DE102013106436A1

DE102013106436A1 - Verfahren und Vorrichtung zur mobilen Versorgung von Fahrzeugen mit elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102013106436A1
Application number: DE102013106436.1A
Authority: DE
Inventors: Moritz Knötzele
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2014-12-24

Abstract

Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Versorgungsverfahren für mindestens ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, bei dem mindestens ein mobiler Generator dazu verwendet wird, das mindestens eine elektrisch antreibbare Fahrzeug an einem Ort, an dem sich das mindestens eine elektrisch antreibbare Fahrzeug befindet, mit elektrischer Energie zu versorgen und bei dem die Versorgung des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs in Abhängigkeit eines mittels einer Diagnose-Schnittstelle erfassten Zustands des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs erfolgt. Ferner betrifft die vorgestellte Erfindung ein entsprechendes System sowie eine entsprechende Wartungseinheit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versorgung von entladenen Elektrofahrzeugen sowie eine entsprechende Vorrichtung.
Elektrisch angetriebene Fahrzeuge benötigen für einen bestimmungsgemäßen Betrieb eine Menge an elektrischer Energie, die das Fahrzeug in Bewegung versetzt und/oder ein Bordnetz des Fahrzeugs mit Spannung versorgt, so dass weitere Funktionen des Fahrzeugs aktiviert werden.
Sinkt die Menge an Energie, die in einem Energiespeicher des jeweiligen Fahrzeugs gespeichert ist unter ein bestimmtes Maß, so wird die zur Versorgung eines Antriebs und/oder des Bordnetzes notwendige Spannung nicht mehr erreicht und das Fahrzeug kann nicht in Betrieb genommen werden.
Da Fahrzeuge im Allgemeinen meist einen sehr hohen Energiebedarf haben und entsprechende Ladestationen noch eher selten sind, ist eine für einen Betrieb notwendige Energieübertragung, im Falle eines während einer Fahrt auftretenden Mangels an Energie, selten vor Ort möglich. Daher werden derart liegengebliebene Pannenfahrzeuge in der Regel aufwendig abgeschleppt, und an geeigneten Ladestationen, die dazu geeignet sind, größere Mengen elektrischer Energie zu übertragen, wieder mit elektrischer Energie versorgt.
Im Stand der Technik sind Vorrichtungen für eine Energieübertragung für elektrisch angetriebene Fahrzeuge beschrieben.
In der Druckschrift DE 10 2009 037 367 A1 ist ein Energiewagen in Form eines Anhängers mit austauschbaren wiederaufladbaren Batterien beschrieben, der zur Energieversorgung von bspw. Elektrofahrzeugen verwendet werden kann, wobei eine dafür nötige Energie durch vorheriges Aufladen der austauschbaren wiederaufladbaren Batterien erfolgt.
Die Druckschrift WO 00/74964 A1 beschreibt einen Anhänger mit einem auf dem Anhänger angeordneten Verbrennungsmotor, der mit einer Ladeeinheit eines Elektrofahrzeugs elektrisch gekoppelt wird und das Elektrofahrzeug dadurch mit Energie versorgt. Die Versorgung des Elektrofahrzeugs kann dabei während einer Fahrt oder im Stillstand erfolgen.
In der Druckschrift US 2011/0114398 A1 ist ein Energieversorgungssystem für Fahrzeuge, insbesondere Zugfahrzeuge beschrieben, das eine auf einem Anhänger angeordnete Batterie vorsieht, die das Zugfahrzeug mit Energie versorgt. Die Energie zur Ladung der Batterie wird dabei einer Ladestation an bspw. einer Ladezone für Lastkraftwagen entnommen.
Vor diesem Hintergrund wird ein Versorgungsverfahren für mindestens ein elektrisch antreibbares Fahrzeug vorgestellt, bei dem mindestens ein mobiler Generator dazu verwendet wird, das mindestens eine elektrisch antreibbare Fahrzeug an einem Ort, an dem sich das mindestens eine elektrisch antreibbare Fahrzeug befindet, mit elektrischer Energie zu versorgen und bei dem die Versorgung des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs in Abhängigkeit eines mittels einer Diagnose-Schnittstelle erfassten Zustands des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs erfolgt.
Es ist bei dem vorgestellten Versorgungsverfahren vorgesehen, dass das mindestens eine elektrisch antreibbare Fahrzeug, das wegen Mangels an elektrischer Energie nicht mehr betriebsbereit ist, vor Ort mit elektrischer Energie, unter Verwendung des vorzusehenden erfindungsgemäßen Systems versorgt wird.
