DE102019127136A1 - Energy exchange device for electrical energy between two mobile energy storage systems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energieaustauschvorrichtung (1), die ausgebildet ist, elektrische Energie zwischen zwei mobilen Energiespeichersystemen (E1, E2) in Fahrzeugen (F1, F2) zu übertragen, umfassend eine elektrische Verbindungsleitung (10), an dessen Enden (10a, 10b) je ein elektrischer Fahrzeugverbinder (20) angebracht ist, um eine elektrische Verbindung mit einer jeweiligen Ladebuchse (L1, L2) an einem der jeweiligen Fahrzeuge (F1, F2) herzustellen, sowie eine vorzugsweise zwischen den beiden Fahrzeugverbindern (20) angebrachte Steuerungseinrichtung (30), die ausgebildet ist, einen elektrischen Energieübertragungsvorgang zwischen den Energiespeichersystemen (E1, E2) zu steuern und ferner mit einem Energieerfassungsmodul ausgebildet ist, das die zwischen den Energiespeichersystemen (E1, E2) übertragenen elektrische Energie ΔE erfasst und daraus Daten generiert, um diese an einer integrierten oder externen Anzeigeeinrichtung (A) darstellen zu können.The invention relates to an energy exchange device (1) which is designed to transmit electrical energy between two mobile energy storage systems (E1, E2) in vehicles (F1, F2), comprising an electrical connecting line (10) at the ends (10a, 10b) of which an electrical vehicle connector (20) is attached in each case in order to establish an electrical connection with a respective charging socket (L1, L2) on one of the respective vehicles (F1, F2), as well as a control device (30) preferably attached between the two vehicle connectors (20) , which is designed to control an electrical energy transfer process between the energy storage systems (E1, E2) and is also designed with an energy detection module that detects the electrical energy ΔE transferred between the energy storage systems (E1, E2) and generates data therefrom in order to transfer it to a integrated or external display device (A).

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieaustauschvorrichtung elektrischer Energie zwischen zwei mobilen Energiespeichersystemen in Fahrzeugen.The invention relates to an energy exchange device for electrical energy between two mobile energy storage systems in vehicles.

In vielen Elektrofahrzeugen einschließlich Einsteck-Elektrohybridfahrzeugen wird eine Fahrzeugbatterie in der Regel von einer Netzstromquelle wie z.B. einem öffentlichen oder privaten Netzzugang geladen, der Elektrizität und demnach elektrisch speicherbare Energie von einem elektrischen Netz empfängt. Zum Laden wird ein Ladekabel verwendet, um die Netzstromquelle mit der Fahrzeugbatterie zu verbinden. Nach dem Herstellen der elektrischen Verbindung beginnt das Fahrzeugladesystem mit dem Laden der Fahrzeugbatterie, bis die Batterie bis zu einem bestimmten gewünschter Ladezustand geladen ist. Um zum Beispiel Kosten zu reduzieren, kann ein Benutzer mit dem Ankoppeln eines Fahrzeuges solange warten, bis die Netztarife auf einem gewünschten Niveau sind, wie z. B. zu einem Nachtstromtarif während der Nachtzeit. Bei einer solchen Ladetopologie ist allerdings immer erforderlich, dass eine Kombination eines Netzanschlusses mit ausreichend hoher Netzkapazität für das Fahrzeug zur Verfügung steht.In many electric vehicles, including plug-in hybrid electric vehicles, a vehicle battery is typically charged from a mains power source such as a public or private network access that receives electricity and thus electrically storable energy from an electrical network. For charging, a charging cable is used to connect the mains power source to the vehicle battery. After the electrical connection has been established, the vehicle charging system begins charging the vehicle battery until the battery is charged to a certain desired state of charge. In order to reduce costs, for example, a user can wait until the network tariffs are at a desired level before coupling a vehicle, e.g. B. at a night electricity tariff during the night. With such a charging topology, however, it is always necessary that a combination of a network connection with a sufficiently high network capacity is available for the vehicle.

Im Stand der Technik gibt es aber derzeit keine brauchbaren und effizienten Lösungen, wie einerseits ohne einen Anschluss an einer fest installierten d. h. immobilen Anbindung mit ausreichendem Ladespannungspegel eine Fahrzeugbatterie aufgeladen werden kann.In the prior art, however, there are currently no useful and efficient solutions, such as on the one hand without a connection to a permanently installed d. H. immobile connection with a sufficient charge voltage level, a vehicle battery can be charged.

So sind auch weitere Probleme im Stand der Technik bisher ungelöst, wie z. B. die Problematik, dass man aus einem ggf. vorhandenen Energiespeicher mit den herkömmlichen den Fahrzeugen beigefügten Ladekabeln, die an einer Wall-Box oder Ladesäule angeschlossen werden sollen, keine Energie in die vorhandene Bord-Batterie übertragen kann, da die technischen Voraussetzungen dazu fehlen. Bereits das Lademanagement würde einen Ladevorgang nicht zulassen.Further problems in the prior art are also so far unsolved, such as, for. B. the problem that you can not transfer energy from an existing energy storage device with the conventional charging cables attached to the vehicles, which are to be connected to a wall box or charging station, because the technical prerequisites for this are missing . Even the charging management would not allow a charging process.

Ein derzeit bestehendes und insgesamt unbefriedigend gelöstes Problem bei der Elektromobilität besteht aber darin, dass Ladesäulen nicht überall und schon gar nicht an gewünschten Parkpositionen verfügbar sind. Ebenfalls von Nachteil ist der Umstand, dass man als Besitzer oder Nutzer eines E-Fahrzeugs darauf angewiesen ist, die gerade zum Zeitpunkt des Ladevorgangs angebotenen Stromtarife zahlen zu müssen, wenn ein Ladevorgang erforderlich ist.A current problem with electromobility that has been unsatisfactorily resolved is that charging stations are not available everywhere, and certainly not at the desired parking positions. Another disadvantage is the fact that the owner or user of an e-vehicle is dependent on having to pay the electricity tariffs offered at the time of the charging process if a charging process is required.

