CN113748044A

CN113748044A - 用于对电驱动的陆运、水运、空运交通工具和/或作业机械和/或电池进行充电的快速充电站和方法

Info

Publication number: CN113748044A
Application number: CN202080031705.3A
Authority: CN
Inventors: J·约伊斯滕-皮里茨
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2019-04-27
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2021-12-03
Also published as: DE102019005071A1; US20220219559A1; WO2020221473A1; EP3962772A1; JP2022530318A

Abstract

本发明涉及一种快速充电站，其用于对电驱动的陆运交通工具、水运交通工具、空运交通工具和/或作业机械和/或电池进行充电，所述快速充电站包括至少一个内燃机和至少一个燃料箱和/或燃料电池和/或至少一个发电机和/或至少一个缓冲电池和/或至少一个高功率电容器和/或至少一个光伏元件和/或至少一个飞轮存储器和至少一个充电装置和/或电网接口。

Description

用于对电驱动的陆运、水运、空运交通工具和/或作业机械和/ 或电池进行充电的快速充电站和方法

技术领域

本发明涉及用于对电驱动的陆运交通工具、水运交通工具、空运交通工具和/或作业机械和/或电池进行充电的快速充电站和方法。

背景技术

目前在建筑业或农业中以内燃机驱动作业机械。

由于越来越多的在噪声排放和废气排放领域中的环境保护规定，在人口密集的地区中运行这样的机械变得越来越困难。

在柴油机小的情况下，用于由立法者要求的废气处理系统的花费以对于基本发动机成本而言不经济的比例增加。因此在将来变得必要的是，纯电地驱动在低功率范围内的作业机械(例如小型的挖掘机、轮式装载机、自卸车、作业台、伸缩臂叉车等)。然而，对于这样的设备而言目前尚未有充电设施供使用。因此，这样的机械的应用目前局限于电力发达的区域。这导致对这样的设备的市场接受度低，因为设备的使用区域强烈地受限制。

由于缺少充电可行方案，这样的小型的作业机械的目前可达到的工作时间不足够，或者所需要的电池尺寸造成这样的设备的使用由于用于电蓄能器的成本而不经济。

发明内容

本发明的目的是，给出一种自给式的快速充电站，所述快速充电站能实现使小型的电驱动的作业机械的车队持续保持在运行中，以及给出一种对此的方法。

本发明的目的通过一种快速充电站和一种根据权利要求10所述的方法来实现，所述快速充电站用于对电驱动的陆运交通工具、水运交通工具、空运交通工具和/或作业机械和/或电池进行充电，所述快速充电站包括至少一个内燃机和至少一个燃料箱和/或燃料电池和/或至少一个发电机和/或至少一个缓冲电池和/或至少一个高功率电容器和/或至少一个光伏元件和/或至少一个飞轮存储器和至少一个充电装置和/或电网接口。在此有利的是，与当地条件无关，始终能够保证足够的能量供应。因为如果存在尺寸设定足够的电网接口，则能够以这种方式为缓冲电池、高功率电容器和飞轮存储器充电，以便以此随后为电动车充电。如果不存在或仅存在尺寸设定不足够的电网接口，则要么是内燃机和耦联到所述内燃机上的发电机要么是光伏元件或燃料电池为缓冲电池、高功率电容器和飞轮存储器充电。

称为“电源树(POWERTREE)”的快速充电装置1能有利地实现对以高电流系统运行的各作业机械同时进行快速充电。

根据要供电的作业机械车队的需求，能够以不同的实施参数配置电源树，并且所述电源树也具有逆变器，以便配备好用于所有的电压要求和频率要求。内燃发动机用作驱动装置，根据排放要求使用燃气发动机、汽油发动机、柴油发动机或氢气发动机。备选地，也可以使用燃料电池，以便保证无噪声排放且无废气排放的运行。此外存在如下可选方案：将电源树纳入到现有的电网中，并且因此使单元作为纯电的充电站在现场完全无排放地运行。用于内燃机的符合法律规定的废气处理的成本只发生一次，并且所述成本因此分摊到任意大的数量的作业机械上。废气处理可以完美地与使用目的相协调。此外，有利地规定，所述快速充电装置在废气管路中具有至少一个颗粒过滤器和/或至少一个废气催化器，因此所使用的内燃机能够始终在优化的运行点中运行。这使得明显地节省燃料并且减少排放，并且仅需要一次废气管理，并且避免烟灰过滤器的由在小型的作业机械中的低负载应用引起的再生问题，而且更没有由于成本原因是否应当使用SCR-系统的问题。

能够使电驱动的作业机械的整个车队在每个任意的地点处运行，而也无需所有的设施。

有利地，所述快速充电装置能以燃气或氢气和/或汽油或柴油运行。可以通过选择相应的电源树来快速地改变期望的用于整个机械车队的燃料。另一种有利的进一步改进方案规定，所述快速充电装置具有至少一个顶部，并且所述顶部实施为可打开并且可关闭的。这实现在充电运行中的受保护的充电过程并且实现更容易的在相应的使用地点之间的运输。

一种有利的进一步改进方案规定，所述快速充电站具有至少一个开环控制单元或闭环控制单元，所述至少一个开环控制单元或闭环控制单元一方面记录并且评估电动车的行驶配置，以便以此根据各个电动车的所传输的运行状态提出尽可能好的充电间歇，为每个车辆在驾驶舱中显示所述充电间歇。在另一种有利的构型中规定，由所述开环控制单元或闭环控制单元自主地将车辆召唤向电源树以便充电驻车。

