EP3990308A1 - Vehicle comprising an electrically conductive vehicle part that can be used as a resistor element for converting electrical energy into heat - Google Patents

Vehicle comprising an electrically conductive vehicle part that can be used as a resistor element for converting electrical energy into heat

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Publication number
EP3990308A1
EP3990308A1 EP20733947.4A EP20733947A EP3990308A1 EP 3990308 A1 EP3990308 A1 EP 3990308A1 EP 20733947 A EP20733947 A EP 20733947A EP 3990308 A1 EP3990308 A1 EP 3990308A1
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EP
European Patent Office
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vehicle
electrical energy
electrical
energy
electrically conductive
Prior art date
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Pending
Application number
EP20733947.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Fries
Michael Bernath
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MAN Truck and Bus SE
Original Assignee
MAN Truck and Bus SE
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Filing date
Publication date
Application filed by MAN Truck and Bus SE filed Critical MAN Truck and Bus SE
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • Vehicle having an electrically conductive vehicle part that can be used as a resistance element for converting electrical energy into heat
  • the invention relates to a vehicle, preferably a utility vehicle, for example a travel bus or a city bus.
  • electrically driven vehicles have a motor and generationally operable electrical machine or a combination of an electrical Ma machine and an internal combustion engine (hybrid applications) for driving the vehicle, and a storage device for electrical energy that is designed to be electrical Absorb energy from the electrical machine and / or deliver electrical energy to the electrical machine.
  • a generator in order to recover kinetic energy from the vehicle.
  • the electric machine converts kinetic energy into electrical energy, typically to support a desired braking process.
  • the recovered electrical energy is usually supplied to the electrical energy store. If the store for electrical energy reaches its capacity limit or if there is a technical defect, the electrical energy generated as a generator can no longer be absorbed and must be dissipated in some other way.
  • document DE 102 26 308 A1 describes an electrodynamic drive device for a motor vehicle with an internal combustion engine, with an electric machine that can be operated as a motor / generator, with an electrical energy store and with a control and regulating device that controls the state of charge of the electrical energy store and recognizes the reaching of a predeterminable state of charge of the electrical energy storage device.
  • the electrodynamic drive device is equipped with at least one electrical consumer connected and the excess energy is fed to the electrical consumer.
  • the disadvantage of the technical teaching of DE 102 26 308 A1 is that the electrical loads connected downstream for discharging the electrical energy can be damaged by electrical overload. Furthermore, the operation of certain electrical consumers may be undesirable in certain situations (e.g.
  • the object of the invention is to provide a technology for the reliable conversion of excess electrical energy in vehicles, with which the disadvantages of known Techni ken can be avoided.
  • the object of the invention is in particular to provide an approach for converting excess energy, which can be implemented with little construction effort and cost-effectively.
  • a vehicle is provided to include an electrical machine, a storage device for electrical energy, an electrically lei border vehicle part and a control device.
  • the electric machine can, for. B. be performed as a DC machine or three-phase machine.
  • the electrical machine can be an electrical machine for driving the vehicle. In principle, however, all variants of electrical machines are conceivable.
  • the electric machine can be operated as a generator. In addition to the generator operation, the electric machine can be operated as a motor, preferably for driving the vehicle. In motor operation, electrical energy is absorbed by the electrical machine, while in generator operation, electrical energy is emitted by the electrical machine.
  • the store for electrical energy hereinafter also referred to as electrical energy store, is designed to receive electrical energy from the electrical machine, for example in generator mode, and / or to deliver electrical energy to the electrical machine, for example in motor mode of the electrical machine.
  • the store for electrical energy can be used as a storage battery, e.g. B. be designed as a Li-ion battery, as a supercapacitor, as a hydraulic accumulator, flywheel or as a hybrid energy storage with accumulator elements and supercapacitor elements.
  • the electrically conductive vehicle part can, for. B. consist of an electrically conductive metal.
  • the control device is designed to divert electrical energy that is generated in the generator operation of the electrical machine to the electrically conductive vehicle part when at least one predetermined condition is met. It can be, for. B. not to be fed back into the electrical energy storage and / or excess electrical energy. This operation is referred to below as the energy dissipation condition.
  • the energy dissipation condition is preferably set in such a way that it is met when the vehicle is in an operating situation in which the electrical machine generates excess electrical energy that can no longer be stored in the electrical energy store but has to be dissipated.
  • the electrically conductive vehicle part is a vehicle frame, a vehicle body and / or a body of the vehicle or at least an electrically conductive part or part of the vehicle frame, the vehicle body and / or the vehicle body series.
  • the control device can be designed to divert the electrical energy generated in generator operation of the electrical machine as a short-circuit current by triggering a short circuit with the electrical vehicle part serving as a resistance element.
  • the vehicle frame can, for example, be designed as a ladder frame which comprises two longitudinal members connected with crossbars.
  • the vehicle body can also be any component that is fitted to a basic vehicle defined by the manufacturer (OEM) of the vehicle.
  • OEM manufacturer
  • an electrically conductive vehicle structure or electrically conductive parts thereof may include: any form of electrically conductive structure, e.g. B. On buildings from agriculture, forestry and waste management, z. B: tank / silo, wood chopper, garbage collector, Superstructures for construction sites and crane vehicles, e.g. B. Tipper, crane application, superstructures for special vehicles z. B. fire brigade, etc.
  • the vehicle frame, the vehicle body and / or the body are used as a resistance brake.
  • an existing electrically conductive vehicle part is used as a braking resistor so that it is not necessary to provide an additional braking resistor, the function of which is solely to serve as a braking resistor.
  • a particular advantage of this is that due to the low heating due to the large thermal mass and good heat dissipation through convection due to the relatively large surface area, an additional cooling circuit and additional components such as a separate braking resistor can be dispensed with or reduced in scope. This relieves the burden on an existing cooling system and achieves cost advantages.
  • a particular advantage is that the additional element of the braking resistor can be omitted and the cooling system is thus significantly relieved.
  • the vehicle is a commercial vehicle, for example a truck
  • the electrically conductive vehicle part that is used to divert excess energy is the vehicle frame and / or vehicle body of the commercial vehicle.
  • the electrical energy diverted to the electrically conductive vehicle part can be emitted directly to the environment as thermal energy.
  • the dissipation of the electrical energy to the environment as thermal energy directly from the vehicle part without an intermediate cooling circuit can be saved, which also has maintenance advantages.
  • the use of the vehicle frame, the vehicle body and / or the body to dissipate excess energy also has advantages over the known solutions with regard to the overload safety of the system.
  • a large amount of electrical energy is diverted from the electrical machine to the vehicle frame and / or the vehicle body and / or the body over a longer period of time, these typically do not heat up to a safety-relevant extent due to their mass and thermal inertia.
  • the vehicle frame and / or the vehicle structure and / or the body are not electrified consumers, which can be damaged by strong electrical overload. Overall, the aspects described result in cost advantages and increased operational reliability as well as reduced space requirements.
  • the predetermined energy dissipation condition can be fulfilled when a charge state of the store for electrical energy exceeds a predetermined threshold value.
  • the predetermined energy dissipation condition can be met when the store for electrical energy is fully charged.
  • the term “fully charged”, as it is understood in the context of the present invention, indicates that a predetermined, preferably sensible, capacity limit of the storage device for electrical energy has been reached, so that additional consumption of electrical energy is no longer possible. It should be pointed out here that this sensible capacity limit can vary depending on the application, since electrical energy storage devices are usually not fully charged and discharged due to their service life.
  • the predetermined, preferably meaningful, capacity limit can also depend on whether thermal limits of the store for electrical energy are reached. Advantages of this embodiment are to be seen in particular in the fact that the store for electrical energy can be operated in an optimal range and can be protected against overload.
  • the predetermined energy dissipation condition can also be met if there is a technical defect in the store for electrical energy.
  • This embodiment offers the advantage that a potentially safety-critical supply of electrical energy to a defective storage device for electrical energy can be prevented. Overall, this embodiment further increases the security of the system.
  • control device can be designed to use part of the electrical energy to operate at least one electrified auxiliary unit when the predetermined energy dissipation condition is met.
  • This embodiment has advantages because the electrical energy required to operate the electrified auxiliary units can be at least partially guaranteed by non-recyclable and therefore excess electrical energy. Overall, there are advantages with regard to the overall efficiency of the vehicle.
  • the at least one electrified auxiliary unit can be a fan, a cooler, an electric passenger space heater, a front window heater, a rear window heater, a compressed air compressor, a water pump, a hydraulic pump, an air conditioning compressor and / or an oil pump.
  • the vehicle can be a purely electrically operated vehicle or a vehicle that is designed as a hybrid vehicle and, for example, can also be driven by an internal combustion engine.
  • Figure 1 is a highly schematic representation of the structure of the vehicle according to a
  • FIG. 2 is a schematic representation of the functioning of the vehicle according to a further embodiment of the invention.
  • Figure 3 is a schematic representation of a low-voltage electrical system of a vehicle according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a high-voltage electrical system of a vehicle according to a further embodiment of the invention.
  • the same or functionally equivalent elements are denoted by the same reference characters in all figures and some are not described separately.
  • Figure 1 The two views of Figure 1 are highly schematic views of the vehicle according to an embodiment of the invention, which is only intended to provide a clear presentation of part of the components of this embodiment of the invention. Further essential components of this embodiment of the invention have been omitted for the sake of clarity.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of an electrically drivable utility vehicle 1 according to an embodiment of the invention.
  • a vehicle body 7 and a driver's cab 8 can be seen.
  • the driver's cab 8 is set on a lower part of the utility vehicle 1, which contains the vehicle frame, which connects three axles of the towing vehicle 8 of the utility vehicle 1.
  • the lower view in FIG. 1 shows a highly schematic and simplified plan view of the lower part of the utility vehicle 1.
  • the illustrated, electrically drivable utility vehicle 1 comprises an electrical machine 2, which is arranged, for example, on a rear axle of a towing vehicle and which generates the drive power of the utility vehicle 1.
