本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1所述的、用于在具有馬達(dá)的車輛中將從機(jī)械能m中所獲取的電能e進(jìn)行轉(zhuǎn)化和/或儲存的方法以及一種按權(quán)利要求9所述的、用于將機(jī)械能m經(jīng)由電能e轉(zhuǎn)化為化學(xué)能c的可移動的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

對于現(xiàn)今的車輛來說——比如在載客汽車或者載貨汽車中——已經(jīng)知道，以電能的形式來回收制動能。這種方法被稱為回收（rekuperation）。在此一般來說將電池用作能量儲存器。此外，知道用于能量儲存的方案，在所述方案中使用液壓系統(tǒng)或者壓縮空氣系統(tǒng)。相應(yīng)地，已經(jīng)知道兩種不同的用于車輛的能量儲存形式，即一種形式為燃料箱的化學(xué)儲存器、也就是通常安裝在車輛中的汽油箱或者氣罐以及附加一種按結(jié)構(gòu)型式以電池或者壓力儲存器形式的電儲存器。在將制動能回收為在電池中中間儲存的電能時(shí)，不利的是，在制動時(shí)通過回收而短時(shí)間出現(xiàn)的高的機(jī)械功率必須由所述電池來接納，所述機(jī)械功率轉(zhuǎn)化為電能。這意味著，所述電池或者一般來說所述儲存器必須具有高的功率密度，并且另一方面比如在較長時(shí)間的下山行駛中所述功率沒有如此之高，因而相應(yīng)地所述儲存器必須接納更多的能量，也就是說，所述儲存器必須具有高的能量密度。額外地需要所述儲存器的高的循環(huán)穩(wěn)定性，以便所述儲存器不會在所述車輛的運(yùn)行中在較長的使用持續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)過多地失去容量。但是，目前對儲存器的功率密度和能量密度來說不可能同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。因此，目前總是必須達(dá)成折衷方案，使得所述儲存器要么具有高的功率密度要么不過具有高的能量密度。目前已知的高功率的、具有高的循環(huán)穩(wěn)定性的電儲存器優(yōu)選是鋰離子蓄電池，所述鋰離子蓄電池的成本很高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)是，在儲存從制動能中所獲取的能量時(shí)克服上面所描述的缺點(diǎn)中的至少一個(gè)缺點(diǎn)。尤其本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于儲存在車輛制動時(shí)通過回收來轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械功率的方法以及一種用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)化的可移動的系統(tǒng)，所述方法和所述可移動的系統(tǒng)設(shè)置了功率儲存器和能量儲存器的分開并且能夠以成本低廉的方式實(shí)現(xiàn)所述制動能的回收和所述制動能的儲存?？蛇x地，本發(fā)明的另一個(gè)任務(wù)是，在將系統(tǒng)成本降低到最低限度的同時(shí)降低co2排放以及原始的燃料消耗。

前述任務(wù)通過一種具有獨(dú)立權(quán)利要求1的特征的、用于在具有馬達(dá)的車輛中將從機(jī)械能m中所獲取的電能e進(jìn)行轉(zhuǎn)化并且/或者儲存的方法得到解決，以及通過一種具有獨(dú)立權(quán)利要求9的特征的、用于將機(jī)械能m經(jīng)由電能e轉(zhuǎn)化為化學(xué)能c的可移動的系統(tǒng)得到解決。本發(fā)明的另外的特征和細(xì)節(jié)由從屬權(quán)利要求、說明書和附圖中產(chǎn)生。在此，結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法所描述的特征和細(xì)節(jié)當(dāng)然也結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的可移動的系統(tǒng)而適用，并且相應(yīng)地反之亦可，從而關(guān)于針對各個(gè)發(fā)明方面的公開內(nèi)容始終相互參照或者能夠相互參照。