另一种有利的进一步改进方案规定，所述快速充电站具有至少一个天线，其中，所述天线与所述开环控制单元或闭环控制单元连接，从而能够在电源树与电动车之间进行流畅的并且无线缆的或者说无线的通信。

另一种有利的进一步改进方案规定，所述快速充电站具有至少一个电流输送装置或通信输送装置，并且所述至少一个电流输送装置或通信输送装置是可级联的。以这种方式能根据在现场的要求成本有利地扩展所述设施。

有利地，能够以上述方式使电动的作业机械持续地运行。

快速充电单元电源树是能任意地扩展的并且因此可以适配于相应的车队大小和功率需求。

在使用燃料电池的情况下能够完全无排放地运行电源树。

所有的要供能的作业机械无线连接地纳入到电源树的充电管理中。借助于模糊逻辑来根据相应的充电状态确定单个机械的优化的再充电时刻并且将所述优化的再充电时刻优化地纳入到所述单个机械的工作周期中。

在电源树与车辆或相应的车辆的电池之间的通信以如下方式进行：借助于无线路径向电源树或所述电源树的控制器或服务器传输车辆类型、车辆识别号、电池类型、电池-识别号、电池-单体类型、电池单体-连接、电池的构造日期、电池的充电状态、电池的各个单体的充电状态、最大允许的充电电流、电池的温度、各个单体的最低温度和最高温度、电池冷却的最低温度和最高温度、电池冷却的形式、电池的充电周期的数量、充电过程的形式(快速充电或标准充电或缓慢充电(Schonladung))、对在施工现场上的电池的负载配置的检测、借助于模糊逻辑基于机械的行驶周期对充电需求的预测、车辆的操作者的手动的充电愿望、所期望的时间、所期望的充电形式(快速充电、标准充电、电流量)、关于所期望的在预定的单位时间内的电流量的充电愿望、所输送的电流量、电流输送的时刻、电流输送的结算数据、用于电流输送的安全码、用于结算的安全码、充电插头的形式、充电插头的用于估计与电源树的距离的地理位置、感应系统的形式、感应系统的用于估计与电源树的距离的地理位置、要充电的电池的用于估计与电源树的距离的地理位置、要充电的车辆的用于估计与电源树的距离的地理位置、在车辆上的充电过程的时间规定，以便在那里或在基于云的服务器中存储并进一步处理，以便然后转换成具体的控制指令、如“车辆现在以最短的路径向电源树行驶，以便为电池充电”，并且借助于无线路径传输给车辆。此外，电源树具有能无线遥控的飞行器，借助于所述飞行器能定期地制造施工现场的总览图，并且借助于无线路径将所述总览图也传输给电源树或所述电源树的控制器或服务器，以便在那里或在基于云的服务器中存储并进一步处理所述总览图。这些冗余的位置信息有助于精密调整整个系统并且记录施工现场的施工进度。区块链。

施工现场的“地图”以及所传输的数据集可以借助于区块链技术，所述区块链技术持续地呈现可扩展的数据集列表，所述数据集借助于加密方法彼此连接或者说“链接”。在世界范围内已知的区块链(例如比特币)中产生不可逆的不可伪造的时间戳并且利用证书记录所述时间戳，所述证书证明在这个时刻占有所储存的数据和精确的内容。

电源树1包括发电机单元2，所述发电机单元借助于内燃机3驱动。备选地，使用燃料电池或馈入可供使用的电网。此外，存在以高电流性的

存储器单体4和/或高功率电容器5的形式的中间存储器。由此可以提供为了对各个作业机械进行快速充电所必须的能量密度。另一种实施方式规定，快速充电站1具有飞轮存储器，所述飞轮存储器要么安设在快速充电站1中，要么根据容量需求在要提供的20“或40“集装箱中电耦联到快速充电站1上。特别是在城市环境中，这种飞轮存储器可以在城市铁路或有轨电车的附近用于中间存储这些列车的制动能。在另一种备选的构型中规定，快速充电站1具有光伏模块，所述光伏模块设置或电耦联在电源树处或在电源树上并且设置在可供使用的自由面上或在提供的集装箱上。借助于自动地耦联的高电流连接6或备选地通过感应面7向设备进行能量传输。

IEC62196是对于用于电动车的一系列插头类型和充电模式的国际标准并且由国际电工委员会(IEC)维护。所述标准在德国作为DIN标准DIN EN 62196有效。其由相继通过的多个部分组成。第三部分已经于2014年6月公开。用于第4部分(用于轻型电动车的插接连接)的标准化进程于2015年6月开始。

所述标准采用用于信号引脚的IEC-61851定义，所述信号引脚接通充电电流——充电站保持无电压直至连接电动车。然后，车辆在充电过程期间不能运行。

用于信号引脚的第1部分定义及信号引脚的IEC-62196-1充电模式融入其他的技术规定中。除了IEC 60309“CEE形式”三相插头之外，也为北美的SAE-J1772接口(由矢崎设计)、日本的CHAdeMO插头和欧洲的Mennekes插头(VDE-AR-E2623-2-2)采用所述充电模式。这些接口中的每种接口都形成能源供应商的供电服务站网络的基础。

IEC 62196-1与用于电动车的插接连接器(插头)、插座、插孔和装配的线缆有关，它们用于线缆连接的充电系统。具体而言，用于额定电流直至250A的50至60Hz的690V交流电压；用于额定电流直至400A的600V直流电压。

