung so ausgebildet, dass das Redox-Flow-Modul werkzeuglos anschließbar ist. Auf diese Weise ist der Anschluss eines Redox-Flow-Moduls an das Fahrzeug 1 besonders einfach möglich.
Fig. 2 zeigt nun eine mögliche Ausführungsform eines Redox-Flow-Moduls 22. Dieses umfasst im vorliegenden Fall ein quaderförmiges Gehäuse 23, welches stirnseitig die elektrische Kupplung in Form von zwei Anschlussstiften 24 umfasst. Weiterhin sind stirnseitig ein Vorlauf und ein Rücklauf 25 für den ersten Elektrolyt-Kreislauf und ein Vorlauf und ein Rücklauf 26 für den zweiten Elektrolyt-Kreislauf vorgesehen. Zudem sind stimseitig zwei Stifte 27 angeordnet, welche für die Datenübertragung zwischen dem Redox-Flow-Modul 22 und dem Fahrzeug 1 vorgesehen sind. Schließlich umfasst das Redox-Flow-Modul 22 stirnseitig einen Haken 28, welcher die Verriegelung des Redox- Flow-Moduls 22 am Fahrzeugs 1 bewerkstelligt. Zum Anschluss des Redox-Flow-Moduls 22 am Fahrzeug 1 wird dieses beispielsweise einfach in einen dafür am Fahrzeug 1 vorgesehen Schacht eingeschoben, wo es einrastet. Selbstverständlich kann das Fahrzeug 1 auch mehrere solcher Schächte für den Anschluss mehrere gleichartiger oder aber auch für den Anschluss verschiedenartiger Redox-Flow-Module 22 aufweisen. Auf diese Weise kann das Fahrzeug 1 bedarfsweise mit einer unterschiedlichen Anzahl an Redox-Flow- Modulen 22 oder aber auch verschiedenen Typen von Redox-Flow-Modulen 22 bestückt werden. Vorteilhaft umfasst das Fahrzeug 1 dann Mittel zur Erkennung der Anzahl der mit dem Fahrzeug verbunden Redox-Flow-Module 22. Beispielsweise kann dazu eine
Spannung, ein Strom oder ein Widerstand an den fahrzeugseitigen Buchsen, welche den Stiften 24 oder 27 zugeordnet sind, gemessen werden. Wird eine Spannung ungleich Null, ein Strom ungleich Null oder ein Widerstand ungleich unendlich gemessen, dann kann davon ausgegangen werden, dass in den betreffenden Schacht ein Redox-Flow-Modul 22 eingeschoben ist. Desweiteren kann das Fahrzeug 1 auch Mittel zum Feststellen der Type der an das Fahrzeug 1 angeschlossenen Redox-Flow-Moduls 22 umfassen. Beispielsweise kann ein dazu im Redox-Flow-Modul 22 vorgesehener Speicher über die Datenschnittstelle 27 ausgelesen werden. Denkbar ist auch, dass das Redox-Flow-Modul 22 einen
Transponder umfasst, welcher eine Information über die Type des Redox-Flow-Moduls 22 beinhaltet.
In einer weiteren vorteilhaften Variante des Redox-Flow-Moduls 22 beträgt die elektrische Spannung an den Stiften 24 (d.h. an der elektrischen Kupplung) sowie an den Stiften 27 maximal die Berührungsspannung. Bei gesunden erwachsenen Menschen geht man ab einer Berührungsspannung von 50 V Wechselspannung (AC) oder 120 V Gleichspannung (DC) von einer lebensbedrohlichen Situation aus. Unter anderem bei Kindern und
Nutztieren ist die Berührungsspannung nur auf maximal 25 V Wechselspannung oder 60 V Gleichspannung festgelegt. Auf diese Weise können also Menschen und Tiere vor einem gefährlichen Stromschlag geschützt werden.
Vorteilhaft umfasst das Redox-Flow-Modul 22 und/oder das Fahrzeug 1 einen
Spannungswandler 21 zur Anpassung der im Redox-Flow-Modul 22 vorhandenen
Spannung (abhängig von der Anzahl der verbauten Redox-Flow-Zellen 11) an die im Fahrzeug 1 verwendete Spannung.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn ein Trennrelais zwischen der elektrischen Kupplung 24 und den Redox-Flow-Zellen 11 und/oder wenn ein Trennrelais zwischen der elektrischen Kupplung und einem elektrischen Netz des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. Dies ist eine weitere Maßnahme, um Menschen und Tiere vor einem gefährlichen Stromschlag zu schützen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Spannung an den Stiften 24 oder an den Stiften 27 im Betrieb höher als die Berührspannung ist.
