DE102016014861A1 - Verfahren, Vorrichtung und Produkt eines Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems - Google Patents

Verfahren, Vorrichtung und Produkt eines Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems Download PDF

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Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Fahrzeug zum Beispiel mit Hybrid-Antrieb (zum Beispiel im Wesentlichen bestehend aus Elektromotor, Fahrbatterie, Brennstoffzelle inklusive System und Tank) durch den Einbau eines Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems und/oder den Einbau und/oder das (Teil-) Ersetzen von mechanischen, elektrischen, elektronischen und signal- und informationstechnischen Systemen und Teilsystemen, Komponenten und Teilkomponenten, Teilen, Bauteilen, Stoffen und Transformation dieser Systeme, Teilsysteme, Teilkomponenten und Komponenten, das Umbauen, Ergänzen und Modifizieren von bestehenden Systemen und Teilsystemen, Komponenten und Teilkomponenten und durch das Einbauen von neuen Systemen und Teilsystemen, Komponenten und Teilkomponenten, Bauteilen und Steuerungssystemen und deren Subsystemen modifiziert. Einen wesentlichen Teil der Erfindung stellt ein System dar, das die aerodynamischen Verhältnisse des mobilen Systems so verändert, dass eine Verzögerung realisiert wird und gleichzeitig Energierückgewinnung mittels Turbinen-Generator-Anordnung realisiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Produkt eines Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems zur mobilen Nutzung und Anwendung, zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Fahrzeuge, zum Beispiel Automobile und leichte Lastwagen nach dem Stand der Technik, haben eine Karosserie, deren Funktion darin besteht, Insassen und zusätzliches Gepäck aufzunehmen und während der Fahrt zu transportieren und zu schützen. Karosserien sind mit zahlreichen mechanischen, elektrischen und strukturellen beziehungsweise tragenden Komponenten verbunden, die in Kombination mit einer Karosserie ein voll funktionsfähiges Fahrzeug bilden. Ein Fahrwerk des Kraftfahrzeugs und ein mit dem Fahrwerk verbundener Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs sorgen für den Vortrieb des Kraftfahrzeuges. Das Fahrwerk mit seinen Antriebswellen und seinen an den Antriebswellen aufgenommenen Rädern überträgt die mechanische Arbeit des Antriebstrangs zumeist rotierend auf die Fahrbahn. Der Vortrieb eines Kraftfahrzeugs ist das Ergebnis einer Relativbewegung und nach Lagrange'scher Betrachtung zwischen der feststehenden Fahrbahn und dem Kraftfahrzeug abhängig einer Beschleunigung und damit der zeitlichen Veränderung der Relativgeschwindigkeit zwischen feststehender Fahrbahn und dem Kraftfahrzeug.
  • Eine erste Hauptkomponente eines konventionellen Antriebstrangs ist ein Antriebsaggregat, in Form eines Verbrennungsmotors mit seinen so genannten Nebenaggregaten wie bspw. Einspritzanlage, Kühlwasserpumpe, Fremdgaseinspritzungsanlage, usw. Auch ein eine thermodynamische Leistung des Verbrennungsmotors steigerndes Aufladeaggregat wie zum Beispiel Abgasturbolader oder mechanisch betriebener Kompressor ist den Nebenaggregaten zuzuordnen. Mit anderen Worten umfasst die erste Hauptkomponente sämtliche zum Betrieb des Verbrennungsmotors notwendigen Aggregate einschließlich des Verbrennungsmotors selbst.
  • Dieser ersten Hauptkomponente sind des Weiteren zuzuordnen Brennstoff /Treib-, Aufbereitungs-, Zündung, - Umwandlungs- und Abführungssysteme beziehungsweise Vorbehandlungs-, Nachbereitungskomponenten wie zum Beispiel Pumpe-Düse-Systeme, Common-Rail, Injektions-Systeme, Abgasrückführ-Komponenten und -Systeme, Abgas-Katalyse-Systeme, Auspuff-Anlage mit Dämpfungs- und Nachreinigungs-Komponenten.
