DE102009016869A1

DE102009016869A1 - Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102009016869A1
Application number: DE102009016869A
Authority: DE
Inventors: Tim Schäfer
Original assignee: Li Tec Battery GmbH
Current assignee: Li Tec Battery GmbH
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2010-10-14
Also published as: EP2416984A1; US20120158229A1; JP2012523551A; WO2010115573A1; KR20120006538A; BRPI1013512A2; CN102387936A

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, welches einen elektrischen Fahrantrieb und wenigstens eine wiederaufladbare und austauschbare Elektroenergieeinheit aufweist, wobei dem elektrischen Fahrantrieb elektrische Antriebsenergie von der Elektroenergieeinheit zugeführt wird und wobei die Elektroenergieeinheit bei niedrigem Ladezustand aufgeladen oder ausgetauscht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, ein Navigationsgerät, ein Fahrzeugenergiesteuerungssystem, eine Versorgungsstation und eine Infrastruktur zur Versorgung solcher Fahrzeuge mit elektrischer Energie sowie eine geeignete Elektroenergieeinheit.
Es ist bekannt, elektrischen Strom zum Antrieb von Fahrzeugen, insbesondere Automobilen und Booten, zu verwenden. Der elektrische Strom wird an Bord des Fahrzeugs in Batterien oder Akkumulatoren (umgangssprachlich wird im Fahrzeugbereich auch bei Akkumulatoren verbreitet von Batterien gesprochen) mitgeführt und über einen Elektromotor zum Antrieb genutzt. In den letzten Jahren haben sich Lithium-Ionen-Akkumulatoren als kapazitäts- und leistungsstarke Grundlage elektrischer Fahrzeugantriebssysteme etabliert.
Prinzipiell können die meisten Elektrofahrzeuge an jeder Steckdose aufgeladen werden. Das Netz von öffentlichen Akkuladestellen für Elektrofahrzeuge bedingt jedoch, selbst in einem zukünftig zu erwartenden massiven Ausbaustadium, lange Ladezeiten; dies erfordert bei längeren Reisen eine sorgfältige Weg- und Zeitplanung. Insbesondere sind, abhängig von der Reichweite der Fahrzeuge, vergleichsweise lange Ladepausen einzukalkulieren. Selbst ein Leichtelektromobil mit geringem Stromverbrauch wie etwa das unter den Handelsnamen TWIKE bekannte Fahrzeug benötigt nach Herstellerangaben, je nach Batterieversion, an einer Ladestation mit herkömmlichem 3,5 kW (230 V/16 A) zwischen 1 und 3 Stunden für eine volle Ladung (95%). Elektrofahrzeuge mit höherer Leistung bzw. Batteriekapazität verlangen entsprechend längere Ladezeiten.
Eine gewisse Erleichterung der Situation kann sich durch Kraftstromanschlüsse ergeben, soweit die Akkumulatoren und deren Ladesysteme entsprechend ausgelegt sind. Das in den letzten Jahren in der Schweiz entstandene Park&Charge-System der öffentlichen Stromtankstellen für Solar- und E-Mobile liefert z. B. je nach Ausführung und Absicherung standardmäßig 3,5 kW oder 10 kW. Sollen jedoch künftig Fahrzeuge mit großer Reichweite in zumutbarer Zeit geladen werden, sind entsprechend höhere Anschlusswerte vorzusehen, die schnell die Grenzen der Netzkapazität strapazieren könnten. Des Weiteren stellt ein so schneller Ladevorgang eine hohe Belastung für einen Akku dar und kann je nach Akkutyp auf Dauer dessen Lebenszeit begrenzen.
Ein anderes Konzept verfolgen sogenannte Leihsysteme, die das Fahrzeug als Ganzes oder die Batterie oder Module davon betreffen. Ein solches Konzept verfolgt z. B. die Stadt Stuttgart mit Akkuwechselstationen für Pedelecs (Elektrofahrräder) an Haltestellen des öffentlichen Personennahverkehrs (Spiegel Online, 3. Juni 2008, 11:33, "Stuttgart plant Elektrofahrrad-Netzwerk", www.spiegel.de/auto/aktuell/0,1518,556352,00.html)). Das ambitionierte Projekt ”better place” des Unternehmers Shai Agassi sieht ein flächendeckendes Netz von Elektrotankstellen mit Lade- und Wechselstationen vor (manager-magazin.de, 30. Oktober 2007, "Das SAP-Wunderkind kehrt zurück", www.manager-magazin.de/it/artikel/0,2828,514273,00.html). Dabei sind Akkuwechselstationen vorgesehen, die Akkumulatoren vieler Typen vorrätig halten und in denen ein leerer Akku in kurzer Zeit ausgetauscht wird.
Die weitere Einführung und Verbreitung von Elektrofahrzeugen stößt jedoch noch auf Widerstände. So besteht teilweise die Befürchtung, während der Fahrt mit leerer Batterie liegenzubleiben. Dieser Befürchtung liegt die folgende Erwägung zugrunde. Ein leerer Tank eines Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor ist zwar ärgerlich, aber mit Hilfe eines Pannendienstes, eines Reservekanisters oder etwa nur eines Schlauchs und eines hilfsbereiten Verkehrsteilnehmers vergleichsweise leicht zu beheben. Demgegenüber gestaltet sich die Ersatzladung oder der Austausch eines leeren Akkus auf offener Strecke schwieriger. Ein Austausch auf offener Strecke erfordert aufgrund des hohen Gewichts eines leistungsfähigen Akkus einen hohen Transportaufwand, und es ist nicht sicher, ob der benachrichtigte Pannendienst den benötigten Akkutyp vorrätig hat. Hilfestellung durch andere Verkehrsteilnehmer ist praktisch auf Abschleppen beschränkt. Es ist daher bei Elektrofahrzeugen ungleich wichtiger als bei Kraftfahrzeugen, zuverlässig die nächste geeignete Tankstelle bzw. Versorgungsstation zu erreichen.
Es sind bereits Navigationssysteme bekannt geworden, bei denen Informationen über die Lage von Tankstellen gespeichert sind und verwendet werden. Diese Information allein ist jedoch bei Elektroantrieben nicht ausreichend. Aufgrund der niedrigeren Energiedichte von Elektroenergieeinheiten (Akkumulatoren) gegenüber herkömmlichen Kraftstoffen und des daher erhöhten Bedarfs an Lagervolumen, sowie aufgrund einer möglichen Typenvielfalt bei Akkumulatoren erfordert eine hinreichende Versorgungssicherheit einen höheren logistischen Aufwand als bei herkömmlichen Kraftstoffen. So ist ein Mix aus Neubeschickung, Umverteilung zwischen Versorgungsstationen und lokaler Aufladung von Akkumulatoren unter flexibler Berücksichtigung laufenden Abgangs voll aufgeladener und Zugangs leerer bzw. teilentleerter Akkumulatoren an den Versorgungsstationen zu betreiben. Sollte es vorkommen, dass an einer an sich zur Aufladung und vor allem zum Austausch von Akkumulatoren geeigneten Typs zum Zeitpunkt des Bedarfs gerade keine voll aufgeladenen Stücke zur Verfügung stehen, bleibt dem Führer des Fahrzeugs nur die zeitaufwändige Aufladung und damit ein erzwungener Aufenthalt an der Versorgungsstation. Besonders unangenehm ist dies bei vollautomatischen Stationen ohne Beherbergungsmöglichkeit, insbesondere in ansonsten dünn besiedelten und klimatisch ungünstigen Gebieten.
Auf Gewässern, insbesondere größeren Binnenseen oder im küstennahen Raum von Meeresgewässen kommt der oben beschriebenen Befürchtung unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit besondere Bedeutung zu. Wird ein Boot oder Schiff auf einem größeren Gewässer wie etwa dem Bodensee oder anderen Seen elektrisch betrieben, so ist es wichtig, immer in Reichweite einer Lade- oder Akkuwechselstation zu bleiben, um nicht unversehens in Seenot zu geraten. Andererseits ist es lästig, aus übertriebener Vorsicht heraus ständig in der Nähe der Versorgungsstellen zu bleiben, ohne dass dies konkret erforderlich wäre.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Energieversorgungsverfahren, ein Fahrzeugsteuerungssystem, eine Versorgungsstation und eine Infrastruktur, eine Elektroenergieeinheit sowie ein Routenfindungsverfahren und ein Navigationsgerät zu schaffen, mit denen zuverlässig eine geeignete Tankstelle bzw. Versorgungsstation erreicht werden kann.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Nach der Erfindung weist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, welches einen elektrischen Fahrantrieb und wenigstens eine wiederaufladbare und austauschbare Elektroenergieeinheit aufweist, wobei dem elektrischen Fahrantrieb elektrische Antriebsenergie von der Elektroenergieeinheit zugeführt wird und wobei die Elektroenergieeinheit bei niedrigem Ladezustand aufgeladen oder ausgetauscht wird, die Schritte auf:

– Ermitteln eines Ladezustands der Elektroenergieeinheit;
– Ermitteln einer gegenwärtigen Position des Fahrzeugs;
– Berechnen einer Reichweite des Fahrzeugs auf der Grundlage des Ladezustands der Elektroenergieeinheit;
– Ermitteln eines jeweiligen Lagerbestands von Versorgungsstationen, die zur Wiederaufladung und/oder zum Austausch der Elektroenergieeinheit eingerichtet sind, wobei der Lagerbestand wenigstens durch Anzahl und Ladezustand von in einer Versorgungsstation vorrätig gehaltenen Elektroenergieeinheiten definiert ist; und
– Bestimmen wenigstens einer der Versorgungsstationen als geeignete Versorgungsstation, wenn die Versorgungsstation innerhalb der Reichweite des Fahrzeugs liegt und der Lagerbestand der Versorgungsstation eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, insbesondere eine vorbestimmte Anzahl aufgeladener Elektroenergieeinheiten zum Austausch bereitstehen,
– wobei zur Berechnung der Reichweite und/oder zur Bestimmung geeigneter Versorgungsstationen erforderliche Daten zwischen dem Fahrzeug und wenigstens einer der Versorgungsstationen und/oder zwischen dem Fahrzeug und einer Zentrale und/oder zwischen den Versorgungsstationen und der Zentrale kommuniziert werden, wobei wenigstens die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und den Versorgungsstationen und/oder der Zentrale auf drahtlosem Weg erfolgt.

Mit dem Verfahren kann eine Fahrt mit dem Fahrzeug so geplant bzw. geführt werden, dass zuverlässig eine geeignete Versorgungsstation mit einer ausreichenden Anzahl aufgeladener Akkus erreicht wird. Ein Liegenbleiben auf offener Strecke kann vermieden werden. Die Erfindung ist vorteilhaft dadurch gekennzeichnet, dass die zur Berechnung der Reichweite und/oder zur Bestimmung geeigneter Versorgungsstationen erforderlichen Daten zwischen dem Fahrzeug und wenigstens einer der Versorgungsstationen und/oder einer Zentrale drahtlos kommuniziert werden. Auf diese Weise ist es möglich, die erforderlichen Be rechnungen, Bestimmungen und Speichervorgänge wahlweise zentral oder dezentral oder verteilt auf mehrere Recheninstanzen in der Zentrale, den Versorgungsstationen oder den Fahrzeugen durchzuführen.
Zu diesem Zweck können beispielsweise wenigstens die Position und gegenwärtige Reichweite des Fahrzeugs rundgesendet werden, woraufhin eine Information bezüglich geeigneter Versorgungsstationen an das Fahrzeug gesendet wird. In diesem Fall tragen die Versorgungsstationen (oder die Zentrale) die Berechnungslast und versorgen das fahrzeuggestützte System lediglich mit den Bestimmungsergebnissen. Andererseits kann auch der Lagerbestand einer Versorgungsstation innerhalb eines vorbestimmten Umkreises rundgesendet werden. Diese Rundsendung kann dann von den im Umkreis befindlichen Fahrzeugen aufgefangen und in ihre Rechenvorgänge zur Bestimmung geeigneter Versorgungsstationen einbezogen werden.
Unter besonderen Bedingungen, etwa bei unerwartet hohem Energieverbrauch während der Fahrt oder unerwarteter Bedarfsspitzen an einer Versorgungsstation, kann es sein, dass innerhalb der gegenwärtigen Reichweite des Fahrtzeugs keine ausreichend beschickten Versorgungsstationen mehr zur Verfügung stehen. Dann ist es vorteilhaft, wenn eine Versorgungsstation, deren Lagerbestand die vorbestimmte Bedingung nicht erfüllt, dann ersatzweise als geeignete Versorgungsstation bestimmt wird, wenn sie zur Aufladung der Elektroenergieeinheit mit einem Schnell-Ladeverfahren eingerichtet ist. So kann ein möglicher Zeitverlust beim Aufladen in Grenzen gehalten werden.
Notfalls kann eine Versorgungsstation, deren Lagerbestand die vorbestimmte Bedingung weder erfüllt noch sie zur Aufladung der Elektroenergieeinheit mit einem Schnell-Ladeverfahren eingerichtet ist, dann ersatzweise als geeignete Versorgungsstation bestimmt wird, wenn sie grundsätzlich zur Aufladung der Elektroenergieeinheit eingerichtet ist. Eine solche Versorgungsstation kann dann sinnvoll berücksichtigt werden, wenn sie am Ziel der Fahrt liegt, denn es kann davon ausgegangen werden, dass dort ohnehin eine gewisse Standzeit geplant ist.
Vorzugsweise wird der Bestimmung als geeignete Versorgungsstation ein durch den Benutzer wählbares Fahrtziel zu Grunde gelegt oder werden die als geeignet bestimmten Versorgungsstationen auf der Grundlage des gewählten Fahrtziels gewichtet. So können die geeigneten Versorgungsstationen zielgerichtet ausgewählt werden, während vom Fahrtziel weg führende Versorgungsstationen ignoriert werden können.
Wird die am weitesten von der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs in Richtung des Fahrtziels gelegene, geeignete Versorgungsstation unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Sicherheitsreserve als Ziel-Versorgungsstation bestimmt, kann die Kapazität der Elektroenergieeinheit optimal ausgenutzt werden.
