DE19718480A1 - Hybrid drive for vehicle esp. motor vehicle - Google Patents

Hybrid drive for vehicle esp. motor vehicle

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DE19718480A1
DE19718480A1 DE1997118480 DE19718480A DE19718480A1 DE 19718480 A1 DE19718480 A1 DE 19718480A1 DE 1997118480 DE1997118480 DE 1997118480 DE 19718480 A DE19718480 A DE 19718480A DE 19718480 A1 DE19718480 A1 DE 19718480A1
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Abstract

The drive has at least an IC engine, (1) electrical machine (2), energy storage device (3,4) and a direct converter (5). It has a power exchange connection at least between the electrical machine and at least one vehicle drive axle (10), between the IC engine and the electrical machine, and between the electrical machine and the one or more energy storage devices via an a.c. or three-phase on board network (11)and via the direct converter. The drive can contain an electrical energy storage device and a mechanical energy storage device, esp. a chargeable and dischargeable battery and a mechanical flywheel, respectively, and a power exchange connection between the electrical and mechanical energy storage devices via the on-board network.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hybrid-Antrieb für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug gemäß Patentan­ spruch 1 bzw. Patentanspruch 2, sowie insbesondere für ein Schienenfahrzeug gemäß Patentanspruch 17. Als Hybrid-An­ trieb bezeichnet man Antriebe mit zwei unterschiedlichen An­ triebsaggregaten, insbesondere einem Elektroantrieb in Kombi­ nation mit einem Verbrennungsmotor bzw. einer Wärmekraft-Maschine; eine Anwendung ist vor allem für ein Straßenfahr­ zeug bzw. ein Schienenfahrzeug, z. B. eine U-/S-Bahn in einem kombinierten Nahverkehrssystem; vorgesehen.The invention relates to a hybrid drive for a Vehicle, in particular for a motor vehicle according to Patentan claim 1 or claim 2, and in particular for a Rail vehicle according to claim 17. As a hybrid to drives are drives with two different drives drive units, in particular an electric drive in a combination nation with an internal combustion engine or a Thermal power machine; one application is primarily for road driving stuff or a rail vehicle, e.g. B. a subway in one combined mass transit system; intended.

Durch die DE-A1-29 43 554 ist ein Hybrid-Antrieb mit einer aus einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einer ladbaren bzw. entladbaren Batterie, speisbaren und in diesen Energiespeicher rückspeisenden Elektromaschine bekannt, die bei einem Kraftfahrzeug über eine erste Trennkupplung mit zu­ mindest einer Antriebsachse des Fahrzeuges und über eine zweite Trennkupplung mit einer zu ihr in Reihe liegenden Ver­ brennungsmaschine in Verbindung steht. Die Elektromaschine wird als Elektromotor bei ansteigender Fahrbahn und/oder bei Beschleunigungsphasen im Sinne eines addierenden Drehmomentes zu der Verbrennungsmaschine elektromotorisch und auf Gefäl­ lestrecken und/oder bei Verzögerungsphasen den elektrischen Energiespeicher ladend generatorisch betrieben.DE-A1-29 43 554 is a hybrid drive with a from an electrical energy store, in particular one chargeable or dischargeable battery, feedable and in these Energy storage regenerative electric machine known in a motor vehicle via a first clutch at least one drive axle of the vehicle and via one second separating clutch with a Ver combustion machine is connected. The electric machine is used as an electric motor when the road surface rises and / or Acceleration phases in the sense of an adding torque to the internal combustion engine by electric motor and on a slope stretch and / or in the case of delay phases the electrical Energy storage operated as a generator.

Je nach den Anforderungen der gefahrenen Strecke und der Um­ welt hat der Kraftfahrzeuglenker darüber hinaus die Möglich­ keit, nicht nur die Brennkraftmaschine und die dazu in Reihe liegende Elektromaschine gleichzeitig als Antriebsmaschine auszunutzen, sondern auch entweder jeweils die Elektromaschi­ ne, z. B. im innerstädtischen Verkehr zur Erzielung möglichst geringer Emissionen und Fahrgeräusche, alleine oder die Brennkraftmaschine, z. B. im Überlandverkehr, alleine einzu­ setzen. Zur Steuerung des Hybrid-Antriebes ist eine nur sche­ matisch angedeutete elektronische Regeleinrichtung vorgese­ hen.Depending on the requirements of the route traveled and the route The motor vehicle driver also has the world at his disposal speed, not just the internal combustion engine and the series lying electric machine as a prime mover to exploit, but also either the electrical machine no, e.g. B. in inner-city traffic to achieve if possible  low emissions and driving noise, alone or that Internal combustion engine, e.g. B. in interurban traffic alone put. To control the hybrid drive is only one matically indicated electronic control device hen.

Durch die EP-A2-0 437 266 ist ein Hybrid-Antrieb mit einem Verbrennungsmotor, einem von dem Verbrennungsmotor antreibba­ ren Generator zur Stromerzeugung, einem elektrisch ladbaren und entladbaren Schwungrad-Speicher und mindestens einem ge­ sonderten Elektromotor für den Fahrzeugantrieb bekannt, wobei der Generator der Speicher und der Elektromotor elektrisch miteinander verbunden sind. Dieser Hybrid-Antrieb zeichnet sich dadurch aus, daß er in der Regel ohne Schaltgetriebe ar­ beiten kann, weil der gesonderte Generator im Zusammenwirken mit dem gesonderten Elektromotor einen Drehzahl/Drehmoment-Wandler darstellt; der Verbrennungsmotor ist lediglich für den zeitlich gemittelten Leistungs-Mindestwert und somit ge­ ringer als für die kurzzeitige Maximal-Antriebsleistung di­ mensioniert, weil der darüber hinausgehende Leistungsbedarf aus dem Schwungrad-Speicher gedeckt wird. Die Abgabeleistung des Verbrennungsmotors ist dazu in vorteilhafter Weise minde­ stens im wesentlichen der jeweils von dem Generator abgegebe­ nen elektrischen Leistung anzupassen. Sowohl dem Verbren­ nungsmotor als auch dem Elektromotor als auch dem Generator als auch dem Schwungrad-Speicher ist jeweils eine gesonderte Steuereinheit zugeordnet, die eingangsseitig an einen Gleich­ spannungszwischenkreis in der gegenseitigen elektrischen Ver­ bindung der vorgenannten Bauteile des Hybrid-Antriebs ange­ schlossen ist.EP-A2-0 437 266 is a hybrid drive with one Internal combustion engine, one can be driven by the internal combustion engine Ren generator for power generation, an electrically chargeable and unloadable flywheel storage and at least one ge special electric motor for vehicle propulsion known the generator the store and the electric motor electric are interconnected. This hybrid drive draws is characterized by the fact that he usually ar without a manual transmission can work because the separate generator in cooperation a speed / torque converter with the separate electric motor represents; the internal combustion engine is only for the time-averaged minimum performance value and thus ge less than for the short-term maximum drive power di dimensioned because of the additional power requirement is covered from the flywheel storage. The power output the internal combustion engine is advantageously minde at least essentially that emitted by the generator adapt electrical power. Both the scorching tion motor as well as the electric motor and the generator as well as the flywheel memory is a separate one Control unit assigned on the input side to an equal voltage intermediate circuit in the mutual electrical ver Binding of the aforementioned components of the hybrid drive is closed.

Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung soll ein in sich autar­ ker Hybrid-Antrieb mit mindestens einem Energie-Speicher ge­ schaffen werden, der sich bei geringerer Umweltbelastung durch geringen Gewichts- und Steueraufwand auszeichnet. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die Lehre des Patentan­ spruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 2 bzw. des Patentanspruchs 17; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.According to the object of the present invention, a self-sufficient ker hybrid drive with at least one energy storage ge will create that with less environmental impact characterized by low weight and tax expense. The This task can be solved by teaching the patent  claim 1 or claim 2 or claim 17; are advantageous embodiments of the invention Subject of the subclaims.

