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DE102018002166A1 - A method for charging an energy storage of a motor vehicle, and motor vehicle - Google Patents

A method for charging an energy storage of a motor vehicle, and motor vehicle Download PDF

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DE102018002166A1
DE102018002166A1 DE102018002166.2A DE102018002166A DE102018002166A1 DE 102018002166 A1 DE102018002166 A1 DE 102018002166A1 DE 102018002166 A DE102018002166 A DE 102018002166A DE 102018002166 A1 DE102018002166 A1 DE 102018002166A1
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DE
Germany
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motor vehicle
energy
electric machine
electrical
charging
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102018002166.2A
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German (de)
Inventor
Tobias Böcking
Jürgen Friedrich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers (16) eines Kraftfahrzeugs (10) mit elektrischer Energie, bei welchem wenigstens eine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (10) ausgebildete und von dem Energiespeicher (16) mit elektrischer Energie versorgbare elektrische Maschine (18) des Kraftfahrzeugs (10) mechanische Energie empfängt, welche mittels der elektrischen Maschine (18) in elektrische Energie umgewandelt wird, die von der elektrischen Maschine (18) bereitgestellt, dem Energiespeicher (16) zugeführt und in dem Energiespeicher (16) gespeichert wird, wobei die elektrische Maschine (18) die von einer bezüglich des Kraftfahrzeugs (10) externen Vorrichtung (20) bereitgestellte mechanische Energie empfängt und in elektrische Energie umwandelt.The invention relates to a method for charging an energy store (16) of a motor vehicle (10) with electrical energy, in which at least one electrical machine (18) of the electric motor (10) designed to drive the motor vehicle (10) and to be supplied with electrical energy by the energy store (16) Motor vehicle (10) receives mechanical energy, which is converted by the electric machine (18) into electrical energy provided by the electric machine (18), the energy storage (16) supplied and stored in the energy storage (16), wherein the electric machine (18) receives the mechanical energy provided by a relative to the motor vehicle (10) external device (20) and converts it into electrical energy.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 5.The invention relates to a method for charging an energy store of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1. The invention also relates to a motor vehicle according to the preamble of patent claim 5.

Derartige Verfahren zum Laden von Energiespeichern von Kraftfahrzeugen sowie derartige Kraftfahrzeuge sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Bei dem Verfahren wird wenigstens eine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildete und von dem Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgbare elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs mit mechanischer Energie versorgt, sodass die elektrische Maschine mechanische Energie empfängt. Da die elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, wird die elektrische Maschine auch als Traktionsmaschine bezeichnet. Die mechanische Energie, die von der elektrischen Maschine empfangen wird, wird mittels der elektrischen Maschine in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie wird von der elektrischen Maschine bereitgestellt, dem Energiespeicher zugeführt und in dem Energiespeicher gespeichert, wodurch der Energiespeicher mit der elektrischen Energie geladen wird.Such methods for charging energy storage devices of motor vehicles and such motor vehicles are already well known from the general state of the art and in particular from the production of standard vehicles. In the method, at least one designed to drive the motor vehicle and supplied from the energy storage with electrical energy electrical machine of the motor vehicle with mechanical energy, so that the electric machine receives mechanical energy. Since the electric machine is designed to drive the motor vehicle, the electric machine is also referred to as a traction machine. The mechanical energy received by the electric machine is converted into electrical energy by the electric machine. The electrical energy is provided by the electric machine, supplied to the energy storage and stored in the energy storage, whereby the energy storage is charged with the electrical energy.

Üblicherweise erfolgt ein solches Laden des Energiespeichers im Rahmen einer sogenannten Rekuperation, in deren Rahmen kinetische Energie des sich bewegenden Kraftfahrzeugs in mechanische Energie umgewandelt wird. Somit wird die elektrische Maschine mittels der mechanischen Energie, welche von der elektrischen Maschine empfangen wird, angetrieben, während sich das Kraftfahrzeug bewegt. Dabei wird die elektrische Maschine stets mittels des Kraftfahrzeugs selbst beziehungsweise mittels Komponenten des Kraftfahrzeugs selbst angetrieben und wird mit der mechanischen Energie versorgt.Usually, such a charging of the energy storage is carried out in the context of a so-called recuperation, in the context of which kinetic energy of the moving motor vehicle is converted into mechanical energy. Thus, the electric machine is driven by the mechanical energy received from the electric machine while the motor vehicle is moving. In this case, the electric machine is always driven by the motor vehicle itself or by means of components of the motor vehicle itself and is supplied with the mechanical energy.

Des Weiteren offenbart die DE 10 2015 225 441 A1 ein Energiespeicherzellenausgleichssystem für einen in einem Fahrzeug angeordneten Hochvoltspeicher, wobei der Hochvoltspeicher eine Vielzahl von baulich eigenständig ausgeführten Energiespeichermodulen aufweist.Furthermore, the DE 10 2015 225 441 A1 an energy storage cell balancing system for a vehicle disposed in a high-voltage storage, the high-voltage storage having a plurality of structurally autonomous running energy storage modules.

