DE102010049661A1

DE102010049661A1 - Topographisches Reichweitenermittlungs- und Anzeigesystem für die Gestaltung benutzerorientierter Beratungs- und Steuerungsfunktionen beim Betrieb batterie- und hybridangetriebener Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102010049661A1
Application number: DE201010049661
Authority: DE
Inventors: Dr. Conradi Peter
Original assignee: ALL4IP MAN GmbH; ALL4IP MANAGEMENT GmbH
Current assignee: ALL4IP MAN GmbH; ALL4IP MANAGEMENT GmbH
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2012-04-12

Abstract

Es sind eine Vorrichtung und ein Verfahren für ein elektronisches System vorgesehen, das aus den Komponenten Ladesystem Batterie, Messystem Batterie und Internet-Server besteht und über einen Navigator, ein Smartphone oder einen im Fahrzeug fest eingebauten Rechner (Head Unit) dem Benutzer Informationen anzeigt und als wichtigen Aspekt ihn visuell dabei berät, das Fahrzeug unter der besonderen Beachtung der Batterieladung innerhalb eines erreichbaren Umfeldes zu führen. Hierbei können als wichtiger Aspekt Informationen aus dem Internet so einbezogen werden, dass der Nutzer in regelmäßigen kurzen Zeitabständen visuell darüber informiert wird, welche topographische Region er noch erreichen kann.

Description

Durch den absehbaren Mangel an nichtgenerativen Energiequellen werden in den nächsten Jahrzehnten Fahrzeuge entwickelt werden, die nicht mehr mit Verbrennungsmotoren ausgerüstet sind, sondern alternative Fortbewegungskonzepte zum Einsatz bringen. Hierbei sind das reine batteriebetriebene oder Kombinationsvarianten mit anderen Antriebsformen mögliche Realisierungsformen.
Leider weisen elektrisch betriebene Fahrzeuge heute noch den erheblichen Nachteil gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor auf, dass ihre Batterien zur Betriebsbereitschaft über einen längeren Zeitraum elektrochemisch geladen werden müssen und die möglichen Fahrstrecken viel kürzer sind als mit konventionellen verbrennungsbetriebenen Fahrzeugen.
Derzeit liegen Batterieladezeiten für ein Elektrofahrzeug im Bereich von mehreren Stunden; die benutzbare Zeit beträgt bei voller Last weniger als eine Stunde. Das führt dazu, dass ein typischer Benutzer Aufladezeiten und ggf. Austauschzeiten in seinen Tagesablauf einplanen muss. Auch wenn die Zeiten sich künftig erheblich verringern werden, ist doch zu erwarten, dass der Benutzer für das Erreichen der Betriebsbereitschaft in intensiverer Weise Sorge tragen muss, als beim Tanken von Kraftstoffen.
Die vorliegende Erfindung beziffert weniger einen technisch regelnden Einfluss innerhalb der Technik eines Kraftfahrzeugs, sondern bezieht sich darauf, den Halter des Fahrzeugs optimal zu informieren und durch Anbieten logistischer und beratender Unterstützung die Nachteile von Elektromobilen kompensieren zu helfen.
Eine Reihe vergleichbarer Patente befasst sich mit der Technik der möglichst akkuraten Zustandserfassung der Batterien und deren Weitermeldung:
So finden sich in den Patentschriften DE 69917036 T2 , DE 7029956 A1 und EP 20010127008 diverse Verfahren zur Bestimmung physikalischer Variablen und des irreversiblen Kapazitätsverlusts der Batterie. Durch das definierte elektrische Laden oder Entladen der Batterie und nach Messen des eingeschwungenen Spannungswertes vor und nach dieser Veränderung werden Rückschlüsse auf den Batteriezustand und die bei Alterung der Batterie verbleibende wirksame Kapazität geschlossen.
Die Europäische Patentschrift EP 119190 betrifft eine Vorhersage des Batteriezustands zu dem Zweck, die Ladevorrichtung entsprechend zu steuern. Hierbei werden kontinuierlich die im Betrieb vorhandenen Änderungen von Spannungen und Strömen erfasst, um mit Hilfe einer Fuzzy-Logik und der Anwendung neuronaler Netze Veränderungen am Verhalten der Batterie zu erfassen und dies in die Laderegelungsstrategie einfließen zu lassen. Dieser mathematische Ansatz setzt aber eine ständige Beobachtung von Spannung und Strom an der Batterie voraus. Diese Vorgehensweise ist jedoch für das beabsichtigte Ergebnis – der Beratung des Benutzers – wesentlich zu aufwendig. Und es kann nicht mit Sicherheit davon ausgegangen werden, dass dieser Anschluss zur Verfügung steht.
Eine weitere Patentschrift befasst sich mit der Information über die Abnahme der Starterbatterieladung im stehenden Zustand unter einen kritischen Wert. In Patent DE 8019881 A1 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Energieverwaltung über eine Energiemanagementeinheit beschrieben. Auch hier werden die Batteriewerte direkt gemessen und die zulässigen Standzeiten eines Fahrzeugs bezüglich der Entladung der Batterie im unbenutzten Zustand bis zur Verwendungsunfähigkeitsgrenze ermittelt bzw. vorhergesagt.
Weitere Erfindungen konzentrieren sich auf die Übertragungswege der Informationen des direkt gemessenen Batteriezustandes innerhalb des Fahrzeuges oder zum Halter. In DE 020292 U1 und DE 020293 U1 finden sich Zustandsüberwachungen durch Ermittlung der Batteriespannung und der Temperatur, Übertragung der Werte und Benachrichtigung des Fahrzeugführers über Powerline oder Funkverbindung. Die dazu nötigen Werte werden direkt an der Batterie gemessen, was im Fall der vorliegenden Erfindung unterbleiben könnte.
In dem durch die vorliegende Erfindung beschriebenen Verfahren wird eine Untersuchung während der Standzeit des Fahrzeugs – optional verbunden mit einer Ladetätigkeit der Batterie – durchgeführt, und die daraus gewonnenen Daten werden mit der ermittelten elektrischen Fortbewegung des Fahrzeugs in Beziehung gesetzt.
Die darauf gewonnene Erkenntnis wird für den Benutzer unter Einbezug von Computerrechenleistung aufbereitet und ihm geeignet präsentiert.
Die Rechenleistung kann hierbei auch im Internet erbracht werden und deren Ergebnis wird in das sich bewegende Fahrzeug zurückübertragen und geeignet dargestellt.
Die Darstellung kann so erfolgen, dass der Benutzer eine zwei- oder dreidimensionale Ansicht des Geländemodells seines Weges oder des Umkreises um sein Fahrzeug mit Aufsicht oder Seitenansicht visuell und schematisch erfassen kann.
Diese Darstellung kann sich zusammensetzen aus mindestens den folgenden Teilinformationen, die geeignet in Kombination dargestellt werden:

