DE102012214750A1

DE102012214750A1 - System zur Energieversorgung von nicht schienengebundenen Elektrofahrzeugen

Info

Publication number: DE102012214750A1
Application number: DE201210214750
Authority: DE
Inventors: Jürgen Francke; Steffen Jakobi; Svetlozar Delianski; Frank Gerstenberg; Thomas Stark
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2013-11-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Energieversorgung eines nicht schienengebundenen Elektrofahrzeugs (7) während der Fahrt auf einer Fahrstrecke. Das Elektrofahrzeug (7) weist einen elektrischen oder diesel-elektrischen Traktionsantrieb und einen elektrischen Energiespeicher zur Traktionsversorgung auf. Das Energieversorgungssystem umfasst ein Ladefahrzeug (1) mit einem Stromabnehmer (9), der zur Energieeinspeisung aus einer Fahrleitung (10) einer entlang der Fahrstrecke angeordneten Fahrleitungsanlage mit der Fahrleitung (10) in Schleifkontakt bringbar ist, und mit einer Kuppeleinrichtung (2) zur elektrischen Ankopplung an eine Kuppelaufnahme (5) des Elektrofahrzeugs (7). Dabei ist über die an die Kuppelaufnahme (5) angekoppelte Kuppeleinrichtung (2) in das Ladefahrzeug (1) eingespeiste Energie an das Elektrofahrzeug (7) zur Aufladung des Energiespeichers übertragbar. Hierdurch wird ein Energieversorgungssystem für nicht schienengebundene Elektrofahrzeuge bereitgestellt, welches auch für Langstreckenfahrten der Elektrofahrzeuge geeignet ist.

Description

Die Erfindung betrifft die Versorgung eines elektrisch oder diesel-elektrisch getriebenen, nicht schienengebundenen Elektrofahrzeugs, insbesondere eines Personenfahrzeugs, mit elektrischer Energie.
Bekannt ist die diskontinuierliche Energieversorgung eines Elektrofahrzeugs durch Aufladung fahrzeugseitiger Energiespeicher an einer Ladestation oder durch Austausch eines entladenen gegen einen aufgeladenen Energiespeicher an einer Wechselstation. Das Verhältnis von Masse zu Speicherkapazität dieser Energiespeicher ist relativ ungünstig, wodurch die Reichweite solcher Fahrzeuge mit einer Speicherladung stark begrenzt ist. Zu dem Zeitverlust durch die erforderliche Fahrtunterbrechung an einer Lade- beziehungsweise Wechselstation kommt die relativ hohe Lade- beziehungsweise Wechselzeit, was dazu führt, dass ein solches Elektrofahrzeug für Langstrecken ungeeignet ist und herkömmlich angetriebene Fahrzeuge nicht ersetzen kann.
Für Langstreckenfahrten auf Autobahnen ist eine kontinuierliche Energieversorgung eines schweren Nutzfahrzeugs über in etwa 5 m Höhe angebrachte Fahrleitungen einer Oberleitungsanlage – etwa aus den deutschen Patentanmeldung der Anmelderin mit den Aktenzeichen 10 2011 076 620.0-32 , 10 2011 076 623.5-23 und 10 2011 076 615.4-32 – bekannt, wobei elektrische Energie über einen in Schleifkontakt mit den Fahrleitungen stehenden Stromabnehmer in das nicht schienengebundene Fahrzeug eingespeist wird. Der Stromabnehmer ist selbst für ein Nutzfahrzeug schwer und platzaufwändig. Für einen Personenkraftwagen müsste er wegen dessen niedrigerer Bauhöhe noch größer und damit schwerer ausgebildet sein und dabei von einem viel leichteren Fahrzeug getragen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein auch für Langstreckenfahrten geeignetes Energieversorgungssystem von nicht schienengebundenen Elektrofahrzeugen bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein System zur Energieversorgung eines nicht schienengebundenen Elektrofahrzeugs während der Fahrt auf einer Fahrstrecke, wobei das