  • the electric machine 2 is designed in motor mode to output electrical energy 4 and / or in generator mode to absorb electrical energy 4.
  • the electrical machine 2 can for example be designed as a three-phase or direct current motor.
  • the electrical machine 2 is drivingly connected to the second rear axle of the towing vehicle of the vehicle 1.
  • the electric machine 2 can, however, for. B. can also be implemented as wheel hub motors which are directly connected to the wheels of the vehicle 1.
  • the electrical machine 2 is also electrically connected to a store 3 for electrical energy, hereinafter referred to as electrical energy store 3 for short.
  • the electrical energy store 3 is in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 as an example Accumulator storage or battery storage, e.g. B. designed as a Li-ion battery.
  • the electrical energy store 3 is designed to deliver electrical energy 4 to the electrical machine 2 and / or to receive it from the electrical machine 2.
  • the electrical energy store 3 and the electrical machine 2 are electrically coupled to one another in a manner known per se via an on-board network, for example a high-voltage on-board network (not shown).
  • the electrically drivable utility vehicle 1 also has an electrically conductive vehicle frame 6 in the form of a ladder frame which comprises two longitudinal members connected with cross members. Furthermore, a control device 5, for. B. in the form of a control device is provided.
  • the control device 5 is designed, when at least one predetermined energy dissipation condition is fulfilled, not to feed the electrical energy 4 generated in the generator operation of the electrical machine 2 to the electrical energy store 3, but instead to divert it to the vehicle frame 6.
  • the control unit generates a deliberate short circuit across the vehicle frame 6.
  • the vehicle frame 6 thus not only serves as a supporting vehicle part, but is also used as a braking resistor.
  • the motor drive does not have to be electrical, but can alternatively or additionally also be implemented by an internal combustion engine with a corresponding electrical brake and braking resistor.
  • the electrical machine 2 receives electrical energy 4 from the electrical energy store 3. In generator mode, the electrical machine 2 emits electrical energy 4.
  • a control device 5 triggers the derivation of the electrical energy 4 generated by the electrical Ma machine 2 to the electrically conductive vehicle frame 6 when the predetermined energy dissipation condition is fulfilled in the regenerative operation of the electrical machine 2.
  • the predetermined energy dissipation condition is met in the present exemplary embodiment when the state of charge of the store for electrical energy 3 rises above a threshold value, for example when the electrical energy store 3 is fully charged or if the electrical energy store 3 is defective.
  • a threshold value for example when the electrical energy store 3 is fully charged or if the electrical energy store 3 is defective.
  • electrical energy 4 generated by the electrical machine 2 is supplied to the electrical energy store 3 via a z. B. in Figure 4 shown high-voltage electrical system supplied.
  • control device 5 detects within the scope of monitoring the charge state of the electrical energy store 3 that it is fully charged or defective, the control device 5, in generator mode, by triggering an intended short circuit, passes excess electrical energy 4 in the form of a short circuit current to the resistor element , namely as a resistance brake, serving vehicle frame 6.
  • the generation of an intended short circuit 10 of the plus and minus poles by the control device 5 is shown schematically in FIG.
  • the short-circuit current is produced via at least two electrical connections.
  • the connection positions determine the electrical resistance value of the electrical connection and must be attached in such a way that they match the design of the required braking resistor, e.g. B. in terms of duration and peak braking performance.
  • any (partial) piece of the vehicle frame 6 or vehicle body 7 can act as a resistance element. It plays a subordinate role here where the contact is made on the vehicle frame 6 or vehicle body 7. It is positive for the functionality to maximize the distance between the contacts.
  • the connections can be carried out under different, z. B. as clamps, bolts with thread or welded. Possible components for implementing the electrical connection include fuses, contactors, switches, converters, so-called brake choppers and / or capacitors.
  • the excess electrical energy supplied to the vehicle frame 6 via the short-circuit current is converted into thermal energy in the vehicle frame 6, since this acts like an ohmic resistor and is released from there to the environment. Because of the low heating due to the large thermal mass of the vehicle frame 6 and the good heat dissipation through convection due to the relatively large surface area of the vehicle frame 6, it does not have to be cooled when used as a resistance brake, so that there is an additional cooling circuit and additional components that act as a braking resistor act, be waived. In particular in the case of heavy commercial vehicles that generate large amounts of excess energy in the generator braking operation of the electrical machine during long downhill journeys, such large amounts of excess energy can be removed reliably and cost-efficiently in this way. As an alternative or in addition, the excess energy can also be fed in an analogous manner to an electrically conductive vehicle body 7, which serves as a braking resistor. This is also shown in FIG. ok
  • excess electrical energy can alternatively or additionally be diverted by an intended short circuit with the vehicle body or at least with one or more electrically conductive parts of the vehicle body, so that the vehicle body or electrically conductive parts thereof act as a braking resistor
  • Components of the vehicle body that are particularly suitable for this purpose include any form of electrically conductive structure, e.g. B. Superstructures from agriculture, forestry and waste management (e.g. tank / silo, wood chopper, garbage collector), superstructures for construction sites and crane vehicles (e.g. tippers, crane applications), superstructures for special vehicles (e.g. Fire Department).
  • FIG. 3 illustrates an exemplary implementation for the basic principle shown in Figures 1 and 2 for the case of a low-voltage electrical system in order to be able to optionally derive excess electrical energy to the vehicle frame and / or structure.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a low-voltage electrical system of a vehicle according to a further embodiment of the invention.
  • a low-voltage on-board network is understood to mean an on-board network with a nominal voltage of up to 60V, for example on-board networks with nominal voltages of 12V, 24V and / or 48V.
  • the vehicle electrical system can also comprise two or more vehicle electrical systems which have different nominal voltages (not shown).
  • the drive can be provided by an electrical machine 2 and / or an optional internal combustion engine 12, the drive power of which is transmitted to a driven axle via an optional transmission 11. If the electric machine 2 is braked by reducing the speed, the electric machine 2 switches to generator mode. The electric machine 2 generates alternating current in generator operation, which is converted into direct current in an inverter 13.
  • a control device 5 is responsible for energy management. As already described in connection with FIG. 2, the control device 5 monitors whether a predetermined energy dissipation condition is met, for example whether a predetermined capacity limit of the electrical energy store 3 has been reached. As already mentioned above, the predetermined capacity limit can be different for different operating phases and also take into account thermal limits of the electrical energy store 3.
  • the control device 5 is designed, when at least one predetermined energy dissipation condition is met, which indicates that excess electrical energy cannot be stored in the electrical energy store, the electrical energy generated in the generator operation of the electrical machine 3 by triggering a short circuit with the braking resistor to derive electrical vehicle frame 6 and / or vehicle body 7 as a short-circuit current.
  • control device 5 controls a controller 5a, which is in signal connection with an electrical switch 14 in order to separate the electrical energy storage device 3 from the on-board network and, instead, transfer the excess electrical energy via the short circuit 10 to an electrically conductive part of the electrical vehicle frame 6 and / or to direct vehicle body 7.
  • the switch 14 is already shown in the Heidelbergpo position in which the short-circuit current is enabled. After the energy dissipation condition is no longer present, the switch is changed over again, so that the short circuit 10 is interrupted and instead the electrical machine 3 is again connected to the on-board network.
  • This embodiment is particularly suitable for low-voltage vehicle electrical systems.
  • Figure 4 illustrates an alternative embodiment for the case of a high-voltage board zes whose nominal voltage is in the range of several hundred volts.
  • the components with the same reference numerals correspond to those in FIG. 3 and are therefore not described in more detail.
  • the special feature of this embodiment is that the short circuit is now controlled via a potential-separating voltage converter 15 instead of via the switch 14 in order to convert the electrical energy to be dissipated to a lower voltage level before it is diverted to the vehicle frame 6 and / or vehicle body 7
  • Safety aspects is advantageous so that no high voltage is applied to the vehicle frame 6 and / or vehicle body 7.
  • the control device 5 (not shown here) is in turn designed to monitor whether at least one predetermined energy dissipation condition, which indicates that excess electrical energy cannot be stored in the electrical energy store, is met. If this is the case, the control device 5 controls the voltage converter 15 in such a way that it generates an electrical short circuit with the vehicle frame 6 and / or vehicle body 7.
  • the potential-isolating voltage converter 15 thus serves here as a switch with a simultaneous voltage converter function in order to convert the high voltage (HV) down to a low voltage (LV) when the short-circuit current is generated.
  • the high-voltage on-board network can have a so-called brake chopper as a further optional component.
  • the intermediate circuit capacitors absorb this energy. This increases the voltage of the intermediate circuit. If the intermediate circuit voltage becomes too high, the inverter 13 protects itself by switching off. To avoid this interruption in braking, the brake chopper can be used, which becomes active when the permissible intermediate circuit voltage is exceeded and switches the braking resistor 6 or 7 to the intermediate circuit, thus converting the excess energy into heat.
  • the excess energy flows back into the intermediate circuit in the form of generator current via the output stage. If this voltage exceeds a threshold voltage, the brake chopper is switched on electronically. The excess energy is then almost completely converted into thermal energy via the connected braking resistor.
  • the limiting element is the braking resistor, as it converts a large amount of energy into heat,

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Abstract

The invention relates to a vehicle, preferably a commercial vehicle, a tour coach or a city bus. The electrically drivable vehicle (1) comprises an electric machine (2) that can be operated as a generator, an accumulator for electrical energy (3), an electrically conductive vehicle part, and a control device (5). The accumulator for electrical energy (3) is designed to receive electrical energy (4) from the electric machine (2) and/or to deliver electrical energy (4) to the electric machine (2). The control device (5) is designed, when at least one predetermined energy-dissipation condition is met, to divert electrical energy (4) generated when the electric machine (2) is being operated as a generator to the electrically conductive vehicle part for conversion into thermal energy, wherein the electrically conductive vehicle part is a vehicle frame (6) and/or a vehicle body (7) and/or a bodywork (8).