Im Zuge des vorgeschlagenen Verfahrens kann eine Fahrtroute von der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs zu dem Fahrtziel auf der Grundlage geeigneter Versorgungsstationen berechnet werden und so das Verfahren in die Routine eines an sich bekannten Navigationssystems eingebunden werden. Dabei wird bevorzugt die am weitesten von der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs auf der berechneten Fahrtroute gelegene, geeignete Versorgungsstation unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Sicherheitsreserve als Ziel-Versorgungsstation bestimmt, um die Kapazität der Elektroenergieeinheit optimal auszunutzen.
Das Verfahren kann noch flexibler gestaltet werden, wenn dem Benutzer geeignete Versorgungsstationen auf der Fahrtroute zur Auswahl oder Abwahl angeboten werden.
Durch iterative Durchführung der Schritte des Berechnens einer Fahrtroute und des Bestimmens geeigneter Versorgungsstationen, vorzugsweise einschließlich des Schrittes des Bestimmens einer Ziel-Versorgungsstation und des Schrittes des Anbietens und des Auswählens oder Abwählens, kann eine Optimierung der Routenfindung verwirklicht werden.
Es ist möglich, an einer Versorgungsstation eine erforderlichen Anzahl von Elektroenergieeinheiten für ein Fahrzeug zu reservieren, wenn die Versorgungsstation für dieses Fahrzeug als geeignete Versorgungsstation bestimmt wurde, wobei die Reservierung vorzugsweise auf eine konkrete Anfrage durch das Fahrzeug hin geschieht. So kann sichergestellt werden, dass eine einmal als geeignet bestimmte Versorgungsstation bei Ankunft des Fahrzeugs die erforderliche Anzahl von (aufgeladenen) Elektroenergieeinheiten bereithält.
Es ist dabei von Vorteil, wenn die konkrete Anfrage an eine bestimmte Versorgungsstation von einer Bestätigung durch einen Benutzer des Fahrzeugs abhängig gemacht wird. Es können so Fehlreservierungen vermieden werden, wenn der Benutzer des Fahrzeugs eine andere Route oder einen anderen Pausenrhythmus bevorzugt. Wenn eine Versorgungsstation die einzig erreichbare, geeignete Versorgungsstation ist, kann eine Reservierung ohne Rücksicht auf eine Bestätigung durch den Benutzer erfolgen.
Zur Berechnung der Reichweite kann wenigstens eines der Kriterien einer gegenwärtig gemessenen Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eines bisherigen Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsprofils, von Energieverbrauchsparametern des Fahrzeugs, von Lade- und Entladecharakteristika der Elektroenergieeinheit, von Fahrerdaten wie etwa eines bevorzugten Fahrverhaltens, von Streckendaten entlang der Fahrtroute, von Wetterinformationen und Verkehrslageinformationen verwendet werden. So kann der zu erwartende Energiebedarf für eine Strecke je nach Bedarf mit hinreichender Genauigkeit abgeschätzt werden. Daher ist es möglich, die Reichweite des Fahrzeugs bzw. der Elektroenergieeinheit mit ausreichender Sicherheitsreserve optimal auszunutzen. Dies erhöht auch die Flexibilität des Elektroantriebs und die Akzeptanz dieses Antriebs- und Versorgungskonzepts, denn es bewahrt den Benutzer davor, dass der Energievorrat überraschend zur Neige geht.
Zur Berechnung der Reichweite können auch mehrere alternative Geschwindigkeitsprofile auf der Grundlage variierter Parameter extrapoliert werden. Derartige Variationen können dem Benutzer des Fahrzeugs Hinweise auf ein einzuhaltendes Fahrverhalten, das erforderlich ist, um die eine oder andere Versorgungsstation zu erreichen, oder besonders energiesparende Fahrtstrecken geben.
Die Feststellung der Eignung oder Nichteignung einer Versorgungsstation wird vorzugsweise während der Fahrt des Fahrzeugs fortgesetzt wiederholt, um stets die aktuellen und veränderlichen Verhältnisse berücksichtigen zu können. Daher kann auch dann, wenn sich während der Fahrt Änderungen in der Eignung einer Versorgungsstation ergeben oder der Ladezustand der Elektroenergieeinheit schneller abnimmt als angenommen, zuverlässig eine geeignete Versorgungsstation erreicht werden.
Insbesondere kann kontinuierlich überprüft werden, ob auf der gegenwärtig angenommenen Fahrtroute eine geeignete Versorgungsstelle erreichbar ist. Wenn dies nicht der Fall ist, können Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Diese Gegenmaßnahmen können sich auf eine bloße Information des Benutzers beschränken, aber auch konkrete Variationsrechnungen oder Handlungsvorschläge beinhalten.
Die Schritte des Verfahrens können in unterschiedlichem Ausmaß zentral oder verteilt auf der Seite des Fahrzeugs, auf der Seite einer oder mehrerer Versorgungsstationen und/oder auf der Seite einer Verwaltungszentrale durchgeführt werden, um den Anforderungen an die Betriebssicherheit, den Datenschutz, Berechnungslast, Speicherbedarf, Stromverbrauch etc. gerecht werden zu können.
In einer Weiterentwicklung des Verfahrens können die Fahrtrouten aller an dem Verfahren teilnehmenden Fahrzeuge auf der Grundlage der vorab durch die jeweiligen Benutzer gewählten und angemeldeten, durch Startpunkt und Zielpunkt definierten Strecken dynamisch so geführt werden, dass Fahrtzeit und/oder Gesamtenergieverbrauch der Fahrzeuge optimiert werden.
Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung wird das vorstehend beschriebene Verfahren in einem Navigationsgerät ausgeführt.
Die vorliegende Erfindung kann in einem Fahrzeugenergiesteuerungssystem zum Steuern einer Energieversorgung eines Fahrzeugs, welches einen elektrischen Fahrantrieb und wenigstens eine wiederaufladbare und austauschbare Elektroenergieeinheit aufweist, wobei dem elektrischen Fahrantrieb elektrische Antriebsenergie von der Elektroenergieeinheit zugeführt wird und wobei die Elektroenergieeinheit bei niedrigem Ladezustand aufgeladen oder ausgetauscht wird, verkörpert sein. Das Fahrzeugenergiesteuerungssystem weist wenigstens eine Positionsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer Position der Fahrzeugs und eine Ladezustandsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Ladezustands der Elektroenergieeinheit auf. Nach unterschiedlichen Gesichtspunkten der Erfindung weist das Fahrzeugenergiesteuerungssystem ferner auf:

– eine Reichweitenberechnungseinrichtung zum Berechnen einer Reichweite des Fahrzeugs auf der Grundlage des durch die Ladezustandsbestimmungseinrichtung bestimmten Ladezustands der Elektroenergieeinheit; eine Empfangseinrichtung zum drahtlosen Empfangen einer Information aus einem drahtlosen Fernkommunikationsnetzwerk über Versorgungsstationen, die zur Aufladung und/oder zum Austausch der Energiespeichereinheit eingerichtet sind und über deren jeweiligen Lagerbestand, wobei der Lagerbestand wenigstens durch Anzahl und Ladezustand von in einer Versorgungsstation vorrätig gehaltenen Elektroenergieeinheiten definiert ist; und eine Eignungsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer Versorgungsstation als geeignete Versorgungsstation dann, wenn die Versorgungsstation innerhalb der Reichweite des Fahrzeugs liegt sowie deren Lagerbestand eine vorbestimmte Bedingung er füllt, insbesondere dergestalt, dass eine vorbestimmte Anzahl aufgeladener Elektroenergieeinheiten zum Austausch bereitstehen, oder
– eine Speichereinrichtung, in welcher Identifikationsdaten der Elektroenergieeinheit sowie vorzugsweise des Fahrzeugs, und/oder Lade-/Entladeparameter der Elektroenergieeinheit und/oder Energieverbrauchsparameter des Fahrzeugs vorab gespeichert sind; eine Sendeeinrichtung zum drahtlosen Senden einer Information, welche die Position, den Ladezustand der Elektroenergieeinheit, die Identifikationsdaten der Elektroenergieeinheit sowie gegebenenfalls des Fahrzeugs, die Lade-/Entladeparameter der Elektroenergieeinheit und die Energieverbrauchsparameter des Fahrzeugs enthält, an ein Fernkommunikationsnetzwerk; und eine Empfangseinrichtung zum drahtlosen Empfangen einer Information aus dem Fernkommunikationsnetzwerk über die gegenwärtige Reichweite des Fahrzeugs und über Versorgungsstationen, die innerhalb der Reichweite des Fahrzeugs liegen und die zur Aufladung und/oder zum Austausch der Energiespeichereinheit eingerichtet und geeignet sind und, wobei nur solche Versorgungsstationen als geeignet bestimmt sind, deren Lagerbestand eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, insbesondere dergestalt, dass eine vorbestimmte Anzahl aufgeladener Elektroenergieeinheiten zum Austausch bereitstehen.

Die vorstehend genannten Gesichtspunkte können auch gemeinsam verwirklicht sein.
Mit einem solchen Fahrzeugenergiesteuerungssystem kann das vorstehend beschriebene Verfahren in unterschiedlichen Anteilen auf der Seite des Fahrzeugs bzw. der Elektroenergieeinheit ausgeführt werden bzw. die erforderlichen Daten an eine entfernte, gegebenenfalls zentrale Instanz zur Weiterverarbeitung kommuniziert werden. Die gesendeten bzw. empfangenen Daten können zusätzliche Informationen enthalten, je nach Verteilung der Berechnungslast.
Zur Verwirklichung von Teilaspekten des Verfahrens mit dem Fahrzeugenergiesteuerungssystem ist es vorteilhaft, wenn eine Navigationseinrichtung zum Ermitteln einer Fahrtroute von der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs zu einem durch einen Benutzer wählbaren Ziel vorhanden ist.
Die Navigationseinrichtung kann Streckendaten wie etwa Höhenprofil, Kurvenverlauf, Seitneigung, Straßenbelag und -zustand (insbesondere Reibungsbeiwerte), Geschwindigkeitsbeschränkungen, statistisch zu erwartende Verkehrsdichte, notwendige oder zu erwartende Haltepunkte an Kreuzungen, Einmündungen, Lichtzeichenanlagen, Bahnübergängen und dergleichen, gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Wochentag, Feiertagen, Urlaubszeiten sowie der Uhrzeit, bereitstellen. Auf diese Weise ist es möglich, die Streckendaten zur Berechnung der Reichweite heranzuziehen.
Es kann ferner eine Verkehrsinformationsauswertungseinrichtung zum Empfangen und zur Auswertung von Verkehrsinformationen, die von einer Verwaltungszentrale oder einem Rundfunksender bereitgestellt werden, vorgesehen sein. Auf diese Weise ist es möglich, aktuelle Verkehrsdaten zur Berechnung der Reichweite heranzuziehen.
Es kann ferner eine Wetterinformationsauswertungseinrichtung zum Empfangen und zur Auswertung von Wetterinformationen, die von einer Verwaltungszentrale oder einem Rundfunksender bereitgestellt werden, und/oder eine Wetterdatenerfassungseinrichtung zum Erfassen von Wetterdaten wie etwa Temperatur, Lichtintensität, Feuchtigkeit, Nässe, Gegenwind, Rückenwind, Seitenwind und dergleichen, vorgesehen sein. Auf diese Weise ist es möglich, aktuelle und/oder vorhergesagte Wetterdaten zur Berechnung der Reichweite und der zu erwartenden Entladung sowie, falls das Fahrzeug mit einer Fotovoltaikeinrichtung versehen ist, einer möglichen Aufladung durch fotovoltaisch erzeugten Strom heranzuziehen.
Die Verkehrsinformationen und/oder die Wetterinformationen können z. B. über ein Radiogerät von einem Rundfunksender empfangen und in geeigneter Form zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden.
Es kann ferner eine Fahrzustandserfassungseinrichtung zum Erfassen charakteristischer Fahrzustände wie Geschwindigkeit, Längsbeschleunigung, Längsverzögerung, Seitenbeschleunigung, Straßenhaftung bzw. Schlupf und dergleichen, vorgesehen sein. Vorzugsweise ist eine Fahrzustandsspeichereinrichtung zum Speichern der charakteristischen Fahrzustände im zeitlichen Verlauf vorgesehen. Auf diese Weise ist es möglich, charakteristische Fahrzustände, insbesondere in ihrem bisherigen Verlauf, zur Berechnung der Reichweite heranzuziehen. Dies ist insbesondere möglich durch eine Fahrerverhaltensauswertungseinrichtung zum Bestimmen von Parametern zur Beschreibung eines typischen Fahrverhaltens des gegenwärtigen Fahrers auf der Grundlage des zeitlichen Verlaufs der charakteristischen Fahrzustände.
Je nachdem, wo und zu welchen Anteilen die einzelnen Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden, kann die Sendeeinrichtung eingerichtet sein, von der Navigationseinrichtung bereitgestellte Streckendaten und/oder von der Verkehrsinformationsauswertungseinrichtung empfangene Verkehrsinformationen und/oder von der Wetterinformationsauswertungseinrichtung empfangene oder von der Wetterdatenerfassungseinrichtung erfasste Wetterdaten und/oder von der Fahrzustandserfassungseinrichtung erfasste Fahrzustände und/oder in der Fahrzustandsspeichereinrichtung gespeicherte Fahrzustandsverläufe und/oder von der Fahrerverhaltensauswertungseinrichtung bestimmte Verhaltensparameter an die Verwaltungszentrale und/oder die Versorgungsstationen zu senden. Auf diese Weise können die Daten zentral verarbeitet werden und Berechnungslast von dem Fahrzeug genommen werden. Es können daher die Datenverarbeitungseinrichtungen an Bord des Fahrzeugs vereinfacht und energiesparend ausgelegt werden.
Die vorliegende Erfindung kann auch in einer Versorgungsstation zur Versorgung von Fahrzeugen, die einen elektrischen Fahrantrieb und wenigstens eine wiederaufladbare und vorzugsweise austauschbare Elektroenergieeinheit aufweisen, mit elektrischer Energie verkörpert sein. Eine solche Versorgungsstation weist auf: eine Lagereinrichtung zum Lagern einer Mehrzahl von Elektroenergieeinheiten; wenigstens eine Wechselvorrichtung zum Austauschen von an Bord eines Fahrzeugs befindlichen Elektroenergieeinheiten gegen Elektroenergieeinheiten aus der Lagereinrichtung; wenigstens eine Ladevorrichtung zum Laden von an Bord eines Fahrzeugs befindlichen Elektroenergieeinheiten; eine Lagerbestandsfeststellungseinrichtung zum Feststellen eines Lagerbestands der Versorgungsstation, definiert durch Anzahl und Ladezustand der in der Lagereinrichtung gelagerten Elektroenergieeinheiten; und eine Kommunikationseinrichtung zum Austauschen von Daten mit Fahrzeugen in der Umgebung der Versorgungsstation und/oder über Fahrzeuge in der Umgebung der Versorgungsstation mit einer Verwaltungszentrale.