1. Topographische Karteninformationen der Straßenzüge oder des Geländes der Umgebung des Fahrzeugs,
2. Informationen zur Höhe der angezeigten Objekte relativ zum Meeresspiegel
3. Knoten-/Kanten-Modelle der Straßenführung in alle Richtungen inklusive einer Visualisierung dieses Netzwerkes für den Benutzer,
4. visuell aufbereitete Angaben dazu, wie weit das Fahrzeug mit seiner Energieladung topographisch gesehen fahren könnte,
5. Geeigneter Einbezug von umweltbezogenen Größen wie Himmelsrichtung, Temperatur, Windrichtung, Windstärke und Feuchtigkeit in die Berechnung und Darstellung.

Eine weitere Anwendung des Verfahrens ist die Abrechnung des verbrauchten Stroms. Über die Vorrichtung kann ein Smart Metering mit Verbrauchsabrechnung erfolgen.
Mit einem ggf. funkbasierten Benutzerinformationssystem sollen Aufladevorgänge oder Austausch der Batterien optimal in den Tagesablauf des Nutzers einbezogen werden und die Benutzer mit weiteren Diensten unterstützt werden, die damit im Zusammenhang stehen. Diese Aufgabe wird durch die beanspruchten Erfindungsmerkmale gelöst.
Mit Rücksicht auf den Vertrieb seiner eigenen Zubehörausstattung muss damit gerechnet werden, dass ein Fahrzeughersteller die hier erforderlichen Betriebsdaten eines Elektromobils nicht allgemein offen legt und auch aufgrund der Gefahr eines Stromschlages jeden Eingriff in den Bereich der Hochvoltbatterie untersagt oder erschwert, sowie keine andere allgemein nutzbare Möglichkeit vorsieht, diese Daten abzugreifen.
Je nach Vertragsbeziehungen in dem sich neu gestaltenden Markt wird der Benutzer des Fahrzeugs Herstellerneutrale Informationsquellen nutzen wollen, eventuell die anderer Marktbeteiligter wie Infrastrukturgeber oder Energieversorger. Wenn es nun gelingt, entsprechende Navigationssysteme für eine Anzahl auf den Markt kommender Elektrofahrzeugtypen verschiedener Hersteller anzubieten, kann daraus ein geeignetes Geschäftsmodell für ein Fahrzeugunabhängiges Produkt entstehen.
Dieses Patent erweitert deshalb die bisher übliche Messung an den Hochvolt-Batterieklemmen im Inneren des Fahrzeugs dadurch, dass die Messung der Batterieklemmwerte nicht unbedingt direkt an der Batterie erfolgen muss, sondern diese Informationen auch oder zusätzlich aus anderen technischen Parametern abgeschätzt werden können, die sich im äußeren Umfeld des Fahrzeugs ermitteln lassen.
Hierzu werden die elektrischen Kenndaten ermittelt, die sich während des Ladevorgangs bestimmen lassen. Die Vorrichtung kann in der Energiezuführungsleitung auch weiter entfernt vom Fahrzeug untergebracht werden, in einer Ladesäule oder im Hausanschluss (1–3).
Da die Ladezeiten von Elektromobilen in der Regel kürzer als eine Nachtspanne sind, kann man auch davon ausgehen, dass nach einem regelmäßigen Anschluss an eine Ladevorrichtung in den Abendstunden die Batterie morgens einen definierten vollen Zustand aufweist. Ein wichtiger Aspekt der einfachen Anwendung eines Beratungssystem ist, dass dieser volle Zustand am nächsten Tag angenommen und auf deren Basis der Energieverbrauch während der Fahrt abgeschätzt wird.
