DE202023002141U1

DE202023002141U1 - Batteriebetriebenes Elektrofahrzeug mit Vorrichtung zum Laden der Batterie

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Publication number: DE202023002141U1
Application number: DE202023002141.3U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-10-18
Filing date: 2023-10-13
Publication date: 2023-11-28
Anticipated expiration: 2033-10-14
Also published as: PL131742U1; BR202023021552U2; CN221393058U; ES1306904U; FR3140811A3; ES1306904Y

Abstract

Elektrofahrzeug (10), das ein auf Rädern (12) montiertes Fahrgestell (11), einen elektrischen Antriebsmotor (13), eine von diesem elektrischen Antriebsmotor (13) angetriebene Antriebswelle (16), zwei oder mehr Batterieeinheiten (14, 15), um besagten elektrischen Antriebsmotor (13) zu speisen, und eine Selbstladevorrichtung (22, 24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass diese Selbstladevorrichtung (22, 24) mindestens eine Energieerzeugereinheit (22) umfasst, um die kinetische Energie des Elektrofahrzeugs (10) in elektrische Energie umzuwandeln, und eine Lademanagementeinheit (24) umfasst, um kontinuierlich den Ladezustand der Batterieeinheit (14, 15), die den elektrischen Antriebsmotor (13) speist, zu erfassen und bei Bedarf von der entladenen Batterieeinheit auf eine aufgeladene Batterieeinheit umzuschalten und die entladene Batterieeinheit aufzuladen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Elektrofahrzeuge im Allgemeinen und im Besonderen ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug, das mit einer Vorrichtung zum Laden der Batterie ausgestattet ist.
Stand der Technik
Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge sind in der Technik wohlbekannt und erregen konstantes Interesse als alternative Transportmittel zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren und als Antwort auf den Anstieg der Kraftstoffpreise und das Bestreben, den Ausstoß schädlicher Gase und Treibhausgase in die Atmosphäre zu reduzieren.
Gleichwohl ist die Reichweite eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs aufgrund der begrenzten Kapazität der Batterien als Energiequelle und des hohen Energieverbrauchs des Elektrofahrzeugs selbst im Allgemeinen geringer als die eines herkömmlichen Fahrzeugs mit Verbrennermotor mit gleichwertiger Leistung, weshalb das Elektrofahrzeug häufige Ladevorgänge der Batterien erforderlich macht. Der Einsatz eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs ist also unbequem, vor allem für lange Strecken, weil mehrfache Aufenthalte an Ladestationen erforderlich sein können. Zudem weisen die heutigen Batterien für Elektrofahrzeuge im Allgemeinen eine niedrige Ladegeschwindigkeit auf und mit jeder Stunde Laden, typischerweise an einer Ladestation zu Hause oder auf einem öffentlichen Parkplatz, mit einer Leistung von 11 bis 22 kW, vergrößert sich die Reichweite des Elektrofahrzeugs im Allgemeinen um weniger als 100 km. Aus den vorher angeführten Gründen sind batteriebetriebene Elektrofahrzeuge in der Regel eher als Transportmittel in der Stadt oder für kurze Strecken geeignet.
Eine für das Ladeproblem der Batterien eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs bekannte Lösung besteht in der Nutzung der kinetischen Energie des Fahrzeugs selbst während der Fahrt, um die Batterien zu laden. Diese Lösung bietet ein wirksames und kostenloses Mittel zum Laden der Batterien und folglich zum Erhöhen der Reichweite des Elektrofahrzeugs, wodurch die Häufigkeit der Aufenthalte an Ladestationen verringert wird.
Ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug, das eine solche Lösung bietet, wird zum Beispiel in der veröffentlichten internationalen Patentanmeldung WO 2020/018007 A1 beschrieben.
