DE102017011282A1 - Energy supply system for a vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem (2) für ein Fahrzeug (1), aufweisend ein Brennstoffzellensystem (9), einen Tank (7) für komprimierten Wasserstoff, eine elektrische Energiespeichereinrichtung (6), wobei die elektrische Energiespeichereinrichtung (6) und der Tank (7) in wärmeleitendem Kontakt zueinander stehen. Das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem dadurch gekennzeichnet, dass, die elektrische Energiespeichereinrichtung (6) und der Tank (7) in zwei Ebenen direkt übereinander angeordnet sind.The invention relates to a power supply system (2) for a vehicle (1), comprising a fuel cell system (9), a compressed hydrogen tank (7), an electrical energy storage device (6), wherein the electrical energy storage device (6) and the tank (7 ) are in heat-conducting contact with each other. The energy supply system according to the invention, characterized in that, the electrical energy storage device (6) and the tank (7) are arranged directly above one another in two planes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a power supply system for a vehicle according to the closer defined in the preamble of claim 1.

Energieversorgungssysteme für ein Fahrzeug sind soweit aus dem Stand der Technik bekannt. Für ein sogenanntes Brennstoffzellenfahrzeug weisen diese Energieversorgungssystem im Allgemeinen immer ein Brennstoffzellensystem, einen Tank für beispielsweise komprimierten Wasserstoff und eine elektrische Energiespeichereinrichtung, beispielsweise eine Batterie, auf. Diese Komponenten werden dann bedarfsgerecht in dem Fahrzeug montiert.Power supply systems for a vehicle are well known in the art. For a so-called fuel cell vehicle, these power supply systems generally always include a fuel cell system, a tank for, for example, compressed hydrogen, and an electrical energy storage device, such as a battery. These components are then assembled as needed in the vehicle.

Aus dem Stand der Technik sind derartige Energieversorgungssysteme, welche insbesondere im Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordnet werden, prinzipiell bekannt. So beschreibt beispielsweise die DE 10 2014 008 480 A1 eine derartige Energieversorgungsvorrichtung, welche im Mitteltunnel eines Fahrzeugs angeordnet wird. Auch die EP 1 533 161 A1 beschreibt einen derartigen Aufbau, welcher im Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordnet ist, und sich über die gesamte Länge des Fahrzeugs hinzieht. Bei derartigen Anordnungen ist es immer problematisch, dass gravierende Änderungen am Rohbau des Fahrzeugs vorgenommen werden müssen, sodass ein Brennstoffzellenfahrzeug und ein herkömmliches Fahrzeug nicht in derselben Art und Weise aufgebaut sein können, was zu erheblichen Kostennachteilen führt. Ferner ist es so, dass einzelne Behälter beispielsweise im Mitteltunnel oder quer zwischen der Hinterachse, wie es im genannten Stand der Technik beschrieben ist, typischerweise nicht ausreichen um eine interessante und gewünschte Reichweite des Fahrzeugs darzustellen, weil die Speichermenge zu gering ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass einzelne Behälter, wenn sie ein größeres Volumen speichern sollen, einen entsprechend großen Durchmesser erforderlich machen, sodass sie eine sehr hohe Bauhöhe haben und damit die Möglichkeit sie im Fahrzeugunterboden unterzubringen massiv einschränken.Such energy supply systems, which are arranged in particular in the underbody area of the vehicle, are known in principle from the prior art. For example, describes the DE 10 2014 008 480 A1 Such a power supply device which is arranged in the center tunnel of a vehicle. Also the EP 1 533 161 A1 describes such a structure, which is arranged in the underfloor region of the vehicle, and extends over the entire length of the vehicle. In such arrangements, it is always problematic that serious changes to the body of the vehicle must be made, so that a fuel cell vehicle and a conventional vehicle can not be constructed in the same manner, resulting in significant cost disadvantages. Furthermore, individual containers, for example in the center tunnel or transversely between the rear axle, as described in the cited prior art, are typically insufficient to present an interesting and desired range of the vehicle because the amount of storage is too small. Another disadvantage is that individual containers, if they are to store a larger volume, make a correspondingly large diameter required so that they have a very high height and thus the ability to accommodate them in the underbody massively limit.

Bei der zusätzlichen Verwendung eines sogenannten Rohrspeichers ist ein ähnlicher Aufbau auch aus der US 2004/0140662 A1 bekannt. Das Problem bei derartigen Rohrtanks als Speichertanks für den Wasserstoff ist es immer, dass eine Vielzahl von dünnen und langen Behältern zu einem Bündel parallel verschaltet wird. Der Aufbau ist entsprechend komplex und erfordert durch die parallele Verschaltung eine Vielzahl von Ventileinrichtungen, was ihn teuer, schwer und störanfällig macht.In the additional use of a so-called tube memory a similar structure is also from the US 2004/0140662 A1 known. The problem with such tube tanks as storage tanks for hydrogen is always that a plurality of thin and long containers is connected in a bundle in parallel. The structure is correspondingly complex and requires by the parallel connection a variety of valve devices, which makes it expensive, difficult and prone to failure.

Wichtig bei derartigen Aufbauten ist es auch, dass Abwärme zuverlässig abgeführt und bei Bedarf einzelne Komponenten, beispielsweise der Tank bei einem großen Entnahmevolumenstrom an Wasserstoff beheizt werden kann. Aus diesem Grund ist das Wärmemanagement entscheiden. Mit diesem Aspekt beschäftigen sich beispielsweise die DE 20 2009 011 748 U1 , welche die Erwärmung des Tanks über Abwärme des Brennstoffzellensystems beschreibt, wozu ein Luftstrom um das Brennstoffzellensystem geleitet wird, welcher sich entsprechend erwärmt und anschließend die einzelnen Behälter des Tanksystems umströmt.Important in such structures, it is also that waste heat reliably dissipated and, if necessary, individual components, such as the tank can be heated at a large extraction volume flow of hydrogen. For this reason, thermal management is crucial. This aspect, for example, deals with DE 20 2009 011 748 U1 , which describes the heating of the tank via waste heat of the fuel cell system, to which an air flow is passed to the fuel cell system, which heats up accordingly and then flows around the individual containers of the tank system.

Eine Vorrichtung zum Speichern von Energie ist außerdem aus der DE 10 2013 015 514 A1 bekannt. Dabei sind ein elektrischer Energiespeicher und ein Tank für Wasserstoff in Form eines Rohrtanks vorgesehen. Die Elemente stehen beide in direkter wärmeleitender Verbindung mit demselben Kühlmedium und sind insbesondere ineinander verschachtelt zu einer Baueinheit zusammengefasst.A device for storing energy is also out of the DE 10 2013 015 514 A1 known. In this case, an electrical energy store and a tank for hydrogen in the form of a tube tank are provided. The elements are both in direct heat-conducting connection with the same cooling medium and are in particular nested together to form a structural unit.

Zum weiteren allgemeinen Stand der Technik kann außerdem auf die WO 2013/166452 A1 hingewiesen werden. In dieser Schrift ist ein Aufbau beschrieben, bei welchem der Tank für komprimiertes Gas so ausgestaltet ist, dass einzelne Rohre in der Art einer Reihenschaltung miteinander verbunden sind, um die Anzahl der notwendigen Tankventile zu reduzieren. Bei geeigneter Anordnung der Rohre untereinander lässt sich so ein sehr kompakter Aufbau schaffen, welcher nach außen hin im Wesentlichen quaderförmig ist und damit für viele Einbausituationen sehr platzsparend eingesetzt werden kann.For further general state of the art can also on the WO 2013/166452 A1 be pointed out. In this document, a structure is described in which the compressed gas tank is configured to interconnect individual tubes in a series connection manner to reduce the number of necessary tank valves. With a suitable arrangement of the tubes with each other can thus create a very compact structure, which is outwardly substantially cuboid and thus can be used very compactly for many installation situations.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun gegenüber diesem Stand der Technik, ein verbessertes Energieversorgungssystem anzugeben sowie ein verbessertes Fahrzeug.The object of the present invention is now compared to this prior art to provide an improved power supply system and an improved vehicle.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Energieversorgungssystem mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Idee ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem löst ein Fahrzeug mit den Merkmalen im Anspruch 10 die Aufgabe. Auch hier ergibt sich eine vorteilhafte Weiterbildung aus den abhängigen Unteransprüchen.According to the invention this object is achieved by a power supply system having the features in claim 1, and in particular in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the idea emerge from the subclaims dependent thereon. In addition, a vehicle with the features in claim 10 solves the problem. Again, there is an advantageous development of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug umfasst, vergleichbar wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, ein Brennstoffzellensystem, einen Tank für Wasserstoff und eine elektrische Energiespeichereinrichtung. Die elektrische Energiespeichereinrichtung und der Tank sind dabei in wärmeleitendem Kontakt zueinander positioniert, sodass insbesondere die Abwärme der Batterie genutzt werden kann, um den Tank bei Bedarf zu erwärmen. Auch dies ist so weit aus dem Stand der Technik bekannt. Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass die elektrische Energiespeichereinrichtung und der Tank in zwei Ebenen direkt übereinander angeordnet sind. Dieser Aufbau ist besonders einfach und effizient. Anders als beispielsweise in der eingangs genannten DE 10 2013 015 514 A1 des Erfinders wird so eine einfache und effiziente Trennung von elektrischer Energiespeichereinrichtung und Tank für Wartungszwecke ermöglicht. Die Anordnung in zwei direkt miteinander verbundenen Ebenen erlaubt dennoch einen sehr kompakten Aufbau, bei dem die Elemente der Energiespeichereinrichtung und des Tanks übereinander angeordnet werden.The energy supply system for a vehicle according to the invention comprises, as it is known from the prior art, a fuel cell system, a tank for hydrogen and an electrical energy storage device. The electrical energy storage device and the tank are positioned in heat-conducting contact with each other, so that in particular the waste heat of the battery can be used to heat the tank when needed. This too is so far from the state known to the art. According to the invention, it is now provided that the electrical energy storage device and the tank are arranged directly above one another in two planes. This structure is particularly simple and efficient. Unlike, for example, in the aforementioned DE 10 2013 015 514 A1 The inventor thus enables a simple and efficient separation of electrical energy storage device and tank for maintenance purposes. The arrangement in two directly interconnected levels still allows a very compact structure in which the elements of the energy storage device and the tank are arranged one above the other.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee ist es dabei vorgesehen, dass im bestimmungsgemäßen Gebrauch in Richtung der Schwerkraft unten die elektrische Energiespeichereinrichtung und oben der Tank angeordnet ist. Die von der elektrischen Energiespeichereinrichtung aufsteigende Wärme kann so genutzt werden, um den Tank zu erwärmen. Wird aus dem Tank eine entsprechend hohe Menge an Wasserstoff entnommen, beispielsweise ein hoher Volumenstrom an Wasserstoff bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs, kommt es zu einer Abkühlung. Die abgekühlte Luft in der Umgebung um den Tank fällt dann nach unten und kann die Kühlung der elektrischen Energiespeichereinrichtung verbessern.According to a very advantageous development of the idea, it is provided that in the intended use in the direction of gravity down the electrical energy storage device and the top of the tank is arranged. The rising from the electrical energy storage device heat can be used to heat the tank. If a correspondingly high amount of hydrogen is withdrawn from the tank, for example a high volumetric flow of hydrogen when the vehicle accelerates, cooling occurs. The cooled air in the vicinity of the tank then falls down and can improve the cooling of the electrical energy storage device.

