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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Anlage, die eine elektrische Antriebseinheit für das Kraftfahrzeug sowie einen mit der Antriebseinheit elektrisch gekoppelten elektrischen Energiespeicher aufweist, wobei auf dem Fahrzeugdach des Kraftfahrzeugs eine Klimaanlage angeordnet ist.
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Kraftfahrzeuge der gattungsgemäßen Art sind dem Grunde nach bekannt, insbesondere als Elektrobus. Elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge, insbesondere Elektrobusse nutzen Dachaufbauten, um insbesondere die für deren bestimmungsgemäßen Betrieb erforderlichen elektrischen Energiespeicher, elektrischen Umrichter sowie auch eine Klimaanlage aufzunehmen. Dadurch können Auswirkungen auf einen Nutzraum des Kraftfahrzeugs gering gehalten werden. Zugleich erlaubt es diese Konstruktion, auf einfache Weise einen elektrischen Antrieb für das Kraftfahrzeug zu realisieren. Derartige Kraftfahrzeuge zeichnen sich dadurch aus, dass sie wenigstens eine elektrische Maschine für ihren Antrieb aufweisen, die Bestandteil der elektrischen Antriebseinheit ist. Die elektrische Maschine wird in der Regel an einem Wechselrichter betrieben, der es erlaubt, eine elektrische Kopplung zwischen einem Energiespeicher des Kraftfahrzeugs, insbesondere einem Akkumulator, und der elektrischen Maschine herzustellen. Zu diesem Zweck stellt der Energiespeicher einen Zwischenkreis bereit, oder ist an einem solchen angeschlossen, an dem auch der Wechselrichter für die elektrische Maschine angeschlossen ist. Auf diese Weise erfolgt die elektrische Kopplung zwischen der elektrischen Maschine und dem Energiespeicher. Der Zwischenkreis ist in der Regel als Gleichspannungszwischenkreis ausgebildet.
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Für den Fahrbetrieb bezieht die Antriebseinheit die elektrische Energie aus dem elektrischen Energiespeicher. Insbesondere wird zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs Energie aus dem Energiespeicher entnommen sowie vorzugsweise bei Verzögerung der Bewegung des Kraftfahrzeugs Energie mittels der Antriebseinheit in den Energiespeicher zurückgespeist. Insgesamt nimmt jedoch die mittlere elektrische Energie des elektrischen Energiespeichers während des bestimmungsgemäßen Betriebs ab, sodass die Reichweite des Kraftfahrzeugs begrenzt ist. Insbesondere bei Elektrobussen, die beispielsweise im Stadt- beziehungsweise Pendelverkehr eingesetzt werden, erweist sich dies als nachteilig.
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So kann beispielsweise bei unvorhergesehenen Stausituationen der Fall auftreten, dass die durch den Energiespeicher bereitstellbare elektrische Energie nicht mehr ausreicht, um den Elektrobus bis zu seiner Endhaltestelle betreiben zu können. Dabei erweist es sich insbesondere als nachteilig, dass weitere Energieverbraucher, insbesondere die Klimaanlage, die elektrisch betrieben werden, zusätzlich Energie aus dem Energiespeicher benötigen und dadurch die Reichweite des Kraftfahrzeugs beziehungsweise Elektrobusses reduzieren.
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In diesem Zusammenhang ist es bekannt, bei Haltestellen, insbesondere für Busse eine lokale Ladestation vorzusehen, durch die dem Energiespeicher für die Dauer des Haltestopps an der Haltestelle Energie in Form von elektrischer Ladung zugeführt werden kann. Durch die zugeführte Ladung, auch wenn sie lediglich kurzzeitig erfolgt, kann die Reichweite des Kraftfahrzeugs beziehungsweise Elektrobusses deutlich erhöht werden.
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Um eine elektrische Ladung im Bereich der Haltestelle zuführen zu können, kann auf dem Dach des Busses ein Stromabnehmer angeordnet sein, der eine im Bereich der Haltestelle oberhalb des Busses angeordnete Kontaktschiene kontaktiert, um elektrische Energie zu beziehen. Einen Stromabnehmer offenbart beispielsweise die
DE 10 2005 008 212 A1 . In diesem Zusammenhang erweist es sich als nachteilig, dass auf dem Dach ein entsprechend großer Platzbedarf für den Stromabnehmer bereitzustellen ist.