Nach dieser früheren Patentanmeldung ist das Elektrofahrzeug mit einer Selbstladevorrichtung ausgerüstet, die aus einem Generatorenpaar, von dem jeder Generator automatisch eine entsprechende Batterieeinheit auflädt, und aus einer elektronischen Kontrollvorrichtung gebildet wird, die die Energie von den Batterien zu einem elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs überträgt. Sobald der Ladezustand der Batterien 75 - 85 % erreicht, kann die elektronische Kontrollvorrichtung die von den Generatoren erzeugte elektrische Energie direkt zum elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs leiten.
Die bekannte Selbstladevorrichtung der Batterien dieses Elektrofahrzeugs hat den Nachteil, dass die beiden Batterieeinheiten gleichzeitig geladen werden, und da jede Batterieeinheit einzeln gesteuert werden muss, ist es erforderlich, jede Batterieeinheit mit einem eigenen Lademanagementsystem auszurüsten. Folglich hat eine Selbstladevorrichtung des vorstehend beschriebenen Typs den Nachteil, komplex und teuer zu sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung zielt also darauf ab, ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug mit einer Selbstladevorrichtung der Batterien bereitzustellen, die es ermöglicht, die Reichweite des Fahrzeugs im Vergleich zu anderen in der Technik bekannten Selbstladevorrichtungen auf einfachere Art und Weise und zu geringeren Kosten zu erhöhen.
Insbesondere wird dieser Zweck durch ein Elektrofahrzeug erreicht, das ein auf Rädern montiertes Fahrgestell, einen elektrischen Antriebsmotor, eine von diesem Antriebsmotor angetriebene Antriebswelle, zwei oder mehr Batterieeinheiten, um besagten Antriebsmotor zu speisen, und eine Selbstladevorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass diese Selbstladevorrichtung mindestens eine Energieerzeugereinheit umfasst, um die kinetische Energie des Elektrofahrzeugs in elektrische Energie umzuwandeln, und eine Lademanagementeinheit umfasst, um kontinuierlich den Ladezustand der Batterieeinheit, die den elektrischen Antriebsmotor speist, zu erfassen und bei Bedarf von der entladenen Batterieeinheit auf eine aufgeladene Batterieeinheit umzuschalten und die entladene Batterieeinheit aufzuladen.
Da am Fahrgestell des Fahrzeugs mindestens zwei Batterieeinheiten installiert sind und die Lademanagementeinheit mit einem Umschalter ausgerüstet ist, ermöglicht es der Erfindungsgegenstand, einen optimierten Zyklus des abwechselnden Ladens und Entladens der Batterieeinheiten zu realisieren, der nicht nur ein kontinuierliches Fahren des Elektrofahrzeugs gewährleistet, sondern auch ermöglicht, die Reichweite des Elektrofahrzeugs zu erhöhen und so die technischen Nachteile behebt, die mit dem Laden elektrischer Fahrzeuge in den Ladestationen verbunden sind.
Da die Batterieeinheiten alternierend funktionieren, ist zudem in jedem Moment nur eine Batterieeinheit in einer Ladephase, weshalb die Verwendung nur einer Lademanagementeinheit ausreicht, um den Ladevorgang der Batterieeinheiten zu steuern und zu überwachen, wodurch die Struktur vereinfacht wird und die Kosten für die Ladevorrichtung verringert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nun unter Bezugnahme auf eine beispielhafte und nicht einschränkende Ausführungsform, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, deren einzige Abbildung eine schematische Ansicht des Aufbaus des batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs gemäß der Erfindung ist, weiter im Detail beschrieben. Auch wenn in der Zeichnung ein elektrisches Fahrzeug mit vier Rädern gezeigt wird, versteht es sich von selbst, dass die Erfindung auch für Fahrzeuge mit drei Rädern anwendbar ist.
Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung
Unter Bezugnahme auf die Figur der Zeichnung ist mit 10 ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug in seiner Gesamtheit gemäß der vorliegenden Erfindung bezeichnet. Das Fahrzeug umfasst ein Chassis oder ein Fahrgestell 11, das auf Rädern 12 montiert ist, einen Elektromotor 13 und zwei oder mehr Batterieeinheiten 14 und 15. Der Elektromotor 13 ist fest auf dem Fahrgestell 11 montiert, und seine Antriebswelle ist mit einer zentralen Antriebswelle 16 operativ verbunden. Die Antriebswelle 16 ist wiederum an ihren Enden mit einem vorderen Differenzial 17 und entsprechend einem hinteren Differenzial 18 operativ verbunden, um die Bewegung der Antriebswelle auf die vorderen und hinteren Achswellen des Fahrzeugs zu übertragen, die in der Gesamtheit mit 19 bzw. 20 gekennzeichnet sind. Natürlich ist das Elektrofahrzeug 10 mit einer Lenkung und anderen mechanischen Steuer- und Richtungsorganen ausgerüstet, aber diese sind einem Techniker der Branche bekannt und erfordern daher keine genauere Beschreibung.
Auf der Antriebswelle 16 ist eine Vorrichtung zur Rückgewinnung und Übertragung 21 befestigt, mit der die Bewegung der Antriebswelle 16 zurückgewonnen und an eine oder mehrere Generatoreneinheiten 22, die jeweils einen oder mehrere Generatoren 23 umfassen, übertragen werden kann. Diese Vorrichtung zur Rückgewinnung und Übertragung 21 umfasst im Allgemeinen Getriebe, Übersetzungsgetriebe, Übertrager und weitere Organe, die geeignet sind, die Drehbewegung der Antriebswelle 16 zurückzugewinnen und zu den Generatoreneinheiten 22 zu übertragen. Die Anzahl, die Abmessungen und die Leistung der in der jeweiligen Generatoreneinheit 22 installierten Generatoren 23 werden je nach Menge der zu erzeugenden Energie bestimmt, das heißt, wie sich nachfolgend deutlicher ergibt, je nach der Leistung, die erforderlich ist, um die Aufladung einer einzelnen Batterieeinheit 14, 15 des Fahrzeugs zu gewährleisten.
In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Fahrzeug 10 mit zwei Batterieeinheiten 14, 15 ausgerüstet; es können aber natürlich auch mehr als zwei sein. Im Folgenden soll zur Beschreibung der Erfindung der einfachste Fall eines Elektrofahrzeugs mit zwei Batterieeinheiten betrachtet werden, wie er in der Figur der Zeichnung dargestellt ist.
Die Generatoreneinheiten 22 sind an eine einzige Lademanagementeinheit 24 angeschlossen, die die zu ladende Batterieeinheit 14, 15 auf der Grundlage einer kontinuierlichen Erfassung des Ladezustands der Batterieeinheit 14, 15, die in diesem Moment den Elektromotor 13 speist, auswählt. Stellt die Lademanagementeinheit 24 das Erreichen der Minimalgrenze der Ladung der Batterieeinheit 14 oder 15, die in diesem Moment den Elektromotor 13 speist, fest, schaltet sie zwischen den beiden Batterieeinheiten um, um die entladene Batterieeinheit, zum Beispiel die Batterieeinheit 14, vom Elektromotor 13 zu trennen und sie mit der Generatoreneinheit 22 zu verbinden, und gleichzeitig verbindet sie die aufgeladene Batterieeinheit, in diesem Beispiel die Batterieeinheit 15, mit dem Elektromotor 13. Auf diese Weise ist die Lademanagementeinheit 24 in der Lage, eine kontinuierliche Versorgung des Elektromotors 13 zu gewährleisten.
Hat die gerade im Lademodus befindliche Batterieeinheit 14 den Ladezyklus beendet, unterbricht die Lademanagementeinheit 24 den Ladevorgang der Batterieeinheit 14, trennt diese von der Generatoreneinheit 22 und verbindet sie mit dem Elektromotor 13 des Fahrzeugs. Gleichzeitig trennt sie die andere Batterieeinheit 15, die bis zu diesem Zeitpunkt den Elektromotor 13 speiste, und verbindet sie mit der Generatoreneinheit 22, damit sie geladen werden kann.
