DE102011018457A1 - Charging station for vehicle, particularly electrically operated vehicle, has electric drive machine, drive device for delivering mechanical power, and mechanical coupling device - Google Patents

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Abstract

The charging station (100) has an electric drive machine (152), a drive device (110) for delivering mechanical power, and a mechanical coupling device (130). The drive device is coupled with the electrical drive machine of the vehicle (150). A control device (120) is provided for controlling the drive device and for controlling the mechanical power during a utilizable brake mode of the electric drive machine. Independent claims are included for the following: (1) a charging device has a signal component; and (2) a method for charging an energy storage device of a vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeuge, die zumindest eine elektrische Maschine für den Antrieb verwenden und einen Energiespeicher benötigen, der extern aufgeladen werden kann.The present invention relates generally to vehicles that use at least one electric machine for propulsion and require an energy store that can be externally charged.

Im Bereich des Individualverkehrs ist zunehmend von großer Bedeutung, die Effizienz von Fahrzeugen zu steigern. Dies wird vielfach dadurch angestrebt, dass mindestens eine elektrische Maschine vorgesehen wird, die unmittelbar für den Vortrieb des Fahrzeugs Verwendung findet. Zu Beispielen derartiger Fahrzeuge gehören bereits heute erhältliche Hybridfahrzeuge, bei denen die elektrische Maschine direkt, also durch Bereitstellung mechanischer Energie an die Antriebsräder, zum Vortrieb des Fahrzeuges beiträgt. Obwohl in diesen Hybridfahrzeugen bislang ein wesentlicher Beitrag der Antriebsenergie durch einen Verbrennungsmotor erzeugt wird, gibt es zunehmend Bestrebungen, die elektrischen Energiespeicher derartiger Fahrzeuge so zu erweitern, dass immer größere Strecken rein elektrisch oder zumindest mit einem hohen Anteil an elektrischer Energie zurückgelegt werden können, wobei der Energiespeicher sodann zumindest teilweise wieder durch externe, also nicht durch den Verbrennungsmotor zugeführte Energie aufgeladen wird.In the field of private transport, increasing the efficiency of vehicles is becoming increasingly important. This is often sought by the fact that at least one electric machine is provided, which is used directly for the propulsion of the vehicle. Examples of such vehicles already include available hybrid vehicles, in which the electric machine directly, so by providing mechanical energy to the drive wheels, contributes to the propulsion of the vehicle. Although in these hybrid vehicles so far a significant contribution of the drive power is generated by an internal combustion engine, there are increasing efforts to expand the electrical energy storage of such vehicles so that more and more routes can be covered purely electrically or at least with a high proportion of electrical energy the energy storage is then at least partially recharged by external, so not supplied by the engine energy.

In anderen Fahrzeugkonzepten dient die elektrische Maschine ausschließlich zum Vortrieb des Fahrzeuges, während zusätzliche Einrichtungen, etwa Verbrennungsmotore, Brennstoffzellen, und dergleichen zur Bereitstellung der elektrische Energie oder zumindest eines erheblichen Teils davon insbesondere für das Zurücklegen längerer Strecken Verwendung finden. Auch gibt es reine Elektrofahrzeuge, in denen die Energie für den Vortrieb ausschließlich aus einem mitgeführten Energiespeicher gewonnen wird, der somit auch regelmäßig aufzuladen ist.In other vehicle concepts, the electric machine is used exclusively for propulsion of the vehicle, while additional equipment, such as combustion engines, fuel cells, and the like to provide the electrical energy or at least a substantial part thereof, in particular for covering longer distances use. There are also pure electric vehicles, in which the energy for propulsion is obtained exclusively from an entrained energy storage, which is therefore also charged regularly.

Zu diesem Zweck werden in diesem Fahrzeugen entsprechende Ladeeinrichtungen mitgeführt, die mit einer externen elektrischen Anschlussdose verbunden werden können, so dass der Energiespeicher gemäß der verfügbaren externen elektrischen Energie und der Leistung des mitgeführten Ladegerät aufgeladen werden kann. Dabei sind die erreichbaren Ladezeiten im Wesentlichen von der Belastbarkeit des externen Ladeanschlusses sowie auch von der Größe und des Leistungsvermögens des internen mitgeführten Ladegeräts abhängig.For this purpose, corresponding charging devices are carried in this vehicle, which can be connected to an external electrical connection box, so that the energy storage can be charged in accordance with the available external electrical energy and the performance of the entrained charger. The achievable charging times are essentially dependent on the load capacity of the external charging connection as well as on the size and the capacity of the internal accompanying charger.

Zwar werden immer mehr öffentlich verfügbare Anschlussmöglichkeiten für die mitgeführten elektrischen Ladegeräte bereitgestellt, ein flächendeckendes Angebot elektrischer Energie für das Aufladen von Energiespeichern von Fahrzeugen ist jedoch derzeit nicht gegeben. Insbesondere sind für derartige Fahrzeuge mit elektrischen Energiespeichern gemäß konventioneller Ladetechniken geeignet ausgebildete elektrische Ladegeräte vorzusehen, in denen zwar, je nach Ausführung, gewisse Komponenten der bereits vorhandenen Leistungselektronik für den elektrischen Antriebsstrang mit verwendet werden, aber dennoch weitere Komponenten insbesondere für die Spannungsanpassung zwischen externem Ladeanschluss und der internen Spannung des Energiespeichers erforderlich sind.Although more and more publicly available connection options for the entrained electric chargers are provided, a nationwide supply of electrical energy for charging energy storage of vehicles is not currently available. In particular, for such vehicles with electrical energy storage devices according to conventional charging techniques suitably designed to provide electrical chargers, where, depending on the design, certain components of the existing power electronics for the electric drive train are used, but still other components in particular for the voltage adjustment between external charging port and the internal voltage of the energy storage are required.

Ferner fehlt bisweilen ein standardisierter Anschlussstecker zur Anbindung des fahrzeuginternen Ladegeräts an elektrische Anschlussdosen einer Ladestation, so dass üblicherweise gängige Anschlussdosen für den üblichen Stromanschluss im Haushalt verwendet werden und das Ladegerät dann für die Anpassung an den Energiespeicher sorgt. Auch ist durch die Verwendung haushaltsüblicher Anschlussstecker und darauf abgestimmte Ladegeräte damit die Höhe der zuführbaren elektrischen Energie deutlich eingeschränkt.Furthermore, sometimes lacks a standardized connector for connecting the in-vehicle charger to electrical outlets of a charging station, so that usually common outlets are used for the usual power connection in the home and the charger then ensures the adaptation to the energy storage. Also, by the use of household common connector and matched chargers so that the amount of supplyable electrical energy significantly limited.

Im Lichte der zuvor dargestellten Situation ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel für das Aufladen von Energiespeichern in Fahrzeugen bereitzustellen, wobei eines oder mehrere der oben genannten Probleme vermieden oder zumindest in der Auswirkung verringert werden.In light of the above situation, it is an object of the present invention to provide means for charging energy storage devices in vehicles, wherein one or more of the above problems are avoided or at least reduced in effect.

Zur Lösung der zuvor genannten Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Ladestation für ein Fahrzeug bereitgestellt, wobei das Fahrzeug mindestens eine als Antrieb genutzte elektrische Maschine aufweist. Die Ladestation umfasst eine Antriebsvorrichtung zur Abgabe mechanischer Leistung und eine mechanische Kupplungsvorrichtung, die mit der Antriebsvorrichtung und der elektrischen Maschine des Fahrzeugs koppelbar ist. Ferner umfasst die Ladestation eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Antriebsvorrichtung und der mechanischen Leistung während eines Nutzbremsmodus der elektrischen Maschine.In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided a charging station for a vehicle, wherein the vehicle has at least one electric machine used as a drive. The charging station comprises a drive device for delivering mechanical power and a mechanical coupling device which can be coupled to the drive device and the electric machine of the vehicle. Furthermore, the charging station comprises a control device for controlling the drive device and the mechanical power during a regenerative braking mode of the electric machine.

