EP4422911A1 - Anhängerfahrzeug mit einem elektrischen antrieb sowie gespann mit dem anhängerfahrzeug und verfahren zum betreiben des anhängerfahrzeugs - Google Patents

Anhängerfahrzeug mit einem elektrischen antrieb sowie gespann mit dem anhängerfahrzeug und verfahren zum betreiben des anhängerfahrzeugs

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EP4422911A1
EP4422911A1 EP22783344.9A EP22783344A EP4422911A1 EP 4422911 A1 EP4422911 A1 EP 4422911A1 EP 22783344 A EP22783344 A EP 22783344A EP 4422911 A1 EP4422911 A1 EP 4422911A1
Authority
EP
European Patent Office
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vehicle
trailer vehicle
trailer
kwh
energy store
Prior art date
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Pending
Application number
EP22783344.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Dieckmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF CV Systems Global GmbH
Original Assignee
ZF CV Systems Global GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by ZF CV Systems Global GmbH filed Critical ZF CV Systems Global GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to the field of commercial vehicles and here in particular trailer vehicles or trailers for short, which are designed as commercial vehicles.
  • a trailer designed as a commercial vehicle is pulled by a towing vehicle, which is also designed as a commercial vehicle, for example.
  • Such trailer vehicles referred to here are, in particular, semi-trailers and drawbar trailers.
  • vehicles are increasingly being equipped with an electric drive.
  • commercial vehicles which, as hybrid vehicles, also have at least one electric drive for support in addition to an internal combustion engine as the primary drive source, are also known.
  • electric drives In towing vehicles designed as commercial vehicles, electric drives have so far primarily been used to operate the internal combustion engine in an energy-efficient speed range or to provide additional thrust, for example when starting off or driving uphill.
  • kinetic and potential energy of the vehicle for example when braking, can be recovered and stored as electrical energy in one or more energy storage devices in order to make the electrical energy available again for propulsion if required.
  • trailer vehicles are also increasingly being equipped with an electric drive in order to provide additional driving force for a towing vehicle which is designed as the hybrid vehicle mentioned above, comprising an internal combustion engine and an electric drive.
  • Trailer vehicles with an electric drive can also be operated with towing vehicles that only have one Have internal combustion engine, so as to form a hybridized combination through the trailer vehicle.
  • Electric drives in the trailer vehicle are also used to support required negative accelerations, namely for braking, regardless of the type of drive of the towing vehicle. This also protects the friction brakes of the combination, which consists of the towing vehicle and at least one trailer vehicle.
  • the invention relates to a trailer vehicle according to claim 1 .
  • a trailer for a towing vehicle is proposed, the trailer being in particular a semi-trailer or a drawbar trailer.
  • the trailer vehicle has an electric drive on, wherein the electric drive comprises at least one electric motor for driving at least one wheel of the trailer vehicle.
  • the electric drive includes an energy store for supplying the electric motor.
  • the energy store is designed in such a way that it stores energy of more than 250 kWh or more than 500 kWh. In particular, the energy store stores more than 750 kWh or more than 1000 kWh.
  • the term energy store is used here in the singular, but also includes energy stores that consist of a number of modules or cells and that are connected to one another in a suitable manner in order to form the energy store.
  • a towing vehicle for towing the trailer vehicle can be completely relieved of the loads of the trailer vehicle.
  • no tensile load is to be applied by the towing vehicle.
  • the electric drive of the trailer vehicle is designed in such a way that it can move the entire load of the trailer vehicle, including a load, on its own.
  • no high-power or high-power recharge is required over the course of a day. Rather, the trailer vehicle can be charged comparatively slowly during its idle time.
  • Grid loading is lower and night-time tariffs or excess tariffs can be used, so that the energy is cheaper than with daytime charging and especially with high-power charging. To recharge a 1000 kWh battery, for example, 100 kW of power over about 10 hours at night is sufficient.
  • the invention is based on the knowledge that there is only limited space available for arranging energy stores in the towing vehicle. It is therefore not possible to design a towing vehicle according to the previous standards in such a way that it essentially applies the full propulsion force for the towing vehicle and its trailer vehicle, at least with energy storage devices that have been implemented up to now.
  • the invention uses Accordingly, it is assumed that a payload reduction in the trailer vehicle through additional energy storage is acceptable in order to provide full electric drive for a vehicle combination over long distances and also for heavy loads. Accordingly, a towing vehicle only has to generate the power for its own propulsion over a required minimum distance for long-distance traffic, so that only appropriate energy storage devices need to be arranged in the towing vehicle.
  • the trailer vehicle has a transport surface, which can also be designed as a transport volume, which is designed for a payload of at least 15 tons or at least 18 tons.
  • the transport surface is suitable for a payload of at least 21 tons, e.g. B. more than 21 tons trained. Heavy loads can thus be transported with the trailer vehicle.
  • the trailer vehicle has a charging cable or a charging interface for a charging cable for charging the energy store at an external charging station.
  • the charging interface is preferably set up to supply energy with a voltage of more than 100 V or more than 350 V, e.g. B. 400 V, preferably more than 750 V, z. B. 800 V to record.
  • the towing vehicle usually has a connection for a charging cable for charging the energy store of the towing vehicle.
  • the trailer vehicle thus also has a connection or a charging cable for charging and can thus be charged at a charging station in parallel and independently of the towing vehicle. A loading time of the combination is thus significantly reduced compared to charging the trailer vehicle, for example via the charging cable of the towing vehicle.