Um eine Vor-Ort-Versorgung mit elektrischer Energie zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass ein Generator zu einem aufgrund eines Mangels an elektrischer Energie außer Betrieb genommenen Fahrzeug gebracht wird und der Generator das Fahrzeug mit elektrischer Energie versorgt.
Da elektrisch angetriebene Fahrzeuge komplexe Systeme darstellen, deren Außerbetriebnahme neben einem Mangel an elektrischer Energie vielfältige Ursachen, wie bspw. technische Probleme haben kann, ist weiterhin vorgesehen, die Versorgung des außer Betrieb genommenen Fahrzeugs mit elektrischer Energie nur dann durchzuführen, wenn die Ursache der Außerbetriebnahme des Fahrzeugs in einem Mangel an elektrischer Energie zu ermitteln ist.
Eine Ermittlung der Ursache für die Außerbetriebnahme des jeweiligen Fahrzeugs erfolgt erfindungsgemäß mittels einer Diagnoseschnittstelle, wie bspw. einer On-Board-Diagnose(OBD)- und/oder Controller-Area-Network(CAN)-Schnittstelle. Derartige Schnittstellen ermöglichen einen Zugriff auf einen im Fahrzeug befindlichen Bordcomputer, welcher Auskunft über etwaige technische Störungen gibt.
Falls ein technisches Problem ermittelt wird, das zur Entladung eines Energiespeichers des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs beigetragen hat, so kann eine erneute Versorgung mit Energie durch bspw. den mindestens einen Generator mit erheblichen Gefahren verbunden sein und wird daher durch das erfindungsgemäße Verfahren unterbunden.
Ferner ermöglicht eine Verbindung mit der Diagnoseschnittstelle des Fahrzeugs eine umfassende Diagnose des jeweiligen Fahrzeugzustands und kann einem ggf. anwesenden Techniker bei einer Instandsetzung des Fahrzeugs hilfreich sein.
Unter einem Generator ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine Vorrichtung zu verstehen, die mindestens einen Verbrennungsmotor umfasst, der chemische Energie durch Verbrennung in elektrische Energie umwandelt.
In einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Versorgungsverfahrens kann der Generator die elektrische Energie zunächst auch in einen Zwischenspeicher bspw. in Form einer Batterie übertragen, wodurch ein Betrieb des Verbrennungsmotors bspw. in Wohngebieten vermieden werden kann.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Versorgungsverfahrens ist vorgesehen, dass die elektrische Versorgung des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs durch den mindestens einen Generator mittels eines Stromkabels erfolgt.
Elektrische Energie kann auf vielen Wegen übertragen werden. Eine schnelle und robuste Methode basiert auf einer Verwendung von Kabeln. Durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit können Kabel auch große Energiemengen, in Abhängigkeit eines jeweiligen Querschnitts, sehr schnell übertragen und eignen sich daher besonders für einen derartigen Einsatz.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Versorgungsverfahrens ist vorgesehen, dass die elektrische Versorgung des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs durch den mindestens einen Generator über kabellose Verfahren erfolgt.
Insbesondere im Falle einer Anwendung des erfindungsgemäßen Versorgungsverfahrens durch einen Laien kann es sinnvoll erscheinen, ein Anbringen von Kabeln zu vermeiden. Dies kann bspw. durch Energieübertragung mittels magnetischer Induktion bzw. induktiver Felder erfolgen.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Versorgungsverfahrens ist vorgesehen, dass die Versorgung mit elektrischer Energie des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs an einem Bordnetz und/oder einem Energiespeicher oder an jeder weiteren technisch geeigneten Vorrichtung des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs vollzogen werden kann.
Um ein außer Betrieb genommenes elektrisch antreibbares Fahrzeug wieder in Betrieb zu nehmen, kann es sinnvoll erscheinen, zunächst nur das Bordnetz, bspw. mit einer Spannung von 12 Volt, mit elektrischer Energie zu versorgen, um bspw. den Zustand des Fahrzeugs zu ermitteln. Ist das Fahrzeug in einem unbedenklichen Zustand, so kann bspw. der Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Versorgungsverfahrens ist vorgesehen, den Zustand des zu versorgenden Fahrzeugs vor einer Übertragung der elektrischen Energie über die Diagnoseschnittstelle zu ermitteln und ggf. die geplante Übertragung der elektrischen Energie zu unterbinden.
Unter einem Energiespeicher ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine Vorrichtung zu verstehen, die elektrische Energie aufnehmen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgeben kann. Im Bereich der Elektromobilität sind hierfür insbesondere Batterien bzw. Akkumulatoren geeignet.
Ferner umfasst die vorgestellte Erfindung ein System zur Versorgung mindestens eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs mit elektrischer Energie bzw. Elektrizität. Das erfindungsgemäße System dient insbesondere dazu, das erfindungsgemäße Versorgungsverfahren auszuführen.
