DE10207987A1 - Elektrisches Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Fahrzeug, elektrisches Fahrzeug mit einem elektromagnetisch aktivierbaren Schwebesystem zum Schweben des Fahrzeugs über einem Fahrweg (2) und/oder zum Fortbewegen längs eines Fahrwegs. Dabei ist im Fahrzeug ein Antriebssystem angeordnet, wobei das Antriebssystem ein Stromerzeugungssystem zum Erzeugen elektrischer Energie, einen Linearmotor sowie Mittel zum Steuern und/oder Regeln des Antriebssystems umfaßt. Der Linearmotor wird durch elektrische Energie des Stromerzeugungssystems versorgt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein elektrisches Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
• Aus der DE 197 03 497 A1 ist eine Magnetschwebebahn bekannt, bei der ein Fahrzeug über einem Fahrweg schwebend bewegt wird. Solche Fahrwege sind sehr aufwendig und entsprechend teuer. Ein solcher Fahrweg ist z. B. in der DE 199 46 105 A1 näher beschrieben. Entlang des Fahrwegs sind Versorgungsleitungen vorzusehen, mit denen die im Fahrweg angeordneten Langstatormotoren versorgt werden, mit denen ein Schweben der Magnetschwebebahen über den Fahrweg erst ermöglicht wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Fahrzeug anzugeben, bei dem der Fahrweg einfacher und billiger gestaltet werden kann und der zudem einen verbesserten Personenschutz ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird bei einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Erfindungsgemäß wird das Fahrzeug mit einem Stromerzeugungssystem versehen, welches einen an Bord befindlichen Linearmotor antreibt. Damit entfällt die Notwendigkeit, entlang des Fahrwegs durchgängig Spulen bzw. Langstatormotoren vorzusehen, um das Fahrzeug zu bewegen.
• Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß einerseits ein preiswerter Fahrweg für das Fahrzeug geschaffen werden kann, da dieser passiv, z. B. aus billigem Eisen statt aus Kupfer für Spulen oder Langstatormotoren, ausgeführt werden kann. Andererseits ist der relativ teure Antriebsmechanismus im Fahrzeug selbst integriert, wobei hier, verglichen mit der Anzahl der Fahrwegskomponenten, nur relativ geringe Stückzahlen notwendig sind. Da dieser Fahrweg aus Komponenten besteht, die in sehr hoher Stückzahl angefertigt werden müssen, können hier erhebliche Kosten eingespart werden.
• Weiterhin kann der Antrieb des Fahrzeugs mit einem relativ hohen Spannungsniveau betrieben werden, da ein Hochspannungsschutz an Bord des Fahrzeugs einfacher zu gestalten ist als an einem relativ frei zugänglichen Fahrweg.
• Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung hervor.
• Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben, wobei die Figuren zeigen:
• Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Anordnung eines Fahrzeugs und
• Fig. 2 eine günstige Weiterbildung der Erfindung mit einer Klimatisierung des Fahrzeugs.
• In Fig. 1 ist eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Anordnung für ein Fahrzeug gemäß der Erfindung dargestellt.
• Ein elektrisches Fahrzeug 1 in Form einer Magnetschwebebahn ist mit einem elektromagnetisch aktivierbaren Schwebesystem ausgestattet. Das Schwebesystem ermöglicht dem Fahrzeug 1 das Schweben über einem Fahrweg 2 und/oder die Fortbewegen längs des Fahrwegs 2. Beim Schwebesystem stehen prinzipiell Fahrzeug 1 und Fahrweg 2 miteinander in Wechselwirkung, wobei ein elektromagnetischen Antriebssystem mit einem magnetischen Körper wechselwirkt, so daß eine Bewegung des Fahrzeugs 1 entlang des Fahrwegs 2 zustande kommt.
• Gemäß der Erfindung ist im Fahrzeug 1 ein Antriebssystem 4 angeordnet. Das Antriebssystem 4 umfaßt ein Stromerzeugungssystem 5 zum Erzeugen elektrischer Energie, optional einen Energiespeicher 6 zum Speichern von elektrischer Energie aus dem Stromerzeugungssystem 5, einen Linearmotor 7 sowie Mittel 3 zum Steuern und/oder Regeln des Antriebssystems 4 und zum Betreiben des Linearmotors 7. Die Mittel 3 können zumindest mit dem Stromerzeugungssystem 5 und/oder dem Linearantrieb 7 und/oder dem Energiespeicher 6 kommunizieren, dies ist durch die gestrichelten Linien in der Figur angedeutet. Die Mittel 3 können sowohl mikroelektronische Komponenten als auch Leistungselektronik wie Umrichter und dergleichen umfassen. Der Linearmotor 7 ist durch elektrische Energie des Stromerzeugungssystems 5 versorgbar.
• Dies bedeutet, daß der Fahrweg 2 nicht elektrisch aktiv sein muß in dem Sinne, daß durchgehend etwa Langstatormotoren vorzusehen sind, da die elektrische Energie zum Schweben des Fahrzeugs 1 direkt an Bord des Fahrzeugs 1 erzeugt wird.
• Damit entfällt die Notwendigkeit einer Elektrifizierung des Fahrwegs 2. Dieser muß auch keine Spulen aufweisen, damit sich das Fahrzeug 1 durch magnetische Abstoßung vom Fahrweg 2 heben kann, vielmehr sind Stromerzeugung und elektromagnetische Komponenten an Bord des Fahrzeugs 1 angeordnet. Der Fahrweg 2 kann dadurch sehr preiswert gestaltet werden. Ebenso entfallen Sicherungsmaßnahmen entlang des Fahrwegs etwa wegen vorhandener Hochspannung oder elektromagnetischer Felder außerhalb des Ortes des Fahrzeugs 1.