Derartige Versorgungsstationen sind zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens unentbehrlich. Das vorstehend beschriebene Verfahren kann in unterschiedlichen Anteilen auf der Seite der Versorgungsstation ausgeführt werden bzw. die erforderlichen Daten an die teilnehmenden Fahrzeuge oder gegebenenfalls an eine zentrale Instanz zur Weiterverarbeitung kommuniziert werden.
Vorzugsweise ist die Versorgungsstation zur Handhabung mehrerer Typen von Elektroenergieeinheiten eingerichtet. Es versteht sich, dass die Feststellung des Lagerbestands dabei für jeden Typ der Elektroenergieeinheiten gesondert durchgeführt wird. So können Anfragen von Fahrzeugen mit einem speziellen Akkutyp gezielt beantwortet werden oder Lagerbestandsdaten nach Akkutyp gefiltert am Ort der Fahrzeuge verarbeitet werden.
Vorzugsweise sendet die Kommunikationseinrichtung den Lagerbestand angebende Daten an die Fahrzeuge oder die Verwaltungszentrale. In diesem Fall kann die Bestimmung der Eignung oder Nichteignung der Versorgungsstation für die Versorgung eines bestimmten Fahrzeugs in den Fahrzeugen selbst oder in der Verwaltungszentrale erfolgen. Dabei kann die Kommunikationseinrichtung die den Lagerbestand angebenden Daten nur dann sendet, wenn sie eine Bestandsanfrage von einem Fahrzeug oder der Verwaltungszentrale empfängt.
Alternativ kann die Versorgungsstation eine Eignungsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob die Versorgungsstation für die Versorgung eines Fahrzeugs geeignet ist, auf der Grundlage des festgestellten Lagerbestands und der über die Kommunikationseinrichtung empfangenden Daten über das Fahrzeug aufweisen, wobei die empfangenen Daten wenigstens eine Position des Fahrzeugs und einen Ladezustand der an Bord des Fahrzeugs befindlichen Elektroenergieeinheit enthalten und die Kommunikationseinrichtung anschließend die bestimmte Eignung oder Nichteignung der Versorgungsstation angebende Daten an die Fahrzeuge oder die Verwaltungszentrale sendet.
Ferner kann eine Reservierungseinrichtung zum Reservieren einer Elektroenergieeinheit für ein bestimmtes Fahrzeug vorgesehen sein. Diese Reservierungseinrichtung kann die auf eine Reservierung und eine Stornierung derselben bezogenen Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausführen.
In der Versorgungsstation kann wenigstens eine zur Schnell-Ladung geeignete Ladevorrichtung vorhanden ist. Daher kann selbst dann, wenn gerade keine geeignete Elektroenergieeinheit für ein anfragendes Fahrzeug an der Versorgungsstation zur Verfügung steht, die Aufenthaltsdauer zur Aufladung in erträglichen Grenzen gehalten werden.
Die Versorgungsstation weist vorzugsweise eine Lager-Ladeeinrichtung zum Aufladen oder Ladungsauffrischen von in der Lagereinrichtung gelagerten Elektroenergieeinheiten auf. So können die Elektroenergieeinheiten am Ort der Versorgungsstation aufgeladen werden und kann der Umfang der zwischen den Versorgungsstationen und einer zentralen Lager- und Verteilungsstelle verrin gert werden. Die Ladungsauffrischung erfolgt dabei zyklisch, denn so wird die Energie effizienter genutzt, als wenn die Elektroenergieeinheiten mit einer permanenten Erhaltungsladung beaufschlagt werden. Die Aufladung kann im Wesentlichen dann erfolgen, wenn elektrische Energie aus dem Netz zur Verfügung steht, so etwa zur Nachtzeit, und kann so zur Stabilisierung des Netzes und zum Abfangen von Überkapazitäten und Spitzen beitragen. Insgesamt sollte der Akkubestand in der Lagereinrichtung relativ stabil sein. Die beständige Bestückung der Lagereinrichtungen mehrerer Versorgungsstationen wird über eine entsprechende Logistik gewährleistet, die über Rechner-, Steuer- und Kommunikationseinrichtungen abgesichert ist.
Die Versorgungsstation kann eine Elektroenergie-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen von elektrischer Energie aus fossilen oder nachwachsenden Rohstoffen oder regenerativen Quellen und vorzugsweise eine Elektroenergie-Zwischenspeichereinrichtung zum Zwischenspeichern der erzeugten elektrischen Energie bis zur Verwendung aufweisen. So kann auch netzunabhängig die Aufladung der Akkus gewährleistet werden. Andererseits kann überschüssig erzeugte elektrische Energie ins Netz eingespeist werden und so wiederum für eine Stabilisierung des Netzes in anderer Richtung, nämlich zum Abfangen von Bedarfsspitzen, genutzt werden. Je nach Standort bieten sich Wind, Sonnenlicht, Fließwasser, Gezeitenhub, Wellenkraft oder dergleichen als regenerative Quellen an.
Die vorliegende Erfindung kann auch in einer Infrastruktur zur Versorgung von Fahrzeugen, die einen elektrischen Fahrantrieb und wenigstens eine wiederaufladbare und vorzugsweise austauschbare Elektroenergieeinheit aufweisen, mit elektrischer Energie, verkörpert sein. Eine solche Infrastruktur weist eine Mehrzahl der vorstehend beschriebenen Versorgungsstationen und eine Mehrzahl der vorstehend beschriebenen Fahrzeugenergiesteuerungssystemen sowie gegebenenfalls eine Verwaltungszentrale auf, die eingerichtet sind, im Zusammenspiel das vorstehend beschriebene Verfahren durchzuführen.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft eine wiederaufladbare und austauschbare Elektroenergieeinheit mit einer Steuereinheit zum Erfassen und Steuern von Betriebszuständen, darunter wenigstens eines Ladezustands der Elektroenergieeinheit, und einer Funkkommunikationseinrichtung zum Kommunizieren mit einer Instanz außerhalb des Fahrzeugs. Eine solche Elektroenergieeinheit kann Daten über ihren Typ und Ladezustand unmittelbar an eine Versorgungsstation oder eine Verwaltungszentrale senden und gegebenenfalls Daten über geeignete und erreichbare Versorgungsstationen empfangen (die Kommunikation kann terrestrisch oder über ein Funknetz wie etwa GMS oder dergleichen stattfinden). Dabei können zusätzlich Identifikationsdaten übertragen werden, die in der Verwaltungszentrale verwendet werden können, die Elektroenergieeinheit einem bestimmten Fahrzeug zuzuordnen. Ferner kann die Elektroenergieeinheit zum Ermitteln einer gegenwärtigen Position der Elektroenergieeinheit, etwa mittels eines fest angebrachten GPS-Empfängers, oder zum Auswerten von Positionsdaten eines in dem Fahrzeug mitgeführten Navigationsgeräts eingerichtet sein. Wenn die Funkkommunikationseinrichtung zur direkten Kommunikation mit der Funkkommunikationseinrichtungen einer anderen Elektroenergieeinheit eingerichtet ist, können die Akkus untereinander kommunizieren und Reservierungsanfragen auf dieser Ebene untereinander regeln; zudem können die Funkkommunikationseinrichtungen als Relais zur Kommunikation mit den Versorgungsstationen ohne Einschaltung eines externen Netzes dienen. Die Elektroenergieeinheit ist vorzugsweise ein Akkumulator auf der Grundlage einer elektrochemischen Reaktion unter Beteiligung von Lithium.
Die vorstehenden und weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung konkreter Ausführungsformen deutlicher ersichtlich werden, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angefertigt wurde. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Straßennetzes mit einem Fahrzeug;
2 eine schematische Darstellung einer Tankstelle nach einer Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer Infrastruktur nach einer Ausführungsform der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung eines Energieverwaltungssystems eines Fahrzeugs nach einer Ausführungsform der Erfindung;
5 eine perspektivische Darstellung einer Akkumulatoreinheit nach einer Ausführungsform der Erfindung; und
6 eine schematische Darstellung einer Bildschirmdarstellung auf einer Anzeigeeinheit in 5.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Darstellungen in den Figuren schematisch sind und sich auf die Wiedergabe der für das Verständnis der Erfindung wichtigsten Merkmale beschränken. Auch ist darauf hinzuweisen, dass die in den Figuren wiedergegebenen Abmessungen und Größenverhältnisse allein der Deutlichkeit der Darstellung geschuldet sind und in keiner Weise einschränkend oder zwingend zu verstehen sind.
Es wird nun die vorliegende Erfindung anhand konkreter Ausführungsformen beschrieben.
In 1 ist schematisch ein Straßennetz 1 dargestellt mit einer Mehrzahl von Straßen, Kreuzungen, Abzweigungen und Einmündungen. Auf einer der Straßen befindet sich ein Fahrzeug 2, das ebenfalls nur schematisch dargestellt ist.
Entlang der Straßen in dem Straßennetz 1 befinden sich eine Mehrzahl von Tankstellen ”T”. Die Tankstellen T weisen Akkuladestationen und Akkuwechselstationen auf, die nachstehend genauer erläutert werden; zusätzlich können dort Zapfsäulen für Kraftstoffe vorgesehen sein. In dem Straßennetz sind ein Startpunkt ”S” und ein Zielpunkt ”Z” der Fahrt des Fahrzeugs 2 eingezeichnet. Die gegenwärtige Position des Fahrzeugs 2 ist mit ”P” markiert.
Gemäß der schematischen Darstellung in 1 weist das Fahrzeug 2 vier Antriebsräder 4 auf, die jeweils von einem Elektromotor 6 angetrieben werden. Eine Batterie bzw. ein Akkumulator (nachstehend kurz als ”Akku” bezeichnet) 8 liefert die elektrische Energie für den Antrieb, die durch ein Steuergerät (V-ECU) 10 an die Elektromotoren 6 übertragen wird.
Die Anzahl der Antriebsräder und Elektromotoren kann ohne Einfluss auf die Erfindung abgewandelt werden. So können auch nur zwei Räder des Fahrzeugs 2 Antriebsräder sein, und es kann auch nur ein Elektromotor vorhanden sein, dessen Abtriebsmoment über ein Getriebe auf die Antriebsräder verteilt wird.
Der Akku 8 soll hier als Lithium-Ionen-Akku ausgeführt sein. Es sind jedoch auch Akkutypen auf anderer elektrochemischer Grundlage denkbar, wie etwa Blei-Gel-Akkus, Nickel-Cadmium-Akkus oder andere. Es ist auch möglich, zwei oder mehrere Akkus vorzusehen.
Der Akku 8 ist auswechselbar gestaltet. Er lässt sich optional als Modul per Hand ausklinken oder automatisch als Ganzes oder modular entnehmen bzw. einsetzten. Die Kontaktierung erfolgt vorzugsweise formschlüssig in einem Arbeitsgang mit dem Einbau. So werden gefährliche Spannungslagen grundsätzlich vermieden. Dabei werden auch mechanische, elektrische oder sonstige Sicherungen, etwa im Kontaktierungsbereich des Moduls, gelöst, wodurch der Akku 8 nicht nur gefahrlos aus dem System entfernt werden kann, sondern auch nach den Sicherheits- und Transportvorschriften zum Versand gehen kann, z. B. wenn das Akkuteil von der Ladestation als defekt geprüft wird (siehe unten).
Der Akku 8 wird ohne mitgeführtes Ladesystem geladen, verfügt aber auf Modulebene über ein geeignetes Batteriemanagementsystem, das von einem ü bergeordneten Master betrieben oder über das Energiemanagement des Fahrzeugs gesteuert werden kann.
2 zeigt schematisch den Aufbau einer Tankstelle nach der Erfindung. Die Tankstelle T gliedert sich in eine Ladezone 12, eine Wechselzone 14, eine Lagerzone 16 und eine Energieverwaltungszone 18.
Die Ladezone 12 weist einen Zufahrtsweg 20 und mehrere Ladeplätze 22 auf. Jedem Ladeplatz 22 ist ein Ladeautomat 24 zugeordnet. Der Ladeautomat 24 ist z. B. als Säule oder als Kasten oder dergleichen ausgeführt und weist wenigstens eine Anschlussdose für ein Ladekabel oder ein fest installiertes Ladekabel auf. Die Ladeautomaten 24 sind zur Schnelladung mit hoher Leistung ausgelegt, können aber auch niedrige Ladeleistungen zur schonenden Aufladung verwalten. Befindet sich ein Fahrzeug 2 auf einem Ladeplatz 22, wird sein Akku bzw. das Ladungsmanagementsystem über ein Kabel mit dem zugehörigen Ladeautomat 24 verbunden. An dem Ladeautomat 24 wird die Art des Ladevorgangs anhand des Akkutyps ausgewählt oder automatisch ermittelt. Es kann ein direkter Bezahlvorgang in bar oder per Scheck- oder Kreditkarte direkt an dem Ladeautomat 24 oder an einer gesonderten Kassenstelle vorgenommen werden, oder es kann anhand einer an dem Ladeautomat 24 vorzunehmenden Benutzeridentifizierung eine Abrechnung über ein Abonnementkonto erfolgen.
Die Wechsel- oder Austauschzone 14 weist einen zweispurigen Zufahrtsweg 26 und einen Servicepylon 28 auf. Auf dem Servicepylon 28 sind insgesamt vier Bedienautomaten 30 angeordnet. Die Bedienautomaten 30 sind jeweils einem von vier Wechselplätzen 32 zugeordnet, die beiderseits des Servicepylons 28 vorgesehen sind. (In einer Abwandlung kann nur ein Bedienautomat 30 für mehrere Wechselplätze 32 vorgesehen sein.)
