DE102004044263A1

DE102004044263A1 - Fahrzeug, insbesondere Hybrid-Schlepper oder Hybrid-Plattformwagen

Info

Publication number: DE102004044263A1
Application number: DE102004044263A
Authority: DE
Inventors: Lutz Baur
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2006-04-06

Abstract

Es wird ein Fahrzeug, insbesondere Hybrid-Schlepper oder Hybrid-Plattformwagen, wobei mindestens eine elektrische Speichervorrichtung (5) zum Speichern von elektrischer Energie zwischen einer Stromgeneratoreinheit (1-4) zum Erzeugen von elektrischem Strom und einem Elektromotor (8) zum Antreiben wenigstens eines Laufrades des Fahrzeugs angeordnet ist, vorgeschlagen, das einen störungsfreieren Betrieb gewährleistet. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine Sensorvorrichtung (6) verschiedene Zustandsparameter der Speichervorrichtung (5) ermittelt und bei drohender Tiefentladung derselben durch sinnvolle Verknüpfung von Sensorvorrichtung (6), Inverter (7) und Umrichter (7) zwangsweise zu einer geringeren Höchstgeschwindigkeit und/oder einer geringeren Beschleunigung des Fahrzeugs führt, so dass die Speichervorrichtung (5) nicht weiter entladen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere Hybrid-Schlepper oder Hybrid-Plattformwagen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hybrid-Fahrzeuge mit beispielsweise einem Verbrennungsmotor und einem Elektroantrieb vor allem für den gemischten Einsatz im Freien und in der Halle sind bereits seit langem gebräuchlich. Häufig ist die Antriebsart sowohl im Stand als auch während der Fahrt umschaltbar. Entsprechende Hybrid-Fahrzeuge werden beispielsweise auf Flughäfen, insbesondere als Gepäckzugmaschine oder dergleichen, und in der Industrie in unterschiedlichsten Ausführungen eingesetzt.

Bei entsprechenden Fahrzeugen wird im Allgemeinen zwischen einem Schlepper und einem Plattformwagen unterschieden. Im Gegensatz zum Schlepper weist der Plattformwagen eine Plattform oder Ähnliches zum Aufnehmen von Gegenständen wie Gepäck, Industrieprodukte oder dergleichen auf.

Als Verbrennungsmotoren werden häufig Dieselmotoren verwendet, die im Freien in Betrieb sind; in geschlossenen Räumen wie z.B. in Industriehallen oder dergleichen treibt der Elektroantrieb das Hybrid-Fahrzeug an, so dass keine schädlichen Abgasemissionen die in diesen Räumen arbeitenden Personen beeinträchtigen können.

Bei entsprechenden Hybrid-Fahrzeugen wird beispielsweise der elektrische Antriebsmotor mit elektrischer Energie einerseits von Batterien bzw. Akkumulatoren als auch mittels einem vom Verbrennungsmotor angetriebenen Generator versorgt. Derartige, gattungsgemäße Hybrid-Fahrzeuge weisen dementsprechend einen sogenannten seriellen Hybridantrieb auf. Ein aktives Fahren ohne Elektromotor ist bei diesen Fahrzeugen nicht möglich, da der Verbrennungsmotor ausschließlich zum Antreiben eines elektrischen Generators vorgesehen ist, der wiederum elektrische Energie für den elektrischen Antriebsmotor und/oder für die (Traktions-) Batterie des Fahrzeugs zur Verfügung stellt.

Nachteilig bei Hybrid-Fahrzeugen mit seriellem Antrieb ist, dass bei Fahrten mit häufigen, insbesondere starken Beschleunigungsvorgängen und/oder mit häufigen Bergfahrten oder dergleichen der Elektromotor Energie sowohl aus dem Generator als auch der elektrischen Traktionsbatterie benötigt, so dass die Batterie unter Umständen tiefentladen wird. Derzeitige Hybrid-Fahrzeuge weisen im Allgemeinen eine Steuerung auf, die bei tiefentladener Batterie ein Fahren des Fahrzeugs verhindern.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung:

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorzuschlagen, das einen störungsfreieren Betrieb gewährleistet.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Fahrzeug der einleitend genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Fahrzeug dadurch aus, dass insbesondere auch während einer eventuellen elektrischen Ladung der Batterie durch den Generator eine Sensorvorrichtung zum zuverlässigen Erfassen eines Zustandsparameters der Speichereinheit vorgesehen ist. Mit Hilfe dieser Maßnahme können in Abhängigkeit des Zustands der Speichereinheit z.B. vorteilhafte Gegenmaßnahmen oder dergleichen ergriffen werden, die eine relevante negative Beeinträchtigung des Fahrzeugbetriebs weitestgehend verhindern. Beispielsweise kann mit entsprechenden Maßnahmen ein ungewollter Stillstand des Fahrzeugs vermieden werden.