Der erfindungsgemäße Hybrid-Antrieb gemäß Patentanspruch 1 zeichnet sich durch die Verwendung eines besonders einfach aufbaubaren Direktumrichters als Regel- bzw. Übertragungsmit­ tel zwischen dem Fahrzeugantrieb einerseits und dem in vor­ teilhafter Weise über ein Wechsel- bzw. Drehstrombordnetz an­ geschlossenen Energiespeicher andererseits durch fertigungs- und regeltechnische Einfachheit aus.The hybrid drive according to the invention as claimed in claim 1 is characterized by the use of a particularly simple installable direct converter as control or transmission tel between the vehicle drive on the one hand and the one in front geous on an AC or three-phase electrical system closed energy storage on the other hand manufacturing and control simplicity.

Der erfindungsgemäße Hybrid-Antrieb gemäß Patentanspruch 2 erlaubt bei aufwandsarmer Steuerung bzw. Regelung mittels ei­ nes Wechselstrom- bzw. Drehstrombordnetzes mit einem Direk­ tumrichter (AC/AC-Wandler) durch die vorteilhafte Überlage­ rungsmöglichkeit eines Antriebsstranges zwischen dem mechani­ schen Energiespeicher, insbesondere in Form eines Schwungrad-Speichers, und dem Fahrzeugantrieb bzw. eines Ladestranges von dem Verbrennungsmotor zu dem elektrischen Energiespeicher jeweils über die elektrische Maschine eine besonders geringe Baugröße und entsprechend geringe Gewichts- bzw. Umweltbela­ stung sowohl hinsichtlich des elektrischen Speichers, insbe­ sondere in Form einer über einen Umkehrstromrichter (AC/DC- bzw. DC/AC-Wandler) an das Bordnetz anschließbaren Batterie, als auch hinsichtlich des Verbrennungsmotors sowie des mecha­ nischen Energiespeichers.The hybrid drive according to the invention as claimed in claim 2 allowed with low effort control or regulation by means of egg AC or three-phase electrical system with one Direk inverter (AC / AC converter) due to the advantageous overlay possibility of a drive train between the mechani energy storage, especially in the form of a Flywheel storage, and the vehicle drive or a charging line from the internal combustion engine to the electrical energy store a particularly low one in each case via the electrical machine Size and correspondingly low weight and environmental impact Stung both in terms of electrical storage, esp special in the form of an inverter (AC / DC or DC / AC converter) battery that can be connected to the vehicle electrical system, as well as with regard to the internal combustion engine and the mecha African energy storage.

Zweckmäßigerweise ist der vorgenannte Hybrid-Antrieb derart ausgelegt, daß die Antriebs- bzw. Beschleunigungsleistung für das Fahrzeug von der aus dem Schwungrad-Speicher über den Di­ rektumrichter gespeisten Elektromaschine erbracht wird und daß der Verbrennungsmotor im Stadtverkehr lediglich zur Nach­ ladung der zur Gewährleistung einer Mindestdrehzahl des Schwungrad-Speichers zeitweise belasteten Batterie bzw. im Überlandverkehr durch direkte mechanische Ankopplung an den. The aforementioned hybrid drive is expediently such designed that the drive or acceleration power for the vehicle from the flywheel memory via the Di rectifier-fed electrical machine is provided and that the internal combustion engine in city traffic only for the night charge to ensure a minimum speed of the Flywheel storage temporarily loaded battery or in Overland transport through direct mechanical coupling to the.  

Fahrzeugantrieb zur Überwindung des im Stadtverkehr nahezu vernachlässigbaren Roll- und Luftwiderstandes, d. h. zur Ge­ währleistung einer konstanten Geschwindigkeit, dient.Vehicle drive to overcome almost in city traffic negligible rolling and air resistance, d. H. to Ge guaranteeing a constant speed.

Der erfindungsgemäße Hybrid-Antrieb gemäß Patentanspruch 17 zeichnet sich einerseits durch die Verwendung eines besonders einfach aufbaubaren Direktumrichters als Regel- oder Übertra­ gungsmittel zwischen jeweils einer Anzahl von Elektromaschi­ nen zum Antrieb jeweils einer einer entsprechenden Anzahl von Fahrzeugachsen aus. Andererseits zeichnet er sich aufgrund des Einsatzes einer in vorteilhafter Weise über ein Wechsel- oder Drehstrombordnetz angeschlossenen Kombination aus einem Energiespeicher und einem mit einem Generator verbundenen Verbrennungsmotor durch fertigungs- und regeltechnische Ein­ fachheit aus.The hybrid drive according to the invention as claimed in claim 17 is characterized on the one hand by the use of a special easy-to-install direct converter as control or transfer means between a number of electrical machines to drive one of a corresponding number of Vehicle axles. On the other hand, it stands out due to of using an advantageously over a AC or three-phase electrical system connected combination of one Energy storage and one connected to a generator Internal combustion engine through manufacturing and control engineering expertise.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß eine be­ sonders aufwandsarme Steuerung oder Regelung sowie eine be­ sonders einfache Leistungs- oder Energieübertragung von dem oder jedem Energiespeicher sowie von dem Energieerzeuger in Form eines mit einem Generator verbundenen Verbrennungsmotors erzielt wird, wenn der diese Aggregate verbindende Zwi­ schenkreis als reines Wechselstrom- oder Drehstrom-Bordnetz ausgebildet ist. Dies kann durch die Verwendung eines einer jeden Elektromaschine zugeordneten Direktumrichters (AC/AC-Wandler) erreicht werden, über den die Elektromaschine (Syn­ chronmaschine) zum Antrieb der ihr zugeordneten Fahrzeugachse mit dem Wechselstrom-Bordnetz verbunden ist. Ein zusätzlicher Gleichstrom-Zwischenkreis ist somit nicht erforderlich.The invention is based on the consideration that a be particularly low-cost control or regulation and a be particularly simple power or energy transmission from that or any energy storage as well as from the energy producer in Form of an internal combustion engine connected to a generator is achieved if the intermediate connecting these aggregates circuit as a pure AC or three-phase electrical system is trained. This can be done by using a each direct converter assigned to the electrical machine (AC / AC converter) can be reached via which the electric machine (syn chron machine) to drive the vehicle axle assigned to it is connected to the AC electrical system. An additional one DC intermediate circuit is therefore not required.

Bei Verwendung eines mechanischen oder kinetischen Energie­ speichers, insbesondere eines Schwungrad-Speichers, ist die­ ser zweckmäßigerweise elektrisch direkt an das Wechselstrom-Bordnetz angekoppelt. Bei alternativer oder zusätzlicher Ver­ wendung eines elektrischen Energiespeichers, z. B. einer lad­ baren oder entladbaren Batterie, ist dieser zweckmäßigerweise über einen Umkehrstromrichter (DC/AC-Wandler) an das Wech­ selstrom-Bordnetz angeschlossen. Darüber hinaus ist bei Ver­ wendung eines mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Genera­ tors mit nachgeschaltetem Gleichrichter dieser über einen Einweg-Stromrichter an das Wechselstrom-Bordnetz angeschlos­ sen. Dadurch ist bei allen denkbaren Überlagerungsmöglich­ keiten aller Lade- und Entladestränge zwischen dem oder jedem Energiespeicher und dem Energieerzeuger in Form des Verbren­ nungsmotors einerseits und der oder jeder Elektromaschine an­ dererseits der ausschließliche Einsatz eines Wechselstrom-Zwischenkreises oder -Bordnetzes besonders zuverlässig si­ chergestellt.When using a mechanical or kinetic energy memory, especially a flywheel memory, is the ser expediently electrically directly to the AC electrical system coupled. With alternative or additional ver  use of an electrical energy storage, for. B. a lad cash or dischargable battery, this is expedient via a reversing converter (DC / AC converter) to the change on-board electrical system connected. In addition, at Ver use of a genera connected to the internal combustion engine tors with downstream rectifier via a Disposable converter connected to the AC electrical system sen. This is possible for all conceivable overlays of all loading and unloading strands between the or each Energy storage and the energy generator in the form of burning on the one hand and the or each electrical machine on the other hand, the exclusive use of a AC intermediate circuit or on-board network is particularly reliable made.