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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Möglichkeit für die Zuführung von elektrischer Energie, insbesondere im Bereich einer Haltestelle, zu schaffen.
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Als Lösung wird mit der Erfindung ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Gerade bei Elektrobussen kommen zur Nachladung von Akkumulatoren für den Antrieb konduktive Ladungssysteme zum Einsatz, über die das Fahrzeug an einer Haltestelle nachgeladen werden kann. Ein solches konduktives Ladungssystem umfasst zwei Kontakteinheiten, wobei eine erste Kontakteinheit am Elektrobus und eine zweite Kontakteinheit an einer Ladestation der Haltestelle angeordnet sind. Eine der beiden Kontakteinheiten ist vorzugsweise durch einen Stromabnehmer gebildet, der beispielsweise als Pantograf oder dergleichen ausgebildet sein kann. Der Stromabnehmer beziehungsweise Pantograf kann hierbei auf dem Bus angebracht sein und bei einer Nachladung an einem Mast mit Stromschienen anfahren. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Stromschienen auf dem Dach des Busses angebracht sind und der Pantograf stattdessen an der Nachladestation. In beiden Fällen benötigt das Ladungssystem Bauraum auf dem Dach des Busses, der jedoch knapp ist, weil er zur Aufnahme der Akkumulatoren sowie von elektrischen Nebenaggregaten und der Klimaanlage dient.
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Mit der Erfindung wird nunmehr insbesondere vorgeschlagen, dass die elektrische Anlage eine erste elektrische Kontakteinheit zum elektrischen Kontaktieren einer zweiten elektrischen Kontakteinheit einer im Bereich einer Haltestelle für das Kraftfahrzeug positionierten Energieversorgungsstation aufweist, wobei die erste Kontakteinheit an der Klimaanlage angeordnet ist. Die erste Kontakteinheit ist somit weiterhin dachseitig am Kraftfahrzeug vorgesehen, zumal die Klimaanlage auf dem Fahrzeug des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Dabei ist die erste Kontakteinheit derart an der Klimaanlage angeordnet, dass eine zuverlässige Kontaktierung der zweiten elektrischen Kontakteinheit der Energieversorgungsstation ermöglicht ist.
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Die zweite elektrische Kontakteinheit ist stationär an der lokalen Haltestelle angeordnet, vorzugsweise derart, dass sie sich bei einem Halt des Kraftfahrzeugs an der Haltestelle oberhalb des Kraftfahrzeugs befindet. Sofern das Kraftfahrzeug abgestellt ist, das heißt, dass seine Geschwindigkeit null ist, kann der elektrische Kontakt zwischen der ersten und der zweiten Kontakteinheit hergestellt werden. Während des Halts kann dann der Energiespeicher des Kraftfahrzeugs über die erste und die zweite Kontakteinheit mit elektrischer Energie versorgt beziehungsweise aufgeladen werden. Die zweite elektrische Kontakteinheit ist, dadurch dass sie stationär angeordnet ist, vorzugsweise mit einem Energieversorgungsnetz wie dem öffentlichen Energieversorgungsnetz elektrisch gekoppelt. Es kann im Bereich der Haltestelle, insbesondere als Bestandteil der zweiten elektrischen Kontakteinheit ein Energiewandler vorgesehen sein, beispielsweise ein Gleichrichter, ein Umrichter oder dergleichen, um die aus dem Energieversorgungsnetz zugeführte elektrische Energie in geeigneter Weise für den elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs anpassen zu können. Dem Grunde nach kann ein solcher Energiewandler zwar auch im Kraftfahrzeug vorgesehen sein, jedoch hat dies den Nachteil, dass ein erhöhter Platzbedarf sowie ein erhöhtes Gewicht die Folge sind. Um dies zu vermeiden, ist ein etwaiger Energiewandler vorzugsweise ebenfalls stationär an der Haltestelle angeordnet.