在本發(fā)明的第一方面中，一種用于在具有馬達(dá)的車輛中、尤其是在機(jī)動車中將從機(jī)械能m中所獲取的電能e進(jìn)行轉(zhuǎn)化并且/或者儲存的方法——其中將在所述車輛制動時(shí)并且/或者在其滑行中所獲取的機(jī)械能m轉(zhuǎn)化為化學(xué)能c——具有以下方法步驟：

a）在第一步驟中借助于發(fā)電機(jī)將所述機(jī)械能m轉(zhuǎn)化為電能e，

在緊隨此后的第二步驟

b）中將所述電能e儲存在中間能量儲存器中并且將所儲存的電能e在第三步驟

c）中輸出給電解模塊，所述電解模塊將所述電能e在第四步驟

d）中至少通過將水裂解為氫氣和氧氣這種方式來轉(zhuǎn)化為化學(xué)能c，并且將所述化學(xué)能

e）在第五步驟中導(dǎo)送到所述車輛的氣罐中以進(jìn)行中間儲存并且/或者輸送給所述車輛的馬達(dá)和/或燃料電池。

按照本發(fā)明，能夠降低常見的功率儲存器的容量，方法是：該功率儲存器作為中間能量儲存器將在制動時(shí)并且/或者在滑行中從機(jī)械能m轉(zhuǎn)化為電能e的能量中間儲存起來，所述中間能量儲存器優(yōu)選不將所述電能e輸出給所述車輛的電動馬達(dá)或者車載電網(wǎng)。更確切地說，按照本發(fā)明，將所述電能e用于在電解模塊中將水轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣、也就是轉(zhuǎn)化為化學(xué)能c并且將所述化學(xué)能儲存在化學(xué)的能量儲存器中。被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能c的電能e比如作為可燃的氣體（以氫氣、甲烷或者氧氣的形式）供所述車輛的馬達(dá)、比如燃燒馬達(dá)、優(yōu)選奧托馬達(dá)或者不過也供至少一個(gè)燃料電池所用，由此能夠明顯地節(jié)省或者降低從外部需要的能量。對于在本發(fā)明的范圍內(nèi)也僅僅普遍地稱為“馬達(dá)”的燃燒馬達(dá)來說，將可燃的氣體通過燃燒直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。燃料電池與至少一個(gè)布置在后面的電動馬達(dá)或者發(fā)電機(jī)的組合在本發(fā)明的范圍內(nèi)同樣普遍地被視為“馬達(dá)”，其中通過至少一個(gè)燃料電池將所述可燃的氣體首先轉(zhuǎn)化為電能并且將所述電能通過至少一個(gè)電動馬達(dá)或者發(fā)電機(jī)來轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

對于燃料電池運(yùn)行的車輛來說，能夠?qū)乃鲭娔躤中所獲取的化學(xué)能c、也就是將在使用從所述機(jī)械能m中所獲取的能量e的情況下來自水的電解的產(chǎn)物輸送給燃料電池，所述燃料電池在獲取電能d的情況下比如將在水的電解時(shí)所獲取的氫氣與氧氣轉(zhuǎn)換為水，所述氧氣要么來源于所述電解要么來源于環(huán)境空氣。就此而言，用所述根據(jù)本發(fā)明的方法和所述根據(jù)本發(fā)明的可移動的系統(tǒng)來提供以下優(yōu)點(diǎn)：不需要比如形式為牽引電池的額外的能量儲存器，所述牽引電池在車輛中占據(jù)許多結(jié)構(gòu)空間和額外的重量。此外，通過燃燒在所述電解時(shí)從所述電能e中所獲取的化學(xué)能c，能夠通過減少動力燃料（treibstoff）或者燃料來減少co2排放，所述化學(xué)能比如形式為輸送給所述馬達(dá)的氫氣。除此以外，能夠避免用于高功率的電儲存器、比如用于鋰離子蓄電池的成本，因?yàn)樗鲭娔躤按照本發(fā)明被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能c、比如氣體形式的氫氣，其中所述氫氣能夠中間儲存在氣罐中、優(yōu)選能夠中間儲存在已經(jīng)在所述車輛中存在的氣罐中，由此能夠?qū)⑾到y(tǒng)成本降低到最低限度。此外，用于化學(xué)能的儲存器的化學(xué)的能量密度以及由此結(jié)構(gòu)空間需求相對于具有高的能量密度的電儲存器明顯更佳。也能夠?qū)㈦姽β蕛Υ嫫骱喕匠叽缭O(shè)計(jì)得明顯更小的短時(shí)間中間儲存器（比如雙電層電容器：doublelayercapacitor），所述短時(shí)間中間儲存器比常見的牽引電池更小并且更便宜。

