DE102011112870A1 - Reichweitenverlängerer für Elektrofahrzeuge - Google Patents

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Abstract

Ein Reichweitenverlängerer (1) für Elektrofahrzeuge hat eine Brennkraftmaschine (2), einen Generator (3), der an eine elektrofahrzeugseitige Batterie (7) anschließbar ist, und eine schaltbare erste Kupplung (4), die zwischen der Brennkraftmaschine (2) und dem Generator (3) angeordnet ist. Um den Betrieb eines Elektrofahrzeugs unter Vermeidung von Abgasen in bestimmten Situationen wirtschaftlich und energetisch günstiger zu gestalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Reichweitenverlängerer (1) als Modul- bzw. Baueinheit einen Klimakompressor (5) aufweist, dass zwischen dem Generator (3) und dem Klimakompressor (5) eine schaltbare zweite Kupplung (6) angeordnet ist, und dass bei ausreichendem Ladezustand der elektrofahrzeugseitigen Batterie (7) und nicht geschalteter erster Kupplung (4) der Klimakompressor (5) bei geschalteter zweiter Kupplung (6) aus der elektrofahrzeugseitigen Batterie (7) über den in diesem Betriebszustand als Elektromotor fungierenden Generator (3) antreibbar ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Reichweitenverlängerer (Range-Extender) für Elektrofahrzeuge, mit einer Brennkraftmaschine, einem Generator, der an eine elektrofahrzeugseitige Batterie anschließbar ist, und einer schaltbaren ersten Kupplung, die zwischen der Brennkraftmaschine und dem Generator angeordnet ist.
  • Derartige Reichweitenverlängerer für Elektrofahrzeuge dienen dazu, die elektrofahrzeugseitige Batterie aufzuladen, falls dies zum weiteren Betrieb des Elektrofahrzeugs erforderlich ist, bis eine reguläre Aufladung der elektrofahrzeugseitigen Batterie über das Netz möglich ist.
  • Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Reichweitenverlängerer für Elektrofahrzeuge zur Verfügung zu stellen, mittels dem ein wirtschaftlich und energetisch günstiger Betrieb des Elektrofahrzeugs unter Berücksichtigung von Verhältnissen, in denen die Abgabe von Abgasen des Elektrofahrzeugs unerwünscht ist, möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Reichweitenverlängerer als Modul-Baueinheit einen integrierten Klimakompressor aufweist, dass zwischen dem Generator und dem Klimakompressor eine schaltbare zweite Kupplung angeordnet ist, und dass bei ausreichendem Ladezustand der elektrofahrzeugseitigen Batterie und nicht geschalteter erster Kupplung der Klimakompressor bei geschalteter zweiter Kupplung aus der elektrofahrzeugseitigen Batterie über den in diesem Betriebszustand als Elektromotor fungierenden Generator antreibbar ist. Erfindungsgemäß ist es möglich, den in die Modul- bzw. Baueinheit des Reichweitenverlängerers integrierten Klimakompressor über den im Reichweitenverlängerer ohnehin erforderlichen Generator, der dann als Elektromotor wirkt, anzutreiben, ohne dass für den Betrieb des Klimakompressors weitere Bauteile erforderlich wären. Durch den quasi unmittelbaren Antrieb des Klimakompressors mittels der Brennkraftmaschine, der möglich ist, wenn und sobald die Brennkraftmaschine in Betrieb ist, wird die mittels der Batterie und des Reichweitenverlängerers erzielbare Reichweite des Elektrofahrzeugs bei in Betrieb befindlichem Klimakompressor spürbar erhöht. Darüber hinaus kann ein ansonsten üblicher zusätzlicher Elektromotor für den Klimakompressor entfallen.
  • Die Brennkraftmaschine des erfindungsgemäßen Reichweitenverlängerers kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform desselben als Wankelmotor ausgebildet sein.
  • Wenn die Brennkraftmaschine des erfindungsgemäßen Reichweitenverlängerers so ausgelegt ist, dass mittels ihr in ihrem Nennbetriebszustand bei geschalteter erster Kupplung der Generator mit seiner Nennleistung betreibbar ist, ist ein Betrieb des erfindungsgemäßen Reichweitenverlängerers mit denkbar höchstem Wirkungsgrad gewährleistet.
  • Sofern der Generator des erfindungsgemäßen Reichweitenverlängerers so ausgelegt ist, dass seine Nennleistung das Drei- bis Vierfache der durch den Klimakompressor maximal aufnehmbaren mechanischen Leistung beträgt, ist sichergestellt, dass auch bei geschlossener schaltbarer zweiter Kupplung und geschlossener schaltbarer erster Kupplung immer noch ca. 70 bis 80% der von der Brennkraftmaschine erzeugten und an der schaltbaren ersten Kupplung zur Verfügung stehenden mechanischen Energie in elektrische Energie zum Nachladen der elektrofahrzeugseitigen Batterie umgesetzt wird.
