WO2009095112A2 - Energy supply device - Google Patents

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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a power supply device according to the preamble of claim 1.
  • the power supply device according to the invention for mobile use in an electric vehicle is provided.
  • a stationary use of the power supply device is conceivable.
  • An electric vehicle in the sense of the present invention is understood to mean a vehicle driven by at least one electric motor. Usually, the for the operation of the
  • Electric motor required electrical energy stored in a battery.
  • batteries with dimensions and weight that are still bearable for mobile use have a comparatively low capacitance, as a result of which the range of action of an electric vehicle is severely limited.
  • the invention has for its object to provide a power supply device for an electric vehicle, with the help of an increase in the operating range of an electric vehicle is possible.
  • thermoelectric generator referred to hereafter as a thermal generator
  • Energy supply device can be advantageous to increase the radius of action of an electric vehicle, since when the battery capacity of the battery of the electric vehicle drops, these can be recharged with the power supply device.
  • Power supply device can be controlled so that a recharge of the batteries of the electric vehicle at standstill or breaks driving the electric vehicle. Of course, a recharge of the batteries should be possible while driving, as far as necessary.
  • a thermally coupled to the thermal heat exchanger heat exchanger is advantageously provided, which dissipates heat loss from the thermal generator.
  • the heat exchanger is advantageously part of a cooling circuit through which a coolant flows.
  • the passenger compartment of the vehicle can also be heated by means of the dissipated heat loss.
  • the power supply device is designed as an easily replaceable function module, which is a standardized interface for the electrical connection to the electrical system of the electric vehicle has. If only a short distance with the electric vehicle to be covered, the function module can be removed for the purpose of weight saving from the electric vehicle. In order to allow the electric vehicle a larger radius of action, the
  • Figure 1 is a block diagram of a
  • FIG. 1 shows an inventively constructed power supply device 100 and their integration in on-board systems of a not fully illustrated electric vehicle.
  • An essential component of the energy supply device 100 is a thermoelectric generator, hereinafter referred to briefly as a thermal generator 4, which converts thermal energy into electrical energy.
  • the thermogenerator 4 preferably works according to the Seebeck effect.
  • the thermal generator 4 is in good thermal contact on the one hand with a combustion chamber 6 and on the other hand with a heat exchanger 5.
  • the combustion chamber 6 is in operative connection with a burner 3, the combustion chamber 6, for example, supplies a fluid as an energy source, the in the combustion chamber is thermally converted and thereby generates heat energy.
  • a suitable fluid for example, in liquid form present fuel or LPG can be used.
  • an appropriate design of the combustion chamber 6 is also the use of a
  • Solid fuel conceivable.
  • This embodiment of a power supply device would be particularly suitable for stationary operation.
  • the combustion chamber 6 is supplied with a fuel-air mixture.
  • the burner 3 via a
  • Fuel line 2.1 connected to a fuel tank 2. Through the air supply 3.1 the burner 3 combustion air is supplied.
  • the heat exchanger 5 is connected to a radiator.
  • the thermogenerator 4 is connected to a schematically indicated on-board network 8 of the vehicle.
  • Reference number 7 designates an electric motor provided for driving the vehicle.
  • Reference numeral 9 denotes an energy store of the electrical system 8.
  • Reference number 6.1 denotes an exhaust pipe connected to the combustion chamber 6.
  • the mode of operation of the power supply device 100 shown in FIG. 1 will be described.
  • the combustion chamber 6 is supplied to a fuel-air mixture and ignited there.
  • the thermal energy generated in the combustion chamber 6 by the combustion of the fuel-air mixture is converted by the thermogenerator 4 into electrical energy and fed to the electrical system 8.
  • the heat exchanger 5 is cooled by a coolant such as water.
  • the coolant can surrender excess heat energy, for example, to the ambient air.
  • the power supply device 100 may be formed in one embodiment of the invention as an integral part of the vehicle and to be firmly connected to on-board systems of the vehicle.