Andererseits befinden sich an Orten ohne Ladesäule ggf. in näherer Umgebung weitere Elektrofahrzeuge, die gerade zu diesem Zeitpunkt einen Energieüberschuss aufweisen und die überschüssige Energie kostengünstiger als an einer nahegelegenen Ladesäule zur Verfügung stellen könnten. Denkbar ist auch eine Konstellation bei der das eine Fahrzeug eine Ladeniveau von z. B. 85% und das zweite Fahrzeug einen Ladezustand von 55% besitzt, wobei das erste Fahrzeug in Kürze eine große Distanz zurücklegen will und daher einen Ladezustand von 100% wünschenswert wäre, während das weitere Fahrzeug kurzfristig auch mit einem Ladeniveau von z. B. 40% auskommen würde.On the other hand, there may be other electric vehicles in the immediate vicinity at locations without a charging station, which have an energy surplus at this point in time and which could provide the surplus energy more cheaply than at a nearby charging station. A constellation is also conceivable in which one vehicle has a loading level of z. B. 85% and the second vehicle has a state of charge of 55%, the first vehicle wants to cover a long distance and therefore a state of charge of 100% would be desirable, while the other vehicle for a short time with a charge level of z. B. 40% would get by.

Betrachtet man nun die Vielzahl von verfügbaren Elektrofahrzeugen, die gegenseitig elektrische Energie austauschen könnten, so fehlt es an einer technischen Einrichtung, wie elektrische Energie abhängig von den unterschiedlichen Ladekonstellationen zwischen mobilen Energiespeichern in Fahrzeugen übertragen werden kann. Dabei sind insbesondere keine technischen Vorrichtungen verfügbar, welche die folgenden Konstellationen abdecken:

  1. a) Übertragen der elektrischen Energie von einem ersten mobilen Energiespeicher eines ersten Fahrzeugs mit einem höheren Spannungs- oder Ladepegel zu einem zweiten mobilen Energiespeicher eines zweiten Fahrzeugs mit einem niedrigere Spannungs- oder Ladepegel;
  2. b) Übertragen der elektrischen Energie von einem ersten mobilen Energiespeicher eines ersten Fahrzeugs mit einem niedrigeren Spannungs- oder Ladepegel zu einem zweiten mobilen Energiespeicher eines zweiten Fahrzeugs mit einem höheren Spannungs- oder Ladepegel;
  3. c) Übertragen der elektrischen Energie von einem ersten mobilen Energiespeicher eines ersten Fahrzeugs zu einem zweiten mobilen Energiespeicher eines zweiten Fahrzeugs bei dem während des Energieübertragungsvorgangs der Pegel von einem höheren zu einem niedrigeren Pegel überwechselt und umgekehrt (z. B. anfänglich 1. Fahrzeug 60% Ladepegel und das 2. Fahrzeug 40% Ladepegel, wobei der Endzustand genau umgekehrt ist, so dass sich beim Überschreiten der 50% zu 50% Konstellation die Situation ergibt, dass nun das Fahrzeug mit dem höheren Lade- oder Spannungspegel von einem Fahrzeug mit niedrigerem Lade- oder Spannungspegel weiter geladen werden soll. Diese Situation stellt sich bei einer Ladesäule nie, da Netzspannungsseitig immer ausreichend hohe Ladekapazität und Ladespannung zur Verfügung steht.
  4. d) Erfassen und Abrechnen der übertragenen elektrischen Energie zwischen den beteiligten Fahrzeugen zu variablen, insbesondere einseitig bestimmbaren Stromtarifen. So kann ein Fahrzeug mit hoher Ladekapazität als Stromanbieter agieren und zu eigenen Stromtarifen anderen Fahrzeugnutzern Strom mobil anbieten.
If you now consider the large number of available electric vehicles that could mutually exchange electrical energy, there is a lack of technical equipment for how electrical energy can be transmitted between mobile energy storage devices in vehicles depending on the different charging constellations. In particular, no technical devices are available that cover the following constellations:
  1. a) transferring the electrical energy from a first mobile energy store of a first vehicle with a higher voltage or charge level to a second mobile energy store of a second vehicle with a lower voltage or charge level;
  2. b) transferring the electrical energy from a first mobile energy store of a first vehicle with a lower voltage or charge level to a second mobile energy store of a second vehicle with a higher voltage or charge level;
  3. c) Transferring the electrical energy from a first mobile energy storage device of a first vehicle to a second mobile energy storage device of a second vehicle in which the level changes from a higher to a lower level and vice versa during the energy transfer process (e.g. initially 1st vehicle 60% Charge level and the 2nd vehicle 40% charge level, whereby the final state is exactly the opposite, so that when the 50% to 50% constellation is exceeded, the situation arises that the vehicle with the higher charge or voltage level is now replaced by a vehicle with a lower charge - or voltage level is to be charged further This situation never arises with a charging station, since there is always a sufficiently high charging capacity and charging voltage available on the mains voltage side.
  4. d) Detecting and billing the transmitted electrical energy between the participating vehicles to be variable, in particular unilaterally determinable electricity tariffs. A vehicle with a high charging capacity can act as an electricity provider and offer other vehicle users mobile electricity at its own electricity tariffs.

Derzeit ist im Stand der Technik keine Lösung verfügbar, um die zuvor genannten Ziele zu erreichen. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorgenannte Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und eine Energieaustauschvorrichtung vorzuschlagen, mit der elektrische Energie zwischen zwei mobilen Energiespeichersystemen in Fahrzeugen auf Abrechnungsbasis übertragen werden kann.There is currently no solution available in the prior art to achieve the aforementioned goals. The invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages in the prior art and proposing an energy exchange device with which electrical energy can be transferred between two mobile energy storage systems in vehicles on a billing basis.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the combination of features according to claim 1.

