Elektrisch angetriebene mobile Maschinen, wie zum Bei- spiel Reinigungsmaschinen, aber auch Flurförderzeuge, sind üblicherweise mit mindestens einem Elektromotor aus- gerüstet, der die erforderliche elektrische Energie von mindestens einer Batterie erhält. Die Energieversorgung mobiler elektrischer Maschinen mit Batterien ist insofern nachteilig, als diese schwer und groß sind, einen erheb- lichen Platzbedarf haben und nach einer bestimmten Be- triebszeit nachgeladen oder ausgetauscht werden müssen.

Zur Bereitstellung der elektrischen Energie für mobile elektrische Maschinen bietet sich weiterhin die Nutzung einer Brennstoffzellenanlage an, die umfasst : - eine Brennstoffzelle in der Brennstoff zusammen mit Luftsauerstoff zur Reaktion gebracht wird, um e- lektrische Energie zu erzeugen, - einen Brennstofftank, von dem eine Brennstofflei- tung den Brennstoff zur Brennstoffzelle transpor- tiert, einen Lüfter oder dgl., der den zur Reaktion not- wendigen Luftsauerstoff zur Brennstoffzelle trans- portiert, eine Kühlvorrichtung zur Abführung überschüssiger Reaktionswärme aus der Brennstoffzelle, z. B. einen Kühlkreislauf mit einem in diesen eingebundenen Wärmetauscher, gegebenenfalls einen Reformer zur Umwandlung des Brennstoffs in einen Brennstoff mit höherer Leis- tung, und eine Batterie für den Start der Anlage, z. B. zum Betreiben des Lüfters oder zum Öffnen von Sicher- heitsventilen.

Die Integration einer Brennstoffzellenanlage in das e- lektrische System einer mobilen Maschine bereitet jedoch insofern Schwierigkeiten, als die Brennstoffzellenanlage so mit der mobilen Maschine verbunden ist, dass eine ein- fache Wartung in Verbindung mit einer schnellen Montage und Demontage der Brennstoffzelle nicht gewährleistet ist, wobei das Verhältnis von maximaler Leistung zu ge- speicherter Energiemenge bei Brennstoffzellen ungünstiger ist als bei Batterien, so dass bei einer Brennstoffzel- lenanlage die hohe Leistungsaufnahme des Elektromotors beim Starten zu einem Überschreiten der maximalen Leis- tung der Brennstoffzelle und damit zu deren Beschädigung oder Zerstörung führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzellenenanlage so auszubilden und mit der mobi- len elektrischen Maschine zu koppeln, dass bei Gewähr- leistung einer einfachen Montage und Wartung eine Beschä- digung der Brennstoffzellenanlage verhindert und die Ma- schinensteuerung der mobilen Maschine jederzeit mit der erforderlichen Energie versorgt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen des Patenanspruchs 1 ausgebildeten Schaltungs- anordnung gelöst. Aus den Unteransprüchen ergeben sich weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen der Er- findung.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht mit anderen Worten darin, dass die Brennstoffzellenanlage in ein Montageele- ment, wie zum Beispiel eine Platte, ein Gehäuse, einen Rahmen oder ein Gestell, integriert ist und aus dem Mon- tageelement lösbar an die mobile Maschine koppelbare e- lektrische Verbindungen herausgezogen sind, von denen zwei mit den Elektromotoren und mindestens eine weitere an die Maschinensteuerung so angeschlossen sind, dass vor und während der Startphase ausschließlich die Starterbat- terie der Brennstoffzelle oder eine zusätzliche der mobi- len Maschine zugeordnete Starterbatterie-ausgehend von den von der Brennstoffzellensteuerung gelieferten Daten- die Maschinensteuerung mit der notwendigen Energie ver- sorgt, während die Elektromotoren der mobilen Maschine in dieser Phase über Leistungssteller, die über die Brenn- stoffzellensteuerung und gegebenenfalls über die Maschi- nensteuerung angesteuert werden, vom Stromkreis der Brennstoffzelle getrennt sind und erst nach dem Hochfah- ren der Brennstoffzelle die Energiezufuhr zu den Motoren freigeben. Auf der Grundlage dieser Schaltungsanordnung kann eine Brennstoffzellenanlage ohne die Gefahr ihrer Beschädigung oder Zerstörung in Verbindung mit einer mo- bilen Maschine zuverlässig betrieben werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist die Brennstoffzellen- anlage auf einem Montageelement angebracht, wobei die elektrischen Anschlüsse und die Datenverbindungen zwi- schen der Brennstoffzellenanlage und der mobilen Maschine lösbar sind und damit eine einfache Wartung gewährleistet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 ein Blockschaltbild eines auf einem Montageele- ment angebrachten Brennstoffzellensystems in Verbindung mit dem elektrischen System einer mo- bilen Maschine ; Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensys- tems in Verbindung mit dem elektrischen System einer mobilen Maschine in einer zweiten Ausfüh- rungsvariante ; und Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensys- tems in Verbindung mit dem elektrischen System einer mobilen Maschine in einer dritten Ausfüh- rungsform der Erfindung.