• Besonders bevorzugt wird als Stromerzeugungssystem 5 ein Brennstoffzellensystem verwendet, bei dem einer Anodenseite einer Brennstoffzelleneinheit 11 ein wasserstoffhaltiges Betriebsmittel und einer Kathodenseite der Brennstoffzelleneinheit 11 ein sauerstoffhaltiges Medium, z. B. Luft, zugeführt wird, welche unter Bildung von Wasser miteinander reagieren und so elektrische Energie erzeugt wird.
• Das Brennstoffzellensystem kann mit Wasserstoff als Betriebsmittel betrieben werden oder mit einem reformierbaren Betriebsmittel wie Alkohol, Kohlenwasserstoff, Ether und dergleichen, bei dem Wasserstoff durch Reformierung in einem Gaserzeugungssystem des Brennstoffzellensystems gewonnen wird, oder bei dem Wasserstoff direkt in der Brennstoffzelleneinheit 11, bei entsprechend hohen Betriebstemperaturen der Brennstoffzelleneinheit 11 gewonnen wird. Dabei ist kann die Brennstoffzelleneinheit 11 mit sogenannten Polymerelektrolyt- Brennstoffzellen ausgerüstet sein, die eine relativ geringe Betriebstemperatur um 100°C aufweist, oder es kann im letzteren Fall eine Brennstoffzelleneinheit 11 mit sogenannten Hochtemperaturbrennstoffzellen verwendet werden, welche bei Betriebstemperaturen von mehreren 100°C arbeitet.
• Weiterhin weist das Fahrzeug 1 einen Speichertank 8 für ein Betriebsmittel des Brennstoffzellensystems auf, welches dann der Brennstoffzelleneinheit 11 entsprechend einer Lastanforderung zugeführt wird. Zur Versorgung mit Sauerstoff kann Umgebungsluft zugeführt werden und z. B. mit einem Kompressor auf den gewünschten Betriebsdruck der Brennstoffzelleneinheit 11 gebracht werden.
• Das Brennstoffzellensystem bringt den Vorteil mit sich, daß das Spannungsniveau zur Versorgung des Linearmotors 7 sehr hoch liegen kann. Die Spannungslage läßt sich einfach durch die Größe der Brennstoffzelleneinheit 11 einstellen. Dies verbessert den Wirkungsgrad des Fahrzeugs 1. Wäre der Fahrweg 2 mit Spulen oder entsprechenden Komponenten versehen, müßten dort weiterhin aufwendige Maßnahmen zum Schutz gegen Hochspannung getroffen werden, bzw. das verfügbare Spannungsniveau wäre wegen der möglichen Gefährdung von Personen, die an den Fahrweg 2 gelangen können, beschränkt. Ein weiterer Vorteil des Brennstoffzellensystems ist, daß der Wirkungsgrad eines solchen Systems sehr günstig ist. Da es an Bord des Fahrzeugs 1 angeordnet ist, entfallen auch Übertragungsverluste von einem Kraftwerk oder dergleichen zum Fahrweg 2.
• Besonders bevorzugt ist der Linearmotor 7 als geschaltete Reluktanzmaschine ausgeführt. Der besondere Vorteil ist, daß die geschaltete Reluktanzmaschine im Gegensatz zu üblichen permanenterregten Synchronmaschinen (PSM) oder Asynchronmaschinen (ASM) deutlich geringere Anforderungen an die Temperierung stellt als PSM oder ASM. Eine Reluktanzmaschine läßt sich wesentlich leichter "entwärmen" als andere Maschinen, da die Wärmeverluste im Betrieb überwiegend im Stator auftreten. Dies vereinfacht das thermische Management im Betrieb.
• In Fig. 2 ist eine Weiterbildung der Erfindung dargestellt. Eine Kühleinrichtung 9 des Brennstoffzellensystems, z. B. ein Kühlkreislauf der Brennstoffzelleneinheit 11, ist mit einer Klimatisierungseinrichtung 10 des Fahrzeugs 1 verbunden.
• Dadurch kann die Abwärme des Brennstoffzellensystems, etwa von Komponenten eines Gaserzeugungssystems und/oder der Brennstoffzelleneinheit 11 vorteilhaft zur Klimatisierung bzw. Erwärmung des Fahrzeugs verwendet werden. Weiterhin kann das beim Betrieb des Brennstoffzellensystems entstehende Produktwasser zum einen zur Befeuchtung von Prozeßmedien für die Stromerzeugung verwendet werden und überschüssiges Prozeßwasser als Brauchwasser im Fahrzeug 1 und/oder zum Beheizen des Fahrzeugs 1 verwendet werden.
• Weiterhin kann der Energiespeicher 6 des Antriebssystems 4 als Startkomponente zum Starten des Brennstoffzellensystems vorgesehen sein. Mit elektrischer Leistung des Energiespeichers 6 können Komponenten des Brennstoffzellensystems schnell auf die notwendige Betriebstemperatur gebracht werden. Beim Abbremsen des Fahrzeugs kann der Linearmotor 7 rekuperieren und so elektrische Energie in den Energiespeicher 6 einspeisen. Es kann auch ein separater Generator vorgesehen sein, der beim Bremsen Energie in den Energiespeicher 6 einspeisen kann.
• Weiterhin kann das Fahrzeug 1 mehr als ein Stromerzeugungssystem 5 bzw. mehr als ein Antriebssystem 4 aufweisen. Zum einen kann das Fahrzeug 1 aus mehr als einem Waggon bestehen. Auf jedem Waggon des Fahrzeugs 1 kann eine derartige Antriebsvorrichtung 4 vorhanden sein, oder aber nur in den Triebköpfen an beiden Enden des Fahrzeugs oder nur in einem Triebkopf des Fahrzeugs 1.
• Sind mehrere Antriebssysteme 4 vorgesehen, so werden Mittel zur Regelung so abgestimmt, daß die Energieeinspeisung in die Antriebssysteme 4 aufeinander abgestimmt sind, so daß gegensätzlich wirkende bzw. unerwünschte bremsende Momente vermieden werden. Ebenso ist es möglich, bei Verwendung mehrerer Antriebssystemen 4 Temperatureinflüsse bei der Abstimmung der Antriebssysteme 4 einzubeziehen. So können bei langen Fahrzeugen mit mehreren Waggons beachtliche Längenänderungen des Gesamtfahrzeugs abhängig von Umgebungstemperaturen auftreten, die sinnvollerweise kompensiert werden sollen.

