DE102020003555A1 - Electric drive system for vehicles - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem für Fahrzeuge unter Nutzung von Solarenergie, die einem Energiespeicher des Fahrzeuges zugeführt und/oder direkt zum Antrieb von mindestens einem Elektromotor (3) für den Radantrieb genutzt wird, wobei die Kapazität der für den Radantrieb benötigten Solarenergie durch die Erzeugung und Zuführung rekuperativer Energie, sowie Windenergie ergänzbarThe invention relates to an electric drive system for vehicles using solar energy, which is fed to an energy store of the vehicle and / or used directly to drive at least one electric motor (3) for the wheel drive, the capacity of the solar energy required for the wheel drive being generated by the generation and supply of recuperative energy, as well as wind energy can be added

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, das mit elektrischer Energie betreibbar ist, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen und Busse.The invention relates to a vehicle which can be operated with electrical energy, in particular passenger cars, trucks and buses.

Elektrofahrzeug sind bekannt und werden unter dem Druck des Klimawandels zunehmend hergestellt und verwendet.Electric vehicles are well known and increasingly manufactured and used under the pressure of climate change.

Problematisch bei der Nutzung der Elektrofahrzeuge ist die begrenzte Infrastruktur an Ladestationen für die Energiespeicher dieser Fahrzeuge.The problem with the use of electric vehicles is the limited infrastructure of charging stations for the energy storage devices in these vehicles.

Neben der Entwicklung von Energiespeichern mit einer höheren Kapazität gibt es auch Entwicklungen, die auf regenerative Energiequellen, vor allem Solarstrom, zurückgreifen.In addition to the development of energy storage devices with a higher capacity, there are also developments that make use of regenerative energy sources, especially solar power.

So werden in der DE 20 2006 018 308 U1 , DE 11 2010 001 883 T5 und DE 10 2010 023 173 A1 Solarzellenanordnungen an bzw. auf Kraftfahrzeugen beschrieben, die die durch Umwandlung erzeugte elektrische Energie dem oder den Energiespeichern der Kraftfahrzeuge zuführen.So in the DE 20 2006 018 308 U1 , DE 11 2010 001 883 T5 and DE 10 2010 023 173 A1 Solar cell arrangements described on or on motor vehicles, which supply the electrical energy generated by conversion to the energy storage device (s) of the motor vehicle.

Weitere Schutzrechte befassen sich mit dem Energiemanagement zwischen gespeicherter Energie und der Energie aus regenerativen Energiequellen. So u. a. die DE 10 2014 000 331 A1 , die DE 10 2011 086 254 A1 und die DE 10 2015 000 577 A1 .Other property rights deal with energy management between stored energy and energy from renewable energy sources. So among other things DE 10 2014 000 331 A1 , the DE 10 2011 086 254 A1 and the DE 10 2015 000 577 A1 .

Um die Effizienz von Kraftfahrzeugen zu steigern, werden weiter rekuperative Systeme genutzt. Ein solches System ist die Rekuperationsbremse, bei der Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt und einem Energiespeicher zugeführt wird (u. a. DE 10 2015 211 560 A1 und die DE 10 2017 007 158 A1 ) .Recuperative systems are still used to increase the efficiency of motor vehicles. One such system is the recuperation brake, in which kinetic energy is converted into electrical energy and fed to an energy store (e.g. DE 10 2015 211 560 A1 and the DE 10 2017 007 158 A1 ).

Die DE 10 2008 050 777 A1 beschreibt die Energierückgewinnung aus der Bewegung des Verdecks eines Kraftfahrzeugs.the DE 10 2008 050 777 A1 describes the energy recovery from the movement of the roof of a motor vehicle.

Nachteilig bei diesen technischen Lösungen ist die Parallelität der Entwicklung, nämlich einerseits gerichtet auf regenerative Energiequellen bzw. auf rekuperative Systeme und andererseits auf den Ausbau von Ladestationen.The disadvantage of these technical solutions is the parallel development, namely on the one hand directed towards regenerative energy sources or on recuperative systems and on the other hand towards the expansion of charging stations.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisches Antriebssystem vorzuschlagen, das auf Ladestationen weitestgehend verzichten kann, in dem die vorhandenen Energiequellen in vollem Umfang genutzt werden.The object of the invention is to propose an electric drive system which can largely do without charging stations, in which the available energy sources are used to the full.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved with the features of claim 1. Advantageous configurations are the subject of the subclaims.