Vorteilhafterweise umfasst die Sensorvorrichtung wenigstens eine Kontrolleinheit zum Vergleich eines Parameters der Stromgeneratoreinheit mit einem Parameter der Speichervorrichtung und/oder des Elektromotors. Hiermit wird erreicht, dass z.B. durch die Kenntnis des erzeugten, elektrischen Stroms der Stromgeneratoreinheit und dem vorteilhaften Vergleich mit z.B. dem Verbrauch des Elektromotors und/oder des Ladestroms für die Speichervorrichtung in besonders einfacher Weise der Ladezustand der Speichervorrichtung erfasst werden kann. Mit der Kenntnis des Ladezustands der Batterie ist in vorteilhafter Weise die Energiereserve des Fahrzeugs ermittelbar, beispielsweise für einen Beschleunigungsvorgang und/oder für eine Bergfahrt oder dergleichen.

Alternativ oder in Kombination zur vorgenannten Maßnahme kann die Sensorvorrichtung eine Kontrolleinheit zum Vergleich eines Soll-Parameters mit einem Ist-Parameter des Zustands der Speichereinheit aufweisen. Aufgrund des erfindungsgemäßen Soll-Ist-Vergleichs bezüglich des Zustands der Speichereinheit können in vorteilhafter Weise bei Unterschreiten eines vorgegebenen Parameterwerts des Ist-Zustands entsprechende Maßnahmen eingeleitet bzw. umgesetzt werden, um insbesondere den Ist-Parameterwert dem Soll-Parameterwert anzugleichen bzw. um ihn zu erreichen. Dementsprechend wird die Zuverlässigkeit des Fahrbetriebs weiter verbessert.

Generell kann als Gegenmaßnahme beispielsweise vorgesehen werden, dass für den Fahrbetrieb weniger relevante Verbraucher gedrosselt und/oder abgeschaltet werden, wie z.B. Heizung, Gebläse, Radio oder dergleichen, um die Ladeleistung (Generator → Batterie) zu erhöhen.

Vorzugsweise ist in Abhängigkeit des Soll-Ist-Vergleichs ein Notbetrieb des Fahrzeugs vorgesehen. Beispielsweise kann der Notbetrieb derart realisiert werden, dass sich der Ist-Parameter des Zustands der Speichereinheit wieder dem Soll-Parameter annähert bzw. diesen erreicht. Dementsprechend kann die Kontrolleinheit das Fahrzeug bzw. Komponenten von diesem entsprechend steuern bzw. regeln.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist auch zumindest während dem Notbetrieb eine Aufladung der Speichervorrichtung durch die Stromgeneratoreinheit vorgesehen. Hiermit wird in besonders einfacher Weise erreicht, dass der Ist-Parameterwert dem Soll-Parameterwert des Zustands der Speichereinheit angenähert wird bzw. mit diesem wieder übereinstimmt.

Alternativ oder in Kombination zur zuvor genannten Maßnahme kann auch der Verbrauch elektrischer Energie für den Fahrzeugantrieb reduziert werden. Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann wenigstens während dem Notbetrieb eine maximale Grenzbeschleunigung des Laufrades vorgesehen werden, die kleiner als die maximal mögliche Beschleunigung während des Normalbetriebs des Fahrzeugs ist, beispielsweise um mindestens 30%, 60% oder 90%. Gerade während einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs wird vergleichsweise viel elektrische Energie verbraucht. Bei entsprechenden Fahrzeugen kann beispielsweise die maximal benötigte Beschleunigungsleistung etwa der dreifachen Antriebsleistung bei Normalfahrt entsprechen. Vergleichbar große Leistungen sind auch bei Bergfahrten oder dergleichen notwendig.

Durch die insbesondere temporäre Begrenzung der realisierbaren Beschleunigung des Laufrads im Notbetrieb kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass beispielsweise die Leistung der Stromgeneratoreinheit über einen gewissen Zeitraum bzw. während des Notbetriebes größer als die vom Elektroantriebsmotor benötigte Antriebsleistung ist, so dass ein Aufladen der Speichereinheit realisiert bzw. eine elektrische Energie der Speichereinheit zur Verfügung gestellt werden kann. Durch diese Maßnahme ist eine weitere Entladung der Speichervorrichtung (Traktionsbatterie) auch im Notbetrieb realisierbar.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung im Notbetrieb eine maximal mögliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs vorgesehen werden, die kleiner als die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit während dem Normalbetrieb ist, beispielsweise um mindestens 20%, 40% oder 60%. Diese Maßnahme kann auch mit der oben genannten Begrenzung der Beschleunigung kombiniert oder auch in separaten Betriebsphasen bzw. -zuständen verwirklicht werden. Mit der Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit ergeben sich etwa die gleichen Möglichkeiten bzw. Vorteile wie mit der Begrenzung der Maximalbeschleunigung, so dass eine Kombination beider Maßnahmen in besonderen Fällen ganz besonders von Vorteil ist.

