DE202016002428U1

DE202016002428U1 - Elektrofahrzeug mit Doppelschichtkondensator

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Publication number: DE202016002428U1
Application number: DE202016002428.1U
Authority: DE
Original assignee: BEEWATEC GmbH
Current assignee: BEEWATEC GmbH
Priority date: 2016-04-19
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2016-06-10
Anticipated expiration: 2026-04-20

Abstract

Elektrofahrzeug (1) mit
– einer Antriebseinrichtung (2),
– einer Energiespeichereinrichtung (3),
– einer Energiesteuerung (4) zur Regulierung der Energieverteilung in der Energiespeichereinrichtung (3) und
– Verbindungsmitteln (5) zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen einer Ladestation und der Energiespeichereinrichtung (3),
wobei
– die Energiespeichereinrichtung (3) mindestens zwei durch ein oder mehrere elektrische Schaltungselemente (6) miteinander verbundene Energiespeicherkomponenten (3a, 3b) aufweist, wobei
– mindestens eine der Energiespeicherkomponenten (3a, 3b) ein Doppelschichtkondensator (3a) ist, und
– mindestens eine der Energiespeicherkomponenten (3a, 3b) eine aufladbare elektrische Batterie (3b) ist, und wobei
– das Schaltungselement (6), das zwischen dem Doppelschichtkondensator (3a) und der Batterie (3b) angeordnet ist, ein DC/DC Wandler (6a1) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Doppelschichtkondensator (3a) und der Antriebseinrichtung (2) als weiteres elektrisches Schaltungselement (6) eine Diodenvorrichtung (6b1) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft Elektrofahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge mit Gleichspannungsmotoren, deren Energiespeichereinrichtung mindestens einen Doppelschichtkondensator und mindestens eine Batterie umfasst.
Ein Doppelschichtkondensator wird auch als Speicherkondensator oder Superkondensator (engl. Supercap oder Bootscap) bezeichnet. Kondensatoren dieser Art wurden zunächst bei Elektrofahrzeugen in Kombination mit einer als Primärenergiespeicher genutzten Batterieeinrichtung, welche die elektrische Antriebseinrichtung (Elektromotor) des Elektrofahrzeugs mit Energie versorgte, eingesetzt. Um bei hohen Belastungen, z. B. bei einer Bergfahrt, einen zu hohen Stromfluss aus der Batterie zu verhindern und somit deren vorzeitigen Verschleiß zu vermeiden, wurde der Doppelschichtkondensator zur Entlastung der Batterie eingesetzt.
Die Aufladung der Doppelschichtkondensatoren erfolgt entweder bei Talfahrten durch regeneratives Bremsen (Rekuperation) oder durch Aufladung an der Heimatstation des Elektrofahrzeugs oder an einer Elektrotankstelle.
Elektrofahrzeuge im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen neben Personenbeförderungsfahrzeugen und Nutzfahrzeugen auch fahrerlose Transportvorrichtungen (FTV), die vorwiegend zum Transport von Gegenständen in der industriellen Fertigung und in der Materiallogistik eingesetzt werden. Diese Fahrzeuge werden bevorzugt durch DC-(Gleichspannungs-)Motoren betrieben.
Elektrisch angetriebene fahrerlose Transportvorrichtungen werden im Bereich der Personenbeförderung zur Anbindung von Flughafenterminals, die als getrennt stehende Gebäude errichtet wurden, eingesetzt.
Aus Dokument US 2008/0277173 A1 ist ein elektrisch betriebener Omnibus mit einem Energiespeichersystem bestehend aus einer Doppelschichtkondensatorvorrichtung und einer Batterie bekannt. Die Energie für die Antriebseinrichtung des Fahrzeugs wird durch die Doppelschichtkondensatoren zur Verfügung gestellt. Die Doppelschichtkondensatoren werden an vorbestimmten Ladestationen entlang der vorbestimmten Wegstrecke bei den jeweiligen Stopps der Transportvorrichtung aufgeladen.
Bei einer Talfahrt oder bei einer Bremsung wird die dabei frei werdende Energie zur Aufladung der Doppelschichtkondensatoren genutzt, wobei der Elektromotor dann als Generator funktioniert (Rekuperation). Nach dem Aufladen der Doppelschichtkondensatoren dient die Energie zur Aufladung der Batterie, so dass der Antrieb der Vorrichtung aufgrund der Batterieenergie immer sichergestellt ist.
Der Vorrichtungsanspruch in Dokument US 2008/0277173 A1 richtet sich auf ein Fahrzeug umfassend

– eine Energiespeichereinrichtung, mit einem Kondensator und einer mit dem Kondensator verbundenen Batterie, wobei die Verbindung zwischen dem Kondensator und der Batterie ein bidirektionalen DC/DC Wandler ist,
– einen als Antriebseinrichtung dienenden elektrischen Motor, und
– Verbindungsmittel zwischen der Energiespeichereinrichtung und einer Ladestation.