充电模式基于IEC61851-1规范：

IEC61851-1“模式1”-在具有保护触点的家用插座(Schuko)上的慢速充电；

IEC61851-1“模式2”-通过插头侧的固定编码信号进行单相至三相的充电，

IEC61851-1“模式3”-以用于电动车的特定的充电插接系统充电，所述充电插接系统具有先导触点和控制触点；

IEC61851-1“模式4”-具有通过外部的充电设备控制的快速充电。

1类充电模式规定用于直至16安培的电流强度的单相或三相交流电。线缆包括相、零线和保护接地。为了能实现充电过程，先导触点在这里不是强制必须的。可承受小于16安培的插头和线缆不通过信令报告，而是规定在设备本身上登记最大的电流强度。不需要使用IEC-60309工业插头，而是可以使用更简单的插接系统，如Schuko插接系统。

2类充电模式规定用于直至32安培的设备电流，如这不仅在单相配置而且在三相配置中经常出现的那样。向车辆的信令仅限于固定值，用于开放充电的先导触点可以通过插入来桥接。根据IEC 60309的工业插头通过壳体尺寸来确保在电网侧上的电流负载能力，根据不同的用于16A或32A的连接适配器，这在车辆侧的插头中信令。也可以使用规格为32A及以上的其他工业插头。在连接到Schuko时，为了高的充电功率需要在线缆中的ICCB，所述ICCB确保向车辆的2类信令。

3类充电模式规定用于直至250A的快速充电。可以使用具有根据2类的先导触点的简单的插头，然而充电电流限制为32A。为了更高的充电电流，必须识别合适的充电模式。参阅IEC60309标准采用用于相应的直至250A的充电系统的物理参数、例如线缆直径和在插头中的引脚直径。借助于脉冲宽度调制来编码最大允许的充电电流或数字通信的可用性。数字通信的可用性形成用于对电动车进行受控充电的基础，以便有针对性地影响充电过程。

4类充电模式规定用于以直至400A的直流电进行的快速充电。适合的信令允许使不适合的充电插头保持无电压。

IEC62196-1标准部分中，参阅了IEC 60309中的插头类型。所述插头类型也广泛地作为用于电动车的充电插头使用，而如下充电插接系统是专门为了在汽车领域内使用而创造的。在此追求将车辆的电池管理与能源供应商的智能电网连接。

IEC62196-2标准部分描述用于连接到交流电上的插头类型。ETSI和CEN-CENELEC根据欧盟委员会的用于统一的充电插头的委托于2010年6月开始工作。委员会期望于2011年中获得成果。2010年12月17日IEC 62196-2开始周转，结束日期为2011年5月20日。完成的IEC标准已经于2011年10月13日公开。由于能够由充电插接系统的现有的标准化支持所述标准，因此该时间表变得可能。

在IEC62196-2标准的充电插头列表中包含以下类型：

IEC 62196-2“1类“-单相车辆耦合器采用SAE J1772/2009的规范；

IEC62196-2”2类“-单相和三相车辆耦合器采用VDE-AR-E2623-2-2的规范；

IEC62196-2”3类“-带挡板的单相和三相车辆耦合器采用电动汽车插头联盟(EVPlug Alliance)的提议。

根据IEC 62196-1的其他插头类型是EDF的Framatome插头、意大利的SCAME插头和瑞士的CEEplus插头变型方案。

根据IEC 62196的具有确定的连接插座(例如SAE J1772或CEEplus)的公共充电站也可以借助于适配器以其他的插头类型使用——当然，不激活电流，直至符合IEC-61851的信号引脚报告电动车的存在。此外，电流被限制为16A，直至识别到符合IEC-62196标准的信号，所述信号开放具有更高的电流强度的充电模式。

附图说明

从附图说明得到本发明的其他有利的设计方案，在附图说明中更详细地描述在附图中示出的实施例。图中：

图1示出快速充电站连同两个在充电中的电动的施工车辆；

图2示出三个级联的快速充电站。

具体实施方式

电源树具有可伸出的顶部8，所述顶部类似于太阳伞的顶部，所述顶部保护可容易地运输的快速充电单元以防天气影响，并且所述顶部用作用于将高电流连接到作业机械上的输送位置。电源树看起来像树并且是可动的，以便如果电动车成为固定的，则使所述电源树向车辆运动。

双向地、无线地向电源树的中央数据处理装置进行关于各个作业机械的充电状态/单体管理和存储器温度的数据传输。

无线缆的传输方法是如下数据传输方法，所述数据传输方法使用自由空间(空气或真空)作为传输介质。对于传输而言不需要以电导体(电线)或光导体的形式的线缆——主要是，在无线电频率范围内的方法因此也称为无线的传输方法。

通过定向的或非定向的电磁波进行传输，其中，根据应用和所使用的技术，所使用的频带的范围可以从几赫兹(低频)直至数百太赫兹(可见光)变化。

无线缆的输送方法主要在不能使用线缆连接的输送技术的应用领域中使用。

非介质连接的输送方法主要是：

在无线电频率范围内的蓝牙、WLAN、Zigbee、NFC、Wibree或WiMAX以及在红外频率范围或光学频率范围内的IrDA和光学定向通讯(FSO)、RFID、移动无线电、GSM、UMTS和LTE(在这里，GERAN、UTRAN或E-UTRAN用作空中接口)、无线电(特别是天线电视和卫星电视以及无线电广播)。

公共陆地移动网(PLMN)理解为公开的陆基移动无线电网络。最著名的标准化PLMN之一是GSM网络。全球移动通信系统(GSM)是线路转接的蜂窝通信网络，其中，两个参与者经由明确的(虚拟的)线路相互通信。

