DE102015225789A1

DE102015225789A1 - Mobiler Energiespeicher und Verfahren zum Bereitstellen von Energie für einen Verbraucher

Info

Publication number: DE102015225789A1
Application number: DE102015225789.4A
Authority: DE
Inventors: Axel Köhnke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-22
Also published as: US20170174092A1; US10391873B2

Abstract

Bereitgestellt wird ein mobiler Energiespeicher, der eine Speichervorrichtung umfasst, die eingerichtet ist, gespeicherte Energie an einen Verbraucher abzugeben. Ferner umfasst der mobile Energiespeicher eine Empfangsvorrichtung, die eingerichtet ist, ein Anforderungssignal des Verbrauchers zu empfangen. Das Anforderungssignal beinhaltet dabei zumindest Informationen über einen von einer Ladestation für den mobilen Energiespeicher entfernten Ort. Ferner umfasst der mobile Energiespeicher eine Antriebsvorrichtung, die eingerichtet ist, den mobilen Energiespeicher basierend auf dem Anforderungssignal im öffentlichen Verkehr autonom von der Ladestation zu dem von der Ladestation entfernten Ort zu bewegen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Bereitstellen von Energie für einen Verbraucher. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen mobilen Energiespeicher für die Bereitstellung von Energie.
Regenerative Energieerzeugung stellt eine nahezu unerschöpfliche Quelle für elektrische Energie dar. Problematisch ist jedoch oftmals der Transport der elektrischen Energie vom Erzeugungsort (z.B. Windkraftanlage, Photovoltaikanlage) zum Verbraucher. Insbesondere in dünn besiedelten bzw. schwer zugänglichen Gegenden ist der Bau oder Ausbau bereits existierender Stromtrassen oftmals unwirtschaftlich.
Die Elektromobilität ist jedoch auf die flächendeckende Verfügbarkeit von elektrischer Energie angewiesen. Trotz großer Fortschritte in der Batterietechnik haben moderne Akkumulatoren für elektrisch angetriebene Fahrzeuge noch immer eine die Elektromobilität limitierende Energiedichte. Ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug kann dabei z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Motorrad oder ein Traktor sein. Allgemein kann ein Fahrzeug als eine Vorrichtung aufgefasst werden, die einen Motor, ein Antriebsstrangsystem sowie Räder umfasst.
Hinsichtlich der Elektromobilität besteht zudem das Problem, dass das Netz an Ladestationen für elektrisch angetriebene Fahrzeuge (noch) relativ weitmaschig ist. Auch benötigt ein Ladevorgang an einer solchen Ladestation (noch) verhältnismäßig lange.
Um die Reichweite eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs zu erhöhen, wird in der Druckschrift DE 10 2012 015 099 A1 ein Netz aus Relaisstationen vorgeschlagen, an denen das elektrisch angetriebene Fahrzeug einen trailerbasierten Range-Extender aufnehmen, tauschen oder zurückgeben kann. Das An- bzw. Abkoppeln des trailerbasierten Range-Extenders erfolgt dabei vollautomatisch. Das elektrisch angetriebene Fahrzeug wird somit mit einem zusätzlichen, tauschbaren Energiespeicher gekoppelt, um die Kapazität eines eigenen Energiespeichers zu erweitern. Dabei muss ein Benutzer des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs jedoch immer eine Relaisstation aufsuchen, um einen trailerbasierten Range-Extendern an- bzw. abzukoppeln. Elektrische Energie für das elektrisch angetriebene Fahrzeug kann somit nur an festen Orten bereitgestellt werden, nicht jedoch an Orten des tatsächlichen Bedarfs. Für einen Benutzer eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs kann dies z.B. einen Umweg bzw. Zeitverlust bedeuten, wenn sich entlang der gewünschten Fahrtstrecke keine Relaisstation befindet.
In der Druckschrift DE 10 2012 016 234 A1 ist ein Anhänger für ein konventionell verbrennungsmotorisch oder hybridangetriebenes Fahrzeug offenbart. Der Anhänger umfasst dabei einen elektrischen Antrieb, um das Fahrzeug z.B. in emissionsbeschränkten Zonen elektromotorisch antreiben zu können. Der Anhänger kann an Wechselstationen an den Einfahrten bzw. Ausfahrten der emissionsbeschränkten Zonen an das Fahrzeug an- bzw. von dem Fahrzeug abgekoppelt werden. Dies kann vollautomatisch geschehen. Somit kann ein konventionelles Fahrzeug bzw. ein Hybridfahrzeug um einen elektrischen Antrieb ergänzt werden. Wiederum muss ein Benutzer des Fahrzeugs dafür jedoch eine Wechselstation aufsuchen. Auch ist der in der Druckschrift DE 10 2012 016 234 A1 gezeigte Anhänger nur für kurze Distanzen ausgelegt.
Aus der Druckschrift DE 10 2010 035 299 A1 ist ein Verfahren bekannt, um einen Anhänger in eine Position zu verfahren, in der eine Kopplung des Anhängers mit einem Zugfahrzeug möglich ist. Dabei wird aus Daten eines sensorischen Mittels eine Bahnkurve berechnet, die der Anhänger selbsttätig durch einen integrierten Fahrantrieb abfährt. Nach Abfahren der Bahnkurve kann die Kopplung mit der Zugmaschine (u.a. vollautomatisch) erfolgen.
Es besteht somit ein Erfordernis, einen Energiespeicher bereitzustellen, der einen Transport von Energie zu einem Verbraucher ermöglicht. Insbesondere besteht ein Bedarf an einer lokal variablen Bereitstellung von Energie für einen Verbraucher.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht dies durch einen mobilen Energiespeicher, der eine Speichervorrichtung umfasst, die eingerichtet ist, darin gespeicherte Energie an einen Verbraucher abzugeben. Die Speichervorrichtung kann dabei z.B. einen oder mehrere Bleiakkumulatoren, einen oder mehrere Lithium-Ionen-Akkumulatoren, einen oder mehrere Lithium-Polymer-Akkumulatoren, einen oder mehrere Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren, einen oder mehrere Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, einen oder mehrere Natrium-Schwefel-Akkumulatoren, einen oder mehrere Silber-Zink-Akkumulatoren, einen oder mehrere Zinn-Schwefel-Lithium-Akkumulatoren oder einen oder mehrere Aluminium-Ionen-Akkumulatoren umfassen. Ebenso sind Kombinationen verschiedener Akkumulatoren möglich. Die Speichervorrichtung kann somit eingerichtet sein, die Energie in Form von elektrischer Energie zu speichern. Alternativ oder ergänzend kann die Speichervorrichtung auch eingerichtet sein, die Energie in Form eines energietragenden Mediums (z.B. Wasserstoff oder Ethanol) zu speichern. Die Speichervorrichtung kann somit z.B. einen Tank umfassen, um das energietragende Medium darin zu speichern und es daraus an den Verbraucher abzugeben.
Der mobile Energiespeicher umfasst ferner eine Empfangsvorrichtung, die eingerichtet ist, ein Anforderungssignal des Verbrauchers zu empfangen. Das Anforderungssignal beinhaltet dabei zumindest Informationen über einen von einer Ladestation für den mobilen Energiespeicher entfernten Ort. Das heißt, dem mobilen Energiespeicher wird ein Ort des tatsächlichen Energiebedarfs angezeigt. Bei dem entfernten Ort kann es sich z.B. um den Aufenthaltsort eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs handeln oder um die Position eines sonstigen Verbrauchers. Ein sonstiger Verbraucher kann z.B. ein Bauwerk wie etwa ein Haus, eine Hütte, eine Halle oder ein Zelt sein. Die Informationen über den von der Ladestation entfernten Ort können dabei z.B. unmittelbar momentane oder prädizierte, zukünftige Koordinaten des Ortes beinhalten oder auch eine Kombination eines momentanen Ortes und eines Bewegungsvektors des Verbrauchers.
Weiterhin umfasst der mobile Energiespeicher eine Antriebsvorrichtung, die eingerichtet ist, den mobilen Energiespeicher basierend auf dem Anforderungssignal im öffentlichen Verkehr autonom von der Ladestation zu dem von der Ladestation entfernten Ort zu bewegen. Somit kann der mobile Energiespeicher zu dem Ort des tatsächlichen Energiebedarfs bewegt werden, um dort die benötigte Energie bereitzustellen. Durch die Ausbildung der Antriebsvorrichtung als autonome, d.h. selbstfahrende Antriebsvorrichtung ist kein weiteres externes Eingreifen bzw. Tätigwerden für den Energietransport vonnöten.