Die erfindungsgemäße Ladestation ist also so ausgestaltet, dass externe mechanische Energie und damit Leistung auf die elektrische Maschine des Fahrzeugs übertragen werden kann, die sich ihrerseits im Generatorbetrieb befindet, so dass die extern zugeführte mechanische Leistung durch die fahrzeuginternen Komponenten, d. h. durch die elektrische Maschine und die damit gekoppelte Leistungselektronik in elektrische Leistung umgewandelt werden kann. Es werden also vorzugsweise Komponenten beim Ladevorgang verwendet, die ohnehin Bestandteil des Fahrzeuges sind, ohne dass auf spezielle Eigenschaften des Energiespeichers, der verwendeten Systemspannung, und dergleichen Rücksicht genommen werden muss. D. h., typischerweise sind die Leistungselektronik der elektrischen Maschine sowie die elektrische Maschine selbst geeignet ausgebildet, um im Zusammenwirken mit dem Energiespeicher des Fahrzeugs effizient die Energie des Energiespeichers in mechanische Leistung mit gewünschter Höhe umzuwandeln. In der umgekehrten Richtung kann somit auch eine gewünschte hohe elektrische Leistung von der elektrischen Maschine beim Ladevorgang abverlangt werden, die somit ebenfalls in sehr effiziente Weise in elektrische Leistung umgewandelt wird. Beispielsweise kann daher die Ladeleistung der Ladestation sehr hoch sein, da in der Regel die elektrische Maschine sowie die dazugehörige Leistungselektronik für hohe Leistungen, etwa beim Rekuperationsbetrieb des Fahrzeugs, ausgelegt sind. Die Ladestation ihrerseits kann die gewünschte mechanische Leistung effizient mittels elektrischer, pneumatischer, hydraulischer Komponenten, etc. nach Bedarf bereitstellen, ohne dass eine Anpassung dieser Komponenten auf fahrzeugspezifische Eigenschaften erforderlich ist.The charging station according to the invention is thus designed so that external mechanical energy and thus power can be transmitted to the electric machine of the vehicle, which in turn is in generator mode, so that the externally supplied mechanical power through the vehicle-internal components, ie by the electric machine and the coupled power electronics can be converted into electrical power. It is therefore preferably components used during the charging process, which are anyway part of the vehicle, without having to take into account special properties of the energy storage, the system voltage used, and the like. D. h., Typically, the power electronics of the electric machine and The electrical machine itself is designed to be suitable for efficiently converting the energy of the energy store into mechanical power with the desired height, in cooperation with the energy store of the vehicle. In the reverse direction can thus be demanded a desired high electrical power from the electric machine during the charging process, which is thus also converted in a very efficient manner into electrical power. For example, therefore, the charging power of the charging station can be very high, since usually the electric machine and the associated power electronics for high performance, such as the recuperation of the vehicle, are designed. The charging station, in turn, can provide the desired mechanical performance efficiently by means of electrical, pneumatic, hydraulic components, etc. as needed, without the need to adapt these components to vehicle-specific characteristics.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Kupplungsvorrichtung zur mechanischen Ankopplung an mindestens ein angetriebenes Rad des Fahrzeugs ausgebildet. Durch diese Art der Ausbildung der Kupplungsvorrichtung ist es möglich, jegliche Art von Fahrzeug mit externer mechanischer Energie zu beaufschlagen, ohne dass dazu wesentliche Modifizierungen an dem Fahrzeug erforderlich sind, oder aber die Fahrzeuge können im Hinblick auf die Ankopplung an die Ladestation vollkommen unverändert bleiben. In einer Ausführungsform kann die mechanische Ankopplung so erfolgen, dass etwa eine Rolle oder Walze der Antriebvorrichtung der Ladestation in Reibkontakt mit der Lauffläche des angetriebenen Rads gebracht wird. In anderen Ausführungsformen können geeignet ausgebildete Felgen am Fahrzeug vorgesehen werden, so dass ein mechanischer Eingriff der Kupplungsvorrichtung mit hoher mechanischer Effizienz möglich ist. In derartigen Ausführungsformen ist die Ladestation ferner geeignet ausgestaltet, den relativen Stillstand des Fahrzeugs bei der Einspeisung mechanischer Leistung an einem oder mehreren angetriebenen Rädern sicherzustellen.In a further advantageous embodiment, the coupling device is designed for mechanical coupling to at least one driven wheel of the vehicle. By this type of formation of the coupling device, it is possible to apply any kind of vehicle with external mechanical energy, without requiring significant modifications to the vehicle, or the vehicles can remain completely unchanged with regard to the coupling to the charging station. In one embodiment, the mechanical coupling may be such that, for example, a roller or roller of the drive device of the charging station is brought into frictional contact with the running surface of the driven wheel. In other embodiments, properly formed rims may be provided on the vehicle so that mechanical engagement of the coupling device with high mechanical efficiency is possible. In such embodiments, the charging station is further configured to ensure the relative stoppage of the vehicle when injecting mechanical power to one or more powered wheels.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Kommunikationseinrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist, Steuersignale von dem Fahrzeug zu empfangen. Auf diese Weise kann eine mit dem Fahrzeug koordinierte Ladung des Energiespeichers erfolgen, oder es können Vorgaben des Fahrzeughalters beim Laden des Energiespeichers abgefragt und gegebenenfalls entsprechend eingehalten werden.In a further advantageous embodiment, a communication device is provided, which is designed to receive control signals from the vehicle. In this way, a coordinated with the vehicle charge of the energy storage can be done, or it can be queried specifications of the vehicle owner when charging the energy storage and optionally complied with accordingly.

In einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung ausgebildet, zumindest die Leistungsübertragung von der Antriebsvorrichtung auf die elektrische Maschine unter Nutzung zumindest eines Teils der Steuersignale zu steuern. Beispielsweise kann zu diesem Zweck eine Steuerung derart erfolgen, dass eine maximale Leistung nicht überschritten wird, oder dass nur eine vorgegebene Energiemenge eingespeist wird.In one embodiment, the control device is designed to control at least the power transmission from the drive device to the electric machine using at least part of the control signals. For example, for this purpose, a control can be carried out such that a maximum power is not exceeded, or that only a predetermined amount of energy is fed.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Ladestation eine Energiespeichereinrichtung auf, so dass bei Bedarf sehr hohe Leistungsspitzen überbrückt werden können, selbst wenn die der Ladestation von außen zugeführte Leistung zur Abdeckung dieser Spitzen nicht ausreicht. Die Speichereinrichtung kann dabei zur Speicherung von elektrischer Energie und/oder mechanischer Energie ausgebildet sein, wobei dies von der Art der Energie abhängt, mit der die Antriebsvorrichtung der Ladestation betrieben wird.In a further embodiment, the charging station has an energy storage device, so that very high power peaks can be bridged if required, even if the power supplied to the charging station from the outside is insufficient to cover these peaks. The storage device can be designed to store electrical energy and / or mechanical energy, this being dependent on the type of energy with which the drive device of the charging station is operated.

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass eine ”mechanische” Energie hierin auch als Energie betrachtet wird, die in Form von unter Druck stehenden Gas und/oder Flüssigkeiten bereitgestellt wird. Wenn der Energiespeicher in Form eines Speichers zur Aufnahme elektrischer Energie bereitgestellt wird, kann dieser beispielsweise in Form von Kondensatoren vorgesehen sein, so dass kurzzeitig eine sehr hohe elektrische Leistung entnommen werden kann, falls der aktuell ablaufende Ladevorgang die elektrische Leistung übersteigt, die von einem elektrischen Anschluss für die Ladestation geliefert werden kann.In this context, it should be noted that a "mechanical" energy is also considered herein to be energy provided in the form of pressurized gas and / or liquids. If the energy storage is provided in the form of a memory for receiving electrical energy, this can be provided for example in the form of capacitors, so that a very high electrical power can be removed for a short time, if the currently running charging exceeds the electrical power that is supplied by an electric Connection for the charging station can be delivered.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinrichtung der Ladestation ausgebildet, das Übertragen der mechanischen Leistung bei Unterschreiten eines Schwellwerts der aktuell übertragenen mechanischen Leistung zu beenden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Ladevorgang rechtzeitig beendet wird, wenn etwa der Nutzbremsmodus im Fahrzeug beendet wird. Beispielsweise kann die fahrzeuginterne Leistungselektronik einen hohen Ladezustand des Energiespeichers, eine zu hohe Temperatur einer Komponente, etc. erkennen und daraufhin, wie auch beim normalen Fahrbetrieb das Rekuperieren geeignet zurückregeln oder gänzlich abschalten. Auf diese Weise können ebenfalls bereits im Fahrzeug vorhandene Komponenten effizient zur Steuerung des Ladevorgangs ausgenutzt werden.In a further advantageous embodiment, the control device of the charging station is designed to end the transmission of the mechanical power when falling below a threshold value of the currently transmitted mechanical power. In this way, it can be ensured that the charging process is ended in good time when, for example, the regenerative braking mode in the vehicle is terminated. For example, the in-vehicle power electronics can detect a high state of charge of the energy store, too high a temperature of a component, etc., and then, as in normal driving, recuperation can be appropriately adjusted back or shut down completely. In this way, components already present in the vehicle can also be efficiently utilized to control the charging process.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die zuvor genannte Aufgabe gelöst durch eine Ladevorrichtung in einem unter Anwendung zumindest einer elektrischen Maschine angetriebenen Fahrzeug. Die Ladevorrichtung umfasst eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, bei relativem Stillstand des Fahrzeugs in Bezug auf eine Ladestation die elektrische Maschine in einen Nutzbremsmodus überzuführen.According to a further aspect of the present invention, the aforementioned object is achieved by a charging device in a vehicle driven using at least one electric machine. The charging device comprises a control unit which is designed, when the vehicle is relatively stationary with respect to a charging station, to convert the electric machine into a regenerative braking mode.