Außerdem ist aus der DE 10 2009 024 628 A1 ein Ladeverfahren für zumindest einen elektrischen Energiespeicher in einem wenigstens einen elektrischen Antriebsmotor aufweisenden Kraftfahrzeug bekannt.Moreover, from the DE 10 2009 024 628 A1 a charging method for at least one electrical energy storage in a motor having at least one electric drive motor vehicle known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Energiespeicher in besonders kurzer Zeit besonders günstig geladen werden kann.Object of the present invention is to develop a method and a motor vehicle of the type mentioned in such a way that the energy storage can be charged particularly cheap in a very short time.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and by a motor vehicle having the features of patent claim 5. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass der Energiespeicher in besonders kurzer Zeit und besonders günstig geladen werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die elektrische Maschine die von einer bezüglich des Kraftfahrzeugs externen Vorrichtung bereitgestellte mechanische Energie empfängt und in elektrische Energie umwandelt, insbesondere während das Kraftfahrzeug steht, das heißt während sich das Kraftfahrzeug in seinem Stillstand befindet und somit nicht bewegt. Mit anderen Worten ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die mechanische Energie, die von der elektrischen Maschine empfangen wird, nicht oder nicht nur von dem Kraftfahrzeug selbst bereitgestellt wird, sondern die mechanische Energie zum Antreiben der elektrischen Maschine wird von der von dem Kraftfahrzeug unterschiedlichen und bezüglich des Kraftfahrzeugs externen Vorrichtung bereitgestellt und beispielsweise der elektrischen Maschine direkt oder über zumindest einen Teil des Kraftfahrzeugs zugeführt. Unter dem Merkmal, dass die von der Vorrichtung bereitgestellte mechanische Energie der elektrischen Maschine direkt zugeführt wird, ist zu verstehen, dass die elektrische Maschine die von der Vorrichtung bereitgestellte mechanische Energie direkt und dadurch unter Umgehung von von der elektrischen Maschine unterschiedlichen Komponenten des Kraftfahrzeugs von der Vorrichtung empfängt. Unter dem Merkmal, dass die von der Vorrichtung bereitgestellte mechanische Energie der elektrischen Maschine über wenigstens einen Teil des Kraftfahrzeugs zugeführt wird, ist zu verstehen, dass wenigstens eine oder mehrere, von der elektrischen Maschine unterschiedlichen Komponenten eines Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs genutzt werden, um die von der bezüglich des Kraftfahrzeugs externen Vorrichtung bereitgestellte mechanische Energie von der Vorrichtung zu der beziehungsweise auf die elektrische Maschine zu übertragen.In order to further develop a method specified in the preamble of claim 1 such that the energy storage can be charged in a particularly short time and particularly favorable, it is provided according to the invention that the electric machine receives the mechanical energy provided by a device external to the motor vehicle and converted into electrical energy, in particular while the motor vehicle is stationary, that is, while the motor vehicle is at a standstill and thus does not move. In other words, it is provided in the context of the inventive method that the mechanical energy that is received by the electric machine is not or not only provided by the motor vehicle itself, but the mechanical energy for driving the electric machine is from that of the Motor vehicle different and with respect to the motor vehicle external device provided and supplied, for example, the electric machine directly or via at least a portion of the motor vehicle. By the feature that the mechanical energy provided by the device is supplied directly to the electric machine, it is to be understood that the electric machine directly supplies the mechanical energy provided by the device, thereby bypassing components of the motor vehicle other than the electric machine Device receives. By the feature that the mechanical energy supplied by the device is supplied to the electric machine via at least part of the motor vehicle, it is to be understood that at least one or more components of a powertrain of the motor vehicle that are different from the electric motor are used to control those of to transmit the mechanical energy provided with respect to the motor vehicle external device from the device to or on the electric machine.

Üblicherweise ist es vorgesehen, elektrische Energie zum Laden von Energiespeichern von Kraftfahrzeugen mittels bezüglich des jeweiligen Kraftfahrzeugs externen Stromquellen bereitzustellen. Erfindungsgemäß ist es nun jedoch vorgesehen, mechanische Energie zum Laden des Energiespeichers bereitzustellen, wobei diese mechanische Energie von der elektrischen Maschine empfangen und in elektrische Energie umgewandelt wird. Die mechanische Energie zum Laden des Energiespeichers wird dabei nicht mittels des Kraftfahrzeugs selbst, sondern mittels der bezüglich des Kraftfahrzeugs externen Vorrichtung bereitgestellt, wodurch der Energiespeicher besonders schnell, das heißt in kurzer Zeit und besonders günstig geladen werden kann.Usually, it is provided to provide electrical energy for charging energy stores of motor vehicles by means of external power sources with respect to the respective motor vehicle. According to the invention, it is now provided, however, to provide mechanical energy for charging the energy store, which receives mechanical energy from the electric machine and in electrical energy is converted. The mechanical energy for charging the energy storage is not provided by means of the motor vehicle itself, but by means of the device with respect to the motor vehicle external device, whereby the energy storage particularly fast, that can be charged in a short time and very cheap.

Der Erfindung liegt insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Mit der Elektrifizierung von Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen werden der Schadstoff- sowie der CO2-Ausstoß im automobilen Sektor reduziert. Die zum Antreiben der elektrischen Maschinen der Kraftfahrzeuge erforderliche Energie wird üblicherweise von einer als Batterie ausgebildeten Speichereinrichtung gespeichert. Diese kommt in Abhängigkeit von der Anwendung (teilelektrifiziert, vollelektrisch, Kombination mit Brennstoffzelle, Personenkraftwagen, Lastkraftwagen etc.) in unterschiedlichen Ausführungsformen und mit unterschiedlich großen Speicherkapazitäten zum Einsatz.The invention is based in particular on the following finding: With the electrification of drive trains of motor vehicles, the pollutant and CO 2 emissions in the automotive sector are reduced. The energy required for driving the electrical machines of the motor vehicles is usually stored by a storage device designed as a battery. This is used depending on the application (partially electrified, fully electric, combination with fuel cell, passenger cars, trucks, etc.) in different embodiments and with different sized storage capacities.