GSM网络分为三个不同的子系统：

基站子系统(BSS)包含如下组件，所述组件提供用于经由空中接口在网络(或NSS)与移动的参与者之间进行连接的设施。重要的网络元件是基站收发台(BTS)和基站控制器(BSC)。

网络子系统(NSS)形成GSM网络的中央组件，所述网络子系统负责通话交换和参与者管理。除了其他的移动交换站之外，还可以建立与国家固定网络或国际固定网络的连接。最重要的网络元素是下面描述的移动交换中心(MSC)。

智能网络子系统(IN)不包含组件的细分，所述智能网络子系统由提供附加服务的数据库组成。例如，可以经由预付费服务实时地管理存款。

下面应当更详细地阐明各组件。

移动台(MS)代表GSM网络的终端参与者，所述移动台通常以移动电话的形式。MS的最重要的组成部分是SIM卡。所述SIM卡主要包含密码，所述密码对用于认证MS而言是重要的但不传输所述密码。

除了唯一地识别SIM卡的集成电路卡识别号(ICCID)外，每个参与者都配设有一个唯一的号码，所述号码用于在GSM网络中在全球范围内唯一地识别所述参与者。这个国际移动用户识别号(IMSI)包括三个组成部分。前三位数字形成移动国家码(MCC)，所述移动国家码用于识别所属的国家(例如，德国为262)。接下来的两位数字形成移动网络码(MNC)，所述移动网络码用于识别提供商(例如，T-Mobile为01)。在德国，由联邦网络局决定将所属的MNC授予给相应的运营商。

在国际层面上，由负责IMSI规范的国际电信联盟(ITU)做出决定。IMSI的后十位数字由相应的提供商个性化地配设给参与者并且称为移动订户识别号(MSIN)。

除了IMSI之外，还为MS分配一个电话号码、即移动用户ISDN码(MSISDN)。可以为一个IMSI配设多个电话号码，因为IMSI(而不是MSISDN)作为初级密钥起作用。因此，可以在任何时候更改电话号码而无需更换SIM卡，因为MSISDN不会固定地存储在SIM卡上。MSISDN由国家代码(CC)(例如代表德国的49)和网络运营商的三位数区号、国内目的地码(NDC)(例如(0)1622)组成。基站收发台(BTS)形成在线缆连接与空中接口之间的接口。BTS理论上可以覆盖具有直至35km的半径的面积。在大多数的BTS中、特别是在城市空间中，所述半径仅为3至4km，在居住区中所述半径甚至仅为数百米，这个被覆盖的面积也称为小区。在连接期间，通话数据经由BTS发送，可以在连接的进程中切换所述BTS。发送功率和因此还有作用范围可能根据住宅密度而有偏差，其中，终端设备通常是限制性的组件。小区具有一个唯一的ID(小区ID)，并且所述小区大多构造为蜂窝状。

多个(约20个)小区组合成一个位置区(LA)。

一个位置区经由一个唯一的号码、即位置区标识(LAI)限定，所述号码由上述的MCC、MNC和个性化的标志、即位置区代码(LAC)组成。BTS的任务主要包括无线电信道管理、信号调制以及数据加密和解密。天线仅覆盖最多180°的区域，因此通常在一个无线电塔上安装多个天线、常常是三个各具有120°的覆盖范围的天线。在德国存在超过52000个基站。

基站控制器(BSC)形成BSS的中央单元并且集中所有的连接到其上的BTS的连接。经由开关矩阵实现连接管理，所述开关矩阵将数据从各个BTS调度到MSC(见下文)并且反之从MSC调度到各个BTS。所谓的A-bis接口(BTS&BSC)主要借助于2Mbit的线路来实现，所述线路划分为具有64kBit/s的带宽的虚拟信道。除了(例如通过功率调节)控制BTS之外，BSC的任务主要包括组织小区更换(切换)。只要源BTS和目标BTS位于同一个BSS内，则切换就仅是BSC的任务。

如果两个无线电塔位于不同的BSS中，则用于切换的管理责任转交给MSC。在MS的信号强度弱的情况下，BSC负责决定应当切换到哪个小区中。BSC还具有数据库，在所述数据库中存储有关于整个BSS的状态信息、例如所述BSS的位置区的所有小区和各参与者的所有信号强度。

引入这个组件，以便减轻MSC的负担，从而从MSC直至终端参与者的网络构造可以表示为树形拓扑。

移动交换中心(MSC)形成NSS的主要组件，所述移动交换中心管理和控制多个BSS。移动台的计费和授权以及与其关联的对通话数据的记录属于这个组件的最重要的任务。一旦MS被开启，所述MS就向MSC注册并且对于其他参与者而言是可以联系到的。连接的建立以及SMS的转发由所述组件控制。如果MS更换了位置区，则所述MS必须进行位置区更新、即通知负责的MSC所述MS位于哪个位置区中。因此，MSC可以在连接到来时通过向位于该位置区内的所有小区(BTS)发送寻呼请求来在该位置区内搜索MS。一个大型移动无线电网络由数十个甚至数百个相互独立的MSC组成。为了转发和存储短消息(SMS)，除了MSC之外还存在短消息服务中心(SMSC)，其负责发送和管理SMS。MSC使用数据库来管理移动参与者，下面描述所述数据库。

