WO2017025224A1 - Antriebssystem und verfahren zum antreiben eines vortriebsmittels eines fahrzeugs, unter verwendung kryogener kühlung - Google Patents

Antriebssystem und verfahren zum antreiben eines vortriebsmittels eines fahrzeugs, unter verwendung kryogener kühlung Download PDF

Info

Publication number
WO2017025224A1
WO2017025224A1 PCT/EP2016/063731 EP2016063731W WO2017025224A1 WO 2017025224 A1 WO2017025224 A1 WO 2017025224A1 EP 2016063731 W EP2016063731 W EP 2016063731W WO 2017025224 A1 WO2017025224 A1 WO 2017025224A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
generator
drive system
electric motor
coolant
fuel cell
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/063731
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tabea Arndt
Mykhaylo Filipenko
Agnieszka Makowska
Frank Anton
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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 Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to CN201680046435.7A priority Critical patent/CN107848428A/zh
Priority to EP16731551.4A priority patent/EP3310610A1/de
Priority to US15/748,778 priority patent/US20190009917A1/en
Publication of WO2017025224A1 publication Critical patent/WO2017025224A1/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
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/15—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines with additional electric power supply
    • 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
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plants using steam or spring force
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
    • H02K55/04—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
    • 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
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/10—Air crafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D33/00—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
    • B64D33/08—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of power plant cooling systems
    • 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
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a drive system for providing kinetic energy, for a propulsion unit of a driving ⁇ zeugs, in particular of an aircraft.
  • the power to weight ratio of at ⁇ drive system is crucial, ie the ratio of the recoverable with the drive system performance and its mass.
  • the propulsion system has to provide a boosting power and thus generate a buoyant force sufficient to overcome the gravitational pull.
  • the concept of superconductivity can be used in the design of the generators.
  • superconductors can be used to achieve very high magnetic flux densities.
  • superconductors can carry very high current densities. Because of this, the cross-sectional area of the turns of the current-carrying coils of the generator can be substantially reduced and thereby reduce the mass of the machine.
  • Such sup ⁇ ra decisionsde generators may contain tor superconducting components eg. In the stator and / or in the Ro.
  • the sup ⁇ ra organizationsden components of a superconducting generator is first liquefied coolant by a cryocooler and transported in liquid state and at very low temperature to the one or more superconducting components of the generator and brought into thermal contact therewith for cooling.
  • a known coolant is, for example, neon, which is typically used at a temperature of about 27K.
  • the disadvantage here is on the one hand that the cryocooler consisting of a cooling head and a compressor has a high weight.
  • the coolant neon is a rare and expensive Medi ⁇ um, so it should be recovered in a cycle and collected in a corresponding tank. This also increases the weight of the entire system, which has a negative impact on the power to weight ratio.
  • liquid nitrogen can also be used for cooling.
  • nitrogen has the disadvantage that its critical temperature of 77K is comparatively high.
  • a drive system for driving a pre-drive means of a vehicle in particular an aviation ⁇ zeugs, an electric motor for driving the propulsion means and a generator for providing a first electrical energy EE.
  • the generator with the Elect ⁇ romotor is electrically connected to the electric motor for machine drive ben of the electric motor at least to supply a first portion of the first electrical energy EE1 EE.
  • the generator is a cryogenic generator, in particular a superconducting generator having at least one cryogenic component, which by means of a generator and thus to the
  • Component feedable coolant which may be in particular water ⁇ material, which is in particular in the liquid state, can be brought to a cryogenic temperature.
  • the cryogenic component has a conductivity at the cryogenic temperature which is superior to its conductivity
  • the generator is further ver ⁇ connected with at least one device of the drive system, to the at least a portion of the coolant can be guided to fulfillment of a predetermined criterion, in particular in gasförmi ⁇ gem state and which is adapted to process the at ⁇ guided coolant such that a power system EEB, KEG is provided.
  • the generator may be a superconducting generator, which comprises at least one superconducting device to ⁇ which, when it is situated at an appropriate temperature, is in a superconducting state.
  • the coolant in particular hydrogen in the liquid state, is supplied to the generator and the superconducting component.
  • cryogenic generator that at least one component of the generator, eg., A solenoid, is cryogenically cooled and accordingly to a cryogenic, ie is at an extremely low temperature at which the conductivity opposite the space Tempe ⁇ temperature e.g. is improved by a factor of 3 or more.
  • cryogenic component is to be understood as meaning that this component is cryogenically cooled.
  • cryogenic component For example. it is conceivable to make the cryogenic component from copper or aluminum and to cool it to a temperature of 21K. Although these metals are not yet super conductive at this temperature, their resistance decreases by three orders of magnitude over the resistance at room temperature, which is already an enormous advantage.
  • the cryogenic cooling goes so far that the cooled component goes into a superconducting state.
  • this component consists of a material that goes into the superconducting state when falling below the typical for this material transition temperature.
  • the term superconducting generator means that at least one component of the generator, for example the magnetic coil again, is superconducting or consists of a material which, when falling below the typical transition temperature for this material, passes into the superconducting state.
  • the term superconducting grain component to be understood that this component consists of a Ma ⁇ material which has transitions falls below the typical temperature for this material transition in the superconducting state.
  • the coolant is preferably hydrogen
  • Fuel cell consequently a hydrogen-sour ⁇ fuel cell fuel.
  • the reaction product is accordingly spre ⁇ accordingly deionized water, which has the advantage that the cooled by the reaction product components of the electric motor as well as the media connection will be only slightly affected by the water.
  • Said device may be a fuel cell, where ⁇ is connected to the generator via a first media connection to the fuel cell. By way of the media connection, at least a first part of the coolant can be guided from the generator to the fuel parts after the predetermined criterion has been met in the gaseous state.
  • Coolant with a reactant a chemical reaction from which a second electrical energy EEB and a reaction product H20 emerge.
  • the fuel cell back ter is the cooled system, an efficient groove ⁇ wetting of the coolant is made possible which goes beyond the actual use for cooling of the generator or of the component addition.
  • the fuel cell is connected via a second media connection with the electric motor, via which the reaction product H20 can be fed to the electric motor as a cooling medium in order to cool it.
  • the fuel cell can be electrically connected to one or more electrical components of the aircraft, in each case at least part EEB1, EEB2, EEB3 of the second electrical energy EEB to the electrical components for use in the respective electrical component.
  • the electrical components may include, for example, the electric motor, a battery of the drive system or to ⁇ dere electrical consumers of the vehicle.
  • the electric motor and / or one or more electrical loads of the vehicle is supplied, for example.
  • the fuel cell can thus be electrically connected to the electric motor, wherein at least a first part EEB1 of the second electrical energy EEB for driving the electric motor from the fuel cell to the electric motor is feasible.
  • at least a second part EEB2 of the second electrical energy EEB of this battery can be fed and stored there.
  • the battery can be electrically connected to one or more of the electrical components of the vehicle, so that stored in the battery electrical energy EE of the respective electrical component can be provided.
  • the drive system may further include an internal combustion engine for driving the generator.
  • the internal combustion engine is configured to provide kinetic energy KEG by combustion of a medium, and mechanically connected to the generator to supply the generator with the provided kinetic energy KEG.
  • the generator converts the supplied kinetic energy KEG into the first electrical energy EE, from which at least a first part EE1 is provided to the electric motor in order to drive it.
  • the medium to be combusted in the internal combustion engine is the coolant.
  • the generator is connected via a third media connection with the internal combustion engine, via which at least a second part of the coolant after fulfillment of the predetermined criterion in gaseous state from the generator to the engine is feasible to be burned there.
  • the internal combustion engine, the Vorrich- tung represents to the at least a portion of the coolant can be guided by He ⁇ filling said predetermined criterion and which is adapted to the supplied coolant such to verar ⁇ BEITEN that a usable in the drive system power be ⁇ provided.
  • the said predetermined criterion may be an exceeding of a predetermined temperature. Exceeding this temperature would have the consequence that the cooling of the generator or the component takes place less efficiently, wherein the coolant in particular passes into the gaseous state when the temperature is exceeded.
  • the criterion can also be the physical state of the refrigerant so, so that the cooling means or at least part thereof, for the device ge ⁇ leads is or is feasible once it is in the gaseous state.
  • the propulsion means is driven by an electric motor of the propulsion system.
  • a generator of the drive system supplies the electric motor with a first electrical energy EE to drive the electric motor.
  • the generator is a cryogenic generator, in particular a superconducting generator, which has at least one cryogenic or possibly superconducting one Component which component is brought to a cryogenic temperature by means of a coolant supplied to the generator and the component and which component has a conductivity at the cryogenic temperature, the at least one compared to its conductivity at room temperature or, for example, at 0 ° C. Magnitude is increased.
  • At least part of the coolant, in particular in the gaseous state, after delivery of a predetermined criterion, is led by the generator to at least one device of the drive system which processes the supplied coolant such that an energy EEB, KEG which can be used in the drive system is provided.
  • the coolant is in particular water, which is preferably in the liquid state for cooling the generator or the component .
  • the device is in one embodiment, a fuel cell, wherein at least a first part of the coolant is performed after fulfillment of the predetermined criterion, in particular in gas ⁇ shaped state from the generator to the fuel parts.
  • the coolant with a reaction partner 02 enters into a chemical reaction, from which a second electrical energy EEB and a reaction product H20 emerge.
  • the reaction product H20 is supplied to the electric motor as a cooling medium to cool the electric motor. At least a first part EEB1 of the second electrical energy EEB is led to drive the electric motor from the fuel cell to the electric motor.
  • the drive system may have a battery, wherein at least a second part EEB2 of the second electrical energy EEB is supplied to the battery and stored there.
  • the battery is electrically connected to one or more electrical components of the vehicle so that in the battery stored electrical energy EE of the respective electrical ⁇ 's component is provided.
  • the generator is driven drive system by an internal combustion engine of the check, wherein the combustion engine kinetic energy KEG providing by a combustion of a medium, the provided kinetic energy is supplied to the Ge ⁇ erator and the generator supplied kine ⁇ diagram energy KEG electrical in the first Energy EE is being transformed.
  • the first electrical energy EE at least a first part EE1 is provided to the electric motor to drive it.
  • the medium to be combusted is the coolant, with at least a second portion of the refrigerant is performed after fulfillment ⁇ development of the predetermined criterion in the gaseous state from the generator to the internal combustion engine to be burned there.