Ein Antriebssystem mit einem derartigen Hybrid-Antrieb eignet sich insbesondere für ein Schienenfahrzeug mit mehr als einer Antriebsachse. So kann bei einem Schienenfahrzeug mit vier Antriebsachsen und dementsprechend mit vier Elektromaschinen oder Elektrosynchronmotoren das Antriebssystem für jeweils zwei Achsen redundant ausgeführt sein. Dabei speist vorteil­ hafterweise lediglich ein mit einem einzigen Verbrennungs­ motor verbundener Generator in die redundant ausgeführten Wechselstrom-Bordnetze ein. Das Antriebssystem umfaßt dann zwei autarke elektrische Systeme, so daß bei Ausfall eines der Systeme das Fahrzeug weiterhin fahrbereit bleibt. Für den Fall, daß der Verbrennungsmotor ausfällt, kann das Fahrzeug, insbesondere über den elektrischen Energiespeicher, noch eine zur Erreichung eines nächsten Haltepunktes ausreichende Fahr­ strecke zurücklegen.A drive system with such a hybrid drive is suitable especially for a rail vehicle with more than one Drive axle. So with a rail vehicle with four Drive axles and accordingly with four electrical machines or electric synchronous motors the drive system for each two axes can be redundant. It feeds advantage only one with a single combustion motor-connected generator in the redundant version AC electrical system. The drive system then includes two self-sufficient electrical systems so that if one fails the systems the vehicle remains ready to drive. For the In the event that the internal combustion engine fails, the vehicle, especially about the electrical energy storage, another sufficient driving to reach a next stop cover distance.

Bei einem Antriebssystem mit sowohl einem elektrischen Ener­ giespeicher in Form einer oder mehrerer Batterien als auch mit einem mechanischen Energiespeicher in Form eines Schwung­ rad-Speichers kann die elektrische Energie für Beschleuni­ gungen oder Verzögerungen durch den Schwungrad-Speicher mit etwa 2,5 kWh nutzbarer Energie zur Verfügung gestellt werden. Zwei Batterien von jeweils 25 kWh nutzbarer Energie decken einerseits die Energie für einen sogenannten U-Bahnbetrieb für eine Fahrstrecke eines Schienenfahrzeugs von ca. 30 km ab. Andererseits stellen die Batterien die erforderliche Zu­ satzenergie für Strecken mit einer z. B. 2-3% Steigung bei ei­ nem maximalen Höhenunterschied von 400-500 m zur Verfügung. Der relativ kleine Verbrennungsmotor, z. B. in Form eines Die­ selaggregates mit einer Leistung von etwa 140 kw, deckt Ver­ luste aus Rollwiderstand und Luftwiderstand des Fahrzeugs so­ wie aus internen Verlusten des Antriebssystems ab.In a drive system with both an electrical power memory in the form of one or more batteries as well with a mechanical energy storage in the form of a swing rad storage can use the electrical energy for acceleration conditions or delays caused by the flywheel memory  about 2.5 kWh of usable energy are made available. Cover two batteries, each with 25 kWh of usable energy on the one hand the energy for a so-called subway operation for a travel distance of a rail vehicle of approx. 30 km from. On the other hand, the batteries provide the required power energy consumption for routes with a z. B. 2-3% slope with egg maximum height difference of 400-500 m available. The relatively small internal combustion engine, e.g. B. in the form of a die selaggregates with an output of about 140 kw, Ver loss of rolling resistance and air resistance of the vehicle as from internal losses in the drive system.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ge­ mäß den Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden an­ hand schematischer Darstellungen in der Zeichnung näher er­ läutert; darin zeigen:The invention and other advantageous embodiments ge according to the features of the subclaims are as follows hand schematic representations in the drawing he closer purifies; show in it:

Fig. 1 ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug; FIG. 1 shows a drive system for a motor vehicle;

Fig. 2 ein Antriebssystem für ein Schienenfahrzeug mit red­ undantem Hybrid-Antrieb für 2×2 Antriebsachsen; Figure 2 shows a drive system for a rail vehicle with red and antant hybrid drive for 2 × 2 drive axles.

Fig. 3 einen Fahrzyklus in einem Weg/Zeit-Geschwindigkeits-Diagramm für ein Antriebssystem gemäß Fig. 2. Fig. 3 shows a driving cycle in a path / time-speed diagram for a drive system of FIG. 2.

Ein Verbrennungsmotor 1 ist über eine erste Trennkupplung 7 mit einer Elektromaschine 2 kuppelbar, die ihrerseits über ein Schaltgetriebe 9 mit zumindest einer Antriebsachse 10 ei­ nes Fahrzeuges in Mitnahmeverbindung stellbar ist. Die erste Trennkupplung 7 steht u. a. in Betätigungsabhängigkeit von dem Schaltgetriebe 9; ggf. kann auch eine weitere gesonderte Trennkupplung 8 zwischen der Elektromaschine 2 und dem Schaltgetriebe 9 vorgesehen sein.An internal combustion engine 1 can be coupled via a first separating clutch 7 to an electric machine 2 , which in turn can be set in driving connection via a manual transmission 9 with at least one drive axle 10 of a vehicle. The first separating clutch 7 is dependent, inter alia, on the actuation of the manual transmission 9 ; if necessary, a further separate separating clutch 8 can also be provided between the electric machine 2 and the manual transmission 9 .

Neben der vorgenannten mechanischen Verbindungsmöglichkeit der Elektromaschine 2 mit dem Verbrennungsmotor 1 einerseits und der Antriebsachse 10 des Fahrzeuges andererseits ist ein elektrischer Anschluß der Elektromaschine 2 an einen mechani­ schen Energiespeicher 4 in Form eines Schwungrad-Speichers und an einen elektrischen Energiespeicher 3 in Form einer Batterie über ein Wechselstrom- bzw. Drehstrom-Bordnetz 11 vorgesehen; zwischen dem Anschluß des Drehstrom-Bordnetzes 11 und der Elektromaschine 2 ist ein Direktumrichter (AC/AC-Wandler) vorgesehen, durch den in aufwandarmer Weise einer­ seits die Elektromaschine 2 mit insbesondere nach Spannungs­ wert und Frequenzwert veränderlicher elektrischer Leistung versorgt und andererseits elektrische Energie zur Ladung des Schwungrad-Speichers 4 bzw. der Batterie 3 von der Elektroma­ schine 2 rückgespeist werden kann. Zur Anpassung der Gleich­ spannung der Batterie 3 an Frequenz- bzw. Spannungswerte an die entsprechenden vom Schwungrad-Speicher vorgegebenen Werte ist der Batterie 3 ein Umkehrstromrichter zugeordnet, der darüber hinaus bei Ladung der Batterie 3 durch generatorische Rückspeisung aus der Elektromaschine 2 zur Anpassung der Wer­ te des Bordnetzes 11 an die der Batterie 3 dient.In addition to the aforementioned mechanical connection possibility of the electric machine 2 with the internal combustion engine 1 on the one hand and the drive axle 10 of the vehicle on the other hand, an electrical connection of the electric machine 2 to a mechanical energy storage device 4 in the form of a flywheel storage device and to an electrical energy storage device 3 in the form of a battery is provided an AC or three-phase electrical system 11 is provided; between the connection of the three-phase electrical system 11 and the electric machine 2 , a direct converter (AC / AC converter) is provided, by which the electric machine 2 is supplied with variable electrical power, in particular according to voltage and frequency value, and on the other hand electrical energy for Charge of the flywheel memory 4 or the battery 3 can be fed back from the electric machine 2 . To adapt the DC voltage of the battery 3 to frequency or voltage values to the corresponding values specified by the flywheel memory, the battery 3 is assigned a reversing converter, which, in addition, when the battery 3 is charged by regenerative feedback from the electric machine 2 to adapt the who te of the electrical system 11 to which the battery 3 is used.

