DE102010055603A1 - Method for performing energy conversion and energy storage in e.g. electric car, involves storing converted electrical energy in battery during braking operation, and retrieving electrical energy during acceleration operation - Google Patents

Method for performing energy conversion and energy storage in e.g. electric car, involves storing converted electrical energy in battery during braking operation, and retrieving electrical energy during acceleration operation Download PDF

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Abstract

The method involves converting the kinetic energy into electric energy during braking operation of vehicle through electrical drive unit. The converted electrical energy is stored in storage medium e.g. battery (2) during braking operation, and is retrieved by electrical drive unit during acceleration operation of vehicle. The battery is moved in preset direction (R1) during the braking operation, and is moved in opposite direction (R2) during the acceleration operation. An independent claim is included for device for performing energy conversion and energy storage in vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Energieumwandlung und Energiespeicherung in einem Fahrzeug, insbesondere Hybrid- oder Plug-In Hybridfahrzeug, mittels welchem eine beim Betrieb des Fahrzeuges vorhandene, kinetische Energie bei einem Bremsvorgang des Fahrzeuges über eine elektrische Antriebseinheit in eine elektrische Energie umgewandelt und anschließend einem Speichermedium, insbesondere Batterie, zugeführt wird, und mittels welchem die in dem Speichermedium gespeicherte elektrische Energie bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeuges von der elektrischen Antriebseinheit abgerufen wird.The invention relates to a method and a device for energy conversion and energy storage in a vehicle, in particular hybrid or plug-in hybrid vehicle, by means of which an existing during operation of the vehicle, kinetic energy is converted during a braking operation of the vehicle via an electric drive unit into electrical energy and then a storage medium, in particular battery, is supplied, and by means of which the electrical energy stored in the storage medium is retrieved during an acceleration process of the vehicle by the electric drive unit.

Wird ein Fahrzeug zum Anpassen der Geschwindigkeit oder zum Befahren von Gefällstrecken abgebremst, so muss kinetische Energie des Fahrzeuges abgeführt werden. Die üblichen Betriebs- und Dauerbremsen wandeln die kinetische Energie beim Bremsen in Wärme um. Es ist bereits bei Hybridfahrzeugen mit elektrischen Maschinen bekannt, solche Bremsenergie zu rekuperieren und z. B. die elektrische Maschine als Generator zu betreiben. Da es praktisch nicht möglich ist, die rekuperierte Energie in großen Mengen zeitgleich mit deren Anfall wieder zu verbrauchen, etwa in Nebenverbrauchern, ist es notwendig, die Energie in ein Speichermedium einzuspeisen. Zur Speicherung der Energie sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, so wurden Batterien in unterschiedlichen Technologien, Kondensatoren und elektrische oder mechanische Schwungräder vorgeschlagen.If a vehicle is decelerated to adjust the speed or to drive on slopes, then kinetic energy of the vehicle must be dissipated. The usual operational and continuous brakes convert the kinetic energy into heat during braking. It is already known in hybrid vehicles with electric machines to recuperate such braking energy and z. B. to operate the electric machine as a generator. Since it is practically not possible to consume the recuperated energy in large quantities at the same time as their seizure, for example in secondary consumers, it is necessary to feed the energy into a storage medium. For storing the energy, various possibilities are known, so batteries in different technologies, capacitors and electric or mechanical flywheels have been proposed.

So ist in der US 5427194 ein Elektrofahrzeug mit einem Schwungrad offenbart, an welchem elektrische Batterien angeordnet sind. Das Schwungrad nutzt dabei das Gewicht der Batterien um kinetische Energie zu speichern. Das Schwungrad ist magnetisch gelagert und rotiert um eine zentrale Schwungradachse, welche mit einem elektrischen Motor, einer Hydraulikpumpe und einem Generator verbunden ist. Das Elektrofahrzeug nutzt die in dem Schwungrad gespeicherte Energie um während der Beschleunigung des Fahrzeuges eine maximale elektrische Versorgung zu bekommen. Wenn das Fahrzeug das Schwungrad bremst, werden die Batterien wieder aufgeladen. Das Schwungrad wird von dem elektrischen Motor angetrieben. Die Hydraulikpumpe treibt einen Hydraulikmotor an, welcher abwechselnd die Räder des Fahrzeuges antreibt. Wenn der Hydraulikmotor die Räder abbremst, wird kinetische Energie im Schwungrad gespeichert. Der Generator liefert dem Fahrzeug zusätzliche Antriebskraft.So is in the US 5427194 discloses an electric vehicle with a flywheel on which electric batteries are arranged. The flywheel uses the weight of the batteries to store kinetic energy. The flywheel is magnetically supported and rotates about a central flywheel axis which is connected to an electric motor, a hydraulic pump and a generator. The electric vehicle uses the energy stored in the flywheel to get maximum power during acceleration of the vehicle. When the vehicle brakes the flywheel, the batteries are recharged. The flywheel is driven by the electric motor. The hydraulic pump drives a hydraulic motor, which alternately drives the wheels of the vehicle. When the hydraulic motor decelerates the wheels, kinetic energy is stored in the flywheel. The generator provides the vehicle with additional driving power.