Bei einem elektrischen Antriebssystem für Fahrzeuge unter Nutzung von Solarenergie, die einem Energiespeicher des Fahrzeuges zugeführt und/oder direkt zum Antrieb von mindestens einem Elektromotor für den Radantrieb genutzt wird, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Kapazität der für den Radantrieb benötigten Solarenergie durch die Erzeugung und Zuführung rekuperativer Energie und Windenergie ergänzbar ist.In an electric drive system for vehicles using solar energy, which is fed to an energy store of the vehicle and / or used directly to drive at least one electric motor for the wheel drive, it is proposed according to the invention that the capacity of the solar energy required for the wheel drive is generated by the generation and Supply of recuperative energy and wind energy can be supplemented.

Zur Erzeugung der rekuperativen Energie sind die Räder, einschließlich der elektrisch angetriebenen, mit einem Generator mit Rotor und Stator ausgerüstet, der bevorzugt bei Bergabfahrt und/oder bei im Wesentlichen horizontaler Fahrt zuschaltbar ist.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass als Rotor des Generators die vorhandene Bremsscheibe des Rades eingesetzt ist und der Stator am Bremssattel angeordnet ist.To generate the recuperative energy, the wheels, including the electrically driven ones, are equipped with a generator with rotor and stator, which can preferably be switched on when driving downhill and / or when driving essentially horizontally.
In a preferred embodiment it is provided that the existing brake disc of the wheel is used as the rotor of the generator and the stator is arranged on the brake caliper.

Alternativ kann der Generator auch als eigenständige Baueinheit ausgebildet und mit der Antriebswelle bzw. Lagerwelle für das jeweilige Rad gekoppelt sein. Vorteilhaft ist es bei dieser Ausführung, wenn dem Generator ein Übersetzungsgetriebe zur Drehzahlregulierung vorgeschaltet ist.Alternatively, the generator can also be designed as an independent structural unit and coupled to the drive shaft or bearing shaft for the respective wheel. It is advantageous in this embodiment if a transmission gear for speed regulation is connected upstream of the generator.

Als weitere Energiequelle nutzt das Antriebssystem den Wind, insbesondere den Fahrtwind.The drive system uses the wind as a further source of energy, in particular the head wind.

So ist vorgesehen, dass im Fahrzeugfrontbereich Ventilatoren angeordnet sind, die insbesondere vom Fahrtwind antreibbar sind und deren Rotationsbewegung in elektrischer Energie umwandelbar und dem oder den Energiespeichern zuführbar ist.For example, it is provided that fans are arranged in the front area of the vehicle, which can be driven in particular by the head wind and whose rotational movement can be converted into electrical energy and fed to the energy storage device (s).

Mittig im Fahrzeugfrontbereich werden bevorzugt Axialventilatoren eingesetzt sind, während im Bereich der Außenkanten des Fahrzeugfrontbereiches Radialventilatoren genutzt werden.Axial fans are preferably used in the center of the vehicle front area, while radial fans are used in the area of the outer edges of the vehicle front area.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Abdeckung des Frontbereiches (entspricht der heutigen Motorhaube) nach außen ausgeformte Schlitze aufweist, deren Öffnungen nach vorn gerichtet sind, so dass durch die Schlitze Wind nach unterhalb der Abdeckung leitbar ist, wo Radialventilatoren zur Stromerzeugung angeordnet sind.A further advantageous embodiment provides that the cover of the front area (corresponds to today's engine hood) has outwardly shaped slots, the openings of which are directed to the front, so that wind can be guided through the slots below the cover, where centrifugal fans are arranged to generate electricity .