Gemäß den Erläuterungen in der Beschreibung von Dokument US 2008/0277173 A1 dient die Batterie dem Zweck die Antriebseinrichtung mit Energie zu versorgen, wenn die im Kondensator gespeicherte Energie nicht mehr zum Antrieb des Fahrzeugs ausreicht (vgl. Absatz 53), d. h. wenn der Kondensator einen vorgegebenen Spannungswert unterschreitet (vgl. Absatz 85).
Die als top-up Energiequelle bezeichnete Batterie ergänzt somit die Energieversorgung durch den Kondensator, der zum direkten Betrieb der Antriebsvorrichtung des Fahrzeugs vorgesehen ist und bevorzugt als Supercab ausgebildet ist (vgl. Absatz (53) und (56) sowie (85)). Entsprechend wird die Batterie auch als Energiepuffer-Reservoir für den Kondensator bezeichnet (vgl. Absatz (58)). Die Batterie ist auch dafür vorgesehen, die elektrische Ausrüstung und Steuerung des Fahrzeugs im Übrigen mit Strom zu versorgen (vgl. Absatz (93)).
Die Verbindung zwischen dem Kondensator und der Batterie besteht bei dem in Dokument US 2008/0277173 A1 offenbarten Fahrzeug aus einem bidirektionalen DC/DC Wandler. Ein solcher Gleichspannungswandler wird im Englischen auch als reversible energy transfer device (DC/DC chopper) bezeichnet. Somit ist der Einsatz von DC/DC Wandlern im Zusammenhang mit einem Energiespeichersystem, bestehend aus einem Doppelschichtkondensator und einer Batterie, bereits aus Dokument US 2008/0277173 bekannt. Ein solcher DC/DC Wandlern bewirkt in dieser Verwendung das „Aufladen” der jeweils anderen Energiequelle. Bei dem in Dokument US 2008/0277173 A1 offenbarten Fahrzeug werden bidirektionale DC/DC Wandler eingesetzt.
Die in 2 der US 2008/0277173 A1 offenbarte elektrische Schaltung veranschaulicht die auf den beiden DC/DC-Wandlern (gekennzeichnet mit den Bezugszeichen 59 und 62) basierende Steuerung. Diese Steuerung bewirkt, dass der Kondensator (gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen 58) gleichzeitig sowohl den Elektromotor (gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen 54) mit Energie versorgt als auch die Batterie (gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen 60) auflädt.
Somit offenbart US 2008/0277173 A1 ein Elektrofahrzeug, dessen Antreibseinrichtung im Normalbetrieb direkt aus einem Doppelschichtkondensator gespeist wird, wobei die als zusätzliche Energiespeichereinheit eingesetzte Batterie als eine ergänzende Notfall-Energiequelle dient, wenn der Doppelschichtkondensator leer ist. Außerdem dient die Batterie auch zur Energieversorgung der elektronischen Fahrzeugsteuerung, d. h. zur Energieversorgung der elektronischen Stell- und Schaltungeinrichtungen des Fahrzeugs.
Auch der bereits seit Anfang 2009 bekannte hybride Energiespeicher Sitras HES von Siemens besteht aus zwei Energiespeicherkomponenten: dem mobilen Energiespeicher Sitras MES (Doppelschicht-Kondensator, DSK) und einer Nickel-Metallhydrid-Batterie. Sitras MES ermöglicht den energiesparenden Betrieb. Das Hybrid-Konzept Sitras HES kombiniert die Vorteile der DSK mit den Eigenschaften einer Traktionsbatterie. Dadurch lassen sich die Strecken, die oberleitungslos gefahren werden können, auf bis zu 2.500 Meter verlängern. Die Systeme werden auf ungenutzten Dachflächen einer Straßenbahn montiert und über einen Gleichstromsteller (DC/DC-Wandler) elektrisch an den Einspeisepunkt des Fahrzeugs angebunden.
Neben Elektrofahrzeugen, die allein dem Personentransport dienen, kommen in der industriellen Fertigung sowie im Bereich der modernen Lagerhaltung zunehmend fahrerlose Elektrofahrzeuge (fahrerlose mobile Materialtransporteinheiten) zum Einsatz. Das gilt insbesondere für die fahrerlose Ausgestaltung von elektrisch betriebenen Trolleys, Regalwagen oder Palettenwagen, die als Transportvorrichtungen (Transporthilfsmittel) zur Bereitstellung von Bau- und Montageteilen dienen. Die vorgenannten Transportvorrichtungen (Transporthilfsmittel), die hier als fahrerlose Transportvorrichtungen (FTV) bezeichnet werden, können einzeln oder in einer Mehrzahl lösbar miteinander verbunden in Form eines Routenzugs eingesetzt werden.
Zum Materialtransport ist aus Dokument EP 0 475 106 A1 eine FTV bekannt, wobei die Fahrvorrichtung entlang einer vordefinierten Fahrstrecke geführt wird. Zur Energieversorgung des elektrischen Antriebs der FTV sind im Bereich der Fahrstrecke Ladestationen (z. B. Ladeelektroden) angeordnet, welche mit den am FTV angeordneten Elektroden zur Energieübertragung verbindbar sind.
Ein wesentlicher Aspekt bei Elektrofahrzeugen, deren Energiespeichereinrichtung mindestens einen Doppelschichtkondensator und mindestens eine Batterie umfasst, besteht in der Nutzung der Bremsenergie, d. h. in der Art der Einspeisung der von den Antriebsmotoren im Generatormodus erzeugten Bremsenergie.
Die Schwierigkeiten bei der Einspeisung der Bremsenergie (Rekuperation) betreffen allgemein das Problem, dass die Bremsenergie zielgerichtet in den Kondensator rückgeführt werden muss, ohne dessen maximale Spannung zu überschreiten.
Aus diesem Grund wird die erzeugte Bremsenergie bei bekannten Elektrofahrzeugen über einen Ballastwiderstand ungenutzt verbraucht. Allerdings weist ein Ballastwiderstand eine große schwere Bauform auf, so dass bereits dessen großes Gewicht den Wirkungsgrad des Elektrofahrzeugs verschlechtert.
Alternativ wird die Bremsenergie in den Kondensator oder in die Batterie zurückgeführt. Dabei hat sich überraschend herausgestellt, dass für einen verlässlichen Betrieb eines Elektrofahrzeugs eine spezielle elektrische Schaltung erforderlich ist, wobei diese Schaltung auch die Rückführung der Bremsenergie steuert.
In der Regel ist die Batterie vollständig geladen und kann daher keine weitere Energie aufnehmen. (Eine Tiefenentladung der Batterie muss verhindert werden, weil sonst die gesamte Fahrzeugsteuerung abgeschaltet würde.) Aus diesem Grund muss die Bremsenergie in erster Linie in den Kondensator zurückgeführt werden.
Der Nachteil der bekannten Elektrofahrzeugen, insbesondere auch bei den Elektrofahrzeugen die zur Gruppe der fahrerlosen Transportvorrichtungen gehören, besteht jedoch darin, dass Rückführung der Bremsenergie (Rekuperation) nicht störungsfrei erfolgt und nicht effizient ist.
Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe ein Elektrofahrzeug mit verbesserter Rückführung der Bremsenergie bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Elektrofahrzeug nach Anspruch 1. Entsprechend betrifft der Erfindungsgegenstand ein Elektrofahrzeug, mit