Die US 2010/0151989 A1 offenbart ein Hydraulik-Energiespeichersystem, aufweisend eine Hydraulikpumpe mit Motor, einen Hochdruckspeicher, einen Niederdruckspeicher und verbindende Hydraulikleitungen. Das Hydraulik-Energiespeichersystem ist in ein Elektrofahrzeug, Hybridelektrofahrzeug oder Plug-In Hybridfahrzeug eingebunden um eine hydraulische Bremsenergie-Rückgewinnung und eine unterstützende Hilfestellung zu ermöglichen.The US 2010/0151989 A1 discloses a hydraulic energy storage system comprising a hydraulic pump with motor, a high pressure accumulator, a low pressure accumulator and connecting hydraulic lines. The hydraulic energy storage system is incorporated into an electric vehicle, hybrid electric vehicle or plug-in hybrid vehicle to provide hydraulic braking energy recovery and assistance.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zur Energieumwandlung und Energiespeicherung in einem Fahrzeug anzugeben.The invention is therefore based on the object of specifying an improved method and an improved device for energy conversion and energy storage in a vehicle.

Die Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.The invention is solved by a method having the features of claim 1 and by a device having the features of claim 4.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.

Bei dem Verfahren zur Energieumwandlung und Energiespeicherung in einem Fahrzeug, insbesondere Hybrid- oder Plug-In Hybridfahrzeug, wird eine beim Betrieb des Fahrzeuges vorhandene, kinetische Energie bei einem Bremsvorgang des Fahrzeuges über eine elektrische Antriebseinheit in eine elektrische Energie umgewandelt und anschließend einem Speichermedium, insbesondere Batterie, zugeführt. Bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs wird die in dem Speichermedium gespeicherte elektrische Energie von der elektrischen Antriebseinheit abgerufen.In the method for energy conversion and energy storage in a vehicle, in particular hybrid or plug-in hybrid vehicle, an existing during operation of the vehicle, kinetic energy is converted in a braking operation of the vehicle via an electric drive unit into electrical energy and then a storage medium, in particular Battery, supplied. In an acceleration operation of the vehicle, the electric energy stored in the storage medium is retrieved from the electric drive unit.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Speichermedium sowohl beim Bremsvorgang als auch beim Beschleunigungsvorgang bewegt wird, wobei das Speichermedium beim Bremsvorgang in eine erste Richtung und beim Beschleunigungsvorgang in eine zweite Richtung bewegt wird.According to the invention, it is provided that the storage medium is moved both during the braking process and during the acceleration process, the storage medium being moved in a first direction during the braking process and in a second direction during the acceleration process.

Dabei wird bei der Bewegung des Speichermediums in die erste Richtung das Speichermedium vorzugsweise angehoben und bei der Bewegung in die zweite Richtung abgesenkt. Zum Ausführen der Bewegung ist das Speichermedium vorzugsweise mit einem Elektromotor verbunden, welcher einen Teil der beim Bremsvorgang des Fahrzeugs umgewandelten elektrischen Energie von der elektrischen Antriebseinheit erhält und damit die Bewegung des Speichermediums erzeugt.In this case, the storage medium is preferably raised during the movement of the storage medium in the first direction and lowered in the movement in the second direction. To carry out the movement, the storage medium is preferably connected to an electric motor, which receives part of the electrical energy converted during the braking process of the vehicle from the electric drive unit and thus generates the movement of the storage medium.

