DE29604437U1 - Hybridantrieb - Google Patents

Hybridantrieb

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Description

29.02.1996
Beschreibung Hybridantrieb
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Wasserfahrzeug, das alternativ oder gemeinsam durch einen Verbrennungsmotor sowie eine elektrische Maschine angetrieben werden kann.
Aus der Kraftfahrzeugtechnik sind mit der DE 43 23 601 und den dort genannten weiteren Quellen Hybridantriebe beschrieben worden, bei welchen beide Antriebe in Reihe angeordnet sind und der Elektromotor als Innenläufer-Asynchronmaschine bzw. als elektrisch kommutierte Drehfeldmaschine ausgebildet ist. Dabei waren Kupplungsprobleme zu lösen, wobei diese Erfindungen auf die Spezifik des Antriebes von Wasserfahrzeugen nicht übertragbar sind, weil Schiffspropeller eine quadratische Drehzahl-/Drehmomenten-Kennlinie benötigen, während die beschriebenen Antriebe ausschließlich für die abweichenden Verhältnisse im Kraftfahrzeug ausgelegt sind.
Die Lösung nach der DE 41 05 318 für den Hilfsantrieb einer Segelyacht weist getrennte Baugruppen für den elektrischen Antrieb und den Betrieb weiterer elektrischer Verbraucher auf, wobei die Batterien wahlweise
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durch einen separaten verbrennungsmotorisch betriebenen Generator und/oder von alternativen Energiequellen gespeist werden sollen.
Mit den im Sinne eines Notstromaggregates damit erzielbaren Leistungen um 2 KW bleibt diese Lösung auf kleine Segler und Hobbyanwendungen beschränkt.
Um diese Leistungsanteile; von herkömmlichen Schiffsantrieben und dem elektromotorischen Antrieb umzukehren und damit insbesondere für Violin- und Charterboote einen umweltfreundlichen Einsatz auch in ökologisch sensiblen Gewässern zu gewährleisten, besteht die Aufgabe darin, die elektrische Maschine als Motor und Generator so zu nutzen, daß ein batteriegepufferter Hybridantrieb mit gegenüber den bekannten Lösungen verbesserten elektrischen Eigenschaften möglich wird. -
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 und die in den Unteransprüchen ausgeführten Weiterbildungen gelöst. Damit kann der elektrische Vortrieb eines Schiffes über mehrere Stunden bei beständiger Marschgeschwindigkeit gesichert werden.
Weitere vorteilhafte Effekte werden im Ausführungsbeispiel genannt.
Anhand des beigefügten Antriebsschaltbildes wird die Erfindung beispielhaft erläutert.
Vorgeschlagen wird ein Dieselmotor 1 mit einem maximalen
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Drehmoment, das denen der anzutreibenen Propellerwelle und der mit einem Kurzschlußläufer ausgestatteten Asynchronmaschine 3 etwa gleich ist.
Für die verbrennungsmotorischen Fahrweise und den Generatorbetrieb erfolgt die Kupplung durch das mit Leerlauf ausgestattete Wendegetriebe 2. Der Dieselmotor 1 bewegt dabei als sogenannter "Heimbringer in der Not" das Wasserfahrzeug mit seiner Nenngeschwindigkeit und lädt gleichzeitig die Akkumulatorbatterien 6. Seine Verbrennungswärme wird zu Brauchwassererwärmung genutzt. Als energetisch sinnvoll haben sich niedrige Abtriebszahlen des Getriebes erwiesen, wobei die zweckmäßige axiale Anordnung bei Schiffsneubauten im Falle der erfindungsgemäßen Nachrüstung vorhande- ner Wasserfahrzeuge durch eine parallele Anordnung der Asynchronmaschine 3 zur Propellerwelle 4 und eine Kraftübertragung durch Keil- oder Zahnriemen ersetzbar ist.
Der Einsatz der Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer gewährleistet bei geringen Realisierungskosten einen wartungsarmen und zuverlässigen Betrieb sowie durch sein günstiges Masse-/Leistungsverhältnis einen relativ hohen Wirkungsgrad.
Für die elektromotorische Fahrweise erfolgt die Energiezuführung über den Zwischenkreis des Frequenzumrichters 5 aus den kaskadierten Akkumulatorbatterien 6. Die Kaskadierung ermöglicht eine Verringerung von Masseinsatz und Raumbedarf für Batterien und Versorgungskabel. Mittels Handpotentiometer als Sollwertgeber wird die Drehzahl eingestellt. Durch Tastendruck auf einen im Schalt-
bild vernachlässigten Not-/Aus-Schalter kann die Asynchronmaschine 3 elektrisch gebremst werden und auch bei generatorischem Betrieb steht die Verbrennungsmaschine sofort.
Die Nachlaufzeit des Schiffes ist damit ca. 1/3 geringer, es kann sofort und verschleißarm mit entgegengesetzter Propellerdrehrichtung wieder hochgefahren werden.
Bei generatorischem Betrieb ermittelt ein Strom-/Spannungsfühler 13 den momentanen Strombedarf der Akkumulatorbatterien 6 und evtl. des Bordnetzes. Die Steuerelektronik des Frequenzumrichters 5 stellt analog zum Strombedarf eine Differenzfrequenz (Schlupf) zwi- ; sehen dem erzeugten Drehfeld und der Drehzahl des Dieselmotors 1 bereit. Die Drehzahl des Dieselmotors 1 wird über den Initiator 11 und den Meßumformer 12 an der Propellerwelle 4 gewonnen. Über den Frequenzumrichter 5 erfolgt hiermit ein geregeltes Laden aus dem Zwischenkreis in die Akkumulatorbatterien 6. Der im Zwischenkreis angeordnete Kondensator 9 stellt die für die Erregung der generatorisch betriebenen Asynchronmaschine 3 notwendige Blindkomponente bereit und gewährleistet einen Inselbetrieb im generatorischen Betrieb.
Die Regelung des Ladeprozesses aus den Solarpannelen 7, die als kaskadierte Module angeordnet sind, übernimmt ein Laderegler 8.
Bei Generatorbetrieb kann weiterhin ein leistungsfähiges Bordnetz gespeist werden. Für Liegezeiten ist außerdem vorgesehen, die Asynchronmaschine 3 vom Frequenzumrich-
ter 5 elektrisch zu trennen und aus den Akkumulatorbatterien 6 das Bordnetz für den Komfortbedarf zu speisen. Für die Nutzung von Niedertarifstrom aus einem stationären Landanschluß kann über den Eingangsgleichrichter 10 das alternative Laden der Akkumulatorbatterien 6 erfolgen, ohne daß ein gesondertes Ladegerät erforderlich
ist. Die Ladung wird vom Steuerteil des Frequenzumrichters 5 überwacht.
Aufstellung der Bezugszeichen
1 Dieselmotor
2 Wendegetriebe
3 Asynchronmaschine
4 Propellerwelle
5 Frequenzumrichter
6 Akkumulatorbatterie
7 Solarpannele
8 Solarladeregler
9 Kondensator
Eingangsgleichrichter .
Initiator
Meßumformer
Strom-/Spannungsfühler

