WO2010091820A1 - Anordnung und verfahren zur energieversorgung motorisierter fahrzeuge - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method for powering motorized vehicles.
  • the present invention has for its object to provide an arrangement and a method for powering motorized vehicles, which supports this objective with advanced technical concepts. This object is achieved by an arrangement and by a method according to one of the independent claims.
  • the invention provides an arrangement and a method for supplying energy to motorized vehicles, in which a heat engine converts the heat accumulated in the vehicle at least partially into kinetic energy of the vehicle and supplies other parts of this heat to a heat accumulator.
  • a motorized vehicle in the context of the present invention, vehicles of all kinds are understood that at least partially derive their kinetic energy from an engine, which takes energy from a (so-called) energy source (which would be physically correct due to the energy conservation law as energy storage) and this energy at least partially converted into kinetic energy of the vehicle.
  • Typical examples of such motorized vehicles include motor vehicles for road traffic, locomotives, ships and aircraft.
  • engines are but especially not exclusively internal combustion engines, electric motors and combinations of such drive units, so-called hybrid drives into consideration.
  • a heat engine in the sense of the present invention means a device for the at least partial conversion of heat, ie microscopic kinetic energy, into macroscopic kinetic energy or into potential energy, and the energy also in the opposite direction
  • heat ie microscopic kinetic energy
  • macroscopic kinetic energy uses potential energy or macroscopic kinetic energy to make heat at a lower temperature level available at a higher temperature level. Because of the well-known laws of thermodynamics, this can only partially succeed in the first direction; in the other direction, macroscopic energy, such as the potential electrical energy stored in a capacitor or portions of the kinetic energy of a vehicle, is required to pump heat to a higher temperature level.
  • the present invention takes advantage of the existence of such heat engines and is not limited to any particular type of such heat engines.
  • An important example of such a heat engine is the class of heat engines commonly referred to as Stirling engines. These machines have the advantage that they are largely independent of the choice of a specific process for heat generation and therefore can be realized with heat reservoirs and heat sources of various kinds.
  • the invention is not limited to Stirling engines or other known heat engines; In principle, it can also be realized with heat engines still to be developed.
  • any type of heat is to be understood that accumulates in or on the vehicle.
  • This may in particular be waste heat, ie the waste heat of any type of energy consumers or energy converters in the vehicle, but also heat that is generated by a thermalization of incident radiation, ie in particular by the heating of the vehicle interior, the vehicle surfaces or on the surfaces attached collectors.
  • tentzanétique afternoon Under a heat storage in the context of the present invention is intended to be understood any device that absorb heat energy, save and can deliver again when needed.
  • tentzan afternoon act on the principle of latent heat of a phase transition, usually a phase transition of the first order based.
  • a similar principle is followed by the utilization of the enthalpy of reversible chemical reactions, such as chemisorption-based absorption and desorption processes. This happens in so-called thermochemical heat stores, which allow an even higher energy density.
  • kinetic energy (kinetic energy) of the vehicle is to be understood as any form of macroscopic kinetic energy that could be taken from the vehicle.
  • kinetic energy of the vehicle in the narrower sense, ie all forms of kinetic energy, which are attributable to the movement of the vehicle in space, in a broader sense, but also those forms of kinetic energy associated with the movement of vehicle parts (engine, wheels, etc.).
  • macroscopic energy is meant any form of energy that is not associated with the excitation of microscopic (and in particular molecular) degrees of freedom, and which therefore, in principle - that is, without violating fundamental thermodynamic laws - can be completely transformed into other macroscopic forms of energy.
  • a mechanical energy store in the sense of the present invention is intended to be understood to be any form of energy storage in which energy is reversible in a mechanical manner, that is to say by exciting macroscopic degrees of freedom, in particular rotation, vibration or reversible, for example elastic, deformation of macroscopic bodies can be stored.
  • Important examples of such memory are flywheels or Torsionsfeder letters.
  • All mechanical energy stores can store macroscopic kinetic energy reversibly in the form of macroscopic motion or potential energy without conversion into other, for example, chemical or electrical energy forms.
  • An electrochemical energy store in the sense of the present invention is to be understood as meaning all forms of so-called galvanic cells.
  • batteries or accumulators These are colloquially often referred to as batteries or accumulators; They store electrical energy in chemical form and, if necessary, release it again in the form of electrical energy.
  • Important examples are lithium-ion batteries. These and some other electrochemical energy storage devices are characterized by a high degree of reversibility.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the arrangement according to the invention with reference to a preferred first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic representation of the arrangement according to the invention with reference to a preferred second embodiment
  • FIG. 3 is a schematic representation of the arrangement according to the invention with reference to a preferred third embodiment
  • FIG. 4 is a schematic representation of the arrangement according to the invention with reference to a preferred fourth embodiment
  • a heat engine SM is provided in the inventive arrangement for powering motorized vehicles, which converts the heat generated in the vehicle 106, 107, 108, 114 at least partially into kinetic energy of the vehicle and other parts of this heat a heat storage LWS supplies.
  • a heat engine is a machine that converts heat energy (in short, heat) into mechanical energy in a cycle. It exploits the desire of the heat to flow from areas with higher to those with lower temperatures.
  • a machine that transports thermal energy from a lower temperature level to a higher one using mechanical energy is referred to as a power heat engine, heat pump, or chiller.
  • Heat engines use “clockwise” circular processes in which the closed curve is traversed approximately in the T-S or p-v diagram in the sense “top right, bottom left”. Heat pumps use "left-handed” cycles.
  • the Stirling engine is a heat engine in which a sealed working gas such as air or helium is alternately heated and cooled externally at two different areas to produce mechanical energy.
  • the Stirling engine works on the principle of a closed cycle and is an example of the energy conversion from a poorly usable form of energy (thermal energy, heat energy, microscopic motive energy) into the more usable form of energy of mechanical energy.
  • the Stirling engine can be operated with any external heat (or cold) source. There are models that are already activated when touched by the warmth of the human hand. As a working medium, helium is used in some Stirling engines.
  • regenerator which removes heat from the gas on its way from the hot to the cold side and feeds it back again.
  • the arrangement according to the invention also provides that the vehicle is at least also driven by an electric motor NGH and that the heat engine SM drives an electric generator EG, the electrical energy 109 generated by this generator at least partially used for the electric drive of the vehicle.
  • the illustrated in Figure 1 embodiment of the inventive arrangement further provides a mechanical energy storage LWS, which is set up so that it can take kinetic energy from a vehicle engine MGH, store this energy and can deliver it back to a vehicle engine MGH as needed.