Jeder Wechselplatz 32 weist zwei Standspuren 34 und eine Wechselgrube 36 auf. Die Wechselgrube 36 ist unterirdisch angeordnet und ist, wenn sich kein Fahrzeug auf dem Wechselplatz 32 befindet, aus Sicherheitsgründen mittels einer Fall- oder Schiebetür (nicht näher dargestellt) verschließbar. Zum Austausch eines Akkus wird ein Fahrzeug 2 auf die Standspuren 34 eines freien Wechselplatzes 32 bewegt. In der Wechselgrube 36 befindet sich ein Roboter (nicht näher dargestellt), der von unten den Akku 8 des Fahrzeugs entfernt, nachdem er Halterungen, Anschlüsse und ggf. Abdeckungen gelöst hat, und mittels eines Förderers 38 zu der Lagerzone 16 transportiert wird. Von dort wird, ebenfalls mittels des Förderers 38, ein frischer Akku 8 in die Wechselgrube 36 transportiert und mittels des Roboters in das Fahrzeug 2 eingebaut.
Die Standspuren 34 sind hier nur auf den Boden gemalte Markierungen. In einer Abwandlung können die Standspuren 34 jedoch auch eine Fördereinrichtung zum Positionieren des Fahrzeugs 2 auf dem Wechselplatz 32 aufweisen, wie es z. B. aus Autowaschanlagen an sich bekannt ist. Durch eine solche Fördereinrichtung ist das Fahrzeug automatisch für den Austauschvorgang positionierbar.
Die Bedienautomaten 30 weisen mehrere Funktionen auf. Hier kann ein Bediener eine Identifikation vornehmen und einen Wechselvorgang bestätigen. Ferner kann hier bezahlt werden. Der Bedienautomat 30 zeigt auch den Fortschritt bzw. Erfolg oder Misserfolg des Identifikations- und Wechselvorgangs an.
Für den Fall, dass ein Wechselvorgang fehlschlägt, ist auf dem Servicepylon 28 auch je ein Ladeanschluss 40 für jeden Wechselplatz 32 angeordnet. Die Ladeanschlüsse 40 werden über die Bedienautomaten 30 angesteuert. Im Gegensatz zu den Ladeautomaten 24 in der Ladezone sind an den Ladeanschlüssen 40 in der Wechselzone 14 nur Schnellladevorgänge möglich, um den Wechselplatz 32 nicht zu lange zu belegen.
In der Lagerzone 16 sind in einem Lagergebäude 42 ein Fächerregal 44 und ein Prüfplatz 46 vorgesehen.
Das Fächerregal 44 weist mehrere Abteilungen A bis E für Akkumulatoren mehrerer Typen 8A bis 8E sowie eine Abteilung F zur flexiblen Verwendung auf. Der Prüfplatz 46 dient der Überprüfung der Akkus 8 und entweder Freigabe zur Einlagerung in dem Fächerregal 44, Anforderung einer Wartung oder Ausmusterung zum Abtransport.
In den Fächern des Fächerregals 44 sind die Akkus 8 an ein Ladesystem angeschlossen. Die Fächer des Fächerregals 44 weisen zu diesem Zweck Anschlüsse auf, die mit den Polen der Akkus 8 korrespondieren und die im Zuge des Einlagerungsvorgangs automatisch, vorzugsweise formschlüssig, mit diesen Kontakt herstellen. So werden die Akkus 8 in dem Fächerregal 44 aufgeladen. Der Ladevorgang wird nach den Gesichtspunkten der Energieeffizienz, der Sicherheit, und der Lagerlogistik automatisch durchgeführt. Eine permanente Erhaltungsladung wird aus Effizienzgründen vermieden.
Aus Sicherheitsgründen sind die Abteilungen A bis F des Fächerregals 42, gegebenenfalls auch noch kleinteiliger, brandschutztechnisch voneinander abgeschottet. Ferner ist die gesamte Lagerzone 16 sowie der gesamte Bereich des Förderers 38 und der Wechselgruben 36 mit einem Wannensystem gegen ein Eindringen eventuell aus den Akkus 8 austretender Flüssigkeiten in den Boden isoliert.
In der Energieverwaltungszone 18 steuert eine zentrale Energie-Steuereinheit (P-ECU) 48 alle Vorgänge innerhalb der Tankstelle T und verteilt die elektrische Energie über ein Verteilnetz 50 an die jeweiligen Verbraucher, insbesondere die Ladeautomaten 24 in der Ladezone 12, die Ladeanschlüsse 40 in der Wechselzone 14 und das Ladesystem in der Lagerzone 42.
Ein Umspanner 52 empfängt aus dem Fernenergienetz ”N” elektrische Energie und wandelt sie in eine nutzbare Spannung um. In einem Zwischenspeicherwerk 54 wird elektrische Energie gepuffert. Ein Windrad 56 erzeugt mittels eines Generators ”G” elektrischen Strom aus Windenergie.
Das Windrad 56 ist nur ein Beispiel für eine lokale Generierung elektrischer Energie. Ebenso können je nach geographischer Lage eine Solarfarm, ein Gezeiten- oder Wellenkraftwerk, ein Wasserspeicherkraftwerk, ein Fließwassergenerator, ein geothermischer Generator oder dergleichen zur Nutzung regenerativer Energiequellen genutzt werden. Auch die lokal aus regenerativen Energiequellen erzeugte Elektrizität wird, da sie in der Regel nicht kontinuierlich zur Verfügung steht, bei nicht sofortigem Verbrauch in dem Zwischenspeicherwerk 54 gepuffert. Neben regenerativer Stromerzeugung kann auch ein eigenes Kraftwerk herkömmlicher Bauart vorgesehen sein.
Schließlich ist eine Funkeinrichtung 58 vorgesehen, um eine Kommunikation mit einer Verwaltungszentrale, anderen Tankstellen, einem Satellitennetz oder Fahrzeugen zu ermöglichen (siehe unten).
3 zeigt schematisch eine Konfiguration einer Infrastruktur nach der vorliegenden Erfindung. Ein Fahrzeug 2 als Repräsentant einer Vielzahl von Fahrzeugen fährt auf einem Straßennetz 1. Auf dem Straßennetz 1 sind eine Vielzahl von Tankstellen T eingerichtet, die im Wesentlichen gemäß der Darstellung in 2 und zugehöriger Beschreibung ausgeführt sind. Zu der Infrastruktur gehören auch ein Satellit 60 eines Satellitenkommunikationsnetzes (das von einem externen Anbieter stammen kann) und eine Verwaltungszentrale ”Z”.
Über eine Antenne 62 des Fahrzeugs 2 und Antennen 64 der Tankstellen T kommuniziert das Steuergerät des Fahrzeugs (V-ECU) 10 mit den Funkeinrichtungen 56 der Tankstellen T. Die Kommunikation kann auch über den als Relais dienenden Satelliten 60 erfolgen. Ebenso über das Satelliten-Relais können die V-ECU 10 und die Funkeinrichtung 56 der Tankstellen T mit der Verwaltungszentrale Z kommunizieren.
4 zeigt den schematischen Aufbau des Energiemanagementsystems des Fahrzeugs 2. Insbesondere sind in dieser Figur der Akkumulator 8 und die Fahr zeug-ECU (V-ECU) 10 des Fahrzeugs mit einem der Räder 4 und zugehörigem Elektromotor 6 sowie einer Vielzahl von Peripherieeinrichtungen gezeigt.
Der Akkumulator 8 weist eine Mehrzahl von Speicherzellen 66 auf, die intern verschaltet sind. Das negative Potential des Akkumulators liegt über einen Minuspol 68 an Masse, das positive Potential ist über einem Pluspol 70 mit der Fahrzeug-ECU (V-ECU) 10 verbunden. Eine Akkumulator-Steuereinheit (Bat-ECU) 72 ist in an sich bekannter Weise mit einer CPU, einem ROM, einem RAM, einem internen Bus und einem I/O-Bus aufgebaut (der I/O-Bus wird in der Figur durch die äußere Umrandung der Bat-ECU 72 symbolisiert). Die Bat-ECU 72 überwacht die Spannungen der einzelnen Zellen 66 und führt einen Ladungsausgleich (Balancing) durch. Die Bat-ECU 72 ist auch mit einer Mehrzahl von Temperaturfühlern ”ϑ” verbunden, welche die Temperatur der Zellen 66 aufnehmen, und steuert eine Kühlung 74 an, die in der Figur zur Verdeutlichung als Lüfterrad symbolisiert ist, aber jede Form einer aktiven und/oder passiven Kühlung aufweisen kann.
Die CPU der Bat-ECU 10 ist über den I/O-Bus mit einem externen Bus 76 verbunden, der auch mit dem I/O-Bus der V-ECU 10 verbunden ist. Der externe Bus 76 ist ein fahrzeugbasierter Bus und steht mit allen elektronischen Geräten im Fahrzeug in Verbindung, die eine Verbindung zur V-ECU 10 benötigen.
Die Fahrzeug-ECU (V-ECU) 10 ist ebenfalls in an sich bekannter Weise mit einer CPU, einem ROM, einem RAM, einem internen Bus und einem I/O-Bus aufgebaut (der I/O-Bus wird wiederum durch die äußere Umrandung der V-ECU 10 symbolisiert). Sie kommuniziert mit anderen elektronischen Geräten über ihren I/O-Bus, der mit dem externen Bus 76 in Verbindung steht. Die V-ECU 10 weist ferner eine Energiesteuerung (CTRL) 78 auf, die mit dem Pluspol 70 des Akkus 8 und den Elektromotoren 6 des Fahrzeugs 2 in Verbindung steht und die Verteilung der elektrischen Energie zwischen dem Akku 8 und den Elektromotoren 6 steuert. Zur Unterscheidung von Steuer-, Daten- und Messleitungen sind die Leitungsverbindungen zur Übertragung der elektrischen Energie des Akkumulators 8 in der Figur doppelt ausgezogen.
Eine Fahrer-Befehlseinheit 80 beinhaltet Beschleunigungs- und Bremspedal und ein Lenkrad und gibt die Fahrerbefehle an den externen Bus 76 aus. Es kann auch eine Joystick-Lösung anstelle der klassischen Bedienelemente vorgesehen sein.
Von den vier Rädern 4 und Elektromotoren 6 ist in der Figur nur je eines bzw. einer dargestellt. Der Elektromotor ist ein Motor-Generator (M/G), der das Rad 4 nicht nur antreibt, sondern auch regenerative Bremsmomente aufnehmen kann. Der M/G 4 wird über den externen Bus 76 von der CPU der V-ECU 10 aus angesteuert und überwacht und tauscht elektrische Energie über die CTRL 78 mit dem Akku 8 aus. Der Elektromotor 6 weist auch eine Verbindung mit dem Massepotential auf. Ferner liefert der Elektromotor 6 ein Geschwindigkeitssignal.
Die Ansteuerung der Elektromotoren 6 erfolgt im Wesentlichen auf der Grundlage der Signale der Fahrer-Befehlseinheit 80. Die V-ECU 10 kann jedoch auch ASR-, ABS-, ESR- und andere Steuerprogramme ausführen, die den Fahrerbefehlen überlagert werden.
Eine Armaturentafel 82 dient der Anzeige der Fahrzeug- und Fahrzustände durch Rundinstrumente, Zeigerinstrumente, Leuchten und dergleichen, ggf. auch auf einem Multifunktionsdisplay.
Eine Trägheitsmesseinheit (GYRO) 84 erfasst Längs-, Quer-, und Vertikalbeschleunigungen, Roll-, Gier- und Nickbeschleunigungen sowie Längs- und Seitneigung des Fahrzeugs 2 und liefert diese Daten über den externen Bus 76 an die V-ECU 10.
Eine Sensoreinheit 86, die stellvertretend für eine Vielzahl von Sensoren steht, erfasst Daten, insbesondere Wetterdaten über die Umgebung des Fahrzeugs 2 wie etwa Temperatur, Lichtintensität, Feuchtigkeit, Nässe, Gegenwind, Rückenwind, Seitenwind und dergleichen und liefert diese Daten über den externen Bus 76 an die V-ECU 10.
Eine Kommunikationseinrichtung (KOMM) 88 dient der Kommunikation mit Versorgungsstationen und/oder einer Verwaltungszentrale, auf terrestrischem oder satellitengestütztem Weg. Sie ist mit der Antenne 62 und über den externen Bus 76 mit der V-ECU 10 verbunden (vgl. 3). Die Kommunikationseinrichtung kann auch in der V-ECU 10 selbst integriert sein.
Ein Radioempfänger (RADIO) 90 mit einer Antenne 92 dient dem Empfang von Sendungen von einer Rundfunkanstalt, die über ein Tonwiedergabesystem (nicht näher dargestellt) wiedergegeben werden können. Die Sendungen können Wettermessdaten, Wettervorhersagedaten und Verkehrsdaten, d. h., Daten über die Verkehrslage in bestimmten Straßenabschnitten, enthalten. Der Radioempfänger 90 leitet diese Daten, gegebenenfalls nach geeigneter Entschlüsselung, über den externen Bus 76 an die V-ECU 10.
Ein Navigationsgerät (NAVI) 94 weist eine Antenne 96 und eine Anzeige- und Eingabeeinheit 98 auf und ist über den externen Bus 76 mit der V-ECU 10 verbunden. Über die Antenne 96 werden Daten von einem Navigationssystem wie etwa GPS oder dergleichen empfangen, die der Ermittlung der gegenwärtigen Position dienen. Das Navigationsgerät 94 weist eine Speichereinheit zur Speicherung von Kartendaten auf und ist in der Lage, eine Fahrtroute von der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs zu einem durch einen Benutzer über die Anzeige- und Eingabeeinheit 98 wählbaren Ziel zu ermitteln und auf der Anzeige- und Eingabeeinheit 98 anzuzeigen. Fahranweisungen können über das Tonwiedergabesystem des Fahrzeugs oder einen eigenen Lautsprecher (nicht näher dargestellt) ebenfalls ausgegeben werden. Neben den Kartendaten, die das tatsächlich vorliegende Straßennetz in Form von Knotenpunkten und Verbindungsstrecken kodiert, kann das Navigationsgerät 94 in seiner Speichereinheit auch erweiterte Streckendaten wie etwa Höhenprofil, Kurvenverlauf, Seit neigung, Straßenbelag und -zustand, notwendige oder zu erwartende Haltepunkte an Kreuzungen, Einmündungen, Lichtzeichenanlagen, Bahnübergänge, Geschwindigkeitsbeschränkungen, statistisch zu erwartende Verkehrsdichte u. s. w., gegebenenfalls unter Einbezugs von Datum (zur Berücksichtigung von Wochentagen, Feiertagen, Ferientagen, Urlaubszeiten etc.) sowie Uhrzeit (zur Berücksichtigung von Berufsverkehr, Schulbeginn und Schulende etc.), bereitstellen.