Die erforderlichen Messungen ließen sich somit in zwei Teilvorgängen erfassen und in Bezug zueinander setzen: die Messung elektrischer Größen zur Erfassung der Ladung der Batterie an der Ladeschnittstelle und der Messung der verbrauchten Energie im Fahrzeug.
Die Messgrößen im Fall einer Messung der Energiezuführung und des Verbrauchs sind:

1. Ladezeit/Fahrzeit
2. Stromverlauf über die Ladezeit/Fahrzeit
3. Netzspannungsverlauf/Energiebilanz während der Fahrt
4. Frequenzverlauf überlagerter Frequenzen zur Netzfrequenz beim Laden
5. Messung anderer Verbaucher im Fahrzeug, z. B. Klimaanlage, Licht
6. Temperatur der Batterie
7. GPS-Position

Abgeleitete Größen können sein:

1. Ermittlung der Ladephasen und ihrer Übergänge
2. Ermittlung des Endzustands der Ladung
3. Ermittlung der verbrauchten Energie bezogen auf die Fahrgeschwindigkeit

Erkennen des unvorhergesehenen Abbruchs des Ladevorgangs bei abrupter Trennung der Stromversorgung vor dem Endpunkt der Ladung Erfindungsgemäß könnten in das System aber auch Informationen wie

1. Benutzereingaben zur Justierung des Vorgangs und
2. Visuelle Beobachtung der Füllstandsanzeige in den Armaturen des Fahrzeugs

einbezogen werden, sowie offengelegte Schnittstellen des Herstellers wie CAN-BUS o. ä..
Die Erfindung beruht weiter darauf, dass die während der Fahrt zurückgelegte Wegstrecke durch wiederholte Bestimmung der Geoposition des Fahrzeugs einbezogen wird, dies wiederum ohne Eingriff in die inneren elektrischen Systeme des Fahrzeugs.
Auch unter Verwendung von Zusatzinformationen, die sich aus 3D-Geoinformationen sowie der lokalen Wetterlage (z. B. Wind) ableiten lassen, kann die verbrauchte Fortbewegungsenergie mit hinreichender Genauigkeit bestimmt werden.
Über statistisch/stochastische Ermittlung des Fahr- und Ladeverhaltens des Halters können typische Werte ermittelt werden, nach denen sich ein Lerneffekt gestaltet. Es kann dann eine Ansprache an den Fahrer erfolgen mit dem Hinweis darauf, dass er gewöhnlich in diesem Ladezustand eine Ladesäule anfährt, verbunden mit Hinweisen zum Erreichen der nächsten Ladesäule.
Sollten noch höhere Ansprüche an die Genauigkeit der Vorhersage nötig sein, kann hierfür ein Abgleich mit Geoinformationssystemen erfolgen, die auch die Höhe über dem Meeresspiegel ausweisen (z. B. Navigationskartenmaterial, GIS-Systeme wie Google Earth, NASA World Wind).
Über lokale Wetterdaten wie Windgeschwindigkeit sowie bauarttypische Daten wie CW-Wert kann die im Fahrzeug verbrauchte Energie während der Fortbewegung so genau abgeschätzt werden, dass für die jeweils verbleibende Fortbewegungsenergie und die Planung der Wiederaufladung verwertbare Aussagen zum Batterieladezustand gemacht werden können.
Über den Einbezug einer Beladungsmessung können weitere Kennwerte erhoben werden, die eine Vorhersage verbessern. Eine solche Beladungsmessung kann über drei Arten erfolgen:

1. Ultraschallmessung des Abstands zum Boden
2. Analyse der Schwingungsfrequenzen des Fahrzeugs
3. Analyse der Beschleunigung des Fahrzeugs

Die Kenntnis der verbleibenden Energie und damit der noch fahrbaren Wegstrecke wird dazu genutzt, dem Benutzer Energie-Lademöglichkeiten vorzuschlagen.
Insofern kann eine solche Unterstützung des Benutzers aus folgenden Grundkomponenten bestehen:

1. Navigator mit GPS-System und Höhenangaben in den Geoinformationen
2. Lokale Wetterdaten, ermittelt im Fahrzeug oder Übertragen aus Internet
3. Bauartspezifische Daten des Fahrzeugs
4. CW-Wert
5. Wirkungsgrad des Antriebs
6. Wirkungsgrad des Energierückflusses über Bremsvorgänge
7. Art des Batteriebetriebs mit Batterietemperaturmonitoring und ihrer Stabilisierung
8. Typ und Alter der Batterie
9. Standzeiten des Fahrzeugs, lokale Batterietemperatur während der Standzeiten
10. Messung der elektrischen Parameter während des Ladevorgangs über die äußeren Schnittstellen
11. Verzeichnis verfügbarer Ladesäulen
12. Anbieten möglicher Tätigkeiten oder Aufenthalte des Benutzers in der Nähe des Lade- oder Austausch-Ortes (Location Based Services).
13. Sensoren, die den Zugang zum Fahrzeug detektieren und im Falle einer fehlenden Autorisierung Alarm schlagen

Die Messkomponente kann je nach Ausführung an folgenden Stellen untergebracht werden:

1. im Fahrzeug integriert
2. in das Ladekabel integriert
3. in die Ladesäule integriert
4. in einen der beiden Stecker integriert
5. in den Hausanschluss integriert
6. in den Systemen eines Energieversorgungs-Unternehmens

Je nach Auslegungsform kann die Messkomponente so klein gestaltet werden oder in anderen Komponenten untergebracht werden, dass sie für den Anwender nicht sichtbar ist. Die für den Anwender sichtbaren und bedienbaren Komponenten sind ein Navigator und ggf. ein Mobilfunkgerät sowie in das Fahrzeug fest eingebaute Computer.
Die Messkomponente besteht aus einer analogen Spannungsmessung, einer Strommessung und der geeigneten Digitalisierung der Informationen und Übertragung zum Anwendersystem. Die Übertragung kann geschehen durch Funktechnik (Mobilfunkstandards wie GPRS, UMTS, lokale Kommunikation wie ZIGBEE, Bluetooth, WLAN, ...) zum Navigator oder Mobilfunkgerät, aber auch durch kodierte Übertragung der Nachricht durch das gemessene Kabel (z. B. Powerline).
Die Stromversorgung der Vorrichtung kann durch kleine Batteriezellen (AA-Zellen oder AAA-Zellen) oder durch Akkus erfolgen, die induktiv über die Leitung für die Stromzuführung für das Elektromobil geladen werden, könnte aber auch über separate Stromversorgungen im Fahrzeug, der Ladesäule oder über Photovoltaik geschehen.
Zur Kommunikation zwischen den Modulen sind die folgenden Varianten erfindungsgemäß möglich:

1. lokale Funkübertragung zwischen dem Mobilfunkgerät oder Navigator und der Messkomponente
2. eine Informationsübermittlung der Messkomponente durch das Ladekabel
3. eine direkte GSM-Funkverbindung der Messkomponente zu einem Internet-Server in Verbindung mit einer weiteren Funkverbindung zum persönlichen Informationssystem des Benutzers

