DE102010052216B4 - Fahrbahn und Transportsystem mit einem Ladeabschnitt - Google Patents

Fahrbahn und Transportsystem mit einem Ladeabschnitt Download PDF

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Abstract

Fahrbahn mit einem Ladeabschnitt,dadurch gekennzeichnet, dassder Ladeabschnitt aus aneinandergereihten gleichartigen Modulen zusammengesetzt ist,wobei jedes Modul (1) einen von einer Einspeisung (5) mit einem Wechselstrom beaufschlagten ersten Primärleiterabschnitt (3) aufweist und einen zweiten Primärleiterabschnitt (4),wobei beim Aneinanderreihen der erste Primärleiterabschnitt (3) des ersten Moduls (1) elektrisch steckverbindbar ist mit dem zweiten Primärleiterabschnitt (4) eines nachfolgenden Moduls (1) zur Bildung einer von einer Einspeisung (5) mit Strom versorgbaren Leiterschleife,wobei der erste Primärleiterabschnitt (3) einen Teilbereich aufweist, welcher im Modul (1) parallel zu einem Teilbereich des zweiten Primärleiterabschnitts (4) angeordnet ist,wobei jedes Modul (1) an einem Endbereich in Fahrbahnrichtung zumindest ein Steckverbinderteil und am anderen Endbereich zumindest ein Gegensteckverbinderteil aufweist, so dass das Steckverbinderteil eines ersten Moduls (1) mit dem Gegensteckverbinderteil eines weiteren Moduls (1) steckverbindbar sind,wobei zur Detektion des Eintreffens eines Fahrzeugs in den induktiven Kopplungsbereich der Leiterschleife die Leiterschleife mit einem Wechselstrom beaufschlagt wird und aus der Phasenverschiebung des Wechselstromes zu der an der Leiterschleife anliegenden Wechselspannung die Induktivität der Leiterschleife bestimmt wird,wobei abhängig vom bestimmten Wert an Induktivität, also bei Erreichen eines kritischen Wertes an Induktivität, die Bestromung der Leiterschleife mit dem mittelfrequenten Wechselstrom gesteuert wird,wobei die zur Detektion des Eintreffens des Fahrzeugs verwendete Frequenz mindestens fünfmal höher ist als die zur Versorgung verwendete Frequenz,wobei die Fahrbahn eine zur Ladespur (20) parallel angeordnete Freifahrspur (21) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Fahrbahn und Transportsystem mit einem Ladeabschnitt.
  • Es ist bekannt, Fahrbahnen mit zwei Spuren auszustatten, wobei eine der Spuren als Überholspur ausgeführt ist.
  • Aus der DE 202 09 092 U1 ist ein System zur berührungslosen Energieübertragung bekannt, bei dem jeweils einzeln gespeiste Primärleiterabschnitte verbindbarsind zu einem Primärteil.
  • Aus der US 4 836 344 A System zur Steuerung der elektrischen Leistung bei einem in einer Straße angeordneten Primärleitersystem zur induktiven Beladung von Elektrofahrzeugen.
  • Aus der US 2005 / 0 178 632 A1 ist ein System zur induktiven Beladung von Elektrofahrzeugen bekannt, bei dem eien Spurführung realisiert.
  • Aus der WO 2010/ 117 139 A2 ist ein System zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Leistung an Elektrofahrzeuge bekannt.
  • Aus der US 2010 / 0 084 918 A1 ist ein Leistungsübertragungssystem bekannt, bei dem die Anwesenheit eines Objektes detektiert wird.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Fahrbahn und ein Transportsystem mit einem Ladeabschnitt weiterzubilden, wobei wahlweise ein energiesparender Transport oder ein schneller Transport ermöglicht ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Fahrbahn nach den in Anspruch 1 und Transportsystem mit einem Ladeabschnitt nach den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Fahrbahn mit einem Ladeabschnitt sind, dass der Ladeabschnitt aus aneinandergereihten gleichartigen Modulen zusammengesetzt ist,
    wobei jedes Modul einen von einer Einspeisung mit einem Wechselstrom beaufschlagten ersten Primärleiterabschnitt aufweist und einen zweiten Primärleiterabschnitt,
    wobei beim Aneinanderreihen der erste Primärleiterabschnitt des ersten Moduls elektrisch verbindbar, insbesondere steckverbindbar, ist mit dem zweiten Primärleiterabschnitt eines nachfolgenden Moduls zur Bildung einer Leiterschleife,
    wobei der erste Primärleiterabschnitt einen Teilbereich aufweist, welcher im Modul parallel zu einem Teilbereich des zweiten Primärleiterabschnitts angeordnet ist.
