DE3231882A1 - Hybrid motor vehicle - Google Patents

Hybrid motor vehicle

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DE3231882A1
DE3231882A1 DE19823231882 DE3231882A DE3231882A1 DE 3231882 A1 DE3231882 A1 DE 3231882A1 DE 19823231882 DE19823231882 DE 19823231882 DE 3231882 A DE3231882 A DE 3231882A DE 3231882 A1 DE3231882 A1 DE 3231882A1
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Jens-Peter Dipl.-Ing. 3306 Lehre Altendorf
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Volkswagen AG
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Volkswagen AG
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/15—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines with additional electric power supply
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

The invention relates to a hybrid motor vehicle whose drive axle can be driven via a gear alternately by means of an internal combustion engine or an electric motor which can be fed via a current collector from an external current line (overhead line or similar), a rotary current motor, in particular an asynchronous rotary current motor being provided as the electric motor. Said motor can be connected electrically directly to the current collector via a protection switch or similar without the intermediate connection of current-controlling or voltage-controlling circuit elements.

Description

HYBRlD-KRAFTFAHRZEUG HYBRID MOTOR VEHICLE

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hybrid-Kraftfahrzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.The invention relates to a hybrid motor vehicle as described in the preamble of claim 1 mentioned Art.

Hybrid-Kraftfahrzeuge, die wahlweise durch einen Verbrennungskraftmotor, beispielsweise einen Otto- oder einen Dieselmotor, oder durch einen Elektromotor angetrieben werden können, sind insbesondere entwickelt worden, um einerseits für innerstädtische Ballungsgebiete ein weitgehend emissionsfreies Fahrzeug und andererseits für weniger dicht besiedelte oder verkehrsärmere Regionen sowie für etwas längere (Überland) Fahrstrecken ein gewohnt leistungsfähiges Fahrzeug zur Verfügung zu haben.Hybrid motor vehicles, which can optionally be powered by an internal combustion engine, for example a gasoline or diesel engine, or an electric motor can be driven, have been developed in particular to hand for one hand inner-city conurbations a largely emission-free vehicle and on the other hand for less densely populated regions or regions with little traffic, as well as for longer periods (Overland) routes to have a high-performance vehicle available to you as you are used to.

Hybrid-Kraftfahrzeuge mit Verbrennungskraftmotor und Elektromotor gibt es in vielfältigen Varianten Es gibt Kraftfahrzeuge mit Gleichstrommotoren, die aus einer Bordbatterie gespeist werden und es gibt Kraftfahrzeuge mit Gleichstrommotoren, die über einen Stromabnehmer aus einem Gleichstrom-Oberleitungsnetz o gespeist werden.Hybrid motor vehicles with internal combustion engines and electric motors is available in many variants There are motor vehicles with DC motors, which are fed from an on-board battery and there are motor vehicles with DC motors, which are fed via a pantograph from a direct current overhead line network o.

Bei Bedarf aus einem Gleichstrom-Oberleitung snetz gespeiste Hybrid-Kraftfahr zeuge besitzen -im Vergleich zu Hybrid-Kraftfahrzeugen mit Batteriebetriebzwar den wesentlichen Vorteil, daß schwere Bordbatterien nicht mehr benötigt werden, im Vergleich zu konventionellen, ausschließlich durch Verbrennungskraftmotoren angetriebenen Kraftfahrzeugen besitzen sie jedoch nach wie vor den generellen Nachteil, daß ein schwerer Gleichstrommotor sowie eine vergleichsweise aufwendige und ebenfalls Nutzlast kostende Drehzahl-Steuer- und Regeleinrichtung für den Betrieb des Gleichstrommotors erforderlich sind.If required, hybrid motor vehicles powered by a direct current overhead contact line own witnesses compared to battery-powered hybrid vehicles significant advantage that heavy on-board batteries are no longer required will, compared to conventional ones powered exclusively by internal combustion engines Motor vehicles, however, still have the general disadvantage that a heavy DC motor as well as a comparatively complex and also payload Costly speed control and regulation device for the operation of the DC motor required are.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hybrid-Kraftfahrzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art weiter zu verbessern und insbesondere so auszubilden, daß es ohne wesentliche Beeinträchtigung seiner Gesamtfunktion leichter sowie weniger aufwendig wird.The invention is based on the object of a hybrid motor vehicle of the type mentioned in the preamble of claim 1 to further improve and in particular to train so that it without significant impairment of its overall function becomes easier and less expensive.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Als Elektromotor wird ein Drehstrommotor, vorzugsweise ein Drehstrom-Asynchronmotor mit Käfigläufer eingesetzt, der unmittelbar, d.h. ohne Zwischenschaltung irgendwelcher strom-, spannungs- oder frequenzsteuernder Stellglieder (Stromrichter oder Umrichter), an ein externes lA)rehstrom-Leitungsnetz geschaltet wird. Das Kraftfahrzeug wird dabei im Prinzip mit einer etwa konstanten Geschwindigkeit betrieben, welche im wesentlichen durch die Synchrondrehzahl der Drehstrommaschine bestimmt wird.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved. A three-phase motor is preferably used as the electric motor a three-phase asynchronous motor with squirrel cage is used, which is directly, i.e. without Interposition of any current, voltage or frequency controlling actuators (Converter or converter), connected to an external LA) rehstrom line network will. In principle, the motor vehicle is traveling at an approximately constant speed operated, which essentially by the synchronous speed of the three-phase machine is determined.