Einem Benutzer eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs kann somit das Aufsuchen einer Ladestation, einer Wechselstation, einer Relaisstation etc. erspart werden, da der mobile Energiespeicher an dem Ort, an dem tatsächlich Energie benötigt wird, bereitgestellt werden kann, um diesen dort mit dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug zu koppeln. Somit kann ein Benutzer z.B. einen Umweg vermeiden, wenn sich entlang einer gewünschten Fahrtstrecke keine Ladestation, Wechselstation, Relaisstation etc. befindet. Falls das elektrisch angetriebene Fahrzeug einen Akkumulator als Energiespeicher aufweist, kann elektrische Energie von der Speichervorrichtung des mobilen Energiespeichers an den Akkumulator des Fahrzeugs abgegeben werden. Weist das elektrisch angetriebene Fahrzeug eine Energieversorgung auf Basis einer Brennstoffzelle auf, kann z.B. Wasserstoff von der Speichervorrichtung des mobilen Energiespeichers an einen entsprechenden Tank des Fahrzeugs abgegeben werden. Auch für sonstige Verbraucher kann Energie an einem Ort des tatsächlichen Verbrauchs bereitgestellt werden. Zum Beispiel in dünn besiedelten Gebieten kann auf diese Weise für ein einzelnes Bauwerk elektrische Energie bereitgestellt werden, ohne dass der Bau von Stromtrassen nötig ist. Auch temporäre Bauwerke wie etwa ein Zelt können durch den mobilen Energiespeicher auf einfache Weise mit elektrischer Energie versorgt werden, ohne dass eine elektrische Leitung von einer bereits bestehenden Leitung zu dem Ort des temporären Bauwerks verlegt werden muss. Auch das Vorsehen von verbrennungsmotorisch angetriebenen Stromaggregaten, die sowohl Lärm als auch Abgase emittieren, kann somit vermieden werden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die Empfangsvorrichtung eingerichtet, das Anforderungssignal des Verbrauchers von der Ladestation zu empfangen. Durch das Empfangen des Anforderungssignals von der Ladestation kann initial eine Kommunikation des mobilen Energiespeichers mit der Ladestation ausreichend sein. Auch kann das Anforderungssignal vorprozessiert werden, wenn beispielsweise das Anforderungssignal von dem Verbraucher zunächst an einen zentrale Verarbeitungsknoten gesendet wird, der das Signal auf Basis der darin enthaltenen Informationen über den Ort an die geeignetste einer Mehrzahl an Ladestation weiterleitet (z.B. diejenige Ladestation mit der geringsten Entfernung zum Ort), so dass sich ein der Ladestation zugeordneter mobiler Energiespeicher von dieser autonom zu dem im Anforderungssignal angezeigten Ort bewegen kann. Ein Datenverkehr zwischen der Mehrzahl an Ladestationen bzw. mobilen Energiespeichern kann somit reduziert werden, da ein Negoziieren zwischen den Ladestationen bzw. mobilen Energiespeichern über die Zuständigkeit bzw. das Aktivwerden unterbleiben kann. Auch kann die in dem Anforderungssignal enthaltene Information über den von der Ladestation entfernten Ort vorverarbeitet werden und z.B. vorausgewertet werden, um so einen Rechen- bzw. Auswerteaufwand für den mobilen Energiespeicher zu reduzieren.
In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist der von der Ladestation entfernte Ort eine momentane Position des Verbrauchers oder eine prädizierte, zukünftige Position des Verbrauchers. Somit kann der mobile Energiespeicher dem Verbraucher situativ bedarfsgerecht Energie bereitstellen. Ist z.B. ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug auf einem öffentlichen Parkplatz geparkt, kann ein mobiler Energiespeicher zu der momentanen Position des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs angefordert werden, um das Fahrzeug während der Parkdauer zu laden. Unternimmt ein Benutzer eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs beispielsweise eine Fahrt, deren Länge die Kapazität eines im Fahrzeug integrierten Energiespeichers übersteigt, kann basierend auf z.B. einer Zieleingabe im Navigationssystem und momentanen Zustandsdaten des Fahrzeugs (Restladung des Energiespeichers, momentaner Energieverbrauch, durchschnittlicher Energieverbrauch, Fahrerprofil, etc.) ein Ort prädiziert werden, an dem das Fahrzeug extern zugeführte elektrische Energie benötigt, um das Fahrtziel zu erreichen. Entsprechend können in dem Anforderungssignal Informationen über den prädizierten Ort aufgenommen werden, um den mobilen Energiespeicher autonom an den Ort des zukünftigen, tatsächlichen Bedarfs zu bewegen. Dort kann der mobile Energiespeicher mit dem Fahrzeug gekoppelt werden. Einem Benutzer des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs kann somit das Aufsuchen einer Ladestation erspart werden bzw. eine Reichweite des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs kann erhöht werden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann das Anforderungssignal weitere Informationen enthalten. Beispielsweise kann neben der momentanen Position oder der prädizierten, zukünftigen Position des Verbrauchers eine gewünschte Zeit für die Ankunft des mobilen Energiespeichers an dem jeweiligen Ort enthalten sein. So kann z.B. sichergestellt werden, dass der mobile Energiespeicher rechtzeitig an einem zukünftigen, prädizierten Ort bereitsteht, um ein Warten des Benutzers des Fahrzeugs auf den mobilen Energiespeicher zu vermeiden. Auch kann z.B. bei einem über Nacht abgestellten Fahrzeug durch die Wahl einer entsprechenden Zeit für die Ankunft des mobilen Energiespeichers am Abstellort des Fahrzeugs sichergestellt werden, dass der mobile Energiespeicher rechtzeitig mit dem Fahrzeug gekoppelt wird, so dass das Fahrzeug am Morgen geladen und zur Weiterfahrt bereit steht.
In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung umfasst die Antriebsvorrichtung zumindest eine Navigationsvorrichtung, die eingerichtet ist, eine momentane Position des mobilen Energiespeichers zu bestimmen. Die Navigationsvorrichtung kann sich dabei z.B. eines gebräuchlicher Positionsbestimmungssystem wie etwas GPS, Galileo, GLONASS oder Beidou bedienen. Ferner umfasst die Antriebsvorrichtung zumindest ein Sensorelement, das eingerichtet ist, andere Verkehrsteilnehmer zu erfassen. Das Sensorelement kann z.B. ein Infrarotsensor, ein Radarsensor, ein Ultraschallsensor, ein optischer Sensor oder eine Kombination daraus sein. Auch umfasst die Antriebsvorrichtung ferner zumindest eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, Räder des mobilen Energiespeichers basierend auf Informationen des Sensorelements über andere Verkehrsteilnehmer, der momentanen Position des mobilen elektrischen Energiespeichers sowie dem Anforderungssignal des Verbrauchers zu steuern. Der mobile Energiespeicher kann dabei einzeln angetriebene Räder aufweisen (mit z.B. jeweils einem Elektromotor pro Rad), um so eine Lenkung des mobilen Energiespeichers zu ermöglichen. Alternativ kann der mobile Energiespeicher auch einen Achsantrieb und eine Lenkung eines oder mehrerer Räder aufweisen, um eine Lenkung des mobilen Energiespeichers zu ermöglichen. Zur Datenverarbeitung kann die Antriebsvorrichtung zudem einen oder mehrere Prozessoren bzw. integrierte Schaltungen aufweisen, die einen Programmcode ausführen, um auf Basis der Daten die Räder des mobilen Energiespeichers zu steuern. Die Antriebsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel erlaubt ein verkehrssicheres, autonomes Bewegen des mobilen Energiespeichers im öffentlichen Verkehr.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst der mobile Energiespeicher ferner eine Kommunikationsvorrichtung, die eingerichtet ist, Identifikationsinformationen des mobilen Energiespeichers an den Verbraucher zu senden, Identifikationsinformationen des Verbrauchers von diesem zu empfangen und Informationen bezüglich der Kopplung des mobilen Energiespeichers mit dem Verbraucher mit diesem auszutauschen. Die Kommunikationsvorrichtung erlaubt eine die Kopplung von Verbraucher und mobilen Energiespeicher vorbereitende Kommunikation als auch einen Datenaustausch während der Kopplung. Beispielsweise kann die Kommunikationsvorrichtung beginnen Identifikationsinformationen des mobilen Energiespeichers an den Verbraucher zu senden, sobald ein Abstand des mobilen Energiespeichers von dem von der Ladestation entfernten Ort geringer als ein Schwellwert ist, um dem Verbraucher zu signalisieren, dass der mobile Energiespeicher (in Kürze) zur Kopplung bereitsteht. Ebenso kann der mobile Energiespeicher durch das Empfangen der Identifikationsinformationen des Verbrauchers für die Kopplung notwendige Schritte initiieren, so dass dieser bei Eintreffen des Verbrauchers an dem von der Ladestelle entfernten Ort zur Kopplung bereit ist. Zur Vorbereitung des Kopplungsvorgangs können zwischen Verbraucher und dem mobilen Energiespeicher weitere Informationen wie etwa die Art des Verbrauchers ausgetauscht werden. Die Informationen bezüglich der Kopplung des mobilen Energiespeichers mit dem Verbraucher können z.B. auch Informationen zum Pairen des mobilen Energiespeichers mit dem Verbraucher enthalten. Ist der Verbraucher z.B. ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, das während der Fahr mit dem mobilen Energiespeicher gekoppelt werden soll, können die Informationen z.B. Ortungsinformationen enthalten, so dass der mobile Energiespeicher dem Fahrzeug folgen kann, um über einen Kopplungsvorgang mit dem Fahrzeug zu koppeln. Auch kann der mobile Energiespeicher beispielsweise Informationen für einen Fahrer des Fahrzeugs oder das Fahrzeug selbst an dieses senden. So kann z.B. bei einer beabsichtigten Kopplung im Fahrbetrieb ein Signal an das Fahrzeug gesendet werden, das ein Kopplungsprogramm des Fahrzeugs startet, um etwa eine konstante Geschwindigkeit des Fahrzeugs einzustellen oder eine Warnhinweis bzw. Instruktionen für einen Fahrer des Fahrzeugs auszugeben.
