CH715064A1 - Capacitor charging method and system. - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden mobiler Ultracaps (1). Dazu werden an einer Ladestation (2) diese mehrfach zeitlich nacheinander mit stationären geladenen Ultracaps (3–10) verbunden. Die Ladung der stationären Ultracaps (3–10) ist bei jedem Ladeschritt jeweils höher als diejenige der mobilen Ultracaps (1). Ein System zur Durchführung dieses Ladeverfahrens umfasst Ladestationen mit geladenen stationären Ultracaps (3–10), mit denen die mobilen Ultracaps (1) in mehreren Ladeschritten in unterschiedlichen Verbindungskombinationen verbunden werden.The invention relates to a method for charging mobile ultracaps (1). For this purpose, a charging station (2) is connected to stationary charged ultracaps (3–10) several times in succession. The charge of the stationary ultracaps (3–10) is higher than that of the mobile ultracaps (1) in each charging step. A system for carrying out this charging method comprises charging stations with charged stationary ultracaps (3-10), with which the mobile ultracaps (1) are connected in several charging steps in different connection combinations.
Description
Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnellen Laden von Kondensatoren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein System gemäss Anspruch 3 zur Durchführung dieses Verfahrens.Description: The present invention relates to a method for quickly charging capacitors according to the preamble of claim 1 and a system according to claim 3 for carrying out this method.
[0002] Elektroautos beziehen gemäss dem derzeitigen Stand der Technik die zur Fortbewegung nötige elektrische Energie vorwiegend aus Akkumulatoren auf elektrochemischer Basis. Von den Speicherelementen für elektrische Energie sind diese derzeit diejenigen mit der grössten Energiedichte und erlauben somit die grösste Reichweite bezogen auf ihr Gewicht. Alternative Speicher, die ebenfalls bereits in Fahrzeugen genutzt werden, sind kapazitive Speicher, die jedoch derzeit nur etwa 10% der Energiedichte von Akkumulatoren erreichen und deshalb nur eingesetzt werden können, wo eine Aufladung in kurzen Abständen möglich ist.According to the current state of the art, electric cars obtain the electrical energy necessary for locomotion predominantly from accumulators on an electrochemical basis. Of the storage elements for electrical energy, these are currently those with the greatest energy density and thus allow the greatest range in terms of their weight. Alternative storage devices, which are also already used in vehicles, are capacitive storage devices, which, however, currently only achieve around 10% of the energy density of accumulators and can therefore only be used where charging is possible at short intervals.
[0003] Dem Vorteil der hohen Energiedichte von Akkumulatoren stehen einige gewichtige Nachteile gegenüber, wie z.B. die lange Ladedauer, die vergleichsweise geringe Lebensdauer etc. In dieser Hinsicht bieten kapazitive Speicher Vorteile. Aber obwohl beispielsweise die Ladedauer von kapazitiven Speichern deutlich kürzer ist als die von Akkumulatoren, genügt dies noch nicht, um den Nachteil der kürzeren Reichweite auszugleichen.The advantage of the high energy density of batteries is offset by some major disadvantages, such as the long charging time, the comparatively short lifespan etc. In this regard, capacitive storage offers advantages. But although the charging time of capacitive memories, for example, is significantly shorter than that of accumulators, this is not enough to compensate for the disadvantage of the shorter range.
[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Dauer für das Laden von Kondensatoren, insbesondere mobilen Ultracaps in Fahrzeugen, so zu verkürzen, dass damit die vergleichsweise geringere Energiedichte von Kondensatoren keinen Nachteil mehr darstellt.The invention is therefore based on the object to shorten the time for charging capacitors, in particular mobile ultracaps in vehicles, so that the comparatively lower energy density of capacitors is no longer a disadvantage.
[0005] Erfindungsgemäss wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale der Anspruch 1 und _ erreicht.According to the invention this is achieved by the characterizing features of claim 1 and _.