Die Speicherkapazität von Speichereinrichtungen wie beispielsweise Batterien ist im Vergleich zum Energiegehalt von Kraftstoff bezogen auf das Gesamtgewicht des Energiespeichers (Batterie versus Kraftstofftank) gering. Das Aufladen eines leeren Batteriespeichers ist in Abhängigkeit von der möglichen Ladeleistung mehr oder weniger zeitintensiv, jedoch deutlich zeitintensiver als das Nachfüllen eines Kraftstofftanks mit beispielsweise flüssigem oder gasförmigem Kraftstoff. So werden für das Laden von elektrischen Fahrzeugen oft Stunden benötigt, in denen der Fahrer sein Fahrzeug nicht nutzen kann, was die Akzeptanz von elektrifizierten Fahrzeugen heute signifikant beeinträchtigt.The storage capacity of storage devices such as batteries is low compared to the energy content of fuel relative to the total weight of the energy storage device (battery versus fuel tank). The charging of an empty battery storage is more or less time-consuming depending on the possible charging power, but much more time-consuming than refilling a fuel tank with, for example, liquid or gaseous fuel. For example, the charging of electric vehicles often requires hours in which the driver can not use his vehicle, which today significantly impairs the acceptance of electrified vehicles.

Um die Ladedauer von elektrifizierten Antriebssträngen heute zu verkürzen, sind mehrere Möglichkeiten bereits bekannt. Dazu zählen:

  • - Einsatz von sogenannten Wandboxen mit erhöhter Ladeleistung, wobei eine solche Wandbox auch als Wallbox bezeichnet wird
  • - Schnellladesäulen mit erhöhter Ladeleistung
  • - Gleichstromladen mittels sogenannter DC-Lader (DC-Charger)
To shorten the charging time of electrified powertrains today, several options are already known. These include:
  • - Use of so-called wall boxes with increased charging power, such a wall box is also referred to as Wallbox
  • - Fast charging stations with increased charging power
  • - DC charging by means of so-called DC-Lader (DC-Charger)

Alle Ansätze haben gemeinsam, dass die elektrische Leistung beziehungsweise die elektrische Energie beim Laden bis zum Erreichen einer Grenze gesteigert wird. Diese Grenze kann die maximale Stromstrecke des elektrischen Leistungsnetzes sein oder auch die thermische Belastung von einzelnen Komponenten. Alternativ ist die Verwendung von Austauschbatterien als bekannt anzusehen. Der Austausch einer leeren Batterie gegen eine volle Batterie hat sich in der Praxis jedoch als nicht tauglich erwiesen, da die Batterien komplex in die Fahrzeugarchitektur eines jeden Herstellers abhängig von dessen Modulbaukasten integriert werden müssen.All approaches have in common that the electrical power or the electrical energy is increased when charging to reach a limit. This limit can be the maximum current path of the electrical power network or even the thermal load of individual components. Alternatively, the use of replacement batteries should be considered as known. Replacing a dead battery with a full battery, however, has proven ineffective in practice, as the batteries must be complex integrated into the vehicle architecture of each manufacturer depending on its module kit.

Die Erfindung sieht nun vor, den Energiespeicher mittels der im Kraftfahrzeug installierten elektrischen Maschine aufzuladen. Hierzu wird die auch als Traktionsmaschine bezeichnete elektrische Maschine des beispielsweise als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs angetrieben, indem der elektrischen Maschine von außen, das heißt mittels der bezüglich des Kraftfahrzeugs externen Vorrichtung mechanische Leistung beziehungsweise mechanische Energie zugeführt wird. Die auf diese Weise übertragene mechanische Energie wird durch entsprechende Nutzung der elektrischen Maschine im Kraftfahrzeug in elektrische Energie umgewandelt und in dem beispielsweise als Batterie ausgebildeten Energiespeicher gespeichert. Mit anderen Worten wird die von der elektrischen Maschine bereitgestellte elektrische Energie in den Energiespeicher eingespeichert. Die elektrische Maschine ist, da sie Bestandteil des fahrzeugeigenen Antriebsstrangs und zur Verwendung mit diesem ausgelegt ist, bestens zur Ladung des fahrzeugseitigen, beispielsweise als Batterie ausgebildeten Energiespeichers geeignet.The invention now provides for charging the energy store by means of the electric machine installed in the motor vehicle. For this purpose, the designated also as a traction machine electric machine, for example, designed as a hybrid or electric vehicle motor vehicle is driven by the electrical machine from the outside, that is supplied by means of the external relative to the motor vehicle mechanical power or mechanical energy. The mechanical energy transmitted in this way is converted into electrical energy by appropriate use of the electrical machine in the motor vehicle and stored in the energy accumulator designed, for example, as a battery. In other words, the electrical energy provided by the electric machine is stored in the energy store. The electric machine is, since it is part of the vehicle's powertrain and designed for use with this, ideally suited for charging the vehicle-side, designed for example as a battery energy storage.

Um die elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs mittels der von der Vorrichtung bereitgestellten mechanischen Energie anzutreiben, wird beispielsweise eine Ladevorrichtung verwendet, die in unterschiedlichen Ausführungsformen ausgeführt sein kann. Allen Ausführungsformen kann gemeinsam sein, dass ein zum Antreiben der elektrischen Maschine übertragenes Drehmoment zwischen Fahrzeugrädern des Kraftfahrzeugs und der elektrischen Maschine an dessen Antriebsstrang übertragen wird. In Abhängigkeit von der jeweiligen Ausführungsform kann eine zusätzliche Kupplung vorgesehen sein, die für den Zeitraum des Ladens die von der elektrischen Maschine grundsätzlich antreibbaren Fahrzeugräder des Kraftfahrzeugs von der elektrischen Maschine mechanisch trennt. Hierdurch kann die elektrische Maschine, insbesondere ihr Rotor mittels der zuvor genannten mechanischen Energie angetrieben werden, ohne dass die Fahrzeugräder des Kraftfahrzeugs angetrieben werden.In order to drive the electrical machine of the motor vehicle by means of the mechanical energy provided by the device, for example a charging device is used which can be embodied in different embodiments. All embodiments may have in common that transmitted to drive the electric machine torque between the vehicle wheels of the motor vehicle and the electric machine is transmitted to the drive train. Depending on the particular embodiment, an additional coupling may be provided which mechanically separates the vehicle wheels of the motor vehicle, which are generally drivable by the electric machine, from the electric machine for the period of loading. As a result, the electric machine, in particular its rotor can be driven by means of the aforementioned mechanical energy without the vehicle wheels of the motor vehicle being driven.