  • a mechanical energy storage LWS which is set up so that it can take kinetic energy from a vehicle engine MGH, store this energy and can deliver it back to a vehicle engine MGH as needed.
  • the exemplary embodiment of the arrangement according to the invention shown in FIG. 1 also provides an electrochemical energy store EES which is set up in such a way that it can remove electrical energy 109, 112 from a vehicle engine MGH or from the heat engine SM, store this energy and if required back to can deliver a vehicle engine MGH or to the heat engine SM.
  • dashed line arrows 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 113, 114, 115, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 213, 214, 215, 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 313, 314, 315, 401, 402, 403, 404, 406, 407, 408, 414, 415, 501, 502, 504, 505, 506, 507, 508, 513, 515 indicate an exchange of heat
  • arrows with solid lines denote an exchange of macroscopic ("mechanical") kinetic energy or electrical energy, where arrows 109, 209, 309, 409, 509, 112 designate 212, 312, 412, 512 with thinner solid lines, the exchange of electrical energy
  • arrows 110, 116, 210, 216, 217, 310, 410, 510 with thicker solid lines denote
  • the electric generator EG can be mechanically coupled to the heat engine SM directly or via a transmission.
  • the double arrow 110 in FIG. 1 denotes a mechanical coupling of the vehicle engine MGH to the mechanical energy store MES, which can likewise be designed directly, ie via a common shaft, or mediated via a transmission.
  • the double arrows or arrows 109, 111 and 112 in FIG. 1 designate the transfer of electrical energy between the electrochemical energy store EES and the electric generator EG or the vehicle engine MGH, or the transition of electrical energy 111 from a shock absorber SD to the electrochemical Energy storage EES.
  • the heat exchange 102, 104 between the heat engine SM and the heat storage LBS preferably takes place via a heat exchanger WT.
  • The preferably also serves to heat transfer 103 between the heating or air conditioning HK or the heat transfer 113 between the gas burner GB and the heat storage LWS.
  • the heat storage LWS which is preferably designed as a latent heat storage, heat can also be supplied or removed from the outside 101.
  • the heat engine SM can also take over directly from the gas burner GB heat 105 or it can be supplied to the heat engine SM heat from the outside 106 or taken from her ,
  • the shock absorbers SD can make their waste heat 107 of the heat engine SM available, as well as the electrical energy storage EES can make its waste heat 108 of the heat engine SM usable.
  • the waste heat of the vehicle engine MGH of the heat engine SM is supplied 115.
  • the residual heat of the heating or air conditioning HK the heat engine SM is provided 114 or the heat of the heat engine SM of the heating or air conditioning HK is supplied 114th
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the arrangement according to the invention that differs from the embodiment illustrated in FIG. 1 primarily in that the mechanical energy store MES is also mechanically coupled to the heat engine SM 217.
  • This embodiment of the invention has the further advantage that excess kinetic energy of the heat engine SM can be supplied directly to the mechanical energy store MES or can be removed again if necessary without firstly converting the kinetic energy into electrical energy with the aid of the electrical energy
  • both energy conversion paths 217, 216 of this embodiment which is shown in Figure 2, but have their respective advantages, depending on wel wel - More of the two energy storage, the mechanical energy storage MES or the electrochemical energy storage EES is still receptive or filled so well that it can be taken if necessary energy.
  • the specialist man is clear from the description given here that the electric generator operates at an energy extraction as an electric motor, as well as the vehicle engine MGH depending on the energy flow direction 210, 212 works as a generator or as a motor.
  • FIGS 3, 4 and 5 show preferred embodiments of the invention, which should illustrate the energy management using the inventive arrangement in different modes of the vehicle.
  • FIG. 3 shows the energy management in an operating mode of the invention which will frequently be present when driving in winter.
  • the heat engine SM is supplied heat energy 306, which is taken for example an absorber on the vehicle roof.
  • the waste heat 308 is likewise supplied to the "battery" EES of the heat engine SM, energy 302 is taken from the heat store LWS in order to supply it to the heater H 303.
  • heat energy 403 is extracted from a cooling unit of the air conditioner K to be supplied to the heat engine SM 404, 414.
  • the heat transfer can preferably take place via a heat exchanger WT, the heat exchange can also take place directly between the heat sources or heat sinks and the heat engine SM.
  • excess heat energy 401, 406 is released from the heat storage LWS or from the heat engine SM to the environment.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the invention and an operating mode of the inventive arrangement according to a preferred embodiment of the invention and the associated energy management, in which the vehicle with Help the heat engine SM is driven.
  • the energy flows mainly from the heat storage LWS to the heat engine SM.
  • heaters and air conditioning are generally not used, as this would burden the heat storage in the heat storage LWS too much.
  • Examples of such useful amounts of heat arise during charging and during operation of the electrochemical energy storage EES (battery) and during operation of the drive motor or generator MGH.
  • thermal energy 507 or electrical energy 511 can also be taken from the shock absorbers SD while driving, for example.
  • the shock absorbers can be equipped, for example, with linear generators, by means of which the kinetic energy of the vehicle, in this case vibration energy, is at least partially converted into electrical energy and thus supplied to a use 111, 211, 311, 411, 511 can be.
  • This type of energy conversion and use can be performed alternatively or in addition to the use of heat loss from the shock absorbers.
  • the shock absorbers can be equipped with a suitable cooling systems.
  • Preferred embodiments of the present invention also allow use of the heat that results from heating the body in sunlight.
  • Larger surfaces of the body - in particular the vehicle roof - are inventively preferably designed as a lightweight composite structure. In contact with the outer surface, for example, with a cooling liquid flow channels.
  • the cooling liquid transported in these embodiments of the invention the sun by Radiation generated heat preferably according to the principle of a solar collector from 106, 206, 306, 406, 506 and leads them to the heat engine.
  • Preferred exemplary embodiments of the present invention provide for the use of a heat accumulator LWS, preferably a latent heat accumulator in the vehicle, which can be heated by electric current from the supply network or during the journey through the loss heat flows described 101, 201, 301, 401, 501 ,
  • Latent heat stores function by utilizing the enthalpy of reversible thermodynamic changes in state of a storage medium, e.g. the phase transition solid-liquid (melting / solidification). The utilization of the phase transition solid-liquid is the most frequently used principle.
  • the heat transport 102, 202, 302, 402, 502 into the memory LWS can take place during the journey by means of a heat engine SM, preferably a steering machine, which is driven by an electric motor EG.