  • the trailer vehicle has further electrical interfaces for connection to a towing vehicle. All electrical interfaces to provide a connection to the However, towing vehicles can be operated without high voltage. This means that the further electrical interfaces can be operated with a voltage which is below 100 V, in particular below a predefined contact voltage limit, namely at or below 60 V, in particular 60 V direct voltage. Accordingly, the trailer vehicle can only be connected to a towing vehicle via a trailer hitch, such as a fifth wheel coupling, and pressure lines and electrical lines that are high-voltage-free, ie without charging energy transmission. A transfer of energy for charging the energy store of the trailer vehicle by the towing vehicle is therefore ruled out.
  • a trailer hitch such as a fifth wheel coupling
  • the trailer vehicle can therefore be accelerated essentially independently by a towing vehicle and does not place any further demands on the propulsion of the towing vehicle.
  • a conventional towing vehicle comprising an internal combustion engine if, for example, a purely electric towing vehicle is not available.
  • the advantages of the trailer vehicle namely being operated essentially independently over a long distance and thereby relieving the towing vehicle as much as possible, would also have an effect on a comparatively low consumption of the towing vehicle with an internal combustion engine.
  • the energy store is arranged between longitudinal frame members of the trailer vehicle. If the trailer vehicle is a semi-trailer, the energy store is arranged in the area between a king pin or an area of a gooseneck or supports and an area of the foremost axle. If the trailer vehicle is a drawbar trailer, the energy store is arranged in the area between the axles, ie between a front and a rear axle.
  • the invention relates to a combination with a towing vehicle and a trailer vehicle according to one of the aforementioned embodiments.
  • the towing vehicle is a battery-electric towing vehicle, which is also called a BEV.
  • the towing vehicle is, for example, a tractor unit. The entire combination thus manages without a combustion engine.
  • all electrical connections for operating the combination between the towing vehicle and the trailer vehicle are low-voltage connections.
  • An electrical voltage between conductors of every connection of all electrical connections between the towing vehicle and the trailer vehicle is therefore also during operation below 100 V or in particular at or below 60 V.
  • an electrical connection is provided between the towing vehicle and the trailer vehicle, which is a low-voltage line and which is used to transfer energy from the energy store of the trailer vehicle to the towing vehicle or vice versa.
  • a balancing of charges between the energy stores of the towing vehicle and trailer vehicle is therefore possible to a small extent, in particular in an emergency, namely when one of the energy stores fails unexpectedly or is much more discharged than the energy store of the other vehicle, to still be able to move the combination.
  • a high-voltage connection can therefore still be dispensed with.
  • the towing vehicle and the trailer vehicle each have a separate charging interface in order to be connected to an external charging station via a charging cable.
  • the charging interface of the towing vehicle is set up to only charge the towing vehicle's energy storage device and the trailer vehicle's charging interface is set up to only charge the trailer vehicle's energy storage device. A loading time reduction by parallel loading of the two vehicles of the combination is thus made possible.
  • the invention also includes methods for operating a trailer vehicle according to one of the aforementioned embodiments or a combination according to one of the aforementioned embodiments.
  • the method includes charging an energy store of the trailer vehicle until the energy store of the trailer vehicle has an energy of more than 250 kWh or more than 500 kWh. For example, the energy store is charged until it stores more than 750 kWh or more than 1000 kWh of energy.
  • at least one Electric motor of the trailer vehicle operated with the charged energy from the energy storage.
  • charging takes place using a charging interface of the trailer vehicle.
  • the charging interface is used to charge the energy store with a voltage of more than 100 V, in particular more than 350 V, z. 400V, or more than 750V, e.g. B. 800V
  • an energy store of a towing vehicle is simultaneously charged with a further charging interface of the towing vehicle.
  • the invention relates to the use of an energy storage device in a trailer vehicle that is set up to store energy of more than 250 kWh or more than 500 kWh.
  • the energy store is particularly preferably set up to store a charge of more than 750 kWh or more than 1000 kWh.
  • At least one electric motor of the trailer vehicle is operated with the energy store.
  • Fig. 1 is a combination of a towing vehicle and a trailer vehicle and
  • the trailer vehicle 14 has a transport surface 15.
  • the trailer vehicle 14 is designed here as a semi-trailer 16 and is connected to the towing vehicle via a kingpin (not shown).
  • the towing vehicle 12 has an electric drive 18 .
  • the electric drive 18 of the towing vehicle includes an energy store 20, which has a Inverter 22 is connected to an electric motor 24 of an axle 26 of the towing vehicle 12 in order to drive the axle 26 .
  • the towing vehicle 12 has only two axles 26 for a better overview, with towing vehicles for semi-trailers 16, which are also referred to as semi-trailer tractors, sometimes also having more than two axles, often three axles.
  • the towing vehicle 12 shown here is therefore only an example of such towing vehicles 12 and the invention also includes towing vehicles 12 with more than two axles.
  • the towing vehicle 12 has a charging interface 28 which can be connected to an external charging station 32 via a charging cable or cable 30 for short. In this way, the energy store 20 can be charged.
  • the towing vehicle 12 here corresponds to a battery electric vehicle, BEV 33, and thus has no additional internal combustion engine.
  • the towing vehicle 12 includes connections 34 which can be connected to connections 36 of the trailer vehicle 14 via further electrical connections 38 . These interfaces 34 of the trailer vehicle 14 are all operable with a voltage that is below 100V or at or below 60V.