  • the predetermined criterion may be an exceeding of a predetermined temperature or the achievement of a predetermined state of matter of the coolant, in particular the He ⁇ reaching the gaseous state of matter.
  • the vehicle is preferably an air- ⁇ vehicle, eg. An aircraft.
  • the described drive system is also applicable to hybrid road vehicles or trains.
  • the concept presented here brings a number of other advantages with it in addition to the introduction be ⁇ already mentioned advantages of the serial hybrid concept.
  • hydrogen is used as the coolant.
  • the Siedetempe ⁇ temperature of liquid hydrogen is 21K, so that the cooled by liquid hydrogen components can be placed in a state in which their conductivity already allows a very efficient operation due to the incoming superconductivity.
  • the water can not be recovered or collected, but the resulting in the chemical reaction in the fuel cell water can be delivered directly and / or otherwise used, for example. On board the vehicle.
  • the power to weight ratio that the weight and the power consumption of a cryocooler entfal ⁇ len.
  • power or electrical energy is generated in the fuel cell, which can be used in corresponding electrical components of the vehicle.
  • the electrical components may be, for example, the electrical equipment of the vehicle such as a lighting system or the like.
  • WEI terhin can be supplied to the electric power of a battery of driving ⁇ zeugs and stored there.
  • This vomit ⁇ -assured energy may, for example, be used in order to supply the Elect ⁇ romotor for driving the propulsion unit and / or the elekt ⁇ step equipment of the vehicle, the former especially at takeoff or landing of the aircraft.
  • the elekt ⁇ cal energy from the fuel cell can also be fed directly to the electric motor.
  • Fuel cell and / or the internal combustion engine are located behind the refrigerated system, allowing efficient use of the coolant.
  • Show it: 1 shows a series-hybrid drive system of an aircraft for driving a propulsion means of the aircraft in a first embodiment
  • a connection is meant by a mechanical connection of two components or components which allows the transmission of kinetic energy, for example rotational energy, from one of the components to the other.
  • the transmission of the kinetic energy means, for example. From an engine to a generator that an offset from the engine to the rotating shaft drives a rotor of the generator at ⁇ , so that the services provided by the engine is available kineti ⁇ specific rotational energy is used such in that the rotor of the generator in turn is set in rotation and accordingly a kinetic energy was supplied to it.
  • an electrical connection of two components allows the transmission of electrical energy from one component to another.
  • the connected components may be, for example, the said internal combustion engine which causes rotation of a shaft and the electric generator.
  • These components are mechanically interconnected via suitable components.
  • the suitable components can be, for example, shafts, axles, gears, etc.
  • the transferred from the engine to the generator, kinetic energy is converted into electrical energy in the genera ⁇ tor.
  • This generator can now in turn be electrically connected to an electric motor to provide the electric motor required for its operation electrical energy available.
  • An electrical connection can be realized, for example, with the aid of a cable.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first exemplary form of a serial hybrid drive system 100 for a vehicle 1, the vehicle 1 by way of example is for an air ⁇ vehicle, eg. An aircraft.
  • the drive system 100 has an internal combustion engine 110, which receives the medium 111 to be incinerated from a tank 112.
  • the medium 111 depends on the type of Verbrennungsmo ⁇ gate 110. In the event that it is, in the vehicle 1 about a plane, the medium 111 may be, for example, kerosene.
  • the gate 110 Verbrennungsmo ⁇ kinetic energy KEG available, for example. Rotati ⁇ onsenergy.
  • the kinetic energy is supplied via a mechanical connection 113, for example a shaft, to a generator 120, which converts the kinetic energy KEG into electrical energy EE.
  • a part EE1 of the electrical energy EE is supplied to an electrical motor 140 of the drive system 100, which converts this elec ⁇ cal energy EE1 in kinetic energy KEV.
  • the kinetic energy KEV thus provided is finally supplied via a further mechanical connection 141 directly or possibly via the mentioned suitable components (not shown) to the driving means 150.
  • the propulsion means 150 in the case of an aircraft 1, for example, a propeller, is thus driven by the kinetic energy KEV and thus provides the propulsion of the aircraft 1.
  • the term propulsion should not necessarily mean that the vehicle 1 in Vor ⁇ is moved in the direction of movement.
  • propulsion merely implies that the vehicle 1 is being moved, but is not limited to a forward or backward direction, etc.
  • the electric motor 140 is supplied to a battery 160 and stored there.
  • the battery 160 is electrically connected to the generator 120 for this purpose.
  • the battery 160 is further electrically connected to the electric motor 140, so that, for example, in the event that the electric motor 140 requires more electric power than the generator 120 can supply, the electric motor 140 from the battery 160 electrical energy EE3 to Can be made available.
  • the electrical energy stored in the battery 160 may also be used to power electrical loads 190 of the aircraft, such as a light system 190.
  • the internal combustion engine 110 is not connected to the direct power transmission or mechanically to the propulsion means 150.
  • the internal combustion engine 110 is merely used to drive the generator 120, which in turn supplies the electric motor 140 and possibly the battery 160 with electrical energy.
  • the propulsion of the vehicle 1 is effected in the series-hybrid concept exclusively by the electric motor 120.
  • the generator 120 is preferably a superconducting generator in whose construction, in particular, the concept of
  • High-temperature superconductivity was applied.
  • the HTS generator 120 has superconducting components 121, wherein, depending on the design of the HTS generator 120, for example, the stator and / or the rotor or the magnetic coils of the generator 120 can be designed as superconducting components 121.
  • a tank 170 a correspondingly necessary cooling of the Ge ⁇ nerators 120 and the superconducting components 121 required liquid coolant 171 is stored, wherein the coolant 171 is liquid hydrogen.
  • the hydrogen 171 is, if necessary, for example. Controlled by the control unit 130 from the tank 170 to the superconducting components 121 of the HTS generator passed 120 to briefly a ⁇ agreed target temperature or to cool them below the transition temperature.
  • the temperature of the hydrogen outside of the tank 170 and around the generator 120 will increase over time and during operation of the drive system 100 and the generator 120. Once a predetermined temperature is exceeded, hydrogen 171-1 is added to the HTS
  • This is also controlled by the control unit 130, which, for example, monitors the temperature of the superconducting components 121 and of the hydrogen 171 in the vicinity of the HTS generator 120 via corresponding sensors (not shown).
  • the control unit 130 causes, for example. An actuating corresponding valves, etc., so that the hydrogen gas 171-1 ge ⁇ reached to the fuel cell 180th In the fuel cell 180, the hydrogen 171-1 is brought into contact with oxygen O 2, which can be taken from the environment, for example.
  • Hydrogen 171-1 and the reaction partner oxygen 02 enter into a chemical reaction, from which in a known manner electrical energy EEB and a
  • the electrical energy EEB can be supplied to one or more electrical components of the aircraft 1.
  • Such electrical compo ⁇ nent can, for example, the electric motor 140 may be.
  • At least a part EEBl of the electrical energy EEB can therefore the
  • Electric motor 140 are supplied to drive this.
  • Another electrical component may be the battery 160. Possibly.
  • a part EEB2 of the second electrical energy EEB is supplied to the battery 160 and stored there, so that it is available for further applications.
  • the electrical components may also include various other electrical loads 190 of the aircraft and a portion EEB3 of the electrical energy EEB is supplied to these various electrical loads 190 of the aircraft 1 to operate them.
  • Such an electrical load can be, for example, a lighting system 190 of the aircraft 1.
  • de-ionized water H20 As a further educt of the fuel cell 180 or as Reakti ⁇ ons, de-ionized water H20 applies.
  • This deionized water H20 is supplied via a media connection 181 as a cooling medium to the electric motor 140 in order to cool it before it is discharged to the environment.
  • the use of the deionized water as a coolant is advantageous over the use of normal water, especially in the context of an electric motor, because there is always a risk of short circuits when using normal water.
  • the deionized water H20 After the deionized water H20 has passed through the electric motor 140 for cooling and / or the system 191, it can be discharged to the environment in the simplest case.
  • the starting material H20 of the fuel cell 180 can also be used in another on-board system 191 of the vehicle 1, for example, again as coolant for the on-board system and / or as service water.
  • the de-ionized water H20 or at least a part thereof is led to the system 191 via a further media connection 182.
  • the 2 shows a second embodiment of the serial ⁇ hybrid drive system 100.
  • the internal combustion engine 110 is a hydrogen and the turbine to be combusted medium 111 is therefore also in the second embodiment, hydrogen.
  • supplied hydrogen 111 In the hydrogen turbine 110, supplied hydrogen 111 is burned and thus the kineti ⁇ cal energy KEG for driving the HTS generator 120 gewon ⁇ NEN.
  • the temperature of the outside of the tank 170 and in the vicinity of the generator 120 be ⁇ -sensitive hydrogen over time and during loading ⁇ drive of the drive system 100 and the generator 120 as described above in connection with FIG 1 in the second embodiment, anstei ⁇ gene.
  • a predetermined target temperature is exceeded, at least a portion 171-2 of the hydrogen withdrawn in gaseous form to the HTS generator 120.
  • the extracted hydrogen 171-2 is the hydrogen supplied to turbine 110 via a media ⁇ compound 124 as to be incinerated medium 111 for combustion.
  • the hydrogen 111 to be combusted thus corresponds to the hydrogen 171-2 taken from the HTS generator 120 or at least a part thereof.
  • FIG 3 shows a third embodiment in which the Kon ⁇ configurations of the drive system of the first and the second embodiment are combined with each other, ie, a part
  • the control unit 130 is arranged to control the flows of coolant 171-1, 171-2 to the fuel cell 180 and the engine 110 so that optimal performance can be provided depending on the situation.
  • the operation of fuel cell 180 and internal combustion engine 110 correspond to the modes of operation described in connection with FIGS. 1 and 2.
  • the propulsion means 150 can, as already mentioned, be a propeller, for example.
  • the vehicle 1 is a land vehicle propulsion means 150 a wheel would for example..
  • the way of the transfer of kinetic energy from the electric motor 140 to the actual propulsion ⁇ medium 150 is known per se and can, for example. via shafts, axles, gears and / or other suitable means. This is not illustrated in detail in the drawings, as it is not considered to be an essential aspect of the invention and it is believed that it is well known in what manner kinetic energy can be transferred from one component 140 to another component 150.
  • connections 131 of the control unit 130 with the various controllable components of the drive system 100 are merely indicated for the sake of clarity and are not shown in detail. In order to ensure the described operation of the drive ⁇ system, however, the control unit 130 is connected to all components of the drive system in order to influence their operation.
  • the aforementioned media connections 123, 124, 181 can be, for example, pipe connections or hoses with which gaseous or liquid media can be conducted.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem (100) sowie ein Verfahren zum Bereitstellen von kinetischer Energie für ein Vortriebsmittel (150) eines Flugzeugs. Das Antriebssystem (100) ist als seriell hybrides System ausgebildet, das einen Elektromotor (140) zum Antreiben des Vortriebsmittels (150), einen Generator (120) zum Bereitstellen der elektrischen Energie für den Elektromotor (140) sowie einen Verbrennungsmotor (110) zum Bereitstellen der kinetischen Energie zum Betreiben des Generators (120) aufweist. Der Generator (120) ist als supraleitender Generator (120) ausgebildet. Als Kühlmittel für den Generator (120) wird Wasserstoff eingesetzt. Sobald der Wasserstoff im Umfeld des Generators (120) eine vorgegebene Temperatur überschreitet, wird er dem Generator (120) in gasförmigem Zustand entnommen und einer Vorrichtung (110, 180) zugeführt, die den Wasserstoff derart verarbeitet, dass eine im Antriebssystem (100) verwertbare Energie bereitgestellt wird. Die Vorrichtung (110, 180) kann bspw. eine Brennstoffzelle (180) und/oder der als Wasserstoffturbine ausgebildete Verbrennungsmotor (110) sein.

