DE102015224477A1

DE102015224477A1 - Device and method for converting and storing electrical energy in a vehicle and a vehicle with such a device

Info

Publication number: DE102015224477A1
Application number: DE102015224477.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Bauernfeind; Mathias Häuslmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2017-06-08

Abstract

Eine Vorrichtung zum Umwandeln und Speichern elektrischer Energie in einem Fahrzeug (1) umfasst ein mechanisches Energiespeicherelement und mindestens einen Fluiddämpfer (3) mit einem mit Dämpfungsfluid gefüllten Gehäuse (11), mit einem im Gehäuse (11) verlagerbaren Kolben (13) und mit einem Fluidantrieb (17).A device for converting and storing electrical energy in a vehicle (1) comprises a mechanical energy storage element and at least one fluid damper (3) with a housing (11) filled with damping fluid, with a piston (13) displaceable in the housing (11) and with one Fluid drive (17).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Umwandeln und Speichern elektrischer Energie in einem Fahrzeug sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung. The invention relates to a device and a method for converting and storing electrical energy in a vehicle and to a vehicle with such a device.

Eine Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus beispielsweise Sonnenstrahlung, Fahrtwind und/oder Bremsvorgängen in einem Fahrzeug ist in DE 10 2009 060 999 A1 beschrieben. Die elektrische Energie kann in Akkumulatoren oder Kondensatoren zwischengespeichert und bei Bedarf an elektrische Verbraucher wie Antriebsmotoren wieder abgegeben werden. Die mittels der genannten Vorrichtungen gewonnene elektrische Energie weist typischerweise Energiespitzen auf, die die Speichermedien aufgrund sehr kurzer Lade- und Entladeintervalle belasten. Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie ist verlustbehaftet. Der zugehörige Wirkungsgrad ist gering. Die zusätzlichen Speichermedien erfordern zusätzlichen Bauraum im Fahrzeug und bewirken ein erhöhtes Fahrzeuggewicht. Sofern ein Speichermedium vollständig aufgeladen ist, ist weitere rekuperierte elektrische Energie nicht mehr speicherbar und geht verloren. A device for obtaining electrical energy from, for example, solar radiation, airstream and / or braking processes in a vehicle is known in DE 10 2009 060 999 A1 described. The electrical energy can be stored temporarily in accumulators or capacitors and, if necessary, returned to electrical consumers such as drive motors. The electrical energy obtained by means of the devices mentioned typically has energy peaks, which load the storage media due to very short charge and discharge intervals. Storage and delivery of electrical energy is lossy. The associated efficiency is low. The additional storage media require additional space in the vehicle and cause an increased vehicle weight. If a storage medium is fully charged, further recuperated electrical energy is no longer storable and is lost.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Umwandlung und Speicherung von Energie in einem Fahrzeug zu verbessern. The object of the invention is to improve the conversion and storage of energy in a vehicle.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und ein Fahrzeug entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 15 angegeben. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass elektrische Energie in einem Fahrzeug mit mindestens einem Fluiddämpfer in Bewegungsenergie umgewandelt und mittels eines mechanischen Energiespeicherelements effektiv und unaufwändig gespeichert werden kann. Die Vorrichtung weist mindestens einen Fluiddämpfer auf mit einem mit Dämpfungsfluid gefüllten Gehäuse, mit einem im Gehäuse verlagerbaren Kolben und mit einem Fluidantrieb. Mittels des Fluidantriebs kann das Dämpfungsfluid in dem Gehäuse zur Verlagerung des Kolbens angetrieben werden. Durch die Verlagerung des Kolbens kann die umgewandelte elektrische Energie als mechanische Energie gespeichert werden. Insbesondere sind für die Speicherung der mechanischen Energie zusätzliche Komponenten entbehrlich. Die Speicherung der mechanischen Energie ist im Wesentlichen verlustfrei möglich. Der Wirkungsgrad des mechanischen Energiespeicherelements ist, insbesondere gegenüber elektrischen Speichereinheiten wie Batterien, verbessert. Insbesondere können im Fahrzeug bereits vorhandene Komponenten zur Speicherung der mechanischen Energie genutzt werden. Zusätzliche Komponenten zur Speicherung sind entbehrlich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist unkompliziert, unaufwändig und kosteneffektiv. To achieve this object, a device according to the features of claim 1, a method according to the features of claim 10 and a vehicle according to the features of claim 15 is given. According to the invention, it has been recognized that electrical energy in a vehicle having at least one fluid damper can be converted into kinetic energy and stored effectively and inexpensively by means of a mechanical energy storage element. The device has at least one fluid damper with a housing filled with damping fluid, with a piston displaceable in the housing and with a fluid drive. By means of the fluid drive, the damping fluid can be driven in the housing for displacing the piston. By displacing the piston, the converted electrical energy can be stored as mechanical energy. In particular, additional components are unnecessary for the storage of mechanical energy. The storage of mechanical energy is essentially lossless possible. The efficiency of the mechanical energy storage element is, in particular compared to electrical storage units such as batteries, improved. In particular, already existing components for storing the mechanical energy can be used in the vehicle. Additional components for storage are unnecessary. The device according to the invention is uncomplicated, inexpensive and cost-effective.

