DE4118594C1 - IC engine and/or electric motor driven vehicle - housing high power battery chargeable by motor driven as generator - Google Patents

IC engine and/or electric motor driven vehicle - housing high power battery chargeable by motor driven as generator

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Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit Merkmalen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Elektrofahrzeuge oder sogenannte Hybridfahrzeuge mit Elektromaschine und Verbrennungsmotor für wahlweisen oder gemeinsamen Antrieb - siehe z. B. DE 33 35 923 A1, von denen die Erfindung ausgeht - werden für viele Einsatzzwecke als Fahrzeuge der Zukunft betrachtet. Reine batteriebetriebene Fahrzeuge, wie aus der DE 33 39 884 C2 bekannt, sind auch dann, wenn sie wie hier über zwei Batterien, eine Haupt- und eine Pufferbatterie, verfügen, nur begrenzt einsatzfähig und nur für Spezialzwecke geeignet.
Es gibt bereits eine Reihe von Versuchsfahrzeugen auf dem Markt sowie Untersuchungen und Berichte über deren Technik und Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu rein brennkraftmaschinenbetriebenen Kraftfahrzeugen, von denen einige nachstehend aufgeführt sind.
  • 1. Daimler Benz-Broschüre "Elektroantrieb/Umweltschonende Energien", veröffentlicht 4/90
  • 2. Verkehr und Technik, 1990, Heft 12, Seiten 435-443, "Umwelteffekt und Wirtschaftlichkeit von Elektrofahrzeugen"
  • 3. VDI-Nachrichten, Nr. 7, 15. Febr. 1991, Seite 33, "Kalifornien setzt auf Elektroautos"
  • 4. Süddeutsche Zeitung vom 21. 3. 1991, "Autos ohne Auspuff"
  • 5. VDI-Nachrichten, Nr. 45, 9. Nov. 1990, Seite 29, "Elektromobile vor dem Comeback"
  • 6. VDI-Nachrichten, Nr. 46, 16. Nov. 1990, Seite 42, "Stiller Bruder präsentiert sich als urbane Mobilitäts-Alternative"
  • 7. Münchner Merkur vom 10. Jan. 1991, "Antrieb vorn und hinten"
  • 8. ATZ 92 (1990) 2, Seite 76, "Hybridtechnik von VW in Zürich im Großversuch"
  • 9. AUDI-DUO, siehe z. B. Automotive Engineering, June 1990, Volume 98, Nr. 6, Seiten 76 und 79
  • 10. Automobil Revue, 5/1. Februar 1990, "Impact-GMs Elektroauto"
  • 11. Verkehr und Technik, 1990, Heft 11, Seiten 399-407, "Technologische und wirtschaftliche Entwicklung der Einsatzmöglichkeiten von Elektrofahrzeugen"
  • 12. Bull. ASE/UCS, 77 (1986), 16, 23. 8., S. 1040-1044, "Nickel-Eisen-Traktionsbatterien für elektrische Straßenfahrzeuge"
Das Hauptproblem bei solchen Elektrofahrzeugen ist die elektrische Energiequelle, die Batterie. Als bekannt in der Literatur werden angegeben die Verwendungsmöglichkeiten von verschiedenen Batteriespeichern, wie
  • - Blei-Gel-Batterie (Pb/PbO₂),
  • - Nickel/Cadmium-Batterie (Ni/Cd),
  • - Nickel/Eisen-Batterie (Ni/Fe),
  • - Zink/Brom-Batterie (Zn/Br₂),
  • - Natrium/Schwefel-Batterie (Na/S),
  • - Natrium/Nickelchlorid-Batterie (Na/NiCl₂).
Allen Batterie-Typen haftet jedoch irgendein Mangel an - entweder sind sie zu schwer, zu teuer, zu kurzlebig oder für ausreichende Reichweite/Fahrleistung ungenügend.
Außerdem ist allen bisher bekannten, durch die Presse vorgestellten oder als Versuchsfahrzeuge ausgeführten Kraftfahrzeugen eines gemeinsam: Jedes Kraftfahrzeug verfügt nur über eine mehr oder weniger große Batterie eines ganz bestimmten Typs, mit der Folge, daß auch dessen systembedingte Nachteile in Kauf genommen werden mußten.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art mit einer Batterie-Anlage auszustatten, die mit vertretbarem Kostenmehraufwand eine Erhöhung der Fahrdynamik, Leistungsbereitstellung und Reichweite ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der im Anspruch 1 angegebenen Mittel gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Durch die kombinatorische Verwendung zweier leistungsunterschiedlicher Batterie-Typen mit entsprechender Regel- und Steuerlektronik lassen sich systembedingte Nachteile bisheriger Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge zumindest teilweise beheben und die aufgabengemäßen Forderungen erfüllen.
Nachstehend ist die Erfindung in ihren Einzelheiten anhand einer in der Zeichnung dargestellten Schemaskizze noch näher erläutert.
Diese Schema-Skizze zeigt das Energieversorgungssystem eines Kraftfahrzeuges, bei dem es sich um ein reines Elektrofahrzeug oder ein solches mit Hybridantrieb, bestehend aus Verbrennungsmotor und Elektromaschine, handeln kann.
Die als Generator oder Motor betreibbare Elektromaschine 1, welche über ein Getriebe an den anzutreibenden Rädern des Fahrzeuges angeschlossen ist, steht mit dem elektrischen Energieversorgungssystem - bestehend aus der Kombination einer Hochleistungsbatterie 2 als Großenergiespeicher und einer kleineren (Normal-)Batterie 3 - über eine Lade- und Entladebetriebssteuer- und -regeleinrichtung 4 in Verbindung. Die elektrischen Verbindungsleitungen 5, 6 zwischen letzterer und den Batterien 2, 3 sind jeweils mittels eines gesteuerten Schalters 7, 8 unterbrechbar bzw. schließbar. Mit 9 ist ein Anschluß z. B. in Form einer Steckdose bezeichnet, über den mittels eines externen Anschlußkabels (nicht dargestellt) elektrische Energie aus dem Netz über die Einrichtung 4 gesteuert bzw. geregelt den Batterien 2, 3 für deren Aufladung zuführbar ist.
Bei der Hochleistungsbatterie 2 kann es sich um eine Nickel/Cadmium-Batterie (Ni/Cd) oder eine Natrium/Schwefel-Batterie (Na/S) oder eine Zink/Brom-Batterie (Zn/Br₂) handeln. Bei der kleineren (Normal-)Batterie 3 kann es sich um eine Bleisäure- bzw. Blei-Gel-Batterie (Pb/PbO₂) handeln.
Anwendbar ist beispielsweise anstelle einer 20-kWh/Na/S-Batterie 2 mit Nmax von ca. 25 kW, die derzeit etwa 12 000 DM kostet und ein Gewicht von ca. 180 kg hat, eine Kombination, bestehend aus einer 10-kWh-Na/S-Batterie 2 mit Nmax von ca. 12,5 kW, die derzeit etwa 6000 DM kostet und ein Gewicht von ca. 100 kg hat, mit einer 4-kWh-Pb/PbO₂-Batterie 3 mit Nmax von ca. 12,5 kW, welche derzeit 1200 DM kostet und etwa 135 kg wiegt. Beide Batterien 2, 3 sind vorzugsweise auf gleiche Spannung von beispielsweise 12 Volt ausgelegt.
Somit ergeben sich bei gleicher Anfahrleistung bzw. Fahrdynamik um ca. 4800 DM bzw. 40% niedrigere Anschaffungskosten für die Batterien.
Die Lade- und Entladebetriebssteuer- und -regeleinrichtung 4 ist für eine alternative oder simultane Auf- und Entladung der Batterien 2, 3 während des Fahrbetriebs über die entsprechend als Generator bzw. Motor betriebene Elektromaschine 1 sowie für eine alternative oder simultane oder aufeinanderfolgende Aufladung der Batterien 2, 3 aus dem Strom-Netz (über 9) bei einem Fahrzeughalt ausgelegt.
Außerdem ist die Lade- und Entladebetriebssteuer- und -regeleinrichtung 4 für eine - bei niedrigem Leistungsbedarf für den Fahrbetrieb des Fahrzeuges - gegebenenfalls alternative Energieabgabe aus einer der beiden Batterien 2, 3 und für eine - bei höherem Leistungsbedarf für den Fahrzeugantrieb, z. B. für Beschleunigungen und Bergfahrten - gleichzeitige Energieabgabe aus beiden Batterien 2, 3 ausgelegt.
Ebenso ist die Lade- und Entladebetriebssteuer- und -regeleinrichtung 4 für eine vorzugsweise alternative, nacheinander erfolgende Aufladung der Batterien 2, 3 im Brems- bzw. Schubbetrieb des Fahrzeuges ausgelegt.

