WO2020193047A1 - Energiespeichersystem für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2020193047A1
WO2020193047A1 PCT/EP2020/054988 EP2020054988W WO2020193047A1 WO 2020193047 A1 WO2020193047 A1 WO 2020193047A1 EP 2020054988 W EP2020054988 W EP 2020054988W WO 2020193047 A1 WO2020193047 A1 WO 2020193047A1
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Stephan Leuthner
Gerhard RAPPORT
Hans-Christian Haag
Andreas Kunz
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • FIG. 1 shows an energy storage system 1 according to the invention in a vehicle 2.
  • This vehicle 2 is equipped with an energy storage system 1, which consists of a first energy store 3 and a second energy store 5.
  • the first energy store 3 comprises a

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiespeichersystem (1) für ein Fahrzeug mit einem ersten Energiespeicher (3) zur Versorgung eines elektrischen Traktionsantriebs (4), wobei das Energiespeichersystem einen zweiten Energiespeicher (5) zur Versorgung einer elektrischen Klimatisierungseinrichtung (6) und/oder einer elektrischen Heizung (7) umfasst.

Description

Titel:
Energiespeichersystem für ein Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiespeichersystem für ein Fahrzeug mit einem ersten Energiespeicher zur Versorgung eines elektrischen
Traktionsantriebs, wobei das Energiespeichersystem einen zweiten
Energiespeicher zur Versorgung einer elektrischen Klimatisierungseinrichtung und/oder einer elektrischen Heizung umfasst.
Stand der Technik
Im Zusammenhang mit der Elektrifizierung des Antriebs von Kraftfahrzeugen, welche als batteriebetriebene oder als mit Brennstoffzellen betriebene
Elektrofahrzeuge oder als sogenannte Hybridfahrzeuge ausgebildet sind, stellt sich die Aufgabe des Heizens beziehungsweise Klimatisierens des
Fahrgastraums. Diese Aufgabe stellt sich insbesondere bei im Linienverkehr eingesetzten Fahrzeugen zur Fahrgastbeförderung, insbesondere Linienbussen. Bei Fahrzeugen, welche rein mit Verbrennungsmotoren angetrieben werden, fällt ausreichend Abwärme durch den Betrieb des Verbrennungsmotors an. In der Regel weisen elektrische Antriebe deutlich weniger Abwärme auf. Daher ist es bei Fahrzeugen mit elektrischen Antrieben unumgänglich, diese mit
Zuheizeinrichtungen und motorunabhängigen Klimaanlagen auszurüsten. Aus dem Stand der Technik beziehungsweise von in Serie produzierten Fahrzeugen sind Zuheizeinrichtungen bekannt, die fossil (beispielsweise mit niedrig besteuertem Heizöl oder mit Diesel oder mit Biogas) befeuert sind. Ebenfalls sind Widerstandsheizer bekannt, welche mit elektrischer Energie aus dem
elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs oder mit beim Bremsen rekuperativ gewonnener elektrischer Energie betrieben werden. Weiterhin sind elektrisch betriebene Wärmepumpen bekannt, welche ebenfalls mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs oder mit beim Bremsen rekuperativ gewonnener elektrischer Energie betrieben werden. Alle genannten Lösungen verwenden zumindest teilweise elektrische Energie, welche dem elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs entnommen wird und somit die Reichweite des elektrisch betriebenen Fahrzeugs reduziert. Es besteht daher eine Abhängigkeit der Reichweite eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, so dass die erreichbare Reichweite mit einer Batterieladung von den klimatischen Bedingungen abhängig ist. Wenn bei sehr warmem Wetter oder durch
Sonneneinstrahlung der Fahrgastraum stark aufgeheizt wird, wird durch den Betrieb der Klimaanlage elektrische Energie verbraucht. Ebenfalls wird durch die Heizeinrichtungen bei kaltem Wetter elektrische Energie verbraucht. Diese für Heizzwecke beziehungsweise für Klimatisierungszwecke verbrauchte elektrische Energie steht nicht mehr für den Traktionsantrieb zur Verfügung und reduziert die Reichweite des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Zur Vermeidung dieser Nachteile finden sich im Stand der Technik verschiedene Vorschläge.