Claims (7)

1. Elektrisches Fahrzeug (1) mit einem elektromagnetisch aktivierbaren Schwebesystem zum Schweben des Fahrzeugs (1) über einem Fahrweg (2) und/oder zum Fortbewegen längs eines Fahrwegs (2), dadurch gekennzeichnet, daß im Fahrzeug (1) ein Antriebssystem (4) angeordnet ist, wobei das Antriebssystem (4) ein Stromerzeugungssystem (5) zum Erzeugen elektrischer Energie, einen Linearmotor (7) sowie Mittel (3) zum Steuern und/oder Regeln des Antriebssystems (4) umfaßt, wobei der Linearmotor (7) durch elektrische Energie des Stromerzeugungssystems (5) versorgbar ist.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Energiespeicher (6) zum Speichern von elektrischer Energie aus dem Stromerzeugungssystem (5) vorgesehen ist.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromerzeugungssystem (5) ein Brennstoffzellensystem ist.

4. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug einen Speichertank (8) für ein Betriebsmittel des Brennstoffzellensystems aufweist.

5. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühleinrichtung (9) des Brennstoffzellensystems mit einer Klimatisierungseinrichtung (10) des Fahrzeugs (1) verbunden ist.

6. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearmotor (7) als geschaltete Reluktanzmaschine ausgeführt ist.

7. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (6) als Startkomponente zum Starten des Brennstoffzellensystems vorgesehen ist.