DE102014220256A1

DE102014220256A1 - Aufladesystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102014220256A1
Application number: DE102014220256.6A
Authority: DE
Inventors: Joachim Klima; Axel Maier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2016-04-07

Abstract

Die Erfindung betrifft Aufladesystem (10) für ein Fahrzeug, insbesondere Fahrzeug (1), das einen insbesondere wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher (6) und wenigstens einen Energieverbraucher (3) aufweist, mit einer Aufladevorrichtung (9‘), die Mittel zum elektrischen Aufladen des Fahrzeugs (1) aufweist. Es ist eine selbstbewegende Mobileinheit (11) vorgesehen, die die Aufladevorrichtung (9‘) trägt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Aufladesystem für ein Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug, das einen insbesondere wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher und wenigstens einen Energieverbraucher aufweist, mit einer Aufladevorrichtung, die Mittel zum elektrischen Aufladen des Fahrzeugs aufweist.
Stand der Technik
Aufladesysteme der eingangs genannten Art sind bekannt. Fahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, weisen in der Regel einen oder mehrere elektrische Speicher auf, die beispielsweise durch eine ansteuerbare Leistungsendstufe mit einer elektrischen Maschine als Energieverbraucher verbunden sind. Bei Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen ist wenigstens einer der Verbraucher eine elektrische Antriebsmaschine des Elektrofahrzeugs, die in Wirkverbindung mit den Rädern des Elektrofahrzeugs bringbar ist. Weil Elektrofahrzeuge über keinen konventionellen Antriebsmotor, wie beispielsweise eine Brennkraftmaschine, verfügen, ist die Reichweite der Elektrofahrzeuge durch die Kapazität des elektrischen Energiespeichers begrenzt. Um die Reichweite des Elektrofahrzeugs zu erhöhen, muss der Fahrer des Elektrofahrzeugs dieses an eine Ladestation fahren, üblicherweise mit einem Kabel mit der Ladestation verbinden und den Aufladevorgang abwarten, bis er weiterfahren kann. Hierdurch verliert der Fahrer zum einen Zeit durch den Aufladevorgang und zum anderen auch dadurch, dass er die Ladestation zunächst anfahren muss. Dem Fahrer müssen außerdem die Standorte von Ladestationen bereits bei Beginn der Fahrt bekannt sein, um gegebenenfalls rechtzeitig eine der Ladestationen ansteuern zu können.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Aufladesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Fahrer nicht auf ortsfeste Ladestationen angewiesen ist. Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Aufladesystem die Möglichkeit, dass ein Aufladen des Fahrzeugs mit elektrischer Energie, und damit ein Aufladen insbesondere des elektrischen Energiespeichers, auch während der Fahrt, erfolgen kann. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass das Aufladesystem eine selbstbewegende Mobileinheit aufweist, die die Aufladevorrichtung trägt. Die Aufladevorrichtung wird somit durch die Mobileinheit bewegt, sodass die Aufladevorrichtung zu dem Elektrofahrzeug gebracht wird und der Fahrer nicht das Fahrzeug zu der Aufladevorrichtung steuern muss. Durch die selbstbewegende Mobileinheit ist es darüber hinaus auch möglich, dass das Fahrzeug während der Fahrt aufgeladen wird. Die Mobileinheit weist dabei zweckmäßigerweise wenigstens eine Antriebseinrichtung sowie eine Lenkeinrichtung auf, die die Mobileinheit automatisch zu dem Fahrzeug führt. Hierzu weist die Mobileinheit beispielsweise auch ein Navigationssystem auf, das den eigenen Standort mit dem beispielsweise per Funk übertragenen Standort des Fahrzeugs vergleicht, um das Fahrzeug anzusteuern.