WO2015162017A2 - Regenerative brennstoffzellenvorrichtung für ein kraftfahrzeug und verfahren zum variieren einer temperatur in einem fahrzeuginnenraum - Google Patents

Regenerative brennstoffzellenvorrichtung für ein kraftfahrzeug und verfahren zum variieren einer temperatur in einem fahrzeuginnenraum Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a regenerative fuel cell device for a motor vehicle. Likewise, the invention relates to aharitemperiersystem for ei motor vehicle and an energy supply system for an electric
  • the invention relates to a method for varying a temperature in a vehicle interior of a vehicle equipped with a regenerative fuel cell device
  • the hydrogen tank can be filled with a hydrogen produced by an electrolyzer.
  • the electrolyzer and the battery are connectable to an external power source such that first the battery is rechargeable, and from exceeding a predetermined state of charge of the battery, the energy of the external power source for generating hydrogen for filling the hydrogen tank is usable. If energy is required to operate an electric machine as a drive unit, then its energy is first used up to a predetermined state of charge of the battery, and then hydrogen is consumed from the hydrogen tank in an internal combustion engine as fuel for generating energy. Instead of the electrolyzer and the internal combustion engine and a reversible fuel cell should be used. Disclosure of the invention
  • the invention provides a regenerative fuel cell device
  • a vehicle temperature control system for a motor vehicle a power supply system for an electric drive motor of a vehicle, an electric vehicle, and a method of varying a temperature in a vehicle interior of a vehicle equipped with a regenerative fuel cell device
  • the present invention provides possibilities for heating or cooling a vehicle interior of a motor vehicle by utilizing the waste heat of the regenerative fuel cell device occurring during the endothermic electrolysis and / or the reversible exothermic reaction. As will be explained in more detail below, in one use of the present invention, the heating or cooling of the vehicle interior to one for a
  • the present invention thus contributes to energy saving and environmental protection.
  • the vehicle interior by means of the
  • Heat transfer device at least partially forwarded waste heat of the regenerative fuel cell device heated.
  • the waste heat generated in the regenerative fuel cell device allows a generous heating of the vehicle interior even at extreme outside temperatures.
  • the vehicle interior can be cooled by means of the sorption refrigeration machine.
  • the sorption refrigeration machine In addition to a comfortable, energy-saving and low-power winter driving can thus Even at extremely summery temperatures a pleasant temperature in the vehicle interior can be realized while maintaining the above advantages.
  • Fuel cell device includes the sorption refrigerator a
  • Absorption chiller and an expeller is as a subunit of the
  • Sorptions holtemaschine heated by means of at least the part of the waste heat of the regenerative fuel cell device. In this way, the vehicle interior can be cooled energy-saving and environmentally friendly.
  • the sorption refrigeration machine can also comprise an adsorption refrigeration machine, as a result of which a cold storage can be realized.
  • the regenerative fuel cell device is connectable directly or indirectly to an electric drive motor of the vehicle such that the current generated by the regenerative fuel cell device can be output to the electric drive motor.
  • the regenerative fuel cell device is connectable directly or indirectly to an electric drive motor of the vehicle such that the current generated by the regenerative fuel cell device can be output to the electric drive motor.
  • Fuel cell device which for heating or cooling of
  • Vehicle interior can be used so advantageous, so can also
  • the regenerative fuel cell device can be used as a supplement to a battery, such as a conventional Li-ion battery. Due to the additional use of
  • Regenerative fuel cell device together with the battery may have a storage capacity and an energy density of one of the regenerative
  • Energy supply system can be increased.
  • the potential weight advantage of the regenerative fuel cell device over an additionally used second battery can be used.
  • Fuel cell device designed to split as endothermic electrolysis, consuming the provided stream of water into hydrogen and oxygen and to generate electricity by means of the reversible exothermic reaction of hydrogen and oxygen to water.
  • a regenerative Fuel cell device is relatively easy and inexpensive to produce. It should be understood, however, that the invention is not limited to the use of this type of regenerative fuel cell device. Instead, other exothermic and endothermic reactions can be carried out by means of the regenerative fuel cell device, wherein the waste heat generated is used for heating or cooling the vehicle interior.
  • Heat transfer device and / or sorption chiller are heat transfer devices and / or sorption chiller.
  • a power supply system for an electric drive motor of a vehicle which comprises such a regenerative fuel cell device and a battery, by means of which the electric drive motor can be energized, wherein the regenerative fuel cell device and the battery are electrically connected to a common electrical interface are via which a charging current from an external power source such to the regenerative fuel cell device and the battery is provided that the battery is rechargeable and at least one of the regenerative fuel cell device and the battery.
  • Fuel cell device attached memory for an electrolysis product produced in the endothermic electrolysis is refillable. Thus, a "refueling" of the power system despite the additional use of the
  • the electric drive motor in a booster operation at the same time by means of the battery and by means of the regenerative fuel cell device can be supplied with power.
  • Fuel cell device contributes to increase the maximum motor current.
  • the drive motor and / or the generator-generated generator current can be provided to the regenerative fuel cell device and to the battery such that the battery can be charged and the at least one store can be filled up.
  • the present invention thus also contributes to increasing the energy recovery in recuperative braking.
  • Braking device or with such a power supply system realizes the advantages described above.
  • Fuel cell device equipped motor vehicle The method is further developable according to the embodiments of the regenerative fuel cell device and the power supply system.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining an embodiment of the present invention
  • FIGS. 1 a to 1 d show schematic representations and coordinate systems for explaining an operating mode of an embodiment of the regenerative fuel cell device.
  • the regenerative fuel cell device 10 shown schematically in FIG. 1 a can be used in a motor vehicle, in particular in an electric vehicle or in a hybrid vehicle.
  • the regenerative fuel cell device 10 is configured to perform endothermic electrolysis using a supplied current and generate current by means of an exothermic reaction reversible to the electrolysis.
  • the regenerative fuel cell device 10 is designed to endothermic electrolysis consumption of the
  • Fuel cell device 10 in its activated state so controlled that either the endothermic electrolysis or the exothermic reaction by means of the regenerative fuel cell device 10 is executable.
  • a waste heat 12 of the regenerative fuel cell device 10 is generated.
  • the regenerative fuel cell device 10 is additionally designed and directly or indirectly connected to a heat transfer device 14 of the motor vehicle and / or to a sorption chiller 16 of the
  • Heat transfer device 14 is forwarded and / or at least one subunit of the sorption chiller 16 by means of at least a portion of the waste heat 12 of the regenerative fuel cell device 10 is heated.
  • the regenerative fuel cell device 10 is connected both to the heat transfer device 14 and to the heat transfer device 14 Sorption chiller 16 connected.
  • the regenerative fuel cell device 10 is connected both to the heat transfer device 14 and to the heat transfer device 14 Sorption chiller 16 connected.
  • Fuel cell device 10 may also be part of a (compact)
  • the regenerative fuel cell device 10 can thus together with the
  • Heat transfer device 14 and / or the sorption chiller 16 may be formed as a (compact) structural unit.