Description

Beschreibung
ANTRIEBSSYSTEM UND VERFAHREN ZUM ANTREIBEN EINES VORTRIEBSMITTELS EINES FAHRZEUGS, UNTER VERWENDUNG KRYOGENER KÜHLUNG
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem zum Bereitstellen von kinetischer Energie für ein Vortriebsmittel eines Fahr¬ zeugs, insbesondere eines Luftfahrzeugs.
Zum Antrieb von Fahrzeugen werden als Alternative zu den ge¬ bräuchlichen Verbrennungskraftmaschinen bzw. Verbrennungsmotoren hybride Konzepte untersucht und eingesetzt. Insbesonde¬ re seriell-hybride Ansätze weisen eine Reihe von Vorteilen auf .
Bei einem seriell-hybriden Antriebssystem wird mit Hilfe eines Generators, der an einen Verbrennungsmotor gekoppelt und von diesem angetrieben ist, elektrische Energie bereitge¬ stellt. Diese elektrische Energie wird anschließend einem Elektromotor zugeführt, welcher seinerseits die zugeführte elektrische Energie in Antriebsenergie für ein Vortriebsmit¬ tel des Luftfahrzeugs, bspw. einen Propeller, umsetzt. Der Vorteil dieses Konzepts besteht darin, dass sowohl der Elekt¬ romotor als auch der Verbrennungsmotor bei unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten laufen können. Somit kann insbesondere der Verbrennungsmotor jederzeit im optimalen Drehzahl- und Lastbereich betrieben werden, so dass die maximalen Leistungen bzw. die maximalen Wirkungsgrade erzielt werden können. Darüber hinaus kann auf die in der Regel aufwändigen Getriebe zum Anschluss des Verbrennungsmotors an das Vortriebsmittel verzichtet werden.
Für die Luftfahrt ist vor allem das Leistungsgewicht des An¬ triebssystems ausschlaggebend, d.h. der Quotient aus der mit dem Antriebssystem erzielbaren Leistung und seiner Masse. Das Antriebssystem muss eine Anschubleistung zur Verfügung stellen und damit eine Auftriebskraft erzeugen, die ausreicht, um die Erdanziehung zu überwinden. Um Generatoren mit möglichst hohem Leistungsgewicht herstellen zu können, kann bspw. das Konzept der Supraleitung bei der Konstruktion der Generatoren angewendet werden. Mit Supraleitern lassen sich zum Einen sehr hohe magnetische Flussdichten realisieren. Zum Anderen können Supraleiter sehr hohe Stromdichten tragen. Aufgrund dessen lässt sich die Querschnittsfläche der Windungen der stromtragenden Spulen des Generators wesentlich verkleinern und dadurch die Masse der Maschine reduzieren. Derartige sup¬ raleitende Generatoren können bspw. im Stator und/oder im Ro- tor supraleitende Komponenten enthalten.
Da die Sprungtemperatur, unterhalb derer der Effekt der Supraleitung eintritt, von allen bis dato bekannten Supraleitern im kryogenen Bereich liegt, d.h. derzeit unterhalb von 170K, ist eine Kühlapparatur für den Betrieb eines supraleitenden
Generators notwendig. Üblicherweise wird zur Kühlung der sup¬ raleitenden Komponenten eines supraleitenden Generators zunächst ein Kühlmittel durch einen Kryokühler verflüssigt und in flüssigem Zustand und bei sehr geringer Temperatur zu der oder den supraleitenden Komponenten des Generators transportiert und mit dieser in thermischen Kontakt gebracht.
Ein bekanntes Kühlmittel ist bspw. Neon, das typischerweise bei einer Temperatur von ca. 27K eingesetzt wird. Nachteilig ist dabei zum Einen, dass der Kryokühler bestehend aus einem Kühlkopf und einem Kompressor ein hohes Gewicht aufweist. Zum Anderen ist das Kühlmittel Neon ein seltenes und teures Medi¬ um, weswegen es in einem Kreislauf wiedergewonnen und in einem entsprechenden Tank gesammelt werden sollte. Dies erhöht ebenfalls das Gewicht der Gesamtanlage, was sich negativ auf das Leistungsgewicht auswirkt.
Anstelle von Neon kann auch flüssiger Stickstoff zur Kühlung verwendet werden. Stickstoff hat jedoch den Nachteil, dass seine Sprungtemperatur mit 77K vergleichsweise hoch liegt.
Bei dieser Temperatur sind die kritischen Ströme und Magnet¬ felder deutlich kleiner als bei 27K, weshalb die Vorteile der Supraleitung nicht vollumfänglich zur Geltung kommen können, was sich ebenfalls negativ auf das Leistungsgewicht auswirkt.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Ansatz für ein hinsichtlich des Leistungsgewichts verbessertes Konzept für ein seriell-hybrides Antriebssystem für ein Fahrzeug bereit¬ zustellen .
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beschriebene An- triebssystem sowie durch das in Anspruch 9 beschriebene Verfahren gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen .
Konkret weist ein Antriebssystem zum Antreiben eines Vor- triebsmittels eines Fahrzeugs, insbesondere eines Luftfahr¬ zeugs, einen Elektromotor zum Antreiben des Vortriebsmittels und einen Generator zum Bereitstellen einer ersten elektrischen Energie EE auf. Dabei ist der Generator mit dem Elekt¬ romotor elektrisch verbunden, um dem Elektromotor zum Antrei- ben des Elektromotors zumindest einen ersten Teil EE1 der ersten elektrischen Energie EE zuzuführen.
Der Generator ist ein kryogener Generator, insbesondere ein supraleitender Generator, der zumindest ein kryogenes Bauteil aufweist, welches mittels eines zum Generator und damit zum
Bauteil zuführbaren Kühlmittels, welches insbesondere Wasser¬ stoff sein kann, der sich insbesondere in flüssigem Zustand befindet, auf eine kryogene Temperatur bringbar ist. Das kryogene Bauteil weist bei der kryogenen Temperatur eine Leitfähigkeit auf, die gegenüber seiner Leitfähigkeit bei
Raumtemperatur oder bspw. bei 0°C um zumindest eine Größenordnung erhöht bzw. verbessert ist. Der Generator ist weiterhin mit zumindest einer Vorrichtung des Antriebssystems ver¬ bunden, zu der zumindest ein Teil des Kühlmittels nach Erfül- lung eines vorbestimmten Kriteriums insbesondere in gasförmi¬ gem Zustand führbar ist und die eingerichtet ist, um das zu¬ geführte Kühlmittel derart zu verarbeiten, dass eine im An- triebssystem verwertbare Energie EEB, KEG bereitgestellt wird .
Wie bereits angedeutet kann der Generator ein supraleitender Generator sein, der zumindest ein supraleitendes Bauteil auf¬ weist, welches sich, wenn es sich auf einer entsprechenden Temperatur befindet, in einem supraleitenden Zustand befindet. Hierzu wird das Kühlmittel, insbesondere Wasserstoff in flüssigem Zustand, dem Generator und dem supraleitenden Bau- teil zugeführt.
Hierbei und im Folgenden meint der Begriff kryogener Generator, dass zumindest ein Bauteil des Generators, bspw. eine Magnetspule, kryogen gekühlt ist und sich dementsprechend auf einer kryogenen, d.h. auf einer extrem niedrigen Temperatur befindet, bei der die Leitfähigkeit gegenüber der Raumtempe¬ ratur bspw. um einen Faktor 3 oder mehr verbessert ist. In analoger Weise ist auch bspw. der Begriff kryogene Komponente so zu verstehen, dass diese Komponente kryogen gekühlt ist.
Bspw. ist es denkbar, die kryogene Komponente aus Kupfer oder Aluminium herzustellen und sie auf eine Temperatur von 21K zu kühlen. Diese Metalle sind bei dieser Temperatur zwar noch nicht superleitend, aber ihr Widerstand sinkt um drei Größen- Ordnungen gegenüber dem Widerstand bei Raumtemperatur, was sich bereits als enormer Vorteil darstellt.
In einer Ausprägung geht das kryogene Kühlen so weit, dass die gekühlte Komponente in einen supraleitenden Zustand über- geht. Hierzu besteht diese Komponente aus einem Material, das bei Unterschreiten der für dieses Material typischen Sprungtemperatur in den supraleitenden Zustand übergeht. Dementsprechend meint der Begriff supraleitender Generator, dass zumindest ein Bauteil des Generators, bspw. wieder die Mag- netspule, supraleitend ist bzw. aus einem Material besteht, das bei Unterschreiten der für dieses Material typischen Sprungtemperatur in den supraleitenden Zustand übergeht. In analoger Weise ist auch bspw. der Begriff supraleitende Korn- ponente so zu verstehen, dass diese Komponente aus einem Ma¬ terial besteht, das bei Unterschreiten der für dieses Material typischen Sprungtemperatur in den supraleitenden Zustand übergeht .
Da das Kühlmittel vorzugsweise Wasserstoff ist, ist die
Brennstoffzelle konsequenterweise eine Wasserstoff-Sauer¬ stoff-Brennstoffzelle . Das Reaktionsprodukt ist dementspre¬ chend deionisiertes Wasser, was den Vorteil hat, dass die durch das Reaktionsprodukt gekühlten Teile des Elektromotors sowie auch die Medienverbindung durch das Wasser nur wenig angegriffen werden. Gleiches gilt für das im Folgenden beschriebene Verfahren. Die genannte Vorrichtung kann eine Brennstoffzelle sein, wo¬ bei der Generator über eine erste Medienverbindung mit der Brennstoffzelle verbunden ist. Über die Medienverbindung ist zumindest ein erster Teil des Kühlmittels nach Erfüllung des vorbestimmten Kriteriums in gasförmigem Zustand vom Generator zur Brennstoffeile führbar. In der Brennstoffzelle geht das
