DE4323604A1 - Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor - Google Patents
Fahrzeug mit mindestens einem ElektromotorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Fahrzeugen mit elektrischem Antriebsstrang unterscheidet man
zwischen reinen Elektrofahrzeugen (Batteriefahrzeuge) und
Elektro-Hybrid-Fahrzeugen, die wiederum in verschiedene Typen einteilbar
sind, je nachdem in welcher Beziehung der elektrische Antriebsstrang zu
dem verbrennungsmotorischen Antriebsstrang steht: serieller, paralleler
oder Split-Hybrid. Es gibt auch Fahrzeuge mit elektrischen Fahrmotoren,
die ihre elektrische Antriebsenergie aus einer mechanisch gekoppelten
Verbrennungsmotor/Generator-Einheit beziehen. Auch die letztgenannten
Fahrzeuge können, wenn sie mit entsprechenden Speichereinrichtungen
ausgestattet sind (z. B. elektrische Akkumulatoren, Schwungradspeicher
mit Generatorkopplung), wie reine Elektrofahrzeuge zumindest für eine
gewisse Zeit durch alleinigen Elektroantrieb ohne den gleichzeitigen
Einsatz des Verbrennungsmotors betrieben werden. Als elektrische
Energiequelle kommen für elektrisch angetriebene Fahrzeuge auch
Brennstoffzellen in Frage. Außer Betracht bleiben im Rahmen der
vorliegenden Erfindung Fahrzeuge, die ihre elektrische Antriebsenergie
fortlaufend aus einem externen, also nicht im Fahrzeug selbst
mitgeführten Stromnetz beziehen.
Aus der DE 41 33 014 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, dessen vier
Antriebsräder jeweils von einem eigenen Elektromotor angetrieben werden.
Die Stromversorgung der Elektromotoren erfolgt dabei über einen von
einer elektronischen Steuerung geführten und als Leistungselektronik
ausgebildeten Energieverteiler, der an einen von einem Verbrennungsmotor
angetriebenen elektrischen Generator angeschlossen ist. Die vom
Generator erzeugte elektrische Leistung kann direkt den Elektromotoren
zugeführt werden, es kann aber zeitweilig auch vorgesehen sein, einen
Teil der elektrischen Energie oder die gesamte elektrische Energie in
einen an den Stromverteiler angeschlossenen Akkumulator zu geben und
zunächst zwischenzuspeichern. In bestimmten Betriebsphasen kann dann
(z. B. für das Fahren in einem emissionsgeschützten Innenstadtbereich)
die elektrische Antriebsenergie allein aus dem Akkumulator entnommen
werden.
Um einem Elektrofahrzeug eine ausreichende Attraktivität zu geben, ist
es erforderlich, dessen Fahrleistungen zumindest annähernd in den
Bereich konventionell angetriebener Fahrzeuge zu heben. Dies bedeutet
bezogen auf das tolerierbare Bauvolumen der Elektromotoren die Forderung
nach Motoren mit vergleichsweise sehr hohem leistungsvermögen. Dies läßt
sich praktisch nur unter der Bedingung realisieren, daß die
Stromversorgung angesichts der erforderlichen Leistung (z. B. mindestens
20 oder 30 kW) mit hoher Spannung erfolgt. Unter hoher Spannung ist in
diesem Fall eine wesentlich über der Betriebsspannung von
Fahrzeugbordnetzen liegende Spannung, die üblicherweise nur bei 12 oder
24 V anzusiedeln ist, zu verstehen. Die Spannung liegt im Regelfall
deutlich über 100 V, z. B. bei 650 V, und kann für manche Anwendungen
auch noch höher liegen.
Damit ist selbstverständlich ein gewisses Gefahrenpotential im Störfall
verbunden, da die hohe Spannung über längere Zeiträume anliegt und zu
anhaltend hohen elektrischen Leistungen führt. Im Gegensatz hierzu ist
beispielsweise das Gefahrenpotential einer Zündspule eines
Verbrennungsmotors, die zwar ebenfalls sehr hohe Spannungen liefert,
bedeutend geringer, da dabei der Stromfluß nur sehr kurze Zeit anhält
und folglich im zeitlichen Mittel nur sehr geringe Leistungen zustande
kommen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Fahrzeug
dahingehend weiterzubilden, daß eine Gefährdung von Personen, die sich
innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs aufhalten und mit diesem in
Berührung kommen, insbesondere in Unfallsituationen möglichst weitgehend
ausgeschlossen werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 gekennzeichnet.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, das elektrische Leitungsnetz
des Fahrzeugs zwischen der oder den Energiequellen und den für den
Fahrantrieb eingesetzten Elektromotoren nach Erkennen einer
Unfallsituation möglichst frühzeitig in der Weise stromfrei zu schalten,
daß eine Unterbrechung jeweils in unmittelbarer räumlicher Nähe der
Energiequelle erfolgt. Dies geschieht automatisch möglichst noch bevor
äußere Kräfte beschädigend auf das Fahrzeug einwirken, spätestens jedoch
ganz zu Beginn einer solchen Einwirkung, so daß noch keine
Beschädigungen der elektrischen Leitungen stattgefunden haben können.