  • Heat transfer device 14 is connected, the at least partially provided to the heat transfer device 14 waste heat 12 of the regenerative fuel cell device 10 in a vehicle interior of a (with the regenerative fuel cell device 10 and the
  • Heat Transfer device 14 equipped), in particular in a passenger compartment, forwarded. That way is the
  • Fuel cell device 10 heated.
  • Vehicle interior are used, whereby at least less fuel and / or less electrical energy is needed for vehicle heating.
  • Vehicle interior be sufficient.
  • the usability described here of the waste heat 12 of the regenerative fuel cell device 10 thus reduces energy consumption of a vehicle when heating.
  • the sorption chiller 16 may in particular be an absorption chiller 16 or an adsorption chiller
  • Sorptions sakeltemaschine 16 are cooled. Thus, in this case too the waste heat 12 of the regenerative fuel cell device 10 is used to
  • the waste heat 12 of the regenerative fuel cell device 10 may suffice for comfortably cooling the vehicle interior, so that no fuel consumption and no consumption of electrical energy for cooling the vehicle interior are necessary. Also when cooling the
  • Vehicle interior energy can thus be saved.
  • Fuel cell device 10 (especially in fuel cell operation) often a waste heat 12, which corresponds to at least a thermal power of at least 6.5 kW. This is sufficient for a heating operation, in which even at extreme outside temperatures a good heating of the vehicle interior is achieved to a comfortable temperature. Even for reliable cooling of the vehicle interior to a comfortable temperature, the thermal power of 6.5 kW is sufficient, even in hot outside temperatures.
  • Heat transfer device 14 and / or to the sorption chiller 16 can be repaired. A driver is thus encouraged to buy / use an environmentally friendly and quiet electric vehicle.
  • Sorptions holtemaschine 16 are cached in a memory. In this way, even during a prolonged presence of the regenerative fuel cell device 10 in a deactivated state, the waste heat 12 can be at least partially still used for heating or cooling the vehicle interior.
  • Sorptions holtemaschine 16 is formed as an absorption chiller 16, wherein an expeller 18 as a subunit of the sorption chiller 16 by means of at least the part of the waste heat 12 of the regenerative
  • the sorption refrigeration machine 16 is specifically a LiBr / H 2 O absorption refrigeration system and thus has water as a refrigerant in a refrigerant circuit 20 and an aqueous lithium bromide solution as a solvent in a solvent circuit 22.
  • liquid water is sprayed by a pump 26 onto a pipe 28.
  • the pressure present in the evaporator 24 is kept so low that the sprayed water on the pipe 28 evaporates and thus a cooling over the pipe
  • Vehicle interior is usable.
  • Extractor 18 remaining concentrated solvent can be recycled via a solution-heat exchanger 42 in the absorber 32.
  • the water vapor escaping into the condenser 40 condenses there to water, which can be pumped again by means of the pump 26 from the condenser 40 via a line 44 into the evaporator 24 and then sprayed onto the pipeline 28.
  • the waste heat 12 of the regenerative fuel cell device 10 provided to the sorption refrigeration machine 16 can thus be used to maintain a cycle which permits continuous cooling of the cold water conducted via the pipeline 28.
  • a waste heat of the process illustrated by means of FIG. 1b can be dissipated via external heat exchangers 46 and 48 which are operated, for example, by means of a water from a cooling tower and / or by means of a cooling water provided otherwise. Since the pumps 26 and 34 hardly consume energy, the energy required to maintain the process is almost exclusively covered by the waste heat 12 of the regenerative fuel cell device 10. This is a vehicle cooling, which hardly consumes the energy resources of the motor vehicle, possible.
  • Sorptions sakeltemaschine 16 are used so that even with hot outside temperatures of the vehicle interior by means of the waste heat 12 is pleasantly cooled.
  • an adsorption chiller ie a sorption chiller 16 with a solid sorbent
  • a sorption chiller 16 can be used as sorption chiller 16.
  • Such a sorption chiller 16 can be used in particular as a cold storage using a waste heat 12.
  • Fig. La is the regenerative
  • Fuel cell device 10 advantageously so directly or indirectly connected to an electric drive motor 50 of the motor vehicle / connected, that the power generated by the regenerative fuel cell device 10 to the electric drive motor 50 can be output.
  • the regenerative fuel cell device 10 advantageously so directly or indirectly connected to an electric drive motor 50 of the motor vehicle / connected, that the power generated by the regenerative fuel cell device 10 to the electric drive motor 50 can be output.
  • Fuel cell device 10 forms in particular together with a battery 52, which is for example a lithium-ion battery
  • the electric drive motor 50 can be energized.
  • the regenerative fuel cell device 10 thus assists the battery 52. This contributes to an increase in the storage capacity and energy density of the power supply system consisting of the components 10 and 52, especially for an electric vehicle, over a conventional vehicle battery. In addition, in this way a life of the battery 52 can be increased by reducing the charging and discharging cycles incurred. This also causes a decoupling of power and energy content of the
  • Vehicle interior hardly requires energy of the battery 52 to set a comfortable temperature in the vehicle interior. This results in a significant reduction of the consumption of the energy stored on the battery 52, in particular in an electric vehicle, whereby an additional protection of the battery 52 and a longer and further driving is enabled by means of the energy stored on the battery 52.
  • the regenerative fuel cell device 10 and the battery 52 are electrically connected to a common electrical interface 54, via which a charging current from an off-vehicle power source 56 is provided to the regenerative fuel cell device 10 and the battery 52 that the battery 52 and at least one rechargeable the regenerative fuel cell device 10 is connected to accumulators 58a and 58b for an electrolysis product produced in the endothermic electrolysis is fillable.
  • Refilling the at least one memory 58a and 58b is not necessary.
  • Fuel cell device 10 and to the battery 52 can be made either simultaneously or in a predetermined order.
  • the common electrical interface 54 may, for example, a
  • Fuel cell device 10 to be controllable. For example, that can
  • Fuel cell device 10 can be supplied with electric power. In a normal operation of the electric drive motor 50, however, the current flow between the components 10, 50 and 52 can be controlled so that either first the energy of the battery 52 or first on the
  • regenerative fuel cell device 10 is stored in the form of electrolysis products stored energy for operating the electric drive motor 50.
  • the regenerative fuel cell device 10 and the battery 52 may be connected to the regeneratively operable electric drive motor 50 and / or a generator (not shown) of the motor vehicle
  • the generator-operable electric drive motor 50 and / or the Generator when braking the motor vehicle
  • generator power supplied to the regenerative fuel cell device 10 and the battery 52 such that the battery 52 can be charged and the at least one memory 58a and 58b (by performing the endothermic electrolysis) can be filled.
  • the generator current can either simultaneously or in a predetermined
  • Fuel cell device 10 be prepared.
  • the thus realizable division of the generator current to the battery 52 and to the regenerative fuel cell device 10 causes an increase in the recovered energy portion during recuperative braking.
  • the generator current output to the battery 52 is reduced without a reduction in the
  • Fuel cell device by way of example an electrolysis unit 62 (or an electrolyzer) and a fuel cell unit 64.