[0006] Bevorzugte Ausführungsbeispiele zeichnen sich durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale aus.Preferred embodiments are characterized by the features specified in the subclaims.
[0007] In der vorliegenden Beschreibung werden folgende Begriffsdefinitionen verwendet:The following definitions are used in the present description:
[0008] Mit dem Begriff «Ultracaps» werden Kondensatoren unterschiedlicher Technologie mit hohen Kapazitäten im Bereich von 105 F und mehr bezeichnet, die prinzipiell für den Antrieb von Elektrofahrzeugen geeignet sind. Das erfindungsgemässe Ladeverfahren eignet sich aber grundsätzlich nicht nur für Ultracaps, sondernfürjegliche Art von Kondensatoren.The term “ultracaps” refers to capacitors of different technologies with high capacities in the range of 105 F and more, which are suitable in principle for driving electric vehicles. The charging method according to the invention is basically not only suitable for ultracaps, but for all types of capacitors.
[0009] «Energiedichte» ist das Mass der speicherbaren elektrischen Energie. Sie wird auf die Masse des Kondensators bezogen und als gravimetrische Energiedichte in Wh/kg angegeben.“Energy density” is the measure of the storable electrical energy. It is based on the mass of the capacitor and is given as the gravimetric energy density in Wh / kg.
[0010] Unter «Leistungsdichte» wird die Geschwindigkeit verstanden, mit der die Energie an eine Last geliefert oder von einer Energiequelle aufgenommen werden kann. Die Leistungsdichte ist durch die Wärmeentwicklung bei der Strombelastung überden Innenwiderstand bestimmt.[0010] “Power density” is understood to mean the speed at which the energy can be supplied to a load or can be absorbed by an energy source. The power density is determined by the heat development during the current load via the internal resistance.
[0011] «Definierte Grenzwerte des Stromflusses» sind solche, bei denen keine Schäden an Leitungen oder Bauelementen entstehen. Sie sind von verschiedenen Faktoren abhängig und können vom Fachmann ohne weiteres festgelegt werden. Die Grenzwerte sind wichtig, weil wegen des geringen Innenwiderstandes von Kondensatoren sowohl bei Laden als auch beim Entladen extrem hohe Ströme auftreten können.“Defined limit values of the current flow” are those in which no damage to lines or components occurs. They depend on various factors and can easily be determined by a person skilled in the art. The limit values are important because, due to the low internal resistance of capacitors, extremely high currents can occur both during charging and discharging.
[0012] Der Begriff «virtuell» im Zusammenhang mit Reserven bezieht sich auf die technisch korrekte, wissenschaftlich belegte und fundierte Definition «dank logischer Neuanordnung bestehender physischer Einheiten neu gewonnene, bewusst gewählte und absolut genau definierter neuen Objekte zwecks optimierter, effizienterer Verwaltung» wie es z.B. aus der Informatik bezüglich virtueller Rechner Standard ist.The term "virtual" in connection with reserves refers to the technically correct, scientifically proven and well-founded definition "as a result of the logical reorganization of existing physical units, newly acquired, deliberately selected and absolutely precisely defined new objects for the purpose of optimized, more efficient management" eg is standard in computer science regarding virtual computers.
[0013] Im Folgenden sind anhand der beiliegenden Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigtPreferred embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. It shows
Fig. 1 einen typischen Verlauf eines LadestromsFig. 1 shows a typical course of a charging current
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Systems zum Laden mobiler Ultracaps,2 shows a schematic representation of a system for charging mobile ultracaps,
Fig. 3 eine tabellarische Darstellung eines praxisnahen Ladevorgangs.Fig. 3 is a tabular representation of a practical charging process.