Hierzu ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, die charakteristische
Daten einer (ggf. sich erst anbahnenden) Unfallsituation ermittelt und
an eine elektronische Steuerung, die alle für die Stromversorgung im
Fahrzeug vorgesehenen Einrichtungen im regelungs- und/oder
steuerungstechnischen Sinn führt, meldet. Die elektronische Steuerung
beinhaltet eine Auswertelogik, die auf Grund des Vergleichs mit
gespeicherten Grenzwerten für kritische Daten (z. B. Längs-,
Querbeschleunigung, Bodenabstand) eine Unfallsituation erkennt und dann
(mittelbar) ein oder mehrere Schaltschütze ansteuert, die das
Leitungsnetz stromfrei schalten. Als in dieser Weise abzuschaltende
Energiequellen kommen beliebige fahrzeuginterne Stromquellen,
insbesondere elektrische Akkumulatoren,
Verbrennungsmotor/Generator-Einheiten und Brennstoffzellen in Frage.
Da die Elektromotoren im Schubbetrieb des Fahrzeugs üblicherweise auch
als Generator arbeiten können, also ihrerseits elektrischen Strom
erzeugen, der in das Leitungsnetz des Fahrzeugs zurückgespeist wird und
im Falle eines Unfalls ein Gefahrenpotential darstellt, ist es
zweckmäßig, auch die Elektromotoren in deren unmittelbaren Nähe vom
Leitungsnetz zu trennen und hierfür entsprechende Schaltschütze
vorzusehen. Um die Rotationsenergie eines sich nach einem Unfall noch
frei drehenden Fahrzeugrads zu vernichten, kann in Weiterbildung der
Erfindung vorgesehen sein, daß die elektrischen Wicklungen des diesem
Fahrzeugrad zugeordneten Elektromotors über Bremswiderstände mittels
einer gesonderten oder einer entsprechend mehrfunktional ausgebildeten
Schaltschützanordnung für diesen Motor kurzgeschlossen werden.
Wenn die Elektromotoren z. B. als permanentmagneterregte
Gleichstrommotoren mit elektronischer Kommutierung ausgebildet sind und
der elektrische Strom zumindest zeitweilig aus einer
Verbrennungsmotor/Generator-Einheit bezogen wird, ist es zweckmäßig,
einen mit Kondensatoren bestückten Gleichspannungszwischenkreis
vorzusehen, in den der Generator einspeist und aus dem die
Leistungselektroniken der Elektromotoren den Fahrstrom entnehmen. In
einem solchen Fall stellt auch die in diesem
Gleichspannungszwischenkreis gespeicherte elektrische Energie ein in
Unfallsituationen gefährliches Potential dar. Daher sieht die Erfindung
in zweckmäßiger Weiterbildung vor, daß die elektronische Steuerung bei
einer erkannten Unfallsituation ein oder mehrere Schaltschütze betätigt
die eine kontrollierte Entladung der Kondensatoren über in unmittelbarer
Nähe angeordnete elektrische Widerstände oder zumindest die Trennung der
Kondensatoren vom Leitungsnetz sicherstellen.
Als Sensoren zur Erkennung einer eingetretenen oder sich entwickelnden
Unfallsituation kommen insbesondere solche Sensoren in Frage, die eine
längs- oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs (oder entsprechende
äquivalente Größen) oder/und seinen Bodenabstand messen.
