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DE102008037045A1 - Elektrofahrzeug - Google Patents

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DE102008037045A1
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apu
electric vehicle
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battery
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Inventor
Erich Eder
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Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Original Assignee
Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektorfahrzeug mit Batterieantrieb und serieller Hilfsgeneratoreinheit (APU), wobei diese geräuscharm gekapselt innerhalb der Fahrzeugkarosserie eingebaut ist, deren Ladeleistung nur einen Teil der vollen Batterieleistung beträgt, deren Generator (3) eine Erregung aus Permantentmagneten aufweist, dessen Verbrennungsmotor auf einen bestimmten Lastpunkt ausgelegt und mit einem Abgasfilter versehen ist, und welches eine Steuereinheit (5) für die Batterieladung entweder aus der APU, dem Netz oder einem anderen Stromerzeuger umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug mit Batterieantrieb und serieller Hilfsgeneratoreinheit (APU).
  • Ein derartiges elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ist in der europäischen Patentschrift 0 003 888 B1 beschrieben. Demnach besitzt das bekannte Elektrofahrzeug einen Elektromotor für den Antrieb des Kraftfahrzeugs über ein Übertragungssystem mit einem Batteriepaket, welches an eine Hilfsgeneratoreinheit anschließbar ist, die eine Brennkraftmaschine enthält. Eine derartige Hilfsgeneratoreinheit dient zum Aufladen des Batteriepakets und damit der Vergrößerung des Aktionsradius des Fahrzeugs. Eine Steuereinheit kann vom Fahrer des Fahrzeugs so betätigt werden, dass die Leistung des elektrischen Antriebsmotors gesteuert werden kann.
  • Die Unterbringung des Batteriepakets und der Hilfsgeneratoreinheit bereitet keine räumlichen Schwierigkeiten, da es sich bei dem Elektrofahrzeug um einen Bus handelt, der flurseitig genügend Stauraum bietet.
  • Da ein derartiger Stauraum bei kleineren Fahrzeugen fehlt, sehen andere bekannte Lösungen vor, die Energieversorgung, umfassend ein Batteriepaket, einen Generator, eine Verbrennungskraftmaschine und einen Stromwandler außerhalb der Fahrzeugkarosserie unterzubringen, beispielsweise auf dem Fahrzeugdach ( DE 19832873 A1 ) oder auf einem speziellen Fahrzeuganhänger ( DE 19509625 A1 ).
  • Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, das Batteriepaket bei einem Elektrofahrzeug durch eine Hilfsgeneratoreinheit von besonders geringer Baugröße nachzuladen, welche zusätzlich zum Batteriepaket auch in einem PKW Platz findet und welche im übrigen alle Anforderungen an ein emissionsarmes Fahrzeug erfüllt.
  • Erfindungsgemäß ist an einem Fahrzeug, welches dieser Aufgabe gerecht wird, eine Hilfsgeneratoreinheit (APU) vorgesehen, welche geräuscharm gekapselt innerhalb der Fahrzeugkarosserie eingebaut ist, deren Ladeleistung nur einen Teil der vollen Batterieleistung beträgt, deren Generator eine Erregung aus Permanentmagneten aufweist, dessen Motor auf einen bestimmten Lastpunkt ausgelegt und mit einem Abgasfilter versehen ist, und welches eine Steuereinheit für die Batterieladung entweder aus der APU, dem Netz oder einem anderen Stromerzeuger umfasst.