Claims (6)

29.02.1996 Schutzansprüche
1. Hybridantrieb für ein Wasserfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine und Batterien, die von einem &aacgr;&mgr;&pgr;^&eegr; den Verbrennungsmotor getriebenen Generator und/oder von alternativen Energiequellen gespeist sind,
dadurch gekennzeichnet, daß als elektrische Maschine eine Asynchronmaschine (3) mit Kurzschlußläufer angeordnet ist, deren Rotor einerseits mit der Abtriebswelle des Getriebes (2) und andererseits mit der Propellerwelle (4) verbunden ist und daß für die elektromotorische Fahrweise ein Frequenzumrichter (5) mit Zwischenkreis für die Drehstromversorgung der Asynchronmaschine (3) geschaltet ist.
2. Hybridantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektro-Energieversorgung durch Parallelschaltung von kaskadierten Akkumulatorbatterien (6) und Solarpannelen (7) gesichert und durch einen Eingangsgleichrichter (10) für den Netzanschluß ergänzt ist.
3. Hybridantrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das elektrische Bremsen bei beiden Betriebsarten am Steuerteil des Frequenzumrichters (5) eine Not-Aus-Schaltung installiert ist.
4. Hybridantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den generatorischen Betrieb ein Initiator (11) für die Drehzahlerfassung der Abtriebswelle und ein nachgeschalteter Meßumformer (12) für die Ermittlung des proportionalen Steuersignales zur Nachführung des Drehfeldes analog der Rotordrehzahl angeordnet sind.
5. Hybridantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erfassung des Ladezustandes der Akkumulatorbatterien (6) und des Strombedarfes des Bordnetzes sowie die Weitergabe eines Referenzwertes auf das Steuerteil des Frequenzumrichters
(5) ein Strom-/Spannungsfühler (13) geschaltet ist.
6. Hybridantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenkreis des Frequenzumrichters (5) ein Kondensator (9) zur Erregung der Asynchronmaschine (3) vorgesehen ist.
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