Durch die Verwendung von Drehstrom zum Betrieb des elektrischen Antriebsmotors können Spannungen verwendet werden (zB. 380 V), die wesentlich höher sind, als sie sonst bei Hybrid-Kraftfahrzeugen üblich sind. Bei gleicher Motorleistung werden die Motoren kleiner und damit insbesondere erheblich leichter. Dies wird noch dadurch unterstützt, daß der Drehstrommotor im Hinblick darauf, daß er nur zum Fahren mit etwa konstanter Geschwindigkeit genutzt wird, optimal bemessen wird.By using three-phase current to operate the electric drive motor voltages can be used (e.g. 380 V), which are much higher than them are otherwise common in hybrid motor vehicles. With the same engine power the motors are smaller and therefore, in particular, considerably lighter. This is made even more by it supports that the three-phase motor with a view to being only used for driving approximately constant speed is used, is optimally dimensioned.

Im Vergleich zu üblichen Hybrid-Kraftfahrzeugen ist der fahrzeugseitige Mehraufwand gegenüber einem konventionellen Fahrzeug gering. Zusätzlich werden lediglich ein relativ leichter Drehstrommotor mit einer Schützschaltung sowie ein Stromabnehmer oä. benötigt. Schwere Batterien und Ladegeräte oder schwere und technisch aufwendige Stell- und Regelglieder werden nicht benötigt Von besonderem Vorteil ist darüber hinaus, daß ein Hybrid-Kraftfahrzeug gemäß der Erfindung bestens geeignet ist für einen automatischen Fahrbetrieb. Es ist prädestiniert für den Einsatz in einem sogenannten Dual Mode-System, bei dem die Kraftfahrzeuge im normalen Verkehr nicht spurgebunden betrieben und durch den Verbrennungskraftmotor angetrieben werden, auf bestimmten, insbesondere innerstädtischen Verkehrsstrecken dagegen durch besondere Spurführungen gelenkt und durch einen Elektromotor angetrieben werden, der aus einer integrierten externen Strom leitung gespeist wird.Compared to conventional hybrid motor vehicles, the one on the vehicle Little additional effort compared to a conventional vehicle. Additionally only a relatively light three-phase motor with a contactor circuit and a pantograph or the like. needed. Heavy batteries and chargers or heavy and technically complex Actuators and control elements are not required Of special advantage is moreover that a hybrid motor vehicle according to the invention is ideally suited is for automatic driving. It is predestined for use in a so-called dual mode system, in which the motor vehicles in normal traffic not operated on a track and driven by the internal combustion engine, on certain, especially inner-city routes, on the other hand, through special ones Track guides are steered and driven by an electric motor that consists of a integrated external power line is fed.

Besonders gering wird der Aufwand für den Elektromotor, wenn ein Drehstrom-Asynchronmotor mit Käfigläufer eingesetzt wird.The expense for the electric motor is particularly low if a three-phase asynchronous motor is used with a squirrel cage.

