DE102017223803A1

DE102017223803A1 - Elektrisches Antriebssystem, Fahrzeug und Verfahren zum Antrieb eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102017223803A1
Application number: DE102017223803.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Boll; Nikolaus Buchheim; Mykhaylo Filipenko; Lars Kühn
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2019-06-27

Abstract

Das elektrisches Antriebssystem ist insbesondere ein Antriebssystem für ein Luftfahrzeug (200) und umfasst eine Flüssigwasserstoffquelle (40), ausgebildet zur Bereitstellung flüssigen Wasserstoffs, einen Elektromotor (20) mit mindestens einer kryogenen Motorkühlung zur Kühlung zumindest eines Teils des Elektromotors (20) mit Wasserstoff der Flüssigwasserstoffquelle (40), sowie eine Wasserstoffverstromungseinrichtung (120, 30), ausgebildet und angeordnet zur Bereitstellung elektrischer Energie mittels Verbrennung des Wasserstoffs.Das Fahrzeug ist insbesondere ein hybridelektrisches Flugzeug (200) und umfasst ein solches elektrisches Antriebssystem (10) .

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Antrieb eines Fahrzeugs.
Hybrid-elektrische Antriebe von mittelreichweitigen Passagierflugzeugen benötigen eine Gesamt-Antriebsleistung von etwa 45 MW, wobei das Verhältnis von Antriebleistung zu Gesamtgewicht einen Wert von etwa 10 kW/kg erreichen muss.
Bislang bekannte Systemarchitekturen erreichen diesen Wert nicht, sondern sind auch unter optimistischen Annahmen noch etwa eine Größenordnung von solchen Zielvorgaben entfernt. Dies ist insbesondere für den Aufbau von hybrid-elektrischen Antrieben relevant. Denn hybrid-elektrische Antriebe umfassen regelmäßig eine Mehrzahl von Komponenten, die zueinander in Serie geschaltet sind, sodass für jede einzelne Komponente eine Leistungsdichte erforderlich ist, die der Anzahl der Komponenten multipliziert mit dem Verhältnis von Antriebsleistung zu Gesamtgewicht von etwa 10 kW/kg entspricht.
Gegenwärtig ist keine Architektur für hybrid-elektrische Antriebe bekannt, die solche Vorgaben erfüllt.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes elektrisches Antriebssystem vorzugsweise für ein hybrid-elektrisches Flugzeug zu schaffen, mit welchem insbesondere die vorgenannten Vorgaben leichter erreichbar sind. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Antrieb eines insbesondere hybrid-elektrischen Flugzeugs zu schaffen, welches insbesondere im Einklang mit den vorgenannten Vorgaben ausführbar ist.
Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem elektrischen Antriebssystem mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, mit einem Fahrzeug mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Verfahren zum Antrieb eines Fahrzeugs mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.
Das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem ist insbesondere ein Antriebssystem eines Luftfahrzeugs. Das Antriebssystem gemäß der Erfindung umfasst eine Flüssigwasserstoffquelle die zur Bereitstellung flüssigen Wasserstoffs ausgebildet ist. Zudem umfasst das erfindungsgemäße Antriebssystem einen Elektromotor mit mindestens einer kryogenen Motorkühlung zur Kühlung zumindest eines Teils des Elektromotors mit Wasserstoff der Flüssigwasserstoffquelle. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Antriebssystem eine Wasserstoffverstromungseinrichtung, die zur Bereitstellung elektrischer Energie mittels Verbrennung des Wasserstoffs ausgebildet ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem ist vorteilhaft die Leistungsdichte des gesamten Antriebssystems (ca. 5 kW/kg) deutlich verbessert, sodass ein hybrid-elektrischer Antrieb technisch möglich erscheint. Insbesondere ist mit der kryogenen Kühlung infolge des flüssigen Wasserstoffs der zumindest eine Teil des Elektromotors auf Temperaturen kühlbar, bei welchen Supraleitung nutzbar ist. Infolge der Nutzung von Supraleitern lassen sich elektrische Leitungsverbindungen des elektrischen Antriebssystems besonders leicht und kompakt ausbilden, sodass sich das Verhältnis von Antriebsleistung zu Gesamtgewicht vorteilhaft erheblich erhöhen lässt.
Idealerweise ist die erfindungsgemäß vorhandene Wasserstoffverstromungseinrichtung zur Bereitstellung elektrischer Energie als Antriebsenergie, insbesondere zum Antrieb eines mit dem Antriebssystem angetriebenen Luftfahrzeugs, ausgebildet.