Kühlmittel mit einem Reaktionspartner eine chemische Reaktion ein, aus der eine zweite elektrische Energie EEB und ein Reaktionsprodukt H20 hervorgehen. Dadurch, dass sich die Vorrichtung, in dieser Ausführungsform die Brennstoffzelle, hin- ter dem gekühlten System befindet, wird eine effiziente Nut¬ zung des Kühlmittels ermöglicht, die über die eigentliche Nutzung zum Kühlen des Generators bzw. des Bauteils hinaus geht . Die Brennstoffzelle ist über eine zweite Medienverbindung mit dem Elektromotor verbunden, über die das Reaktionsprodukt H20 dem Elektromotor als Kühlmedium zuführbar ist, um diesen zu kühlen . Weiterhin kann die Brennstoffzelle mit einer oder mehreren elektrischen Komponenten des Flugzeugs elektrisch verbunden sein, um den elektrischen Komponenten jeweils zumindest einen Teil EEB1, EEB2, EEB3 der zweiten elektrischen Energie EEB zum Verwenden in der jeweiligen elektrischen Komponente bereitzustellen. Die elektrischen Komponenten können bspw. den Elektromotor, eine Batterie des Antriebssystems oder auch an¬ dere elektrische Verbraucher des Fahrzeugs umfassen. Bspw. ist es denkbar, dass die in der Batterie gespeicherte elekt¬ rische Energie bedarfsweise dem Elektromotor und/oder einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs zugeführt wird, bspw. einer Lichtanlage. Die Brennstoffzelle kann also elektrisch mit dem Elektromotor verbunden sein, wobei zumindest ein erster Teil EEB1 der zweiten elektrischen Energie EEB zum Antreiben des Elektromotors von der Brennstoffzelle zum Elektromotor führbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein zweiter Teil EEB2 der zweiten elektrischen Energie EEB dieser Batterie zuführbar und dort speicherbar sein. Dabei kann die Batterie elektrisch mit einer oder mehreren der elektrischen Komponenten des Fahrzeugs verbunden sein, so dass in der Batterie ge- speicherte elektrische Energie EE der jeweiligen elektrischen Komponente bereitgestellt werden kann.
Mit jeder der verschiedenen genannten Nutzungen der Edukte H20, EEB der Brennstoffzelle wird eine weiter verbesserte Ef- fizienz der Nutzung des Kühlmittels ermöglicht.
Das Antriebssystem kann desweiteren einen Verbrennungsmotor zum Antreiben des Generators aufweisen. Der Verbrennungsmotor ist dazu eingerichtet, durch eine Verbrennung eines Mediums kinetische Energie KEG bereitzustellen, und mechanisch mit dem Generator verbunden, um dem Generator die bereitgestellte kinetische Energie KEG zuzuführen. Der Generator wandelt die zugeführte kinetische Energie KEG in die erste elektrische Energie EE um, von der zumindest ein erster Teil EE1 dem Elektromotor bereitgestellt wird, um diesen anzutreiben.
Hiermit ist das Antriebssystem also ein seriell-hybrides Sys¬ tem. Vorteilhafterweise ist das im Verbrennungsmotor zu verbrennende Medium das Kühlmittel. Hierzu ist der Generator über eine dritte Medienverbindung mit dem Verbrennungsmotor verbunden, über die zumindest ein zweiter Teil des Kühlmittels nach Erfüllung des vorbestimmten Kriteriums in gasförmigem Zustand vom Generator zum Verbrennungsmotor führbar ist, um dort verbrannt zu werden.
In diesem Fall stellt also der Verbrennungsmotor die Vorrich- tung dar, zu der zumindest ein Teil des Kühlmittels nach Er¬ füllung des vorbestimmten Kriteriums führbar ist und die eingerichtet ist, um das zugeführte Kühlmittel derart zu verar¬ beiten, dass eine im Antriebssystem verwertbare Energie be¬ reitgestellt wird. Dadurch, dass sich auch hier die Vorrich- tung, in dieser Ausführungsform der Verbrennungsmotor, hinter dem gekühlten System befindet, wird eine effiziente Nutzung des Kühlmittels ermöglicht, die über die eigentliche Nutzung zum Kühlen des Generators bzw. des Bauteils hinaus geht. Das genannte vorbestimmte Kriterium kann ein Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur sein. Das Überschreiten dieser Temperatur würde zur Folge haben, dass die Kühlung des Generators bzw. des Bauteils weniger effizient erfolgt, wobei das Kühlmittel beim Überschreiten der Temperatur insbesondere in den gasförmigen Zustand übergeht. Das Kriterium kann also auch der Aggregatzustand des Kühlmittels sein, so dass das Kühlmittel bzw. zumindest ein Teil davon zur Vorrichtung ge¬ führt wird bzw. führbar ist, sobald es sich im gasförmigen Zustand befindet.
In einem entsprechenden Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems zum Antreiben eines Vortriebsmittels eines Fahrzeugs wird das Vortriebsmittel durch einen Elektromotor des Antriebssystems angetrieben. Ein Generator des Antriebs- Systems führt dem Elektromotor eine erste elektrische Energie EE zu, um den Elektromotor anzutreiben. Der Generator ist ein kryogener Generator, insbesondere ein supraleitender Generator, der zumindest ein kryogenes bzw. ggf. supraleitendes Bauteil aufweist, welches Bauteil mittels eines zum Generator und zum Bauteil zuführbaren Kühlmittels auf eine kryogene Temperatur gebracht wird und welches Bauteil bei der kryoge- nen Temperatur eine Leitfähigkeit aufweist, die gegenüber seiner Leitfähigkeit bei Raumtemperatur bzw. bspw. bei 0°C um zumindest eine Größenordnung erhöht ist. Zumindest ein Teil des Kühlmittels wird insbesondere in gasförmigem Zustand nach Erfüllung eines vorbestimmten Kriteriums vom Generator zu zumindest einer Vorrichtung des Antriebssystems geführt, die das zugeführte Kühlmittel derart verarbeitet, dass eine im Antriebssystem verwertbare Energie EEB, KEG bereitgestellt wird .
Bei dem Kühlmittel handelt es sich insbesondere um Wasser- Stoff, welcher sich zum Kühlen des Generators bzw. des Bau¬ teils vorzugsweise in flüssigem Zustand befindet.
Die Vorrichtung ist in einer Ausführungsform eine Brennstoffzelle, wobei zumindest ein erster Teil des Kühlmittels nach Erfüllung des vorbestimmten Kriteriums insbesondere in gas¬ förmigem Zustand vom Generator zur Brennstoffeile geführt wird. In der Brennstoffzelle geht das Kühlmittel mit einem Reaktionspartner 02 eine chemische Reaktion ein, aus der eine zweite elektrische Energie EEB und ein Reaktionsprodukt H20 hervorgehen.
Das Reaktionsprodukt H20 wird dem Elektromotor als Kühlmedium zugeführt, um den Elektromotor zu kühlen. Zumindest ein erster Teil EEB1 der zweiten elektrischen Energie EEB wird zum Antreiben des Elektromotors von der Brennstoffzelle zum Elektromotor geführt.
Das Antriebssystem kann eine Batterie aufweisen, wobei zumin- dest ein zweiter Teil EEB2 der zweiten elektrischen Energie EEB der Batterie zugeführt und dort gespeichert wird. Die Batterie ist elektrisch mit einer oder mehreren elektrischen Komponenten des Fahrzeugs verbunden, so dass in der Batterie gespeicherte elektrische Energie EE der jeweiligen elektri¬ schen Komponente bereitgestellt wird.
Der Generator wird durch einen Verbrennungsmotor des An- triebssystems angetrieben wird, wobei der Verbrennungsmotor durch eine Verbrennung eines Mediums kinetische Energie KEG bereitstellt, die bereitgestellte kinetische Energie dem Ge¬ nerator zugeführt wird und der Generator die zugeführte kine¬ tische Energie KEG in die erste elektrische Energie EE umwan- delt. Von der ersten elektrischen Energie EE wird zumindest ein erster Teil EE1 dem Elektromotor bereitgestellt, um diesen anzutreiben.
Vorzugsweise ist das zu verbrennende Medium das Kühlmittel, wobei zumindest ein zweiter Teil des Kühlmittels nach Erfül¬ lung des vorbestimmten Kriteriums in gasförmigem Zustand vom Generator zum Verbrennungsmotor geführt wird, um dort verbrannt zu werden. Das vorbestimmte Kriterium kann ein Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur oder das Erreichen eines vorgegebenen Aggregatzustands des Kühlmittels sein, insbesondere das Er¬ reichen des gasförmigen Aggregatzustands . Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Luft¬ fahrzeug, bspw. ein Flugzeug. Das beschriebene Antriebssystem ist aber auch für bei hybriden Straßenfahrzeugen oder Zügen anwendbar . Das hier vorgestellte Konzept bringt neben den einleitend be¬ reits genannten Vorteilen des seriell-hybriden Konzepts eine Vielzahl von weiteren Vorzügen mit sich. Vorteilhafterweise kommt als Kühlmittel Wasserstoff zum Einsatz. Die Siedetempe¬ ratur von flüssigem Wasserstoff beträgt 21K, so dass die durch flüssigen Wasserstoff gekühlten Komponenten in einen Zustand versetzt werden können, in dem ihre Leitfähigkeit aufgrund der eintretenden Supraleitung bereits einen sehr effizienten Betrieb erlaubt. Im Gegensatz zu Neon muss der Was- serstoff nicht wiedergewonnen bzw. gesammelt werden, sondern das bei der chemischen Reaktion in der Brennstoffzelle entstehende Wasser kann direkt abgegeben und/oder aber anderweitig genutzt werden, bspw. an Bord des Fahrzeugs.
