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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit Fahrzeugmotor und Lichtmaschine.
Dabei weist das Fahrzeug ein Gleichspannungsnetz und ein Wechselspannungsnetz
auf. Diese Netze werden von einer einzigen Fahrzeugbatterie gespeist.
Bei laufendem Fahrzeugmotor steht die Fahrzeugbatterie mit der Lichtmaschine über
einen AC/DC-Wandler elektrisch in Verbindung. Das Gleichspannungsnetz
ist an die Fahrzeugbatterie angeschlossen. Das Wechselspannungsnetz
steht über einen DC/AC-Wandler mit der Fahrzeugbatterie
elektrisch in Verbindung.
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Aus
der Druckschrift
US 5,066,866 ist
dazu eine elektrische Vorrichtung zur Benutzung mit einem elektrischen
System eines Motorfahrzeugs bekannt, welches eine motorangetriebene
Drehstromlichtmaschine aufweist, die einen Schaltkreis besitzt,
um das System zwischen einer normalen Leistungsstufe und einer Hochleistungsstufe
zu schalten. In der normalen Leistungsstufe liefert die Vorrichtung
eine nominale elektrische Leistung, die zum Betreiben des elektrischen
Systems des Fahrzeugs und der Fahrzeugbatterie erforderlich ist.
In der Hochleistungsstufe veranlasst die Vorrichtung die motorbetriebene Drehstromlichtmaschine
eine höhere Spannung zu erzeugen und eine höhere
Ausgangsleistung für externe Lasten zu bilden, während
gleichzeitig die nominale elektrische Leis tung für das
elektrische System des Fahrzeugs und die Fahrzeugbatterie beibehalten
wird.
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Dabei
kann die erhöhte Ausgangsleistung in der Hochleistungsstufe
der Drehstromlichtmaschine auf einen Hochspannungsgleichstrom gleichgerichtet werden
oder in eine Wechselspannung von 60 Hz bei 110 V Wechselstrom beispielsweise
mittels eines Drehstromkonverters umgewandelt werden. Eine Steuerschaltung
misst den Laststrom in dem Hochleistungsmodus und veranlasst den
Motor bei einer höheren Geschwindigkeit zu arbeiten, um
die erhöhte Ausgangsleistung zu liefern. Die Steuerschaltung vermindert
die Motorgeschwindigkeit auf eine Leerlaufgeschwindigkeit, wenn
kein Laststrom benötigt wird.
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Diese
bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, dass der Regler für
den Hochleistungsbetrieb bei erhöhter Wechselspannung oder
erhöhter Gleichspannung nicht den Ladezustand der Fahrzeugbatterie
berücksichtigt, sondern für den Hochleistungsbetrieb
seinen Leistungsausgang ausschließlich abhängig
von der Last regelt, die an den Leistungsausgang angeschlossen ist.
Des weiteren hat diese Vorrichtung den Nachteil, dass sie eine zweistufige
Drehstromlichtmaschine erfordert, die einen ersten Drehstromstator
für den nominalen Ausgang benötigt und eine weitere
Stufe in der Drehstromlichtmaschine aufweist, die für das
Hochleistungs- oder Hochspannungsnetz vorzusehen ist. Dazu ist ein
Drehstromtransformator in der Leistungsstufe für den Hochleistungsbetrieb
der Drehstromlichtmaschine vorgesehen, womit eine Gewichtszunahme
und ein zusätzlicher Raumbedarf des Fahrzeugs sowie erhöhte Fahrzeugkosten
verbunden sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden
und mit einer herkömmlichen Drehstrom lichtmaschine eines
Fahrzeugs sicherzustellen, dass ein Wechselspannungsnetz in dem
Fahrzeug zur Versorgung auch externer Lasten mit einem begrenzten
Wechselstrom von der Fahrzeuggleichspannungsbatterie aus versorgt
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird
ein Fahrzeug mit Fahrzeugmotor und Lichtmaschine als Notstromaggregat
geschaffen. Dabei weist das Fahrzeug ein Gleichspannungsnetz und
ein Wechselspannungsnetz auf. Diese Netze werden von einer einzigen Fahrzeugbatterie
gespeist. Bei laufendem Fahrzeugmotor steht die Fahrzeugbatterie
mit der Lichtmaschine über einen AC/DC-Wandler elektrisch
in Verbindung. Das Gleichspannungsnetz ist an die Fahrzeugbatterie
angeschlossen. Das Wechselspannungsnetz steht über einen
DC/AC-Wandler mit der Fahrzeugbatterie elektrisch in Verbindung.