In der DE 102010012464 Al wird eine Heizeinrichtung zum Beheizen eines Fahrzeuginnenraums eines Fahrzeugs vorgeschlagen, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, mittels einer in den Fahrzeuginnenraum geführten
Luftströmung, mit einem Latentwärmespeicher, der zur Wärmespeicherung ein Phasenwechselmaterial aufweist, das unter Wärmeabgabe die Luftströmung erwärmt. Erfindungsgemäß ist dem Latentwärmespeicher ein elektrisches Heizelement zugeordnet, mit dem der Latentwärmespeicher zur
Wärmespeicherung aufheizbar ist.
Der in der DE 102010012464 Al vorgeschlagenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizeinrichtung sowie ein Verfahren zum Beheizen eines
Fahrzeuginnenraums eines Fahrzeuges, insbesondere mit elektrischem Antrieb, bereitzustellen, bei dem das Beheizen des Fahrzeuginnenraums während der Fahrt ohne Belastung der für den elektrischen Antrieb vorgesehenen Fahrbatterie erfolgt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Heizeinrichtung zum Beheizen eines Fahrzeuginnenraums eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, mittels einer in den Fahrzeuginnenraum geführten Luftströmung, mit einem Latentwärmespeicher, der zur Wärmespeicherung ein Phasenwechselmaterial aufweist und mit dem unter Wärmeabgabe die Luftströmung erwärmbar ist, wobei dem Latentwärmespeicher ein elektrisches Heizelement zugeordnet ist, mit dem der Latentwärmespeicher zur Wärmespeicherung aufheizbar ist. Nachteilig an diesem Vorschlag aus dem Stand der Technik ist, dass lediglich für kaltes Klima ein zusätzlicher Energiespeicher in Form des Latentwärmespeichers zur
Verfügung gestellt wird. Dieser Latentwärmespeicher kann bei warmem Klima nicht genutzt werden. Bei warmem Klima muss die Energie zum Betrieb der Klimaanlage nach wie vor aus dem elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs entnommen werden und steht dem Traktionsantrieb nicht mehr zur Verfügung und reduziert die Reichweite des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
In der DE 112009002264 T5 des Standes der Technik wird eine Batterie für ein Fahrzeug vorgeschlagen, welche mehrere Zellen, vorzugsweise Lithium-Ionen- Zellen, und ein Außengehäuse umfasst, wobei mehrere Zellen zusammengefasst jeweils Module bilden und die Module nebeneinander angeordnet sind, wobei über Modulgehäuse der Module die Zellen miteinander im Schadensfälle trennbar verbunden in dem Außengehäuse angeordnet sind, wobei jeweils ein Modulgehäuse eines Moduls eine erste Struktur bildet, die schockabsorbierend im Schadensfall wirkt und mehrere Modulgehäuse in dem Außengehäuse fest angeordnet sind.
Die Aufgabe der in der DE 112009002264 T5 vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterie, bevorzugt eine Kraftfahrzeug- Batterie vorzusehen, die besonders unfallsicher ist.
Diese Aufgabe wird durch die oben beschriebene Batterie gelöst, wobei trotz der Aufteilung dieser Batterie in Module ausschließlich Zellen mit einer elektrischen Charakteristik verwendet werden und diese Zellen zu einer elektrischen Batterie zusammengeschaltet werden. Somit stellt diese Batterie einen elektrischen Energiespeicher dar, welcher den Traktionsantrieb und die sonstigen
Verbraucher des Fahrzeugs versorgt. Daher besteht auch bei diesem Vorschlag trotz des modularen Aufbaus des elektrischen Energiespeichers eine
Abhängigkeit der Reichweite eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, so dass die erreichbare Reichweite mit einer Batterieladung von den klimatischen Bedingungen abhängig ist. Somit löst dieser Vorschlag des Standes der Technik ebenfalls das Problem der Reichweitenreduktion durch die für die Heizung beziehungsweise Klimatisierung des Fahrgastraumes verbrauchte elektrische Energie. Nachteilig an den Vorschlägen des Standes der Technik ist jeweils, dass kein Energiespeichersystem mit getrennten elektrischen Energiespeichern zur Verfügung gestellt wird, welches in einfacher Weise die Reichweite des elektrischen Traktionsantriebs durch den Verbrauch elektrischer Energie für die Heizung beziehungsweise die Klimatisierung des Fahrgastraumes nicht reduziert.