Die Übertragung innerhalb des Ladestromweges kann durch eine Powerline-Modulation geschehen.
Entsprechend kann die Funktionalität über das Zusammenspiel von Messkomponente und Navigator erbracht werden. Bei Reservierungsnotwendigkeit für die Nutzung einer Ladesäule wird dann aber Zusatzkommunikation benötigt, die über das Internet und entsprechende Protokolle abgewickelt werden kann.
Hierbei sind auch andere Konstellationen möglich, bei denen ein Internet-Server die Zentrale bildet und die verschiedenen Informationen von Messkomponente und Navigator geeignet koordiniert oder ein Mobilfunkgerät die Navigationsfunktion übernimmt oder eine Kombination von Internet und lokaler Rechentätigkeit die Lösungen errechnet.
Mit der vorgelegten Erfindung soll der Benutzer eines Elektrofahrzeugs unabhängig von der eigentlichen Fahrzeugelektronik ein verlässliches System bekommen, das ihn zusätzlich zur Navigation in Richtung seiner geplanten Ziele zur Durchführung von KFZ-Ladevorgängen berät und das Fahrzeug vor Diebstahl schützt.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein Benutzer ohne Eingriff in die Elektrik des Fahrzeuginneren geeignete herstellerübergreifende Informationen zur Routenplanung und Auflade-Möglichkeiten für sein Fahrzeug bekommen kann, die automatisiert zu einer Optimierung seiner Route und zur Bereitschafterhaltung der Fortbewegung seines Fahrzeugs führen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 3 angegeben. Hier kann zur Realisierung der Navigationsaufgabe ein zentraler Server in Anspruch genommen werden. Dies ist dann vorteilhaft, wenn eine Koordination von mehreren Benutzern vorgesehen ist, zum Beispiel zum Reservieren von Lademöglichkeiten oder wenn eine Abrechnung der verbrauchten Energie zentral geschehen soll.
1. Aufbau der beteiligen Module
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt die erfindungsgemäßen Möglichkeiten der Verlagerung der Messung in verschiedene Stellen entlang der Strecke von der Netzstromversorgung bis zur Batterie. 1 bis 3 verschiedene Unterbringungsorte für die Messkomponente, im Ladekabel (2a), im Fahrzeug (1) und in der Ladesäule (2). 5 zeigt den inneren Modulaufbau für die Messkomponente mit Mess-System (4) und Kommunikationssystem (5).
Wie 4 zeigt, besteht die Mess-Anordnung aus dem Mess- und Kommunikationsmodul (3), einer Leitungs-, Funk- oder Powerline-Übertragung zu einem in der Nähe befindlichen Smartphone oder Navigator (8) (gestrichelte Linie), einer Übertragung ins Internet (6) und von dort zu einer Internet-Plattform (7). Über ein zusätzliches GPS-Modul in (3) oder (8) könnte optional auch eine jeweilige Ortsbestimmung vorgenommen werden.
Über Erfassung des Stromverlaufs durch Messung in der Versorgungsleitung zum Fahrzeug lässt sich die übertragene Energie an die Batterie nachvollziehen und zur Abrechnung oder Gegenkontrolle erfassen (6). Diese Werte werden mit protokolliert und/oder während der Ladetätigkeit in regelmäßigen Abständen weitergemeldet.
Über eine Referenzkennlinie des Batterietyps (6) können im Optimalfall auch die jeweiligen Zwischenphasen und die Phasenübergänge festgestellt werden. 6 zeigt einen typischen Verlauf der Stromentnahme aus der Netzversorgung. Der Stromverlauf mit einem zunächst ansteigenden und zum Ende der Ladung hin abfallenden Stromverlauf kann einer Glockenkurve ähneln. Bei deterministischem Verhalten der Ladestrategie des Lademoduls eignet sich der Verlauf für eine Extraktion der Schätzwerte für die eingebrachte Ladungsenergie, da er den Ladungszeitverlauf über signifikanten Schwellwerten recht einfach diagnostizieren lässt und dabei sogar Rückschlüsse auf die Alterung erlaubt.
Sollte die Ladung abgebrochen werden, bevor die Batterie einen als voll definierten Füllstand erreicht hat, kann der erreichte Punkt auf der Kennlinie bereits ausreichen, um unter Einbezug der zu fahrenden Route und anderer Daten eine verlässliche Reichweitenprognose abzugeben.
2. Erkennen der Änderung der Ladestrategie
Nach dem Stand der Technik können Lithium-Ionen Akkus in mehreren unterschiedlichen Phasen geladen werden, die der Batterie jeweils konstanten Strom, konstante Spannung oder gepulste Stromformen zuführt.