Description

Fahrzeug aufweisend einen als Widerstandselement zur Wandlung elektrischer Energie in Wärme verwendbaren elektrisch leitenden Fahrzeugteil Vehicle having an electrically conductive vehicle part that can be used as a resistance element for converting electrical energy into heat
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, beispielsweise einen Rei sebus oder einen Stadtbus. The invention relates to a vehicle, preferably a utility vehicle, for example a travel bus or a city bus.
Aus der Praxis sind elektrisch antreibbare Fahrzeuge bekannt, die eine motorisch und gene ratorisch betreibbare elektrische Maschine oder eine Kombination aus einer elektrischen Ma schine und einem Verbrennungsmotor (Hybridanwendungen) zum Antreiben des Fahrzeugs aufweisen, sowie einen Speicher für elektrische Energie, der ausgebildet ist, elektrische Ener gie von der elektrischen Maschine aufzunehmen und/oder elektrische Energie an die elektri sche Maschine abzugeben. Hierbei ist bekannt, zur Rückgewinnung von kinetischer Energie des Fahrzeugs die elektrische Maschine generatorisch zu betreiben. Hierbei wandelt die elekt rische Maschine, typischerweise zur Unterstützung eines erwünschten Bremsvorgangs, kine tische Energie in elektrische Energie. Die rückgewonnene elektrische Energie wird üblicher weise dem Speicher für elektrische Energie zugeführt. Erreicht der Speicher für elektrische Energie seine Kapazitätsgrenze oder liegt ein technischer Defekt vor, kann die generatorisch erzeugte, elektrische Energie jedoch nicht mehr aufgenommen werden und muss anderweitig abgeführt werden. From practice, electrically driven vehicles are known that have a motor and generationally operable electrical machine or a combination of an electrical Ma machine and an internal combustion engine (hybrid applications) for driving the vehicle, and a storage device for electrical energy that is designed to be electrical Absorb energy from the electrical machine and / or deliver electrical energy to the electrical machine. It is known here to operate the electrical machine as a generator in order to recover kinetic energy from the vehicle. Here, the electric machine converts kinetic energy into electrical energy, typically to support a desired braking process. The recovered electrical energy is usually supplied to the electrical energy store. If the store for electrical energy reaches its capacity limit or if there is a technical defect, the electrical energy generated as a generator can no longer be absorbed and must be dissipated in some other way.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, im Fall voller oder defekter Energiespeicher die elekt rische Energie über Bremswiderstände in Wärmeenergie umzuwandeln. In Bremswiderstän den wird über ein leitendes Element ein definierter Kurzschluss erzeugt. Die dabei entste hende thermische Energie wird an das Kühlmedium übergeben und abgeführt. Um diese Wärme abzuführen, müssen die Bremswiderstände derzeit über zusätzliche Kühlkreise ge kühlt werden. Dies führt zu einem zusätzlichen Kosten- und Energieaufwand. From the prior art it is known that in the case of full or defective energy storage devices, the electrical energy can be converted into thermal energy via braking resistors. A conductive element generates a defined short circuit in the braking resistors. The resulting thermal energy is transferred to the cooling medium and carried away. To dissipate this heat, the braking resistors currently have to be cooled using additional cooling circuits. This leads to additional costs and energy expenditure.
Das Dokument DE 102 26 308 A1 beschreibt vor diesem Hintergrund eine elektrodynamische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer als Motor/Generator betreibbaren Elektromaschine, mit einem elektrischen Energiespeicher und mit einer Steuer- und Regelvorrichtung, welche den Ladezustand des elektrischen Energie speichers kontrolliert und das Erreichen eines vorherbestimmbaren Ladezustands des elektri schen Energiespeichers erkennt. Bei Erreichen dieses vorbestimmbaren Ladezustands wird die elektrodynamische Antriebsvorrichtung mit mindestens einem elektrischen Verbraucher verbunden und die überschüssige Energie wird dem elektrischen Verbraucher zugeführt. Nachteilig ergibt sich aus der technischen Lehre der DE 102 26 308 A1 , dass die zur Ableitung der elektrischen Energie nachgeschalteten elektrischen Verbraucher durch elektrische Über lastung geschädigt werden können. Ferner kann ein Betrieb bestimmter elektrischen Verbrau cher in bestimmten Situationen unerwünscht sein (z. B. ein Betrieb der Fahrgastraumkühlung im Winter oder der Fahrgastraumheizung im Sommer, etc.), sodass eine Ableitung elektrischer Energie an diese Verbraucher in diesen Situationen nur bedingt erfolgen kann. Ferner können insbesondere bei schweren Nutzfahrzeugen, wo die notwendigen Leistungen für Dauerbrem sen bei mehreren 100 kW liegen, bei Bergabfahrten unter Umständen eine sehr große Menge an überschüssiger elektrischer Energie erzeugt werden, die nicht im vollen Umfang an derar tige elektrische Verbraucher abgeführt bzw. nicht an den elektrischen Energiespeicher rück gespeist werden kann. Against this background, document DE 102 26 308 A1 describes an electrodynamic drive device for a motor vehicle with an internal combustion engine, with an electric machine that can be operated as a motor / generator, with an electrical energy store and with a control and regulating device that controls the state of charge of the electrical energy store and recognizes the reaching of a predeterminable state of charge of the electrical energy storage device. When this predeterminable state of charge is reached, the electrodynamic drive device is equipped with at least one electrical consumer connected and the excess energy is fed to the electrical consumer. The disadvantage of the technical teaching of DE 102 26 308 A1 is that the electrical loads connected downstream for discharging the electrical energy can be damaged by electrical overload. Furthermore, the operation of certain electrical consumers may be undesirable in certain situations (e.g. operation of the passenger compartment cooling in winter or passenger compartment heating in summer, etc.), so that electrical energy can only be diverted to these consumers to a limited extent in these situations. Furthermore, especially in heavy commercial vehicles, where the necessary performance for endurance brakes are several 100 kW, a very large amount of excess electrical energy may be generated when driving downhill, which is not discharged or not to such electrical consumers to the full extent the electrical energy storage can be fed back.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Technik zur betriebssicheren Wandlung überschüs siger elektrischer Energie in Fahrzeugen bereitzustellen, mit der Nachteile bekannter Techni ken vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, einen Ansatz zur Wandlung überschüssiger Energie bereitzustellen, der konstruktiv aufwandsarm und kos tengünstig realisiert werden kann. It is therefore the object of the invention to provide a technology for the reliable conversion of excess electrical energy in vehicles, with which the disadvantages of known Techni ken can be avoided. The object of the invention is in particular to provide an approach for converting excess energy, which can be implemented with little construction effort and cost-effectively.
Diese Aufgaben werden durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweise Bezug nahme auf die Figuren näher erläutert. These objects are achieved by a vehicle with the features of the independent claims. Advantageous embodiments and applications of the invention are the subject of the dependent claims and are explained in more detail in the following description with partial reference to the figures.
Gemäß einem allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, um fassend eine elektrische Maschine, einen Speicher für elektrisch Energie, einen elektrisch lei tenden Fahrzeugteil und eine Steuervorrichtung. According to a general aspect of the invention, a vehicle is provided to include an electrical machine, a storage device for electrical energy, an electrically lei border vehicle part and a control device.
Die elektrische Maschine kann z. B. als Gleichstrommaschine oder Drehstrommaschine aus geführt sein. Die elektrische Maschine kann eine elektrische Maschine zum Antreiben des Fahrzeugs sein. Grundsätzlich sind allerdings alle Varianten elektrischer Maschinen denkbar. Die elektrische Maschine ist generatorisch betreibbar. Zusätzlich zum generatorischen Betrieb kann die elektrische Maschine motorisch betreibbar, vorzugsweise zum Antrieb des Fahr zeugs, ausgebildet sein. Im motorischen Betrieb wird elektrische Energie von der elektrischen Maschine aufgenommen, während im generatorischen Betrieb elektrische Energie von der elektrischen Maschine abgegeben wird. Der Speicher für elektrische Energie, nachfolgend auch als elektrischer Energiespeicher be zeichnet, ist ausgebildet, elektrische Energie von der elektrischen Maschine aufzunehmen, beispielsweise im generatorischen Betrieb, und/oder elektrische Energie an die elektrische Maschine abzugeben, beispielsweise im motorischen Betrieb der elektrischen Maschine. Der Speicher für elektrische Energie kann als Akkumulatorspeicher, z. B. als Li-Ionen-Batterie, als Superkondensatorspeicher, als Hydraulik-Speicher, Schwungrad oder als hybrider Energie speicher mit Akkumulatorelementen und Superkondensatorelementen ausgeführt sein. The electric machine can, for. B. be performed as a DC machine or three-phase machine. The electrical machine can be an electrical machine for driving the vehicle. In principle, however, all variants of electrical machines are conceivable. The electric machine can be operated as a generator. In addition to the generator operation, the electric machine can be operated as a motor, preferably for driving the vehicle. In motor operation, electrical energy is absorbed by the electrical machine, while in generator operation, electrical energy is emitted by the electrical machine. The store for electrical energy, hereinafter also referred to as electrical energy store, is designed to receive electrical energy from the electrical machine, for example in generator mode, and / or to deliver electrical energy to the electrical machine, for example in motor mode of the electrical machine. The store for electrical energy can be used as a storage battery, e.g. B. be designed as a Li-ion battery, as a supercapacitor, as a hydraulic accumulator, flywheel or as a hybrid energy storage with accumulator elements and supercapacitor elements.
Der elektrisch leitende Fahrzeugteil kann z. B. aus einem elektrisch leitenden Metall bestehen. The electrically conductive vehicle part can, for. B. consist of an electrically conductive metal.
