DE102013014141A1

DE102013014141A1 - Fahrzeug und Anordnung zum Laden einer elektrischen Speichereinheit eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102013014141A1
Application number: DE201310014141
Authority: DE
Inventors: Tobias Aurand
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2014-02-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1) mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit (2) und zumindest einer mit dieser elektrisch gekoppelten elektrischen Speichereinheit (3). Erfindungsgemäß ist mit der Antriebseinheit (2) eine rotierbare Kraftübertragungseinheit (5) gekoppelt, mittels welcher in einem Generatorbetrieb der Antriebseinheit (2) derart eine Rotation auf die Antriebseinheit (2) übertragbar ist, dass die Speichereinheit (3) mit elektrischer Energie aufladbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung (8) zum Laden einer elektrischen Speichereinheit (3) eines Fahrzeugs (1) mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit (2). Erfindungsgemäß ist mit der Antriebseinheit (2) eine rotierbare Kraftübertragungseinheit (5) gekoppelt, mittels welcher in einem Generatorbetrieb der Antriebseinheit (2) mittels eines Antriebs (7) derart eine Rotation auf die Antriebseinheit (2) übertragbar ist, dass die Speichereinheit (3) mit elektrischer Energie aufladbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit und zumindest einer mit dieser elektrisch gekoppelten elektrischen Speichereinheit.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zum Laden einer elektrischen Speichereinheit eines Fahrzeugs mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit.
Aus der DE 20 2011 104 776 U1 ist eine Generator-/Antriebsanordnung mit einer rotatorischen Elektromaschine, die als Motor und Generator betreibbar ist, und einem rotatorischen Verbrennungsmotor bekannt. Der Verbrennungsmotor und die Elektromaschine sind über einen ersten Antriebsstrang miteinander gekoppelt, wobei ein zweiter Abtriebsstrang zum wahlweisen Ausleiten von Antriebsleistung des Verbrennungsmotors oder der Elektromaschine an ein Verbraucheraggregat vorgesehen ist. Die Generator-/Antriebsanordnung ist in einem Anlassermodus, in dem die Elektromaschine den Verbrennungsmotor zum Anlassen antreibt, in einem Generatormodus, in dem der Verbrennungsmotor die Elektromaschine als Generator antreibt, in einem VM-Antriebsmodus, in dem der Verbrennungsmotor Antriebsleistung über den zweiten Abtriebsstrang ausleitet und in einen EM-Antriebsmodus, in dem die Elektromaschine Antriebsleistung über den zweiten Abtriebstrang ausleitet, betreibbar. Es ist eine Kupplungsanordnung vorgesehen, die in Abhängigkeit vom Betriebsmodus den ersten Antriebsstrang und/oder den zweitem Abtriebsstrang durchschaltet oder nicht durchschaltet. Die Elektromaschine läuft im Anlassermodus in einer ersten Betriebsrichtung und im EM-Antriebsmodus in einer zweiten, entgegengesetzten Betriebsrichtung. Die Kupplungsanordnung weist eine richtungsbetätigte Schaltkupplung im ersten Antriebsstrang zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine auf, welche den ersten Antriebsstrang im Anlassermodus durchschaltet und im EM-Antriebsmodus nicht durchschaltet. Weiterhin wird ein motorisches Fahrzeug mit einem elektrischen Fahrantrieb beschrieben, wobei der Fahrantrieb mindestens eine die Antriebsleistung für den Fahrbetrieb bereitstellende Elektromaschine sowie eine elektrische Steuerung und einen elektrischen Energiespeicher aufweist. Separat vom Fahrantrieb ist die Generator-/Antriebsanordnung vorgesehen, wobei der Energiespeicher mittels der Generator-/Antriebsanordnung aufladbar ist. An den zweiten Abtriebsstrang der Generator-/Antriebsanordnung ist ein Verbraucheraggregat angeschlossen oder anschließbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit und zumindest einer elektrischen Speichereinheit und eine verbesserte Anordnung zum Laden einer elektrischen Speichereinheit eines Fahrzeugs anzugeben.
Hinsichtlich des Fahrzeugs wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Anordnung durch die im Anspruch 5 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Fahrzeug umfasst zumindest eine elektrische Antriebseinheit und zumindest eine mit dieser elektrisch gekoppelte elektrische Speichereinheit.