Ein Dämpfungsfluid gemäß Anspruch 2 ermöglicht eine vorteilhafte Handhabung des Fluiddämpfers. Eine Fluidströmung in dem Fluiddämpfer kann über den elektrisch angetriebenen Fluidantrieb unmittelbar und gezielt beeinflusst werden. Das Dämpfungsfluid ist insbesondere eine Mischung aus einem Öl und elektrisch leitenden Partikeln. Dadurch ist es möglich, dass der Kolben als hydrodynamischer Generator genutzt werden kann. A damping fluid according to claim 2 allows advantageous handling of the fluid damper. A fluid flow in the fluid damper can be influenced directly and specifically via the electrically driven fluid drive. The damping fluid is in particular a mixture of an oil and electrically conductive particles. This makes it possible that the piston can be used as a hydrodynamic generator.

Alternativ ist es möglich, dass ein Dämpfungsfluid zum Antreiben eines rein mechanischen Generators dient. Ein derartiger Generator kann beispielsweise ein Turbinenrad oder ein Schaufelrad sein, das infolge der Fluidströmung um eine Drehachse gedreht wird, so dass elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden kann. Ein derartiger Generator ist unkompliziert ausgeführt. Alternatively, it is possible for a damping fluid to drive a purely mechanical generator. Such a generator may, for example, be a turbine wheel or a paddle wheel, which is rotated about an axis of rotation as a result of the fluid flow, so that electrical energy can be made available. Such a generator is uncomplicated.

Wesentlich ist, dass die gespeicherte Energie freigegeben und infolge der Fluidströmung mittels des Generators in elektrische Energie rückgewandelt werden kann. It is essential that the stored energy can be released and converted back into electrical energy as a result of the fluid flow by means of the generator.

Ein Fluidantrieb gemäß Anspruch 3 weist einen elektrischen Generator und eine Fluidpumpe auf. Der Fluidantrieb kann in der Weise betrieben werden, dass durch Beaufschlagen des elektrischen Generators mit elektrischem Strom, der insbesondere aus Rekuperationsvorgängen stammt, die Fluidpumpe zum Umwälzen des Dämpfungsfluids in dem Fluiddämpfer genutzt werden kann. Die elektrische, rekuperierte Energie kann zum Betätigen des Fluiddämpfers, also zum Verlagern des Kolbens genutzt werden. Umgekehrt kann eine Verlagerung des Kolbens, als Bewegungsenergie, zu einer Fluidverdrängung führen, wobei die in Folge der Verdrängung bewirkte Fluidströmung den elektrischen Generator zur Stromerzeugung nutzt. Der Fluidantrieb kann als Motor und als Generator genutzt werden. A fluid drive according to claim 3 comprises an electric generator and a fluid pump. The fluid drive can be operated in such a way that the fluid pump can be used to circulate the damping fluid in the fluid damper by applying electrical current to the electric generator, which originates in particular from recuperation processes. The electrical, recuperated energy can be used to actuate the fluid damper, that is to say for displacing the piston. Conversely, a displacement of the piston, as kinetic energy, lead to a fluid displacement, wherein the fluid flow caused by the displacement uses the electric generator for generating electricity. The fluid drive can be used as a motor and as a generator.

Ein Fluidantrieb gemäß Vorrichtung 4 ermöglicht eine kompakte und effektive Bauweise, indem der Fluidantrieb unmittelbar mit einem oberen Gehäuse-Teilraum und einem unteren Gehäuse-Teilraum verbunden ist. Die Gehäuse-Teilräume sind durch den Kolben fluiddicht getrennt. Insbesondere ist der Fluidantrieb in dem Kolben, also zwischen den beiden Gehäuse-Teilräumen, angeordnet, insbesondere im Kolben intergriert. A fluid drive according to the device 4 allows a compact and effective design by the fluid drive is directly connected to an upper housing subspace and a lower housing subspace. The housing subspaces are separated by the piston fluid-tight. In particular, the fluid drive in the piston, that is arranged between the two housing subspaces, in particular integrated in the piston.

Ein Fahrwerk gemäß Anspruch 5 mit einem Fahrzeugrahmen und Rädern ermöglicht eine effektive Integration des Fluiddämpfers in die Vorrichtung. Die Vorrichtung kann unkompliziert in das Fahrzeug integriert sein. Der mindestens eine Fluiddämpfer, der typischerweise ohnehin im Fahrzeug zur Stoßdämpfung vorgesehen ist, kann elektrische Energie umwandeln und speichern. Zusätzliche Energiespeicherelemente sind entbehrlich. A chassis according to claim 5 comprising a vehicle frame and wheels enables effective integration of the fluid damper into the device. The device can be easily integrated into the vehicle. The at least one fluid damper, which is typically used in the vehicle anyway Shock absorption is provided, can convert and store electrical energy. Additional energy storage elements are unnecessary.