  • Von Vorteil ist dabei, dass ein Ladeabschnitt in einfacher Weise herstellbar ist. Insbesondere ist eine elektrische Verbindung der Primärleiterabschnitte zum Herstellen einer Leiterschleife in einfacher Weise ermöglicht. Durch die überlappende Verlegung ist nicht nur eine sichere lückenfreie Versorgung ermöglicht, sondern auch eine höhere Leistung übertragbar, da verdoppeltes Magnetfeld erzeugbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Modul einen ersten und einen zweiten Primärleiterabschnitt auf, so dass bei Verbindung eines ersten eines ersten Moduls mit einem zweiten Primärleiterabschnitt eines zweiten Moduls eine von der Einspeisung versorgte Leiterschleife entsteht. Von Vorteil ist dabei, dass die Einspeisung als eine Stromquelle betreibbar ist und somit ein Konstantstrom im Primärleiter zur Verfügung stellbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Modul befahrbar und/oder umfasst eine Betonschicht und/oder ist asphaltiert. Von Vorteil ist dabei, dass eine Verwendung der Module als Straßenabschnitt ermöglicht ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung prägt die Einspeisung einen mittelfrequenten Wechselstrom ein, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 10 und 500 kHz. Von Vorteil ist dabei, dass ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jedem Modul ein Sensor zugeordnet oder jedes Modul weist einen Sensor auf, der das Annähern eines Fahrzeuges detektierbar macht, wobei der Sensor mit einem Mittel zum Steuern des Stromflusses in der Leiterschleife verbunden ist,
    insbesondere wobei die Einspeisung das Mittel aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass die Bildung eines Verbandes ermöglicht ist, in welchem die Fahrzeuge dicht aufeinander auffahren und somit ein verringerter Luftreibungsverlust pro Fahrzeug auftritt.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Mittel zumindest einen Leistungshalbleiterschalter auf. Von Vorteil ist dabei, dass ein schnelles Bestromen der Leiterschleife ermöglicht ist. Somit sind auch hohe Geschwindigkeiten des Fahrzeugs beim Eintreffen in den Bereich der Leiterschleife ermöglicht.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jedes Modul an einem Endbereich in Fahrbahnrichtung zumindest ein Steckverbinderteil und am anderen Endbereich zumindest eine Gegensteckverbinderteil auf, so dass zumindest ein Steckverbinderteil eines ersten Moduls mit dem Gegensteckverbinderteil eines weiteren Moduls steckverbindbar sind, insbesondere beim aneinanderreihen der Module. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Fahrbahn eine zur Ladespur parallel angeordnete Freifahrspur auf. Von Vorteil ist dabei, dass ein wahlweises schnelles oder energiesparendes Betreiben der Fahrzeuge ermöglicht ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zur Detektion des Eintreffens eines Fahrzeugs in den induktiven Kopplungsbereich der Leiterschleife die Leiterschleife mit einem Wechselstrom beaufschlagt und aus der Phasenverschiebung des Wechselstromes zu der an der Leiterschleife anliegenden Wechselspannung die Induktivität der Leiterschleife bestimmt wird,
    insbesondere wobei abhängig vom bestimmten Wert an Induktivität, insbesondere bei Erreichen eines kritischen Wertes an Induktivität, die Bestromung der Leiterschleife mit dem mittelfrequenten Wechselstrom gesteuert wird,
    wobei die zur Detektion des Eintreffens des Fahrzeugs verwendete Frequenz mindestens fünfmal höher ist als die zur Versorgung verwendete Frequenz. Von Vorteil ist dabei, dass keine weiteren Sensoren, sondern als Sensor die sowieso vorhandene Leiterschleife verwendbar ist. Der mittelfrequente Leistungsstrom muss nicht dauerhaft in die Leiterschleife eingeprägt werden, sondern nur während des Eintreffens des Fahrzeugs. Somit sind Verluste verringerbar. Außerdem ist ein hochfrequenter Wechselstrom in einfacher Weise, beispielsweise kapazitiv, in die Leiterschleife einkoppelbar, so dass ein Bestimmen des Eintreffens des Fahrzeuges ermöglicht ist. Der für das Bestimmen des Eintreffens notwendige Strom ist betragsmäßig erheblich kleiner als der für die Versorgung und Beladung des Energiespeichers des Fahrzeugs notwendige Strom.