  • the trailer vehicle 14 also has an electric drive 40 in the same way as the towing vehicle 12 .
  • the electric drive 40 includes an energy store 42 which is electrically connected to an electric motor 46 via a converter 44 .
  • the electric motor 46 is used to drive an axle 26 of the trailer vehicle 14. In the present case, only a single electric motor 46 is shown as a central axle motor for driving the axle 26.
  • This representation is exemplary and the invention also includes an alternative exemplary embodiment, not shown here, in which several electric motors 46 are provided, which, as wheel motors, do not drive the axle 26 but directly drive one wheel in each case.
  • Other embodiments contemplated by the invention include driving multiple axles 26 of the trailer vehicle 14 with multiple center axle motors or driving multiple wheels of multiple axles 26 with single wheel motors.
  • the energy accumulator 42 is arranged in a region 48 that lies in the longitudinal direction between the axle 26 of the trailer vehicle 14 that is furthest in front in the direction of travel 52 and supports 54 of the trailer vehicle 14 for hitching and unhitching. Furthermore, the area 48 in which the energy store 42 is located is delimited in the transverse direction by two longitudinal frame members 56 of the frame of the trailer vehicle 14, which is not shown in full here. In this way, the energy store 42 is protected against impact.
  • a charging interface 58 of the trailer vehicle 14 is provided, which can be electrically connected to a further external charging station 62 via a charging cable, cable 60 for short, ie an electrical line, in order to charge the energy store 42 of the trailer vehicle 14 .
  • the charging interface 58 is connected to the energy store 42 via the converter 44, which is necessary for the case when the external charging station 62 provides an AC voltage.
  • the invention also includes an exemplary embodiment in which the charging interface 58 is connected to the energy storage device 42 without an intermediate converter 44 in order to charge the energy storage device 42 with a DC voltage, for example during rapid charging.
  • Fig. 2 shows the steps of an embodiment of a method for operating a trailer vehicle 14.
  • an energy store 42 is charged until it has an energy of more than 250 kWh, more than 500 kWh, more than 750 kWh or more than 1000 kWh of energy saves.
  • the electric motor 46 of the trailer vehicle 14 is operated with the energy from the energy store 42 .
  • an energy storage device 20 of a towing vehicle 12 is charged in a step 74.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Anhängerfahrzeug (14), insbesondere Sattelauflieger (16), für ein Zugfahrzeug (12), wobei das Anhängerfahrzeug (14) einen elektrischen Antrieb (40) aufweist, und der elektrische Antrieb (40) mindestens einen Elektromotor (46) zum Antreiben mindestens eines Rades des Anhängerfahrzeugs (14) und einen Energiespeicher (42) zum Versorgen des Elektromotors (46) umfasst, wobei der Energiespeicher (42) eine Energie von mehr als 250 kWh oder mehr als 500 kWh, vorzugsweise mehr als 750 kWh oder mehr als 1000 kWh, speichert. Die Erfindung betrifft ferner ein Gespann (10), ein Verfahren zum Betreiben eines Anhängerfahrzeugs (14) sowie die Verwendung eines Energiespeichers (42).

Description

Anhängerfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb sowie Gespann mit dem
Anhängerfahrzeug und Verfahren zum Betreiben des Anhängerfahrzeugs
Die Erfindung betrifft den Bereich der Nutzfahrzeuge und hierbei insbesondere Anhängerfahrzeuge oder kurz Anhänger, die als Nutzfahrzeuge ausgebildet sind. Ein als Nutzfahrzeug ausgebildetes Anhängerfahrzeug wird durch ein Zugfahrzeug, das beispielsweise ebenfalls als Nutzfahrzeug ausgebildet ist, gezogen. Solche hier bezeichneten Anhängerfahrzeuge sind insbesondere Sattelauflieger und Deichselanhänger.
Gemäß dem Stand der Technik werden immer häufiger Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet. Demnach sind auch Nutzfahrzeuge, die als Hybridfahrzeuge neben einem Verbrennungsmotor als primäre Antriebsquelle zusätzlich mindestens einen elektrischen Antrieb zur Unterstützung aufweisen, bekannt. Die elektrischen Antriebe dienen in als Nutzfahrzeug ausgebildeten Zugfahrzeugen bislang vornehmlich, um den Verbrennungsmotor in einem energieeffizienten Drehzahlbereich betreiben zu können oder zusätzlich Schub, beispielsweise beim Anfahren oder beim Bergauffahren, bereitzustellen. Mit den elektrischen Antrieben kann kinetische und potenzielle Energie des Fahrzeugs, beispielsweise beim Bremsen, zurückgewonnen und als elektrische Energie in einem oder mehreren Energiespeichern gespeichert werden, um bei Bedarf die elektrische Energie wieder für den Vortrieb zur Verfügung zu stellen.
Außerdem werden auch zunehmend Anhängerfahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet, um eine zusätzliche Antriebskraft für ein Zugfahrzeug, das als oben genanntes Hybridfahrzeug ausgebildet ist, umfassend einen Verbrennungsmotor und einen elektrischen Antrieb, bereitzustellen. Anhängerfahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb können auch mit Zugfahrzeugen betrieben werden, die ausschließlich einen Verbrennungsmotor aufweisen, um so durch das Anhängerfahrzeug ein hybridisiertes Gespann zu bilden. Elektrische Antriebe im Anhängerfahrzeug dienen nämlich unabhängig von der Antriebsart des Zugfahrzeugs auch zur Unterstützung von geforderten negativen Beschleunigungen, nämlich zum Bremsen. So können auch Reibbremsen des Gespanns, das aus dem Zugfahrzeug und mindestens einem Anhängerfahrzeug besteht, geschont werden.