Beim Laden elektrischer Energiespeicher von zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugen bestehen Gefahren für Personen und Technik bei der elektrischen Energieübertragung. Weiterhin ist eine Anzahl öffentlicher Ladeeinrichtungen gering und an eine Installation spezifischer und aufwändiger Schutzfunktionen gebunden. Auch ist insbesondere hinsichtlich einer Ladespannung und eines Ladestroms eine Anpassung der öffentlichen Ladeeinrichtungen an verschiedene elektrische Systeme von Fahrzeugen, gebildet aus Speichereinheit, Antriebseinheit und einer im Fahrzeug vorgehaltenen so genannten On-Board-Ladevorrichtung, oder der elektrischen Systeme an die öffentlichen Ladevorrichtungen erforderlich.
Deshalb sieht die Erfindung vor, dass mit der Antriebseinheit eine rotierbare Kraftübertragungseinheit gekoppelt ist, mittels welcher in einem Generatorbetrieb der Antriebseinheit derart eine Rotation auf die Antriebseinheit übertragbar ist, dass die Speichereinheit mit elektrischer Energie aufladbar ist.
Somit ist in besonders vorteilhafter Weise ein mechanischer Energietransfer zur Aufladung der Speichereinheit realisierbar. Daraus resultiert wiederum, dass aus der galvanischen Kopplung resultierende Probleme und Gefahren, wie sie beim Laden an einem elektrischen Netz auftreten können, entfallen. Auch tritt ein aufgrund des Ladens der Speichereinheit mittels der Antriebseinheit im Generatorbetrieb bekanntes Problem einer Spannungslagenanpassung, wie es bei Ladevorgängen an elektrischen Ladeeinrichtungen auftritt, nicht auf. Weiterhin ist es gemäß einer Ausgestaltung möglich, mittels einer Koppelvorrichtung eine standardisierte mechanische Schnittstelle zu realisieren, mittels welcher eine Vielzahl verschiedener Fahrzeugtypen zur Aufladung der jeweiligen Speichereinheit koppelbar ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug und
2 schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 dargestellt. Bei dem Fahrzeug 1 handelt es sich um ein Hybridfahrzeug oder ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug.
Hierbei umfasst das Fahrzeug 1 eine elektrische Antriebseinheit 2 und eine mit dieser elektrisch gekoppelte elektrische Speichereinheit 3, welche insbesondere als elektrische Batterie, beispielsweise als Traktionsbatterie, ausgebildet ist.
In einem Motorbetrieb wird die Antriebseinheit 2, bei welcher es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Wechselstrommotor handelt, mit elektrischer Energie aus der Speichereinheit 3 versorgt. Zur Umrichtung einer aus der Speichereinheit 3 entnommenen Gleichspannung in eine der Antriebseinheit 2 zugeführte Wechselspannung ist ein elektrischer Inverter 4 vorgesehen.
Zum Aufladen der Speichereinheit 3 wird die Antriebseinheit 2 als Generator betrieben. Zum Antrieb der Antriebseinheit 2 ist dieser mit einer rotierbaren Kraftübertragungseinheit 5 gekoppelt, mittels welcher in dem Generatorbetrieb der Antriebseinheit 2 derart eine Rotation auf die Antriebseinheit 2 übertragbar ist, dass die Speichereinheit 3 mit elektrischer Energie aufgeladen wird. Bei der Kraftübertragungseinheit 5 handelt es sich beispielsweise um eine Welle.
Um wiederum die Kraftübertragungseinheit 5 anzutreiben, weist diese an einem der Antriebseinheit 2 abgewandten Ende eine Koppelvorrichtung 6 zur mittelbaren oder unmittelbaren Kopplung mit einem in 2 näher dargestellten Antrieb 7 auf. Die Kraftübertragungseinheit 5 und die Koppelvorrichtung 6 sind dabei derart ausgebildet, dass eine mechanische Kopplung der Kraftübertragungseinheit 5 mit der Antriebseinheit 2 und/oder der Koppelvorrichtung 6 mit der Antriebseinheit 2 nur dann vorliegt, wenn der Antrieb 7 mittelbar oder unmittelbar mit der Koppelvorrichtung 6 gekoppelt ist.
Beim Laden der Speichereinheit 3, d. h. im Generatorbetrieb der Antriebseinheit 2 in einer in 2 näher dargestellten Energieflussrichtung E, wird mittels des Inverters 4 von der Antriebseinheit 2 erzeugte Wechselspannung in Gleichspannung umgerichtet und an die Speichereinheit 3 übertragen. Dadurch kann in besonders vorteilhafter Weise eine sogenannte On-Board-Ladevorrichtung entfallen.