Üblicherweise ist bei Kraftfahrzeugen zwischen dem Antriebsmotor und der Antriebswelle des Fahrzeugs ein Getriebe, häufig ein automatisches Getriebe, geschaltet Von Vorteil ist es, bei einem Hybrid-Kraftfahrzeug gemäß der Erfindung ein stufenlos veränderbares Getriebe vorzusehen, beispielsweise ein sogenanntes Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe, und dieses Getriebe so anzuordnen, daß es nicht nur beim Antrieb des Fahrzeugs mittels des Verbrennungskraftmotors zwischen Verbrennungskraftmotor und Antriebsachse geschaltet ist, sondern auch beim Antrieb des Fahrzeugs mittels des Elektromotors zwischen dem Drehstrommotor und der Antriebsachse des Fahrzeugs liegt Auf diese Weise kann das Hybrid-Kraftfahrzeug in vorteilhafter Weise innerhalb eines bestimmten Bereichs mit variabler Geschwindigkeit betrieben werden, obgleich der als Antriebsmotor dienende Drehstrommotor mit etwa konstanter Drehzahl betrieben wird. In welchem Umfang die Geschwindigkeit variiert werden kann, hängt von der Spreizung des stufenlos veränderbaren Getriebes ab.Usually in motor vehicles between the drive motor and the drive shaft of the vehicle has a gearbox, often an automatic gearbox, It is advantageous in a hybrid motor vehicle according to the invention to provide a continuously variable transmission, for example a so-called Conical pulley belt transmission, and to arrange this transmission so that it is not only when driving the vehicle by means of the internal combustion engine between the internal combustion engine and drive axle is switched, but also when driving the vehicle by means of of the electric motor between the three-phase motor and the drive axle of the vehicle In this way, the hybrid motor vehicle can advantageously be located within of a certain range can be operated at variable speed, although the three-phase motor serving as the drive motor is operated at an approximately constant speed will. The extent to which the speed can be varied depends on the Spread of the continuously variable transmission.

Außerhalb des Stromleitungssystems wird das erfindungsgemäße Hybrid-Kraftfahrzeug wie ein konventionelles Kraftfahrzeug betrieben Es wird vom Verbrennungskraftmotor angetrieben, wobei die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Variation des dem Motor zugeführten Brennstoffgemisches sowie durch Variation des Übersetzungsverhältnisses eines zwischen Verbrennungskraftmotor und Antriebsachse zwischengeschalteten Getriebes gesteuert wird.The hybrid motor vehicle according to the invention is outside the power line system operated like a conventional motor vehicle It is operated by the internal combustion engine driven, the speed of the vehicle being driven by varying the speed of the engine supplied fuel mixture as well as by varying the transmission ratio a transmission interposed between the internal combustion engine and the drive axle is controlled.

Wenn das Hybrid-Kraftfahrzeug im Bereich eines geeigneten OberleitungssSrstems o.ä mittels des Drehstrommotors betrieben werden soll, wird das Kraftfahrzeug zunächst mittels des Verbrennungskraftmotors beschleunigt Erst wenn es eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht hat, nämlich eine Geschwindigkeit, welche zumindest annähernd der Synchrondrehzahl des Drehstrommotors entspricht, wird der Drehstrommotor zugeschaltet und der Verbrennungskraftmotor gleichzeitig abgeschaltet. Die Synchrondrehzahl eines Drehstrommotors, insbesondere eines Asynchronmotors wird bekantlich durch die Polzahl des Drehstrommotors sowie durch die Frequenz der diesen Motor speisenden Spannung bestimmt.When the hybrid motor vehicle is in the area of a suitable overhead line system or the like is to be operated by means of the three-phase motor, the motor vehicle is initially by means of the internal combustion engine accelerates only when it reaches a certain speed has reached, namely a speed which is at least approximately the synchronous speed of the three-phase motor, the three-phase motor is switched on and the internal combustion engine switched off at the same time. The synchronous speed of a three-phase motor, in particular an asynchronous motor is known by the number of poles of the three-phase motor as well determined by the frequency of the voltage feeding this motor.