Bei Ausfall der GPS-Navigation können die Ausgabewerte der Trägheitsmesseinheit 84 zur Kettennavigation verwendet werden.
Die Aufteilung der Komponenten in 4 erfolgt nach Gesichtspunkten der Funktionalität und der Anschaulichkeit und ist als beispielhaft zu verstehen. Die Antennen 62, 90, 96 können in einer einzigen Antenneneinheit zusammengefasst sein, es können auch mehrere Antennen für unterschiedliche Frequenzbereiche oder für terrestrische und satellitengestützte Kommunikation vorgesehen sein. Ferner können Teile oder die Gesamtheit der Kommunikationseinheit 88, des Rundfunkempfängers 90, des Navigationsgeräts, der Sensoreinheit 86 und der Trägheitsmesseinrichtung 82 zusammengefasst, in die V-ECU 10 integriert oder weiter untergliedert sein.
Die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Systems ist wie folgt. Dabei wird zwischen einer passiven Betriebsart und einer aktiven Betriebsart unterschieden. Zunächst wird die passive Betriebsart beschrieben.
Die Bat-ECU 72 ermittelt einen Ladezustand des Akkumulators 8 und überträgt ihn an die V-ECU 10. Ferner sind in der Bat-ECU 72 Identifikationsdaten des Akkumulators 8 gespeichert, die den Typ des Akkumulators 8 angeben. Zusätzlich können dort eine eindeutige Identifikationsnummer, Lade- und Entladecharakteristika und dergleichen gespeichert sein, die bei Bedarf ebenfalls an die V-ECU 10 übertragen werden.
Die V-ECU 10 berechnet aus dem Ladezustand des Akkumulators 8 die gegenwärtige Reichweite des Fahrzeugs und überträgt das Ergebnis an das Navigationsgerät 94.
Über das Navigationsgerät 94 wird eine gegenwärtige Position des Fahrzeugs ermittelt und an die V-ECU 10 übertragen. (Ein Austausch von Daten zwischen den Komponenten 6, 10, 72, 80, 82, 84, 86, 88, 90 und 94 erfolgt stets über den externen Bus 76, auch wenn nicht jedes Mal explizit darauf hingewiesen wird.) Ferner wird über die Anzeige-, und Eingabeeinheit 98 des Navigationsgeräts 94 ein Fahrtziel eingegeben. Das Navigationsgerät bestimmt eine Fahrtroute von der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs und zeigt sie auf der Anzeige- und Eingabeeinheit 98 an.
In dem Navigationsgerät 94 sind Daten über eine Vielzahl von Tankstellen T gespeichert. Diese Daten enthalten die Position der Tankstellen T im Straßennetz, Anzahl und Typ von Ladestationen 24, 40 und Wechselstationen 14, bevorratete Akkutypen A–E und dergleichen (vgl. 2). Die Daten können in Form abonnierter Datenträger wie etwa CD-ROMs oder DVD-ROMs oder Speicherkarten oder -sticks, durch Download oder andere Verfahren regelmäßig aktualisiert werden oder. Durch Abgleich mit den Identifikationsdaten des Akkumulators 8 ist bekannt, welche der Tankstellen zur Wiederaufladung und/oder zum Austausch des auf dem Fahrzeug mitgeführten Akkumulators 8 eingerichtet sind. Von diesen Tankstellen wählt das Navigationsgerät 94 eine oder mehrere Tankstellen, die innerhalb der berechneten Reichweite des Fahrzeugs liegen, als geeignet aus und zeigt diese auf der Eingabe- und Anzeigeeinheit 98 an. Dabei können grundsätzlich alle innerhalb der Reichweite des Fahrzeugs liegenden Tankstelle ausgewählt werden oder nur solche, die zusätzliche, vorgegebene und/oder über die Anzeige- und Eingabeeinheit 98 auswählbare Kriterien erfüllen. Als zusätzliche Kriterien dafür, ob eine Tankstelle geeignet ist, können herangezogen werden:

– ob die Tankstelle in Luftlinie in Richtung des eingegebenen Fahrtziels liegt;
– ob die Tankstelle entlang der berechneten Fahrtroute liegt;
– ob auf der Fahrt bis zu der Tankstelle die gegenwärtige Reichweite des Fahrzeugs optimal ausgenutzt wird (d. h., die Tankstelle unter Berücksichtigung einer geeigneten Sicherheitsreserve am Ende, aber innerhalb der Reichweite des Fahrzeugs auf der berechneten Fahrtroute liegt);
– ob die Tankstelle über eine Wechselstation verfügen und den benötigten Akkutyp auf Lager hält (primär bevorzugt);
– ob die Tankstelle eine zur Schnellladung eingerichtete Ladestation aufweist (sekundär bevorzugt);
– ob die Tankstelle über eine Gaststätte verfügt;
– ob die Tankstelle über eine Beherbergungsmöglichkeit verfügt,

Die Tankstellen werden nach ihrer Eignung gewichtet und nach Eignungsgrad unterschiedlich auf der Anzeige- und Eingabeeinheit 98 dargestellt. Auf der Eingabe- und Ausgabeeinheit 98 des Navigationsgeräts 94 werden zusätzlich die als geeignet bestimmten Tankstellen T entlang der berechneten bzw. gewählten Fahrtroute hervorgehoben, und zwar diejenigen, die innerhalb der Reichweite liegen, verschieden von denjenigen, die außerhalb der Reichweite liegen. Auch Tankstellen, die abseits der berechneten oder gewählten Fahrtroute liegen, werden je nach ihrer Erreichbarkeit verschieden dargestellt, aber anders als die auf der Fahrtroute liegenden. So ist es dem Fahrer des Fahrzeugs 2 möglich, die Verfügbarkeit von geeigneten Tankstellen in der Umgebung seines Fahrtweges zu beobachten und deren Erreichbarkeit abzuschätzen.
Dem Benutzer können auch die Tankstellen zur Auswahl oder Abwahl angeboten werden. Es können dadurch manuell bestimmte, vom Benutzer aus individuellen Gründen als ungeeignet betrachtete Tankstellen von der Routenberechnung ausgeschlossen werden. So kann durch mehrmaliges Ausführen von Tankstellenermittlung, Auswahl/Abwahl und Routenberechnung eine geeignete Fahrtroute iterativ berechnet werden.
In der bisher beschriebenen, passiven Betriebsart waren – außer den Signalübertragungsvorgängen mit einem Satellitennavigationsnetz zur Ermittlung der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs – keine Kommunikationsvorgänge erforderlich, um die Routenfindung über geeignete Tankstellen zu bewerkstelligen.
In einer weiteren, aktiven Betriebsart ist es möglich, die Versorgungssicherheit und Planungssicherheit von Reisen mit einem Elektrofahrzeug noch weiter zu steigern.
In der aktiven Betriebsart erfolgt ein drahtloser, terrestrischer oder satellitengestützter Datenaustausch zwischen dem Fahrzeug (d. h., der V-ECU 10) und einem Netzwerk des Betreibers von Tankstellen und eine Feststellung des Lagerbestands an Akkus verschiedener Typen an den Tankstellen sowie von deren Ladezuständen, und wird die Eignung oder Nichteignung einer Tankstelle auf der Grundlage der Anzahl und des Ladezustands an Akkus des benötigten Typs bestimmt. Auf Eignung wird grundsätzlich nur dann erkannt, wenn im Lager der Tankstelle eine ausreichende Anzahl von Akkus des benötigten Typs in vollständig aufgeladenem Zustand bereitsteht (Ausnahmen werden weiter unten beschrieben). Bei einigen Akkutypen ist der vollständig aufgeladene Zustand bereits unterhalb der theoretisch möglichen Ladung erreicht, z. B. bei 90%.
Das Netzwerk umfasst die Tankstellen T und gegebenenfalls eine Verwaltungszentrale Z (vgl. 3) sowie die Fahrzeuge 2, die an dem System teilnehmen. Dabei ist es für die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung grundsätzlich unerheblich, auf der Seite welcher Instanz die Eignung oder Nichteignung einer Tankstelle T für ein Fahrzeug 2 bestimmt wird. Entscheidend ist, dass die bestimmende Instanz über Anzahl und Ladezustand der Akkumulatoren zumindest des benötigten Typs an der betreffenden Tankstelle T sowie die gegenwärtige Position und die Reichweite des Fahrzeugs 2, um das es geht, informiert ist.
In einer Grundbetriebsart überträgt ein Fahrzeug 2 Informationen hinsichtlich Position, Reichweite, Akkutyp und Ladezustand über die Kommunikationseinrichtung 88 an eine Tankstelle T innerhalb der Funkreichweite oder über ein Satellitenrelais 60 an eine Verwaltungszentrale Z (vgl. 3), welche die Daten ihrerseits über das Satellitenrelais 60 oder über ein – ggf. drahtgebundenes – Festnetz an die Tankstelle T überträgt. Die Daten können auch an mehrere Tankstellen innerhalb eines vernünftigen Umkreises um das Fahrzeug 2 herum gesendet werden. Die Tankstellen T, an welche die Daten zu senden sind, können z. B. auf der Seite der Verwaltungszentrale Z anhand des Akkutyps des Akkumulators 8 und dessen maximaler oder gegenwärtiger Reichweite ausgewählt werden. Auf der Seite der Tankstelle T werden die Daten in der Kommunikationseinrichtung 58 empfangen, und in der P-ECU 52 oder einer spezialisierten Steuereinheit der Lagerzone 16 wird festgestellt, wie viele Akkumulatoren des erforderlichen Typs vorhanden sind, und ob sie voll aufgeladen zur Verfügung stehen. Dabei können auch diejenigen Akkumulatoren berücksichtigt, die sich noch in Aufladung befinden, aber bis zu einem erwarteten Eintreffen des Fahrzeugs 2 vollständig aufgeladen sein werden. Die Anzahl und der Ladezustand der Akkumulatoren in der Tankstelle T werden als Information über die Kommunikationseinrichtung 58 entweder direkt oder über das Satellitenrelais 60, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung der Verwaltungszentrale Z, an das Fahr zeug 2 übertragen. Diese Informationen werden in der Kommunikationseinrichtung 88 des Fahrzeugs 2 empfangen und in der V-ECU 10 gespeichert und weiter verarbeitet. Insbesondere werden die Informationen zur Bestimmung der Eignung oder Nichteignung der Tankstelle verwendet.
In einer Variante werden auch Daten hinsichtlich der Fahrtroute von dem Fahrzeug 2 aus übertragen, und auf der Seite der Tankstelle T wird die Eignung oder Nichteignung individuell für das Fahrzeug bestimmt, und die von der Tankstelle T aus übertragenen Daten enthalten nur die Information, ob die Tankstelle T geeignet ist oder nicht.
In Zentralebetriebsart werden Daten über den Lagerbestand an allen Tankstellen T des Systems ständig an die Verwaltungszentrale Z übertragen. Ebenso werden Daten über Akkutyp, Position und Reichweite, ggf. auch der Fahrtroutendaten und weiterer Informationen der in dem System sich bewegenden Fahrzeuge ständig an die Verwaltungszentrale Z übertragen. In der Verwaltungszentrale Z wird die Eignung oder Nichteignung der Tankstellen T für die Fahrzeuge 2 ständig neu berechnet und diese Information enthaltende Daten an die Fahrzeuge 2 übertragen. Auf diese Weise wird die Berechnungslast zur Berechnung der Eignung oder Nichteignung der Tankstellen im System auf die Verwaltungszentrale Z verlagert, und auf der Seite des Fahrzeugs 2 bzw. in dessen Navigationsgerät 94 findet nur noch die Berechnung der Fahrtroute unter Berücksichtigung der Information über geeignete Tankstellen statt.
In einer Rundsendebetriebsart senden alle Tankstellen T die Daten über den Lagerbestand mit vorgegebener Sendeleistung über die Funkeinrichtung 58 bzw. deren Antenne 64 nach Art einer Rundfunksendung aus, und die Daten werden von allen Fahrzeugen empfangen, die sich in einem durch die Sendeleistung bestimmten Umkreis der Tankstelle befinden. Auf der Seite des Fahrzeugs erfolgt dann die Bestimmung, welche der Tankstellen geeignet sind oder nicht.
Die Berechnungslast kann auch auf andere Weise verteilt sein und wird zweckmäßigerweise anhand von Kriterien wie Betriebssicherheit, Datenschutz, Berechnungslast, Speicherbedarf, Stromverbrauch etc. optimiert.
In einer Reservierungsbetriebsart erfolgt eine Vormerkung und Reservierung eines oder mehrerer Akkumulatoren an einer Tankstelle T. Es kann nämlich die Situation entstehen, dass ein Fahrzeug, dem ein ausreichender Bestand an Akkumulatoren des erforderlichen Typs von einer Tankstelle T mitgeteilt wurde, bei Eintreffen dort keine der benötigten Akkumulatoren vorfindet, weil sie zwischenzeitlich von anderen Fahrzeugen beansprucht worden sind. Um eine solche Situation zu vermeiden, sendet das Fahrzeug 2 eine Reservierungsanfrage an eine ausgewählte Tankstelle T. Die Auswahl erfolgt entweder durch den Fahrer des Fahrzeugs 2 über die Anzeige- und Eingabeeinheit 98 des Navigationsgeräts 94 oder selbsttätig durch die V-ECU 10, wenn auf der ausgewählten Fahrtroute nur noch eine geeignete Tankstelle T vorhanden ist. Vor Absetzen einer selbsttätigen Reservierungsanfrage kann eine Bestätigung durch den Fahrer eingeholt werden. In der P-ECU 48 der Tankstelle T erfolgt sodann eine Vormerkung der angefragten Akkumulatoren. Bei der Ermittlung des Lagerbestands werden die vorgemerkten Akkumulatoren fortan nicht mehr berücksichtigt; auch werden sie nicht zur Ausgabe an ein anderes Fahrzeug freigegeben. Nach einer erneuten Bestätigung der Vormerkung erfolgt dann die Reservierung der jeweiligen Akkumulatoren an der Tankstelle T. Der Fahrer des Fahrzeugs 2 kann daher sicher sein, bei Eintreffen an der Tankstelle T die benötigte Anzahl voll aufgeladener Akkumulatoren des benötigten Typs vorzufinden.