Erfindungsgemäß wird hierzu eine Energieaustauschvorrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist, elektrische Energie zwischen zwei mobilen Energiespeichersystemen (z. B. Fahrzeugbatterien zum Antrieb von E-Motoren) in Fahrzeugen zu übertragen, umfassend eine elektrische Verbindungsleitung, an dessen Enden je ein elektrischer Fahrzeugverbinder angebracht ist, um eine elektrische Verbindung mit einer jeweiligen Ladebuchse an einem der jeweiligen Fahrzeuge herzustellen, sowie eine vorzugsweise schaltungstechnisch zwischen den beiden Fahrzeugverbindern angebrachte Steuerungseinrichtung, die ausgebildet ist, einen elektrischen Energieübertragungsvorgang zwischen den Energiespeichersystemen zu steuern. Erfindungsgemäß ist die Energieaustauschvorrichtung ferner mit einem Energieerfassungsmodul ausgebildet, welches die zwischen den Energiespeichersystemen übertragene elektrische Energie ΔE sowie dessen Übertragungsrichtung erfasst und daraus Daten generiert, um diese an einer integrierten oder externen Anzeigeeinrichtung darstellen zu können.According to the invention, an energy exchange device is provided for this purpose, which is designed to transfer electrical energy between two mobile energy storage systems (e.g. vehicle batteries for driving electric motors) in vehicles, comprising an electrical connection line, at each end of which an electrical vehicle connector is attached, in order to establish an electrical connection with a respective charging socket on one of the respective vehicles, as well as a control device which is preferably connected in terms of circuitry between the two vehicle connectors and is designed to control an electrical energy transfer process between the energy storage systems. According to the invention, the energy exchange device is also designed with an energy acquisition module which acquires the electrical energy ΔE transmitted between the energy storage systems and its direction of transmission and generates data therefrom in order to be able to display them on an integrated or external display device.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Energieaustauschvorrichtung als eine bi-direktionale Energieübertragungseinrichtung ausgebildet, die somit unabhängig von der Frage, welcher Fahrzeugverbinder an welchem Fahrzeug eingesteckt ist, wahlweise elektrische Energie von dem einen zu dem anderen Fahrzeug oder umgekehrt übertragen kann.In an advantageous embodiment, the energy exchange device is designed as a bi-directional energy transmission device, which can thus optionally transmit electrical energy from one vehicle to the other or vice versa, regardless of which vehicle connector is plugged into which vehicle.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein System aus einer Energieaustauschvorrichtung und Adapterstecker zum Anschluss der Fahrzeugverbinder der Energieaustauschvorrichtung an das Fahrzeug ausgeführt. Auf diese Weise lassen sich mit einer Energieaustauschvorrichtung auch Fahrzeuge unterschiedlicher Hersteller und Ausführung energetisch miteinander zum Energieaustausch koppeln.In a further advantageous embodiment, a system comprising an energy exchange device and adapter plug for connecting the vehicle connector of the energy exchange device to the vehicle is implemented. In this way, vehicles of different manufacturers and designs can also be energetically coupled with one another for energy exchange with an energy exchange device.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Energieaustauschvorrichtung einstückig und somit gebrauchsfertig ausgebildet ist. Dies erspart, dem Anwender mühevolle Anschluss- und Verkabelungsaufwand. Hierzu ist die komplette Steuerungstechnik in einem Kabelsatz zur Ausbildung der Energieaustauschvorrichtung integriert.It is particularly advantageous if the energy exchange device is designed in one piece and is therefore ready for use. This saves the user tedious connection and cabling work. For this purpose, the complete control technology is integrated in a cable set to form the energy exchange device.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mit der Energieaustauschvorrichtung auch elektrische Energie von Fahrzeugen mit einem niedrigeren Ladeniveau an Fahrzeuge mit einem höheren Ladeniveau übertragen werden können. Hierzu weist die Steuerung mit Vorteil wenigstens einen elektronische Spannungswandler bzw. einen DC/DC-Wandler auf, um das jeweilige Spannungsniveau auf der Eingangsseite bzw. an der Abnahmeseite geeignet anzuheben oder abzusenken. Weiter Vorteilhaft ist das Vorsehen eines Gleichspannungszwischenkreises zum Puffern der elektrischen Energie über einen Zwischenkreiskondensator. Ergänzend kann nach dem Gleichspannungszwischenkreis eine weiterer Spannungswandler vorgesehen sein, wobei jeweils der eingangsseitig angeordnete Spannungswandler primär zur Spannungswandlung vorgesehen ist.In a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the energy exchange device can also be used to transfer electrical energy from vehicles with a lower charge level to vehicles with a higher charge level. For this purpose, the control advantageously has at least one electronic voltage converter or a DC / DC converter in order to appropriately raise or lower the respective voltage level on the input side or on the removal side. It is also advantageous to provide a DC voltage intermediate circuit for buffering the electrical energy via an intermediate circuit capacitor. In addition, a further voltage converter can be provided after the DC voltage intermediate circuit, the voltage converter arranged on the input side being provided primarily for voltage conversion.

Weiter vorteilhaft wird ein Erfassungsmodul, vorzugsweise in der Steuerungseinrichtung integriert, vorgesehen ist, welches ausgebildet ist, um elektrische und/oder physikalische Eigenschaften der angeschlossenen Energiespeichersystemen zu erfassen und davon abhängig den Energieübertragungsvorgang zwischen den Energiespeichersystemen zu steuern. Weiter vorteilhaft ist die Verknüpfung mit einem drahtgebundenen oder drahtlos verbundenen Kommunikationsmodul, auf das an späterer Stelle noch genauer eingegangen wird, welches über eine oder mehrere Kommunikationsleitungen oder durch eine Power Line Communication mit den angeschlossenen Einheiten kommunizieren kann.A detection module, preferably integrated in the control device, is also advantageously provided, which is designed to detect electrical and / or physical properties of the connected energy storage systems and to control the energy transfer process between the energy storage systems as a function thereof. Also advantageous is the link with a wired or wirelessly connected communication module, which will be discussed in more detail later, which can communicate with the connected units via one or more communication lines or by power line communication.