[0014] In Fig. 1 ist auf der linken Seite ein mobiler Kondensator 1 undauf der rechten Seite eine Batterie 2 aus stationären Kondensatoren 3-10 gezeigt. Der als mobiler Kondensator 1 dargestellte einzelne Kondensator kann, und wird in der Regel, ebenfalls aus einer Batterie von mehreren Kondensatoren bestehen. Die stationären Kondensatoren 3-10 stehen mit unterschiedlicher Ladung an einer Ladestation für das Laden mobiler Kondensatoren zur Verfügung.In Fig. 1, a mobile capacitor 1 is shown on the left side and a battery 2 of stationary capacitors 3-10 is shown on the right side. The individual capacitor shown as a mobile capacitor 1 can, and usually will, also consist of a battery of several capacitors. The stationary capacitors 3-10 are available with different charges at a charging station for charging mobile capacitors.
[0015] Das Ladesystem gemäss Fig. 1 zeigt eine grundsätzliche Möglichkeit zum schrittweisen Laden von mobilen Ultracaps, die beispielsweise als Stromspeicher in einem Elektroauto eingebaut sind. Die stationären Ultracaps sind Teil einer Ladestation 2. In untereinander angeordneten Zeilen a)-i) sind unterschiedliche Verbindungsschritte zwischen dem mobilen und den stationären Ultracaps dargestellt, mit denen der bzw. die mobilen Ultracaps stufenweise bis auf 100%, also Vollladung, auf geladen werden. Selbstverständlich ist jede andere zweckmässige Zahl von Ultracaps in einer Batterie, sowohl im Fahrzeug, als auch in der Ladestation, möglich. Der Einfachheit halber wird für das beschriebene Ausführungsbeispiel angenommen, dass die mobilen Ultracaps 1 und die stationären Ultracaps 3-9 die gleiche Kapazität aufweisen.1 shows a basic possibility for step-by-step charging of mobile ultracaps, which are installed, for example, as a power store in an electric car. The stationary ultracaps are part of a charging station 2. In rows a) -i) which are arranged one below the other, different connection steps are shown between the mobile and the stationary ultracaps, with which the mobile ultracaps are gradually charged up to 100%, ie full charge , Of course, any other suitable number of ultracaps is possible in a battery, both in the vehicle and in the charging station. For the sake of simplicity, it is assumed for the exemplary embodiment described that the mobile ultracaps 1 and the stationary ultracaps 3-9 have the same capacity.
CH 715 064 A1 [0016] In der ersten Zeile a) ist die Ausgangssituation gezeigt, in der ein Elektroauto mit einem leeren Ultracap 1 an einer Ladestation ankommt, um zu laden. Die Ultracaps 3-10 der Ladestation sind unterschiedlich geladen.CH 715 064 A1 The first line a) shows the starting situation in which an electric car with an empty Ultracap 1 arrives at a charging station in order to charge. The Ultracaps 3-10 of the charging station are charged differently.
[0017] Zeile b) zeigt die Verbindung des mobilen Ultracaps 1 mit dem stationären Ultracap 3 mit einer Ladung von 25%. Mit dieser Verbindung findet ein Ladungsausgleich zwischen den beiden verbundenen Ultracaps statt, nach dem beide dieselbe Ladung von 12,5% besitzen. Trotz des geringen Innenwiderstands der Ultracaps fliesst wegen des kleinen Ladungsunterschieds nur ein begrenzter Strom, wie in Fig. 1 gezeigt. Andererseits erfolgt, ebenfalls wegen des geringen Innenwiderstands, der Ladungsausgleich innerhalb von Millisekunden. Die Dauer der Aufladung des mobilen Ultracaps 1 von 0% auf 12,5% ist vernachlässigbar kurz.Line b) shows the connection of the mobile ultracap 1 with the stationary ultracap 3 with a charge of 25%. With this connection, a charge balance takes place between the two connected ultracaps, after which both have the same charge of 12.5%. Despite the low internal resistance of the ultracaps, only a limited current flows because of the small charge difference, as shown in FIG. 1. On the other hand, due to the low internal resistance, the charge is balanced within milliseconds. The duration of charging the mobile Ultracaps 1 from 0% to 12.5% is negligible.
