DE102008037045A1 - electric vehicle - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

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.The invention relates to an electric vehicle with battery drive and serial auxiliary generator unit (APU), which is installed with low noise encapsulated within the vehicle body, the charging power is only part of the full battery power whose generator (3) has a permanent magnet excitation whose combustion engine to a certain Load point is designed and provided with an exhaust filter, and which comprises a control unit (5) for the battery charge either from the APU, the grid or other power generator.

Description

Translated fromGerman

DieErfindung betrifft ein Elektrofahrzeug mit Batterieantrieb und seriellerHilfsgeneratoreinheit (APU).TheThe invention relates to an electric vehicle with battery drive and serialAuxiliary Generator Unit (APU).

Einderartiges elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ist in dereuropäischen Patentschrift0 003 888 B1 beschrieben. Demnach besitzt das bekannteElektrofahrzeug einen Elektromotor für den Antrieb desKraftfahrzeugs über ein Übertragungssystem miteinem Batteriepaket, welches an eine Hilfsgeneratoreinheit anschließbarist, die eine Brennkraftmaschine enthält. Eine derartigeHilfsgeneratoreinheit dient zum Aufladen des Batteriepakets unddamit der Vergrößerung des Aktionsradius des Fahrzeugs.Eine Steuereinheit kann vom Fahrer des Fahrzeugs so betätigtwerden, dass die Leistung des elektrischen Antriebsmotors gesteuertwerden kann.Such an electrically driven motor vehicle is in the European Patent 0 003 888 B1 described. Accordingly, the known electric vehicle has an electric motor for driving the motor vehicle via a transmission system with a battery pack, which is connectable to an auxiliary generator unit containing an internal combustion engine. Such an auxiliary generator unit serves to charge the battery pack and thus to increase the operating radius of the vehicle. A control unit can be operated by the driver of the vehicle so that the power of the electric drive motor can be controlled.

DieUnterbringung des Batteriepakets und der Hilfsgeneratoreinheit bereitetkeine räumlichen Schwierigkeiten, da es sich bei dem Elektrofahrzeug umeinen Bus handelt, der flurseitig genügend Stauraum bietet.TheAccomodation of the battery pack and the auxiliary generator unit preparesno spatial difficulties, since it is the electric vehicle toa bus, the flurseitig offers enough storage space.

Daein derartiger Stauraum bei kleineren Fahrzeugen fehlt, sehen anderebekannte Lösungen vor, die Energieversorgung, umfassendein Batteriepaket, einen Generator, eine Verbrennungskraftmaschineund einen Stromwandler außerhalb der Fahrzeugkarosserieunterzubringen, beispielsweise auf dem Fahrzeugdach (DE 19832873 A1) oder aufeinem speziellen Fahrzeuganhänger (DE 19509625 A1).Since such storage space is lacking in smaller vehicles, other known solutions provide for accommodating the power supply comprising a battery pack, a generator, an internal combustion engine and a current transformer outside the vehicle body, for example on the vehicle roof (FIG. DE 19832873 A1 ) or on a special vehicle trailer ( DE 19509625 A1 ).

Demgegenüberbesteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, das Batteriepaketbei einem Elektrofahrzeug durch eine Hilfsgeneratoreinheit von besondersgeringer Baugröße nachzuladen, welche zusätzlichzum Batteriepaket auch in einem PKW Platz findet und welche im übrigenalle Anforderungen an ein emissionsarmes Fahrzeug erfüllt.In contrast,the object of the present invention is the battery packin an electric vehicle by an auxiliary generator unit of particularrecharge small size, which in additionto the battery pack also finds place in a car and which otherwisemeets all requirements for a low-emission vehicle.

Erfindungsgemäß istan einem Fahrzeug, welches dieser Aufgabe gerecht wird, eine Hilfsgeneratoreinheit(APU) vorgesehen, welche geräuscharm gekapselt innerhalbder Fahrzeugkarosserie eingebaut ist, deren Ladeleistung nur einenTeil der vollen Batterieleistung beträgt, deren Generatoreine Erregung aus Permanentmagneten aufweist, dessen Motor auf einenbestimmten Lastpunkt ausgelegt und mit einem Abgasfilter versehenist, und welches eine Steuereinheit für die Batterieladungentweder aus der APU, dem Netz oder einem anderen Stromerzeugerumfasst.According to the inventionon a vehicle which does this task, an auxiliary generator unit(APU), which encapsulated quietly withinthe vehicle body is installed, the charging power only onePart of the full battery power is its generatorhas an excitation of permanent magnets whose motor on adesigned specific load point and provided with an exhaust filteris, and which is a control unit for battery chargingeither from the APU, the grid or another power generatorincludes.