– einer Antriebseinrichtung,
– einer Energiespeichereinrichtung,
– einer Energiesteuerung zur Regulierung der Energieverteilung in der Energiespeichereinrichtung und
– Verbindungsmitteln zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen einer Ladestation und der Energiespeichereinrichtung, wobei
– die Energiespeichereinrichtung mindestens zwei durch ein oder mehrere elektrische Schaltungselemente miteinander verbundene Energiespeicherkomponenten aufweist, wobei
– mindestens eine der Energiespeicherkomponenten ein Doppelschichtkondensator ist, und
– mindestens eine der Energiespeicherkomponenten eine aufladbare elektrische Batterie ist, und wobei
– das Schaltungselement, das zwischen dem Doppelschichtkondensator und der Batterie angeordnet ist, ein Gleichspannungswandler (= DC/DC Wandler) ist, wobei zwischen dem Doppelschichtkondensator und der Antriebseinrichtung als weiteres elektrisches Schaltungselement eine Diodenvorrichtung angeordnet ist.

Der Kern der Erfindung betrifft die Nutzung mindestens einer Diode (Sperrdiode) in Verbindung mit einem Gleichspannungswandler zur elektrischen Energiesteuerung des Elektrofahrzeugs. Die Bezeichnung elektrische Energiesteuerung bezeichnet die elektrische Schaltung, welche die Steuerung des Energiehaushalts (= Regulierung der Energieverteilung zwischen den Komponenten der Energiespeichereinrichtung, d. h. dem Doppelschichtkondensator und der Batterie) in der Energiespeichereinrichtung betrifft.
Die „Ventilwirkung” von Dioden (Sperrdioden) ermöglicht, im Zusammenwirken mit Gleichspannungswandlern, die zielgerichtete Rückführung der Bremsenergie in den Kondensator ohne dass dessen maximale Spannung überschritten wird. Zur Charakterisierung einer Diode kann deren Flussspannung dienen. Die Flussspannung der im Rahmen der Erfindung eingesetzten Dioden liegt im Bereich von 0,3 bis 3,4 Volt. Bevorzugt haben die hier eingesetzten Dioden eine Flussspannung von ca. 1,5 Volt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuerung des Elektrofahrzeugs eine zwischen dem Doppelschichtkondensator und dem zur Antriebseinrichtung gehörenden Leistungsteil liegende Diodenvorrichtung mit, zwei zueinander parallel liegenden Dioden, wobei