[0018] Wenn bei diesem Ladeschritt der Ultracap 1 mit einem stationären Ultracap mit grösserer Ladung verbunden, würde anfänglich ein so grosser Strom fliessen, dass Verbindungsleitungen und oder die Ultracaps selbst Schaden nehmen könnten. Wenn der Unterschied der Ladungen zwischen dem zu ladenden und dem ladenden Ultracap kleiner ist, ist auch der anfängliche Stromfluss kleiner, so dass keine Schäden auftreten. Die Ladungsdifferenz zwischen den zu ladenden und den ladenden Ultracap muss immer so gewählt werden, dass ein definierter Grenzwert des Stromflusses nicht überschritten wird. Dies bedeutet, dass ganz oder fast leere mobile Ultracaps nicht direkt mit höher geladenen Ultracaps verbunden werden dürfen.If in this charging step the Ultracap 1 was connected to a stationary Ultracap with a larger charge, such a large current would initially flow that connecting lines and or the Ultracaps themselves could be damaged. If the difference in charges between the ultracap to be charged and the charging is smaller, the initial current flow is also smaller, so that no damage occurs. The charge difference between the ultracap to be charged and the charging must always be selected so that a defined limit value of the current flow is not exceeded. This means that completely or almost empty mobile ultracaps must not be connected directly to higher-loaded ultracaps.
[0019] Mit dem ersten Ladungsschritt gemäss Fig. 2b) wird der anfänglich leere mobile Ultracap 1 zuerst auf eine Mindestladung gebracht, bevor die eigentliche Schnellladung beginnt.With the first charging step according to FIG. 2b), the initially empty mobile Ultracap 1 is first brought to a minimum charge before the actual rapid charging begins.
[0020] Die notwendige Mindestladung kann auch auf andere Weise, beispielsweise mit einem Akkumulator oder dem Einsatz eines Verbrennungshilfsmotors, von Solarzellen etc. erreicht werden.The necessary minimum charge can also be achieved in other ways, for example with an accumulator or the use of an auxiliary combustion engine, solar cells, etc.
[0021] Selbstverständlich könnten die hohen Stromstärken auch durch das Zwischenschalten von Widerständen vermieden werden. Dies hätte aber Verluste zur Folge, die bei der Aufladung auf Teilladungen mit teilweise geladenen stationären Ultracaps nicht auftreten.Of course, the high currents could also be avoided by interposing resistors. However, this would result in losses that do not occur when charging on partial loads with partially charged stationary ultracaps.
[0022] Zeile c) zeigt als nächsten Schritt die Verbindung des auf 12,5% geladenen mobilen Ultracaps 1, mit dem stationären Ultracap 4 mit einer Ladung von 37,5%. Durch den Ladungsausgleich erreicht der mobile Ultracap eine Ladung von 25%.Line c) shows the next step, the connection of the mobile Ultracaps 1, which is charged to 12.5%, with the stationary Ultracap 4, with a charge of 37.5%. The mobile ultracap achieves a charge of 25% thanks to the charge balance.