Ein Federelement als mechanisches Energiespeicherelement gemäß Anspruch 6 ist unkompliziert ausgeführt. Eine Energiespeicherung ist durch Stauchen oder Dehnen des Federelements, das insbesondere als Schraubenfeder ausgeführt ist, möglich. Die Energiespeicherung ist unmittelbar und unkompliziert möglich. A spring element as a mechanical energy storage element according to claim 6 is designed uncomplicated. An energy storage is possible by upsetting or stretching the spring element, which is designed in particular as a helical spring. The energy storage is possible directly and easily.

Die Ausführung des mechanischen Energiespeicherelements als mindestens eine Fahrzeugkomponente bewirkt eine unkomplizierte Speicherung in Form potenzieller Energie. Mittels des mindestens einen Fluiddämpfers kann durch eine Ausfahrbewegung die mindestens eine Fahrzeugkomponente beispielsweise gegenüber dem Fahrwerk angehoben und in einen Zustand erhöhter potenzieller Energie gebracht werden. Insbesondere ist das Energiespeicherelement ein gegenüber dem Fahrwerk insgesamt höhenverstellbarer Fahrzeugaufbau. The execution of the mechanical energy storage element as at least one vehicle component causes an uncomplicated storage in the form of potential energy. By means of the at least one fluid damper can be raised by an extension movement, the at least one vehicle component, for example, relative to the chassis and placed in a state of increased potential energy. In particular, the energy storage element is compared to the chassis altogether height-adjustable vehicle body.

Die Anordnung des mechanischen Speicherelements gemäß Anspruch 8 ermöglicht eine vereinfachte Kopplung mit dem Fluiddämpfer. Es ist grundsätzlich auch möglich, das mechanische Energiespeicherelement in Form eines Federelements in den Fluiddämpfer, insbesondere in das Gehäuse, zu integrieren, um einen kompakteren Aufbau zu ermöglichen. The arrangement of the mechanical storage element according to claim 8 allows a simplified coupling with the fluid damper. In principle, it is also possible to integrate the mechanical energy storage element in the form of a spring element into the fluid damper, in particular into the housing, in order to allow a more compact construction.

Eine Kopplung des mechanischen Energiespeicherelements mit dem Kolben gemäß Anspruch 9 ermöglicht eine Aktivierung des Energiespeicherelements über eine Verlagerung des Kolbens. Die Kopplung kann mittelbar oder unmittelbar erfolgen. Beispielsweise kann das mechanische Energiespeicherelement in Form des Federelements in dem Gehäuse durch den Kolben unmittelbar beaufschlagt werden. Das Federelement kann auch außerhalb des Gehäuses an einer mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange angeordnet sein. Die mindestens eine Fahrzeugkomponente als mechanisches Energiespeicherelement kann über die Kolbenstange mit dem Kolben verbunden sein. A coupling of the mechanical energy storage element with the piston according to claim 9 enables activation of the energy storage element via a displacement of the piston. The coupling can be indirect or immediate. For example, the mechanical energy storage element in the form of the spring element in the housing can be acted upon directly by the piston. The spring element can also be arranged outside the housing on a piston rod connected to the piston. The at least one vehicle component as a mechanical energy storage element can be connected via the piston rod to the piston.

Bei einem Verfahren zum Umwandeln und Speichern elektrischer Energie in einem Fahrzeug wird elektrische Energie, die beispielsweise durch Rekuperation gewonnen worden ist, bereitgestellt und dem mindestens einen Fluiddämpfer zugeführt. In dem mindestens einen Fluiddämpfer wird die elektrische Energie zur Verlagerung des Kolbens in Bewegungsenergie umgewandelt und mittels des mechanischen Energiespeicherelements als mechanische Energie gespeichert. Die Vorteile des Verfahrens entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen der Vorrichtung, worauf hiermit verwiesen wird. In a method for converting and storing electrical energy in a vehicle, electrical energy obtained, for example, by recuperation is provided and supplied to the at least one fluid damper. In the at least one fluid damper, the electrical energy for the displacement of the piston is converted into kinetic energy and stored as mechanical energy by means of the mechanical energy storage element. The advantages of the method essentially correspond to the advantages of the device, to which reference is hereby made.

Ein Speichern der umgewandelten Energie gemäß Anspruch 11 ist unmittelbar möglich. Die Energiespeicherung ist im Wesentlichen verlustfrei möglich. Der Wirkungsgrad bei der Energiespeicherung ist erhöht. Insbesondere kann die Speicherkapazität dadurch erhöht werden, dass die mechanischen Energiespeicherelemente kombiniert werden, sodass durch Ausfahren einer am Kolben befestigten Kolbenstange aus dem Gehäuse einerseits ein Federelement gelängt und andererseits mindestens eine Fahrzeugkomponente angehoben wird. Durch Betätigung des Kolbens in Ausfahrrichtung wird eine zweifache Energiespeicherung in Form mechanischer Federenergie und in Form potenzieller Energie bewirkt. Storing the converted energy according to claim 11 is immediately possible. The energy storage is essentially lossless possible. The efficiency of energy storage is increased. In particular, the storage capacity can be increased, that the mechanical energy storage elements are combined so that by extending a piston rod fixed to the piston from the housing on the one hand a spring element elongated and on the other hand at least one vehicle component is raised. By actuating the piston in the extension direction, a double energy storage in the form of mechanical spring energy and in the form of potential energy is effected.