Das gemäß den Figuren 1 bis 3 auf einem lösbar in einer mobilen Maschine 30 befestigten Montageelement 1, zum Beispiel einem Gehäuse, einem Rahmen oder einer Grund- platte, angebrachte Brennstoffzellensystem umfasst eine Brennstoffzelle 2 mit zugehörigem Brennstofftank und Flu- idleitungen (nicht dargestellt), in der aus dem Brenn- stoff zusammen mit Luft elektrische Energie erzeugt wird.

Das System weist ferner eine Brennstoffzellensteuerung 3 mit einer Mehrzahl dieser zugeordneten Sensoren 4a bis 4c zur Erfassung der für die Steuerung notwendigen Betriebs- größen, wie zum Beispiel Betriebsstrom, Betriebsspannung, Gaszusammensetzung, Betriebstemperatur, Impedanzen oder Flussgeschwindigkeit, auf. Über die von den Sensoren 4a bis 4c erzeugten Signale werden in der Brennstoffzellen- steuerung 3 die Stellgrößen für die verfahrenstechnischen Elemente des Systems, hier : ein Sicherheitsventil 21 zum Öffnen der Brennstoffleitung beim Start des Brennstoff- zellensystems, eine Luftpumpe 22 zur Zuführung der Reak- tionsluft in die Brennstoffzelle 2 und eine Kühlmittel- pumpe 23 zur kontinuierlichen Förderung eines Kühlmediums über die Brennstoffzelle 2 und einen Wärmetauscher (nicht dargestellt) ermittelt und diesen über Signalleitungen und Leistungsteller (zum Beispiel Relaisschalter oder Transistorregler) zur Einstellung des jeweiligen Be- triebszustands zugeführt. Die elektrische Versorgung der zuvor erwähnten Komponenten des Brennstoffzellensystems erfolgt über einen dem Montageelement 1 zugeordneten, während des Brennstoffzellenbetriebs von der Brennstoff- zelle elektrisch gespeisten Stromkreis 9. Die für den Start der Brennstoffzelle erforderliche elektrische Ener- gie wird von einer ebenfalls dem Montageelement 1 zuge- ordneten Batterie 6 bereitgestellt, die über einen Schal- ter 5 in den Stromkreis 9 eingekoppelt ist. Der Schalter 5 ist so ausgebildet, dass er eine Spannungsanpassung von der Batterie 6 auf den Stromkreis 9 vornimmt und eine E- nergieabgabe von der Batterie 6 an die Brennstoffzelle 2 verhindert. Bei einer primären Batterie verhindert der Schalter 5 zudem die Energieabgabe von der Brennstoffzel- le 2 an die Batterie 6, während er bei einer sekundären Batterie auch die Funktion eines Ladereglers erfüllt.

Gemäß Fig. 1 weist das Brennstoffzellensystem einen Leis- tungssteller 8 auf, der vor Erreichen des Betriebszustan- des der Brennstoffzelle 2 diese und die Batterie 6 von den Elektromotoren 26a und 26b der mobilen Maschine 30 trennt. Nach dem von den Sensoren 4a bis 4c detektierten ordnungsgemäßen Betriebszustand der Brennstoffzelle 2 wird der Leistungsteller 8 von der Brennstoffzellensteue- rung 3 freigeschaltet, so dass die von der Brennstoffzel- le 2 erzeugte elektrische Energie an die mobile Maschine 30 abgegeben wird.

Gemäß den Figuren 1 bis 3 umfasst die mobile Maschine 30 über Leistungssteller 27a und 27b zuschaltbare Elektromo- toren 26a und 26b sowie ein Steuerungssystem 31, das im Wesentlichen die Maschinensteuerung 28, Bedienelemente 24 und Anzeigeinstrumente 25 einschließt.

Die Energieversorgung der mobilen Maschine 30 bereitet aber insofern Schwierigkeiten, als deren Steuerungssystem 31 vor dem Start mit Energie versorgt werden muss, aber die Batterie nicht gleichzeitig die erforderliche Energie für die Antriebsmotoren 26a, 26b bereitstellen kann. Zur Lösung dieses Problems sind gemäß Fig. 1 die Antriebsmo- toren 26a, 26b durch den Leistungssteller 8 von der Bat- terie getrennt und aus dem Montageelement 1 sind neben der lösbaren elektrischen Masseverbindung mit den Elekt- romotoren 26a, 26b zwei weitere elektrische Verbindungen 11 und 12 herausgeführt und über Steckverbindungen oder dgl. lösbar mit dem elektrischen System der mobilen Ma- schine 30 verbunden. Eine erste lösbare elektrische Ver- bindung 11, die nicht durch den Leistungssteller 8 kon- trolliert wird, wird permanent aus der Batterie 6 ge- speist und versorgt vor dem Start bzw. nach dem Ausschal- ten der Brennstoffzelle nur das Steuerungssystem 31 der mobilen Maschine 30 mit elektrischer Energie, während von einer Verzweigung 9a des Stromkreises 9 eine zweite lös- bare elektrische Verbindung 12 ausgeht, in die der Leis- tungssteller 8 eingebunden ist, der die elektrische Ener- giezufuhr über diese zweite elektrische Verbindung 12 freigibt, wenn diesem von der Brennstoffzellensteuerung 3 signalisiert wird, dass die Brennstoffzelle 2 die erfor- derliche elektrische Energie zum Antrieb der Elektromoto- ren liefert.

