DE102012211516B4 - Elektrisch angetriebenes Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1), umfassend
- einen Fahrzeugrahmen (2) an dem zumindest ein Vorderrad (3) und ein Hinterrad (4) befestigt sind,
- eine elektrische Energiequelle (8), die eine Batterie ist,
- eine elektrische Maschine (9) zum Antrieb des Fahrzeugs (1),
- eine Leistungssteuereinheit (10), die ausgebildet ist zum Steuern der elektrischen Maschine (9), die elektrische Maschine (9) in einem generatorischen Betrieb zu betreiben und einen Ladevorgang der Batterie durch die elektrische Maschine (9) zu steuern und
- ein in dem Fahrzeugrahmen (2) montiertes Antriebsgehäuse (7),
- wobei die elektrische Energiequelle (8) und die elektrische Maschine (9) und die Leistungssteuereinheit (10) in dem Antriebsgehäuse (7) angeordnet und innerhalb des Antriebsgehäuses (7) elektrisch verbunden sind,
- wobei die Einheit aus Antriebsgehäuse (7) mit eigesetzter elektrischer Energiequelle (8), elektrischer Maschine (9) und Leistungssteuereinheit (10) in seiner Gesamtheit in dem Fahrzeugrahmen (2) montierbar und demontierbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, insbesondere einen Elektroroller, PKW, LKW, Trike usw., und ein Verfahren zur Montage des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Unter „elektrisch angetriebenen Fahrzeugen“ sind auch Fahrzeuge zu verstehen, die nur teilweise oder unterstützend elektrisch angetrieben werden (z.B.: Fahrzeuge mit Hybridantrieb).
  • Elektroroller (auch: Elektroscooter) weisen in der Regel einen tragenden Fahrzeugrahmen auf, an dem zumindest ein Vorderrad und zumindest ein Hinterrad montiert ist. Die Batterie, die Leistungselektronik und die elektrische Maschine werden als separate Bauteile in den tragenden Fahrzeugrahmen eingesetzt und miteinander über Kabel verbunden. Aufgrund der hohen Ströme müssen die Kabel entsprechend dick sein, was wiederum zu erhöhtem Gewicht und entsprechendem Leistungsverlust führt. Des Weiteren müssen die Kabel elektrisch abgeschirmt werden. Da die einzelnen Komponenten bzw. die elektrische Verbindung unter den Komponenten frei zugänglich sind, muss die Schutzkleinspannung (60V DC bzw. 25V AC) verwendet werden.
  • Ein Fahrrad mit abnehmbarer Antriebseinheit, die einen Hilfsmotor, eine Batterie und eine Steuereinheit mit einem gemeinsamen Gehäuse aufweist, ist aus der DE 20 2011 100 442 U1 bekannt. Der Hilfsmotor kann den Antrieb des Fahrrads durch Abgabe eines Drehmoments auf die Tretwelle unterstützen. Ein generatorischer Betrieb ist damit nicht möglich. Aus der DE 10 2010 047 235 A1 ist ein fest verbauter Hilfsantrieb für Fahrräder bekannt, der sowohl eine Antriebskraft abgeben als auch generatorisch wirken kann. Ein Abnehmen des Antriebs ist nicht vorgesehen.
  • Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug anzugeben, das bei kostengünstiger Herstellung und Montage betriebssicher und effizient betrieben werden kann.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
  • Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, insbesondere ausgebildet als Elektroroller, PKW, LKW, Trike usw., umfassend: Einen Fahrzeugrahmen, an dem zumindest ein Vorderrad und ein Hinterrad befestigt sind. Das Vorderrad ist beispielsweise über eine Gabel mit dem tragenden Fahrzeugrahmen verbunden. Das Hinterrad wird über eine entsprechende Hinterradaufhängung am Fahrzeugrahmen befestigt. Des Weiteren trägt der Fahrzeugrahmen vorzugsweise eine Sitzbank des Elektrorollers. Für den elektrischen Antrieb benötigt das Fahrzeug eine elektrische Energiequelle, eine elektrische Maschine und eine entsprechende Leistungssteuereinheit. Die elektrische Energiequelle ist bevorzugt eine Batterie. Der Einfachheit halber wird hier stets von einer Batterie gesprochen. Selbstverständlich kann sich die Batterie aus mehreren einzelnen Batterien oder aus mehreren einzelnen Speicherzellen zusammensetzen. Ferner sind auch SuperCaps und Brennstoffzellen dem Begriff „Batterie“ unterzuordnen. Alternativ kann die „elektrische Energiequelle“ auch ein angetriebener Generator sein. Der Generator wird bevorzugt mit einem Verbrennungsmotor angetrieben.