[0023] Die folgenden Zeilen d)-h) zeigen die nacheinander erfolgende Verbindung des mobilen Ultracaps mit jeweils weiteren stationären Ultracaps 5-9 mit jeweils höherer Ladung von 50%, 62,5%, 75%, 87,5%, 100%.The following lines d) -h) show the successive connection of the mobile ultracaps with further stationary ultracaps 5-9 each with a higher charge of 50%, 62.5%, 75%, 87.5%, 100% ,
[0024] In der Zeile I der Fig. 2 ist der letzte Ladeschritt gezeigt, der den mobilen Ultracap auf Vollladung bringt. Zu diesem Zweck hat der stationäre Ultracap 10 eine höhere Ladung als der zuvor verbundene Ultracap 9, nämlich eine Ladung, die 112,5% einer Vollladung eines gleich grossen Ultracaps entspricht. Diese Ladung wird durch zwei in Serie geschaltete Ultracaps mit je 60,25% Ladung erreicht. Zu beachten ist also, dass die einzelnen stationären Ultracaps nicht vollgeladen sein müssen. Alternativ kann für den Ultracap 10 einer mit grösserer Kapazität verwendet werden.In line I of Fig. 2, the last charging step is shown, which brings the mobile Ultracap to full charge. For this purpose, the stationary Ultracap 10 has a higher charge than the previously connected Ultracap 9, namely a charge that corresponds to 112.5% of a full charge of an ultracap of the same size. This charge is achieved by two series-connected ultracaps with 60.25% charge each. It should therefore be noted that the individual stationary ultracaps do not have to be fully charged. Alternatively, one with a larger capacity can be used for the Ultracap 10.
[0025] Die Wahl der Einzelschritte kann auf vielfältige Weise variiert werden. Ebenso kann das Verfahren durch Einsatz von Ultracaps mit unterschiedlichen Kapazitäten in der Ladestation variiert werden, ohne vom grundsätzlichen Verfahren abzuweichen.The choice of the individual steps can be varied in a variety of ways. The process can also be varied by using ultracaps with different capacities in the charging station without deviating from the basic process.
[0026] Das schrittweise Vorgehen gemäss Fig. 2 zeigt die grundsätzliche Art eines stufenweisen Ladevorgangs. In der praktischen Anwendung wird eine Alternative angewendet, bei der vermieden wird, dass nach jedem Ladeschritt Energie in unterschiedlich und zum Teil beachtlich geladenen Ultracaps «übrig» bleibt. Ein solches alternatives Verfahren ist in der als Fig. 3 beigefügten Tabelle dargestellt. In dieser Tabelle stellen die ersten beiden Zeilen den Ausgangszustand dar. In der zweiten Zeile stehen das Symbol «X» für den mobilen Ultracap, und die acht Symbole A-H für stationäre Ultracaps. Die Ladung dieser Ultracaps ist darüber in der ersten Zeile angegeben. Darunter sind in den Rahmen 0-7 die einzelnen Ladeschritte gezeigt. Dabei sind die ersten beiden Schritte 0 und 1 gleich wie die Schritte b) und c) der Fig. 2.The step-by-step procedure according to FIG. 2 shows the basic type of step-by-step loading process. In practice, an alternative is used in which it is avoided that energy remains in different and sometimes remarkably charged Ultracaps after each charging step. Such an alternative method is shown in the table attached as FIG. 3. In this table, the first two lines represent the initial state. In the second line, the symbol "X" stands for the mobile Ultracap, and the eight symbols A-H for stationary Ultracaps. The charge of these ultracaps is indicated above in the first line. The individual loading steps are shown below in frames 0-7. The first two steps 0 and 1 are the same as steps b) and c) in FIG. 2.
[0027] Die nachfolgenden Schritte 2-7 zeigen ein anderes Vorgehen in den folgenden Phasen. Einzelne Ultracaps werden seriell kombiniert. Im Schritt 2 werden die stationären Ultracaps A B und C mit der jeweils nach dem vorangegangenen Ladeschritt 1 noch verbliebenen Ladung in Serie geschaltet und mit dem mobilen Ultracap X verbunden. Ultracap A hat am Ende des Schritts 1 noch 12,5%, Ultracap B noch 25% und Ultracap C noch die ursprünglichen 12,5% Ladung. In Serie ergibt dies 50% Ladung des Verbunds, die den mobilen Ultracap X auf 37,5% laden. Entsprechend werden in Schritt 3 die Ultracaps C und D in Serie geschaltet und mit dem mobilen Ultracap verbunden Der Verbund hat 62,5% Ladung, mit der der mobile Ultracap auf 50% aufgeladen wird. Die weiteren Schritte sind aus der Tabelle unmittelbar zu entnehmen.The following steps 2-7 show a different procedure in the following phases. Individual ultracaps are combined in series. In step 2, the stationary ultracaps A B and C are connected in series with the charge still remaining after the previous charging step 1 and connected to the mobile Ultracap X. At the end of step 1, Ultracap A still has 12.5%, Ultracap B still 25% and Ultracap C the original 12.5% charge. In series this results in 50% charge of the network, which charge the mobile Ultracap X to 37.5%. Accordingly, in step 3, the Ultracaps C and D are connected in series and connected to the mobile Ultracap. The network has 62.5% charge, with which the mobile Ultracap is charged to 50%. The further steps can be seen directly from the table.