Es besteht daher ein Bedarf an einem Energiespeichersystem welches einen ersten Energiespeicher für die Versorgung des elektrischen Traktionsantriebs und einen davon unabhängigen Energiespeicher zur Versorgung der elektrischen Klimatisierungseinrichtungen beziehungsweise der elektrischen Heizung umfasst.
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Energiespeichersystem zur Verfügung zu stellen, welches die dem elektrischen Traktionsantrieb zur
Verfügung stehende gespeicherte elektrische Energie nicht zugunsten der elektrischen Heizung beziehungsweise der elektrischen
Klimatisierungseinrichtungen reduziert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 bietet mit dem erfindungsgemäßen Energiespeichersystem für ein Fahrzeug ein
Energiespeichersystem, welches einen ersten Energiespeicher zur Versorgung eines elektrischen Traktionsantriebs und einen weiteren Energiespeicher zur Versorgung einer elektrischen Klimatisierungseinrichtung beziehungsweise einer elektrischen Heizung umfasst den Vorteil, dass sich der Betrieb der elektrischen Klimatisierungseinrichtung beziehungsweise der elektrischen Heizung nicht auf die Reichweite des elektrischen Traktionsantriebs einschränkend auswirkt. Dies gilt vor allem auch bei extremen Wetterlagen, wenn viel Energie für die elektrische Heizung oder die elektrischen Klimatisierungseinrichtungen zur Verfügung gestellt werden müsste und die Reichweite des elektrischen
Traktionsantriebs entsprechend stark eingeschränkt würde. Abhängig von den klimatischen Anforderungen des Einsatzortes des Fahrzeugs kann die Größe des Energiespeichers für die elektrische Heizung oder die elektrische
Klimatisierungseinrichtung so gewählt werden, dass die Energiespeicherkapazität zu den klimatischen Anforderungen passt. Damit kann beispielsweise in gemäßigten Zonen ein vergleichsweise kleiner Energiespeicher für die elektrische Heizung oder die elektrische Klimatisierungseinrichtung gewählt werden. In Zonen mit hohem Heizbedarf oder hohem Klimatisierungsbedarf kann ein an die jeweiligen Anforderungen angepasster größerer Energiespeicher für die elektrische Heizung oder die elektrische Klimatisierungseinrichtung gewählt werden. Durch den Verzicht auf die Auslegung des Speichers für die
Anforderungen von Klimaextremen kann der Energiespeicher kleiner gewählt werden, wenn die Nutzer des Fahrzeugs zu Komforteinbußen zugunsten einer ganzjährig erweiterten Reichweite des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs bereit sind. Diese von den Nutzern hinzunehmenden Komforteinbußen können durch eine erhöhte Nachladefrequenz beim Auftreten von Klimaextremen abgemildert werden. Durch die Nutzung dieser Vorteile bei der Auslegung des
Energiespeichers für die elektrische Heizung beziehungsweise für die elektrische Klimatisierungseinrichtung ergeben sich weitere Vorteile durch den geringeren für den Energiespeicher erforderlichen Bauraum, das geringere Gewicht des Energiespeichers und die geringeren Kosten für den Energiespeicher für die elektrische Heizung beziehungsweise für die elektrische
Klimatisierungseinrichtung. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass nur der
Energiespeicher für den Traktionsantrieb den Sicherheits- und
Verfügbarkeitsanforderungen des Traktionsantriebs genügen muss. Somit ergibt sich aus den geringeren Sicherheits- und Verfügbarkeitsanforderungen der Vorteil der Kostenreduzierung des Energiespeichers für die elektrische Heizung beziehungsweise für die elektrische Klimatisierungseinrichtung. Ein weiterer Vorteil ist, dass beim Nachladen der elektrischen Energiespeicher die Option besteht, dass in vorteilhafter Weise zugunsten der Nachladung des ersten Energiespeichers zur Versorgung eines elektrischen Traktionsantriebs auf das Laden des Energiespeichers zur Versorgung einer elektrischen