  • Die elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs wird von der elektrischen Energiequelle gespeist, um so das Fahrzeug anzutreiben. Des Weiteren kann die elektrische Maschine auch generatorisch betrieben werden, um so die Batterie aufzuladen. Die Leistungssteuereinheit steuert die elektrische Maschine und steuert im generatorischen Betrieb auch den Ladevorgang der Batterie.
  • Erfindungsgemäß werden die elektrische Energiequelle, die elektrische Maschine und die Leistungssteuereinheit in einem separaten Antriebsgehäuse montiert. Dieses Antriebsgehäuse wiederum wird in den Fahrzeugrahmen eingesetzt und befestigt. Das Antriebsgehäuse kann aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt sein.
  • Unter „elektrisch angetriebenem Fahrzeugen“ sind auch Fahrzeuge zu verstehen, die nur teilweise oder unterstützend elektrisch angetrieben werden (z.B.: Fahrzeuge mit Hybridantrieb). Erfindungsgemäß werden auch Fahrzeuge mit zwei Hinterrädern und einem Vorderrad oder mit zwei Vorderrädern und einem Hinterrad als „Elektroroller“ angesehen.
  • Die Erfindung zeigt eine Möglichkeit zur schnellen und sicheren Montage und Demontage der gesamten Einheit, bestehend aus Antriebsgehäuse mit integrierter elektrischer Energiequelle, elektrischer Maschine und Leistungssteuereinheit. Dabei ist vorgesehen, dass das Antriebsgehäuse lediglich diese Komponenten in sich aufnimmt, jedoch bevorzugt keine tragende Funktion des gesamten Fahrzeugs übernimmt. Das Antriebsgehäuse ist bevorzugt eine separate Einheit die in den tragenden Fahrzeugrahmen montiert wird.
  • In bevorzugter Ausführung ist das Antriebsgehäuse gegenüber der elektrischen Energiequelle, der elektrischen Maschine und der Leistungssteuereinheit elektrisch isoliert. Des Weiteren ist das Antriebsgehäuse so ausgebildet, dass die innen liegenden Komponenten zugriffssicher eingekapselt sind. Dadurch wird sichergestellt, dass der Benutzer des Fahrzeugs oder auch das Wartungspersonal bei üblichen Reparaturen nicht in Berührung kommen mit der elektrischen Energiequelle, der elektrischen Maschine oder der Leistungssteuereinheit. Alle Öffnungen, die in dem Antriebsgehäuse nötig sind, werden so klein ausgeführt oder entsprechend positioniert, dass das Innenleben des Antriebsgehäuses zugriffsgeschützt ist. Infolgedessen kann die Spannung, mit der die elektrische Maschine betrieben wird, weit über der zulässigen Schutzkleinspannung von 60V Gleichspannung bzw. 25V Wechselspannung liegen. Insbesondere ist im Inneren des Antriebsgehäuses eine Spannung bis zu 120V vorgesehen. Dadurch können geringere Ströme und somit auch eine günstigere Leistungssteuereinheit verwendet werden. Oder bei gleichem Strom kann mehr Leistung durch Verschieben der Nenndrehzahl bzw. bei Wahl einer entsprechenden elektrischen Maschine in Folge mehr Drehmoment erzeugt werden.
  • Des Weiteren ermöglicht das gemeinsame Antriebsgehäuse für die elektrische Energiequelle, die elektrische Maschine und die Leistungssteuereinheit eine gemeinsame elektromagnetische Abschirmung dieser Komponenten sowie eine gemeinsame Kühlung der Komponenten.
