DE102005003724A1 - Elektrofahrzeug mit wiederaufladbarer Batterie - Google Patents

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Abstract

Ein Elektrofahrzeug hat eine Batterie, die zwei oder mehr Batterieeinheiten (2, 3, 4) aufweist, die über Zellenkontakte (5) zu einer voltaischen Säule in Reihe geschaltet sind. Ein Elektromotor (11) wird zum Antrieb des Elektrofahrzeugs von den Endanschlüssen (9) der voltaischen Säule gespeist. Je Batterieeinheit (2; 3; 4) ist eine an diese angepasste elektrische Ladeeinrichtung (6; 7; 8) vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug, insbesondere Elektrofahrrad, elektrisch angetriebener Anhänger, Elektrorollstuhl o. ä. Solche Fahrzeuge haben eine Batterie, mit der ein Elektromotor zum Antrieb des Elektrofahrzeugs gespeist wird. Die Batterie ist mit einer Ladeeinrichtung in Form eines Generators verbunden. Ein solches Fahrzeug ist aus der DE 41 16 899 A1 bekannt.
  • Bei dem dort gezeigten Fahrzeug ist die mangelnde Reichweite bzw. die eingeschränkte Betriebsdauer ein großes Problem.
  • Dieses Problem wird vom Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Die Erfindung nutzt den Umstand, dass die Batterie häufig zwei oder mehr Batterieeinheiten und insbesondere Batteriezellen aufweist. Diese Batteriezellen sind über Zellenkontakte zu einer voltaischen Säule in Reihe geschaltet. Je Batterieeinheit ist eine an diese angepasste elektrische Ladeeinrichtung vorgesehen.
  • Dabei kann die Batterie als galvanisches Element ausgestaltete Batteriezellen aufweisen, und insbesondere als Bleiakku ausgestaltet sein.
  • Die Erfindung lässt sich auch auf alle anderen Akkus und Batterietypen wie NiCd, NiMH, usw. anwenden.
  • Außer den o. g. Fahrzeugen können besonders gut auch Rikschas, schiebende Fahrradanhänger und andere Geräte wie Elektrorasenmäher und Staubsauger angewendet werden.
  • Es ist vorteilhaft, wenn jede Batteriezelle Zellenkontakte aufweist, wobei je Batteriezelle eine an diese angepasste Ladeeinrichtung vorgesehen ist.
  • Besonders günstig ist es, wenn die Ladeeinrichtungen als Brennstoffzellen ausgebildet sind, beispielsweise vom Typ SFC A50 der Fa. SFC Smart Fuel Cell AG in Brunnthal bei München. Diese Brennstoffzelle ist dafür vorgesehen, Batterien wie Bleiakkus oder Bleigelakkus zu laden. Die Ladeeinrichtungen kann auch Solarzellen aufweisen.
  • Bei hybriden Kraftfahrzeugen oder bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen können die Ladeeinrichtungen als Ausgangsanschlüsse von Wicklungen einer Lichtmaschine ausgebildet sein, die von einem im Elektrofahrzeug vorhandenen Verbrennungsmotor antreibbar ist.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass Elektrogeräte oder insbesondere Elektrofahrzeuge vorteilhaft nicht mit einer einzigen Batterie betrieben werden, sondern mit mehreren Batterien, insbesondere mit drei hintereinander geschalteten 12V-Bleiakkus. Hierbei gibt es das Problem, dass man die Batterien einem unterschiedlichen Verbrauch oder Verschleiß unterliegen, d.h. irgendwann einmal hat eine Batterie weniger Kapazität, manchmal vielleicht auch eine geringere Spannung, als die anderen Batterien. Man kann dem so begegnen, dass man beim Laden die Batterien jeweils individuell so wie sie es im Einzel nen brauchen, auflädt. Dazu kann man drei verschiedene Laderegler einbauen.
  • Es ist auch denkbar, die Batterien zum Laden in Reihe zu schalten und als Überladeschutz für eine Batterie ist eine Zenerdiode vorgesehen. Durch diese Zenerdiode wird sichergestellt, wenn während des Ladens eine Batteriespannung größer ist als z.B. 14,5 Volt, dass dann diese Batterie aus dem Ladezyklus herausgenommen wird und nur noch die anderen Batterien aufgeladen werden. Die Erfindung geht einen anderen Weg.