  • the electrolysis unit 62 is designed to split water into hydrogen and oxygen while consuming a provided current / charging current.
  • de-ionized water may be added to a regenerative tank 66
  • Fuel cell device 10 can be removed.
  • Fuel cell unit 64 the oxyhydrogen gas reaction for power generation is executable.
  • the regenerative fuel cell apparatus 10 may also have a compact electrolysis and fuel cell unit.
  • the regenerative fuel cell device of FIG. 1a is designed as a closed system, so that in addition to a hydrogen storage 58a for storing the hydrogen produced in the endothermic electrolysis, an oxygen storage 58b for storing the simultaneously obtained oxygen is present in the regenerative fuel cell device 10.
  • the electrolysis unit 62 is preferably designed as a constant pressure electrolyzer, so that both the generated hydrogen and the obtained oxygen are pressurized to the memory 58a and 58b are discharged.
  • the graph gH2 shown in the coordinate system of Fig. 1c indicates a relation between one present in the hydrogen storage 58a
  • Hydrogen storage 58a again. Accordingly, a relation between a storage pressure p02 present in the oxygen storage 58b and a sufficient volume V02 of the oxygen storage 58b is shown by the graph g02 in the coordinate system of FIG. 1d.
  • Storage pressure pH2 and p02 may, for example, be 700 bar in both accumulators 58a and 58b, so that a volume VH2 of 15.5 liters and for the oxygen accumulator 58b a volume V02 of 7.5 liters is sufficient for the hydrogen storage 58a. As a rule, a re-compaction is not necessary. (If desired, a hydrogen post-compression unit may be used.) It should be noted that at these volumes VH2 and V02 for the reservoirs 58a and 58b, the regenerative fuel cell device 10 can be formed with a total volume of about 38 liters. The total volume of the regenerative fuel cell device 10 can thus still below the
  • volume of the battery 52 (in a lithium-ion battery typically 50 liters) are.
  • Equipping the regenerative fuel cell device 10 with the deionized water tank 66 is optional.
  • the regenerative fuel cell device 10 may also be configured as an open system, wherein the fuel cell unit 64 uses atmospheric oxygen to perform the oxyhydrogen reaction. In this case, the oxygen produced by the electrolysis unit 62 is released into the atmosphere.
  • Atmosphere are delivered.
  • regenerative Fuel cell device 10 as an open system whose total volume is about 35.5 liters.
  • FIG. 2 is a flow chart for explaining an embodiment of the method of varying a temperature in a vehicle interior of a regenerative fuel cell device equipped one
  • Vehicle interior of a motor vehicle equipped with a regenerative fuel cell device is executed at least one of the method steps Sl and S2:
  • Fuel cell device which is obtained at least partially forwarded to a heat transfer device of the motor vehicle when carrying out an endothermic electrolysis consuming a supplied current and / or at a reversible to the electrolysis exothermic reaction for power generation.
  • the at least partially provided waste heat can therefore be forwarded into a vehicle interior such that the vehicle interior is heated by means of the waste heat of the regenerative fuel cell device which is at least partially passed on by the heat transfer device.
  • step S2 at least one subunit of a
  • Sorptions sakeltemaschine heated by at least a portion of the waste heat of the regenerative fuel cell device can be in this way the vehicle interior by means of
  • Sorption chiller are cooled.
  • the method steps S1 and S2 can be carried out in any order and with as many repetitions as desired. On a new description of the advantages realized with it is omitted here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine regenerative Brennstoffzellenvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, welche dazu ausgelegt ist, eine endotherme Elektrolyse unter Verbrauch eines bereitgestellten Stroms auszuführen und mittels einer zu der endothermen Elektrolyse reversiblen exothermen Reaktion Strom zu erzeugen, wobei die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung (10) zusätzlich derart ausgelegt und direkt oder indirekt so an eine Wärmeübertragungsvorrichtung (14) des Kraftfahrzeugs und/oder an eine Sorptionskältemaschine (16) des Kraftfahrzeugs anbindbar ist, dass eine Abwärme (12) der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung (10) zumindest teilweise an die Wärmeübertragungsvorrichtung (14) weiterleitbar ist und/oder zumindest eine Untereinheit (18) der Sorptionskältemaschine (16) mittels zumindest eines Teils der Abwärme (12) der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung (10) beheizbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Variieren einer Temperatur in einem Fahrzeuginnenraum eines mit einer regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung (10) ausgestatteten Kraftfahrzeugs.

Description

Beschreibung Titel
Regenerative Brennstoffzellenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Variieren einer Temperatur in einem Fahrzeuginnenraum
Die Erfindung betrifft eine regenerative Brennstoffzellenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Ebenso betrifft die Erfindung ein Fahrzeugtemperiersystem für ei Kraftfahrzeug und ein Energieversorgungssystem für einen elektrischen
Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Variieren einer Temperatur in einem Fahrzeuginnenraum eines mit einer regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung ausgestatteten
Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik
In der DE 10 2004 027 433 AI ist ein Fahrzeug mit einer Batterie als einem ersten Energiespeicher und einem Wasserstofftank als einem zweiten
Energiespeicher beschrieben. Der Wasserstofftank ist mit einem von einem Elektrolyseur erzeugten Wasserstoff befüllbar. Der Elektrolyseur und die Batterie sind so an eine externe Energiequelle anbindbar, dass zuerst die Batterie aufladbar ist, und ab Überschreiten eines vorgegebenen Ladezustands der Batterie die Energie der externen Energiequelle zum Erzeugen von Wasserstoff zum Befüllen des Wasserstofftanks verwendbar ist. Wird zum Betreiben einer elektrischen Maschine als Antriebsaggregat Energie benötigt, so wird bis zu einem vorgegebenen Ladezustand der Batterie zunächst deren Energie verwendet, und anschließend Wasserstoff aus dem Wasserstofftank in einen Verbrennungsmotor als Brennmittel zur Energieerzeugung verbraucht. Anstelle des Elektrolyseurs und des Verbrennungsmotors soll auch eine reversible Brennstoffzelle einsetzbar sein. Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft eine regenerative Brennstoffzellenvorrichtung, ein
Fahrzeugtemperiersystem für ein Kraftfahrzeug, ein Energieversorgungssystem für einen elektrischen Antriebsmotor eines Fahrzeugs, ein Elektrofahrzeug und ein Verfahren zum Variieren einer Temperatur in einem Fahrzeuginnenraum eines mit einer regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung ausgestatteten
Kraftfahrzeugs. Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft Möglichkeiten zum Heizen oder Kühlen eines Fahrzeuginnenraums eines Kraftfahrzeugs durch Nutzung der während der endothermen Elektrolyse und/oder der reversiblen exothermen Reaktion anfallenden Abwärme der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung. Wie unten genauer ausgeführt wird, ist bei einer Verwendung der vorliegenden Erfindung das Heizen oder Kühlen des Fahrzeuginnenraums auf eine für einen
Fahrzeuginsassen angenehme Temperatur selbst bei extremen
Außentemperaturen bei einem (zusätzlich zu der Abwärme benötigten)
Energieverbrauch von nahezu Null möglich. Mittels der vorliegenden Erfindung ist somit ein zum Heizen oder Kühlen des Fahrzeuginnenraums notwendiger Kraftstoffverbrauch/Stromverbrauch signifikant reduzierbar. Die vorliegende Erfindung trägt somit zum Energiesparen und zum Umweltschutz bei.