特別有利的是，能夠?qū)⒂糜趯C(jī)械能m轉(zhuǎn)化為化學(xué)能c的方法和根據(jù)本發(fā)明的、用于將機(jī)械能m經(jīng)由電能e轉(zhuǎn)化為化學(xué)能c的可移動的系統(tǒng)用在燃?xì)膺\(yùn)行的（gasbetrieben）車輛中，所述車輛比如用汽車燃?xì)饣蛘咛烊粴鈦磉\(yùn)行。為此提供的優(yōu)點(diǎn)一清二楚，因?yàn)橐簿褪钦f所述燃?xì)膺\(yùn)行的車輛已經(jīng)具有氣罐，所述氣罐能夠儲存通過電解從電能e轉(zhuǎn)換的化學(xué)能c。由此能夠?qū)⒃谒鲕囕v制動時(shí)或者在其滑行中所產(chǎn)生的機(jī)械能m借助于發(fā)電機(jī)比如在用作中間功率儲存器的supercap電容器（超級電容電容器）中加以中間儲存，以用于而后以化學(xué)能c的形式中間儲存在所述氣罐中，以用于通過所述馬達(dá)進(jìn)行進(jìn)一步的燃燒，所述化學(xué)能借助于電解在使用所述電能e的情況下從所述電能e轉(zhuǎn)化而來。

為了提高所述中間能量儲存器的功率密度，也能夠以有利的方式加載更高的（所述可移動的系統(tǒng)的）系統(tǒng)電壓和/或所述車輛中的更高的車載電網(wǎng)電壓，所述車載電網(wǎng)電壓相對于常見的用于載客汽車的12伏特的車載電網(wǎng)電壓提高到至少24伏特或者48伏特，并且相對于常見的用于載貨汽車的24伏特的車載電網(wǎng)電壓則提到至少48伏特。也能夠加載大于48v的（所述可移動的系統(tǒng)的）系統(tǒng)電壓和/或所述車輛中的車載電網(wǎng)電壓，以用于以有利的方式進(jìn)一步對所述中間能量儲存器的功率密度進(jìn)行優(yōu)化。

能夠以有利的方式借助于來自所述功率儲存器的電能e通過電解在所述電解模塊中制造氫氣和氧氣，其中所述氫氣以有利的方式以被壓縮的形式被泵到氣罐或者燃料箱中或者被泵到在燃?xì)膺\(yùn)行的車輛中已經(jīng)存在的氣罐中或者可選地直接被輸送給所述車輛的馬達(dá)或者燃料電池。在此，壓縮機(jī)以優(yōu)選的方式適合于對所述氫氣或者氧氣進(jìn)行壓縮或者如有必要對在反應(yīng)器模塊中通過一氧化碳或者二氧化碳所轉(zhuǎn)換的甲烷進(jìn)行壓縮（這一點(diǎn)接下來還要進(jìn)行詳細(xì)描述）。為了在此通過回收而收回的能量沒有再次為了所述壓縮機(jī)的驅(qū)動而失去，所述壓縮機(jī)能夠優(yōu)選通過馬達(dá)的廢氣、比如以渦輪增壓器的形式來驅(qū)動。當(dāng)然，由所述機(jī)械能m所轉(zhuǎn)化的電能e不過也能夠部分地用于以電的方式來驅(qū)動所述壓縮機(jī)。

原則上，對于所述根據(jù)本發(fā)明的方法和所述可移動的系統(tǒng)來說，有利的是，能夠通過氫氣份額或者通過能夠作為燃燒氣體輸送給燃燒馬達(dá)的氧氣份額來降低有待加入的（以及有待購買的、有待從外部供給的）動力燃料、比如汽車燃?xì)饣蛘咛烊粴?，其中所述馬達(dá)的co2排放能夠通過減少所述動力燃料而在總體上得到降低。