Durch die aus den Bewegungen in die erste und zweite Richtung resultierenden Höhenunterschiede ändert sich der Betrag der potentiellen Energie des Speichermediums. D. h. beim Bremsvorgang des Fahrzeuges und dem damit verbundenen Anheben des Speichermediums erhöht sich der Betrag der potentiellen Energie. Beim Beschleunigen des Fahrzeugs wird das Speichermedium wieder abgesenkt und die gespeicherte, potentielle Energie von dem Elektromotor abgerufen und als elektrische Energie der elektrischen Antriebseinheit zugeführt.By the height differences resulting from the movements in the first and second direction, the amount of the potential energy of the storage medium changes. Ie. During braking of the vehicle and the associated lifting of the storage medium, the amount of potential energy increases. When accelerating the vehicle, the storage medium is lowered again and the stored potential energy of the Retrieved electric motor and supplied as electrical energy of the electric drive unit.

Damit ist ein kostengünstiges und energiesparendes Verfahren geschaffen, mittels welchem zusätzliche Energie in Form von potentieller Energie im Fahrzeug speicherbar ist.This creates a cost-effective and energy-saving method by means of which additional energy in the form of potential energy can be stored in the vehicle.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch eine Schnittdarstellung eines Ausschnittes eines Fahrzeuges mit einer Vorrichtung zur Energieumwandlung und Energiespeicherung, 1 FIG. 2 schematically a sectional view of a section of a vehicle with a device for energy conversion and energy storage, FIG.

2 schematisch eine Schnittdarstellung des Ausschnittes des Fahrzeuges gemäß 1 mit einer Vorrichtung zur Energieumwandlung und Energiespeicherung in einer alternativen Ausführungsform und 2 schematically a sectional view of the cutout of the vehicle according to 1 with an apparatus for energy conversion and energy storage in an alternative embodiment and

3 schematisch eine weitere Schnittdarstellung des Ausschnittes des Fahrzeuges mit der Vorrichtung zur Energieumwandlung und Energiespeicherung gemäß 2. 3 schematically a further sectional view of the detail of the vehicle with the device for energy conversion and energy storage according to 2 ,

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes eines Fahrzeuges mit einer Vorrichtung 1 zur Energieumwandlung und Energiespeicherung, umfassend ein Speichermedium 2, das zwischen einem oberen Fahrzeugrahmen 3.1, bezogen auf eine Fahrzeughochachse z, und einem unteren Fahrzeugrahmen 3.2 mittels zweier Führungen 4 angeordnet und mit einem Elektromotor 5 verbunden ist. 1 shows a schematic sectional view of a section of a vehicle with a device 1 for energy conversion and energy storage, comprising a storage medium 2 that is between an upper vehicle frame 3.1 with respect to a vehicle vertical axis z, and a lower vehicle frame 3.2 by means of two guides 4 arranged and with an electric motor 5 connected is.

Bei dem Speichermedium 2 handelt es sich vorzugsweise um eine Fahrzeugbatterie für ein Hybrid-Fahrzeug oder Plug-In Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug. Dabei kann das Speichermedium 2 beispielsweise als eine Lithium- oder Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet und in einem Motor- oder Kofferraum des Hybrid-Fahrzeuges, welcher von dem oberen und unteren Fahrzeugrahmen 3.1, 3.2 begrenzt wird, angeordnet sein.In the storage medium 2 it is preferably a vehicle battery for a hybrid vehicle or plug-in hybrid vehicle or electric vehicle. In this case, the storage medium 2 For example, as a lithium or lithium-ion battery and formed in an engine or trunk of the hybrid vehicle, which from the upper and lower vehicle frame 3.1 . 3.2 is limited, be arranged.

An dem oberen und unteren Fahrzeugrahmen 3.1, 3.2 sind jeweils Endbereiche der Führungen 4 angeordnet. Dabei verlaufen die Führungen 4 vom oberen Fahrzeugrahmen 3.1 zum unteren Fahrzeugrahmen 3.2 parallel und entlang einer ersten Achse z1, welche parallel zu der Fahrzeughochachse z verläuft.On the upper and lower vehicle frame 3.1 . 3.2 are each end portions of the guides 4 arranged. The guides run 4 from the upper vehicle frame 3.1 to the lower vehicle frame 3.2 parallel and along a first axis z1, which runs parallel to the vehicle's vertical axis z.

Die Endbereiche der Führungen 4 sind jeweils stoff- und/oder kraft- und/oder formschlüssig mit dem oberen und unteren Fahrzeugrahmen 3.1, 3.2 verbunden.The end areas of the guides 4 are each material and / or force and / or positive fit with the upper and lower vehicle frame 3.1 . 3.2 connected.