Hierbei gibt es mehrere Strategien, von denen eine beispielhaft hier aufgeführt wird: zunächst sind die Batterien geeignet vorzubereiten. Dies kann über die Zuführung eines konstanten niedrigen Stromes erfolgen. In dieser Phase sollte auch die gleichmäßige Verteilung der Ladung auf die verschiedenen Zellen überprüft werden, ohne dass die Batterien bereits durch zu hohen Strom während der Ladetätigkeit zerstört werden. Danach bringt eine Phase mit konstantem Hochstrom die eigentliche Ladung ein. Je nach Anwendungsfall werden in dieser Phase gute Ladeergebnisse erreicht, wenn die Ladung pulsartig erfolgt. Zum Schluss wird bei konstanter Spannung solange restgeladen, bis die Stromabnahme unter eine Schwelle fällt.
Sofern die Phasenübergänge in definierter Abhängigkeit des jeweiligen Ladezustands erfolgen, kann die Dauer der jeweiligen Phase hilfreich für die Kalkulation des Füllstandes verwandt werden. Speziell wenn in der Hauptphase ein gepulstes Laden erfolgt, lässt sich diese Phase über Schwingungen in der Versorgungsspannung erkennen. Auch die letzte Phase lässt sich durch den allmählich fallenden Strom sicher detektieren.
Das Erkennen dieser Phasen ist über eine Analyse des Stromverbrauchs und der HF-Schwingungen auf der Leitung möglich. Die Auswertung bringt wertvolle Informationen über den Zustand der Batterie. Auch wenn die Batterie abrupt getrennt wird, bevor der Endzustand der Ladung erreicht ist, kann das Wissen über die Phasenstufe und die Dauer der jeweiligen Phase einen Rückschluss auf den Batterieladestand ermöglichen, obwohl der genaue Ausgangszustand der Ladung unbekannt war.
Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele
1. Montage zwischen Steckdose und KFZ-Elektronik im Fahrzeug:
Die Installation des Mess- und Kommunikationssystems in der Nähe der Ladesteckdose im Fahrzeug sollte so erfolgen, dass die Einheit per Funk nach außen kommunizieren kann.
2. Integration in Steckdose am Fahrzeug:
Das Mess- und Kommunikationssystem kann so gestaltet sein, dass es in die Ladesteckdose des Fahrzeugs integriert werden kann.
3. Integration in Ladekabel oder die Steckvorrichtungen:
Das Mess- und Kommunikationssystem kann so gestaltet sein, dass sie in Ladekabel oder die Steckvorrichtungen des Fahrzeugs integriert werden kann.
4. Integration in Ladesäule, Kombination mit Smart Metering:
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht in einer Anordnung des Mess- und Kommunikationssystems in der Ladesäule oder im Energieversorgungsanschluss. Hier kann es mit einem Gerät kombiniert werden, das den Mess-Stand an eine Zentrale meldet (Smart Metering). Zusätzlich zu der Benutzerinformation kann hierbei eine Abrechnung der verbrauchten Energie vorgenommen werden.
5. Auslegung der Vorrichtung als Steckdosen-Zwischenstecker:
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht in einer Systemanordnung, bei der das Mess- und Kommunikationssystem in einem (Schuko-)Zwischenstecker des Energiezuführungssystems untergebracht ist.
6. Auslegung der Vorrichtung im Zusammenhang mit einem Zweirad:
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht in einer Systemanordnung, bei der das Mess- und Kommunikationssystem geschützt und versteckt im Rahmen eines Zweirades untergebracht wird, derart gestaltet, dass die Funkantennen nach außen wirken können. Gleichzeitig können die Benutzerinteragierenden Systemteile (Navigator, Mobilfunkgerät) offen an einem Halter am Lenkrad betrieben werden.
7. Auslegung der Vorrichtung im Zusammenhang mit einer Schließvorrichtung:
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht in einer Systemanordnung nach 7, bei der das Mess- und Kommunikationssystem und das übliche Ladegerät gesichert in einem Bügelschloss (10, 11) untergebracht sind. Hierbei werden die eingebrachten Module (3) bei Schließen des Schlosses ebenfalls festgehalten (12) und gesichert. Durch Anwendung des Prinzips einer Stromzange, die sich mit dem Schloss öffnet, kann mit induktiver Übertragung Ladestrom ermittelt werden. Auch ein Diebstahlschutz kommt zur Anwendung, der mittels Funkalarm durch Weitermeldung der Störung und Mitteilung der Geopositionen erfolgt. Eine Stromzangenanordnung kann auch dazu verwendet werden, die zur Stromversorgung des Mess- und Kommunikationssystems notwendige Batterie induktiv zu laden.
8. Auslegung der Vorrichtung im Zusammenhang mit einer Kabeltrommel:
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht in einer Systemanordnung, bei der das Mess- und Kommunikationssystem in einer Kabeltrommel untergebracht ist, die zum Laden der Batterie des Fahrzeugs verwendet wird.
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 Patentliteratur