Elektrofahrzeug einen elektrischen oder diesel-elektrischen Traktionsantrieb und einen elektrischen Energiespeicher zur Traktionsversorgung aufweist. Erfindungsgemäß umfasst das Energieversorgungssystem ein Ladefahrzeug mit einem Stromabnehmer, der zur Energieeinspeisung aus einer Fahrleitung einer entlang der Fahrstrecke angeordneten Fahrleitungsanlage mit der Fahrleitung in Schleifkontakt bringbar ist, und mit einer Kuppeleinrichtung zur elektrischen Ankopplung an eine Kuppelaufnahme des Elektrofahrzeugs. Dabei ist über die an die Kuppelaufnahme angekoppelte Kuppeleinrichtung in das Ladefahrzeug eingespeiste Energie an das Elektrofahrzeug zur Aufladung des Energiespeichers übertragbar. Mit Vorteil erfolgt die Energieversorgung eines Elektrofahrzeugs, welches beispielsweise keinen eigenen Stromabnehmer trägt, wie etwa ein leichtes Personenfahrzeug, durch Energieübertragung während der Fahrt aus dem in konstantem Abstand vorzugsweise vorausfahrenden, alternativ aber auch hinterherfahrenden Ladefahrzeug, welches mittels Stromabnehmer kontinuierlich aus einer längs der Fahrstrecke angeordneten Fahrleitungsanlage mit elektrischer Energie versorgt wird. Das Elektrofahrzeug muss seine Geschwindigkeit bis auf die Standardgeschwindigkeit des Ladefahrzeugs von beispielsweise 90 km/h drosseln. Es verliert dadurch während der Fahrt möglicherweise etwas an Zeit, jedoch weit weniger, als bei einem Halt an einer Ladestation. Bei Zugrundelegung der Richtgeschwindigkeit von 130 km/h auf einer Fernstraße ist der Zeitverlust nur 30 % gegenüber dem Zeitverlust an der Ladestation. Der Ansatz 130 km/h erscheint realistisch, da er in etwa den internationalen Standards für Tempolimits und auch in etwa der Durchschnittsgeschwindigkeit auf deutschen Autobahnen entspricht. Auch wenn in Deutschland auch künftig kein generelles Tempolimit erlassen werden sollte, so geht doch die Tendenz in Richtung Verkehrsbeeinflussung durch Wechselverkehrszeichen, wobei die Geschwindigkeitsvorgaben vielfach geringer als 130 km/h, höhere Geschwindigkeiten als 130 km/h hingegen unüblich sind. Bei Stau und zähfließendem Verkehr, die die Energiespeicherladung strapazieren und die Erreichung des Fahrziels gefährden, spielt dieser Aspekt gar keine Rolle, ein Zeitverlust entsteht nicht. Insofern wird der reale durchschnittliche Zeitverlust kaum höher, sondern eher weniger als 30 % sein, was gegenüber einem Halt an einer Ladestation einen großen Vorteil darstellt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems weist das Elektrofahrzeug eine mit dem Traktionsantrieb zusammenwirkende Regeleinheit zur Aufrechterhaltung eines konstanten Soll-Abstandes zwischen Elektrofahrzeug und Ladefahrzeug auf. Das zu ladende Elektrofahrzeug wird beispielsweise hinter das Ladefahrzeug gesteuert. Mittels der mit dem Traktionsantrieb zusammenwirkenden Regeleinheit wird der Abstand nach Art einer „elektronischen Deichsel“ zwischen Elektrofahrzeug und Ladefahrzeug konstant gehalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems weisen das Elektrofahrzeug und/oder das Ladefahrzeug einen Abstandssensor und/oder eine Einrichtung zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition auf, woraus ein Ist-Abstand zwischen Elektrofahrzeug und Ladefahrzeug ermittelbar ist. Elektrofahrzeug und Ladefahrzeug werden während ihrer Kopplungsphase über eine hochpräzise Abstandsregelung auf konstantem Abstand gehalten. Für die präzise Abstandsregelung kann dabei mittels eines Abstandssensors der Abstand