  • This mode of operation is preferably chosen when larger amounts of heat conditions are available as needed, or when other amounts of energy - for example, in a descent of the vehicle - from the recovery of kinetic energy of the vehicle - for example by conversion of braking energy - are available and not needed.
  • the stored heat energy can be used directly (without operation of the Stirling engine) for heating 103, 203, 303, 403 of the vehicle, or it is partially converted into mechanical shaft work 104, 204, 304, 404 in the Stirling engine. 504.
  • the now acting as a generator electric motor EG is driven.
  • the battery EES is charged with the generated electricity.
  • the particular advantage of the Stirling engine is that it can be used both for the heating H and cooling K of the vehicle or vehicle components and also for drive purposes 116, 216, 217, or for loading 109, 209, 309, 409, 509 of Battery can be used.
  • Preferred embodiments of the present invention provide the use of a mechanical energy storage MES, preferably a lightweight gearless torsion spring accumulator, which is preferably connected via a coupling system directly to the drive shaft of the electric motor MGH 110, 210, 310, 410, 510.
  • a mechanical energy storage MES preferably a lightweight gearless torsion spring accumulator
  • a mechanical energy storage works almost lossless.
  • It is preferably connected directly to the drive shaft via a system of couplings.
  • the coupling system is preferably designed so that the power consumption and Abgäbe can take place with the same direction of rotation.
  • Such spring systems are suitable, for example, to absorb and release the kinetic energy of a vehicle with a total mass of 1000 kg traveling at 50 km / h.
  • the spring accumulator with coupling system is preferably designed as a lightweight construction. Egg- The typical total mass of such a system is about 40 kg for the design data mentioned.
  • a preferred embodiment of the invention comprises a heat-insulated latent heat storage LWS with an operating temperature of about 500 0 C with an electrically operated heater for heating 101, 201, 301, 401, 501 of the memory before starting the journey.
  • a controlled heat exchanger WT is used for heat transfer 103, 203, 303, 403 to the cooling / heating medium circuit of the vehicle.
  • the heat engine is preferably a Stirling engine with a working range between about 5 ° C. ("cold head”) and 500 ° C. ("hot head”).
  • the heat engine SM preferably a Stirling engine SM
  • the heads of the machine are preferably designed as follows:
  • the "cold head” is preferably designed as a controlled heat exchanger for heat absorption 103, 203, 403 of cooling / heating means.
  • the hot head preferably comprises two controlled heat exchangers 103, 203, 303 of cooling / heating means of the vehicle at a maximum of 100 ° C, the second is used for heat release 102, 202, 302, 402, 502 to a suitable fluid which heats the latent heat storage to 500 0 C.
  • Derêt und der second heat exchangers are preferably switched by a motor-operated three-way valve.
  • the motor / generator EG or MGH is connected via a shaft 216, 210, 217 to the heat engine SM, preferably a Stirling engine.
  • the thermal power machine SM absorbs mechanical power when acting as a Heat pump to heater H or air conditioning K of the vehicle is working; it outputs mechanical power when operating between the temperature level of the heat storage WS and the ambient temperature.
  • a gas burner GB preferably an encapsulated pore burner or other suitable burner, e.g. operated with LPG, optionally as an additional heat source for the heat engine SM.
  • the liquefied gas can serve as a "last reserve" when the entire system is unloaded. With the heat engine SM and the generator EG can thus electrical current for charging 109, 209 of the battery EES are generated. This functionality is then a hybrid system.
  • the shock absorbers SD are equipped with linear generators. For example, via a converter, a direct current 111, 211, 311, 411, 511 is generated, which is used to charge the battery.
  • the shock absorbers SD could be connected to the heating / cooling circuit HK of the vehicle in order to use the loss of heat directly.
  • a mechanical energy store MES preferably a gearless Torsions- spring memory
  • MES gearless Torsions- spring memory
  • Power generated by the generator EG can be converted into heat by means of an electrical resistance and supplied for heating purposes or to a heat accumulator.

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Abstract

Zur Energieversorgung motorisierter Fahrzeuge ist eine Wärmekraftmaschine (SM) vorgesehen, die im Fahrzeug anfallende Wärme (106, 107, 108, 114) wenigstens teilweise in Bewegungsenergie des Fahrzeugs umwandelt und andere Teile dieser Verlustwärme einem Wärmespeicher (LWS) zuführt. Ein optionaler mechanischer Energiespeicher (MES) kann Bewegungsenergie von einem Fahrzeugmotor (MGH) abnehmen, diese Energie speichern und sie bei Bedarf wieder an einen Fahrzeugmotor (MGH) abgeben.

Description

Anordnung und Verfahren zur Energieversorgung motorisierter Fahrzeuge
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Energieversorgung motorisierter Fahrzeuge.
Die Schonung der Weltenergiereserven und ein sparsamer Umgang mit Energie ist heute in allen Bereichen des täglichen Lebens und seiner technischen Unterstützung aus ökologischen und ökonomischen Gründen ein wichtiges Ziel. We- gen der großen Verbreitung motorisierter Fahrzeuge, ihrer großen Bedeutung für unsere Mobilität und der damit verbundenen beträchtlichen Energieumsätze ist der schonende und sparsame Einsatz von Energie gerade bei motorisierten Fahrzeugen von besonderer Bedeutung.
Dies zeigt sich insbesondere auch bei Elektrofahrzeugen. Die noch geringe spezifische Ladekapazität heute verfügbarer Batterien zur Speicherung elektrischer Energie begrenzt beispielsweise die Reichweite von Elektrofahrzeugen und ist ein Grund für die geringe Verbreitung dieser Fahrzeuge. Klimatisierung und Heizung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs sind nur begrenzt möglich, weil damit eine weitere wesentliche Beschränkung der Reichweite verbunden wäre. Der Markt für Elektrofahrzeuge, die nicht den gewohnten Insassenkomfort bieten, ist heute noch ohne Bedeutung. Angesichts der Tatsache, dass die Preise für Kraftstoffe in den nächsten Jahren weiter steigen werden, ist dennoch davon auszugehen, dass Elektrofahrzeuge bereits in den nächsten zehn Jahren einen nennenswerten Marktanteil erreichen werden, wenn praktikable Losungen für die Beheizung und Klimatisierung und damit ein akzeptabler Insassenkomfort angeboten werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zur Energieversorgung motorisierter Fahrzeuge anzugeben, die diese Zielsetzung mit fortschrittlichen technischen Konzepten unterstützt. Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung und durch ein Verfahren nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung sieht eine Anordnung und ein Verfahren zur Energieversorgung motorisierter Fahrzeuge vor, bei der eine Wärmekraftmaschine die im Fahrzeug anfallende Wärme wenigstens teilweise in Bewegungsenergie des Fahrzeugs umwandelt und andere Teile dieser Wärme einem Wärmespeicher zuführt.