對于所述電解來說必要的水以有利的方式來源于附加水箱并且/或者能夠通過廢氣處理裝置從所述馬達(dá)的廢氣中來提供或者作為氫氣與氧氣的反應(yīng)的產(chǎn)物由燃料電池來提供。

以氫氣和氧氣的形式借助于電解來轉(zhuǎn)化的能量c能夠如已經(jīng)描述的那樣也輸送給燃料電池，所述燃料電池在氫氣與氧氣反應(yīng)生成水的情況下將在此所獲取的電能d比如提供給所述車輛的車載電網(wǎng)。

如前面所描述的那樣，所述方法能夠有利地如此得到改進(jìn)，使得在電解時(shí)所獲取的氫氣與在廢氣中由所述燃燒馬達(dá)所排放的一氧化碳或者二氧化碳在反應(yīng)器模塊中反應(yīng)生成甲烷，所述甲烷被導(dǎo)送到所述氣罐中并且從那里提供給所述馬達(dá)，由此所述馬達(dá)的一氧化碳平衡和/或二氧化碳平衡能夠進(jìn)一步得到改進(jìn)。

不過，作為替代方案或者通過對到所述燃燒馬達(dá)中的輸入進(jìn)行補(bǔ)充的方式，能夠?qū)乃鋈紵R達(dá)的廢氣中所排放的一氧化碳或者二氧化碳也作為陽極氣體來輸送給燃料電池、比如熔融碳酸鹽燃料電池或固體氧化物燃料電池。

在本發(fā)明的第二方面，所述任務(wù)通過一種用于將機(jī)械能m經(jīng)由電能e轉(zhuǎn)化為化學(xué)能c的可移動的系統(tǒng)得到解決，所述可移動的系統(tǒng)尤其在實(shí)施所述根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下將從機(jī)械能m所獲取的電能e轉(zhuǎn)化為化學(xué)能c，并且所述可移動的系統(tǒng)與車輛、尤其是機(jī)動車的馬達(dá)系統(tǒng)相連接，所述可移動的系統(tǒng)包括：水箱；至少與所述水箱相連接的電解模塊，從所述馬達(dá)系統(tǒng)的中間能量儲存器中將電能輸送給所述電解模塊；以及壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)至少與所述馬達(dá)系統(tǒng)的氣罐相連接，以用于至少在將在所述電解模塊中從水中所轉(zhuǎn)換的氫氣導(dǎo)入到所述氣罐中之前對其進(jìn)行壓縮。

所述可移動的系統(tǒng)尤其在流體技術(shù)上、以電子的方式、以機(jī)械的方式并且/或者在控制技術(shù)上與所述車輛的馬達(dá)系統(tǒng)和/或燃料電池系統(tǒng)相連接。

為了在這里避免關(guān)于所述根據(jù)本發(fā)明的、用于將機(jī)械能m經(jīng)由電能e轉(zhuǎn)化為化學(xué)能c的可移動的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)的重復(fù)，要參照針對所述根據(jù)本發(fā)明的方法的解釋。對于所述根據(jù)本發(fā)明的可移動的系統(tǒng)來說，由此當(dāng)然也產(chǎn)生所有針對按照本發(fā)明的第一方面的方法已經(jīng)描述的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

下面借助于附圖對根據(jù)本發(fā)明的方法和其改進(jìn)方案和它們的優(yōu)點(diǎn)以及根據(jù)本發(fā)明的用所述根據(jù)本發(fā)明的方法來工作的可移動的系統(tǒng)和其改進(jìn)方案和其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)解釋。