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mobileinheit eine Lagereinrichtung mit wenigstens einem aufgeladenen Energiespeicher und eine Austauschvorrichtung zum Austauschen des Energiespeichers des Fahrzeugs beziehungsweise Elektrofahrzeugs durch den aufgeladenen Energiespeicher aufweist. Zum Aufladen des Fahrzeugs sieht diese Weiterbildung also vor, dass der Energiespeicher des Fahrzeugs durch einen neuen, aufgeladenen Energiespeicher ausgetauscht wird. Die Austauschvorrichtung weist dazu vorzugsweise einen Mechanismus, insbesondere wenigstens einen Greifer auf, mittels dessen der entladene Energiespeicher des Fahrzeugs entnommen und durch den aufgeladenen Energiespeicher der Mobileinheit ausgetauscht werden kann. Vorzugsweise weist das Fahrzeug mindestens zwei austauschbare Energiespeicher auf, wobei während des Austauschvorgangs stets ein Energiespeicher an dem Fahrzeug verbleibt, sodass dieses weiterbetrieben werden kann, während ein anderer Energiespeicher ausgetauscht wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine kleine, insbesondere fest installierte Reservebatterie (Backup-Batterie) vorgesehen ist, die die Energieversorgung während des insbesondere kurzen Austauschvorgangs sicherstellt, sodass für das Fahrzeug ein einzelner austauschbarer Energiespeicher für den Betrieb ausreichen würde.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mobileinheit eine Kontakteinrichtung aufweist, die zum Aufladen des Fahrzeugs das Fahrzeug einen Kontaktanschluss des Elektrofahrzeugs kontaktiert. Gemäß dieser Ausführungsform ist ein Austausch des Energiespeichers nicht notwendig. Vielmehr wird Energie von der Mobileinheit auf das Fahrzeug durch die Kontakteinrichtung übertragen. Die Kontakteinrichtung weist beispielsweise einen Kontaktstecker auf, der in eine Kontaktsteckeraufnahme des Fahrzeugs zur elektrischen Kontaktierung einsteckbar ist. Der Aufladevorgang kann dabei auch während der Fahrt stattfinden. Die Kontakteinrichtung und der Anschluss des Fahrzeugs sind dabei zweckmäßigerweise derart angeordnet, dass die Mobileinheit sich während des Aufladevorgangs in einer günstigen Position bezüglich des Fahrzeugs, beispielsweise während der Fahrt dahinter oder darüber oder an das Fahrzeug angekoppelt befinden kann.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Aufladesystem eine Induktionsladeeinrichtung mit einer an der Mobileinheit angeordneten Primärspule und mit einer an dem Fahrzeug angeordneten Sekundärspule zum berührungslosen Aufladen des Fahrzeugs aufweist. Induktionsladeinrichtungen sind grundsätzlich bekannt. Das Integrieren der Primärspule in die Mobileinheit ist jedoch ein neuer Gedanke. Durch das Vorsehen der Induktionsladeeinrichtung mit der dem Mobilgerät zugeordneten Primärspule kann das Fahrzeug während der Fahrt berührungslos aufgeladen werden, was die Sicherheit des Aufladevorgangs insbesondere während der Fahrt des Fahrzeugs erhöht. Dabei ist insbesondere von Vorteil, dass kein direkter mechanischer Kontakt zwischen Fahrzeug und Mobileinrichtung notwendig ist. Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der Aufladevorgang nur während der Fahrt, insbesondere oberhalb einer vorgebbaren Geschwindigkeit durchgeführt wird, da dann weniger Gefahr besteht, dass Tiere oder Menschen während des Ladevorgangs in die Nähe der Spulen geraten.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Mobileinheit um ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug. Das Fahrzeug kann elektrisch oder konventionell durch eine Brennkraftmaschine betrieben werden. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Mobileinheit ein Fluggerät ist. Dadurch kann die Mobileinheit jederzeit zu dem aufzuladenden Fahrzeug geführt werden und dabei die kürzest mögliche Route unabhängig von Straßenverläufen und/oder Verkehrssituationen nutzen. Dadurch ist eine schnelle Versorgung des Fahrzeugs mit neuer Energie stets gewährleistet. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Ladevorgang im Stillstand des Fahrzeugs durchgeführt wird. Denkbar ist beispielsweise ein einmaliger Service oder auch ein Abo-Service, welcher es dem Kunden ermöglicht, sein Fahrzeug an einer beliebigen Stelle zu parken und mittels der Mobileinheit im Stand aufladen zu lassen.