– die eine Diode eingangsseitig mit dem Doppelschichtkondensator, und
– die andere Diode eingangsseitig mit der Batterie verbunden ist, und

Die in Verbindung mit den Dioden eingesetzten Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) sind bevorzugt nicht bidirektional (d. h. eingesetzten Dioden sind bevorzugt monodirektional). Wären die Gleichspannungswandler bidirektional leitend, so würde die Batterie während der Nichtnutzung des Fahrzeugs (= sleep modus) den Kondensator aufladen und dadurch die für den Betrieb der elektronischen Fahrzeugsteuerung (elektrische Grundversorgung) notwendige Mindestspannung unterschreiten.
Die Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) können eine in einem breiten Bereich variierende Eingangsspannung (z. B. 12 bis 120 Volt) aufweisen. Die Ausgangsspannung variiert ebenfalls, allerdings in einem engeren Bereich, nämlich im Bereich von 23,8 bis 48 Volt.)
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuerung des Elektrofahrzeugs neben zwei parallel liegenden Dioden, die ausgangsseitig mit dem Leistungsteil und dem Logikteil verbunden sind, einen weiteren (zweiten) Gleichspannungswandler (DC/DC Wandler). Der DC/DC Wandler (Eingangsspannung 12 bis 48 Volt, Ausgangsspannung 23,8 bis 26,4 Volt) liegt zwischen den beiden ausgangsseitig elektrisch miteinander verbundenen Dioden und dem Logikteil.
Ein DC/DC Wandler (Eingangsspannung 30 bis 50 Volt, Ausgangsspannung 28,5 bis 29,2 Volt) liegt bereits zwischen dem Kondensator und der Batterie.
Die vorgenannten im Rahmen der Erfindung in Kombination mit den Dioden eingesetzten Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) sind bevorzugt nicht bidirektional (d. h. die eingesetzten Dioden sind bevorzugt monodirektional).
Wären die Gleichspannungswandler bidirektional leitend, so würde die Batterie während der Nichtnutzung des Fahrzeugs (= sleep modus) den Kondensator aufladen und dadurch die für den Betrieb der elektronischen Fahrzeugsteuerung (elektrische Grundversorgung) notwendige Mindestspannung unterschreiten. Die Verfügbarkeit des Elektrofahrzeugs würde dadurch beeinträchtigt.
In einer weiteren ganz besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuerung des Elektrofahrzeugs einen weiteren (dritten) Gleichspannungswandler (DC/DC Wandler) (Eingangsspannung 22 bis 120 Volt, Ausgangsspannung 42 bis 48 Volt), der zwischen dem zur Antriebseinrichtung gehörenden Leistungsteil und dem Doppelschichtkondensator liegt sowie einen Überspannungsschutz, wobei der DC/DC Wandler und der Überspannungsschutz in Reihe liegen. In dieser Reihe ist der Überspannungsschutz mit dem Leistungsteil verbunden und der DC/DC Wandler ist mit dem Doppelschichtkondensator verbunden.
In einer weiteren ganz besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuerung des Elektrofahrzeugs eine weitere Diodenvorrichtung, die insgesamt vier parallel liegenden Dioden aufweist. Die vier Dioden liegen zwischen dem Doppelschichtkondensator und dem Leistungsteil. Dabei sind zwei Dioden (nämlich die Dioden mit den Bezugszeichen 6b1 und 6b3) eingangsseitig jeweils elektrisch mit dem Doppelschichtkondensator, und zwei Dioden (nämlich die Dioden mit den Bezugszeichen 6b2 und 6b4) eingangsseitig jeweils mit der Batterie verbunden sind, wobei die jeweils parallel liegenden (d. h. die Dioden 6b1 und 6b2 bzw. die Dioden 6b3 und 6b4) ausgangsseitig jeweils elektrisch miteinander verbunden sind, und wobei ein Diodenpaar (d. h. die Dioden 6b1 und 6b2) ausgangsseitig mit dem Leistungsteil (2a), und ein Diodenpaar (d. h. die Dioden 6b3 und 6b4) ausgangsseitig mit dem Logikteil verbundenen sind.
In der vorgenannten Ausführungsform liegt der oben als zweiter Gleichspannungswandler bezeichnete DC/DC Wandler bevorzugt zwischen den beiden ausgangsseitig elektrisch miteinander verbundenen Dioden und dem Logikteil.
Der vorgenannte im Rahmen der Erfindung eingesetzte Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) ist nicht bidirektional (d. h. die eingesetzten Dioden sind bevorzugt monodirektional).
Die Antriebseinrichtung des Elektrofahrzeugs ist aus einem Leistungsteil und aus einem Logikteil aufgebaut. Das Logikteil umfasst z. T. auch die elektronische Fahrzeugsteuerung.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Elektrofahrzeug als Fahrzeug zur Personenbeförderung eingesetzt wird, oder insbesondere als fahrerlose Transportvorrichtung (FTV), welche im Bereich der Materiallogistik zum Einsatz kommt, aufgeführt ist.
An der Außenseite (Längsseiten und Querseiten) der FTV angeordnete LED-Leisten können durch Farbcodierung zur Visualisierung der unterschiedlichen Betriebszustände, d. h. Ladezustand der beiden zur Energiespeichereinrichtung gehörenden Komponenten oder zur Visualisierung des Fahrzustands (Automatikbetrieb oder Handbetrieb) der Vorrichtung eingesetzt werden. Zur Farbcodierung sind z. B. die Farben orange, gelb, rot, grün, blau und lila vorgesehen.
Eine zusätzliche Codierung kann durch die Variation der Taktzeiten der LED-Beleuchtung erreicht werden. Denkbare Taktzeiten sind: ständige Beleuchtung, Blinken im Sekundenintervall, Blinken im Halbsekundenintervall, kurzer Impuls, kurzer Impuls im 2,25 Sekundenintervall, oder kurzer Impuls im 4,75 Sekundenintervall.
Beispielhaft sind nachfolgend einige bevorzugte Kodierungskombinationen, d. h. unterschiedliche Kombinationen von Farbe und Taktzeit, zusammengefasst: Laden der FTV: Wenn die FTV geladen wird, wird folgende Information über die LED-Leisten dargestellt:

– Anfang des Ladens → linke und rechte Leisten, kurzer blaue Impuls
– Kondensator Ladezustand > 90% → vordere Leiste, ständig orange
– Kondensator Ladezustand > 70% → vordere Leiste, ständig gelb
– Kondensator Ladezustand > 40% → vordere Leiste, jede Sekunde blinken gelb
– Kondensator Ladezustand > 20% → vordere Leiste, jede halbe Sekunde blinken gelb
– Kondensator Ladezustand > 1% → vordere Leiste, kurzer Impuls jede 2,25 Sekunden gelb
– Batterie Ladezustand > 90% → linke Leiste, ständig orange
– Batterie Ladezustand > 70% → linke Leiste, ständig gelb
– Batterie Ladezustand > 40% → linke Leiste, jede Sekunde blinken gelb
– Batterie Ladezustand > 20% → linke Leiste, jede halbe Sekunde blinken gelb
– Batterie Ladezustand > 1% → linke Leiste, kurzer Impuls jede 2,25 Sekunden gelb

Fahren der FTV: Wenn die FTV fährt, wird folgende Information über die LED-Leisten dargestellt. Die Reihenfolge entspricht der Priorität:

– Im Schutzfeld eingetreten → linke und rechte Leisten, ständig rot
– Transponder gefunden oder Ziel erreicht → linke und rechte Leisten, kurzer grüne Impuls
– Im Warnfeld eingetreten → linke und rechte Leisten, ständig lila
– Abzweigung links, links → linke Leiste ständig orange
– Abzweigung rechts, rechts → rechte Leiste ständig orange
– Kondensatorversorgung → vordere Leiste, ständig orange
– Batterieversorgung Ladezustand > 90% → vordere Leiste, ständig gelb
– Batterieversorgung Ladezustand > 70% → vordere Leiste, jede Sekunde blinken gelb
– Batterieversorgung Ladezustand > 40% → vordere Leiste, jede halbe Sekunde blinken gelb
– Batterieversorgung Ladezustand > 20% → vordere Leiste, kurzer Impuls jede 2,25 Sekunden gelb
– Batterieversorgung Ladezustand > 1% → vordere Leiste, kurzer Impuls jede 4,75 Sekunden gelb
– FTF fährt → linke und rechte Leisten, ständig orange

Stehen der FTV: Wenn die FTV steht, wird folgende Information über die LED-Leisten dargestellt. Die Reihenfolge entspricht der Priorität:

