DE19913794A1 - Fahrzeug mit einem Antriebsstrang für wenigstens zwei Antriebsräder und mit einem Brennkraftmaschinen-Antrieb sowie mit einem Brennstoffzellensystem - Google Patents

Fahrzeug mit einem Antriebsstrang für wenigstens zwei Antriebsräder und mit einem Brennkraftmaschinen-Antrieb sowie mit einem Brennstoffzellensystem

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug (1) mit einem Brennkraftmaschinen-Antrieb (2) und einem Brennstoffzellensystem. Zur Versorgung des Brennkraftmaschinen-Antriebs und das Brennstoffzellensystem wird flüssiger Brennstoff verwendet. Der Brennkraftmaschinen-Antrieb (2) wird zum Starten und zur Möglichkeit der sofortigen Fahrzeugbewegung nach dem Starten und zur Möglichkeit der sofortigen Fahrzeugbewegung nach dem Starten der Brennkraftmaschine (2) sowie zum Aufheizen des Brennstoffzellensystems auf eine Arbeitstemperatur verwendet, nach deren Erreichen die Brennstoffzelle (4) in Gang gesetzt wird. Danach erzeugen ein Elektrofahrmotor (5), der vom Brennstoffzellensystem gespeist wird, alleine oder mit dem Brennkraftmaschinen-Antrieb die Momente für die Bewegung des Fahrzeugs (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit einem Antriebs­ strang für wenigsten zwei Antriebsräder und mit einem Brenn­ kraftmaschinen-Antrieb sowie mit einem Brennstoffzellensystem.
Es ist bereits ein aus einem Brennkraftmaschinen-Antrieb und einem Brennstoffzellensystem-Antrieb bestehender Hybrid-Antrieb für ein Fahrzeug bekannt (GB 1447 835). Der Brennstoff­ zellensystem-Antrieb enthält einen Elektromotor, dessen Welle an einem Ende mit der Antriebswelle der Brennkraftmaschine und am anderen Ende mit einer Kupplung verbunden ist. An die Kupp­ lung schließen sich ein Antriebsstrang mit Getriebe, Kardan­ welle, Ausgleichsgetriebe, Radwellen und Antriebsrädern an. Die Brennkraftmaschine und die Brennstoffzelle werden von einer ge­ meinsamen Kraftstoffquelle je über eine Speiseleitung mit Wasserstoff versorgt. In jeder Speiseleitung befindet sich ein Steuerventil, das an eine elektrische Steuerung angeschlossen ist, die mechanisch mit einem Fußpedal verbunden ist, von dessen Stellung die Betätigung der beiden Steuerventile in den Speiseleitungen abhängt. Bei Pedalstellungen, die kleineren Antriebsleistungen für das Fahrzeug zugeordnet sind, öffnet die Steuerung das Steuerventil im Zuge des Speiseleitung für die Brennkraftmaschine. Bei Pedalstellung, die höheren Antriebs­ leistungen für das Fahrzeug zugeordnet sind, öffnet die Steue­ rung beide Steuerventile in den Speiseleitungen für die Brenn­ kraftmaschine und die Brennstoffzelle, d. h. beide Antriebe arbeiten gleichzeitig.
Wenn die Brennstoffzelle betriebsbereit sein soll, um ihre Lei­ stung ohne Unterbrechung zur Verfügung stellen zu können, ist eine zusätzliche Steuereinheit vorhanden, die die Brennkraft­ maschine bei niedriger Leistungsabgabe für das Fahrzeug im Leerlauf arbeiten läßt, während die Brennstoffzelle Leistung abgibt. Bei größerem Leistungsbedarf arbeiten beide Antriebe zusammen. Im Leerlauf wird der Brennkraftmaschine so viel Kraftstoff zugeführt, daß sie für den Elektromotor, der die An­ triebsleistung erzeugt, nicht als Bremse wirkt.