Außerdem ist es so, dass die Batterie als bevorzugte elektrische Energiespeichereinrichtung sehr viel schwerer als der Tank ist, sodass ein sehr tiefer Schwerpunkt des Fahrzeugs erreicht wird, sodass hierdurch eine ideale Gewichtsverteilung hinsichtlich der Agilität des Fahrzeugs ermöglicht wird, ähnlich einem sogenannten Mittelmotor bei herkömmlichen Fahrzeugen.In addition, as the preferred electric energy storage device, the battery is much heavier than the tank, so that a very low center of gravity of the vehicle is achieved, thereby enabling an ideal weight distribution with respect to the agility of the vehicle, similar to a so-called center motor in conventional vehicles ,

Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der Idee kann der Tank dabei als Rohrtank mit einer Mehrzahl von Rohrabschnitten ausgebildet sein. Ein solcher Rohrtank mit mehreren Rohrabschnitten lässt sich besonders einfach und effizient in kompakter Bauform realisieren. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Rohrabschnitten mit relativ kleinem Durchmesser und im Vergleich dazu großer Länge nebeneinander positioniert werden, um einen flachen im Wesentlichen rechteckigen Tank auszubilden. Ein solcher flacher rechteckiger Tank kann in Kombination mit ebenso flachen rechteckig angeordneten Elementen der elektrischen Energiespeichereinrichtung dann zu einem quaderförmigen relativ flachen Bauteil kombiniert werden, indem die Ebenen direkt übereinander gelegt werden. Ein solcher Aufbau lässt sich dann in einem Fahrzeug ideal nutzen, beispielsweise im Bereich des Unterbodens des Fahrzeugs, sodass ein außerordentlich kompakter Aufbau entsteht. Anders als bei herkömmlichen Aufbauten lässt sich trotz eines sehr großen Innenvolumens des Tanks dieser sehr flach ausbilden, was bezüglich des benötigten Bauraums bei den typischerweise in Fahrzeugen vorliegenden Bedingungen ideal ist.According to an extremely favorable development of the idea, the tank can be designed as a tube tank with a plurality of pipe sections. Such a tube tank with several pipe sections can be realized particularly simple and efficient in a compact design. For example, a plurality of relatively small diameter tube sections may be juxtaposed as compared to one another to form a flat substantially rectangular tank. Such a flat rectangular tank can then be combined in combination with equally flat rectangularly arranged elements of the electrical energy storage device to a cuboid relatively flat component by the planes are placed directly above each other. Such a structure can then be ideally used in a vehicle, for example in the area of the underbody of the vehicle, so that an extraordinarily compact structure is created. In contrast to conventional superstructures, despite a very large internal volume of the tank, it can be made very flat, which is ideal in terms of the required installation space in the conditions typically present in vehicles.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dieser Idee, kann es ferner vorgesehen sein, dass die Rohrabschnitte in der Art einer Reihenschaltung miteinander verbunden sind. Eine solche Reihenschaltung der Rohrabschnitte erfordert im Gegensatz zu der ansonsten üblichen Parallelschaltung der Rohrabschnitte einen sehr viel geringeren Aufwand hinsichtlich der Ventiltechnik, da jeder Rohrtank direkt mit dem benachbarten Rohrtank verbunden werden kann. Es reicht dann aus, den Rohrtank beispielsweise als Kreisrohrtank zu realisieren mit einer Befüll- und Entnahmestelle oder als in Reihe hintereinander geschaltete Anzahl von Rohrendabschnitten mit einem einzigen Entnahme- und Befüllventil beispielsweise an einem Ende und einem Blindstopfen am anderen Ende.According to a further advantageous embodiment of this idea, it may further be provided that the pipe sections are connected to each other in the manner of a series connection. Such a series connection of the pipe sections, in contrast to the otherwise usual parallel connection of the pipe sections a much less effort in terms of valve technology, since each pipe tank can be connected directly to the adjacent pipe tank. It is then sufficient to realize the pipe tank, for example, as a circular tube tank with a filling and removal point or as a series connected in series number of Rohrendabschnitten with a single sampling and filling valve, for example, at one end and a blind plug at the other end.

Die Betankbarkeit und Entnahme ist bei einem solchen Monobehälter als Tank sehr viel einfacher als bei einer Vielzahl von parallel angeordneten Rohrabschnitten, welche jeweils einen eigenen Behälter ausbilden, da hier keine Druckdifferenzen vorliegen. Neben der Einsparung von Ventilen ist dies ein weiterer entscheidender Vorteil.The fuelability and removal is much easier in such a mono container as a tank as a plurality of parallel pipe sections, which each form a separate container, since there are no pressure differences. In addition to saving on valves, this is another decisive advantage.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Idee sieht es ferner vor, dass das Brennstoffzellensystem in Kontakt zu den beiden Ebenen angeordnet ist. Das Brennstoffzellensystem wird also ergänzend zu den elektrischen Energiespeichereinrichtungen in der einen Ebene und dem Tank in der anderen Ebene mit zu einer integrierten Baueinheit des Energieversorgungssystems zusammengefasst. Es steht dann mit den beiden Ebenen in direktem Kontakt und kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung an einem Ende der beiden Ebenen angeordnet sein, sodass der Aufbau insgesamt quaderförmig bleibt oder in der Seitenansicht in der Art eines L ausgebildet ist und sich somit ideal eignet, um den Unterbau eines Fahrzeugs zu ergänzen und beispielsweise im Vorderwagen oder im Heck des Wagens die dort verfügbare höhere Bauhöhe für das Brennstoffzellensystem auszunutzen.Another very advantageous embodiment of the idea further provides that the fuel cell system is arranged in contact with the two planes. The fuel cell system is thus summarized in addition to the electrical energy storage devices in one level and the tank in the other level to an integrated unit of the power supply system. It is then in direct contact with the two levels and can be arranged according to an advantageous development at one end of the two planes, so that the structure remains cuboid overall or is formed in the side view in the manner of an L and thus ideally suited to the To complement substructure of a vehicle and take advantage, for example, in the front or in the rear of the car there available higher height for the fuel cell system.

Durch die Anordnung des Brennstoffzellensystems unmittelbar neben der Ebene mit dem Tank wird die Leitungsführung entsprechend vereinfacht, sodass insbesondere keine ständig mit Wasserstoff befüllten Hochdruckleitungen notwendig sind, welche über große Strecken durch den Aufbau, beispielsweise eines Fahrzeugs, verlaufen und für den Fall eines Unfalls oder dergleichen entsprechend abzusichern wären. Der gesamte Aufbau ist außerordentlich kompakt und einfach zu handhaben. Insbesondere kann er unabhängig von einem Fahrzeug aufgebaut werden, was dann im weiteren Verlauf eine sehr einfache und hocheffiziente Montage des Energieversorgungssystems in dem Fahrzeug erlaubt, welches hierzu lediglich in den Bereich des Unterbodens des Fahrzeugs bewegt und dort beispielsweise über Schrauben oder dergleichen fixiert werden muss.The arrangement of the fuel cell system immediately adjacent to the plane with the tank, the wiring is simplified accordingly, so that in particular no constantly filled with hydrogen high pressure lines are necessary, which extend over long distances through the structure, such as a vehicle, and in the event of an accident or the like would be hedged accordingly. The entire structure is extremely compact and easy to handle. In particular, he can be independent of a vehicle be set up, which then allows in the course of a very simple and highly efficient installation of the power supply system in the vehicle, which moves this only in the area of the underbody of the vehicle and there must be fixed, for example, screws or the like.

Eine weitere außerordentlich günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems sieht es dann ferner vor, dass energieabsorbierende Crashstrukturen an zumindest einer Seite in Kontakt zu den beiden Ebenen und/oder dem Brennstoffzellensystem angeordnet sind. Der gesamte Aufbau kann also an einer oder vorzugsweise an beiden in Längsrichtung verlaufenden Seiten oder besonders bevorzugt rundum mit Crashstrukturen versehen werden. Er kann dann im Einsatz in einem Fahrzeug relativ weit seitlich in den Außenbereich des Fahrzeugs ragen und ist dennoch ausreichend geschützt, sodass über die energieabsorbierenden Crashstrukturen sowohl die Batterie als auch der Tank als auch das Brennstoffzellensystem mit den wasserstoffführenden Leitungen gegen Beschädigungen bestmöglich gesichert ist.A further extremely favorable embodiment of the energy supply system according to the invention then further provides that energy-absorbing crash structures are arranged on at least one side in contact with the two planes and / or the fuel cell system. The entire structure can therefore be provided on one or preferably both sides extending in the longitudinal direction or particularly preferably all around with crash structures. He can then protrude in use in a vehicle relatively far laterally in the outer region of the vehicle and is still sufficiently protected, so that the battery and the tank and the fuel cell system with the hydrogen-carrying lines is best secured against damage via the energy-absorbing crash structures.

Der Tank kann dabei prinzipiell in jeder denkbaren Art ausgebildet sein, beispielsweise als Druckgasspeicher, als Cryo-Speicher oder als Cryo/Druck-Speicher. In einem Druckgasspeicher wird der Wasserstoff typischerweise bei Drücken von beispielsweise 35 bis 70 MPa Nenndruck gespeichert. Der Vorteil ist dabei, dass der Wasserstoff sich auf der Umgebungstemperatur befinden kann. In einem Cryo-Speicher oder auch einem Cryo/Druck-Speicher wird der Wasserstoff dahingegen bei niedrigen Temperaturen, zumindest im Cryo-Speicher, flüssig gespeichert. Hierdurch ist eine höhere Energiedichte zu erzielen. Bei einem Cryo-Speicher liegen dabei die typischen Drücke bei bis zu 2 MPa, die Temperaturen des gespeicherten Wasserstoffs bei -260° C bis -240° C. Die Weiterbildung des Cryo-Speichers zu einem sogenannten Cryo/Druck-Speicher speichert dahingegen kryogenes Gas bei Drücken von35 MPa bis zu 70 MPa, typischerweise jedoch in etwa 35 MPa. Auch bei einem solchen Cryo/Druck-Speicher liegen die Temperaturen bei typischerweise bei -260° C bis -240° C. Er kann, anders als der Cryo-Speicher, aufgrund seiner Druckstabilität bis 35 oder 70 MPa Nenndruck jedoch auch deutlich wärmer werden, ohne dass das Gas abgeblasen werden muss.The tank can in principle be designed in any conceivable manner, for example as a compressed gas storage, as a cryo-storage or as a cryo / pressure storage. In a compressed gas storage, the hydrogen is typically stored at pressures of, for example, 35 to 70 MPa nominal pressure. The advantage is that the hydrogen can be at ambient temperature. In contrast, the hydrogen is stored in liquid form in a cryo store or also in a cryo / pressure store at low temperatures, at least in the cryo store. As a result, a higher energy density can be achieved. In a cryogenic storage, the typical pressures are up to 2 MPa, the temperatures of the stored hydrogen at -260 ° C to -240 ° C. The development of the cryo storage to a so-called cryo / pressure storage stores contrast cryogenic gas at pressures of 35 MPa up to 70 MPa, but typically in about 35 MPa. Even with such a cryo / pressure storage, the temperatures are typically at -260 ° C to -240 ° C. However, unlike the cryo-storage, it can also be significantly warmer due to its pressure stability up to 35 or 70 MPa nominal pressure, without the gas having to be blown off.