Im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendete Begriffe werden im Folgenden definiert und erläutert.
Unter einem motorisierten Fahrzeug im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen Fahrzeuge aller Art verstanden werden, die ihre Bewegungsenergie wenigstens teilweise aus einem Motor beziehen, der einer (sogenannten) Energiequelle (die wegen des Energieerhaltungssatzes physikalisch korrekt eigentlich als Energiespeicher zu bezeichnen wäre) Energie entnimmt und diese wenigstens teilweise in Bewegungsenergie des Fahrzeugs umwandelt. Typische Beispiele solcher motorisierten Fahrzeuge sind unter anderem Kraftfahrzeuge für den Straßenver- kehr, Lokomotiven, Schiffe und Flugzeuge. Als Motoren kommen insbesondere aber nicht ausschließlich Verbrennungsmotoren, Elektromotoren und Kombinationen aus solchen Antriebsaggregaten, sogenannte Hybridantriebe, in Betracht.
Unter einer Wärmekraftmaschine im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zur wenigstens teilweisen Umwandlung von Wärme, also mikroskopischer Bewegungsenenergie, in makroskopische Bewegungsenergie oder in potentielle Energie zu verstehen, die Energie auch in umgekehrter Richtung umwandeln kann, die also potentielle Energie oder makroskopische Bewegungsenergie dazu verwendet, auf einem niederen Temperaturniveau anfallende Wärme auf einem höheren Temperaturniveau verfügbar zu machen. Wegen der allgemein bekannten Gesetze der Thermodynamik kann dies in der ersten Rich- tung nur teilweise gelingen; in der anderen Richtung ist makroskopische Energie, beispielsweise die in einem Kondensator gespeicherte potentielle elektrische Energie oder Teile der Bewegungsenergie eines Fahrzeugs, aufzuwenden, um Wärme auf ein höheres Temperaturniveau zu pumpen.
Die vorliegende Erfindung macht sich die Existenz solcher Wärmekraftmaschinen zunutze und ist nicht auf einen bestimmten Typus solcher Wärmekraftmaschinen beschränkt. Ein wichtiges Beispiel für eine solche Wärmekraftmaschine bildet die Klasse von Wärmekraftmaschinen, die allgemein als Stirling Motoren bezeichnet werden. Diese Maschinen haben den Vorteil, dass sie von der Wahl eines speziellen Prozesses für die Wärmeerzeugung weitgehend unabhängig sind und deshalb mit Wärmereservoirs und Wärmequellen der unterschiedlichsten Art realisiert werden können. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Stirling Motoren oder andere bekannte Wärmekraftmaschinen beschränkt; sie kann grundsätzlich auch mit noch zu entwickelnden Wärmekraftmaschinen realisiert wer- den.
Unter im Fahrzeug anfallender Wärme im Sinne der vorliegenden Erfindung soll jede Art von Wärme verstanden werden, die im oder am Fahrzeug anfällt. Dabei kann es sich insbesondere um Verlustwärme, also um die Abwärme jeder Art von Energieverbrauchern oder Energiewandlern im Fahrzeug handeln, aber auch um Wärme, die durch eine Thermalisierung einfallender Strahlung entsteht, also insbesondere durch die Aufheizung des Fahrzeuginnenraums, der Fahrzeugoberflächen oder auf den Oberflächen angebrachter Kollektoren.
Unter einem Wärmespeicher im Sinne der vorliegenden Erfindung soll jede Einrichtung verstanden werden, die Wärmeenergie aufnehmen, speichern und bei Bedarf wieder abgeben kann. Insbesondere kann es sich um sogenannte La- tentwärmespeicher handeln, die auf dem Prinzip der latenten Wärme eines Phasenübergangs, meistens eines Phasenübergangs erster Ordnung, basieren. Einem ähnlichen Prinzip folgt die Ausnutzung der Enthalpie reversibler chemischer Reaktionen, so z.B. von auf Chemisorption beruhenden Absorptioπs- und De- Sorptionsprozessen. Das geschieht in sogenannten thermochemischen Wärmespeichern, die eine noch höhere Energiedichte ermöglichen.
Unter der Bewegungsenergie (kinetischer Energie) des Fahrzeugs im Sinne der vorliegenden Erfindung soll jede Form von makroskopischer Bewegungsenergie verstanden werden, die dem Fahrzeug entnommen werden könnte. Dazu gehören insbesondere die Bewegungsenergie des Fahrzeugs im engeren Sinne, also alle Formen der Bewegungsenergie, die der Bewegung des Fahrzeugs im Raum zuzuordnen sind, im weiteren Sinne aber auch solche Formen der Bewegungsenergie, die mit der Bewegung von Fahrzeugteilen (Motor, Räder, etc.) zusam- menhängen. Unter makroskopischer Energie ist dabei jede Form von Energie zu verstehen, die nicht mit der Anregung mikroskopischer (insbesondere molekularer) Freiheitsgrade verbunden ist, und die daher im Prinzip - also ohne Verletzung thermodynamischer Grundgesetze - vollständig in andere makroskopische Energieformen umgewandelt werden kann.