Vorteilhafterweise wird auf die bei Vorhandensein eines Airbag-Systems
im Fahrzeug ohnehin bereits vorhandene Sensorik und Auswertelogik
zurückgegriffen. Es empfiehlt sich, die Sensorik zusätzlich durch
Isolierwächter zur Feststellung von (durch langzeitigen Verschleiß oder
durch Materialfehler) entstandenen Isolierschäden am Leitungsnetz
und/oder durch Fehlerstrom- oder Fehlerspannungserkennungseinrichtungen
zu ergänzen. Dies bringt nicht nur zusätzliche Sicherheit in
Unfallsituationen mit sich, sondern vermindert auch das Unfallrisiko für
den Fall entscheidend, daß das Fahrzeug gar nicht im Betrieb ist oder
manuellen Eingriffen im Rahmen von Wartungs- oder Reparaturarbeiten
unterliegt. Ein in der erfindungsgemäßen Weise ausgestattetes Fahrzeug
bietet den zusätzlichen Vorteil, daß es gegen unberechtigte
Inbetriebnahmen (Diebstahl) besser geschützt ist, da bei abgezogenem
Zündschlüssel zweckmäßigerweise vorgesehen ist, daß dann automatisch
sämtliche Schaltschütze in ihrer stromunterbrechenden Stellung stehen.
Anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels wird die
Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltschema für die Stromversorgung eines
erfindungsgemäßen Fahrzeugs und
Fig. 2 die Ansteuerung eines Schaltschützes.
Die in Fig. 1 dargestellte Stromversorgung weist einen z. B. von einem
nicht dargestellten im Fahrzeug mitgeführten Verbrennungsmotor
angetriebenen Generator 1 auf. Dieser speist seinen Strom über eine
Leistungselektronik 3, die von einer nicht dargestellten elektronischen
Steuerung geführt wird, in gleichgerichteter Form in das Leitungsnetz 5
ein. Aus dem Leitungsnetz 5 wird über jeweils eine separate
Leistungselektronik, von denen nur eine zeichnerisch näher dargestellt
ist und die alle ebenfalls von der elektronischen Steuerung des nicht
dargestellten Fahrzeugs geführt werden, der Fahrstrom für die vier
elektrischen Antriebsmotoren 2 des Fahrzeugs entnommen. Zusätzlich weist
das Fahrzeug einen Akkumulator 6 als elektrischen Zwischenspeicher auf,
der vom Generator 1 geladen wird und zur alleinigen Stromversorgung
herangezogen werden kann, wenn der Generator 1 abgeschaltet ist. Die
Betriebsspannung im Leitungsnetz beträgt z. B. 650 V, und die
Elektromotoren 2 haben z. B. eine Nennleistung von jeweils 24 kW. Um das
Risiko von Personenschäden durch elektrische Stromschläge in
Unfallsituationen auszuschließen, ist eine aus den Schaltschützen 7, 8
und 9 bestehende Schaltschützanordnung vorgesehen, die eine Trennung der
jeweiligen Leitungsanschlüsse in unmittelbarer Nähe zu dem Generator 1,
den vier Elektromotoren 2 bzw. dem Akku 6 bewirken können. Dies
geschieht, wie Fig. 2 für das Schaltschütz 8 zeigt in der Weise, daß
von der Sensoreinrichtung 11 laufend charakteristische Daten, die für
eine Unfallsituation kennzeichnend sind, an die übergeordnete
elektronische Steuerung 10 des Fahrzeugs gemeldet werden und die
elektronische Steuerung 10 daraus das Vorliegen einer Unfallsituation
erkennt, wenn bestimmte gespeicherte Grenzwerte überschritten werden.
Eine erkannte Unfallsituation führt zur sofortigen Aktivierung eines
Steuerrelais 12, das seinerseits das Schaltschütz 8 (und ggf. auch noch
weitere Schaltschütze) betätigt und die Stromlosschaltung des
Leitungsnetzes im Fahrzeug bewirkt.