Schließlich ist es auch denkbar, wenn einer Flüssigkeits-Kupplung 25, 26 Mittel zur Beeinflussung eines Durchflusses, beispielsweise Ventile oder Schieber, zugeordnet sind. Auf diese Weise kann der Elektrolytdurchfluss durch ein Redox-Flow-Modul 22 gesteuert und somit deren Leistungsabgabe beeinflusst werden.
Figur 3 zeigt eine beispielhafte, erfindungsgemäße Kartusche 29 mit einem
quaderförmigen Gehäuse 23, welches stirnseitig einen Vorlauf und einen Rücklauf 25 für den ersten Elektrolyt-Kreislauf und einen Vorlauf und einen Rücklauf 26 für den zweiten Elektrolyt-Kreislauf umfasst. Zudem umfasst die Kartusche 29 stirnseitig einen Haken 28, welcher die Verriegelung derselben am Fahrzeugs 1 bewerkstelligt. Zum Anschluss der Kartusche 29 am Fahrzeug 1 wird dieses beispielsweise einfach in einen dafür am
Fahrzeug 1 vorgesehen Schacht eingeschoben, wo sie einrastet. Selbstverständlich kann das Fahrzeug 1 auch mehrere solcher Schächte für den Anschluss mehrere gleichartiger oder aber auch für den Anschluss verschiedenartiger Kartuschen 29 aufweisen. Auf diese Weise kann das Fahrzeug 1 bedarfsweise mit einer unterschiedlichen Anzahl an
Kartuschen 29 oder aber auch verschiedenen Typen von Kartuschen 29 bestückt werden.
Wie aus den Figuren 2 und 3 erkennbar ist, weisen das Redox-Flow-Modul 22 und die Kartusche 29 in diesem Beispiel dieselben äußeren Abmessungen sowie identische Schnittstellen 25 und 26 auf. Der Einsatz von Redox-Flow-Modulen 22 und Kartuschen 29 kann somit besonders flexibel erfolgen, da fahrzeugseitig nur eine Type eines Einsteck- Schachts für den Anschluss sowohl eines Redox-Flow-Moduls 22 als auch einer Kartusche 29 vorgesehen werden braucht. Selbstverständlich kann das Gehäuse 23 der Kartusche 29 bei gleicher Schnittstelle 25 und 26 auch größer ausgestaltet sein, um eine größere Menge eines Elektrolyten aufnehmen zu können.
Im vorliegenden Beispiel nimmt die Kartusche 29 beide für den Betrieb einer Redox-Flow- Zelle 11 nötigen Elektrolyten auf. Denkbar ist aber auch, dass diese nur einen der beiden Elektrolyten beinhaltet. In diesem Fall braucht nur die Schnittstelle 25 für den ersten Elektrolyten oder die Schnittstelle 26 für den zweiten Elektrolyten vorgesehen zu sein. Denkbar ist natürlich auch, dass die Schnittstellen für das Redox-Flow-Modul 22 und die Kartusche 29 völlig unterschiedlich gestaltet sind. In einer weiteren Variante umfasst das Fahrzeug 1 Mittel zur Erkennung der Anzahl der mit dem Fahrzeug verbunden Kartuschen 29. Dazu kann eine Kartusche 29 eine
Datenschnittstelle (nicht dargestellt) ähnlich zur oder identisch mit der Schnittstelle 27 des Redox -Flow-Moduls 22 umfassen. Die Auswertung der Daten kann wie bereits zum Redox-Flow-Modul 22 beschrieben erfolgen.
Figur 4 zeigt nun einen Ausschnitt aus einer schematischen Darstellung eines
erfindungsgemäßen Elektrofahrzeugs welcher der Darstellung aus Fig. 1 sehr ähnlich ist. Allerdings ist für den zweiten Elektrolyttank 19 eine Bypassleitung 30 vorgesehen. Mit dem Ventil 31 kann der Elektrolytkreislauf bedarfsweise über den Tank 19 oder über die Bypassleitung 30 geleitet werden. Dadurch ist es möglich, den Tank 19 aus dem