Unter einem mechanischen Energiespeicher im Sinne der vorliegenden Erfindung soll jede Form eines Energiespeichers verstanden werden, in dem Energie in mechanischer Weise, also durch Anregung makroskopischer Freiheitsgrade, wie insbesondere der Rotation, der Vibration oder der reversiblen, beispielswei- se elastischen, Deformation makroskopischer Körper reversibel gespeichert werden kann. Wichtige Beispiele für solche Speicher sind Schwungräder oder Torsionsfederspeicher. Alle mechanischen Energiespeicher können makroskopische Bewegungsenergie reversibel in der Form makroskopischer Bewegungsoder potentieller Energie ohne Umwandlung in andere, beispielsweise chemi- sehe oder elektrische Energieformen speichern. Unter einem elektrochemischen Energiespeicher im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen alle Formen sogenannter galvanischer Zellen verstanden werden. Diese werden umgangssprachlich häufig als Batterien oder Akkumulatoren bezeichnet; sie speichern elektrische Energie in chemischer Form und geben sie bei Bedarf wieder in Form elektrischer Energie ab. Wichtige Beispiele sind Lithium-Ionen-Batterien. Diese und einige andere elektrochemische Energiespeicher zeichnen sich durch einen hohen Grad an Reversibilität aus.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand von Unteran- Sprüchen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung anhand eines bevorzugten ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung anhand eines bevorzugten zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung anhand eines bevorzugten dritten Ausführungsbeispiels;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung anhand eines bevorzugten vierten Ausführungsbeispiels;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung anhand eines bevorzugten fünften Ausführungsbeispiels; Wie in Figur 1 dargestellt, ist in der erfindungsgemäßen Anordnung zur Energieversorgung motorisierter Fahrzeuge eine Wärmekraftmaschine SM vorgesehen, die im Fahrzeug anfallende Wärme 106, 107, 108, 114 wenigstens teilweise in Bewegungsenergie des Fahrzeugs umwandelt und andere Teile dieser Wärme einem Wärmespeicher LWS zuführt. Eine Wärmekraftmaschine ist eine Maschine, die Wärmeenergie (kurz auch Wärme) in mechanische Energie in einem Kreisprozess umwandelt. Sie nutzt dabei das Bestreben der Wärme aus, von Gebieten mit höheren zu solchen mit niedrigeren Temperaturen zu fließen. Eine Maschine, die unter Einsatz mechanischer Energie Wärmeenergie von einem niedrigeren Temperaturniveau auf ein höheres transportiert, wird als Kraftwärmemaschine, Wärmepumpe oder Kältemaschine bezeichnet.
Wärmekraftmaschinen nutzen "rechtslaufende" Kreisprozesse, bei denen die geschlossene Kurve etwa im T-S oder p-v-Diagramm im Sinne "oben nach rechts, unten nach links" durchlaufen wird. Wärmepumpen nutzen "linkslaufen- de" Kreisprozesse. Ein wichtiges Beispiel für eine Wärmekraftmaschine ist neben dem in Straßenfahrzeugen sehr verbreiteten Verbrennungsmotor die Stir- ling-Maschine, die als Stirling-Motor bezeichnet wird.
Der Stirlingmotor ist eine Wärmekraftmaschine, in der ein abgeschlossenes Ar- beitsgas wie Luft oder Helium von außen an zwei verschiedenen Bereichen abwechselnd erhitzt und gekühlt wird, um mechanische Energie zu erzeugen. Der Stirlingmotor arbeitet nach dem Prinzip eines geschlossenen Kreisprozesses und ist ein Beispiel für die Energieumwandlung von einer schlecht nutzbaren Energieform (thermische Energie, Wärmeenergie, mikroskopische Bewegungs- energie) in die besser einsetzbare Energieform der mechanischen Energie. Der Stirlingmotor kann mit einer beliebigen externen Wärme- (oder Kälte)quelle betrieben werden. Es gibt Modelle, die bereits bei Anfassen durch die Wärme der menschlichen Hand in Gang kommen. AIs Arbeitsmedium wird bei einigen Stirling-Motoren Helium eingesetzt. Dieses wird in einem geschlossenen Kreislauf zyklisch von zwei Kolben (Arbeits- und Verdrängerkolben) zwischen einer heißen Stelle (Erhitzer) und einer kalten Stelle (Kühler) hin- und hergeschoben. Das aufgeheizte Gas dehnt sich aus, das ab- gekühlte zieht sich zusammen. Hierdurch steigt der Druck im Helium. Dieser Gasdruck wirkt über den Arbeitskolben auf den Kurbeltrieb. Die mechanische Energie kann durch Elektrogeneratoren in elektrische Energie umgewandelt werden. Diese Elektrogeneratoren können auch als Elektromotoren arbeiten, und in dieser Betriebsart die Stirling-Maschine antreiben, die dann als Wärme- pumpe arbeiten kann.
Zwischen dem Erhitzerkopf und dem Kühler befindet sich der Regenerator, der dem Gas auf seinem Weg von der heißen zur kalten Seite Wärme entzieht und beim Rückströmen wieder zuführt.
Gemäß dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht die erfindungsgemäße Anordnung außerdem vor, dass das Fahrzeug zumindest auch von einem Elektromotor NGH angetrieben wird, und dass die Wärmekraftmaschine SM einen elektrischen Generator EG antreibt, wobei die von diesem Generator erzeugte elektrische Energie 109 wenigstens teilweise für den elektrischen Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird.
Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung sieht ferner einen mechanischen Energiespeicher LWS vor, der so eingerichtet ist, dass er Bewegungsenergie von einem Fahrzeugmotor MGH abneh- men kann, diese Energie speichern und sie bei Bedarf wieder an einen Fahrzeugmotor MGH abgeben kann. Schließlich sieht das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung auch einen elektrochemischen Energiespeicher EES vor, der so eingerichtet ist, dass er elektrische Energie 109, 112 von einem Fahrzeugmotor MGH oder von der Wärmekraftma- schine SM abnehmen, diese Energie speichern und sie bei Bedarf wieder an einen Fahrzeugmotor MGH oder an die Wärmekraftmaschine SM abgeben kann.
In sämtlichen Figuren bezeichnen Pfeile mit gestrichelten Linien 101 , 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 113, 114, 115, 201 , 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 213, 214, 215, 301 , 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 313, 314, 315, 401 , 402, 403, 404, 406, 407, 408, 414, 415, 501 , 502, 504, 505, 506, 507, 508, 513, 515 einen Austausch von Wärme, während Pfeile mit durchgezogenen Linien einen Austausch makroskopischer („mechanischer") Bewegungsenergie oder elektri- scher Energie bezeichnen. Dabei bezeichnen Pfeile 109, 209, 309, 409, 509, 112, 212, 312, 412, 512 mit dünneren durchgezogenen Linien den Austausch elektrischer Energie, wogegen Pfeile 110, 116, 210, 216, 217, 310, 410, 510 mit dickeren durchgezogenen Linien den Austausch mechanischer Energie bezeichnen. So bezeichnet beispielsweise der Doppelpfeil 116 in Figur 1 den Aus- tausch mechanischer Energie zwischen der Wärmekraftmaschine SM und dem elektrischen Generator EG.
Der elektrische Generator EG kann dabei direkt oder über ein Getriebe mechanisch an die Wärmekraftmaschine SM gekoppelt sein. In ähnlicher Weise be- zeichnet der Doppelpfeil 110 in Figur 1 eine mechanische Kopplung des Fahrzeugmotors MGH an den mechanischen Energiespeicher MES, die ebenfalls direkt, also über eine gemeinsame Welle, oder vermittelt über ein Getriebe ausgeführt sein kann. Die Doppelpfeile oder Pfeile 109, 111 und 112 in Figur 1 bezeichnen dagegen den Transfer elektrischer Energie zwischen dem elektroche- mischen Energiespeicher EES und dem elektrischen Generator EG bzw. dem Fahrzeugmotor MGH, bzw. den Übergang elektrischer Energie 111 von einem Stoßdämpfer SD auf den elektrochemischen Energiespeicher EES.