Einederartige Hilfsgeneratoreinheit ermöglicht eine sehr gedrängteBauweise, denn der die Permanentmagneten tragende Rotor des Generators kanngleichzeitig die Funktion des Schwungrads des Verbrennungsmotors übernehmen,d. h. es bietet sich ein Zusammenbau aus Motor und Generator in einemgemeinsamen Gehäuse an. Dadurch, dass der Motor auf einenbestimmten Lastpunkt, der zumeist geringfügig unter demVolllastpunkt liegen wird, ausgelegt ist, läuft er mitentsprechend hohem Wirkungsgrad bei relativ kleiner Leistung undBaugröße. Durch die Kapselung der Hilfsgeneratoreinheitbesteht die Möglichkeit, diese auch in einem PKW sowohlunter der Motorhaube, im Heck oder auch in der Fahrzeugmitte einzubauen,weil durch die Kapselung Motorgeräusche weitgehend eliminiertwerden. Außerdem ist zu berücksichtigen, dassder Motor nicht ständig läuft, sondern zumeistwährend das Fahrzeug parkt. Im Rahmen der Erfindung istvollkommen ausreichend, dass die Ladeleistung der APU nur einenTeil der vollen Batterieleistung beträgt entsprechend derseriellen Anordnung der APU, welche nicht als Teil eines Hybridantriebszu verstehen ist. Deren Zielsetzung ist allein das Aufladen desBatteriepakets, wofür besonders die Stillstandszeiten desElektrofahrzeugs benutzt werden. Die APU ermöglicht somitein Auskommen mit einem kleineren Batteriesatz bei gleichzeitigerVergrößerung des Aktionsradius des Fahrzeugs.Es versteht sich von selbst, dass das Elektrofahrzeug übereine Steuereinheit das Wiederaufladen des Batteriepakets ermöglicht,wenn das Fahrzeug außer Betrieb ist, z. B. währendes in der Garage abgestellt ist. Dort wird die Batterieladung nicht überdie Hilfsgeneratoreinheit gewährleistet, sondern durchEnergieeinspeisung aus dem öffentlichen Netz oder durcheinen anderen Stromerzeuger, beispielsweise einer Solarenergiequelleoder einer vorhandenen Blockheizkraftwerkseinheit.ASuch auxiliary generator unit allows a very crowdedConstruction, because of the permanent magnets bearing rotor of the generator canat the same time take over the function of the flywheel of the internal combustion engine,d. H. It offers an assembly of engine and generator in onecommon housing. Because of the engine on onecertain load point, which is usually slightly below theFull load point is lying, is designed, he runs withaccording to high efficiency at relatively low power andSize. By the encapsulation of the auxiliary generator unitThere is also the possibility of this in a car bothunder the bonnet, in the rear or in the middle of the vehicle,because the encapsulation largely eliminates engine noisebecome. It should also be noted thatthe engine does not run constantly, but mostlywhile the vehicle is parked. Within the scope of the inventionperfectly adequate that the charging power of the APU only onePart of the full battery power is equal to theserial arrangement of the APU, which is not part of a hybrid driveto understand. Their goal is solely to charge theBattery packs, especially for the downtime ofElectric vehicle used. The APU thus allowsa livelihood with a smaller battery pack at the same timeIncrease the radius of action of the vehicle.It goes without saying that the electric vehicle overa control unit allows the recharging of the battery pack,when the vehicle is out of service, z. Duringit is parked in the garage. There, the battery charge is not overensures the auxiliary generator unit, but byEnergy supply from the public network or throughanother generator, such as a solar energy sourceor an existing cogeneration unit.