DE 69917036 T2 [0005]
DE 7029956 A1 [0005]
EP 20010127008 [0005]
EP 119190 [0006]
DE 8019881 A1 [0007]
DE 020292 U1 [0008]
DE 020293 U1 [0008]

Claims

Vorrichtung/Verfahren für ein Mess- und Kommunikationssystem im Energiezuführungssystem batteriebetriebener Fahrzeuge, für die Optimierung von Routen unter Einbezug von Lade-/Austauschdiensten für die Batterien, für die angepasste Rückführung des Benutzers zum Fahrzeug, für die Vermittlung von Zustandsinformationen über den Ladevorgang beim stehenden Fahrzeug und für Benachrichtigungen im Fall von Vandalismus oder Diebstahl des Fahrzeugs oder seiner Teile, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens folgende Daten im stehenden Zustand des Fahrzeugs (oder während des Betriebs mit einer nichtelektrischen Energieform, bei der der nichtelektrische Teil die Batterie lädt) wiederholt ermittelt werden: 1. Messung der zugeführten Energie während des Ladevorgangs 2. Messung der Temperaturen im Batterieumfeld 3. Bestimmung des Aufenthaltsorts der Messeinrichtung Für den Fall des Transportbetriebs können mindestens folgende Daten wiederholt ermittelt werden: 1) Bestimmung des Transportgewichts 2) Bestimmung der Beschleunigung und der Vibrationsschwingungen 3) Bestimmung des Abstands der Bodengruppe zur Fahrbahn im stehenden oder fahrenden Zustand 4) Protokollierung der Geoposition des Fahrzeugs 5) Auslesen topologisches Kartenmaterial für die zurückgelegten Wegstrecken 6) Auslesen topologisches Kartenmaterial mit Angaben der Höhe über dem Meeresspiegel Erfindungsgemäß besteht das Verfahren aus der Ermittlung dieser Daten und anschließend einer Fahrzeug- oder Batterietypbezogenen Vergleichsuntersuchung mit vorher erhobenen Daten von diesem Fahrzeug und Referenzdaten zu dem Fahrzeugtyp. Durch diesen Vergleich lassen sich Rückschlüsse über den Ladezustand ziehen. Der ermittelte Ladezustand fließt in die wiederholt erfolgenden Berechnungsläufe verfahrenstechnisch so ein, dass ständig ein verlässlicher Schätzwert für die im Fahrzeug verfügbare Fortbewegungsenergie und im Vergleich mit den vorhergehenden Messungen auch ein Wert zum Alterungszustand der Batterie vorliegt. Dieser kann so mit einer Routenführung und der Liste der Geopositionen verfügbarer Lade- oder Batterieaustausch-Möglichkeiten abgeglichen werden, dass der Benutzer über die Notwendigkeit eines Zwischenhalts informiert werden kann und seine Fahrroute gegebenenfalls anpassen kann. Sollte der direkte Zugang zur Batterie oder zu einem entsprechenden Bussystem vom Fahrzeughersteller ermöglicht werden, lassen sich vorteilhaft weitere Daten einbeziehen, z. B. um das Verfahren für den betreffenden Fahrzeugtyp zu justieren: I. Spannungsmessung an den Batterieklemmen im Betrieb oder Abfrage über das Feldbussystem oder den Servicestecker II. Spannungsmessung an einzelnen Zellen der Batterie im Betrieb oder Abfrage über das Feldbussystem oder den Servicestecker III. Messung der Stromentnahme der Batterie im Fahrbetrieb oder in Ruheposition oder Abfrage über das Feldbussystem oder den Servicestecker IV. Messung der Temperatur der Zellen oder Abfrage über das Feldbussystem oder den Servicestecker Sollte der Zugang zu den elektrischen Anschlüssen nicht möglich sein, werden die Daten durch Tests der Fahrdauer bis zur Entladung ermittelt.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung mindestens an einem der folgenden Orte geschehen kann: (1) in einem fahrzeugeigenen System des Herstellers (2) an Bord des Fahrzeugs in einem separaten Modul, das direkt die Hochvolt-Batteriespannung, den Strom und die Temperatur aufnimmt (3) an Bord des Fahrzeugs in einem separaten Modul, das den Feldbus abfragt, um die HV-Batteriespannung, den Strom und die Temperatur und davon abgeleitete Größen zu erfragen (4) in einer in der Ladeversorgungsleitung befindlichen Messeinrichtung (5) in einem Zwischenstecksystem für die Energiezuführung (6) in einer Ladesäule oder Stromversorgungsbox (7) im Umfeld der Sicherungen, zum Beispiel in einem Hausanschluss im Bereich des Energieversorgers (8) in einem entfernten Server, der über Internet erreicht wird, entweder durch Kodierung auf den Stromleitungen (Powerline) oder über Funk- oder sonstige Übertragung ins Internet.