Bei einer ersten Ausführungsform kann die Verbindungsvorrichtung eine Wellenverbindung der elektrischen Maschine aufweisen. Hierbei verfügt die elektrische Maschine beispielsweise über die Möglichkeit, eine Welle mittels einer dafür geeigneten Verbindung wie beispielsweise eines Zapfens, eines Polygonprofils oder ähnlichem mit der elektrischen Maschine zu verbinden. Dies kann beispielsweise über einen Unterboden des Kraftfahrzeugs erfolgen. Mittels dieser Welle wird dann beim Laden von außen ein Drehmoment auf die elektrische Maschine übertragen, die diese mechanische Energie in elektrische Energie wandelt und letztere in dem Energiespeicher speichert.In a first embodiment, the connection device may comprise a shaft connection of the electric machine. In this case, the electric machine has, for example, the possibility of connecting a shaft to the electric machine by means of a connection suitable therefor, for example a pin, a polygonal profile or the like. This can be done for example via an underbody of the motor vehicle. By means of this shaft, a torque is then transferred to the electrical machine during charging from outside, which converts this mechanical energy into electrical energy Energy converts and stores the latter in the energy store.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Ladevorrichtung kann diese eine Wellenverbindung mit einem Differenzialgetriebe aufweisen. Die zur Übertragung des Drehmoments notwendige Welle wird im Bereich des Differenzialgetriebes mit dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs verbunden.In a second embodiment of the charging device, this may have a shaft connection with a differential gear. The necessary for the transmission of torque shaft is connected in the range of the differential gear with the drive train of the motor vehicle.

Bei einer dritten Ausführungsform kann eine Wellenverbindung eines Antriebsrads vorgesehen sein. Die zur Übertragung des Drehmoments vorgesehene Welle wird im Bereich wenigstens eines Antriebsrads des Kraftfahrzeugs mit dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs verbunden. Dies kann beispielsweise direkt an einer Felge oder auch im Bereich einer Bremsscheibe des Antriebsrads erfolgen.In a third embodiment, a shaft connection of a drive wheel may be provided. The shaft provided for transmitting the torque is connected in the region of at least one drive wheel of the motor vehicle to the drive train of the motor vehicle. This can for example be done directly on a rim or in the region of a brake disc of the drive wheel.

Um dann beispielsweise die elektrische Maschine über die Welle, über das Differenzialgetriebe und/oder das Antriebsrad mit der von der Vorrichtung bereitgestellten mechanischen Energie zu versorgen, sodass die elektrische Maschine die von der bezüglich des Kraftfahrzeugs externen Vorrichtung bereitgestellte mechanische Energie empfängt, kann vorgesehen sein, dass eine einfach auch als Rolle bezeichnete Fahrzeugrolle verwendet wird. Hierbei steht das Kraftfahrzeug über seine mit dem Antriebsstrang verbundenen Fahrzeugräder auf wenigstens einer angetriebenen Rolle. Ähnliches kann für eine Vorrichtung gelten, die das Kraftfahrzeug vom Boden anhebt, um die Räder frei drehen lassen zu können, was beispielsweise bei Radnabenmotoren vorgesehen sein kann. Wird nun beispielsweise mittels der Fahrzeugrolle wenigstens ein mechanisch mit der elektrischen Maschine verbundenes Fahrzeugrad des Kraftfahrzeugs angetrieben, so wird die elektrische Maschine über die Welle, über das Fahrzeugrad und/oder das Differenzialgetriebe mittels der Fahrzeugrolle angetrieben, wodurch die elektrische Maschine mechanische Energie empfängt.In order then to supply, for example, the electric machine via the shaft, via the differential gear and / or the drive wheel with the mechanical energy provided by the device so that the electric machine receives the mechanical energy provided by the device external to the motor vehicle, it can be provided. that a vehicle roll, also referred to simply as a roll, is used. Here, the motor vehicle is connected via its connected to the drive train vehicle wheels on at least one driven roller. The same can apply to a device that raises the motor vehicle from the ground in order to allow the wheels to rotate freely, which may be provided for example in wheel hub motors. If, for example, by means of the vehicle roller at least one vehicle wheel of the motor vehicle mechanically connected to the electric machine is driven, the electric machine is driven via the shaft, via the vehicle wheel and / or the differential gear by means of the vehicle roller, whereby the electric machine receives mechanical energy.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Laden des Energiespeichers mittels der von außen auf den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs zu übertragenden mechanischen Energie sieht hierfür beispielsweise einen bestimmten Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs vor. Dieser Betriebsmodus wird im Folgenden mechanisches Laden genannt. Im Rahmen des mechanischen Ladens empfängt die elektrische Maschine wenigstens ein Drehmoment mechanisch, welches von der bezüglich des Kraftfahrzeugs externen Vorrichtung bereitgestellt wird.The method according to the invention for charging the energy store by means of the mechanical energy to be transmitted externally to the drive train of the motor vehicle provides, for example, a specific operating mode of the motor vehicle. This mode of operation is hereafter called mechanical loading. In the context of mechanical loading, the electric machine mechanically receives at least one torque, which is provided by the device external to the motor vehicle.