Sollte es vorkommen, dass ein reservierter Akkumulator nicht in Anspruch genommen wird, etwa weil das Fahrzeug 2 bereits an einer früheren Tankstelle T einen Austausch vorgenommen hat oder an der Tankstelle T vorbeifährt, ohne einen Austausch des Akkumulators vorzunehmen, erfolgt eine Kommunikation zur Stornierung der Reservierung. Vor Vornahme der Stornierung wird eine Bestätigung von dem betreffenden Fahrzeug bzw. dessen Fahrer eingeholt; das Einleiten der Kommunikation zur Stornierung einer Reservierung erfolgt zudem nur dann, wenn das Fahrzeug eine Reichweite besitzt, die sicher bis zu einer weiter entfernt liegenden, geeigneten Versorgungsstation reicht. Eine Stornierung kann auch nach einer bestimmten seit Vornahme der Reservierung verstrichenen Zeit selbsttätig erfolgen.
Die Reservierung und Stornierung erfolgt in einer automatisierten Betriebsart vollautomatisch, d. h., ohne Bestätigung durch den Fahrer. Der Fahrer wird nur informiert und zu denjenigen Tankstellen geführt, bei denen eine Reservierung vorgenommen wurde. Insbesondere wenn die Versorgungsstation die einzig erreichbare, geeignete Versorgungsstation für das Fahrzeug im Verlauf der Fahrtroute ist, wird die Reservierung ohne Rücksicht auf eine Bestätigung durch einen Benutzer vorgenommen.
Das System ist auch eingerichtet, hinsichtlich Reservierungen den tatsächlichen Bedarf anderer Verkehrsteilnehmer zu berücksichtigen. So erfolgt bei der Berücksichtigung von Reservierungsanfragen eine Priorisierung von Anfragen von Fahrzeugen mit geringerer gegenwärtiger Reichweite gegenüber Anfragen von Fahrzeugen mit höherer gegenwärtiger Reichweite. Insbesondere werden Anfragen solcher Fahrzeuge, die nur noch die angefragte Wechselstation erreichen können, gegenüber Anfragen solcher Fahrzeuge, die noch weiter entfernte Wechselstationen erreichen können, priorisiert. Wenn eine Anfrage von einem Fahrzeug erhalten wird, das nur noch die angefragte Wechselstation erreichen kann, können Reservierungen für Fahrzeuge, die noch weiter entfernte Wechselstationen erreichen können, auch selbsttätig storniert werden. Das Fahrzeug, dessen Reservierung storniert wurde, wird dann zu einer anderen geeigneten Tankstelle geführt.
Auch die Vorgänge zur Reservierung und Stornierung können zentral in einer Recheneinheit der Verwaltungszentrale Z durchgeführt werden. Es ist auch eine vollständig zentralisiert kontrollierte Betriebsart vorgesehen, in der die Fahrtrouten aller an dem Verfahren teilnehmenden Fahrzeuge auf der Grundlage der vorab durch die jeweiligen Benutzer gewählten und angemeldeten, durch Start punkt und Zielpunkt definierten Strecken dynamisch so geführt werden, dass Fahrtzeit und/oder Gesamtenergieverbrauch der Fahrzeuge optimiert werden. Die Fahrer der Fahrzeuge können die Teilnahme an dieser Betriebsart manuell auswählen.
Nun wird auf die Berechnung der Reichweite eines Fahrzeugs 2 mit einer Elektroenergieeinheit 8 näher eingegangen.
Bei der Berechnung der Reichweite auf der Grundlage des Ladezustands kann es, beispielsweise auf ebener Strecke ohne nennenswerte Hindernisse, ausreichend sein, eine mittlere Reichweite bei üblicher Fahrtgeschwindigkeit zu Grunde zu legen. Hierzu kann etwa in einem Speicher einer Datenverarbeitungseinrichtung, die das Verfahren ausführt, eine Korrelation zwischen Ladezuständen und mittleren Reichweiten in Form einer einfachen Tabelle bereitgestellt werden.
Der Energieverbrauch hängt jedoch in der Praxis von vielen Faktoren ab. Daher werden vielfältige Informationen in Bezug auf das Fahrzeug, den Fahrer, die Fahrtstrecke und äußere Einflüsse bei der Berechnung der Reichweite berücksichtigt, um an die jeweilige Situation angepasst einerseits eine sachgerechte Einschätzung zu gewinnen und andererseits ausreichende Sicherheitsmargen berücksichtigen zu können.
Zur Berechnung der Reichweite wird daher zunächst die gegenwärtig gemessene Geschwindigkeit des Fahrzeugs zugrunde gelegt, die aus Ausgangswerten eines Geschwindigkeitssensors am Rad 4 (gegebenenfalls einem Mittelwert der Ausgangswerte von Geschwindigkeitssensoren mehrerer oder aller Räder 4), oder aus Ausgangswerten von Winkelgebern an den Elektromotoren 6 gewonnen wird. Zusätzlich wird ein Geschwindigkeitsprofil abgespeichert, mit anderen Worten ein seit dem Zeitpunkt des letzten Stillstands oder seit einem durch den Benutzer wählbaren Zeitpunkt gemessener und gespeicherter Verlauf der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Rückschlüsse auf das Fahrverhalten des Fahrers und damit auf den zukünftig zu erwartenden Energieverbrauch zulässt. Es können auch Geschwindigkeitsprofile des Fahrers aus vergangenen Fahrten, und/oder Erfahrungswerte über in bestimmten Wegabschnitten bereits in der Vergangenheit gefahrene Geschwindigkeitsprofile herangezogen werden. Ferner kann eine gewünschte Fahrweise (sportlich, eilig, sparsam oder dergleichen) vom Fahrer vorgegeben werden und die hierzu jeweils hinterlegten Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsbereiche abgerufen werden. Die so gewonnenen Daten erlauben eine Extrapolation des im weiteren Verlauf der Fahrt zu erwartenden Geschwindigkeitsprofils und damit des zu erwartenden Energieverbrauchs.
Der Energieverbrauch des Fahrzeugs 2 ist auch abhängig von unveränderlichen Fahrzeugparametern wie etwa Rollwiderstandsbeiwert, Luftwiderstandsbeiwert, Federungseigenschaften und Gewicht, vorzugsweise unter Berücksichtigung einer gegenwärtig gemessenen oder durch einen Benutzer vorab eingegebenen Zuladung, aber auch von der Motorlastcharakteristik (etwa als Stromverbrauch oder Wirkungsgrad des Motors in Abhängigkeit von Drehmoment und Drehzahl definiert) und der Batterieentladecharakteristik (etwa als Ladungsverlust der Elektroenergieeinheit in Abhängigkeit von Strom und Spannung definiert). Solche Werte sind in dem ROM der V-ECU 10 und der Bat-ECU 72 hinterlegt und zur Berechnung der Reichweite des Fahrzeugs abrufbar.
Der Energieverbrauch wird auch maßgeblich vom Streckenverlauf auf einer Fahrtroute, insbesondere Höhenprofil (Steigungen und Gefälle), Kurvenverlauf, Seitneigung, Straßenbelag und -zustand, Geschwindigkeitsbeschränkungen, statistisch zu erwartende Verkehrsdichte, notwendige oder zu erwartende Haltepunkte an Kreuzungen, Einmündungen, Lichtzeichenanlagen, Bahnübergängen und dergleichen beeinflusst. Solche Daten sind, gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Wochentag, Feiertagen, Urlaubszeiten sowie der Uhrzeit, etc., in einem Speicher des Navigationsgeräts 94 hinterlegt oder werden von der Verwaltungszentrale Z auf Anfrage durch die V-ECU 10 bereitgestellt und werden ebenfalls zur Berechnung des Energieverbrauchs herangezogen. Diese Daten können anhand von Verkehrslageinformationen in der Umgebung des Fahr zeugs und/oder entlang der voraussichtlichen Fahrtroute verfeinert werden, die über das Radiogerät 90 von einem Rundfunksender oder über die Kommunikationseinrichtung 88 von der Verwaltungszentrale Z empfangen werden.
Ferner wird der Energieverbrauch von der Wetterlage, insbesondere von Windstärke und -richtung beeinflusst, aber auch Temperatur und Niederschlag bzw. Nässe können etwa den Rollwiderstand der Räder oder die Batterieentladecharakteristik beeinflussen. Daher werden zur Berechnung des Energieverbrauchs auch allgemeine statistische Wettererwartungswerte, die in dem Speicher des Navigationsgeräts 94 hinterlegt sind, Wettervorhersagewerte und Wetterdaten, die über das Radiogerät 90 von einem Rundfunksender oder über die Kommunikationseinrichtung 88 von der Verwaltungszentrale Z empfangen werden, sowie Messwerte aus der Sensoreinheit 86 herangezogen.
Ist das Fahrzeug mit Solarmodulen zur photovoltaischen Stromerzeugung ausgestattet, kann zur Ermittlung der Reichweite des Fahrzeugs 2 auch eine Aufladung des Akkumulators 8 durch photovoltaisch erzeugten Strom berücksichtigt werden. Zur Extrapolation in die Zukunft kann dabei auf die oben erwähnten Wetterdaten, insbesondere hinsichtlich Helligkeit, Bewölkung, Niederschlag oder Nebel, und die Tageszeit zurückgegriffen werden.
Zur Berechnung der Reichweite können auch mehrere alternative Geschwindigkeitsprofile auf der Grundlage variierter Parameter extrapoliert werden. Insbesondere kann dem Benutzer ein bestimmtes Geschwindigkeitsprofil vorgegeben werden, das einzuhalten ist, wenn eine bestimmte Tankstelle erreicht werden soll. Dem Fahrer werden dabei die alternativen Geschwindigkeitsprofile zur Auswahl angeboten.
Die Routenfindung unter Berücksichtigung geeigneter Tankstellen wird während der Fahrt in Form einer Schleife fortgesetzt wiederholt. Stellt sich heraus, dass entgegen früherer Berechnungsergebnisse das Erreichen einer geeigneten Tankstelle problematisch werden könnte (sei es aufgrund unerwartet hohen E nergieverbrauchs oder unerwarteten Betriebs an den Tankstellen), wird der Fahrer gewarnt. Je nach eingestelltem Automatisierungsgrad werden noch weitere Gegenmaßnahmen einschließlich konkreter Variationsrechnungen und Handlungsvorschlägen ergriffen. Zunächst werden alternative Fahrtrouten und Geschwindigkeitsprofile berechnet, mit denen die Tankstelle noch erreicht werden kann. So ist möglicherweise ein Verzicht auf einen bestimmten extremen Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsbereich ausreichend. Dies kann als Handlungsvorschlag oder auch in Form einer selbsttätigen Drosselung oder Kappung erfolgen. Als nächster Schritt werden alternative Versorgungsstationen bestimmt, die noch erreicht werden können. Dabei kann gegebenenfalls auf das Kriterium ausreichenden Lagerbestands verzichtet werden, wenn die Tankstelle über eine Schnellladeeinrichtung verfügt oder, wenn auch eine solche Tankstelle nicht mehr erreichbar ist, auch eine Tankstelle mit einfacher Lademöglichkeit ausgewählt. In letzterem Fall wird solchen Tankstellen der Vorzug gegeben, die über Gastronomie- und/oder Beherbergungseinrichtungen verfügen. Im Notfall werden auch nur teilweise aufgeladen Akkumulatoren zur Bestimmung der Eignung einer Tankstelle T herangezogen, wenn im weiteren Streckenverlauf besser geeignete Tankstellen verfügbar sind. Verfügt das Fahrzeug über eine manuelle Antriebsunterstützung (das eingangs erwähnte TWIKE ist z. B. mit einer optionalen Pedalhilfsantriebseinrichtung erhältlich), so können die Gegenmaßnahmen auch den Vorschlag umfassen, die manuelle Antriebsunterstützung kontinuierlich oder auf bestimmten Streckenabschnitten (etwa an Steigungen oder bei Gegenwind) einzusetzen.
Der Akkumulator 8 ist eine Elektroenergieeinheit im Sinne der Erfindung. Die Erfindung ist jedoch auf jede austauschbare Einheit anwendbar, die Energie eines beliebigen Energieträgers zum Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung stellt. Das Routenfindungsverfahren ist sogar auf Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor anwendbar. Es ist immer dann sinnvoll anzuwenden, wenn die Verfügbarkeit des Energieträgers zum Antreiben des Fahrzeugs knapp ist, d. h., die Versorgungslage an einzelnen Tankstellen fraglich ist.
Die Tankstellen T sind Versorgungsstationen im Sinne der Erfindung.
Die Erfindung ist auch vorteilhaft bei elektrisch angetriebenen Booten auf Binnengewässern oder in küstennahen Meeresgewässern anwendbar. Auch hier kommunizieren Versorgungsstationen an Bootsanlegestellen oder Servicepunkten oder dergleichen über Funk mit einer V-ECU oder direkt mit der Bat-ECU, die zu diesem Zweck mit einer eigenen Kommunikationseinrichtung ausgestattet ist, und tauschen Informationen über den Ladezustand des Akkumulators und den Lagerbestand an der Anlegestelle aus. Die Verfahren sind dabei an die bei der Schifffahrt maßgeblichen Gesichtspunkte angepasst. So werden bei der Berechnung der Reichweite anstelle bestimmter vorstehend genannter, teilweise auf Landfahrzeuge beschränkter Parameter andere Parameter wie etwa Strömungswiderstand, Schraubenwirkungsgrad, Strömungsrichtung und -geschwindigkeit und dergleichen herangezogen. Sicherheitsmargen sind bei bekannt unberechenbaren Witterungsumschwüngen gegebenenfalls großzügiger bemessen. Als manuelle Antriebsunterstützung ist bei Booten etwa ein Ruderantrieb oder eine Hilfssegeleinrichtung denkbar. Eine solche Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der 5 und 6 beschrieben.
5 zeigt einen Akkumulator 8' dieser Ausführungsform in perspektivischer Darstellung. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel bildet der Akkumulator 8' die Energieqelle eines Antriebsmotors für ein Boot.