  • Wichtige Merkmale bei dem Transportsystem mit einer solchen Fahrbahn sind, dass das Fahrzeug ein Spurführungssystem aufweist, das in Wirkverbindung mit dem Primärleitersystem ist,
    wobei das Fahrzeug einen Abstandssensor aufweist, so dass das Fahrzeug auf der Ladespur fahrerlos betreibbar ist, insbesondere wobei das Fahrzeug eine Steuerelektronik aufweist, welcher die Spurführungssignale zugeführt werden und die Abstandssensorsignale, wobei Ausgangssignale der Steuerelektronik einer Lenkeinrichtung zugeführt werden und die Steuerelektronik den Antrieb des Fahrzeugs ansteuert, insbesondere so dass der vorgegebene Abstand einhaltbar ist.
  • Von Vorteil ist dabei, dass die Fahrzeuge selbsttätig entlang der Module beziehungswiese des Primärleitersystems führbar sind und außerdem ein Verband bildbar ist. Somit ist ein hoher Durchsatz an Fahrzeugen auf der Fahrbahn erreichbar, wobei die Luftwiderstandsverluste verringerbar sind. Außerdem ist ein Ausscheren vom Verband steuerbar, indem das ausscherende Fahrzeug den nachfolgenden Fahrzeugen einen vergrößerten Abstand vorgibt. Innerhalb des Verbandes sind die Fahrzeuge zum Datenaustausch verbunden.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
    • In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Modul 1 gezeigt, das von Fahrzeugen befahrbar ist, welche eine Sekundärwicklung aufweisen, aus der ein jeweiliger Energiespeicher beladbar ist, aus dem ein Elektroantrieb des Fahrzeugs versorgbar ist.
  • Das Modul 1 weist Anschlusselemente 2 auf zur Verbindung von jeweiligen Primärleitern. Hierbei weist jedes Modul 1 eine Einspeisung 5 auf, die einen mittelfrequenten Wechselstrom in einen ersten Primärleiterabschnitt 3 einprägt, der als geschlossene Leiterschleife ausgeführt ist, wobei der Leitungsabschluss durch den zweiten Primärleiterabschnitt 4 erzeugt wird, welcher im benachbarten, gleichartig ausgeführtem Modul angeordnet ist.
  • Somit weist also jedes Modul einen ersten Primärleiterabschnitt 3 und einen zweiten Primärleiterabschnitt 4 auf. Jede Einspeisung 5 - mit Ausnahme des letzten Moduls 1 versorgt also eine geschlossene Leiterschleife, die aus dem Primärleiterabschnitt 3 des zur Einspeisung 5 gehörigen Moduls 1 und dem Primärleiterabschnitt 4 des nächstbenachbarten Moduls 1 zusammengesetzt ist.
  • Zur elektrischen Verbindung der entsprechenden Primärleiterabschnitte weist jedes Modul 1 Anschlusselemente 2 auf, die vorzugsweise als Steckverbinderteile ausgeführt sind, so dass die Module elektrisch steckverbindbar sind beim Aneinanderreihen zur Bildung eines Ladeabschnittes oder einer Ladespur 20 einer Fahrbahn.
  • Denn bei Hintereinanderanreihung der Module 1 entsteht ein Bodenbereich, aus welchem Fahrzeuge, die auf dem Boden verfahrbar sind, induktiv versorgbar sind. Hierzu weisen die Fahrzeuge jeweils eine Sekundärwicklung auf, die induktiv ankoppelbar ist an das beschriebene überlappende Primärleitersystem der Module 1.
  • Mittels der Überlappung sind Teile des ersten Primärleiterabschnitts 3 und des zweiten Primärleiterabschnitts 4 parallel und eng beieinander verlegbar, so dass eine Verdopplung der Magnetfelder und somit der induktiven Kopplungsstärke erreichbar ist.
  • Die aneinandergereihten Module sind in einer Betonplatte, insbesondere asphaltierten Betonplatte, angeordnet, und derart am Boden befestigt, dass sie als Fahrbahnabschnitt verwendbar und von Fahrzeugen überfahrbar sind.