Klimatisierungseinrichtung beziehungsweise einer elektrischen Heizung verzichtet werden kann. Somit kann der Nutzer sich gegebenenfalls für eine Komforteinbuße durch eine reduzierte Verfügbarkeit der elektrischen Heizung beziehungsweise der elektrischen Klimatisierungseinrichtung entscheiden und für den Vorteil einer schnelleren Nachladung des ersten Energiespeichers zur Versorgung eines elektrischen Traktionsantriebs entscheiden. Von Vorteil ist ebenfalls, dass bei extremen Klimabedingungen gegebenenfalls nur der
Energiespeicher zur Versorgung einer elektrischen Klimatisierungseinrichtung beziehungsweise einer elektrischen Heizung nachgeladen werden muss und dafür die volle Leistung einer Ladestation genutzt werden kann.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
In vorteilhafter Weise umfasst der erste Energiespeicher eine erste elektrische Speicherbatterie. Die in dieser elektrischen Speicherbatterie gespeicherte elektrische Energie steht dem Traktionsantrieb des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ohne Einschränkungen durch den Energiebedarf einer elektrischen Klimatisierungseinrichtung beziehungsweise einer elektrischen Heizung zur Verfügung. Damit ergibt sich der Vorteil, dass der Betrieb einer elektrischen Klimatisierungseinrichtung beziehungsweise einer elektrischen Heizung keine Auswirkungen auf die Reichweite des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs hat. Damit verbunden ergibt sich vorteilhaft eine wesentlich einfachere und zuverlässigere Reichweitenvorhersage des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Für die Reichweitenvorhersage müssen keine klimatischen Bedingungen und gegebenenfalls die damit verbundenen Einschränkungen berücksichtigt werden.
In besonders vorteilhafter Weise umfasst der zweite Energiespeicher eine Brennstoffzelle und/oder eine zweite elektrische Speicherbatterie. Bei einer Ausführung nur mit einer elektrischen Speicherbatterie kann diese an die klimatischen Anforderungen des Einsatzortes des Fahrzeugs angepasst werden. Bei einer Kombination einer elektrischen Speicherbatterie mit einer
Brennstoffzelle kann die Speicherbatterie vorteilhaft so ausgelegt werden, dass diese die Spitzenbedarfe bei extremen Wetterlagen nicht abdecken kann, da diese Spitzenbedarfe in vorteilhafter Weise durch die Brennstoffzelle gedeckt werden können.
Bevorzugt ist die erste elektrische Speicherbatterie des ersten elektrischen Energiespeichers nachladbar ausgeführt. Damit ist der Vorteil verbunden, dass ein entsprechend ausgestattetes elektrisch angetriebenes Fahrzeug durch eine Ladestation für elektrisch angetriebene Fahrzeuge nachgeladen werden kann. Das Nachladen der ersten elektrischen Speicherbatterie des ersten elektrischen Energiespeichers entspricht hierbei dem Bezug von Reichweite für das elektrisch angetriebene Fahrzeug.
In vorteilhafter Weise ist die zweite elektrische Speicherbatterie des zweiten elektrischen Energiespeichers nachladbar ausgeführt. Das Nachladen der zweiten elektrischen Speicherbatterie des zweiten elektrischen Energiespeichers hat den Vorteil, dass eine leere zweite Speicherbatterie jederzeit unabhängig von dem Ladzustand der ersten Speicherbatterie nachgeladen werden kann, wenn beispielsweise durch den bei extremen Wetterlagen auftretenden erhöhten Energiebedarf die zweite Speicherbatterie vorzeitig entladen ist. Mit dem
Nachladen der zweiten Speicherbatterie ist vorteilhaft ein Komfortgewinn für die Nutzer des Fahrzeugs verbunden.
Besonders vorteilhaft ist es, dass der zweite Energiespeicher einen
Brennstofftank umfasst. In diesem Brennstofftank kann in vorteilhafter Weise der Brennstoff für die Brennstoffzelle bevorratet werden. Von großem Vorteil ist, dass die gravimetrische als auch die volumetrische Energiedichte des Brennstoffs der Brennstoffzelle wesentlich größer ist als die entsprechende Energiedichte einer elektrischen Speicherbatterie.