In einer Halterung 100 sind vier Speicherblöcke 102 angeordnet, die jeweils aus mehreren galvanischen Zellen (nicht näher dargestellt) aufgebaut sind und die miteinander in geeigneter Weise verschaltet sind. Die Gesamtausgangsspannung des Akkumulators 8', d. h., der miteinander verschalteten Speicherblöcke 102, liegt an Polen 104 und 106 an, die an der Halterung 100 angebracht sind.
Jeder Speicherblock 102 verfügt über ein Steuergerät (Block-ECU) 108, der mittels einer Verkabelung 110 mit dem Inneren in Verbindung steht. Über die Block- ECUs 108 wird z. B. ein Balancing, also ein Ladungsausgleich zwischen den Zellen innerhalb eines Blocks 102 durchgeführt.
Die Block-ECU's 108 sind mit einem gemeinsamen Steuergerät (Bat-ECU) 112 verbunden, das für die übergeordnete Steuerung aller Speicherblöcke 102 zuständig ist. Insbesondere laufen in der Bat-ECU 112 alle Daten über den Ladungszustand der Speicherblöcke 102 zusammen. Die Bat-ECU 112 ist mit einer Antenne 114 versehen, über welche Signale von Satelliten eines Navigationssystems wie etwa GPS empfangen werden. Die Bat-ECU 112 führt auf der Grundlage dieser Signale eine Positionsbestimmung durch. Über die Antenne 114 führt die Bat-ECU 112 auch eine Kommunikation mit Versorgungsstationen durch. Insbesondere empfängt die Bat-ECU 112 über die Antenne 114 Lagerbestandsdaten von Versorgungsstationen. Analog den vorstehend beschriebenen Fällen kann die Bat-ECU 112 über die Antenne 114 auch Ladezustandsdaten und Positionsdaten an die Versorgungsstationen oder eine Verwaltungszentrale senden.
Die Bat-ECU 112 ist ferner mit einer Benutzerschnittstelle 116 verbunden. Die Benutzerschnittstelle 116 weist einen Bildschirm 118 und mehrere Eingabetasten 120 auf. Auf dem Bildschirm 118 ist das Boot mit einer Markierung B innerhalb eines Gewässers G dargestellt. (In der hier gewählten Darstellung ist das gesamte Gewässer auf dem Bildschirm gezeigt; alternative Vergrößerungs- oder Verkleinerungsstufen sind über die Eingabetasten 120 wählbar.) Ein Kompasszeiger K gibt eine Nordrichtung an, während ein Windzeiger W die gegenwärtige Windrichtung angibt. (Einrichtungen wie etwa Sensoren oder dergleichen zur Ermittlung der Nordrichtung und der Windrichtung sind nicht näher dargestellt.)
Am Ufer des Gewässers G sind sieben Versorgungsstationen V1 bis V7 dargestellt, die zur Auswechslung des Akkumulators 8' eingerichtet sind. In der dargestellten Situation sind die Versorgungsstationen V1, V2, V3, V5 und V7 durch einen gefüllten Punkt dargestellt; dies bedeutet, dass die Bat-ECU 112 festgestellt hat, dass diese Versorgungsstationen mit dem gegenwärtigen Akkuladezu stand und unter Berücksichtigung der Windrichtung erreichbar sind. Von diesen erreichbaren Versorgungsstationen sind die Versorgungsstationen V1, V3, V5 und V7 einem umgebenden Kreis gekennzeichnet; dies bedeutet, dass die Bat-ECU 112 auf der Grundlage des von den Versorgungsstationen mitgeteilten Lagerbestands festgestellt hat, dass dort eine Auswechslung des Akkumulators 8' gegen einen aufgeladenen Akkumulator möglich ist. Dagegen sind die Versorgungsstationen V4 und V6 nur mit einem leeren Punkt dargestellt; diese Versorgungsstationen gegenwärtig sind nicht erreichbar.
Der Benutzer hat mittels der Eingabetasten 120 die Möglichkeit, einerseits die Darstellung auf dem Bildschirm 118 zu ändern und andererseits Vorgaben für die Berechnung der Erreichbarkeit zu machen. So kann z. B. eingegeben werden, dass nur die Versorgungsstationen berücksichtigt werden sollen, die mit voller Kraft erreichbar sind (etwa weil ein Unwetter aufzieht), oder auch solche berücksichtigt werden sollen, die auch mit halber Kraft oder mit langsamer Fahrt erreichbar sind.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand konkreter Ausführungsbeispiele beschrieben. Mit der Erfindung wird ein urbanes oder binnenmaritim nutzbares System zur Abdeckung individueller Mobilität auf der Grundlage von aufladbaren und/oder austauschbaren Energieeinheiten verwirklicht. Das System eignet sich insbesondere für austauschbare elektrische Akkumulatorblöcke, wobei eine Einheit aus einem oder mehreren baulich gekoppelten Blöcken bestehen kann.
Das Verfahren zum dynamischen Ermitteln einer Fahrtroute eignet sich allgemein für Fahrzeuge, unabhängig von der Art des Energieträgers. Es beschreibt eine Betriebsweise eines Navigationssystems, bei welcher der Energievorrat an Bord des Fahrzeugs und die Verfügbarkeit geeigneter Versorgungsstellen bei der Routenfindung einbezogen werden.

1: Straßennetz
2: Fahrzeug
4: Antriebsrad
6: Elektromotor (M/G)
8, 8': Akkumulator
10: Fahrzeug-Steuergerät (V-ECU)
12: Ladezone
14: Wechselzone
16: Lagerzone
18: Energieverwaltungszone
20: Zufahrtsweg von 12
22: Ladeplatz
24: Ladeautomat
26: Zufahrtsweg von 14
28: Servicepylon
30: Bedienautomat
32: Wechselplatz
34: Standspur
36: Wechselgrube
38: Förderer
40: Ladeanschluss
42: Lagergebäude
44: Fächerregal
46: Prüfplatz
48: Energie-Steuereinheit (P-ECU)
50: Verteilnetz
52: Umspanner
54: Zwischenspeicherwerk
56: Windrad
58: Funkeinrichtung
60: Satellit
62: Antenne von 2 bzw. 88
64: Antenne von T bzw. 58
66: Speicherzelle von 8
68: Minuspol
70: Pluspol
72: Akkumulator-Steuereinheit (Bat-ECU)
74: Kühlung
76: externer Bus
78: Energiesteuerung (CTRL)
80: Fahrer-Befehlseinheit
82: Armaturentafel
84: Trägheitsmesseinheit (GYRO)
86: Sensoreinheit
88: Kommunikationseinrichtung (KOMM)
90: Radioempfänger (RADIO)
92: Antenne von 90
94: Navigationsgerät (NAVI)
96: Antenne von 94
98: Anzeige- und Eingabeeinheit
100: Halterung von 8'
102: Speicherblock
104, 106: Pole
108: Block-ECU
110: Verkabelung
112: Bat-ECU
114: Antenne von 112
116: Benutzerschnittstelle
118: Bildschirm
120: Eingabetaste
B: Boot
G: Generator; Gewässer
K: Kompasszeiger
N: Fernenergienetz
P: gegenwärtige Position
S: Startpunkt
T: Tankstelle
V1–V7: Versorgungsstationen
W: Windrichtungszeiger
Z: Zielpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Spiegel Online, 3. Juni 2008, 11:33, ”Stuttgart plant Elektrofahrrad-Netzwerk”, www.spiegel.de/auto/aktuell/0,1518,556352,00.html [0005]
- manager-magazin.de, 30. Oktober 2007, ”Das SAP-Wunderkind kehrt zurück”, www.manager-magazin.de/it/artikel/0,2828,514273,00.html [0005]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, welches einen elektrischen Fahrantrieb und wenigstens eine wiederaufladbare und austauschbare Elektroenergieeinheit aufweist, wobei dem elektrischen Fahrantrieb elektrische Antriebsenergie von der Elektroenergieeinheit zugeführt wird und wobei die Elektroenergieeinheit bei niedrigem Ladezustand aufgeladen oder ausgetauscht wird, mit den Schritten: Ermitteln eines Ladezustands der Elektroenergieeinheit; Ermitteln einer gegenwärtigen Position des Fahrzeugs; Berechnen einer Reichweite des Fahrzeugs auf der Grundlage des Ladezustands der Elektroenergieeinheit; Ermitteln eines jeweiligen Lagerbestands von Versorgungsstationen, die zur Wiederaufladung und/oder zum Austausch der Elektroenergieeinheit eingerichtet sind, wobei der Lagerbestand wenigstens durch Anzahl und Ladezustand von in einer Versorgungsstation vorrätig gehaltenen Elektroenergieeinheiten definiert ist; und Bestimmen wenigstens einer der Versorgungsstationen als geeignete Versorgungsstation, wenn die Versorgungsstation innerhalb der Reichweite des Fahrzeugs liegt und der Lagerbestand der Versorgungsstation eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, insbesondere eine vorbestimmte Anzahl aufgeladener Elektroenergieeinheiten zum Austausch bereitstehen, wobei zur Berechnung der Reichweite und/oder zur Bestimmung geeigneter Versorgungsstationen erforderliche Daten zwischen dem Fahrzeug und wenigstens einer der Versorgungsstationen und/oder zwischen dem Fahrzeug und einer Zentrale und/oder zwischen den Versorgungsstationen und der Zentrale kommuniziert werden, wobei wenigstens die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und den Versorgungsstationen und/oder der Zentrale auf drahtlosem Weg erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch einen Schritt eines Rundsendens wenigstens der Position und der gegenwärtigen Reichweite des Fahrzeugs, und einen Schritt eines Sendens einer Information bezüglich geeigneter Versorgungsstationen an das Fahrzeug.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter gekennzeichnet durch einen Schritt eines Rundsendens des Lagerbestands einer Versorgungsstation innerhalb eines vorbestimmten Umkreises.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versorgungsstation dann, wenn der Lagerbestand der Versorgungsstation die vorbestimmte Bedingung nicht erfüllt, ersatzweise als geeignete Versorgungsstation bestimmt wird, wenn sie zur Aufladung der Elektroenergieeinheit mit einem Schnell-Ladeverfahren eingerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versorgungsstation dann, wenn der Lagerbestand der Versorgungsstation die vorbestimmte Bedingung nicht erfüllt und sie zur Aufladung der Elektroenergieeinheit mit einem Schnell-Ladeverfahren nicht eingerichtet ist, ersatzweise als geeignete Versorgungsstation bestimmt wird, wenn sie grundsätzlich zur Aufladung der Elektroenergieeinheit eingerichtet ist, wobei eine solche Versorgungsstation vorzugsweise dann berücksichtigt wird, wenn sie am Ziel der Fahrt liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestimmung als geeignete Versorgungsstation ein durch den Benutzer wählbares Fahrtziel zu Grunde gelegt wird oder die als geeignet bestimmten Versorgungsstationen auf der Grundlage des gewählten Fahrtziels gewichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die am weitesten von der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs in Richtung des Fahrtziels gelegene, geeignete Versorgungsstation unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Sicherheitsreserve als Ziel-Versorgungsstation bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter gekennzeichnet durch einen Schritt eines Berechnens einer Fahrtroute von der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs zu dem Fahrtziel auf der Grundlage geeigneter Versorgungsstationen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die am weitesten von der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs auf der berechneten Fahrtroute gelegene, geeignete Versorgungsstation unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Sicherheitsreserve als Ziel-Versorgungsstation bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter gekennzeichnet durch einen Schritt eines Anbietens geeigneter Versorgungsstationen auf der Fahrtroute zur Auswahl oder Abwahl durch einen Benutzer.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Berechnens einer Fahrtroute und des Bestimmens geeigneter Versorgungsstationen, vorzugsweise einschließlich des Schrittes des Bestimmens einer Ziel-Versorgungsstation und des Schrittes des Anbietens und des Auswählens oder Abwählens, iterativ durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt eines Reservierens einer erforderlichen Anzahl von Elektroenergieeinheiten für ein Fahrzeug, wenn eine Versorgungsstation für dieses Fahrzeug als geeignete Versorgungsstation bestimmt wurde, insbesondere auf Anfrage durch das Fahrzeug, wobei die Anfrage vorzugsweise einer Bestätigung durch einen Benutzer des Fahrzeugs bedarf.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reservierung ohne Rücksicht auf eine Bestätigung durch einen Benutzer erfolgt, wenn die Versorgungsstation die einzig erreichbare, geeignete Versorgungsstation für das Fahrzeug ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass Anfragen unter Berücksichtigung der Reichweite der anfragenden Fahrzeuge priorisiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch einen Schritt eines Stornierens einer Reservierung, wenn das Fahrzeug, für welches die Reservierung vorgenommen wurde, die Reservierung nicht in Anspruch nimmt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reichweite auf der Grundlage wenigstens einer gegenwärtig gemessenen Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder eines bisherigen Geschwindigkeitsprofils oder von Energieverbrauchsparametern des Fahrzeugs oder von Fahrerverhaltensdaten oder von Streckenparametern oder von Wetterinformationen oder von Verkehrslageinformationen berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reichweite auf der Grundlage eines aus dem bisheri gen Geschwindigkeitsverlauf extrapolierten zukünftigen Geschwindigkeitsprofils berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der Reichweite mehrere alternative Geschwindigkeitsprofile auf der Grundlage variierter Parameter extrapoliert werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellung der Eignung oder Nichteignung einer Versorgungsstation während der Fahrt des Fahrzeugs fortgesetzt wiederholt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, weiter gekennzeichnet durch einen Schritt eines kontinuierlichen Überprüfens, ob auf der gegenwärtig angenommenen Fahrtroute eine geeignete Versorgungsstelle erreichbar ist, und wenn dies nicht der Fall ist, eines Ergreifens von Gegenmaßnahmen, die wenigstens das Ausgeben einer Warnung umfassen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Verfahrens verteilt auf der Seite des Fahrzeugs, auf der Seite einer oder mehrerer Versorgungsstationen und/oder auf der Seite einer Verwaltungszentrale durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrtrouten aller an dem Verfahren teilnehmenden Fahrzeuge auf der Grundlage der vorab durch die jeweiligen Benutzer gewählten und angemeldeten, durch Startpunkt und Zielpunkt definierten Strecken dynamisch so geführt werden, dass Fahrtzeit und/oder Gesamtenergieverbrauch der Fahrzeuge optimiert werden.