Die Steuervorrichtung ist ausgebildet, bei Erfüllung mindestens einer vorbestimmten Bedin gung elektrische Energie, die im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine erzeugt wird, an den elektrisch leitenden Fahrzeugteil abzuleiten. Es kann sich hierbei z. B. um nicht in den elektrischen Energiespeicher rückspeisbare und/oder überschüssige elektrische Ener gie handeln. Diese Bedienung wird nachfolgend als Energieabführbedingung bezeichnet. Die Energieabführbedingung wird vorzugsweise so festgelegt, dass diese erfüllt ist, wenn eine Be triebssituation des Fahrzeugs vorliegt, in der überschüssige elektrische Energie von der elektrischen Maschine erzeugt wird, die nicht mehr im elektrischen Energiespeicher gespei chert werden kann sondern abgeführt werden muss. The control device is designed to divert electrical energy that is generated in the generator operation of the electrical machine to the electrically conductive vehicle part when at least one predetermined condition is met. It can be, for. B. not to be fed back into the electrical energy storage and / or excess electrical energy. This operation is referred to below as the energy dissipation condition. The energy dissipation condition is preferably set in such a way that it is met when the vehicle is in an operating situation in which the electrical machine generates excess electrical energy that can no longer be stored in the electrical energy store but has to be dissipated.
Erfindungsgemäß ist der elektrisch leitende Fahrzeugteil ein Fahrzeugrahmen, ein Fahrzeug aufbau und/oder eine Karosserie des Fahrzeugs oder zumindest ein elektrisch leitender Teil oder Teilbereich des Fahrzeugrahmens, des Fahrzeugaufbaus und/oder der Fahrzeugkaros serie. Hierbei kann die Steuervorrichtung ausgebildet sein, die im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine erzeugte elektrische Energie durch Auslösen eines Kurzschlusses mit dem als Widerstandselement dienenden elektrischen Fahrzeugteil als Kurzschlussstrom ab zuleiten. According to the invention, the electrically conductive vehicle part is a vehicle frame, a vehicle body and / or a body of the vehicle or at least an electrically conductive part or part of the vehicle frame, the vehicle body and / or the vehicle body series. In this case, the control device can be designed to divert the electrical energy generated in generator operation of the electrical machine as a short-circuit current by triggering a short circuit with the electrical vehicle part serving as a resistance element.
Der Fahrzeugrahmen kann beispielsweise als Leiterrahmen, der zwei mit Querholmen verbun dene Längsträger umfasst, ausgebildet sein. The vehicle frame can, for example, be designed as a ladder frame which comprises two longitudinal members connected with crossbars.
Der Fahrzeugaufbau kann nach dem hier zugrundeliegenden Verständnis auch jede Kompo nente sein, die an ein vom Hersteller (OEM) des Fahrzeugs definiertes Grundfahrzeug mon tiert wird. Lediglich beispielhaft können ein elektrisch leitender Fahrzeugaufbau oder elektrisch leitende Teile hiervon umfassen: jegliche Form eines elektrisch leitenden Aufbaus, z. B. Auf bauten aus der Agrar-, Forst- und Abfallwirtschaft, z. B: Tank/Silo, Holzhacker, Müllsammler, Aufbauten für Baustellen und Kranfahrzeuge, z. B. Kipper, Krananwendung, Aufbauten für Sonderfahrzeuge z. B. Feuerwehr, etc. According to the understanding on which this is based, the vehicle body can also be any component that is fitted to a basic vehicle defined by the manufacturer (OEM) of the vehicle. By way of example only, an electrically conductive vehicle structure or electrically conductive parts thereof may include: any form of electrically conductive structure, e.g. B. On buildings from agriculture, forestry and waste management, z. B: tank / silo, wood chopper, garbage collector, Superstructures for construction sites and crane vehicles, e.g. B. Tipper, crane application, superstructures for special vehicles z. B. fire brigade, etc.
Entsprechend kann zum Abführen überschüssiger elektrischer Energie ein definierter Kurz schluss über bestehende Fahrzeugteile wie z. B. den elektrisch leitenden Fahrzeugrahmen oder einen elektrisch leitenden Fahrzeugaufbau dargestellt werden. Accordingly, to dissipate excess electrical energy, a defined short circuit over existing vehicle parts such. B. the electrically conductive vehicle frame or an electrically conductive vehicle body can be shown.
Mit anderen Worten wird bei Erfüllung der vorbestimmen Energieabführbedingung der Fahr zeugrahmen, der Fahrzeugaufbau und/oder die Karosserie als Widerstandsbremse verwen det. Anders ausgedrückt wird ein bestehender elektrisch leitender Fahrzeugteil als Bremswi derstand verwendet, so dass es nicht erforderlich ist, einen zusätzlichen Bremswiderstand vorzusehen, dessen Funktion es ausschließlich ist, als Bremswiderstand zu dienen. In other words, when the predetermined energy dissipation condition is met, the vehicle frame, the vehicle body and / or the body are used as a resistance brake. In other words, an existing electrically conductive vehicle part is used as a braking resistor so that it is not necessary to provide an additional braking resistor, the function of which is solely to serve as a braking resistor.
Ein besonderer Vorzug hiervon ist, dass wegen der geringen Aufheizung durch die große ther mische Masse und gute Wärmeabfuhr durch Konvektion aufgrund der relativ großen Oberflä che auf einen zusätzlichen Kühlkreislauf, sowie zusätzliche Bauteile, wie einen separaten Bremswiderstand, verzichtet oder im Umfang reduziert werden kann. Damit werden ein beste hendes Kühlsystem entlastet und Kostenvorteile erzielt. Ein besonderer Vorteil ist somit, dass das zusätzliche Element des Bremswiderstands entfallen kann und das Kühlsystem somit deutlich entlastet wird. A particular advantage of this is that due to the low heating due to the large thermal mass and good heat dissipation through convection due to the relatively large surface area, an additional cooling circuit and additional components such as a separate braking resistor can be dispensed with or reduced in scope. This relieves the burden on an existing cooling system and achieves cost advantages. A particular advantage is that the additional element of the braking resistor can be omitted and the cooling system is thus significantly relieved.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Fahrzeug ein Nutzfahrzeug, beispielsweise ein Lastkraftwagen, und der elektrisch leitende Fahrzeugteil, der zum Ableiten überschüssiger Energie genutzt wird, ist der Fahrzeugrahmen und/oder Fahrzeugaufbau des Nutzfahrzeugs. Vorstehend wurde bereits festgestellt, dass insbesondere bei schweren Nutz fahrzeugen, wo die notwendigen Leistungen für Dauerbremsen bei mehreren 100 kW liegen können, bei Bergabfahrten im generatorischen Bremsbetrieb der elektrischen Maschine unter Umständen eine sehr große Menge an überschüssiger elektrischer Energie erzeugt werden, die bei vollem oder defekten Energiespeicher abgeführt werden muss. Durch das Abführen dieser überschüssigen elektrischen Energie und das Umwandeln in thermische Energie über den Fahrzeugrahmen und/oder den Fahrzeugaufbau wird somit ein besonders kosteneffizien ter Ansatz zur Bereitstellung einer Widerstandsbremse ermöglicht. According to a particularly preferred embodiment, the vehicle is a commercial vehicle, for example a truck, and the electrically conductive vehicle part that is used to divert excess energy is the vehicle frame and / or vehicle body of the commercial vehicle. It has already been stated above that, particularly in the case of heavy commercial vehicles, where the necessary power for continuous braking can be several 100 kW, a very large amount of excess electrical energy may be generated when driving downhill in regenerative braking mode of the electrical machine defective energy storage must be dissipated. By dissipating this excess electrical energy and converting it into thermal energy via the vehicle frame and / or the vehicle body, a particularly cost-effective approach to providing a resistance brake is made possible.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die an den elektrisch leitenden Fahrzeugteil abgeleitete elektrische Energie unmittelbar an die Umgebung als thermische Energie abgege ben werden. Vorzugsweise kann die Ableitung der elektrischen Energie an die Umgebung als thermische Energie direkt über den Fahrzeugteil ohne zwischengeschalteten Kühlkreislauf er folgen. Dadurch können Kosten für einen zusätzlichen Kühlkreislauf, eingespart werden, was ferner Wartungsvorteile birgt. According to a further aspect of the invention, the electrical energy diverted to the electrically conductive vehicle part can be emitted directly to the environment as thermal energy. Preferably, the dissipation of the electrical energy to the environment as thermal energy directly from the vehicle part without an intermediate cooling circuit. As a result, costs for an additional cooling circuit can be saved, which also has maintenance advantages.
Die Verwendung des Fahrzeugrahmens, des Fahrzeugsaufbaus und/oder der Karosserie um überschüssige Energie abzuleiten, birgt gegenüber den bekannten Lösungen ferner Vorteile bezüglich der Überlastsicherheit des Systems. Insbesondere bei einer länger andauernden Ableitung einer großen Menge elektrischer Energie von der elektrischen Maschine an den Fahrzeugrahmen und/oder den Fahrzeugaufbau und/oder die Karosserie erwärmen sich diese aufgrund ihrer Masse und thermischen Trägheit typischerweise nicht in einem sicherheitsrele vanten Ausmaß. Zudem handelt es sich bei dem Fahrzeugrahmen und/oder dem Fahrzeug aufbau und/oder der Karosserie nicht um elektrifizierte Verbraucher, welche durch starke elekt rische Überlastung geschädigt werden können. Insgesamt resultieren aus den beschriebenen Aspekten Kostenvorteile und eine erhöhte Betriebssicherheit sowie ein reduzierter Bauraum bedarf. The use of the vehicle frame, the vehicle body and / or the body to dissipate excess energy also has advantages over the known solutions with regard to the overload safety of the system. In particular, if a large amount of electrical energy is diverted from the electrical machine to the vehicle frame and / or the vehicle body and / or the body over a longer period of time, these typically do not heat up to a safety-relevant extent due to their mass and thermal inertia. In addition, the vehicle frame and / or the vehicle structure and / or the body are not electrified consumers, which can be damaged by strong electrical overload. Overall, the aspects described result in cost advantages and increased operational reliability as well as reduced space requirements.