Der Übergang vom Betrieb mit dem Verbrennungskraftmotor zum Betrieb mit dem Drehstrommotor wird mit Vorteil in der Weise durchgeführt, daß der zunächst noch mechanisch vom Fahrzeugantrieb entkoppelte und elektrisch von der Stromleitung getrennte Drehstrommotor zum geeigneten Zeitpunkt an die Stromleitung geschaltet wird, so daß er im Leerlauf auf seine Synchrondrehzahl hochläuft und daß er dann, wenn die vorerwähnte Geschwindigkeit erreicht ist, auch mechanisch mit dem Fahrzeugantrieb gekoppelt wird.The transition from operation with the internal combustion engine to operation with the three-phase motor is carried out with advantage in such a way that the first mechanically decoupled from the vehicle drive and electrically from the power line separate three-phase motor connected to the power line at the appropriate time so that it runs up to its synchronous speed while idling and that it then, when the aforementioned speed is reached, also mechanically with the vehicle drive is coupled.

Generell ist es natürlich auch denkbar, den Drehstrommotor zunächst mechanisch mit dem Fahrzeugantrieb zu koppeln und über den Verbrennungskraftmotor mit zu beschleunigen, und erst bei Erreichen der vorerwähnten Geschwindigkeit elektrisch mit der Stromleitung zu verbinden.In general, it is of course also conceivable to use the three-phase motor first to be coupled mechanically with the vehicle drive and via the internal combustion engine to accelerate with, and only when reaching the aforementioned speed electrically to connect to the power line.

Sobald das Fahrzeug in eine Region ohne geeignetes Stromleitungssystem kommt und wieder mit dem Verbrennungskraftmotor betrieben werden soll, wird ganz einfach der Verbrennungskraftmotor wieder eingeschaltet und mechanisch angekoppelt und der Drehstrommotor außer Betrieb genommen. Gleichzeitig wird natürlich der Stromabnehmer des Fahrzeugs von der externen Stromleitung getrennt. Der Fahrer kann sich mit seinem Kraftfahrzeug wieder in den normalen Straßenverkehr einordnen.As soon as the vehicle enters a region without a suitable power line system comes and is to be operated again with the internal combustion engine, becomes whole simply switched on the internal combustion engine again and coupled it mechanically and the three-phase motor is taken out of service. At the same time, of course, is the pantograph the vehicle is disconnected from the external power line. The driver can use his Put the motor vehicle back into normal traffic.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE Hybrid-Kraftfahrzeug, dessen Antriebsachse über ein Getriebe alternativ durch einen Verbrennungskraftmotor oder einen über einen Stromabnehmer aus einer externen Stromleitung (Oberleitung o.ä) speisbaren Elektromotor antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektromotor ein Drehstrommotor, insbesondere ein Drehstrom-Asynchronmotor vorgesehen ist, und daß der Elektromotor über eine Schützschaltung oa ahne Zwischenschaltung strom- oder spannungsregelnder Schaltungselemente elektrisch direkt mit dem Stromabnehmer verbindbar ist PATENT CLAIMS Hybrid motor vehicle whose drive axle has a Transmission alternatively by an internal combustion engine or one via a pantograph An electric motor that can be fed from an external power line (overhead line or similar) can be driven is, characterized in that the electric motor is a three-phase motor, in particular a three-phase asynchronous motor is provided, and that the electric motor has a Contactor circuit without the interposition of current or voltage regulating circuit elements can be electrically connected directly to the pantograph 2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektromotor ein Drehstrom-Asynchronmotor mit Käfigläufer vorgesehen ist 2. Motor vehicle according to claim 1, characterized in that a three-phase asynchronous motor is used as the electric motor Squirrel cage is provided 3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Getriebe ein stufenlos veränderbares Getriebe, insbesondere ein Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe vorgesehen ist 3. Motor vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that that the transmission is a continuously variable transmission, in particular a conical pulley belt transmission is provided 4. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftfahrzeug zwecks Speisung aus der Stromleitung zunächst mittels des Verbrennungskraftmotors auf eine Geschwindigkeit beschleunigt wird, welche zumindest annähernd der durch Polzahl des Motors und Frequenz der Stromleitungs-Spannung bestimmten Synchrondrehzahl des Drehstrommotors entspricht, und daß anschließend der Drehstrommotor zu- und der Verbrennungskraftmotor abgeschaltet wird.4. Method for operating a motor vehicle according to one of claims 1 to 3, characterized in that the motor vehicle for the purpose Supply from the power line initially by means of the internal combustion engine to a Speed is accelerated, which is at least approximately the number of poles of the motor and frequency of the power line voltage determined synchronous speed of the Three-phase motor corresponds, and that then the three-phase motor to and the Internal combustion engine is switched off.
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