Um die Energieübertragung und den Lade- bzw. Entladevorgang optimiert zu steuern, gehören zu den erfassbaren elektrischen und/oder physikalischen Eigenschaften der angeschlossenen Energiespeichersystemen, die vom Erfassungsmodul erfasst werden, mindestens das Spannungsniveau und/oder das Ladeniveau und/oder die zur Verfügung stehende elektrische Energie im jeweiligen Energiespeicher.In order to control the energy transfer and the charging or discharging process in an optimized way, the detectable electrical and / or physical properties of the connected energy storage systems that are detected by the detection module include at least the voltage level and / or the charge level and / or the electrical available Energy in the respective energy storage.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ferner ein Stromerfassungsmodul, vorzugsweise ein Stromzähler vorgesehen ist, um den von einem Energiespeichersystem auf das jeweils andere Energiespeichersystem fließenden bzw. übertragenen Strom bzw. die übertragene elektrische Leistung in kW quantitativ zu erfassen.In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that a current recording module, preferably an electricity meter, is also provided in order to quantitatively record the current flowing or transmitted from one energy storage system to the other energy storage system or the transmitted electrical power in kW.

Weiter vorteilhaft ist eine Benutzerschnittstelle, um technische Parameter für die Übertragung einzugeben, wie z. B. die maximal zu übertragende Leistung in kW.A user interface is also advantageous in order to enter technical parameters for the transmission, such as B. the maximum power to be transmitted in kW.

Weiter ist mit Vorteil vorgesehen, dass eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, welche aus der zwischen den Energiespeichersystemen übertragenen elektrische Energie ΔE einen Wert, insbesondere einen wirtschaftlich messbaren Wert z. B. in einer auswählbaren Währung ermittelt, um diese an einer integrierten oder externen Anzeigeeinrichtung darstellen zu können. Auf diese Weise können nach dem Übertragungsvorgang von einer bestimmten elektrischen Leistung in kW den Benutzern angezeigt werden, welcher Wert sich dahinter verbirgt (z. B. 10 kW übertragen für 2 EUR).Furthermore, it is advantageously provided that an evaluation device is provided which, from the electrical energy .DELTA.E transmitted between the energy storage systems, a value, in particular an economically measurable value z. B. determined in a selectable currency in order to be able to display it on an integrated or external display device. In this way, after the transfer process of a certain electrical power in kW, users can see which value is hidden behind it (e.g. 10 kW transferred for 2 EUR).

Wie bereits zuvor erläutert, ist mit Vorteil eine Kommunikationsschnittstelle vorgesehen, welche kommunikativ mit der Steuerungseinrichtung gekoppelt ist, um voreingestellte, veränderbare und/oder auswählbare System-Parameter (soweit für die Übertragung der elektrischen Energie und dessen Auswertung relevant), die von der Steuerungseinrichtung bei der Übertragung und/oder Erfassung der übertragenen elektrischen Energie zur Steuerung des Übertragungsvorgangs verwendet werden, durch einen Benutzer einzugeben oder zu verändern. So wird ein skalierbares System vorgeschlagen, bei dem zwischen den Verwendern vor Ort ggf. Anpassungen oder eine Auswahl über die Benutzerschnittstelle vorgenommen werden können, die den Ladevorgang entsprechend über die Steuerung beeinflussen. Als Parameter sind wenigstens eine der folgenden Größen umfasst: die maximale zu übertragende Energiemenge und/oder der Stromtarif je kW und/oder der minimale Restladungspegel/Spannungspegel des Energiespeichers aus dem die elektrische Energie übertragen wird und/oder der maximale zulässige Strom.As already explained above, a communication interface is advantageously provided which is communicatively coupled to the control device in order to set preset, changeable and / or selectable system parameters (insofar as relevant for the transmission of electrical energy and its evaluation) that are used by the control device the transmission and / or detection of the transmitted electrical energy can be used to control the transmission process, input or change by a user. Thus, a scalable system is proposed in which adjustments or a selection can be made between the users on site via the user interface that influence the charging process accordingly via the control. The parameters include at least one of the following variables: the maximum amount of energy to be transmitted and / or the electricity tariff per kW and / or the minimum residual charge level / voltage level of the energy store from which the electrical energy is transmitted and / or the maximum permissible current.

In einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung einen Prozessor umfasst, der ein Ladeschema auf der Basis der erfassten elektrischen und/oder physikalischen Eigenschaften der angeschlossenen Energiespeichersystemen bestimmt und die Energieübertragung gemäß dieses Ladeschemas nach einer Freigabe durch den Benutzer erfolgt. Optional kann ergänzend auf Basis der von einem Benutzer über die Benutzerschnittstelle eingegebenen oder hinterlegten Parameter für die Steuerung das Ladeschema vom Prozessor entsprechend bestimmt werden.In a likewise advantageous embodiment of the invention it is provided that the control device comprises a processor which determines a charging scheme on the basis of the recorded electrical and / or physical properties of the connected energy storage systems and the energy transfer takes place according to this charging scheme after approval by the user. Optionally, on the basis of the parameters entered or stored by a user via the user interface for the control, the charging scheme can be determined accordingly by the processor.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft neben der Energieaustauschvorrichtung auch das Verfahren zum Übertragen elektrischer Energie von einem ersten mobilen Energiespeichersystem in einem ersten elektrisch betriebenen Fahrzeug zu einem zweiten mobilen Energiespeichersystem in einem zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeug mittels einer wie zuvor beschriebenen Energieaustauschvorrichtung mit den folgenden Schritten:

  1. a. Verbinden der Fahrzeugverbinder mit je einer Ladebuchse an je einem der beiden Fahrzeuge;
  2. b. Starten einer Übertragung von elektrischer Energie mittels der Steuerungseinrichtung;
  3. c. Erfassen der zwischen den Energiespeichersystemen übertragenen elektrischen Energie ΔE;
  4. d. Generieren von Daten als Äquivalent zur übertragenen elektrischen Energie ΔE, um diese an der integrierten oder externen Anzeigeeinrichtung darzustellen.
In addition to the energy exchange device, a further aspect of the present invention also relates to the method for transferring electrical energy from a first mobile energy storage system in a first electrically operated vehicle to a second mobile energy storage system in a second electrically operated vehicle by means of an energy exchange device as described above with the following steps:
  1. a. Connect the vehicle connector with a charging socket on each of the two vehicles;
  2. b. Starting a transmission of electrical energy by means of the control device;
  3. c. Detecting the electrical energy ΔE transferred between the energy storage systems;
  4. d. Generation of data equivalent to the transmitted electrical energy ΔE in order to display this on the integrated or external display device.

In einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Starten der Übertragung von elektrischer Energie in Schritt b) nach einer Benutzerabfrage und einer Freigabe durch einen Benutzer, vorzugsweise über eine Benutzer- oder Kommunikationsschnittstelle erfolgt.In a likewise advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that the start of the transmission of electrical energy in step b) takes place after a user query and approval by a user, preferably via a user or communication interface.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigten:

  • 1 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Ausführungsbeispiels einer Energieaustauschvorrichtung und
  • 2 eine Steuerungseinrichtung.
Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are shown in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. It showed:
  • 1 a schematic view of an exemplary embodiment of an energy exchange device and
  • 2 a control device.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die 1 und 2 anhand eines lediglich beispielhaften Ausführungsbeispiels näher beschrieben.In the following the invention with reference to the 1 and 2 described in more detail using a merely exemplary embodiment.

In der 1 sind beispielhaft zwei Fahrzeuge F1, F2 gezeigt. Die Fahrzeuge F1, F2 besitzen jeweils eine Ladebuchse L1, L2, die mit einer Leitung mit je einer im Fahrzeug fest installierten Energiespeichersystem E1, E2 verbunden sind. Die Ladebuchsen sind mit Vorteil diejenigen Ladebuchsen, an der das jeweilige Energiespeichersystem E1, E2 mit einer herkömmlichen an einem Netzt angeschlossene Ladesäule verbunden wird.In the 1 are exemplary two vehicles F1 , F2 shown. The vehicles F1 , F2 each have a charging socket L1 , L2 with one cable each with an energy storage system permanently installed in the vehicle E1 , E2 are connected. The charging sockets are advantageously those charging sockets on which the respective energy storage system E1 , E2 is connected to a conventional charging station connected to a network.

Zwischen den beiden Ladebuchsen L1, L2 ist eine Energieaustauschvorrichtung 1 vorgesehen. Die Energieaustauschvorrichtung 1 besteht aus einem Kabelsatz 10 aus Leitungen, an dessen Enden 10a, 10b je ein elektrischer Fahrzeugverbinder 20 angebracht ist, der in die jeweilige Ladebuchse L1, L2 eingesteckt ist, um eine elektrische Verbindung zwischen den Energiespeichersystem E1, E2 der Fahrzeuge F1, F2 herzustellen.Between the two charging sockets L1 , L2 is an energy exchange device 1 intended. The energy exchange device 1 consists of a cable set 10 made of lines at the ends 10a , 10b one electrical vehicle connector each 20th is attached, which is in the respective charging socket L1 , L2 is plugged in to make an electrical connection between the energy storage system E1 , E2 of the vehicles F1 , F2 to manufacture.

Die Energieaustauschvorrichtung 1 umfasst ferner eine zwischen den beiden Fahrzeugverbindern 20 angebrachte Steuerungseinrichtung 30, die (wie in 2 gezeigt) ausgebildet ist, einen elektrischen Energieübertragungsvorgang zwischen den Energiespeichersystemen E1, E2 zu steuern. Die Steuerungseinrichtung 30 umfasst hierzu einen DC-DC-Wandler 31, einen Zwischenkreis 32 mit einem Zwischenkreiskondensator 33, einen weiteren DC/DC-Wandler 34, ein Erfassungsmodul 40, das Stromerfassungsmodul 50, die Auswerteeinrichtung 60 und eine Kommunikationsschnittstelle 71 sowie ein Kommunikationsmodul 70.The energy exchange device 1 also includes one between the two vehicle connectors 20th attached control device 30th , the (as in 2 shown) is formed, an electrical energy transfer process between the energy storage systems E1 , E2 to control. The control device 30th includes a DC-DC converter for this purpose 31 , an intermediate circuit 32 with an intermediate circuit capacitor 33 , another DC / DC converter 34 , an acquisition module 40 , the current measuring module 50 , the evaluation device 60 and a communication interface 71 as well as a communication module 70 .

Das Stromerfassungsmodul 50 ist ausgebildet die zwischen den Energiespeichersystemen E1, E2 übertragene elektrische Energie ΔE zu erfassen, um daraus Daten zu generieren, die an einer integrierten oder externen Anzeigeeinrichtung A darstellbar sind. Die Anzeigeeinrichtung A kann dabei auch ein Smartphone sein, welches über eine APP mit der Steuerungseinrichtung 30 über eine oder die Kommunikationsschnittstelle 71 kommunizieren kann.The current measuring module 50 is formed between the energy storage systems E1 , E2 to detect transmitted electrical energy .DELTA.E in order to generate data therefrom, which on an integrated or external display device A. are representable. The display device A. can also be a smartphone, which is connected to the control device via an APP 30th via one or the communication interface 71 can communicate.