Die Führungen 4 sind vorzugsweise schienenartig ausgebildet. Das Speichermedium 2 weist korrespondierend dazu zwei nicht näher dargestellte Führungselemente auf, welche in die Führungen 4 greifen und womit das Speichermedium 2 entlang der Führungen 4 bewegbar ist.The guides 4 are preferably formed like a rail. The storage medium 2 has corresponding to two guide elements, not shown, which in the guides 4 grab and with what the storage medium 2 along the guides 4 is movable.

Der Weg, den das Speichermedium 2 bei seiner Bewegung zurücklegen kann, ist als Höhe h definiert und mit einem vertikalen, doppelseitigen Pfeil dargestellt. Das Speichermedium 2 kann sich dabei entlang einer ersten Achse z1 in eine erste Richtung R1 bewegen, wobei sich das Speichermedium 2 in Richtung des oberen Fahrzeugrahmens 3.1 bewegt, und in eine zweite Richtung R2 bewegen, wobei sich das Speichermedium 2 in Richtung des unteren Fahrzeugrahmens 3.2 bewegt.The way the storage medium 2 in its movement is defined as height h and represented by a vertical, double-sided arrow. The storage medium 2 can move along a first axis z1 in a first direction R1, wherein the storage medium 2 in the direction of the upper vehicle frame 3.1 moves, and move in a second direction R2, with the storage medium 2 towards the lower vehicle frame 3.2 emotional.

Dabei werden die Bewegungen des Speichermediums 2 von dem Elektromotor 5, welcher eine nicht dargestellte Hubeinrichtung wie beispielsweise ein Kugelumlaufspindelgetriebe aufweist, erzeugt.Thereby the movements of the storage medium become 2 from the electric motor 5 , which has a lifting device, not shown, such as a ball screw, generated.

Der Elektromotor 5 ist zwischen dem Speichermedium 2 und dem unteren Fahrzeugrahmen 3.2 angeordnet, dabei kann der Elektromotor 5 fest oder lose mit dem unteren Fahrzeugrahmen 3.2 und fest oder lose mit dem Speichermedium 2 verbunden sein. Weiterhin ist der Elektromotor 5 über eine nicht dargestellte Leitung mit einer ebenfalls nicht dargestellten elektrischen Antriebseinheit verbunden.The electric motor 5 is between the storage medium 2 and the lower vehicle frame 3.2 arranged, while the electric motor 5 firmly or loosely with the lower vehicle frame 3.2 and solid or loose with the storage medium 2 be connected. Furthermore, the electric motor 5 connected via a line not shown with an electric drive unit, also not shown.

Das Speichermedium 2 mit den Führungselementen und die Führungen 4 bilden zusammen mit dem Elektromotor 5 ein Hubsystem.The storage medium 2 with the guide elements and the guides 4 form together with the electric motor 5 a lifting system.

Das Speichermedium 2 ist ferner über eine Leitung 6 mit der elektrischen Antriebseinheit im Fahrzeug verbunden. Die Leitung 6 ist besonders bevorzugt flexibel ausgebildet, so dass die Bewegung des Speichermediums 1 im Hubsystem nicht beeinträchtigt wird.The storage medium 2 is also via a line 6 connected to the electric drive unit in the vehicle. The administration 6 is particularly preferably designed to be flexible, so that the movement of the storage medium 1 in the lifting system is not affected.

Die elektrische Antriebseinheit wandelt elektrische und chemische Energie in mechanische Bewegungsenergie um, so dass das Fahrzeug in eine Fahrtrichtung s, welche mit einem horizontalen Pfeil dargestellt ist, bewegt wird.The electric drive unit converts electrical and chemical energy into mechanical kinetic energy, so that the vehicle is moved in a direction of travel s, which is represented by a horizontal arrow.

Sofern es sich bei dem Fahrzeug um ein Hybridfahrzeug handelt, bezieht die elektrische Antriebseinheit die chemische Energie aus einem Betriebskraftstoff und die elektrische Energie aus dem Speichermedium 2.If the vehicle is a hybrid vehicle, the electric drive unit obtains the chemical energy from an operating fuel and the electric power from the storage medium 2 ,

Wird das Fahrzeug beispielsweise mittels Loslassen eines Gaspedals abgebremst, muss die beim Bewegen des Fahrzeuges in Fahrtrichtung s vorhandene kinetische Energie abgeführt werden. If the vehicle is braked, for example, by releasing an accelerator pedal, the kinetic energy present when moving the vehicle in the direction of travel s must be dissipated.