Beispielsweise ist der Fahrzeuginnenraum mittels der von der
Wärmeübertragungsvorrichtung zumindest teilweise weitergeleiteten Abwärme der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung heizbar. Die bei der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung anfallende Abwärme erlaubt selbst bei extremen Außentemperaturen eine großzügige Beheizung des Fahrzeuginnenraums.
Somit ist selbst im Winter ein energiesparendes und wenig stromverbrauchendes Fahren mit einer angenehmen Temperatur im Fahrzeuginnenraum möglich.
Als Alternative oder als Ergänzung dazu ist der Fahrzeuginnenraum mittels der Sorptionskältemaschine abkühlbar. Zusätzlich zu einem komfortablen, energiesparenden und wenig stromverbrauchenden Fahren im Winter kann somit auch bei extrem sommerlichen Temperaturen noch eine angenehme Temperatur im Fahrzeuginnenraum unter Beibehalt der oben genannten Vorteile realisiert werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform der regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung umfasst die Sorptionskältemaschine eine
Absorptionskältemaschine und ein Austreiber ist als Untereinheit der
Sorptionskältemaschine mittels zumindest des Teils der Abwärme der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung beheizbar. Auf dies Weise kann der Fahrzeuginnenraum energiesparend und umweltfreundlich abgekühlt werden. Als
Alternative oder als Ergänzung dazu kann die Sorptionskältemaschine auch eine Adsorptionskältemaschine umfassen, wodurch ein Kältespeicher realisierbar ist.
Vorzugsweise ist die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung derart direkt oder indirekt an einen elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs anbindbar, dass der von der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung erzeugte Strom an den elektrischen Antriebsmotor ausgebbar ist. Die regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung, welche zum Beheizen oder Kühlen des
Fahrzeuginnenraums so vorteilhaft nutzbar ist, kann somit auch zum
Sicherstellen einer Stromversorgung des elektrischen Antriebsmotors verwendet werden. Insbesondere kann die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung als Ergänzung zu einer Batterie, wie beispielsweise einer konventionellen Li-Ionen- Batterie, eingesetzt werden. Durch die zusätzliche Verwendung der
regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung zusammen mit der Batterie können eine Speicherkapazität und eine Energiedichte eines aus der regenerativen
Brennstoffzellenvorrichtung und der Batterie gebildeten
Energieversorgungssystems gesteigert werden. Dabei kann auch der potentielle Gewichtsvorteil der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung gegenüber einer zusätzlich verwendeten zweiten Batterie genutzt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung dazu ausgelegt, als endotherme Elektrolyse unter Verbrauch des bereitgestellten Stroms Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten und mittels der reversiblen exothermen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser Strom zu erzeugen. Eine derartige regenerative Brennstoffzellenvorrichtung ist vergleichsweise leicht und kostengünstig herstellbar. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung dieses Typs von regenerativer Brennstoffzellenvorrichtung limitiert ist. Stattdessen können auch andere exotherme und endotherme Reaktionen mittels der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung ausführbar sein, wobei die anfallende Abwärme zum Heizen oder Kühlen des Fahrzeuginnenraums nutzbar ist.
Vorteilhaft ist auch ein Fahrzeugtemperiersystem für ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen regenerative Brennstoffzellenvorrichtung, der
Wärmeübertragungsvorrichtung und/oder der Sorptionskältemaschine.
Die oben ausgeführten Vorteile sind auch bei einem Energieversorgungssystem für einen elektrischen Antriebsmotor eines Fahrzeugs gewährleistet, welches eine derartige regenerative Brennstoffzellenvorrichtung und eine Batterie, mittels welcher der elektrische Antriebsmotor bestrombar ist, umfasst, wobei die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung und die Batterie elektrisch an eine gemeinsame elektrische Schnittstelle angebunden sind, über welche ein Ladestrom von einer fahrzeugexternen Stromversorgungsquelle derart an die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung und die Batterie bereitstellbar ist, dass die Batterie aufladbar und mindestens ein an die regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung angebundener Speicher für ein bei der endothermen Elektrolyse erzeugtes Elektrolyseprodukt auffüllbar ist. Somit ist ein„Betanken" des Energieversorgungssystems trotz der zusätzlichen Nutzung der
regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung unter Beibehaltung der rein elektrischen Schnittstelle möglich.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Energieversorgungssystems ist der elektrische Antriebsmotor in einem Booster- Betrieb gleichzeitig mittels der Batterie und mittels der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung mit Strom versorgbar. Die realisierbare parallele Versorgung des elektrischen
Antriebsmotors aus der Batterie und der regenerativen
Brennstoffzellenvorrichtung trägt zur Erhöhung des maximalen Motorstroms bei. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung und die Batterie an den generatorisch betreibbaren elektrischen Antriebsmotor und/oder einem Generator des Kraftfahrzeugs anbindbar, und ein von dem generatorisch betreibbaren elektrischen
Antriebsmotor und/oder dem Generator erzeugter Generatorstrom ist derart an die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung und an die Batterie bereitstellbar, dass die Batterie aufladbar und der mindestens eine Speicher auffüllbar ist. Die vorliegende Erfindung trägt somit auch zur Erhöhung der Energierückgewinnung bei rekuperativen Bremsvorgängen bei.
Auch ein Elektrofahrzeug mit einer entsprechenden regenerativen
Bremsvorrichtung oder mit einem derartigen Energieversorgungssystem realisiert die vorausgehend beschriebenen Vorteile.
Des Weiteren sind die aufgezählten Vorteile auch realisierbar durch ein
Ausführen eines korrespondierenden Verfahrens zum Variieren einer Temperatur in einem Fahrzeuginnenraum eines mit einer regenerativen
Brennstoffzellenvorrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeugs. Das Verfahren ist gemäß den Ausführungsformen der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung und des Energieversorgungssystems weiterbildbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. la bis ld schematische Darstellungen und Koordinatensysteme zum
Erläutern einer Funktionsweise einer Ausführungsform der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung; und
Fig. 2 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des
Verfahrens zum Variieren einer Temperatur in einem
Fahrzeuginnenraum eines mit einer regenerativen
Brennstoffzellenvorrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeugs. Ausführungsformen der Erfindung
Fig. la bis ld zeigen schematische Darstellungen und Koordinatensysteme zum Erläutern einer Funktionsweise einer Ausführungsform der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung.