In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung umfasst der mobile Energiespeicher ferner ein zweites Sensorelement, das eingerichtet ist, eine erste Relativposition einer Kopplungsvorrichtung des mobilen Energiespeichers zu einer Kopplungsvorrichtung des Verbrauchers zu bestimmen. Bei dem zweiten Sensorelement kann es sich z.B. um einen optischen Sensor handeln. Die Antriebsvorrichtung ist dabei eingerichtet, den mobilen Energiespeicher basierend auf der ersten Relativposition in eine zweite Relativposition bezüglich des Verbrauchers zu bewegen, die eine Kopplung der Kopplungsvorrichtung des mobilen Energiespeichers mit der Kopplungsvorrichtung des Verbrauchers erlaubt. Dafür kann die Antriebsvorrichtung z.B. eine Auswertung der Daten des zweiten Sensorelements vornehmen und eine Bahnkurve für die Bewegung des mobilen Energiespeichers berechnen. Die Vorgänge des Erfassens der ersten Relativposition und des Bestimmen der zweiten Relativposition kann dabei iterativ erfolgen. Der mobile Energiespeicher ist dabei eingerichtet, autonom an die Kopplungsvorrichtung des Verbrauchers zu koppeln, wenn sich der mobile Energiespeicher in der zweiten Relativposition bezüglich des Verbrauchers befindet. Dafür kann die Kopplungsvorrichtung des mobilen Energiespeichers beispielsweise bewegbar an dem mobilen Energiespeicher angeordnet sein, um in der zweiten Relativposition mit der Kopplungsvorrichtung des Verbrauchers zu koppeln. Alternativ kann die Kopplungsvorrichtung des mobilen Energiespeichers auch starr mit dem mobilen Energiespeicher verbunden sein, wenn der mobile Energiespeicher insgesamt relativ zu der Kopplungsvorrichtung des Verbrauchers bewegbar ist.
Die autonome Kopplung des mobilen Energiespeichers mit dem Verbraucher kann zudem einen Komfort für einen Benutzer bzw. Verantwortlichen für den Verbraucher erhöhen. So können auch technisch weniger begabte Benutzer den mobilen Energiespeicher nutzen, da ein Tätigwerden ihrerseits für die Kopplung nicht nötig ist. Ist der Verbraucher beispielsweise ein Bauwerk, kann sich der mobile Energiespeicher auf Anforderung autonom zu dem Bauwerk bewegen und mit der Kopplungsvorrichtung koppeln, ohne dass ein menschliches Eingreifen notwendig ist. Entsprechend kann z.B. bereits vor einem Eintreffen eines Benutzers des Bauwerks (z.B. eine Hütte) Energie bereitgestellt werden, so dass diese unmittelbar nach seinem Eintreffen von dem Benutzer genutzt werden kann. Ist der Verbraucher beispielsweise ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, kann das autonome Koppeln ein Koppeln von Fahrzeug und mobilem Energiespeicher während der Fahrt des Fahrzeugs ermöglichen, da der mobile Energiespeicher seine erste Relativposition zu dem Fahrzeug bestimmen und sich in die zweite Relativposition bezüglich des fahrenden Fahrzeugs bewegen kann, um dort mit dem Fahrzeug zu koppeln. Einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug kann somit während des laufenden Fahrbetriebs an einem geeigneten Ort extern elektrische Energie bereitgestellt werden, um so beispielsweise eine Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen. Insbesondere können vor der Kopplung von Fahrzeug und mobilem Energiespeicher vorbereitend Informationen bezüglich der Kopplung des mobilen Energiespeichers mit dem Fahrzeug über die oben beschriebene Kommunikationsvorrichtung ausgetauscht werden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die Kopplungsvorrichtung des mobilen Energiespeichers eingerichtet, den mobilen Energiespeicher mechanisch und elektrisch mit dem Verbraucher zu koppeln. Die Verwendung einer einzelnen Vorrichtung zur mechanischen und elektrischen Kopplung kann die Komplexität des Ankoppelns reduzieren, da nach einer erfolgten mechanischen Kopplung kein weiterer Vorgang zur elektrischen Kopplung von Verbraucher und mobilem Energiespeicher nötig ist. Entsprechend kann auch die Komplexität eines Abkoppelns des mobilen Energiespeichers von dem Verbraucher reduziert sein. Insbesondere bei einem An- bzw. Abkoppeln des mobilen Energiespeichers an ein fahrendes, elektrisch angetriebenes Fahrzeug kann die Komplexität erheblich reduziert sein.
In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die Kopplungsvorrichtung des mobilen Energiespeichers ferner eingerichtet, sich autonom von der Kopplungsvorrichtung des Verbrauchers abzukoppeln, wenn der Ladestand der Speichervorrichtung des mobilen Energiespeichers einen ersten Schwellwert unterschreitet oder der Ladestand eines Energiespeichers des Verbrauchers einen zweiten Schwellwert übersteigt. Ein Abkoppeln nach unterschreiten eines ersten Schwellwerts durch den Ladezustand der Speichervorrichtung des mobilen Energiespeicher kann sicherstellen, dass ausreichend elektrische Restenergie in der Speichervorrichtung vorhanden ist, um den mobilen Energiespeicher zurück zu einer Ladestation zu bewegen. Der erste Schwellwert kann z.B. 30%, 25%, 20%, 15%, 10% oder 5% einer maximalen Kapazität der Speichervorrichtung des mobilen Energiespeichers sein. Ein Abkoppeln nach Überschreiten eines zweiten Schwellwerts durch den Ladezustand des Energiespeichers des Verbrauchers kann sicherstellen, dass der mobile Energiespeicher nicht unnötig lange mit dem Verbraucher gekoppelt bleibt und somit anderen Verbrauchern zu Verfügung gestellt werden kann. Der erste Schwellwert kann z.B. 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 99% oder 100% einer maximalen Kapazität des Energiespeichers des Verbrauchers sein. Ist der Verbraucher ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, kann somit beispielsweise ein unnötiges Mitführen des mobilen Energiespeichers vermieden werden. Dadurch kann beispielsweise eine Belastung des Elektromotors des Fahrzeugs und somit ein Energieverbrauch des Fahrzeugs gesenkt werden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die Antriebsvorrichtung nach dem Abkoppeln des mobilen Energiespeichers von dem Verbraucher ferner eingerichtet, den mobilen Energiespeicher basierend auf einer aktuellen Position des mobilen Energiespeichers entweder zu der Ladestation, von der sich der mobile Energiespeicher autonom zu dem von der Ladestation entfernten Ort bewegt hat, oder einer anderen Ladestation, die sich näher an der aktuellen Position des mobilen Energiespeichers befindet, autonom zu bewegen. Die aktuelle Position des mobilen Energiespeichers kann beispielsweise durch die Navigationsvorrichtung der Antriebsvorrichtung bestimmt werden. Die Antriebsvorrichtung erlaubt somit ein Bewegen des mobilen Energiespeichers zu einer nächstgelegenen Ladestation, wo der mobile Energiespeicher geladen und weiteren Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden kann. Eine Auslastung des mobilen Energiespeichers kann somit erhöht werden. Ebenso können lange Rückwege des mobilen Energiespeichers von dem Verbraucher zu der möglicherweise nunmehr weit entfernten ursprünglichen Ladestation vermieden werden.