Dazu wird die kinetische Energie von der elektrischen Antriebseinheit in elektrische Energie umgewandelt und in gewinnbringender Weise anschließend über die flexible Leitung 6 sowohl dem Speichermedium 2 als auch dem Elektromotor 5 zugeführt, welche in dem Speichermedium 2 gespeichert wird. D. h. die Batterie wird beim Bremsvorgang des Fahrzeuges aufgeladen.For this purpose, the kinetic energy is converted by the electric drive unit into electrical energy and then profitably via the flexible line 6 both the storage medium 2 as well as the electric motor 5 fed into the storage medium 2 is stored. Ie. the battery is charged during braking of the vehicle.

Vorzugsweise erzeugt der Elektromotor 5 mittels der ihm beim Bremsvorgang zugeführten elektrischen Energie eine Bewegung des Speichermediums 2 entlang der ersten Achse z1 in Richtung des oberen Fahrzeugrahmens 3.1.Preferably, the electric motor generates 5 a movement of the storage medium by means of the electrical energy supplied to it during the braking process 2 along the first axis z1 in the direction of the upper vehicle frame 3.1 ,

Aufgrund der Bewegung des Speichermediums 2 und der daraus resultierenden Höhenänderung des Speichermediums 2 erhöht sich der Betrag der potentiellen Energie des Speichermediums 2.Due to the movement of the storage medium 2 and the resulting change in height of the storage medium 2 the amount of potential energy of the storage medium increases 2 ,

Damit ist eine zusätzliche potentielle Energie des Speichermediums 2 speicherbar, die bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs wieder abgerufen werden kann. Damit wird besonders bevorzugt eine erhöhte Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs erreicht.This is an additional potential energy of the storage medium 2 storable, which can be retrieved during an acceleration process of the vehicle again. Thus, an increased performance of the vehicle is particularly preferably achieved.

Beim Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs wird, wie bereits erwähnt, die im Speichermedium 2 gespeicherte elektrische Energie von der elektrischen Antriebseinheit über die flexible Leitung 6 wieder abgerufen. D. h. das Speichermedium 2 wird entladen.During the acceleration process of the vehicle, as already mentioned, in the storage medium 2 stored electrical energy from the electric drive unit via the flexible cable 6 retrieved again. Ie. the storage medium 2 is unloaded.

Dabei wird das Speichermedium 2 zusätzlich in Richtung des unteren Fahrzeugrahmens 3.2 abgesenkt. Die gespeicherte potentielle Energie überträgt sich auf den Elektromotor 5, welche die potentielle Energie in elektrische Energie umwandelt und der elektrischen Antriebseinheit als zusätzliche, elektrische Energie zur Verfügung stellt, welche noch während des Beschleunigungsvorganges von der elektrischen Antriebseinheit abgerufen werden kann.This is the storage medium 2 additionally in the direction of the lower vehicle frame 3.2 lowered. The stored potential energy is transferred to the electric motor 5 which converts the potential energy into electrical energy and provides the electric drive unit with additional electrical energy which can still be called up by the electric drive unit during the acceleration process.

Damit wird zum einen die zumindest teilweise Rückgewinnung der kinetischen Energie beim Bremsen des Fahrzeuges sichergestellt, als auch zusätzlich speicherbare und abrufbare elektrische Energie dem Fahrzeug zur Verfügung gestellt.This ensures on the one hand the at least partial recovery of the kinetic energy during braking of the vehicle, as well as additionally storable and retrievable electrical energy provided to the vehicle.

Beispielsweise kann bei einem Energiebedarf des Fahrzeuges von einer elektrischen Energie mit 1575,36 Wattsekunden (kurz = Ws) eine Energierückgewinnung von potentieller Energie mit 779,04 Ws ermöglicht werden. Der sich daraus berechnende Wirkungsgrad ergibt einen Wert von 0.49.For example, with an energy requirement of the vehicle of 1575.36 watt-seconds electrical energy (short = Ws), energy recovery of potential energy at 779.04 Ws can be enabled. The resulting efficiency gives a value of 0.49.

Wie ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden kann, ist in den 2, 3 dargestellt und beschrieben.How a higher efficiency can be achieved is in the 2 . 3 shown and described.