Die in Fig. la schematisch dargestellte regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 ist in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Elektrofahrzeug oder in einem Hybridfahrzeug, verwendbar. Die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 ist zum Ausführen einer endothermen Elektrolyse unter Verbrauch eines bereitgestellten Stroms und zum Erzeugen von Strom mittels einer zu der Elektrolyse reversiblen exothermen Reaktion ausgelegt. In dem
Ausführungsbeispiel der Fig. la ist die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 dazu ausgelegt, als endotherme Elektrolyse unter Verbrauch des
bereitgestellten Stroms Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten und mittels der reversiblen exothermen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser (Knallgasreaktion) Strom zu erzeugen. Es wird darauf hingewiesen, dass diese Auslegung der regerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 jedoch nur beispielhaft zu interpretieren ist. Vorzugsweise ist die regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung 10 in ihrem aktivierten Zustand so ansteuerbar, dass entweder die endotherme Elektrolyse oder die exothermen Reaktion mittels der regerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 ausführbar ist.
Sowohl während der endothermen Elektrolyse als auch während der exothermen Reaktion fällt eine Abwärme 12 der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 an. Die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 ist zusätzlich derart ausgelegt und direkt oder indirekt so an eine Wärmeübertragungsvorrichtung 14 des Kraftfahrzeugs und/oder an eine Sorptionskältemaschine 16 des
Kraftfahrzeugs anbindbar/angebunden, dass die Abwärme 12 der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 zumindest teilweise an die
Wärmeübertragungsvorrichtung 14 weiterleitbar ist und/oder zumindest eine Untereinheit der Sorptionskältemaschine 16 mittels zumindest eines Teils der Abwärme 12 der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 beheizbar ist. In der Ausführungsform der Fig. la ist die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 sowohl an die Wärmeübertragungsvorrichtung 14 als auch an die Sorptionskältemaschine 16 angebunden. Die regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung 10 kann auch ein Teil eines (kompakten)
Fahrzeugtemperiersystems sein, welches die Wärmeübertragungsvorrichtung 14 und/oder die Sorptionskältemaschine 16 zusätzlich umfasst. Die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 kann somit zusammen mit der
Wärmeübertragungsvorrichtung 14 und/oder der Sorptionskältemaschine 16 als eine (kompakte) bauliche Einheit ausgebildet sein.
Sofern die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 an die
Wärmeübertragungsvorrichtung 14 angebunden ist, kann die zumindest teilweise an die Wärmeübertragungsvorrichtung 14 bereitgestellte Abwärme 12 der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 in einen Fahrzeuginnenraum eines (mit der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 und der
Wärmeübertragungsvorrichtung 14 ausgestatteten) Fahrzeugs, insbesondere in einen Fahrgastraum, weitergeleitet werden. Auf diese Weise ist der
Fahrzeuginnenraum mittels der von der Wärmeübertragungsvorrichtung 14 zumindest teilweise weitergeleiteten Abwärme 12 der regenerativen
Brennstoffzellenvorrichtung 10 heizbar. Somit kann die Abwärme 12 der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 zum Beheizen des
Fahrzeuginnenraums genutzt werden, wodurch zumindest weniger Kraftstoff und/oder weniger elektrische Energie zum Fahrzeugheizen benötigt wird.
Insbesondere kann die Abwärme 12 der regenerativen
Brennstoffzellenvorrichtung 10 zum komfortablen Beheizen des
Fahrzeuginnenraums ausreichend sein. Die hier beschriebene Nutzbarkeit der die Abwärme 12 der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 reduziert somit einen Energieverbrauch eines Fahrzeugs bei Heizen.
Unter der Sorptionskältemaschine 16 kann z.B. eine Sorptionsklimaanlage verstanden werden. Die Sorptionskältemaschine 16 kann insbesondere eine Absorptionskältemaschine 16 oder eine Adsorptionskältemaschine
umfassen/sein. Wie unten genauer ausgeführt wird, kann mittels eines
Beheizens zumindest einer Untereinheit der Sorptionskältemaschine 16 mittels zumindest des Teils der Abwärme 12 der regenerativen
Brennstoffzellenvorrichtung 10 der Fahrzeuginnenraum mittels der
Sorptionskältemaschine 16 abgekühlt werden. Somit kann auch in diesem Fall die Abwärme 12 der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 dazu genutzt werden,
einen zum Kühlen des Fahrzeuginnenraums notwendigen Kraftstoffverbrauch und/oder Verbrauch an elektrischer Energie zumindest zu reduzieren. Auch kann die Abwärme 12 der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 zum komfortablen Kühlen des Fahrzeuginnenraums soweit ausreichen, dass kein Kraftstoffverbrauch und kein Verbrauch an elektrischer Energie zum Kühlen des Fahrzeuginnenraums notwendig sind. Auch beim Kühlen des
Fahrzeuginnenraums kann somit Energie eingespart werden.
Beispielsweise weist eine zur endothermen Spaltung von Wasser und zur Stromgewinnung durch die Knallgasreaktion ausgelegte regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung 10 (insbesondere im Brennstoffzellenbetrieb) häufig eine Abwärme 12 auf, welche zumindest einer thermischen Leistung von mindestens 6,5 kW entspricht. Dies ist ausreichend für einen Heizbetrieb, bei welchem selbst bei extremen Außentemperaturen eine gute Beheizung des Fahrzeuginnenraums auf eine angenehme Temperatur erreicht wird. Auch zum verlässlichen Kühlen des Fahrzeuginnenraums auf eine angenehme Temperatur ist die thermische Leistung von 6,5 kW selbst bei heißen Außentemperaturen ausreichend.
Bei einem Elektrofahrzeug ist herkömmlicher Weise ein Heizen oder Kühlen des Fahrzeugs ausschließlich mittels einer Steigerung des Verbrauchs an
elektrischer Energie möglich. Das Gewährleisten einer angenehmen Temperatur in einem Elektrofahrzeug erfordert damit nach dem Stand der Technik ein häufigeres Nachladen/Nachtanken von elektrischer Energie. Diese herkömmliche Komforteinbuße ist jedoch mittels der oben beschriebenen Anbindung der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 an die
Wärmeübertragungsvorrichtung 14 und/oder an die Sorptionskältemaschine 16 behebbar. Ein Fahrer wird somit zum Kauf/Benutzen eines umweltfreundlichen und leisen Elektrofahrzeugs angeregt.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass bei jedem Fahrzeugtyp mittels der oben beschriebenen Anbindung der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 an die Wärmeübertragungsvorrichtung 14 und/oder an die Sorptionskältemaschine 16 eine für einen Insassen angenehme Temperatur im Fahrzeuginnenraum auf umweltfreundliche und energiesparende Weise gewährleistbar ist.
Gegebenenfalls kann zumindest ein Teil der Abwärme 12 vor einer Weiterleitung an die Wärmeübertragungsvorrichtung 14 und/oder an die
Sorptionskältemaschine 16 in einem Speicher zwischengespeichert werden. Auf diese Weise kann selbst während eines längeren Vorliegens der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 in einem deaktivierten Zustand die Abwärme 12 zumindest teilweise noch zum Heizen oder Kühlen des Fahrzeuginnenraums verwendet werden.