Gemäß einer Ausführungsform kann die vorbestimmte Energieabführbedingung erfüllt sein, wenn ein Ladungszustand des Speichers für elektrische Energie einen vorbestimmten Schwel lenwert übersteigt. Vorzugsweise kann die vorbestimmte Energieabführbedingung erfüllt sein, wenn der Speicher für elektrische Energie vollständig geladen ist. Der Begriff„vollständig ge laden“, wie er im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden wird, weist darauf hin, dass eine vorbestimmte, vorzugsweise sinnvolle Kapazitätsgrenze des Speichers für elektrische Energie erreicht ist, sodass eine zusätzliche Aufnahme elektrischer Energie nicht mehr mög lich ist. Hierbei sei darauf verwiesen, dass diese sinnvolle Kapazitätsgrenze je nach Anwen dungsfall variieren kann, da elektrische Energiespeicher üblicherweise aufgrund der Lebens dauer nicht vollständig be- und entladen werden. Ferner kann die vorbestimmte, vorzugsweise sinnvolle Kapazitätsgrenze auch davon abhängen, ob thermische Grenzen des Speichers für elektrische Energie erreicht werden. Vorteile dieser Ausführungsform sind insbesondere darin zu sehen, dass der Speicher für elektrische Energie in einem optimalen Bereich betrieben und vor Überlastung geschützt werden kann. According to one embodiment, the predetermined energy dissipation condition can be fulfilled when a charge state of the store for electrical energy exceeds a predetermined threshold value. Preferably, the predetermined energy dissipation condition can be met when the store for electrical energy is fully charged. The term “fully charged”, as it is understood in the context of the present invention, indicates that a predetermined, preferably sensible, capacity limit of the storage device for electrical energy has been reached, so that additional consumption of electrical energy is no longer possible. It should be pointed out here that this sensible capacity limit can vary depending on the application, since electrical energy storage devices are usually not fully charged and discharged due to their service life. Furthermore, the predetermined, preferably meaningful, capacity limit can also depend on whether thermal limits of the store for electrical energy are reached. Advantages of this embodiment are to be seen in particular in the fact that the store for electrical energy can be operated in an optimal range and can be protected against overload.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die vorbestimmte Energieabführbedingung ferner erfüllt sein, wenn ein technischer Defekt des Speichers für elektrische Energie vorliegt. Der Begriff„technischer Defekt“, wie er im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden wird, weist darauf hin, dass der Speicher für elektrische Energie seine Funktion zumindest teilweise nicht mehr erfüllen kann. Diese Ausführungsform bietet den Vorzug, dass eine potentiell si cherheitskritische Zuführung elektrischer Energie an einen defekten Speicher für elektrische Energie verhindert werden kann. Insgesamt steigert diese Ausführungsform die Sicherheit des Systems weiter. According to a further aspect of the invention, the predetermined energy dissipation condition can also be met if there is a technical defect in the store for electrical energy. The term “technical defect”, as it is understood in the context of the present invention, indicates that the storage device for electrical energy is at least partially functional can no longer meet. This embodiment offers the advantage that a potentially safety-critical supply of electrical energy to a defective storage device for electrical energy can be prevented. Overall, this embodiment further increases the security of the system.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ausgebildet sein, bei Er füllung der vorbestimmen Energieabführbedingung einen Teil der elektrischen Energie zum Betrieb mindestens eines elektrifizierten Nebenaggregats zu verwenden. Diese Ausführungs form birgt Vorteile, da die für den Betrieb der elektrifizierten Nebenaggregate notwendige elekt rische Energie zumindest teilweise durch nicht rückführbare und demnach überschüssige elektrische Energie gewährleistet sein kann. Es ergeben sich insgesamt Vorteile bezüglich des Gesamtwirkungsgrads des Fahrzeugs. According to a further embodiment, the control device can be designed to use part of the electrical energy to operate at least one electrified auxiliary unit when the predetermined energy dissipation condition is met. This embodiment has advantages because the electrical energy required to operate the electrified auxiliary units can be at least partially guaranteed by non-recyclable and therefore excess electrical energy. Overall, there are advantages with regard to the overall efficiency of the vehicle.
Gemäß einem weiteren Aspekt der voranstehend beschriebenen Ausführungsform kann das zumindest eine elektrifizierte Nebenaggregat ein Lüfter, ein Kühler, eine elektrische Fahrgast raumheizung, eine Frontscheibenheizung, eine Heckscheibenheizung, ein Druckluftkompres sor, eine Wasserpumpe, eine Hydraulikpumpe, ein Klimakompressor und/oder eine Ölpumpe sein. According to a further aspect of the embodiment described above, the at least one electrified auxiliary unit can be a fan, a cooler, an electric passenger space heater, a front window heater, a rear window heater, a compressed air compressor, a water pump, a hydraulic pump, an air conditioning compressor and / or an oil pump.
Das Fahrzeug kann ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug sein oder ein Fahrzeug, das als Hybridfahrzeug ausgebildet ist und beispielsweise zusätzlich noch verbrennungsmotorisch an- treibbar ist. The vehicle can be a purely electrically operated vehicle or a vehicle that is designed as a hybrid vehicle and, for example, can also be driven by an internal combustion engine.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen: The preferred embodiments and features of the invention described above can be combined with one another as desired. Further details and advantages of the invention are described below with reference to the accompanying drawing. Show it:
Figur 1 eine stark schematisierte Darstellung des Aufbaus des Fahrzeugs gemäß einer Figure 1 is a highly schematic representation of the structure of the vehicle according to a
Ausführungsform der Erfindung; Embodiment of the invention;
Figur 2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise des Fahrzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, Figure 2 is a schematic representation of the functioning of the vehicle according to a further embodiment of the invention,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Niederspannungsbordnetzes eines Fahr zeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und Figure 3 is a schematic representation of a low-voltage electrical system of a vehicle according to a further embodiment of the invention; and
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Hochspannungsbordnetzes eines Fahrzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszei chen bezeichnet und sind zum Teil nicht gesondert beschrieben. FIG. 4 shows a schematic illustration of a high-voltage electrical system of a vehicle according to a further embodiment of the invention. The same or functionally equivalent elements are denoted by the same reference characters in all figures and some are not described separately.
Bei den beiden Ansichten der Figur 1 handelt es sich um stark schematisierte Ansichten des Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die lediglich der übersichtlichen Dar stellung eines Teils der Komponenten dieser Ausführungsform der Erfindung dienen soll. Auf die Darstellung weiterer wesentlicher Komponenten dieser Ausführungsform der Erfindung wurde zugunsten der Übersichtlichkeit verzichtet. The two views of Figure 1 are highly schematic views of the vehicle according to an embodiment of the invention, which is only intended to provide a clear presentation of part of the components of this embodiment of the invention. Further essential components of this embodiment of the invention have been omitted for the sake of clarity.
Die obere Ansicht in Figur 1 zeigt eine schematisierte Seitenansicht eines elektrisch antreib- baren Nutzfahrzeugs 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In dieser stark schema tischen Seitenansicht ist ein Fahrzeugaufbau 7 und ein Fahrerhaus 8 erkennbar. Das Fahrer haus 8 ist auf einen unteren Teil des Nutzfahrzeugs 1 , der den Fahrzeugrahmen enthält, auf gesetzt, der drei Achsen des Zugfahrzeugs 8 des Nutzfahrzeugs 1 verbindet. The top view in Figure 1 shows a schematic side view of an electrically drivable utility vehicle 1 according to an embodiment of the invention. In this highly schematic side view, a vehicle body 7 and a driver's cab 8 can be seen. The driver's cab 8 is set on a lower part of the utility vehicle 1, which contains the vehicle frame, which connects three axles of the towing vehicle 8 of the utility vehicle 1.
Die untere Ansicht in Figur 1 zeigt eine stark schematisierte und vereinfachte Draufsicht des unteren Teils des Nutzfahrzeugs 1. Um die Merkmale der Erfindung besser herauszustellen, sind vorliegend nur die für die Erläuterung der Erfindung wichtigen Komponenten des Nutz fahrzeugs dargestellt. Weitere an das elektrische Bordnetz angeschlossene Schalter, wie Schalter, Inverter, etc., die in üblicher weise ausgeführt sein können, sind nicht dargestellt. Das dargestellte, elektrisch antreibbare Nutzfahrzeug 1 umfasst eine, beispielsweise an einer Hinterachse eines Zugfahrzeugs angeordnete, elektrische Maschine 2 die die Antriebsleistung des Nutzfahrzeugs 1 erzeugt. Die elektrische Maschine 2 ist im motorischen Betrieb zur Ab gabe elektrischer Energie 4 und/oder im generatorischen Betrieb zur Aufnahme elektrischer Energie 4 ausgebildet. Die elektrische Maschine 2 kann beispielsweise als Drehstrom- oder Gleichstrommotor ausgeführt sein. The lower view in FIG. 1 shows a highly schematic and simplified plan view of the lower part of the utility vehicle 1. In order to better emphasize the features of the invention, only the components of the utility vehicle that are important for explaining the invention are shown here. Further switches connected to the electrical system, such as switches, inverters, etc., which can be designed in the usual way, are not shown. The illustrated, electrically drivable utility vehicle 1 comprises an electrical machine 2, which is arranged, for example, on a rear axle of a towing vehicle and which generates the drive power of the utility vehicle 1. The electric machine 2 is designed in motor mode to output electrical energy 4 and / or in generator mode to absorb electrical energy 4. The electrical machine 2 can for example be designed as a three-phase or direct current motor.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Maschine 2 trieblich mit der zweiten Hin terachse des Zugfahrzeugs des Fahrzeugs 1 verbunden. Die elektrische Maschine 2 kann allerdings z. B. auch als Radnabenmotoren realisiert sein, welche direkt mit Rädern des Fahr zeugs 1 trieblich in Verbindung stehen. In the embodiment shown, the electrical machine 2 is drivingly connected to the second rear axle of the towing vehicle of the vehicle 1. The electric machine 2 can, however, for. B. can also be implemented as wheel hub motors which are directly connected to the wheels of the vehicle 1.