2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Ausschnittes des Fahrzeuges mit der Vorrichtung 1 gemäß 1 in einer alternativen Ausführungsform. Die Führungen 4 verlaufen vom oberen Fahrzeugrahmen 3.1 zum unteren Fahrzeugrahmen 3.2 parallel entlang einer zweiten Achse z2, welche in einem Winkel α zur Fahrzeughochachse z um eine Fahrzeuglängsachse geneigt ist. 2 shows a schematic sectional view of the detail of the vehicle with the device 1 according to 1 in an alternative embodiment. The guides 4 run from the upper vehicle frame 3.1 to the lower vehicle frame 3.2 parallel along a second axis z2, which is inclined at an angle α to the vehicle vertical axis z about a vehicle longitudinal axis.

Das Auf- und Entladen des Speichermediums 2 beim Bremsvorgang beziehungsweise Beschleunigungsvorgang des Fahrzeuges wird analog zur Beschreibung in 1 durchgeführt.The loading and unloading of the storage medium 2 During braking or acceleration of the vehicle is analogous to the description in 1 carried out.

Die in Fahrtrichtung s geneigten Führungen 4 erlauben dem Speichermedium 2 weitere potentielle Energie, bedingt durch die Trägheit des Speichermediums 2, sowohl beim Bremsvorgang als auch beim Beschleunigungsvorgang des Fahrzeuges zu speichern.The inclined in the direction of travel s guides 4 allow the storage medium 2 additional potential energy, due to the inertia of the storage medium 2 to save both during the braking process and during the acceleration process of the vehicle.

D. h., beim Bremsvorgang wird das Speichermedium 2 wie bereits beschrieben von dem Elektromotor 5 in die erste Richtung R1 bewegt. Dabei wirkt zum einen eine Bremskraft FBrems auf das Fahrzeug entgegen der Fahrtrichtung s und zum anderen jeweils eine Trägheitskraft auf die Führungen 4 in Fahrtrichtung s, bedingt durch die Trägheit des Speichermediums 2. Die Trägheitskräfte werden in Summe als die Trägheitskraft FTrägheit,Brems definiert.That is, during braking, the storage medium 2 as already described by the electric motor 5 moved in the first direction R1. In this case, on the one hand acts a braking force F brake on the vehicle against the direction of travel s and on the other hand each an inertial force on the guides 4 in the direction of travel s, due to the inertia of the storage medium 2 , The inertial forces are defined in sum as the inertial force F inertia, braking .

Daraus resultiert jeweils eine senkrecht zur Fläche der Führungen 4 wirkende Kraft, welche in Summe die Normalkraft FN,Brems. darstellen. Aus diesen beiden Kräften FTrägheit,Brems, FN,Brems ist eine resultierende Kraft FRes,Brems bestimmbar, aus der wiederum eine beim Bremsvorgang gewonnene Kraft FGewinn,Brems ermittelbar ist, welche in Richtung des oberen Fahrzeugrahmens 3.1 parallel zur Fahrzeughochachse z wirkt.This results in each case one perpendicular to the surface of the guides 4 acting force, which in sum the normal force F N, brake . represent. From these two forces F inertia, braking , F N, brake , a resultant force F Res, brake can be determined, from which in turn a force F gain, brake obtained during the braking process can be determined, which is in the direction of the upper vehicle frame 3.1 acts parallel to the vehicle vertical axis z.

Aus der gewonnenen Kraft FGewinn,Brems ist über die Höhe h eine potentielle Energie ermittelbar, die zusätzlich gespeichert werden kann.From the gained force F gain, braking is about the height h a potential energy can be determined, which can be additionally stored.

Ein Lageplan der Kräfte FTrägheit,Brems, F,N,Brems, FRes,Brems ist mit einem Dreieck dargestellt.A plan of forces F inertia, brake , F , N, brake , F Res, brake is shown with a triangle.

Ein Lageplan der Kräfte FTrägheit,Brems, F,N,Brems, FRes,Brems beim Beschleunigungsvorgang des Fahrzeuges ist in 3 dargestellt.A plan of forces F inertia, brake , F , N, brake , F Res, brake during the acceleration process of the vehicle is in 3 shown.