Um die vorhandenen Oberflächen des Fahrzeuges optimal für die Erzeugung von Solarenergie zu nutzen, ist vorgesehen, dass mit Solarzellen bestückt sind: das Fahrzeugdach und/oder Aufbauten auf dem Dach, wie Dachgepäckträger, und/oder die Heckscheibe und/oder die Kofferklappe bei Personenkraftwagen und das Dach und die Seitenwände von Kofferaufbauten bei Lastkraftwagen und Sprintern sowie bei Bussen.In order to optimally use the existing surfaces of the vehicle for the generation of solar energy, provision is made for solar cells to be fitted: the vehicle roof and / or structures on the roof, such as roof racks, and / or the rear window and / or the trunk lid in passenger cars and the roof and side walls of box bodies on trucks and sprinters as well as on buses.

Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei der Solarenergieerzeugung zu erzielen, werden PWM und/oder MPPT Solarladeregler eingesetzt.In order to achieve the highest possible efficiency in solar energy generation, PWM and / or MPPT solar charge controllers are used.

Vorteilhaft ist es auch, wenn Solarzellenfolien mit lichtsammelnden und lichtemittierenden Pigmenten sowie Photovoltaikmaterialien eingesetzt sind.
Diese haben den Vorteil, dass sie auch ohne unmittelbare Sonneneinstrahlung Energie erzeugen.It is also advantageous if solar cell foils with light-collecting and light-emitting pigments and photovoltaic materials are used.
These have the advantage that they generate energy even without direct sunlight.

Mit dem vorgesehenen elektrischen Antriebssystem ist bei einer entsprechenden Anzahl von Batterien im Wesentlichen die Selbstversorgung der Fahrzeuge mit elektrischer Energie gesichert, so dass auf den Aufbau unzähliger Ladesäulen verzichtet werden kann.With the provided electric drive system, with a corresponding number of batteries, the self-sufficiency of the vehicles with electrical energy is essentially ensured, so that the construction of innumerable charging stations can be dispensed with.

Da elektrische Energie aus verschiedenen Quellen zu speichern und den Radantrieben sowie weiteren Komponenten, die elektrische Energie benötigen, zuzuleiten ist und ein optimierter Abruf der Energie aus verschiedenen Speichern notwendig ist, bedarf es einen entsprechenden Koordinierungseinrichtung für das Energiemanagement.Since electrical energy has to be stored from various sources and fed to the wheel drives and other components that require electrical energy, and an optimized retrieval of energy from various stores is necessary, a corresponding coordination device is required for energy management.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen anhand der Zeichnungen erläutert werden.Embodiments of the invention will be explained with reference to the drawings.

1 zeigt schematisch ein elektrisches Antriebssystem mit einem Elektromotor 3 zum Antrieb des Rades 1. Der Elektromotor 3 bezieht die benötigte elektrische Energie aus einem Energiespeicher 7. 1 shows schematically an electric drive system with an electric motor 3 to drive the wheel 1 . The electric motor 3 draws the required electrical energy from an energy store 7th .

Der Energiespeicher 7 wird durch Solarzellen 9 gespeist. Mit Solarzellen 9 bestückt sind: das Fahrzeugdach und/oder die Heckscheibe und/oder die Kofferklappe bei Personenkraftwagen und das Dach und die Seitenwände von Kofferaufbauten bei Lastkraftwagen und Sprintern sowie bei Bussen das Dach und die Seitenwände.
Die Kapazität der für den Radantrieb benötigten Solarenergie wird durch die Erzeugung und Zuführung rekuperativer Energie ergänzt. Zur Erzeugung der rekuperativen Energie ist hier das Rad 1 mit einem Generator 5 mit Rotor und Stator ausgerüstet, der bevorzugt bei Bergabfahrt und/oder bei im Wesentlichen horizontaler Fahrt zuschaltbar ist.The energy storage 7th is made by solar cells 9 fed. With solar cells 9 are equipped: the vehicle roof and / or the rear window and / or the trunk lid in passenger cars and the roof and the side walls of box bodies in trucks and sprinters and in buses the roof and the side walls.
The capacity of the solar energy required for the wheel drive is supplemented by the generation and supply of recuperative energy. The wheel is used to generate the recuperative energy 1 with a generator 5 Equipped with a rotor and stator, which can preferably be switched on when driving downhill and / or when driving essentially horizontally.