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Die Klimaanlage des Kraftfahrzeugs dient in der Regel dazu, einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs beziehungsweise eine Fahrgastzelle zu klimatisieren. Die Klimaanlage ist vorzugsweise ebenfalls elektrisch angetrieben und kann ihre Energie für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb ebenfalls aus dem elektrischen Energiespeicher beziehen.
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Um die Funktion der Klimaanlage, insbesondere im Bereich der Wärmeabführung, möglichst wenig zu behindern, ist die erste Kontakteinheit auf der Klimaanlage derart angeordnet, dass etwaige Luftführungen freigehalten werden können.
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In einer Ausgestaltung ist die erste Kontakteinheit als in der Höhe verfahrbarer Stromabnehmer zum elektrischen Kontaktieren der zweiten Kontakteinheit der Energieversorgungsstation ausgebildet. Der Stromabnehmer kann beispielsweise als Einholmstromabnehmer, insbesondere mit einer Wippe beziehungsweise Palette, als Scherenstromabnehmer, als Bügelstromabnehmer oder dergleichen ausgebildet sein. Darüber hinaus kann der Stromabnehmer wenigstens zweipolig ausgebildet sein, um einen geschlossenen Stromkreis zum Zuführen von elektrischer Energie zum Energiespeicher ausbilden zu können. In diesem Fall ist die zweite Kontakteinheit vorzugsweise durch eine oder mehrere Kontaktschienen beziehungsweise Stromschienen gebildet, die von dem Stromabnehmer im Haltezustand des Kraftfahrzeugs kontaktiert sind.
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Darüber hinaus kann die erste Kontakteinheit jedoch auch als elektrische Kontaktschiene beziehungsweise Stromschiene zum elektrischen Kontaktieren durch einen in der Höhe verstellbaren Stromabnehmer der zweiten Kontakteinheit der Energieversorgungsstation ausgebildet sein. In diesem Fall weist die Klimaanlage von oben kontaktierbare Kontaktschienen auf, die durch den Stromabnehmer der zweiten Kontakteinheit kontaktiert werden können.
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Zum Zwecke der Kontaktherstellung ist vorzugsweise eine Steuereinheit vorgesehen, die im Kraftfahrzeug und/oder in der Energieversorgungsstation angeordnet sein kann. Durch die Steuereinheit kann eine Relativposition zwischen der ersten und der zweiten Kontakteinheit erfasst werden, um daraufhin in geeigneter Weise den Stromabnehmer der ersten beziehungsweise der zweiten Kontakteinheit entsprechend zu verfahren. Die Steuereinheit kann darüber hinaus dazu dienen, bei Beendigung des Halts des Kraftfahrzeugs den Stromabnehmer wieder von der elektrischen Kontaktschiene zu trennen und entsprechend zu verfahren, sodass das Kraftfahrzeug für den weiteren bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb freigegeben ist.
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Insgesamt ermöglicht es die Erfindung dadurch, eine Zuführung von elektrischer Ladung zum elektrischen Energiespeicher insbesondere bei Kurzzeithalten des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, ohne dass hierfür zusätzliche manuelle Eingriffe erforderlich wären. Insbesondere kann eine automatische elektrische Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Kontakteinheit hergestellt werden. Bei einem Elektrobus kann beispielsweise vorgesehen, dass das kurzzeitige Herstellen der elektrischen Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Kontakteinheit an das Öffnen beziehungsweise Schließen von Fahrgasttüren gekoppelt ist.
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Es ist also bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug nicht erforderlich, einen permanenten Kontakt zu einer zweiten Kontakteinheit herzustellen, um den bestimmungsgemäßen Betrieb des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Anders als elektrisch betriebene schienengebundene Fahrzeuge kann ein weitgehend freier Betrieb des Kraftfahrzeugs gewährleistet werden, da eine Energiezuführung lediglich im Stillstand des Fahrzeugs erfolgt.