zwischen Elektrofahrzeug und Ladefahrzeug kontinuierlich gemessen und als Steuersignal für eine Antriebssteuerung des Traktionsantriebs genutzt werden. Es können dabei auch mehrere verschiedene Signalquellen genutzt werden. So kann der Abstand auch über elektronische Positionsdaten der Fahrzeuge mittels globaler Satellitennavigationssysteme, (englisch: Global Navigation Sattelite System, kurz GNSS) der ersten und zweiten Generation, wie zum Beispiel das GPS-, GLONASS- oder GALILEO-System, bestimmt werden. Eine Fahrzeugposition kann auch über eine Messung der Fahrgeschwindigkeit in Kombination mit einer inertialen Bestimmung der Fahrtrichtung durch Lenkungs- und Radimpulssensoren erfolgen. Mit den zusätzlichen Signalquellen für die Abstandsmessung kann eine manuelle Nachregelung des Fahrzeugabstands einfacher erfolgen oder sogar obsolet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems weist die Kuppeleinrichtung eine Stelleinheit zur Schnellabkopplung von der Kuppelaufnahme auf, die bei Überschreiten vordefinierter Schwellwerte für eine Fahrzeugbeschleunigung und eine Fahrzeugbremsung des Elektrofahrzeugs und/oder des Ladefahrzeugs auslösbar ist. Von einem Fahrer bewusst vorgenommene Beschleunigungs- oder Bremsmanöver, die eine erhebliche Änderung des Fahrzeugabstandes zur Folge haben, genießen Vorrang gegenüber den automatischen Regeleingriffen auf den Traktionsantrieb zur Abstandshaltung. Damit behält der Fahrer die volle Kontrolle über den Traktionsantrieb, so dass in einer Gefahrensituation eine Schnellentkopplung der Fahrzeuge erfolgen kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems weisen das Elektrofahrzeug und das Ladefahrzeug Kommunikationsmittel zur bidirektionalen Datenübertragung auf, über welche vor Ankopplung Nutzungsdaten für eine Energieübertragung drahtlos austauschbar und während der Ankopplung Beschleunigungs- und Bremsdaten drahtlos oder leitungsgebunden austauschbar sind. Über die elektronischen Kommunikationsmittel werden Nutzungsdaten zwischen Ladefahrzeug und Elektrofahrzeug ausgetauscht. Nach dem Abgleich von technischen, organisatorischen und finanziellen Nutzungsdaten fährt beispielsweise aus dem Heck des Ladefahrzeugs die Kuppeleinrichtung aus, die an die Kuppelaufnahme an der Front des Elektrofahrzeugs ankoppelt, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den Fahrzeugen herstellt und das Elektrofahrzeug während der Fahrt aufgeladen werden kann. Die elektronische Datenübertragung erfolgt im angekoppelten Zustand durch drahtlose und/oder leitungsgebundene Kommunikationsmittel. Vor und nach dem Ankoppeln stehen drahtlose Kommunikationsmittel, wie zum Beispiel Mobilfunkverfahren nach den Standards des allgemeinen paketvermittelten Funkdienstes (englisch: General Packet Radio Service, kurz GPRS) oder seiner Erweiterung mit erhöhter Datenübertragungsrate mittels eines zusätzlichen Modulationsverfahrens (englisch: Enhanced Data Rates for GMS Evolution, kurz EDGE), des Mobilfunkstandards der dritten Generation (englisch: Universal Mobile Telecommunications System, kurz UMTS), einschließlich dessen Datenübertragungsverfahren (englisch: High Speed Downlink Packet Access, kurz HSDPA) sowie anderen Verbesserungen von UMTS, wie dem LTE-Standard (englisch: Long Term Evolution, kurz LTE) oder auch kurzreichweitige Kommunikationsverfahren (englisch: Dedicated Short Range Communication, kurz DSRC), wie WLAN nach dem Standard IEEE 802.11 p zur Verfügung. Der Austausch von Nutzungsdaten zwischen den