– Sicherheitskette auf bzw. Schutzfeld verletzt → linke und rechte Leisten, jede halbe Sekunde blinken rot
– FTF mit Fehler, die Quittierungspflichtig ist → linke und rechte Leisten, kurzer Impuls jede 2,25 Sekunden blaue
– FTF wartet auf Start Signal → linke und rechte Leisten, kurzer Impuls jede 2,25 Sekunden grün
– Kondensatorversorgung → vordere Leiste, ständig orange
– Batterieversorgung Ladezustand > 90% → vordere Leiste, ständig gelb
– Batterieversorgung Ladezustand > 70% → vordere Leiste, jede Sekunde blinken gelb
– Batterieversorgung Ladezustand > 40% → vordere Leiste, jede halbe Sekunde blinken gelb
– Batterieversorgung Ladezustand > 20% → vordere Leiste, kurzer Impuls jede 2,25 Sekunden gelb
– Batterieversorgung Ladezustand > 1% → vordere Leiste, kurzer Impuls jede 4,75 Sekunden gelb

Zum Aufladen der Energiespeichereinrichtung sind im Falle der Ausführung des Elektrofahrzeugs als fahrerlose Transportvorrichtung (FTV) 5 bis 50 Ladestationen vorgesehen, wobei die Ladestationen einen Abstand zueinander im Bereich von 2 bis 100 Meter aufweisen und wobei die Ladezeit jeweils zwischen 40 und 60 Sekunden beträgt.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen, die verschiedene Ausführungsbeispiele veranschaulichen. Alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale bilden für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüche und deren Rückbeziehung.
Im Einzelnen zeigen:
1 Schaltbild 1 des Elektrofahrzeugs
2 Alternatives Schaltbild 2 des Elektrofahrzeugs
3 Alternatives Schaltbild 3 des Elektrofahrzeugs
1 zeigt mit dem gestrichelt umrandeten Bereich die Energiesteuerung 4 und die elektronische Verschaltung (Schaltbild) der dazugehörigen Komponenten und Schaltungselemente. Die zu dem Elektrofahrzeug gehörenden Komponenten umfassen im Wesentlichen die Antriebseinrichtung 2, die Energiespeichereinrichtung 3 sowie die Energiesteuerung 4 mit den elektronischen Schaltungselementen 6. Das in 1 gezeigte Schaltbild umfasst neben den vorgenannten Komponenten die beiden Gleichspannungswandlern (DC/DC Wandler) (6a1) und (6a2) sowie die Diodenvorrichtung 6b, welche zwei parallel geschaltete Dioden (6b1) und (6b2) umfasst.
Eingangsseitig ist die Diodenvorrichtung 6b mit dem Doppelschichtkondensator 3a und mit der Batterie 3b verbunden. Ausgangsseitig sind die beiden zur Diodenvorrichtung 6b gehörenden Dioden elektrisch miteinander verbunden.
Die Diodenvorrichtung 6b bewirkt, dass die Antriebseinrichtung 2, welche das Leistungsteil 2a mit jeweils einem Antrieb und einer Endstufe umfasst, die elektrische Last von der jeweiligen zum Energiespeicher 3 gehörenden Komponente selektiv, d. h. spannungsabhängig, abzieht. D. h. solange die Spannung des Doppelschichtkondensators 3a höher ist als die Spannung der Batterie 3b zieht das Leistungsteil 2a den Strom aus dem Doppelschichtkondensator 3a. Zunächst entspricht die Ausgangsspannung der einen Diode der anfänglichen Kondensatorspannung minus der Flussspannung (ca. 1,5 V) der Diode, bei vollständig aufgeladenem Kondensator entspricht dies ca. 48 V – 1,5 V = 46,5 V. In der Diodenvorrichtung 6b leitet daher zunächst nur eine Diode (6b1), während die zweite Diode (6b2) sperrt. In jener Zeit, in der das Elektrofahrzeug aus dem Kondensator 3a angetrieben wird, sinkt die Kondensatorspannung während die Spannung der Batterie dagegen nahezu konstant bleibt.
Vereinfacht kann man sagen, dass die Antriebseinrichtung 2, d. h. deren Leistungsteil 2b den Strom immer aus jener Energiequelle 3a und 3b zieht, welche den Strom am einfachsten zur Verfügung stellt, d. h. hier zunächst aus dem Doppelschichtkondensator 3a.
Wenn die Kondensatorspannung weiter sinkt, bleibt die Spannung der Batterie nahezu konstant. Wird nun die Kondensatorspannung um den Betrag der Flussspannung der Diode (ca. 1,5 Volt) kleiner als die Batteriespannung, so sperrt die eingangsseitig mit dem Kondensator verbundene Diode 6b1, während dann die eingangsseitig mit der Batterie 3b verbundene Diode 6b2 der Diodenvorrichtung 6b leitet.
Der zwischen dem Doppelschichtkondensator 3a und der Batterie 3b liegende Gleichspannungswandlern (DC/DC Wandler) (6a1) bewirkt, dass der Kondensator die Batterie auflädt, solange der Kondensator eine Mindestspannung nicht unterschreitet.
Abhängig vom DC/DC Wandler kann die Mindestspannung des Kondensators im Bereich zwischen 12–31 Volt liegen. Die bevorzugte Ausgangsspannung des Kondensators liegt bei 48 Volt. Die bevorzugte Ausgangsspannung der Batterie liegt im Bereich von 28,5 bis 29,2 Volt. Besonders bevorzugt ist eine Batterieausgangsspannung von 29,2 Volt.
Die stationäre Ladestation außerhalb des gestrichelten Bereichs gehört nicht zum Elektrofahrzeug 1. Die Ladestation wird nur zeitweise, d. h. während der jeweiligen Zwischenstopps des Elektrofahrzeugs im Bereich der Ladestation durch die Verbindungsmittel 5 mit dem Elektrofahrzeug zum Aufladen der Doppelschichtkondensatoreinrichtung 3a mit derselben verbunden.
Die Verbindungsmittel 5 zur Ladestation können aus steckbaren Verbindungskabeln oder aus Ladekontakten bestehen. Die Ladekontakte basieren auf einer Kontaktberührung. Als induktive Verbindungen können die Ladekontakte aber auch berührungslos ausgeführt sein.
2 zeigt ein alternatives Schaltbild des Elektrofahrzeugs, welches Schaltbild auf dem in 1 gezeigten Schaltbild aufbaut.
Die in 2 gezeigte Schaltung umfasst zusätzlich den weiteren (dritten) Gleichspannungswandler (DC/DC Wandler) 6a3, der zwischen dem zur Antriebseinrichtung 2 gehörenden Leistungsteil 2a und dem Doppelschichtkondensator 3a liegt. Außerdem umfasst die Schaltung zusätzlich den Überspannungsschutz 6c. Der Gleichspannungswandler (DC/DC Wandler) 6a3 und der Überspannungsschutz 6c liegen in Reihe, wobei der Überspannungsschutz 6c1 mit dem Leistungsteil 2a verbunden ist, und der DC/DC Wandler 6a3 mit dem Doppelschichtkondensator 3a verbunden ist.
Für die in 1 und 2 (und somit auch die in 3) gezeigten Gleichspannungswandler (DC/DC Wandler) 6a1, 6a2 und 6a3 sind folgenden Eingangs- und Ausgangsspannungen vorgesehen:

– DC/DC Wandler 6a1 Eingangsspannung 30 bis 50 Volt, Ausgangsspannung 28,5 bis 29,2 Volt, bevorzugt 29 Volt.
– DC/DC Wandler 6a2 Eingangsspannung 12 bis 48 Volt, Ausgangsspannung 23,8 bis 26,4 Volt, bevorzugt 24 Volt
– DC/DC Wandler 6a3 Eingangsspannung 22 bis 120 Volt, Ausgangsspannung 42 bis 48 Volt, bevorzugt 48 Volt.

3 zeigt ein weiteres alternatives, besonders bevorzugtes Schaltbild des Elektrofahrzeugs, welches Schaltbild auf dem in 2 gezeigten Schaltbild aufbaut. Dabei liegen zwischen dem Doppelschichtkondensator 3a und dem Leistungsteil 2a eine Diodenvorrichtung 6b, die vier parallel liegende Dioden 6b1, 6b2, 6b3 und 6b4 umfasst. Dabei sind die Dioden 6b1 und 6b3 eingangsseitig jeweils elektrisch mit dem Doppelschichtkondensator 3a, und die Dioden 6b2 und 6b4 eingangsseitig jeweils mit der Batterie 3b verbunden, wobei die jeweils parallel liegenden Dioden 6b1 und 6b2 sowie die Dioden 6b3 und 6b4 ausgangsseitig jeweils elektrisch miteinander verbunden sind, und wobei die Dioden 6b1 und 6b2 ausgangsseitig mit dem Leistungsteil 2a, und die Dioden 6b3 und 6b4 ausgangsseitig mit dem Logikteil 2b verbundenen sind. (Die Wirkung selektive (d. h. spannungsabhängig Wirkung) von Dioden beim Entladen sowie beim Laden des Kondensators wurde im Zusammenhang mit 1 und den Dioden 6b1 und 6b2 bereits beispielhaft erläutert. Auf diese Erläuterung wird hier Bezug genommen.)
Bezugszeichenliste

1: Elektrofahrzeug
2: Antriebseinrichtung
2a: Leistungsteil
2b: Logikteil
3: Energiespeichereinrichtung
3a: Doppelschichtkondensator
3b: Batterie
4: Energiesteuerung (Steuerung zur Regulierung der Energieverteilung, d. h. Steuerung des Energiehaushalts)
5: Verbindungsmittel zwischen Energiespeichereinrichtung und Ladestation
6: Schaltungselement
6a1–6a3: Gleichspannungswandler (DC/DC Wandler)
6b: Diodenvorrichtung
6b1–6b4: Dioden (Einzeldioden)
6c: Überspannungsschutz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2008/0277173 A1 [0006, 0008, 0009, 0011, 0011, 0012, 0013]
US 2008/0277173 [0011]
EP 0475106 A1 [0016]