归属位置寄存器(HLR)代表在GSM网络内的最重要的数据库。归属位置寄存器是静态寄存器，所述静态寄存器借助于IMSI作为初级密钥固定地配设给每个参与者。HLR包含IMSI、基本服务(例如电话、SMS、数据服务、FAX)、附加服务(例如CLIR5)、IMSI与呼叫号码的配设(MSISDN)、存储鉴权信息(例如SIM卡的密钥)的鉴权中心(AC)。MSRN(MobileStationroamingnumber，移动台漫游号码)是用于寻找外网参与者的临时ID。

每个MSC都具有自身的数据库，所述数据库包含来自HLR的摘录。这种所谓的访问位置寄存器(VLR)可以设想成临时的HLR，其包含向“MSC自身的”BTS注册的参与者。在检查移动台是否位于一个MSC的影响范围内时，现在不再需要查询全局HLR，而仅需要查询本地的VLR。这使得建立性能更高的连接和对HLR的负载更低。

HLR存储静态信息，而VLR主要包含动态数据、如IMSI、TMSI、电话号码(MSISDN)、LAI(＝MCC+MNC+LAC)、MSRN、切换号码。

临时移动用户识别号(TMSI)是临时ID，其代替于IMSI被传输。以此应当确保参与者的匿名性并避免运动配置。

设备标识寄存器(EIR)管理移动站的硬件标识号、即所谓的国际移动设备识别码(IMEI)。每部移动电话都具有一个这样的全球唯一的硬件编号。

IMEI由类型分配码(TAC)组成，除了分配机构(前两位数字)之外，所述类型分配码还识别设备类型。TAC之后跟着个性化的序列号(SNR)并且随后还有校验和。

EIR分为三个不同的列表：“白”列表包含所有现有的IMEI，“灰”列表包含发布用于跟踪而开放的IMEI，而“黑”列表包含被盗或被封锁的移动电话的IMEI。被盗的移动电话可经由黑名单查询并且必要时进行定位，从而更换SIM卡不足够用于掩盖偷窃行为。IMEI的更改在软件端是困难地可行的，然而可以相对于网络仿真所述IMEI。EIR是附加的数据库，所述数据库的使用取决于提供商。

空中接口或Um接口指的是在移动台与BTS之间的空中接口。

GSM的空中接口分为下面阐述的三层。

在Um接口的物理层1上使用两种不同的复用技术，以便使尽可能多的参与者能够同时进行通信。第一种方法将每个小区的频率划分到多个参与者上并且因此称为频分多址(FDMA)。第二种技术将信道划分成多个时隙(突发)并且称为时分多址(TDMA)。因此，每个具有200kHz带宽的载频可以借助于TDMA使直至8个参与者同时通信。由此，一个TDMA帧由8个时隙组成并且在4.615ms内传输。假设一个BTS在n个不同的频率上无线电传输，则减去用于在第一个载频上进行信令的2个信道获得8n-2个时隙。

GSM突发首先包括保护时间，所述保护时间是在其中不传输数据的时间缓冲区。这是由于参与者的移动性引起的，所述参与者距BTS具有不同的距离并且因此数据可能时间延迟到达。为了接收器能够识别突发的开始和结束，称为“尾”的已知的比特模型(三个零)被一同发送。始终相同的比特模型位于突发的中间，所述比特模型用于纠错。借助于这种模型(也称为训练序列)可以补偿信号失真、例如由于反射传播/多次传播产生的信号失真。然后还存在所谓的窃取标志，所述窃取标志给出用户数据或信令信息是否位于数据域中。每个GSM突发持续577μs并且经由下面提及的逻辑信道传输114Bit用户数据。

为了同步、频率校正和接入，突发具有另外的格式。由于与时隙相比存在更多的信令信道，故51个TDMA帧在GSM中组合成一个持续地重复的复帧，在所述复帧中确定在哪个突发(在一个TDMA帧之内的时隙0和1)中传输哪些逻辑信道。除了这种常见的配置之外，还可以仅将第一时隙用于有利于用户数据信道的信令信道。用户数据信道设置在重复的26复帧中，其与51复帧并行地延伸。上述划分仅适用于在第一载频上的各帧。所有其他的频率仅包含26复帧并且因此可以将所有8个突发用于用户数据。

在空中接口的链路层(第2层)使用LAPDm协议。所述LAPDm协议是对ISDN D信道的用于D信道的链路访问规程(LAPD)的修改。m代表修改(modified)。存在184Bit长度的LAPDm帧的三种不同的格式。如果没有要发送的用户数据，则A格式用作“空白填充”帧。B格式用于传输SDCCH、FACCH和SACCH，其中用户数据的最大长度取决于信道。最后还存在Bbis格式，其用于传输BCCH、PCH和AGCH、即仅下行链路。由于这些信道的消息被发送给一个位置区的所有参与者，因此在Bbis-帧中不存在识别号。下面应当以B格式为例示出LADPm-帧的构造，例如SDCCH(所述SDCCH例如输送短信)可以位于其中。B-帧首先包括如下域，所述域将帧填充为184Bit，因为一些信道传输的信号数据比其他信道传输的信号数据少。包含信号数据的帧长度(包括分段信息)的域和在各域中的最后一个域各具有8Bit的长度。控制域描述帧类型并给出其是信息帧、监视帧(例如，用于告知准备好接收)或是未编号的帧(例如连接建立/连接解除)。不存在如在用于ISDN的LAPD中的帧校验和，因为第一层已经负责纠错。