Die elektrische Maschine 2 steht ferner in elektrischer Verbindung zu einem Speicher 3 für elektrische Energie, nachfolgend kurz als elektrischer Energiespeicher 3 bezeichnet. Der elektrische Energiespeicher 3 ist im in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beispielhaft als Akkumulatorspeicher oder Batteriespeicher, z. B. als Li-Ionen-Batterie ausgeführt. Der elektri sche Energiespeicher 3 ist ausgebildet, elektrische Energie 4 an die elektrische Maschine 2 abzugeben und/oder von der elektrischen Maschine 2 aufzunehmen. Der elektrische Energie speicher 3 und die elektrischen Maschine 2 sind in an sich bekannterWeise über ein Bordnetz, beispielsweise ein Hochspannungsbordnetz elektrisch miteinander gekoppelt (nicht darge stellt). The electrical machine 2 is also electrically connected to a store 3 for electrical energy, hereinafter referred to as electrical energy store 3 for short. The electrical energy store 3 is in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 as an example Accumulator storage or battery storage, e.g. B. designed as a Li-ion battery. The electrical energy store 3 is designed to deliver electrical energy 4 to the electrical machine 2 and / or to receive it from the electrical machine 2. The electrical energy store 3 and the electrical machine 2 are electrically coupled to one another in a manner known per se via an on-board network, for example a high-voltage on-board network (not shown).
Das elektrisch antreibbare Nutzfahrzeug 1 weist ferner einen elektrisch leitenden Fahrzeug rahmen 6 auf in Form eines Leiterrahmen, der zwei mit Querholmen verbundene Längsträger umfasst. Ferner ist eine Steuervorrichtung 5, z. B. in Form eines Steuergeräts, vorgesehen. Die Steuervorrichtung 5 ist ausgebildet, bei Erfüllung mindestens einer vorbestimmten Ener- gieabführbedingung die im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 2 erzeugte elektrische Energie 4 nicht dem elektrischen Energiespeicher 3 zuzuführen, sondern stattdes- sen an den Fahrzeugrahmen 6 abzuleiten. Hierzu erzeugt das Steuergerät einen bewussten Kurzschluss über den Fahrzeugrahmen 6. Der Fahrzeugrahmen 6 dient somit nicht nur als tragender Fahrzeugteil, sondern wird gleichzeitig als Bremswiderstand verwendet. The electrically drivable utility vehicle 1 also has an electrically conductive vehicle frame 6 in the form of a ladder frame which comprises two longitudinal members connected with cross members. Furthermore, a control device 5, for. B. in the form of a control device is provided. The control device 5 is designed, when at least one predetermined energy dissipation condition is fulfilled, not to feed the electrical energy 4 generated in the generator operation of the electrical machine 2 to the electrical energy store 3, but instead to divert it to the vehicle frame 6. For this purpose, the control unit generates a deliberate short circuit across the vehicle frame 6. The vehicle frame 6 thus not only serves as a supporting vehicle part, but is also used as a braking resistor.
Anhand der schematischen Darstellung der Figur 2 wird im Folgenden die Funktionsweise des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert. Es wird jedoch betont, dass anstelle des hier gezeigten und nachfolgend beschriebenen Ausfüh rungsbeispiels der motorische Antrieb nicht elektrisch sein muss, sondern alternativ oder zu sätzlich auch durch einen Verbrennungsmotor realisiert sein kann mit entsprechender elektri scher Bremse und Bremswiderstand. The mode of operation of the electrically operated vehicle 1 according to an embodiment of the invention is explained below with the aid of the schematic illustration in FIG. However, it is emphasized that instead of the exemplary embodiment shown here and described below, the motor drive does not have to be electrical, but can alternatively or additionally also be implemented by an internal combustion engine with a corresponding electrical brake and braking resistor.
Im optionalen motorischen Betrieb nimmt die elektrische Maschine 2 elektrische Energie 4 von dem Speicher für elektrische Energie 3 auf. Im generatorischen Betrieb gibt die elektrische Maschine 2 elektrische Energie 4 ab. In the optional motor-driven operation, the electrical machine 2 receives electrical energy 4 from the electrical energy store 3. In generator mode, the electrical machine 2 emits electrical energy 4.
Eine Steuervorrichtung 5 löst bei Erfüllung der vorbestimmten Energieabführbedingung im ge neratorischen Betrieb der elektrischen Maschine 2 die Ableitung der von der elektrischen Ma schine 2 erzeugten elektrischen Energie 4 an den elektrisch leitenden Fahrzeugrahmen 6 aus. Die vorbestimmte Energieabführbedingung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfüllt, wenn der Ladungszustand des Speichers für elektrische Energie 3 einen Schwellenwert über steigt, beispielsweise wenn der eleketrische Energiespeicher 3 vollständig geladen ist oder wenn der elektrische Energiespeicher 3 defekt ist. Ist der elektrische Energiespeicher 3 im vorliegenden Ausführungsbeispiel im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 2 demnach nicht vollständig geladen und voll funktionsfähig, wird von der elektrischen Maschine 2 erzeugte elektrische Energie 4 dem elektrischen Energiespeicher 3 über ein z. B. in Figur 4 gezeigte Hochspannungsbordnetz zugeführt. Erkennt die Steuervorrichtung 5 im Rahmen ei ner Überwachung des Ladungszustandes des elektrischen Energiespeichers 3 jedoch, dass dieser vollständig geladen oder defekt ist, leitet die Steuereinrichtung 5 im generatorischen Betrieb durch Auslösen eines beabsichtigten Kurzschlusses überschüssige elektrische Ener gie 4 in Form eines Kurzschlussstroms an den als Widerstandselement, nämlich als Wider standsbremse, dienenden Fahrzeugrahmen 6. Die Erzeugung eines beabsichtigten Kurz schlusses 10 des Plus- und Minuspols durch die Steuervorrichtung 5 ist in Figur 1 schematisch dargestellt. Der Kurzschlussstrom wird dabei über zumindest zwei elektrische Anschlüsse her gestellt. Die Anschlusspositionen bestimmen den elektrischen Widerstandswert der elektri schen Verbindung und müssen so angebracht sein, dass sie die Auslegung des geforderten Bremswiderstands, z. B. hinsichtlich Dauer und Peak-Bremsleistung, erfüllen. Prinzipiell kann ein beliebiges (Teil-)Stück des Fahrzeugrahmens 6 oder Fahrzeugsaufbaus 7 als Wider standelement fungieren. Es spielt hierbei eine untergeordnete Rolle, wo am Fahrzeugrahmen 6 oder Fahrzeugaufbau 7 die Kontaktierung stattfindet. Positiv für die Funktionsweise ist es, den Abstand zwischen den Kontakten zu maximieren. Die Anschlüsse können dabei unter schiedlich ausgeführt sein, z. B. als Klemmen, Bolzen mit Gewinde oder verschweißt. Mögliche Komponenten zur Umsetzung der elektrischen Verbindung sind u. a. Sicherungen, Schütze, Schalter, Umrichter, sog. Brems-Chopper und/oder Kondensatoren. A control device 5 triggers the derivation of the electrical energy 4 generated by the electrical Ma machine 2 to the electrically conductive vehicle frame 6 when the predetermined energy dissipation condition is fulfilled in the regenerative operation of the electrical machine 2. The predetermined energy dissipation condition is met in the present exemplary embodiment when the state of charge of the store for electrical energy 3 rises above a threshold value, for example when the electrical energy store 3 is fully charged or if the electrical energy store 3 is defective. In the present exemplary embodiment, if the electrical energy store 3 is in the generator mode of the electrical machine 2 accordingly not fully charged and fully functional, electrical energy 4 generated by the electrical machine 2 is supplied to the electrical energy store 3 via a z. B. in Figure 4 shown high-voltage electrical system supplied. However, if the control device 5 detects within the scope of monitoring the charge state of the electrical energy store 3 that it is fully charged or defective, the control device 5, in generator mode, by triggering an intended short circuit, passes excess electrical energy 4 in the form of a short circuit current to the resistor element , namely as a resistance brake, serving vehicle frame 6. The generation of an intended short circuit 10 of the plus and minus poles by the control device 5 is shown schematically in FIG. The short-circuit current is produced via at least two electrical connections. The connection positions determine the electrical resistance value of the electrical connection and must be attached in such a way that they match the design of the required braking resistor, e.g. B. in terms of duration and peak braking performance. In principle, any (partial) piece of the vehicle frame 6 or vehicle body 7 can act as a resistance element. It plays a subordinate role here where the contact is made on the vehicle frame 6 or vehicle body 7. It is positive for the functionality to maximize the distance between the contacts. The connections can be carried out under different, z. B. as clamps, bolts with thread or welded. Possible components for implementing the electrical connection include fuses, contactors, switches, converters, so-called brake choppers and / or capacitors.