[0028] Durch die Serienschaltung in den jeweils nächstfolgenden Schritten wird erreicht, dass weniger Energie in den in der Ladestation verbleibenden Ultracaps «übrig» bleibt, dass «innen-widerstandslose» Einheiten vermieden werden, d.h. beladungs-problematische Ultracaps per Design ausgeschlossen sind, dass die Ladestation schneller wieder zur «Ladebereitschaft einer Mobileinheit» geladen werden können (da weniger Energie «gebunkert» werden muss), und dass somit der Prozess effizienter, sparsamer und zeitnaher durchzuführen ist.Through the series connection in the next following steps it is achieved that less energy remains in the ultracaps remaining in the charging station, that "internal resistanceless" units are avoided, i.e. The design of ultracaps, which are problematic with regard to loading, means that the charging station can be recharged more quickly to make it “ready for charging a mobile unit” (since less energy has to be “bunkered”), and that the process can therefore be carried out more efficiently, more economically and in a timely manner.
[0029] Kommt eine Ladestation zum Einsatz, an der aufeinander folgend mobile Einheiten geladen werden, so stellen die unterschiedlich und teilweise beachtlich geladenen verbleibenden Ultracaps kein Problem dar, da sie weiter zum Einsatz kommen und da bei einer passenden Dimensionierung nur der am stärksten geladene Ultracap erneut in den VerbundIf a charging station is used, at which mobile units are successively charged, the different and sometimes remarkably charged remaining ultracaps do not pose a problem, since they continue to be used and, given the appropriate dimensions, only the most charged ultracap again in the network
CH 715 064 A1 eingebracht werden muss. Ein Ultracap, welcher aus dem Verbund ausgeschieden ist, weil er zu schwach geladen ist, muss wieder so voll aufgeladen werden, dass er in der Kaskade an die oberste Stelle treten kann.CH 715 064 A1 must be introduced. An Ultracap that has left the network because it is too weakly charged must be fully recharged so that it can step to the top in the cascade.
[0030] Bei einem Verfahren, in dem eine Anzahl mobiler Ultracaps und stationärer Ultracaps gleichzeitig geladen werden, ist es belanglos, wie stark ausgeschiedene Ultracaps aufgeladen sind. Ausschlaggebend ist lediglich, dass man einen Verbund seriell zusammenstellen kann, dessen Summe der elektrostatischen Felder eine Ladung aufweisen, welcher der einem in der Kaskade an oberster Stelle einzufügenden Ultracap entspricht. Ladestationen dieses Typs sind auf massiven Durchlauf ausgerichtet. Deshalb müssen sie, im Gegensatz zu den zuvor erwähnten Ladestationen, eine markant höhere Anzahl «freier», d.h. nicht zwingend zu 100% beladener» Ultracaps auf Vorrat halten und laden können, sobald diese frei werden. Weiter muss die eine derartige Ladestation in der Lage sein, diese situativ und dynamisch zu virtuellen Einheiten zu gruppieren. Diese können auch als virtuelle Reserven bezeichnet werden, um machen den Unterschied dieses Typs zu dem vorgängig erwähnten Typ aus, welcher lediglich nur physische Reserven aufweist, was ihn wesentlich günstiger und einfacher, aber auch ineffizienter macht.In a method in which a number of mobile ultracaps and stationary ultracaps are charged at the same time, it is irrelevant how strongly excreted ultracaps are charged. The only decisive factor is that a composite can be put together in series, the sum of the electrostatic fields having a charge which corresponds to an ultracap to be inserted at the top in the cascade. Charging stations of this type are designed for massive throughput. Therefore, in contrast to the charging stations mentioned above, they have to have a significantly higher number of “free”, i.e. not be able to keep 100% loaded »Ultracaps in stock and load them as soon as they become free. Furthermore, such a charging station must be able to group it dynamically and situatively into virtual units. These can also be referred to as virtual reserves in order to make the difference of this type from the previously mentioned type, which only has physical reserves, which makes it much cheaper and simpler, but also inefficient.