  • Eine derartige Hilfsgeneratoreinheit ermöglicht eine sehr gedrängte Bauweise, denn der die Permanentmagneten tragende Rotor des Generators kann gleichzeitig die Funktion des Schwungrads des Verbrennungsmotors übernehmen, d. h. es bietet sich ein Zusammenbau aus Motor und Generator in einem gemeinsamen Gehäuse an. Dadurch, dass der Motor auf einen bestimmten Lastpunkt, der zumeist geringfügig unter dem Volllastpunkt liegen wird, ausgelegt ist, läuft er mit entsprechend hohem Wirkungsgrad bei relativ kleiner Leistung und Baugröße. Durch die Kapselung der Hilfsgeneratoreinheit besteht die Möglichkeit, diese auch in einem PKW sowohl unter der Motorhaube, im Heck oder auch in der Fahrzeugmitte einzubauen, weil durch die Kapselung Motorgeräusche weitgehend eliminiert werden. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass der Motor nicht ständig läuft, sondern zumeist während das Fahrzeug parkt. Im Rahmen der Erfindung ist vollkommen ausreichend, dass die Ladeleistung der APU nur einen Teil der vollen Batterieleistung beträgt entsprechend der seriellen Anordnung der APU, welche nicht als Teil eines Hybridantriebs zu verstehen ist. Deren Zielsetzung ist allein das Aufladen des Batteriepakets, wofür besonders die Stillstandszeiten des Elektrofahrzeugs benutzt werden. Die APU ermöglicht somit ein Auskommen mit einem kleineren Batteriesatz bei gleichzeitiger Vergrößerung des Aktionsradius des Fahrzeugs. Es versteht sich von selbst, dass das Elektrofahrzeug über eine Steuereinheit das Wiederaufladen des Batteriepakets ermöglicht, wenn das Fahrzeug außer Betrieb ist, z. B. während es in der Garage abgestellt ist. Dort wird die Batterieladung nicht über die Hilfsgeneratoreinheit gewährleistet, sondern durch Energieeinspeisung aus dem öffentlichen Netz oder durch einen anderen Stromerzeuger, beispielsweise einer Solarenergiequelle oder einer vorhandenen Blockheizkraftwerkseinheit.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ladeleistung der APU 30–60% der maximalen Batterieleistung beträgt. Für eine sparsame PKW-Anwendung mag ein Leistungsbereich des PM-Generators von 1 bis 5 kW genügen. Bei einem Mittelklassefahrzeug kann ein größerer Leistungsbereich z. B. von 3 bis 15 kW Ladeleistung in Frage kommen. Je größer die relative Ladeleistung, desto geringer kann die maximale Batterieleistung gewählt werden. Dabei ist bei der Bewertung von Einsparungsmöglichkeiten zu berücksichtigen, dass die Kosten je Kilowattstunde Batterieleistung nach derzeitigem Stand der Technik noch relativ hoch sind, z. B. für Lithium-Ionen-Batterien ca. EUR 1000/kWh betragen.
  • Ein geeigneter Verbrennungsmotor ist wegen seiner kleinen Bauweise und der Möglichkeit des Einbaus mit vertikaler Welle ein Kleindieselmotor, bevorzugt als Einzylindermotor, oder ein Zweizylinder-V-Motor.
  • Im Interesse einer möglichst hochwertigen Emissionsfreiheit ist es bei derartigen Dieselmotoren zweckmäßig, kleine Partikelfilter im Abgasstrang zu verwenden, welche ein geschlossenes Sammelsystem bilden, so dass sie ein Abbrennen der gefangenen Partikel bei entsprechend hoher Abgastemperatur ermöglichen. Dabei kann erfindungsgemäß die Abgastemperatur vor dem Partikelfilter mittels elektrischer Glühwendeln oder dergleichen Wicklung als sog. Dummyload auf Abbrandtemperaturen von wenigstens 300°C und wo nötig bis zu 600°C angehoben werden.
  • Die APU kann auf geeignete Weise gekühlt werden, z. B. mittels Luft-, Wasser- oder Ölkühlung, wobei letztere im Interesse einer besonders kompakten Bauweise vorzuziehen ist.
  • Da batteriebetriebene Fahrzeuge schwer zu heizen sind, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Dieselmotor mit einem Wärmetauscher für eine Fahrzeugheizeinrichtung versehen sein.
  • Je nach Ort der Unterbringung der APU im Inneren der Fahrzeugkarosserie kann es zweckmäßig sein, das Batteriepaket so zu positionieren, dass eine Vergleichmäßigung der Achslasten des Fahrzeugs erzielt wird. Was die Kapselung der APU betrifft, so ist darauf zu achten, dass diese durch schallschluckende Wände nicht nur umfassend eingehüllt wird, sondern dass auch die nach außen führenden Luftschächte mit schalldämmenden Werkstoffen ausgekleidet werden. Dies kann auch für die unmittelbare Fahrzeugumgebung, z. B. die Innenseite der Motorhaube oder des Kofferraumdeckels, zweckmäßig sein. Eine bei parkendem Fahrzeug laufende APU ist dann im Tageslärm akustisch praktisch nicht mehr wahrnehmbar.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
  • 1 den Batterieantrieb eines Elektrofahrzeugs mit Hilfsgeneratoreinheit als schematisches Schaltbild und
  • 2 zwei Einbaumöglichkeiten einer APU in einem PKW.