In Fig. lb ist eine mit der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 verwendbare Sorptionskältemaschine 16 beispielhaft dargestellt. Die
Sorptionskältemaschine 16 ist als Absorptionskältemaschine 16 ausgebildet, wobei ein Austreiber 18 als Untereinheit der Sorptionskältemaschine 16 mittels zumindest des Teils der Abwärme 12 der regenerativen
Brennstoffzellenvorrichtung 10 beheizbar ist. In dem dargestellten Beispiel ist die Sorptionskältemaschine 16 speziell eine LiBr/H20- Absorptionskälteanlage und weist damit Wasser als Kältemittel in einem Kältemittelkreis 20 und eine wässrige Lithiumbromid-Lösung als Lösungsmittel in einem Lösungsmittelkreis 22 auf.
In einem Verdampfer 24 in dem Kältemittelkreis 20 wird flüssiges Wasser mittels einer Pumpe 26 auf eine Rohrleitung 28 gesprüht. Der in dem Verdampfer 24 vorliegende Druck wird so niedrig gehalten, dass das auf die Rohrleitung 28 gesprühte Wasser verdampft und somit ein Abkühlen eines über die Rohrleitung
28 geführten Kaltwassers, z.B. von 12°C auf 6°C, bewirkt. Mittels des
Verdampfens des Wassers auf der Rohrleitung 28 wird somit dem Kaltwasser Wärme entzogen, so dass das abgekühlte Kaltwasser zur Kühlung des
Fahrzeuginnenraums nutzbar ist.
Um den niedrigen Druck im Verdampfer 24 aufrechtzuerhalten, wird
Wasserdampf über eine Leitung 30 aus dem Verdampfer in einen in dem
Lösungsmittelkreis 22 liegenden Absorber 32 überführt und dort in dem
Lösungsmittel gelöst. Das mit dem Wasser verdünnte Lösungsmittel wird anschließend mittels einer weiteren Pumpe 34 aus dem Absorber 32 über eine Leitung 36 in den im Lösungsmittelkreis 22 liegenden Austreiber 18 gepumpt. Die in den Austreiber 18 des Lösungsmittelkreislaufs 22 einleitbare Abwärme 12 bewirkt ein Beheizen des verdünnten Lösungsmittels, wodurch Wasserdampf freigesetzt wird, welcher aus dem Austreiber 18 über eine Leitung 38 in einen im Kühlmittelkreis 20 liegenden Kondensator 40 entweichen kann. Das im
Austreiber 18 zurückverbleibende konzentrierte Lösungsmittel kann über einen Lösungs-Wärme-Tauscher 42 in den Absorber 32 zurückgeführt werden. Der in den Kondensator 40 entweichende Wasserdampf kondensiert dort zu Wasser, welches erneut mittels der Pumpe 26 aus dem Kondensator 40 über eine Leitung 44 in den Verdampfer 24 pumpbar und danach auf die Rohrleitung 28 sprühbar ist.
Die an die Sorptionskältemaschine 16 bereitgestellte Abwärme 12 der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 kann somit zum Aufrechterhalten eines Kreislaufs genutzt werden, welcher eine fortlaufende Kühlung des über die Rohrleitung 28 geführten Kaltwassers ermöglicht. Eine Abwärme des mittels der Fig. lb dargestellten Prozesses kann über externe Wärmetauscher 46 und 48, welche beispielsweise mittels eines Wassers von einem Kühlturm und/oder mittels eines anders bereitgestellten Kühlwassers betrieben werden, abgeführt werden. Da die Pumpen 26 und 34 kaum Energie verbrauchen, wird die zum Aufrechterhalten des Prozesses benötigte Energie fast ausschließlich über die Abwärme 12 der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 gedeckt. Damit ist eine Fahrzeugkühlung, welche die Energieressourcen des Kraftfahrzeugs kaum beansprucht, möglich.
Somit kann eine kostengünstige Li Br/H20- Absorptionskälteanlage als
Sorptionskältemaschine 16 so eingesetzt werden, dass selbst bei heißen Außentemperaturen der Fahrzeuginnenraum mittels der Abwärme 12 angenehm abkühlbar ist.
Es wird auch darauf hingewiesen, dass als Sorptionskältemaschine 16 eine Adsorptionskältemaschine, d.h. eine Sorptionskältemaschine 16 mit einem festen Sorptionsmittel, einsetzbar ist. Eine derartige Sorptionskältemaschine 16 kann unter einer Nutzung der Abwärme 12 insbesondere als Kältespeicher eingesetzt werden. In der Ausführungsform der Fig. la ist die regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung 10 vorteilhafterweise derart direkt oder indirekt an einem elektrischen Antriebsmotor 50 des Kraftfahrzeugs anbindbar/angebunden, dass der von der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 erzeugte Strom an den elektrischen Antriebsmotor 50 ausgebbar ist. Die regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung 10 bildet insbesondere zusammen mit einer Batterie 52, welche beispielsweise eine Lithium- Ionen- Batterie ist, ein
Energieversorgungssystem für den elektrischen Antriebsmotor 50. Auch mittels der Batterie 52 ist der elektrische Antriebsmotor 50 bestrombar. Die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 unterstützt somit die Batterie 52. Dies trägt zu einer Erhöhung der Speicherkapazität und der Energiedichte des aus den Komponenten 10 und 52 bestehenden Energieversorgungssystems, speziell für ein Elektrofahrzeug, gegenüber einer herkömmlichen Fahrzeugbatterie bei. Außerdem kann auf diese Weise eine Lebensdauer der Batterie 52 durch Reduktion der anfallenden Lade- und Entlade-Zyklen gesteigert werden. Dies bewirkt auch eine Entkopplung von Leistung und Energieinhalt des
Energieversorgungssystems, während bei einer herkömmlichen Verwendung von lediglich einer Fahrzeugbatterie zur Energieversorgung des elektrischen
Antriebsmotors 50 Leistung und Energie direkt zusammenhängen.
Durch die Nutzung der Abwärme 12 der regenerativen
Brennstoffzellenvorrichtung 10 zum Heizen oder Kühlen des
Fahrzeuginnenraums wird kaum eine Energie der Batterie 52 zum Einstellen einer angenehmen Temperatur im Fahrzeuginnenraum benötigt. Dies bewirkt eine signifikante Reduktion des Verbrauchs der auf der Batterie 52 gespeicherten Energie, insbesondere bei einem Elektrofahrzeug, wodurch eine zusätzliche Schonung der Batterie 52 und ein längeres und weiteres Fahren mittels der auf der Batterie 52 gespeicherten Energie ermöglicht wird. Eine Reichweite eines mit der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 und der Batterie 52
ausgestatteten Fahrzeugs nach einem Betanken ist mindestens auf über 200 km steigerbar. Eine Akzeptanz eines Elektrofahrzeugs für einen Fahrer wird damit gesteigert. Die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 und die Batterie 52 sind elektrisch an eine gemeinsame elektrische Schnittstelle 54 angebunden, über welche ein Ladestrom von einer fahrzeugexternen Stromversorgungsquelle 56 derart an die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 und an die Batterie 52 bereitstellbar ist, dass die Batterie 52 aufladbar und mindestens ein an die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 angebundener Speicher 58a und 58b für ein bei der endothermen Elektrolyse erzeugtes Elektrolyseprodukt auffüllbar ist. Ein„Betanken" des mit dem Energieversorgungssystem
ausgestatteten Fahrzeugs ist somit rein elektrisch möglich. Ein direktes
Nachfüllen des mindestens einen Speichers 58a und 58b ist nicht notwendig.