Bekannt ist auch ein Fahrzeug, das einen Elektromotor, eine Brennstoffzelle, einen Kompressor zur Zufuhr von Luft zur Brennstoffzelle, eine Elektromotor zum Antrieb des Kompressors, einen Reformer, einen Brennstofftank für flüssigen Kraftstoff, einen Wasserspeicher und einen Verdampfer aufweist. Der flüs­ sige Kraftstoff und Wasser werden im Verdampfer in den gas­ förmigen Zustand überführt und danach zum Reformer geleitet, in dem unter Zufuhr von Wärme mit Hilfe eines katalytischen Brenners Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid gebildet werden. Das so gebildete wasserstoffhaltige Gas wir der Brenn­ stoffzelle zugleich mit Luft unter Druck zugeführt (DE 44 12 451 O1).
Brennstoffzellensysteme, die zur Erzeugung von Wasserstoff aus einem flüssigen Kraftstoff ein Gaserzeugungssystem besitzen, haben gegenüber Brennstoffzellensystemen, die aus Tanks mit gasförmigen Wasserstoff gespeist werden, eine Reihe von Nach­ teilen, deren Beseitigung zu deutlichen Mehraufwand führt und auch nicht vollständig gelingt.
In diesem Zusammenhang ist vor allem das Kaltstartverhalten ein Problem. Da das Gaserzeugungssystem erst nach Erreichen einer bestimmten höheren, von der Art des Kraftstoffs abhängigen Be­ triebstemperatur funktionsfähig ist, d. h. ein wasserstoff­ haltiges Gas erzeugt, muß es nach der Fahrzeuginbetriebnahme erst aufgeheizt werden. Hierdurch ergibt sich eine Wartezeit zwischen Fahrzeugstart und Fahrbereitschaft. Durch die Erzeu­ gung thermischer Energie für das Aufheizen des Gaserzeugungs­ systems wird Kraftstoff im Stillstand verbraucht.
Um die vorstehend erwähnten Nachteile zu vermeiden, könnten eine zusätzliche Speichereinheit oder ein Verfahren zur Wasserstofferzeugung ohne hohe Temperaturen, d. h. bei Umgebungstemperatur eingesetzt werden. Die Speichereinheit besteht z. B. aus einer elektrischen Batterie, einem Superkondensator oder einem zusätzlich vorzusehenden Wasserstofftank. Ein geeignetes Wasserstofferzeugungsverfahren, das bei Umgebungstemperatur arbeitet, ist nicht bekannt. Die Speichereinheit muß vor der Inbetriebnahme des Fahrzeugs eine ausreichende Ladung bzw. Füllung aufweisen, was unter Umständen nach längeren Stillstandzeiten nicht mehr der Fall ist. Bei einem auch untet niedrigen Temperaturen arbeitenden Wasserstofferzeugungsverfahren erhöht sich der Aufwand.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Fahrzeug, das ein mit flüssigem Kraftstoff gespeistes Brennstoffzellen-System aufweist, dahingehend weiterzuentwickeln, daß ein Anlassen mit sofortigem Fahrtbeginn ohne Energieentnahme aus einem zusätz­ lichen Gasspeicher für die Brennstoffzelle möglich ist, und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Fahrzeugs auszugeben.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug mit wenig­ stens einem Antriebsstrang für Antriebsräder und mit einem an den Antriebsstrang ankuppelbaren Brennkraftmaschinen-Antrieb sowie mit einem Brennstoffzellensystem gelöst, das eine Brenn­ stoffzelle und eine Gaserzeugungseinrichtung aufweist, die bei höherem Temperaturen aus einem Kraftstoff wasserstoffhaltiges Gas für die Brennstoffzelle erzeugt, wobei Einrichtungen zur Überleitung von Wärme aus dem Brennkraftmaschinen-Antrieb in die Gaserzeugungseinrichtung und in die Brennstoffzelle und eine Steuerung vorgesehen sind, von der automatisch Aggregate für die Zufuhr von Kraftstoff und Luft zum Brennstoffzellensystem nach dem Aufheizen der Gaserzeugungs­ einrichtung und der Brennstoffzelle auf Arbeitstemperaturen einschaltbar sind. Unter Antriebsstrang sind die Bauteile hinter einer Kupplung des Fahrzeugs bis zu den Antriebsrädern zu verstehen. Unter Brennkraftmaschinen-Antrieb ist hierbei ein Antrieb mit einer herkömmlichen Brennkraftmaschine und den für ihren Betrieb notwendigen Aggregaten wie Anlasser, Lichtmaschine, Akkumulator, Kraftstoffdosiereinrichtung, Zünd­ einrichtung usw. zu verstehen. Der Brennkraftmaschinen-Antrieb wird auf übliche Weise in Gang gesetzt, indem mittels des Zündschlüssels die Bauelemente für das Starten betätigt werden.