  • Um möglichst verlustfrei die Spannung zu übertragen, werden innerhalb des Antriebsgehäuses zwischen der elektrischen Energiequelle, der elektrischen Maschine und der Leistungssteuereinheit sehr kurze Kabel oder bevorzugt Stromschienen, vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer, verwendet. Die elektrische Energiequelle, die Leistungssteuereinheit und die elektrische Maschine können an diesen Stromschienen eingehängt, eingesteckt, verschraubt, vernietet, verschweißt oder verlötet werden und sind dadurch elektrisch miteinander verbunden. Insbesondere durch die elektrisch isolierte Ausführung des Antriebsgehäuses und die zugriffssichere Ausgestaltung kann solch eine Stromschiene verwendet werden, da es keiner direkten Isolation der Stromschiene bedarf.
  • Das separate Antriebsgehäuse ermöglicht so eine sehr leicht bauende Struktur mit optimaler Bauraumausnutzung.
  • Des Weiteren ist vorgesehen, dass eine von der elektrischen Maschine angetriebene Antriebsscheibe, vorzugsweise ein Ritzel oder eine Riemenscheibe, innerhalb des Antriebsgehäuses angeordnet ist. Dementsprechend sind in dem Antriebsgehäuse kleine Ausnehmungen für die Kette oder den Antriebsriemen vorgesehen. Auch eine Übertragung mit einem Zahnradgetriebe ist möglich (z.B. Kopplung an Hybrid/Verbrenner)
  • Alternativ dazu ist es möglich, dass die von der elektrischen Maschine angetriebene Welle, vorzugsweise die Ankerwelle, aus dem Antriebsgehäuse herausragt. Dadurch kann außerhalb des Antriebsgehäuses eine entsprechende Antriebsscheibe, beispielsweise ein Ritzel oder eine Riemenscheibe, auf die angetriebene Welle aufgesetzt werden. Kann die Isolation der Welle innerhalb der elektrischen Maschine nicht gewährleistet werden, könnte es über die Welle zu einem gefährlichen Potential außerhalb des Gehäuses kommen. In dem Fall muss auf elektrisch isolierende mechanische Übertrager zurückgegriffen werden (z.B. Riemen, elektrisch isolierte Kupplungen, Kunststoffzahnräder...). Auch nicht rotatorische elektrische Aktuatoren können so aufgebaut werden z.B. Linearantrieb für Verstelleinrichtungen (z.B. Lenkungen,...).
  • Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug vorgestellten vorteilhaften Ausgestaltungen und die Unteransprüche finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
    • 1 eine schematisch vereinfachte Ansicht eines erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
    • 2 ein Detail aus 1.
  • Im Folgenden wird anhand der 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 1, welches als Elektroroller ausgebildet ist, beschrieben. Die Darstellungen zeigen das Fahrzeug 1 in schematisch vereinfachter Darstellung.
  • Das Fahrzeug 1 umfasst einen Fahrzeugrahmen 2. Der Fahrzeugrahmen 2 ist der tragende Bestandteil des gesamten Fahrzeugs 1. An dem Fahrzeugrahmen 2 wird über eine Gabel 5 ein Vorderrad 3 befestigt. Im hinteren Bereich wird an dem Fahrzeugrahmen 2 über eine Hinterradaufhängung 6 ein Hinterrad 4 befestigt. Des Weiteren kann auf dem Fahrzeugrahmen 2 eine Sitzbank angeordnet werden.
  • In dem Fahrzeugrahmen 2 ist als separates, eigenständiges Bauteil ein Antriebsgehäuse 7 montiert. In dem Antriebsgehäuse 7 sind eine elektrische Energiequelle, ausgebildet als mehrere Batterien 8, eine elektrische Maschine 9 und eine Leistungssteuereinheit 10 angeordnet. Die Batterien 8, die elektrische Maschine 9 und die Leistungssteuereinheit 10 sind über elektrische Verbindungen 11 miteinander verbunden. In der gezeigten Darstellung sind die elektrischen Verbindungen 11 schematisch vereinfacht dargestellt. Tatsächlich kommen hier Stromschienen aus Aluminium zum Einsatz. An diesen Stromschienen werden die Anschlüsse der Batterien 8, der elektrischen Maschine 9 und der Leistungssteuereinheit 10 eingehängt.