Das Bereitstellen des Ladestroms an die regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung 10 und an die Batterie 52 kann wahlweise gleichzeitig oder in einer vorgegebenen Reihenfolge erfolgen.
Die gemeinsame elektrische Schnittstelle 54 kann beispielsweise eine
Ladeelektronik sein.
Mittels eines Energiemanagers 60 kann der Energiefluss zwischen dem elektrischen Antriebsmotor 50, der Batterie 52 und der regenerativen
Brennstoffzellenvorrichtung 10 steuerbar sein. Beispielsweise kann das
Ansteuern der Komponenten 10, 50 und 52 mittels des Energiemanagers 60 so erfolgen, dass der elektrische Antriebsmotor 50 in einem Booster- Betrieb gleichzeitig mittels der Batterie 52 und mittels der regenerativen
Brennstoffzellenvorrichtung 10 mit elektrischem Strom versorgbar ist. Bei einem Normalbetrieb des elektrischen Antriebsmotors 50 hingegen kann der Stromfluss zwischen den Komponenten 10, 50 und 52 so angesteuert werden, dass wahlweise zuerst die Energie der Batterie 52 oder zuerst die auf der
regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 in Form der Elektrolyseprodukte gespeicherte Energie zum Betreiben des elektrischen Antriebsmotors 50 verbraucht wird.
Optionalerweise können die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 und die Batterie 52 an dem generatorisch betreibbaren elektrischen Antriebsmotor 50 und/oder einem (nicht skizzierten) Generator des Kraftfahrzeugs
anbindbar/angebunden sein. Vorzugsweise ist in diesem Fall ein von dem generatorisch betreibbaren elektrischen Antriebsmotor 50 und/oder dem Generator (beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs) erzeugter Generatorstrom derart an die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 und an die Batterie 52 bereitstellbar, dass die Batterie 52 aufladbar und der mindestens eine Speicher 58a und 58b (durch Ausführen der endothermen Elektrolyse) auffüllbar ist. Der Generatorstrom kann wahlweise gleichzeitig oder in einer vorgegebenen
Reihenfolge an die Batterie 52 und an die regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung 10 bereitstellbar sein. Die auf diese Weise realisierbare Aufteilung des Generatorstroms auf die Batterie 52 und auf die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 bewirkt eine Erhöhung des zurückgewonnenen Energieanteils während des rekuperativen Bremsens. Da außerdem in diesem Fall während des rekuperativen Bremsens der an die Batterie 52 ausgegebene Generatorstrom ohne eine Reduzierung der
Rekuperationseffizienz reduzierbar ist, wird die Batterie 52 besser geschont. Dies bewirkt eine Erhöhung der Lebensdauer der Batterie 52.
In der Ausführungsform der Fig. la umfasst die regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung beispielhaft eine Elektrolyseeinheit 62 (bzw. einen Elektrolyseur) und eine Brennstoffzelleneinheit 64. Die Elektrolyseeinheit 62 ist dazu ausgelegt, unter Verbrauch eines bereitgestellten Stroms/Ladestroms Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Optionaler Weise kann dazu de-ionisiertes Wasser einem Tank 66 der regenerativen
Brennstoffzellenvorrichtung 10 entnehmbar sein. Mittels der
Brennstoffzelleneinheit 64 ist die Knallgasreaktion zur Stromerzeugung ausführbar. Als Alternative zu der getrennten Ausbildung der Einheiten 62 und 64 kann die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 jedoch auch eine kompakt ausgebildete Elektrolyse- und Brennstoffzelleneinheit haben.
Die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung der Fig. la ist als geschlossenes System ausgebildet, so dass zusätzlich zu einem Wasserstoffspeicher 58a zum Abspeichern des bei der endothermen Elektrolyse erzeugten Wasserstoffs noch ein Sauerstoffspeicher 58b zum Lagern des gleichzeitig gewonnenen Sauerstoffs in der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 vorhanden ist. Bei dem geschlossenen System ist die Elektrolyseeinheit 62 bevorzugt als Gleichdruck- Elektrolyseur ausgebildet, so dass sowohl der erzeugte Wasserstoff als auch der gewonnene Sauerstoff druckbeaufschlagt an die Speicher 58a und 58b abgegeben werden.
Der in dem Koordinatensystem der Fig. lc dargestellte Graph gH2 gibt eine Relation zwischen einem in dem Wasserstoffspeicher 58a vorliegenden
Speicherdruck pH2 und einem ausreichenden Volumen VH2 des
Wasserstoffspeichers 58a wieder. Entsprechend ist eine Relation zwischen einem in dem Sauerstoffspeicher 58b vorliegenden Speicherdruck p02 und einem ausreichenden Volumen V02 des Sauerstoffspeichers 58b mittels des Graphens g02 in dem Koordinatensystemen der Fig. ld dargestellt.
Wie anhand der Graphen gH2 und g02 schematisch wiedergegeben, ist bei einem leicht realisierbaren Speicherdruck pH2 und p02 bereits ein relativ kleines Volumen VH2 und V02 der Speicher 58a und 58b ausreichend. Der
Speicherdruck pH2 und p02 kann beispielsweise in beiden Speichern 58a und 58b bei 700 bar liegen, so dass für den Wasserstoffspeicher 58a ein Volumen VH2 von 15,5 Liter und für den Sauerstoffspeicher 58b ein Volumen V02 von 7,5 Liter ausreichend ist. In der Regel ist eine Nachverdichtung nicht notwendig. (Gegebenenfalls kann eine Wasserstoff-Nachverdichtungseinheit benutzt werden.) Es wird darauf hingewiesen, dass bei diesen Volumen VH2 und V02 für die Speicher 58a und 58b die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 mit einem Gesamtvolumen von ca. 38 Liter ausbildbar ist. Das Gesamtvolumen der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 kann damit noch unter dem
Volumen der Batterie 52 (bei einer Lithium- Ionen- Batterie typischerweise 50 Liter) liegen.
Eine Ausstattung der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 mit dem Tank 66 für de-ionisiertes Wasser 66 ist optional. Außerdem kann die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung 10 auch als offenes System ausgebildet sein, wobei die Brennstoffzelleneinheit 64 Luftsauerstoff zum Ausführen der Knallgasreaktion verwendet. In diesem Fall wird der von der Elektrolyseeinheit 62 erzeugte Sauerstoff in die Atmosphäre entlassen. Wahlweise kann das dabei gewonnene deionisierte Wasser in dem Tank 66 zwischengespeichert oder in die
Atmosphäre abgegeben werden. Bei einer Ausbildung der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung 10 als offenes System liegt deren Gesamtvolumen bei ca. 35,5 Liter.