Vorteilhafterweise kann mit Hilfe der Kontrolleinheit beispielsweise eine Änderung des Ist-Parameters des Zustands der Speichereinheit pro Zeiteinheit erfasst werden. Vorzugsweise werden vorteilhafte Gegenmaßnahmen mit Hilfe der Kontrolleinheit eingeleitet bzw. umgesetzt insbesondere auch für den Fall, dass die Änderung des Ist-Parameters pro Zeiteinheit eine vorgegebene, maximale Änderung pro Zeiteinheit überschreitet. Beispielsweise kann bei einem Abfall des Ladezustands von ca. 70% auf ca. 50% innerhalb einer vergleichsweise kurzen Zeit erste Gegenmaßnahmen generieren, die vergleichsweise leicht in das Fahrverhalten des Fahrzeugs eingreifen.

Beispielsweise kann ein mehrstufiger Notbetrieb von Vorteil sein, wobei bei einem Abfall bzw. einer relativ kleinen Änderung, wie z.B. zuvor beschrieben, lediglich ein leichtes Gegensteuern und bei einem starken Abfall bzw. einer relativ starken Änderung in den Bereich einer Tiefentladung der Speichereinheit massivere Gegenmaßnahmen bzw. Begrenzungen der Maximalbeschleunigung und/oder der Höchstgeschwindigkeit eingeleitet bzw. umgesetzt werden.

Generell kann der Notbetrieb mehrere, unterschiedliche Stufen und/oder wenigstens einen kontinuierlichen Bereich aufweisen, wobei von leichten Gegenmaßnahmen zu massiven Gegenmaßnahmen vorzugsweise allmählich bzw. kontinuierlich gewechselt wird.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eine Signaleinheit zum Signalisieren des Notbetriebs vorgesehen. Hiermit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass insbesondere der Fahrer des Fahrzeugs wahrnimmt, dass der Notbetrieb und/oder eine Vorstufe des Notbetriebs erreicht ist und somit gegebenenfalls seine Fahrweise entsprechend aktiv anpassen kann. Beispielsweise umfasst die Signaleinheit wenigstens ein optisches Signalisierungselement wie eine Lampe, LED, etc. und/oder ein akustisches Signalisierungselement wie ein Lautsprecher, Horn, Summer, u.s.w..

Generell kann gemäß der Erfindung die Stromgeneratoreinheit sowohl eine Antriebseinheit für einen elektrischen Stromgenerator wie z.B. einen Verbrennungsmotor, insbesondere Benzin- oder Dieselmotor, eine Turbine, u.s.w. umfassen. Vorzugsweise weist die Stromgeneratoreinheit wenigstens einen Dieselmotor und einen Stromgenerator auf. Hierbei kann in vorteilhafter Weise auf bereits handelsübliche Komponenten zurückgegriffen werden, was sowohl eine besonders wirtschaftlich vorteilhafte als auch eine zuverlässige Betriebsweise des Fahrzeugs gewährleistet. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Dieselgeneratoreinheit durch wenigstens eine Brennstoffzelleneinheit zur Erzeugung elektrischer Energie ersetzt.