Claims

Elektrofahrzeug (1) mit – einer Antriebseinrichtung (2), – einer Energiespeichereinrichtung (3), – einer Energiesteuerung (4) zur Regulierung der Energieverteilung in der Energiespeichereinrichtung (3) und – Verbindungsmitteln (5) zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen einer Ladestation und der Energiespeichereinrichtung (3), wobei – die Energiespeichereinrichtung (3) mindestens zwei durch ein oder mehrere elektrische Schaltungselemente (6) miteinander verbundene Energiespeicherkomponenten (3a, 3b) aufweist, wobei – mindestens eine der Energiespeicherkomponenten (3a, 3b) ein Doppelschichtkondensator (3a) ist, und – mindestens eine der Energiespeicherkomponenten (3a, 3b) eine aufladbare elektrische Batterie (3b) ist, und wobei – das Schaltungselement (6), das zwischen dem Doppelschichtkondensator (3a) und der Batterie (3b) angeordnet ist, ein DC/DC Wandler (6a1) ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Doppelschichtkondensator (3a) und der Antriebseinrichtung (2) als weiteres elektrisches Schaltungselement (6) eine Diodenvorrichtung (6b1) angeordnet ist.
Elektrofahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Doppelschichtkondensator (3a) und dem Leistungsteil (2a) liegende Diodenvorrichtung (6b) zwei parallel liegende Dioden (6b1), (6b2) umfasst, wobei – die Diode (6b1) eingangsseitig mit dem Doppelschichtkondensator (3a), und – die Diode (6b2) eingangsseitig mit der Batterie (3b) verbunden ist, wobei die beiden parallel liegenden Dioden (6b1), (6b2) ausgangsseitig elektrisch miteinander verbunden sind.
Elektrofahrzeug (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die beiden parallel liegenden Dioden (6b1), (6b2) ausgangsseitig mit dem – Leistungsteil (2a) und dem – Logikteil (2b) verbunden sind, wobei zwischen den beiden ausgangsseitig elektrisch miteinander verbundenen Dioden (6b1), (6b2) und dem Logikteil (2b) ein weiterer DC/DC Wandler (6a2) liegt.
Elektrofahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zur Antriebseinrichtung (2) gehörenden Leistungsteil (2a) und dem Doppelschichtkondensator (3a) – ein weiterer DC/DC Wandler (6a3) sowie – ein Überspannungsschutz (6c1) in Reihe liegen, wobei der Überspannungsschutz (6c1) mit dem Leistungsteil (2a) verbunden ist, und der DC/DC Wandler (6a3) mit dem Doppelschichtkondensator (3a) verbunden ist.
Elektrofahrzeug (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Doppelschichtkondensator (3a) und dem Leistungsteil (2a) liegende Diodenvorrichtung (6b) vier parallel liegende Dioden (6b1), (6b2), (6b3) und (6b4) umfasst.
Elektrofahrzeug (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die – Dioden (6b1) und (6b3) eingangsseitig jeweils elektrisch mit dem Doppelschichtkondensator (3a), und die – Dioden (6b2) und (6b4) eingangsseitig jeweils mit der Batterie (3b) verbunden sind, wobei die jeweils parallel liegenden – Dioden (6b1) und (6b2), und die – Dioden (6b3) und (6b4) ausgangsseitig jeweils elektrisch miteinander verbunden sind, und wobei die – Dioden (6b1) und (6b2) ausgangsseitig mit dem Leistungsteil (2a), und die – Dioden (6b3) und (6b4) ausgangsseitig mit dem Logikteil (2b) verbundenen sind.
Elektrofahrzeug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC Wandler (6a2) zwischen den beiden ausgangsseitig elektrisch miteinander verbundenen Dioden (6b3), (6b4) und dem Logikteil (2b) liegt.
Elektrofahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (2), einen Leistungsteil (2a) und einen Logikteil (2b) umfasst.
Elektrofahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrofahrzeug eine fahrerlose Transportvorrichtung (FTV) ist.
Fahrerlose Transportvorrichtung (FTV) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das diese im Bereich der Materiallogistik in Kombination mit 5 bis 50 stationären Ladestationen zum Einsatz kommt, wobei die Ladestationen einen Abstand zueinander im Bereich von 2 bis 100 Meter aufweisen und wobei die Ladezeit jeweils zwischen 40 und 60 Sekunden liegt.