Der Wärmeaustausch 102, 104 zwischen der Wärmekraftmaschine SM und dem Wärmespeicher LBS findet vorzugsweise über einen Wärmetauscher WT statt. Der vorzugsweise auch dazu dient, den Wärmeübergang 103 zwischen der Heizung bzw. Klimaanlage HK oder den Wärmeübergang 113 zwischen dem Gas- brenner GB und dem Wärmespeicher LWS zu vermitteln. Dem Wärmespeicher LWS, der vorzugsweise als Latentwärmespeicher ausgelegt ist, kann auch von außen Wärme zugeführt oder entnommen werden 101. Die Wärmekraftmaschine SM kann auch von dem Gasbrenner GB direkt Wärme 105 übernehmen oder es kann der Wärmekraftmaschine SM Wärme von außen 106 zugeführt oder ihr entnommen werden.
Auch die Stoßdämpfer SD können ihre Abwärme 107 der Wärmekraftmaschine SM zur Verfügung stellen, wie auch der elektrische Energiespeicher EES seine Abwärme 108 der Wärmekraftmaschine SM nutzbar machen kann. Vorzugsweise wird auch die Abwärme des Fahrzeugmotors MGH der Wärmekraftmaschine SM zugeführt 115. Vorzugsweise wird auch die Restwärme der Heizung bzw. Klimaanlage HK der Wärmekraftmaschine SM zur Verfügung gestellt 114 bzw. wird die Wärme der Wärmekraftmaschine SM der Heizung bzw. Klimaanlage HK zugeführt 114.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung, dass sich von der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform hauptsächlich dadurch unterscheidet, dass der mechanische Energiespeicher MES ebenfalls mechanisch an die Wärmekraftmaschine SM gekoppelt 217 ist. Diese Ausführungsform der Erfindung ist mit dem weiteren Vorteil verbunden, dass überschüssige Bewegungsenergie der Wärmekraftmaschine SM dem mechanischen Energiespeicher MES unmittelbar zugeführt bzw. bei Bedarf wieder entnommen werden kann 217, ohne dass hierfür zunächst eine Umwandlung der Bewe- gungsenergie in elektrische Energie mit Hilfe des elektrischen Generators EG und einer anschließende Umwandlung in mechanische Energie mit Hilfe des Fahrzeugmotors MGH vorgenommen werden muss 209, 212, 216. Beide Energieumwandlungspfade 217, 216 dieser Ausführungsform, die in Figur 2 dargestellt ist, weisen jedoch ihre jeweiligen Vorteile auf, in Abhängigkeit davon, wel- eher der beiden Energiespeicher, der mechanische Energiespeicher MES oder der elektrochemische Energiespeicher EES noch aufnahmefähig oder so gut gefüllt ist, dass ihn bei Bedarf Energie entnommen werden kann. Dem Fach- mann ist anhand der hier gegebenen Beschreibung klar, dass der elektrische Generator bei einer Energieentnahme als Elektromotor arbeitet, wie auch der Fahrzeugmotor MGH in Abhängigkeit von der Energieflussrichtung 210, 212 als Generator oder als Motor arbeitet.
Die Figuren 3, 4 und 5 zeigen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung, die das Energiemanagement mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung in verschiedenen Betriebsarten des Fahrzeugs verdeutlichen sollen.
So zeigt Figur 3 das Energiemanagement in einer Betriebsart der Erfindung, die häufig beim Fahren im Winter vorliegen wird. Der Wärmekraftmaschine SM wird Wärmeenergie zugeführt 306, die beispielsweise einem Absorber auf dem Fahrzeugdach entnommen ist. Ebenso wird die Abwärme 308 der „Batterie" EES der Wärmekraftmaschine SM zugeführt. Dem Wärmespeicher LWS wird Energie 302 entnommen, um sie der Heizung H zuzuführen 303.
Bei einer anderen Betriebsart der erfindungsgemäßen Anordnung, die in Figur 4 gezeigt ist, und welche hauptsächlich im Sommer vorliegen dürfte, wird einem Kühlgerät der Klimaanlage K Wärmeenergie 403 entnommen, um sie der Wär- mekraftmaschine SM zuzuführen 404, 414. Wie in den Figuren gezeigt ist, kann der Wärmetransfer vorzugsweise über einen Wärmetauscher WT erfolgen, der Wärmeaustausch kann aber auch direkt zwischen den Wärmequellen bzw. Wärmesenken und der Wärmekraftmaschine SM erfolgen. In diesem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 wird überschüssige Wärmeenergie 401 , 406 vom Wärmespeicher LWS bzw. von der Wärmekraftmaschine SM an die Umgebung abgegeben. Es ist dem Fachmann dabei klar, dass die in den Figuren 3, 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen mit den in Figur 1 bzw. 2 gezeigten Ausführungsformen kombinierbar sind.
Figur 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung bzw. eine Betriebsart der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und das zugehörige Energiemanagement, bei dem das Fahrzeug mit Hilfe der Wärmekraftmaschine SM angetrieben wird. In dieser Betriebsart fließt die Energie hauptsächlich vom Wärmespeicher LWS zur Wärmekraftmaschine SM. Bei dieser Betriebsart werden Heizungen und Klimaanlage (Kühlgerät HK) im allgemeinen nicht verwendet werden, da dies den Wärmevorrat im Wärme- Speicher LWS zu sehr belasten würde.