[0031] Ein Verfahren des Loadbalancing von Webservern ist Round-Robin: die zur Verfügung stehenden Server sind durchnummeriert, jede neue Anfrage aus dem Web erhält ein Inkrement des Indexes um eins, und bei Erreichen des letzten Servers wird wieder am Anfang weiter geführt. Ein Analog dazu ist ein hieranzuwendendes «Reih-Um-Verfahren»: In der Art eines Zifferblatts einer Uhr entspricht jede Minute einem Sechzigstel eines vollen Kreises und wird einem Verbindungspunkt gleichgesetzt.A method of load balancing web servers is round robin: the servers available are numbered consecutively, each new request from the web receives an increment of the index by one, and when the last server is reached, the process continues at the beginning. An analogy to this is a “row-around procedure” to be used: in the manner of a dial of a clock, every minute corresponds to a sixtieth of a full circle and is equated to a connection point.
[0032] Wenn der Ladevorgang einer mobilen Einheit in sechzig einzelne Einheiten aufgeteilt wird, so repräsentiert jeder Verbindungspunkt eine Untereinheit der Ladestation, welche um eine Differenz des Ladevorgangs höher geladen ist, als der im Gegenuhrzeigersinn daneben liegende Verbindungspunkt. Die komplett leere Mobileinheit wird zuerst mit dem «Minute 1 »-Punkt verbunden und somit geladen, eine Sekunde später mit dem «Minute 2»-Punkt, usw., bis sie mit dem Verbinden mit dem letzten Punkt zu 100% geladen ist.If the charging process of a mobile unit is divided into sixty individual units, each connection point represents a subunit of the charging station which is charged higher by a difference in the charging process than the connection point lying next to it in the counterclockwise direction. The completely empty mobile unit is first connected to the «Minute 1» point and thus charged, a second later to the «Minute 2» point, etc., until it is 100% charged when connected to the last point.
[0033] Alle dem Zifferblatt entsprechenden Punkte haben jeweils ein Quantum Ladung abgegeben und müssen bei einem erneuten Durchgang / Ladevorgang im Gegenuhrzeigersinn eine Position verschoben werden. Die «oberste Position in der Kaskade» wird dadurch unbesetzt und muss durch eine vollständig geladene Einheit ersetzt, bzw. aufgefüllt werden. Danach ist das System wieder bereit, eine neue Mobileinheit vollständig aufzuladen.All points corresponding to the dial have each given a quantum of charge and have to be shifted counterclockwise in the case of a renewed passage / charging process. The “top position in the cascade” is thus unoccupied and must be replaced or filled up with a fully charged unit. The system is then ready to fully charge a new mobile unit.