Die beim Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden heißen Ab­ gase heizen die Gaserzeugungseinrichtung und die Brennstoff­ zelle auf Betriebstemperaturen bzw. eine für die Funktion aus­ reichende Temperatur auf. Sobald die Arbeits- bzw. Betrieb­ stemperatur erreicht ist, wird die Zufuhr von Luft und flüs­ sigem Kraftstoff zur Gaserzeugungseinrichtung eingeleitet und die Brennstoffzelle mit der Luft und dem von der Gaserzeugungs­ einrichtung ausgegebenen wasserstoffhaltigen Gas in Gang ge­ setzt.
Insbesondere ist wenigstens ein an den Antriebsstrang ankuppelbarer Elektrofahrmotor vorgesehen. Wenn die Brennstoff­ zelle Strom erzeugt, wird der z. B. über einen Steller ge­ steuerte Elektrofahrmotor durch Betätigen seiner Kupplung an den Antriebsstrang angeschlossen. Je nach der erforderlichen Fahrleistung kann die Brennkraftmaschine mit dem Elektrofahr­ motor zusammenarbeiten oder von Antriebsstrang abgekuppelt werden.
Vorzugsweise ist für die Energieversorgung des Brennkraft­ maschinen-Antriebs und des Brennstoffzellensystems flüssiger Kraftstoff vorgesehen. Die erfindungsgemäße Einrichtung er­ möglicht die sofortige Fahrbereitschaft eines Fahrzeugs, bei dem flüssiger Kraftstoff für einen Brennstoffzellensystem-An­ trieb verwendet wird. Wartezeiten bei Inbetriebnahme mit abge­ kühltem Gaserzeugungssystem lassen sich vermeiden. Weitere Vor­ teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind: Kein zusätzlicher Kraftstoffbedarf zum Heizen des Brennstoffzellensystems vor Fahrtaufnahme, erhöhte Betriebssicherheit aufgrund der Mög­ lichkeit, bei einer Störung des Brennstoffzellensystems die Fahrt mit der Brennkraftmaschine fortsetzen zu können, und eine flexible Nutzung von Brennkraftmaschine und Brennstoff­ zellensystem-Antrieb je nach Bedarf für zusätzliche oder alter­ native Antriebsleistung, Zusatzstromversorgung usw.
Es ist günstig, wenn nach der Funktionsaufnahme der Brennstoff­ zelle der Elektrofahrmotor an den Antriebsstrang automatisch ankuppelbar oder die manuell oder durch Fußpedal durchzu­ führende Kupplung des Elektrofahrmotors mit dem Antriebsstrang freigebbar ist. Sobald die Brennkraftmaschine in Betrieb ist, kann die Kupplungsverbindung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Antriebsstrang mit den Antriebsrädern hergestellt wer­ den, worauf sich das Fahrzeug in Bewegung setzt.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist die Nennleistung des Brennkraftmaschinen-Antriebs kleiner als die des Elektrofahr­ motors. Die Brennkraftmaschine wird insbesondere zum Anfahren des Fahrzeugs bei kaltem Gaserzeugungssystem und zum Aufheizen des Gaserzeugungssytems auf Betriebstemperatur benötigt. Die hierfür benötigte Leistung ist gering im Vergleich zu der für die verschiedenen Geschwindigkeiten, Ladezustände und Stei­ gungen im üblichen Fahrbetrieb benötigten Leistung.