In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass zur Versorgung mindestens eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs mit elektrischer Energie, das System mindestens einen Generator und mindestens eine Steuerungseinheit zur Steuerung eines Versorgungsvorgangs des Fahrzeugs sowie mindestens eine Diagnoseeinheit zur Kommunikation mit dem mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeug umfasst, wobei der Versorgungsvorgang in Abhängigkeit der Kommunikation der Diagnoseeinheit mit dem mindesten einen elektrisch antreibbaren Fahrzeug durchzuführen ist.
Wie bereits erläutert, kann eine Diagnose des Fahrzeugzustands noch vor einer Versorgung mit elektrischer Energie in den Mengen, wie sie für einen Betrieb eines Fahrzeug nötig ist, sinnvoll erscheinen, insbesondere um ein gefährliches Laden einer Batterie mit einem technischen Problem zu verhindern.
Um einem gefährlichen Laden von Batterien mit technischen Problemen entgegen zu wirken, ist bei der vorgestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Steuerungseinheit zur Steuerung des Ladevorgangs vorgesehen, wobei die Steuerungseinheit den Zustand der jeweiligen zu ladenden Batterie über eine OBD- oder CAN-Verbindung überprüft und ggf. die Energieversorgung unterbindet.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die elektrische Energie, die für den Versorgungsvorgang des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs benötigt wird, von dem mindestens einen Generator erzeugt wird und/oder in Energiespeichern gespeichert ist.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das System an einem Anhänger angeordnet ist.
Durch eine Anordnung des erfindungsgemäßen Systems auf einem Anhänger ist das System mobil und kann schnell an einen jeweiligen Ort gebracht werden, an dem sich ein zu versorgendes Fahrzeug befindet. Es ist vorgesehen, den Anhänger derart auszugestalten, dass dieser von jedem entsprechend vorbereiteten Fahrzeug im öffentlichen Straßenverkehr bewegt werden kann. Durch eine Anordnung auf einem Anhänger werden Wartungs- und Betriebskosten, die für einen Transport des erfindungsgemäßen Systems anfallen, minimiert.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das System an einem Fahrzeug angeordnet ist.
Wenn das System an einem Fahrzeug angeordnet ist, d. h. bspw. im Kofferraum des Fahrzeugs eingebaut wird, kann dadurch eine hohe Mobilität und Flexibilität erreicht werden. Insbesondere in Situationen, in denen ein Fahrzeug unerwartet außer Betrieb genommen wurde, ist Zeit ein wichtiger Faktor, da ein jeweiliger Nutzer des außer Betrieb genommenen Fahrzeugs meist auf das Fahrzeug angewiesen ist. Falls das erfindungsgemäße System an einem Versorgungsfahrzeug angeordnet ist, so kann das Versorgungsfahrzeug sehr schnell, d. h. mit hohen Geschwindigkeiten reisen und dadurch, im Vergleich zu einer Anordnung auf einem Anhänger, schneller zu dem zu versorgenden Fahrzeug gelangen und dieses mit elektrischer Energie versorgen. Natürlich kann das System auch in einem Kastenwagen oder auf einer offenen Ladefläche eines Kleinlasters angeordnet sein.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die mindestens eine Diagnoseeinheit mit dem mindestens einen Generator derart in Wirkkontakt steht, dass eine anliegende Stromspannung und/oder eine anliegende Stromstärke zur Versorgung des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs einem jeweiligen Bedarfsfall, d. h. den physikalischen Gegebenheiten des jeweiligen Fahrzeugs automatisch angepasst wird.
Um der steigenden Anzahl an Typen und Modellen von elektrisch antreibbaren Fahrzeugen gerecht zu werden, ist vorgesehen, dass der Versorgungsvorgang mit elektrischer Energie durch das erfindungsgemäße System derart geregelt wird, dass ein auf die Bedürfnisse des jeweiligen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs angepasster Ladestrom, d. h. ein in Stromspannung und Stromstärke optimierter elektrischer Strom erzeugt wird.
Ferner betrifft die vorgestellte Erfindung eine Wartungseinheit mit einem mobilen Generator zur Versorgung von mindestens einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug, die für eine Versorgung von mindestens einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug direkt vor Ort zu verwenden ist, wobei die Wartungseinheit Mittel zur Diagnose und ggf. zur Behebung von Fehlern des zu versorgenden Fahrzeugs umfasst.