  • an embodiment of the power supply device 100 is particularly advantageous as an easily replaceable function module, all components of the

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Abstract

The invention relates to an energy supply device (100) for generating electrical energy. The energy supply device (100) comprises a combustion chamber (6) for burning a fuel and a thermogenerator (4) which is thermally coupled to the combustion chamber (6) for converting thermal energy into electrical energy. The energy produced by the thermogenerator (4) is fed to an onboard power supply (8).

Description

15.01.200815/01/2008
ROBERT BOSCH GMBH, 70442 STUTTGARTROBERT BOSCH GMBH, 70442 STUTTGART
Beschreibungdescription
Titeltitle
EnergieVersorgungseinrichtungPower supply means
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In erster Linie ist die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung für den mobilen Einsatz in einem Elektrofahrzeug vorgesehen. Jedoch ist auch eine stationäre Verwendung der Energieversorgungseinrichtung denkbar .The invention relates to a power supply device according to the preamble of claim 1. In the first place, the power supply device according to the invention for mobile use in an electric vehicle is provided. However, a stationary use of the power supply device is conceivable.
Unter einem Elektrofahrzeug im Sinne der vorliegenden Erfindung versteht man ein von mindestens einem Elektromotor angetriebenes Fahrzeug. Üblicherweise wird die für den Betrieb desAn electric vehicle in the sense of the present invention is understood to mean a vehicle driven by at least one electric motor. Usually, the for the operation of the
Elektromotors benötigte elektrische Energie in einer Batterie gespeichert. Nach dem heutigen Stand der Technik verfügen Batterien mit für den mobilen Einsatz noch erträglichen Abmessungen und Gewicht über eine vergleichsweise geringe Kapazität, wodurch der Aktionsradius eines Elektrofahrzeugs stark eingeschränkt ist.Electric motor required electrical energy stored in a battery. According to the current state of the art, batteries with dimensions and weight that are still bearable for mobile use have a comparatively low capacitance, as a result of which the range of action of an electric vehicle is severely limited.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Technische AufgabeTechnical task
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energieversorgungseinrichtung für ein Elektrofahrzeug zu schaffen, mit deren Hilfe eine Vergrößerung des Aktionsradius eines Elektrofahrzeugs ermöglicht wird. Technische LösungThe invention has for its object to provide a power supply device for an electric vehicle, with the help of an increase in the operating range of an electric vehicle is possible. Technical solution
Diese Aufgabe wird durch eine Energieversorgungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass in einer Brennkammer erzeugte thermische Energie vergleichsweise einfach mittels eines thermoelektrischen Generators, im Folgenden kurz Thermogenerator genannt, in elektrische Energie umgewandelt werden kann, die für die Versorgung elektrischer Verbraucher in das Bordnetz eingespeist wird.This object is achieved by a power supply device having the features of claim 1. The invention makes use of the finding that thermal energy generated in a combustion chamber can be comparatively easily converted into electrical energy by means of a thermoelectric generator, referred to hereafter as a thermal generator, which is fed into the vehicle electrical system for supplying electrical consumers.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Mit der erfindungsgemäß ausgebildetenWith the inventively designed
Energieversorgungseinrichtung lässt sich der Aktionsradius eines Elektrofahrzeugs vorteilhaft vergrößern, da bei Absinken der Batteriekapazität der Batterien des Elektrofahrzeugs diese mit der Energieversorgungseinrichtung nachgeladen werden können. Besonders vorteilhaft kann dabei der Betrieb derEnergy supply device can be advantageous to increase the radius of action of an electric vehicle, since when the battery capacity of the battery of the electric vehicle drops, these can be recharged with the power supply device. The operation of the