Ineiner bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,dass die Ladeleistung der APU 30–60% der maximalen Batterieleistungbeträgt. Für eine sparsame PKW-Anwendung mag ein Leistungsbereichdes PM-Generators von 1 bis 5 kW genügen. Bei einem Mittelklassefahrzeugkann ein größerer Leistungsbereich z. B. von 3 bis15 kW Ladeleistung in Frage kommen. Je größerdie relative Ladeleistung, desto geringer kann die maximale Batterieleistunggewählt werden. Dabei ist bei der Bewertung von Einsparungsmöglichkeitenzu berücksichtigen, dass die Kosten je Kilowattstunde Batterieleistungnach derzeitigem Stand der Technik noch relativ hoch sind, z. B.für Lithium-Ionen-Batterien ca. EUR 1000/kWh betragen.Ina preferred embodiment of the invention is providedthat the charging power of the APU 30-60% of the maximum battery poweris. For a fuel-efficient car application like a performance rangeof the PM generator from 1 to 5 kW are sufficient. In a middle class vehiclecan a larger power range z. From 3 to15 kW charging capacity come into question. The biggerthe relative charging power, the lower the maximum battery powerto get voted. It is in the evaluation of savingsto take into account that the cost per kilowatt-hour of battery powerAccording to the current state of the art are still relatively high, z. B.for lithium-ion batteries approx. EUR 1000 / kWh.

Eingeeigneter Verbrennungsmotor ist wegen seiner kleinen Bauweise undder Möglichkeit des Einbaus mit vertikaler Welle ein Kleindieselmotor,bevorzugt als Einzylindermotor, oder ein Zweizylinder-V-Motor.Onesuitable internal combustion engine is because of its small construction andthe possibility of installation with vertical shaft a small diesel engine,preferably as a single-cylinder engine, or a two-cylinder V-engine.

ImInteresse einer möglichst hochwertigen Emissionsfreiheitist es bei derartigen Dieselmotoren zweckmäßig,kleine Partikelfilter im Abgasstrang zu verwenden, welche ein geschlossenesSammelsystem bilden, so dass sie ein Abbrennen der gefangenen Partikelbei entsprechend hoher Abgastemperatur ermöglichen. Dabeikann erfindungsgemäß die Abgastemperatur vor demPartikelfilter mittels elektrischer Glühwendeln oder dergleichenWicklung als sog. Dummyload auf Abbrandtemperaturen von wenigstens300°C und wo nötig bis zu 600°C angehobenwerden.In the interest of the highest possible emission freedom, it is in such diesel engines appropriate to use small particulate filter in the exhaust system, which form a closed collection system so that they allow burning of the trapped particles at a correspondingly high exhaust gas temperature. In this case, according to the invention, the exhaust gas temperature upstream of the particulate filter can be raised by means of electric filaments or the like winding as a so-called dummy load to combustion temperatures of at least 300 ° C. and, where necessary, up to 600 ° C.

DieAPU kann auf geeignete Weise gekühlt werden, z. B. mittelsLuft-, Wasser- oder Ölkühlung, wobei letztereim Interesse einer besonders kompakten Bauweise vorzuziehen ist.TheAPU can be cooled in a suitable manner, for. B. by meansAir, water or oil cooling, the latterin the interest of a particularly compact design is preferable.

Dabatteriebetriebene Fahrzeuge schwer zu heizen sind, kann in weitererAusgestaltung der Erfindung der Dieselmotor mit einem Wärmetauscherfür eine Fahrzeugheizeinrichtung versehen sein.ThereBattery-powered vehicles are difficult to heat in furtherEmbodiment of the invention of the diesel engine with a heat exchangerbe provided for a vehicle heater.

Jenach Ort der Unterbringung der APU im Inneren der Fahrzeugkarosseriekann es zweckmäßig sein, das Batteriepaket sozu positionieren, dass eine Vergleichmäßigungder Achslasten des Fahrzeugs erzielt wird. Was die Kapselung derAPU betrifft, so ist darauf zu achten, dass diese durch schallschluckendeWände nicht nur umfassend eingehüllt wird, sonderndass auch die nach außen führenden Luftschächtemit schalldämmenden Werkstoffen ausgekleidet werden. Dieskann 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 Tageslärmakustisch praktisch nicht mehr wahrnehmbar.everthe location of the housing of the APU inside the vehicle bodyIt may be appropriate, the battery pack soto position that equalizationthe axle loads of the vehicle is achieved. As for the encapsulation ofAs far as APU is concerned, it is important to ensure that these are sound-absorbingWalls are not only enveloped comprehensively, butthat also the outward leading air shaftsbe lined with sound-absorbing materials. Thiscan also for the immediate vehicle environment, z. B.the inside of the hood or the boot lid, be appropriate.A parked vehicle running APU is then in the daytime noiseacoustically practically imperceptible.

ImFolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhandder Zeichnung erläutert. Es zeigtin theBelow is an embodiment of the invention basedexplained the drawing. It shows

1 denBatterieantrieb eines Elektrofahrzeugs mit Hilfsgeneratoreinheitals schematisches Schaltbild und 1 the battery drive of an electric vehicle with auxiliary generator unit as a schematic diagram and

2 zweiEinbaumöglichkeiten einer APU in einem PKW. 2 two installation options of an APU in a car.

Gemäß1 umfassteine APU1 einen Verbrennungsmotor, bevorzugt einen Dieselmotor2 undeinen daran angebauten Permanentmagnet-Generator3. DieAPU liefert Strom über einen Umformer4 an einBatteriepaket6 entsprechend der dort gewünschtenBatteriespannung. Über das Batteriepaket6 fließtStrom über die Leitung11 zum Elektromotor10,der über ein nicht gezeichnetes Getriebe die Fahrzeugräderantreibt.According to 1 includes an APU 1 an internal combustion engine, preferably a diesel engine 2 and a permanent magnet generator attached thereto 3 , The APU supplies power via a converter 4 to a battery pack 6 according to the desired battery voltage. About the battery pack 6 current flows over the line 11 to the electric motor 10 , which drives the vehicle wheels via a gear not drawn.

DerBatteriesatz6 wird von der APU über die Leitung12 aufgeladen.Andererseits besitzt der Batteriesatz6 einen Stromeingang13,welcher an ein Ladegerät7 angeschlossen ist,welches zwei Eingänge besitzt, nämlich einen Eingang8,der an das öffentliche Netz anschließbar ist,und einen Eingang9, der an eine gesonderte Energiequellez. B. eine Solarstromerzeugereinheit oder eine kleine Blockheizkraftwerkseinheitanschließbar ist.The battery pack 6 gets over the line from the APU 12 charged. On the other hand, the battery pack has 6 a power input 13 which is connected to a charger 7 is connected, which has two inputs, namely an input 8th which is connectable to the public network, and an entrance 9 which is connected to a separate energy source z. B. a solar power generator unit or a small combined heat and power unit can be connected.

EineSteuereinheit5 sorgt dafür, dass der Ladungszustanddes Batteriesatzes6 von der APU erkannt wird, die dannbei Bedarf zugeschaltet wird. Das Zuschalten der APU kann noch durchandere Einflussgrößen gesteuert werden, beispielsweiseeiner Information über eine vorgewählte Fahrstrecke bzw.eine angestrebte Fahrzeit. Auch die Einbindung eines Navigationssystemsin die Steuereinheit könnte vorteilhaft sein, weil aufdiese Weise eine vorausschauende Steuerung der APU-Einschaltzeitermöglicht würde.A control unit 5 ensures that the charge state of the battery pack 6 is detected by the APU, which is then switched on as needed. The connection of the APU can be controlled by other factors, such as information about a preselected route or a desired travel time. The integration of a navigation system in the control unit could be advantageous because in this way a predictive control of the APU on-time would be possible.