不言而喻，前面所提到的并且下面還要解釋的特征不僅能夠在相應(yīng)所說明的組合中使用而且也能夠在其它的組合中使用。

其中：

圖1示出了所述根據(jù)本發(fā)明的方法的框圖。

具體實(shí)施方式

圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的、用于運(yùn)行可移動的系統(tǒng)、也就是可移動的回收系統(tǒng)的方法100，所述可移動的系統(tǒng)在可移動的馬達(dá)系統(tǒng)和/或可移動的燃料電池系統(tǒng)中工作。所述馬達(dá)系統(tǒng)或者燃料電池系統(tǒng)的主要的元件在圖1的圖示中處于線a-a的左邊。能夠結(jié)合所述馬達(dá)系統(tǒng)或者燃料電池系統(tǒng)的元件來實(shí)現(xiàn)所述根據(jù)本發(fā)明的方法100的元件在圖1中的圖示中處于所述線a-a的右邊。具有不中斷的線的箭頭或者用所述不中斷的線示出的反應(yīng)器模塊14代表著可選的連接或者可選的模塊，或者能夠作為用實(shí)線示出的元件和連接的替代方案來使用。

所示出的方法100用于在車輛中、也就是說在具有馬達(dá)1和/或燃料電池10的可移動的系統(tǒng)中將從機(jī)械能m中所獲取的電能e進(jìn)行轉(zhuǎn)化和/或儲存。對于所述方法100來說，將在所述車輛制動時(shí)并且/或者在其滑行中所獲取的能量m在第一步驟a）中借助于發(fā)電機(jī)2轉(zhuǎn)化為電能e。在此，將所述機(jī)械能m要么由所述馬達(dá)1、比如通過作為發(fā)電機(jī)2來起作用的照明發(fā)電機(jī)（lichtmaschine）要么不過在制動過程中通過所述車輛的車輪16和與所述車輪相連接的發(fā)電機(jī)2、比如馬達(dá)通過回收來轉(zhuǎn)化為電能e。在第二步驟b）中將所述電能e儲存在中間能量儲存器3中或者可選地輸送給壓縮機(jī)6。在此，所述發(fā)電機(jī)2和所述中間能量儲存器3當(dāng)然也能夠與所述車輛的車載電網(wǎng)15相連接或者不過也能夠與所述車輛的其它電負(fù)載相連接。在第三步驟c）中將從所述機(jī)械能m通過所述發(fā)電機(jī)2來轉(zhuǎn)化的電能b、也就是所述回收能量輸出給電解模塊4。所述電解模塊4用于在耗費(fèi)所述電能e的情況下將水（h2o）轉(zhuǎn)化為氫氣（h2）和氧氣（o2）。將通過將水裂解為氫氣和氧氣這種方式所獲取的化學(xué)能c以氫氣的形式輸送給所述壓縮機(jī)6，該壓縮機(jī)在可選的第五步驟e）中對所述氫氣進(jìn)行壓縮并且將其泵到所述車輛的氣罐5中，以進(jìn)行中間儲存。

作為替代方案，能夠?qū)⒁詺錃夂脱鯕獾男问剿@取的化學(xué)能c作為燃燒氣體來直接輸送給所述車輛的馬達(dá)1、比如燃燒馬達(dá)或者燃料電池10。輸送給所述馬達(dá)1的氫氣份額或者氧氣份額在此降低了消耗、也就是有待燃燒的動力燃料的量并且由此降低了比如構(gòu)造為燃燒馬達(dá)的馬達(dá)1的co2排放。但是，也能夠?qū)碓从陔娊獾幕瘜W(xué)能c輸送給所述燃料電池10，所述燃料電池在氫氣與氧氣反應(yīng)生成水的情況下將所述化學(xué)能c轉(zhuǎn)化為電能d。而后比如能夠?qū)⑺鲭娔躣輸送給所述車輛的車載電網(wǎng)15。

對于所述電解來說必要的水能夠來源于水箱7或者作為替代方案能夠通過廢氣處理裝置12來源于所述馬達(dá)1的廢氣11或者從所述氫氣與氧氣反應(yīng)生成水的反應(yīng)中來源于所述燃料電池10。但是為了總是能夠?yàn)樗鲭娊饽K4提供足夠的水，有利的是，將所述水箱7作為中間儲存器布置在所述廢氣處理裝置12和/或所述燃料電池10與所述電解模塊4之間。另一方面能夠放棄所述儲水器7，如果能夠保證，總是有足夠的、來自所述廢氣處理裝置12、也就是說來自所述馬達(dá)1的廢氣11或者燃料電池10的水供所述電解模塊4所用，以用于將所述電能e轉(zhuǎn)換為化學(xué)能c。