  • Gemäß 1 umfasst eine APU 1 einen Verbrennungsmotor, bevorzugt einen Dieselmotor 2 und einen daran angebauten Permanentmagnet-Generator 3. Die APU liefert Strom über einen Umformer 4 an ein Batteriepaket 6 entsprechend der dort gewünschten Batteriespannung. Über das Batteriepaket 6 fließt Strom über die Leitung 11 zum Elektromotor 10, der über ein nicht gezeichnetes Getriebe die Fahrzeugräder antreibt.
  • Der Batteriesatz 6 wird von der APU über die Leitung 12 aufgeladen. Andererseits besitzt der Batteriesatz 6 einen Stromeingang 13, welcher an ein Ladegerät 7 angeschlossen ist, welches zwei Eingänge besitzt, nämlich einen Eingang 8, der an das öffentliche Netz anschließbar ist, und einen Eingang 9, der an eine gesonderte Energiequelle z. B. eine Solarstromerzeugereinheit oder eine kleine Blockheizkraftwerkseinheit anschließbar ist.
  • Eine Steuereinheit 5 sorgt dafür, dass der Ladungszustand des Batteriesatzes 6 von der APU erkannt wird, die dann bei Bedarf zugeschaltet wird. Das Zuschalten der APU kann noch durch andere Einflussgrößen gesteuert werden, beispielsweise einer Information über eine vorgewählte Fahrstrecke bzw. eine angestrebte Fahrzeit. Auch die Einbindung eines Navigationssystems in die Steuereinheit könnte vorteilhaft sein, weil auf diese Weise eine vorausschauende Steuerung der APU-Einschaltzeit ermöglicht würde.
  • 2 zeigt an einem schematischen Längsschnitt durch ein Personenkraftfahrzeug zwei mögliche Einbaupositionen der APU, nämlich einmal in der Position 14 unter der Motorhaube und einmal in der Position 15 heckseitig unterhalb des Kofferraumbodens 16. Es sind zwei mögliche Positionen für Teile des Batteriepakets bzw. das jeweilige Batteriepaket eingezeichnet, nämlich bei Position 17 unter der Motorhaube und bei Position 18 im Inneren des Kofferraums. Das Batteriepaket sollte nach Möglichkeit so angeordnet werden, dass beide Fahrzeugachsen z. B. gleich belastet werden oder dass eine angetriebene Achse höher belastet wird. Dabei ist selbstverständlich zu berücksichtigen, wo sich die APU befindet. Zu 2 wurde darauf verzichtet, irgendwelche Leitungsverbindungen oder sonstige Bauteile gemäß dem zu 1 beschriebenen Schaltplan darzustellen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 0003888 B1 [0002]
    • - DE 19832873 A1 [0004]
    • - DE 19509625 A1 [0004]

Claims (9)

  1. Elektrofahrzeug mit Batterieantrieb und serieller Hilfsgeneratoreinheit (APU), welche geräuscharm gekapselt innerhalb der Fahrzeugkarosserie eingebaut ist, deren Ladeleistung nur einen Teil der vollen Batterieleistung beträgt, deren Generator (3) eine Erregung aus Permanentmagneten aufweist, dessen Verbrennungsmotor auf einen bestimmten Lastpunkt ausgelegt und mit einem Abgasfilter versehen ist, und welches eine Steuereinheit (5) für die Batterieladung entweder aus der APU, dem Netz oder einem anderen Stromerzeuger umfasst.
  2. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeleistung der APU (1) 30 bis 60% der maximalen Batterieleistung beträgt.
  3. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die APU (1) einen Kleindieselmotor (2) mit Partikelfilter aufweist.
  4. Elektrofahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgastemperatur vor dem Partikelfilter mittels elektrischer Glühwendeln oder dgl. Wicklung auf Abbrandtemperatur angehoben wird.
  5. Elektrofahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dieselmotor (2) mit vertikaler Welle im Fahrzeug eingebaut ist.
  6. Elektrofahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dieselmotor (2) mit Ölkühlung ausgebildet ist.
  7. Elektrofahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dieselmotor (2) mit einem Wärmetauscher für eine Fahrzeugheizeinrichtung versehen ist.
  8. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die APU (1) im Fahrzeugheck unterhalb des Kofferraumbodens (16) nahe dem elektrischen Heckantrieb angeordnet ist.
  9. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die APU (1) unter der Motorhaube (14) oberhalb des elektrischen Frontantriebs angeordnet ist.
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