Beim Beschleunigungsvorgang wird das Speichermedium 2 wie bereits beschrieben in die zweite Richtung R2 bewegt. Dabei wirkt zum einen eine Beschleunigungskraft FBeschl auf das Fahrzeug in Fahrtrichtung s und zum anderen jeweils eine Trägheitskraft auf die Führungen 4 entgegen der Fahrtrichtung s, bedingt durch die Trägheit des Speichermediums 2. Die Trägheitskräfte werden analog zu 2 in Summe als die Trägheitskraft FTrägheit,Beschl definiert. During the acceleration process becomes the storage medium 2 as already described in the second direction R2 moves. In this case, on the one hand, an acceleration force F Acc acts on the vehicle in the direction of travel s and, on the other hand, an inertial force acts on the guides 4 contrary to the direction of travel s, due to the inertia of the storage medium 2 , The inertial forces become analogous to 2 in sum as the inertial force F inertia, Acc defined.

Daraus resultiert jeweils eine senkrecht zur Fläche der Führungen 4 wirkende Kraft, welche in Summe die Normalkraft FN,Beschl darstellen. Aus diesen beiden Kräften FTrägheit,Beschl, FN,Beschl ist eine resultierende Kraft FRes,Beschl bestimmbar, aus der wiederum eine beim Beschleunigungsvorgang gewonnene Kraft FGewinn,Beschl ermittelbar ist, welche in Richtung des unteren Fahrzeugrahmens 3.2 parallel zur Fahrzeughochachse wirkt. Ein Lageplan der Kräfte FTrägheit,Beschl, F,N,Beschl, FRes,Beschl ist mit einem Dreieck dargestellt.This results in each case one perpendicular to the surface of the guides 4 acting force, which in sum represent the normal force F N, Acc . From these two forces F inertia, Acc , F N, Acc , a resultant force F Res, can be determined, from which in turn a force F gain gained during the acceleration process can be determined, which is in the direction of the lower vehicle frame 3.2 acts parallel to the vehicle vertical axis. A map of forces F inertia, acceleration , F , N, acceleration , F Res, acceleration is represented by a triangle.

Im Vergleich zu 1, wo ein Wirkungsgrad von 0,49 angegeben wurde, lässt sich mittels der Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur Energieumwandlung und Energiespeicherung gemäß den 2, 3 ein Wirkungsgrad von bis zu 0,57 erreichen.Compared to 1 , where an efficiency of 0.49 has been specified, can be determined by means of the embodiment of the device 1 for energy conversion and energy storage in accordance with 2 . 3 achieve an efficiency of up to 0.57.

Mittels der alternativen Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur Energieumwandlung und Energiespeicherung lässt sich somit ein höherer Wirkungsgrad unter Ausnutzung von Masse des Speichermediums 2 und der Massenträgheiten des Speichermediums 2 und weiterer Komponenten der Vorrichtung 1 erzielen.By means of the alternative embodiment of the device 1 For energy conversion and energy storage can thus be a higher efficiency by taking advantage of mass of the storage medium 2 and the inertia of the storage medium 2 and other components of the device 1 achieve.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungcontraption
22
Speichermediumstorage medium
3.13.1
oberer Fahrzeugrahmenupper vehicle frame
3.23.2
unterer Fahrzeugrahmenlower vehicle frame
44
Führungenguides
55
Elektromotorelectric motor
66
Leitungmanagement
hH
Höheheight
FBrems F brake
Bremskraftbraking force
FBeschl F Acc
Beschleunigungskraftaccelerating force
FGewinn,Brems,Beschl F win, brake, Acc
gewonnene Kraftgained power
FN,Brems,Beschl F N, Brake, Acc
Normalkraftnormal force
FRes,Brems,Beschl F Res, Brake, Acc
resultierende Kraftresulting power
FTrägheit,Brems,Beschl F inertia, braking, Acc
Trägheitskraftinertial force
ss
Fahrtrichtungdirection of travel
R1R1
erste Richtungfirst direction
R2R2
zweite Richtungsecond direction
zz
FahrzeughochachseVehicle axis
z1z1
erste Achsefirst axis
z2z2
zweite Achsesecond axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 5427194 [0003] US 5427194 [0003]
  • US 2010/0151989 A1 [0004] US 2010/0151989 A1 [0004]

Claims (6)