Fahrzeugen umfasst bei der Kontaktaufnahme beispielsweise einen Abgleich der gewünschten Energieübertragungszeit und der befahrenen Autobahn-Fahrstrecke, die beabsichtigte Fahrgeschwindigkeit während der Kopplungsphase sowie Beschleunigungs- und Bremsfähigkeit der Fahrzeuge. Letztere werden gegebenenfalls aneinander angepasst, wobei Risiken für eine Fahrzeugkollision oder eine Kupplungsbeschädigung dadurch entschärft werden, dass das folgende Elektrofahrzeug in Beschleunigungs- und Bremsfähigkeit mindestens so dynamisch reagieren kann wie das in der Regel schwerere Ladefahrzeug. Während der Koppelungsphase werden Abweichungen vom geplanten Fahrverhalten, zum Beispiel plötzliche Brems- oder Lenkbewegungen, und gegebenenfalls ein Signal zur Schnelltrennung in Gefahrensituationen ausgetauscht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems ist das Ladefahrzeug als Nutzfahrzeug mit einem Ladeaufbau ausgebildet. Das Ladefahrzeug kann durch ein Nutzfahrzeug oder aber durch ein eigens für den Zweck des Ladens als Energietaxi gebildet werden. Dabei muss dessen Stromabnehmer nicht oder zumindest nicht wesentlich für eine stärkere Stromtragfähigkeit ausgelegt werden: Zum Einen beträgt die Leistungsaufnahme eines Energiespeichers des Elektrofahrzeugs während des Ladens nur einen geringen Bruchteil der Leistungsaufnahme eines als Nutfahrzeug verwendeten Ladefahrzeugs während der Fahrt. Zum Anderen muss das Ladefahrzeug auf die Stromaufnahme während der Beschleunigung ausgelegt werden. Die Stromaufnahme während der normalen Fahrt ist wesentlich geringer. Für den Fall kurzzeitiger Lastspitzen kann die Aufladung des Elektrofahrzeugs kurzzeitig heruntergeregelt werden ohne Nachteil auf dessen Fahrverhalten. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, ein als Nutzfahrzeug ausgebildetes Elektrofahrzeug durch ein Ladefahrzeug mit Energie zu versorgen. Der Vorteil wäre der Wegfall der aufwändigen Stromabnehmer-Baugruppe beim Elektrofahrzeug. In diesem Fall ist die Energiedurchleitungskapazität optimiert: Eine preiswerte Lösung könnte ohne Überdimensionierung des Stromabnehmers am Elektrospeisefahrzeug darin bestehen, dass in den seltenen Hochlastfällen wie beim An- und Bergauffahren das zu versorgende Fahrzeug zusätzlich aus den Energiespeichern, wie zum Beispiel elektrische Doppelschichtkondensatoren, oder kurzzeitig aus dem Dieselmotor gespeist wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems weist das Elektrofahrzeug eine Kuppeleinrichtung zur elektrischen Ankopplung an eine Kuppelaufnahme eines anderen Elektrofahrzeugs auf, wobei über die an die Kuppelaufnahme angekoppelte Kuppeleinrichtung Energie von dem Elektrofahrzeug an das andere Elektrofahrzeug übertragbar ist. Hierdurch sind auch Ketten aus einem Ladefahrzeug und mehren Elektrofahrzeugen energetisch kein Problem und möglich: Verlässt ein Elektrofahrzeug die Kette und trennt diese dadurch auf, so können die abgekoppelten Elektrofahrzeuge neu ankoppeln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems sind entlang der Fahrstrecke Koppelstationen zur Bereitstellung von Ladefahrzeugen angeordnet, die mindestens eine Ankoppelposition, an welcher ein Elektrofahrzeug an ein bereitgestelltes Ladefahrzeug ankoppelbar ist, und mindestens eine Abkoppelposition, an welcher ein Elektrofahrzeug nach Energieübertragung von einem Ladefahrzeug abkoppelbar ist, aufweisen. Die Koppelstationen können beispielsweise an Rastplätzen von Autobahnen eingerichtet sein, wo Ladefahrzeuge