Insbesondere sind der Brennkraftmaschinen-Antrieb und das Brennstoffzellensystem in einem Kühlkreislauf gemeinsam an einen Kühler angeschlossen. Durch einen gemeinsamen Kühler ver­ mindert sich der Aufwand für die Antriebssysteme. Außerdem wird die Brennstoffzelle vor ihrer Inbetriebnahme durch die Brenn­ kraftmaschine bereits auf Arbeits- bzw. Betriebstemperatur auf­ geheizt. Dies bedeutet auch eine Gewichtseinsparung am Fahr­ zeug. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Brennkraft­ maschine auch dann über ihren Kühlkreislauf eine höhere Tempe­ ratur hat, wenn sie nicht in Betrieb ist, so daß eine bedarfs­ weise Inbetriebnahme zur Unterstützung des Elektrofahrmotors bei höherer Betriebstemperatur erfolgt. Damit wird die bei kalter Brennkraftmaschine nach dem Ingangsetzen höhere Schad­ stofferzeugung vermieden.
Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsfarm ist vorgesehen, daß eine Einrichtung zur Überleitung von Wärme aus den Abgasen der Brennkraftmaschine in die Gaserzeugungseinrichtung vorge­ sehen ist. Es ist insbesondere ein außerhalb des Gaserzeugungs­ einrichtung verlaufender Bypass angeordnet, der im Betrieb der Brennkraftmaschine und im Betrieb des Brennstoffzellensystems für die Abgase durchlässig und vor Inbetriebsetzung des Brenn­ stoffzellensystems undurchlässig ist. Wenn das Brennstoffzel­ lensystem arbeitet, d. h. Strom erzeugt, entsteht Wärme, die für den Betrieb des Gaserzeugungssystems ausreicht. Um eine Überhitzung bei gleichzeitiger Leistungsabgabe der Brennstoff­ zelle und der Brennkraftmaschine zu vermeiden, werden dann die Abgase der Brennkraftmaschine am Gaserzeugungssystem vorbeige­ leitet.
Es ist günstig, wenn eine Einrichtung zur Überleitung von Wärme aus den Abgasen der Brennkraftmaschine aus wenigstens einer im Inneren der Gaserzeugungseinrichtung verlaufenden Leitung be­ steht, die Abgase führt. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch ihren einfachen Aufbau aus.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform sind die Brenn­ kraftmaschine, die Gaserzeugungseinrichtung und die Brennstoff­ zelle gemeinsam an einen Abgasreiniger angeschlossen. Durch diese Ausführungsform ist es möglich, das Antriebssystem mit geringerem Gewicht auszubilden.
Für das Verfahren wird das Problem zum Betrieb eines Fahrzeugs mit wenigstens einem Antriebsstrang für Antriebsräder und mit einem an den Antriebsstrang ankuppelbaren Brennkraftmaschinen- Antrieb sowie mit einem Brennstoffzellsystem, das eine Brenn­ stoffzelle und eine Gaserzeugungseinrichtung aufweist, die bei höheren Temperaturen wasserstoffhaltiges Gas für die Brenn­ stoffzelle erzeugt, erfindungsgemäß gelöst, indem der Brenn­ kraftmaschinen-Antrieb mit flüssigem Kraftstoff betrieben und nach dem Starten der Brennkraftmaschine an den Antriebsstrang ankuppelbar ist, während die heißen Gase die von der Brenn­ kraftmaschine erzeugt werden, das Brennstoffzellensystem direkt und/oder indirekt auf eine wenigstens für die Funktion ausrei­ chende Temperatur aufheizen, bei deren Erreichen der Brenn­ stoffzellensystem-Antrieb durch Zufuhr von Kraftstoff und Luft in Gang gesetzt wird. Ein Elektrofahrmotor wird insbesondere automatisch oder durch Fuß- oder Handbetätigung an den An­ triebsstrang angekoppelt und die Brennkraftmaschine wahlweise von Antriebsstrang abgekoppelt.
Zweckmäßigerweise werden die Brennstoffzelle und die Brenn­ kraftmaschine gemeinsam auf eine Betriebstemperatur gekühlt.