In Abhängigkeit von der gewählten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung und der gewählten Betriebsart dieser Anordnung lässt sich die Verlustwärme - insbesondere die Abwärmen 107, 108 oder 115 - verschiedener Komponenten der Anordnung - insbesondere der Stoßdämpfer SD, des elektrischen Energiespeichers EES oder des Hauptantriebs MGH, sehr weitgehend nutzen und geht folglich nicht verloren. Beispiele für solche nutzbaren Wärmemengen ergeben sich beim Laden und beim Betrieb des elektrochemischen E- nergiespeichers EES (Batterie) sowie beim Betrieb des Antriebsmotors bzw. Generators MGH. Aber auch den Stoßdämpfern SD kann beispielsweise während der Fahrt Wärmeenergie 507 oder elektrische Energie 511 entnommen werden. Zu diesem Zweck können die Stoßdämpfer beispielsweise mit Linear- Generatoren ausgestattet werden, mit deren Hilfe die Bewegungsenergie des Fahrzeugs, in diesem Fall handelt es sich um Schwingungsenergie, wenigstens teilweise in elektrische Energie umgewandelt und so einer Nutzung zugeführt 111 , 211 , 311 , 411 , 511 werden kann. Diese Art der Energieumwandlung und Nutzung kann alternativ oder ergänzend zur Nutzung der Verlustwärme aus den Stoßdämpfern durchgeführt werden. Zur Nutzung der Verlustwärme können die Stoßdämpfer mit einem geeigneten Kühlsystemen ausgestattet sein.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen ferner eine Nutzung der Wärme, die durch ein Aufheizen der Karosserie bei Sonneneinstrahlung entsteht. Größere Flachen der Karosserie - insbesondere das Fahrzeugdach - sind erfindungsgemäß vorzugsweise als Leichtbau- Verbundstruktur ausgeführt. Im Kontakt mit der Außenfläche stehen beispielsweise mit einer Kühlflüssigkeit durchströmte Kanäle. Die Kühlflüssigkeit transportiert bei diesen Ausführungsbeispielen der Erfindung die durch Sonnenein- strahlung erzeugte Wärme vorzugsweise nach dem Prinzip eines Sonnenkollektors ab 106, 206, 306, 406, 506 und führt sie der Wärmekraftmaschine zu.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sehen den Einsatz eines Wärmespeichers LWS, vorzugsweise eines Latentwärmespeichers im Fahrzeug vor, der vor Antritt der Fahrt durch elektrischen Strom aus dem Versorgungsnetz oder während der Fahrt durch die beschriebenen Verlustwärmeströme aufgeheizt 101 , 201 , 301 , 401 , 501 werden kann.
Ein Latentwärmespeicher ist eine Einrichtung, die thermische Energie „verborgen" (latent vom Lateinischen latere = verborgen sein, deshalb auch die Bezeichnung Latente Wärme), verlustarm, mit vielen Wiederholzyklen und über lange Zeit zu speichern in der Lage ist. Man nutzt beispielsweise sogenannte phase change materials (PCM, „Phasenübergangsmaterialien"), deren latente Schmelzwärme, Lösungswärme oder Absorptionswärme wesentlich größer als die spezifische Wärmekapazität der gleichen Menge eines Stoffes ohne Phasenumwandlung ist. Beispiele sind Wärmekissen, Kühlakkus oder mit Paraffin gefüllte Speicherelemente in den Tanks von solarthermischen Anlagen. Latentwärmespeicher funktionieren durch die Ausnutzung der Enthalpie reversibler thermodynamischer Zustandsänderungen eines Speichermediums, wie z.B. des Phasenübergangs fest-flüssig (Schmelzen/Erstarren). Die Ausnutzung des Phasenübergangs fest-flüssig ist dabei das am häufigsten genutzte Prinzip. Beim Aufladen des Inhalts kommerzieller Latentwärmespeicher werden meist spezielle Salze oder Paraffine als Speichermedium geschmolzen, die dazu sehr viel Wärmeenergie, die Schmelzwärme, aufnehmen. Da dieser Vorgang reversibel ist, gibt das Speichermedium genau diese Wärmemenge beim Erstarren wieder ab.
Der Wärmetransport 102, 202, 302, 402, 502 in den Speicher LWS kann wäh- rend der Fahrt mittels einer Wärmekraftmaschine SM, vorzugsweise einer Stir- ling-Maschine, die durch einen Elektromotor EG angetrieben wird, erfolgen. Diese Betriebsweise wird vorzugsweise dann gewählt, wenn größere Wärmemen- gen als benötigt zur Verfugung stehen, oder wenn andere Energiemengen, die - beispielsweise bei einer Talfahrt des Fahrzeugs - aus der Rückgewinnung von Bewegungsenergie des Fahrzeugs - beispielsweise durch Umwandlung von Bremsenergie - zur Verfügung stehen und nicht benötigt werden. Die gespei- cherte Wärmeenergie kann (ohne Betrieb der Stirling-Maschine) direkt zur Beheizung 103, 203, 303, 403 des Fahrzeugs eingesetzt werden, oder sie wird in der Stirling-Maschine teilweise in mechanische Wellenarbeit umgewandelt 104, 204, 304, 404, 504. Damit wird der nun als Generator wirkende Elektromotor EG angetrieben.
Mit dem erzeugten Strom wird bei Bedarf die Batterie EES geladen. Der besondere Vorteil der Stirling-Maschine besteht darin, dass sie sowohl für die Heizung H als auch Kühlung K des Fahrzeugs oder von Fahrzeugkomponenten und zudem noch für Antriebszwecke 116, 216, 217, oder zum Laden 109, 209, 309, 409, 509 der Batterie eingesetzt werden kann.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sehen den Einsatz eines mechanischen Energiespeichers MES, vorzugsweise eines getriebelosen Torsions-Federspeichers in Leichtbauweise vor, der vorzugsweise über ein Kupplungs-System direkt mit der Antriebswelle des Elektromotors MGH verbunden 110, 210, 310, 410, 510 ist.
Die Rückgewinnung von "Bremsenergie" mittels des Antriebsmotors MGH, der auch als Generator wirken kann, ist aufgrund der Wirkungsgradkette mit Verlus- ten in der Größenordnung von 35 % verbunden. Ein mechanischer Energiespeicher arbeitet fast verlustfrei. Er wird vorzugsweise über ein System von Kupplungen direkt mit der Antriebswelle verbunden. Das Kupplungssystem ist vorzugsweise so gestaltet, dass die Leistungsaufnahme und -abgäbe bei gleicher Drehrichtung erfolgen kann. Derartige Federsysteme sind geeignet, beispiels- weise die kinetische Energie eines Fahrzeugs mit 1000 kg Gesamtmasse, das mit 50 km/h fährt, aufzunehmen und wieder abzugeben. Der Federspeicher mit Kupplungssystem wird vorzugsweise als Leichtbau-Konstruktion ausgeführt. Ei- ne typische Gesamtmasse eines derartigen Systems beträgt für die genannten Auslegungsdaten etwa 40 kg.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst einen wärmeisolierten Latentwärmespeicher LWS mit einer Betriebstemperatur von etwa 5000C mit einem elektrisch betriebenen Heizgerät zum Aufheizen 101 , 201 , 301 , 401 , 501 des Speichers vor Antritt der Fahrt. Vorzugsweise wird ein geregelter Wärmetauscher WT zur Wärmeübertragung 103, 203, 303, 403 an den Kühl- /Heizmittelkreislauf des Fahrzeugs eingesetzt.