In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des Energieversorgungssystems gemäß der Erfindung ist es ferner vorgesehen, dass zwischen zumindest einigen der Rohrabschnitte, und hier insbesondere denen, die der elektrischen Energiespeichereinrichtung zugewandt sind, Kühlmedienleitungen für ein flüssiges Kühlmedium eines Niedertemperatur-Kühlkreislaufs des Brennstoffzellensystems angeordnet sind. Diese besonders vorteilhafte Weiterbildung der Ausgestaltung als Rohrspeicher sieht es also vor, dass die zwischen den Rohren verbleibenden Zwischenräume zumindest teilweise für Kühlmedienleitungen genutzt werden, in denen flüssiges Kühlmedium strömt. Über dieses Kühlmedium kann die elektrische Energiespeichereinrichtung temperiert werden. Der Kühlkreislauf ist dabei ein Niedertemperatur-Kühlkreislauf des Brennstoffzellensystems, welcher auf einem mittleren Temperaturniveau beispielsweise zwischen 15 und 45° C oder vorzugsweise zwischen 20 und 40° C betrieben wird, um für die elektrische Energiespeichereinrichtung die ideale Temperatur zur Verfügung zu stellen. Der Tank würde zwar größere Temperaturschwankungen durchaus aushalten, es ist jedoch auch hiervon Vorteil, den Tank in einem derartigen Temperaturfenster zu halten, weil hierdurch die thermische Belastung des Materials reduziert wird, was sich insbesondere auf die Langlebigkeit von Dichtungen und dergleichen positiv auswirkt. Durch das Kühlmedium kann außerdem auch die von der Batterie aufsteigende Wärme von dem Tank abgehalten werden, wenn dieser nicht erwärmt werden soll, weil es z.B. im aktuellen Betriebspunkt verfahrenstechnisch nicht erwünscht ist, oder weil beispielsweise ein Cryo- oder ein Cryo/Druck-Speicher eingesetzt wird.In a further very favorable configuration of the energy supply system according to the invention, it is further provided that cooling medium lines for a liquid cooling medium of a low-temperature cooling circuit of the fuel cell system are arranged between at least some of the pipe sections, and in particular those which face the electrical energy storage device. This particularly advantageous embodiment of the embodiment as a tube memory therefore provides that the intermediate spaces remaining between the tubes are at least partially used for cooling media lines in which liquid cooling medium flows. About this cooling medium, the electrical energy storage device can be tempered. The cooling circuit is a low-temperature cooling circuit of the fuel cell system, which is operated at an average temperature level, for example, between 15 and 45 ° C or preferably between 20 and 40 ° C in order to provide the ideal temperature for the electrical energy storage device. Although the tank would tolerate greater temperature fluctuations, it is also advantageous to keep the tank in such a temperature window, because this reduces the thermal load on the material, which has a positive effect on the longevity of seals and the like. In addition, by the cooling medium, the heat rising from the battery can be kept away from the tank, if it is not to be heated, because e.g. procedurally undesirable in the current operating point, or because, for example, a cryo- or a cryo / pressure memory is used.

Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung dieser Idee kann es dabei vorsehen, dass die Kühlmedienleitungen auf der der elektrischen Energiespeichereinrichtung zugewandten Seite als Vorlauf, die Kühlmedienleitung auf der der elektrischen Energiespeichereinrichtung abgewandten Seite als Rücklauf für das Kühlmedium dienen. Dieser Einsatz der Kühlmedienleitungen, welche beispielsweise mit einen sogenannten Niedertemperatur-Kühlkreislauf des Brennstoffzellensystems in Verbindung stehen können, um die genannten Temperaturen von 20° C bis 40° C bereitzustellen, können dabei im Normalbetrieb insbesondere die elektrische Energiespeichereinrichtung in Form der Batterie kühlen, weil die Wärme von ihr entsprechend aufsteigt und damit die Kühlmedienleitungen, welche das Kühlmedium im Vorlauf transportieren, zuerst erreicht. Der Tank, welcher auch größere Temperaturen problemlos aushält, wird dann von der Restwärme durchströmt, welche gegebenenfalls noch von den oben liegenden Kühlmedienleitungen für das Kühlmedium im Rücklauf mit aufgenommen werden kann, Darüber hinaus kann das Kühlmedium beispielsweise im Bereich des Brennstoffzellensystems weitere Komponenten auf der Niedertemperatur kühlen, beispielsweise Elektronikkomponenten oder dergleichen.A very advantageous development of this idea can provide that the cooling media lines serve as a feed line on the side facing the electrical energy storage device, and the cooling medium line on the side remote from the electrical energy storage device serves as a return for the cooling medium. This use of the cooling media lines, which may be in connection for example with a so-called low-temperature cooling circuit of the fuel cell system to provide the said temperatures of 20 ° C to 40 ° C, can thereby cool the electric energy storage device in the form of the battery in normal operation in particular, because the Heat rises from her accordingly and thus the cooling media lines, which transport the cooling medium in the flow, reached first. The tank, which can withstand even greater temperatures without problems, is then flowed through by the residual heat, which may optionally be taken up by the overhead cooling media lines for the cooling medium in the return. In addition, the cooling medium can, for example in the area of the fuel cell system, further components at the low temperature cool, such as electronic components or the like.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Energieversorgungssystems sieht es ferner vor, dass bei der Ausgestaltung als Rohrtank zwischen den Rohrabschnitten von Kühlluft durchströmte Hohlräume angeordnet sind. Die bei der Ausgestaltung als Rohrtank zwischen den einzelnen Rohrabschnitten ohnehin verbleibenden Zwischenräume können bei einer Ausrichtung der Rohre in Längsrichtung des Energieversorgungssystems insbesondere genutzt werden, um von Kühlluft durchströmt zu werden, wodurch die Abkühlung der Batterie, welche bauartbedingt meist selbst nicht durchströmt werden kann, verbessert wird. Dies gilt insbesondere, wenn wärmeleitende Elemente der Batterie so zwischen den Batterieeinzelzellen angeordnet sind, dass diese die Wärme beispielsweise in den Grenzbereich zwischen dem Tank und der elektrischen Energiespeichereinrichtung abführen, sodass diese von durch den Rohrtank strömender Kühlluft ideal aufgenommen werden kann.An advantageous development of the energy supply system, it also provides that in the embodiment as a pipe tank between the pipe sections of cooling air perfused cavities are arranged. The in the embodiment as a tube tank between the individual pipe sections anyway remaining gaps can be used in particular with an orientation of the tubes in the longitudinal direction of the power supply system to be traversed by cooling air, whereby the cooling of the battery, which can not be flowed through the design itself, is improved. This is especially true when thermally conductive elements of the battery are arranged between the battery individual cells, that they dissipate the heat, for example in the boundary region between the tank and the electrical energy storage device, so that it can be ideally absorbed by flowing through the pipe tank cooling air.

Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, dass eine gemeinsame Tragstruktur in dem Energieversorgungssystem vorhanden ist, welche zumindest eine das Brennstoffzellensystem, den Tank und die elektrische Energiespeichereinrichtung im bestimmungsgemäßen Einsatz in Richtung der Schwerkraft nach unten abschließende Platte aufweist. Eine solche Bodenplatte sorgt für einen ausreichenden Schutz von unten, sodass beispielsweise keine Gegenstände, welche unter das Fahrzeug gelangen, das Energieversorgungssystem beschädigen können. Sie bietet auch Schutz vor thermischer Beeinträchtigung, beispielsweise durch Hitze, Feuer, einen Brand oder dergleichen. Ergänzend zu der Platte können weitere gemeinsame Elemente der Tragstruktur vorhanden sein, beispielsweise in Längsrichtung verlaufende Träger, welche zusammen mit der Platte die weiteren Komponenten des Energieversorgungssystems umschließen.According to a further very advantageous embodiment, it can also be provided that a common support structure is present in the energy supply system, which has at least one fuel cell system, the tank and the electrical energy storage device in the intended use in the direction of gravity downwards final plate. Such a floor plate provides sufficient protection from below, so that, for example, no objects that get under the vehicle, can damage the power supply system. It also provides protection against thermal degradation, such as heat, fire, fire or the like. In addition to the plate further common elements of the support structure may be present, for example, longitudinally extending support, which together with the plate surround the other components of the power supply system.

Wie bereits erwähnt, kann es für das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem insbesondere vorgesehen sein, dass dieses in einem Fahrzeug eingesetzt wird. Dementsprechend umfasst das Fahrzeug gemäß der Erfindung das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem in einer der oben beschriebenen Ausführungsvarianten, wobei dieses in dem erfindungsgemäßen Fahrzeug im Unterbodenbereich angeordnet ist. Diese Anordnung ist bei dem sehr kompakten Aufbau, welchen das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem trotz einem hohen Tankvolumen und einer entsprechend hohen Reichweite bietet, ideal. Vor allem bei der Ausgestaltung des Tanks als Rohrtank kann eine sehr geringe Bauhöhe der beiden Ebenen mit dem Tank und der elektrischen Energiespeichereinrichtung realisiert werden, was die Anwendung im Unterboden eines Fahrzeugs sehr effizient und platzsparend macht. Insbesondere muss das Fahrzeug dabei in seiner Grundstruktur nicht verändert werden, da in diesem Bereich ausreichender Platz bei den meisten Bauformen von Fahrzeugen vorhanden ist.As already mentioned, it can be provided in particular for the energy supply system according to the invention that it is used in a vehicle. Accordingly, the vehicle according to the invention comprises the energy supply system according to the invention in one of the embodiments described above, wherein this is arranged in the vehicle according to the invention in the underbody area. This arrangement is in the very compact design, which provides the energy supply system according to the invention despite a high tank volume and a correspondingly high range, ideal. Especially in the design of the tank as a pipe tank, a very low height of the two levels can be realized with the tank and the electrical energy storage device, which makes the application in the underbody of a vehicle very efficient and space-saving. In particular, the vehicle does not need to be changed in its basic structure, since there is sufficient space in most vehicle designs in this area.

Eine sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sieht es dabei vor, dass das Energieversorgungssystem im Bereich einer Hinterachse endet und einen schmaleren Bereich mit größerer Höhe aufweist, in welchem insbesondere das Brennstoffzellensystem oder Teile des Brennstoffzellensystems angeordnet sind. Diese vorteilhafte Weiterbildung des Fahrzeugs sieht es vor, dass das Energieversorgungssystem im Bereich der Hinterachse endet und nicht über die Hinterachse hinausragt, um so nur innerhalb der vergleichsweise crashsicheren Struktur des Fahrzeugs Teile des Energieversorgungssystems anzuordnen. Dies gilt insbesondere in Fahrtrichtung von vorn und von hinten, wenn die Crashstrukturen innerhalb des Energieversorgungssystems gemäß der oben beschriebenen vorteilhaften Weiterbildung im seitlichen Bereich angeordnet sind. Im Bereich der Hinterachse ist typischerweise vergleichsweise wenig Platz in der Breite, da hier die Radaufhängungen und die Räder angeordnet sind. Dahingegen besteht relativ viel Platz in der Höhe, da dieser Bereich bereits im Bereich des Laderaums oder unter der hinteren Sitzbank liegt. In diesem Bereich kann also vorzugsweise das Brennstoffzellensystem angeordnet werden, welches entsprechend höher als der Rest des Energieversorgungssystems aufgebaut werden kann und dafür in der Breite etwas schmaler gestaltet wird. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass das Brennstoffzellensystem dabei innerhalb der crashsicheren Struktur des Fahrzeugs liegt, da es nicht oder nicht wesentlich über die Hinterachse des Fahrzeugs in Heckrichtung, also entgegen der Fahrtrichtung, hinausragt.A very favorable embodiment of the vehicle according to the invention provides that the energy supply system ends in the region of a rear axle and has a narrower area of greater height, in which in particular the fuel cell system or parts of the fuel cell system are arranged. This advantageous development of the vehicle provides that the energy supply system ends in the region of the rear axle and does not protrude beyond the rear axle so as to arrange parts of the energy supply system only within the comparatively crash-proof structure of the vehicle. This applies in particular in the direction of travel from the front and from the rear, when the crash structures are arranged within the energy supply system according to the above-described advantageous development in the lateral area. In the region of the rear axle is typically comparatively little space in the width, since the suspension and the wheels are arranged here. In contrast, there is a relatively large amount of space in the height, since this area is already in the cargo area or under the rear seat. In this area, therefore, preferably, the fuel cell system can be arranged, which can be constructed correspondingly higher than the rest of the power supply system and it is made somewhat narrower in width. The advantage of this arrangement is that the fuel cell system is within the crash-proof structure of the vehicle, since it does not protrude or not substantially over the rear axle of the vehicle in the rear direction, ie opposite to the direction of travel.