  • Man verwendet pro Batterie zum Beispiel eine Brennstoffzelle die parallel auf deren Batteriepole geschaltet ist. Bestimmte Brennstoffzellen haben eine Überwachungsfunktion, d. h. wenn die Batterie eine bestimmte Spannung unterschreitet, dann bekommt die Batterie sozusagen von der Brennstoffzelle ganz individuell eine Ladespannung aufgeprägt. Durch diesen Betrieb wird die Haltbarkeit der Batterie wesentlich erhöht. Wichtig ist, dass die Erfindung auf eine Vielzahl von in Reihe geschalteten NiMH-Batterien oder auch auf andere Akkuarten oder Batteriearten übertragen werden kann. Dabei ist wichtig, dass jede Einzelbatterie mit dieser Brennstoffzelle geladen wird und eben nicht der gesamte Block bzw. die daraus gebildete voltaische Säule.
  • Konkret heißt dies, dass wenn man 18 Batteriezellen hat mit je 2 Volt, dann könnte man eine Brennstoffzelle mit 36V Ausgangsspannung nehmen und einen Ladevorgang mit 18 × 2, also 36 Volt, initiieren. Dies ist aber vergleichsweise schlecht. Viel besser ist es, wenn die Batterie 18 Ausgänge hat, also für jedes Batterieelement zwei Anschlüsse, und wenn man dann jede Batterie einzeln mit 2 Volt auflädt. Übertragen auf eine handelsüb liche Autobatterie, die insgesamt 6 Zellen mit je 2 Volt hat, dann müsste diese dann 7 Ausgänge haben, so dass man jeweils jede einzelne Zelle separat laden kann. Entsprechend müsste man auch Lichtmaschinen mit entsprechend mehr Ausgangsanschlüssen bereitstellen. Dadurch wird die Lebensdauer der Batterie wesentlich erhöht. Dieses Prinzip kann aus Kostengründen auch so angewendet werden, dass man z. B. immer zwei Zellen zu einer geladenen Batterieeinheit zusammenfasst.
  • Man kann dadurch Batterien mit einer kleineren Kapazität einsetzen, als dies im Stand der Technik notwendig war. Dadurch wird das ganze Fahrzeug leichter und es verbraucht wiederum weniger Energie.
  • Das Prinzip der Erfindung wendet man natürlich nicht nur für eine Aufladung mit Brennstoffzellen an, sondern auch für die Aufladung mit Solarzellen und anderen Ladeeinrichtungen.
  • Die Erfindung betrifft Elektrofahrzeuge und Hybridantriebsfahrzeuge. Bei diesen Fahrzeugen kann man mit der Erfindung der Problematik entgehen, gemäß der das Fahrzeuggewicht, die ganzen Konstruktions-, Aufbau- und Herstellungskosten unmittelbar überproportional mit der Größe des Akkus zusammenhängen. Ebenso ist man mit der Reichweite eingeschränkt, besonders bei Lieferantenbetrieben.
  • Beispielsweise bei der Postzulieferung ist eine Brennstoffzelle eine ideale Ladeeinrichtung, weil das Fahrzeug während der Benutzung relativ häufig steht und dann keinen Energieverbrauch hat. Die Brennstoffzelle hält dann auch mit einer ganz geringen Leistung von nur 50 Watt oder sogar nur 5 Watt, die Batterie des Fahrzeugs am Leben. Dadurch, dass das Fahr zeug bergauf und bergab fährt, bekommt es in den Bergabfahrten zusätzliche Energie durch generatorischen Betrieb des Antriebsmotors wieder zurück.
  • Die Erfindung verwendet kleine Brennstoffzellen in einem Fahrzeug zusammen mit einer entsprechenden Anzahl von Batterien als Pufferung. Diese Batterie kann im Stop-and-go-Verkehr wie es eben bei Lieferantenfahrrädern der Fall ist, auch mit einer kleinen Leistung gut aufgeladen werden.
  • In Ländern mit hoher Sonnenstrahlungsdichte kann auch eine Solarzellenladung vorgesehen werden.