Die fahrzeuginterne Ladevorrichtung umfasst somit eine Steuereinheit, die im Gegensatz zu konventionellen Ladegeräten von elektrisch betriebenen Fahrzeugen, keine speziell gestaltete Leistungselektronik erfordert, sondern in steuerbarer Weise den Nutzbremsmodus initiieren kann, so dass die fahrzeuginternen Antriebskomponenten für die Aufladung des fahrzeuginternen Energiespeichers genutzt werden können. D. h., durch die Einwirkung der Steuereinheit ist das Fahrzeug für die Aufnahme mechanischer Energie bzw. Leistung im Stillstand des Fahrzeugs vorbereitet, so dass ein effizienter Ladevorgang ausgeführt werden kann. The in-vehicle charging device thus comprises a control unit which, unlike conventional chargers of electrically powered vehicles, does not require specially designed power electronics but can controllably initiate the regenerative braking mode so that the in-vehicle drive components can be used to charge the in-vehicle energy storage. That is, by the action of the control unit, the vehicle is prepared for receiving mechanical power at standstill of the vehicle, so that an efficient charging operation can be performed.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Steuereinheit ferner eine Kommunikationseinrichtung, die ausgebildet ist, ein Steuersignal zu der externen Ladestation, die externe mechanische Leistung zuführt, zu übermitteln. Auf diese Weise findet der Ladevorgang durch Zuführen externer mechanischer Energie unter Steuerung des Fahrzeugs statt, so dass fahrzeugspezifische Eigenschaften bzw. Vorgaben des Fahrzeughalters in die Steuerung des Ladevorgangs eingreifen können.In an advantageous embodiment, the control unit further comprises a communication device, which is designed to transmit a control signal to the external charging station, which supplies external mechanical power. In this way, the charging process takes place by supplying external mechanical energy under the control of the vehicle, so that vehicle-specific properties or specifications of the vehicle owner can intervene in the control of the charging process.

In einer Ausführungsform weist das Steuersignal zumindest eine Signalkomponente auf, die die externe Ladestation zur Unterbrechung der Zuführung der externen mechanischen Leistung veranlasst. Diese Signalkomponente zur Unterbrechung der Zuführung der externen mechanischen Leistung kann beispielsweise auf der Grundlage von Informationen erzeugt werden, die den Energiestatus des Energiespeichers, den Status von Leistungselektronikkomponenten, und dergleichen betreffen.In one embodiment, the control signal has at least one signal component that causes the external charging station to interrupt the supply of the external mechanical power. This signal component for interrupting the supply of external mechanical power may be generated, for example, on the basis of information concerning the energy status of the energy storage, the status of power electronic components, and the like.

In anderen Ausführungsformen enthält das Steuersignal auch Signalkomponenten, die eine geeignete Anpassung des Ladevorgangs an fahrzeugspezifische Eigenschaften ermöglichen. In anderen Ausführungsformen ist die Steuereinheit entsprechend ausgebildet, dass diese den Ladevorgang in geeigneter Weise steuert, indem etwa der Grad der Rekuperation auf das gewünschte Maß eingestellt wird.In other embodiments, the control signal also includes signal components that allow for proper adaptation of the charging process to vehicle-specific characteristics. In other embodiments, the control unit is designed to suitably control the charging process, such as by adjusting the degree of recuperation to the desired level.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die zuvor genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers eines Fahrzeugs, das zumindest eine als Antrieb des Fahrzeugs genutzte elektrische Maschine aufweist. Das Verfahren umfasst das Übertragen externer mechanischer Leistung auf die elektrische Maschine des Fahrzeugs bei relativem Stillstand des Fahrzeugs. Ferner wird ein Generatorbetrieb der Maschine durch eine Steuereinheit während des Übertragens der externen mechanischen Leistung eingestellt. Ferner umfasst das Verfahren das Überwachen des Energiestatus des Energiespeichers durch die Steuereinheit.According to a further aspect of the present invention, the aforementioned object is achieved by a method for charging an energy store of a vehicle, which has at least one electric machine used as the drive of the vehicle. The method includes transmitting external mechanical power to the vehicle electrical machine when the vehicle is relatively stationary. Further, a generator operation of the engine is set by a control unit during the transmission of the external mechanical power. Furthermore, the method comprises monitoring the energy status of the energy store by the control unit.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also das Aufladen des Energiespeichers durch ein gesteuertes Einstellen des Generatorbetriebs des Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug relativ zu einer Ladestation im Stillstand ist. Wie zuvor bereits erläutert ist, kann in einem entsprechenden Verfahren die ”Infrastruktur” insbesondere im Hinblick auf Leistungselektronik und die Wandlung von mechanischer Leistung in elektrische Leistung bei hohem Wirkungsgrad des Fahrzeugs effizient eingesetzt werden, um den Energiespeicher aufzuladen, wobei die Leistung im Wesentlichen durch die fahrzeuginternen Komponenten festgelegt ist.The method according to the invention thus makes it possible to charge the energy store by controlling the generator operation of the vehicle in a controlled manner when the vehicle is at a standstill relative to a charging station. As already explained above, in a corresponding method, the "infrastructure" can be used efficiently, in particular with regard to power electronics and the conversion of mechanical power into electrical power with high efficiency of the vehicle, in order to charge the energy store, the power essentially being provided by the in-vehicle components.

Es sollte beachtet werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren zwar vorteilhaft in stationären Ladesystemen Anwendung findet, in einigen Aspekten jedoch auch bewegliche Ladestationen, beispielsweise in Form von Fahrzeugtransportsystemen, Waschanlagen, und dergleichen verwendet wird, in denen jedoch das Fahrzeug relativ zu einer Ankopplungsvorrichtung in Ruhe ist.It should be noted that while the method of the present invention may be used to advantage in stationary charging systems, in some aspects mobile charging stations may be used, for example in the form of vehicle transport systems, car washes, and the like, but in which the vehicle is at rest relative to a docking device ,

Diese und weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind auch den angefügten Patentansprüchen zu entnehmen. Im Folgenden werden weitere vorteilhafte Ausführungsformen mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:These and other advantageous embodiments are also to be taken from the appended claims. In the following, further advantageous embodiments will be described with reference to the accompanying drawings, in which:

1A schematisch eine Darstellung eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugs an einer Ladestation gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; 1A schematically shows a representation of an at least partially electrically powered vehicle at a charging station according to the present invention;

1B schematisch eine Kupplungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Ladestation zur Einspeisung von mechanischer Leistung über zumindest ein angetriebenes Rad des Fahrzeugs zeigt; 1B schematically shows a coupling device of the charging station according to the invention for feeding mechanical power over at least one driven wheel of the vehicle;

1C schematisch die Kupplungsvorrichtung zeigt, wobei ein speziell gestalteter mechanischer Anschluss zur Übertragung der mechanischen Leistung auf die elektrische Maschine vorgesehen ist; 1C schematically shows the coupling device, wherein a specially designed mechanical connection for transmitting the mechanical power is provided on the electric machine;

1D schematisch die Ladestation zeigt, wobei ein elektrischer Speicher in der Ladestation vorgesehen ist; 1D schematically shows the charging station, wherein an electrical memory is provided in the charging station;

1E schematisch die Ladestation zeigt, wobei ein ”mechanischer” Speicher vorgesehen ist, etwa in Form eines Druckspeichers und dergleichen, so dass Leistungsspitzen effizient überbrückt werden können; und 1E schematically shows the charging station, wherein a "mechanical" memory is provided, such as in the form of a pressure accumulator and the like, so that power peaks can be effectively bridged; and

2 schematisch eine Ladevorrichtung in einem Fahrzeug zeigt, um einen gesteuerten Nutzbremsmodus zum Aufladen eines Energiespeichers des Fahrzeugs einzustellen. 2 schematically shows a charging device in a vehicle to set a controlled Nutzbremsmodus for charging an energy storage of the vehicle.