Für die als Motor als auch als Generator arbeitende elektri­ sche Maschine 2 ist vorzugsweise eine fremderregte Synchroma­ schine, insbesondere in 4-pollger Bauart, mit Regelung durch Feldschwächung und einer maximalen, der Höchstdrehzahl des Verbrennungsmotor 1 entsprechenden, Drehzahl von 6000 Umin-1, vorgesehen. Zum Antrieb des Schwungrad-Speichers 4 ist vor­ zugsweise ein dauermagneterregter Motor/Generator vorgesehen, dessen Rotor, z. B. bei einem Durchmesser von ca. 300 mm und einer maximalen Rotor-Drehzahl von 24.000 U/min-1, eine hin­ reichende Schwungmasse repräsentiert. Die Betriebsspannung des Bordnetzes 11 und die des Schwungrad-Speichers liegen zweckmäßigerweise in der Größenordnung von 500 bis 700 V. Der Direktumrichter 5 ist zweckmäßigerweise in Drehstrombrücken­ schaltung ausgeführt.For the working as a motor as well as a generator electrical machine cal 2 is preferably an externally excited Synchroma machine, especially in 4-pollger type, with control by field weakening and a maximum, the maximum speed of the internal combustion engine 1 corresponding speed of 6000 rpm -1 , is provided . To drive the flywheel memory 4 , a permanent magnet excited motor / generator is provided before, the rotor, z. B. with a diameter of approx. 300 mm and a maximum rotor speed of 24,000 rpm -1 , represents a centrifugal mass reaching out. The operating voltage of the electrical system 11 and that of the flywheel memory are expediently in the order of 500 to 700 V. The direct converter 5 is expediently designed in a three-phase bridge circuit.

Im Stadtverkehr liefert die Elektromaschine 2 als aus dem Schwungrad-Speicher 4 gespeister Motor die Leistung, um das Fahrzeug anzutreiben und zu beschleunigen; die Batterie 3 liefert über den Umkehrstromrichter 6 ggf. die notwendige Energie, um eine Mindestdrehzahl des Schwungsrad-Speichers im Nennbetrieb zu gewährleisten. Darüber hinaus wird aus der Batterie 3 die erforderliche Leistung bezogen, um den Rollwi­ derstand des Fahrzeuges zu decken, d. h. dessen konstante Ge­ schwindigkeit zu gewährleisten. Die Baugröße und damit das Gewicht der Batterie 3 kann dadurch in vorteilhafter Weise klein gehalten werden, daß sie im intermittierenden Zyklus nach Aktivierung der Trennkupplung 7 durch den Verbrennungs­ motor 1 über das Bordnetz 11 und dem Umkehrstromrichter 6 nachgeladen wird; dabei wird der Verbrennungsmotor 1 etwa bei Halblast betrieben.In city traffic, the electric machine 2, as a motor fed from the flywheel memory 4 , provides the power to drive and accelerate the vehicle; the battery 3 may supply the necessary energy via the reversing converter 6 in order to ensure a minimum speed of the flywheel memory in nominal operation. In addition, the required power is obtained from the battery 3 in order to cover the rolling resistance of the vehicle, ie to ensure its constant speed. The size and thus the weight of the battery 3 can be kept small in an advantageous manner that it is recharged in the intermittent cycle after activation of the clutch 7 by the internal combustion engine 1 via the electrical system 11 and the reversing converter 6 ; the internal combustion engine 1 is operated at about half load.

Im Überlandverkehr wird der Verbrennungsmotor 1 über die er­ ste Trennkupplung 7 und - falls überhaupt vorhanden - über die zweite Trennkupplung 8 mechanisch dem Antrieb der Fahr­ zeugachse 10 durch die Elektromaschine 2 zugeschaltet. Die Treibstoffzufuhr und damit die Leistungsabgabe des Verbren­ nungsmotors 1 wird in vorteilhafter Weise dabei so bemessen daß von dem Verbrennungsmotor 1 lediglich der jeweilige Luft­ widerstand und Rollwiderstand des Fahrzeuges nach Art einer Störgrößenaufschaltung überwunden wird. Bei Beschleunigung des Fahrzeuges, z. B. bei Überholvorgängen, wird die Beschleu­ nigungsleistung wiederum durch den reinen Elektroantrieb, d. h. mit einem Leistungsaustausch von dem Schwungrad-Speicher 4 über die Elektromaschine 2 an die Fahrzeugachse 10 gelie­ fert. Bei Bremsbetrieb wird in umgekehrter Richtung Bremse­ nergie über das Bordnetz 11 in den Schwungrad-Speicher 4 bzw. in die Batterie 3 zurückgespeist.In interurban traffic, the internal combustion engine 1 is switched on via the ste separating clutch 7 and - if at all present - mechanically via the second separating clutch 8 to drive the driving axle 10 through the electric machine 2 . The fuel supply and thus the power output of the combus- tion engine 1 is advantageously dimensioned so that the internal combustion engine 1 only the respective air resistance and rolling resistance of the vehicle is overcome in the manner of a feedforward control. When accelerating the vehicle, e.g. B. when overtaking is that Accelerat nigungsleistung turn by the purely electric drive, ie fert with a power exchange of the flywheel memory 4 via the electric machine 2 GELIE to the vehicle axle 10th In braking operation, brake energy is fed back via the vehicle electrical system 11 into the flywheel memory 4 or into the battery 3 in the opposite direction.

Während im Stadtverkehr kleinere Höhenunterschiede aus der gespeicherten Energie der Schwungmasse des mechanischen Spei­ chers 4 gedeckt werden, wird bei Bergfahrten im Überlandver­ kehr zweckmäßigerweise bei zugeschaltetem Verbrennungsmotor 1 die erforderliche Leistung sowohl durch den Verbrennungsmotor 1 als auch teilweise durch den elektrischen Speicher 3 ge­ deckt, wobei das Bordnetz 11 mit maximal zulässiger Leistung aus der Batterie des elektrischen Speichers 3 eingespeist wird.While in urban traffic small differences in height from the stored energy of the flywheel of the mechanical memory 4 are covered, when driving uphill in the overland traffic is expediently switched on with the internal combustion engine 1, the required power is covered both by the internal combustion engine 1 and partly by the electrical storage 3 , whereby the vehicle electrical system 11 is fed with the maximum permissible power from the battery of the electrical store 3 .

Bei längerem Stillstand des Fahrzeuges kann es vorkommen, daß der Schwungrad-Speicher 4 trotz Vakuum-Abkapselung aufgrund unvermeidlicher Verluste auf eine Drehzahl unterhalb einer Mindestdrehzahl abfällt oder im Extremfall sogar zum Still­ stand kommt. In diesem Fall erfolgt zweckmäßigerweise ein neues Anfahren mit einem - hier nicht näher dargestellten - aus dem elektrischen Speicher 3 gespeistem kleinen Anfahrum­ richter, der den Rotor des Schwungrad-Speichers 4 auf eine kleine Drehzahl, z. B. etwa einem Fünftel seiner Nenndrehzahl, beschleunigt, so daß anschließend das Hochfahren auf die Nenndrehzahl über das Bordnetz 11 und über den Umkehrstrom­ richter 6 aus der Batterie 3 erfolgen kann.When the vehicle is at a standstill for a longer period of time, it may happen that the flywheel memory 4 drops to a speed below a minimum speed despite vacuum encapsulation due to inevitable losses or even comes to a standstill in extreme cases. In this case, a new start with a small - not shown here - supplied from the electrical memory 3 small Anfahrum judge expediently, the rotor of the flywheel memory 4 to a low speed, for. B. accelerated about a fifth of its nominal speed, so that the ramp up to the nominal speed via the vehicle electrical system 11 and the reverse current judge 6 can be done from the battery 3 .