地址域提供有关帧的更精确的信息。2Bit长的长链路协议鉴别符(LPD)以01编码小区广播服务(CBS)并且否则始终为00。服务接入点识别号(SAPI)(3Bit)对信号数据进行分类(例如，0表示CC/MM/RR(见下文)或3表示附加服务(SS)和SMS)，而命令或响应(C/R)域对命令帧编码0，对响应帧编码1。最后，扩展地址(EA)域标记是否还跟随有另一个地址八位字节并且因此在LDAPm中始终具有值1，因为地址域是最后的地址八位字节。

空中接口的第三层区分消息类型，所述消息类型又划分为组。类型ID包含协议鉴别符(PD)，所述协议鉴别符将通知或消息划分为组。可能的组是PD＝6的无线电资源管理(RR)、PD＝5的移动性管理(MM)、PD＝3的呼叫控制(CC)、PD＝8的独立于呼叫的补充服务(SS)、PD＝9的SMS通知。每个组都配设有不同的消息类型。因此，例如立即指派消息类型属于RR组，与位置更新有关的消息类型属于MM组，而用于呼叫控制(例如连接、断开)的消息属于CC组。

在下面列出用于无线电资源管理(RR)的前十种消息，因为其对于实现用户数据连接而言是最重要的。RR消息还包括类标查询、测量报告、加密模式命令、加密模式完成、指派命令、指派完成、信道释放和切换。寻呼请求1是指向一个位置区内的所有BTS的寻呼请求。通话或SMS的接收器被搜索。

系统信息类型1是指BTS报告其具有哪些信道(小区分配)。信道通过ARFCN(绝对射频信道编号，上行链路频率和下行链路频率)来识别。

系统信息类型2是指输送BTS的相邻小区(广播信道)的频率。

系统信息类型3是指关于小区的信息、例如小区ID、LAC和与可用的信道有关的参数。

系统信息类型4是指部分包含先前的与GPRS有关的消息和信道属性的信息。

系统信息类型5是指如下信道，MS在通话期间可以登录到所述信道中。

系统信息类型6是指告知MS所述MS位于哪里(Cell-ID和LAC)。

信道请求是指MS的包含原因的信道请求、例如作为对寻呼请求、(紧急)呼叫或位置更新的响应。

立即指派是指响应信道请求并指派专门的用户数据信道(参见在信道概述中的SDCCH)。

寻呼响应是指协商用于建立呼叫的参数、例如MS和MTS支持哪种加密算法、MS的功率和MS的可能的频段。

在移动台与BTS之间的通信划分为多样化的逻辑信道(Channel)。

各个信道以何种组合在一个复帧内出现是不同的并且取决于网络运营商。通过方向MS->BTS来定义上行链路，而因此通过方向MS<-BTS来定义下行链路。

广播信道(BCH)使用BTS用于对于相应的MS的点对多点信道。这些信道是下行链路信道。

频率校正信道(FCCH)包含所谓的频率校正突发，其是一种未调制的信号，所述信号用于同步(寻找51-复帧的开头)并且之后用于在MS与BTS之间的频率的纠错。

借助于同步信道(SCH)，MS可以找到BTS的小区或BCCH并与其同步。

广播控制信道(BCCH)用作小区的识别信道。经由这个信道主要公布位置区码(LAC)、MCC、MNC、小区ID、上行链路频率和下行链路频率(ARFCN)以及相邻小区的频率。如下帧号也属于BCCH的信息频谱，以所述帧号发送对于PCH(见下文)的请求或发送请求：哪些帧号可用于对RACH的请求。

使用小区广播信道(CBCH)以便向在作用范围内的所有参与者发送专门的信息(例如新闻、天气、交通)。

虽然在逻辑上看来CBCH是广播信道，然而从技术的角度看来，CBCH归入SDCCH(见下文)，在SDCCH的时隙内CBCH也进行传输。由所述信道发送的通知没有由移动电话确认。

公共控制信道(CCCH)主要用于建立连接并且在大多数情况下涉及多个参与者。

寻呼信道(PCH)通知MS关于传入的数据、例如电话或SMS。向要呼叫的参与者所在的位置区的所有小区发送寻呼请求。使用IMSI或TMSI作为呼叫名。

移动台可以经由随机接入信道(RACH)向BTS发送通信请求。所述请求通常包含对专门(专用)的信道的访问请求。为此，MS发送信道请求消息。由于不同的参与者彼此不同步，故可能发生不能控制的冲突。因此，RACH是纯上行链路信道。

在RACH上成功通信之后，接入授权信道(AGCH)以立即指派通知告知MS关于向SDCCH的初始分配。由BSC决定SDCCH和TCH的分配。

专用控制信道(DCCH)是仅涉及一个参与者的专门的信道。除了TCH之外，所述专用控制信道类似于ISDN的数据信道。所有DCCH都不仅是上行链路信道而且是下行链路信道(MS<->BTS)。

在因此还没有TCH(见下文)供参与者使用时，将独立专用控制信道(SDCCH)用于在MS与BTS之间的信令和呼叫的初始建立。此外，SDCCH包含不需要TCH的信令数据、例如位置更新或者发送或接收SMS。

快速关联控制信道(FACC)是在连接存在期间传输紧急信号数据、例如切换命令的控制信道。由于这种紧急信令消息相对少地出现，故FACCH没有自身的突发供使用。替代于此，代替于用户数据传输所述突发，并且在GSM突发中设置窃取标志。所述突发在TCH(见下文)的时隙中实施并从技术角度与TCH相关联。

慢速关联控制信道(SACCH)在上行链路中包含活动的小区和相邻的小区的信号测量。基于这些结果，可以例如设置切换或功率调整。所述功率调整在SACCH的下行链路中与定时信息一起传送。由于这些信息涉及活动的连接，故将SACCH与TCH一起建立。