  • Die Bezeichnung "Batterie" wird hier allgemein für eine wiederaufladbares Bauteil zur Speicherung und Abgabe elektrischer Energie in einem Fahrzeug oder in einer sonstigen Baugruppe verwendet. Die Erfindung kann nicht nur vorteilhaft für Fahrzeuge sondern ganz allgemein für Baugruppen angewendet werden, in denen solche Batterien verwendet werden.
  • Die einzige Figur zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrrads mit einem Anhänger, von dem ein angetriebenes Rad 1 zu sehen ist. In dem Anhänger sind drei wiederaufladbare 12-Volt-Batterien 2, 3, 4 angeordnet, die über ihre Zellenkontakte 5 in Reihe geschaltet sind.
  • Je Batterie 2, 3, 4 ist eine Ladeeinrichtung 6, 7, 8 vorgesehen, wobei der Pluspol jeder Ladeeinrichtung mit dem Pluspol der ihr zugeordneten Batterie verbunden ist und wobei der Minuspol jeder Ladeeinrichtung mit dem Minuspol der ihr zugeordneten Batterie verbunden ist.
  • An Endanschlüssen 9 der aus den Batterien 2, 3, 4 gebildeten voltaischen Säule ist über einen Schalter 10 betätigbar eine Elektromotor 11 angeschlossen. An einer Welle des Elektromotors 11 ist ein Ritzel 12 vorgesehen, das über einen Riemen 13 und eine Riemenscheibe 14 das Rad 1 antriebt.
  • Die Ladeeinrichtungen 6, 7, 8 sind hier wie oben beschrieben so an die ihnen jeweils zugeordnete Batterie 2, 3, 4 angepasst, dass diese individuell im wesentlichen optimiert aufgeladen wird. Dabei sind hier nicht gezeigte Sensoren vorgesehen, die eine Aufladung in Abhängigkeit des Fahrzustands des Elektrofahrzeugs gewährleisten.
    • 1
    Rad
    2
    Batterie
    3
    Batterie
    4
    Batterie
    5
    Zellenkontakt
    6
    Ladeeinrichtung
    7
    Ladeeinrichtung
    8
    Ladeeinrichtung
    9
    Endanschluss
    10
    Schalter
    11
    Elektromotor
    12
    Ritzel
    13
    Riemen
    14
    Riemenscheibe

Claims (8)

  1. Elektrofahrzeug, insbesondere Elektrofahrrad, elektrisch angetriebener Anhänger, Elektrorollstuhl o.ä., mit einer Batterie, die zwei oder mehr Batterieeinheiten (2, 3, 4) aufweist, die über Zellenkontakte (5) zu einer voltaischen Säule in Reihe geschaltet sind, wobei ein Elektromotor (11) zum Antrieb des Elektrofahrzeugs von den Endanschlüssen (9) der voltaischen Säule gespeist ist und wobei die Batterie mit einer Ladeeinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass je Batterieeinheit (2; 3; 4) eine an diese angepasste elektrische Ladeeinrichtung (6; 7; 8) vorgesehen ist.
  2. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie als galvanisches Element ausgestaltete Batteriezellen aufweist.
  3. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Batteriezelle Zellenkontakte aufweist, wobei je Batteriezelle eine an diese angepasste Ladeeinrichtung vorgesehen ist.
  4. Elektrofahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtungen als Brennstoffzellen (6, 7, 8) ausgebildet sind.
  5. Elektrofahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtungen Solarzellen aufweisen.
  6. Elektrofahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtungen als Ausgangsanschlüsse von Wicklungen einer Lichtmaschine ausgebildet sind, die von einem im Elektrofahrzeug vorhandenen Verbrennungsmotor antreibbar ist.
  7. Elektrische Baugruppe mit einer Batterie, die zwei oder mehr Batterieeinheiten aufweist, die über Zellenkontakte zu einer voltaischen Säule in Reihe geschaltet sind, wobei ein elektrischer Verbraucher von den Endanschlüssen der voltaischen Säule gespeist ist und wobei die Batterie mit einer Ladeeinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass je Batterieeinheit eine an diese angepasste elektrische Ladeeinrichtung vorgesehen ist.
  8. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 7 und nach einem der Ansprüche 2 bis 6.
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