Um den Vorgang des mechanischen Ladens zu starten, ist beispielsweise eine Aufforderung durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Dieser kann beispielsweise an eine geeignete Antriebsstation fahren und im Kraftfahrzeug den Betriebsmodus mechanisches Laden aktivieren. In der Folge werden die Vorbereitungen für das mechanische Laden getroffen. Dies kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Folgendes ist beispielsweise denkbar:

  • - das Fahrzeug steht bereits über einer geeigneten Antriebsstation, und der Fahrer startet im Anschluss an die Auswahl des Betriebsmodus im Fahrzeug an einem Bedienpult der Antriebsstation den Ladevorgang und die mechanische Verbindung wird in der Folge hergestellt.
  • - Das Fahrzeug fährt selbstständig im Anschluss an die Auswahl des Betriebsmodus selbstständig über die Antriebsstation.
  • - Das Fahrzeug kommuniziert mit der Antriebsstation, sodass der Ladevorgang nur im Fahrzeug gestattet werden muss.
In order to start the process of mechanical loading, for example, a request by the driver of the motor vehicle is provided. This can drive, for example, to a suitable drive station and activate the mode mechanical loading in the motor vehicle. As a result, the preparations for the mechanical loading are made. This can be done in different ways. The following is conceivable, for example:
  • - The vehicle is already on a suitable drive station, and the driver starts after the selection of the operating mode in the vehicle at a control panel of the drive station, the charging process and the mechanical connection is made in the sequence.
  • - The vehicle automatically moves on to the drive station following the selection of the operating mode.
  • - The vehicle communicates with the drive station, so charging must be permitted only in the vehicle.

Nachdem eine mechanische Verbindung zwischen der Antriebsstation und dem Antriebsstrang des Fahrzeugs besteht, wird von der Antriebsstation ein Drehmoment auf die elektrische Maschine zumindest mittelbar beziehungsweise direkt übertragen. Diese wandelt, da sie sich im generatorischen Betrieb befindet, die mechanische Energie in elektrische Energie um und speichert letztere in den Energiespeicher ein.After a mechanical connection between the drive station and the drive train of the vehicle, a torque is transmitted to the electric machine at least indirectly or directly from the drive station. Since it is in generator mode, it converts the mechanical energy into electrical energy and stores the latter in the energy store.

Der Vorgang des mechanischen Ladens kann durch den Fahrer unterbrochen werden. Spätestens bei vollständig geladenem Energiespeicher wird er selbstständig abgebrochen, was auf unterschiedliche Weise geschehen kann. Folgendes ist beispielsweise denkbar:

  • - Das Fahrzeug kommuniziert mit der Antriebsstation, und letztere beendet die Übertragung des Drehmoments und reduziert die Drehzahl der Welle auf Null.
  • - Das Fahrzeug kommuniziert nicht mit der Antriebsstation. Die elektrische Maschine verlässt den generatorischen Betrieb, sodass die Antriebsstation, die beispielsweise drehzahlgeregelt betrieben wird, das Antriebsdrehmoment reduziert. Bei Unterschreitung einer bestimmten Drehmomentschwelle schaltet sich die Antriebsstation ab.
The process of mechanical loading can be interrupted by the driver. At the latest when fully charged energy storage, it is automatically canceled, which can be done in different ways. The following is conceivable, for example:
  • The vehicle communicates with the drive station, and the latter stops the transmission of torque and reduces the speed of the shaft to zero.
  • - The vehicle does not communicate with the drive station. The electric machine leaves the regenerative mode, so that the drive station, which is operated, for example, speed-controlled, reduces the drive torque. When a certain torque threshold is undershot, the drive station shuts down.

Durch die Erfindung ist das Laden des Energiespeichers und somit des elektrifizierten Kraftfahrzeugs in kürzester Zeit zu günstigen Konditionen möglich. Weitere Vorteile sind:

  • - Größtmögliche Ladeleistung umsetzbar
  • - Signifikante Verkürzung der benötigten Ladedauer
  • - Steigerung der Kundenakzeptanz von elektrifizierten Fahrzeugen
  • - Verglichen zum elektrischen Laden ist die Einrichtung der Infrastruktur bei mechanischem Laden deutlich geringer
  • - Keine Verwendung von Ladekabel notwendig (Stolperfallen, Schmutz, Vandalismus)
  • - Unabhängigkeit von Energieversorgern zur Errichtung eines flächendeckenden Ladenetzes
  • - Vielfältige Möglichkeiten zum Antreiben der Antriebsvorrichtung (elektrisch, motorisch etc.)
By the invention, the charging of the energy storage and thus the electrified motor vehicle in the shortest possible time on favorable terms possible. Further advantages are:
  • - Greatest possible charging power feasible
  • - Significant reduction in the required charging time
  • - Increased customer acceptance of electrified vehicles
  • - Compared to electrical charging, the infrastructure of the mechanical charging infrastructure is much smaller
  • - No use of charging cable necessary (trip hazards, dirt, vandalism)
  • - Independence of energy suppliers for the establishment of a nationwide charging network
  • - Various possibilities for driving the drive device (electric, motor etc.)

