DE102018128448A1 - Kraftfahrzeug zum Laden eines Elektromobils - Google Patents

Kraftfahrzeug zum Laden eines Elektromobils Download PDF

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Abstract

Kraftfahrzeug mit einem zumindest teilweise elektrifizierten Antriebsstrang, der eine Steuereinheit und eine als elektrischen Generator betreibbare elektrische Maschine in einem elektrischen Bordnetz umfasst, wobei das Kraftfahrzeug eine Fixiervorrichtung umfasst, die Fixiervorrichtung dazu eingerichtet ist, ein Elektromobil in oder an dem Kraftfahrzeug zu befestigen, die Fixiervorrichtung eine elektrische Ladeschnittstelle aufweist, die Fixiervorrichtung dazu eingerichtet ist, über die elektrische Ladeschnittstelle eine elektrische Ladeverbindung mit dem Elektromobil herzustellen, wenn das Elektromobil in oder an dem Kraftfahrzeug befestigt ist, die elektrische Ladeschnittstelle dazu eingerichtet ist, das Elektromobil mit elektrischer Ladeleistung zu versorgen, wenn das Elektromobil in oder an dem Kraftfahrzeug befestigt ist, und die Steuereinheit eingerichtet ist, die elektrische Maschine als elektrischen Generator zu betreiben, um die elektrische Ladeschnittstelle über ein elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Ladeleistung zu speisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem zumindest teilweise elektrifizierten Antriebsstrang, der eine Steuereinheit und eine als elektrischen Generator betreibbare elektrische Maschine in einem elektrischen Bordnetz umfasst, sowie ein Verfahren für ein solches Kraftfahrzeug.
  • Weiterhin sind nach dem Stand der Technik Kraftfahrzeuge bekannt, die einen zumindest teilweise elektrifizierten Antriebsstrang aufweisen. Die Bandbreite solcher Fahrzeuge reicht von Micro-Hybrid-Fahrzeugen bis zu vollelektrischen Fahrzeugen. Solche Fahrzeuge weisen im elektrischen Bordnetz üblicherweise eine elektrische Maschine auf, die ein elektrischer Generator ist oder als elektrischer Generator betreibbar ist, sowie eine Steuereinheit oder ein Steuergerät, mit dem die elektrische Maschine gesteuert oder geregelt wird.
  • Nach dem Stand der Technik, siehe Dokument DE 20 2012 006 053 U1 , ist ein mobiles Ladegerät für ein Kraftfahrzeug mit einer Lichtmaschine, einem Generator und einer Batterie bekannt. Es wird das Ladegerät aus dem Kraftfahrzeug-Bordnetz gespeist. Mit dem Ladegerät können etwa elektrische Energiespeicher von Elektromobilen wie E-Bikes oder Pedelecs geladen werden.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Kraftfahrzeug mit einem zumindest teilweise elektrifizierten Antriebsstrang, der eine Steuereinheit und einen elektrischen Generator oder eine als elektrischer Generator betreibbare elektrische Maschine in einem elektrischen Bordnetz umfasst, sowie ein Verfahren für ein solches verbessertes Kraftfahrzeug anzugeben.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 5. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Kraftfahrzeug eine Fixiervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Elektromobil in oder an dem Kraftfahrzeug zu befestigen, und die eine elektrische Ladeschnittstelle aufweist. Dabei ist die Fixiervorrichtung auch dazu eingerichtet, über die elektrische Ladeschnittstelle eine elektrische Ladeverbindung mit dem Elektromobil herzustellen, wenn das Elektromobil in oder an dem Kraftfahrzeug befestigt ist, wobei das Elektromobil dann über die elektrische Ladeschnittstelle mit elektrischer Ladeleistung versorgt werden kann. Gemäß der Erfindung ist die Steuereinheit eingerichtet, die elektrische Maschine als elektrischen Generator zu betreiben, um die elektrische Ladeschnittstelle über das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit der elektrischen Ladeleistung zu speisen.