[0034] Das stufenweise Verbinden der stationären Ultracaps in der Ladestation mit den mobilen Ultracaps im Fahrzeug wird durch eine technisch einfache elektronische Steuerung vorgenommen, die vom Fachmann ohne weiteres erstellt werden kann. Auch im Fahrzeug kann in der Bordelektronik eine Kontrolle vorgesehen sein, die dafür sorgt, dass der Ladungszustand der mobilen Batterie nicht unter einen Mindestwert fällt, um an der Ladestation direkt die Schnellladung vorzunehmen und den vorgängigen Schritt für das teilweise Laden zu vermeiden.The gradual connection of the stationary ultracaps in the charging station with the mobile ultracaps in the vehicle is carried out by a technically simple electronic control that can be easily created by a person skilled in the art. A control can also be provided in the on-board electronics in the vehicle, which ensures that the state of charge of the mobile battery does not fall below a minimum value in order to carry out quick charging directly at the charging station and to avoid the previous step for partial charging.
[0035] Das beschriebene stufenweise Ladeverfahren für mobile Ultracaps ist um mehralszwei Grössenordnungen schneller als das Laden einer Traktionsbatterie mit elektrochemischen Akkumulatoren. Da der Ladungsausgleich in jedem Einzelschritt weniger als eine Sekunde dauert, ist auch bei einer Vielzahl von Schritten eine Vollladung einer mobilen Batterie in wenigen Minuten möglich. Durch diesen Vorteil wird der Nachteil der geringeren Reichweite wegen der geringeren Energiedichte von kapazitiven Speichern gegenüber den Akkumulatoren deutlich überkompensiert.The step-by-step charging method for mobile ultracaps described is more than two orders of magnitude faster than charging a traction battery with electrochemical batteries. Since the charge equalization takes less than a second in each individual step, a full charge of a mobile battery is possible in a few minutes even with a large number of steps. This advantage significantly overcompensates for the disadvantage of the shorter range because of the lower energy density of capacitive memories compared to the accumulators.
[0036] Ultracaps eignen sich ideal dafür, beim Bremsen die kinetische Energie zurück zu gewinnen. Konventionelle Akkumulatoren-Batterien sind dafür nur begrenzt geeignet. Dies muss im Design eines Fahrzeugs berücksichtigt werden, u.a. auch um die Reichweite zu erhöhen, speziell im städtischen Bereich.[0036] Ultracaps are ideal for recovering the kinetic energy when braking. Conventional accumulator batteries are only suitable for this to a limited extent. This must be taken into account in the design of a vehicle, including also to increase the range, especially in urban areas.
[0037] Durch die extrem kurzen Ladezeiten liegen vielfältige Systemerweiterungen nahe: So wird es Benutzern ermöglicht, ähnlich wie bei Autobahn-Zahlstellen in eine Box zu fahren, das Fahrzeug automatisch beladen zu lassen und nach ein oder zwei Minuten weiter zu fahren. Dabei identifiziert ein Überwachungssystem anhand z.B. des Zulassungskennzeichens das Fahrzeug, prüft die Bonität und ladet ohne menschliches Zutun z.B. von unten die mobile Einheit.Due to the extremely short loading times, diverse system expansions are close at hand: This enables users to drive into a box similar to motorway toll booths, have the vehicle loaded automatically and continue driving after a minute or two. A monitoring system uses e.g. of the registration number, the vehicle, checks the creditworthiness and loads without human intervention e.g. the mobile unit from below.
[0038] Ein ähnliches System kann an stark frequentierten Ampeln eingebaut werden. Während der Rot-Phase wird beladen, und erst nach Beendigung des Ladevorgangs wird auf Grün geschaltet. Da die Phasen und deren Länge dem Ampelsystem bekannt sind, integrieren sich beide Steuerungssysteme harmonisch und ergeben einen zusätzlichen Nutzen.A similar system can be installed at high traffic lights. Loading takes place during the red phase and only switches to green after the loading process has ended. Since the phases and their length are known to the traffic light system, both control systems integrate harmoniously and result in an additional benefit.
[0039] Optional kann eine Funktionalität verbaut werden, dass ggf. e-Autos andere e-Autos beladen können.Optionally, a functionality can be installed that e-cars can load other e-cars if necessary.
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