Auf diese Weise wird Flüssigwasserstoff vorteilhaft sowohl als Treibstoff mit einer 4-fach so hohen massebezogenen Leistung verglichen mit herkömmlichem Flugzeugbrennstoff als auch als Kühlmittel genutzt. Folglich lässt sich das erfindungsgemäße Antriebssystem mit deutlich verbesserter Systemeffizienz realisieren.
Wasserstoff ist vorteilhaft derart als Kühlmittel nutzbar, dass die latente Wärme der Verdampfung von Flüssigwasserstoff als auch die isobare Wärmekapazität von kryogenem Wasserstoffgas in der Temperaturspanne von 20.3 K bis 77 K (605 kJ/kg) genutzt wird.
Aufgrund der Nutzung von Wasserstoff als Treibstoff und als Kühlmittel erscheint der Aufbau eines Niederspannungs- und Hochstrom-Antriebssystems mit einer Gesamtleistung von mehr als einem Megawatt realisierbar.
Insbesondere lässt sich das erfindungsgemäße Antriebssystem wie auch nachfolgend näher erläutert mit einer verringerten Systemkomplexität ausbilden, sodass die Ausfallsicherheit des erfindungsgemäßen Antriebssystems erheblich gesteigert ist.
Zudem vorteilhaft lässt sich der Ausstoß von Kohlendioxid und von Stickoxiden drastisch reduzieren, da aufgrund der Verbrennung von Wasserstoff als Treibstoff vorwiegend Wasser ausgestoßen wird.
Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine zur Verbrennung von Wasserstoff, zumindest mittelbar, der Flüssigwasserstoffquelle eingerichtet, d.h. zunächst ist die Flüssigwasserstoffquelle zur Speisung der Motorkühlung mit dieser verbunden. Die Motorkühlung wiederum ist entweder direkt oder über Zwischenstationen mit der Wasserstoffverstromungseinrichtung verbunden, d.h. die Wasserstoffverstromungseinrichtung erhält den bereits zur Kühlung des Elektromotors genutzten Wasserstoff.
Idealerweise wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter einer kryogenen Kühlung oder Temperatur stets eine Kühlung oder Temperatur verstanden, welche den Betrieb von Supraleitern, insbesondere auch von Hochtemperatursupraleitern, ermöglicht. Vorteilhaft wird vorliegend unter kryogener Kühlung eine Kühlung auf Temperaturen von höchstens 200 K, zweckmäßig höchstens 150 K, vorzugsweise höchstens 100 K und idealerweise höchstens 25 K, verstanden.
Die erfindungsgemäß aufgrund der kryogenen Kühlung mögliche Nutzung von Supraleitern erlaubt im Vergleich zu konventionellen elektrischen Leitern die elektrische Übertragung auch sehr hoher Leistungen bei zugleich geringer Masse der Supraleiter, sodass die massebezogene Leistungsdichte des erfindungsgemäßen Antriebssystems im Vergleich zum Stand der Technik deutlich erhöht werden kann.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des elektrischen Antriebssystems ist der zumindest eine Teil des Elektromotors eine Motorwicklung. Gerade die Motorwicklung ist hinsichtlich der zu erreichenden Leistungsdichten besonders kritisch, sodass mittels einer kryogenen Kühlung jedenfalls der Motorwicklung die massebezogene Leistungsdichte leichter erreichbar ist.
Vorzugsweise weist bei dem elektrisches Antriebssystem gemäß der Erfindung die Wasserstoffverstromungseinrichtung zumindest einen elektrischen Generator mit einer Generatorkühlung auf, wobei die Generatorkühlung ausgebildet ist, den bereitgestellten flüssigen Wasserstoff zur Kühlung zumindest eines Teils des elektrischen Generators heranzuziehen.
Zweckmäßig ist oder umfasst bei dem elektrisches Antriebssystem gemäß der Erfindung der zumindest eine Teil des Generators eine Generatorwicklung.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems weist die Wasserstoffverstromungseinrichtung zumindest eine Wasserstoff-Gasturbine auf. Alternativ oder zusätzlich ist/sind anstelle einer Wasserstoff-Gasturbine und eines elektrischen Generators stattdessen eine oder mehrere Wasserstoff-Brennstoffzelle/n vorhanden.