Elektrolytkreislauf auszukoppeln, sodass dieser lediglich über eine oder mehrere
Kartuschen 29 (nicht dargestellt) verläuft. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich der angereicherte Elektrolyt aus der Kartusche 29 mit dem verbrauchten Elektrolyten vermischt und die Ionenkonzentration daher sinkt. Selbstverständlich kann eine idente oder ähnliche Anordnung auch für den ersten Elektrolyttank 16 vorgesehen werden.
Denkbar ist auch, dass das Elektrokraftfahrzeug 1 wenigstens ein Ventil im
Elektrolytkreislauf umfasst, weiche den wahlweisen Betrieb der Redo -Flow-Zelle 11 mit Hilfe eines in einem fahrzeugseitigen Tank 16, 19 gelagerten Elektrolyten oder mit Hilfe des in der Kartusche 29 beinhalteten Elektrolyten ermöglicht. Beispielsweise kann dazu der Kartusche 29 eine weitere Bypassleitung mit einem Umschaltventil zugeordnet werden.
Figur 5 zeigt schließlich eine beispielhafte elektrische Verschaltung mehrerer Redox-Flow- Module 22. Jedes Redox-Flow-Modul 22 umfasst dabei mehrere Redox-Flow-Zellen 11. Konkret sind jeweils mehrere Redox-Flow-Zellen 11 in Serie geschaltet um eine geforderte Spannung pro Redox-Flow-Modul 22 zu erreichen, beispielsweise 48 V. Um einen geforderten Strom zu erreichen, sind pro Redox-Flow-Modul 22 zwei solcher Zweige parallel geschaltet. Zusätzlich umfasst jedes Redox-Flow-Modul 22 einen Abgriff an der Serienschaltung für eine zweite, niedrigere Spannung, beispielsweise 12 V. Im
vorliegenden Beispiel ist der Niedervolt- Abgriff der Einfachheit halber nur einem der beiden Zweige der in Serie geschalteten Redox-Flow-Zellen 11 zugeordnet. Denkbar ist aber natürlich auch eine Verbindung der beiden Zweige auf Höhe des Abgriffs, um einen höheren Maximalstrom im Niedervoltbereich liefern zu können.
In diesem Beispiel werden fahrzeugseitig zwei Serienzweige, welche jeweils drei Redox- Flow-Module 22 umfassen, parallel geschaltet. Selbstverständlich soll die Fig. 5 die Erfindung bloß illustrieren. Abweichend von der Fig. 5 sind auch andere
Schaltungsvarianten möglich, um eine geforderte Spannung und einen geforderten Strom liefern zu können. Insbesondere ist es möglich, Redox-Flow-Module 22 fahrzeugseitig grundsätzlich parallel zu schalten, sodass ein Ausfall eines einzelnen Moduls 22 nur geringe Auswirkungen hat. Im vorliegenden Beispiel führt ein Ausfall eines Moduls 22 ja zu einem Ausfall eines Zweiges mit drei Modulen 22.
In diesem Beispiel werden also 3 x 48 V in Serie geschaltet um eine Spannung von 144 V zu erreichen. Diese wird in diesem Beispiel mit Hilfe eines DC/DC-Wandlers 21 nochmals hochgewandelt, beispielsweise auf 400 V (Ul), und dem Antriebszweig des Fahrzeugs 1 zur Verfügung gestellt. Weiterhin werden die 12 V- Abgriffe (U2) der Redox-Flow-Module 22 auf dem niedrigsten Spannungspotential parallel geschaltet und für die periphere Elektrik des Fahrzeugs 1 verfügbar gemacht. Da hierfür kein Spannungswandler vonnöten ist, arbeitet das System mit besonders hohem Wirkungsgrad.
Abschließend wird festgehalten, dass die Bestandteile der Figuren ggf. nicht
maßstabsgetreu dargestellt sind und dass die einzelnen in den Figuren dargestellten Varianten auch den Gegenstand einer unabhängigen Erfindung bilden können.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrokraftfahrzeug (1), umfassend einen Antriebsmotor (2), einen ersten
Akkumulator (3) einer ersten Bauart und einen zweiten Akkumulator (4) einer zweiten Bauart, wobei elektrische Energie zwischen dem Antriebsmotor (2) und dem erstem Akkumulator (3) bidirektional transferierbar ist und wobei elektrische Energie vom zweiten Akkumulator (4) zum Antriebsmotor (2) beziehungsweise zum ersten