Energieversorgungseinrichtung derart gesteuert werden, dass eine Nachladung der Batterien des Elektrofahrzeugs bei Stillstand bzw. bei Fahrpausen des Elektrofahrzeugs erfolgt. Selbstverständlich sollte auch eine Nachladung der Batterien im Fahrbetrieb möglich sein, soweit dies erforderlich ist. Um eine thermische Überlastung des Thermogenerators zu vermeiden, ist vorteilhaft ein mit dem Thermogenerator thermisch gekoppelter Wärmetauscher vorgesehen, der Verlustwärme von dem Thermogenerator abführt. Vorteilhaft ist der Wärmetauscher Bestandteil eines von einem Kühlmittel durchströmten Kühlkreislaufs. Besonders vorteilhaft kann mittels der abgeführten Verlustwärme auch der Fahrgastraum des Fahrzeugs geheizt werden. Besonders vorteilhaft ist die Energieversorgungseinrichtung als leicht austauschbares Funktionsmodul ausgebildet, das eine standardisierte Schnittstelle für die elektrische Verbindung mit dem Bordnetz des Elektrofahrzeugs aufweist. Falls lediglich eine kurze Fahrtstrecke mit dem Elektrofahrzeug zurückgelegt werden soll, kann das Funktionsmodul zwecks Gewichtseinsparung aus dem Elektrofahrzeug entfernt werden. Um dem Elektrofahrzeug einen größeren Aktionsradius zu ermöglichen, wird diePower supply device can be controlled so that a recharge of the batteries of the electric vehicle at standstill or breaks driving the electric vehicle. Of course, a recharge of the batteries should be possible while driving, as far as necessary. In order to avoid a thermal overload of the thermal generator, a thermally coupled to the thermal heat exchanger heat exchanger is advantageously provided, which dissipates heat loss from the thermal generator. The heat exchanger is advantageously part of a cooling circuit through which a coolant flows. Particularly advantageously, the passenger compartment of the vehicle can also be heated by means of the dissipated heat loss. Particularly advantageously, the power supply device is designed as an easily replaceable function module, which is a standardized interface for the electrical connection to the electrical system of the electric vehicle has. If only a short distance with the electric vehicle to be covered, the function module can be removed for the purpose of weight saving from the electric vehicle. In order to allow the electric vehicle a larger radius of action, the
Energieversorgungseinrichtung in das Elektrofahrzeug eingebaut. Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung, der Zeichnung und den Unteransprüchen.Energy supply device installed in the electric vehicle. Further advantages will become apparent from the description, the drawings and the dependent claims.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:An exemplary embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Showing:
Figur 1 ein Blockschaltbild einerFigure 1 is a block diagram of a
Energieversorgungseinrichtung.Power supply device.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Das in Figur 1 dargestellte Blockschaltbild zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Energieversorgungseinrichtung 100 und ihre Einbindung in Bordsysteme eines nicht vollständig dargestellten Elektrofahrzeugs. Eine wesentliche Komponente der Energieversorgungseinrichtung 100 ist ein thermoelektrischer Generator, im Folgenden kurz als Thermogenerator 4 bezeichnet, der thermische Energie in elektrische Energie umwandelt. Der Thermogenerator 4 funktioniert vorzugsweise nach dem Seebeck-Effekt. Der Thermogenerator 4 steht in einem guten thermischen Kontakt einerseits mit einer Brennkammer 6 und andererseits mit einem Wärmetauscher 5. Die Brennkammer 6 steht in Wirkverbindung mit einem Brenner 3, der der Brennkammer 6 beispielsweise ein Fluid als Energieträger zuführt, das in der Brennkammer thermisch umgesetzt wird und dadurch Wärmeenergie erzeugt. Als geeignetes Fluid kann beispielsweise in flüssiger Form vorliegender Kraftstoff oder auch Flüssiggas eingesetzt werden. Bei entsprechender Auslegung der Brennkammer 6 ist auch der Einsatz einesEmbodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. The block diagram shown in Figure 1 shows an inventively constructed power supply device 100 and their integration in on-board systems of a not fully illustrated electric vehicle. An essential component of the energy supply device 100 is a thermoelectric generator, hereinafter referred to briefly as a thermal generator 4, which converts thermal energy into electrical energy. The thermogenerator 4 preferably works according to the Seebeck effect. The thermal generator 4 is in good thermal contact on the one hand with a combustion chamber 6 and on the other hand with a heat exchanger 5. The combustion chamber 6 is in operative connection with a burner 3, the combustion chamber 6, for example, supplies a fluid as an energy source, the in the combustion chamber is thermally converted and thereby generates heat energy. As a suitable fluid, for example, in liquid form present fuel or LPG can be used. With an appropriate design of the combustion chamber 6 is also the use of a