Besonders vorteilhaft für das Leistungsgewicht ist, dass das Gewicht und die Leistungsaufnahme eines Kryokühlers entfal¬ len . Zusätzlich wird in der Brennstoffzelle Leistung bzw. elektrische Energie erzeugt, die in entsprechenden elektrischen Komponenten des Fahrzeugs genutzt werden kann. Die elektrischen Komponenten können bspw. die elektrischen Gerätschaften des Fahrzeugs sein wie etwa eine Lichtanlage oder ähnliches. Wei- terhin kann die elektrische Energie einer Batterie des Fahr¬ zeugs zugeführt und dort gespeichert werden. Diese gespei¬ cherte Energie kann bspw. dazu genutzt werden, um den Elekt¬ romotor zum Antrieb des Vortriebsmittels und/oder die elekt¬ rischen Gerätschaften des Fahrzeugs zu versorgen, ersteres insbesondere bei Start oder Landung des Flugzeugs. Die elekt¬ rische Energie aus der Brennstoffzelle kann auch direkt dem Elektromotor zugeführt werden.
Falls der Verbrennungsmotor als Wasserstoffturbine ausgebil- det ist, so kommt der Vorteil eines ökologischen Edukts hin¬ zu, da nun Wasserstoff an Stelle von bspw. Kerosin verbrannt wird .
Einer der wesentlichen Punkte des hier vorgestellten Ansatzes ist, dass sich die leistungserzeugenden Elemente, d.h. die
Brennstoffzelle und/oder der Verbrennungsmotor hinter dem gekühlten System befinden, womit eine effiziente Nutzung des Kühlmittels ermöglicht wird. Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: FIG 1 ein seriell-hybrides Antriebssystem eines Flugzeugs zum Antreiben eines Vortriebsmittels des Flugzeugs in einer ersten Ausführungsform,
FIG 2 das seriell-hybride Antriebssystem in einer zweiten
Ausführungsform,
FIG 3 das seriell-hybride Antriebssystem in einer dritten
Ausführungsform.
Gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren kennzeichnen gleiche Komponenten. Im Folgenden soll mit einer mechanischen Verbindung zweier Komponenten oder Bauteile eine Verbindung gemeint sein, die die Übertragung von kinetischer Energie, bspw. Rotationsenergie, von einer der Komponenten an die andere erlaubt. In der Praxis bedeutet die Übertragung der kinetischen Energie bspw. von einem Motor an einen Generator, dass eine von dem Motor in Rotation versetzte Welle einen Rotor des Generators an¬ treibt, so dass die vom Motor zur Verfügung gestellte kineti¬ sche Rotationsenergie derart verwendet wird, dass der Rotor des Generators seinerseits in Rotation versetzt wird und ihm demnach eine kinetische Energie zugeführt wurde.
In analoger Weise erlaubt eine elektrische Verbindung zweier Komponenten die Übertragung elektrischer Energie von einer Komponente zur anderen.
Im Falle der mechanischen Verbindung können die verbundenen Komponenten bspw. der genannte Verbrennungsmotor, der eine Rotation einer Welle bewirkt, und der elektrische Generator sein. Diese Komponenten sind über geeignete Bauteile mecha- nisch miteinander verbunden. Die geeigneten Bauteile können bspw. Wellen, Achsen, Getriebe etc. sein. Die vom Motor an den Generator übertragene kinetische Energie wird im Genera¬ tor in elektrische Energie umgewandelt. Dieser Generator kann nun seinerseits elektrisch mit einem Elektromotor verbunden sein, um dem Elektromotor die zu seinem Betrieb benötigte elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Eine elektrische Verbindung kann bspw. mit Hilfe eines Kabels realisiert werden.
Die mechanischen bzw. elektrischen Verbindungen sind in den Figuren bis auf wenige Ausnahmen der Übersichtlichkeit wegen nicht mit individuellen Bezugszeichen versehen. Die in den Figuren angedeuteten Pfeile symbolisieren die Flussrichtung der jeweils von einer zur anderen Komponente übertragenen Energieform, bspw. elektrische oder kinetische Energie. Dabei symbolisieren Doppelpfeile die Übertragung von mechanischer Energie, während gestrichelte Pfeile die Übertragung von elektrischer Energie anzeigen. Einfache, durchgezogene Pfeile symbolisieren den Fluss von flüssigen oder gasförmigen Medien, bspw. Brennstoff oder Kühlmittel.
FIG 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausfüh- rungsform eines seriell-hybriden Antriebssystems 100 für ein Fahrzeug 1, wobei das Fahrzeug 1 exemplarisch für ein Luft¬ fahrzeug steht, bspw. ein Flugzeug.
Das Antriebssystem 100 weist einen Verbrennungsmotor 110 auf, der aus einem Tank 112 das zu verbrennende Medium 111 erhält. Das Medium 111 richtet sich nach der Art des Verbrennungsmo¬ tors 110. Für den Fall, dass es sich bei dem Fahrzeug 1 um ein Flugzeug handelt, kann das Medium 111 bspw. Kerosin sein. Durch Verbrennung des Mediums 111 stellt der Verbrennungsmo¬ tor 110 kinetische Energie KEG zur Verfügung, bspw. Rotati¬ onsenergie. Die kinetische Energie wird über eine mechanische Verbindung 113, bspw. eine Welle, einem Generator 120 zugeführt, der die kinetische Energie KEG in elektrische Energie EE wandelt.
Je nach Bedarf und beeinflusst durch eine Steuereinheit 130 wird ein Teil EEl der elektrischen Energie EE einem Elektro- motor 140 des Antriebssystems 100 zugeführt, der diese elekt¬ rische Energie EE1 in kinetische Energie KEV wandelt. Die so bereitgestellte kinetische Energie KEV wird schließlich über eine weitere mechanische Verbindung 141 direkt oder ggf. über die erwähnten geeigneten Bauteile (nicht dargestellt) dem Vortriebsmittel 150 zugeführt. Das Vortriebsmittel 150, im Falle eines Luftfahrzeugs 1 bspw. ein Propeller, wird somit durch die kinetische Energie KEV angetrieben und sorgt so für den Vortrieb des Luftfahrzeugs 1. Dabei soll der Begriff Vor- trieb nicht zwangsweise bedeuten, dass das Fahrzeug 1 in Vor¬ wärtsrichtung bewegt wird. Der Begriff Vortrieb beinhaltet lediglich, dass das Fahrzeug 1 bewegt wird, beschränkt sich jedoch nicht auf eine Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung etc.
Bspw. für den Fall, dass der Elektromotor 140 momentan nicht bei voller Leistung betrieben wird und daher lediglich eine elektrische Energie benötigt, die geringer ist als die vom Generator 120 bereitgestellte Energie EE, kann derjenige An¬ teil EE2 der elektrischen Energie EE, der nicht dem Elektromotor 140 bereitgestellt wird, einer Batterie 160 zugeführt und dort gespeichert werden. Die Batterie 160 ist hierzu elektrisch mit dem Generator 120 verbunden. Die Batterie 160 ist weiterhin elektrisch mit dem Elektromotor 140 verbunden, so dass bspw. für den Fall, dass der Elektromotor 140 mehr elektrische Energie benötigt, als der Generator 120 liefert bzw. liefern kann, dem Elektromotor 140 von der Batterie 160 elektrische Energie EE3 zur Verfügung gestellt werden kann. Die in der Batterie 160 gespeicherte elektrische Energie kann auch dazu genutzt werden, um elektrische Verbraucher 190 des Flugzeugs, bspw. eine Lichtanlage 190, zu versorgen.
Bei dem seriell-hybriden Antriebssystem 100 ist also der Verbrennungsmotor 110 nicht zur direkten Kraftübertragung bzw. nicht mechanisch mit dem Vortriebsmittel 150 verbunden. Der Verbrennungsmotor 110 wird lediglich dazu eingesetzt, den Generator 120 anzutreiben, der seinerseits den Elektromotor 140 und ggf. die Batterie 160 mit elektrischer Energie versorgt. Der Vortrieb des Fahrzeugs 1 wird beim seriell-hybriden Konzept ausschließlich durch den Elektromotor 120 bewirkt.
Der Generator 120 ist vorzugsweise ein supraleitender Genera- tor, bei dessen Konstruktion insbesondere das Konzept der
Hochtemperatur-Supraleitung (HTS) angewendet wurde. Der HTS- Generator 120 weist supraleitende Bauteile 121 auf, wobei je nach Bauform des HTS-Generators 120 bspw. der Stator und/oder der Rotor bzw. die Magnetspulen des Generators 120 als supra- leitende Bauteile 121 ausgebildet sein können. In einem Tank 170 wird ein zur dementsprechend notwendigen Kühlung des Ge¬ nerators 120 bzw. der supraleitenden Bauteile 121 benötigtes flüssiges Kühlmittel 171 aufbewahrt, wobei es sich bei dem Kühlmittel 171 um flüssigen Wasserstoff handelt. Der Wasser- Stoff 171 wird bei Bedarf, bspw. gesteuert durch die Steuereinheit 130, vom Tank 170 zu den supraleitenden Bauteilen 121 des HTS-Generators 120 geleitet, um diese auf eine vorbe¬ stimmte Zieltemperatur auf bzw. unter der Sprungtemperatur zu kühlen .