Akkumulator (3) zumindest unidirektional transferierbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Akkumulator (4) zumindest eine Redox-Flow-Zelle (11) umfasst.
2. Elektrokraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Akkumulator (3) aus Lithium-Ionen-Zellen und/oder Lithium-Polymer-Zellen aufgebaut ist.
3. Elektrokraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Energie zwischen dem zweiten Akkumulator (4) und dem Antriebsmotor (2) beziehungsweise dem ersten Akkumulator (3) bidirektional transferierbar ist.
4. Elektrokraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Steuerung, welche dazu vorbereitet ist, elektrische Energie vom zweiten Akkumulator (4) zum ersten Akkumulator (3) zu transferieren, wenn der Energieinhalt des ersten Akkumulators (3) geringer ist, als sein Maximalenergieinhalt abzüglich eines ersten vorgebbaren Differenzenergieinhalts.
5. Elektrokraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Steuerung, welche dazu vorbereitet ist, elektrische Energie vom ersten Akkumulator (3) zum zweiten Akkumulator (4) zu transferieren, wenn der Energieinhalt des ersten Akkumulators (3) größer ist, als sein Maximalenergieinhalt abzüglich eines zweiten vorgebbaren Differenzenergieinhalts .
6. Elektrokraftf ahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung dazu vorbereitet ist, den ersten Akkumulator (3) und den zweiten Akkumulator (4) bei einem Ladevorgang aus einem elektrischen
Versorgungsnetz bis zu dem Maximalenergieinhalt des ersten und zweiten Akkumulators (3, 4) abzüglich des ersten Differenzenergieinhalts oder des zweiten
Differenzenergieinhalts zu laden
7. Elektrokraftf ahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuerung dazu vorbereitet ist, den ersten Akkumulator (3) bei einem Ladevorgang aus einem elektrischen Versorgungsnetz bis zu dessen
Maximalenergieinhalt abzüglich des ersten Differenzenergieinhalts oder des zweiten Differenzenergieinhalts zu laden
8. Elektrokraftf ahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine elektrische Kupplung (24) für den Anschluss einer Redox-Flow-Moduls (22), welches zumindest eine Redox-Flow-Zelle (11) umfasst, an einen Stromkreis des Fahrzeugs (1) und einer Flüssigkeits-Kupplung (25, 26) für den Anschluss des genannten Redox-Flow- Moduls (22) an einen Elektrolytkreis des Fahrzeugs (1).
9. Elektrokraftf ahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeits-Kupplung (25, 26) für den Anschluss einer tragbaren Kartusche (29), welche zumindest einen für den Betrieb der Redox-Flow-Zelle (11) vorgesehen Elektrolyten aufnimmt, an einen Elektrolytkreis des Fahrzeugs (1).
10. Elektrokraftfahrzeug (1) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch
einen Tank (16, 19) für einen Elektrolyten, welcher für den Betrieb der Redox- Flow-Zelle (11) vorgesehen ist, im Elektrolytkreislauf,
eine Bypassleitung (30) für diesen Tank (16, 19) sowie
wenigstens ein Ventil (31) im Elektrolytkreislauf zum Schalten desselben wahlweise über den Tank (16, 19) oder die Bypassleitung (30).
11. Elektrokraftfahrzeug (1) nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch wenigstens ein Ventil im Elektrolytkreislauf, welche den wahlweisen Betrieb der Redox - Flow-Zelle (11) mit Hilfe eines in einem fahrzeugseitigen Tank (16, 19) gelagerten Elektrolyten oder mit Hilfe des in der Kartusche (29) beinhalteten Elektrolyten ermöglicht.