Um ein Kraftfahrzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 5 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass der Energiespeicher besonders schnell und günstig geladen werden kann, ist erfindungsgemäß eine Verbindungsvorrichtung vorgesehen, über welche die elektrische Maschine mit einer bezüglich des Kraftfahrzeugs externen Vorrichtung koppelbar und dadurch mit der von der Vorrichtung bereitgestellten mechanischen Energie versorgbar ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs anzusehen und umgekehrt.In order to develop a motor vehicle specified in the preamble of claim 5 type such that the energy storage can be charged very quickly and cheaply, a connecting device is provided according to the invention, via which the electric machine with a relative to the motor vehicle external device coupled and thereby with the of Device provided mechanical energy is supplied. Advantages and advantageous embodiments of the method according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the motor vehicle according to the invention and vice versa.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or alone in the single figure can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone, without the frame to leave the invention.

Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Seitenansicht eines zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildeten Kraftfahrzeugs.The drawing shows in the single FIGURE is a schematic side view of an embodied for performing a method according to the invention motor vehicle.

Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Kraftfahrzeug 10, welches als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Antriebsstrang 12 auf, mittels welchem das Kraftfahrzeug 10 antreibbar ist. Hierzu umfasst der Antriebsstrang 12 antreibbare Räder, von denen in der Fig. ein mit 14 bezeichnetes Rad erkennbar ist. Das Kraftfahrzeug 10 ist als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet, sodass das jeweilige Rad 14 und somit das Kraftfahrzeug 10 insgesamt zumindest elektrisch angetrieben werden können.The single FIGURE shows a schematic side view of a motor vehicle 10 , which is designed as a motor vehicle, especially as a passenger car. The car 10 has a drive train 12 on, by means of which the motor vehicle 10 is drivable. This includes the powertrain 12 drivable wheels, of which in the Fig. A wheel designated 14 can be seen. The car 10 is designed as a hybrid or electric vehicle, so that the respective wheel 14 and thus the motor vehicle 10 total can be driven at least electrically.

Hierzu umfasst das Kraftfahrzeug 10 wenigstens einen beispielsweise als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildeten Energiespeicher 16, in beziehungsweise mittels welchem elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden kann. Des Weiteren umfasst das Kraftfahrzeug 10, insbesondere der Antriebsstrang 12, wenigstens eine elektrische Maschine 18, mittels welcher das wenigstens eine Rad 14 und somit das Kraftfahrzeug 10 insgesamt elektrisch angetrieben werden können. Die elektrische Maschine 18 wird daher auch als Traktionsmaschine bezeichnet. Die elektrische Maschine 18 ist in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar. In dem Motorbetrieb kann die elektrische Maschine 18 das Rad 14 und somit das Kraftfahrzeug 10 insgesamt elektrisch antreiben. Um die elektrische Maschine 18 in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine 18 mit in dem Energiespeicher 16 gespeicherter elektrischer Energie versorgt.For this purpose, the motor vehicle includes 10 at least one, for example, as a battery, in particular as a high-voltage battery (HV battery) formed energy storage 16 , in or by means of which electrical energy or electric current can be stored. Furthermore, the motor vehicle includes 10 , especially the powertrain 12 , at least one electric machine 18 , by means of which the at least one wheel 14 and thus the motor vehicle 10 can be driven electrically in total. The electric machine 18 is therefore also called a traction machine. The electric machine 18 is in an engine operation and thus operable as an electric motor. In the engine operation, the electric machine 18 the wheel 14 and thus the motor vehicle 10 drive electrically in total. To the electric machine 18 to operate in the engine operation, the electric machine 18 with in the energy storage 16 stored electrical energy supplied.

Die elektrische Maschine 18 ist auch generatorisch und somit in einem Generatorbetrieb, das heißt als Generator, betreibbar. In dem Generatorbetrieb wird die elektrische Maschine 18 mechanisch angetrieben, indem die elektrische Maschine 18 mechanische Energie empfängt. Dies bedeutet, dass die elektrische Maschine 18 mit mechanischer Energie versorgt wird. Die elektrische Maschine 18 wandelt zumindest ein Teil der mechanischen Energie, die von der elektrischen Maschine 18 empfangen wird, in elektrische Energie um, die von der elektrischen Maschine 18 in dem Generatorbetrieb bereitgestellt wird. Die von der elektrischen Maschine 18 bereitgestellte elektrische Energie wird von der elektrischen Maschine 18 zu dem Energiespeicher 16 geführt und in den Energiespeicher 16 eingespeichert, wodurch der Energiespeicher 16 geladen wird. Mit anderen Worten wird der Energiespeicher 16 mit der von der elektrischen Maschine 18 bereitgestellten elektrischen Energie versorgt, welche in dem Energiespeicher 16 gespeichert wird. Hierdurch wird der Energiespeicher 16 geladen.The electric machine 18 is also regenerative and thus in a generator mode, that is, as a generator, operable. In the generator mode, the electric machine 18 is mechanically driven by the electric machine 18 receives mechanical energy. This means that the electric machine 18 supplied with mechanical energy. The electric machine 18 converts at least part of the mechanical energy generated by the electrical machine 18 is received into electrical energy by the electric machine 18 is provided in the generator mode. The of the electric machine 18 Provided electrical energy is supplied by the electric machine 18 to the energy store 16 led and into the energy storage 16 stored, causing the energy storage 16 is loaded. In other words, the energy storage 16 with that of the electric machine 18 provided electrical energy, which in the energy storage 16 is stored. As a result, the energy storage 16 loaded.