  • Auf diese Weise ist ein Modul bei einer für einen Parkplatz eines Fahrzeugs vorgesehenen Ladestation verwendbar. Dabei ist das Modul derart lang ausgeführt, dass mindestens ein Fahrzeug auf ihm anordenbar ist. Hierzu ist eine Länge des Moduls 1 von mindestens 5 Meter vorteilhaft.
  • Die Länge des Moduls sollte aber vorzugsweise 20 oder 15 Meter unterschreiten, um eine geeignete Transportfähigkeit zu erhalten.
  • Die Module sind aber nicht nur an Parkplätzen beziehungsweise Haltestellen vorsehbar, sondern auch im Bereich vorgesehener Beschleunigung, wie beispielsweise der Auffahrtsbereich von einem Parkplatz oder von einer Haltestelle auf eine Fahrspur einer Straße. Den in diesem Auffahrtsbereich muss das Fahrzeug beschleunigen und benötigt daher große Mengen an Energie, die nun zumindest teilweise oder sogar ganz aus dem in den Modulen 1 bodenverlegten Primärleitersystem übertragbar ist.
  • Als Beschleunigungsbereiche sind auch Autobahnauffahrtsbereiche oder Anfahrtsbereiche im Bereich von Schranken oder Ampeln sowie an Kreuzungen verwendbar. Somit sind auch hier Module 1 aneinandergereiht anordenbar.
  • Bei einer Autobahn ist auch eine Spur der Fahrbahn als Ladespur 20 gestaltbar, die somit aneinandergereihte Module 1 aufweist, damit ein Versorgen der darauf bewegten Fahrzeuge und gleichzeitiges Beladen des Energiespeichers des jeweiligen Fahrzeugs ermöglicht ist über einen langen Zeitraum, wie beispielsweise 10 Minuten oder 1 bis 2 Stunden, ermöglicht ist.
  • Durch die überlappende Verlegung des Primärleitersystems ist eine lückenlose wenig schwankende Energieversorgung des Fahrzeugs ermöglicht.
  • Parallel neben der Ladespur 20 befindet sich eine Freifahrspur 21, auf welche Fahrzeuge von der Ladespur 20 ausscheren können, wenn sie nicht weiter Energie über die induktive Übertragung erhalten möchten.
  • In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel weist das Fahrzeug einen Energiespeicher, wie elektrochemischer Energiespeicher, beispielsweise Hochvoltbatterie, auf, wobei dem Energiespeicher ein schneller beladbarer Energiespeicher, wie Doppelschichtkondensator, Ultracap oder dergleichen, zugeschaltet ist.
  • Die Fahrzeuge weisen Spurführungsmittel auf, so dass das Fahrzeug entlang den Modulen führbar ist. Außerdem weisen die Fahrzeuge Abstandssensoren, insbesondere Ultraschallsensoren oder Radarsensoren, auf, mit welchen das einhalten eines vorgebbaren Abstandes zum nächstbenachbarten Fahrzeug einhaltbar ist. Auf diese Weise ist ein fahrerloses Steuern des Fahrzeuges ermöglicht, wobei die Fahrzeuge einen Verband bilden können, so dass der Luftwiderstand pro Fahrzeug verringerbar ist.
  • Beim Auskoppeln eines Fahrzeuges aus dem Verband wird der Abstand zum auskoppelnden Fahrzeug erhöht und dann das Ausscheren aus dem Verband ermöglicht. Der hintere Teil des Verbandes schließt dann zum vorderen, ebenfalls verbleibenden Verband auf und stellt somit wieder einen zusammenhängenden Verband her.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Modul
    2
    Anschlusselement
    3
    erster Primärleiter
    4
    zweiter Primärleiter
    5
    Einspeisung
    20
    Ladespur
    21
    Freifahrspur

Claims (7)

  1. Fahrbahn mit einem Ladeabschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeabschnitt aus aneinandergereihten gleichartigen Modulen zusammengesetzt ist, wobei jedes Modul (1) einen von einer Einspeisung (5) mit einem Wechselstrom beaufschlagten ersten Primärleiterabschnitt (3) aufweist und einen zweiten Primärleiterabschnitt (4), wobei beim Aneinanderreihen der erste Primärleiterabschnitt (3) des ersten Moduls (1) elektrisch steckverbindbar ist mit dem zweiten Primärleiterabschnitt (4) eines nachfolgenden Moduls (1) zur Bildung einer von einer Einspeisung (5) mit Strom versorgbaren Leiterschleife, wobei der erste Primärleiterabschnitt (3) einen Teilbereich aufweist, welcher im Modul (1) parallel zu einem Teilbereich