Mit dieser Maßnahme wird die Brennkraftmaschine auch dann, wenn sie nicht in Betrieb ist, auf Betriebstemperatur gehalten, so daß beim Zuschalten der Brennkraftmaschine zur Leistungserhöhung des Fahrzeugsantriebs nicht wie beim Kaltstart einer Brenn­ kraftmaschine eine höherer Schadstoffausstoß entsteht.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile er­ geben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeugs mit einem Brennkraftmaschinen-Antrieb und einem Brennstoffzel­ lensystems-Antrieb in einem ersten Betriebszustand,
Fig. 2 das in Fig. 1 dargestellte Fahrzeug in einem zweiten Betriebszustand,
Fig. 3 das in Fig. 1 dargestellte Fahrzeug in einem dritten Betriebszustand.
Ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Fahrzeug weist einen Brenn­ kraftmaschinen-Antrieb mit einer Brennkraftmaschine 2 auf, der alle für seine Funktion notwendigen Hilfsaggregate, z. B. An­ lasser, Lichtmaschine, Akkumulator, Kraftstoffdosiereinrich­ untg, Zündeinrichtung, Spannungsregler usw., enthält. Diese be­ kannten Hilfsaggregate sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Das Brennkraftmaschinen-Antriebssystem wird in folgenden auch Brennkraftmaschine 2 genannt. Weiterhin enthält das Fahrzeug 1 einen Brennstoffzellensystem-Antrieb mit an sich bekanntem Auf­ bau. Von diesen für Kraftfahrzeuge bekannten Brennstoffzellen­ system-Antrieb sind in der Zeichnung die Gaserzeugungs­ einrichtung 3, die Brennstoffzelle 4, und der Elektrofahrmotor 5 und eine Abgasreinigungseinheit 6 dargestellt. Von der Gas­ erzeugungseinrichtung 3 verläuft eine Verbindungsleitung 7 für wasserstoffhaltiges Gas zur Brennstoffzelle 4. Über eine Leitung 8 wird der Brennstoffzelle 4 Reaktionsluft zugeführt. Von der Brennstoffzelle 4 verläuft eine Leitung 9 für die Ab­ führung der Restluft bzw. von Abgasen zur Abgasreinigungs­ einheit 6. Ein Abgasleitung 10 verbindet die Gaserzeugungs­ einrichtung 3 mit der Abgasreinigungseinheit 6, an die der Fahrzeugauspuff 18 angeschlossen ist.
Der Elektrofahrmotor 5 ist über eine Kupplung 11 und ein Diffe­ rential 12 mit der Kardanwelle 13 verbunden, die über ein wei­ teres Differential 14 die Achse 15 mit den Rädern 16 antreibt. Die Brennkraftmaschine 2 ist über eine Kupplung 17 mit dem Dif­ ferential 12 verbunden.
Die Brennkraftmaschine 2 und die Brennstoffzelle 4 besitzen einen gemeinsamen Kühlkreislauf mit einem Kühler 19. Die Brennstoffzelle 4 ist insbesondere eine H2/O2-Brennstoffzelle mit protonenleitender Membran, eine sog. PEM-Zelle, und setzt sich aus einem Stack einzelner Brennstoffzellen zusammen. Neben dem Kühler 19 sind in der Zeichnung die Leitungen 20 zwischen Brennkraftmaschine 2 und Kühler 19, zwischen Brennkraftmaschine 2 und Brennstoffzelle 4 und zwischen Brennstoffzelle 4 und Kühler 19 dargestellt.
Von der Brennkraftmaschine 2 verläuft eine Abgasleitung 21 zur Gaserzeugungseinrichtung 3, in der die Abgasleitung z. B. in Form einer Heizschlange 22 hindurchgeführt ist. Von der Heiz­ schlange 22 verläuft eine Abgasleitung 23 zwischen der Gaser­ zeugungseinrichtung 3 und der Abgasreinigungseinheit 6. Von der Abgasleitung 21 zweigt eine Bypass-Leitung 24 ab, mit der die Gaserzeugungseinrichtung 3 umgangen wird. In der Bypass-Leitung 24 ist ein Absperrelement 25, z. B. eine Klappe, ein Ventil oder ein Schieber, angeordnet.