Das Erfassungsmodul 40 hingegen ist ausgebildet, um elektrische und/oder physikalische Eigenschaften der angeschlossenen Energiespeichersystemen E1, E2 zu erfassen und diese Daten der Steuerung bereit zu stellen, um davon abhängig den Energieübertragungsvorgang zwischen den Energiespeichersystemen E1, E2 entsprechend zu steuern.The acquisition module 40 however, it is designed to measure electrical and / or physical properties of the connected energy storage systems E1 , E2 to record and make this data available to the controller in order to depend on the energy transfer process between the energy storage systems E1 , E2 to steer accordingly.

Die Auswerteeinrichtung 60 ist ausgebildet, aus der zwischen den Energiespeichersystemen E1, E2 übertragenen elektrischen Energie ΔE einen Wert, vorzugsweise einen Geldwert in einer auswählbaren Währung zu ermitteln, um diese an einer integrierten oder externen Anzeigeeinrichtung A darstellen zu können. Hierzu kann ein in der Steuerung vorgesehener Mikro-Prozessor verwendet werden. Der Mikroprozessor kann auch dazu dienen, ein optimales Ladeschema basierend auf detektierten System-Parameter zu bestimmen, um einen entsprechend optimierten Ladevorgang zu erzielen. So kann z. B. das Ladeschema abgestimmt sein auf einen maximalen Ladestrom abhängig von den aktuellen Umgebungsparametern und der aktuellen Leitungstemperatur. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuerung dabei dynamisch das Ladeschema bzw. das aktuelle Ladeprofil ändert und ggf. den Ladevorgang kontinuierlich anpasst. Steigt zum Beispiel die Temperatur beim Übertragen unzulässig hoch an, kann man über die Steuerung automatisiert über einen Abfragealgorithmus die Anpassung des Stromes und/oder ggf. der Ladespannung über den DC/DC-Spannungswandler vornehmen, so dass sich die übertragene elektrische Leistung pro Zeiteinheit reduziert. Diese Anpassung kann iterativ solange wiederholt werden, bis das optimale Ladeschema so bestimmt wurde. Eine Anpassung kann insbesondere auch dann erforderlich werden, wenn ein Energiespeicher beim Entladen immer näher in die Richtung der Entladeschlussspannung kommt, die als die Spannung definiert ist, unterhalb der keine für die jeweilige Anwendung nutzbare Energie mehr entnommen werden kann. Bei Akkumulatoren ist es der Grenzwert der Spannung an den Zellen zur Tiefentladung. Liegt die Abschaltspannung für dem Entladeregler der Energieaustauschvorrichtung 1 über der Entladeschlussspannung des Akkumulators, so wird der Akkumulator nicht komplett entladen und die Kapazität kann nicht vollständig genutzt werden. Andererseits sinkt die Spannung zuvor ab, und muss ggf. über den DC/DC-Wandler entsprechend angepasst werden, so dass eine Energieübertragung weiter ermöglicht wird.The evaluation device 60 is formed from between the energy storage systems E1 , E2 transmitted electrical energy .DELTA.E to determine a value, preferably a monetary value in a selectable currency, in order to display this on an integrated or external display device A. to be able to represent. A microprocessor provided in the control can be used for this purpose. The microprocessor can also serve to determine an optimal charging scheme based on detected system parameters in order to achieve a correspondingly optimized charging process. So z. B. the charging scheme can be tailored to a maximum charging current depending on the current environmental parameters and the current line temperature. It is particularly advantageous if the controller dynamically changes the charging scheme or the current charging profile and, if necessary, continuously adapts the charging process. If, for example, the temperature rises excessively high during transmission, the control can automatically adjust the current and / or, if necessary, the charging voltage via the DC / DC voltage converter using a query algorithm, so that the electrical power transmitted per unit of time is reduced . This adaptation can be repeated iteratively until the optimal charging scheme has been determined. An adjustment may also be necessary, in particular, if an energy storage device comes closer and closer to the final discharge voltage during discharge, which is defined as the voltage below which no more energy that can be used for the respective application can be drawn. In the case of accumulators, it is the limit value of the voltage on the cells for deep discharge. Is the cut-off voltage for the discharge regulator of the energy exchange device 1 above the end-of-discharge voltage of the accumulator, the accumulator is not completely discharged and the capacity cannot be fully used. On the other hand, the voltage drops beforehand and may have to be adjusted accordingly via the DC / DC converter so that energy transfer is still possible.

Die Kommunikationsschnittstelle 71, welche kommunikativ mit der Steuerungseinrichtung 30 gekoppelt ist, ist vorgesehen, um voreingestellte, veränderbare und/oder auswählbare Parameter, die von der Steuerungseinrichtung bei der Übertragung und/oder Erfassung der übertragenen elektrischen Energie zur Steuerung des Übertragungsvorgangs verwendet werden, durch einen Benutzer einzugeben oder zu verändern. Hierzu ist das zuvor genannte Kommunikationsmodul 70 vorgesehen, welches mit Vorteil mit einem Smartphone über eine spezifische APP kommunizieren kann.The communication interface 71 which are communicative with the control device 30th is coupled, is provided in order to input or change preset, changeable and / or selectable parameters that are used by the control device in the transmission and / or detection of the transmitted electrical energy to control the transmission process by a user. The aforementioned communication module is for this purpose 70 provided, which can advantageously communicate with a smartphone via a specific APP.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The embodiment of the invention is not restricted to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown even in the case of fundamentally different designs.