Fig. 2 zeigt einen Hybrid-Antrieb oder ein Hybrid-Antriebssy­ stem für ein Schienenfahrzeug mit vier Antriebsachsen 2a-2d, denen jeweils eine Elektromaschine 4a, 4b, 4c bzw. 4d zugeord­ net ist. Die Elektromaschinen 4a-4d sind sogenannte Synchron­ maschinen als Antriebsmotoren mit jeweils etwa 200 kW Spit­ zenleistung. Jede Elektromaschine 4a-4d ist über eine An­ triebswelle 6a-6d an jeweils eine der Antriebsachsen 2a, 2b, 2c bzw. 2d kuppelbar. Die Elektromaschinen 4a und 4b bilden zu­ sammen mit den ihnen zugeordneten Antriebsachsen 2a bzw. 2d eine autarke erste Antriebseinheit. Analog bilden die Elek­ tromaschinen 4c und 4d sowie die Antriebsachsen 2c bzw. 2d eine autarke zweite Antriebseinheit des Fahrzeugs. Fig. 2 shows a hybrid drive or a Hybrid-Antriebssy system for a rail vehicle with four drive axles 2 a- 2 d, each of which an electric machine 4 a, 4 b, 4 c and 4 d is assigned net. The electric machines 4 a - 4 d are so-called synchronous machines as drive motors, each with about 200 kW peak power. Each electric machine 4 a- 4 d is drive shaft via a 6 to a-6 d to a respective one of the driving axles 2 a, 2 b, 2 c or 2 d detachable. The electric machines 4 a and 4 b form together with the drive axes 2 a and 2 d assigned to them an autonomous first drive unit. Analogously, the electric machines 4 c and 4 d and the drive axles 2 c and 2 d form an autonomous second drive unit of the vehicle.

Zusätzlich zu der vorgenannten mechanischen Verbindungsmög­ lichkeit der Elektromaschinen 4a-4c mit den ihnen zugeordne­ ten Antriebsachsen 2a-2d des Fahrzeugs ist für jede An­ triebseinheit ein elektrischer Anschluß der Elektromaschi­ nen 4a, 4b und 4c, 4d an jeweils einen mechanischen Energie­ speicher 10a, 10b in Form eines Schwungrad-Speichers und an einen elektrischen Energiespeicher 12a, 12b in Form einer Bat­ terie über jeweils ein Wechselstrom- oder Drehstrom-Bord­ netz 14a bzw. 14b vorgesehen. Zwischen den Elektromaschi­ nen 4a, 4b und 4c, 4d und dem Wechselstrom oder Drehstrom-Bord­ netz 14a bzw. 14b ist jeweils ein Direktumrichter (AC/AC-Wandler) 16a, 16b bzw. 16c, 16d vorgesehen. Durch die Direktum­ richter 16a-16d ist in aufwandarmer Weise einerseits die ih­ nen jeweils zugeordnete Elektromaschine 4a-4d mit insbeson­ dere nach Spannungswert und Frequenzwert veränderlicher elek­ trischer Leistung versorgt. Andererseits kann elektrische Energie zur Ladung des Schwungrad-Speichers 10a, 10b und/oder der Batterie 12a, 12b von der Elektromaschine 4a, 4b bzw. 4c, 4d rückgespeist werden.In addition to the above-mentioned mechanical connection possibility of the electric machines 4 a- 4 c with the drive axles 2 a- 2 d of the vehicle assigned to them, an electrical connection of the electric machines 4 a, 4 b and 4 c, 4 d is for each drive unit each have a mechanical energy storage 10 a, 10 b in the form of a flywheel storage and to an electrical energy storage 12 a, 12 b in the form of a battery via an alternating current or three-phase electrical system 14 a and 14 b, respectively. Between the electric machines 4 a, 4 b and 4 c, 4 d and the alternating current or three-phase electrical system 14 a and 14 b there is a direct converter (AC / AC converter) 16 a, 16 b and 16 c, 16 d provided. By the direct converter 16 a- 16 d, the electric machine 4 a- 4 d assigned to them is supplied in a low-effort manner on the one hand with electrical power that varies according to voltage value and frequency value. On the other hand, electrical energy for charging the flywheel memory 10 a, 10 b and / or the battery 12 a, 12 b can be fed back by the electric machine 4 a, 4 b or 4 c, 4 d.

Zur Anpassung der Gleichspannung der Batterie 12a, 12b hin­ sichtlich Frequenz- oder Spannungswerten an die entsprechen­ den vom Schwungrad-Speicher vorgegebenen Werte ist der Bat­ terie 12, 12b jeweils ein Umkehrstromrichter 18a bzw. 18b zu­ geordnet. Dieser dient darüber hinaus bei Ladung der Batterie 12a, 12b durch generatorische Rückspeisung aus den elektri­ schen Maschinen 4a-4d zur Anpassung der Werte des jeweiligen Bordnetzes 14a, 14b an die der Batterie 12a bzw. 12b.To adjust the DC voltage of the battery 12 a, 12 b with respect to frequency or voltage values corresponding to the values specified by the flywheel memory, the battery 12 , 12 b is assigned a reversing converter 18 a and 18 b, respectively. This is also used when charging the battery 12 a, 12 b by regenerative feedback from the electrical machines 4 a - 4 d to adapt the values of the respective electrical system 14 a, 14 b to that of the battery 12 a or 12 b.

Zur Einspeisung von Energie in die Bordnetze 14a und/oder 14b, insbesondere zum Ausgleichen von Verlusten aus Rollwi­ derstand und Luftwiderstand des Fahrzeugs, sowie zur Kompen­ sation interner Verluste des Hybrid-Antriebs, ist ein Ver­ brennungsmotor 20, z. B. ein Dieselaggregat, mit angekoppeltem Generator 22 vorgesehen. Der mit dem Verbrennungsmotor 20 verbundene Generator 22 ist über einen Gleichrichter 24 und diesem nachgeschaltet jeweils einem Einweg-Stromrichter 26a, 26b mit dem Bordnetz 14a bzw. 14b verbunden. Der Hybrid-An­ trieb ist somit für 2×2 Antriebsachsen 2a, 2b bzw. 2c, 2d des Fahrzeugs redundant ausgeführt, wobei das jeweilige Bord­ netz 14a, 14b elektrisch an den dem gemeinsamen Verbrennungs­ motor 20 nachgeschalteten Generator 22 angeschlossen ist. To feed energy into the on-board networks 14 a and / or 14 b, in particular to compensate for losses from Rollwi resistance and air resistance of the vehicle, and to compensate for internal losses of the hybrid drive, a Ver internal combustion engine 20 , z. B. a diesel generator provided with a coupled generator 22 . The generator 22 connected to the internal combustion engine 20 is connected to the vehicle electrical system 14 a and 14 b via a rectifier 24 and connected to a one-way converter 26 a, 26 b downstream thereof. The hybrid drive is thus redundant for 2 × 2 drive axles 2 a, 2 b or 2 c, 2 d of the vehicle, the respective on-board network 14 a, 14 b being electrically connected to the generator 22 connected to the common combustion engine 20 connected.