1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 150, das zumindest eine elektrische Maschine 152 aufweist, die für den Vortrieb des Fahrzeugs 150 genutzt wird. In der dargestellten Ausführungsform ist die elektrische Maschine 152 mechanisch mit Rädern 151 über eine schematisch dargestellte Kraftkopplung 156 verbunden ist, die eine beliebige Kraftübertragung gegebenenfalls mit einem Getriebe repräsentiert. Die elektrische Maschine 152 kann auch an oder in einem oder mehreren der Räder 151 mit oder ohne integriertem Getriebe angeordnet sein. Des weiteren ist die elektrische Maschine 152 typischerweise mit einer Leistungselektronik 153 verbunden, die die in einem Energiespeicher 154 gespeicherte elektrische Energie oder auch elektrische Energie, die von einer anderen Komponente im Fahrzeug 150 erzeugt wird, geeignet umwandelt, so dass die elektrische Maschine 152 eine dem aktuellen Bedarf des Fahrzeugs 150 angepasste mechanische Leistung an die Räder 151 über die Kopplung 156 abgibt. Die elektrische Maschine kann eine Synchronmaschine, eine Asynchronmaschine, eine Reluktanzmaschine, eine Gleichstrommaschine, oder eine andere Art an elektrischer Maschine darstellen. Generell sind im Stand der Technik eine Vielzahl von geeigneten Umrichtern bekannt, die Gleichspannung in geeignete Mehrphasen-Spannungen und Ströme umwandeln können, so dass eine gewünschte Drehzahl und ein gewünschtes Drehmoment von der elektrischen Maschine 152, wenn diese als Wechselspannungsmaschine ausgelegt ist, bereitgestellt werden. In ähnlicher Weise sind auch Gleichspannungssteller bekannt, die der Maschine 152, falls diese in Form einer Gleichspannungsmaschine vorgesehen ist, in erforderlicher Weise Strom und Spannung einprägen. Beispielsweise verfügen heute bereits erhältliche Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb über elektrische Maschinen mit einer Leistung von wenigen kW bis zu mehreren 10 kW oder auch zu mehreren 100 kW, so dass auch die Komponenten 153 und 154 entsprechend gestaltet sind, um diese hohen Leistungen zu handhaben. Insbesondere sind die Elektronik 153 und der Energiespeicher so ausgelegt, dass sie auch im Nutzbremsbetrieb die von der Maschine 152 gelieferte Leistung je nach Ladezustand des Speichers 154 wieder zu einem großen Teil in den Speicher zurückspeisen können. 1 schematically shows a vehicle 150 that is at least an electric machine 152 that is responsible for the propulsion of the vehicle 150 is being used. In the illustrated embodiment, the electric machine 152 mechanically with wheels 151 via a schematically illustrated power coupling 156 is connected, which optionally represents any transmission with a transmission. The electric machine 152 can also be on or in one or more of the wheels 151 be arranged with or without integrated gear. Furthermore, the electric machine 152 typically with power electronics 153 connected in an energy store 154 stored electrical energy or even electrical energy from another component in the vehicle 150 is generated, suitably converted, so that the electric machine 152 a current requirement of the vehicle 150 adapted mechanical power to the wheels 151 over the coupling 156 emits. The electric machine may be a synchronous machine, an asynchronous machine, a reluctance machine, a DC machine, or another type of electric machine. In general, a variety of suitable converters are known in the art which can convert DC voltage into appropriate multiphase voltages and currents such that a desired speed and torque are desired from the electric machine 152 if this is designed as an alternating voltage machine can be provided. In a similar way, DC voltage plates are known, those of the machine 152 if this is provided in the form of a DC machine, impress in the required manner current and voltage. For example, today already available vehicles with electric drive on electric machines with a capacity of a few kW up to several 10 kW or even several 100 kW, so that the components 153 and 154 are designed to handle these high performances. In particular, the electronics 153 and the energy storage designed so that they are in Nutzbremsbetrieb that of the machine 152 Delivered power depending on the state of charge of the memory 154 be able to feed back to memory to a large extent.

Ferner ist eine Ladestation 100 gezeigt, die eine Antriebsvorrichtung 110 aufweist, um über eine Kupplungsvorrichtung 130 mechanische Leistung auf die elektrische Maschine 152 in dem Fahrzeug 150 zu übertragen. Die Antriebsvorrichtung 110 umfasst dazu in einer Ausführungsform einen Motor 111, etwa einen Elektromotor, mit einer schematisch dargestellten Kraftübertragung 116 zur Ankopplung an die Vorrichtung 130. Im Falle eines Elektromotors ist eine elektronische Leistungskomponente 112 vorgesehen, die wiederum mit einer Steuereinrichtung 120 in Verbindung steht, so dass die Leistungskomponente 112 den Elektromotor 111 in einer geeigneten Weise mit elektrischer Energie versorgt. Vorteilhafterweise ist der Elektromotor 111 so ausgelegt, dass die mechanische Leistung, die typischerweise von dem Fahrzeug 150 beim Aufladen des Energiespeichers 154 angefordert wird, bereitgestellt werden kann. Zu diesem Zweck können beispielsweise leistungsfähige Asynchronmaschinen mit geeigneten Leistungskomponenten effizient angewendet werden. Es können aber auch andere elektrische Maschinen verwendet werden, die über einen gewünschten Leistungsbereich einen relativ hohen Wirkungsgrad besitzen. In anderen Ausführungsformen können auch andere Antriebskomponenten eingesetzt werden, wie dies nachfolgend etwa mit Bezug zu 1E erläutert ist.Furthermore, a charging station 100 shown a driving device 110 has to be connected via a coupling device 130 mechanical power on the electric machine 152 in the vehicle 150 transferred to. The drive device 110 In one embodiment, this includes a motor 111 , such as an electric motor, with a schematically shown power transmission 116 for coupling to the device 130 , In the case of an electric motor is an electronic power component 112 provided, in turn, with a control device 120 communicates, so that the power component 112 the electric motor 111 supplied with electrical energy in a suitable manner. Advantageously, the electric motor 111 designed to withstand the mechanical performance typically of the vehicle 150 when charging the energy storage 154 is requested, can be provided. For example, powerful asynchronous machines with suitable power components can be efficiently used for this purpose. However, other electrical machines can be used which have a relatively high efficiency over a desired power range. In other embodiments, other drive components may be used, as described below with reference to, for example 1E is explained.

Die Antriebskomponente 111 ist in geeigneter Weise mit der Kupplungsvorrichtung 130 mittels der Kraftübertragung 116 mechanisch gekoppelt, beispielsweise über Getriebe, Riemen, Ketten, etc., so dass schließlich eine mechanische Kopplung zu der elektrischen Maschine 152 hergestellt wird, etwa über eines oder mehrere der Antriebsräder 151, und somit mit der Maschine 152 eine mechanische Wechselwirkung stattfinden kann. Beispielsweise kann die Kupplungsvorrichtung 130 direkt mit der Lauffläche des Rades 151 in mechanischen Kontakt gebracht werden, etwa indem eine geeignete Öffnung in einer Auflagefläche 101 vorgesehen wird, in der ein Teil der Kopplungsvorrichtung 130, etwa in Form einer Walze oder Rolle, mit dem Rad 151 in Kontakt gebracht wird, indem etwa das Kontaktelement, etwa ein Walze der Kupplungsvorrichtung 130 angehoben wird, wie dies schematisch mit 117 bezeichnet ist, und damit mit dem Rad 151 in Kontakt gebracht wird. Es kann auch eine geeignete Mulde in der Fläche 101 vorgesehen sein, die mit zwei oder mehr Walzen versehen ist, um einerseits den mechanischen Kontakt zu dem Rad 151 herzustellen und andererseits das Rad 151 auch geeignet in Position zu halten. In anderen Ausführungsformen ist die Kupplungsvorrichtung 130 so ausgebildet, dass nach dem Befahren und Sichern des Fahrzeugs zumindest zwei angetriebene Räder gleichzeitig mit mechanischer Leistung beaufschlagt werden können. Der Antriebsvorrichtung 110 wird Energie bzw. Leistung zugeführt durch geeignete Mittel 103, etwa durch eine Stromversorgung und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch betriebene Einrichtungen, wobei bei Bedarf auch eine Speichereinrichtung zur Abdeckung von Leistungsspitzen und/oder für einen autarken Betrieb vorgesehen werden kann, wie dies nachfolgend beschrieben ist.The drive component 111 is suitably with the coupling device 130 by means of power transmission 116 mechanically coupled, for example via gears, belts, chains, etc., so that finally a mechanical coupling to the electric machine 152 is produced, about one or more of the drive wheels 151 , and thus with the machine 152 a mechanical interaction can take place. For example, the coupling device 130 directly with the tread of the wheel 151 be brought into mechanical contact, such as by a suitable opening in a support surface 101 is provided, in which a part of the coupling device 130 , in the form of a roller or roller, with the wheel 151 is brought into contact by about the contact element, such as a roller of the coupling device 130 is raised, as shown schematically 117 is designated, and therefore with the wheel 151 is brought into contact. It can also be a suitable trough in the area 101 be provided, which is provided with two or more rollers, on the one hand, the mechanical contact with the wheel 151 and on the other hand the wheel 151 also suitable to hold in position. In other embodiments, the coupling device is 130 designed so that after driving on and securing the vehicle at least two driven wheels can be acted upon at the same time with mechanical power. The drive device 110 energy or power is supplied by suitable means 103 , For example, by a power supply and / or hydraulically and / or pneumatically operated devices, wherein if necessary, a memory device for covering power peaks and / or for a self-sufficient operation can be provided, as described below.