Der Generator 5 ist hier als eigenständige Baueinheit ausgebildet und mit der Antriebswelle 2 für das Rad 1 gekoppelt. Dem Generator 5 ist zur Drehzahlregulierung ein Übersetzungsgetriebe 4 vorgeschaltet.The generator 5 is designed here as an independent unit and with the drive shaft 2 for the wheel 1 coupled. The generator 5 is a transmission gear for speed regulation 4th upstream.

Eine Koordinierungseinrichtung 6 für das Energiemanagement sorgt dafür, dass die elektrische Energie aus verschiedenen Quellen speicherbar ist und den Radantrieben sowie weiteren Komponenten, die elektrische Energie benötigen, zugeleitet wird.A coordinating body 6th For energy management, it ensures that the electrical energy can be stored from various sources and is fed to the wheel drives and other components that require electrical energy.

2 zeigt eine bevorzugte Ventilatoranordnung zur Nutzung von Wind, insbesondere des Fahrtwindes, zur Energieerzeugung als Ergänzung der Solarenergie und der rekuperativen Energie. 2 shows a preferred fan arrangement for using wind, in particular the head wind, for generating energy as a supplement to solar energy and recuperative energy.

Im Fahrzeugfrontbereich 10 sind Ventilatoren 11, 12 angeordnet, die insbesondere vom Fahrtwind antreibbar sind und deren Rotationsbewegung in elektrischer Energie umwandelbar und dem oder den Energiespeichern 7 zuführbar ist.In the front of the vehicle 10 are fans 11th , 12th arranged, which can be driven in particular by the airstream and whose rotational movement can be converted into electrical energy and the energy store (s) 7th is feedable.

Mittig im Fahrzeugfrontbereich 10 sind Axialventilatoren 11 eingesetzt während im Bereich der Außenkanten des Fahrzeugfrontbereiches 10 Radialventilatoren 12 genutzt werden.In the middle of the front of the vehicle 10 are axial fans 11th used while in the area of the outer edges of the vehicle front area 10 Centrifugal fans 12th be used.

Ferner ist vorgesehen, dass die Abdeckung des Frontbereiches nach außen ausgeformte Schlitze 13 aufweist, deren Öffnungen nach vorn gerichtet sind, so dass durch die Schlitze 13 Wind nach unterhalb der Abdeckung leitbar ist, wo Radialventilatoren 12 angeordnet sind.It is also provided that the cover of the front area has outwardly shaped slots 13th has, the openings of which are directed forward, so that through the slots 13th Wind is diverted to underneath the cover where centrifugal fans 12th are arranged.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Radwheel
22
Antriebs/LagerwelleDrive / bearing shaft
33
ElektromotorElectric motor
44th
ÜbersetzungsgetriebeTransmission gear
55
Generatorgenerator
66th
Einrichtung zum EnergiemanagementEnergy management facility
77th
EnergiespeicherEnergy storage
88th
BremsscheibeBrake disc
99
SolarzellenSolar cells
1010
FahrzeugfrontbereichVehicle front area
1111th
AxialventilatorAxial fan
1212th
RadialventilatorCentrifugal fan
1313th
SchlitzeSlots

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 202006018308 U1 [0005]DE 202006018308 U1 [0005]
  • DE 112010001883 T5 [0005]DE 112010001883 T5 [0005]
  • DE 102010023173 A1 [0005]DE 102010023173 A1 [0005]
  • DE 102014000331 A1 [0006]DE 102014000331 A1 [0006]
  • DE 102011086254 A1 [0006]DE 102011086254 A1 [0006]
  • DE 102015000577 A1 [0006]DE 102015000577 A1 [0006]
  • DE 102015211560 A1 [0007]DE 102015211560 A1 [0007]
  • DE 102017007158 A1 [0007]DE 102017007158 A1 [0007]
  • DE 102008050777 A1 [0008]DE 102008050777 A1 [0008]

Claims (12)