In einigen Ausführungsbeispielen ist der mobile Energiespeicher ferner eingerichtet, von dem Verbraucher bereitgestellte (z.B. elektrische) Energie zu speichern. Der Transport von Energie ist somit nicht nur einseitig von der Ladestation zu dem Verbraucher möglich, sondern in beide Richtungen. Der mobile Energiespeicher kann somit z.B. im Rahmen sogenannter „Smart Grid“-Konzepte eingesetzt werden, um beispielsweise elektrische Energie zu abgestellten elektrisch angetriebenen Fahrzeugen zu transportieren, die als Zwischenspeicher genutzt werden. Bei einem Bedarf an elektrischer Energie kann die im Fahrzeug zwischengespeicherte Energie von dem mobilen Energiespeicher aufgenommen und über die Ladestation zurück in das Stromnetz gespeist werden. Daher ist die Ladestation in einigen Ausführungsbeispielen eingerichtet, elektrische Energie aus dem Stromnetz zu beziehen als auch elektrische Energie in das Stromnetz einzuspeisen. Die mobilen Energiespeicher können somit zum autonomen Energietransport im Rahmen von „Smart Grid“-Konzepten genutzt werden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist der Verbraucher ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Wie oben dargestellt, kann ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug durch den mobilen Energiespeicher bedarfsgerecht und dezentral mit (elektrischer) Energie versorgt werden.
In einigen Ausführungsbeispielen beruht das Anforderungssignal auf einer Eingabe eines Benutzers des Fahrzeugs oder einem durch das Fahrzeug errechneten Energiebedarf. Somit kann zum einen ein Benutzer des Fahrzeugs nach eigenen Wünschen (elektrische) Energie anfordern. Zum anderen kann das Fahrzeug selbsttätig (elektrische) Energie anfordern, um eine Betriebsbereitschaft des Fahrzeugs sicherzustellen. Das Fahrzeug kann dazu beispielsweise Zustandsdaten des Fahrzeugs auswerten. Als Zustandsdaten können z.B. eine Restladung des Energiespeichers des Fahrzeugs, ein momentaner Energieverbrauch, ein durchschnittlicher Energieverbrauch, eine eingegebene Zielposition in einer Navigationsvorrichtung oder Informationen bzw. ein Profil des Fahrers verwendet werden. Alternativ oder ergänzend können auch weitere Daten von Fahrzeugnutzern verwendet werden. Beispielsweise können Kalendereinträge von einem mobilen Kommunikationsgerät des Fahrzeugnutzers abgerufen und ausgewertet werden. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung können die Daten an einen zentralen Auswerteknoten gesendet werden, der ein Analyseergebnis an das Fahrzeug übermittelt. Auf Basis des Analyseergebnisses kann das Fahrzeug ein Anforderungssignal aussenden.
Die Erfindung umfasst in einem weiteren Aspekt ein Verfahren zum Bereitstellen von Energie für einen Verbraucher (z.B. ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Bauwerk) mittels eines mobilen Energiespeichers. Das Verfahren umfasst ein Empfangen eines Anforderungssignals des Verbrauchers durch den mobilen Energiespeicher. Dabei beinhaltet das Anforderungssignal zumindest Informationen über einen von einer Ladestation für den mobilen Energiespeicher entfernten Ort. Dem mobilen Energiespeicher wird somit ein Ort des tatsächlichen Energiebedarfs angezeigt. Bei dem entfernten Ort kann es sich z.B. um den Aufenthaltsort eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs handeln oder um die Position eines sonstigen Verbrauchers. Weiterhin umfasst das Verfahren, basierend auf dem Anforderungssignal, ein autonomes Bewegen des mobilen Energiespeichers im öffentlichen Verkehr von der Ladestation zu dem von der Ladestation entfernten Ort. Somit wird der mobile Energiespeicher zu dem Ort des tatsächlichen Energiebedarfs bewegt, um dort die benötigte (z.B. elektrische) Energie bereitzustellen. Durch das autonome Bewegen im öffentlichen Verkehr ist kein weiteres externes Eingreifen bzw. Tätigwerden für den Energietransport vonnöten.
Einem Benutzer eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (als Beispiel eines Verbrauchers) kann somit das Aufsuchen einer Ladestation, einer Wechselstation, einer Relaisstation etc. erspart werden, da der mobile Energiespeicher an dem Ort, an dem tatsächlich (z.B. elektrische) Energie benötigt wird, bereitgestellt wird. Somit kann ein Benutzer z.B. einen Umweg vermeiden, wenn sich entlang einer gewünschten Fahrtstrecke keine Ladestation, Wechselstation, Relaisstation etc. befindet. Auch für sonstige Verbraucher kann Energie an einem Ort des tatsächlichen Verbrauchs bereitgestellt werden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung umfasst das Verfahren ferner ein autonomes Koppeln des mobilen Energiespeichers mit dem Verbraucher an dem von der Ladestation entfernten Ort und ein Abgeben von Energie an den Verbraucher durch den mobilen elektrischen Energiespeicher. Die autonome Kopplung des mobilen Energiespeichers mit dem Verbraucher kann einen Komfort für einen Benutzer bzw. Verantwortlichen für den Verbraucher erhöhen. So können auch technisch weniger begabte Benutzer den mobilen Energiespeicher nutzen, da ein Tätigwerden ihrerseits für die Kopplung nicht nötig ist. Ist der Verbraucher beispielsweise ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, kann das autonome Koppeln ein Koppeln von Fahrzeug und mobilem Energiespeicher während der Fahrt des Fahrzeugs ermöglichen. Das Abgeben der Energie an den Verbraucher kann z.B. in Form eines Abgebens von elektrischer Energie an den Verbraucher als auch in Form eines Abgebens eines energietragenden Mediums (z.B. Wasserstoff) erfolgen. Somit kann für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit Akkumulator als auch für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit Brennstoffzelle bedarfsgerecht Energie bereitgestellt werden.