Durch die erfindungsgemäße Wartungseinheit ist es einem Techniker möglich, ggf. erkannte Mängel bzw. technische Probleme schnell zu beheben und ein außer Betrieb gesetztes Fahrzeug unter Umständen bereits vor Ort wieder in Betrieb zu nehmen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine schematische Übersicht einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das in 1 dargestellte Verfahren sieht ein System 1 vor, das auf einem Anhänger 3 angeordnet von einem Techniker unter Verwendung eines Fahrzeugs zu einem Pannenfahrzeug 15, das bspw. aufgrund eines Mangels an elektrischer Energie außer Betrieb gesetzt wurde, gebracht wird. Mittels einer geeigneten Kabelverbindung werden Daten zur Steuerung und Fahrzeugdiagnose des außer Betrieb gesetzten Fahrzeugs durch ein Diagnosegerät 17 über bspw. einen OBD- oder CAN-Anschluss 6 erfasst, wie durch die Pfeile 5 angedeutet.
Eine weitere Verbindung über ein Kabel 7 verbindet einen Generator 9 über eine Leistungselektronik 11 mit einer Spannungsversorgung 13 des Pannenfahrzeugs 15.
Durch den Techniker initialisiert und mittels des Diagnosegeräts 17 über bspw. einen OBD- und/oder CAN-Anschluss 6 ermittelt, findet eine Fahrzeugdiagnose statt, aufgrund derer eine Steuerung eines Aufladeprozesses des außer Betrieb genommenen Fahrzeugs gesteuert wird.
Falls keine technischen Probleme durch das Diagnosegerät 17 ermittelt wurden, erfolgt ein Befehl zur Energieversorgung an den Generator 9. Der Generator 9 betreibt den von ihm umfassten Verbrennungsmotor und erzeugt elektrische Energie, die von der Leistungselektronik 11 überwacht, an die Spannungsversorgung 13 des Pannenfahrzeugs 15 übermittelt wird.
Die Spannungsversorgung 13 überträgt die empfangene Energie an jeweilige Subsysteme des Pannenfahrzeugs 15, das dann binnen kurzer Zeit wieder betriebsbereit ist.
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 102009037367 A1 [0006]
WO 00/74964 A1 [0007]
US 2011/0114398 A1 [0008]

Claims

Versorgungsverfahren für mindestens ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, bei dem mindestens ein mobiler Generator dazu verwendet wird, das mindestens eine elektrisch antreibbare Fahrzeug an einem Ort, an dem sich das mindestens eine elektrisch antreibbare Fahrzeug befindet, mit elektrischer Energie zu versorgen und bei dem die Versorgung des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs in Abhängigkeit eines mittels einer Diagnose-Schnittstelle erfassten Zustands des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs erfolgt.
Versorgungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrische Versorgung des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs durch den mindestens einen Generator mittels eines Stromkabels erfolgt.
Versorgungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die elektrische Versorgung des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs durch den mindestens einen Generator über kabellose Verfahren und/oder kabellose Vorrichtungen erfolgt.
Versorgungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Versorgung mit elektrischer Energie des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs an einem Bordnetz und/oder einem Energiespeicher des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs zu vollziehen ist.
System zur Versorgung mindestens eines elektrisch anzutreibenden Fahrzeugs mit elektrischer Energie, das mindestens einen Generator und mindestens eine Einheit zur Steuerung eines Versorgungsvorgangs des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs sowie mindestens eine Diagnoseeinheit zur Kommunikation mit dem mindestens einen elektrisch anzutreibenden Fahrzeug umfasst, wobei der Versorgungsvorgang in Abhängigkeit der Kommunikation der Diagnoseeinheit mit dem mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeug durchzuführen ist.
System nach Anspruch 5, wobei die elektrische Energie, die für den Versorgungsvorgang des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs benötigt wird, von dem mindestens einen Generator erzeugt wird und/oder in Energiespeichern gespeichert ist.
System nach Anspruch 5 oder 6, wobei das System an einem Anhänger angeordnet ist.
System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das System an einem Fahrzeug angeordnet ist.
System nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die mindestens eine Diagnoseeinheit mit dem mindestens einen Generator derart in Wirkkontakt steht, dass eine anliegende Stromspannung und/oder eine anliegende Stromstärke eines zur Versorgung des mindestens einen elektrisch antreibbaren Fahrzeugs notwendigen elektrischen Stroms einem jeweiligen Bedarfsfall automatisch angepasst wird.
Wartungseinheit zur Versorgung von mindestens einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug, die ein System nach einem der Ansprüche 5 bis 9 umfasst und die für eine Versorgung von mindestens einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug direkt an dem Ort zu verwenden ist, an dem sich das mindestens eine elektrisch antreibbare Fahrzeug befindet, wobei die Wartungseinheit Mittel zur Diagnose und Behebung von Fehlern des zu versorgenden Fahrzeugs umfasst.