  • Weitere der ersten Hauptkomponente zuzuordnende Bauteile sind Kühlsysteme wie zum Beispiel Motorkühlsysteme (Ladeluftkühler, Wasserkühler, Ölkühler usw.) und zum Beispiel Klima-Anlagen inklusive der Klima-Kühlstoffe für die Belüftung der Fahrgastzelle sowie Heizsysteme für die Innenraum-Beheizung aber auch Motor-Temperatur-Regelung.
  • Damit eine Leistung des Verbrennungsmotors auf die Straße übertragen werden kann, ist die erste Hauptkomponente mit Hilfe einer zweiten Hauptkomponente mit der Antriebswelle verbunden.
  • Die zweite Hauptkomponente umfasst ein Übersetzungsmodul, mit Hilfe dessen es möglich ist, eine Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu übersetzen und auf die Antriebswelle zu übertragen. Dabei kann die zweite Hauptkomponente in Form eines Schaltgetriebes mit einer Kupplung oder in Form eines Automatikgetriebes mit einem entsprechenden Wandler ausgebildet sein.
  • Eine dritte Hauptkomponente, das Fahrwerk, weist die Antriebswelle oder, je nach Antriebsart mehrere Antriebswellen und ein Übertragungsmodul auf. Das Übertragungsmodul bildet sämtliche Bauteile, welche notwendig sind eine Ausgangswelle der zweiten Hauptkomponente mit der Antriebswelle zu verbinden. Dazu gehören bspw. Achsgetriebe, Radlager, Feder-Dämpfer-Systeme, Hinterachsträger, Integralträger, usw. Weitere Fahrwerkkomponenten sind zum Beispiel Federungssysteme, Dämpfungssysteme, Radaufhängung und -Lagerung, Räder, Reifen und Lenkung. Aktuelle Fahrzeuge sind mit elektrohydraulischen Lenkverstärkungskomponenten ausgerüstet.
  • Der dritten Hauptkomponenten ebenfalls zugeordnet sind Bremssysteme zuzüglich der Assistenzsysteme wie zum Beispiel Antiblockiersysteme oder auch Einzelrad-Beschleunigungssysteme zur optimalen Drehmomentverteilung.
  • Eine vierte Hauptkomponente sind sämtliche Hilfs-, Betriebs- und Schmierstoffe, welche zum Betrieb der übrigen Hauptkomponenten notwendig sind. Es sind bekannt die Reinigungskomponenten wie zum Beispiel Scheibenreinigungsanlagen inklusive ihrer Betriebs- und Hilfsstoffe.
  • Eine fünfte Hauptkomponente ist als Motor- und Fahrzeugsteuermodul ausgebildet und umfasst sämtliche zur Motor- und Fahrzeugsteuerung benötigten Komponenten zusätzlich der benötigten Hard - und Software zur Informationsverarbeitung und -weiterleitung (Can-Bus).
  • Energiewandler in Form technischer insbesondere elektrochemischer Systeme wie bspw. Brennstoffzellen, Stromabnehmer in galvanischen Zellen, Elektrolyseure und Batterien sind ebenfalls bekannt.
  • Weiterhin bekannt sind Elektromotoren unterschiedlichster Bauarten inklusive ihrer Bestromung, Inverter-Technologien, die Gleich- in Wechselstrom umwandeln, Transformatoren wie zum Beispiel Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, Steuergeräte für unterschiedliche Steuerapplikationen inklusive Regelungsfunktionen, Sensoren für herkömmliche Fahrzeuge mit unterschiedlichen Anwendungsspektren. All das ist bereits entwickelt und in Anwendung für Bordstromversorgung (zum Beispiel 12 Volt und 24 Volt) in Fahrzeugen aber auch für höher bis Hoch-Volt-Anwendung wie zum Beispiel für elektrische Antriebskomponenten von Fahrzeugen.
  • Elektrisch betriebene Fahrzeuge weisen wenigstens einen Elektromotor zum Antrieb von wenigstens einem Antriebsrad des Fahrzeugs auf. Die für den Antrieb des wenigstens eines Elektromotors erforderliche elektrische Energie kann hierbei auf unterschiedlichen Wegen bereitgestellt werden. So sind beispielsweise Fahrzeuge bekannt, bei denen die elektrische Energie mit Hilfe einer Batterie (eines Akkumulators) bereitgestellt wird und solche, bei denen die elektrische Energie mit Hilfe einer Brennstoffzelle bereitgestellt wird.