In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung umfasst das Verfahren ferner ein autonomes Abkoppeln des mobilen Energiespeichers von dem Verbraucher, wenn der Ladestand des mobilen Energiespeichers einen ersten Schwellwert unterschreitet oder der Ladestand eines Energiespeichers des Verbrauchers einen zweiten Schwellwert übersteigt. Weiterhin umfasst das Verfahren ein autonomes Bewegen des mobilen Energiespeichers zu entweder der Ladestation, von der sich der mobile Energiespeicher autonom zu dem von der Ladestation entfernten Ort bewegt hat, oder zu einer anderen Ladestation, die sich näher an einer aktuellen Position des mobilen Energiespeichers befindet, basierend auf der aktuellen Position des mobilen Energiespeichers. Ein Abkoppeln nach Unterschreiten eines ersten Schwellwerts durch den Ladezustand des mobilen Energiespeichers kann sicherstellen, dass ausreichend elektrische Restenergie in dem mobilen Energiespeicher vorhanden ist, um den mobilen Energiespeicher zurück zu einer Ladestation zu bewegen. Der erste Schwellwert kann z.B. 30%, 25%, 20%, 15%, 10% oder 5% einer maximalen Kapazität des mobilen Energiespeichers sein. Ein Abkoppeln nach Überschreiten eines zweiten Schwellwerts durch den Ladezustand des Energiespeichers des Verbrauchers kann sicherstellen, dass der mobile Energiespeicher nicht unnötig lange mit dem Verbraucher gekoppelt bleibt und somit anderen Verbrauchern zu Verfügung gestellt werden kann. Der erste Schwellwert kann z.B. 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 99% oder 100% einer maximalen Kapazität des Energiespeichers des Verbrauchers sein. Ist der Verbraucher ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, kann somit beispielsweise ein unnötiges Mitführen des mobilen Energiespeichers vermieden werden. Dadurch kann beispielsweise eine Belastung des Elektromotors des Fahrzeugs und somit ein Energieverbrauch des Fahrzeugs gesenkt werden. Das Bewegen des mobilen Energiespeichers zu der nächstgelegenen Ladestation kann ein umgehendes Laden des mobilen Energiespeichers sowie Bereitstellen für weitere Verbraucher ermöglichen. Eine Auslastung des mobilen Energiespeichers kann somit erhöht werden. Ebenso können lange Rückwege des mobilen Energiespeichers von dem Verbraucher zu der möglicherweise nunmehr weit entfernten ursprünglichen Ladestation vermieden werden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung umfasst das autonome Bewegen des mobilen Energiespeichers zu entweder der Ladestation oder der anderen Ladestation ein Bestimmen, ob der Ladestand des mobilen Energiespeichers einen dritten Schwellwert unterschreitet, der die benötigte elektrische Energie anzeigt, um entweder zu der Ladestation oder der anderen Ladestation zu gelangen. Der dritte Schwellwert kann dabei z.B. kleiner als der zweite Schwellwert sein. Falls der dritte Schwellwert unterschritten ist, umfasst das Verfahren ein autonomes Koppeln des mobilen Energiespeichers mit einem zweiten Verbraucher, der eine vorbestimmte maximale Entfernung zu einem von dem mobilen Energiespeicher bestimmten Rückweg von dem Verbraucher zu entweder der Ladestation oder der anderen Ladestation aufweist. Zudem umfasst das Verfahren ferner ein Speichern der von dem zweiten Verbraucher bereitgestellten Energie, bis der Ladestand des mobilen Energiespeichers den dritten Schwellwert überschreitet, sowie ein autonomes Abkoppeln des mobilen Energiespeichers von dem zweiten Verbraucher. Ferner umfasst das Verfahren ein autonomes Bewegen des mobilen Energiespeichers von dem zweiten Verbraucher zu entweder der Ladestation oder der anderen Ladestation. Das Prüfen, ob der dritte Schwellwert unterschritten ist, kann sicherstellen, dass der mobile Energiespeicher ausreichend Energie beinhaltet, um zu einer Ladestation zurückzukehren. Wird festgestellt, dass dies nicht der Fall, nutzt der mobile Energiespeicher den zweiten Verbraucher (z.B. ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug) entlang des geplanten Rückwegs als Energiequelle. Somit kann der mobile Energiespeicher soweit geladen werden, dass die Rückkehr zur Ladestation sichergestellt werden kann. Ein Liegenbleiben des mobilen Energiespeichers und somit dessen Ausfall kann dadurch vermieden werden.
In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin ein Notfallladen eines energiebedürftigen Verbrauchers. Dazu umfasst das Verfahren ein Empfangen eines Notrufsignals eines zweiten Verbrauchers durch den mobilen Energiespeicher, wobei das Notrufsignal Informationen über einen Energiebedarf des zweiten Verbrauchers und Informationen über eine aktuelle Position des zweiten Verbrauchers beinhaltet. Durch das Notrufsignal kann der zweite Verbraucher signalisieren, dass er dringend bzw. umgehend (z.B. elektrische) Energie benötigt. Beispielsweise kann so ein aufgrund Energiemangels liegengebliebenes elektrisch angetriebenes Fahrzeug signalisieren, dass es dringend elektrische Energie benötigt. Das Verfahren umfasst weiterhin ein autonomes Abkoppeln des mobilen Energiespeichers von dem Verbraucher, ein autonomes Bewegen des mobilen Energiespeichers von dem Verbraucher zu dem zweiten Verbraucher sowie ein autonomes Koppeln des mobilen Energiespeichers mit dem zweiten Verbraucher. Durch das Abkoppeln des mobilen Energiespeichers vom Verbraucher und das Bewegen des mobilen Energiespeichers zu dem zweiten, bedürftigen Verbraucher kann diesem die dringend benötigte Energie bereitgestellt werden. Deshalb umfasst das Verfahren weiterhin ein Abgeben der in den Informationen über den Energiebedarf des zweiten Verbrauchers spezifizierten Menge an Energie an den zweiten Verbraucher durch den mobilen Energiespeicher. Der zweite Verbraucher kann dadurch mit ausreichend Energie versorgt werden, um den Betrieb weiterzuführen. Beispielsweise kann einem liegengebliebenen elektrisch angetriebenen Fahrzeug ausreichend elektrische Energie zugeführt werden, so dass dieses anschließend den Weg bis zu der nächsten Ladestation zurücklegen kann. Ferner umfasst das Verfahren ein autonomes Abkoppeln des mobilen Energiespeichers von dem zweiten Verbraucher, ein autonomes Bewegen des mobilen Energiespeichers von dem zweiten Verbraucher zu dem Verbraucher und ein autonomes Koppeln des mobilen Energiespeichers mit dem Verbraucher. Dadurch kann der ursprünglich den mobilen Energiespeicher anfordernde Verbraucher weiter mit Energie versorgt werden.
In einigen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Verbraucher ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Auf diese Weise kann dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug sowohl im Stand als auch während der Fahrt Energie bereitgestellt werden, ohne dass dafür eine Ladestation aufgesucht werden muss. Somit kann u.a. bei einer längeren Fahrtstrecke ein Umweg zu einer Ladestation und somit auch eine längere Fahrtzeit vermieden werden. Ein Komfort eines Benutzers des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs kann dadurch erhöht werden.
In einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Aufteilen einer Mehrzahl der obigen, mobilen Energiespeicher auf eine erste Ladestation und eine zweite Ladestation für die Mehrzahl an mobilen Energiespeichern. Dabei umfasst das Verfahren ein Bestimmen eines ersten Bedarfs an (z.B. elektrischer) Energie in einem ersten Bereich, der der ersten Ladestation zugeordnet ist, sowie ein Bestimmen eines zweiten Bedarfs an (z.B. elektrischer) Energie in einem zweiten Bereich, der der zweiten Ladestation zugeordnet ist. Somit kann ein Energiebedarf für beide Ladestationen bestimmt werden. Ferner umfasst das Verfahren ein Vergleichen des ersten Bedarfs mit der Energie, die durch den der ersten Ladestation zugeordneten Anteil der Mehrzahl an mobilen Energiespeichern bereitgestellt ist, sowie ein Vergleichen des zweiten Bedarfs mit der Energie, die durch den der zweiten Ladestation zugeordneten Anteil der Mehrzahl an mobilen Energiespeichern bereitgestellt ist. Somit können fehlende bzw. überschüssige Speicherkapazitäten an den beiden Ladestationen festgestellt werden, die in einem weiteren Schritt ausgeglichen bzw. geändert werden können durch ein autonomes Bewegen zumindest eines mobilen Energiespeichers aus dem der ersten Ladestation zugeordneten Anteil der Mehrzahl an mobilen Energiespeichern zu der zweiten Ladestation oder ein autonomes Bewegen zumindest eines mobilen Energiespeichers aus dem der zweiten Ladestation zugeordneten Anteil der Mehrzahl an mobilen Energiespeichern zu der ersten Ladestation auf Basis der Vergleiche. Somit kann an beiden Ladestationen eine bedarfsangepasste Anzahl an mobilen Energiespeichern vorgehalten werden. Ein Mangel an zur Verfügung stehenden mobilen Energiespeichern an einer der Ladestationen kann somit verhindert werden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird der erste Bedarf an Energie und / oder der zweite Bedarf an Energie auf Basis von Nutzungsdaten einer Mehrzahl an überwachten, elektrisch angetriebenen Fahrzeugen bestimmt, die mit den mobilen Energiespeichern koppelbar sind. Der Bedarf an (z.B. elektrischer) Energie durch elektrisch angetriebene Fahrzeuge ist gewöhnlich der am stärksten fluktuierende Anteil am Energiebedarf im ersten Bereich bzw. im zweiten Bereich. Entsprechend kann die Bestimmung des ersten Bedarfs an Energie bzw. die des zweiten Bedarfs an Energie auf Basis der Nutzungsdaten der Fahrzeuge eine adäquate bzw. präzise Prädiktion des Energiebedarfs im jeweiligen Bereich erlauben, um so einen Mangel an zur Verfügung stehenden mobilen Energiespeichern an einer der Ladestationen zu verhindern.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend, Bezug nehmend auf die beigefügten Figuren, näher erläutert. Es zeigen:
1 zeigt ein Anwendungsszenario für einen mobilen Energiespeicher, bei dem der Verbraucher ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug ist;
2 zeigt ein Anwendungsszenario für einen mobilen Energiespeicher, bei dem der Verbraucher ein Bauwerk ist;
3 zeigt ein Flussdiagram eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bereitstellen von Energie für einen Verbraucher mittels eines mobilen Energiespeichers; und
4 zeigt ein Flussdiagram eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Aufteilen einer Mehrzahl an mobilen Energiespeichern auf eine erste Ladestation und eine zweite Ladestation.