Die Temperatur des sich außerhalb des Tanks 170 und im Umfeld des Generators 120 befindlichen Wasserstoffs wird im Laufe der Zeit und während des Betriebs des Antriebssystems 100 und des Generators 120 ansteigen. Sobald eine vorbestimmte Tempe- ratur überschritten ist, wird Wasserstoff 171-1 dem HTS-
Generator 120 in gasförmigem Zustand entnommen und über eine Medienverbindung 123 an eine Brennstoffzelle 180 des An¬ triebssystems 100 geleitet. Auch dies erfolgt gesteuert durch die Steuereinheit 130, die bspw. über entsprechende, nicht dargestellte Sensoren die Temperatur der supraleitenden Bauteile 121 und des Wasserstoffs 171 im Umfeld des HTS- Generators 120 überwacht. Bei Ansteigen der Temperatur über die vorbestimmte Zieltemperatur bewirkt die Steuereinheit 130 bspw. eine Betätigung entsprechender Ventile etc., so dass der Wasserstoff 171-1 gasförmig zur Brennstoffzelle 180 ge¬ langt . In der Brennstoffzelle 180 wird der Wasserstoff 171-1 mit Sauerstoff 02 in Kontakt gebracht, der bspw. der Umgebung entnommen werden kann. Wasserstoff 171-1 und der Reaktionspartner Sauerstoff 02 gehen eine chemische Reaktion ein, aus der in bekannter Weise elektrische Energie EEB sowie ein
Reaktionsprodukt H20 hervorgehen. Die elektrische Energie EEB kann einer oder mehreren elektrischen Komponenten des Luftfahrzeugs 1 zugeführt werden. Eine solche elektrische Kompo¬ nente kann bspw. der Elektromotor 140 sein. Zumindest ein Teil EEBl der elektrischen Energie EEB kann demnach dem
Elektromotor 140 zugeführt werden, um diesen anzutreiben. Eine weitere elektrische Komponente kann die Batterie 160 sein. Ggf. wird also ein Teil EEB2 der zweiten elektrischen Energie EEB der Batterie 160 zugeführt und dort gespeichert, so dass er für weitere Anwendungen zur Verfügung steht. Außerdem können die elektrischen Komponenten auch diverse andere elektrische Verbraucher 190 des Luftfahrzeugs umfassen und ein Teil EEB3 der elektrischen Energie EEB wird diesen verschiedenen elektrischen Verbrauchern 190 des Luftfahrzeugs 1 zugeführt, um diese zu betreiben. Ein solcher elektrischer Verbraucher kann bspw. eine Lichtanlage 190 des Luftfahrzeugs 1 sein.
Als weiteres Edukt der Brennstoffzelle 180 bzw. als Reakti¬ onsprodukt fällt de-ionisiertes Wasser H20 an. Dieses de- ionisierte Wasser H20 wird über eine Medienverbindung 181 als Kühlmedium dem Elektromotor 140 zugeführt, um diesen zu kühlen, bevor es an die Umgebung abgegeben wird. Die Verwendung des de-ionisierten Wassers als Kühlmittel ist gegenüber der Verwendung von normalem Wasser vorteilhaft, insbesondere im Zusammenhang mit einem Elektromotor, weil bei der Verwendung von normalem Wasser stets die Gefahr des Auftretens von Kurzschlüssen besteht.
Nachdem das de-ionisierte Wasser H20 den Elektromotor 140 zwecks Kühlung und/oder das System 191 durchlaufen hat, kann es im einfachsten Fall an die Umgebung abgelassen werden. Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung als Kühlmittel für den Elektromotor 140 kann das Edukt H20 der Brennstoffzelle 180 auch in einem weiteren bordeigenen System 191 des Fahrzeugs 1 Verwendung finden, bspw. wiederum als Kühlmittel für das bordeigene System und/oder als Brauch- bzw. Nutzwasser. Hierzu wird das de-ionisierte Wasser H20 oder zumindest ein Teil davon über eine weitere Medienverbindung 182 zu dem System 191 geführt. Die FIG 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des seriell¬ hybriden Antriebssystems 100. In dieser Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor 110 eine Wasserstoffturbine und das zu verbrennende Medium 111 ist demzufolge auch in der zweiten Ausführungsform Wasserstoff. In der Wasserstoffturbine 110 wird zugeführter Wasserstoff 111 verbrannt und so die kineti¬ sche Energie KEG zum Antreiben des HTS-Generators 120 gewon¬ nen .
Wie bereits im Zusammenhang mit der FIG 1 beschrieben wird auch in der zweiten Ausführungsform die Temperatur des sich außerhalb des Tanks 170 und im Umfeld des Generators 120 be¬ findlichen Wasserstoffs im Laufe der Zeit und während des Be¬ triebs des Antriebssystems 100 und des Generators 120 anstei¬ gen. Sobald eine die vorbestimmte Zieltemperatur überschrit- ten ist, wird dem HTS-Generator 120 zumindest ein Teil 171-2 des Wasserstoffs gasförmig entnommen. Der entnommene Wasserstoff 171-2 wird der Wasserstoffturbine 110 über eine Medien¬ verbindung 124 als zu verbrennendes Medium 111 zur Verbrennung zugeführt. Der zu verbrennende Wasserstoff 111 ent- spricht also dem dem HTS-Generator 120 entnommenen Wasserstoff 171-2 oder zumindest einem Teil davon.
Die FIG 3 zeigt eine dritte Ausführungsform, in der die Kon¬ figurationen des Antriebssystems der ersten und der zweiten Ausführungsform miteinander kombiniert sind, d.h. ein Teil
171-1 des dem Generator 120 entnommenen Kühlmittels wird der Brennstoffzelle 180 zugeführt und ein weiterer Teil 171-2 ge¬ langt zum Verbrennungsmotor 110. Die Steuereinheit 130 ist eingerichtet, um die Flüsse von Kühlmittel 171-1, 171-2 zur Brennstoffzelle 180 bzw. zum Verbrennungsmotor 110 derart zu steuern, dass situationsabhängig eine optimale Leistung bereitgestellt werden kann. Die Funktionsweise von Brennstoff- zelle 180 und Verbrennungsmotor 110 entsprechen den im Zusammenhang mit den FIG 1 und 2 beschriebenen Funktionsweisen.
Für den Fall, dass das Fahrzeug 1 ein Luftfahrzeug ist, kann das Vortriebsmittel 150 wie bereits erwähnt bspw. ein Propel- 1er sein. Für den ebenfalls denkbaren Fall, dass das Fahrzeug 1 ein Landfahrzeug ist, wäre das Vortriebsmittel 150 bspw. ein Rad. Die Art und Weise der Übertragung der kinetischen Energie vom Elektromotor 140 auf das eigentliche Vortriebs¬ mittel 150 ist an sich bekannt und kann bspw. über Wellen, Achsen, Getriebe und/oder andere geeignete Mittel erfolgen. Dies ist in den Zeichnungen nicht im Detail dargestellt, da es nicht als wesentlicher Aspekt der Erfindung angesehen und davon ausgegangen wird, dass allgemein bekannt ist, in welcher Art und Weise kinetische Energie von einer Komponente 140 zu einer anderen Komponente 150 übertragen werden kann.
Die Verbindungen 131 der Steuereinheit 130 mit den diversen steuerbaren Komponenten des Antriebssystems 100 sind der Übersichtlichkeit wegen lediglich angedeutet und nicht im De- tail dargestellt. Um den beschriebenen Betrieb des Antriebs¬ systems zu gewährleisten, ist die Steuereinheit 130 aber mit sämtlichen Komponenten des Antriebssystems verbunden, um deren Funktionsweise zu beeinflussen. Die genannten Medienverbindungen 123, 124, 181 können bspw. Rohrverbindungen oder Schläuche sein, mit denen gasförmige oder flüssige Medien geleitet werden können.
Einer der Vorteile des seriell-hybriden Konzepts besteht da- rin, dass der Elektromotor und der Verbrennungsmotor bei unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten laufen können und dadurch in beiden Motoren die maximale Leistung bzw. der maximale Wirkungsgrad bei gegebenem Verbrauch erzielt werden kann. Um diese beiden Systeme voneinander zu entkoppeln, wird zwischen dem Generator und dem Elektromotor in der Regel eine Leistungselektronik bestehend aus einem oder mehreren Umrichtern eingesetzt, durch die die am Generator generierte Span- nung sowohl in der Frequenz als auch in der Amplitude moduliert werden kann. In den Figuren nicht dargestellt sind derartige evtl. benötigte elektrische Komponenten, die bspw. auch eine Konvertierung des in der Brennstoffzelle erzeugten Gleichstroms in Wechselstrom oder die erwähnte Umrichtung des mit dem Generator erzeugten Wechselstroms einer ersten Frequenz und Amplitude in einen Wechselstrom mit einer anderen Frequenz und Amplitude ermöglichen. Derartige Komponenten spielen für die eigentliche Erfindung keine Rolle. Darüber hinaus wird einem Fachmann klar sein, dass in einzelnen elektrischen Verbindungen derartige Komponenten ggf. zwischengeschaltet sein können oder sogar müssen, um die Übertragung der elektrischen Energie zwischen diesen Komponenten zu gewährleisten. Bspw. ist davon auszugehen, dass sich in der elektrischen Verbindung zwischen dem Generator 120 und dem Elektromotor 140 ein Umrichter befinden wird. Auch ist davon auszugehen, dass sich, wie bereits angedeutet, in der elektrischen Verbindung zwischen der Brennstoffzelle 180 und dem Elektromotor 140 ein Wechselrichter befindet. Diese und weitere derartige Komponenten sind der Übersichtlichkeit we- gen in den Figuren nicht berücksichtigt.