  • Da bei einem Betrieb eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs Betriebszustände mit ganz unterschiedlichen Anforderungen in Bezug auf die benötigte oder auch rückgewinnbare elektrische Energie gegeben sein können (zum Beispiel konstante Fahrt, geringe, mittlere oder starke positive oder negative Beschleunigungen), sind weiter elektrisch betriebene Fahrzeuge bekannt, die zwei Stromversorgungsquellen aufweisen, mit Hilfe derer unterschiedlichen Betriebszuständen besser gerecht werden kann, als dies mit nur einer Stromversorgungsquelle der Fall ist.
  • Es sind auch Fahrzeuge und mobile Systeme bekannt, die mit einer Brennstoffzelle und einer Batterie als Energiewandler ausgerüstet sind. Der Triebstrang besteht aus mindestens einem Elektromotor, aus mindestens einem Getriebe, aus mindestens einer Leistungselektrik, aus mindestens einer Leistungselektronik, aus mindestens einer Steuerungselektronik und aus mindestens einem Hochdruck-Tanksystem und konventionellen Bauteilen.
  • Es sind auch Fahrzeuge und mobile Systeme bekannt, die mit mindestens einem Verbrennungsmotor und mindestens einem Treibstoff-Behältnis, das gasförmigen Treibstoff beinhaltet, ausgestattet sind.
  • Konventionelle Fahrzeuge werden in der Regel von Verbrennungsmotoren angetrieben, die bei der Verbrennung des Treibstoff-Luft-Gemischs Kohlenstoffdioxid (CO2) freisetzen, und verfügen kaum über Energierückgewinnungssysteme neben der Lichtmaschine, die einen Teil der Energie aus der Verbrennung des Treibstoff-Luft-Gemischs in nutzbare Bordnetzenergie wandelt. Der elektrische Strom für das Bordnetz wird bei diesen Fahrzeugen mittels einer vom Verbrennungsmotor betriebenen Lichtmaschine erzeugt und in einem Akkumulator zwischengespeichert.
  • Bremssysteme mit Rekuperation sind eine Möglichkeit bei Fahrzeugen mit Verbrennungsantrieb, Hybridantrieb oder reinem Elektroantrieb teilweise die kinetische Energie des Fahrzeugs während der Bremsvorgänge in elektrische Energie zu wandeln und zum Beispiel dem Bordnetz zur Verfügung zu stellen. Diese Energie kann gegebenenfalls bei vorhandenem Elektroantrieb auch zum Antrieb genutzt werden. Je nach Antriebsart des Fahrzeugs wird die Energie im Fahrzeug aus fossilen Quellen und/oder nicht-fossilen Quellen bereitgestellt. Nicht-fossile und zugleich emissionsfreie - mit Ausnahme von Schall - Energiequellen zumindest in ihrer Nutzung und Anwendung sind zum Beispiel Sonneneinstrahlung, Windströmung, Wasserströmung.
  • Es sind mobile Anwendungen bekannt, die über eine Änderung der aerodynamischen Verhältnisse des Fahrzeugs verzögert werden. So werden zum Beispiel einige Fahrzeuge auch durch das Auslösen von mindestens einem Bremsfallschirm abgebremst.
  • DE102008048129A1 beschreibt einen Flugkörper mit mindestens einem Fallschirm: „Ein Flugkörper mit zumindest einem Bremsfallschirm (2), wobei der Flugkörper (1; 1') mit zumindest einer Befestigungsvorrichtung (3; 3', 3“) für den Bremsfallschirm (2) versehen ist und wobei zwischen der Befestigungsvorrichtung (3; 3', 3") und dem Bremsfallschirm (2) eine Zugleine (4) vorgesehen ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Befestigungsvorrichtung (3; 3', 3") derart am Flugkörper (1; 1') angebracht ist, dass eine im entfalteten Zustand des von Luft angeströmten Bremsfallschirms (2) von der Zugleine (4) gebildete gerade Linie in ihrer gedachten Verlängerung (G) durch den Schwerpunkt (S) des Flugkörpers (1; 1') verläuft."