So kann es vorgesehen sein, dass der oder die Spannungswandler auch innerhalb des Fahrzeugs angeordnet sind, da diese nach dem Konzept der Erfindung lokal nicht zwangsläufig in der Box sein. Die Steuerungseinrichtung 30 umfasst daher nicht zwingend lokal die DC-DC-Wandler 31, 34 und den Zwischenkreis 32, sondern kann in einer kostengünstigeren Variante die Wandler im Fahrzeug ansteuern. Somit sind die bereits im Fahrzeug vorhandenen Wandler Teil des Konzeptes der Energieaustauschvorrichtung bzw. einer entsprechenden Box, welche alle weiteren Bauteile enthält. Geht man davon aus, dass ein Fahrzeug in Zukunft eine Schnittstelle (bestenfalls eine standardisierte Schnittstelle) zur Verfügung stellt, kann man dieser nutzen und bedienen, um die Spannung an die Zwischenkreisspannung der Energieaustauschbox anzupassen.It can thus be provided that the voltage converter (s) are also arranged inside the vehicle, since, according to the concept of the invention, they are not necessarily locally in the box. The control device 30th therefore does not necessarily include the local DC-DC converter 31 , 34 and the intermediate circuit 32 , but can control the converter in the vehicle in a more cost-effective variant. The converters already present in the vehicle are thus part of the concept of the energy exchange device or a corresponding box which contains all the other components. If one assumes that a vehicle will provide an interface (at best a standardized interface) in the future, this can be used and operated in order to adapt the voltage to the intermediate circuit voltage of the energy exchange box.

Dadurch ergibt sich eine weitere Variante, nämlich bei Nutzung des Konzeptes, dass die Fahrzeuge bzw. ein Fahrzeug den DC-DC Wandler zur Verfügung stellt, ist ein Zwischenkreis nicht mehr zwingend erforderlich. Die Energieaustauschbox bzw. der Kabelsatz ist dann als ein Leistungsverbinder und ein Kommunikationsmodul ausgebildet, welches die Ladeleistung usw. von einem zum anderen Fahrzeug reguliert, womit die Energieaustauschvorrichtung sehr günstig herstellbar ist.This results in a further variant, namely when using the concept that the vehicle or a vehicle provides the DC-DC converter, an intermediate circuit is no longer absolutely necessary. The energy exchange box or the cable set is then designed as a power connector and a communication module which regulates the charging power, etc. from one vehicle to the other, with which the energy exchange device can be manufactured very cheaply.

Ebenso ist denkbar, dass die Leistungsverbindung nicht zwangsläufig HV >60V im Sinne einer automobilen Applikation bedeutet. Eine Leistungsverbindung auf Basis von z.B. 48V ist ebenfalls denkbar. Hierfür sind die DC-DC Wandler in aller Regel bereits im Fahrzeug vorhanden. Damit wird eine weitere Kostenreduktion möglich, indem der HV Teil entfallen kann.It is also conceivable that the power connection does not necessarily mean HV> 60V in the sense of an automotive application. A power connection based on e.g. 48V is also conceivable. For this purpose, the DC-DC converters are usually already available in the vehicle. This enables a further cost reduction in that the HV part can be omitted.

Darüber hinaus kann ein Internetmodul mit Fernzugriff vorgesehen sein.In addition, an internet module with remote access can be provided.

Das Ladeschema kann auch vom Energiespeicher, falls verfügbar, ausgewertet und eingestellt werden. Es kann vorkommen, dass der Energiespeicher im Fahrzeug eigene Vorgaben zum Entladen und Laden machen soll bzw. machen muss. Dabei wird von einer Lösung mit Zwischenkreis ausgegangen. Der bzw. die Wandler können weiterhin im Fahrzeug angeordnet sein oder alternativ in der Energieaustauschvorrichtung. Bei einer solchen Struktur können mehr als nur zwei Fahrzeuge miteinander verbunden werden. Jeder Anschluss an die Energieaustauschvorrichtung bzw. Box benötigt in der selbigen oder im Fahrzeug einen DC-DC Wandler. Damit können z. B. auch zwei Fahrzeuge ein drittes Fahrzeug laden.The charging scheme can also be evaluated and set by the energy store, if available. It can happen that the energy storage device in the vehicle should or must make its own specifications for discharging and charging. A solution with an intermediate circuit is assumed. The converter (s) can also be arranged in the vehicle or, alternatively, in the energy exchange device. With such a structure, more than two vehicles can be linked together. Each connection to the energy exchange device or box requires a DC-DC converter in the same or in the vehicle. This z. B. two vehicles can also load a third vehicle.

Claims (11)