Eine außerordentlich günstige Weiterbildung dieser Idee sieht es dabei vor, dass sich im Anschluss an das Energieversorgungssystem im Heck des Fahrzeugs ein Produktwassertank zum zumindest vorübergehenden Sammeln des Produktwassers des Brennstoffzellensystems anschließt. Ein solcher Produktwassertank kann in diesem Bereich einfach und effizient angeordnet werden. Er ist keine sicherheitskritische Struktur und könnte im Falle eines Crashs notfalls auch beschädigt werden, ohne dass hiervon gravierende Folgen für das Fahrzeug, die Insassen und die Umwelt zu erwarten wären. Daher bietet sich dieser Ort für den Produktwassertank an. In diesem Produktwasser wird typischerweise Produktwasser des Brennstoffzellensystems gesammelt, wenn beispielsweise nicht genug Energie in der Abluft vorliegt, um größere Mengen des Produktwassers in dampfförmiger Phase in die Umgebung abzugeben. Das Produktwasser kann dann zwischengespeichert werden und kann in Fahrsituationen, in denen es problemlos verdampft werden kann, verdampft werden, ohne dass hierfür ein zusätzlicher Energieaufwand notwendig ist, da dann hierzu typischerweise lediglich die ohnehin vorhandene Abwärme genutzt wird.An extraordinarily favorable further development of this idea provides that, following the energy supply system in the rear of the vehicle, a product water tank is connected to at least temporarily collect the product water of the fuel cell system. Such a product water tank can be easily and efficiently arranged in this area. It is not a safety-critical structure and could be damaged in the event of a crash if necessary, without serious consequences for the vehicle, the occupants and the environment. Therefore, this place offers itself for the product water tank. In this product water, product water of the fuel cell system is typically collected, for example, if there is insufficient energy in the exhaust air to release larger amounts of the product water in the vapor phase into the environment. The product water can then be temporarily stored and can be evaporated in driving situations in which it can easily be vaporized, without the need for additional energy, since then typically only the already existing waste heat is used.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs, bei dessen Energieversorgungssystem Kühlluft durch die Hohlräume zwischen den Rohrabschnitten strömt, kann es dabei vorsehen, dass die Kühlluft durch die Fahrzeugfront und/oder einen Kühlwärmetauscher zuströmt, bevor sie durch das Energieversorgungssystem strömt und dann aus dem Energieversorgungssystem abströmt. Die Kühlluft erreicht also durch die Fahrzeugfront das Energieversorgungssystem, Im Bereich der Fahrzeugfront kann die Kühlluft einfach so eindringen, beispielsweise durch entsprechende Öffnungen im Unterboden oder in der Seite des Fahrzeugs oder auch in der Fahrzeugfront. Die Kühlluft kann außerdem einen oder mehrere Kühlwärmetauscher durchströmen, bevor sie in den Bereich der Energieversorgungseinrichtung gelangt. Beispielsweise werden zur Kühlung der Brennstoffzelle typischerweise Kühlwärmetauscher auf zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus in der Front des Fahrzeugs angeordnet. Diese können beispielsweise nebeneinander im Frontbereich des Fahrzeugs liegen. Der eine, der sogenannte Hochtemperatur-Kühlwärmetauscher steht mit einem Hochtemperatur-Kühlkreislauf in Verbindung, welcher zur Kühlung der Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems dient. Er wird beispielsweise eine Vorlauftemperatur in der Größenordnung von 50 bis 70° C und eine Rücklauftemperatur in der Größenordnung von 70 bis 90° C haben. Luft, die diesen Kühlwärmetauscher bereits durchströmt hat, ist damit relativ warm und wird eher aus der Front des Fahrzeugs abgeleitet. Luft, die dagegen einen Niedertemperatur-Kühlwärmetauscher durchströmt hat, der beispielsweise eine Vorlauftemperatur in der Größenordnung von 20° C und eine Rücklauftemperatur in der Größenordnung von 40° C aufweist, kann durchaus noch zur Kühlung des Energieversorgungssystems herangezogen werden. In der Praxis wird daher typischerweise eine Mischung aus Luft, die direkt eingeströmt ist, die über den Hochtemperatur-Kühlwärmetauscher eingeströmt ist und die über den Niedertemperatur-Kühlwärmetauscher eingeströmt ist, Verwendung finden. Another very advantageous embodiment of the vehicle according to the invention, in the energy supply system cooling air flows through the cavities between the pipe sections, it can provide that the cooling air flows through the vehicle front and / or a cooling heat exchanger before it flows through the power supply system and then from the power supply system flows. The cooling air thus reaches the energy supply system through the front of the vehicle. In the area of the vehicle front, the cooling air can penetrate easily, for example through corresponding openings in the underbody or in the side of the vehicle or in the front of the vehicle. The cooling air may also flow through one or more cooling heat exchangers before entering the area of the power supply device. For example, for cooling the fuel cell, cooling heat exchangers are typically arranged at two different temperature levels in the front of the vehicle. These can for example lie side by side in the front area of the vehicle. One, the so-called high-temperature cooling heat exchanger communicates with a high-temperature cooling circuit, which serves to cool the fuel cell of the fuel cell system. For example, it will have a flow temperature of the order of 50 to 70 ° C and a return temperature of the order of 70 to 90 ° C. Air that has already passed through this cooling heat exchanger is thus relatively warm and is rather derived from the front of the vehicle. Air, on the other hand, has a low-temperature cooling heat exchanger flows through, for example, has a flow temperature of the order of 20 ° C and a return temperature in the order of 40 ° C, can still be used for cooling the energy supply system. In practice, therefore, typically a mixture of air that has flowed directly in, which has flowed over the high-temperature cooling heat exchanger and that has flowed in via the low-temperature cooling heat exchanger, will find use.

Um die Durchströmung des Tanks mit der Kühlluft entsprechend steuern zu können, ist außerdem gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee eine steuerbare Lamellenjalousie vorgesehen, durch welche die Kühlluft in das Energieversorgungssystem einströmt. Durch diese steuerbare Lamellenjalousie kann die Kühlluft ganz oder teilweise abgeleitet werden, beispielsweise wenn die Temperierung über das Kühlmedium bereits ausreichend ist und eine Durchströmung mit Kühlluft nicht gewünscht ist. Umgekehrt kann dafür gesorgt werden, dass ein maximaler Kühlluftstrom durch das Energieversorgungssystem strömt, wenn dies erwünscht und notwendig ist. In order to be able to control the flow of the tank with the cooling air accordingly, according to an advantageous development of the idea, a controllable venetian blind is provided, through which the cooling air flows into the energy supply system. By this controllable venetian blind, the cooling air can be completely or partially derived, for example, if the temperature control on the cooling medium is already sufficient and a flow of cooling air is not desired. Conversely, care can be taken that a maximum flow of cooling air will flow through the power supply system if desired and necessary.

Die Kühlluft kann dann wieder aus dem Energieversorgungssystem abströmen, beispielsweise im Bereich der Hinterräder und hier insbesondere durch die Radkästen der Hinterräder. Um die Durchströmung anzutreiben, kann es dabei vorgesehen sein, dass die Radschüsseln der Hinterräder so ausgebildet sind, dass sie bei einer Fahrt in Fahrtrichtung zur Förderung der Kühlluftströmung beitragen. Die Radschüsseln bzw. Radscheiben der Hinterräder können also als eine Art Strömungsgebläse wirken und die Kühlluft durch das Fahrzeug ziehen. Ergänzend oder alternativ hierzu kann dies auch bei den Vorderrädern entsprechend realisiert sein, um so die Kühlluft aus dem Vorderwagen, welche nicht durch das Energieversorgungssystem strömen soll, beispielsweise die Kühlluft aus dem Hochtemperatur-Wärmetauscher, über die Radkästen der Vorderräder entsprechend abzuleiten.The cooling air can then flow out of the energy supply system again, for example in the region of the rear wheels and in particular by the wheel arches of the rear wheels. In order to drive the flow, it may be provided that the Radschüsseln the rear wheels are designed so that they contribute to the promotion of the cooling air flow when driving in the direction of travel. The Radschüsseln or wheel discs of the rear wheels can thus act as a kind of flow fan and pull the cooling air through the vehicle. Additionally or alternatively, this may also be realized accordingly in the front wheels, so as to derive the cooling air from the front end, which should not flow through the power supply system, for example, the cooling air from the high-temperature heat exchanger, via the wheel arches of the front wheels accordingly.

Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass im Bereich der Kühlwärmetauscher elektrische Gebläse in an sich bekannter Art und Weise angeordnet sind, welche die Durchströmung durch Zuschalten nochmals beeinflussen können, wobei hier ein gemeinsames Gebläse für die gesamte Kühlluft oder auch einzelne Gebläse beispielsweise im Bereich der einzelnen Hochtemperatur- bzw. Niedertemperatur-Kühlwärmetauscher angeordnet sein können.In addition, it may be provided that in the field of cooling heat exchangers, electric fans are arranged in a conventional manner, which can affect the flow through switching again, in which case a common fan for the entire cooling air or individual fans, for example in the field individual high-temperature or low-temperature cooling heat exchanger can be arranged.

Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sieht es dabei ferner vor, dass die Ansaugluft für die Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems im hinteren seitlichen Bereich des Fahrzeugs einströmt. Die Ansaugluft für die Brennstoffzelle kann insbesondere im hinteren seitlichen Bereich des Fahrzeugs einströmen, insbesondere in einem Bereich, der relativ dicht an dem Brennstoffzellensystem angeordnet ist, um hier die Wege entsprechend kurz zu halten. Denkbar wären beispielsweise Lamellen, wie sie aus dem Bereich von Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor als Mittelmotor bekannt sind. Sie können eine ideale Einströmung von Luft als Ansaugluft für die Brennstoffzelle ermöglichen und erlauben das Ansaugen der Luft an einer Stelle der Karosserie des Fahrzeugs, an welcher diese relativ sauber ist, sodass die immer notwendigen Luftfilter eine lange Lebensdauer erreichen.A further very favorable embodiment of the vehicle according to the invention also provides that the intake air for the fuel cell of the fuel cell system flows in the rear side area of the vehicle. The intake air for the fuel cell can flow in particular in the rear side region of the vehicle, in particular in a region which is arranged relatively close to the fuel cell system in order to keep the distances correspondingly short. It would be conceivable, for example, slats, as they are known from the field of vehicles with an internal combustion engine as a mid-engine. They can provide an ideal inflow of air as the intake air for the fuel cell and allow the intake of air at a point on the body of the vehicle, where it is relatively clean, so that the always necessary air filters reach a long life.

Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung dieses Fahrzeugs in einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems mit gemeinsamen Tragstrukturen sieht es dann ferner vor, dass die Tragstrukturen des Energieversorgungssystems Teile der Tragstrukturen in dem Fahrzeug ersetzen oder umgekehrt. Hierdurch lassen sich beispielsweise Unterbodenverkleidungen, Träger und dergleichen im Bereich des Fahrzeugs einsparen bzw. mit dem Energieversorgungssystem gemeinsam nutzen, sodass ein weitere Vorteil hinsichtlich eines kompakten und leichten Aufbaus ermöglicht wird.A very advantageous development of this vehicle in an embodiment of the energy supply system with common support structures then provides that the support structures of the energy supply system replace parts of the support structures in the vehicle or vice versa. As a result, for example, underbody panels, carriers and the like can be saved in the area of the vehicle or shared with the energy supply system, so that another Advantage in terms of a compact and lightweight construction is made possible.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Energieversorgungssystems gemäß der Erfindung und des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ergeben sich außerdem aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen, welche unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden.Further advantageous embodiments of the power supply system according to the invention and of the vehicle according to the invention also result from the following exemplary embodiments, which are described in more detail with reference to the figures.

Dabei zeigen:

  • 1 ein angedeutetes Fahrzeug mit einem vereinfacht angedeuteten Energieversorgungssystem gemäß der Erfindung;
  • 2 bis 4 drei Ansichten eines Energieversorgungssystems gemäß der Erfindung im Blick von oben, in einem seitlichen schematischen Schnitt und einem schematischen Querschnitt;
  • 5 ein angedeutetes Fahrzeug, analog zu dem in 1, mit einem weiteren Energieversorgungssystem gemäß einer alternativen Ausführungsvariante der Erfindung;
  • 6 und 7 zwei Ansichten des alternativen Energieversorgungssystems gemäß der Erfindung im Blick von oben und in einem seitlichen schematischen Schnitt analog dem in den 2 und 4; und
  • 8 einen schematischen Querschnitt durch das alternative Energieversorgungssystem analog zu dem in 3.
Showing:
  • 1 an indicated vehicle with a simplified indicated power supply system according to the invention;
  • 2 to 4 three views of a power supply system according to the invention in view from above, in a lateral schematic section and a schematic cross section;
  • 5 an indicated vehicle, analogous to that in 1 with another power supply system according to an alternative embodiment of the invention;
  • 6 and 7 two views of the alternative energy supply system according to the invention in view from above and in a lateral schematic section analogous to that in the 2 and 4 ; and
  • 8th a schematic cross section through the alternative energy supply system analogous to that in 3 ,

In der Darstellung der 1 ist rein beispielhaft ein mit 1 bezeichnetes Fahrzeug angedeutet. Das Fahrzeug 1 soll hinsichtlich seiner Karosserie entsprechend einem konventionellen Fahrzeug 1 ausgebildet sein. Es ist jedoch als Brennstoffzellenfahrzeug 1 konzipiert. Die elektrische Leistung zum Antrieb des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 stammt aus einem mit 2 bezeichneten Energieversorgungssystem, welches im Unterbodenbereich des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. Es ist entsprechend flach und kompakt realisiert, sodass der Bauraumbedarf relativ klein bleibt und das Fahrzeug 1 weitgehend unverändert bezüglich seines Laderaums und dergleichen zur Verfügung steht, wie bei einem ebenso denkbaren Aufbau des Fahrzeugs 1 als herkömmliches Fahrzeug 1 mit einem Verbrennungsmotor.In the presentation of the 1 is purely exemplary of a designated 1 vehicle indicated. The vehicle 1 should respect its body according to a conventional vehicle 1 be educated. It is, however, as a fuel cell vehicle 1 designed. The electric power for driving the fuel cell vehicle 1 comes from a designated 2 energy supply system, which in the underbody area of the vehicle 1 is arranged. It is correspondingly flat and compact realized, so that the space requirement remains relatively small and the vehicle 1 is largely unchanged with respect to its loading space and the like is available, as in an equally conceivable structure of the vehicle 1 as a conventional vehicle 1 with an internal combustion engine.

In der Darstellung der 2 bis 4 ist in drei Ansichten einmal mit Blick von oben, in einem schematischen Schnitt von der Seite und ganz links in einem schematischen Schnitt von vorne der Aufbau des Energieversorgungssystems 2 rein beispielhaft angedeutet. Das Energieversorgungssystem 2 umfasst mehrere Komponenten. Dies ist einmal im unteren Bereich eine das Energieversorgungssystem 2 tragende Platte 3. Auf dieser Platte 3 können weitere Träger 4 beispielsweise in Längsrichtung des Fahrzeugs 1 verlaufende Träger angeordnet sein. Darüber sowie in Fahrtrichtung F des Fahrzeugs 1 vorn und hinten an dem Energieversorgungssystem 2 befinden sich energieabsorbierende Crashstrukturen 5. Dazwischen befinden sich die eigentlichen Kernkomponenten des Energieversorgungssystems 2. Dies ist im unteren Bereich eine elektrische Energiespeichereinrichtung 6, welche insbesondere mehrere einzelne Batteriemodule umfasst, welche in einem entsprechend kompakten und in Richtung der Schwerkraft g in der Höhe sehr flachen Aufbau realisiert sind. Darüber befindet sich ein Tank 7 für komprimierten Wasserstoff, welcher vorzugsweise als Rohrtank ausgebildet ist. Dieser Rohrtank 7 umfasst eine Vielzahl von Rohrabschnitten 8, welche in der Darstellung der 2 links zu erkennen sind. Dabei sind nur einige der Rohrabschnitte 8 mit dem Bezugszeichen 8 versehen. Diese Rohrabschnitte 8 sind in Reihe zueinander verschaltet und können über eine einzige Ventileinrichtung betankt werden und das darin gespeicherte Gas kann über eine einzige, insbesondere dieselbe, Ventileinrichtung entnommen werden. Ein alternativer Aufbau als Kreisrohrtank mit einer entsprechenden Betankungs- und Entnahmestelle wäre ebenso denkbar.In the presentation of the 2 to 4 is in three views once with a view from above, in a schematic section from the side and far left in a schematic section from the front of the structure of the energy supply system 2 indicated purely by way of example. The energy supply system 2 includes several components. This is once at the bottom of the energy supply system 2 carrying plate 3 , On this plate 3 can more carriers 4 for example, in the longitudinal direction of the vehicle 1 be arranged extending carrier. Above and in the direction of travel F of the vehicle 1 front and rear of the power supply system 2 are energy-absorbing crash structures 5 , In between are the actual core components of the energy supply system 2 , This is an electrical energy storage device in the lower area 6 , which in particular comprises a plurality of individual battery modules, which are realized in a correspondingly compact and in the direction of gravity g in height very flat structure. Above it is a tank 7 for compressed hydrogen, which is preferably designed as a tube tank. This pipe tank 7 includes a variety of pipe sections 8th , which in the representation of the 2 can be seen on the left. Only a few of the pipe sections are 8th with the reference number 8th Provided. These pipe sections 8th are connected in series with each other and can be refueled via a single valve device and the gas stored therein can be removed via a single, in particular the same, valve device. An alternative construction as a circular tube tank with a corresponding refueling and removal point would also be conceivable.

Ergänzend zu diesen beiden Ebenen der elektrischen Energiespeichereinrichtungen 6 und des Tanks 7 befindet sich in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel rechts dieser beiden Ebenen ein in seiner Gesamtheit mit 9 bezeichnetes Brennstoffzellensystem. Dieses Brennstoffzellensystem 9 kann vorzugsweise etwas höher in Richtung der Schwerkraft g ausgebildet sein, als die beiden Ebenen der elektrischen Energiespeichereinrichtung 6 und des Tanks 7. Diese Bauform ist möglich, da in den meisten Fahrzeugen 1 ohnehin im Front- oder Heckbereich ein höherer Bauraum zur Verfügung steht. In der Darstellung der 1 ist dies rein beispielhaft im Heckbereich angedeutet. Dies könnte genauso gut im Frontbereich sein, sodass das Energieversorgungssystem 2 also entsprechend gespiegelt wäre.In addition to these two levels of electrical energy storage devices 6 and the tank 7 is in the embodiment shown here right of these two levels in its entirety with 9 designated fuel cell system. This fuel cell system 9 may preferably be formed slightly higher in the direction of gravity g, as the two levels of the electrical energy storage device 6 and the tank 7 , This design is possible, as in most vehicles 1 anyway in the front or rear area a higher space is available. In the presentation of the 1 this is indicated purely by way of example in the rear area. This could just as well be in the front area, so that the energy supply system 2 So would be mirrored accordingly.

Rein beispielhaft sind in dem Brennstoffzellensystem 9 in der 4 die einzelnen Abschnitte eingezeichnet. Dies kann einmal der Brennstoffzellenstapel 10 sein, eine Kathodenversorgung 11, welche beispielsweise einen Kompressor, Befeuchter oder dergleichen umfassen kann. Außerdem ein mit 12 bezeichnetes Kühlsystem, sowie, in direktem Kontakt mit dem Tank 7, ein Wasserstoffversorgungssystem 13 sowie gegebenenfalls ein System zur Kreislaufführung des Wasserstoffs um die Anode des Brennstoffzellenstapels 10. All dies ist dem Fachmann soweit bekannt, sodass vor allem der entsprechend kompakte Aufbau durch die Anordnung von Tank 7 und elektrischer Energiespeichereinrichtung 6 in zwei direkt übereinander liegenden Ebenen thematisiert wird.Purely by way of example are in the fuel cell system 9 in the 4 the individual sections drawn. This may once be the fuel cell stack 10 be a cathode supply 11 which may include, for example, a compressor, humidifier or the like. Also with a 12 designated cooling system, as well as, in direct contact with the tank 7 , a hydrogen supply system 13 and optionally a system for recirculating the hydrogen around the anode of the fuel cell stack 10 , All this is known in the art so far, so especially the correspondingly compact design by the arrangement of tank 7 and electrical energy storage device 6 is addressed in two directly superimposed levels.

Das Brennstoffzellensystem 9 selbst und die elektrische Energiespeichereinrichtung 6 können dann über ein, beispielsweise flüssiges Kühlmedium gekühlt werden. Abwärme der elektrischen Energiespeichereinrichtung 6 und in dem Kühlmedium vorliegende Wärme kann durch die direkte Anordnung des Tanks 7 über der elektrischen Energiespeichereinrichtung 6 auch genutzt werden, um den Tank 7 bei Bedarf zu erwärmen, insbesondere wenn große Volumenströme an Wasserstoff entnommen werden und diese sich beim Entspannen entsprechend abkühlen, wodurch der Tank sich ebenfalls abkühlt. In diesem Fall ist eine Erwärmung sinnvoll, um eine Abkühlung auf einen zu geringen Wert zu verhindern, sodass beispielsweise Dichtungen nicht verspröden und der Aufbau dicht bleibt. The fuel cell system 9 itself and the electrical energy storage device 6 can then be cooled via a, for example, liquid cooling medium. Waste heat of the electrical energy storage device 6 and heat present in the cooling medium may be due to the direct arrangement of the tank 7 over the electrical energy storage device 6 also be used to the tank 7 to heat if necessary, especially when large volume flows of hydrogen are removed and these cool down accordingly when relaxing, whereby the tank also cools down. In this case, heating is advisable to prevent cooling to too low a value so that, for example, seals do not become brittle and the structure remains tight.