  • Auf diese Weise kann erreicht werden, dass das Elektromobil während des Betriebs des Kraftfahrzeugs geladen werden kann. So kann an einem Zielort das Elektromobil von dem Kraftfahrzeug gelöst werden, um die Fahrt mit dem Elektromobil fortzusetzen, z.B. als Fahrzeug für die „letzte Meile“. Die Erfindung leistet also einen Beitrag zur multimodalen Mobilität. Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei der als elektrischer Generator betreibbaren elektrischen Maschine auch um einen Maschinentyp handeln kann, der einen einfachen elektrischen Generator darstellt und also nicht auch etwa als elektrische Antriebsmaschine betrieben werden kann.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Fixiervorrichtung in einem Kofferraum des Kraftfahrzeugs befindlich und als eine Vorrichtung zum Klipsen, Einschnappen oder Einrasten ausgeführt, um das Elektromobil in dem Kraftfahrzeug zu befestigen. Das Klipsen, Einschnappen oder Einrasten kann etwa an Rahmenteilen des Elektromobils erfolgen. Bei dem Klipsen, Einschnappen oder Einrasten wird zudem eine elektrische Verbindung zwischen der Fixiervorrichtung und dem Elektromobil hergestellt, die als Ladeverbindung genutzt werden kann. Die Ladeverbindung kann etwa über Pins der Ladeschnittstelle und Gegenpins des Elektromobils oder Gegenpins eines Akkus des Elektromobils ausgeführt sein, die beim Klipsen, Einschnappen oder Einrasten schlüssig zueinander kontaktiert werden.
  • Das Elektromobil kann also, um es in oder mit dem Kraftfahrzeug mitzuführen, durch Klipsen bzw. Klemmen befestigt werden. Dies ist für den Nutzer einerseits einfach in der Handhabung, andererseits ist das Elektromobil bei Kurvenfahrten, Brems- und Beschleunigungsvorgängen sicher verstaut.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die elektrische Maschine in Schubphasen des Kraftfahrzeugs oder in Bremsphasen des Kraftfahrzeugs als elektrischen Generator zu betreiben, um die elektrische Ladeschnittstelle über ein elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Ladeleistung zu speisen.
  • Dann wird das Elektromobil in den Fahrphasen des Kraftfahrzeugs geladen, wenn dieses kinetische Energie abbaut. Wird die elektrische Maschine in diesen Fahrphasen als elektrischer Generator genutzt, d.h. elektrische Leistung durch das Schleppmoment abgegriffen, was auch als Rekuperation bezeichnet wird, kann das Elektromobil gezielt aus rückgewonnener Leistung des Kraftfahrzeugs, welche andernfalls Verlustleistung etwa durch Wärme wäre, geladen werden. Ein ausschließlich durch Rekuperation geladenes Elektromobil ist also lokal klimaneutral.
  • Das gezielte Laden des Elektromobils kann ohne Beschränkung der Allgemeinheit bei einem Micro-Hybrid-Fahrzeug durch Erhöhung des Erregerstroms des elektrischen Generators erfolgen, sobald der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs durch die kinetische Energie des Fahrzeugs geschleppt wird. Bei einem vollelektrischen Fahrzeug mit einer Hochvoltbatterie und einer elektrischen Antriebsmaschine wird die idR dreiphasige Rekuperationsspannung gleichgerichtet und in ein Hochvoltbordnetz des Fahrzeugs eingespeist. Über einen Gleichstromsteller kann die Fixiervorrichtung mit Ladespannung geeigneter Spannungslage versorgt werden.
  • Die Ladeschnittstelle der Fixiervorrichtung wird von dem elektrischen Generator über das Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Gleichspannung gespeist. Die Fixiervorrichtung ist an dieses Bordnetz also auch angebunden. Dazu wird die von der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine abgegebene Wechselspannung gleichgerichtet und über das Bordnetz zur Fixiervorrichtung geführt. Je nach Spannungslage des Bordnetzes kann die Spannung zum Laden des Elektromobils über einen zusätzlichen Gleichstromsteller, der Bestandteil der Fixiervorrichtung sein kann, auf eine bestimmte Ladespannung für das Elektromobil gebracht werden.