bereitgestellt werden. Benötigt ein Elektrofahrzeug ein Ladefahrzeug, so fährt es auf den nächsten Rastplatz auf die vorgesehene Ankoppelposition. Die technische Tauglichkeit des Elektrofahrzeugs wird durch ein Inspektionssystem automatisch überprüft. Eine Ankopplung stellt den mechanischen und elektrischen Schluss, überprüft automatisch die Tauglichkeit des Energieübertragungssystems und meldet Fahrbereitschaft. Der gekoppelte Verbund aus Elektrofahrzeug und Ladefahrzeug fährt nun auf die Autobahn. Sobald das Ladefahrzeug die Fahrleitung der als Oberleitungsanlage ausgebildeten Fahrleitungsanlage erkennt, stellt es automatisch einen elektrischen Schleifkontakt durch den intelligenten Stromabnehmer her. Die eingespeiste Energie wird zum Fahren und gleichzeitigen Aufladen der im Elektrofahrzeug angeordneten Energiespeicher benutzt. Sobald der Ladevorgang beendet ist oder bevor das Ladefahrzeug die Autobahn verlässt, kann es an einem Rastplatz wieder abgegeben werden. Die Rückgabe erfolgt ebenfalls automatisch oder semiautomatisch an einer Abkoppelposition. Der Zustand des Ladefahrzeugs wird erneut automatisch begutachtet und dokumentiert.
Vorzugsweise ist ein Ladefahrzeug des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems autonom von einer Abkoppelposition einer Koppelstation zu einer freien Ankoppelposition der Koppelstation oder einer anderen Koppelstation bewegbar. Um Warteschlangen zu vermeiden oder zu minimieren, können mehrere An- und Abkoppelstationen eingerichtet werden. Das Ladefahrzeug ist dann selbständig in der Lage sich von einer Abkoppelposition wieder an eine Ankoppelposition zu bewegen. In einer weiteren Ausbaustufe kann ein Ladefahrzeug autonom zum nächsten Rastplatz fahren, um Bedarfe zu decken.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems weist das Ladefahrzeug eine Messeinrichtung zur Messung der an ein Elektrofahrzeug übertragenen Energiemenge auf und wirkt mit Mitteln zur Berechnung einer für den Bezug der übertragenen Energiemenge fälligen Gebühr zusammen. Das System kann um ein Buchungs- und Wirtschaftssystem erweitert werden, womit die Verfügbarkeit von Ladefahrzeugen verwaltet werden kann.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems weist die Kuppeleinrichtung einen schwenkbaren Gelenkarm mit Kuppelausnehmung und die Kuppelaufnahme einen Kugelkopf zur Aufnahme der Kuppelausnehmung auf, über die Energie induktiv übertragbar ist. Die ausfahrende Kuppeleinrichtung kann starr oder aber flexibel ausgebildet sein und ein trichterförmiges Ende zum Ankoppeln an die Kuppelaufnahme aufweisen. Eine vollständig starre mechanische Kopplung der Fahrzeuge wäre vorteilhaft. Alternativ kann eine elektronische Kopplung mit flexibler elektrischer Verbindung hergestellt werden. Die beispielsweise am hinteren Teil eines Elektroladefahrzeugs angelenkte Kuppeleinrichtung umfasst einen ausschwenkbaren Gelenkarm, an dessen Ende eine Kuppelausnehmung angeordnet sein kann. Der Gelenkarm ist in einer bezüglich der Fahrbahn geneigten Ebene beweglich und gegebenenfalls auch steuerbar und trägt einen Teil einer Energieübertragungseinrichtung. Unterhalb einer Ladefläche des Ladefahrzeugs, auf der ein Ladeaufbau zum Gütertransport angeordnet sein kann, steht Bauraum zur Verfügung, wobei ein notwendiger Sicherheitsabstand zur Fahrbahn einzuhalten ist. An einer Front eines dem Ladefahrzeug folgenden Elektrofahrzeugs ist der andere Teil der Energieübertragungseinrichtung in Form der Kuppelaufnahme gelenkig verbunden.