2 zeigtan einem schematischen Längsschnitt durch ein Personenkraftfahrzeugzwei mögliche Einbaupositionen der APU, nämlicheinmal in der Position14 unter der Motorhaube und einmalin der Position15 heckseitig unterhalb des Kofferraumbodens16.Es sind zwei mögliche Positionen für Teile desBatteriepakets bzw. das jeweilige Batteriepaket eingezeichnet, nämlichbei Position17 unter der Motorhaube und bei Position18 imInneren des Kofferraums. Das Batteriepaket sollte nach Möglichkeitso angeordnet werden, dass beide Fahrzeugachsen z. B. gleich belastetwerden oder dass eine angetriebene Achse höher belastetwird. Dabei ist selbstverständlich zu berücksichtigen,wo sich die APU befindet. Zu2 wurdedarauf verzichtet, irgendwelche Leitungsverbindungen oder sonstigeBauteile gemäß dem zu1 beschriebenenSchaltplan darzustellen. 2 shows on a schematic longitudinal section through a passenger vehicle, two possible mounting positions of the APU, namely once in the position 14 under the hood and once in position 15 at the rear below the boot floor 16 , There are two possible positions for parts of the battery pack or the respective battery pack located, namely at position 17 under the hood and at position 18 inside the trunk. The battery pack should, if possible, be arranged so that both vehicle axles z. B. be charged equally or that a driven axle is charged higher. Of course, it must be taken into consideration where the APU is located. To 2 was waived, any wiring or other components according to the 1 represent the circuit diagram described.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• - EP 0003888B1[0002]EP 0003888 B1[0002]
• - DE 19832873 A1[0004]- DE 19832873 A1[0004]
• - DE 19509625 A1[0004]- DE 19509625 A1[0004]

Claims (9)

Translated fromGerman

Elektrofahrzeug mit Batterieantrieb und seriellerHilfsgeneratoreinheit (APU), welche geräuscharm gekapseltinnerhalb der Fahrzeugkarosserie eingebaut ist, deren Ladeleistungnur einen Teil der vollen Batterieleistung beträgt, derenGenerator (3) eine Erregung aus Permanentmagneten aufweist,dessen Verbrennungsmotor auf einen bestimmten Lastpunkt ausgelegtund mit einem Abgasfilter versehen ist, und welches eine Steuereinheit(5) für die Batterieladung entweder aus der APU,dem Netz oder einem anderen Stromerzeuger umfasst.Battery-powered electric vehicle with serial auxiliary generator unit (APU), which is installed with low noise encapsulation within the vehicle body, the charging power of which is only a part of the full battery power whose generator ( 3 ) has an excitation of permanent magnets whose internal combustion engine is designed for a specific load point and provided with an exhaust gas filter, and which has a control unit ( 5 ) for the battery charge from either the APU, the grid or another power generator.Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Ladeleistung der APU (1) 30 bis 60% der maximalenBatterieleistung beträgt.Electric vehicle according to claim 1, characterized in that the charging power of the APU ( 1 ) Is 30 to 60% of the maximum battery power.Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die APU (1) einen Kleindieselmotor (2) mitPartikelfilter aufweist.Electric vehicle according to claim 1, characterized in that the APU ( 1 ) a small diesel engine ( 2 ) with particle filter.Elektrofahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Abgastemperatur vor dem Partikelfilter mittels elektrischerGlühwendeln oder dgl. Wicklung auf Abbrandtemperatur angehoben wird.Electric vehicle according to claim 3, characterizedthat the exhaust gas temperature upstream of the particulate filter by means of electricalIncandescent filaments or the like. Winding is raised to burning temperature.Elektrofahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dassder Dieselmotor (2) mit vertikaler Welle im Fahrzeug eingebautist.Electric vehicle according to claim 3, characterized in that the diesel engine ( 2 ) is installed with vertical shaft in the vehicle.Elektrofahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass der Dieselmotor (2) mit Ölkühlungausgebildet ist.Electric vehicle according to claim 3, characterized in that the diesel engine ( 2 ) is formed with oil cooling.Elektrofahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass der Dieselmotor (2) mit einem Wärmetauscherfür eine Fahrzeugheizeinrichtung versehen ist.Electric vehicle according to claim 3, characterized in that the diesel engine ( 2 ) is provided with a heat exchanger for a vehicle heater.Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die APU (1) im Fahrzeugheck unterhalb des Kofferraumbodens(16) nahe dem elektrischen Heckantrieb angeordnet ist.Electric vehicle according to claim 1, characterized in that the APU ( 1 ) in the rear of the vehicle below the boot floor ( 16 ) is arranged near the rear electric drive.Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die APU (1) unter der Motorhaube (14) oberhalbdes elektrischen Frontantriebs angeordnet ist.Electric vehicle according to claim 1, characterized in that the APU ( 1 ) under the hood ( 14 ) is arranged above the electric front-wheel drive.