Ein Rückgewinnen gespeicherter Energie gemäß Anspruch 12 ermöglicht eine unmittelbare Nutzung der gespeicherten Energie im Fahrzeug. Recovering stored energy according to claim 12 allows immediate use of the stored energy in the vehicle.

Ein Umwandeln der rückgewonnenen Energie in elektrische Energie gemäß Anspruch 13 gewährleistet eine vorteilhafte Bereitstellung in einer günstigen Energieform. Converting the recovered energy into electrical energy according to claim 13 ensures an advantageous provision in a favorable form of energy.

Ein Verlagern bis zu einem maximalen Verlagerungsweg gemäß Anspruch 14 gewährleistet eine ausreichende verbleibende Dämpfungswirkung des Fluiddämpfers auch dann, wenn ein maximaler Energiebetrag durch einen maximalen Kolbenverfahrweg gespeichert ist. Displacement up to a maximum displacement path according to claim 14 ensures a sufficient remaining damping effect of the fluid damper even if a maximum amount of energy is stored by a maximum Kolbenverfahrweg.

Ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weist im Wesentlichen die Vorteile der Vorrichtung selbst auf, worauf hiermit verwiesen wird. A vehicle with a device according to the invention essentially has the advantages of the device itself, to which reference is hereby made.

Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf. Both the features specified in the claims and the features specified in the following embodiment of the device according to the invention are each suitable alone or in combination with each other to develop the subject invention. The respective combinations of features represent no limitation with respect to the developments of the subject invention, but have essentially merely exemplary character.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen: Further features, advantages and details emerge from the following description of an embodiment with reference to the drawing. Show it:

1 eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 a schematic side view of a vehicle with a device according to the invention,

2 eine vergrößerte Detailansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1 in einem Ausgangszustand, 2 an enlarged detail view of the device according to the invention 1 in an initial state,

3 eine 2 entsprechende Darstellung in einer gestauchten Anordnung und 3 a 2 corresponding representation in a compressed arrangement and

4 eine 2 entsprechende Darstellung in einer gelängten Anordnung. 4 a 2 corresponding representation in a longitudinal arrangement.

Einander entsprechende Teile sind in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch Einzelheiten der im Folgenden näher erläuterten Ausführungsbeispiele können für sich genommen die Erfindung darstellen oder Teil des Erfindungsgegenstands sein. Corresponding parts are in the 1 to 4 provided with the same reference numerals. Also details of the embodiments explained in more detail below can represent the invention in itself or be part of the subject invention.

Ein in 1 gezeigtes Fahrzeug 1 ist ein Kraftfahrzeug in Form eines Automobils. Das Fahrzeug kann auch ein Lastkraftwagen oder eine sonstige fahrbare Arbeitsmaschine sein. Das Fahrzeug kann insbesondere auch ein Schienenfahrzeug sein. An in 1 shown vehicle 1 is a motor vehicle in the form of an automobile. The vehicle may also be a truck or other mobile work machine. The vehicle may in particular also be a rail vehicle.

Das Fahrzeug 1 weist ein nicht näher dargestelltes Fahrwerk auf mit einem Fahrzeugrahmen 6 und schwingungsgedämpft damit verbundenen Rädern. Die Räder sind in 1 nicht dargestellt. Anstelle der Räder sind Radaufnahmen 2 gezeigt, an welchen die Räder befestigt werden. Zur schwingungsgedämpften Verbindung der Räder an dem Fahrzeugrahmen 6 ist jeweils ein Fluiddämpfer 3 zwischen einem Rad und dem Fahrzeugrahmen angeordnet. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind also vier Fluiddämpfer 3 am Fahrzeug 1 vorgesehen und am Fahrzeugrahmen befestigt. Jeder Fluiddämpfer 3 ist mit einem oberen Ende 4 am Fahrzeugrahmen, insbesondere unmittelbar, befestigt. An einem unteren, dem oberen Ende 4 gegenüberliegenden Ende 5 ist der Fluiddämpfer 3 an dem Rad, insbesondere der Radaufnahme 2, befestigt. The vehicle 1 has a non-illustrated landing gear with a vehicle frame 6 and vibration dampened wheels. The wheels are in 1 not shown. Instead of the wheels are wheel receivers 2 shown, to which the wheels are attached. For the vibration-damped connection of the wheels to the vehicle frame 6 each is a fluid damper 3 arranged between a wheel and the vehicle frame. According to the embodiment shown, therefore, four fluid dampers 3 at the vehicle 1 provided and attached to the vehicle frame. Every fluid damper 3 is with an upper end 4 on the vehicle frame, in particular directly attached. At a lower, the upper end 4 opposite end 5 is the fluid damper 3 on the wheel, especially the wheel 2 , attached.