Das Fahrzeug 1 besitzt einen Kraftstofftank 26, in dem sich beispielsweise flüssiges Methanol befindet. Der Kraftstoff im Tank 26 wird sowohl für die Versorgung der Brennkraftmaschine 2 als auch für die Versorgung der Brennstoffzelle 4 verwendet. Die Kraftstoffleitung zur Brennkraftmaschine 2 ist in der Zeichnung nicht dargestellt. An der Brennkraftmaschine 2 sind schematisch ein Eingang 27 für Luft und ein Eingang 28 für den Kraftstoff dargestellt, die z. B. in einem zu der Brennkraft­ maschine 2 gehörigen, nicht näher bezeichneten Gemischbildner angeordnet sind.
Der Gaserzeugungseinrichtung 3 wird der Kraftstoff über eine nicht näher dargestellte Leitung an einen schematisch darge­ stellten Eingang 29 zugeführt. Luft wird der Gaserzeugungs­ einrichtung 3 über einen schematisch dargestellten Eingang 30 zugeführt. In der Gaserzeugungseinrichtung 3 wird der von der Brennstoffzelle 4 benötigte Wasserstoff aus dem Kraftstoff ab­ getrennt. Beispielsweise weist die Gaserzeugungseinrichtung 3 in an sich bekannter Weise einen Verdampfer auf, in dem der Kraftstoff und Wasser aus einen nicht dargestellten Wasser­ speicher in einen gasförmigen Zustand überführt und an­ schließend zu einem Reformer geleitet werden, in dem mittels eines katalytischen Brenners ein wasserstoffhaltiges Gas ge­ bildet wird, aus dem Restgas abgeschieden wird, das über die Abgasleitung 10 abgeführt wird. Das wasserstoffhaltige Gas und Luft werden unter Druck der Brennstoffzelle 4 zugeführt, in der die für den Betrieb des Elektrofahrmotors 5 benötigte elek­ trische Energie erzeugt wird.
Eine Steuerung 31, die unter anderem einen Steller für den Elektrofahrmotor 5 enthält, ist über nicht näher bezeichneten Leitungen mit dem Elektrofahrmotor 5, den elektrisch Aggregaten der Brennkraftmaschine 2, wenigstens einem Temperaturfühler in der Gaserzeugungseinrichtung 3, der Brennstoffzelle 4, dem Ab­ sperrelement 25, der Kupplung 17 und der Kupplung 11 verbunden.
Der Verbrennungsmotor 2 hat z. B. eine Antriebsleistung von 30 kW, während der Elektrofahrmotor 5 eine Antriebsleistung von 70 kW besitzt. Es sind jedoch auch andere Leistungsverhältnisse möglich. Die für die Heizung der Gaserzeugungseinrichtung 3 aus dem kalten Zustand auf Betriebstemperatur benötigte Wärme kann aus den Abgasen der Brennkraftmaschine 2 auch mittels eines Wärmetauschers gewonnen werden, der ein anderes Wärme­ trägermedium als die Abgase in der Gaserzeugungseinrichtung 3 zirkulieren läßt.
Durch Umdrehen eines nicht näher dargestellten Zündschlüssels in einem mit der Steuerung 31 verbundenen Zündschloß wird die Brennkraftmaschine 2 in üblicher Weise gestartet. Das Fahrzeug 1 ist nach dem Ingangsetzen der Brennkraftmaschine 2 fahr­ bereit. Durch Einlegen eine nicht dargestellten ersten Gangs und Betätigen der Kupplung 17 mittels der Steuerung 31 setzt sich das Fahrzeug 1 in Bewegung. Die Kupplung 11 ist dabei nicht betätigt. Das Absperrelement 25 sperrt die Bypass-Leitung 24. Die Brennkraftmaschine 2 treibt über das Differential 12, die Kardanwelle 13, das Differential 14 und die Achse 15 die Räder 16 an. Der vorstehend beschriebene Zustand des Fahrzeugs 1 ist in Fig. 1 dargestellt. Im Leerlauf der Brennkraftmaschine 2, insbesondere aber während der Fahrt bei entsprechender Lei­ stungsabgabe, heizen die Abgase der Brennkraftmaschine 2 die Gaserzeugungseinrichtung 3 auf. Die Abgase der Brennkraft­ maschine 2 gelangen nach dem Passieren der Heizschlange 22 über die Abgasleitung 23 in die Abgasreinigungseinheit 6 und von dort über den Auspuff 18 ins Freie. Die Brennkraftmaschine 2 wird durch die Zirkulation von Kühlflüssigkeit, die auch über die Brennstoffzelle 4 geleitet wird, im Kühler 19 auf einem für den Betrieb günstigen Wert gehalten. Die Brennstoffzelle 4 wird dabei ebenfalls auf z. B. 80°C bis 90°C erwärmt.