  • DE102006045746B4 zu einer Bremsvorrichtung in einem Fahrzeug: „Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend: jeweils einen Bremshebel (2, 2) für eine Vorderradbremse (4) und eine Hinterradbremse (4) zum Ausüben einer Bremskraft auf das jeweils entsprechende Vorder- oder Hinterrad des Fahrzeugs; und eine Steuereinheit (20) zum Steuern einer kombinierten Bremsung entsprechend einer Eingabe von dem Bremshebel (2) eines Rads durch Aktivieren der Radbremse (4) für das andere Rad, wobei die Bremsvorrichtung ferner umfasst: Schlupfdetektionsmittel (31) zum Ermitteln eines Schlupfzustands jedes Rades, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit bei Bremsung nur einer der Vorder- oder Hinterradbremse (4) durch den jeweiligen Bremshebel (2) erst dann, wenn die Schlupfdetektionsmittel (31) ein Überschreiten eines Schlupf-Grenzwertes für das gebremste Rad feststellen, eine kombinierte Aktivierung der Radbremse (4) für das andere Rad einleitet.“
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems, das mindestens einen Teil der bei negativer Beschleunigung des Systems, zum Beispiel Fahrzeugs, freiwerdenden Energie wandelt und nutzt. Zusätzlich kann das System zur negativen Beschleunigung des Systems, zum Beispiel Fahrzeugs, zur Wandlung und Nutzung mindestens eines Teils der potentiellen Energie bei zum Beispiel Bergabfahrt eingesetzt werden.
  • Mit anderen Worten wird ein System zur Wandlung und Nutzung der Energie dargestellt, die normalerweise zumindest zu einem Teil in Form von Wärme ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird, zum Beispiel beim mindestens teilmechanischen (zum Beispiel mit Festkörperreibung behafteten) Bremsen des zum Beispiel Fahrzeugs bei Bergabfahrt oder bei jedem weiteren Bremsvorgang. Zusätzlich entsteht beim (teil-)mechanischen Bremsen auch Abrieb und damit Emission.
  • Das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems wandelt damit einen Teil der kinetischen Energie eines über freiwerdende oder frei verfügbare Energie verfügenden Systems und/oder einen Teil der potentiellen Energie des selben Systems, das über freiwerdende oder frei verfügbare potentielle Energie verfügt.
  • Die Energie wird mithilfe eines Systems gewandelt und genutzt, das aus mindestens einer Turbine, mindestens einem Generator, mindestens einer Leistungselektronik gemäß Stand der Technik besteht. Zusätzlich kann das System mindestens eine Regel-/Steuerungseinheit beinhalten.
  • Zusätzlich kann das System einen Mechanismus beinhalten, der mindestens die energiewandelnde Komponente, zum Beispiel Turbine mit zum Beispiel Turbinenrad, in eine Strömung befördert und auch wieder aus der Strömung befördert.
  • Bei zum Beispiel Bergabfahrt eines Systems mit einem System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems, zum Beispiel ein Fahrzeug, wird ein Teil der negativen Beschleunigung des Fahrzeugs durch eine Erhöhung des Strömungswiderstands, zum Beispiel Luftwiderstandes, des Fahrzeugs realisiert. Hierzu wird der Mechanismus aktiviert, der die energiewandelnde Komponente, zum Beispiel Turbine der Umgebungsströmung entgegenstellt. Damit wird die angeströmte Fläche des Fahrzeugs vergrößert. Zusätzlich kann weitere notwendige negative Beschleunigung realisiert werden, zum Beispiel mittels Radbremsen und/oder Ausnutzung der Trägheit der bewegten Motor- und Getriebemassen, Reibung der bewegten Teile usw., auch bekannt als „Motorbremse“, mit oder ohne zusätzlicher Stauwirkung und/oder Retardereinheiten unterschiedlicher physikalischer Wirkprinzipien.
  • Auch bei zum Beispiel Bremsvorgängen eines Systems mit System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems, zum Beispiel eines Fahrzeugs, wird das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems so aktiviert, dass ein Teil der Bremswirkung durch die Vergrößerung der angeströmten Fläche des Fahrzeugs mittels Aktivierung des Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems realisiert wird. Damit wird beim Bremsvorgang beziehungsweise bei Fahrt mit negativer Beschleunigung ein Teil der Bremsenergie mit Hilfe des Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems nicht vollständig in Wärme dissipiert sondern über Antrieb von zum Beispiel Turbinen und Generatoren wieder in nutzbar gemacht.