Vorzugsweise umfasst das elektrische Antriebssystem eine Schubeinrichtung, welche mit dem Elektromotor vorzugsweise mechanisch, insbesondere drehbeweglich und/oder vermittels einer Übersetzung, bewegungsgekoppelt ist. Geeigneterweise ist oder umfasst die Schubeinrichtung einen oder mehrere Propeller. Idealerweise ist das elektrische Antriebssystem ein Antriebssystem zum Antrieb eines hybrid-elektrischen Flugzeugs und der Propeller ein zum Antrieb des Flugzeugs ausgebildeter Propeller.
Bevorzugt weist das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem ein Stromnetz mit mindestens einem supraleitenden Teil auf, wobei das Stromnetz eine Wasserstoffkühlung zur Kühlung des zumindest einen supraleitenden Teils des Stromnetzes aufweist. Erfindungsgemäß lässt sich der supraleitende Teil des Stromnetzes mit geringem Gewicht und zugleich der Übertragbarkeit auch hoher Leistungen ausbilden, sodass die massebezogene Leistungsdichte des erfindungsgemäßen Antriebssystems besonders hoch realisiert sein kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Wasserstoffkühlung zum Betrieb mit gasförmigem Wasserstoff ausgebildet.
Geeigneterweise ist die Wasserstoffkühlung mit einem oder mehreren Kabelkryostaten gebildet. Vorzugsweise wird dabei zur Wasserstoffkühlung gasförmiger Wasserstoff herangezogen. Zweckmäßig ist der supraleitende Teil des Stromnetzes mit Supraleitern, insbesondere mit REBCO (REBCO (engl.) = Rare-earth Barium Copper Oxide) und/oder MgB2 gebildeten Supraleitern, gebildet.
Infolge der erfindungsgemäß möglichen Supraleitung sind bei dem Stromnetz auch hohe elektrische Ströme bei niedrigen Spannungen ohne das Erfordernis großer elektrischer Leiterquerschnitte leitbar, sodass erfindungsgemäß vorteilhaft Gewicht und Bauraum reduziert werden können.
Zweckmäßig umfasst das Stromnetz zumindest eine elektrische Verbindung der Wasserstoffverstromungseinrichtung mit dem Elektromotor. Auf diese Weise ist die elektrische Energie der Wasserstoffverstromungseinrichtung an den Elektromotor übertragbar.
Geeigneterweise ist das Stromnetz für Wechselstrom ausgelegt. Vorteilhaft lässt sich in dieser Weiterbildung der Erfindung mit einer Wasserstoffverstromungseinrichtung in Gestalt einer Gasturbine mit nachgeschaltetem elektrischem Generator ein elektrischer Wechselstrom bereitstellen, welcher zur Speisung des Elektromotors geeignet ist. Weiterhin vorteilhaft sind in dieser Weiterbildung der Erfindung Gleich- und Wechselrichter, welche für ein für Gleichstrom ausgelegtes Stromnetz erforderlich wären, verzichtbar, sodass aufgrund des Verzichts auf diese weiteren Komponenten bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem zusätzlich Gewicht reduzierbar ist. Ferner ist aufgrund des erfindungsgemäß möglichen Verzichts auf weitere Komponenten die Ausfallsicherheit des erfindungsgemäßen Antriebssystems erhöht. Dies ist insbesondere für einen Antrieb eines Flugzeugs besonders bedeutsam, bei welchem die kosmische Höhenstrahlung stark ins Gewicht fällt. Gerade Gleich- und Wechselrichter sind in ihrem Betrieb durch Höhenstrahlung besonders gefährdet, sodass beim Verzicht auf Gleich- und Wechselrichter die Ausfallsicherheit des erfindungsgemäßen Antriebssystems besonders hoch ist.
Alternativ und ebenfalls bevorzugt ist das Stromnetz für Gleichstrom ausgebildet.
Zweckmäßig weist das elektrische Antriebssystem zumindest eine Wasserstoffleitung zur Leitung, insbesondere gasförmigen, Wasserstoffs vom Elektromotor und/oder Generator zum supraleitenden Teil auf.
Zweckmäßig umfasst das erfindungsgemäße Antriebssystem zumindest eine Wasserstoffleitung jeweils führend von Motorkühlung und/oder ggf. Generatorkühlung und/oder von/zur Wasserstoffkühlung und/oder zur Wasserstoffverbrennungseinrichtung.
Besonders zweckmäßig ist die Wasserstoffleitung mit einer oder als eine Gasleitung gebildet. Zweckmäßig kann vom Elektromotor und/oder Generator zum Verdampfen gebrachter Wasserstoff von der Motorkühlung und/oder Generatorkühlung und/oder der Wasserstoffkühlung zur Wasserstoffverbrennungseinrichtung geleitet werden.