Die Radaufnahme 2 und der Fahrzeugrahmen 6 sind in 2 bis 4 rein schematisch dargestellt. An dem Fahrzeugrahmen 6 sind sämtliche Fahrzeugkomponenten mittelbar oder unmittelbar befestigt. Der Fahrzeugrahmen 6 trägt einen Großteil der Gesamtmasse des Fahrzeugs 1. Der Fahrzeugrahmen 6 ist eine Fahrzeugkomponente. An dem Fahrzeugrahmen 6 sind weitere Fahrzeugkomponenten befestigt wie insbesondere Karosseriebauteile wie Kotflügel 7, Türen 8, Front- und Heckklappe 9 und/oder das Bodenblech 10. The wheel mount 2 and the vehicle frame 6 are in 2 to 4 shown purely schematically. On the vehicle frame 6 All vehicle components are attached directly or indirectly. The vehicle frame 6 carries a large part of the total mass of the vehicle 1 , The vehicle frame 6 is a vehicle component. On the vehicle frame 6 are further vehicle components attached as in particular body components such as fenders 7 , Doors 8th , Front and tailgate 9 and / or the floor panel 10 ,

Der Fluiddämpfer 3 weist ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Gehäuse 11 auf, das mit einem Dämpfungsfluid gefüllt ist. Das Dämpfungsfluid ist ein Öl mit elektrisch leitenden Partikeln. In dem Gehäuse 11 ist ein entlang einer Längsachse 12 des Gehäuses 11 abgedichtet verlagerbarer Kolben 13 angeordnet. Durch die abgedichtete Anordnung des Kolbens 13 im Gehäuse 11 ist das Gehäuse in einen oberen, dem oberen Ende 4 zugewandten Gehäuse-Teilraum 14 und in einen unteren, dem unteren Ende 5 des Fluiddämpfers 3 zugewandten Gehäuse-Teilraum 15 getrennt. An dem Kolben 13 ist ein Kolbenstange 16 befestigt, die durch den unteren Gehäuse-Teilraum 15 abgedichtet aus dem Gehäuse 11 herausgeführt ist. An einem, dem Kolben 13 gegenüberliegenden, freien Ende der Kolbenstange 16 ist diese an der Radaufnahme 2 befestigt. Das freie Ende der Kolbenstange 16 bildet das untere Ende des Fluiddämpfers 3. Der Fluiddämpfer 3 ist mit dem Gehäuse 11, insbesondere stirnseitig, am oberen Ende 4 unmittelbar am Fahrzeugrahmen 6 befestigt. The fluid damper 3 has a substantially cylindrically shaped housing 11 on, which is filled with a damping fluid. The damping fluid is an oil with electrically conductive particles. In the case 11 is one along a longitudinal axis 12 of the housing 11 sealed displaceable piston 13 arranged. Due to the sealed arrangement of the piston 13 in the case 11 the housing is in an upper, the upper end 4 facing housing subspace 14 and in a lower, the lower end 5 of the fluid damper 3 facing housing subspace 15 separated. On the piston 13 is a piston rod 16 attached by the lower housing subspace 15 sealed from the housing 11 led out. At one, the piston 13 opposite, free end of the piston rod 16 this is at the wheel 2 attached. The free end of the piston rod 16 forms the lower end of the fluid damper 3 , The fluid damper 3 is with the case 11 , in particular on the front side, at the upper end 4 directly on the vehicle frame 6 attached.

Es ist auch möglich, dass die Kolbenstange 16 am Fahrzeugrahmen 6 und das Gehäuse 11 an der Radaufnahme 2 befestigt sind. Der Fluiddämpfer wäre dann in einer umgekehrten Anordnung im Fahrzeug eingebaut. It is also possible that the piston rod 16 on the vehicle frame 6 and the case 11 at the wheel 2 are attached. The fluid damper would then be installed in a reverse arrangement in the vehicle.

Der Kolben 13 weist einen rein schematisch dargestellten Fluidantrieb 17 auf, der in den Kolben 13 integriert ist. Der Fluidantrieb 17 ist mit dem oberen Gehäuse-Teilraum 14 und mit dem unteren Gehäuse-Teilraum 15 in Fluidverbindung. Der Fluidantrieb 17 weist einen nicht näher dargestellten elektrischen Generator und eine Fluidpumpe auf. The piston 13 has a fluid drive shown purely schematically 17 on that in the pistons 13 is integrated. The fluid drive 17 is with the upper housing subspace 14 and with the lower housing subspace 15 in fluid communication. The fluid drive 17 has an electric generator, not shown, and a fluid pump.