Für die sowohl als Motor als auch als Generator arbeitenden elektrischen Maschinen 4a-4d ist vorzugsweise jeweils eine fremderregte Synchronmaschine mit einer Höchstdrehzahl von 6.000 U min-1 vorgesehen. Zum Antrieb des Schwungrad-Spei­ chers 10a, 10b ist vorzugsweise ein dauermagneterregter Mo­ tor/Generator vorgesehen, dessen Rotor, z. B. bei einer Lei­ stung von 350 kW und einer Rotor-Drehzahl von 18.000-24.000 U min-1, eine hinreichende Schwungmasse repräsentiert. Die Be­ triebsspannung des Bordnetzes 14a, 14b und des Schwungrad-Speichers 10a, 10b liegt zweckmäßigerweise bei etwa 800 V. Die Leistung des Verbrennungsmotors 20 beträgt zweckmäßigerweise 140 kW bei 5600 U min-1. Als elektrische Speicher 12a, 12b sind jeweils zwei Batterien mit ca. 200 V und je 25 kWh vor­ gesehen. Die Direktumrichter 16a-16d sind zweckmäßigerweise jeweils in Drehstrombrückenschaltung ausgeführt.For both as a motor as well as operating as a generator electrical machines 4 a- 4 d is an externally excited synchronous machine is preferably in each case with a maximum speed of 6,000 min -1 U provided. To drive the flywheel memory 10 a, 10 b, a permanent magnet excited motor / generator is preferably provided, the rotor, for. B. at a Lei stung of 350 kW and a rotor speed of 18,000-24,000 U min -1 , represents a sufficient flywheel. The operating voltage of the vehicle electrical system 14 a, 14 b and the flywheel memory 10 a, 10 b is advantageously approximately 800 V. The output of the internal combustion engine 20 is advantageously 140 kW at 5600 rpm -1 . Two batteries each with approximately 200 V and 25 kWh each are seen as electrical memories 12 a, 12 b. The cycloconverter 16 a- 16 are expediently carried out in each three-phase bridge circuit d.

Bei Einsatz eines derartigen Antriebssystems 1 für eine U-S-Bahn zeichnet sich dieses insbesondere dadurch aus, daß kei­ nerlei Oberleitungen oder andere Stromzuführungen erforder­ lich sind. Weiter liegt der Primärverbrauch bei nur etwa 36 l Dieselkraftstoff pro 100 km Fahrstrecke, bezogen auf ein Fahrzeug von etwa 30 t Gesamtgewicht (ca. 64 Sitzplätze und 60 Stehplätze, d. h. 0,3 l Treibstoff pro Person und 100 km Fahrstrecke). Ferner beträgt die mittlere Fahrgeschwindigkeit bei 40 Haltepunkten pro 100 km Fahrstrecke etwa 75 km/h bei einer Spitzengeschwindigkeit von ca. 125 km/h. Außerdem kann das Fahrzeug im unterirdischen Betrieb (U-Bahnbetrieb) eine Fahrstrecke von ca. 30 km zurücklegen. Die Energie hierfür stellt eine der Batterien 12a, 12b (2×25 kWh) zur Verfügung (ca. 2×500 kg Gewicht).When using such a drive system 1 for a US railway, this is particularly characterized in that kei nerlei overhead lines or other power supplies are required Lich. The primary consumption is only around 36 l of diesel fuel per 100 km of travel, based on a vehicle with a total weight of around 30 t (approx. 64 seats and 60 standing places, ie 0.3 l of fuel per person and 100 km of travel). Furthermore, the average driving speed at 40 stops per 100 km of driving distance is about 75 km / h at a top speed of about 125 km / h. In addition, the vehicle can cover a distance of approx. 30 km in underground operation (subway operation). The energy for this is provided by one of the batteries 12 a, 12 b (2 × 25 kWh) (approx. 2 × 500 kg weight).

Die elektrische Energie für Beschleunigungen und Verzögerun­ gen des Fahrzeugs wird durch die Schwungrad-Speicher 10a, 10b mit je 2,5 kWh nutzbarer Energie zur Verfügung gestellt. Bei Streckenanstiegen mit 2-3% Steigung und maximalem Höhenun­ terschied von 400-500 m stellt die oder jede Batterie 12a, 12b die notwendige Zusatzenergie zur Verfügung. Der Verbrennungs­ motor 20 deckt dann lediglich die Verluste aus Rollwiderstand und Luftwiderstand sowie interne Verluste des Hybrid-Antriebs ab. Sollte der Verbrennungsmotor 20 ausfallen, so kann das Fahrzeug - ähnlich wie im U-Bahn-Betrieb - über die elek­ trischen Speicher 12a, 12b noch etwa 30 km Fahrstrecke zurück­ legen.The electrical energy for accelerations and decelerations of the vehicle is provided by the flywheel memory 10 a, 10 b, each with 2.5 kWh of usable energy. For climbs with a gradient of 2-3% and a maximum difference in altitude of 400-500 m, the or each battery 12 a, 12 b provides the necessary additional energy. The internal combustion engine 20 then only covers the losses from rolling resistance and air resistance as well as internal losses of the hybrid drive. Should the internal combustion engine 20 fail, the vehicle can still travel about 30 km via the electrical memories 12 a, 12 b, similarly as in underground operation.

Fig. 3 zeigt einen Fahrzyklus, basierend auf 40 Haltepunkten pro 100 km Fahrstrecke und angenommenen Basisdaten von ca. 30. 000 kg Fahrzeuggewicht und 25 in Fahrzeuglänge. Wie in dem Diagramm gezeigt, resultiert hieraus eine mittlere Fahrge­ schwindigkeit von 75 km/h bei einer mittleren Ein-/Ausstiegs­ zeit von 25 Sekunden. Dabei ist auf einer ersten unteren Ab­ szisse A1 die Fahrstrecke s [m] und auf einer darüberlie­ genden zweiten Abszisse A2 die jeweils korrespondierende Zeit t [s] aufgetragen. Auf der Ordinate ist die Fahrge­ schwindigkeit v [km/h] aufgetragen. Das Diagramm stellt somit die Fahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Fahrzeit t und Fahrstrecke s dar. Dabei ist zwischen zwei Fahrzyklen eine mittlere Ein-/Ausstiegszeit von 25 Sekunden angenommen. Fig. 3 shows a driving cycle, based on 40 stops per 100 km by road and baseline data adopted by about 30 000 kg vehicle weight and 25 in the vehicle length. As shown in the diagram, this results in an average driving speed of 75 km / h with an average entry / exit time of 25 seconds. The travel distance s [m] is plotted on a first lower abscissa A1 and the corresponding time t [s] is plotted on a second abscissa A2 lying above it. The speed v [km / h] is plotted on the ordinate. The diagram thus represents the driving speed as a function of the driving time t and the driving distance s. An average getting on / off time of 25 seconds is assumed between two driving cycles.

Claims (31)