Vorteilhafterweise umfasst das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem einen Wasserstoffverteiler, welcher eine Leitung von der Flüssigwasserstoffquelle zu dem Elektromotor und/oder eine Leitung von der Flüssigwasserstoffquelle zu dem Generator und/oder eine Leitung des vom Elektromotor und/oder Generator verdampften Wasserstoffs zum Stromnetz und/oder eine Leitung vom Stromnetz und/oder Generator und/oder Elektromotor zur Wasserstoffverbrennungseinrichtung aufweist.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist insbesondere ein hybrid-elektrisches Flugzeug. Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst ein elektrisches Antriebssystem wie vorhergehend beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Antrieb eines Fahrzeugs ist insbesondere ein Verfahren zum Antrieb eines hybrid-elektrischen Flugzeugs. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird flüssiger Wasserstoff herangezogen, um zumindest einen Elektromotor eines Antriebssystems des Flugzeugs zu kühlen und supraleitend zu betrieben, wobei der Wasserstoff anschließend zur Gewinnung elektrischer Energie zum Antrieb des Flugzeugs genutzt wird.
Besonders zweckmäßig wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein erfindungsgemäßes elektrisches Antriebssystem und/oder ein erfindungsgemäßes Fahrzeug wie zuvor beschrieben herangezogen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Antriebssystem eines erfindungsgemäßen hybrid-elektrischen Flugzeugs zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Prinzipskizze sowie
2 das erfindungsgemäße hybrid-elektrische Flugzeug mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem gem. 1 schematisch in einer Prinzipskizze.

Das in 1 dargestellte Antriebssystem 10 ist das Antriebssystem eines hybrid-elektrischen Flugzeugs.
Das Antriebssystem 10 umfasst wie an sich bekannt eine erste elektrische Maschine in Gestalt eines Elektromotors 20 und eine zweite elektrische Maschine in Gestalt eines elektrischen Generators 30. Mittels des Generators 30 wird in an sich bekannter Weise elektrische Energie generiert, welche den Elektromotor 20 antreibt.
Das Antriebssystem 10 umfasst einen Flüssigwasserstofftank 40, welcher flüssigen Wasserstoff bevorratet. Der Flüssigwasserstofftank 40 ist in an sich bekannter Weise mit einem vakuumisolierten sowie zusätzlich mit einer thermischen Mehrlagenisolation (auch bekannt als Superisoliation) versehenen Gefäß gebildet, welches mit einem Druckregelsystem und Ventilen ausgestattet ist.
Das Antriebssystem 10 umfasst Wasserstoffleitungen 50, welche vom Flüssigwasserstofftank 40 zum elektrischen Generator 30 und zum Elektromotor 20 führen. Auf diese Weise ist flüssiger Wasserstoff des Flüssigwasserstofftanks 40 zum Generator 30 und zum Elektromotor 20 führbar. Mittels des in den Wasserstoffleitungen 50 geführten flüssigen Wasserstoffs sind der Elektromotor 20 und der Generator 30 auf kryogene Temperaturen kühlbar.
Der Elektromotor 20 umfasst Racetrack-Spulen (nicht explizit gezeigt), welche im gezeigten Ausführungsbeispiel mit Band- oder Streifenleitern aus einem Seltenerd-Barium-Kupferoxid (engl. „rare-earth Barium Copper Oxide“ = REBCO), insbesondere aus Yttrium-Barium-Kupferoxid (YBCO) oder einem anderen supraleitfähigen Oxocuprat, gebildet sind.
Die Stator-Windungen des Elektromotors 20 sind aus hinsichtlich Wechselstromverlusten optimierten supraleitenden Drähten, die aus in einer ohmschen Widerstandsmatrix eingebetteten MgB2-Filamenten bestehen, gebildet.
Auch der elektrische Generator 30 umfasst Racetrack-Spulen (nicht explizit gezeigt), welche im gezeigten Ausführungsbeispiel mit Band- oder Streifenleitern aus einem Seltenerd-Barium-Kupferoxid (engl. „rare-earth Barium Copper Oxide“ = REBCO), insbesondere aus Yttrium-Barium-Kupferoxid (YBCO) oder einem anderen supraleitfähigen Oxocuprat, gebildet sind.
Wie beim Elektromotor 20 sind bei dem elektrischen Generator die Stator-Windungen des Generators 30 aus hinsichtlich Wechselstromverlusten optimierten supraleitenden Drähten, die aus in einer ohmschen Widerstandsmatrix eingebetteten MgB2-Filamenten bestehen, gebildet.