1B zeigt schematisch einen Teil der Ladestation 100, wenn diese mechanisch mit der elektrischen Maschine 152 des Fahrzeugs 150 gekoppelt wird. Dazu wird beispielsweise in einer Ausführungsform eine Rolle 132 mit der Lauffläche 151L zumindest eines Rades 151A in Kontakt gebracht, wozu entsprechende geeignete mechanische Komponenten, die nicht gesondert gezeigt sind, verwendet werden können. Bei Beaufschlagung nur eines Antriebsrads ist gegebenenfalls dafür zu sorgen, dass die Wirkung eines Ausgleichsgetriebes 152A aufgehoben wird. Ansonsten kann eine entsprechende zweite Rolle oder Walze 132 (nicht gezeigt) vorgesehen werden, die auf das Antriebsrads 151B einwirkt. Bei Antrieben, in denen eine elektrische Maschine direkt an dem Rad 151A angebracht ist, kann eine Einspeisung an diesem Rad unter Abschaltung eines ”elektronischen” Differenzials erfolgen, so dass auch in diesem Falle eine mechanische Energieeinspeisung bei Bedarf nur an einem Rad erfolgt, wobei hier die jeweiligen Leistungsdaten der zugehörigen elektrischen Maschine zu berücksichtigen sind. In ähnlicher Weise können andere Kupplungskomponenten 131 vorgesehen werden, die beispielsweise in die Felge zumindest eines der Räder 151A, 151B eingreifen, wobei gleichzeitig geeignete Rollen oder Walzen zur Unterstützung der Räder 151A, 151B vorgesehen werden können. In anderen Ausführungsformen können die Komponenten 131 gleichzeitig zum Anheben des Fahrzeugs 150 verwendet werden, so dass dann die gewünschte mechanische Leistung über die Komponenten 131 direkt auf die Räder 151A und/oder 151B übertragen werden kann. 1B schematically shows a part of the charging station 100 if this mechanically with the electric machine 152 of the vehicle 150 is coupled. For this purpose, for example, in one embodiment, a role 132 with the tread 151L at least one wheel 151A brought in contact, why corresponding suitable mechanical components, which are not shown separately, can be used. When only one drive wheel is applied, it may be necessary to ensure that the effect of a differential gear 152A will be annulled. Otherwise, a corresponding second roll or roller 132 (not shown) are provided on the drive wheel 151B acts. In drives where an electric machine directly on the wheel 151A is attached, a feed can be done on this wheel with shutdown of an "electronic" differential, so that even in this case, a mechanical energy input takes place only on one wheel if necessary, in which case the respective performance data of the associated electric machine must be considered. Similarly, other coupling components 131 be provided, for example, in the rim of at least one of the wheels 151A . 151B engage, while at the same time suitable rollers or rollers to support the wheels 151A . 151B can be provided. In other embodiments, the components may be 131 at the same time as lifting the vehicle 150 can be used, so that then the desired mechanical power over the components 131 directly on the wheels 151A and or 151B can be transferred.

1C zeigt schematisch die Ladestation 100 in mechanischer Kopplung zu dem Fahrzeug 150, wobei die Kupplungsvorrichtung 130 eine geeignete Komponente 133 aufweist, um auf die elektrische Maschine 152 ohne direkte Einwirkung auf die Antriebsräder einzuwirken. Beispielsweise kann in einem Ausgleichsgetriebe 152A ein geeigneter zusätzlicher Anschluss 152C vorgesehen werden, der bei Kontakt mit der Komponente 133 einerseits die Wirkung des Ausgleichsgetriebes 152A auf die Antriebsräder aufhebt und gleichzeitig eine mechanische Kopplung mit der elektrischen Maschine 152 herstellt. 1C schematically shows the charging station 100 in mechanical coupling to the vehicle 150 wherein the coupling device 130 a suitable component 133 has to go on the electric machine 152 without acting directly on the drive wheels. For example, in a differential 152A a suitable additional connection 152C be provided when in contact with the component 133 on the one hand the effect of the differential gear 152A aufhebt on the drive wheels and at the same time a mechanical coupling with the electric machine 152 manufactures.

In anderen Ausführungsbeispielen kann der mechanische Anschluss 152C so vorgesehen werden, dass eine Einwirkung auf die elektrische Maschine 152 unter Umgehung des Ausgleichsgetriebes 152A möglich ist. Beispielsweise kann eine entsprechende Getriebekomponente in Kontakt mit der Welle der Maschine 152 vorgesehen werden, so dass die mechanische Leistung unter Abkupplung der Antriebsräder direkt in die elektrische Maschine bei Ankopplung an den Anschluss 152C eingespeist werden kann.In other embodiments, the mechanical connection 152C be provided so that an effect on the electric machine 152 bypassing the differential gear 152A is possible. For example, a corresponding transmission component may be in contact with the shaft of the machine 152 be provided so that the mechanical performance with decoupling of the drive wheels directly into the electric machine when coupled to the port 152C can be fed.

Während des Betriebs der Ladestation 100, wie sie beispielsweise in den 1A bis 1C gezeigt ist, wird das Fahrzeug 150 über die Kupplungsvorrichtung 130 mit der Antriebsvorrichtung 110 in Kontakt gebracht, und das Fahrzeug 150, d. h. die elektrische Maschine 152 in Verbindung mit zugehörigen elektronischen und mechanischen Komponenten, etwa Bremseinrichtungen für die Stabilisierung des Fahrzeugs 150 zur Kraftübertragung, und dergleichen, wird in einen Zustand gebracht, in welchem die Maschine 152 als Generator arbeitet und ein Stillstand des Fahrzeugs relativ zu der Station 100 gewährleistet ist. Die Maschine 152 mit zugehöriger Elektronik 153 und dem Energiespeicher 154 wird also in einen Nutzbremsmodus versetzt, ohne das Fahrzeug jedoch relativ zur Kupplungsvorrichtung 130 zu bewegen. Zu diesem Zweck kann eine geeignete Steuereinheit, wie sie nachfolgend mit Bezug zu 2 beschrieben ist, eingesetzt werden, um den gewünschten Betriebszustand einzustellen. Daraufhin überträgt die Antriebsvorrichtung 110 mechanische Leistung auf die elektrische Maschine 152 über die Kupplungseinrichtung 130, so dass elektrische Leistung von der Maschine 152 über die fahrzeuginterne Leistungskomponente 153 in den Energiespeicher 154 eingespeist wird, wie dies beispielsweise auch im Rekuperationsbetrieb des Fahrzeuges 150 während der Fahrt häufig erfolgt. D. h., die fahrzeuginternen Komponenten, die typischerweise über einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Leistungsbandbreite verfügen, können effizient für die Speicherung elektrischer Energie im Speicher 154 verwendet werden. Da typischerweise auch der Energiespeicher 154 für die Bereitstellung und damit auch für die Zwischenspeicherung hoher Energiemengen ausgebildet ist, kann das Aufladen ebenfalls mit hoher Leistung erfolgen, so dass innerhalb kurzer Zeiten größere Energiemengen gespeichert werden können.During operation of the charging station 100 , as in the example 1A to 1C shown is the vehicle 150 over the coupling device 130 with the drive device 110 brought in contact, and the vehicle 150 ie the electric machine 152 in conjunction with associated electronic and mechanical components, such as braking devices for the stabilization of the vehicle 150 for power transmission, and the like, is brought into a state in which the engine 152 acting as a generator and a stoppage of the vehicle relative to the station 100 is guaranteed. The machine 152 with associated electronics 153 and the energy storage 154 is thus placed in a Nutzbremsmodus, but without the vehicle relative to the coupling device 130 to move. For this purpose, a suitable control unit, as described below with reference to 2 described, are used to set the desired operating condition. Then transmits the drive device 110 mechanical power on the electric machine 152 via the coupling device 130 , so that electrical power from the machine 152 via the in-vehicle power component 153 in the energy store 154 is fed, as for example, in the recuperation of the vehicle 150 often happens while driving. That is, the in-vehicle components, which typically have high efficiency and high power bandwidth, can be efficient for storing electrical energy in the memory 154 be used. As typically also the energy storage 154 For the provision and thus also for the intermediate storage of high amounts of energy is formed, the charging can also be done with high power, so that within short times larger amounts of energy can be stored.

Wenn beispielsweise mit einer mechanischen Leistung von 50 kW geladen wird, also am Ausgang der Kupplungsvorrichtung 130 50 kW mechanischer Leistung bereitstehen, und ein Wirkungsgrad für die Ankopplung an die Komponenten 152, 153 sowie für diese Komponenten selbst von 90% angenommen wird, steht am Ausgang der Leistungselektronik 153 eine elektrische Leistung von 45 kW bereit, so dass in etwa 6 min vier oder mehr Kilowattstunden Energie gespeichert werden können, abhängig von dem Ladewirkungsgrad des Speichers 154. Wenn das Fahrzeug 150 für einen Rekuperationsbetrieb mit noch höherer Leistung ausgelegt ist, können noch größere Energiemengen innerhalb weniger Minuten eingespeist werden, wobei vorzugsweise die Ladestation ausgebildet ist, derartige große mechanischen Leistungen kurzfristig zur Verfügung stellen zu können. Der Energiespeicher muss dabei nicht vollständig geladen werden, so dass insbesondere kritische Phasen beim Erreichen einer Ladeschlussspannung des Energiespeichers vermieden werden, die in der Regel längere Ladephasen mit geringerer Leistung erfordern. Typischerweise kann der Energiespeicher in sehr kurzer Zeit auf etwa 80% seiner Kapazität aufgeladen werden.For example, when charging with a mechanical power of 50 kW, so at the output of the coupling device 130 50 kW of mechanical power, and an efficiency for coupling to the components 152 . 153 as well as for these components itself of 90% is assumed, stands at the output of the power electronics 153 an electric power of 45 kW ready, so that in about 6 min four or more kilowatt hours of energy can be stored, depending on the charging efficiency of the memory 154 , If the vehicle 150 is designed for a recuperation with even higher performance, even larger amounts of energy can be fed within a few minutes, preferably the charging station is designed to be able to provide such large mechanical services in the short term. The energy storage device does not have to be fully charged, so that in particular critical phases are avoided when reaching a charging end voltage of the energy storage, which usually requires longer charging phases with lower power. Typically, the energy storage can be charged in a very short time to about 80% of its capacity.