Navigationsgerät zum Mitführen in einem Fahrzeug, das zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche auf der Seite des Fahrzeugs eingerichtet ist.
Fahrzeugenergiesteuerungssystem zum Steuern einer Energieversorgung eines Fahrzeugs, welches einen elektrischen Fahrantrieb und wenigstens eine wiederaufladbare und austauschbare Elektroenergieeinheit aufweist, wobei dem elektrischen Fahrantrieb elektrische Antriebsenergie von der Elektroenergieeinheit zugeführt wird und wobei die Elektroenergieeinheit bei niedrigem Ladezustand aufgeladen oder ausgetauscht wird, aufweisend: eine Positionsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer Position des Fahrzeugs; eine Ladezustandsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Ladezustands der Elektroenergieeinheit; eine Reichweitenberechnungseinrichtung zum Berechnen einer Reichweite des Fahrzeugs auf der Grundlage des durch die Ladezustandsbestimmungseinrichtung bestimmten Ladezustands der Elektroenergieeinheit; eine Empfangseinrichtung zum drahtlosen Empfangen einer Information aus einem drahtlosen Fernkommunikationsnetzwerk über Versorgungsstationen, die zur Aufladung und/oder zum Austausch der Energiespeichereinheit eingerichtet sind und über deren jeweiligen Lagerbestand, wobei der Lagerbestand wenigstens durch Anzahl und Ladezustand von in einer Versorgungsstation vorrätig gehaltenen Elektroenergieeinheiten definiert ist; und eine Eignungsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer Versorgungsstation als geeignete Versorgungsstation dann, wenn die Versorgungsstation innerhalb der Reichweite des Fahrzeugs liegt sowie deren Lagerbestand eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, insbesondere dergestalt, dass eine vorbestimmte Anzahl aufgeladener Elektroenergieeinheiten zum Austausch bereitstehen.
Fahrzeugenergiesteuerungssystem nach Anspruch 25, weiter gekennzeichnet durch eine Sendeeinrichtung zum drahtlosen Senden einer die Position und die Reichweite enthaltenden Information an das Fernkommunikationsnetzwerk, wobei die empfangene Information Informationen über Versorgungsstationen, die innerhalb der Reichweite des Fahrzeugs liegen, entweder ausschließlich oder in besonders gekennzeichneter Form enthält.
Fahrzeugenergiesteuerungssystem nach Anspruch 26, weiter gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung, in welcher Identifikationsdaten der Elektroenergieeinheit sowie vorzugsweise des Fahrzeugs, und/oder Lade-/Entladeparameter der Elektroenergieeinheit sowie vorzugsweise Energieverbrauchsparameter des Fahrzeugs vorab gespeichert sind, wobei die gesendete Information zusätzlich Identifikationsdaten der Elektroenergieeinheit sowie gegebenenfalls des Fahrzeugs, die Lade-/Entladeparameter der Elektroenergieeinheit und die Energieverbrauchsparameter des Fahrzeugs enthält, und wobei die empfangene Information hinsichtlich Lagerbeständen nur Informationen über Lagerbestände an Elektroenergieeinheiten eines Typs enthält, der mit dem Typ der in dem Fahrzeug mitgeführten Elektroenergieeinheit korrespondiert.
Fahrzeugenergiesteuerungssystem zum Steuern einer Energieversorgung eines Fahrzeugs, welches einen elektrischen Fahrantrieb und wenigstens eine wiederaufladbare und austauschbare Elektroenergieeinheit aufweist, wobei dem elektrischen Fahrantrieb elektrische Antriebsenergie von der Elektroenergieeinheit zugeführt wird und wobei die Elektroenergieeinheit bei niedrigem Ladezustand aufgeladen oder ausgetauscht wird, aufweisend: eine Speichereinrichtung, in welcher Identifikationsdaten der Elektroenergieeinheit sowie vorzugsweise des Fahrzeugs, und/oder Lade-/Entladeparameter der Elektroenergieeinheit sowie vorzugsweise Energieverbrauchsparameter des Fahrzeugs vorab gespeichert sind; eine Positionsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer Position des Fahrzeugs; eine Ladezustandsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Ladezustands der Elektroenergieeinheit; eine Sendeeinrichtung zum drahtlosen Senden einer Information, welche die Position, den Ladezustand der Elektroenergieeinheit, die Identifikationsdaten der Elektroenergieeinheit sowie gegebenenfalls des Fahrzeugs, die Lade-/Entladeparameter der Elektroenergieeinheit und die Energieverbrauchsparameter des Fahrzeugs enthält, an ein Fernkommunikationsnetzwerk; und eine Empfangseinrichtung zum drahtlosen Empfangen einer Information aus dem Fernkommunikationsnetzwerk über die gegenwärtige Reichweite des Fahrzeugs und über Versorgungsstationen, die innerhalb der Reichweite des Fahrzeugs liegen und die zur Aufladung und/oder zum Austausch der Energiespeichereinheit eingerichtet und geeignet sind und, wobei nur solche Versorgungsstationen als geeignet bestimmt sind, deren Lagerbestand eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, insbesondere dergestalt, dass eine vorbestimmte Anzahl aufgeladener Elektroenergieeinheiten zum Austausch bereitstehen.
Fahrzeugenergiesteuerungssystem nach einem der Ansprüche 25 bis 28, weiter gekennzeichnet durch eine Navigationseinrichtung zum Ermitteln einer Fahrtroute von der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs zu einem durch einen Benutzer wählbaren Ziel, wobei die Navigationseinrichtung vorzugsweise Streckendaten wie etwa Höhenprofil, Kurvenverlauf, Seitneigung, Straßenbelag und -zustand, Geschwindigkeitsbeschränkungen, statistisch zu erwartende Verkehrsdichte, notwendige oder zu erwartende Haltepunkte, gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Wochentag, Datum und/oder Uhrzeit, bereitstellt.
Fahrzeugenergiesteuerungssystem nach einem der Ansprüche 25 bis 29, weiter gekennzeichnet durch eine Verkehrsinformationsauswertungseinrichtung zum Empfangen und zur Auswertung von Verkehrsinformationen, die von einer Verwaltungszentrale oder einem Rundfunksender bereitgestellt werden.
Fahrzeugenergiesteuerungssystem nach einem der Ansprüche 25 bis 30, weiter gekennzeichnet durch eine Wetterinformationsauswertungseinrichtung zum Empfangen und zur Auswertung von Wetterinformationen, die von einer Verwaltungszentrale oder einem Rundfunksender bereitgestellt werden.
Fahrzeugenergiesteuerungssystem nach einem der Ansprüche 25 bis 31, weiter gekennzeichnet durch eine Wetterdatenerfassungseinrichtung zum Erfassen von Wetterdaten wie etwa Temperatur, Lichtintensität, Feuchtigkeit, Nässe, Gegenwind, Rückenwind, Seitenwind und dergleichen.
Fahrzeugenergiesteuerungssystem nach einem der Ansprüche 25 bis 32, weiter gekennzeichnet durch eine Fahrzustandserfassungseinrichtung zum Erfassen charakteristischer Fahrzustände wie Geschwindigkeit, Längsbeschleunigung, Längsverzögerung, Seitenbeschleunigung, Straßenhaftung bzw. Schlupf und dergleichen.
Fahrzeugenergiesteuerungssystem nach Anspruch 33, weiter gekennzeichnet durch eine Fahrzustandsspeichereinrichtung zum Speichern der charakteristischen Fahrzustände im zeitlichen Verlauf.
Fahrzeugenergiesteuerungssystem nach Anspruch 34, weiter gekennzeichnet durch eine Fahrerverhaltensauswertungseinrichtung zum Bestimmen von Parametern zur Beschreibung eines typischen Fahrverhaltens des gegenwärtigen Fahrers auf der Grundlage des zeitlichen Verlaufs der charakteristischen Fahrzustände.
Fahrzeugenergiesteuerungssystem nach einem der Ansprüche 29 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung eingerichtet ist, von der Navigationseinrichtung bereitgestellte Streckendaten und/oder von der Verkehrsinformationsauswertungseinrichtung empfangene Verkehrsinformationen und/oder von der Wetterinformationsauswertungseinrichtung empfangene oder von der Wetterdatenerfassungseinrichtung erfasste Wetterdaten und/oder von der Fahrzustandserfassungseinrichtung erfasste Fahrzustände und/oder in der Fahrzustandsspeichereinrichtung gespeicherte Fahrzustandsverläufe und/oder von der Fahrerverhaltensauswertungseinrichtung bestimmte Verhaltensparameter an die Verwaltungszentrale und/oder die Versorgungsstationen zu senden.
Versorgungsstation zur Versorgung von Fahrzeugen, die einen elektrischen Fahrantrieb und wenigstens eine wiederaufladbare und vorzugsweise austauschbare Elektroenergieeinheit aufweisen, mit elektrischer Energie, aufweisend: eine Lagereinrichtung zum Lagern einer Mehrzahl von Elektroenergieeinheiten; wenigstens eine Wechselvorrichtung zum Austauschen von an Bord eines Fahrzeugs befindlichen Elektroenergieeinheiten gegen Elektroenergieeinheiten aus der Lagereinrichtung; wenigstens eine Ladevorrichtung zum Laden von an Bord eines Fahrzeugs befindlichen Elektroenergieeinheiten; eine Lagerbestandsfeststellungseinrichtung zum Feststellen eines Lagerbestands der Versorgungsstation, definiert durch Anzahl und Ladezustand der in der Lagereinrichtung gelagerten Elektroenergieeinheiten; und eine Kommunikationseinrichtung zum Austauschen von Daten mit Fahrzeugen in der Umgebung der Versorgungsstation und/oder über Fahrzeuge in der Umgebung der Versorgungsstation mit einer Verwaltungszentrale.
Versorgungsstation nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsstation zur Handhabung mehrerer Typen von Elektroenergieeinheiten eingerichtet ist.
Versorgungsstation nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtung eingerichtet ist, den Lagerbestand angebende Daten an die Fahrzeuge oder die Verwaltungszentrale zu senden.
Versorgungsstation nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtung eingerichtet ist, die den Lagerbestand angebenden Daten nur dann zu senden, wenn sie eine Bestandsanfrage von einem Fahrzeug oder der Verwaltungszentrale empfängt.
Versorgungsstation nach einem der Ansprüche 37 bis 40, weiter gekennzeichnet durch eine Eignungsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob die Versorgungsstation für die Versorgung eines Fahrzeugs geeignet ist, auf der Grundlage des festgestellten Lagerbestands und der über die Kommunikationseinrichtung empfangenden Daten über das Fahrzeug, wobei die empfangenen Daten wenigstens eine Position des Fahrzeugs und einen Ladezustand der an Bord des Fahrzeugs befindlichen Elektroenergieeinheit enthalten, und dadurch, dass die Kommunikationseinrichtung eingerichtet ist, anschließend die bestimmte Eignung oder Nichteignung der Versorgungsstation angebende Daten an die Fahrzeuge oder die Verwaltungszentrale zu senden.
Versorgungsstation nach einem der Ansprüche 37 bis 41, weiter gekennzeichnet durch eine Reservierungseinrichtung zum Reservieren einer Elektroenergieeinheit für ein bestimmtes Fahrzeug auf dessen Anfrage.
Versorgungsstation nach einem der Ansprüche 37 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zur Schnell-Ladung geeignete Ladevorrichtung vorhanden ist.
Versorgungsstation nach einem der Ansprüche 37 bis 43, weiter gekennzeichnet durch eine Lager-Ladeeinrichtung zum Aufladen oder Ladungsauffrischen von in der Lagereinrichtung gelagerten Elektroenergieeinheiten.
Versorgungsstation nach einem der Ansprüche 37 bis 44, weiter gekennzeichnet durch eine Elektroenergie-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen von elektrischer Energie aus fossilen oder nachwachsenden Rohstoffen oder regenerativen Quellen und vorzugsweise eine Elektroenergie- Zwischenspeichereinrichtung zum Zwischenspeichern der erzeugten elektrischen Energie bis zur Verwendung.
Infrastruktur zur Versorgung von Fahrzeugen, die einen elektrischen Fahrantrieb und wenigstens eine wiederaufladbare und vorzugsweise austauschbare Elektroenergieeinheit aufweisen, mit elektrischer Energie, aufweisend: eine Mehrzahl von Versorgungsstationen nach einem der Ansprüche 37 bis 45; und eine Mehrzahl von Fahrzeugenergiesteuerungssystemen nach einem der Ansprüche 25 bis 36, wobei die Versorgungsstationen und die Fahrzeugenergiesteuerungssystemen eingerichtet sind, im Zusammenspiel ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Infrastruktur nach Anspruch 46, weiter gekennzeichnet durch eine Verwaltungszentrale, wobei die Verwaltungszentrale, die Versorgungsstationen und die Fahrzeugenergiesteuerungssystemen eingerichtet sind, im Zusammenspiel ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Wiederaufladbare und austauschbare Elektroenergieeinheit zum Versorgen eines Fahrzeugs mit elektrischer Antriebsenergie, aufweisend eine Steuereinheit zum Erfassen und Steuern von Betriebszuständen, darunter wenigstens eines Ladezustands der Elektroenergieeinheit, und einer Funkkommunikationseinrichtung zum Kommunizieren mit einer Instanz außerhalb des Fahrzeugs.
Elektroenergieeinheit nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit zum Speichern einer Information, welche die Identifikation wenigstens des Typs der Elektroenergieeinheit, vorzugsweise auch eine Zuordnung zu dem die Elektroenergieeinheit mitführenden Fahrzeug ermöglicht, eingerichtet ist.
Elektroenergieeinheit nach Anspruch 48 oder 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit zum Ermitteln einer gegenwärtigen Position der Elektroenergieeinheit oder zum Auswerten von Positionsdaten eines in dem Fahrzeug mitgeführten Navigationsgeräts eingerichtet ist.
Elektroenergieeinheit nach einem der Ansprüche 48 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 23 auf der Seite des Fahrzeugs eingerichtet ist.
Elektroenergieeinheit nach einem der Ansprüche 48 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkkommunikationseinrichtung zur direkten Kommunikation mit der Funkkommunikationseinrichtungen einer anderen Elektroenergieeinheit eingerichtet ist.
Elektroenergieeinheit nach einem der Ansprüche 48 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen Akkumulator auf der Grundlage einer elektrochemischen Reaktion, insbesondere unter Beteiligung von Lithium handelt.