Neben dem vereinfachten schematischen Aufbau des Fahrzeugs 1 und des Energieversorgungssystems 2, wie es in den 1 bis 4 entsprechend dargestellt ist, folgt nun in den 5 bis 8 eine Variante, welche etwas detaillierter ausgestaltet ist und darüber hinaus die Kühlung mit berücksichtigt.In addition to the simplified schematic structure of the vehicle 1 and the power system 2 as it is in the 1 to 4 is shown accordingly follows now in the 5 to 8th a variant which is configured somewhat more detailed and also takes into account the cooling.

In der Darstellung der 5 ist wiederum das Fahrzeug 1 mit dem Energieversorgungssystem 2 zu erkennen. Ergänzend dazu ist im Frontbereich des Fahrzeugs 1 ein Hochtemperatur-Kühlwärmetauscher 14 angedeutet, welcher auch als Kühler 14 bezeichnet wird. Wie durch die dicken strich-punktierten Pfeile angedeutet, strömt die Umgebungsluft während der Fahrt des Fahrzeugs 1 in der Fahrtrichtung F durch diesen Kühler 14 und kühlt hierin beispielsweise ein flüssiges Kühlmedium zur Kühlung des Brennstoffzellensystems 9 und der leistungselektronischen Komponenten ab. Das Kühlmedium, welches in diesem Hochtemperatur-Kühlwärmetauscher 14 abgekühlt wird, hat dabei typischerweise eine Vorlauftemperatur in der Größenordnung von 50 bis 70° C und eine Rücklauftemperatur von 70 bis 90° C. Es dient primär der Abkühlung der eigentlichen Brennstoffzelle, um also die bei der elektrochemischen Reaktion in der Brennstoffzelle entstehende Abwärme abzuführen. Daneben kann ein zusätzlicher Niedertemperatur-Kühlwärmetauscher 24 vorgesehen sein, welcher ein flüssiges Kühlmedium insbesondere zur Kühlung der elektrischen Energiespeichereinrichtung 6 über den Tank 7 entsprechend abkühlt und darüber hinaus elektronische Komponenten in dem Brennstoffzellensystem 9 kühlen kann. Das Temperaturniveau dieses Niedertemperatur-Kühlwärmetauschers 24 kann dabei insbesondere bei ca. 15 bis 20° C Vorlauftemperatur und ca. 40 bis 45° C Rücklauftemperatur liegen.In the presentation of the 5 is again the vehicle 1 with the power supply system 2 to recognize. In addition to this is in the front of the vehicle 1 a high-temperature cooling heat exchanger 14 indicated, which also as a cooler 14 referred to as. As indicated by the thick dash-dotted arrows, the ambient air flows during the drive of the vehicle 1 in the direction of travel F through this radiator 14 and herein cools, for example, a liquid cooling medium for cooling the fuel cell system 9 and the power electronic components. The cooling medium used in this high-temperature cooling heat exchanger 14 is cooled, typically has a flow temperature in the order of 50 to 70 ° C and a return temperature of 70 to 90 ° C. It serves primarily to cool the actual fuel cell, so as to dissipate the resulting in the electrochemical reaction in the fuel cell waste heat. In addition, an additional low-temperature cooling heat exchanger 24 be provided, which is a liquid cooling medium, in particular for cooling the electrical energy storage device 6 over the tank 7 accordingly cools and, moreover, electronic components in the fuel cell system 9 can cool. The temperature level of this low-temperature cooling heat exchanger 24 can be in particular at about 15 to 20 ° C flow temperature and about 40 to 45 ° C return temperature.

Die einströmende Kühlluft strömt nun zum Teil direkt, zum Teil durch den Hochtemperatur-Wärmetauscher 14 und zum Teil durch den Niedertemperatur-Wärmetauscher 24 in den Bereich einer Vorderachse 15 ein. Ein Teil dieser Kühlluft, insbesondere der besonders warme Teil nach dem Hochtemperatur-Kühlwärmetauscher 14, strömt dann im Bereich der Vorderachse 15 wieder aus dem Fahrzeug 1 ab, beispielsweise unterstützt durch eine entsprechende Form der Vorderräder und hier insbesondere der sogenannten Radschüsseln bzw. Radscheiben, welche in der Art eines Gebläses ausgebildet sind und so die Luft aktiv abführen, wenn das Fahrzeug in Fahrtrichtung F vorwärts fährt.The inflowing cooling air now flows partly directly, partly through the high-temperature heat exchanger 14 and partly through the low-temperature heat exchanger 24 in the area of a front axle 15 on. Part of this cooling air, especially the particularly warm part after the high-temperature cooling heat exchanger 14 , then flows in the area of the front axle 15 back out of the vehicle 1 from, for example, supported by a corresponding shape of the front wheels and in particular the so-called Radschüsseln or wheel discs, which are designed in the manner of a blower and thus actively dissipate the air when the vehicle in the direction of travel F drives forward.

Das Energieversorgungssystem 2 ist, wie es sich aus der Ansicht der 6 und 7 ergibt, hier so aufgebaut, dass das Brennstoffzellensystem 9 zumindest teilweise etwas schmaler ausgebildet ist, um im Bereich der Hinterachse 16 Platz für die Radaufhängung der Hinterachse 16 und die Radkästen zu lassen. Dafür ist in diesem Bereich, welcher sich unter der hinteren Sitzreihe und gegebenenfalls im Bereich des hinteren Laderaums befindet, in der Höhe etwas mehr Platz, sodass die Höhe des Brennstoffzellensystems 9 in Richtung der Schwerkraft g wiederum die Höhe von elektrischer Energiespeichereinrichtung 6 und Tank 7 zusammen überragt. Der benötigte Bauraum steht in diesem Bereich des Fahrzeugs 1 ohnehin zur Verfügung. Das Energieversorgungssystem 2 endet in Fahrtrichtung F des Fahrzeugs 1 hinten im Bereich der Hinterachse 16, sodass keine crashempfindlichen Strukturen über diesen Bereich der Hinterachse 16 hinausragen. Im Anschluss daran, und damit im Bereich der crashempfindlichen Zone des Fahrzeugs 1 im Heck, befindet sich lediglich ein Produktwassertank 18, in welchem sich in der Brennstoffzelle entstehendes Produktwasser sammelt, und wenn es die energetische Situation des Energieversorgungssystems 2 problemlos zulässt, durch ohnehin vorhandene Abwärme verdampft und über Dampfauslässe 19 in die Umgebung abgegeben wird. Der Produktwassertank 18 ist im Falle eines Unfalls vergleichsweise unkritisch, da eine Zerstörung desselben im Falle eines Unfalls keinerlei Gefahren für die Insassen und die Umwelt hat, sodass dieser problemlos außerhalb der sicheren Abschnitte innerhalb des Fahrzeugs 1 angeordnet werden kann.The energy supply system 2 is, as can be seen from the view of 6 and 7 results, here so constructed, that the fuel cell system 9 at least partially slightly narrower, in the area of the rear axle 16 Space for the suspension of the rear axle 16 and to leave the wheel arches. For this is in this area, which is located under the rear row of seats and possibly in the area of the rear cargo space, in height a little more space, so that the height of the fuel cell system 9 in the direction of gravity g turn the height of electrical energy storage device 6 and tank 7 surmounted together. The required space is in this area of the vehicle 1 available anyway. The energy supply system 2 ends in the direction of travel F of the vehicle 1 at the rear in the area of the rear axle 16 , so no crash-sensitive structures on this area of the rear axle 16 protrude. After that, and thus in the area of the crash-sensitive zone of the vehicle 1 in the rear, there is only a product water tank 18 in which product water arising in the fuel cell collects, and if it is the energetic situation of the energy supply system 2 easily evaporates, evaporated by any existing waste heat and steam outlets 19 is discharged into the environment. The product water tank 18 is comparatively uncritical in the event of an accident, since destroying it in the event of an accident does not present any danger to the occupants and the environment, allowing it to be easily removed outside the safe sections of the vehicle 1 can be arranged.

Ergänzend dazu ist in dem Fahrzeug der 5 eine mit 20 bezeichnete Klappe angeordnet, über welche der Tank 7 nachgetankt und über einen entsprechenden Stromanschluss die elektrische Energiespeichereinrichtung 6 nachgeladen werden kann. In dem Fahrzeug 1 in der Darstellung der 5 ist außerdem mit punktierter Linie umrandet sowohl im Frontbereich als auch im Heckbereich jeweils ein Stauraum 21 eingezeichnet. In dem im Heckbereich befindlichen Stauraum 21 kann insbesondere eine Serviceklappe für das Brennstoffzellensystem 9 zusätzlich angeordnet sein. Ferner ist eine gestrichelt angedeutete Ansaugöffnung 17 in der Darstellung der 5 zu erkennen, welche insbesondere auf der der Klappe 20 gegenüberliegenden Seite angeordnet sein soll. Durch diese Ansaugöffnung 17 wird, wie es auch in der Draufsicht der 6 mit einem von der Ansaugöffnung 17 ausgehenden strich-zwei-punktierten Pfeil in das Brennstoffzellensystem 9 angedeutet ist, die Ansaugluft für die Kathode der Brennstoffzelle angesaugt werden. Diese Ansaugung im seitlich hinteren Bereich des Fahrzeugs 1, wie sie beispielsweise bei Verbrennungsmotoren, welche als Mittelmotor ausgebildet sind, bekannt und üblich ist, hat dabei den Vorteil, dass sie in einem Bereich erfolgt, in dem wenig Schmutz transportiert wird, sodass die Luftfilter eine relativ lange Lebensdauer aufweisen werden.In addition to this is in the vehicle of the 5 a designated 20 flap disposed over which the tank 7 refueled and via a corresponding power connector, the electrical energy storage device 6 can be recharged. In the vehicle 1 in the presentation of the 5 is also surrounded by dotted lines both in the front area and in the rear area each have a storage space 21 located. In the storage area located in the rear area 21 In particular, a service flap for the fuel cell system 9 additionally arranged. Furthermore, a dashed line indicated suction port 17 in the presentation of the 5 to recognize which particular on the flap 20 opposite side should be arranged. Through this intake opening 17 is, as it is in the top view of the 6 with one of the suction port 17 outgoing dash-two-dotted arrow in the fuel cell system 9 is indicated, the intake air for the cathode of the fuel cell are sucked. This intake in the rear side of the vehicle 1 , as known and customary, for example in internal combustion engines, which are designed as a central engine, has the advantage that it takes place in a region in which little dirt is transported, so that the air filter will have a relatively long life.