  • Dies kann auch zum Beispiel bei Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit auf Gefälle beziehungsweise Bergabfahrt als ein System zur Konstanthaltung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs alleine und/oder im Verbund mit mindestens einer anderen Bremsart, zum Beispiel Motorbremse, dienen.
  • Mit anderen Worten kann das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems mindestens einen Teil der Bremsenergie eines zum Beispiel Fahrzeugs darstellen und einen Teil dieser in Nutzenergie wandeln.
  • In Figur (Fig.) 1 ist die Erfindung in einer Prinzipdarstellung am Beispiel einer mobilen Anwendung, zum Beispiel Personenkraftwagen (2), dargestellt mit einem Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Sekundärbatterie (Akkumulator) (3), einer Antriebseinheit mit Bremssystem, zum Beispiel Scheibenbremse und/oder Rekuperationsbremse (7), einem Energiewandler, zum Beispiel Elektromotor (4), mit einem weiteren Energiewandlersystem, zum Beispiel mit Brennstoffzelle (5), einem System zur Positionsbestimmung und Vorausplanung des Streckenverlaufs, zum Beispiel Navigationssystem beziehungsweise Global Positioning System (GPS) (9), Regel-/Steuerungseinheit inklusive Regel-/Steuerungsprogramm (8), einem pneumatisch adjustierbaren System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) mit einem Generator (15) und weiteren Bordsystemen (6).
  • In 2 ist in einer Prinzipdarstellung eine beispielhafte Vorderansicht eines Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) dargestellt. Das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) ist zum Beispiel an einer Fahrzeugkomponente, zum Beispiel Dach (12), des Fahrzeugs arrangiert und adjustierbar, zum Beispiel absenkbar und ausfahrbar mittels Vorrichtung zum Adjustieren, zum Beispiel Pneumatikzylinder (13). Das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) verfügt zum Beispiel über einen Raum zum Versenken (14). Das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) verfügt über Strömungskanäle (11) und in diesem Beispiel über drei Windturbinen (10), die in der Prinzipdarstellung als Turbinenräder mit jeweils zwölf Rotorblättern dargestellt sind.
  • Ein Energiewandler, zum Beispiel Elektromotor (4), stellt mechanische Energie für zum Beispiel mindestens eine Antriebseinheit mit Bremssystem, zum Beispiel Scheibenbremse und/oder Rekuperationsbremse (7), zum Vortrieb des Fahrzeugs bereit, zum Beispiel mittels elektrischer Energie, die zum Beispiel von einem Energiewandlersystem, zum Beispiel mit Brennstoffzelle (5), bereitgestellt wird.
  • Eine Antriebseinheit mit Bremssystem, zum Beispiel Scheibenbremse und/oder Rekuperationsbremse (7), ist in der Lage die mobile Anwendung, zum Beispiel Personenkraftwagen (2), zum Beispiel mechanisch und/oder elektromagnetisch zu verzögern. Ein System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) kann die mobile Anwendung, zum Beispiel Personenkraftwagen (2), ebenfalls verzögern und dabei kinetische und/oder potentielle Energie des Fahrzeugs in zum Beispiel elektrische Energie wandeln.
  • Ein zusätzliches Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Sekundärbatterie (Akkumulator) (3), mit Regel-/Steuerungssystem, kann die nicht benötigte Energie mindestens kurzzeitig Zwischenspeichern. Das Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Sekundärbatterie (Akkumulator) (3), kann die Energie des Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) Zwischenspeichern.
  • Das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) ist zum Beispiel an einer Fahrzeugkomponente, zum Beispiel Dach (12), arrangiert und zum Beispiel adjustierbar. Es beeinflusst bei der Fahrt ohne negative Beschleunigung die Aerodynamik des Fahrzeugs nur unwesentlich, weil es zum Beispiel vollständig zum Beispiel durch eine Öffnung in einem Raum zum Versenken (14) abgesenkt und verstaut werden kann.