Mittels des flüssigen Wasserstoffs lassen sich der elektrische Generator 30 und der Elektromotor 20 wie folgt kühlen: Der Flüssigwasserstoff wird den supraleitenden Windungen des elektrischen Generators 30 und des Elektromotors 20 bei einer Temperatur unter dem Siedepunkt des flüssigen Wasserstoffs (d.h. bei T <= 20.28 K bei einem Druck von 1 atm) zugeführt. Die Kühlwirkung resultiert aus der latenten Verdampfungswärme, die der flüssige Wasserstoff bei seiner Verdampfung aufnimmt, also aus einer auf dem Phasenübergang beruhenden Kühlung (etwa 446kJ/kg).
Der Elektromotor 20 und der Generator 30 sind jeweils thermisch vakuumisoliert und umfassen zur Kühlung jeweils einen Kryostaten (in 1 nicht explizit gezeigt) sowie einen elektromagnetischen Strahlungsschild (ebenfalls nicht in 1 gesondert dargestellt).
Der Elektromotor 20 ist mechanisch an eine Vorschubeinrichtung des hybrid-elektrischen Flugzeugs 200 (s.a. 2), im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Propeller 70, bewegungsgekoppelt, sodass der Elektromotor 20 den Propeller 70 antreibt. In einem weiteren nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel, welches im Übrigen dem Dargestellten entspricht, kann zusätzlich eine Übersetzung zur Anbindung der Vorschubeinrichtung an den Elektromotor 20 vorgesehen sein.
Das Antriebssystem 10 weist ein nachfolgend beschriebenes supraleitendes und für Wechselstrom ausgelegtes Stromverteilnetz 80 auf:
Das Stromverteilnetz 80 umfasst Kabelkryostate 90, welche den vom Elektromotor 20 und vom Generator 30 verdampften gasförmigen kryogenen Wasserstoff zur Kühlung nutzen. Dazu sind Gasleitungen 100 vorhanden, welche Gas vom Generator 30 sowie vom Elektromotor 20 zu den Kabelkryostaten 90 leiten. Die Kabelkryostate 90 nutzen zur Kühlung in einem Temperaturbereich von 20.3 K bis 77 K die isobare Wärmekapazität kryogenen gasförmigen Wasserstoffs. Zusätzlich wird die latente Verdampfungswärme von flüssigem Wasserstoff genutzt. Zur Versorgung mit flüssigem Wasserstoff ist das Stromverteilnetz 80 zusätzlich über Wasserstoffleitungen 50 mit dem Flüssigwasserstofftank 40 verbunden.
In den Kabelkryostaten 90 des Stromverteilnetzes 80 sind Kabel geführt, welche den elektrischen Generator 30 mit dem Elektromotor 20 elektrisch verbinden, sodass der elektrische Generator 30 den Elektromotor 20 in an sich bekannter Weise zu dessen Antrieb elektrisch speist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Kabelkryostaten 90 um Leichtbau-Kabelkryostate. Die Kabel sind jeweils als REBCO-basierte oder MgB2-basierte supraleitende Leitungsverbindung ausgebildet, welche für möglichst geringe Wechselstromverluste ausgestaltet sind und welche im Selbstfeld-Modus arbeiten. Insbesondere sind die Kabel in CORC-Technologie (CORC (engl.) = „Conductor On Round Core“) gebildet oder als gewundene Multifilament-Drähte realisiert.
Nach der Nutzung des Wasserstoffs zur Kühlung wird der gasförmige Wasserstoff mittels Gasleitungen 110 vom Stromverteilnetz 80 zu einer Wasserstoffgasturbine 120 geleitet. Die Wasserstoffgasturbine 120 ist zur Verbrennung des Wasserstoffs zum Antrieb des elektrischen Generators 30 vorgesehen und angeordnet.
Anstelle einer Wasserstoffgasturbine 120 und einem elektrischen Generator 30 kann oder können in weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen eine oder mehrere Wasserstoff-Brennstoffzellen vorgesehen sein, welche Wasserstoff zur Verbrennung heranziehen und hieraus Energie zum Antrieb des Elektromotors 20 bereitstellen.