Zunehmend wächst jedoch der Wunsch auch bei Nutzfahrzeugen vollständig auf einen Verbrennungsmotor zu verzichten. Bisherige Ansätze führten jedoch bislang nur zu Reichweiten der Fahrzeuge, die für einen Einsatz im Fernverkehr ungeeignet sind. Anforderungen an den Fernverkehr sind beispielsweise, dass ein Nutzfahrzeug im Wesentlichen eine Mindeststrecke, die etwa im Bereich von 700 bis 800 km liegt, ohne längere Unterbrechungen fahren kann. Bisherige Lösungen erfordern jedoch größere Pausenzeiten auf solchen Strecken, um die Energiespeicher mehrfach zu laden. Bekannte Nutzfahrzeuge für längere Strecken beschränken sich daher auf mittelschwere Lastkraftwagen mit festem Aufbau zum Bereitstellen einer Fläche oder eines Raumes für Nutzlasten. Auch derartige mittelschwere Lastkraftwagen sind üblicherweise jedoch auf Reichweiten von etwa 400 km beschränkt und erfüllen damit nicht die Anforderungen für einen Einsatz im Fernverkehr.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den Problemen des Standes der Technik zu begegnen. Insbesondere soll eine Möglichkeit gefunden werden, auch schwere Lastkraftwagen oder Gespanne im Fernverkehr ohne Verbrennungsmotor einzusetzen. Jedenfalls soll eine Alternative zum Stand der Technik gefunden werden.
Hierzu betrifft die Erfindung ein Anhängerfahrzeug nach Anspruch 1 .
Demnach wird ein Anhängerfahrzeug für ein Zugfahrzeug vorgeschlagen, wobei das Anhängerfahrzeug insbesondere ein Sattelauflieger oder ein Deichselanhänger ist. Das Anhängerfahrzeug weist einen elektrischen Antrieb auf, wobei der elektrische Antrieb mindestens einen Elektromotor zum Antreiben mindestens eines Rades des Anhängerfahrzeugs umfasst. Außerdem umfasst der elektrische Antrieb einen Energiespeicher zum Versorgen des Elektromotors. Ferner ist der Energiespeicher derart ausgebildet, dass er eine Energie von mehr als 250 kWh oder mehr als 500 kWh speichert. Insbesondere speichert der Energiespeicher mehr als 750 kWh oder mehr als 1000 kWh. Der Begriff Energiespeicher wird hier in der Einzahl verwendet, umfasst aber auch Energiespeicher, die aus mehreren Modulen oder Zellen bestehen und die in geeigneter Weise miteinander verschaltet sind, um den Energiespeicher zu bilden.
Mit einem derartigen Anhängerfahrzeug, das einen besonders großen Energiespeicher zur Versorgung des elektrischen Antriebs des Anhängerfahrzeugs aufweist, lässt sich ein Zugfahrzeug zum Ziehen des Anhängerfahrzeugs vollständig von den Lasten des Anhängerfahrzeugs entlasten. Im Grunde ist also keine Zuglast durch das Zugfahrzeug aufzubringen. Der elektrische Antrieb des Anhängerfahrzeugs ist hierbei so ausgebildet, dass er die gesamte Last des Anhängerfahrzeugs einschließlich einer Ladung allein fortbewegen kann. Außerdem ist im Verlauf eines Tages keine Hochleistungs- oder Höchstleistungsnachladung erforderlich. Vielmehr kann das Anhängerfahrzeug vergleichsweise langsam in seiner Ruhezeit aufgeladen werden. Eine Netzbelastung ist geringer und Nachttarife oder Überschusstarife können verwendet werden, so dass die Energie preiswerter als bei Ladungen am Tag und insbesondere beim Hochleistungsladen ist. Zum Nachladen einer 1000- kWh-Batterie reicht beispielsweise eine 100-kW-Leistung über etwa 10 Stunden in der Nacht aus.
Hierbei liegt der Erfindung die Kenntnis zugrunde, dass ein Bauraum zum Anordnen von Energiespeichern im Zugfahrzeug nur in begrenztem Maße zur Verfügung steht. Ein Zugfahrzeug also nach den bisherigen Maßstäben so auszubilden, dass dieses im Wesentlichen die vollständige Vorschubkraft für das Zugfahrzeug und sein Anhängerfahrzeug aufbringt, ist demnach zumindest mit bisher realisierten Energiespeichern nicht möglich. Die Erfindung nutzt demnach aus, dass im Anhängerfahrzeug eine Nutzlastreduzierung durch zusätzliche Energiespeicher hinnehmbar ist, um einen vollständigen elektrischen Antrieb eines Gespanns auf langen Strecken und auch für schwere Lasten bereitzustellen. Ein Zugfahrzeug muss demnach nur die Kraft für den eigenen Vortrieb auf einer geforderten Mindeststrecke für den Fernverkehr aufbringen, so dass nur entsprechende Energiespeicher im Zugfahrzeug anzuordnen sind.