12 Elektrokraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Datenschnittstelle (27) zum Austausch von Daten zwischen dem Elektrokraftfahrzeug (1) und einem Redox-Flow-Modul (22) beziehungsweise einer Kartusche (29).
13. Elektrokraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine mechanische Kupplung (28) zum Verriegeln des Redo -Flow-Moduls (22) beziehungsweise der Kartusche (29) am Fahrzeug (1).
14. Elektrokraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrische Kupplung (24), die Flüssigkeits-Kupplung (25, 26) beziehungsweise die mechanische Kupplung (28) so ausgebildet sind, dass das Redox- Flow-Modul (22) beziehungsweise die Kartusche (29) werkzeuglos anschließbar ist.
15. Elektrokraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, gekennzeichnet durch mehrere elektrische Kupplungen (24) und mehrere Flüssigkeits-Kupplungen (25, 26) beziehungsweise mehrere Datenschnittstellen (27) und mechanische Kupplungen (28) für den Anschluss mehrerer gleichartiger Redox-Flow-Module (22) beziehungsweise mehrerer gleichartiger Kartuschen (29).
16. Elektrokraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, gekennzeichnet durch mehrere elektrische Kupplungen (24) und mehrere Flüssigkeits-Kupplungen (25, 26) beziehungsweise mehrere Datenschnittstellen (27) und mechanische Kupplungen (28) für den Anschluss mehrerer verschiedenartiger Redox-Flow-Module (22) beziehungsweise mehrerer verschiedenartiger Kartuschen (29).
17. Elektrokraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch Mittel zur Erkennung der Anzahl/der Art der mit dem Fahrzeug (1) verbunden Redox- Flow-Module (22) beziehungsweise Kartuschen (29).
18. Elektrokraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrische Kupplung (24) und/oder die Flüssigkeits-Kupplung (25, 26) und oder die Datenschnittstelle (27) und/oder die mechanische Kupplung (28) für den Anschluss eines Redox-Flow-Moduls (22) und für den Anschluss einer Kartusche (29) identisch sind.
19. Elektrokraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, dass die Spannung an der elektrischen Kupplung (24) maximal die Berührungsspannung beträgt.
20. Elektrokraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 19, gekennzeichnet durch einen Spannungswandler, welcher zwischen der elektrischen Kupplung und einem elektrischen Netz des Fahrzeugs (1) angeordnet ist.
21. Elektrokraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrische Kupplung (24) Anschlüsse für zumindest zwei verschiedene Spannungen eines Redox-Flow-Moduls (22) umfasst.
22. Elektrokraftfahrzeug (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass nur für einen Teil der genannten Anschlüsse Spannungswandler (21) vorgesehen sind.
23. Elektrokraftfahrzeug (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass jene Anschlüsse, welchen ein Spannungswandler (21) zugeordnet ist, mit einem Antrieb des Elektrokraftfahrzeug (1) und jene Anschlüsse, welchen kein Spannungswandler (21) zugeordnet ist, mit einer peripheren Elektrik des Elektrokraftfahrzeug (1) verbunden sind.
24. Elektrokraftf ahrzeug (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Antrieb zugeordneten Anschlüsse eine höhere Spannung aufweisen als die der peripheren Elektrik zugeordneten Anschlüsse und dass der Spannungswandler (21) als
Aufwärtswandler ausgeführt ist.
25. Elektrokraftf ahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 24, gekennzeichnet durch zumindest ein Trennrelais, welches zwischen der elektrischen Kupplung und einem elektrischen Netz des Fahrzeugs (1) angeordnet ist.
26. Elektrokraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 25, dadurch
gekennzeichnet, dass einer Flüssigkeits-Kupplung (25, 26) Mittel zur Beeinflussung eines Durchflusses zugeordnet sind.
27. Redox-Flow-Modul (22) mit zumindest einer Redox-Flow-Zelle (11),
gekennzeichnet durch eine elektrische Kupplung (24) für den Anschluss an einen
Stromkreis eines Fahrzeugs (1) und einer Flüssigkeits-Kupplung (25, 26) für den
Anschluss an einen Elektrolytkreis des genannten Fahrzeugs (1).
28. Redox-Flow-Modul (22) nach Anspruch27, gekennzeichnet durch einen
Spannungswandler (21), welcher zwischen der elektrischen Kupplung (24) und der zumindest einen Redox-Flow-Zelle (11) angeordnet ist.
29. Redox-Flow-Modul (22) nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mehrere in Serie geschaltete Redox-Flow-Zellen (11) und eine elektrische Kupplung (24) mit Anschlüssen für zumindest zwei verschiedene Spannungen umfasst, wobei die verschiedenen Spannungen durch Abgriff an verschiedenen Punkten der Serienschaltung entstehen.
30. Redox-Flow-Modul (22) nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch mehrere parallel geschaltete Zweige in Serie geschalteter Redox-Flow-Zellen (11).
31. Redox-Flow-Modul (22) nach einem der Ansprüche 28 und 29 oder 28 und 30, dadurch gekennzeichnet, nur für einige der genannten Spannungen Spannungswandler (21) vorgesehen sind.
32. Redox-Flow-Modul (22) nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (21) als Aufwärtswandler ausgeführt ist und dass die dem
Spannungswandler (21) zugeordnete und an der Serienschaltung der Redox-Flow-Zellen (11) abgegriffenen Spannung höher ist als eine zweite an der besagten Serienschaltung abgegriffene Spannung.
33. Redox-Flow-Modul (22) nach einem der Ansprüche 27 bis 32, gekennzeichnet durch zumindest ein Trennrelais, welches zwischen der elektrischen Kupplung (24) und der zumindest einen Redox-Flow-Zelle (11) angeordnet ist.
34. Redox-Flow-Modul (22) nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch
gekennzeichnet, dass einer Flüssigkeits-Kupplung (25, 26) Mittel zur Beeinflussung eines Durchflusses zugeordnet sind.
35. Kartusche (29) für ein Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Behälter für die Aufnahme eines Elektrolyten, welcher für einen Betrieb einer Redox-Flow-Zelle (11) vorgesehen ist, sowie eine Flüssigkeits- Kupplung (25, 26) für den Anschluss der Kartusche (29) an einen Elektrolytkreis des Fahrzeugs (1) umfasst sowie tragbar ist.
36. Kartusche (29) nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass diese zwei getrennte Behälter für die Aufnahme von zwei verschiedenen Elektrolyten, welcher für einen Betrieb einer Redox-Flow-Zelle (11) vorgesehen ist, sowie zwei getrennte
Flüssigkeits-Kupplungen (25, 26) umfasst.
37. Kartusche (29) nach einem der Ansprüche 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass einer Flüssigkeits-Kupplung (25, 26) Mittel zur Beeinflussung eines Durchflusses zugeordnet sind
PCT/EP2011/066480 2010-09-24 2011-09-22 Elektrokraftfahrzeug und redox-flow-modul sowie kartusche hierzu WO2012038497A2 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/824,217 US9358897B2 (en) 2010-09-24 2011-09-22 Electric motor vehicle and redox flow module and cartridge therefor
DE112011103180T DE112011103180A5 (de) 2010-09-24 2011-09-22 Elektrokraftfahrzeug und Redox-Flow-Modul sowie Kartusche hierzu