Der Fluiddämpfer 3, insbesondere dessen Aufbau und Funktionsweise, sind beispielsweise aus DE 10 2012 013 462.2 und DE 10 2014 225 346.2 bekannt, worauf hiermit ausdrücklich verwiesen wird. The fluid damper 3 , in particular its structure and operation are, for example, from DE 10 2012 013 462.2 and DE 10 2014 225 346.2 known, to which reference is expressly made.

Zwischen dem Gehäuse 11 und der Radaufnahme 2 ist ein Federelement 18 als mechanisches Energiespeicherelement vorgesehen. Das Federelement 18 befindet sich in der in 2 gezeigten Anordnung in einem entspannten Zustand. Das Federelement 18 ist gemäß 2 vorspannungsfrei. Das Federelement 18 ist eine metallische Schraubenfeder in Form einer Helix. Das Federelement 18 ist um die Kolbenstange 16 herumgeführt. Die Kolbenstange 16 verläuft entlang der Längsachse 12 durch einen von dem Federelement 18 aufgespannten Innenraum. Das Federelement 18 ist an einer unteren Stirnseite 19 des Gehäuses 11 befestigt. Die untere Stirnseite 19 des Gehäuses ist einer oberen Stirnseite, mit der das Gehäuse 11 unmittelbar am Fahrzeugrahmen 6 befestigt ist, abgewandt. Between the case 11 and the wheel 2 is a spring element 18 provided as a mechanical energy storage element. The spring element 18 is located in the 2 shown arrangement in a relaxed state. The spring element 18 is according to 2 without tension,. The spring element 18 is a metallic coil spring in the form of a helix. The spring element 18 is around the piston rod 16 led around. The piston rod 16 runs along the longitudinal axis 12 by one of the spring element 18 clamped interior. The spring element 18 is on a lower end 19 of the housing 11 attached. The lower front side 19 of the housing is an upper end face, with which the housing 11 directly on the vehicle frame 6 is attached, turned away.

Der Fluiddämpfer 3 und das Federelement 18 als mechanisches Energiespeicherelement sowie die Fahrzeugkomponenten 6 bis 10, die ebenfalls als mechanische Energiespeicherelemente dienen können, bilden eine Vorrichtung zum Umwandeln und Speichern elektrischer Energie in dem Fahrzeug 1. The fluid damper 3 and the spring element 18 as a mechanical energy storage element and the vehicle components 6 to 10 , which may also serve as mechanical energy storage elements, constitute a device for converting and storing electrical energy in the vehicle 1 ,

Nachfolgend wird die Funktion der Vorrichtung näher erläutert. Ausgehend von der Anordnung des Fluiddämpfers 3 gemäß 2 kann ein Umwandeln und Speichern elektrischer Energie, die beispielsweise durch Rekuperation in dem Fahrzeug 1 bereitgestellt worden ist, folgendermaßen durchgeführt werden. Mittels der elektrischen Energie wird über den elektrischen Generator und die damit verbundene Fluidpumpe also der Fluidantrieb 17 aktiviert, um Dämpfungsfluid aus dem oberen Gehäuse-Teilraum 14 in den unteren Gehäuse-Teilraum 15 zu pumpen. In Folge der Fluidströmung von oben nach unten wird der Kolben 13 mit der daran befestigten Kolbenstange 16 nach oben, also zu dem Fahrzeugrahmen 6 hin verlagert. Die Kolbenstange 16 wird in das Gehäuse 11 eingezogen. The function of the device will be explained in more detail below. Based on the arrangement of the fluid damper 3 according to 2 can be a conversion and storage of electrical energy, for example, by recuperation in the vehicle 1 has been provided, as follows be performed. By means of the electrical energy is via the electric generator and the associated fluid pump so the fluid drive 17 Activated to remove damping fluid from the upper housing compartment 14 in the lower housing subspace 15 to pump. As a result of the fluid flow from top to bottom, the piston 13 with the attached piston rod 16 up, so to the vehicle frame 6 shifted. The piston rod 16 gets into the case 11 moved in.

Der Abstand entlang der Längsachse 12 zwischen dem Fahrzeugrahmen 6 und der Radaufnahme 2 ist gegenüber dem Ausgangszustand gemäß 2 reduziert. Es gilt: l₁ < l₀. Das Federelement 18 ist gestaucht. In Folge der Stauchung des Federelements 18 ist mechanische Energie in Form der Federenergie in der Vorrichtung gespeichert. In der in 3 gestauchten Anordnung des Fluiddämpfers 3 ist der Kolben 13 in einer maximal eingefahrenen Position. In der maximal eingefahrenen Position ist der Kolben 13 entlang der Längsachse 12 beabstandet zu dem oberen Ende 4 des Fluiddämpfers 3, insbesondere des Gehäuses 11, angeordnet. Der Abstand a₁ des Kolbens 13 in der maximal eingefahrenen Position gemäß 3 entspricht einem möglichen Resthub des Kolbens 13. Dieser Resthub a₁ ermöglicht eine ausreichende Dämpfungsschwingung der Radaufnahme 2 gegenüber dem Fahrzeugrahmen 6. Das bedeutet, dass auch dann, wenn der Fluiddämpfer 3 einen maximalen Energiebetrag gespeichert hat, eine ausreichende Schwingungsdämpfung im Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1 möglich ist. The distance along the longitudinal axis 12 between the vehicle frame 6 and the wheel 2 is opposite to the initial state according to 2 reduced. The following applies: l ₁ <l ₀ . The spring element 18 is compressed. As a result of the compression of the spring element 18 is stored mechanical energy in the form of spring energy in the device. In the in 3 upset arrangement of the fluid damper 3 is the piston 13 in a maximum retracted position. In the maximum retracted position is the piston 13 along the longitudinal axis 12 spaced to the upper end 4 of the fluid damper 3 , in particular of the housing 11 arranged. The distance a _{1 of} the piston 13 in the maximum retracted position according to 3 corresponds to a possible residual stroke of the piston 13 , This residual stroke a ₁ allows sufficient damping vibration of the wheel 2 opposite the vehicle frame 6 , That means that even if the fluid damper 3 stored a maximum amount of energy, sufficient vibration damping while driving the vehicle 1 is possible.