Energieaustauschvorrichtung (1) ausgebildet elektrische Energie zwischen zwei festen oder mobilen Energiespeichersystemen (E1, E2) in Fahrzeugen (F1, F2) zu übertragen, umfassend eine elektrische Verbindungsleitung (10), an dessen Enden (10a, 10b) je ein elektrischer Fahrzeugverbinder (20) angebracht ist, um eine elektrische Verbindung mit einer jeweiligen Ladebuchse (L1, L2) an einem der jeweiligen Fahrzeuge (F1, F2) herzustellen, sowie eine vorzugsweise zwischen den beiden Fahrzeugverbindern (20) angebrachte Steuerungseinrichtung (30), die ausgebildet ist, einen elektrischen Energieübertragungsvorgang zwischen den Energiespeichersystemen (E1, E2) zu steuern und ferner mit einem Energieerfassungsmodul ausgebildet ist, das die zwischen den Energiespeichersystemen (E1, E2) übertragenen elektrische Energie ΔE erfasst und daraus Daten generiert, um diese an einer integrierten oder externen Anzeigeeinrichtung (A) darstellen zu können.Energy exchange device (1) designed to transmit electrical energy between two fixed or mobile energy storage systems (E1, E2) in vehicles (F1, F2), comprising an electrical connecting line (10), at the ends (10a, 10b) of which each has an electrical vehicle connector (20 ) is attached in order to establish an electrical connection with a respective charging socket (L1, L2) on one of the respective vehicles (F1, F2), as well as a control device (30) which is preferably attached between the two vehicle connectors (20) and is designed to have a to control electrical energy transfer process between the energy storage systems (E1, E2) and is also designed with an energy detection module that detects the electrical energy ΔE transferred between the energy storage systems (E1, E2) and generates data therefrom in order to display it on an integrated or external display device (A ) to be able to represent. Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieaustauschvorrichtung (1) einstückig und gebrauchsfertig ausgebildet ist.Energy exchange device (1) according to Claim 1 , characterized in that the energy exchange device (1) is designed in one piece and ready for use. Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Erfassungsmodul (40), vorzugsweise in der Steuerungseinrichtung (30) vorgesehen ist, welches ausgebildet ist, um elektrische und/oder physikalische Eigenschaften der angeschlossenen Energiespeichersystemen (E1, E2) zu erfassen und davon abhängig den Energieübertragungsvorgang zwischen den Energiespeichersystemen (E1, E2) zu steuern.Energy exchange device (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that a detection module (40) is also provided, preferably in the control device (30), which is designed to detect electrical and / or physical properties of the connected energy storage systems (E1, E2) and, depending on this, the energy transfer process between the Control energy storage systems (E1, E2). Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zu den erfassbaren elektrischen und/oder physikalischen Eigenschaften der angeschlossenen Energiespeichersystemen (E1, E2) mindestens das Spannungsniveau und/oder das Ladeniveau und/oder die zur Verfügung stehende elektrische Energie im jeweiligen Energiespeicher gehören.Energy exchange device (1) according to Claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the detectable electrical and / or physical properties of the connected energy storage systems (E1, E2) include at least the voltage level and / or the charge level and / or the available electrical energy in the respective energy storage. Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Stromerfassungsmodul (50), insbesondere ein Stromzähler vorgesehen ist, um den von einem Energiespeichersystem (E1, E2) auf das jeweils andere Energiespeichersystem (E1, E2) fließenden Strom quantitativ zu erfassen.Energy exchange device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a current detection module (50), in particular an electricity meter, is also provided to quantitatively measure the current flowing from one energy storage system (E1, E2) to the other energy storage system (E1, E2) capture. Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Auswerteeinrichtung (60) vorgesehen ist, welche aus der zwischen den Energiespeichersystemen (E1, E2) übertragenen elektrische Energie ΔE einen Wert, insbesondere einen Wert in einer auswählbaren Währung ermittelt, um diese an einer integrierten oder externen Anzeigeeinrichtung darstellen zu können.Energy exchange device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that an evaluation device (60) is also provided which determines a value, in particular a value in a selectable currency, from the electrical energy ΔE transmitted between the energy storage systems (E1, E2), in order to be able to show them on an integrated or external display device. Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Kommunikationsschnittstelle (71) vorgesehen ist, welche kommunikativ über ein Kommunikationsmodul (70) mit der Steuerungseinrichtung (30) gekoppelt ist, um voreingestellte, veränderbare und/oder auswählbare Parameter, die von der Steuerungseinrichtung bei der Übertragung und/oder Erfassung der übertragenen elektrischen Energie zur Steueruung des Übertragungsvorgangs verwendet werden, durch einen Benutzer einzugeben oder zu verändern.Energy exchange device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a communication interface (71) is also provided, which is communicatively coupled to the control device (30) via a communication module (70) in order to set preset, changeable and / or selectable parameters, which are used by the control device during the transmission and / or detection of the transmitted electrical energy to control the transmission process, to be entered or changed by a user. Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter wenigstens eine der folgenden Größen umfassen: die maximale zu übertragende Energiemenge und/oder der Stromtarif und/oder der minimale Restladungspegel/Spannungspegel des Energiespeichers aus dem die elektrische Energie übertragen wird und/oder der maximale zulässige Strom.Energy exchange device (1) according to Claim 7 , characterized in that the parameters include at least one of the following variables: the maximum to be transmitted Amount of energy and / or the electricity tariff and / or the minimum residual charge level / voltage level of the energy store from which the electrical energy is transferred and / or the maximum permissible current. Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung einen Prozessor umfasst, der ein Ladeschema auf der Basis der erfassten elektrischen und/oder physikalischen Eigenschaften der angeschlossenen Energiespeichersystemen (E1, E2) bestimmt und die Energieübertragung gemäß dieses Ladeschemas nach einer Freigabe durch den Benutzer erfolgt.Energy exchange device (1) according to one of the preceding Claims 3 to 8th , characterized in that the control device comprises a processor which determines a charging scheme on the basis of the recorded electrical and / or physical properties of the connected energy storage systems (E1, E2) and the energy is transferred according to this charging scheme after approval by the user. Verfahren zum Übertragen elektrischer Energie von einem ersten mobilen Energiespeichersystem (E1) in einem ersten Fahrzeug (F1) zu einem zweiten mobilen Energiespeichersystem (E2) in einem zweiten Fahrzeug (F2) mittels einer Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den folgenden Schritten: a. Verbinden der Fahrzeugverbinder (20) mit je einer Ladebuchse (L1, L2) an je einem der beiden Fahrzeuge (F1, F2); b. Starten einer Übertragung von elektrischer Energie mittels der Steuerungseinrichtung (30); c. Erfassen der zwischen den Energiespeichersystemen (E1, E2) übertragenen elektrischen Energie ΔE; d. Generieren von Daten als Äquivalent zur übertragenen elektrischen Energie ΔE, um diese an der integrierten oder externen Anzeigeeinrichtung darzustellen.Method for transmitting electrical energy from a first mobile energy storage system (E1) in a first vehicle (F1) to a second mobile energy storage system (E2) in a second vehicle (F2) by means of an energy exchange device (1) according to one of the Claims 1 to 9 , with the following steps: a. Connecting the vehicle connector (20) to one charging socket (L1, L2) each on one of the two vehicles (F1, F2); b. Starting a transmission of electrical energy by means of the control device (30); c. Detecting the electrical energy ΔE transmitted between the energy storage systems (E1, E2); d. Generation of data equivalent to the transmitted electrical energy ΔE in order to display this on the integrated or external display device. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Starten der Übertragung von elektrischer Energie in Schritt b) nach einer Benutzerabfrage und einer Freigabe durch den Benutzer, vorzugsweise über eine Benutzer- oder Kommunikationsschnittstelle erfolgt.Procedure according to Claim 10 , wherein the start of the transmission of electrical energy in step b) takes place after a user query and a release by the user, preferably via a user or communication interface.
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