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010046388.4 2010-09-24
DE102010046388 2010-09-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2012038497A2 true WO2012038497A2 (de) 2012-03-29
WO2012038497A3 WO2012038497A3 (de) 2013-01-03

Family

ID=44719906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/066480 WO2012038497A2 (de) 2010-09-24 2011-09-22 Elektrokraftfahrzeug und redox-flow-modul sowie kartusche hierzu

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9358897B2 (de)
DE (1) DE112011103180A5 (de)
WO (1) WO2012038497A2 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8785023B2 (en) 2008-07-07 2014-07-22 Enervault Corparation Cascade redox flow battery systems
US8906529B2 (en) 2008-07-07 2014-12-09 Enervault Corporation Redox flow battery system for distributed energy storage
US8916281B2 (en) 2011-03-29 2014-12-23 Enervault Corporation Rebalancing electrolytes in redox flow battery systems
WO2015032880A1 (de) * 2013-09-06 2015-03-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzellensystem, kraftfahrzeug enthaltend ein brennstoffzellensystem und verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems
US8980484B2 (en) 2011-03-29 2015-03-17 Enervault Corporation Monitoring electrolyte concentrations in redox flow battery systems
CN111261923A (zh) * 2018-11-30 2020-06-09 北京好风光储能技术有限公司 一种圆柱形电池组系统及其安全运行、回收方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11128005B2 (en) * 2013-07-30 2021-09-21 Cps Technology Holdings Llc Lithium ion battery with lead acid form factor
CN106061788B (zh) 2014-11-12 2020-06-19 深圳市大疆创新科技有限公司 回收可移动物体的电机功率的方法和系统
JP6479893B2 (ja) * 2017-06-20 2019-03-06 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッドＳｚ Ｄｊｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ 無人航空機に対する電力の再分配の方法およびシステム
CN110745003B (zh) * 2019-10-29 2020-07-21 长沙理工大学 一种混合动力汽车的电气系统及其工作方法
US11679684B2 (en) 2020-10-13 2023-06-20 Hyzon Motors Inc. Modular boost converter system with super capacitor

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10133580A1 (de) 2001-07-11 2003-01-30 P21 Gmbh Elektrisches System

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62105376A (ja) * 1985-10-31 1987-05-15 Meidensha Electric Mfg Co Ltd 液循環型電池の運転方法
JP3334726B2 (ja) 1993-03-31 2002-10-15 株式会社エクォス・リサーチ 電気自動車の電源装置
JP3180304B2 (ja) * 1993-06-30 2001-06-25 株式会社エクォス・リサーチ ハイブリット車の電源回路
EP1132251A4 (de) * 1999-08-27 2011-08-31 Yamaha Motor Co Ltd Hybrides antriebssystem.
US6764789B1 (en) * 1999-09-27 2004-07-20 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Redox flow battery
GB2357641B (en) * 1999-12-20 2002-02-20 Motorola Ltd DC-DC Converter and energy management system
JP2002083597A (ja) * 2000-06-30 2002-03-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd リチウム二次電池
DE50105088D1 (de) * 2001-02-16 2005-02-17 Siemens Ag Kraftfahrzeug-bordnetz
JP2003007326A (ja) * 2001-06-20 2003-01-10 Takenaka Komuten Co Ltd 蓄電システム
JP2003007327A (ja) * 2001-06-25 2003-01-10 Takenaka Komuten Co Ltd 蓄電システム
US20030222502A1 (en) * 2002-05-30 2003-12-04 Nec Tokin Corporation Hybrid power supply system
US7012394B2 (en) * 2003-02-12 2006-03-14 Subair Systems, Llc Battery-powered air handling system for subsurface aeration
US6989653B2 (en) * 2003-05-09 2006-01-24 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Battery power circuit and automobile battery power circuit
US20120207620A1 (en) * 2007-07-12 2012-08-16 Odyne Systems, LLC. Hybrid vehicle drive system and method and idle reduction system and method
US8026691B2 (en) * 2007-07-30 2011-09-27 GM Global Technology Operations LLC Double ended inverter system with a cross-linked ultracapacitor network
JP4541425B2 (ja) * 2008-02-25 2010-09-08 本田技研工業株式会社 Ｄｃ／ｄｃコンバータ装置
DE102008030343A1 (de) 2008-06-26 2009-12-31 Siemens Aktiengesellschaft Spurgeführtes Fahrzeug
US8785023B2 (en) * 2008-07-07 2014-07-22 Enervault Corparation Cascade redox flow battery systems
US8013548B2 (en) * 2008-10-14 2011-09-06 General Electric Company System, vehicle and related method
US8080973B2 (en) * 2008-10-22 2011-12-20 General Electric Company Apparatus for energy transfer using converter and method of manufacturing same
US8054039B2 (en) * 2008-12-19 2011-11-08 GM Global Technology Operations LLC System and method for charging a plug-in electric vehicle
US8410755B2 (en) * 2009-06-15 2013-04-02 Hak Hon Chau Fault tolerant modular battery management system
WO2011060269A2 (en) * 2009-11-13 2011-05-19 Dresser, Inc. Recharging electric vehicles
WO2011143136A2 (en) * 2010-05-12 2011-11-17 Magistor Technologies, L.L.C. Ac battery employing magistor technology
DE102010017417A1 (de) * 2010-06-17 2011-12-22 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektrisches Versorgungs- und Startsystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betrieb des elektrischen Versorgungs- und Startsystems
JP2013066365A (ja) * 2011-08-29 2013-04-11 Sharp Corp 車両駆動装置、車両充電システム、及び自動車