Die Wiederholung des oben beschriebenen Zyklus erlaubt es, stets über eine Batterieeinheit zu verfügen, die den Elektromotor des Fahrzeugs speist, während die andere Batterieeinheit aufgeladen wird. Auf diese Art und Weise ergibt sich ein abwechselnder Zyklus von Nutzung und Ladung der beiden Batterieeinheiten 14, 15. Es soll darauf hingewiesen werden, dass sich, da die Batterieeinheiten 14, 15 alternierend funktionieren, in jedem Moment nur eine Batterieeinheit 14, 15 in der Ladephase befindet, weshalb die Verwendung nur einer Lademanagementeinheit 24 ausreichend ist, um den Ladevorgang der Batterieeinheiten 14, 15 zu steuern und zu überwachen. Dadurch wird der Aufbau vereinfacht und die Kosten für das Ladegerät werden verringert.
Die Batterieeinheiten 14, 15 und die Generatoreneinheiten 22 sind derart dimensioniert, dass sie die Ladung einer Batterieeinheit innerhalb der unter normalen Nutzungsbedingungen des Fahrzeugs bestimmten durchschnittlichen Entladedauer der Batterieeinheit, die den Elektromotor 13 speist, gewährleistet. Auf diese Weise wird dank des abwechselnden Ladens und Entladens der beiden Batterieeinheiten des Fahrzeugs eine kontinuierliche Fahrt über lange Strecken gewährleistet. Jede Batterieeinheit kann Bleibatterien, Lithium-lonen-Batterien oder Nickel-Wasserstoff-Batterien umfassen.
Diese Beschreibung liefert nur ein Beispiel für die bevorzugte Umsetzung der Vorrichtung gemäß der Erfindung und ist nicht einschränkend zu verstehen. Ein Fachmann kann verschiedene Änderungen und Ergänzungen der hier beschriebenen Ausführungsform vornehmen, ohne damit den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2020/018007 A1 [0005]

Claims

Elektrofahrzeug (10), das ein auf Rädern (12) montiertes Fahrgestell (11), einen elektrischen Antriebsmotor (13), eine von diesem elektrischen Antriebsmotor (13) angetriebene Antriebswelle (16), zwei oder mehr Batterieeinheiten (14, 15), um besagten elektrischen Antriebsmotor (13) zu speisen, und eine Selbstladevorrichtung (22, 24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass diese Selbstladevorrichtung (22, 24) mindestens eine Energieerzeugereinheit (22) umfasst, um die kinetische Energie des Elektrofahrzeugs (10) in elektrische Energie umzuwandeln, und eine Lademanagementeinheit (24) umfasst, um kontinuierlich den Ladezustand der Batterieeinheit (14, 15), die den elektrischen Antriebsmotor (13) speist, zu erfassen und bei Bedarf von der entladenen Batterieeinheit auf eine aufgeladene Batterieeinheit umzuschalten und die entladene Batterieeinheit aufzuladen.
Elektrofahrzeug (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Energieerzeugereinheit (22) zwei oder mehr Generatoren (23) umfasst, die von einer Vorrichtung zur Rückgewinnung und Übertragung (21) der Bewegung der Antriebswelle (16) des Elektrofahrzeugs angetrieben werden.
Elektrofahrzeug (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Vorrichtung zur Rückgewinnung und Übertragung (21) Getriebe, Übersetzungsgetriebe, Übertrager und weitere Organe umfasst, die geeignet sind, die Drehbewegung der Antriebswelle (16) zurückzugewinnen und diese an die besagten Generatoren (23) weiterzugeben.
Elektrofahrzeug (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Energieerzeugereinheiten (22) derart dimensioniert sind, dass sie das Laden der einzelnen Batterieeinheit (14, 15) innerhalb der unter normalen Nutzungsbedingungen des Elektrofahrzeugs (10) bestimmten durchschnittlichen Entladedauer der Batterieeinheit (14, 15), die den elektrischen Antriebsmotor (13) speist, gewährleisten.
Elektrofahrzeug (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Batterieeinheit (14, 15) Bleibatterien, Lithium-lonen-Batterien oder Nickel-Wasserstoff-Batterien umfasst.