Der Ladevorgang kann beispielsweise so gesteuert sein durch die Steuereinrichtung 120, dass eine Unterbrechung oder Beendigung des Vorgangs stattfindet, sobald eine gewisse Energiemenge übertragen wurde oder sobald das Fahrzeug 150 in vordefinierter Weise auf die Einspeisung mechanischer Leistung reagiert. Zum Beispiel kann unter Ausnutzung der fahrzeuginternen Steuereinrichtungen in der Leistungselektronik oder in anderen elektronischen Systemen des Fahrzeugs, die beispielsweise eine zu starke Ladung des Speichers 154 im Rekuperationsbetrieb verhindern, eine Steuerung des Ladevorgangs vorgenommen werden, da durch Verringern des Bremsmoments etwa die von der elektrischen Maschine 152 ihre aufgenommene mechanische Leistung entsprechend zurück geregelt wird, um eine Überhitzung und/oder Überladung des Speichers 154 zuverlässig zu vermeiden. Dazu erfolgt einfach eine geeignete Ansteuerung der Maschine 152 mittels der Leistungskomponente 153, so dass etwa die Maschine ohne Bremswirkung betrieben wird. In einigen Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung 120 der Ladestation 100 kann diesen Rückgang der von der Maschine 152 aufgenommenen mechanischen Leistung feststellen und bei Unterschreitung eines vorgegebenen Schwellwertes den Ladevorgang gänzlich beenden, indem etwa die Vorrichtung 130 abgekoppelt wird und/oder der Motor 111 abgeschaltet wird. The charging process may for example be controlled by the control device 120 in that an interruption or termination of the process takes place as soon as a certain amount of energy has been transmitted or as soon as the vehicle 150 reacts in a predefined way to the input of mechanical power. For example, taking advantage of the in-vehicle controllers in the power electronics or other electronic systems of the vehicle, for example, too much charge of the memory 154 prevent in the Rekuperationsbetrieb, a control of the charging process can be made because by reducing the braking torque about that of the electric machine 152 their absorbed mechanical power is regulated back accordingly, in order to overheat and / or overload the memory 154 reliably avoid. This is done simply a suitable control of the machine 152 by means of the power component 153 , so that about the machine is operated without braking effect. In some embodiments, the controller may 120 the charging station 100 can this decline from the machine 152 Detect recorded mechanical performance and when it falls below a predetermined threshold complete the charging process, such as the device 130 disconnected and / or the engine 111 is switched off.

Selbstverständlich können auch andere Kriterien beim Ausführen eines Ladevorgangs berücksichtigt werden, wie dies auch detaillierter mit Bezug zu 2 später erläutert ist.Of course, other criteria may also be taken into account when carrying out a charging process, as described in greater detail with reference to FIG 2 will be explained later.

1D zeigt schematisch die Ladestation 100 gemäß einer Ausführungsform, in der ein Speicher 140 vorgesehen ist, der einen kontinuierlichen Betrieb der Antriebsvorrichtung 110 ermöglicht, selbst wenn die dem Antrieb 110 abgeforderte mechanische Leistung die Leistung übersteigt, die extern der Ladestation 100 zugeführt wird, beispielsweise in Form einer elektrischen Leistung 143. In der gezeigten Ausführungsform ist der Speicher 140 mit elektrischen Speichern 141 ausgestattet, etwa in Form von Kondensatoren, und dergleichen, die wiederum von einer geeigneten Leistungselektronik 142 mit Gleichspannung, die aus dem externen Anschluss 143 gewonnen wird, versorgt wird. Auf diese Weise ist beispielsweise eine nicht auf die maximal mögliche Ausgangsleistung des Antriebs 110 ausgelegte Anschlussleistung 143 ausreichend, wobei dennoch kurzfristig Fahrzeuge mit hoher Leistung geladen werden können. 1D schematically shows the charging station 100 according to an embodiment in which a memory 140 is provided, the continuous operation of the drive device 110 allows, even if the the drive 110 Requested mechanical power exceeds the power externally of the charging station 100 is supplied, for example in the form of an electric power 143 , In the embodiment shown, the memory is 140 with electrical storage 141 equipped, such as in the form of capacitors, and the like, in turn, by a suitable power electronics 142 with DC voltage coming from the external connection 143 is obtained, is supplied. In this way, for example, one not to the maximum possible output power of the drive 110 designed connection performance 143 sufficient, but can be charged at short notice vehicles with high performance.

1E zeigt schematisch die Ladestation 100 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen der Speicher 140 in Form eines ”mechanischen” Speichers bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann der Speicher 140 ein Druckspeicher sein, der mit der Antriebsvorrichtung 110 durch geeignete Leitungen verbunden ist. Beispielsweise wird die Antriebsvorrichtung 110 in Form eines hydraulischen Systems vorgesehen, das mit dem Speicher 140 in Verbindung steht, so dass über geeignete Pumpen 114, 115 Hydraulikflüssigkeit in einen Kreislauf eingespeist und bei Bedarf auch unter hohem Druck in den Speicher 140 angesammelt werden kann. Beispielsweise kann die Pumpe 115 kontinuierlich betrieben werden, beispielsweise mit einer moderat geringen Nennleistung, so dass kontinuierlich der Druck im Speicher 140 gehalten oder in Zeiten mit geringer Auslastung der Station 100 der Druck und/oder das Volumen an Fluid im dem Speicher erhöht werden, so dass dann die Hydraulikflüssigkeit in benötigter Menge und mit geeignetem Druck an entsprechende Antriebskomponenten 111A, ... 111C in Form von Hydraulikmotoren, Druckluftmotoren, etc. abgegeben werden kann. Dabei kann die mechanisch abzugebende Leistung der einzelnen Antriebskomponenten 111A, ... 111C bei Bedarf auch individuell, etwa durch entsprechende steuerbare Ventile 113, über die Steuereinrichtung 120 festgelegt werden. In diesem Falle können daher mehrere Fahrzeuge gleichzeitig geladen werden, wobei individuell verschiedene mechanische Leistungen übertragen werden können. Andererseits kann der Speicher 140 kontinuierlich ”geladen” werden, ohne dass etwa die Pumpe 115 die mechanische Leistung aller Antriebskomponenten 111A, ..., 111C aufbringen muss. 1E schematically shows the charging station 100 according to further illustrative embodiments in which the memory 140 is provided in the form of a "mechanical" memory. For example, the memory 140 be a pressure accumulator, with the drive device 110 is connected by suitable lines. For example, the drive device 110 provided in the form of a hydraulic system that works with the store 140 communicates, so through suitable pumps 114 . 115 Hydraulic fluid is fed into a circuit and, if necessary, under high pressure in the memory 140 can be accumulated. For example, the pump 115 be operated continuously, for example, with a moderately low power rating, so that the pressure in the memory continuously 140 held or in times of low utilization of the station 100 the pressure and / or the volume of fluid in the reservoir are increased, so that then the hydraulic fluid in the required amount and with suitable pressure to corresponding drive components 111A , ... 111C in the form of hydraulic motors, air motors, etc. can be issued. In this case, the mechanical output of the power of the individual drive components 111A , ... 111C if required also individually, for example through appropriate controllable valves 113 , via the control device 120 be determined. In this case, therefore, multiple vehicles can be loaded simultaneously, with individually different mechanical services can be transferred. On the other hand, the memory can 140 be continuously "charged" without about the pump 115 the mechanical performance of all drive components 111A , ..., 111C must apply.

Es sollte beachtet werden, dass das Antriebssystem 110 auch pneumatische Komponenten sowie eine Mischung aus elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Komponenten aufweisen kann. in anderen Ausführungsformen ist der Speicher 140 mit einem mechanischen Speicher in Form eines Schwungrades versehen, das über die Antriebskomponenten 111A, ..., 111C mit einem oder mehreren Fahrzeugen gekoppelt werden kann. Zu beachten ist, dass die Kupplungsvorrichtungen 130 schematisch so dargestellt sind, dass sie über die Walze 132 mit jeweils einem angetriebenen Rad 151 eines Fahrzeugs in Kontakt gebracht werden. Typischerweise werden jedoch zumindest zwei angetriebene Räder pro Fahrzeug angekoppelt durch Vorsehen geeigneter „Tankmulden”, in die die Räder der Antriebsache einfahren und mit den Walzen 132 in Kontakt gebracht werden.It should be noted that the drive system 110 Also, pneumatic components and a mixture of electrical, hydraulic or pneumatic components may have. in other embodiments, the memory is 140 provided with a mechanical memory in the form of a flywheel, via the drive components 111A , ..., 111C can be coupled with one or more vehicles. It should be noted that the coupling devices 130 are shown schematically over the roller 132 each with a driven wheel 151 of a vehicle. Typically, however, at least two driven wheels are coupled per vehicle by providing suitable "tank troughs" into which the wheels of the drive axle retract and with the rollers 132 be brought into contact.