1. Hybrid-Antrieb für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest
  • a) einem Verbrennungsmotor (1),
  • b) einer Elektromaschine (2),
  • c) zumindest einem Energiespeicher (3 bzw. 4),
  • d) einem Direktumrichter (5)
1. Hybrid drive for a vehicle, in particular for a motor vehicle, with at least
  • a) an internal combustion engine ( 1 ),
  • b) an electric machine ( 2 ),
  • c) at least one energy store ( 3 or 4 ),
  • d) a direct converter ( 5 )
und mit Leistungsaustausch-Verbindungen zumindest zwischen
  • e) der Elektromaschine und zumindest einer Antriebsachse (10) des Fahrzeugs,
  • f) dem Verbrennungsmotor (3) und der Elektromaschine (2),
  • g) der Elektromaschine (2) und dem zumindest einem Energie­ speicher (3 bzw. 4) über ein Wechselstrom- bzw. Drehstrom-Bordnetz (11) unter Zwischenschaltung des Direktumrich­ ters.
and with power exchange connections at least between
  • e) the electric machine and at least one drive axle ( 10 ) of the vehicle,
  • f) the internal combustion engine ( 3 ) and the electric machine ( 2 ),
  • g) the electric machine ( 2 ) and the at least one energy store ( 3 or 4 ) via an alternating current or three-phase electrical system ( 11 ) with the interposition of the direct converter.
2. Hybrid-Antrieb für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest
  • h) einem Verbrennungsmotor (1),
  • i) einer Elektromaschine (2),
  • j) einem elektrischen Energiespeicher (3), insbesondere in Form einer elektrisch ladbaren bzw. entladbaren Batterie,
  • k) einem mechanischen Energiespeicher (4), insbesondere in Form eines elektrisch ladbaren bzw. entladbaren Schwung­ rad-Speichers,
  • l) einem Direktumrichter (5) und mit Leistungsaustausch-Verbindungen zumindest zwischen
  • m) der Elektromaschine und zumindest einer Antriebsachse (10) des Fahrzeugs,
  • n) dem Verbrennungsmotor (3) und der Elektromaschine (2),
  • o) der Elektromaschine (2) und dem mechanischen Energie­ speicher (4) über ein Wechselstrom- bzw. Drehstrom-Bord­ netz (11) unter Zwischenschaltung des Direktumrichters,
  • p) dem Verbrennungsmotor (1) und dem elektrischen Energie­ speicher (3) über das Wechselstrom- bzw. Drehstrom-Bord­ netz (11)
  • q) dem elektrischen Energiespeicher (3) und dem mechanischen Energiespeicher (4) über das Wechselstrom- bzw. Dreh­ strom-Bordnetz (11).
2. Hybrid drive for a vehicle, in particular for a motor vehicle, with at least
  • h) an internal combustion engine ( 1 ),
  • i) an electric machine ( 2 ),
  • j) an electrical energy store ( 3 ), in particular in the form of an electrically chargeable or dischargable battery,
  • k) a mechanical energy store ( 4 ), in particular in the form of an electrically loadable or unloadable flywheel store,
  • l) a direct converter ( 5 ) and with power exchange connections at least between
  • m) the electric machine and at least one drive axle ( 10 ) of the vehicle,
  • n) the internal combustion engine ( 3 ) and the electric machine ( 2 ),
  • o) the electric machine ( 2 ) and the mechanical energy store ( 4 ) via an alternating current or three-phase on-board network ( 11 ) with the intermediary of the direct converter,
  • p) the internal combustion engine ( 1 ) and the electrical energy store ( 3 ) via the alternating current or three-phase electrical system ( 11 )
  • q) the electrical energy store ( 3 ) and the mechanical energy store ( 4 ) via the alternating current or three-phase electrical system ( 11 ).
3. Hybrid-Antrieb nach dem vorhergehenden Anspruch mit einer ladbaren bzw. entladbaren Batterie als elektrischem Energie­ speicher (4) und mit einem der Batterie zugeordneten Umkehr­ stromrichter (6).3. Hybrid drive according to the preceding claim with a chargeable or dischargable battery as electrical energy storage ( 4 ) and with a battery-associated reversing converter ( 6 ). 4. Hybrid-Antrieb nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer mechanischen, vorzugsweise mit einer ersten Trennkupplung (7) versehenen, Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und der Elektromaschine (2).4. Hybrid drive according to at least one of the preceding claims with a mechanical, preferably provided with a first clutch ( 7 ), connection between the internal combustion engine ( 1 ) and the electric machine ( 2 ). 5. Hybrid-Antrieb nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer mechanischen, vorzugsweise mit einem Schaltgetriebe (9) versehenen, Verbindung zwischen der Elek­ tromaschine (2) und der Antriebsachse (10) des Fahrzeugs.5. Hybrid drive according to at least one of the preceding claims with a mechanical, preferably with a manual transmission ( 9 ) provided, connection between the elec tric machine ( 2 ) and the drive axle ( 10 ) of the vehicle. 6. Hybrid-Antrieb nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer zweiten, insbesondere einem Schaltgetrie­ be (9) vorgeschalteten, Trennkupplung (8) in der Verbindung zwischen der Elektromaschine (2) und der Antriebsachse (10) des Fahrzeugs.6. Hybrid drive according to at least one of the preceding claims with a second, in particular a gearbox ( 9 ) upstream, clutch ( 8 ) in the connection between the electric machine ( 2 ) and the drive axle ( 10 ) of the vehicle. 7. Hybrid-Antrieb nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Drehstrom-Bordnetz zwischen der Elektro­ maschine (2) und dem zumindest einen Energiespeicher (3 bzw. 4) sowie mit einem Direktumrichter (5) in Drehstrom­ brückenschaltung. 7. Hybrid drive according to at least one of the preceding claims with a three-phase electrical system between the electric machine ( 2 ) and the at least one energy store ( 3 or 4 ) and with a direct converter ( 5 ) in three-phase bridge circuit. 8. Hybrid-Antrieb nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Stadtverkehrsantrieb durch die von dem Verbrennungsmotor (1) mechanisch entkuppelte Elektromaschine (2) mit einer Leistungsübertragung ihrer Antriebs- und Be­ schleunigungsleistung aus dem zumindest einen Energiespeicher (3 bzw. 4).8. Hybrid drive according to at least one of the preceding claims with a city traffic drive by the internal combustion engine ( 1 ) mechanically decoupled electric machine ( 2 ) with a power transmission of its drive and loading acceleration power from the at least one energy store ( 3 or 4 ). 9. Hybrid-Antrieb nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Überlandverkehrsantrieb durch den Ver­ brennungsmotor (1) und die mechanisch gekuppelte Elektroma­ schine (2) mit einer Leistungsübertragung ihrer Antriebs- und Beschleunigungsleistung aus dem zumindest einen Energiespei­ cher (3 bzw. 4).9. Hybrid drive according to at least one of the preceding claims with an intercity drive by the internal combustion engine ( 1 ) and the mechanically coupled electric machine ( 2 ) with a power transmission of their drive and acceleration power from the at least one energy storage device ( 3 or 4 ) . 10. Hybrid-Antrieb nach zumindest einem der Ansprüche 2-9 einer Leistungsübertragung von dem elektrischen Energiespei­ cher (3) zu dem mechanischen Energiespeicher (4) im Sinne der Sicherstellung einer Mindestdrehzahl seines Rotors bzw. seiner Schwungmassen.10. Hybrid drive according to at least one of claims 2-9 a power transmission from the electrical Energiespei cher ( 3 ) to the mechanical energy storage ( 4 ) in the sense of ensuring a minimum speed of its rotor or its flywheels. 11. Hybrid-Antrieb nach zumindest einem der Ansprüche 2-10 mit einer Leistungsübertragung von dem elektrischen Ener­ giespeicher (3) zu der Elektromaschine (2) im Sinne einer Sicherstellung von dessen Antriebsleistung zur Überwindung des Rollwiderstandes bzw. Luftwiderstandes des Fahrzeuges.11. Hybrid drive according to at least one of claims 2-10 with a power transmission from the electrical energy storage ( 3 ) to the electric machine ( 2 ) in the sense of ensuring its drive power to overcome the rolling resistance or air resistance of the vehicle. 12. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 11 mit einer Ermittlung des jeweiligen Rollwiderstandes aus der augenblicklichen Fahrge­ schwindigkeit, insbesondere unter zusätzlicher Berücksichti­ gung des jeweiligen Reifendrucks bzw. der jeweiligen Zuladung bzw. des jeweiligen Fahrtgegenwindes.12. Hybrid drive according to claim 11 with a determination of respective rolling resistance from the current Fahrge speed, especially with additional consideration of the respective tire pressure or the respective payload or the respective headwind. 13. Hybrid-Antrieb nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Leistungsübertragung über die Elektroma­ schine (2) von der Antriebsachse (10) zu dem zumindest einen Energiespeicher (3 bzw. 4). 