Da sich dabei ein Fahrzeuggetriebe im Leerlauf befinden muss, erfolgt in besonders vorteilhafter Weise eine automatische Aktivierung der Leerlaufstellung zu Beginn des Ladevorgangs. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass dem Nutzer ein entsprechender Hinweis zum Einlegen des Leerlaufs ausgegeben wird.
2 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 8 zum Laden der elektrischen Speichereinheit 3 des Fahrzeugs 1 gemäß 1. Dabei umfasst die Anordnung das Fahrzeug 1, den Antrieb 7 und eine zweite Kraftübertragungseinheit 9 zur mittelbaren Kopplung von Antrieb 7 und Kraftübertragungseinheit 5 und somit zur Übertragung der Rotation vom Antrieb 7 über die Koppelvorrichtung 6 auf die Kraftübertragungseinheit 5 und somit die Antriebseinheit 2.
Die außerhalb des Fahrzeugs 1 angeordnete zweite Kraftübertragungseinheit 9 ist beispielsweise als mechanisch flexible und drehbare Welle ausgebildet.
Alternativ zum dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch eine unmittelbare Kopplung des Antriebs 7 über die Koppelvorrichtung 6 mit der Kraftübertragungseinheit 5 möglich.
Bei dem Antrieb 7 kann es sich um einen manuellen Antrieb mittels einer Kurbel oder um einen motorischen, insbesondere elektromotorischen Antrieb handeln. Auch ist es möglich, die Antriebseinheit 2 im Generatorbetrieb mit anderen drehenden Quellen, beispielsweise mit einem Nebenabtrieb eines Windrades, Wasserkraftrades oder anderen Quellen zu koppeln und somit die Speichereinheit zu laden. Dies ist insbesondere in Gegenden mit geringer Infrastruktur vorteilhaft.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Antriebseinheit
3: Speichereinheit
4: Inverter
5: Kraftübertragungseinheit
6: Koppelvorrichtung
7: Antrieb
8: Anordnung
9: zweite Kraftübertragungseinheit
E: Energieflussrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202011104776 U1 [0003]

Claims

Fahrzeug (1) mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit (2) und zumindest einer mit dieser elektrisch gekoppelten elektrischen Speichereinheit (3), dadurch gekennzeichnet, dass mit der Antriebseinheit (2) eine rotierbare Kraftübertragungseinheit (5) gekoppelt ist, mittels welcher in einem Generatorbetrieb der Antriebseinheit (2) derart eine Rotation auf die Antriebseinheit (2) übertragbar ist, dass die Speichereinheit (3) mit elektrischer Energie aufladbar ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungseinheit (5) an einem der Antriebseinheit (2) abgewandten Ende eine Koppelvorrichtung (6) zur mittelbaren oder unmittelbaren Kopplung mit einem Antrieb (7) aufweist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Speichereinheit (3) und der Antriebseinheit (2) ein elektrischer Inverter (4) angeordnet ist, welcher aus der Speichereinheit (3) entnommene und der Antriebseinheit (2) zugeführte Gleichspannung in Wechselspannung umrichtet und im Generatorbetrieb von der Antriebseinheit (2) erzeugte Wechselspannung in Gleichspannung umgerichtet und an die Speichereinheit (3) überträgt.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungseinheit (5) eine Welle ist.
Anordnung (8) zum Laden einer elektrischen Speichereinheit (3) eines Fahrzeugs (1) mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit (2), dadurch gekennzeichnet, dass mit der Antriebseinheit (2) eine rotierbare Kraftübertragungseinheit (5) gekoppelt ist, mittels welcher in einem Generatorbetrieb der Antriebseinheit (2) mittels eines Antriebs (7) derart eine Rotation auf die Antriebseinheit (2) übertragbar ist, dass die Speichereinheit (3) mit elektrischer Energie aufladbar ist.
Anordnung (8) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungseinheit (5) an einem der Antriebseinheit (2) abgewandten Ende eine Koppelvorrichtung (6) zur mittelbaren oder unmittelbaren Kopplung mit dem Antrieb (7) aufweist.
Anordnung (8) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur mittelbaren Kopplung eine mechanisch flexible Welle vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Kopplung der Kraftübertragungseinheit 5 mit der Antriebseinheit 2 und/oder der Koppelvorrichtung 6 mit der Antriebseinheit 2 nur dann vorliegt, wenn der Antrieb 7 mittelbar oder unmittelbar mit der Koppelvorrichtung 6 gekoppelt ist.