Bei dem in der 1 gezeigten Anwendungsszenario wird ein mobiler Energiespeicher 100 verwendet, um ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 140 mit elektrischer Energie zu versorgen. Der mobile Energiespeicher 100 ist dabei als ein Energiespeicher für elektrische Energie ausgebildet.
Der mobile Energiespeicher 100 befindet sich initial an einer Ladestation 110, wo er über eine Kopplungsvorrichtung 107 mit einer entsprechenden Kopplungsvorrichtung 130 der Ladestation 110 gekoppelt ist. Auf diese Weise kann ein Akkumulator 101 des mobilen Energiespeichers 100 mit elektrischer Energie geladen werden. Dazu ist die Ladestation 110 mit einer Energieversorgung 120 verbunden, bei der es sich beispielsweise um das Stromnetz oder auch eine regenerative Energieerzeugungsanlage (z.B. Windkraftanlage oder Photovoltaikanlage) handeln kann.
Benötigt das elektrisch angetriebene Fahrzeug 140 elektrische Energie, sendet es über den Kommunikationskanal 180 ein Anforderungssignal, das zumindest Informationen über den von der Ladestation 110 verschiedenen (momentanen oder zukünftigen) Aufenthaltsort des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 beinhaltet. Der Kommunikationskanal 180 kann beispielsweise durch ein zelluläres Kommunikationsnetzwerk gebildet sein. Der Kommunikationskanal 180 kann zudem intermediäre Elemente beinhalten, die beispielsweise das Anforderungssignal 180 prozessieren bzw. vorauswerten (wie etwa einen zentralen Knoten, der das Anforderungssignal gemäß festgelegter Kriterien an eine bestimmte Ladestation weiterleitet bei einer Mehrzahl an Ladestationen).
Der mobile Energiespeicher 100 weist eine Empfangsvorrichtung 102 auf, um das Anforderungssignal des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 von der Ladestation 110 zu empfangen. Dazu ist ein Kommunikationskanal 160 zwischen der Ladestation 110 und dem mobilen Energiespeicher 100 gebildet. Bei dem Kommunikationskanal 160 kann es sich beispielsweise um ein Wireless Local Area Network (WLAN) handeln, falls sich der mobile Energiespeicher 100 in der Nähe der Ladestation 110 befindet. Weiterhin kann der Kommunikationskanal 160 auch durch ein zelluläres Kommunikationsnetzwerk gebildet sein, insbesondere bei größeren Abständen zwischen Ladestation 110 und mobilem Energiespeicher 100.
Ferner umfasst der mobile Energiespeicher 100 eine Antriebsvorrichtung, um sich autonom im öffentlichen Verkehr bewegen zu können. Die Antriebsvorrichtung umfasst dabei eine Navigationsvorrichtung 109 zur Positionsbestimmung sowie zumindest ein Sensorelement 104, um andere Verkehrsteilnehmer zu erfassen. Bei dem Sensorelement 104 kann es sich beispielsweise um einen Infrarotsensor, einen optischen Sensor oder ein Radar handeln. Die Daten der Navigationsvorrichtung 109, des Sensorelements 104 als auch die Ortsinformationen des empfangenen Anforderungssignals werden von einer Steuervorrichtung 105 verarbeitet, so dass diese die Räder 108 des mobilen Energiespeichers 100 steuern kann. Entsprechend legt der mobile Energiespeicher 100 im öffentlichen Verkehr die Fahrtstrecke 190 von der Ladestation 110 zu der im Anforderungssignal angegebenen Position des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 zurück. Bei der im Anforderungssignal angegebenen Position des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 kann es sich um die momentane Position des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 als auch um eine zukünftige, prädizierte Position des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 handeln. Entsprechend kann der mobile Energiespeicher 100 beispielsweise zu einem abgestellten Fahrzeug 140 navigieren oder zu einem Punkt entlang einer geplanten Fahrtstrecke des Fahrzeugs 140.
Befindet sich der mobile Energiespeicher 100 in der Nähe der im Anforderungssignal angegebenen Position oder an der im Anforderungssignal angegebenen Position, kommuniziert dieser über die Kommunikationseinrichtung 103 mit dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug 140. Beispielsweise kann der mobile Energiespeicher 100 zunächst Identifikationsinformationen aussenden, um ein Pairen, d.h. den Aufbau eines Kommunikationskanals 170, mit dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug 140 anzustoßen. Über den Kommunikationskanal 170, der z.B. über ein zellulares Netzwerk oder auch ein WLAN im Nahbereich realisiert werden kann, können gegenseitig Identifikationsinformationen als auch Informationen bezüglich der Kopplung des mobilen Energiespeichers 100 mit dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug 140 mit diesem ausgetauscht werden. Insbesondere bei einer beabsichtigen Kopplung während der Fahrt des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 kann ein kontinuierlicher Datenaustausch nötig sein, um beispielsweise Anweisungen für einen Fahrer des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 oder Informationen zum Initialisieren bzw. Durchführen eines Kopplungsmodus im elektrisch angetriebenen Fahrzeug 140 zu übermitteln bzw. zu empfangen.
Zur Durchführung der Kopplung mit dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug 140 umfasst der mobile elektrische Energiespeicher 100 ein zweites Sensorelement 104 (z.B. ein optischer Sensor), der eine erste Relativposition der Kopplungsvorrichtung 107 des mobilen Energiespeichers 100 zu einer Kopplungsvorrichtung 142 des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 bestimmt. Auf Basis der ersten Relativposition bestimmt die Steuervorrichtung 105 eine Bahnkurve, die abzufahren ist, um den mobilen Energiespeicher 100 in eine zweite Relativposition bezüglich des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 zu bewegen, die eine Kopplung der Kopplungsvorrichtung 107 mit der Kopplungsvorrichtung 142 erlaubt. Befindet sich der mobile Energiespeicher 100 in der zweiten Relativposition bezüglich des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140, koppelt der mobile Energiespeicher 100 die Kopplungsvorrichtung 107 autonom an die Kopplungsvorrichtung 142 des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140. Die Kopplung umfasst dabei eine mechanische als auch eine elektrische Kopplung.
Nach der Kopplung wird von dem Akkumulator 101 des mobilen Energiespeichers 100 elektrische Energie zu der Speichervorrichtung 141 (z.B. Akkumulator) des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 übertragen. Somit kann das elektrisch angetriebene Fahrzeug 140 mit elektrischer Energie versorgt werden. In umgekehrter Weise kann auch elektrische Energie von der Speichervorrichtung 141 zu dem Akkumulator 101 übertragen werden. Somit kann das elektrisch angetriebene Fahrzeug 140 – beispielsweise während es abgestellt ist – auch als Zwischenspeicher für elektrische Energie genutzt werden.