Claims (3)

1. Kraftfahrzeug mit an Batterie angeschlossener, als Generator oder Motor betreibbarer Elektromaschine (1) für den allgemeinen oder zu einem Verbrennungsmotor wahlweisen oder zuschaltbaren Antrieb der Fahrzeuge, gekennzeichnet durch die Kombination einer Hochleistungsbatterie (2) mit relativ hohem spezifischen Energiegehalt, z. B. Nickel/Cadmium- oder Natrium/Schwefel- oder Zink/Brom-Batterie, als Großenergiespeicher mit einer kleineren Batterie (3) vorzugsweise gleicher Spannung mit kleinerem spezifischen Energiegehalt, aber relativ hoher Leistung in bezug auf ihr Gewicht und deutlich niedrigerem Preis-/Leistungs-Verhältnis, z. B. Blei-Gel- bzw. Bleisäure-Batterie, und einer entsprechenden Lade- und Entladebetriebssteuer- und -regeleinrichtung (4).
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lade- und Entladebetriebssteuer- und -regeleinrichtung (4) für eine alternative oder simultane Auf- und Entladung der Batterien (2, 3) während des Fahrbetriebs über die Elektromaschine und für eine alternative oder simultane Aufladung bei einem Fahrzeughalt aus dem Stromnetz ausgelegt ist.
3. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lade- und Entladebetriebssteuer- und -regeleinrichtung (4) bei niedrigem Leistungsbedarf für den Fahrzeugantrieb auf eine gegebenenfalls alternative Energieabgabesteuerung aus einer der beiden Batterien (2, 3), bei höherem Leistungsbedarf für den Fahrzeugantrieb auf eine gleichzeitige Energieabgabe aus beiden Batterien (2, 3) und für eine vorzugsweise alternative, nacheinander erfolgende Aufladung der Batterien (2, 3) im Brems- bzw. Schubbetrieb des Fahrzeugs ausgelegt ist.
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