Zum Abgeben der gespeicherten mechanischen Energie wird der Kolben 13, insbesondere die darin vorgesehene Fluidleitung freigegeben. In Folge der mechanischen Energie, die in dem gestauchten Federelement 18 gespeichert ist, wird das Gehäuse 11 mit dem Fahrzeugrahmen 6 gemäß 3 nach oben ausgelenkt, also von der Radaufnahme 2 weggedrückt. In Folge der Verlagerung wird das Fluid durch den Kolben 13 strömen und über die Fluidpumpe den elektrischen Generator antreiben. In dem elektrischen Generator wird elektrischer Strom erzeugt, der elektrischen Verbrauchern im Fahrzeug 1 zur Verfügung gestellt werden kann. To release the stored mechanical energy, the piston 13 , In particular, the fluid line provided therein released. As a result of the mechanical energy in the compressed spring element 18 is stored, the housing becomes 11 with the vehicle frame 6 according to 3 deflected upwards, so from the wheel 2 pushed away. As a result of the displacement, the fluid passes through the piston 13 flow and drive the electrical generator via the fluid pump. In the electric generator, electric power is generated, the electrical loads in the vehicle 1 can be made available.

Eine alternative Form der Energiespeicherung ist auch durch eine Anordnung des Fluiddämpfers 3 gemäß 4 in einer maximal gelängten Anordnung möglich. Die in dem Fahrzeug 1 bereitgestellte elektrische Energie wird dazu genutzt, den Kolben 13 von der Ausgangsanordnung gemäß 2 auszufahren, also Dämpfungsfluid von dem unteren Gehäuse-Teilraum 15 mittels des Fluidantriebs 17 durch den Kolben 13 in den oberen Gehäuse-Teilraum 14 zu pumpen. Dadurch wird der Kolben 13 mit der daran befestigten Kolbenstange 16 nach unten, also aus dem Gehäuse 11 heraus verlagert. Die Gesamtlänge des Fluiddämpfers 3 wird vergrößert. In der gezeigten, maximal ausgefahrenen Anordnung des Kolbens 13 gemäß 4 ist die Länge l₂ größer als die Ausgangslänge l₀ des Fluiddämpfers 3 gemäß 2. In der maximal ausgefahrenen Anordnung des Kolbens 13 ist dieser von der unteren Stirnseite 19 des Gehäuses 11 mit dem Abstand a₂ beabstandet angeordnet. Der Abstand a₂ gewährleistet in der maximal ausgefahrenen Anordnung des Kolbens 13 gemäß 4 einen ausreichenden Resthub für den Fluiddämpfer 3 für möglicherweise erforderliche Schwingungsdämpfungen im Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1. Die elektrische Energie ist durch die Verlagerung des Kolbens 13 in Bewegungsenergie umgewandelt und durch Längung des Federelements 18 einerseits gespeichert. Andererseits ist eine Energiespeicherung dadurch erfolgt, dass die Fahrzeugkomponenten 6 bis 10 durch das Ausfahren der Kolbenstange 16 angehoben worden sind. Dadurch hat das System, also das Fahrzeug 1 mit den angehobenen Fahrzeugkomponenten 6 bis 10, an potenzieller Energie gewonnen. An alternative form of energy storage is also by an arrangement of the fluid damper 3 according to 4 in a maximum elongated arrangement possible. The in the vehicle 1 Provided electrical energy is used to the piston 13 from the output arrangement according to 2 extend, so damping fluid from the lower housing subspace 15 by means of the fluid drive 17 through the piston 13 in the upper housing subspace 14 to pump. This will cause the piston 13 with the attached piston rod 16 down, so from the case 11 shifts out. The total length of the fluid damper 3 is enlarged. In the shown, maximum extended arrangement of the piston 13 according to 4 the length l _{2 is} greater than the initial length l _{0 of} the fluid damper 3 according to 2 , In the maximum extended arrangement of the piston 13 this is from the lower front 19 of the housing 11 spaced apart with the distance a ₂ . The distance a ₂ ensures in the maximum extended arrangement of the piston 13 according to 4 a sufficient residual stroke for the fluid damper 3 for possibly required vibration damping while driving the vehicle 1 , The electrical energy is due to the displacement of the piston 13 converted into kinetic energy and by elongation of the spring element 18 saved on the one hand. On the other hand, an energy storage is done by the vehicle components 6 to 10 by extending the piston rod 16 have been raised. This has the system, so the vehicle 1 with the lifted vehicle components 6 to 10 , gained in potential energy.