Claims (11)
1. Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor (2), der zumindest
zeitweilig mit mindestens einem Antriebsrad antriebstechnisch
koppelbar ist, und mit mindestens einer elektrischen Energiequelle
(1, 6), die elektrischen Strom mit hoher Spannung und hoher
Leistung liefert, wobei die Stromversorgung jedes Elektromotors (2)
über eine von einer übergeordneten elektronischen Steuerung (10)
geführte Leistungselektronikeinrichtung (3, 4) entsprechend den vom
Fahrer des Fahrzeugs über ein Fahrpedal eingegebenen Fahrsignalen
gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß in unmittelbarer räumlicher Nähe der elektrischen Energiequelle oder -quellen (1, 6) jeweils eine Schaltschützeinrichtung (7, 9) vorgesehen ist, durch die die elektrischen Leitungsverbindungen der Energiequelle oder -quellen (1, 6) unterbrechbar sind,
daß in dem Fahrzeug eine Sensoreinrichtung (11) vorgesehen ist, die geeignet ist zur Erfassung von Daten über ein unmittelbar bevorstehendes oder gerade begonnenes Einwirken von das Fahrzeug beschädigenden Kräften (Unfallsituation),
daß die Sensoreinrichtung (11) datentechnisch mit der elektronischen Steuerung (10) des Fahrzeugs verbunden ist, und
daß die elektronische Steuerung (10) eine Auswertelogik zur Erkennung von Unfallsituationen beinhaltet und darauf eingerichtet ist, im Falle einer erkannten Unfallsituation eine sofortige Ansteuerung aller Schaltschützeinrichtungen (7, 9) zu bewirken.
dadurch gekennzeichnet,
daß in unmittelbarer räumlicher Nähe der elektrischen Energiequelle oder -quellen (1, 6) jeweils eine Schaltschützeinrichtung (7, 9) vorgesehen ist, durch die die elektrischen Leitungsverbindungen der Energiequelle oder -quellen (1, 6) unterbrechbar sind,
daß in dem Fahrzeug eine Sensoreinrichtung (11) vorgesehen ist, die geeignet ist zur Erfassung von Daten über ein unmittelbar bevorstehendes oder gerade begonnenes Einwirken von das Fahrzeug beschädigenden Kräften (Unfallsituation),
daß die Sensoreinrichtung (11) datentechnisch mit der elektronischen Steuerung (10) des Fahrzeugs verbunden ist, und
daß die elektronische Steuerung (10) eine Auswertelogik zur Erkennung von Unfallsituationen beinhaltet und darauf eingerichtet ist, im Falle einer erkannten Unfallsituation eine sofortige Ansteuerung aller Schaltschützeinrichtungen (7, 9) zu bewirken.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Elektromotor (2), der im Schubbetrieb als Generator
betreibbar ist, durch eine in seiner unmittelbaren räumlichen Nähe
angeordnete Schaltschützeinrichtung (8) von seinen elektrischen
Leitungsverbindungen im Falle einer erkannten Unfallsituation nach
Maßgabe der elektronischen Steuerung (10) trennbar ist.
3. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die im Schubbetrieb als Generator betreibbaren Elektromotoren
(2) mit ihren elektrischen Wicklungen im Falle einer erkannten
Unfallsituation nach Maßgabe der elektronischen Steuerung (10)
durch eine in seiner unmittelbaren räumlichen Nähe angeordnete
Schaltschützeinrichtung über Bremswiderstände kurzschließbar sind.
4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Fahrzeug mit einer Verbrennungsmotor/Generator-Einheit als
Energiequelle ausgestattet ist, die den elektrischen Strom über
einen mit Kondensatoren bestückten Gleichspannungszwischenkreis
liefert, aus welchem der Fahrstrom für die elektronisch
kommutierten permanentmagneterregten Elektromotoren (2) entnommen
wird, und daß die Kondensatoren im Falle einer erkannten
Unfallsituation nach Maßgabe der elektronischen Steuerung (10)
über eine in ihrer unmittelbaren räumlichen Nähe angeordnete
Schaltschützeinrichtung und elektrische Widerstände kurzzeitig
entladbar sind.
5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoreinrichtung (11) mindestens einen Sensor zur
Erfassung einer Fahrzeugquerbeschleunigung enthält.
6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoreinrichtung (11) mindestens einen Sensor zur
Erfassung einer Fahrzeuglängsbeschleunigung enthält.
7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoreinrichtung (11) mindestens einen Sensor zur
Erfassung des Bodenabstands des Fahrzeugs enthält.
8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoreinrichtung (11) zumindest teilweise Bestandteil
eines Airbag-Systems ist.
9. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoreinrichtung (11) mindestens einen Sensor zur
Feststellung von Isolierschäden an den elektrischen Leitungen
enthält.
10. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoreinrichtung (11) eine Fehlerstrom- oder
Fehlerspannungserkennungseinrichtung enthält.
11. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die eine Unterbrechung der Leitungsverbindungen bewirkenden
Schaltschütze (7, 8, 9) bei Stillstand des Fahrzeugs von der
elektronischen Steuerung (11) zur Diebstahlsicherung im Sinne
eines Wegfahrschutzes angesteuert sind.
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