Vorteilhafterweise ist die elektrische Speicherbatterie des zweiten
Energiespeichers austauschbar ausgeführt. Damit kann die elektrische
Speicherbatterie des zweiten Energiespeichers so ausgelegt werden, dass der Energiebedarf ganzjährig mit Ausnahme von wenigen Tagen mit extrem hohen oder niedrigen Temperaturen ausreichend ist und an den extremen Tagen eine vorzeitig entleerte Speicherbatterie in relativ kurzer Zeit einfach gegen eine voll geladene Speicherbatterie ausgetauscht werden kann. Dieser Austausch geht in wesentlich kürzerer Zeit von statten als das Wiederaufladen der elektrischen Speicherbatterie. In vorteilhafter Weise ist damit für die Nutzer eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs der Komfortgewinn an Tagen mit extrem hohen oder niedrigen Temperaturen verbunden, dass ohne eine lange Nachladephase die gewünschte komfortable Temperatur im Innenraum wieder hergestellt werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, die elektrische Speicherbatterie des zweiten
Energiespeichers so auszuführen, dass der Austausch automatisiert durch eine automatisierte Batterietauscheinrichtung erfolgen kann. Ein automatisierter Austausch bietet den großen Vorteil, dass die elektrische Speicherbatterie ohne Gefahren für den Nutzer durch eine Batterietauscheinrichtung getauscht werden kann. Für den Nutzer entfällt das Tragen der schweren Speicherbatterie, ebenso muss der Nutzer die elektrischen Anschlüsse manuell weder trennen noch neu verbinden. Den von großen Massen und von hohen elektrischen
Gleichspannungen ausgehenden Gefahren wird der Nutzer nicht ausgesetzt.
Vorteilhafterweise umfasst die von dem elektrischen Energiespeichersystem mit Energie versorgte elektrische Klimatisierungseinrichtung eine Klimaanlage. Diese Klimaanlage stellt in vorteilhafter Weise bei hohen Außentemperaturen durch Kühlen der Luft im Innenraum ein für die Fahrzeugnutzer angenehmes Klima her. Weiterhin kann die Klimaanlage bei feuchtem, nasskaltem Wetter dazu eingesetzt werden, die von außen angesaugte feuchte Umgebungsluft zu trocknen, in dem die Klimaanlage die angesaugte Luft unter den Taupunkt abkühlt und die dann als Wasser ausfallende Feuchtigkeit abführt.
Besonders vorteilhaft umfasst die von dem elektrischen Energiespeichersystem mit Energie versorgte elektrische Heizung mindestens einen Widerstandsheizer und/oder eine Wärmepumpe. Die Ausführung der elektrischen Heizung mit einem Widerstandsheizer hat den Vorteil der einfachen und robusten Ausführung mit einer sehr guten Regelbarkeit. Die Ausrüstung der elektrischen Heizung mit einer Wärmepumpe hat den Vorteil, dass die Wärmepumpe wesentlich effizienter Wärme bereitstellt. Somit beträgt bei einem mit einer Wärmepumpe
ausgestatteten System der für das Heizen erforderliche Energiebedarf nur einen Bruchteil der Energie, die für den Betrieb eines Widerstandsheizers notwendig ist. Eine Kombination von einem Widerstandsheizer mit einer Wärmepumpe bietet ein System, welches von geringsten bis zum höchsten Wärmebedarf einsetzbar und sehr gut regelbar ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem
Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter
Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich. Kurze Beschreibung der Zeichnungen Es zeigt:
Fig. 1 ein Fahrzeug mit einem Energiespeichersystem.
Die Figur zeigt lediglich eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in der Figur nicht
maßstabsgetreu wiedergegeben.