Um nun den Energiespeicher 16 besonders schnell und günstig laden zu können, empfängt die elektrische Maschine 18 im Rahmen eines Verfahrens zum Laden des Energiespeichers 16 von einer bezüglich des Kraftfahrzeugs 10 externen Vorrichtung 20 bereitgestellte mechanische Energie und wandelt die mechanische Energie, die die elektrische Maschine 18 von der bezüglich des Kraftfahrzeugs 10 externen Vorrichtung 20 empfängt, in elektrische Energie um, die von der elektrischen Maschine 18 bereitgestellt wird. Wie zuvor beschrieben, wird die von der elektrischen Maschine 18 bereitgestellte elektrische Energie dem Energiespeicher 16 zugeführt und in diesem gespeichert, wodurch der Energiespeicher 16 geladen wird. Hierzu weist das Kraftfahrzeug 10 beispielsweise eine Verbindungsvorrichtung 22 auf, über welche die elektrische Maschine 18 mit der bezüglich des Kraftfahrzeugs 10 externen Vorrichtung 20 drehmomentübertragend koppelbar und dadurch mit der von der Vorrichtung 20 bereitgestellten mechanischen Energie versorgbar ist.To now the energy storage 16 To be able to load particularly quickly and cheaply receives the electric machine 18 in the context of a method for charging the energy store 16 from one of the motor vehicle 10 external device 20 provided mechanical energy and converts the mechanical energy that the electric machine 18 from the respect of the motor vehicle 10 external device 20 receives, into electrical energy, that of the electric machine 18 provided. As previously described, that of the electric machine 18 provided electrical energy to the energy storage 16 supplied and stored in this, whereby the energy storage 16 is loaded. For this purpose, the motor vehicle 10, for example, a connecting device 22 on, over which the electric machine 18 with respect to the motor vehicle 10 external device 20 torque transmitting coupled and thereby with that of the device 20 provided mechanical energy is supplied.

Die elektrische Maschine 18, insbesondere ihr Rotor, wird beispielsweise über eine Welle direkt mit der Vorrichtung 20 drehmomentübertragend verbunden. Stellt nun die Vorrichtung 20 wenigstens ein Drehmoment und somit mechanische Energie bereit, so kann das Drehmoment beziehungsweise die von der Vorrichtung 20 bereitgestellte mechanische Energie über die Welle direkt an die elektrische Maschine 18 übertragen werden, sodass die elektrische Maschine 18 die von der Vorrichtung 20 bereitgestellte elektrische Energie unter Umgehung des übrigen, von der elektrischen Maschine 18 unterschiedlichen Antriebsstrangs 12 empfängt.The electric machine 18 , in particular its rotor, for example, via a shaft directly with the device 20 connected torque transmitting. If the device 20 now provides at least one torque and thus mechanical energy, then the torque or that of the device can 20 provided mechanical energy via the shaft directly to the electric machine 18 be transferred, so that the electric machine 18 the from the device 20 provided electrical energy, bypassing the rest, from the electric machine 18 different powertrain 12 receives.

Ferner ist es denkbar, dass die elektrische Maschine 18 mit der von der Vorrichtung 20 bereitgestellten elektrischen Energie über wenigstens eine von der elektrischen Maschine 18 unterschiedliche Komponente des Antriebsstrangs 12 versorgt wird. Als die Komponente wird beispielsweise ein Differenzialgetriebe verwendet, über welches die Räder 14 von der elektrischen Maschine 18 elektrisch angetrieben werden können. Alternativ oder zusätzlich werden als die Komponente eines der Räder 14 oder beide Räder 14 verwendet. Werden beispielsweise das Differenzialgetriebe und/oder die Räder 14 mittels der Vorrichtung 20 angetrieben, indem die von der Vorrichtung 20 bereitgestellte mechanische Energie zunächst auf das Differenzialgetriebe beziehungsweise auf die Räder 14 übertragen wird, so wird in der Folge die elektrische Maschine 18 über das Differenzialgetriebe und/oder die Räder 14 von der Vorrichtung 20 beziehungsweise von der von der Vorrichtung 20 bereitgestellten mechanischen Energie angetrieben.Furthermore, it is conceivable that the electric machine 18 with that of the device 20 provided electrical energy via at least one of the electric machine 18 different component of the powertrain 12 is supplied. As the component, for example, a differential gear is used, via which the wheels 14 of the electric machine 18 can be driven electrically. Alternatively or additionally, as the component, one of the wheels 14 or both wheels 14 used. For example, the differential gear and / or the wheels 14 by means of the device 20 powered by the device 20 provided mechanical energy first on the differential gear or on the wheels 14 is transferred, so in the sequence, the electric machine 18 via the differential gear and / or the wheels 14 from the device 20 or from the device 20 powered mechanical energy.

Das zuvor beschriebene Laden des Energiespeichers 16 findet vorzugsweise statt, während sich das Kraftfahrzeug 10 in seinem Stillstand befindet.The charging of the energy storage described above 16 preferably takes place while the motor vehicle 10 is at a standstill.

Um den Energiespeicher 16 mithilfe der elektrischen Maschine 18 des Kraftfahrzeugs 10 zu laden, wird beispielsweise eine Schaltungsanordnung zur Rückgewinnung von elektrischer Energie aus kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs 10 genutzt. Insgesamt ist erkennbar, dass wenigstens ein von der Vorrichtung 20 bereitgestelltes mechanisches Drehmoment auf die elektrische Maschine 18 übertragen wird, um dadurch aus von extern zugeführter mechanischer Energie elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers 16 zu gewinnen. Da die Vorrichtung 20 eine bezüglich des Kraftfahrzeugs 10 externe Vorrichtung ist, wird das Drehmoment beziehungsweise die mechanische Energie zum Laden des Energiespeichers 16 von außerhalb des Kraftfahrzeugs 10 der elektrischen Maschine 18 zugeführt.To the energy storage 16 using the electric machine 18 of the motor vehicle 10 To load, for example, a circuit arrangement for the recovery of electrical energy from kinetic energy of the motor vehicle 10 used. Overall, it can be seen that at least one of the device 20 provided mechanical torque to the electric machine 18 is transmitted to thereby gain from externally supplied mechanical energy electrical energy for charging the energy storage 16. Because the device 20 is an external device relative to the motor vehicle 10, the torque or the mechanical energy for charging the energy storage 16 from outside the motor vehicle 10 of the electric machine 18 fed.