Der mechanische Speicher 140 kann also kontinuierlich in Phasen mit geringer Auslastung der Station geladen werden, während in Phasen mit hoher Auslastung Fahrzeuge mit hoher Leistung geladen werden können, ohne dass die Gesamteingangsleistung für die Station 100 der Summe der Abgabeleistungen der einzelnen Antriebe 111A, ..., 111C entsprechen muss.The mechanical storage 140 Thus, it can be continuously charged in phases of low utilization of the station, while in periods of high utilization vehicles with high power can be charged without the total input power for the station 100 the sum of the power outputs of the individual drives 111A , ..., 111C must correspond.

2 zeigt schematisch ein Fahrzeug 250, das in mechanischem Kontakt mit einer Ladestation 200 ist. Das Fahrzeug 250 kann die gleichen Eigenschaften aufweisen, wie das Fahrzeug 150, das zuvor mit Bezug zu 1A beschrieben ist. Gleiches gilt für die Ladestation 200. Das Fahrzeug 250 umfasst also eine elektrische Maschine 252 in Verbindung mit einer Leistungselektronik 253 und einem Energiespeicher 254. Ferner kann die elektrische Maschine 252 mechanisch mit der Ladestation 200 in Kontakt gebracht werden, wie dies auch zuvor erläutert ist. Das Fahrzeug 250 umfasst ferner eine Ladevorrichtung 256, die zumindest eine Steuereinheit 255 aufweist. Die Steuereinheit 255 ist zumindest mit der Leistungselektronik 253 verbunden und ausgebildet, diese und damit die elektrische Maschine 252 während der mechanischen Kopplung mit der Ladestation 200 in einen Rekuperationsmodus, d. h. einen Nutzbremsmodus, zu versetzen. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit 255 eine Anwenderschnittstelle (nicht gezeigt) abfragen, in der der Fahrzeughalter einen Ladevorgang ankündigt, oder aber in anderen Ausführungsformen findet eine Kommunikation über eine Kommunikationseinrichtung 258 mit einer Steuerungseinrichtung 220 der Ladestation 200 statt, die ihrerseits eine Kommunikationseinrichtung 221 aufweist, so dass der Steuereinheit 255 der bevorstehende Ladevorgang angezeigt wird. Dazu können die beiden Kommunikationseinrichtungen 258, 221 Informationen über Steuersignale 257 austauschen, so dass der gewünschte Fahrzeugstatus eingestellt und gewünschte Ladeparameter festgelegt werden. D. h. die Steuereinheit 255 stellt bei Bedarf sicher, dass die das Fahrzeug ausreichend mechanisch gesichert ist und der Antrieb zuverlässig abgeschaltet ist, sowie der Nutzbremsbetrieb aktiviert ist. Bei Bedarf kann die Einheit 255 einen gewünschten Rekuperationsablauf durch Steuerung der Leistungselektronik 253 einstellen, so dass sich ein gewünschter Ladeverlauf ergibt. In anderen Fällen wird bei Bedarf ein Nutzbremsprofil von der Ladestation 200 über die Steuereinrichtung 220 vorgegeben. 2 schematically shows a vehicle 250 in mechanical contact with a charging station 200 is. The vehicle 250 can have the same characteristics as the vehicle 150 previously related to 1A is described. The same applies to the charging station 200 , The vehicle 250 So includes an electric machine 252 in conjunction with power electronics 253 and an energy store 254 , Furthermore, the electric machine 252 mechanically with the charging station 200 be brought into contact, as previously explained. The vehicle 250 further comprises a charging device 256 that has at least one control unit 255 having. The control unit 255 is at least with the power electronics 253 connected and trained, this and thus the electric machine 252 during mechanical coupling with the charging station 200 in a Rekuperationsmodus, ie offset a Nutzbremsmodus. For this purpose, the control unit 255 polling a user interface (not shown) in which the vehicle owner announces a charge, or in other embodiments, communication via a communication device 258 with a control device 220 the charging station 200 instead, which in turn is a communication device 221 so that the control unit 255 the upcoming charge is displayed. These can be the two communication devices 258 . 221 Information about control signals 257 so that the desired vehicle status is set and desired charging parameters are set. Ie. the control unit 255 If necessary, it ensures that the vehicle is adequately mechanically secured and the drive is reliably switched off, as well as regenerative braking operation is activated. If necessary, the unit can 255 a desired Rekuperationsablauf by controlling the power electronics 253 adjust, so that there is a desired charge history. In other cases, if necessary, a Nutzbremsprofil of the charging station 200 via the control device 220 specified.

Ferner ist die Steuereinheit 255 gegebenenfalls so ausgestattet, dass sie den Energiestatus des Speichers 254 ermitteln kann, um damit geeignete Parameter für den Ladevorgang zu bestimmen. Beispielsweise kann in Abhängigkeit des Energiestatus des Speichers 254 ein geeigneter Verlauf, d. h. Länge und aktuelle Einspeiseleistung eines Ladevorgangs ermittelt werden, der beispielsweise der Steuerungseinrichtung 220 mittels des Steuersignals 257 mitgeteilt wird. Auf der Grundlage des Steuersignals 257 kann beispielsweise die gewünschte mechanische Leistung, die Dauer, der Verlauf der Ladekurve, etc. übermittelt werden, so dass bei Bedarf die Antriebsvorrichtung der Ladestation 200 die mechanische Leistung für das Fahrzeug 250 in der gewünschten angepassten Form zur Verfügung stellt. Insbesondere enthält das Steuersignal 257 eine Signalkomponente, die der Ladestation das Ende des Ladevorgangs anzeigt, so dass die Ladestation 200 eine mechanische Entkopplung von dem Fahrzeug 250 bewirken oder unterstützen kann.Further, the control unit 255 if necessary, equipped so that they have the energy status of the memory 254 to determine suitable parameters for the charging process. For example, depending on the energy status of the memory 254 a suitable course, ie length and actual feed-in power of a charging process are determined, for example the control device 220 by means of the control signal 257 is communicated. Based on the control signal 257 For example, the desired mechanical performance, the duration, the course of the charging curve, etc. are transmitted, so that if necessary, the drive device of the charging station 200 the mechanical power for the vehicle 250 in the desired customized form. In particular, the control signal contains 257 a signal component that indicates to the charging station the end of the charging process so that the charging station 200 a mechanical decoupling of the vehicle 250 cause or support.

In anderen Ausführungsformen findet die Steuerung des Ladevorgangs durch die Steuereinheit 255 statt, die beispielsweise das Rekuperationsverhalten und damit die von der elektrischen Maschine 252 aufgenommene mechanische Leistung so steuert, dass dies mit den zuvor ermittelten Parametern des Ladevorgangs verträglich ist. In diesem Falle ist die Ladestation 200 vorzugsweise so ausgebildet, dass sie auf unterschiedliche Leistungsanforderungen geeignet reagiert und die gewünschte mechanische, aktuell angeforderte Leistung bereitstellt.In other embodiments, the control of the charging process is performed by the control unit 255 instead, for example, the Rekuperationsverhalten and thus the electrical machine 252 recorded mechanical power controls so that this is compatible with the previously determined parameters of the charging process. In this case, the charging station 200 preferably designed so that it responds to different power requirements suitable and provides the desired mechanical, currently requested performance.