Darüber hinaus weist das Fahrzeug ein Notstromsteuergerät auf,
mit dem der Fahrzeugmotor mit der Lichtmaschine außerhalb
des Fahrbetriebs bei Unterschreiten eines Mindestladezustands der
Fahrzeugbatterie als Notstromaggregat betreibbar ist.
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Dieses
Fahrzeug hat den Vorteil, dass es eine Fahrzeugausstattung aufweist,
die insbesondere für Freizeit-, Familien- und Handwerkerfahrzeuge von
Vorteil ist. Es besteht nämlich mit diesem Fahrzeug die
Möglichkeit, netzbetriebene Geräte ohne jeden
12-Volt-Adapter in und am Fahrzeug zu betreiben. So können
Radios, CD-Abspielgeräte, Notebooks, Handy-Ladegerate,
DVD-Player und tragbare Fernseher im und am Fahrzeug während
der Fahrt betrieben werden. Auch im Stand des Fahr zeugs, also außerhalb
des Fahrbetriebs, kann das Fahrzeug als ein Notstromaggregat für
derartige Geräte eingesetzt werden.
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Dazu
weist das Fahrzeug vorzugsweise z. B. im Kofferraum oder auch seitlich
am Fahrzeug oder im Heckbereich des Fahrzeugs eine standardisierte Wechselstromsteckdose
für 110 V und/oder 220 V auf, so dass das Fahrzeug mit
dieser Zusatzausstattung weltweit vertrieben werden kann. Eine derartige standardisierte
Wechselstromsteckdose hat den Vorteil, dass in abgelegenen Gärten,
auf Campingplätzen oder auf abgelegenen Pisten jederzeit
entsprechende Wechselstromgeräte an das Wechselstromnetz über
die Wechselstromsteckdosen des Fahrzeug angeschlossen werden können.
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Dabei
ist der Betrieb von nicht allzu leistungsstarken netzbetriebenen
Elektrowerkzeugen und/oder Geräten fernab von jedem Wechselstromnetz
möglich, wie beispielsweise der Einsatz von kleineren Bohrmaschinen,
Stichsägen, Kompressoren, Rechnern, Schallanlagen, Beleuchtungsanlagen usw.
Neben den erwähnten Gebieten können derartige
Fahrzeuge auch auf Baustellen, für Handwerker beim Kunden
vor Ort, in Gartenbetrieben und Schrebergärten sowie bei
Gartenpartys und generell im Freien, wie beim Camping eingesetzt
werden. Darüber hinaus können Fahrzeuge, die mit
der Funktion eines Notstromaggregats ausgestattet sind, auch längere
Zeit auf Abstellplätzen, in belüfteten Garagen oder
auf anderen Lagerplätzen abgestellt werden, ohne dass nach
wenigen Wochen ein Anlassen des Fahrzeugs aufgrund einer nahezu
leeren Fahrzeugbatterie nicht mehr möglich ist, da das
erfindungsgemäße Fahrzeug aufgrund der Notstromaggregatsfunktion
seine Fahrzeugbatterie ständig in einem Ladezustand hält,
der mindestens ein Anlassen des Fahrzeugs auch nach Wochen oder
Monaten ermöglicht, solange noch Benzin im Tank ist.
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Schließlich
hat das erfindungsgemäße Fahrzeug den Vorteil
gegenüber dem Stand der Technik, dass keine zusätzlichen
Hochleistungsstufen in einer Drehstromlichtmaschine vorzusehen sind,
wodurch gegenüber dem Stand der Technik eine deutliche Raum-
und Gewichtsersparnis erzielt wird. Der elektronische Wandler, der
die Batteriespannung in eine Wechselspannung transformiert, erhöht
nur geringfügig das Gesamtgewicht des Fahrzeugs und kann raumsparend
hinter einer Kofferraumabdeckung untergebracht werden, wenn beispielsweise
der Kofferraum mit dem Wechselspannungsnetz ausgestattet ist.