  • Bei geöffneter zweiter Kupplung steht die gesamte seitens der Brennkraftmaschine erzeugte mechanische Leistung zur Erzeugung elektrischer Energie zum Nachladen der elektrofahrzeugseitigen Batterie zur Verfügung.
  • Wenn der Generator mittels eines Vier-Quadranten-Stellers so angesteuert werden kann, dass die Brennkraftmaschine mittels des dann als Elektromotor fungierenden Generators startbar ist, kann auf einen separaten Elektrostarter od. dgl. verzichtet werden.
  • Im Falle des erfindungsgemäßen Reichweitenverlängerers steht in dem Betriebszustand, in dem die schaltbare erste Kupplung geschlossen und die schaltbare zweite Kupplung geöffnet ist, die gesamte Leistung der Brennkraftmaschine für die Erzeugung elektrischer Energie zum Nachladen der elektrofahrzeugseitigen Batterie zur Verfügung. Wenn die elektrofahrzeugseitige Batterie einen ausreichenden Ladezustand aufweist, ist es möglich, die schaltbare erste Kupplung zu öffnen und die schaltbare zweite Kupplung zu schließen, so dass der Klimakompressor rein elektrisch betrieben werden kann. Dies ist bei entsprechenden Situationen von großem Vorteil, da in diesem Betriebszustand keine Abgase entstehen.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Klimakompressors einer Klimaanlage eines Elektrofahrzeugs wird der Klimakompressor aus einer mittels einer Brennkraftmaschine eines Reichweitenverlängerers über einen Generator aufladbaren elektrofahrzeugseitigen Batterie mit Antriebsenergie versorgt, wobei der Generator als Elektromotor die ihm aus der elektrofahrzeugseitigen Batterie zugeleitete elektrische Energie in mechanische Antriebsenergie für den Klimakompressor umwandelt.
  • Zu der Modul- bzw. Baueinheit, durch die der Reichweitenverlängerer gebildet wird, gehört im Falle der Erfindung auch der Klimakompressor, d. h., der Klimakompressor ist quasi in den Reichweitenverlängerer integriert.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in deren einziger Figur eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reichweitenverlängerers für Elektrofahrzeuge sowie eine mit dieser zusammenwirkende elektrofahrzeugseitige Batterie zeigt.
  • Eine in der einzigen Figur gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reichweitenverlängerers (Range-Extender) 1 für Elektrofahrzeuge hat eine Brennkraftmaschine 2, einen Generator 3, der auch als Elektromotor betreibbar ist, und eine schaltbare erste Kupplung 4, die zwischen der Brennkraftmaschine 2 und dem Generator 3 angeordnet ist.
  • Des Weiteren gehört zu dem als Modul- bzw. Baueinheit ausgebildeten erfindungsgemäßen Reichweitenverlängerer 1 ein Klimakompressor 5, der nach Montage des Reichweitenverlängerers 1 in das im übrigen nicht dargestellte Elektrofahrzeug ein wesentlicher Bestandteil der elektrofahrzeugseitigen Klimaanlage ist.
  • Zwischen dem Klimakompressor 5 einerseits und dem Generator 3 andererseits ist eine schaltbare zweite Kupplung 6 angeordnet.
  • An den Generator 3 des Reichweitenverlängerers 1 ist eine elektrofahrzeugseitige Batterie 7 angeschlossen. Diese elektrofahrzeugseitige Batterie 7 ist mittels der Brennkraftmaschine 2 des Reichweitenverlängerers 1 bei geschalteter bzw. geschlossener erster Kupplung 4 über den Generator 3 aufladbar.
  • Die Brennkraftmaschine 2, die z. B. als Wankelmotor ausgebildet sein kann, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel so ausgelegt, dass ihre in ihrem Nennbetriebszustand über die geschlossene bzw. geschaltete erste Kupplung 4 an den Generator 3 des Reichweitenverlängerers 1 abgegebene Leistung ausreichend ist, um den Generator 3 mit seiner Nennleistung zu betreiben. Der Generator 3 wiederum ist so ausgelegt, dass seine Nennleistung ca. drei- bis viermal so groß ist wie die durch den Klimakompressor 5 des Reichweitenverlängerers 1 maximal aufnehmbare mechanische Leistung.
  • Bei der in der einzigen Figur gezeigten Ausführungsform sind der Generator 3 und der Klimakompressor 5 des Reichweitenverlängerers 1 an ein ihnen gemeinsames Flanschteil 8 angeflanscht. In der Antriebsverbindung zwischen dem Generator 3 einerseits und dem Klimakompressor 5 andererseits, in der die schaltbare zweite Kupplung 6 angeordnet ist, ist des Weiteren – in der gezeigten Ausführungsform – ein Keilriementrieb 9 vorgesehen. Die schaltbare zweite Kupplung 2 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen dem Keilriementrieb 9 und dem Klimakompressor 5 angeordnet.
  • Der Generator 3 des Reichweitenverlängerers 1 ist mittels eines in der Figur nicht gezeigten Vier-Quadranten-Stellers so ansteuerbar, dass die Brennkraftmaschine 2 mittels des als Elektromotor einsatzfähigen Generators gestartet werden kann.