In der Darstellung der 7 ist der Aufbau nochmals analog zur Darstellung in 4 erkennbar, wobei auf das Einzeichnen der einzelnen Elemente des Brennstoffzellensystems 9 verzichtet worden ist. In der Darstellung ist erkennbar, dass bei der gewählten Schnittansicht in etwa durch die Mitte des Energieversorgungssystems 2 entlang der Fahrtrichtung F das Brennstoffzellensystem 9 den gesamten Bauraum einnimmt, während es im Randbereich entsprechend ausgenommen ist, wie es durch den eingezeichneten Bereich der Hinterachse 16 und die gestrichelte Linie angedeutet ist. Dabei ist es auch denkbar, jedoch hier nicht dargestellt, dass das Brennstoffzellensystem 9 im Bereich über den Radkästen ebenfalls verläuft, sodass es in der Seitenansicht im Bereich der Radkästen in etwa die Form eines auf dem Kopf stehenden L aufweist.In the presentation of the 7 the structure is again analogous to the representation in 4 recognizable, wherein on the drawing of the individual elements of the fuel cell system 9 has been omitted. In the illustration it can be seen that in the selected sectional view approximately through the middle of the power supply system 2 along the direction of travel F the fuel cell system 9 occupies the entire space, while it is accordingly excluded in the edge area, as it is by the marked area of the rear axle 16 and the dashed line is indicated. It is also conceivable, but not shown here, that the fuel cell system 9 In the area above the wheel arches also runs so that it has in the side view in the area of the wheel arches in approximately the shape of an upside down L.

In der Darstellung der 8 ist eine Schnittdarstellung analog der in 3 nochmals vergrößert dargestellt. Die eingezeichneten Bauteile entsprechen im Wesentlichen denen in 3, sodass nachfolgend lediglich auf die Unterschiede nochmals eingegangen wird. Diese bestehen im Wesentlichen darin, dass zusätzliche optionale Kühlmedienleitungen 22, 30 in den Hohlräumen 23 bzw. Zwickeln zwischen den einzelnen Rohrabschnitten 8 des Tanks 7 vorgesehen sind.In the presentation of the 8th is a sectional view analogous to the in 3 shown enlarged again. The drawn components correspond essentially to those in 3 , so that only the differences are discussed again below. These consist essentially in that additional optional cooling media lines 22 . 30 in the cavities 23 or gussets between the individual pipe sections 8th of the tank 7 are provided.

Der beschriebene Aufbau zeigt sich nochmals in 6 mit dem Bereich der Hinterachse 16, dem Bereich der Vorderachse 15, dem Hochtemperatur-Kühlwärmetauscher 14 und dem Niedertemperatur-Kühlwärmetauscher 24. Außerdem ist zu erkennen, dass sich ausgehend vom Stauraum 21 im Heck des Fahrzeugs seitlich neben dem Produktwassertank 18 zwei weitere Stauraumbereiche 21' bieten. Die Kühlluft wird wieder in Fahrtrichtung vorne in den Bereich der Vorderachse 15 einströmen, wie oben bereits erwähnt teilweise direkt, teilweise durch den Hochtemperatur-Kühlwärmetauscher 14 und teilweise durch den Niedertemperatur-Kühlwärmetauscher 24. Zumindest ein Teil der Luft wird über die Vorderräder, welche insbesondere als Strömungsverdichter ausgebildete Radschüsseln aufweisen, abgefördert. Der Rest, typischerweise eine Mischung von Kühlluft aus den verschiedenen Zuluftwegen, strömt dann über eine Lamellenjalousie 25 in das Energieversorgungssystems 2 ein, und hier insbesondere durch Zwickel, welche zwischen den einzelnen Rohren 8 des Tanks verbleiben, und von welchen einige in der Darstellung der 8 mit 23 bezeichnet sind. Um die Durchströmung des Tanks 7 mit der Kühlluft steuern zu können, befindet sich in Strömung der Kühlluft vor dem Tank 7 die bereits angesprochene Lamellenjalousie 25, über welche die durchströmbaren Querschnitte verändert werden können, um beispielsweise die gesamte Kühlluft oder nur einen Teil der Kühlluft durch den Tank 7 strömen zu lassen. Die restliche über die Lamellenjalousie 25 abgeleitete Kühlluft gelangt dann über die Vorderräder im Bereich der Vorderachse 15 in die Umgebung. Die Kühlluft, welche den Tank 7 des Energieversorgungssystems 2 durchströmt hat, gelangt dann im Bereich der Hinterachse 16 in die Umgebung. Auch hier können die Räder der Hinterachse 16 insbesondere mit Radschüsseln versehen sein, welche in der Art von Strömungsverdichtern ausgebildet sind und somit bei einer Fahrt in Fahrtrichtung F dazu beitragen, die Luft durch das Energieversorgungssystem 2 zu ziehen.The structure described is shown again in 6 with the area of the rear axle 16 , the area of the front axle 15 , the high-temperature cooling heat exchanger 14 and the low temperature cooling heat exchanger 24 , It can also be seen that starting from the storage space 21 in the rear of the vehicle, next to the product water tank 18 two additional storage areas 21 ' Offer. The cooling air is again in the direction of travel forward in the area of the front axle 15 as mentioned above, partly directly, partly through the high-temperature cooling heat exchanger 14 and partly through the low-temperature cooling heat exchanger 24 , At least a portion of the air is via the front wheels, which in particular designed as a flow compressor wheeled bowls, carried away. The rest, typically a mixture of cooling air from the various supply airways, then flows through a venetian blind 25 in the power system 2 a, and in particular by gussets, which between the individual tubes 8th remain of the tank, and some of which in the representation of the 8th With 23 are designated. To the flow through the tank 7 to be able to control with the cooling air, is located in flow of cooling air in front of the tank 7 the previously mentioned Venetian blind 25 , through which the flow-through cross-sections can be changed, for example, the entire cooling air or only a portion of the cooling air through the tank 7 to flow. The rest on the venetian blind 25 derived cooling air then passes through the front wheels in the area of the front axle 15 in the nearby areas. The cooling air, which is the tank 7 of the power system 2 has flowed through, then passes in the area of the rear axle 16 in the nearby areas. Again, the wheels of the rear axle 16 be provided in particular with Radschüsseln, which are formed in the manner of flow compressors and thus when driving in the direction of travel F contribute to the air through the energy supply system 2 to draw.

In der Darstellung der 6 ist außerdem zu erkennen, dass das Brennstoffzellensystem 9 über außerhalb des Energieversorgungssystems 2 in der crashempfindlichen Zone verlaufende Hochtemperatur-Kühlmedienleitungen 26 als Vorlauf und 27 als Rücklauf mit dem Hochtemperatur-Wärmetauscher 14 verbunden ist. Der Niedertemperatur-Wärmetauscher 24 ist über eine Vorlaufleitung 28 und eine Rücklaufleitung 29 mit dem Energieversorgungssystem 2 verbunden. Dies ist auch in der Darstellung der 7 nochmals angedeutet. Die Vorlaufleitung 28 vom Niedertemperatur-Kühlwärmetauscher 24 mündet in der Darstellung der 8 erkennbare Kühlmedienleitungen 22, welche im unteren Bereich des Tanks zwischen den Rohrabschnitten 8 angeordnet sind, und welche mit der Vorlauftemperatur primär die von der elektrischen Energiespeichereinrichtung 6 aufsteigende Wärme kühlen. Der Rücklauf erfolgt dann in Richtung der Schwerkraft g im Bereich des Tanks 7 oben über mit 30 bezeichnete Kühlmedienleitungen, welche mit der Rücklaufleitung 29 verbunden sind. Hierdurch kann die aufsteigende Wärme der elektrischen Energiespeichereinrichtung 6 entsprechend weggekühlt werden oder, wenn die Temperatur zu niedrig ist, durch ein Aufheizen des gesamten Energieversorgungssystems 2 die elektrische Energiespeichereinrichtung 6 auch erwärmt werden, sodass diese immer im idealen Temperaturfenster zwischen beispielsweise +20° C und +45° C arbeiten kann.In the presentation of the 6 In addition, it can be seen that the fuel cell system 9 beyond the energy supply system 2 high temperature coolant lines running in the crash sensitive zone 26 as forward and 27 as reflux with the high-temperature heat exchanger 14 connected is. The low-temperature heat exchanger 24 is via a supply line 28 and a return line 29 with the power supply system 2 connected. This is also in the presentation of 7 again indicated. The supply line 28 from the low-temperature cooling heat exchanger 24 culminates in the presentation of the 8th recognizable cooling media lines 22 , which are located in the lower part of the tank between the pipe sections 8th are arranged, and which with the flow temperature primarily that of the electrical energy storage device 6 cool rising heat. The return then takes place in the direction of gravity g in the area of the tank 7 above with 30 designated cooling media lines, which with the return line 29 are connected. As a result, the rising heat of the electrical energy storage device 6 be cooled down accordingly or, if the temperature is too low, by heating the entire power supply system 2 the electrical energy storage device 6 also be heated so that it can always work in the ideal temperature window between, for example, + 20 ° C and + 45 ° C.

Wie es ferner in der Darstellung der 6 angedeutet ist, ist im Bereich des Hochtemperatur-Kühlwärmetauschers 14 und des Niedertemperatur-Kühlwärmetauschers 24 wenigstens ein Gebläse 31 vorgesehen. Dieses Gebläse 31 kann beispielsweise in Form eines einzigen oder mehrerer verteilt angeordneter Einzelgebläse ausgebildet und vorzugsweise elektrisch angetrieben sein. Solche Gebläse 31 sind aus dem Bereich der sogenannten Kühler allgemein bekannt und üblich. Sie können insbesondere dann zum Einsatz kommen, wenn die Menge an durch den Fahrtwind anströmender Luft nicht ausreicht und über das Gebläse 31 mehr Kühlluft durch einen der Kühler 14, 24 gefördert werden soll. Beim hier beschriebenen Einsatz können das oder die Gebläse 31 nun außerdem eingesetzt werden, wenn das Fahrzeug 1 bzw. sein Tank 7 betankt wird. Durch den Einsatz des Gebläses 31 im Stillstand des Fahrzeugs 1 kann bei offener Lamellenjalousie 25 eine Durchströmung des Tanks 7 und damit eine Abkühlung erreicht werden. Dies erlaubt eine schnellere und effizientere Betankung mit Wasserstoff, insbesondere bei der Ausgestaltung des Tanks 7 als Druckgasspeicher bzw. erlaubt die Verwendung von nicht oder weniger stark vorgekühltem Wasserstoff bei der Betankung, was einen deutlichen energetischen Vorteil darstellt. Das oder die Gebläse 31 können auch betrieben werden, wenn die elektrische Energiespeichereinrichtung 6 nachgeladen wird. Insbesondere bei einem sogenannten Schnellladevorgang ist es so, dass relativ viel Abwärme im Bereich der elektrischen Energiespeichereinrichtung entsteht. Je nach Aufbau der elektrischen Energiespeichereinrichtung, beispielsweise als Lithium-Ionen-Batterie, sollte diese innerhalb eines vorgegebenen Temperaturfensters bleiben, auch beim Laden. Dadurch kann es außerordentlich effizient sein, durch die oder das Gebläse 31 den Tank und damit mittelbar die elektrische Energiespeichereinrichtung 6 zu kühlen, um diese möglichst effizient und schnell sowie mit hoher Energie laden zu können.As it further in the representation of the 6 is indicated, is in the range of high-temperature cooling heat exchanger 14 and the low temperature cooling heat exchanger 24 at least one fan 31 intended. This fan 31 For example, it may be in the form of a single or multiple distributed single fan and preferably electrically powered. Such blowers 31 are generally known and customary in the field of so-called coolers. They can be used in particular when the amount of air flowing in through the airstream is insufficient and via the blower 31 more cooling air through one of the coolers 14 . 24 should be encouraged. In the case described here, the blower (s) 31 now also be used when the vehicle 1 or his tank 7 is refueled. By using the blower 31 at standstill of the vehicle 1 can with open venetian blind 25 a flow through the tank 7 and thus a cooling can be achieved. This allows faster and more efficient fueling with hydrogen, especially in the design of the tank 7 as a compressed gas storage or allows the use of no or less strongly pre-cooled hydrogen in the refueling, which represents a significant energy advantage. The fan (s) 31 can also be operated when the electrical energy storage device 6 is reloaded. In particular, in the case of a so-called rapid charging process, it is the case that relatively much waste heat arises in the region of the electrical energy storage device. Depending on the structure of the electrical energy storage device, for example as a lithium-ion battery, this should remain within a predetermined temperature window, even when charging. This can make it extremely efficient, by the blower or the fan 31 the tank and thus indirectly the electrical energy storage device 6 to cool them to be able to charge them as efficiently and quickly as possible with high energy.