Die über den Kurzschlussstrom dem Fahrzeugrahmen 6 zugeführte überschüssige elektrische Energie wird im Fahrzeugrahmen 6 in thermische Energie umgewandelt, da dieser wie ein ohmscher Widerstand wirkt und von dort an die Umgebung abgegeben. Wegen der geringen Aufheizung durch die große thermische Masse des Fahrzeugrahmens 6 und die gute Wärme abfuhr durch Konvektion aufgrund der relativ großen Oberfläche des Fahrzeugrahmens 6 muss dieser bei Verwendung als Widerstandsbremse nicht gekühlt werden, so dass auf einen zusätzlichen Kühlkreislauf sowie zusätzliche Bauteile, die als Bremswiderstand fungieren, ver zichtet werden. Insbesondere bei schweren Nutzfahrzeugen, die bei längeren Bergabfahrten im generatorischen Bremsbetrieb der elektrischen Maschine große Menge überschüssiger Energie erzeugen, können derartige große Menge an überschüssiger Energie auf diese Weise zuverlässig und kosteneffizient abgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die über schüssige Energie in analoger Weise auch einem elektrisch leitenden Fahrzeugaufbau 7, der als Bremswiderstand dient, zugeführt werden. Dies ist in Figur 2 ebenfalls dargestellt. io The excess electrical energy supplied to the vehicle frame 6 via the short-circuit current is converted into thermal energy in the vehicle frame 6, since this acts like an ohmic resistor and is released from there to the environment. Because of the low heating due to the large thermal mass of the vehicle frame 6 and the good heat dissipation through convection due to the relatively large surface area of the vehicle frame 6, it does not have to be cooled when used as a resistance brake, so that there is an additional cooling circuit and additional components that act as a braking resistor act, be waived. In particular in the case of heavy commercial vehicles that generate large amounts of excess energy in the generator braking operation of the electrical machine during long downhill journeys, such large amounts of excess energy can be removed reliably and cost-efficiently in this way. As an alternative or in addition, the excess energy can also be fed in an analogous manner to an electrically conductive vehicle body 7, which serves as a braking resistor. This is also shown in FIG. ok
In einer weiteren Ausführungsform kann überschüssige elektrische Energie alternativ oder zu sätzlich durch einen beabsichtigten Kurzschluss mit dem Fahrzeugaufbau oder zumindest mit einem oder mehreren elektrisch leitenden Teile des Fahrzeugaufbaus abgeleitet werden, so dass der Fahrzeugaufbau oder elektrisch leitende Teile hiervon als Bremswiderstand fungie ren. Beispielhafte Teile oder Komponenten des Fahrzeugaufbaus die hierfür besonders geeig net sind, umfassen jegliche Form eines elektrisch leitenden Aufbaus, z. B. Aufbauten aus der Agrar-, Forst- und Abfallwirtschaft (z. B: Tank/Silo, Holzhacker, Müllsammler), Aufbauten für Baustellen und Kranfahrzeuge (z. B. Kipper, Krananwendung), Aufbauten für Sonderfahr zeuge (z. B. Feuerwehr). In a further embodiment, excess electrical energy can alternatively or additionally be diverted by an intended short circuit with the vehicle body or at least with one or more electrically conductive parts of the vehicle body, so that the vehicle body or electrically conductive parts thereof act as a braking resistor Components of the vehicle body that are particularly suitable for this purpose include any form of electrically conductive structure, e.g. B. Superstructures from agriculture, forestry and waste management (e.g. tank / silo, wood chopper, garbage collector), superstructures for construction sites and crane vehicles (e.g. tippers, crane applications), superstructures for special vehicles (e.g. Fire Department).
Figur 3 illustriert eine beispielhafte Realisierung für das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Grund prinzip für den Fall eines Niederspannungsbordnetzes, um überschüssige elektrische Energie an den Fahrzeugrahmen und/oder -aufbau wahlweise ableiten zu können. Hierzu zeigt Figur 3 eine schematische Darstellung eines Niederspannungsbordnetzes eines Fahrzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Figure 3 illustrates an exemplary implementation for the basic principle shown in Figures 1 and 2 for the case of a low-voltage electrical system in order to be able to optionally derive excess electrical energy to the vehicle frame and / or structure. For this purpose, FIG. 3 shows a schematic illustration of a low-voltage electrical system of a vehicle according to a further embodiment of the invention.
Unter einem Niederspannungsbordnetz wird ein Bordnetz mit einer Nennspannung von bis zu 60V verstanden, beispielsweise Bordnetze mit Nennspannungen von 12V, 24V und/oder 48V. Das Bordnetz kann in an sich bekannter Weise auch zwei oder mehr Teilbordnetze umfassen, die unterschiedliche Nennspannungen aufweisen (nicht dargestellt). A low-voltage on-board network is understood to mean an on-board network with a nominal voltage of up to 60V, for example on-board networks with nominal voltages of 12V, 24V and / or 48V. In a manner known per se, the vehicle electrical system can also comprise two or more vehicle electrical systems which have different nominal voltages (not shown).
Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Antrieb durch eine elektrische Maschine 2 und/oder einen optionalen Verbrennungsmotor 12 erfolgen, deren Antriebsleistung über ein optionales Getriebe 11 auf eine angetriebene Achse übertragen wird. Wird durch Herunterfah ren der Drehzahl die elektrische Maschine 2 gebremst, geht die elektrische Maschine 2 in den generatorischen Betrieb über. Die elektrische Maschine 2 erzeugt im generatorischen Betrieb Wechselstrom, der in einem Wechselrichter 13 in Gleichstrom gewandelt wird. In the exemplary embodiment shown, the drive can be provided by an electrical machine 2 and / or an optional internal combustion engine 12, the drive power of which is transmitted to a driven axle via an optional transmission 11. If the electric machine 2 is braked by reducing the speed, the electric machine 2 switches to generator mode. The electric machine 2 generates alternating current in generator operation, which is converted into direct current in an inverter 13.
Eine Steuervorrichtung 5 ist für das Energie-Management zuständig. Wie bereits in Zusam menhang mit Figur 2 beschrieben, überwacht die Steuervorrichtung 5, ob eine vorbestimmte Energieabführbedingung erfüllt ist, beispielsweise ob eine vorbestimmte Kapazitätsgrenze des elektrischen Energiespeichers 3 erreicht ist. Die vorbestimmte Kapazitätsgrenze kann, wie vorstehend bereits erwähnt, für unterschiedliche Betriebsphase unterschiedlich sein und auch thermische Grenzen des elektrischen Energiespeichers 3 berücksichtigen. Die Steuervorrichtung 5 ist ausgebildet, bei Erfüllung mindestens einer vorbestimmten Ener- gieabführbedingung, die anzeigt, dass überschüssige elektrische Energie nicht im elektrischen Energiespeicher gespeichert werden kann, die im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 3 erzeugte elektrische Energie durch Auslösen eines Kurzschlusses mit dem als Bremswiderstand dienenden elektrischen Fahrzeugrahmen 6 und/oder Fahrzeugaufbau 7 als Kurzschlussstrom abzuleiten. Hierzu steuert die Steuervorrichtung 5 einen Controller 5a an, der in Signalverbindung mit einem elektrischen Schalter 14 steht, um den elektrischen Ener giespeicher 3 vom Bordnetz zu trennen und stattdessen die überschüssige elektrische Energie über den Kurzschluss 10 an einen elektrisch leitenden Teil des elektrischen Fahrzeugrahmens 6 und/oder Fahrzeugaufbaus 7 zu leiten. In Figur 3 ist der Schalter 14 bereits in der Schaltpo sition gezeigt, in der der Kurzschlussstrom ermöglicht ist. Nachdem die Energieabführbedin- gung nicht mehr vorliegt, wird der Schalter wieder umgestellt, so dass der Kurzschluss 10 unterbrochen ist und stattdessen die elektrische Maschine 3 wieder mit dem Bordnetz verbun den ist. Diese Ausführungsform ist besonders für Niederspannungsbordnetze geeignet. A control device 5 is responsible for energy management. As already described in connection with FIG. 2, the control device 5 monitors whether a predetermined energy dissipation condition is met, for example whether a predetermined capacity limit of the electrical energy store 3 has been reached. As already mentioned above, the predetermined capacity limit can be different for different operating phases and also take into account thermal limits of the electrical energy store 3. The control device 5 is designed, when at least one predetermined energy dissipation condition is met, which indicates that excess electrical energy cannot be stored in the electrical energy store, the electrical energy generated in the generator operation of the electrical machine 3 by triggering a short circuit with the braking resistor to derive electrical vehicle frame 6 and / or vehicle body 7 as a short-circuit current. For this purpose, the control device 5 controls a controller 5a, which is in signal connection with an electrical switch 14 in order to separate the electrical energy storage device 3 from the on-board network and, instead, transfer the excess electrical energy via the short circuit 10 to an electrically conductive part of the electrical vehicle frame 6 and / or to direct vehicle body 7. In Figure 3, the switch 14 is already shown in the Schaltpo position in which the short-circuit current is enabled. After the energy dissipation condition is no longer present, the switch is changed over again, so that the short circuit 10 is interrupted and instead the electrical machine 3 is again connected to the on-board network. This embodiment is particularly suitable for low-voltage vehicle electrical systems.
Figur 4 illustriert eine alternative Ausführungsform für den Fall eines Hochspannungsbordnet zes, dessen Nennspannung im Bereich mehrerer Hundert Volt liegt. Die Komponenten mit gleichen Bezugszeichen entsprechen denen der Figur 3 und sind daher nicht näher beschrie ben. Die Besonderheit dieser Ausführungsform besteht darin, dass der Kurzschluss anstatt über den Schalter 14 nun über einen potentialtrennenden Spannungswandler 15 gesteuert wird, um die abzuführende elektrische Energie vor dem Ableiten an den Fahrzeugrahmen 6 und/oder Fahrzeugaufbau 7 auf ein niedrigeres Spannungsniveau zu wandeln, was aus Si cherheitsaspekten vorteilhaft ist, damit keine Hochspannung am Fahrzeugrahmen 6 und/oder Fahrzeugaufbau 7 anliegt. Figure 4 illustrates an alternative embodiment for the case of a high-voltage board zes whose nominal voltage is in the range of several hundred volts. The components with the same reference numerals correspond to those in FIG. 3 and are therefore not described in more detail. The special feature of this embodiment is that the short circuit is now controlled via a potential-separating voltage converter 15 instead of via the switch 14 in order to convert the electrical energy to be dissipated to a lower voltage level before it is diverted to the vehicle frame 6 and / or vehicle body 7 Safety aspects is advantageous so that no high voltage is applied to the vehicle frame 6 and / or vehicle body 7.