Gemäß einer ersten Ausführungsform weist das Anhängerfahrzeug eine Transportfläche, die auch als Transportvolumen ausgebildet sein kann, auf, die für eine Nutzlast von mindestens 15 Tonnen oder mindestens 18 Tonnen ausgebildet ist. Insbesondere ist die Transportfläche für eine Nutzlast von mindestens 21 Tonnen, z. B. mehr als 21 Tonnen, ausgebildet. Mit dem Anhängerfahrzeug lassen sich somit schwere Lasten befördern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Anhängerfahrzeug ein Ladekabel oder eine Ladeschnittstelle für ein Ladekabel zum Laden des Energiespeichers an einer externen Ladestation auf. Vorzugsweise ist die Ladeschnittstelle eingerichtet, um Energie mit einer Spannung von mehr als 100 V oder mehr als 350 V, z. B. 400 V, bevorzugt mehr als 750 V, z. B. 800 V, aufzunehmen. Wird das Anhängerfahrzeug somit zusammen mit einem Zugfahrzeug betrieben, das ebenfalls rein elektrisch vorgetrieben wird, so weist das Zugfahrzeug üblicherweise einen Anschluss für ein Ladekabel zum Laden des Energiespeichers des Zugfahrzeugs auf. Das Anhängerfahrzeug weist somit auch einen Anschluss oder ein Ladekabel zum Laden auf und kann somit parallel und unabhängig vom Zugfahrzeug an einer Ladestation geladen werden. Eine Ladezeit des Gespanns verkürzt sich somit signifikant gegenüber einer Ladung des Anhängerfahrzeugs beispielsweise über das Ladekabel des Zugfahrzeugs.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Anhängerfahrzeug weitere elektrische Schnittstellen für eine Verbindung mit einem Zugfahrzeug auf. Alle elektrischen Schnittstellen zum Bereitstellen einer Verbindung mit dem Zugfahrzeug sind jedoch hochspannungslos betreibbar. Das heißt, dass die weiteren elektrischen Schnittstellen mit einer Spannung betreibbar sind, die unter 100 V, insbesondere unter einer vordefinierten Berührungsspannungsgrenze, nämlich auf oder unter 60 V, insbesondere 60 V Gleichspannung, liegt. Demnach ist also das Anhängerfahrzeug mit einem Zugfahrzeug nur über eine Anhängerkupplung, wie beispielsweise eine Sattelkupplung, und Druckleitungen sowie elektrische Leitungen verbindbar, die hochspannungslos, also ladeenergieübertragungslos sind. Eine Energieübertragung zum Laden der Energiespeicher des Anhängerfahrzeugs durch das Zugfahrzeug wird demnach ausgeschlossen.
Eine Energieübertragung zwischen Zugfahrzeug und Anhängerfahrzeug zum Laden der Energiespeicher eines elektrischen Antriebs erfordert eine Hochvoltleitung, die insbesondere Erschütterungen während des Betriebs widerstehen und gleichzeitig auch geltenden Sicherheitsanforderungen entsprechen müsste. Insofern wäre die Realisierung einer derartigen Verbindung zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhängerfahrzeug sehr aufwendig und schwierig für den Dauereinsatz realisierbar.
Gemäß der Erfindung kann auf eine solche Verbindung jedoch verzichtet werden, da das Anhängerfahrzeug ausreichend Energie für eine Langstreckenfahrt aufgrund des erfindungsgemäß ausgebildeten großen Energiespeichers hat. Das Anhängerfahrzeug ist also im Wesentlichen autark von einem Zugfahrzeug beschleunigbar und stellt für das Zugfahrzeug keine weiteren Erfordernisse an den Vortrieb. Insofern ist es also auch möglich, das Anhängerfahrzeug mit einem konventionellen, einen Verbrennungsmotor umfassenden, Zugfahrzeug zu betreiben, wenn beispielsweise ein rein elektrisches Zugfahrzeug nicht zur Verfügung steht. Die Vorteile des Anhängerfahrzeugs, nämlich im Wesentlichen autark über eine Langstrecke betrieben zu werden und dabei das Zugfahrzeug maximal zu entlasten, würden sich auch auf einen vergleichsweise geringen Verbrauch des Zugfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor auswirken. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Energiespeicher zwischen Rahmenlängsträgern des Anhängerfahrzeugs angeordnet. Ist das Anhängerfahrzeug ein Sattelauflieger, so ist der Energiespeicher im Bereich zwischen einem Königszapfen oder einem Bereich eines Schwanenhalses oder Stützen und einem Bereich der vordersten Achse angeordnet. Ist das Anhängerfahrzeug ein Deichselanhänger, so ist der Energiespeicher im Bereich zwischen den Achsen, also zwischen einer vorderen und einer hinteren Achse, angeordnet.
Hier liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Einbauort für einen kleinen Energiespeicher, wie er bei Anhängerfahrzeugen heutzutage üblich ist, im Grunde an beliebiger Stelle gewählt sein kann, da keine wesentliche Gefahr vom Energiespeicher ausgeht. Gerade bei größeren Energiespeichern besteht jedoch die Gefahr, dass sich diese durch einen Aufprall oder Unfall entzünden können, wobei eine Brandlöschung eines großen Energiespeichers sehr schwierig und aufwendig ist. Ein sicherer Bauraum wird demnach vorgeschlagen und durch die beschriebene Ausführungsform umfasst, so dass der Energiespeicher einerseits durch den Rahmen und andererseits durch Achsen des Anhängerfahrzeugs geschützt angeordnet ist. Ein Aufprall eines anderen Fahrzeugs wird so beispielsweise durch die um den Energiespeicher liegenden Teile aufgefangen, so dass die Brandgefahr reduziert wird.