  • Das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) ist ausgestattet mit zum Beispiel Strömungskanälen (11), deren Eintrittsöffnungen zum Beispiel in Fahrtrichtung liegen, mit zum Beispiel Windturbinen (10), die im aktivierten Zustand vom Fahrtwind angeströmt und so in Rotation versetzt werden.
  • Das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) kann über eine Adjustierbarkeit seiner Bauteile, Komponenten und Subsysteme vor allem bzgl. Strömungsquerschnitt von Eintritt und/oder Austritt und/oder Strömungskanalquerschnitt über Strömungskanallänge und/oder Antsrömzeit und/oder Anströmlänge und/oder Abströmlänge und/oder Rotoren der Turbine(n), zum Beispiel Anströmwinkel (variable Turbinenschaufeln) verfügen.
  • Durch die Rotation der in dem System verbauten zum Beispiel Windturbinen (10) wird eine Energierückgewinnung ermöglicht, zum Beispiel mittels mindestens eines Generators (15). Ein Teil dieser Energie wird zum Beispiel in einem Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Sekundärbatterie (Akkumulator) (3), zwischengespeichert.
  • Die zurückgewonnene und/oder gewandelte Energie aus zum Beispiel CO2-neutraler Windenergie und in einem Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Sekundärbatterie (Akkumulator) (3), zwischengespeicherte Energie kann direkt oder zu einem späteren Zeitpunkt zur Nutzung im Bordnetz und/oder zum Einspeisen in weitere Netze verwendet werden.
  • Ein System zur Positionsbestimmung und Vorausplanung des Streckenverlaufs, zum Beispiel Navigationssystem beziehungsweise Global Positioning System (GPS) (9), wird dazu verwendet die Position der mobilen Anwendung, zum Beispiel Personenkraftwagen (2), und den wahrscheinlichen weiteren Verlauf der Fahrt zu festzulegen. Mit Hilfe mindestens einer Regel-/Steuerungseinheit inklusive Regel-/Steuerungsprogramm (8) kann die situationsgerechte Nutzung des Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) gesteigert werden. Oder aber das Regel-/Steuerungsprogramm kann direkt in eines der Fahrzeugsteuerungsprogramme integriert werden. So kann die CO2-Neutralität der Energiebereitstellung und -nutzung verbessert werden.
  • In Fahrphasen der positiven Beschleunigung der mobilen Anwendung, zum Beispiel Personenkraftwagen (2), wird das adjustierbare System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) in der Regel nicht aktiviert.
  • Das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) wird vor allem beim Bremsen und/oder zum Beibehalten der Geschwindigkeit während einer Fahrt auf Gefälle aktiviert.
  • Vorteilhafterweise kann die Verzögerungswirkung des Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) zusätzlich mittels mindestens eines herkömmlichen Bremssystems einer Antriebseinheit mit Bremssystem, zum Beispiel Scheibenbremse und/oder Rekuperationsbremse (7), ergänzt werden, sodass das Fahrzeug abgebremst werden kann.
  • Vorteilhafterweise wird die situationsbedingt benötigte Verzögerungswirkung des Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) von einer Regel-/Steuerungseinheit inklusive Regel-/Steuerungsprogramm (8) berechnet und abgeglichen mit der für das Gesamtsystem Fahrzeug notwendigen Verzögerung.
  • Vorteilhafterweise ist ein solches System für alle mobilen Anwendungen anwendbar.
  • Vorteilhafterweise kann das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) auch bei Fahrten mit aktivierter Geschwindigkeitsregelanlage nach Stand der Technik genutzt werden.
  • Bei jedem Verzögerungsvorgang kann ein Teil der freiwerdenden kinetischen und/oder potentiellen Energie mit Hilfe des Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) in Nutzenergie gewandelt werden und für das Bordnetz und/oder in weiteren Netzen durch zum Beispiel Einspeisung genutzt werden.
  • Der Großteil dieser Energie, die aus potentieller und/oder kinetischer Energie bestehen kann, würde ohne ein System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) in Wärme umgewandelt und dissipiert werden.
  • Zusätzlich würden Bauteile, die zur Wandlung dieser Energie in Wärme eingesetzt werden, höhere Beanspruchung mindestens während der Wandlungsphasen erfahren, zum Beispiel wären dies Bremsscheiben und Bremsbeläge, die erhöhte thermomechanische Beanspruchung bei Vorgängen der negativen Beschleunigung und/oder Bergabfahrten beziehungsweise bei Fahrten mit Beschleunigung zum Erdmittelpunkt erführen.