Ausführungsbeispiel:
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der einzigen Figur nachfolgend näher erläutert.
In 1 ist schematisch ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung dargestellt. Beispielsweise treibt ein Dieselmotor 1 mit einer Start-Stopp-Automatik 2 mit Hilfe einer Fixkupplung 3 einen elektrischen Generator 4.1 mit einer Ladeelektronik 4.2 an. Der Generator 4.1 ist über elektrische Leitungen 11 mit einer Antriebsbatterie 5 bzw. einem Akku 5 und über Leitungen 12 über einen Inverter 7 mit einem elektrischen Antriebsmotor 8 verbunden. Hierdurch kann die elektrische Energie des Generators 4.1 sowohl dem Antriebsmotor 8 zum Antreiben eines nicht näher dargestellten Laufrads des Fahrzeugs als auch zum Laden der Antriebsbatterie 5 verwendet werden.
Darüber hinaus ist ein Sensor 6 vorgesehen, der einerseits mit den Leitungen 12 und andererseits mit dem Generator 4.1 verbunden ist. Der Sensor 6 ist derart ausgebildet, dass er sowohl die elektrische Generatorleistung als auch die Motorzuleitungsleistung erfassen und miteinander vergleichen kann. Hierbei führt er beispielsweise eine Differenz- und/oder Verhältnisbildung der entsprechenden Parameter durch.
Weiterhin kann er mit Hilfe der entsprechend erfassten und miteinander verglichenen Leistungen den Zustand, insbesondere den Ladezustand der Antriebsbatterie 5 berechnen bzw. erfassen. Vorzugsweise vergleicht der Sensor 6 den erfassten Ist-Zustand mit einem vorgegebenen Soll-Zustand der Antriebsbatterie 5 und leitet bei einem Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes und/oder bei einem Überschreiten einer vorgegebenen maximalen Änderung pro Zeiteinheit Maßnahmen ein, die den Ist-Zustand der Antriebsbatterie 5 an deren Soll-Zustand wieder annähert bzw. bis diese so lange umgesetzt werden, so dass der Soll-Zustand wieder erreicht wird.
Grundsätzlich kann der Sensor 6 derart ausgebildet werden, dass dieser die erfassten Parameter bzw. elektrischen Leistungen beispielsweise über der Zeit integriert. Der Sensor 6 kann unterschiedlichste Berechnungs- bzw. Erfassungsmethoden aufweisen, um die vorteilhafte Funktion gemäß der Erfindung zu erfüllen. Beispielsweise kann der Sensor 6 mit Hilfe sogenannter Modulationsübertragungsfunktionen (MÜF) arbeiten.
Kern der Erfindung ist es hierbei, dass der (Antriebs-) Batteriezustand bei einem seriellen Hybrid-Fahrzeug erfasst und insbesondere bei drohender Tiefentladung der Antriebsbatterie dem Antriebsmotor 8 über den Inverter 7 bzw. Umrichter 7 nur so viel Energie zugeführt wird, welche notwendig ist, das Fahrzeug mit geringerer Höchstgeschwindigkeit und/oder geringerer Beschleunigung zu betreiben.
Das hierfür notwendige Drehmoment bleibt durch entsprechende Programm- bzw. Parameter-Einstellung im Inverter 7 bzw. Umrichter 7 erhalten.
Hierdurch wird in vorteilhager Weise eine Tiefentladung der Antriebsbatterie 5 wie sie beispielsweise gemäß dem derzeitigen Stand der Technik bei seriellen Hybridantrieben auftreten kann, wirkungsvoll vermieden.
Darüber hinaus ist der Sensor 6 optional mit einer Leuchte 9, insbesondere einer LED oder dergleichen, und/oder einem Lautsprecher 10, Horn oder dergleichen verbunden, so dass vorzugsweise der Notbetrieb und/oder dessen Vorstufe optisch und/oder akustisch signalisierbar ist.

1: Dieselmotor
2: Start/Stopp-Automatik
3: Fixkupplung
4.1: Generator
4.2: Ladeelektronik
5: Antriebsbatterie
6: Sensor
7: Inverter
8: Antriebsmotor
9: Leuchte
10: Lautsprecher
11: Leitungen
12: Leitungen

Claims

Fahrzeug, insbesondere Hybrid-Schlepper oder Hybrid-Plattformwagen, wobei mindestens eine elektrische Speichervorrichtung (5) zum Speichern von elektrischer Energie zwischen einer Stromgeneratoreinheit (1–4) zum Erzeugen von elektrischem Strom und einem Elektromotor (8) zum Antreiben wenigstens eines Laufrades des Fahrzeugs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensorvorrichtung (6) zum Erfassen eines Zustandsparameters der Speichervorrichtung (5) vorgesehen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (6) wenigstens eine Kontrolleinheit zum Vergleich eines Parameters der Stromgeneratoreinheit (1–4) mit einem Parameter der Speichervorrichtung (5) und/oder des Elektromotors (8) umfasst.
Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit zum Vergleich eines Soll-Parameters mit einem Ist- Parameter des Zustandes der Speichervorrichtung (5) ausgebildet ist.
Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Soll-Ist-Vergleichs ein Notbetrieb des Fahrzeugs vorgesehen ist.
Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während dem Notbetrieb eine Aufladung der Speichervorrichtung (5) durch die Stromgeneratoreinheit (1–4) vorgesehen ist.
Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Notbetriebs eine maximale Beschleunigung des Laufrades vorgesehen ist, die kleiner als die maximale Beschleunigung während des Normalbetriebs ist.
Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Notbetriebs eine maximale Geschwindigkeit des Fahrzeugs vorgesehen ist, die geringer als die maximale Geschwindigkeit während des Normalbetriebs ist.
Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Notbetriebs für den Fahrbetrieb weniger relevante Verbraucher abgeschaltet sind.
Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Signaleinheit (9, 10) zum Signalisieren des Notbetriebs vorgesehen ist.
Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromgeneratoreinheit (1–4) wenigstens einen Verbrennungsmotor (1) und einen Stromgenerator (4.1) umfasst.
Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromgeneratoreinheit (1–4) wenigstens eine Brennstoffzelleneinheit umfasst.