Ferner betrifft die Erfindung ein Gespann mit einem Zugfahrzeug und einem Anhängerfahrzeug nach einer der vorgenannten Ausführungsformen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Zugfahrzeug ein batterieelektrisches Zugfahrzeug, das auch BEV genannt wird. Das Zugfahrzeug ist beispielsweise eine Sattelzugmaschine. Das gesamte Gespann kommt somit ohne Verbrennungsmotor aus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind alle elektrischen Verbindungen zum Betreiben des Gespanns zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhängerfahrzeug Niedervoltverbindungen. Eine elektrische Spannung zwischen Leitern jeder Verbindung aller elektrischen Verbindungen zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhängerfahrzeug liegt also auch während eines Betriebs unter 100 V oder insbesondere auf oder unter 60 V.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Gespanns ist eine elektrische Verbindung zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhängerfahrzeug bereitgestellt, die eine Niederspannungsleitung ist und die dient, um Energie vom Energiespeicher des Anhängerfahrzeugs an das Zugfahrzeug oder umgekehrt zu übertragen. Ein Ausgleich von Ladungen zwischen den Energiespeichern von Zugfahrzeug und Anhängerfahrzeug ist somit in geringem Maße möglich, insbesondere um im Notfall, nämlich, wenn einer der Energiespeicher unerwartet ausfällt oder weitaus mehr entladen ist als der Energiespeicher des anderen Fahrzeugs, das Gespann noch bewegen zu können. Auf eine Hochvoltspannungsverbindung kann demnach weiterhin verzichtet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen das Zugfahrzeug und das Anhängerfahrzeug jeweils eine separate Ladeschnittstelle auf, um jeweils mit einer externen Ladestation über ein Ladekabel verbunden zu werden. Die Ladeschnittstelle des Zugfahrzeugs ist eingerichtet, ausschließlich Energiespeicher des Zugfahrzeugs zu laden und die Ladeschnittstelle des Anhängerfahrzeugs ist eingerichtet, ausschließlich Energiespeicher des Anhängerfahrzeugs zu laden. Eine Ladezeitreduzierung durch paralleles Laden der beiden Fahrzeuge des Gespanns wird somit ermöglicht.
Ferner umfasst die Erfindung von Verfahren zum Betreiben eines Anhängerfahrzeugs nach einer der vorgenannten Ausführungsformen oder eines Gespanns nach einer der vorgenannten Ausführungsformen. Das Verfahren umfasst das Laden eines Energiespeichers des Anhängerfahrzeugs bis der Energiespeicher des Anhängerfahrzeugs eine Energie von mehr als 250 kWh oder mehr als 500 kWh aufweist. Beispielsweise wird der Energiespeicher geladen, bis dieser eine Energie von mehr als 750 kWh oder mehr als 1000 kWh speichert. Gemäß dem Verfahren wird mindestens ein Elektromotor des Anhängerfahrzeugs mit der geladenen Energie aus dem Energiespeicher betrieben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Laden mittels einer Ladeschnittstelle des Anhängerfahrzeugs. Die Ladeschnittstelle dient zum Laden des Energiespeichers mit einer Spannung von mehr als 100 V, insbesondere mehr als 350 V, z. B. 400 V, oder mehr als 750 V, z. B. 800 V.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird beim Laden des Energiespeichers des Anhängerfahrzeugs mittels einer Ladeschnittstelle des Anhängerfahrzeugs gleichzeitig ein Energiespeicher eines Zugfahrzeugs mit einer weiteren Ladeschnittstelle des Zugfahrzeugs geladen.
Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Energiespeichers in einem Anhängerfahrzeug, der eingerichtet ist, eine Energie von mehr als 250 kWh oder mehr als 500 kWh zu speichern. Besonders bevorzugt ist der Energiespeicher eingerichtet, eine Ladung von mehr als 750 kWh oder mehr als 1000 kWh zu speichern. Mit dem Energiespeicher wird mindestens ein Elektromotor des Anhängerfahrzeugs betrieben.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich anhand der in den Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele. Hierbei zeigt
Fig. 1 ein Gespann aus einem Zugfahrzeug und einem Anhängerfahrzeug und
Fig. 2 die Schritte des Verfahrens.
Fig. 1 zeigt ein Gespann 10 mit einem Zugfahrzeug 12 und einem Anhängerfahrzeug 14. Das Anhängerfahrzeug 14 weist eine Transportfläche 15 auf. Das Anhängerfahrzeug 14 ist hier als Sattelauflieger 16 ausgebildet und über einen nicht dargestellten Königszapfen mit dem Zugfahrzeug verbunden. Das Zugfahrzeug 12 weist einen elektrischen Antrieb 18 auf. Der elektrische Antrieb 18 des Zugfahrzeugs umfasst einen Energiespeicher 20, der über einen Umrichter 22 mit einem Elektromotor 24 einer Achse 26 des Zugfahrzeugs 12 verbunden ist, um die Achse 26 anzutreiben. In Fig. 1 weist das Zugfahrzeug 12 zur besseren Übersicht lediglich zwei Achsen 26 auf, wobei Zugfahrzeuge für Sattelauflieger 16, die auch als Sattelzugmaschine bezeichnet werden, teilweise auch mehr als zwei Achsen, häufig drei Achsen, aufweisen. Das hier dargestellte Zugfahrzeug 12 steht demnach nur exemplarisch für derartige Zugfahrzeuge 12 und die Erfindung umfasst auch Zugfahrzeuge 12 mit mehr als zwei Achsen.