  • Das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) kann vom Fahrer jederzeit deaktiviert werden.
  • In Kick-Down-Fahrzyklen wird das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) nicht aktiviert und/oder deaktiviert.
  • Zum Beispiel auch in Systemen mit Distanzerkennung kann das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems (1) integriert werden.
  • Die rückgewonnene Energie wird entweder direkt dem Bordnetz zur Verfügung gestellt oder in mindestens einem Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Sekundärbatterie (Akkumulator) (3), zum Beispiel Akkumulator, zwischengespeichert.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Produkt eines Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems darzustellen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein bereits existierendes System damit ausgerüstet werden kann. Genauso wie dass ein neues System mit diesen Attributen aufgebaut werden kann.
  • Ein signifikanter Vorteil dieses Verfahrens, dieser Vorrichtung und dieses Produkts ist, dass durch die zusätzliche Nutzung von zur Verfügung stehender Energie alternative Marktprodukte in der Sparte der Energiebereitstellungs- und -wandlungssysteme zu einer validen Alternative gegenüber heute etablierten Konkurrenzprodukten dargestellt werden können. Signifikantester Vorteil ist die Annahme der damit CO2-neutralen Produkte durch den Nutzer/Anwender.
  • Ein Vorteil ist, dass zum Beispiel die Lichtmaschine eines Bordnetzsystems bei zum Beispiel Fahrzeugen kleiner dimensioniert werden kann, da die Fahrzeugbatterie (Akkumulator) mit Hilfe des Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems zusätzlich geladen wird.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass Komponenten eines zum Beispiel Fahrzeugs, die zur Verzögerung des Fahrzeugs verwendet werden, kleiner dimensioniert werden können, da durch das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems ein Teil der Verzögerungswirkung realisiert wird.
  • Ein weiterer signifikanter Vorteil ist, dass erneuerbare Energien genutzt werden und somit nahezu jede Fahrt bei negativer Beschleunigung und/oder Bergabfahrt zu zusätzlicher Energieerzeugung genutzt werden kann.
  • Emissionen wie zum Beispiel Partikel und Staub werden reduziert, da die Bauteile zum Beispiel mechanischer Systemkomponenten (zum Beispiel Bremsanlage) kleiner dimensioniert werden können und/oder weniger betätigt werden müssen, um das Fahrzeug abzubremsen (beziehungsweise negativ zu beschleunigen), da ein Teil der Bremswirkung durch das System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems realisiert wird.
  • Systeme zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems können in Größe und Gestalt vielfach gestaltet sein und damit zum Beispiel individuell an Fahrzeugarten, -typen und Leistungsklassen und auch Formen angepasst werden.
  • Somit ist eine technische Lösung angegeben für ein System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems.
  • Mit anderen Worten wird die genannte Aufgabe gelöst durch den Einbau eines Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems und/oder (Teil-) Ersetzen von mechanischen, elektrischen, elektronischen und Signal- und Informationstechnischen Systemen und Teilsystemen, Komponenten und Teilkomponenten, Teilen, Bauteilen, Stoffen und Transformation dieser Systeme, Teilsysteme, Teilkomponenten und Komponenten, das Umbauen, Ergänzen und Modifizieren von bestehenden Systemen und Teilsystemen, Komponenten und Teilkomponenten und durch das Einbauen von neuen Systemen und Teilsystemen, Komponenten und Teilkomponenten, Bauteilen und Steuerungssystemen und deren Subsystemen.
    • 1 in einer Prinzipdarstellung ist ein beispielhafter Aufbau des Systems an einem Pkw abgebildet.