13. Hybrid drive according to at least one of the preceding claims with a power transmission via the electric machine ( 2 ) from the drive axle ( 10 ) to the at least one energy store ( 3 or 4 ). 14. Hybrid-Antrieb nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 2-13 mit einer Überlagerung einer Ladeleistungs­ übertragung von dem Verbrennungsmotor (1) zu dem elektrischen Speicher (4) und einer Antriebsleistungsübertragung von dem mechanischen Energiespeicher (4) zu der Antriebsachse (10) jeweils unter Zwischenschaltung der Elektromaschine (2).14. Hybrid drive according to at least one of the preceding claims 2-13 with a superimposition of a charge power transmission from the internal combustion engine ( 1 ) to the electrical store ( 4 ) and a drive power transmission from the mechanical energy store ( 4 ) to the drive axle ( 10 ) in each case with the interposition of the electric machine ( 2 ). 15. Hybrid-Antrieb nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Motor/Generator, insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine, als Elektromaschine (2).15. Hybrid drive according to at least one of the preceding claims with a motor / generator, in particular an externally excited synchronous machine, as an electric machine ( 2 ). 16. Hybrid-Antrieb nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 2-15 mit einem Schwungmassen-Motor/Generator, ins­ besondere einer dauermagneterregten Synchronmaschine mit vor­ zugsweise etwa 506 V bis 700 V Betriebsausgangsspannung, als mechanischer Energiespeicher (4).16. Hybrid drive according to at least one of the preceding claims 2-15 with a flywheel motor / generator, in particular a permanent magnet-excited synchronous machine with preferably about 506 V to 700 V operating output voltage, as a mechanical energy store ( 4 ). 17. Hybrid-Antrieb für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Schienenfahrzeug,
  • - mit einem mit einem Generator (22) verbundenen Verbren­ nungsmotor (20),
  • - mit einer Anzahl von Elektromaschinen (4a-4d), von denen jede mit jeweils einer entsprechenden Anzahl von Antriebs­ achsen (2a-2d) verbunden ist,
  • - mit mindestens einem Energiespeicher (10a, 10b; 12a, 12b), und
  • - mit einem an den Generator (22) sowie an den Energiespei­ cher (10a, 10b; 12a, 12b) angeschlossenen Wechselstrom-Bord­ netz (14, 14b), das über jeweils einen Direktumrichter (16a, 16b; 16c, 16d) mit jeder Elektromaschine (4a, 4b bzw. 4c, 4d) verbunden ist.
17. Hybrid drive for a vehicle, in particular for a rail vehicle,
  • - With a generator ( 22 ) connected to the combustion engine ( 20 ),
  • - With a number of electrical machines ( 4 a- 4 d), each of which is connected to a corresponding number of drive axes ( 2 a- 2 d),
  • - With at least one energy store ( 10 a, 10 b; 12 a, 12 b), and
  • - With a to the generator ( 22 ) and to the Energiespei cher ( 10 a, 10 b; 12 a, 12 b) connected AC board network ( 14 , 14 b), each via a direct converter ( 16 a, 16 b ; 16 c, 16 d) is connected to each electric machine ( 4 a, 4 b or 4 c, 4 d).
18. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 17, bei dem als Energiespei­ cher ein elektrischer Speicher (12a, 12b), vorzugsweise eine elektrisch ladbare und entladbare Batterie, und/oder eine mechanischer Speicher (10a, 10b), vorzugsweise ein elektrisch ladbarer und entladbarer Schwungrad-Speicher, vorgesehen ist.18. Hybrid drive according to claim 17, in which, as energy storage, an electrical storage ( 12 a, 12 b), preferably an electrically chargeable and dischargable battery, and / or a mechanical storage ( 10 a, 10 b), preferably an electrical loadable and unloadable flywheel storage is provided. 19. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 17 oder 18, wobei für ein Fahrzeug mit vier Antriebsachsen (2a-2d) das Wechselstrom-Bordnetz (14a, 14b) mit dem an diesen angeschlossenen Ener­ giespeicher (10a, 12a; 10b, 12b) für jeweils zwei Antriebsach­ sen (2a, 2b; 2c, 2d) redundant ausgeführt ist.19. Hybrid drive according to claim 17 or 18, wherein for a vehicle with four drive axles ( 2 a- 2 d) the AC electrical system ( 14 a, 14 b) with the energy storage connected to it ( 10 a, 12 a; 10 b, 12 b) for two Antriebsach sen ( 2 a, 2 b; 2 c, 2 d) is redundant. 20. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem bei Verwendung einer elektrisch ladbaren und entladbaren Batterie als Energiespeicher (12a, 12b) dieser ein Umkehr­ stromrichter (18a, 18b) zugeordnet ist.20. Hybrid drive according to one of claims 17 to 19, in which when using an electrically chargeable and dischargable battery as an energy store ( 12 a, 12 b) this is associated with a reversing converter ( 18 a, 18 b). 21. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei dem mit dem Verbrennungsmotor (20) verbundenen Generator (22) ein Gleichrichter (24) zugeordnet ist.21. Hybrid drive according to one of claims 17 to 20, wherein a rectifier ( 24 ) is associated with the generator ( 22 ) connected to the internal combustion engine ( 20 ). 22. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei der mit dem Verbrennungsmotor (20) verbundene Generator (22) über einen Stromrichter (26a, 26b), vorzugsweise über einen Einweg-Stromrichter, an das Wechselstrom-Bordnetz (14a bis 14b) angeschlossen ist.22. Hybrid drive according to one of claims 17 to 21, wherein the generator ( 22 ) connected to the internal combustion engine ( 20 ) via a converter ( 26 a, 26 b), preferably via a one-way converter, to the alternating current electrical system ( 14 a to 14 b) is connected. 23. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei die oder jede Elektromaschine (4a-4d) ein Elektrosynchronmo­ tor mit etwa 200 kW Spitzenleistung ist.23. Hybrid drive according to one of claims 17 to 22, wherein the or each electric machine ( 4 a- 4 d) is an Elektrosynchronmo gate with about 200 kW peak power. 24. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei der Verbrennungsmotor (20) für eine Leistung von etwa 140 kW bemessen ist. 24. Hybrid drive according to one of claims 17 to 23, wherein the internal combustion engine ( 20 ) is rated for an output of about 140 kW. 25. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei bei Einsatz eines mechanischen Energiespeichers (10a, 10b) dieser zur Bereitstellung von etwa 2,5 kWh nutzbarer Energie ausgelegt ist.25. Hybrid drive according to one of claims 17 to 24, wherein when using a mechanical energy store ( 10 a, 10 b) this is designed to provide about 2.5 kWh of usable energy. 26. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 25, wobei bei Einsatz eines elektrischen Energiespeichers (12a, 12b) dieser zur Bereitstellung von ca. 50 kWh, z. B. von 2×25 kWh, nutzbarer Energie ausgelegt ist.26. Hybrid drive according to one of claims 17 to 25, wherein when using an electrical energy store ( 12 a, 12 b) this to provide about 50 kWh, for. B. of 2 × 25 kWh, usable energy. 27. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 26, mit zum Beschleunigen oder Verzögern des Fahrzeugs einer Lei­ stungsübertragung von dem mindestens einen Energiespei­ cher (10, 12a; 10b, 12b) zu jeweils mindestens einer der Elek­ tromaschinen (4a, 4b bzw. 4c, 4d).27. Hybrid drive according to one of claims 17 to 26, with for accelerating or decelerating the vehicle a power transmission from the at least one energy storage device ( 10 , 12 a; 10 b, 12 b) to at least one of the electric machines ( 4 a, 4 b and 4 c, 4 d). 28. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 18 bis 27, mit einer Leistungsübertragung von dem elektrischen Energiespei­ cher (12a, 12b) zu dem mechanischen Energiespeicher (10a bzw. 10b) im Sinne der Sicherstellung einer Mindestdrehzahl seines Rotors oder seiner Schwungmasse.28. Hybrid drive according to one of claims 18 to 27, with a power transmission from the electrical energy store ( 12 a, 12 b) to the mechanical energy store ( 10 a or 10 b) in the sense of ensuring a minimum speed of its rotor or it Flywheel. 29. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 28, mit einer Leistungsübertragung von dem Verbrennungsmotor (20) zu jeder Elektromaschine (4a-4d) im Sinne eines Verlustaus­ gleichs zur Überwindung eines Roll- und/oder Luftwiderstandes des Fahrzeugs.29. Hybrid drive according to one of claims 17 to 28, with a power transmission from the internal combustion engine ( 20 ) to each electric machine ( 4 a- 4 d) in the sense of a loss compensation for overcoming a rolling and / or air resistance of the vehicle. 30. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 29, wobei das Wechselstrom-Bordnetz (14a, 14b) eine Betriebsspannung von ca. 800 V aufweist.30. Hybrid drive according to one of claims 17 to 29, wherein the AC electrical system ( 14 a, 14 b) has an operating voltage of approximately 800 V.
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