除了通過所述廢氣處理裝置12將所述廢氣11處理成水之外，作為替代方案，也可選地能夠?qū)碜运鰪U氣11的一氧化碳（co）和二氧化碳（co2）輸送給反應(yīng)器模塊14，在所述反應(yīng)器模塊中，所述一氧化碳或者所述二氧化碳在與氫氣進(jìn)行的甲基化反應(yīng)中反應(yīng)生成甲烷（ch4）和水，所述氫氣在水的裂解的情況下在所述電解模塊4中來獲取。進(jìn)行甲基化反應(yīng)時(shí)在所述反應(yīng)器模塊14中所得到的甲烷能夠如前面為所述氫氣所描述的那樣也作為化學(xué)能c在通過所述壓縮機(jī)6壓縮的情況下輸送給所述車輛的氣罐5，或者作為陽極氣體來輸送給所述燃料電池10。作為替代方案，進(jìn)行甲基化反應(yīng)時(shí)所獲取的水能夠?qū)τ谒鲭娊饽K4來說用于電解，也就是說用于將所述電能e轉(zhuǎn)化為化學(xué)能c。廢氣內(nèi)含物質(zhì)以及沒有通過所述廢氣處理裝置12來處理并且被導(dǎo)回到所述系統(tǒng)中的物質(zhì)則通過排氣管13從所述系統(tǒng)中導(dǎo)出。

將通過所述壓縮機(jī)6來導(dǎo)入到所述氣罐5中的氫氣或者甲烷以化學(xué)能c的形式提供給所述馬達(dá)1，也就是說作為燃燒氣體份額在所述馬達(dá)1中燃燒或者作為反應(yīng)氣體來提供給所述燃料電池10。

總之，通過所述根據(jù)本發(fā)明的方法100，除了得到改進(jìn)的能量平衡之外也產(chǎn)生更好的有害物質(zhì)平衡、也就是所述馬達(dá)1的co2排放的降低，因?yàn)槟軌蝾~外地減少燃燒氣體、比如天然氣或者汽車燃?xì)?。并且能夠額外地再次將在所述廢氣11中所包含的一氧化碳以及尤其是二氧化碳在反應(yīng)器模塊14中用在所述電解模塊4中從電能e轉(zhuǎn)化為化學(xué)能c的氫氣來還原成甲烷和水。

為了正的能量平衡沒有由于通過額外的電能的耗費(fèi)來驅(qū)動的壓縮機(jī)6而無效，所述壓縮機(jī)優(yōu)選以渦輪增壓器的形式來構(gòu)造，所述渦輪增壓器借助于廢氣11、也就是說用機(jī)械能m來驅(qū)動?？蛇x地，回收能量、也就是從所述機(jī)械能m中借助于所述發(fā)電機(jī)2來轉(zhuǎn)化的電能e也能夠用于驅(qū)動所述壓縮機(jī)6。

如能夠從圖表中得知的那樣，能夠?qū)⒃陔娊鈺r(shí)從水中所獲得的氧氣從所述系統(tǒng)中排出。不過，在能量方面更為有利的是，如已經(jīng)描述的那樣要么將所述氧氣作為燃燒氣體輸送給所述燃燒馬達(dá)、也就是所述馬達(dá)1，要么將所述氧氣與所述氫氣一起輸送給所述燃料電池10，以用于在形成水的情況下獲取電能d，而后能夠示范性地將所述電能提供給所述車輛的車載電網(wǎng)15。

原則上，作為框圖在圖1中示出的方法100不僅能夠用于具有燃燒馬達(dá)的車輛、也就是優(yōu)選用于已經(jīng)具有氣罐5的燃?xì)膺\(yùn)行的車輛，而且能夠用于具有從燃料電池10中獲取其能量的電動馬達(dá)的車輛，并且也能夠也用于也就是具有燃燒馬達(dá)和至少一個(gè)電動馬達(dá)的混合動力車輛。