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10133580A1 (de) 2001-07-11 2003-01-30 P21 Gmbh Elektrisches System

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8785023B2 (en) 2008-07-07 2014-07-22 Enervault Corparation Cascade redox flow battery systems
US8906529B2 (en) 2008-07-07 2014-12-09 Enervault Corporation Redox flow battery system for distributed energy storage
US8916281B2 (en) 2011-03-29 2014-12-23 Enervault Corporation Rebalancing electrolytes in redox flow battery systems
US8980484B2 (en) 2011-03-29 2015-03-17 Enervault Corporation Monitoring electrolyte concentrations in redox flow battery systems
WO2015032880A1 (de) * 2013-09-06 2015-03-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzellensystem, kraftfahrzeug enthaltend ein brennstoffzellensystem und verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems
CN105517835A (zh) * 2013-09-06 2016-04-20 宝马股份公司 燃料电池系统、包含燃料电池系统的机动车和用于运行燃料电池系统的方法
CN111261923A (zh) * 2018-11-30 2020-06-09 北京好风光储能技术有限公司 一种圆柱形电池组系统及其安全运行、回收方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9358897B2 (en) 2016-06-07
WO2012038497A3 (de) 2013-01-03
DE112011103180A5 (de) 2013-07-25
US20130293005A1 (en) 2013-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012038497A2 (de) Elektrokraftfahrzeug und redox-flow-modul sowie kartusche hierzu
DE19954306B4 (de) Vorrichtung zur elektrischen Energieerzeugnung mit einer Brennstoffzelle in einem Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung
DE112005003300B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Reduzierung eines Spannungsverlusts, der durch eine Spannungswechselbelastung bewirkt wird, durch Verwendung einer wiederaufladbaren elektrischen Speichervorrichtung
DE102014106644B4 (de) Energieversorgungseinheit für mobile Arbeitsmaschine
WO2015185184A1 (de) Fahrzeug mit einem energiespeicher
DE102009006982A1 (de) Ladesystem für Hybrid- und Elektrofahrzeuge
DE102017206834A1 (de) Schaltungsanordnung und Ladeverfahren für ein elektrisches Energiespeichersystem
WO2020001667A1 (de) Mobiles ladesystem für fahrzeuge mit elektroantrieb
DE102018118945A1 (de) Batterien und ein geeignetes Schnell-Wechselsystem der Batterien für Fahrzeuge
DE102019201715A1 (de) Ladestation für Elektrofahrzeuge
DE102007013873A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers
DE112009004847T5 (de) Brennstoffzellensystem
DE102008061583A1 (de) Elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug
DE102012001890A1 (de) Energiespeichersystem für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug
WO2016026753A1 (de) Betriebsvorrichtung und system zum betreiben eines kraftfahrzeugs
DE102010024318A1 (de) Modular aufgebautes Batteriegehäuse bzw. -Halterung mit dazugehörigem Lade-/Kontroll und Managementmodul
DE112019005639T5 (de) Elektrofahrzeug und energiepackung
DE102019210676A1 (de) Modulares Chassis für Kraftfahrzeuge
WO2011044964A1 (de) Fahrzeug mit einem brennstoffzellensystem
WO2009056089A1 (de) Klimatisierungssystem für ein fahrzeug
DE102009015727B4 (de) Energieversorgungssystem und dessen Verwendung
DE102020133926A1 (de) Brennstoffzellenfahrzeug
DE102020202095A1 (de) Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug
DE102019006634A1 (de) Verfahren zur Bereitstellung von Antriebsleistung für ein Fahrzeug
DE102022129744A1 (de) Bordnetzsystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug und elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120111031807

Country of ref document: DE

Ref document number: 112011103180

Country of ref document: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13824217

Country of ref document: US

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R225

Ref document number: 112011103180

Country of ref document: DE

Effective date: 20130725

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11761572

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2