  • Mit dem vorstehend geschilderten Reichweitenverlängerer 1 ist es möglich, die Reichweite der elektrofahrzeugseitigen Batterie 7 zu erhöhen. Hierzu wird die zwischen der Brennkraftmaschine 2 und dem Generator 3 angeordnete schaltbare erste Kupplung 4 geschaltet bzw. geschlossen. In diesem Betriebszustand ist die zwischen dem Generator 3 und dem Klimakompressor 5 angeordnete schaltbare zweite Kupplung 6 geöffnet bzw. nicht geschaltet. In diesem Betriebszustand steht die gesamte Antriebsleistung, die seitens der Brennkraftmaschine 2 des Reichweitenverlängerers 1 erzeugt wird, für die Erzeugung elektrischer Energie zum Nachladen der fahrzeugseitigen Batterie 7 zur Verfügung.
  • Wenn in dem vorgeschalteten Betriebszustand des Reichweitenverlängerers 1 zusätzlich die schaltbare zweite Kupplung 6 geschaltet bzw. geschlossen wird, so wird ein Anteil der an der schaltbaren ersten Kupplung 4 zur Verfügung stehenden mechanischen Energie für den Betrieb des Klimakompressors 5 eingesetzt. Bei der vorstehend geschilderten Auslegung der Brennkraftmaschine 2 bzw. des Generators 3 ist sichergestellt, dass in diesem Betriebszustand immer noch ca. 70 bis 80% der an der schaltbaren ersten Kupplung 4 zur Verfügung stehenden mechanischen Energie zur Erzeugung von elektrischer Energie zum Nachladen der elektrofahrzeugseitigen Batterie 7 zur Verfügung steht.
  • Wenn der Ladezustand der elektrofahrzeugseitigen Batterie 7 ausrechend hoch ist, kann durch Öffnen der schaltbaren ersten Kupplung 4 und Schließen der schaltbaren zweiten Kupplung 6 ein Betriebszustand erreicht werden, bei dem der Klimakompressor 5 rein elektrisch betrieben wird. Die Antriebsenergie des Klimakompressors 5 stammt dann ausschließlich aus der elektrofahrzeugseitigen, in einem ausreichenden Ladezustand befindlichen Batterie 7, wobei der zwischen der elektrofahrzeugseitigen Batterie 7 einerseits und dem Klimakompressor 5 andererseits angeordnete Generator 3 als Elektromotor fungiert. In diesem Betriebszustand werden aufgrund des Betriebs des Klimakompressors 5 keine Abgase erzeugt.

Claims (6)

  1. Reichweitenverlängerer für Elektrofahrzeuge, mit einer Brennkraftmaschine (2), einem Generator (3), der an eine elektrofahrzeugseitige Batterie (7) anschließbar ist, und einer schaltbaren ersten Kupplung (4), die zwischen der Brennkraftmaschine (2) und dem Generator (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reichweitenverlängerer (1) als Modul- bzw. Baueinheit einen Klimakompressor (5) aufweist, dass zwischen dem Generator (3) und dem Klimakompressor (5) eine schaltbare zweite Kupplung (6) angeordnet ist, und dass bei ausreichendem Ladezustand der elektrofahrzeugseitigen Batterie (7) und nicht geschalteter erster Kupplung (9) der Klimakompressor (5) bei geschalteter zweiter Kupplung (6) aus der elektrofahrzeugseitigen Batterie (7) über den in diesem Betriebszustand als Elektromotor fungierenden Generator (3) antreibbar ist.
  2. Reichweitenverlängerer nach Anspruch 1, bei dem die Brennkraftmaschine (2) als Wankelmotor ausgebildet ist.
  3. Reichweitenverlängerer nach Anspruch 1 oder 2, dessen Brennkraftmaschine (2) so ausgelegt ist, dass mittels ihr in ihrem Nennbetriebszustand bei geschalteter erster Kupplung (4) der Generator (3) mit seiner Nennleistung betreibbar ist.
  4. Reichweitenverlängerer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Generator (3) so ausgelegt ist, dass seine Nennleistung das Drei- bis Vierfache der durch den Klimakompressor (5) maximal aufnehmbaren mechanischen Leistung beträgt.
  5. Reichweitenverlängerer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Generator (3) mittels eines Vier-Quadranten-Stellers so ansteuerbar ist, dass die Brennkraftmaschine (2) mittels des als Elektromotor fungierenden Generators (3) startbar ist.
  6. Verfahren zum Betreiben eines Klimakompressors (5) einer Klimaanlage eines Elektrofahrzeugs, bei dem der Klimakompressor (5) aus einer mittels einer Brennkraftmaschine (2) eines Reichweitenverlängerers (1) über einen Generator (3) aufladbaren elektrofahrzeugseitigen Batterie (7) mit Antriebsenergie versorgt wird, wobei der Generator (3) als Elektromotor die ihm aus der elektrofahrzeugseitigen Batterie zugeleitete elektrische Energie in mechanische Antriebsenergie für den Klimakompressor (5) umwandelt.
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