  • Das System, bestehend aus dem Kraftfahrzeug und dem Elektromobil, ist bevorzugt so gestaltet, dass es sich bei dem Elektromobil um ein elektrisches Klapp-Fahrrad, elektrisches Kompakt-Fahrrad, einen elektrischen Tretroller oder um einen elektrischen Cityroller handelt. Solche Mobile sind recht leicht und können im Kofferraum eines gängigen Pkw untergebracht werden. Diese Mobile weisen jeweils einen Elektromotor und einen Akku auf, der meist als elektrochemischer Energiespeicher ausgeführt ist. Das Laden des Elektromobils ist gleichbedeutend mit dem Laden des Akkus des Mobils.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für das Kraftfahrzeug oder für das System wird die elektrische Maschine von der Steuereinheit in Schubphasen des Kraftfahrzeugs oder in Bremsphasen des Kraftfahrzeugs als elektrischer Generator betrieben, um die elektrische Ladeschnittstelle über das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Ladeleistung zu speisen.
  • So kann erreicht werden, dass das Elektromobil ausschließlich durch Rekuperationsleistung geladen wird und am Zielort des Kraftfahrzeug als lokal emissionsfreies, elektrisches Mobil zur Verfügung steht.
  • Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:
    • Ausgegangen wird vom Laden eines bevorzugt einspurigen Elektromobils wie einem Elektro-Klappfahrrad oder einem Elektro-Tretroller. Deren Akkus können nach dem Stand der Technik am stationären Stromnetz geladen werden. Nach dieser Erfindung wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, das selbst einen zumindest teilelektrifizierten Antriebsstrang aufweist. In dem Fahrzeug befindet sich eine Fixiervorrichtung, in das das einspurige Elektromobil eingeklipst werden kann.
    Über die Fixiervorrichtung wird das Elektromobil, wenn es in der Fixiervorrichtung befindlich ist, elektrisch geladen. Hierfür weist die Fixiervorrichtung eine Ladschnittstelle auf. Zum Laden wird Rekuperationsleistung genutzt, d.h. über ein als elektrischer Generator fungierendes Bauteil des Kraftfahrzeugs, z.B. die elektrische Maschine im Schubbetrieb, wird eine gleichgerichtete Ladespannung über die Fixiervorrichtung an dem Elektromobil während der Fahrt des Kraftfahrzeugs angelegt, um einen elektrischen Speicher des Elektromobils zu laden. Dadurch, dass das Laden durch Rekuperationsleistung erfolgt, ist es lokal klimaneutral, wenn die Rekuperation statt einem Abbremsen des Fahrzeugs mittels einer Reibungswärme erzeugenden Bremsanlage erfolgt. Das Elektromobil aus dem Kraftfahrzeug genommen werden, um z.B. auf dem Weg zum Arbeitsplatz die „letzte Meile“ mit elektrischer Unterstützung zurücklegen zu können. Die Erfindung leistet also einen wichtigen Beitrag zur sogenannten Kombimobilität bzw. multimodalen Mobilität. In der Steuereinheit kann eine Ladestrategie umsetzen, die auch die Temperatur als Parameter berücksichtigt. So kann bei hohen Außentemperaturen das Laden des Elektromobils ausgesetzt werden. Auch eine Überladung kann vermieden werden, wenn die Ladeschnittstelle etwa zur Messung der Spannung eingerichtet ist, um eine Ladeschlussspannung des Akkus zu ermitteln.
  • Die Steuereinheit kann gemäß einer weiteren Option in Kombination mit der Ladeschnittstelle den Ladezustand des Akkus ermitteln und z.B. in einem Display des Kraftfahrzeugs anzeigen oder über eine Datenschnittstelle an ein tragbares Endgerät des Nutzers des Kraftfahrzeugs übermitteln. Als weitere Information kann auch die durch Rekuperation eingeladene Ladungsmenge ermittelt und angezeigt werden. Daraus kann eine lokal emissionsfreie Reichweite des Elektromobils ermittelt werden.
    Nach einer Abwandlung ist die Fixiervorrichtung nicht zur Befestigung des gesamten Elektromobils vorgesehen, sondern nur zur Befestigung des Akkus des Elektromobils, der austauschbar bzw. ausbaubar ist, vorgesehen. Auch die Befestigung von mehreren Akkus für Elektromobile ist möglich.
  • Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung.