Vorrichtung und Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellung der Informationen für den Benutzer des Systems oder andere Personen auf einem Gerät mit mindestens Mobilfunkfunktion, Computerfunktion, Navigatorfunktion oder Display erfolgt. Sehr wichtige Aspekte der Benutzerberatung liegen in der Art der Anzeige der Reichweite des Fahrzeugs in einem topographischen Modell. Diese Anzeige kann erfolgen a) als farblich unterschiedlich gekennzeichnete Streckenführung zu einem einzigen oder mehreren Zielen (Routing mit Energiequalifikatoren) b) als farblich gekennzeichnete topographische Zone als Radius um den Aufenthaltsort c) als erreichbares topographisches Umfeld als Polygon um den Aufenthaltsort d) als unterschiedlich farblich oder strukturell gekennzeichnete Regionen um den Aufenthaltsort, deren Befahren jeweils andere Reichweiten und damit unterschiedliche erreichbare Regionen, den Einbezug der Geschwindigkeit, der jeweils zum Befahren zugelassenen Verkehrswege, der Transportzeit oder der Transportabfolge in diese Anzeige e) als farblich gekennzeichnetes Teil eines Wegenetzes bestehend aus Knoten und Kanten f) als farbliche Kennung gegenüber einer ebenfalls farblich gekennzeichneten Zone, die zum Beispiel Fahrbeschränkungen anzeigt
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rechentechnische Aufbereitung der Informationen mindestens an einem der folgenden Orte geschehen kann und geeignet über Übertragungsstrecken hin- und zurückkommuniziert wird: a. zu einem fahrzeugeigenen System des Herstellers b. zu einem separaten Modul an Bord des Fahrzeugs, angeschlossen an einen Feldbus, Servicestecker oder an die Messeinrichtung c. über ein persönliches Mobilfunkgerät, PDA oder Navigator des Benutzers d. zu einer in der Ladeversorgungsleitung befindlichen oder dort adaptierten Recheneinheit e. über ein Zwischenstecksystem für die Energiezuführung f. zu einer oder über eine Ladesäule oder Stromversorgungsbox g. zu einem Internet-Server.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ oder zusätzlich ein personalisiertes Mobilfunkgerät an Bord die Geoposition des Fahrzeugs über GPS-/Galileo über dieses System ermittelt.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mobilfunkgerät an Bord die Internet-Verbindung über dieses System aufbaut (Proxyfunktion) und auf diesem Wege zusätzlich die patentgemäßen Informationen einholt.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten durch Vergleich mit erhobenen Daten bei der Justierung Schätzwerte für die restliche Batterieladung errechnen lassen, die dann nach Übertragung in das Navigationssystem einen Anhaltspunkt dafür liefern, welche Wegstrecke noch gefahren werden kann, bevor wieder geladen werden muss.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geplanten Aufenthalte an Lade- oder Austauschstationen automatisiert reserviert werden. Darunter ist auch zu verstehen, dass Buchungen von vor Ort in Anspruch genommenen weiteren Dienstleistungen wie Übernachtungen, Mahlzeiten, Frisör, usw. entsprechend automatisiert koordiniert werden.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderungen im Tagesablaufplan des Benutzers durch die Ergebnisse der Berechnungen in dessen elektronischem Terminkalender automatisch nachgeführt werden und dadurch die Teilnehmer an geplanten Aktivitäten automatisiert von einer Verschiebung der Termine in Kenntnis gesetzt werden.