Besonders bevorzugt ist die Mobileinheit beziehungsweise das Fluggerät als Hubschrauber ausgebildet. Dadurch kann die Bewegungsgeschwindigkeit der Mobileinheit stets an die des Fahrzeugs angepasst werden, sodass ein Aufladen des Fahrzeugs auch im Stand des Fahrzeugs durch die Mobileinheit möglich ist.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Hubschrauber mehrere eine Auftriebskraft erzeugende Propeller aufweist. Dadurch erhält der Hubschrauber eine besonders stabile Fluglage und lässt sich einfach und genau auch bei höheren Windgeschwindigkeiten bezüglich des Fahrzeugs ausrichten. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Propeller in einer gemeinsamen Ebene beabstandet zueinander liegen. Vorzugsweise weist der Hubschrauber mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei Propeller auf.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Hubschrauber als Quadrocopter ausgebildet ist, sodass er vier Propeller aufweist, die zumindest im Wesentlichen in einer Ebene beabstandet zueinander liegen und für Auftrieb sorgen.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das Aufladesystem wenigstens eine ortsfeste Ladestation für die Mobileinheit aufweist. Die Ladestation kann durch die Mobileinheit angefahren oder angeflogen werden, um ausgetauschte Energiespeicher gegen aufgeladene Energiespeicher auszutauschen oder um einen Energiespeicher der Mobileinheit aufzuladen, sodass die Mobileinheit die aufgeladene Energie an ein Fahrzeug weitergeben kann.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzige
Figur ein Aufladesystem für ein Elektrofahrzeug in einer vereinfachten Darstellung.
Die 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Elektrofahrzeug 1 in einer Seitenansicht. Das Elektrofahrzeug 1 bewegt sich auf einer Fahrbahn 2 und wir dazu von einem Elektromotor 3, der mit Antriebsrädern 4 wirkverbunden ist, angetrieben. Der Elektromotor 3 wir durch eine Leistungsendstufe 5, die insbesondere einen Wechselrichter aufweist, betrieben, die ihre Energie aus einem elektrischen wiederaufladbaren Energiespeicher 6 erhält. Der Energiespeicher 6 ist durch ein Ladegerät 7 mit einer Sekundärspule 8, einer Induktionsladeeinrichtung 9 verbunden. Vorzugsweise zeichnet sich das Ladegerät 7 dadurch aus, hohe Energieraten von der Mobileinheit 11 aufzunehmen und gegebenenfalls mit niedrigen Energieraten in den Energiespeicher 6 abzugeben. Dieses oder ein kurzfristes Zwischenspeichern könnte eine Betriebsstrategie ermöglichen, bei welcher die Mobileinheit 11 während der Zeit niedriger Energieabgabe zur Ladestation manövriert, selbst wieder Energie aufnimmt und sich wieder zurück zu dem Fahrzeug 1 bewegt. Die Induktionsladeeinrichtung 9 ist Bestandteil eines Aufladesystems 10 für das Elektrofahrzeug 1. Das Aufladesystem 10 weist weiterhin eine Mobileinheit 11 auf, die vorliegend als Quadrocopter 12, also als Hubschrauber mit vier in einer Ebene liegenden Propellern 12‘ ausgebildet ist. Die Mobileinheit 11 trägt neben einer Steuerungselektronik 13 eine Aufladevorrichtung 9‘, die eine Primärspule 14 der Induktionsladeeinrichtung 9 aufweist. Des Weiteren trägt die Mobileinheit 11 einen wiederaufladbaren Energiespeicher 15. Mittels der Induktionsladeeinrichtung 9 lädt die Mobileinheit 11 das Elektrofahrzeug 1 auf, indem es einen Strom in die Sekundärspule 8 induziert, der von dem Ladegerät 7 in Gleichstrom gewandelt und dem Energiespeicher 6 zugeführt wird. Somit wird mittels der Mobileinheit 11 der Energiespeicher 6 aufgeladen. Das Elektrofahrzeug 1 kann sich dabei auch in Bewegung befinden. Die Mobileinheit 11 wird zweckmäßigerweise durch GPS Koordinaten und gegebenenfalls durch eine an dem Elektrofahrzeug 1 angeordnete Ortungseinrichtung, wie beispielsweise Orientierungsmarken, Peilsender oder dergleichen, geführt, sodass sich die Primärspule 14 in Gegenüberlage zu der Sekundärspule 8 befindet, sodass der Aufladevorgang durchgeführt werden kann.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Mobileinheit 11 eine Kontakteinrichtung, beispielsweise ein Kontaktkabel aufweist, das an einen Kontaktanschluss des Elektrofahrzeugs 1 anbringbar ist, um kabelgebunden und automatisierten den elektrischen Energiespeicher 6 aufzuladen. Bei der Mobileinheit 11 handelt es sich insbesondere um eine selbstbewegende beziehungsweise autonome Mobileinheit, die durch den Fahrer des Fahrzeugs 1 beispielsweise per Funk oder über das Internet anforderbar ist. Vorzugsweise ist dabei optional vorgesehen, dass eine zustandsabhängige regelmäßige Anforderung der Mobileinheit 11 erfolgt, beispielsweise während des Parkens nach 22 Uhr durch einen „Abo-Service“, falls der Ladezustand des Energiespeichers 6 unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes gefallen ist. Bei der Anforderung werden der Mobileinheit 11 die Position des Elektrofahrzeugs 1 mitgeteilt, sodass die Mobileinheit 11 diese schnell finden kann.