Ferner weist das Zugfahrzeug 12 eine Ladeschnittstelle 28 auf, die über ein Ladekabel oder kurz Kabel 30 mit einer externen Ladestation 32 verbindbar ist. So kann der Energiespeicher 20 geladen werden. Das Zugfahrzeug 12 entspricht hier einem batterieelektrischen Fahrzeug, BEV 33, und weist somit keinen zusätzlichen Verbrennungsmotor auf. Ferner umfasst das Zugfahrzeug 12 Anschlüsse 34, die mit Anschlüssen 36 des Anhängerfahrzeugs 14 über weitere elektrische Verbindungen 38 verbindbar sind. Diese Schnittstellen 34 des Anhängerfahrzeugs 14 sind alle mit einer Spannung betreibbar, die unter 100 V oder bei oder unter 60 V liegt.
In gleicher Weise wie das Zugfahrzeug 12 weist auch das Anhängerfahrzeug 14 einen elektrischen Antrieb 40 auf. Der elektrische Antrieb 40 umfasst einen Energiespeicher 42, der über einen Umrichter 44 mit einem Elektromotor 46 elektrisch verbunden ist. Der Elektromotor 46 dient zum Antreiben einer Achse 26 des Anhängerfahrzeugs 14. Vorliegend ist nur ein einzelner Elektromotor 46 als Zentralachsmotor zum Antreiben der Achse 26 dargestellt. Diese Darstellung ist exemplarisch und die Erfindung umfasst auch ein alternatives hier nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere Elektromotoren 46 vorgesehen werden, die als Radmotoren nicht die Achse 26, sondern unmittelbar jeweils ein Rad antreiben. Weitere von der Erfindung umfasste Ausführungsbeispiele umfassen das Antreiben mehrerer Achsen 26 des Anhängerfahrzeugs 14 mit mehreren Zentralachsmotoren oder das Antreiben von mehreren Rädern mehrerer Achsen 26 mit Einzelradmotoren. Der Energiespeicher 42 ist in einem Bereich 48 angeordnet, der in Längsrichtung zwischen der am weitesten in Fahrtrichtung 52 vorne liegenden Achse 26 des Anhängerfahrzeugs 14 und Stützen 54 des Anhängerfahrzeugs 14 zum Auf- und Absatteln liegt. Ferner ist der Bereich 48, in dem der Energiespeicher 42 liegt, durch zwei Rahmenlängsträger 56 des hier nicht vollständig dargestellten Rahmens des Anhängerfahrzeugs 14 in Querrichtung begrenzt. So ist der Energiespeicher 42 vor Aufprall geschützt.
Weiterhin ist eine Ladeschnittstelle 58 des Anhängerfahrzeugs 14 vorgesehen, die über ein Ladekabel, kurz Kabel 60, also eine elektrische Leitung, mit einer weiteren externen Ladestation 62 elektrisch verbindbar ist, um den Energiespeicher 42 des Anhängerfahrzeugs 14 zu laden. Vorliegend ist die Ladeschnittstelle 58 über den Umrichter 44 mit dem Energiespeicher 42 verbunden, was für den Fall nötig ist, wenn die externe Ladestation 62 eine Wechselspannung bereitstellt. Ferner umfasst die Erfindung jedoch auch ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Ladeschnittstelle 58 ohne zwischengeschalteten Umrichter 44 mit dem Energiespeicher 42 verbunden ist, um den Energiespeicher 42 beispielsweise bei einer Schnellladung mit einer Gleichspannung zu laden.
Fig. 2 zeigt die Schritte eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Anhängerfahrzeugs 14. Im Schritt 70 wird ein Energiespeicher 42 geladen, bis er eine Energie von mehr als 250 kWh, mehr als 500 kWh, mehr als 750 kWh oder mehr als 1000 kWh Energie speichert. In Schritt 72 wird der Elektromotor 46 des Anhängerfahrzeugs 14 mit der Energie aus dem Energiespeicher 42 betrieben. Parallel zum Schritt 70, in dem der Energiespeicher 42 des Anhängerfahrzeugs 14 geladen wird, wird in einem Schritt 74 ein Energiespeicher 20 eines Zugfahrzeugs 12 geladen. Bezugszeichenliste [Teil der Beschreibung]
10 Gespann
12 Zugfahrzeug
14 Anhängerfahrzeug
15 Transportfläche
16 Sattelauflieger
18 elektrischer Antrieb
20 Energiespeicher
22 Umrichter
24 Elektromotor
26 Achse
28 Ladeschnittstelle
30 Kabel
32 externe Ladestation
33 batterieelektrisches Fahrzeug, BEV
34 Anschlüsse des Zugfahrzeugs
36 Anschlüsse des Anhängerfahrzeugs
38 elektrische Verbindungen
40 elektrischer Antrieb
42 Energiespeicher
44 Umrichter
46 Elektromotor
48 Bereich
54 Stützen
56 Rahmenlängsträger
58 Ladeschnittstelle
60 Kabel
62 externe Ladestation
70 Laden Energiespeicher Anhängerfahrzeug
72 Betrieb Elektromotor des Anhängerfahrzeugs
74 Laden Energiespeicher Zugfahrzeug

Claims

Patentansprüche
1 . Anhängerfahrzeug (14), insbesondere Sattelauflieger (16), für ein Zugfahrzeug (12), wobei das Anhängerfahrzeug (14) einen elektrischen Antrieb (40) aufweist, und der elektrische Antrieb (40) mindestens einen Elektromotor (46) zum Antreiben mindestens eines Rades des Anhängerfahrzeugs (14) und einen Energiespeicher (42) zum Versorgen des Elektromotors (46) umfasst, wobei der Energiespeicher (42) eine Energie von mehr als 250 kWh oder mehr als 500 kWh, mehr als
750 kWh oder mehr als 1000 kWh, speichert.