Die Steuerung 31 überwacht die Temperatur in der Gaserzeugungs­ einrichtung 3. Wenn die Gaserzeugungseinrichtung 3 ihre Be­ triebstemperatur erreicht hat, wird sie durch die Steuerung 31 automatisch in Betrieb genommen, indem Luft und Kraftstoff zu­ geführt werden. Für die Luft- und Kaltstoffzufuhr sind bei­ spielsweise nicht dargestellte Kompressoren vorgesehen, die vom Akkumulator und der Lichtmaschine der Brennkraftmaschine 2 gespeist werden. Da die Gaserzeugungseinrichtung 3 und die Brennstoffzelle 4 zu diesem Zeitpunkt bereits ihre Betriebstem­ peraturen haben, wird innerhalb weniger Sekunden von der Brenn­ stoffzelle 4 Strom erzeugt, wodurch die Aggregate der Brenn­ stoffzellensystems und der Elektrofahrmotor 5 mit Strom ver­ sorgt werden. Die Steuerung 31 betätigt die Kupplung 11, öffnet die Kupplung 17 und schaltet die Brennkraftmaschine 2 aus. Das Fahrzeug 1 wird nunmehr von Elektrofahrmotor 5 angetrieben. Die Bypass-Leitung 24 ist hierbei weiterhin gesperrt. Die Gaserzeu­ gungseinrichtung 3 erzeugt die für ihren Betrieb notwendige Wärme selbst. Der vorstehend beschriebene Betriebszustand ist in Fig. 2 dargestellt und an Hand der Stellungen der Kupplungen 11, 12 erkennbar.
Da die Brennkraftmaschine 2 durch die Abwärme der Brennstoff­ zelle 2 weiter beheizt wird, kann sie im Bedarfsfall zur Lei­ stungssteigerung wieder eingeschaltet werden, wobei die Kupp­ lung 17 wieder geschlossen wird.
Das Fahrzeug 1 wird dann von der Brennkraftmaschine 2 und dem Elektrofahrmotor 5 angetrieben. In dieser Betriebsweise, die in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Bypass-Leitung 24 durchlässig, wodurch eine unerwünscht hohe Erwärmung des Gaserzeugungs­ einrichtung 3 vermieden wird.

Claims (16)

1. Fahrzeug (1) mit wenigstens einem Antriebsstrang für An­ triebsräder (16) und mit einem an den Antriebsstrang an­ kuppelbaren Brennkraftmaschinen-Antrieb (2) sowie mit einem Brennstoffzellensystem, das eine Brennstoffzelle (4) und eine Gaserzeugungseinrichtung (3) aufweist, die bei höheren Temperaturen aus einem Kraftstoffwasserstoff­ haltiges Gas für die Brennstoffzelle (4) erzeugt, wobei Einrichtungen für die Überleitung von Wärme aus dem Brenn­ krafmaschinen-Antrieb in die Gaserzeugungseinrichtung (3) und in die Brennstoffzelle (4) und eine Steuerung (31) vorgesehen sind, von der automatisch Aggregate für die Zu­ fuhr von Kraftstoff und Luft zum Brennstoffzellensystem nach dem Aufheizen der Gaserzeugungseinrichtung (3) und der Brennstoffzelle (4) auf Arbeitstemperatur einschaltbar sind.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein an den Antriebsstrang ankuppelbaren Elek­ trofahrmotor (5) vorgesehen ist.
3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Energieversorgung des Brennkraftmaschinen-An­ triebs und des Brennstoffzellensystems flüssiger Krafstoff vorgesehen ist.
4. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Funktionsaufnahme der Brennstoffzelle (4) der Elektro­ fahrmotor (5) an den Antriebsstrang automatisch ankuppel­ bar oder die manuell oder durch Fußpedal durchzuführende Kupplung des Elektrofahrmotors (5) mit dem Antriebsstrang freigebbar ist.
5. Fahrzeug nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nennleistung des Brennkraftmaschinen-An­ triebs (2) kleiner als die Nennleistung des Elektrofahr­ motors (5) ist.
6. Fahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Brennkraftmaschinen-Antrieb (2) und der Brennstoffzellensystem-Antrieb in einem Kühl­ kreislauf gemeinsam an einen Kühler (19) angeschlossen sind.
7. Fahrzeug nach zumindest einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Überleitung von Wärme aus den Abgasen des Brennkraft­ maschinen-Antriebs (2) in die Gaserzeugungseinrichtung (3) vorgesehen ist.
8. Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Überleitung von Wärme eine im Innern der Gaserzeugung (3) verlaufende Leitung (22) für die Abgas­ rückführung ist.
9. Fahrzeug nach zumindest einen der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Ein­ richtung für die Überleitung von Wärme aus den Abgasen des Brennkraftmaschinen-Antriebs (1) in die Gaserzeugungs­ einrichtung (3) ein außerhalb der Gaserzeugungseinrichtung verlaufender Bypass (24) angeordnet ist, der ein von der Steuerung (31) betätigbares Sperrelement (25) aufweist.
10. Fahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkraftma­ schinen-Antrieb (2) und der Brennstoffzellensystem-Antrieb an einen gemeinsamen Abgasreiniger (6) angeschlossen sind.
11. Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit wenigstens einem Antriebsstrang und mit einem an den Antriebsstrang ankup­ pelbaren Brennkraftmaschinen-Antrieb sowie mit einen Brennstoffzellensystem, das eine Brennstoffzelle und eine Gaserzeugungseinrichtung aufweist, die bei höheren Tempe­ raturen aus einen flüssigen Kraftstoff wasserstoffhaltiges Gas für die Brennstoffzelle erzeugt, wobei der Brenn­ kraftmaschinen-Antrieb mit flüssigem Kraftstoff betrieben und nach dem Starten der Brennkraftmaschine an den Antriebsstrang zur Fortbewegung des Fahrzeugs ankuppelbär ist, während die von der Brennkraftmaschine erzeugten heißen Abgase direkt und/oder indirekt das Brennstoff­ zellensystem auf eine wenigstens für die Funktion aus­ reichende Temperatur aufheizen, bei deren Erreichen das Brennstoffzellensystem durch Zufuhr von Kraftstoff und Luft in Gang gesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffzellensystem einen an den Antriebsstrang ankup­ pelbaren Elektrofahrmotor aufweist, der nach dem Erreichen der Betriebstemperatur des Brennstoffzellensystem auto­ matisch an den Antriebsstrang ankuppelt wird oder daß eine Kupplung des Elektrofahrmotors zum Antriebsstrang für die Fuß- oder Handbetätigung freigegeben wird und der Brenn­ kraftmaschinen-Antrieb wahlweise vom Antriebsstrang abge­ koppelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkraftmaschinen-Antrieb und Brennstoffzellen­ system-Antrieb gemeinsam auf den Antriebsstrang einwirken.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffzellensystem-Antrieb nach der Funktions­ aufnahme der Brennstoffzelle alleine auf den Antriebs­ strang einwirkt.
15. Verfahren nach zumindest einen der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle und der Brennkraftmaschinen-Antrieb gemeinsam auf eine Be­ triebstemperatur gekühlt werden.
16. Verfahren nach zumindest einen der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu einer Ein­ richtung in der Gaserzeugungseinrichtung für die Über­ leitung der Wärme paralleler Bypass außerhalb der Gaser­ zeugungseinrichtung beim Betrieb der Brennkraftmaschine und nicht in Betrieb befindlicher Brennstoffzelle sowie bei arbeitender Brennstoffzelle und nicht im Betrieb be­ findlicher Brennkraftmaschine gesperrt wird und bei zu­ gleich arbeitender Brennkraftmaschine und Brennstoffzelle durchlässig gesteuert wird.
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