Die Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Energiespeichersystem 1 in einem Fahrzeug 2. Dieses Fahrzeug 2 ist mit einem Energiespeichersystem 1 ausgerüstet, welches aus einem ersten Energiespeicher 3 und einem zweiten Energiespeicher 5 besteht. Der erste Energiespeicher 3 umfasst eine
Speicherbatterie 8, welche den Traktionsantrieb 4 mit elektrischer Energie versorgt. Der zweite Energiespeicher 5 versorgt die elektrische Heizung 7 und die elektrische Klimatisierung des Fahrgastraumes des Fahrzeugs 2 und umfasst eine Brennstoffzelle 9 und/oder eine zweite Speicherbatterie 10. Bei einer Ausrüstung des zweiten Energiespeichers 5 mit einer Brennstoffzelle 9 umfasst der zweite Energiespeicher 5 einen Brennstofftank 11 zur Versorgung der Brennstoffzelle 9 mit Brennstoff. Die zweite elektrische Speicherbatterie 10 ist wechselbar ausgeführt. Dazu wird einen Batterietauscheinrichtung 12 verwendet, welche die elektrische Speicherbatterie vollautomatisiert tauschen kann. Die Klimatisierungseinrichtung 6 des Fahrzeugs 2 zur Klimatisierung des
Fahrgastraums des Fahrzeugs 2 umfasst mindestens eine Klimaanlage 15, welche mit elektrischer Energie aus dem zweiten Energiespeicher 6 versorgt wird. Weiterhin umfasst die elektrische Heizung des 7 des Fahrgastraums des Fahrzeugs 2 mindestens einen Widerstandsheizer 13 und/oder eine
Wärmepumpe 14. Der Widerstandsheizer 13 ist in der Regel als PTC-Widerstand ausgeführt.
Insbesondere Fahrzeuge zur Fahrgastbeförderung haben das Problem, dass der Gesamtenergieverbrauch des Fahrzeugs sehr stark von den klimatischen Bedingungen abhängig ist. Bei tiefen Temperaturen entweicht sehr viel Wärme beim Öffnen der Türen zum Aus- und Einsteigen der Fahrgäste. Weiterhin verliert das Fahrzeug sehr viel Wärme aufgrund der großzügigen Verglasung moderner Linienbusfahrzeuge. Dabei kann der Energieverbrauch für das Heizen des Fahrgastraumes bei tiefen Temperaturen bis zum 4-fachen des
Energieverbrauchs des Traktionsantriebs 4 betragen. Der Energiebedarf für die Klimaanlage 6 bei Wärme beträgt in der Regel höchstens den Energiebedarf des Energieverbrauchs des Traktionsantriebs 4.
Die elektrischen Energiespeicher von elektrisch angetriebenen Linienbussen werden mit verschiedenen Methoden und Ladestrategien wieder aufgeladen. Beispielsweise gibt es batteriebetriebene elektrische Linienbusse, welche in ihrem Umlauf immer wieder Strecken mit Oberleitung durchfahren und auf diesen Oberleitungsstrecken sowohl die auf diesen Strecken benötigte Traktionsenergie als auch die Energie zum Nachladen des elektrischen Energiespeichers aus der Fahrleitung beziehen. Die auf diesen Streckenabschnitten nachladbare Energie muss dann so bemessen sein, dass das Fahrzeug auch bei starker Kälte als auch bei Hitze und Sonneneinstrahlung sicher den nächsten mit einer
Oberleitung versorgten Streckenabschnitt erreichen kann. In dieser Konfiguration sind elektrische Energiespeicher ausreichend, die für die nicht mit einer
Oberleitung versorgten Streckenabschnitte ausreichend sind. Alternativ werden elektrisch angetriebene Linienbusse mit elektrischen Energiespeichern ausgestattet, die in den Betriebspausen nachgeladen werden. Üblicherweise wird dazu die Nachtzeit genutzt. Die Auslegung der elektrischen Energiespeicher muss in diesem Fall den Energiebedarf mindestens eines ganzen Betriebstages berücksichtigen. Weitere Ladestrategien sind die Nutzung der Wartezeit an Durchgangshaltestellen und/oder Pausenzeiten an Endhaltestellen. Diese Ladestrategien können mit der Ladung über Nacht kombiniert werden.
Um den sehr großen Energiebedarf für das Heizen des Fahrgastraumes bei Kälte nicht aus dem elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs decken zu müssen und die dadurch verursachten Reichweiteneinschränkungen zu vermeiden, werden verbrennungsbasierte Zuheizeinrichtungen eingesetzt, welche mit Diesel, Heizöl, Biogas oder Flüssiggas betrieben werden. Die hohe Energiedichte dieser Brennstoffe wird von elektrischen Speicherbatterien nicht erreicht.