Vorzugsweise weist die Kuppelausnehmung des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems eine Verriegelungseinrichtung für den angekoppelten Kugelkopf aufweist, die im Normalbetriebsfall eine Relativbewegung zwischen Kuppeleinrichtung und Kuppelaufnahme erlaubt und im Überlastfall als Sollbruchstelle ausgebildet ist. Die Form der Kuppelaufnahme kann als Kugelkopf ausgeführt sein. Hierdurch wird eine gewisse Beweglichkeit zwischen den Fahrzeugen zugelassen, ohne die Energieübertragung zu unterbrechen. Der Zusammenhalt der Kupplung wird durch eine Verriegelungseinrichtung an der Kuppeleinrichtung gewährleistet, die in ihrer Verrieglungskraft durch entsprechende Materialwahl begrenzt werden kann. Damit kann eine Trennung der Kupplung im Überlastfall erreicht werden, ohne dass weitere Teile zerstört werden. Es wird eine induktive Energieübertragung vorgeschlagen, um Risiken wie Stromschlag, Kurzschluss, Funkenbildung oder witterungsbedingte Ausfälle zu minimieren beziehungsweise auszuschließen.
Weitere Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems ergeben sich aus einem nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben Ausführungsbeispiel, in deren
1 ein Energieversorgungssystem in Seitenansicht,
2 das Energieversorgungssystem aus 1 in Drauf sicht,
3 die Kupplung von Elektrofahrzeug und Ladefahrzeug eines Energieversorgungssystems in Seitenansicht,
4 die Kupplung aus 3 in Draufsicht und
5 die Verriegelungseinrichtung der Kupplung des Ener gieversorgungssystems aus 3 und 4
schematisch veranschaulicht sind.
Das Ladefahrzeug 1 gemäß 1 und 2 bezieht seine Energie über einen intelligenten, seitlich verstellbaren Stromabnehmer 9, der zur Energieeinspeisung in Schleifkontakt mit den Fahrdrähten 10 einer streckenseitig angeordneten Oberleitungsanlage steht. Das Aufladen eines Energiespeichers des Elektrofahrzeugs 7 erfolgt durch ein autonomes Ladefahrzeug 1. Das Ladefahrzeug 1 ist an das Elektrofahrzeug 7 automatisch oder semi-automatisch mechanisch und elektrisch an- bzw. abkoppelbar. Darüber hinaus verfügt es über einen intelligenten Stromabnehmer 9, der mit der Oberleitungsanlage der elektrifizierten Autobahn kompatibel ist. Das Ladefahrzeug 1 ist ausgestattet mit nicht dargestellten Kommunikationsmitteln, wie zum Beispiel einem Mobilfunkgerät, mit Abstands- und gegebenenfalls Positionsbestimmungsmitteln, wie zum Beispiel einem GPS-Empfänger, und mit elektronischen Datenverarbeitungsmitteln, um bestimmte Steuerungs-, Navigations- und Abrechnungsaufgaben auszuführen.
Gemäß 1 und 2 umfasst eine am Heck eines Ladefahrzeugs 1 angelenkte Kuppeleinrichtung 2 einen ausschwenkbaren Gelenkarm 3. Am fahrzeugfernen Ende des Gelenkarms 3 ist ein trichterförmiger Kopf mit einer Kuppelausnehmung 5 angeordnet, der in einer geneigten Schwenkebene E beweglich ist, gegebenenfalls auch steuerbar, und einen Teil einer Energieübertragungseinrichtung trägt. Die Schwenkebene E ist gegen die Fahrbahn F einer befahrenen Fahrstrecke geneigt, da unterhalb der Ladeaufbaufläche 6 des Ladefahrzeugs 1 Bauraum zur Verfügung steht und ein notwendiger Sicherheitsabstand zur Fahrbahn F einzuhalten ist. An einer Front eines dem Ladefahrzeug 1 folgenden Elektrofahrzeugs 7 ist der andere Teil der Energieübertragungseinrichtung in Form einer stangenförmigen Kuppelaufnahme 5 mit Kugelkopf 8 gelenkig verbunden.