    • 2 in einer Prinzipdarstellung ist ein möglicher Aufbau der Vorrichtung mit Windturbinen abgebildet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    System zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie
    2
    Mobile Anwendung, zum Beispiel Personenkraftwagen
    3
    Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Sekundärbatterie (Akkumulator)
    4
    Energiewandler, zum Beispiel Elektromotor
    5
    Energiewandlersystem, zum Beispiel mit Brennstoffzelle
    6
    Bordsysteme
    7
    Antriebseinheit mit Bremssystem, zum Beispiel Scheibenbremse und/oder Rekuperationsbremse
    8
    Regel-/Steuerungseinheit inklusive Regel-/Steuerungsprogramm
    9
    System zur Positionsbestimmung und Vorausplanung des Streckenverlaufs, zum Beispiel Navigationssystem beziehungsweise Global Positioning System (GPS)
    10
    Windturbine
    11
    Strömungskanal
    12
    Fahrzeugkomponente, zum Beispiel Dach
    13
    Vorrichtung zum Adjustieren, zum Beispiel Pneumatikzylinder
    14
    Raum zum Versenken
    15
    Generator
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008048129 A1 [0021]
    • DE 102006045746 B4 [0022]

Claims (13)

  1. Verfahren, Vorrichtung und Produkt eines Systems zur Wandlung und Nutzung von potentieller und/oder kinetischer Energie zur Steigerung der Energieeffizienz eines mobilen Systems, dadurch gekennzeichnet, dass das System mit Hilfe eines aerodynamischen Systems kinetische Energie und/oder potentielle Energie in nutzbare Energie wandelt.
  2. Verfahren, Vorrichtung und Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Teil der potentiellen in kinetische Energie gewandelten Energie in elektrische Nutzenergie wandelt.
  3. Verfahren, Vorrichtung und Produkt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das System aus einem Turbinen-Generator-System besteht.
  4. Verfahren, Vorrichtung und Produkt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Turbine und mindestens ein Generator die Strömungsenergie in Nutzenergie wandeln.
  5. Verfahren, Vorrichtung und Produkt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Aktivierung des Systems erhöhter Strömungswiderstand entsteht.
  6. Verfahren, Vorrichtung und Produkt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Nutzenergie in mobilen Anwendungen direkt aus CO2-neutralen Energieformen zur Verfügung gestellt wird.
  7. Verfahren, Vorrichtung und Produkt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Windenergie im Bordnetz direkt und/oder über Zwischenspeichersysteme zeitverzögert verwendet werden kann.
  8. Verfahren, Vorrichtung und Produkt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Adjustierbarkeit des Systems und seiner Bauteile, Komponenten und Subsysteme realisierbar ist durch vor allem: ■ Strömungsquerschnitt Eintritt und/oder Austritt und/oder ■ Strömungskanalquerschnitt über Strömungskanallänge und/oder ■ Antsrömzeit und/oder Anströmlänge und/oder Abströmlänge und/oder ■ Rotoren der Turbine(n), zum Beispiel Anströmwinkel (variable Turbinenschaufeln)
  9. Verfahren, Vorrichtung und Produkt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System mindestens ein Regel-/Steuerungsprogramm umfasst.
  10. Verfahren, Vorrichtung und Produkt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System mit Daten eines Systems zur Positionsbestimmung und zur Festlegung des weiteren Fahrtverlaufs gekoppelt werden kann.
  11. Verfahren, Vorrichtung und Produkt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Regel-/Steuerungsprogramm Routinen für alle betriebsrelevanten Situationen hinterlegt sind.
  12. Verfahren, Vorrichtung und Produkt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es im nicht aktivierten Zustand die Aerodynamik der Anwendung nicht wesentlich beeinträchtigt.
  13. Verfahren, Vorrichtung und Produkt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System in neue und/ oder bereits bestehende (Markt-)Produkte eingebaut werden kann.
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CN110001409A (zh) * 2019-04-02 2019-07-12 广州新博士科技研究有限公司 一种光伏板风阻可调的新能源汽车
FR3091518A1 (fr) * 2019-01-08 2020-07-10 Safran Aircraft Engines Atterrisseur d’aéronef comprenant une turbine montée à l’avant d’une jambe de l’atterrisseur

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DE102008048129A1 (de) 2008-09-20 2010-04-22 Lfk-Lenkflugkörpersysteme Gmbh Flugkörper mit zumindest einem Bremsfallschirm sowie Befestigungsvorrichtung zur Befestigung eines Bremsfallschirms an einem Flugkörper
DE102006045746B4 (de) 2005-09-30 2014-02-27 Honda Motor Co., Ltd. Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug

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