2. Anhängerfahrzeug (14) nach Anspruch 1 , wobei das Anhängerfahrzeug (14) eine Transportfläche (15) aufweist, die für eine Nutzlast von mindestens 15 Tonnen, mindestens 18 Tonnen oder mindestens 21 Tonnen Nutzlast ausgelegt ist.
3. Anhängerfahrzeug (14) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Anhängerfahrzeug (14) ein Ladekabel (60) oder eine Ladeschnittstelle (58) für ein Ladekabel (60) zum Laden des Energiespeichers (42) mit einer externen Ladestation (62) aufweist.
4. Anhängerfahrzeug (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anhängerfahrzeug (14) weitere elektrische Schnittstellen (36) für eine Verbindung mit einem Zugfahrzeug (12) aufweist, wobei alle Schnittstellen (36) des Anhängerfahrzeugs (14) zum Bereitstellen einer Verbindung mit dem Zugfahrzeug (12) mit einer Spannung betreibbar sind, die unter 100 V, insbesondere auf oder unter 60 V, liegt.
5. Anhängerfahrzeug (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Energiespeicher (42) zwischen Rahmenlängsträgern (56) des Anhängerfahrzeugs (14) und vorzugsweise in einem Bereich (48) zwischen Stützen (54) des Anhängerfahrzeugs (14) und Achsen (26) des Anhängerfahrzeugs (14) angeordnet ist. Gespann (10) mit einem Zugfahrzeug (12) und einem Anhängerfahrzeug (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Gespann (10) nach Anspruch 6, wobei das Zugfahrzeug (12) ein batterieelektrisches Fahrzeug (34) ist. Gespann (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei alle elektrischen Verbindungen (38) zwischen dem Zugfahrzeug (12) und dem Anhängerfahrzeug (14) jeweils eine Spannung während eines Betriebs des Gespanns aufweisen, die unter 100 V, insbesondere auf oder unter 60 V, liegt. Gespann (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei eine elektrische Verbindung (38) zwischen dem Zugfahrzeug (12) und dem Anhängerfahrzeug (14) bereitgestellt ist, um Energie vom Energiespeicher (42) des Anhängerfahrzeugs (14) an das Zugfahrzeug (12) oder vom Zugfahrzeug (12) an das Anhängerfahrzeug (14) zu übertragen, wobei die elektrische Verbindung (38) eine Niederspannungsleitung ist, insbesondere mit einer Spannung, die unter 100 V liegt. Gespann (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das Zugfahrzeug (12) und das Anhängerfahrzeug (14) jeweils eine separate Ladeschnittstelle (28, 58) aufweisen, wobei die Ladeschnittstelle (28) des Zugfahrzeugs (12) eingerichtet ist, ausschließlich Energiespeicher (20) des Zugfahrzeugs (12) zu laden, und die Ladeschnittstelle (58) des Anhängerfahrzeugs (14) eingerichtet ist, ausschließlich Energiespeicher (42) des Anhängerfahrzeugs (14) zu laden. Verfahren zum Betreiben eines Anhängerfahrzeugs (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder eines Gespanns (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, umfassend: - 14 -
- Laden (70) eines Energiespeichers (42) des Anhängerfahrzeugs (14) bis der Energiespeicher (42) des Anhängerfahrzeugs (14) eine Energie von mehr als 250 kWh oder mehr als 500 kWh, mehr als 750 kWh oder mehr als 1000 kWh, speichert, und
- Betreiben eines Elektromotors (46) des Anhängerfahrzeugs (14) mit Energie aus dem Energiespeicher (42). Verfahren nach Anspruch 11 , wobei das Laden (70) mittels einer Ladeschnittstelle (58) des Anhängerfahrzeugs (14), insbesondere mit einer Spannung von mehr als 100 V, mehr als 350 V, insbesondere 400 V, oder mehr als 750 V, insbesondere 800 V, erfolgt. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei ein Zugfahrzeug (12) des Gespanns (10), das das Anhängerfahrzeug (14) umfasst, gleichzeitig im Schritt (74) während des Ladens (70) des Energiespeichers (42) des Anhängerfahrzeugs (14) geladen wird. Verwendung eines Energiespeichers (42) in einem Anhängerfahrzeug (14), der eingerichtet ist, eine Energie von mehr als 250 kWh oder mehr als 500 kWh, besonders bevorzugt mehr als 750 kWh oder mehr als 1000 kWh zu speichern, zum Betreiben eines Elektromotors (46) zum Antreiben des Anhängerfahrzeugs (14).
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