Verfahren zur Energieumwandlung und Energiespeicherung in einem Fahrzeug, insbesondere Hybrid- oder Plug-In Hybridfahrzeug, mittels welchem eine beim Betrieb des Fahrzeuges vorhandene, kinetische Energie bei einem Bremsvorgang des Fahrzeuges über eine elektrische Antriebseinheit in eine elektrische Energie umgewandelt und anschließend einem Speichermedium (2), insbesondere Batterie, zugeführt wird, und mittels welchem die in dem Speichermedium (2) gespeicherte elektrische Energie bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeuges von der elektrischen Antriebseinheit abgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium (2) sowohl beim Bremsvorgang als auch beim Beschleunigungsvorgang bewegt wird, wobei das Speichermedium (2) beim Bremsvorgang in eine erste Richtung (R1) und beim Beschleunigungsvorgang in eine zweite Richtung (R2) bewegt wird.Method for energy conversion and energy storage in a vehicle, in particular a hybrid or plug-in hybrid vehicle, by means of which an existing during operation of the vehicle, kinetic energy during a braking operation of the vehicle via an electric drive unit into electrical energy and then a storage medium ( 2 ), in particular battery, is supplied, and by means of which in the storage medium ( 2 stored electrical energy in an acceleration process of the vehicle is retrieved from the electric drive unit, characterized in that the storage medium ( 2 ) is moved both during the braking process and during the acceleration process, wherein the storage medium ( 2 ) is moved during braking in a first direction (R1) and in the acceleration process in a second direction (R2). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium (2) entlang einer ersten Achse (z1) bewegt wird, welche parallel zu einer Fahrzeughochachse (z) verläuft.Method according to Claim 1, characterized in that the storage medium ( 2 ) is moved along a first axis (z1) which is parallel to a vehicle vertical axis (z). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium (2) entlang einer zweiten Achse (z2) bewegt wird, welche in einem Winkel (α) zur Fahrzeughochachse (z) geneigt ist.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the storage medium ( 2 ) is moved along a second axis (z2) which is inclined at an angle (α) to the vehicle vertical axis (z). Vorrichtung (1) zur Energieumwandlung und Energiespeicherung in einem Fahrzeug, insbesondere Hybrid- oder Plug-In Hybridfahrzeug, mittels welcher eine beim Betrieb des Fahrzeuges vorhandene, kinetische Energie bei einem Bremsvorgang des Fahrzeuges über eine elektrische Antriebseinheit in eine elektrische Energie umwandelbar und anschließend einem Speichermedium (2), insbesondere Batterie, zuführbar ist, und mittels welcher die in dem Speichermedium (2) gespeicherte elektrische Energie bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeuges von der elektrischen Antriebseinheit abrufbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium (2) mit einem Elektromotor (5) verbunden ist, mittels welchem das Speichermedium (2) sowohl beim Bremsvorgang als auch beim Beschleunigungsvorgang bewegbar ist, wobei das Speichermedium (2) beim Bremsvorgang in eine erste Richtung (R1) und beim Beschleunigungsvorgang in eine zweite Richtung (R2) bewegbar ist.Contraption ( 1 ) for energy conversion and energy storage in a vehicle, in particular hybrid or plug-in hybrid vehicle, by means of which an existing during operation of the vehicle, kinetic energy during a braking operation of the vehicle via an electric drive unit into an electrical energy convertible and then a storage medium ( 2 ), in particular battery, can be fed, and by means of which in the storage medium ( 2 ) stored electrical energy during an acceleration process of the vehicle is retrievable by the electric drive unit, characterized in that the storage medium ( 2 ) with an electric motor ( 5 ), by means of which the storage medium ( 2 ) is movable both during the braking process and during the acceleration process, wherein the storage medium ( 2 ) is movable in a first direction (R1) during the braking process and in a second direction (R2) during the acceleration process. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium (2) mittels zumindest zweier Führungen (4) zwischen einem oberen Fahrzeugrahmen (3.1) und einem unteren Fahrzeugrahmen (3.2) angeordnet ist.Apparatus according to claim 4, characterized in that the storage medium ( 2 ) by means of at least two guides ( 4 ) between an upper vehicle frame ( 3.1 ) and a lower vehicle frame ( 3.2 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium (2) über eine flexibel ausgebildete Leitung (6) mit der elektrischen Antriebseinheit verbunden ist.Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the storage medium ( 2 ) via a flexibly formed line ( 6 ) is connected to the electric drive unit.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5427194A (en) 1994-02-04 1995-06-27 Miller; Edward L. Electrohydraulic vehicle with battery flywheel
US20100151989A1 (en) 2007-05-29 2010-06-17 Read David H Hydraulic-Electric Regenerative Energy Storage System

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