Gemäß einem in Fig. 2 wiedergegebenen weiteren Lösungsweg ist-unter Verzicht auf die zweite elektrische Verbin- dung 1 und den in diese eingebundenen Leistungsteller 8- die erste elektrische Verbindung 12, die permanent Ener- gie führt, unmittelbar an das elektrische Leitungssystem der mobilen Maschine 30 angeschlossen, wobei jedoch die vor dem Start und nach dem Ausschalten der Brennstoffzel- le aus der Batterie versorgte Maschinensteuerung 28, die über eine lösbare Datenverbindung 10 mit der Brennstoff- zellensteuerung 3 verbunden ist, die Zuschaltung der E- lektromotoren 26a, 26b über die Leistungssteller 27a, 27b erst dann freigibt, wenn die Brennstoffzellensteuerung 3 der Maschinensteuerung 28 die Betriebsbereitschaft des Brennstoffzellensystems, das heißt, dessen ausreichende Leistungsabgabe, signalisiert. Die Datenleitung 10 ist als einfache analoge Steuerungsleitung oder als eine mehrkanalige digitale Leitung oder als unidirektionales oder bidirektionales Bussystem zum Datenaustausch zwi- schen der Brennstoffzellensteuerung 3 und der Maschinen- steuerung 28 ausgeführt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ergibt sich schließlich aus Fig. 3. Danach ist die zweite elektrische Verbindung 12 mit dem in diese eingebundenen Leistungs- steller 8 lösbar an das gesamte elektrische Leitungssys- tem der mobilen Maschine 30 angeschlossen. Vor dem Star- ten und nach dem Ausschalten der Brennstoffzelle 3, das heißt, vor der Freigabe des Leistungsstellers 8, erfolgt die Energieversorgung des Steuerungssystems 31 der mobi- len Maschine 30 in diesem Fall mit einer in deren elekt- risches System integrierten Starterbatterie 36, der ein Laderegler 35 zugeordnet ist. Der Leistungssteller 8 gibt die elektrische Verbindung 12 erst frei, wenn die Brenn- stoffzellensteuerung 3 die Betriebsbereitschaft des Brennstoffzellensystems festgestellt hat. Gleichermaßen gibt die Maschinensteuerung 28 die den Antriebsmotoren 16a, 26b zugeordneten Leistungssteller 27a, 27b erst frei, wenn über die Datenleitung 10 der Maschinensteue- rung 23 von der Brennstoffzellensteuerung 3 die Betriebs- bereitschaft des Brennstoffzellensystems signalisiert wird.

Der in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrie- bene Leistungssteller 8 kann so ausgeführt sein, dass die Leistungsabgabe durch die elektrische Verbindung 12 kon- tinuierlich oder stufenweise reduziert wird, wenn die ma- ximal mögliche Leistungsabgabe der Brennstoffzelle, sig- nalisiert durch einen Sensor 4a bis 4c zur Spannungsüber- wachung der Brennstoffzelle 2, überschritten ist.

Bezugszeichenliste 1 Montageelement 2 Brennstoffzelle 3 Brennstoffzellensteuerung 4a-4c Steuerungs-, Regelungs-, Überwachungssensoren 5 Schalter 6 Starterbatterie von 2 7 8 Leistungssteller 9 Stromkreis in 1 9a Verzweigung von 9 10 Datenverbindung 11 elektr. Verbindung/lösbarer Anschluss 12 erste elektr. Verbindung/lösbarer Anschluss 13 zweite elektr. Verbindung/lösbarer Anschluss 21 Sicherheitsventil 21a Leistungssteller (Relaisschalter, Transistor- regler) 22 Luftpumpe 22a Leistungssteller 23 Kühlmittelpumpe 23a Leistungssteller 24 Bedienelemente von 31 25 Anzeigeinstrumente von 31 26a, 26b Elektromotoren von 30 27a, 27b Leistungssteller von 26a, 26b 28 Maschinensteuerung 30 mobile Maschine 31 Steuerungssystem von 30 35 Laderegler 36 Starterbatterie von 30