Claims

Patentansprüche
1. Antriebssystem (100) zum Antreiben eines Vortriebsmittels (150) eines Fahrzeugs (1), insbesondere eines Luftfahrzeugs, aufweisend,
- einen Elektromotor (140) zum Antreiben des Vortriebsmittels (150) ,
- einen Generator (120) zum Bereitstellen einer ersten elektrischen Energie (EE) , wobei der Generator (120) mit dem Elektromotor (140) elektrisch verbunden ist, um dem Elektromotor (140) zum Antreiben des Elektromotors (140) zumin¬ dest einen ersten Teil (EE1) der ersten elektrischen Energie (EE) zuzuführen,
wobei
- der Generator (120) ein kryogener Generator ist, insbesondere ein supraleitender Generator (120), der zumindest ein kryogenes Bauteil (121) aufweist, welches mittels eines zum Generator (120) und zum Bauteil (121) zuführbaren Kühlmittels (171), insbesondere Wasserstoff, welcher sich insbe- sondere in flüssigem Zustand befindet, auf eine kryogene
Temperatur bringbar ist und welches bei der kryogenen Temperatur eine Leitfähigkeit aufweist, die gegenüber seiner Leitfähigkeit bei 0°C um zumindest eine Größenordnung er¬ höht ist,
- der Generator (120) mit zumindest einer Vorrichtung (110,
180) des Antriebssystems (100) verbunden ist, zu der zumin¬ dest ein Teil (171-1, 171-2) des Kühlmittels (171) insbe¬ sondere in gasförmigem Zustand nach Erfüllung eines vorbestimmten Kriteriums führbar ist und die eingerichtet ist, um das zugeführte Kühlmittel (171-1) derart zu verarbeiten, dass eine im Antriebssystem (100) verwertbare Energie (EEB, KEG) bereitgestellt wird.
2. Antriebssystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Vorrichtung (110, 180) eine Brennstoffzelle (180) ist, wobei der Generator (120) über eine erste Medien¬ verbindung (123) mit der Brennstoffzelle (180) verbunden ist über die zumindest ein erster Teil (171-1) des Kühlmittels (171) nach Erfüllung des vorbestimmten Kriteriums vom Generator (120) zur Brennstoffeile (180) führbar ist, wobei das Kühlmittel (171-1) in der Brennstoffzelle (180) mit einem Reaktionspartner (02) eine chemische Reaktion eingeht, aus der eine zweite elektrische Energie (EEB) und ein Reaktions¬ produkt (H20) hervorgehen.
3. Antriebssystem (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (180) über eine zweite Medien- Verbindung (181) mit dem Elektromotor (140) verbunden ist, über die das Reaktionsprodukt (H20) dem Elektromotor (140) als Kühlmedium zuführbar ist, um diesen zu kühlen.
4. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (180) elekt¬ risch mit dem Elektromotor (140) verbunden ist, wobei zumindest ein erster Teil (EEB1) der zweiten elektrischen Energie (EEB) zum Antreiben des Elektromotors (140) von der Brennstoffzelle (180) zum Elektromotor (140) führbar ist.
5. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (100) eine Bat¬ terie (160) aufweist, wobei zumindest ein zweiter Teil (EEB2) der zweiten elektrischen Energie (EEB) der Batterie (160) zuführbar und dort speicherbar ist und wobei die Batterie (160) elektrisch mit einer oder mehreren elektrischen Komponenten (140, 190) des Fahrzeugs (1) verbunden ist, so dass in der Batterie (160) gespeicherte elektrische Energie (EE) der jeweiligen elektrischen Komponente (140, 190) bereitstellbar ist .
6. Antriebssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (100) einen Verbrennungsmotor (110) zum Antreiben des Generators (120) aufweist, wobei
- der Verbrennungsmotor (110) dazu eingerichtet ist, durch eine Verbrennung eines Mediums (111) kinetische Energie (KEG) bereitzustellen, - der Verbrennungsmotor (110) mechanisch mit dem Generator (120) verbunden ist, um dem Generator (120) die bereitge¬ stellte kinetische Energie (KEG) zuzuführen, und
- der Generator (120) die zugeführte kinetische Energie (KEG) in die erste elektrische Energie (EE) umwandelt,
und wobei
- das zu verbrennende Medium (111) das Kühlmittel (171) ist, wobei der Generator (120) über eine dritte Medienverbindung (124) mit dem Verbrennungsmotor (110) verbunden ist, über die zumindest ein zweiter Teil (171-2) des Kühlmittels
(171) nach Erfüllung des vorbestimmten Kriteriums vom Generator (120) zum Verbrennungsmotor (110) führbar ist, um dort verbrannt zu werden.
7. Antriebssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Kriterium ein Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur ist.
8. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (100) zum Antreiben eines Vortriebsmittels (150) eines Fahrzeugs (1), wobei
- das Vortriebsmittel (150) durch einen Elektromotor (140) des Antriebssystems (100) angetrieben wird,
- ein Generator (120) des Antriebssystems (100) dem Elektro- motor (140) eine erste elektrische Energie (EE) zuführt, um den Elektromotor (140) anzutreiben,
wobei
- der Generator (120) ein kryogener Generator ist, insbesondere ein supraleitender Generator (120), der zumindest ein kryogenes Bauteil (121) aufweist, welches mittels eines zum
Generator (120) und zum Bauteil (121) zuführbaren Kühlmittels (171), insbesondere Wasserstoff, welcher sich insbe¬ sondere in flüssigem Zustand befindet, auf eine kryogene Temperatur gebracht wird und welches bei der kryogenen Tem- peratur eine Leitfähigkeit aufweist, die gegenüber seiner
Leitfähigkeit bei 0°C um zumindest eine Größenordnung er¬ höht ist, - zumindest ein Teil (171-1, 171-2) des Kühlmittels (171) insbesondere in gasförmigem Zustand nach Erfüllung eines vorbestimmten Kriteriums vom Generator (120) zu zumindest einer Vorrichtung (110, 180) des Antriebssystems (100) ge- führt wird, die das zugeführte Kühlmittel (171-1, 171-2) derart verarbeitet, dass eine im Antriebssystem (100) ver¬ wertbare Energie (EEB, KEG) bereitgestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (110, 180) eine Brennstoffzelle (180) ist, wobei zumindest ein erster Teil (171-1) des Kühlmittels (171) nach Erfüllung des vorbestimmten Kriteriums vom Generator (120) zur Brennstoffeile (180) geführt wird, wobei das Kühl¬ mittel (171-1) in der Brennstoffzelle (180) mit einem Reakti- onspartner (02) eine chemische Reaktion eingeht, aus der eine zweite elektrische Energie (EEB) und ein Reaktionsprodukt (H20) hervorgehen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsprodukt (H20) dem Elektromotor (140) zugeführt wird, um den Elektromotor (140) zu kühlen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Teil (EEB1) der zwei- ten elektrischen Energie (EEB) zum Antreiben des Elektromotors (140) von der Brennstoffzelle (180) zum Elektromotor (140) geführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Antriebssystem (100) eine Batterie
(160) aufweist, wobei zumindest ein zweiter Teil (EEB2) der zweiten elektrischen Energie (EEB) der Batterie (160) zugeführt und dort gespeichert wird und wobei die Batterie (160) elektrisch mit einer oder mehreren elektrischen Komponenten (140, 190) des Fahrzeugs (1) verbunden ist, so dass in der
Batterie (160) gespeicherte elektrische Energie (EE) der je¬ weiligen elektrischen Komponente (140, 190) bereitgestellt wird .
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (120) durch einen Verbrennungsmotor (110) des Antriebssystems (100) angetrieben wird, wobei
- der Verbrennungsmotor (110) durch eine Verbrennung eines Mediums (111) kinetische Energie (KEG) bereitstellt,
- die bereitgestellte kinetische Energie dem Generator (120) zugeführt wird, und
- der Generator (120) die zugeführte kinetische Energie (KEG) in die erste elektrische Energie (EE) umwandelt,
und wobei
- das zu verbrennende Medium (111) das Kühlmittel (171) ist, wobei zumindest ein zweiter Teil (171-2) des Kühlmittels (171) nach Erfüllung des vorbestimmten Kriteriums vom Generator (120) zum Verbrennungsmotor (110) geführt wird, um dort verbrannt zu werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch ge- kennzeichnet, dass das vorbestimmte Kriterium ein Überschrei¬ ten einer vorbestimmten Temperatur ist.
PCT/EP2016/063731 2015-08-07 2016-06-15 Antriebssystem und verfahren zum antreiben eines vortriebsmittels eines fahrzeugs, unter verwendung kryogener kühlung WO2017025224A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680046435.7A CN107848428A (zh) 2015-08-07 2016-06-15 在使用低温冷却的情况下用于驱动运输工具的推进器的驱动系统和方法
EP16731551.4A EP3310610A1 (de) 2015-08-07 2016-06-15 Antriebssystem und verfahren zum antreiben eines vortriebsmittels eines fahrzeugs, unter verwendung kryogener kühlung
US15/748,778 US20190009917A1 (en) 2015-08-07 2016-06-15 Drive system and method for driving a propulsion device of a vehicle using cryogenic cooling

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015215130.1A DE102015215130A1 (de) 2015-08-07 2015-08-07 Antriebssystem und Verfahren zum Antreiben eines Vortriebsmittels eines Fahrzeugs
DE102015215130.1 2015-08-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017025224A1 true WO2017025224A1 (de) 2017-02-16

Family

ID=56194455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/063731 WO2017025224A1 (de) 2015-08-07 2016-06-15 Antriebssystem und verfahren zum antreiben eines vortriebsmittels eines fahrzeugs, unter verwendung kryogener kühlung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20190009917A1 (de)
EP (1) EP3310610A1 (de)
CN (1) CN107848428A (de)
DE (1) DE102015215130A1 (de)
WO (1) WO2017025224A1 (de)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018100075A1 (de) 2016-12-01 2018-06-07 Siemens Aktiengesellschaft Zwei-phasen-kühlung für ein elektrisches antriebssystem
WO2019020684A1 (de) 2017-07-26 2019-01-31 Siemens Aktiengesellschaft Elektromotor mit kühleinrichtung
DE102017223800A1 (de) 2017-12-27 2019-06-27 Siemens Aktiengesellschaft Kühlung eines Rotors einer elektrischen Maschine
DE102018205623A1 (de) 2018-04-13 2019-10-17 Siemens Aktiengesellschaft Statorzahnsystem
US10501194B2 (en) 2014-08-29 2019-12-10 Zunum Aero, Inc. System and methods for implementing regional air transit network using hybrid-electric aircraft
WO2020011867A1 (de) 2018-07-11 2020-01-16 Siemens Aktiengesellschaft Luftfahrzeug-antriebssystem
WO2020064954A1 (de) * 2018-09-28 2020-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische maschine und hybridelektrisches fahrzeug
GB2587559B (en) * 2018-10-15 2022-04-13 Gkn Aerospace Services Ltd Apparatus
US11465763B2 (en) 2017-03-19 2022-10-11 Zunum Aero, Inc. Hybrid-electric aircraft, and methods, apparatus and systems for facilitating same
CN115333329A (zh) * 2022-06-23 2022-11-11 北京航天试验技术研究所 双蒸发冷凝循环的氢能飞机高温超导电机冷却装置及方法