Festbrennstoffs vorstellbar. Diese Ausführungsform einer Energieversorgungseinrichtung würde sich insbesondere für einen stationären Betrieb eignen. Im Folgenden wird angenommen, dass der Brennkammer 6 ein Kraftstoff-Luft- Gemisch zugeführt wird. Dazu ist der Brenner 3 über eineSolid fuel conceivable. This embodiment of a power supply device would be particularly suitable for stationary operation. In the following, it is assumed that the combustion chamber 6 is supplied with a fuel-air mixture. For this purpose, the burner 3 via a
Kraftstoffleitung 2.1 mit einem Kraftstofftank 2 verbunden. Über die Luftzuführung 3.1 wird dem Brenner 3 Verbrennungsluft zugeführt. Der Wärmetauscher 5 ist mit einem Kühler verbunden. Der Thermogenerator 4 ist mit einem schematisch angedeuteten Bordnetz 8 des Fahrzeugs verbunden. Mit Bezugsziffer 7 ist ein für den Antrieb des Fahrzeugs vorgesehener Elektromotor bezeichnet. Mit Bezugsziffer 9 ist ein Energiespeicher des Bordnetzes 8 bezeichnet. Mit Bezugsziffer 6.1 ist eine mit der Brennkammer 6 verbundene Abgasleitung bezeichnet.Fuel line 2.1 connected to a fuel tank 2. Through the air supply 3.1 the burner 3 combustion air is supplied. The heat exchanger 5 is connected to a radiator. The thermogenerator 4 is connected to a schematically indicated on-board network 8 of the vehicle. Reference number 7 designates an electric motor provided for driving the vehicle. Reference numeral 9 denotes an energy store of the electrical system 8. Reference number 6.1 denotes an exhaust pipe connected to the combustion chamber 6.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der in Figur 1 dargestellten Energieversorgungseinrichtung 100 beschrieben. Über den Brenner 3 wird der Verbrennungskammer 6 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt und dort gezündet. Die in der Verbrennungskammer 6 durch die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erzeugte thermische Energie wird durch den Thermogenerator 4 in elektrische Energie umgewandelt und dem Bordnetz 8 zugeführt. Mit der elektrischen Energie werden der Elektromotor 7 und ggf. weitere elektrische Verbraucher gespeist. Überschüssige elektrische Energie kann in dem Energiespeicher 9 gespeichert werden. Der Wärmetauscher 5 wird durch ein Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser, gekühlt. Über den mit dem Wärmetauscher in Wirkverbindung stehenden Kühler 1, der beispielsweise von Luft durchströmt wird, kann das Kühlmittel überschüssige Wärmeenergie beispielsweise an die Umgebungsluft abgeben. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung kann die überschüssige Wärmeenergie auch zur Heizung des Fahrgastraums 1.1 desIn the following, the mode of operation of the power supply device 100 shown in FIG. 1 will be described. About the burner 3, the combustion chamber 6 is supplied to a fuel-air mixture and ignited there. The thermal energy generated in the combustion chamber 6 by the combustion of the fuel-air mixture is converted by the thermogenerator 4 into electrical energy and fed to the electrical system 8. With the electrical energy of the electric motor 7 and possibly other electrical consumers are powered. Excess electrical energy can be stored in the energy storage 9. The heat exchanger 5 is cooled by a coolant such as water. About the communicating with the heat exchanger in operative connection cooler 1, the For example, is traversed by air, the coolant can surrender excess heat energy, for example, to the ambient air. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the excess heat energy and the heating of the passenger compartment 1.1 of the
Fahrzeugs eingesetzt werden, der in Figur 1 nur schematisch angedeutet ist.Vehicle are used, which is indicated only schematically in Figure 1.
Die Energieversorgungseinrichtung 100 kann in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung als integraler Bestandteil des Fahrzeugs ausgebildet und dazu auch fest mit Bordsystemen des Fahrzeugs verbunden sein.The power supply device 100 may be formed in one embodiment of the invention as an integral part of the vehicle and to be firmly connected to on-board systems of the vehicle.
Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Ausführungsform der Energieversorgungseinrichtung 100 als leicht austauschbares Funktionsmodul, das alle Komponenten derHowever, an embodiment of the power supply device 100 is particularly advantageous as an easily replaceable function module, all components of the
Energieversorgungseinrichtung baulich vereinigt. Wenn eine standardisierte Schnittstelle 10 zu dem Bordnetz 8 des Fahrzeugs vorgesehen ist, kann das Funktionsmodul auf einfache Weise mit dem Elektrofahrzeug verbunden werden. Energy supply device structurally combined. If a standardized interface 10 is provided to the electrical system 8 of the vehicle, the function module can be easily connected to the electric vehicle.

Claims

15 . 01 . 2008ROBERT BOSCH GMBH, 70442 STUTTGARTAnsprüche 15. 01. 2008ROBERT BOSCH GMBH, 70442 STUTTGART claims
1. Energieversorgungseinrichtung (100) für die Erzeugung elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Brennkammer (6) für die Verbrennung eines Brennstoffs und einen mit der Brennkammer (6) thermisch gekoppelten Thermogenerator (4) für die Umwandlung von thermischer Energie in elektrische Energie umfasst.Characterized in that it comprises a combustion chamber (6) for the combustion of a fuel and with the combustion chamber (6) thermally coupled thermogenerator (4) for the conversion of thermal energy into electrical energy includes.
2. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mit dem Thermogenerator2. Energy supply device according to claim 1, characterized in that it has a with the thermal generator
(4) thermisch gekoppelten Wärmetauscher (5) umfasst.(4) thermally coupled heat exchanger (5).
3. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen in Wirkverbindung mit dem Wärmetauscher (5) stehenden Kühler (1) umfasst.3. Energy supply device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a in operative connection with the heat exchanger (5) stationary cooler (1).
4. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (5) und der Kühler (1) Bestandteile eines Kühlkreislaufs für ein Kühlmittel sind, das den Wärmetauscher (5) kühlt.4. Energy supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger (5) and the radiator (1) are components of a cooling circuit for a coolant, which cools the heat exchanger (5).
5. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung für die Zuführung eines Brennstoffs zu der Brennkammer (6) umfasst. 5. Energy supply device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a device for supplying a fuel to the combustion chamber (6).
6. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoff ein Fluid eingesetzt wird und dass mit der Brennkammer (6) ein Brenner (3) verbunden ist, der der6. Energy supply device according to one of the preceding claims, characterized in that a fluid is used as fuel and that with the combustion chamber (6) a burner (3) is connected, which is the
Brennkammer (6) ein Fluid-Luft-Gemisch zuführt.Combustion chamber (6) supplies a fluid-air mixture.
7. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Kraftstofftank (2) umfasst.7. Energy supply device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a fuel tank (2).
8. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als austauschbares Funktionsmodul ausgebildet ist, in dem alle Komponenten der Energieversorgungseinrichtung8. Energy supply device according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed as a replaceable function module, in which all components of the power supply device
(100) baulich zusammengefasst sind.(100) are structurally summarized.
9. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schnittstelle (10) für die elektrische Verbindung mit einem Bordnetz (8) umfasst.9. Energy supply device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an interface (10) for the electrical connection to a vehicle electrical system (8).
10. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie für den mobilen Einsatz in einem Elektrofahrzeug vorgesehen ist.10. Energy supply device according to one of the preceding claims, characterized in that it is intended for mobile use in an electric vehicle.
11. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (6) für die Verbrennung eines11. Energy supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber (6) for the combustion of a
Festbrennstoffs ausgelegt ist.Solid fuel is designed.
12. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zuführeinrichtung für die Zuführung eines Festbrennstoffs zu der Brennkammer (6) umfasst.12. Energy supply device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a supply device for supplying a solid fuel to the combustion chamber (6).
13. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als stationäre Energiequelle eingesetzt wird.13. Energy supply device according to one of the preceding claims, characterized in that it is used as a stationary energy source.
14. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (4) den Seebeck-Effekt ausnutzt.14. Energy supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal generator (4) exploits the Seebeck effect.
15. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie für die Heizung des Fahrgastraums des Fahrzeugs ausgenutzt wird. 15. Energy supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat energy is utilized for the heating of the passenger compartment of the vehicle.
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