Die (hier nicht dargestellte) Steuervorrichtung 5 ist wiederum ausgebildet, zu überwachen, ob mindestens eine vorbestimmte Energieabführbedingung, die anzeigt, dass überschüssige elektrische Energie nicht im elektrischen Energiespeicher gespeichert werden kann, erfüllt ist. Falls dies der Fall ist, steuert die Steuervorrichtung 5 den Spannungswandler 15 derart an, dass dieser einen elektrischen Kurzschluss mit dem Fahrzeugrahmen 6 und/oder Fahrzeug aufbau 7 erzeugt. Der potentialtrennende Spannungswandler 15 dient somit hier als Schalter mit gleichzeitiger Spannungswandlerfunktion, um die Hochspannung (HV) auf eine Nieder voltspannung (LV) herunterzuwandeln, wenn der Kurzschlussstrom erzeugt wird. The control device 5 (not shown here) is in turn designed to monitor whether at least one predetermined energy dissipation condition, which indicates that excess electrical energy cannot be stored in the electrical energy store, is met. If this is the case, the control device 5 controls the voltage converter 15 in such a way that it generates an electrical short circuit with the vehicle frame 6 and / or vehicle body 7. The potential-isolating voltage converter 15 thus serves here as a switch with a simultaneous voltage converter function in order to convert the high voltage (HV) down to a low voltage (LV) when the short-circuit current is generated.
Als eine weitere optionale Komponente kann das Hochspannungsbordnetz einen sog. Bremschopper aufweisen. Wenn beispielsweise im generatorischen Betrieb die in elektrische Energie umgewandelte kinetische Energie des Fahrzeugs nicht über den Wechselrichter (In verter) 13 in das Bordnetz zurückgespeist wird, nehmen die Zwischenkreiskondensatoren diese Energie auf. Die Spannung des Zwischenkreises steigt dadurch an. Wenn die Zwischen kreisspannung zu groß wird, schützt sich der Wechselrichter 13 durch Abschalten. Zur Ver meidung dieser Bremsunterbrechung kann der Bremschopper eingesetzt werden, der bei Überschreitung der zulässigen Zwischenkreisspannung aktiv wird und den Bremswiderstand 6 bzw. 7 auf den Zwischenkreis schaltet und so die überschüssige Energie in Wärme umsetzt. The high-voltage on-board network can have a so-called brake chopper as a further optional component. If, for example, in generator mode, the electrical Energy-converted kinetic energy of the vehicle is not fed back into the on-board network via the inverter (In verter) 13, the intermediate circuit capacitors absorb this energy. This increases the voltage of the intermediate circuit. If the intermediate circuit voltage becomes too high, the inverter 13 protects itself by switching off. To avoid this interruption in braking, the brake chopper can be used, which becomes active when the permissible intermediate circuit voltage is exceeded and switches the braking resistor 6 or 7 to the intermediate circuit, thus converting the excess energy into heat.
Wird das System abgebremst, so fließt die überschüssige Energie in Form von generatori schem Strom über die Endstufe zurück in den Zwischenkreis. Übersteigt diese Spannung eine Schwellspannung, so wird der Bremschopper elektronisch zugeschaltet. Die überschüssige Energie wird dann über den angeschlossenen Bremswiderstand fast vollständig in thermische Energie umgewandelt. Das begrenzende Element ist dabei der Bremswiderstand, da in ihm eine große Menge an Energie in Wärme umgewandelt wird, If the system is braked, the excess energy flows back into the intermediate circuit in the form of generator current via the output stage. If this voltage exceeds a threshold voltage, the brake chopper is switched on electronically. The excess energy is then almost completely converted into thermal energy via the connected braking resistor. The limiting element is the braking resistor, as it converts a large amount of energy into heat,
Sicherheitsvorkehrungen hängen von der technischen Ausführung ab und müssen ausfüh rungsgerecht bewertet und unter Beachtung des Stands der Technik und der geltenden Nor men, Regeln und Vorschriften umgesetzt werden. Safety precautions depend on the technical design and must be properly assessed and implemented taking into account the state of the art and the applicable standards, rules and regulations.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbei spiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug ge nommenen Ansprüchen. Although the invention has been described with reference to particular exemplary embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes can be made and equivalents used as replacements without departing from the scope of the invention. Accordingly, it is intended that the invention not be limited to the disclosed embodiments, but rather that it encompass all embodiments that fall within the scope of the appended claims. In particular, the invention also claims protection for the subject matter and the features of the subclaims independently of the claims referred to.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Fahrzeug 1 vehicle
2 elektrische Maschine 2 electric machine
3 Speicher für elektrische Energie 4 elektrische Energie 3 storage for electrical energy 4 electrical energy
5 Steuervorrichtung 5 control device
5a Controller 5a controller
6 Fahrzeugrahmen 6 vehicle frames
7 Fahrzeugaufbau 7 Vehicle body
8 Fahrerhaus 8 cab
9 elektrifizierte Nebenaggregate 9 electrified ancillary units
10 beabsichtigter elektrischer Kurzschluss 10 Intentional electrical short circuit
11 Getriebe 11 transmission
12 Verbrennungsmotor 12 combustion engine
13 Wechselrichter 13 inverters
14 Elektrischer Schalter 14 Electrical switch
15 Spannungswandler 15 voltage converters

Claims

Patentansprüche Claims
1. Fahrzeug (1), vorzugsweise Nutzfahrzeug, umfassend 1. Vehicle (1), preferably a commercial vehicle, comprising
eine generatorisch betreibbare elektrische Maschine (2), an electrical machine (2) that can be operated as a generator,
einen Speicher für elektrische Energie (3), der ausgebildet ist, elektrische Energie a store for electrical energy (3) which is designed to store electrical energy
(4) von der elektrischen Maschine (2) aufzunehmen und/oder elektrische Energie (4) an die elektrische Maschine (2) abzugeben (4) to be received by the electrical machine (2) and / or to deliver electrical energy (4) to the electrical machine (2)
einen elektrisch leitenden Fahrzeugteil, und an electrically conductive vehicle part, and
eine Steuervorrichtung (5), die ausgebildet ist, bei Erfüllung mindestens einer vor bestimmten Energieabführbedingung im generatorischen Betrieb der elektrischen Ma schine (2) erzeugte elektrische Energie (4) an den elektrisch leitenden Fahrzeugteil zur Umwandlung in thermische Energie abzuleiten, wobei der elektrisch leitende Fahrzeugteil ein Fahrzeugrahmen (6) und/oder ein Fahrzeugaufbau (7) und/oder eine Karosserie (8) ist. a control device (5) which is designed to divert electrical energy (4) generated in the generator operation of the electrical Ma machine (2) to the electrically conductive vehicle part for conversion into thermal energy when at least one before certain energy dissipation condition is met, the electrically conductive vehicle part a vehicle frame (6) and / or a vehicle body (7) and / or a body (8).
2. Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 , wobei die vorbestimmten Energieabführbedingung erfüllt ist, wenn ein Ladungszustand des Speichers für elektrische Energie (3) einen vorbestim men Schwellenwert übersteigt, vorzugsweise wenn der Speicher für elektrische Energie (3) vollständig geladen ist. 2. Vehicle (1) according to claim 1, wherein the predetermined energy discharge condition is met when a state of charge of the store for electrical energy (3) exceeds a vorbestim men threshold value, preferably when the store for electrical energy (3) is fully charged.
3. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmten Ener gieabführbedingung erfüllt ist, wenn ein technischer Defekt des Speichers für elektrische Energie (3) vorliegt. 3. The vehicle (1) according to any one of the preceding claims, wherein the predetermined energy discharge condition is met when there is a technical defect in the storage device for electrical energy (3).
4. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung4. Vehicle (1) according to one of the preceding claims, wherein the control device
(5) ausgebildet ist, durch Auslösen eines Kurzschlusses mit dem als Widerstandselement dienenden elektrischen Fahrzeugteil die elektrische Energie als Kurzschlussstrom abzu leiten. (5) is designed to derive the electrical energy as a short-circuit current by triggering a short circuit with the electrical vehicle part serving as a resistance element.
5. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die an das elektrisch leitende Fahrzeugteil abgeleitete elektrische Energie (4) unmittelbar an die Umgebung als thermische Energie abgegeben wird, vorzugsweise ohne dazwischengeschalteten Kühl kreislauf. 6. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (5) ausgebildet ist, bei Erfüllung der vorbestimmen Energieabführbedingung den Fahr zeugrahmen (6) und/oder den Fahrzeugaufbau (7) und/oder die Karosserie (8) als Wider standsbremse zu verwenden. 7. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung5. Vehicle (1) according to one of the preceding claims, wherein the derived to the electrically conductive vehicle part electrical energy (4) is released directly to the environment as thermal energy, preferably without an intermediate cooling circuit. 6. Vehicle (1) according to one of the preceding claims, wherein the control device (5) is designed, when the predetermined energy dissipation condition is met, the vehicle frame (6) and / or the vehicle body (7) and / or the body (8) as a cons to use parking brake. 7. Vehicle (1) according to one of the preceding claims, wherein the control device
(5) ausgebildet ist, bei Erfüllung der vorbestimmen Energieabführbedingung einen Teil der elektrischen Energie (4) zum Betrieb mindestens eines elektrifizierten Nebenaggregats (9) zu verwenden. (5) is designed to use part of the electrical energy (4) to operate at least one electrified auxiliary unit (9) when the predetermined energy dissipation condition is met.
8. Fahrzeug (1) nach Anspruch 7, wobei das zumindest eine elektrifizierte Nebenaggregat (9) ein Lüfter, ein Kühler, eine elektrische Fahrgastraumheizung, eine Frontscheibenhei zung, eine Heckscheibenheizung, ein Druckluftkompressor, eine Wasserpumpe, eine Hydraulikpumpe, ein Klimakompressor und/oder eine Ölpumpe ist. 8. The vehicle (1) according to claim 7, wherein the at least one electrified auxiliary unit (9) is a fan, a cooler, an electric passenger compartment heater, a front window heater, a rear window heater, an air compressor, a water pump, a hydraulic pump, an air conditioning compressor and / or is an oil pump.
9. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug (1) ein Nutzfahrzeug, vorzugsweise ein Lastkraftwagen, Reisebus oder Stadtbus ist, und der elektrisch leitende Fahrzeugteil der Fahrzeugrahmen (6) und/oder der Fahrzeugaufbau (7) ist. 9. Vehicle (1) according to one of the preceding claims, wherein the vehicle (1) is a commercial vehicle, preferably a truck, coach or city bus, and the electrically conductive vehicle part is the vehicle frame (6) and / or the vehicle body (7).
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