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016224779B4 (de) * 2016-12-13 2019-08-29 Airbus Defence and Space GmbH Elektrische Antriebsanordnung für ein Luftfahrzeug, Verfahren zu deren Betrieb sowie Luftfahrzeug
DE102017217582A1 (de) * 2017-10-04 2019-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung, Verfahren und Verwendung zur Kühlung einer Elektroantriebseinheit sowie Flugzeug mit einer derartigen Anordnung
DE102017223803A1 (de) * 2017-12-27 2019-06-27 Siemens Aktiengesellschaft Elektrisches Antriebssystem, Fahrzeug und Verfahren zum Antrieb eines Fahrzeugs
GB201817883D0 (en) 2018-09-18 2018-12-19 Rolls Royce Plc Electric machine
GB2587558B (en) * 2018-10-15 2021-12-01 Gkn Aerospace Services Ltd Apparatus
GB2578288B (en) * 2018-10-15 2022-04-13 Gkn Aerospace Services Ltd Apparatus
GB2587557B (en) * 2018-10-15 2022-04-20 Gkn Aerospace Services Ltd Aircraft Propulsion System Incorporating with Cryogen
GB2578794B (en) * 2018-11-09 2023-03-22 Safran Electrical & Power A permanent magnet generator
DE102018219179B3 (de) 2018-11-09 2019-12-05 Siemens Aktiengesellschaft Böenlastminderung bei einem Flugzeug
EP3805107A1 (de) * 2019-10-08 2021-04-14 Airbus SAS Hybridantriebssystem für flugzeuge, verfahren zum betrieb eines hybridantriebssystems und hybridflugzeug
FR3104341A1 (fr) * 2019-12-04 2021-06-11 Safran Machine électrique à barrière de flux à induit et inducteur supraconducteurs
US11511872B2 (en) * 2020-03-27 2022-11-29 Raytheon Technologies Corporation Hydrogen propulsion systems for aircraft
US11448133B2 (en) * 2020-05-05 2022-09-20 Raytheon Technologies Corporation Moderate pressure liquid hydrogen storage for hybrid-electric propulsion system
US11828417B2 (en) 2020-05-12 2023-11-28 Universal Hydrogen Co. Systems and methods for storing, transporting, and using hydrogen
FR3110895B1 (fr) * 2020-05-28 2022-06-24 Safran Système de propulsion hybride d’un aéronef
US11420757B2 (en) 2020-08-21 2022-08-23 Universal Hydrogen Co. Systems and methods for multi-module control of a hydrogen powered hybrid electric powertrain
WO2022094300A1 (en) 2020-10-30 2022-05-05 Universal Hydrogen Co. Systems and methods for storing liquid hydrogen
US20230257131A1 (en) * 2022-02-11 2023-08-17 Raytheon Technologies Corporation System for superconducting electronics in aerospace applications
US20230358166A1 (en) * 2022-05-04 2023-11-09 Hamilton Sundstrand Corporation Hydrogen energy conversion system
JP7471546B1 (ja) 2023-10-04 2024-04-19 三菱電機株式会社 超電導発電システム

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060254255A1 (en) * 2005-01-25 2006-11-16 Japan Aerospace Exploration Agency Aircraft propulsion system
US20130082518A1 (en) * 2011-09-29 2013-04-04 Rolls-Royce Plc Superconducting electrical system

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3003555B2 (ja) * 1995-10-05 2000-01-31 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド駆動装置
WO2002024523A2 (de) * 2000-09-25 2002-03-28 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische schiffsausrüstung mit energieerzeugungs-, -verteilungs- und -verbraucheranlagen sowie kryoversorgungseinrichtung
DE102004057204B4 (de) * 2004-11-26 2012-06-14 Siemens Ag Supraleitungseinrichtung mit Kryosystem und supraleitendem Schalter
DE102006012679B4 (de) * 2006-03-20 2008-05-29 Siemens Ag Verfahren zum Betrieb eines Energiesystems sowie Energiesystem
DE102009043530A1 (de) * 2009-09-30 2011-04-07 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Antriebswelle und Fahrzeug mit einer derartigen elektrischen Antriebswelle
CN104986051A (zh) * 2015-06-24 2015-10-21 上海合既得动氢机器有限公司 一种醇氢电动运输工具

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060254255A1 (en) * 2005-01-25 2006-11-16 Japan Aerospace Exploration Agency Aircraft propulsion system
US20130082518A1 (en) * 2011-09-29 2013-04-04 Rolls-Royce Plc Superconducting electrical system

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11866184B2 (en) 2014-08-29 2024-01-09 Zunum Aero, Inc. System and methods for implementing regional air transit network using hybrid-electric aircraft
US10501194B2 (en) 2014-08-29 2019-12-10 Zunum Aero, Inc. System and methods for implementing regional air transit network using hybrid-electric aircraft
US11104444B2 (en) 2014-08-29 2021-08-31 Zunum Aero, Inc. System and methods for implementing regional air transit network using hybrid-electric aircraft
WO2018100075A1 (de) 2016-12-01 2018-06-07 Siemens Aktiengesellschaft Zwei-phasen-kühlung für ein elektrisches antriebssystem
US11465763B2 (en) 2017-03-19 2022-10-11 Zunum Aero, Inc. Hybrid-electric aircraft, and methods, apparatus and systems for facilitating same
WO2019020684A1 (de) 2017-07-26 2019-01-31 Siemens Aktiengesellschaft Elektromotor mit kühleinrichtung
DE102017212798A1 (de) 2017-07-26 2019-01-31 Siemens Aktiengesellschaft Elektromotor mit Kühleinrichtung
US11271455B2 (en) 2017-07-26 2022-03-08 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Electric motor having a cooling device
DE102017223800A1 (de) 2017-12-27 2019-06-27 Siemens Aktiengesellschaft Kühlung eines Rotors einer elektrischen Maschine
DE102018205623A1 (de) 2018-04-13 2019-10-17 Siemens Aktiengesellschaft Statorzahnsystem
DE102018211459A1 (de) 2018-07-11 2020-01-16 Siemens Aktiengesellschaft Luftfahrzeug-Antriebssystem
DE102018211459B4 (de) 2018-07-11 2021-10-21 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Luftfahrzeug-Antriebssystem
WO2020011867A1 (de) 2018-07-11 2020-01-16 Siemens Aktiengesellschaft Luftfahrzeug-antriebssystem
US11588431B2 (en) 2018-07-11 2023-02-21 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Aircraft drive system
WO2020064954A1 (de) * 2018-09-28 2020-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische maschine und hybridelektrisches fahrzeug
GB2587559B (en) * 2018-10-15 2022-04-13 Gkn Aerospace Services Ltd Apparatus
CN115333329A (zh) * 2022-06-23 2022-11-11 北京航天试验技术研究所 双蒸发冷凝循环的氢能飞机高温超导电机冷却装置及方法
CN115333329B (zh) * 2022-06-23 2023-04-07 北京航天试验技术研究所 双蒸发冷凝循环的氢能飞机高温超导电机冷却装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3310610A1 (de) 2018-04-25
CN107848428A (zh) 2018-03-27
DE102015215130A1 (de) 2017-02-09
US20190009917A1 (en) 2019-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3310610A1 (de) Antriebssystem und verfahren zum antreiben eines vortriebsmittels eines fahrzeugs, unter verwendung kryogener kühlung
EP3405654B1 (de) Antriebssystem für luftfahrzeug
DE102013222587B4 (de) Temperaturregelung einer drosselspulenanordnung
WO2019020684A1 (de) Elektromotor mit kühleinrichtung
DE102018211459B4 (de) Luftfahrzeug-Antriebssystem
EP2559879B1 (de) Antriebseinheit mit zwei koppelbaren Kühlkreisläufen zum Vorwärmen eines Verbrennungsmotors und Verfahren
DE112010003165T5 (de) Direkte elektrische verbindung für ein mehrmotorigeshybridantriebssystem
EP1976718A1 (de) Kraftfahrzeug mit solarmodul
DE102012106877A1 (de) Leistungsstruktur eines hybridsystems
DE102009027220A1 (de) Vorrichtung zur Versorgung eines elektrischen Antriebes für ein Kraftfahrzeug
DE102009031295A1 (de) Energiespeichervorrichtung
DE102013208976A1 (de) Vollintegrierte elektrische Antriebsvorrichtung
WO2015067239A1 (de) Luftfahrzeug mit einer brennstoffzelleneinrichtung
EP3330499B1 (de) System und verfahren zur energierückgewinnung in industrieanlagen
DE102013215465B4 (de) Elektromechanische antriebseinheit
DE102011018959A1 (de) Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug
DE102016008167B4 (de) Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinrichtung sowie Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung
EP1872995A1 (de) Antrieb für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kettenfahrzeug oder ein Fahrzeug mit Radseitenlenkung
DE102020206146A1 (de) Brems- und Kühlsystem für Batterie-getriebene Fahrzeuge
WO2018100075A1 (de) Zwei-phasen-kühlung für ein elektrisches antriebssystem
DE102011090001B4 (de) Kühlsystem eines elektrischen Energiespeichersystems, Kraftfahrzeug mit einem Energiespeichersystem, und Verfahren zum Kühlen eines Energiespeichersystems
DE10011601A1 (de) Antriebseinrichtung für Schiffspropeller
DE102017101961A1 (de) Hybrider Antriebsstrang für Kleinfahrzeuge
WO2014040732A1 (de) Elektrische leistungsversorgung für die antriebsmaschine eines kraftfahrzeugs und verfahren zum betreiben einer solchen
DE102021125241A1 (de) Modularer Schwerlast-Antriebsstrang, elektrisches Triebwerk für ein Luftfahrzeug sowie Verwendung eines modularen Antriebsstrangs

Legal Events

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

Ref document number: 16731551

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016731551

Country of ref document: EP