Es gibt vorzugsweise einen zentralen Kühl-/Heizmittelkreislauf HK des Fahrzeugs, der in geeigneter Weise geregelt ist. Die Wärmekraftmaschine ist vorzugsweise eine Stirling-Maschine mit einem Arbeitsbereich zwischen etwa 5 0C („Kalter Kopf") und 5000C („Heißer Kopf").
Die Wärmekraftmaschine SM, vorzugsweise eine Stirling-Maschine SM, kann während der Fahrt oder im Stillstand sowohl zur Klimatisierung K als auch zur Heizung H des Fahrzeugs eingesetzt werden. Die Köpfe der Maschine sind vorzugsweise wie folgt ausgeführt: Der „Kalte Kopf" ist vorzugsweise als ein geregelter Wärmetauscher zur Wärmeaufnahme 103, 203, 403 von Kühl-/Heizmittel ausgestaltet. Der „Heiße Kopf umfasst vorzugsweise zwei geregelte Wärmetauscher. Der erste dient zur Wärmeabgabe 103, 203, 303 an Kühl-/Heizmittel des Fahrzeugs bei maximal 100°C, der zweite dient zur Wärmeabgabe 102, 202, 302, 402, 502 an ein geeignetes Fluid, das den Latentwärmespeicher bis 5000C aufheizt. Der erste und der zweite Wärmetauscher werden vorzugsweise durch ein motorbetriebenes Dreiwege- Ventil umgeschaltet.
Gemäß einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist der Mo- tor/Generator EG oder MGH über eine Welle 216, 210, 217 mit der Wärmekraftmaschine SM, vorzugsweise einer Stirling-Maschine verbunden. Die Wär- mekraftmschineaschine SM nimmt mechanische Leistung auf, wenn sie als Wärmepumpe zur Heizung H oder Klimatisierung K des Fahrzeugs arbeitet; sie gibt mechanische Leistung ab, wenn sie zwischen dem Temperaturniveau des Wärmespeichers WS und der Umgebungstemperatur arbeitet.
Gemäß einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient ein Gasbrenner GB, vorzugsweise ein gekapselter Porenbrenner oder ein anderer geeigneter Brenner, z.B. mit Flüssiggas betrieben, optional als zusätzliche Wärmequelle für die Wärmekraftmaschine SM. Das Flüssiggas kann als "letzte Reserve" bei entladenem Gesamtsystem dienen. Mit der Wärmekraftmaschine SM und dem Generator EG kann damit elektrischer Strom zur Aufladung 109, 209 der Batterie EES erzeugt werden. Mit dieser Funktionalität handelt es sich dann um ein Hybrid-System.
Gemäß einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sind die Stoß- dämpfer SD mit Lineargeneratoren ausgestattet. Beispielsweise über einen Wandler wird ein Gleichstrom 111 , 211 , 311 , 411 , 511 erzeugt, der zur Aufladung der Batterie eingesetzt wird. Alternativ oder zusätzlich könnten die Stoßdämpfer SD an den Heiz-/Kühlkreislauf HK des Fahrzeugs angeschlossen werden, um die Verlustwarme direkt zu nutzen.
Gemäß einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird ein mechanischer Energiespeicher MES, vorzugsweise ein getriebeloser Torsions- Federspeicher, über ein Kupplungs-System direkt mit der Antriebswelle des E- lektromotors verbunden 110, 210, 310, 410, 510.
Das optimale Zusammenwirken aller oder einiger Komponenten der erfindungsgemäßen Anordnung wird vorzugsweise durch eine geeignete Regeleinrichtung gewährleistet.
Vom Generator EG erzeugter Strom kann mittels eines elektrischen Widerstands in Wärme umgewandelt und für Heizzwecke oder einer Wärmespeicher zugeführt werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Anordnung zur Energieversorgung motorisierter Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Wärmekraftmaschine (SM) vorgesehen ist, die im Fahrzeug anfallende Wärme (106, 107, 108, 114) wenigstens teilweise in Bewegungsenergie des Fahrzeugs umwandelt und andere Teile dieser Wärme einem Wärmespeicher (LWS) zuführt.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , bei der das Fahrzeug zumindest auch von einem Elektromotor (MGH) angetrieben wird, und bei der die Wärmekraftmaschine (SM) einen elektrischen Generator (EG) antreibt, wobei die von diesem Generator erzeugte elektrische Energie (109) wenigstens teil- weise für den elektrischen Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein mechanischer Energiespeicher (MES) vorgesehen ist, der so eingerichtet ist, dass er Bewegungsenergie von einem Fahrzeugmotor (MGH) abnehmen, diese Energie speichern und sie bei Bedarf wieder an einen Fahrzeugmotor
(MGH) abgeben kann.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem elektrochemischen Energiespeicher (EES), der so eingerichtet ist, dass er elektrische Energie von einem Fahrzeugmotor (MGH) oder von der Wärmekraftmaschine (SM) abnehmen, diese Energie speichern und sie bei Bedarf wieder an einen Fahrzeugmotor (MGH) oder an die Wärmekraftmaschine (SM) abgeben kann.
5. Verfahren zur Energieversorgung motorisierter Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Wärmekraftmaschine (SM) im Fahrzeug anfallende Wärme (106, 107, 108, 114) wenigstens teilweise in Bewegungsenergie des Fahrzeugs umwandelt und andere Teile dieser Wärme einem Wärmespeicher (LWS) zu- führt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das Fahrzeug zumindest auch von einem Elektromotor (MGH) angetrieben wird, und bei der die Wärmekraftmaschine (SM) einen elektrischen Generator (EG) antreibt, wobei die von diesem Generator erzeugte elektrische Energie (109) wenigstens teilweise für den elektrischen Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein mechanischer Energiespeicher (MES) dazu verwendet wird, Bewegungs- energie von einem Fahrzeugmotor (MGH) abzunehmen, diese Energie zu speichern und sie bei Bedarf wieder an einen Fahrzeugmotor (MGH) abzugeben.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem e- lektrochemischen Energiespeicher (EES), der elektrische Energie von einem
Fahrzeugmotor (MGH) oder von der Wärmekraftmaschine (SM) abnehmen, diese Energie speichern und sie bei Bedarf wieder an einen Fahrzeugmotor (MGH) oder an die Wärmekraftmaschine (SM) abgeben kann.
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