Die vorliegende Erfindung stellt also Ladestationen, Fahrzeuge mit einer Ladeeinrichtung und entsprechende Verfahren bereit, in denen der elektrische Energiespeicher eines Fahrzeugs durch mechanische Kopplung der elektrische Maschine des Fahrzeugs und der Ladestation zumindest teilweise geladen werden kann. Durch die mechanische Ankopplung sind im Hinblick auf die elektrischen Eigenschaften des Energiespeichers sowie der Leistungselektronik und der elektrischen Maschine keine Modifikationen erforderlich, wobei, bei Anwendung einer mechanischen Ankopplung an die Antriebsräder des Fahrzeugs, auch keinerlei mechanischen Änderungen im Fahrzeug erforderlich sind und beliebige Arten von Fahrzeugen unabhängig von ihren spezifischen Eigenschaften geladen werden können. Durch Vorsehen einer geeigneten Steuereinheit oder eines Steuerungsalgorithmus im Fahrzeug kann dieses in einen entsprechenden Rekuperationsbetrieb während der mechanischen Kopplung mit der Ladestation versetzt werden, so dass eine gesteuerte Ladung des Energiespeichers mit hoher Leistung und damit in kurzer Zeit möglich ist. Die Ladestation der vorliegenden Erfindung kann so ausgelegt werden, dass mehrere Fahrzeuge gleichzeitig geladen werden können, so dass eine Abfertigung vieler Fahrzeuge in kurzer Zeit möglich ist. Die Ladestation kann auch in andere Systeme integriert werden, beispielsweise in Waschanlagen, Autoreisezüge, und dergleichen, so dass eine Standzeit des Fahrzeugs gleichzeitig zur Energieeinspeisung in den fahrzeuginternen Energiespeicher genutzt werden kann. In weiteren Ausführungsformen können ”nicht-stationäre” Ladestationen eingesetzt werden, die bei Bedarf ein Fahrzeug auf freier Strecke aufsuchen und mit diesem mechanisch gekoppelt werden. Beispielsweise, dient in einer Ausführungsform dann die ”nicht-stationäre” Ladestation als Schleppfahrzeug, während die Steuereinheit im Fahrzeug in geeigneter Weise den Rekuperationsbetrieb des Fahrzeugs steuert. In anderen Ausführungsformen besitzt die mobile Ladestation die Kupplungseinrichtung derart, dass diese auf die Antriebsräder einwirken kann, etwa durch Anheben des Fahrzeuges an den Antriebsrädern, und dergleichen, wobei dann der Ladevorgang in der zuvor mit den 1 und 2 beschriebenen Weise erfolgen kann. Die mobile Ladestation weist vorzugsweise einen großen Energiespeicher auf, etwa in Form eines Druckspeichers oder eines elektrischen Speichers, so dass zum einen der eigene Energiebedarf der mobilen Ladestation und zum anderen der Energiebedarf für eine größere Anzahl an Fahrzeugen durch den Speicher gedeckt werden kann.The present invention thus provides charging stations, vehicles with a charging device and corresponding methods in which the electrical energy storage of a vehicle can be at least partially charged by mechanical coupling of the electric machine of the vehicle and the charging station. Due to the mechanical coupling with respect to the electrical properties of the energy storage and the power electronics and the electrical machine no modifications are required, wherein, when using a mechanical coupling to the drive wheels of the vehicle, no mechanical changes in the vehicle are required and any type of vehicles regardless of their specific properties can be loaded. By providing a suitable control unit or a control algorithm in the vehicle, this can be put into a corresponding recuperation operation during the mechanical coupling with the charging station, so that a controlled charge of the energy storage with high power and thus in a short time is possible. The charging station of the present invention can be designed so that a plurality of vehicles can be charged simultaneously, so that a dispatch of many vehicles in a short time is possible. The charging station can also be integrated into other systems, for example in car washes, car trains, and the like, so that a service life of the vehicle can be used simultaneously for feeding energy into the vehicle-internal energy storage. In further embodiments, "non-stationary" charging stations can be used, which, if necessary, visit a vehicle on the free route and are mechanically coupled to it. For example, in one embodiment, the "non-stationary" charging station serves as a towing vehicle, while the control unit in the vehicle controls the recuperation operation of the vehicle in a suitable manner. In other embodiments, the mobile charging station has the coupling means such that it can act on the drive wheels, such as by lifting the vehicle to the drive wheels, and the like, in which case the charging in the previously with the 1 and 2 described manner can be done. The mobile charging station preferably has a large energy storage, such as in the form of a pressure accumulator or an electrical storage, so that on the one hand, the energy requirements of the mobile charging station and on the other hand, the energy requirements for a larger number of vehicles can be covered by the memory.

Claims (15)

Ladestation für ein Fahrzeug (150, 250) mit mindestens einer als Antrieb genutzten elektrischen Maschine (152, 252), mit einer Antriebsvorrichtung (110) zur Abgabe mechanischer Leistung, einer mechanischen Kupplungsvorrichtung (130), die mit der Antriebsvorrichtung (110) und der elektrischen Maschine (152, 252) des Fahrzeugs (150, 250) koppelbar ist, und einer Steuervorrichtung (120, 220) zur Steuerung der Antriebsvorrichtung (110) und zur Steuerung der mechanischen Leistung während eines Nutzbremsmodus der elektrischen Maschine (152, 252).Charging station for a vehicle ( 150 . 250 ) with at least one electric machine used as a drive ( 152 . 252 ), with a drive device ( 110 ) for delivering mechanical power, a mechanical coupling device ( 130 ) connected to the drive device ( 110 ) and the electric machine ( 152 . 252 ) of the vehicle ( 150 . 250 ) and a control device ( 120 . 220 ) for controlling the drive device ( 110 ) and for controlling the mechanical power during a regenerative braking mode of the electric machine ( 152 . 252 ). Ladestation nach Anspruch 1, wobei die Kupplungsvorrichtung (130) zur mechanischen Ankopplung an mindestens ein angetriebenes Rad (151, 151A, 151B) des Fahrzeugs ausgebildet ist.Loading station according to claim 1, wherein the coupling device ( 130 ) for mechanical coupling to at least one driven wheel ( 151 . 151A . 151B ) of the vehicle is formed. Ladestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner eine Kommunikationseinrichtung (220) vorgesehen ist, die ausgebildet ist, Steuersignale (257) von dem Fahrzeug zu empfangen.Charging station according to one of the preceding claims, wherein furthermore a communication device ( 220 ) is provided, which is designed to control signals ( 257 ) from the vehicle. Ladestation nach Anspruch 3, wobei die Steuervorrichtung (120, 220) ausgebildet ist, zumindest die Leistungsübertragung von der Antriebsvorrichtung auf die elektrische Maschine unter Nutzung zumindest eines Teils der Steuersignale (257) zu steuern.Charging station according to claim 3, wherein the control device ( 120 . 220 ) is formed, at least the power transmission from the drive device to the electric machine using at least a part of the control signals ( 257 ) to control. Ladestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Energiespeichereinrichtung (140) aufweist.Charging station according to one of the preceding claims, further comprising an energy storage device ( 140 ) having. Ladestation nach Anspruch 5, wobei die Energiespeichereinrichtung (140) eine Einrichtung zur Speicherung mechanischer Energie umfasst.Charging station according to claim 5, wherein the energy storage device ( 140 ) comprises means for storing mechanical energy. Ladestation nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Energiespeichereinrichtung eine Einrichtung (141) zur Speicherung elektrischer Energie aufweist.Charging station according to claim 5 or 6, wherein the energy storage device comprises a device ( 141 ) for storing electrical energy. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinrichtung (120, 220) ausgebildet ist, das Übertragen der mechanischen Leistung bei Unterschreiten eines Schwellwerts der aktuell übertragenen mechanischen Leistung zu beenden.Charging station according to one of claims 1 to 7, wherein the control device ( 120 . 220 ) is configured to end the transmission of the mechanical power when falling below a threshold value of the currently transmitted mechanical power. Ladevorrichtung in einem unter Anwendung zumindest einer elektrischen Maschine angetriebenen Fahrzeug, mit einer Steuereinheit (255), die ausgebildet ist, bei Stillstand des Fahrzeugs die elektrische Maschine (152, 252) in einen Nutzbremsmodus überzuführen.Charging device in a vehicle driven using at least one electric machine, with a control unit ( 255 ), which is designed, when the vehicle is stationary, the electric machine ( 152 . 252 ) into a Nutzbremsmodus. Ladevorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit (255) ferner eine Kommunikationseinrichtung umfasst, die ausgebildet ist, ein Steuersignal (257) zu einer externen Ladestation (200), die externe mechanische Leistung zuführt, zu übermitteln.Loading device according to claim 9, wherein the control unit ( 255 ) further comprises a communication device which is designed to generate a control signal ( 257 ) to an external charging station ( 200 ), which supplies external mechanical power to transmit. Ladevorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Steuersignal (257) zumindest eine Signalkomponente umfasst, die die externe Ladestation zur Unterbrechung der Zuführung der externen mechanischen Leistung veranlasst.Charging device according to claim 9 or 10, wherein the control signal ( 257 ) comprises at least one signal component that causes the external charging station to interrupt the supply of the external mechanical power. Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers (154, 254) eines Fahrzeugs (150, 250), das zumindest eine als Antrieb des Fahrzeugs genutzte elektrische Maschine (152, 252) aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Übertragen externer mechanischer Leistung auf die elektrische Maschine (152, 252) des Fahrzeugs bei relativem Stillstand des Fahrzeugs, Einstellen eines Generatorbetriebs der elektrischen Maschine durch eine Steuereinheit (255) während der Übertragung der externen mechanischen Leistung und Überwachen des Energiestatus des Energiespeichers (154, 254) durch die Steuereinheit (255).Method for charging an energy store ( 154 . 254 ) of a vehicle ( 150 . 250 ), the at least one used as a drive of the vehicle electrical machine ( 152 . 252 ), the method comprising: transmitting external mechanical power to the electric machine ( 152 . 252 ) of the vehicle at a relatively stoppage of the vehicle, setting a generator operation of the electric machine by a control unit ( 255 ) during the transmission of external mechanical power and monitoring the energy status of the energy store ( 154 . 254 ) by the control unit ( 255 ). Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst: Erzeugen eines Steuersignals (257) zur Verwendung in einer externen Ladestation (100, 200), die die externe mechanische Leistung bereitstellt.The method of claim 12, further comprising: generating a control signal ( 257 ) for use in an external charging station ( 100 . 200 ), which provides the external mechanical power. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Steuersignal zumindest den Energiestatus des Energiespeichers (154, 254) angibt.The method of claim 13, wherein the control signal at least the energy status of the energy store ( 154 . 254 ) indicates. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Steuersignal mindestens eine Signalkomponente zur Steuerung eines oder mehrerer Parameter des Übertragens der externen mechanischen Energie enthält.The method of claim 13 or 14, wherein the control signal includes at least one signal component for controlling one or more parameters of transmitting the external mechanical energy.
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