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Ein
derartiger Wandler ist vorzugsweise derart dimensioniert, dass er
das Wechselspannungsnetz mindestens mit einer Leistung von 500 Watt
versorgen kann. Bei schwereren Geländewagen oder gar bei
Lkw's kann diese Auslegung des DC/AC-Wandlers deutlich erhöht
werden, ohne dass zusätzliche Kupferwicklungen für
Dreiphasentransformatoren oder für Hochleistungsstufen
in der Drehstromlichtmaschine erforderlich werden.
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Aufgrund
der unterschiedlichen Leistungsbegrenzungen im Wechselspannungsnetz
ist es vorgesehen, angepasste Überlastsicherungen im Wechselspannungsnetz
anzuordnen, um sicherzustellen, dass der DC/AC-Wandler nicht überlastet
wird. Darüber hinaus weist das Fahrzeug mindestens eine Überwachungseinrichtung
des Ladezustands der Fahrzeugbatterie auf. Diese Überwachungseinrichtung
veranlasst entweder, dass das Wechselspannungsnetz von der Fahrzeugbatterie
abgeklemmt wird beispielsweise mit einem entsprechenden Relais oder,
dass über einen Notstromschalter das Notstromsteuergerät
aktiviert ist und den Notstrombetrieb aufnimmt. Die Aufnahme des
Notstrombetriebs ist jedoch an einige Voraussetzungen gekoppelt.
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Das
Notstromsteuergerät ist vorzugsweise mit einem Notstromschalter
gekoppelt, der mit einer Leerlaufposition oder einer Parkposition
eines Betätigungshebels des Getriebes und einer Betätigungsposition
einer Parkbremsvorrichtung sowie mit der Überwachungseinrichtung
des Fahrzeugbatterieladezustands gekoppelt ist. Diese Kopplung soll
verhindern, dass der Notstrombetrieb des Fahrzeugmotors bzw. der
Fahrzeugmotor über einen Anlasser mit Hilfe des Steuergeräts
in Gang gesetzt wird, wenn weder eine Leerlaufposition noch eine
Parkposition eingeschaltet ist. Außerdem sollen aus Sicherheitsgründen
die Handbremse oder eine andere Parkbremsvorrichtung betätigt
sein, bevor der Notstromschalter den Notstrombetrieb über
das Notstromsteuergerät veranlasst. Auch soll der Notstrombetrieb
d. h. der Motor nur angelassen werden, wenn es der Fahrzeugbatterieladezustand
erfordert. Dazu ist in dem Steuergerät ein Mindestwert
des Ladezustands der Fahrzeugbatterie gespeichert, der so bemessen ist,
dass die Restladung in der Fahrzeugbatterie ausreicht, um das Fahrzeug
sicher zu starten.
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Das
Notstromsteuergerät hat darüber hinaus einen Regler,
der hinsichtlich Ladeleistung, Geräusch und Verbrauch eine
Fahrzeugmotordrehzahl regelt und den Ladebetrieb des Notstromaggregats aus
Fahrzeugmotor, Lichtmaschine und AC/DC-Wandler überwacht
und den Fahrzeugmotor als Notstromaggregat abschaltet, sobald eine
Vollladung der Fahrzeugbatterie wieder erreicht ist.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Sicherheit
für den Notstrombetrieb weiter erhöht, indem das
Fahrzeug einen Stickoxidsensor zur Überwachung der Fahrzeugumgebung aufweist.
Ein derartiger Stickoxidsensor soll neben Stickstoffoxiden insbesondere
Kohlenmonoxid und Kohlendioxid detektieren und bei Überschreiten
von Grenzwerten den Not strombetrieb d. h. den Motor des Fahrzeugs
ausstellen. Dies ist von besonderem Nutzen, wenn das Fahrzeug in
Garagen oder Tiefgaragen untergebracht ist.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher
erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit zwei Versorgungsnetzen
in und an dem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
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2 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild der Ausführungsform gemäß 1 im
Detail.
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1 zeigt
ein Fahrzeug, das in seinem Motorraum 16 und seinem Fahrzeuginnenraum 17 mit zwei
Versorgungsnetzen, einem Gleichstromnetz 4 und einem Wechselstromnetz 5,
ausgestattet ist. Dabei weisen die Endpunkte des Wechselstromnetzes 5 standardisierte
Wechselstromsteckdosen für 110 V und/oder 220 V auf. Sowohl
das Gleichstromnetz 4 als auch das Wechselstromnetz 5 werden
von der Fahrzeugbatterie 6 bzw. B gespeist, wobei der Anlasser 18 bzw.