业务信道(TCH)是通话信道或用户数据信道并且与ISDN的基本信道相对应。GSM使用不同类型的TCH。

首先区分全速率语音业务信道(TCH/FS)和半速率业务信道(TCH/HS)。基于此，可以定义不同传输速率的TCH、例如在DCCH之内使用用于TCH/F的以9.6Kb/s的TCH/F9.6，以便防止在相邻小区之间的干扰。为了运行跳频，至少需要以下各信息中的一者：

-小区分配(CA)：在本小区内的所有可用频率(ARFCN)的列表(由BCCH发送)；

-移动分配(MA)：从CA列表中选择频率连同跳频序列；

-跳频序列号(HSN)：给出跳距的在0至63之间的值；

-移动分配索引偏移(MAIO)：频率编号，其也在0与63之间(MA的值范围)。借助于这个偏移，将MS在TDMA帧内分布在所有的可用频率上。

-帧号(FN)：包含改变跳频序列的计数器的变量值。

在AGCH上的立即指派中，也将MAIO和HSN与新分配的SDCCH一起发送。在语音连接期间，跳频还追求如下意图：保护连接以防攻击。已证实的是，仅需要稍微更多的计算和带宽来绕过这种保护。

下面的示例应当示出在所选择的场景的使用中的上述信道和GSM组件。在以下场景中尚未考虑具体的加密方面和认证方面。

下面的场景描述在呼叫接收方侧的对通话信道的建立。

BSC从MSC接收具有接收方的IMSI、TMSI和位置区的寻呼请求。然后，BSC向在所给出的位置区域内的所有BTS发送寻呼请求，所述BSC从其数据库中获取所述位置区。所有的BTS经由PCH将所述寻呼请求进一步输送给位于作用范围中的所有参与者。所涉及的参与者在RACH上应答并经由AGCH(立即指派通知)获得分配自身的SDCCH，MS和MSC在所述自身的SDCCH上关于语音连接的建立彼此达成一致。在这里进行加密或认证。这一旦完成，MSC就向BSC发送指派请求连同建立TCH的指令。然后，BSC激活在BTS中的空闲的TCH并经由SDCCH通知MS有关所分配的TCH。然后，MS切换到所给出的TCH上并经由FACCH向BTS确认成功接收，所述成功接收也经由FACCH确认。最后，MS经由BTS(FACCH)向BSC发送指派完成。

如果参与者运动超出一个BTS的作用范围，则必须将所述参与者转交给具有更好的信号质量的无线电小区。这种形式的转交称为切换。由BSC根据当前小区和相邻小区的经由SACCH测量的信号值发起切换。基于这些测量数据，BSC可以决定MS应当更换到哪个小区中。在能够进行更换之前，所述BSC必须在新的BTS中激活TCH。然后BSC才经由旧的BTS通过FACCH发送切换命令。所述命令包含新的频率和新TCH的时隙号。然后，MS可以通过在四个连续的突发中发送切换接入消息来与新的BTS同步。在第五个突发中，参与者向BTS发送SABM消息(受保护的连接请求)，BTS在正确识别的情况下向BSC发送确认。最后，BSC还必须要解除旧的TCH。如果新小区位于BSC的影响范围之外，则为了成功的切换必须使负责的MSC加入，因为各BSC不相互连接。在(如在这里描述的)活动连接期间的切换中，即使切换发生在一个BSC内，最后仍非正式地通知MSC。

WLAN可以根据硬件设备和运营商的需要以不同的模式运行。

WLAN设施模式在构造上类似于移动无线电网络：无线接入点(通常以路由器的形式)负责协调所有的客户并以可调整的间隔(通常每秒十次)向在接收区域中的所有站发送小的数据包、即所谓的“信标”(英语中“信标灯”，参阅德语“Bake(信标)”)。信标主要包含以下信息，如网络名称(“服务集标识”，SSID)、支持的传输速率的列表和加密类型。

所述“信标灯”非常显著地简化连接建立，因为客户仅需要知道网络名称和可选地知道一些用于加密的参数。同时，持续发送信标包能实现监控接收质量——即使在没有用户数据被发送或接收的情况下。信标总是以最低传输速率(1MBit/s)发送，因此，成功接收“信标”并不保证与网络的稳定连接。

符合蓝牙技术联盟标准的设备在2.402GHz至2.480GHz之间的免许可ISM频段(工业、科学和医学频段)中作为短距离设备(SRD)进行传输。所述设备允许无许可地在全球范围内运行。但是，干扰可能例如由WLAN、无绳电话(欧洲的DECT电话具有不同的频段)或工作在相同频段中的微波炉引起。为了实现抵抗干扰的稳定性而使用跳频方法(Frequencyhopping,跳频)，在所述方法中将频带以1MHz的间距划分为79个信道，在一秒内切换直至1600次信道。然而，也存在不如此频繁地切换频率的数据包类型(多时隙数据包)。在下端和上端上存在各一个频带作为相对于相邻频率范围的保护频带(英文“guard band”，保护频带)。理论上数据传输速率在接收时可以达到706.25kbit/s同时在发送时可以达到57.6kbit/s(非对称数据传输)。

从2.0版本+EDR开始，数据能够以EDR(增强数据速率)至多三倍速地传输、即以大约2.1Mbit/s传输。已经从1.1版本开始，蓝牙设备可以同时保持直至七个连接，其中，参与的设备必须共享可用带宽(共享介质)。