Die Versorgung der elektrischen Maschine 18 mit der von außerhalb bereitgestellten mechanischen Energie erfolgt beispielsweise über eine Wellenverbindung zum Differenzialgetriebe, über eine Wellenverbindung zu wenigstens einem der Räder 14 und/oder über eine Wellenverbindung zur elektrischen Maschine 18. Auf diese Weise kann der Energiespeicher 16 effizient und effektiv geladen werden, insbesondere während das Kraftfahrzeug 10 still steht.The supply of the electric machine 18 with the provided from outside mechanical energy, for example, via a shaft connection to the differential gear, via a shaft connection to at least one of the wheels 14 and / or via a shaft connection to the electric machine 18 , In this way, the energy storage 16 be charged efficiently and effectively, especially during the motor vehicle 10 stands still.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Kraftfahrzeugmotor vehicle
1212
Antriebsstrangpowertrain
1414
Radwheel
1616
Energiespeicherenergy storage
1818
elektrische Maschineelectric machine
2020
Vorrichtungcontraption
2222
Verbindungsvorrichtungconnecting device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102015225441 A1 [0004]DE 102015225441 A1 [0004]
  • DE 102009024628 A1 [0005]DE 102009024628 A1 [0005]

Claims (5)

Verfahren zum Laden eines Energiespeichers (16) eines Kraftfahrzeugs (10) mit elektrischer Energie, bei welchem wenigstens eine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (10) ausgebildete und von dem Energiespeicher (16) mit elektrischer Energie versorgbare elektrische Maschine (18) des Kraftfahrzeugs (10) mechanische Energie empfängt, welche mittels der elektrischen Maschine (18) in elektrische Energie umgewandelt wird, die von der elektrischen Maschine (18) bereitgestellt, dem Energiespeicher (16) zugeführt und in dem Energiespeicher (16) gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (18) die von einer bezüglich des Kraftfahrzeugs (10) externen Vorrichtung (20) bereitgestellte mechanische Energie empfängt und in elektrische Energie umwandelt.Method for charging an energy store (16) of a motor vehicle (10) with electrical energy, in which at least one electric machine (18) of the motor vehicle (10) that is designed to drive the motor vehicle (10) and can be supplied with electrical energy by the energy store (16) receives mechanical energy which is converted by means of the electric machine (18) into electrical energy provided by the electric machine (18), supplied to the energy store (16) and stored in the energy store (16), characterized in that the electrical Machine (18) receives from a relative to the motor vehicle (10) external device (20) provided mechanical energy and converted into electrical energy. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (18) die von der Vorrichtung (20) bereitgestellte mechanische Energie direkt und dadurch unter Umgehung von von der elektrischen Maschine (18) unterschiedlichen Komponenten des Kraftfahrzeugs (10) von der Vorrichtung (20) empfängt.Method according to Claim 1 , characterized in that the electrical machine (18) receives the mechanical energy provided by the device (20) directly and thereby bypassing components of the motor vehicle (10) that are different from the electric machine (18) from the device (20). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Vorrichtung (20) bereitgestellte mechanische Energie über wenigstens eine von der elektrischen Maschine (18) unterschiedliche Komponente eines Antriebsstrangs (12) des Kraftfahrzeugs (10) auf die elektrische Maschine (18) übertragen wird.Method according to Claim 1 , characterized in that the mechanical energy provided by the device (20) is transmitted to the electric machine (18) via at least one component of a drive train (12) of the motor vehicle (10) that is different from the electric machine (18). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als die Komponente wenigstens ein Rad (14) und/oder wenigstens ein Getriebe, insbesondere ein Differentialgetriebe, und/oder wenigstens eine Welle des Antriebsstrangs (12) verwendet wird.Method according to Claim 3 , characterized in that as the component at least one wheel (14) and / or at least one transmission, in particular a differential gear, and / or at least one shaft of the drive train (12) is used. Kraftfahrzeug (10), mit wenigstens einem Energiespeichers (16) zum Speichern von elektrischer Energie, mit wenigstens einer zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (10) ausgebildeten und von dem Energiespeicher (16) mit elektrischer Energie versorgbaren elektrischen Maschine (18), welche dazu ausgebildet ist, mechanische Energie zu empfangen, die empfangene mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, die elektrische Energie bereitzustellen und zum Laden des Energiespeichers (16) diesem zuzuführen, gekennzeichnet durch eine Verbindungsvorrichtung (22), über welche die elektrische Maschine (18) mit einer bezüglich des Kraftfahrzeugs (10) externen Vorrichtung (20) koppelbar und dadurch mit der von der Vorrichtung (20) bereitgestellten mechanischen Energie versorgbar ist.Motor vehicle (10), with at least one energy storage device (16) for storing electrical energy, with at least one for driving the motor vehicle (10) formed and of the energy storage (16) can be supplied with electrical energy electrical machine (18) which is adapted thereto receive mechanical energy, convert the received mechanical energy into electrical energy, provide the electrical energy and supply it to charge the energy store (16), characterized by a connection device (22) via which the electric machine (18) is moved with respect to the Motor vehicle (10) external device (20) can be coupled and thereby supplied with the mechanical energy provided by the device (20).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102015225441A1 (en) 2015-12-16 2017-08-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Energy storage cell compensation system for a high-voltage accumulator arranged in a vehicle

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