A an das 12-Volt-Gleichspannungsnetz 4 angeschlossen ist
und mit Hilfe eines Zündschlüssels aktiviert wird,
wodurch der Fahrzeugmotor 2 bzw. M anspringt und beispielsweise über
einen Keilriementrieb, der mit einem Wirkungspfeil C in 1 gezeigt ist,
eine Drehstromlichtmaschine 3 bzw. G antreibt.
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Die
Drehstromlichtmaschine 3 ist über einen AC/DC-Wandler 8 und über
eine Ladestromleitung 19 des Gleichstromnetzes 4 mit
der Batterie 6 verbunden und sorgt dafür, dass
die Batterie 6 einen maximalen Ladezustand beibehält.
Die Batterie 6 versorgt nicht nur den Anlasser, falls die
Zündung eingeschaltet wird, sondern auch andere Verbraucher
wie Warnlampen, Signalgeber, Scheinwerfer oder Instrumente des Fahrzeugs 1 über
das Gleichspannungsnetz 4. Dieses Gleichspannungsnetz 4 hat üblicherweise
bei Pkw's eine Spannung von 12 V und bei Lkw's eine Spannung von
24 V. An das Gleichspannungsnetz 4 ist ein DC/AC-Wandler 9 angeschlossen,
der die Gleichspannung in eine Wechselspannung vorzugsweise von
110 V bzw. 220 V transformiert.
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Das
Wechselspannungsnetz 5 weist an seinen Endpunkten entsprechend
standardisierte Wechselstromsteckdosen 7 auf, die im Armaturenbrett
integriert sein können oder im Heckbereich des Fahrzeugs 1 oder
auch auf einem Seitenteil des Fahrzeugs 1, um externe Lasten
mit der Wechselspannung zu versorgen, angebracht sind. Dabei kann
der Fahrzeugmotor 2 außerhalb des Fahrbetriebs
ausgeschaltet sein, solange die Fahrzeugbatterie 6 einen
Mindestladezustand nicht unterschreitet. Ein derartiger Mindestladezustand
ist bei normalem Fahrbetrieb durchaus gewährleistet, so
dass es möglich ist, ohne Adapter die unterschiedlichsten Geräte
an das Wechselspannungsnetz 5 anzuschließen.
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Im
Fahrbetrieb wird je nach Auslegung des DC/AC-Wandlers 9 für
eine ausreichende Leistungsversorgung des Wechselspannungsnetzes 5 gesorgt.
Außerhalb des Fahrbetriebs beispielsweise im Parkzustand
des Fahrzeugs 1 kann durch entsprechend angeschlossene
Verbraucher an das Wechselstromnetz 5 über die
Wechselstromsteckdosen 7 der Ladezustand der Batterie 6 einen
Mindestladezustand unterschreiten, so dass in diesem Fall ein Notstromsteuergerät 10,
das von dem Gleichspannungsnetz versorgt wird, den Fahrzeugmotor 2 mit
Hilfe des Anlassers 18 in Zusammenwirken mit dem Drehstromgenerator 3 als
Notstromaggregat aktiviert und die Batterie 6 nachlädt
und bei Erreichen des vollen Ladezustands das Notstromaggregat 11 und
damit den Fahrzeugmotor 2 wieder ausschaltet. Somit hat dieses
Fahrzeug 1 den Vorteil, dass mit den in dem Fahrzeug 1 standardmäßig
eingebauten Aggregaten eine Notstromversorgung des Wechselstromnetzes 5 sichergestellt
werden kann, solange der Benzinvorrat des Fahrzeugs 1 reicht.
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2 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild der Ausführungsform gemäß 1 im
Detail. Dabei versorgt die Fahrzeugbatterie 6, die mit
ihrem Minuspol an einer Fahrzeugmasse 20 liegt, das Gleichstromnetz 4,
das mit einer Vielzahl von Überlastsicherungen 15A zwischen
den Einzellasten wie Beleuchtung, Anlasser und Anzeigeninstrumenten das
Gleichspannungsnetz 4 gegen Kurzschlüsse absichert.