Im Rahmen eines gewöhnlichen Ladevorgangs des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 koppelt der mobile Energiespeicher 100 seine Kopplungsvorrichtung 107 autonom von der Kopplungsvorrichtung 142 des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 ab, wenn der Ladestand des Akkumulators 101 des mobilen Energiespeichers 100 einen ersten Schwellwert unterschreitet oder der Ladestand des Energiespeichers 141 des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 einen zweiten Schwellwert übersteigt. Somit kann sichergestellt werden, dass im Akkumulator 101 des mobilen Energiespeichers 100 ausreichend Energie verbleibt, um zu einer Ladestation zurückzukehren. Auch kann damit sichergestellt werden, dass, nach erfolgter Ladung des Energiespeichers 141 des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140, der mobile Energiespeicher 100 nicht länger von dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug 140 mitgeführt werden muss. Weiterhin kann eine definierte Ladung des Energiespeichers 141 sichergestellt werden. So kann der Energiespeicher 141 z.B. auf einen bestimmten, gewünschten Ladestand gebracht werden, der z.B. vorteilhaft für eine verbesserte Lebensdauer des Energiespeichers 141 ist. Natürlich kann sich der mobile Energiespeicher 100 auch auf Befehl eines Benutzers des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 abkoppeln. Beispielsweise kann der Benutzer einen entsprechenden Befehl in ein Bedienfeld des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 140 eingeben (z.B. einen entsprechenden Menüpunkt im Infotainment-System des Fahrzeugs auswählen), der über den Kommunikationskanal 170 an den mobilen Energiespeicher 100 übermittelt und von diesem umgesetzt wird.
Nach dem Abkoppeln des mobilen Energiespeichers 100 von dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug 140 bewegt sich dieser autonom entweder zu der Ladestation 110, von der sich der mobile elektrische Energiespeicher 100 autonom zu dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug 140 bewegt hat, oder zu einer zweiten (nicht gezeigten) Ladestation, die sich näher an der aktuellen Position des mobilen Energiespeichers 100 befindet. Dazu kann die Navigationsvorrichtung 109 der Antriebsvorrichtung aktuelle Positionsdaten (und optional eine Fahrtstrecke) bestimmen und diese der Steuervorrichtung 105 zur Verfügung stellen. Die Steuervorrichtung 105 wiederum setzt diese in Steuerbefehle für die Räder 108 des mobilen Energiespeichers 100 um. Somit kann der mobile Energiespeicher 100 autonom zu einer nächstgelegenen Ladestation bewegt werden, so dass unnötige (evtl. lange) Wege im öffentlichen Verkehr vermieden werden können.
Falls sich im Akkumulator 101 nicht ausreichend elektrische Energie befindet, um von dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug 140 zu einer Ladestation (z.B. der Ladestation 110) zurückzukehren, kann der mobile Energiespeicher 100 auf dem Weg befindliche elektrisch angetriebene Fahrzeuge (aber auch weitere Verbraucher) als Energiequelle nutzen. Dazu bestimmt der mobile Energiespeicher 100 zunächst, ob der Ladestand des Akkumulators 101 einen dritten Schwellwert unterschreitet. Der dritte Schwellwert zeigt dabei die benötigte elektrische Energie an, um zu der bestimmten Ladestation zu gelangen. Ist dies der Fall, koppelt der mobile Energiespeicher 100 autonom mit einem weiteren (zweiten) Verbraucher (z.B. einem weiteren elektrisch angetriebenen Fahrzeug). Der zweite Verbraucher weist dabei eine vorbestimmte maximale Entfernung zu einem von dem mobilen Energiespeicher 100 bestimmten Rückweg von dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug 140 zu der Ladestation auf. Mit anderen Worten: Der zweite Verbraucher, der dem mobilen Energiespeicher 100 als Energiequelle dient, befindet sich im wesentlich entlang des Rückwegs des mobilen Energiespeichers 100 zu der Ladestation. Nach dem Koppeln mit dem zweiten Verbraucher speichert der mobile Energiespeicher 100 von dem zweiten Verbraucher bereitgestellte elektrische Energie, bis der Ladestand des Akkumulators 101 des mobilen Energiespeichers 100 zumindest den dritten Schwellwert überschreitet. Beispielsweise kann der dritte Schwellwert auch um 5%, 10% oder 15% überschritten werden, um eine Energiereserve vorzuhalten. Nach dem Speichervorgang erfolgen ein autonomes Abkoppeln des mobilen Energiespeichers 100 von dem zweiten Verbraucher und ein autonomes Bewegen des mobilen Energiespeichers 100 von dem zweiten Verbraucher zu der bestimmten Ladestation. Mit anderen Worten: Der mobile Energiespeicher 100 setzt seinen Rückweg zu der Ladestation fort.
Bei dem in der 1 dargestellten Anwendungsszenario ist der mobile Energiespeicher 100 als ein Energiespeicher für elektrische Energie ausgebildet. Entsprechend könnte der mobile Energiespeicher 100 auch als ein Energiespeicher für ein energietragendes Medium (z.B. Wasserstoff) ausgebildet sein, um etwa ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit Brennstoffzellentechnologie mit Energie zu versorgen. Statt des Akkumulators 101 kann der mobile Energiespeicher 100 dafür z.B. einen Tank für das energietragende Medium aufweisen. Zudem kann die Ladestation 110 eingerichtet sein, das energietragende Medium zu erzeugen. So kann z.B. die Ladestation 110 eingerichtet sein, Wasserstoff mittels Elektrolyse aus Wasser zu erzeugen. Die dafür notwendige elektrische Energie kann beispielsweise durch die Energieversorgung 120 in Form von regenerativer Energie bereitgestellt werden.
In der 2 ist ein weiteres Anwendungsszenario gezeigt, nämlich die Versorgung eines Bauwerks 200 mit elektrische Energie mittels eines mobilen Energiespeichers 100. Der grundlegende Aufbau des in der 2 gezeigten Szenarios ist ähnlich zu dem in der 1 gezeigten Szenario, so dass nachfolgend nur die Unterschiede der beiden Anwendungsszenarien aufgezeigt werden.
Über einen Kommunikationskanal 230 wird von dem Bauwerk ein Anforderungssignal an die Ladestation 110 gesendet. Das Anforderungssignal kann beispielsweise manuell von einem Benutzer des Bauwerks 200 oder auch automatisch von einer Steuerung im Bauwerk 200 (z.B. als Teil einer Hausautomation) veranlasst werden. Alternativ kann das Anforderungssignal z.B. auch von einem Benutzer über eine Applikation auf einem mobilen Kommunikationsgerät (z.B. Smartphone oder Tablet-Computer) oder eine entsprechende Eingabe auf einer Internetseite ausgelöst werden. Der mobile Energiespeicher 100 bewegt sich dann wiederum autonom über die Fahrtstrecke 190 zu dem Bauwerk 200 und koppelt dort autonom mit der Kopplungsvorrichtung 202 des Bauwerks. Die Kommunikation zwischen dem mobilen Energiespeicher 100 und dem Bauwerk 200 erfolgt dabei über den Kommunikationskanal 220, der z.B. über ein zellulares Kommunikationsnetz oder auch lokal über ein WLAN realisiert sein kann. Über die Kopplung 210 zwischen dem mobilen Energiespeicher 100 und dem Bauwerk 200 kann dem Bauwerk 200 elektrische Energie bereitgestellt werden. Mit dem mobilen Energiespeicher 100 können daher z.B. Bauwerke in entlegenen Gebieten mit elektrischer Energie versorgt werden, ohne dass ein Anschluss des Bauwerks an das Stromnetz notwendig ist. Weiterhin können z.B. temporäre Bauwerke, wie etwa Zelte oder (Bau- bzw. Wohn-) Container, mit elektrischer Energie versorgt werden, ohne dass ein kostenintensiver Anschluss an das örtliche Stromnetz nötig ist.
In der 3 ist ein Flussdiagram eines Verfahrens 300 zum Bereitstellen von Energie für einen Verbraucher (z.B. ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Bauwerk) mittels eines erfindungsgemäßen mobilen Energiespeichers gezeigt. Das Verfahren 300 umfasst ein Empfangen 302 eines Anforderungssignals des Verbrauchers durch den mobilen Energiespeicher. Das Anforderungssignal beinhaltet dabei zumindest Informationen über einen von einer Ladestation für den mobilen Energiespeicher entfernten Ort (z.B. einen momentanen oder zukünftigen Aufenthaltsort des Verbrauchers). Ferner umfasst das Verfahren 300 ein autonomes Bewegen 304 des mobilen Energiespeichers im öffentlichen Verkehr von der Ladestation zu dem von der Ladestation entfernten Ort basierend auf dem Anforderungssignal.