Die Trennung der Energiespeicherung in einem Energiespeichersystem 1 in einen ersten Energiespeicher 3 für den Traktionsantrieb 4 des Fahrzeugs 2 und einen zweiten Energiespeicher 5 für den Energiebedarf der elektrischen Heizung 7 und der elektrischen Klimatisierung 6 ermöglicht einen modularen Aufbau des Energiespeichersystems. Diese Aufteilung kann genutzt werden, um die Kosten für die Herstellung und den Betrieb des Fahrzeugs zu senken. Die Kapazität der elektrischen Speicherbatterie 8 kann an das gewünschte Fahrprofil und die geplanten Nachladezyklen angepasst werden. Weiterhin kann der
Energiespeicher 5, welcher die elektrische Heizung 7 und die elektrische
Klimatisierung des Fahrgastraumes des Fahrzeugs 2 mit elektrischer Energie versorgt, an die klimatischen Bedingungen des geplanten Einsatzes des
Fahrzeugs 2 angepasst werden. Weiterhin kann beispielsweise bei der zweiten elektrischen Speicherbatterie 10 eine kostengünstige Variante mit kürzerer Lebensdauer gewählt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an die erste elektrische Speicherbatterie 8 und an die zweite elektrische
Speicherbatterie 10 kann beispielsweise die zweite elektrische Speicherbatterie 10 für eine Wiederverwendung in einer stationären Anwendung vorgesehen werden.
Die Verwendung einer Brennstoffzelle 9 als Teil des zweiten Energiespeichers 5 bietet den Vorteil, dass die Brennstoffzelle 9 mit dem Brennstofftank 11 einen hohen thermischen Wirkungsgrad und eine hohe Energiedichte aufweist.
Beim Einsatz einer ersten elektrischen Speicherbatterie 8, welche für das Nachladen in Betriebspausen, also vorzugsweise über Nacht, ausgelegt ist, ergeben sich niedrige Laderaten bei einem langsamen Ladevorgang. Damit wird der Einsatz von Technologien für die erste elektrische Speicherbatterie 8 möglich, welche entweder nicht schnellladefähig sind oder welche beim
Schneiladen deutlich schneller altern.
Die Auslegung der zweiten elektrischen Speicherbatterie 10 kann deutlich kleiner erfolgen, so dass diese zweite elektrische Speicherbatterie 10 gegebenenfalls den Energiebedarf für die Klimatisierung des Fahrgastraums des Fahrzeugs 2 nicht für einen kompletten Betriebstag bei extremen Temperaturen zur Verfügung stellen kann. Dadurch muss die zweite elektrische Speicherbatterie 10 an Tagen mit hohem Energiebedarf zwischendurch nachgeladen werden. Dies kann beispielsweise an einer Haltestelle erfolgen. Damit ergibt sich nur an Tagen mit einem extremen Energiebedarf für die Klimatisierung der Bedarf für eine Schnellladung der zweiten elektrischen Speicherbatterie 10. An allen anderen Tagen ist eine batterieschonende Nachladung in Betriebspausen mit niedrigen Laderaten bei einem langsamen Ladevorgang der zweiten elektrischen
Speicherbatterie 10 ausreichend.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, die zweite elektrische Speicherbatterie 10 auszutauschen. Somit kann eine batterieschädigende Schnellladung vermieden werden. Weiterhin bietet ein Batteriewechsel der zweiten elektrischen
Speicherbatterie 10 die Möglichkeit, diese während der Lebensdauer der ersten elektrischen Speicherbatterie 8 mehrmals auszutauschen. Damit kann ein Betreiber die Kapazität der zweiten elektrischen Speicherbatterie 10 an die klimatischen Anforderungen anpassen, wenn beispielsweise das Fahrzeug 2 in einer anderen Klimazone eingesetzt werden soll. Der Hersteller des Fahrzeugs 2 kann für die zweite elektrische Speicherbatterie 10 Batterien mit
unterschiedlichem Energieinhalt, unterschiedlicher Energiedichte,
unterschiedlicher Lebensdauer und unterschiedlichen Kosten angepasst an die Marktregionen oder Produktderivate wählen. Ebenso kann ein Fahrzeug 2 einfach an die vorhandene Nachladeinfrastruktur angepasst werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die elektrische Energie der zweiten elektrischen
Speicherbatterie 10 mit weiteren Komponenten zu ergänzen, um die notwendige Kälte oder Wärme zu erzeugen. Bei geringen Anforderungen an die Heizung kann ein Widerstandsheizer (PTC) eingesetzt werden, bei voraussichtlich hohem Wärmebedarf kann ein Wärmepumpensystem eingesetzt werden. Ebenfalls kann die Heizung durch einen Latentwärmespeicher ergänzt werden.