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Variieren einer Temperatur in einem Fahrzeuginnenraum eines mit einer regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung ausgestatteten
Kraftfahrzeugs.
Zum Ausführen des im Weiteren erläuterten Verfahrens können beispielsweise zumindest einige der zuvor beschriebenen Komponenten verwendet werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausführbarkeit des Verfahrens nicht auf das Einsetzen wenigstens einige dieser Komponenten beschränkt ist.
Beim Nutzen des Verfahrens zum Variieren einer Temperatur in einem
Fahrzeuginnenraum eines mit einer regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeugs wird mindestens einer der Verfahrensschritte Sl und S2 ausgeführt:
In einem Verfahrensschritt Sl wird eine Abwärme der regenerativen
Brennstoffzellenvorrichtung, welche bei einem Ausführen einer endothermen Elektrolyse unter Verbrauch eines bereitgestellten Stroms und/oder bei einer zu der Elektrolyse reversiblen exothermen Reaktion zur Stromerzeugung anfällt, zumindest teilweise an eine Wärmeübertragungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs weitergeleitet. Mittels der Wärmeübertragungsvorrichtung kann die zumindest teilweise bereitgestellte Abwärme deshalb so in einen Fahrzeuginnenraum weitergeleitet werden, dass der Fahrzeuginnenraum mittels der von der Wärmeübertragungsvorrichtung zumindest teilweise weitergeleiteten Abwärme der regenerativen Brennstoffzellen Vorrichtung geheizt wird.
In einem Verfahrensschritt S2 wird zumindest eine Untereinheit einer
Sorptionskältemaschine mittels zumindest eines Teils der Abwärme der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung beheizt. Wie oben bereits erklärt ist, kann auf diese Weise der Fahrzeuginnenraum mittels der
Sorptionskältemaschine abgekühlt werden. Die Verfahrensschritte Sl und S2 können in beliebiger Reihenfolge und mit beliebig vielen Wiederholungen ausgeführt werden. Auf eine erneute Beschreibung der damit realisierten Vorteile wird hier verzichtet.

Claims

Ansprüche
1. Regenerative Brennstoffzellenvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, welche dazu ausgelegt ist, eine endotherme Elektrolyse unter Verbrauch eines bereitgestellten Stroms auszuführen und mittels einer zu der endothermen Elektrolyse reversiblen exothermen Reaktion Strom zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung (10) zusätzlich derart ausgelegt und direkt oder indirekt so an eine
Wärmeübertragungsvorrichtung (14) des Kraftfahrzeugs und/oder an eine Sorptionskältemaschine (16) des Kraftfahrzeugs anbindbar ist, dass eine Abwärme (12) der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung (10) zumindest teilweise an die Wärmeübertragungsvorrichtung (14) weiterleitbar ist und/oder zumindest eine Untereinheit (18) der
Sorptionskältemaschine (16) mittels zumindest eines Teils der Abwärme (12) der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung (10) beheizbar ist.
2. Regenerative Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Sorptionskältemaschine (16) eine Absorptionskältemaschine (16) umfasst und ein Austreiber (18) als Untereinheit (18) der Sorptionskältemaschine (16) mittels zumindest des Teils der Abwärme (12) der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung (10) beheizbar ist.
3. Regenerative Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sorptionskältemaschine (16) eine Adsorptionskältemaschine umfasst. Regenerative Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung (10) derart direkt oder indirekt an einen elektrischen Antriebsmotor (50) des Kraftfahrzeugs anbindbar ist, dass der von der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung (10) erzeugte Strom an den elektrischen Antriebsmotor (15) ausgebbar ist.
Regenerative Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung (10) dazu ausgelegt ist, als endotherme Elektrolyse unter Verbrauch des bereitgestellten Stroms Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten und mittels der reversiblen exothermen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser Strom zu erzeugen.
Fahrzeugtemperiersystem für ein Kraftfahrzeug mit einer regenerative Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, der Wärmeübertragungsvorrichtung (14) und/oder der Sorptionskältemaschine (16).
Energieversorgungssystem für einen elektrischen Antriebsmotor (50) eines Kraftfahrzeugs mit einer regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 und 5; und einer Batterie (52), mittels welcher der elektrische Antriebsmotor (10) bestrombar ist; wobei die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung (10) und die Batterie (52) elektrisch an eine gemeinsame elektrische Schnittstelle (54) angebunden sind, über welche ein Ladestrom von einer fahrzeugexternen Stromversorgungsquelle (56) derart an die regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung (10) und an die Batterie (52) bereitstellbar ist, dass die Batterie (52) aufladbar und mindestens ein an die regenerative Brennstoffzellenvorrichtung (10) angebundener Speicher (58a, 58b) für ein bei der endothermen Elektrolyse erzeugtes Elektrolyseprodukt auffüllbar ist.
Energieversorgungssystem nach Anspruch 7, wobei der elektrische Antriebsmotor (50) in einem Booster- Betrieb gleichzeitig mittels der Batterie (52) und mittels der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung (10) mit Strom versorgbar ist.
Energieversorgungssystem nach Anspruch 7 oder 8, wobei die
regenerative Brennstoffzellenvorrichtung (10) und die Batterie (52) an den generatorisch betreibbaren elektrische Antriebsmotor (50) und/oder einen Generator des Kraftfahrzeugs anbindbar sind, und ein von dem
generatorisch betreibbaren elektrischen Antriebsmotor (50) und/oder dem Generator erzeugter Generatorstrom derart an die regenerative
Brennstoffzellenvorrichtung (10) und an die Batterie (52) bereitstellbar ist, dass die Batterie (52) aufladbar und der mindestens eine Speicher (58a, 58b) auffüllbar ist.
Elektrofahrzeug mit einer regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, einem Fahrzeugtemperiersystem nach Anspruch 6 oder mit einem Energieversorgungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9.
Verfahren zum Variieren einer Temperatur in einem Fahrzeuginnenraum eines mit einer regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung (10)
ausgestatteten Kraftfahrzeugs mit mindestens einem der Schritte:
Weiterleiten einer Abwärme (12) der regenerativen
Brennstoffzellenvorrichtung (10), welche bei einem Ausführen einer endothermen Elektrolyse unter Verbrauch eines bereitgestellten Stroms und/oder bei einer zu der Elektrolyse reversiblen exothermen Reaktion zu Stromerzeugung anfällt, zumindest teilweise an eine
Wärmeübertragungsvorrichtung (14) des Kraftfahrzeugs (Sl); und/oder Beheizen zumindest einer Untereinheit (18) einer Sorptionskältemaschine (16) des Kraftfahrzeugs mittels zumindest eines Teils der Abwärme (12) der regenerativen Brennstoffzellenvorrichtung (10) (S2).
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