des zweiten Primärleiterabschnitts (4) angeordnet ist, wobei jedes Modul (1) an einem Endbereich in Fahrbahnrichtung zumindest ein Steckverbinderteil und am anderen Endbereich zumindest ein Gegensteckverbinderteil aufweist, so dass das Steckverbinderteil eines ersten Moduls (1) mit dem Gegensteckverbinderteil eines weiteren Moduls (1) steckverbindbar sind, wobei zur Detektion des Eintreffens eines Fahrzeugs in den induktiven Kopplungsbereich der Leiterschleife die Leiterschleife mit einem Wechselstrom beaufschlagt wird und aus der Phasenverschiebung des Wechselstromes zu der an der Leiterschleife anliegenden Wechselspannung die Induktivität der Leiterschleife bestimmt wird, wobei abhängig vom bestimmten Wert an Induktivität, also bei Erreichen eines kritischen Wertes an Induktivität, die Bestromung der Leiterschleife mit dem mittelfrequenten Wechselstrom gesteuert wird, wobei die zur Detektion des Eintreffens des Fahrzeugs verwendete Frequenz mindestens fünfmal höher ist als die zur Versorgung verwendete Frequenz, wobei die Fahrbahn eine zur Ladespur (20) parallel angeordnete Freifahrspur (21) aufweist.
  2. Fahrbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (1) einen ersten und einen zweiten Primärleiterabschnitt (3, 4) aufweist, so dass bei Verbindung des ersten Moduls (1) mit einem zweiten Primärleiterabschnitt (4) eines zweiten Moduls (1) eine von der Einspeisung (5) versorgte Leiterschleife entsteht.
  3. Fahrbahn nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (1) befahrbar ist und/oder eine Betonschicht umfasst und/oder asphaltiert ist.
  4. Fahrbahn nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung (5) zur Versorgung eines Fahrzeugs einen mittelfrequenten Wechselstrom einprägt.
  5. Fahrbahn nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Modul (1) ein Sensor zugeordnet ist oder jedes Modul (1) einen Sensor aufweist, der das Annähern eines Fahrzeuges detektierbar macht, wobei der Sensor mit einem Mittel zum Steuern des Stromflusses in der Leiterschleife verbunden ist.
  6. Fahrbahn nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zumindest einen Leistungshalbleiterschalter aufweist.
  7. Transportsystem mit einer Fahrbahn mit einem Ladeabschnitt nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeabschnitt aus aneinandergereihten gleichartigen Modulen (1) zusammengesetzt ist, wobei jedes Modul (1) einen von einer Einspeisung (5) mit einem Wechselstrom beaufschlagten ersten Primärleiterabschnitt (3) aufweist und einen zweiten Primärleiterabschnitt (4), wobei beim Aneinanderreihen der erste Primärleiterabschnitt (3) des ersten Moduls (1) elektrisch steckverbindbar ist mit dem zweiten Primärleiterabschnitt (4) eines nachfolgenden Moduls (1) zur Bildung einer von einer Einspeisung (5) mit Strom versorgbaren Leiterschleife, wobei der erste Primärleiterabschnitt (3) einen Teilbereich aufweist, welcher im Modul (1) parallel zu einem Teilbereich des zweiten Primärleiterabschnitts (4) angeordnet ist, wobei jedes Modul (1) an einem Endbereich in Fahrbahnrichtung zumindest ein Steckverbinderteil und am anderen Endbereich zumindest ein Gegensteckverbinderteil aufweist, so dass das Steckverbinderteil eines ersten Moduls (1) mit dem Gegensteckverbinderteil eines weiteren Moduls (1) steckverbindbar sind, wobei das Fahrzeug ein Spurführungssystem aufweist, das in Wirkverbindung mit dem Primärleitersystem ist, wobei das Fahrzeug einen Abstandssensor aufweist, so dass das Fahrzeug auf der Ladespur (20) fahrerlos betreibbar ist, wobei das Fahrzeug eine Steuerelektronik aufweist, welcher die Spurführungssignale zugeführt werden und die Abstandssensorsignale, wobei Ausgangssignale der Steuerelektronik einer Lenkeinrichtung zugeführt werden und die Steuerelektronik den Antrieb des Fahrzeugs ansteuert, wobei das Fahrzeug ein Mittel zum Datenaustausch mit anderen Fahrzeugen aufweist.
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