Die einzelnen Ausführungsvarianten lassen sich dabei beliebig untereinander kombinieren, sodass verschiedene Ausgestaltungen des Energieversorgungssystems mit Crashstrukturen 5 in Fahrtrichtung F, wie in der 2 ff. dargestellt, denkbar sind oder ohne, wie in den 6 ff. dargestellt. Außerdem ist es möglich, unterschiedliche Aufbauten und Höhen entsprechend des im Fahrzeug 1 verfügbaren Bauraums anzupassen und das Energieversorgungssystem 2 insbesondere auch zu spiegeln, sodass beispielsweise in der Ausgestaltung der 5 bis 7 der schmalere Teil des Energieversorgungssystems, welcher insbesondere Teile des Brennstoffzellensystems 9 aufnehmen kann, im Bereich der Vorderachse 15 angeordnet wäre, um so den dort befindlichen Bauraum unter der Fronthaube des Fahrzeugs 1 zu nutzen.The individual variants can be combined with each other arbitrarily, so that different embodiments of the energy supply system with crash structures 5 in direction of travel F, as in the 2 ff. are conceivable, conceivable or without, as in the 6 ff. represented. In addition, it is possible different structures and heights according to the vehicle 1 available space and adapt the energy supply system 2 in particular to reflect, so that, for example, in the embodiment of 5 to 7 the narrower part of the energy supply system, which in particular parts of the fuel cell system 9 can absorb, in the area of the front axle 15 would be arranged so as to the space there located under the front hood of the vehicle 1 to use.

Alles in allem bietet der Aufbau eine sehr gute Möglichkeit, bestehende Fahrzeugstrukturen mit Energieversorgungssystemen 2 gemäß der Erfindung auszurüsten und dabei den zur Verfügung stehenden Bauraum ideal zu nutzen, ohne dass der verfügbare Stauraum 21, 21' nennenswert eingeschränkt werden muss, und ohne dass Teile des Energieversorgungssystems 2, welche entsprechend sicherheitsrelevant sind, ohne Crashschutz bleiben.All in all, the bodywork offers a very good option for existing vehicle structures with energy supply systems 2 equip according to the invention and thereby ideally use the available space without the available storage space 21 . 21 ' must be significantly restricted, and without parts of the energy supply system 2 , which are accordingly safety-relevant, without crash protection.

Insbesondere bei der Verwendung eines Cryo-Speichers oder Cryo/Druck-Speichers kann die Anordnung der einzelnen Schichten in der Höhe auch entsprechend variiert werden, da in diesem Fall die Abwärme der elektrischen Energiespeichereinrichtung 6 nicht zur Erwärmung des Tanks 7 beitragen sollte, da dieser bei entsprechend niedrigen Temperaturen zu halten ist. Aus diesem Grund könnte in einem solchen Fall die bevorzugte Anordnung des Tanks 7 unterhalb der elektrischen Energiespeichereinrichtung 6 liegen.In particular, when using a cryo-storage or cryo / pressure storage, the arrangement of the individual layers in height can also be varied accordingly, since in this case the waste heat of the electrical energy storage device 6 not for heating the tank 7 should contribute as it is to be kept at correspondingly low temperatures. For this reason, in such a case, the preferred arrangement of the tank 7 below the electrical energy storage device 6 lie.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (17)

Energieversorgungssystem (2) für ein Fahrzeug (1), aufweisend ein Brennstoffzellensystem (9), einen Tank (7) für komprimierten Wasserstoff, eine elektrische Energiespeichereinrichtung (6), wobei die elektrische Energiespeichereinrichtung (6) und der Tank (7) in wärmeleitendem Kontakt zueinander stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energiespeichereinrichtung (6) und der Tank (7) in zwei Ebenen direkt übereinander angeordnet sind.A power supply system (2) for a vehicle (1), comprising a fuel cell system (9), a compressed hydrogen tank (7), an electrical energy storage device (6), the electrical energy storage device (6) and the tank (7) in thermally conductive contact stand each other, characterized in that the electrical energy storage device (6) and the tank (7) are arranged directly above one another in two levels. Energieversorgungssystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (7) als Rohrtank mit einer Mehrzahl von Rohrabschnitten (8) ausgebildet ist, wobei die Rohrabschnitte (8) insbesondere in der Art einer Reihenschaltung miteinander verbunden sind.Energy supply system (2) according to Claim 1 , characterized in that the tank (7) is designed as a tube tank with a plurality of pipe sections (8), wherein the pipe sections (8) are connected to each other in particular in the manner of a series connection. Energieversorgungssystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energiespeichereinrichtung (6) im bestimmungsgemäßen Gebrauch in Richtung der Schwerkraft (g) unter dem Tank (7) angeordnet ist.Energy supply system (2) according to Claim 1 , characterized in that the electrical energy storage device (6) is arranged in the intended use in the direction of gravity (g) under the tank (7). Energieversorgungssystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (9) in Kontakt zu den beiden Ebenen, insbesondere an einem Ende der beiden Ebenen, angeordnet ist.Energy supply system (2) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the fuel cell system (9) is arranged in contact with the two planes, in particular at one end of the two planes. Energieversorgungssystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass energieabsorbierende Crashstrukturen (5) zumindest an einer Seite in Kontakt zu den beiden Ebenen und/oder dem Brennstoffzellensystem (9) angeordnet sind.Energy supply system (2) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that energy-absorbing crash structures (5) are arranged at least on one side in contact with the two planes and / or the fuel cell system (9). Energieversorgungssystem (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen einigen der Rohrabschnitte (8) Kühlmedienleitungen (22) für ein flüssiges Kühlmedium eines Niedertemperatur-Kühlkreislaufs des Brennstoffzellensystems (9) angeordnet sind.Energy supply system (2) according to one of Claims 2 to 5 , characterized in that at least between some of the pipe sections (8) cooling medium lines (22) for a liquid cooling medium of a low-temperature cooling circuit of the fuel cell system (9) are arranged. Energieversorgungssystem (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmedienleitungen (22) auf der der elektrischen Energiespeichereinrichtung (6) zugewandten Seite des Tanks (7) als Vorlauf, die Kühlmedienleitungen (30) auf der der elektrischen Energiespeichereinrichtung (6) abgewandten Seite des Tanks (7) als Rücklauf für das Kühlmedium dienen.Energy supply system (2) according to Claim 6 , characterized in that the cooling medium lines (22) on the electric energy storage device (6) facing side of the tank (7) as a flow, the cooling media lines (30) on the electrical energy storage device (6) facing away from the tank (7) as a return serve for the cooling medium. Energieversorgungssystem (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rohrabschnitten (8) von Kühlluft durchströmte Hohlräume (23) ausgebildet sind.Energy supply system (2) according to one of Claims 2 to 7 , characterized in that between the pipe sections (8) of cooling air perfused cavities (23) are formed. Energieversorgungssystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Tragstruktur, welche zumindest eine dem bestimmungsgemäßen Einsatz untere der beiden Ebenen und/oder das Brennstoffzellensystem (9) im bestimmungsgemäßen Einsatz in Richtung der Schwerkraft nach unten anschließende Platte (3) aufweist.Energy supply system (2) according to one of Claims 1 to 8th , characterized by a common support structure, which at least one of the intended use lower of the two levels and / or the fuel cell system (9) in the proper use in the direction of gravity downwardly adjoining plate (3). Fahrzeug (1) mit einem Energieversorgungssystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Energieversorgungssystem (2) im Unterbodenbereich des Fahrzeugs (1) angeordnet ist.Vehicle (1) with a power supply system (2) according to one of Claims 1 to 9 , wherein the energy supply system (2) in the underfloor region of the vehicle (1) is arranged. Fahrzeug (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieversorgungssystem (2) im Bereich einer Hinterachse (16) endet und dort einen schmaleren Bereich mit größerer Höhe aufweist, in welchem insbesondere das Brennstoffzellensystem (9) oder Teile des Brennstoffzellensystems (9) angeordnet sind.Vehicle (1) to Claim 10 , characterized in that the energy supply system (2) ends in the region of a rear axle (16) and there has a narrower region of greater height, in which in particular the fuel cell system (9) or parts of the fuel cell system (9) are arranged. Fahrzeug (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Anschluss an das Energieversorgungssystem (2) im Heck ein Produktwassertank (18) zum zumindest vorübergehenden Sammeln von Produktwasser des Brennstoffzellensystems (9) anschließt.Vehicle (1) to Claim 11 , characterized in that following the power supply system (2) in the rear of a product water tank (18) for at least temporarily collecting product water of the fuel cell system (9) connects. Fahrzeug (1) nach Anspruch 10, 11 oder 12 und mit einem Energieversorgungssystem (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlluft durch die Fahrzeugfront und/oder wenigstens einen Kühlwärmetauscher (14, 24) zuströmt, bevor sie durch das Energieversorgungssystem (2) strömt, und dann aus dem Energieversorgungssystem (2) abströmt, vorzugsweise durch Radkästen der Hinterräder.Vehicle (1) to Claim 10 . 11 or 12 and with a power supply system (2) Claim 8 , characterized in that cooling air flows through the vehicle front and / or at least one cooling heat exchanger (14, 24) before flowing through the power supply system (2), and then flows out of the power supply system (2), preferably through wheel arches of the rear wheels. Fahrzeug (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluft durch eine steuerbare Lamellenjalousie (25) in das Energieversorgungssystem (2) einströmt.Vehicle (1) to Claim 13 , characterized in that the cooling air flows through a controllable venetian blind (25) in the energy supply system (2). Fahrzeug (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderräder und/oder Hinterräder mit Radschüsseln versehen sind, welche bei einer Fahrt in Fahrtrichtung (F) zur Förderung der Kühlluft beitragen.Vehicle (1) to Claim 13 or 14 , characterized in that the front wheels and / or rear wheels are provided with Radschüsseln, which contribute when driving in the direction of travel (F) to promote the cooling air. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugluft für die Brennstoffzelle im hinteren seitlichen Bereich einer Karosserie des Fahrzeugs (1) einströmt.Vehicle (1) according to one of Claims 10 to 14 , characterized in that the intake air for the fuel cell in the rear lateral region of a body of the vehicle (1) flows. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 16 und mit einem Energieversorgungssystem (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsamen Tragstrukturen zumindest teilweise als die Tragstrukturen des Fahrzeugs (1) ausgebildet sind oder diese ersetzen.Vehicle (1) according to one of Claims 10 to 16 and with a power supply system (2) Claim 9 , characterized in that the common support structures at least partially formed as the support structures of the vehicle (1) or replace them.
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