In einem weiteren, nicht eigens dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel, welches im Übrigen dem dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht, sind zusätzlich eine Heizung und ein Kompressionssystem vorgesehen, welche den gasförmigen Wasserstoff, welcher von Kabelkryostaten 90 des Stromverteilnetzes 80 zum Treibstoffeinlass der Wasserstoff-Wasserstoffgasturbine 120 bei optimalen Prozessparametern zum Betrieb der Wasserstoffgasturbine 120 bereitstellen.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Antriebssystem 10 des hybrid-elektrischen Flugzeugs wie folgt betrieben:
Der flüssige Wasserstoff des Flüssigwasserstofftanks 40 wird aus diesem durch die Wasserstoffleitungen 50 an den Elektromotor 20 und an den elektrischen Generator 30 geleitet. Dort wird der flüssige Wasserstoff jeweils zur Kühlung des elektrischen Generators 30 und des Elektromotors 20 auf solche Temperaturen genutzt, welche zur Supraleitung erforderlich und geeignet sind.
Der von Generator 30 und Elektromotor 20 verdampfte gasförmige Wasserstoff wird mittels Gasleitungen 100 an die Kabelkryostate 90 geleitet, wo der gasförmige Wasserstoff zur Kühlung der Kabelkryostate 90 und somit des Stromverteilnetzes 80 genutzt wird.
Nachdem der gasförmige Wasserstoff zur Kühlung der Kabelkryostate 90 genutzt worden ist, wird der Wasserstoff mittels Gasleitungen 110 zur Wasserstoffgasturbine 120 geleitet, welche den Wasserstoff zum Antrieb des hybrid-elektrischen Flugzeugs 200 (s. 2) verbrennt.
Das erfindungsgemäße hybrid-elektrische Flugzeug 200 weist ein solches Antriebssystem 10 wie zuvor beschrieben auf.

Claims

Elektrisches Antriebssystem insbesondere für ein Luftfahrzeug (200), umfassend - eine Flüssigwasserstoffquelle (40), ausgebildet zur Bereitstellung flüssigen Wasserstoffs, - einen Elektromotor (20) mit mindestens einer kryogenen Motorkühlung zur Kühlung zumindest eines Teils des Elektromotors (20) mit Wasserstoff der Flüssigwasserstoffquelle (40), sowie - eine Wasserstoffverstromungseinrichtung (120, 30), ausgebildet und angeordnet zur Bereitstellung elektrischer Energie mittels Verbrennung des Wasserstoffs.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, bei welchem der zumindest eine Teil des Elektromotors (20) eine Motorwicklung ist.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Wasserstoffverstromungseinrichtung (120, 30) zumindest einen elektrischen Generator (30) mit einer Generatorkühlung aufweist, wobei die Generatorkühlung ausgebildet ist, den bereitgestellten flüssigen Wasserstoff zur Kühlung zumindest eines Teils des elektrischen Generators (30) heranzuziehen.
Elektrisches Antriebssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem der zumindest eine Teil des Generators (30) eine Generatorwicklung ist.
Elektrisches Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Wasserstoffverstromungseinrichtung (40) zumindest eine Wasserstoff-Gasturbine (120) aufweist.
Elektrisches Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches einen Stromnetz (80) mit mindestens einem supraleitenden Teil aufweist, wobei das Stromnetz (80) eine Wasserstoffkühlung zur Kühlung zumindest des supraleitenden Teils des Stromnetzes (80) aufweist.
Elektrisches Antriebssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, welches zumindest eine Wasserstoffleitung (100) zur Zuleitung insbesondere gasförmigen, Wasserstoffs vom Elektromotor (20) und/oder Generator (30) zum supraleitenden Teil aufweist.
Elektrisches Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Wasserstoffverteiler (50, 100, 110), welcher eine Leitung von der Flüssigwasserstoffquelle (40) zu dem Elektromotor (20) und/oder eine Leitung von der Flüssigwasserstoffquelle (40) zu dem Generator (30) und/oder eine Leitung des vom Elektromotor (20) und/oder Generator (30) verdampften Wasserstoffs zum Stromnetzes (80) und/oder eine Leitung vom Stromnetz (80) und/oder Generator (30) und/oder Elektromotor (20) zur Wasserstoffverstromungseinrichtung (120, 30) aufweist.
Fahrzeug, insbesondere hybridelektrisches Flugzeug (200), umfassend ein elektrisches Antriebssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines hybridelektrischen Flugzeugs (200), bei welchem flüssiger Wasserstoff herangezogen wird, um zumindest einen Elektromotor (20) eines Antriebssystems des Flugzeugs zu kühlen und supraleitend zu betrieben, wobei der Wasserstoff anschließend zur Gewinnung elektrischer Energie zum Antrieb des Flugzeugs genutzt wird.