Im Bedarfsfall wird das Elektrofahrzeug 7 so an das Ladefahrzeug 1 herangesteuert, dass Kuppeleinrichtung 2 und Kuppelaufnahme 5 ineinander gekoppelt werden können. Die Kuppeleinrichtung 2 kann innerhalb der Schwenkebene E entsprechend der in 3 angedeuteten Pfeile in zwei unabhängige Richtungen bewegt werden, um Kuppeleinrichtung 2 und Kuppelaufnahme 5 zu koppeln. Im gekoppelten Zustand ist der Kugelkopf 8 der Kuppelaufnahme 5 in einer entsprechend geformten, beispielsweise halbzylindrischen Kuppelausnehmung der Kuppeleinrichtung 2 angeordnet. Die Kuppelaufnahme 5 ist schwenkbar am Elektrofahrzeug 7 angelenkt. Hierdurch wird eine gewisse Beweglichkeit zwischen den Fahrzeugen 7 und 1 zugelassen, ohne die Energieübertragung zu unterbrechen. Der Zusammenhalt der Kupplung wird gemäß 5 durch eine Verriegelungseinrichtung 11 an der Kuppeleinrichtung 2 gewährleistet, die formschlüssig den in der Kuppelausnehmung 4 angeordneten Kugelkopf 8 umgreift. Die Verrieglungskraft ist durch geeignete Auslegung, wie Materialwahl, begrenzt, damit eine Schnelltrennung der Kupplung im Überlastfall erreicht werden kann, ohne andere Teile zu zerstören. Es wird eine induktive Energieübertragung vorgeschlagen, um Risiken wie Stromschlag, Kurzschluss, Funkenbildung oder witterungsbedingte Ausfälle, zu minimieren beziehungsweise auszuschließen.
In vorteilhafter Weise kann der Betreiber der streckenseitigen Fahrleitungsanlage durch die Erfindung größere Energiemengen verkaufen, als wenn jedes elektrisch getriebene Fahrzeug einen eigenen Stromabnehmer installiert haben muss. Der Besitzer eines als Ladefahrzeug 1 verwendeten Nutzfahrzeugs kann durch eine Servicegebühr beteiligt werden und erhält so einen Nebenverdienst. Der Fahrer des Elektrofahrzeugs 7 kann komfortabel seinen Energiespeicher aufladen, ohne die Fahrt unterbrechen zu müssen. Weitere Vorteile sind ein erhöhter Fahrkomfort durch die teilweise oder ganz automatische Fahrt und Spareffekte durch die Fahrt im Windschatten des Ladefahrzeugs 1.
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 102011076620 [0003]
DE 102011076623 [0003]
DE 102011076615 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE 802.11 p [0009]

Claims

System zur Energieversorgung eines nicht schienengebundenen Elektrofahrzeugs (7) während der Fahrt auf einer Fahrstrecke, wobei das Elektrofahrzeug (7) einen elektrischen oder diesel-elektrischen Traktionsantrieb und einen elektrischen Energiespeicher zur Traktionsversorgung aufweist, umfassend ein Ladefahrzeug (1) mit einem Stromabnehmer (9), der zur Energieeinspeisung aus einer Fahrleitung (10) einer entlang der Fahrstrecke angeordneten Fahrleitungsanlage mit der Fahrleitung (10) in Schleifkontakt bringbar ist, und mit einer Kuppeleinrichtung (2) zur elektrischen Ankopplung an eine Kuppelaufnahme (5) des Elektrofahrzeugs (7), wobei über die an die Kuppelaufnahme (5) angekoppelte Kuppeleinrichtung (2) in das Ladefahrzeug (1) eingespeiste Energie an das Elektrofahrzeug (7) zur Aufladung des Energiespeichers übertragbar ist.
Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei das Elektrofahrzeug (7) eine mit dem Traktionsantrieb zusammenwirkende Regeleinheit zur Aufrechterhaltung eines konstanten Soll-Abstandes zwischen Elektrofahrzeug (7) und Ladefahrzeug (1) aufweist.
Energieversorgungssystem nach Anspruch 2, wobei das Elektrofahrzeug (7) und/oder das Ladefahrzeug (1) einen Abstandssensor und/oder eine Einrichtung zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition aufweisen, woraus ein Ist-Abstand zwischen Elektrofahrzeug (7) und Ladefahrzeug (1) ermittelbar ist.
Energieversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kuppeleinrichtung (2) eine Stelleinheit zur Schnellabkopplung von der Kuppelaufnahme (5) aufweist, die bei Überschreiten vordefinierter Schwellwerte für eine Fahrzeugbeschleunigung und eine Fahrzeugbremsung des Elektrofahrzeugs (7) und/oder des Ladefahrzeugs (1) auslösbar ist.
Energieversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Elektrofahrzeug (7) und das Ladefahrzeug (1) Kommunikationsmittel zur bidirektionalen Datenübertragung aufweisen, über welche vor Ankopplung Nutzungsdaten für eine Energieübertragung drahtlos austauschbar und während der Ankopplung Beschleunigungs- und Bremsdaten drahtlos oder leitungsgebunden austauschbar sind.
Energieversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ladefahrzeug (1) als Nutzfahrzeug mit einem Ladeaufbau ausgebildet ist.
Energieversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Elektrofahrzeug (7) eine Kuppeleinrichtung zur elektrischen Ankopplung an eine Kuppelaufnahme eines anderen Elektrofahrzeugs aufweist, wobei über die an die Kuppelaufnahme angekoppelte Kuppeleinrichtung Energie von dem Elektrofahrzeug (7) an das andere Elektrofahrzeug übertragbar ist.
Energieversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Ladefahrzeug (1) eine Messeinrichtung zur Messung der an ein Elektrofahrzeug (7) übertragenen Energiemenge aufweist und mit Mitteln zur Berechnung einer für den Bezug der übertragenen Energiemenge fälligen Gebühr zusammenwirkt.
Energieversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei entlang der Fahrstrecke Koppelstationen zur Bereitstellung von Ladefahrzeugen (1) angeordnet sind, die mindestens eine Ankoppelposition, an welcher ein Elektrofahrzeug (7) an ein bereitgestelltes Ladefahrzeug (1) ankoppelbar ist, und mindestens eine Abkoppelposition, an welcher ein Elektrofahrzeug (7) nach Energieübertragung von einem Ladefahrzeug (1) abkoppelbar ist, aufweisen.
Energieversorgungssystem nach Anspruch 9, wobei ein Ladefahrzeug (1) autonom von einer Abkoppelposition einer Koppelstation zu einer freien Ankoppelposition der Koppelstation oder einer anderen Koppelstation bewegbar ist.
Energieversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Kuppeleinrichtung (2) einen schwenkbaren Gelenkarm (3) mit Kuppelausnehmung (4) und die Kuppelaufnahme (5) einen Kugelkopf (8) zur Aufnahme der Kuppelausnehmung (4) aufweist, über die Energie induktiv übertragbar ist.
Energieversorgungssystem nach Anspruch 11, wobei die Kuppelausnehmung (4) eine Verriegelungseinrichtung (11) für den angekoppelten Kugelkopf (8) aufweist, die im Normalbetriebsfall eine Relativbewegung zwischen Kuppeleinrichtung (2) und Kuppelaufnahme (5) erlaubt und im Überlastfall als Sollbruchstelle ausgebildet ist.