Im Fahrbetrieb bei laufendem Fahrzeugmotor 2 bzw. M wird
ein Drehstromgenerator 3 bzw. G angetrieben, wobei der
erzeugte Drehstrom mit Hilfe eines AC/DC-Wandlers 8 in
Gleichstrom umgesetzt wird und die Batterie 6 in vollem
Ladezustand gehalten wird. Eine Überwachungseinrichtung 12B stellt sicher,
dass ein zweites Wechselstromnetz 5 nur dann über
einen DC/AC-Wandler 9 versorgt wird, solange ein ausreichender
Mindestladezustand für einen Neustart des Fahrzeugs in
der Batterie 6 vorhanden ist. Wird dieser Mindestladezustand
unterschritten, so wird das Wechselstromnetz 5 mit Hilfe
der Überwachungseinrichtung 12B automatisch abgeschaltet.
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Befindet
sich das Fahrzeug außerhalb des Fahrbetriebs beispielsweise
in einem Parkzustand, so kann ein Notstromschalter 13 aktiviert
werden, der jedoch erst wirksam wird, wenn eine weitere Überwachungseinrichtung 12A signalisiert,
dass der Ladezustand der Batterie 6 sich dem Mindestladezustand nähert.
Außerdem kann der Notstromschalter 13 nur aktiviert
werden, wenn sichergestellt ist, dass die Handbremse des Fahrzeugs
oder eine Parkbremsvorrichtung des Fahrzeugs betätigt ist
und gleichzeitig das Schalt- bzw. Automatikgetriebe in einem Freilauf
bzw. einer Parkposition ist.
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Unter
diesen Voraussetzungen aktiviert der Notstromschalter 13 das
Notstromaggregat 11, indem der Anlasser 18 bzw.
A den Fahrzeugmotor 2 startet und der Fahrzeugmotor 2 mit
Hilfe einer zentralen Motorsteuereinheit 21 ECU (Engine
Control Unit) durch das Notstromsteuergerät 10 hinsichtlich Ladeleistung,
Geräusch und Verbrauch auf einer optimalen Drehzahl gehalten
wird und der Ladevorgang überwacht wird. Bei voll geladener
Batterie 6 wird der Fahrzeugmotor 2 wiederum gestoppt.
Bei Einschalten des Systems über den Notstromschalter 13 wird der
Fahrer aufgefordert, die Handbremse bzw. die Parkbremse zu setzen
und bei einem Schaltgetriebe den Leerlauf einzulegen sowie bei einem
Automatikgetriebe die Parkposition zu wählen. Ferner wird
vor dem automatischen Motorstart durch das Notstromsteuergerät 10 überprüft,
ob tatsächlich die Handbremse bzw. die Parkbremse eingestellt
ist und der Leerlauf bzw. die Parkposition eingelegt ist.
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Einer
weiteren Verbesserung der Sicherheit dient darüber hinaus
ein Stickoxidsensor 14, der dem Notstromsteuergerät 10 signalisiert,
wenn in der Umgebung des Fahrzeugs 1 ein Schwellwert an
Stickoxiden insbesondere in Bezug auf Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid
sowie den Stickstoffoxiden überschritten wird, so dass
automatisch das Notstromsteuergerät 10 den Notstrombetrieb
bzw. den Fahrzeugmotor 2 stoppt.
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Fahrzeugmotor
- 3
- Lichtmaschine
- 4
- Gleichspannungsnetz
- 5
- Wechselspannungsnetz
- 6
- Fahrzeugbatterie
- 7
- Wechselstromsteckdose
- 8
- AC/DC-Wandler
- 9
- DC/AC-Wandler
- 10
- Notstromsteuergerät
- 11
- Notstromaggregat
- 12
- Überwachungseinrichtung
des Ladezustands
- 12A
- Überwachungseinrichtung
- 12B
- Überwachungseinrichtung
- 13
- Notstromschalter
- 14
- Stickoxidsensor
- 15A
- Überlastsicherung
- 15B
- Überlastsicherung
- 16
- Motorraum
- 17
- Innenraum
- 18
- Anlasser
- 19
- Ladestromleitung
- 20
- Fahrzeugmasse
- 21
- zentrale
Motorsteuereinheit (ECU)
- A
- Anlasser
- B
- Fahrzeugbatterie
- C
- Wirkrichtung
eines Riemenscheibenantriebs
- ECU
- Engine
Control Unit
- G
- Drehstromgenerator
bzw. Drehstromlichtmaschine
- M
- Motor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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