Die Reichweite des Elektrofahrzeugs 1 wird dadurch bei Bedarf durch einen Aufladevorgang während der Fahrt oder im Stillstand erweitert. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass Mobileinheit 11 als Energiequelle außerdem eine Brennstoffzelle oder einen anderen Energieerzeuger aufweist, um selbst eine besonders große Reichweite gewährleisten zu können. Grundsätzlich muss der Ladevorgang nicht zwangsläufig in einem einzigen Schritt vollzogen werden. Vielmehr kann auch vorgesehen sein, dass der Ladevorgang unterbrochen wird, sodass die Mobileinheit 11 beispielsweise zwischendurch an einer Ladestation neue Energie aufnehmen kann.
In Abhängigkeit von Navigationsdaten kann auch die zukünftige Position des Elektrofahrzeugs 1 vorausgesagt werden, sodass die angeforderte Mobileinheit 11 sich in Richtung der zukünftigen Position des Elektrofahrzeugs 1 bewegt. Durch einen zentralen Algorithmus kann nun kostenoptimal entschieden werden, welche zur Verfügung stehende Mobileinheit 11 wann und wo welches Elektrofahrzeug 1 mit Energie versorgt. Zweckmäßigerweise weist dazu das Aufladesystem eine Vielzahl entsprechender Mobileinheiten 11 und gegebenenfalls mehrere entsprechend ausgebildete Elektrofahrzeuge 1 auf.
Vorzugsweise weist das Aufladesystem 10 außerdem eine ortsfeste Ladestation 16 auf, die zum Aufladen des Energiespeichers 15 der Mobileinheit 11 dient. Die Ladestation 16 kann auch zur Lagerung einer oder mehrerer Mobileinheiten 11 genutzt werden. Vorliegend ist vorgesehen, dass die Ladestation 16 ebenfalls eine Induktionsladeeinrichtung mit einer Primärspule 17 aufweist, die einen Strom in die Spule 14 der Mobileinheit 11 bei Bedarf induziert. Der Strom kann dabei beispielsweise durch eine Solaranlage 18 zur Verfügung gestellt werden.

Claims

Aufladesystem (10) für ein Fahrzeug, insbesondere Fahrzeug (1), das einen insbesondere wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher (6) und wenigstens einen Energieverbraucher (3) aufweist, mit einer Aufladevorrichtung (9‘), die Mittel zum elektrischen Aufladen des Fahrzeugs (1) aufweist, gekennzeichnet durch eine selbstbewegende Mobileinheit (11), die die Aufladevorrichtung (9‘) trägt.
Aufladesystem nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Mobileinheit (11) eine Lagereinrichtung mit wenigstens einem aufgeladenen Energiespeicher und eine Austauschvorrichtung zum Austauschen des Energiespeichers des Fahrzeugs (1) durch den aufgeladenen Energiespeicher aufweist.
Aufladesystem nach einem dem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mobileinheit (11) eine Kontakteinrichtung (9‘) aufweist, die zum Aufladen des Fahrzeugs (1) das Fahrzeug (1) kontaktiert.
Aufladesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Induktionsladeeinrichtung (9), mit einer an der Mobileinheit (11) angeordneten Primärspule und mit einer an dem Fahrzeug (1) angeordneten Sekundärspule (8), zum berührungslosen Aufladen des Fahrzeugs (1).
Aufladesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mobileinheit (11) ein Fluggerät ist.
Aufladesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mobileinheit (11) ein Hubschrauber ist.
Aufladesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubschrauber mehrere einen Auftrieb erzeugende Propeller (12‘) aufweist, die insbesondere in einer gemeinsamen Ebene beabstandet zueinander liegen.
Aufladesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubschrauber als Quadrocopter (12) ausgebildet ist.
Aufladesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine ortsfeste Ladestation (16) für die Mobileinheit (11).