Zur Rückgewinnung der in dem Zustand gemäß 4 gespeicherten mechanischen Energie wird der Kolben 13 freigegeben. Anschließend erfolgt ein Fluidaustausch von dem oberen Gehäuse-Teilraum 14 in den unteren Gehäuse-Teilraum 15 in Folge des Eigengewichts des Fahrzeugrahmens 6 und der weiteren Fahrzeugkomponenten 7 bis 10, wobei diese Verlagerung, also das Einfahren des Kolbens 13 mit der Kolbenstange 16 in das Gehäuse 11 insbesondere durch die Längung des Federelements 18 unterstützt wird. For recovering in the state according to 4 stored mechanical energy is the piston 13 Approved. Subsequently, a fluid exchange takes place from the upper housing subspace 14 in the lower housing subspace 15 as a result of the dead weight of the vehicle frame 6 and the other vehicle components 7 to 10 , wherein this displacement, so the retraction of the piston 13 with the piston rod 16 in the case 11 in particular by the elongation of the spring element 18 is supported.

Bei der Anordnung gemäß 4 kann auf das Federelement 18 auch verzichtet werden. In the arrangement according to 4 can on the spring element 18 also be waived.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Fahrzeug vehicle
2 2: Radaufnahme wheel
3 3: Fluiddämpfer fluid damper
4 4: oberes Ende top end
5 5: unteres Ende lower end
6 6: Fahrzeugrahmen vehicle frame
7 7: Kotflügel fender
8 8th: Türen doors
9 9: Klappe (vorne, hinten) Flap (front, back)
10 10: Bodenblech floor panel
11 11: Gehäuse casing
12 12: Längsachse longitudinal axis
13 13: Kolben piston
14 14: oberer Gehäuse-Teilraum upper housing subspace
15 15: unterer Gehäuse-Teilraum lower housing subspace
16 16: Kolbenstange piston rod
17 17: Fluidantrieb fluid drive
18 18: Federelement spring element
19 19: untere Stirnseite lower front side

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009060999 A1 [0002]
DE 102012013462 [0034]
DE 102014225346 [0034]

Claims

Device for converting and storing electrical energy in a vehicle ( 1 ) comprising a mechanical energy storage element and at least one fluid damper ( 3 ) with a damping fluid filled housing ( 11 ), with one in the housing ( 11 ) displaceable piston ( 13 ) and with a fluid drive ( 17 ).

Apparatus according to claim 1, characterized in that the damping fluid is designed to be electrically conductive and in particular a mixture of an oil and electrically conductive particles.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid drive ( 17 ) comprises an electric generator and a fluid pump or the fluid drive ( 17 ) is an electric generator with pumping function.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid drive ( 17 ) with an upper housing subspace ( 14 ) and with one of the upper housing subspace ( 14 ) through the piston ( 13 ) fluid-tight separate lower housing subspace ( 15 ) is in fluid communication.

Device according to one of the preceding claims, characterized by a chassis with a vehicle frame ( 6 ) and with wheels, wherein the at least one fluid damper ( 3 ) with a first end ( 4 ) on the vehicle frame ( 6 ) and with a second end ( 5 ) is attached to one of the wheels.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanical energy storage element is a spring element ( 18 ) having.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanical energy storage element at least one vehicle component ( 6 . 7 . 8th . 9 . 10 ) having.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanical energy storage element outside the housing ( 11 ) is arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanical energy storage element with the piston ( 13 ) is coupled.

Method for converting and storing electrical energy in a vehicle comprising the method steps - providing a device according to one of the preceding claims, - providing electrical energy, - supplying the electrical energy to the at least one fluid damper ( 3 ), - converting the electrical energy by displacing the piston ( 13 ), - storing the converted energy.

A method according to claim 10, characterized in that the storage of the converted energy by upsetting or lengths of a spring element ( 18 ) of the mechanical energy storage element and / or by lifting at least one vehicle component ( 6 . 7 . 8th . 9 . 10 ) of the mechanical energy storage element.

A method according to claim 10 or 11, characterized by recovering the stored energy by releasing the mechanical energy storage element.

A method according to claim 12, characterized by converting the recovered energy into electrical energy.

Method according to one of claims 10 to 13, characterized in that the displacement of the piston ( 13 ) is limited by a maximum travel, so that a, in particular adjustable, residual stroke (a ₁ , a ₂ ) of the piston ( 13 ) is guaranteed.

Vehicle with a device according to one of claims 1 to 9.