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Darüber hinaus kann das Kraftfahrzeug natürlich einen Range Extender aufweisen, der beispielsweise eine Brennstoffzelle umfasst. Mit der Erfindung ist es also möglich, die Klimaanlage als Modul in geeigneter Weise auf dem Dach des Kraftfahrzeugs anzuordnen und dabei kritische Faktoren der Tragstruktur zu beachten beziehungsweise vereinfacht zu berücksichtigen. Die Erfindung erlaubt es, auf dem Fahrzeugdach einen großen freien Bereich zur Verfügung zu stellen, sodass weitere Elemente, insbesondere auch der elektrische Energiespeicher beziehungsweise Teile hiervon auf dem Fahrzeugdach angeordnet werden können. Dadurch kann das Kraftfahrzeug insgesamt sehr kompakt und zuverlässig ausgebildet sein.
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Mit der Erfindung können ein größerer Bauraum sowie eine erhöhte Flexibilität bei der Anordnung von Einheiten des Kraftfahrzeugs erreicht werden. Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung eine Flexibilitätssteigerung in Bezug auf eine Gewichtsverteilung, Achslasten und dergleichen, wodurch eine Zuladung, insbesondere bei Elektrobussen die maximale Anzahl der Passagiere, verbessert werden kann.
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Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn für die Position der ersten Kontakteinheit am Kraftfahrzeug eine Einheitsposition vorgesehen ist. Die Einheitsposition vereinfacht die Nutzung der Erfindung für den Fahrer, weil er sich bei unterschiedlichen Fahrzeugen nicht auf unterschiedliche Positionen der ersten Kontakteinheit einzustellen braucht. Besonders vorteilhaft ist die erste Kontakteinheit derart angeordnet, dass ein Zugang von Personen und/oder ein Zugriff auf einen Laderaum möglichst wenig behindert ist. Beispielsweise kann bei einem Elektrobus vorgesehen sein, dass für die erste Kontakteinheit eine Position zwischen Türen gewählt ist, zum Beispiel im Bereich einer Vorderachse oder dergleichen. Natürlich ist dann auch die Klimaanlage in diesem Bereich angeordnet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
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1 in schematisch perspektivischer Ansicht einen Elektrobus mit einem auf dem Dach oberhalb einer Fahrerkabine im vorderen Bereich angeordneten nicht dargestellten Stromabnehmer;
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2 den Elektrobus gemäß 1 in einer Draufsicht; und
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3 in einer schematischen Draufsicht einen Elektrobus gemäß der Erfindung.
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1 zeigt in schematisch perspektivischer Darstellung einen Elektrobus 10, der eine nicht weiter dargestellte elektrische Anlage aufweist, die eine elektrische Antriebseinheit 12 für den Elektrobus 10 sowie einen mit der Antriebseinheit 12 elektrisch gekoppelten elektrischen Energiespeicher 14 aufweist, der auf einem Fahrzeugdach 16 des Elektrobusses 10 angeordnet ist. Der elektrische Energiespeicher 14 ist vorliegend als Akkumulator ausgebildet, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, beispielsweise als Blei-Säure-Akkumulator, als Lithium-Ionen-Akkumulator oder dergleichen. Auf dem Fahrzeugdach 16 des Elektrobusses 10 ist ferner eine Klimaanlage 18 angeordnet.
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Im vorderen Bereich oberhalb der Fahrerzelle ist ein Dachstromabnehmer 24 angeordnet, von dem in 1 lediglich ein Aufnahmerahmen 24 dargestellt ist. Der Dachstromabnehmer 24 bildet eine erste Kontakteinheit, die dazu dient, eine in den Fign. nicht weiter dargestellte zweite Kontakteinheit an einer Haltestelle für den Elektrobus 10 zu kontaktieren. Die zweite Kontakteinheit ist vorliegend als Kontaktschiene ausgebildet, die durch Höhenverfahren des Dachstromabnehmers 24 kontaktiert werden kann, wenn der Elektrobus 10 an einer Haltestelle hält.