Elektrisches Antriebssystem für Fahrzeuge unter Nutzung von Solarenergie, die einem Energiespeicher des Fahrzeuges zugeführt und/oder direkt zum Antrieb von mindestens einem Elektromotor (3) für den Radantrieb genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität der für den Radantrieb benötigten Solarenergie durch die Erzeugung und Zuführung rekuperativer Energie, sowie Windenergie ergänzbar ist.Electric drive system for vehicles using solar energy, which is fed to an energy store of the vehicle and / or used directly to drive at least one electric motor (3) for the wheel drive, characterized in that the capacity of the solar energy required for the wheel drive is generated by the generation and Supply of recuperative energy, as well as wind energy can be supplemented. Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der rekuperativen Energie Räder (1) mit einem Generator (5) mit Rotor und Stator ausgerüstet sind, der bevorzugt bei Bergabfahrt und/oder bei im Wesentlichen horizontaler Fahrt zuschaltbar ist.Electric drive system according to Claim 1 , characterized in that to generate the recuperative energy wheels (1) are equipped with a generator (5) with rotor and stator, which can preferably be switched on when driving downhill and / or when driving essentially horizontally. Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Rotor des Generators (5) die vorhandene Bremsscheibe (8) des Rades (1) eingesetzt ist und der Stator am Bremssattel angeordnet ist.Electric drive system according to Claim 2 , characterized in that the existing brake disc (8) of the wheel (1) is used as the rotor of the generator (5) and the stator is arranged on the brake caliper. Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (5) als eigenständige Baueinheit ausgebildet und mit der Antriebs/Lagerwelle (2) für das jeweilige Rad (1) gekoppelt ist.Electric drive system according to Claim 2 , characterized in that the generator (5) is designed as an independent structural unit and is coupled to the drive / bearing shaft (2) for the respective wheel (1). Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Generator (5) ein Übersetzungsgetriebe (4) vorgeschaltet ist zur Drehzahlregulierung.Electric drive system according to Claim 4 , characterized in that the generator (5) is preceded by a transmission gear (4) for speed regulation. Elektrisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Fahrzeugfrontbereich (10) Ventilatoren (11, 12) angeordnet sind, die insbesondere vom Fahrtwind antreibbar sind und deren Rotationsbewegung in elektrischer Energie umwandelbar und dem oder den Energiespeichern (7) zuführbar ist.Electric drive system according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that fans (11, 12) are arranged in the vehicle front area (10) which can be driven in particular by the airstream and whose rotational movement can be converted into electrical energy and fed to the energy storage device (s) (7). Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittig im Fahrzeugfrontbereich (10) Axialventilatoren (11) eingesetzt sind.Electric drive system according to Claim 6 , characterized in that axial fans (11) are used in the center of the vehicle front area (10). Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Außenkanten des Fahrzeugfrontbereiches (10) Radialventilatoren (12) eingesetzt sind.Electric drive system according to Claim 6 or 7th , characterized in that radial fans (12) are used in the area of the outer edges of the vehicle front area (10). Elektrisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung des Frontbereiches nach außen ausgeformte Schlitze (13) aufweist, deren Öffnungen nach vorn gerichtet sind, so dass durch die Schlitze (13) Wind nach unterhalb der Abdeckung leitbar ist, wo Radialventilatoren (12) angeordnet sind.Electric drive system according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the cover of the front area has outwardly shaped slots (13), the openings of which are directed to the front, so that wind can be guided through the slots (13) below the cover, where radial fans (12) are arranged. Elektrisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit Solarzellen (9), vorzugsweise in Form von Folien, bestückt sind: das Fahrzeugdach und/oder die Heckscheibe und/oder die Kofferklappe bei Personenkraftwagen und das Dach und die Seitenwände von Kofferaufbauten bei Lastkraftwagen und Sprintern sowie bei Bussen das Dach und die Seitenwände.Electric drive system according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that the following are equipped with solar cells (9), preferably in the form of foils: the vehicle roof and / or the rear window and / or the trunk lid in passenger cars and the roof and the side walls of trunk bodies in trucks and sprinters as well as in buses Roof and side walls. Elektrisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass PWM und/oder MPPT Solarladeregler eingesetzt sind.Electric drive system according to one of the Claims 1 until 10 , characterized in that PWM and / or MPPT solar charge controllers are used. Elektrisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellenfolien mit lichtsammelnden und lichtemittierenden Pigmenten sowie Photovoltaikmaterialien eingesetzt sind.Electric drive system according to one of the Claims 1 until 11th , characterized in that the solar cell foils are used with light-collecting and light-emitting pigments and photovoltaic materials.
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