  • Das Ausführungsbeispiel umfasst ein Personenkraftfahrzeug mit einem Hybrid-Antrieb, d.h. mit einer elektrischen Antriebsmaschine und mit einem Verbrennungsmotor, die beide kraftschlüssig mit einer Antriebsachse verbunden werden können. Im Kofferraum des Fahrzeugs befindet sich eine Fixiervorrichtung zum Verladen eines Elektro-Tretrollers. Die Fixiervorrichtung umfasst Rastelemente, um den Elektrotretroller an Rahmenteilen mit der Fixiervorrichtung zu verrasten. Außerdem verfügt die Fixiervorrichtung über eine Ladeschnittstelle, d.h. die Fixiervorrichtung ist mit dem elektrischen Bordnetz des Fahrzeugs elektrisch verbunden. Wenn der Elektro-Tretroller in der Fixiervorrichtung befestigt ist, ist über die Ladeschnittstelle eine Ladeverbindung zu einem Akku des Elektro-Tretrollers hergestellt. Bei dem Einrasten wird also eine elektrische Verbindung zwischen der Fixiervorrichtung und dem Elektromobil hergestellt, die als Ladeverbindung genutzt werden kann. Die Ladeverbindung wird über Pins der Ladeschnittstelle und Gegenpins des Elektromobils oder eines Akkus des Elektromobils realisiert, die beim Einrasten schlüssig zueinander kontaktiert werden.
    Über eine Steuereinheit des Fahrzeugs wird die Ladeschnittstelle mit elektrischer Leistung versorgt. Dazu wird die elektrische Antriebsmaschine in Schubphasen und Bremsphasen des Kraftfahrzeugs generatorisch betrieben. Die erzeugte dreiphasige Wechselspannung wird gleichgerichtet und über einen Gleichstromsteller die Ladeschnittstelle der Fixiervorrichtung gespeist. Dadurch liegt in diesen Fahrphasen am Akku des Elektro-Tretrollers eine Ladespannung an.
  • 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 202012006053 U1 [0003]

Claims (6)

  1. Kraftfahrzeug mit einem zumindest teilweise elektrifizierten Antriebsstrang, der eine Steuereinheit und eine als elektrischen Generator betreibbare elektrische Maschine in einem elektrischen Bordnetz umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass - das Kraftfahrzeug eine Fixiervorrichtung umfasst, - die Fixiervorrichtung dazu eingerichtet ist, ein Elektromobil in oder an dem Kraftfahrzeug zu befestigen, - die Fixiervorrichtung eine elektrische Ladeschnittstelle aufweist, - die Fixiervorrichtung dazu eingerichtet ist, über die elektrische Ladeschnittstelle eine elektrische Ladeverbindung mit dem Elektromobil herzustellen, wenn das Elektromobil in oder an dem Kraftfahrzeug befestigt ist, - die elektrische Ladeschnittstelle dazu eingerichtet ist, das Elektromobil mit elektrischer Ladeleistung zu versorgen, wenn das Elektromobil in oder an dem Kraftfahrzeug befestigt ist, und - die Steuereinheit eingerichtet ist, die elektrische Maschine als elektrischen Generator so zu betreiben, dass die elektrische Ladeschnittstelle über das elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Ladeleistung speisbar ist.
  2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die Fixiervorrichtung in einem Kofferraum des Kraftfahrzeugs befindlich ist, und - die Fixiervorrichtung als eine Vorrichtung zum Klipsen, Einschnappen oder Einrasten ausgeführt ist, um das Elektromobil in dem Kraftfahrzeug zu befestigen.
  3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuereinheit eingerichtet ist, die elektrische Maschine in Schubphasen des Kraftfahrzeugs oder in Bremsphasen des Kraftfahrzeugs als elektrischen Generator so zu betreiben, dass die elektrische Ladeschnittstelle über ein elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Ladeleistung speisbar ist.
  4. System bestehen aus einem Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Elektromobil, wobei das Elektromobil als Klapp-Fahrrad, Kompakt-Fahrrad oder als Tretroller ausgeführt ist.
  5. Verfahren für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die elektrische Maschine von der Steuereinheit in Schubphasen des Kraftfahrzeugs oder in Bremsphasen des Kraftfahrzeugs als elektrischer Generator betrieben wird, um die elektrische Ladeschnittstelle über ein elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Ladeleistung zu speisen.
  6. Verfahren für ein System nach Anspruch 4, bei dem die elektrische Maschine von der Steuereinheit in Schubphasen des Kraftfahrzeugs oder in Bremsphasen des Kraftfahrzeugs als elektrischer Generator betrieben wird, um die elektrische Ladeschnittstelle über ein elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Ladeleistung zu speisen.
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