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Die Haltestelle umfasst zu diesem Zweck eine nicht dargestellte Energieversorgungsstation, die an ein ebenfalls nicht dargestelltes öffentliches Energieversorgungsnetz angeschlossen ist und elektrische Energie über die zweite Kontakteinheit bereitstellt. Zu diesem Zweck ist die zweite Kontakteinheit an der Haltestelle derart angeordnet, dass sie oberhalb des Busses im vorderen Bereich, in dem der Dachstromabnehmer 24 angeordnet ist, positioniert ist. Sobald der Elektrobus 10 an der Haltestelle anhält, kann der Dachstromabnehmer 24 in der Höhe verfahren werden, um die zweite Kontakteinheit beziehungsweise deren Kontaktschienen zu kontaktieren und auf diese Weise elektrische Energie von der Energieversorgungsstation beziehen.
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2 zeigt eine Draufsicht auf den Elektrobus 10 der 1. Dieser Darstellung ist zu entnehmen, dass auf dem Fahrzeugdach 16 des Elektrobusses 10 nicht nur die Klimaanlage 18 angeordnet ist, sondern darüber hinaus auch Nebenaggregate 26 sowie der Akkumulator 14, der den elektrischen Energiespeicher bildet.
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3 zeigt nun in Draufsicht wie 2 einen Elektrobus 30 gemäß der Erfindung, bei dem der Bereich für die Aufnahme des Drehstromabnehmers 24 beim Elektrobus 10 gemäß 2 nunmehr einen freien Bauraum 28 bildet. Die weiteren Aggregate sind auf dem Dach 16 des Elektrobusses 30 im Wesentlichen wie beim Elektrobus 10 gemäß der 1 und 2 angeordnet. Insofern wird diesbezüglich auf die Ausführungen zu den 1 und 2 verwiesen.
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Im Unterschied zum Elektrobus 10 gemäß der 1 und 2 ist bei dem Elektrobus 30 gemäß 3 vorgesehen, dass die Klimaanlage 18 die erste Kontakteinheit 20 aufweist. Zu diesem Zweck sind als erste Kontakteinheit zwei Kontaktschienen 22 vorgesehen, die durch einen Stromabnehmer der zweiten Kontakteinheit der Energieversorgungsstation im Bereich der Haltestelle kontaktiert werden können. Zu diesem Zweck überragen die Kontaktschienen 22 in der Höhe ein Gehäuse der Klimaanlage 18, sodass sie von oben frei zugänglich beziehungsweise kontaktierbar sind. Die Kontaktschienen sind aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildet und in nicht näher bezeichneter Weise elektrisch mit dem Akkumulator 14 gekoppelt.
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Die Klimaanlage 18 weist in einem mittleren Bereich Luftöffnungen 32 auf, durch die warme Abluft abgeführt werden kann. Die Kontaktschienen 22 sind benachbart zu den Luftaustrittsöffnungen angeordnet, sodass während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs die Abführung von Luft, insbesondere Warmluft, nicht behindert ist.
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Im Rahmen eines weiteren Ausführungsbeispiels kann natürlich auch vorgesehen sein, dass anstelle der Kontaktschienen 22 ein Stromabnehmer wie der Dachstromabnehmer 24 beim Elektrobus 10 auf der Klimaanlage 18 angeordnet ist.
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Durch die Integration der ersten Kontakteinheit 20 in die Klimaanlage 18, die sich auf dem Fahrzeugdach 16 des Elektrobusses 30 befindet, kann Bauraum eingespart werden und die Anordnung der Aggregate beziehungsweise Einheiten auf dem Dach 16 flexibilisiert werden. Dadurch kann die Gewichtsverteilung auch in Betracht auf eine Achslast verbessert werden.
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Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend. So können natürlich die Ausgestaltungen der ersten und zweiten Kontakteinheit in vielfältiger Weise realisiert sein, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung darauf, dass eine Ladung des Akkumulators vorzugsweise ausschließlich während des Stillstands des Kraftfahrzeugs erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektrobus
- 12
- Antriebseinheit
- 14
- Energiespeicher (Akkumulator)
- 16
- Fahrzeugdach
- 18
- Klimaanlage
- 20
- Kontakteinheit
- 22
- Kontaktschienen
- 24
- Aufnahmerahmen
- 26
- Nebenaggregate
- 28
- Bauraum
- 30
- Elektrobus (Kraftfahrzeug)
- 32
- Luftöffnungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005008212 A1 [0006]