蓝牙支持语音和数据的传输。然而，在必要地同步传输语音期间，大多数设备仅能管理在微微网中的三个参与者。

也可以对所传输的数据进行加密。

除发射功率外，实际可达到的作用范围取决于多个参数。对此例如包括接收器的灵敏度以及在无线电通信路径上使用的发射天线和接收天线的结构形式。环境的特性也可能影响作用范围，例如作为在无线电通信路径内的障碍物的墙壁。由于在长度和安全机制中的差异，数据包的类型也可能对可达到的作用范围具有影响，所述作用范围在室外为10至100m之间。

为了能在全球可用的2.45-GHz-ISM频段上实现较高的传输速率，蓝牙技术联盟计划Alternate MAC/PHY蓝牙扩展；在这里，蓝牙扩展了IEEE-802.11规范的PHY层和MAC层。

无接触的、没有开式触点、然而线缆连接的感应式的充电插头系统在将感应元件插入到在车辆侧部或车辆前部或车辆后部中的一者上的插槽中后通过感应无接触地为电池充电。电驱动的车辆可以例如以固定的7千瓦充电设备在3小时内充电或以1.2千瓦充电设备在大约15小时内充电。更高的充电电流使得充电时间更短。

一种实施方式规定，将用于电动车的充电系统安装到行车道或施工现场表面中。则在行驶期间或在停车时可以借助于感应来无接触地传输能量。在另一种实施方式中规定，在额外为此设置的由快速充电站驱控的停车位置处进行感应式的充电。另一种实施方式规定，在所述停车位置上设置短的架空线部段，所述架空线部段设置为，使得由电动车以可伸出的集电弓到达所述架空线部段。另一种实施方式规定，将能量在电源树中存储在飞轮中和/或特别是在电容器存储器中。例如在城市地区，制动能、例如有轨电车的制动能可以经由架空线电传输给位于铁路边缘或工地边缘的集装箱中的飞轮，以便以此在施工现场上为车辆充电。

所述方法实现能良好地规划的短的中间充电或短的充电时间并给出如下可能性：明显降低必要的电池容量并因此明显降低车辆成本，而没有过于强烈地限制车辆的自主性。

电源树具有各个作业机械12的电池管理10的主功能并且为不同的作业机械分配优化的在电源树或所述电源树的级联的附件处的充电时刻，如这在图2中公开的那样。电源树的控制根据电动车12的相应的充电状态(所述充电状态借助于无线路径传输给电源树)确定适合的充电时间段，以便保持电动车始终准备好运行。电动车还传输其轮胎的气压、其电池的充电状态以及电池的温度。电源树借助于模糊逻辑识别各个作业机械的工作行为和时间管理并且持续地优化充电过程。

因此，可以随时向机械驾驶员显示仍然供使用的能量存量并且建议优化的充电时刻。然而，机械驾驶员可以向电源树报告关于充电时间的特殊要求，并且然后将所述特殊要求考虑在所有机械的整个电源管理中。

电源树的模块化的构造使得能够在需要时借助于电流输送装置或通信输送装置11以其他的纯粹的“电流输送树”成本有利地扩展基本模块，如这在图2中示出的那样。

附图标记列表

1 电源树/快速充电站

2 发电机单元/发电机

3 内燃发动机/内燃机

4 存储器单体/缓冲电池

5 高功率电容器

6 高电流连接/充电装置

7 感应面/充电装置

8 顶部

9 天线

10 数据处理装置(计算机)电池管理

11 通信输送装置

12 作业机械

Claims

1.快速充电站(1)，其用于对电驱动的陆运交通工具、水运交通工具、空运交通工具和/或作业机械(12)和/或电池进行充电，所述快速充电站包括至少一个内燃机(3)和至少一个燃料箱和/或燃料电池和/或至少一个发电机(2)和/或至少一个缓冲电池(4)和/或至少一个高功率电容器(5)和/或至少一个光伏元件和/或至少一个飞轮存储器和至少一个充电装置(6、7)和/或电网接口。

2.根据权利要求1所述的快速充电站，其特征在于，所述快速充电站在废气管路中具有至少一个颗粒过滤器和/或至少一个废气催化器。

3.根据权利要求1或2所述的快速充电站，其特征在于，所述快速充电站能以燃气或氢气和/或汽油或柴油运行。

4.根据前述权利要求中一项或多项所述的快速充电站，其特征在于，所述快速充电站具有至少一个顶部(8)。

5.根据前述权利要求中一项或多项所述的快速充电站，其特征在于，所述顶部(8)实施为可打开并且可关闭的。

6.根据前述权利要求中一项或多项所述的快速充电站，其特征在于，所述快速充电站具有至少一个开环控制单元或闭环控制单元。

7.根据前述权利要求中一项或多项所述的快速充电站，其特征在于，所述快速充电站具有至少一个天线(9)，所述天线与所述开环控制单元或闭环控制单元连接。

8.根据前述权利要求中一项或多项所述的快速充电站，其特征在于，所述快速充电站具有至少一个无线的数据传输装置、例如WLAN或GSM连接。

9.根据前述权利要求中一项或多项所述的快速充电站，其特征在于，所述快速充电站具有至少一个电流输送装置或通信输送装置(11)，并且所述至少一个电流输送装置或通信输送装置是可级联的。

10.用于对电驱动的陆运交通工具、水运交通工具、空运交通工具和/或作业机械和/或电池进行充电的方法，其特征在于，使用根据前述权利要求中一项或多项所述的快速充电站。