  • Das Antriebsgehäuse 7 ist bevorzugt aus Kunststoff gefertigt und derart ausgebildet, dass es die Batterien 8, die elektrische Maschine 9 und die Leistungssteuereinheit 10 zugriffssicher einkapselt. Das Antriebsgehäuse 7 kann z.B. auch aus Aluminium gefertigt werden, wobei das Antriebsgehäuse Innen und/oder Außen durch Folien oder Beschichtungen isoliert wird.
  • Die Batterien 8, die elektrische Maschine 9 und die Leistungssteuereinheit 10, sowie die elektrische Verbindung 11 zwischen den Komponenten wurden in dem Antriebsgehäuse 7 vormontiert. Erst nach fertiger Bestückung des Antriebsgehäuses 7 wurde selbiges im Fahrzeugrahmen 2 montiert.
  • Zum Antrieb des Hinterrades 4 führt im gezeigten Beispiel ein endloses Antriebsmittel 12 aus dem Antriebsgehäuse 7 heraus. Das endlose Antriebsmittel 12 ist als Riemenantrieb oder als Kettenantrieb ausgebildet und wird von der elektrischen Maschine 9 angetrieben.
  • 2 zeigt im Detail eine schematisch vereinfachte, isometrische Ansicht des Antriebsgehäuses 7. Wie 2 zeigt, sind die Batterien 8, die elektrische Maschine 9 und die Leistungssteuereinheit 10 in dem Antriebsgehäuse 7 eingekapselt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Elektrisch angetriebenes Fahrzeug
    2
    Fahrzeugrahmen
    3
    Vorderrad
    4
    Hinterrad
    5
    Gabel
    6
    Hinterradaufhängung
    7
    Antriebsgehäuse
    8
    elektrische Energiequelle, insbesondere Batterien
    9
    Elektrische Maschine
    10
    Leistungssteuereinheit
    11
    Elektrische Verbindung, insbesondere Stromschienen
    12
    Endloses Antriebsmittel

Claims (8)

  1. Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1), umfassend - einen Fahrzeugrahmen (2) an dem zumindest ein Vorderrad (3) und ein Hinterrad (4) befestigt sind, - eine elektrische Energiequelle (8), die eine Batterie ist, - eine elektrische Maschine (9) zum Antrieb des Fahrzeugs (1), - eine Leistungssteuereinheit (10), die ausgebildet ist zum Steuern der elektrischen Maschine (9), die elektrische Maschine (9) in einem generatorischen Betrieb zu betreiben und einen Ladevorgang der Batterie durch die elektrische Maschine (9) zu steuern und - ein in dem Fahrzeugrahmen (2) montiertes Antriebsgehäuse (7), - wobei die elektrische Energiequelle (8) und die elektrische Maschine (9) und die Leistungssteuereinheit (10) in dem Antriebsgehäuse (7) angeordnet und innerhalb des Antriebsgehäuses (7) elektrisch verbunden sind, - wobei die Einheit aus Antriebsgehäuse (7) mit eigesetzter elektrischer Energiequelle (8), elektrischer Maschine (9) und Leistungssteuereinheit (10) in seiner Gesamtheit in dem Fahrzeugrahmen (2) montierbar und demontierbar ist.
  2. Elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgehäuse (7) gegenüber der elektrischen Energiequelle (8), der elektrischen Maschine (9) und der Leistungssteuereinheit (10) elektrisch isoliert ist, und dass das Antriebsgehäuse (7) die elektrische Energiequelle (8), die elektrische Maschine (9) und die Leistungssteuereinheit (10) zugriffssicher einkapselt.
  3. Elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) mit über 70V, vorzugsweise über 90V, Gleichspannung oder mit über 35V, vorzugsweise über 55V, Wechselspannung betrieben wird.
  4. Elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Stromschiene im Antriebsgehäuse (7) zur Verbindung zwischen der elektrischen Energiequelle (8) und der elektrischen Maschine (9).
  5. Elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des Innenraums des Antriebsgehäuses (7).
  6. Elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der elektrischen Maschine (9) angetrieben Antriebsscheibe, vorzugsweis ein Ritzel oder eine Riemenscheibe, innerhalb des Antriebsgehäuses (7) angeordnet ist.
  7. Elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der elektrischen Maschine (9) angetrieben Welle, vorzugsweis die Ankerwelle, aus dem Antriebsgehäuse (7) herausragt.
  8. Elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Elektroroller ist.
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