Da die Sicherheitsanforderungen an die zweite elektrische Speicherbatterie 10 geringer sind als an die erste elektrische Speicherbatterie 8 ist es attraktiver, die zweite elektrische Speicherbatterie 10 am Ende der Lebenszeit in einem
Fahrzeug 2 in einem stationären Betrieb weiter einzusetzen.
Durch die Aufteilung der Energiespeicher in einen ersten Energiespeicher 3 und einen zweiten Energiespeicher 5 kann die Energiespeicherung optimiert werden. So kann beispielsweise ein Betreiber eines Fahrzeugs 2 Komforteinbußen bei extremen oder nur sehr seltenen klimatischen Bedingungen in Kauf nehmen um damit die Kosten für den zweiten Energiespeicher 5 niedrig zu halten und trotzdem keine Einschränkungen in der Reichweite des Fahrzeugs 2 hinnehmen zu müssen. Dies führt zu einer flexiblen Senkung der Betriebskosten, wenn die zweite elektrische Speicherbatterie 10 des zweiten Energiespeichers 5 nur für den mittleren Energiebedarf, aber nicht für Extremfälle, ausgelegt wird. Für den Fall eines Ausfalls des ersten Energiespeichers 3 aufgrund der vollständigen Entladung der ersten elektrischen Speicherbatterie 8 kann vorgesehen werden, dass in der zweiten elektrischen Speicherbatterie 10 des zweiten Energiespeichers 5 gespeicherte elektrische Energie für den
Traktionsantrieb 4 des Fahrzeugs 2 zur Verfügung gestellt wird, um einen Not- Fährbetrieb zu ermöglichen. Damit kann ein Liegenbleiben des Fahrzeugs 2 bei einem Ausfall des ersten Energiespeichers 3 vermieden werden. Eine besonders günstige Restreichweite des Fahrzeugs 2 mit der in der zweiten elektrischen Speicherbatterie 10 gespeicherten elektrischen Energie wird erreicht, wenn in diesem Fall die Heizung beziehungsweise die Klimatisierung des Fahrgastraums des Fahrzeugs 2 abgeschaltet wird.

Claims

Ansprüche
1. Energiespeichersystem (1) für ein Fahrzeug (2) mit einem ersten
Energiespeicher (3) zur Versorgung eines elektrischen Traktionsantriebs (4), dadurch gekennzeichnet, dass
das Energiespeichersystem (1) einen zweiten Energiespeicher (5) zur
Versorgung einer elektrischen Klimatisierungseinrichtung (6) und/oder einer elektrischen Heizung (7) umfasst.
2. Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Energiespeicher (1) eine erste elektrische Speicherbatterie (8) umfasst.
3. Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Energiespeicher (5) eine Brennstoffzelle (9) und / oder eine zweite elektrische Speicherbatterie (10) umfasst.
4. Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste elektrische Speicherbatterie (8) des ersten elektrischen
Energiespeichers (3) nachladbar ist.
5. Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Speicherbatterie (10) des zweiten elektrischen Energiespeichers (5) nachladbar ist.
6. Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Energiespeicher (5) einen Brennstofftank (11) umfasst.
7. Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Speicherbatterie (10) des zweiten Energiespeichers (5) austauschbar ist.
8. Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Speicherbatterie (10) des zweiten elektrischen Energiespeichers (5) so ausgeführt ist, dass der Austausch durch eine automatisierte
Batterietauscheinrichtung (12) erfolgen kann.
9. Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Klimatisierungseinrichtung (6) mindestens eine Klimaanlage (15) umfasst.
10. Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Heizung (7) mindestens einen Widerstandsheizer (13) und/oder eine Wärmepumpe (14) umfasst.
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