Mit dem Verfahren 300 kann einem Verbraucher über den mobilen Energiespeicher an einem tatsächlichen Ort des Energiebedarfs (z.B. elektrische) Energie bereitgestellt werden. Ist der Verbraucher z.B. ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, kann somit ein Aufsuchen einer Ladestation durch das Fahrzeug selbst vermieden werden. Einem Benutzer des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs kann somit die Fahrt zu der Ladestation erspart werden. Somit kann ein Komfort für den Benutzer erhöht werden.
4 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens 400 zum Aufteilen einer Mehrzahl an erfindungsgemäßen mobilen Energiespeichern auf eine erste Ladestation und eine zweite Ladestation. Dabei umfasst das Verfahren 400 ein Bestimmen 402 eines ersten Bedarfs an Energie in einem ersten Bereich, der der ersten Ladestation zugeordnet ist, sowie ein Bestimmen 404 eines zweiten Bedarfs an Energie in einem zweiten Bereich, der der zweiten Ladestation zugeordnet ist. Der erste Bedarf an Energie und / oder der zweite Bedarf an Energie kann z.B. auf Basis von Nutzungsdaten einer Mehrzahl an überwachten, elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, die mit den mobilen elektrischen Energiespeichern koppelbar sind, bestimmt werden. Dabei wird angenommen, dass es im ersten Bereich bzw. im zweiten Bereich einen Grundbedarf an zu transportierender Energie gibt (z.B. durch im jeweiligen Bereich befindliche Bauwerke) und der Energiebedarf durch im jeweiligen Bereich verkehrende Fahrzeuge die dominierende Fluktuation des Energiebedarfs darstellt.
Das Verfahren 400 umfasst ferner ein Vergleichen 406 des ersten Bedarfs mit der Energie, die durch den der ersten Ladestation zugeordneten Anteil der Mehrzahl an mobilen Energiespeichern bereitgestellt ist, sowie ein Vergleichen 408 des zweiten Bedarfs mit der Energie, die durch den der zweiten Ladestation zugeordneten Anteil der Mehrzahl an mobilen Energiespeichern bereitgestellt ist. Mit anderen Worten: der Energiebedarf im jeweiligen Bereich wird mit der (durch die mobilen Energiespeicher) zum Transport zur Verfügung stehenden Energie an der jeweiligen Ladestation verglichen.
Auf Basis der Vergleiche erfolgt dann ein autonomes Bewegen 410 zumindest eines mobilen Energiespeichers aus dem der ersten Ladestation zugeordneten Anteil der Mehrzahl an mobilen Energiespeichern zu der zweiten Ladestation oder ein autonomes Bewegen zumindest eines mobilen Energiespeichers aus dem der zweiten Ladestation zugeordneten Anteil der Mehrzahl an mobilen Energiespeichern zu der ersten Ladestation. Mit anderen Worten: Die an der jeweiligen Ladestation (durch die mobilen Energiespeicher) zum Transport zur Verfügung stehende Energie wird an den prognostizierten Bedarf angepasst. Das in der 4 gezeigte Verfahren 400 erlaubt daher eine bedarfsangepasste Bereitstellung der Mehrzahl an mobilen Energiespeichern an den beiden Ladestationen. Ein Mangel an zur Verfügung stehenden mobilen Energiespeichern an einer der Ladestation kann somit vermieden werden.
Bezugszeichenliste

100: mobiler Energiespeicher
101: Akkumulator des mobilen Energiespeichers
102: Empfangsvorrichtung
103: Kommunikationsvorrichtung
104: Sensorelement
105: Steuervorrichtung
106: zweites Sensorelement
107: Kopplungsvorrichtung des mobilen Energiespeichers
108: Rad des mobilen Energiespeichers
109: Navigationsvorrichtung
110: Ladestation
120: Energieversorgung der Ladestation
130: Kopplungsvorrichtung der Ladestation
140: elektrisch angetriebenes Fahrzeug
141: Energiespeicher des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs
142: Kopplungsvorrichtung des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs
150: Kopplung mobiler Energiespeicher – Fahrzeug
160: Kommunikationskanal Ladestation – mobiler Energiespeicher
170: Kommunikationskanal mobiler Energiespeicher – Fahrzeug
180: Kommunikationskanal Fahrzeug – Ladestation
190: Fahrtstrecke des mobilen Energiespeichers
200: Bauwerk
201: Energiespeicher des Bauwerks
202: Kopplungsvorrichtung des Bauwerks
210: Kopplung mobiler Energiespeicher – Bauwerk
220: Kommunikationskanal mobiler Energiespeicher – Bauwerk
230: Kommunikationskanal Bauwerk – Ladestation

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 102012015099 A1 [0005]
DE 102012016234 A1 [0006, 0006]
DE 102010035299 A1 [0007]

Claims

Mobiler Energiespeicher (100), der Folgendes umfasst: eine Speichervorrichtung (101), die eingerichtet ist, gespeicherte Energie an einen Verbraucher abzugeben; eine Empfangsvorrichtung (102), die eingerichtet ist, ein Anforderungssignal des Verbrauchers (140, 200) zu empfangen, wobei das Anforderungssignal zumindest Informationen über einen von einer Ladestation (110) für den mobilen Energiespeicher (100) entfernten Ort beinhaltet; und eine Antriebsvorrichtung, die eingerichtet ist, den mobilen Energiespeicher (100) basierend auf dem Anforderungssignal im öffentlichen Verkehr autonom von der Ladestation (110) zu dem von der Ladestation entfernten Ort zu bewegen.
Mobiler Energiespeicher nach Anspruch 1, wobei die Empfangsvorrichtung (102) eingerichtet ist, das Anforderungssignal des Verbrauchers von der Ladestation (110) zu empfangen.
Mobiler Energiespeicher nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der von der Ladestation entfernte Ort eine momentane Position des Verbrauchers (140, 200) oder eine prädizierte, zukünftige Position des Verbrauchers (140) ist.
Mobiler Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Antriebsvorrichtung zumindest Folgendes umfasst: eine Navigationsvorrichtung (109), die eingerichtet ist, eine momentane Position des mobilen Energiespeichers (100) zu bestimmen; ein Sensorelement (104), das eingerichtet ist, andere Verkehrsteilnehmer zu erfassen; und eine Steuervorrichtung (105), die eingerichtet ist, Räder (108) des mobilen Energiespeichers (100) basierend auf Informationen des Sensorelements (104) über andere Verkehrsteilnehmer, der momentanen Position des mobilen Energiespeichers (100) sowie dem Anforderungssignal des Verbrauchers (140, 200) zu steuern.
Mobiler Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mobile Energiespeicher ferner eine Kommunikationsvorrichtung (103) umfasst, die eingerichtet ist, Identifikationsinformationen des mobilen Energiespeichers (100) an den Verbraucher (140, 200) zu senden, Identifikationsinformationen des Verbrauchers (140, 200) von diesem zu empfangen und Informationen bezüglich der Kopplung des mobilen Energiespeichers (100) mit dem Verbraucher (140, 200) mit diesem auszutauschen.
Mobiler Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mobile Energiespeicher (100) ferner ein zweites Sensorelement (106) umfasst, das eingerichtet ist, eine erste Relativposition einer Kopplungsvorrichtung (107) des mobilen Energiespeichers (107) zu einer Kopplungsvorrichtung (142, 202) des Verbrauchers (140, 200) zu bestimmen, wobei die Antriebsvorrichtung ferner eingerichtet ist, den mobilen Energiespeicher (100) basierend auf der ersten Relativposition in eine zweite Relativposition bezüglich des Verbrauchers zu bewegen, die eine Kopplung der Kopplungsvorrichtung (107) des Energiespeichers (100) mit der Kopplungsvorrichtung (142, 202) des Verbrauchers (140, 200) erlaubt, und wobei der mobile Energiespeicher (100) eingerichtet ist, autonom an die Kopplungsvorrichtung (142, 202) des Verbrauchers (140, 200) zu koppeln, wenn sich der mobile Energiespeicher (100) in der zweiten Relativposition bezüglich des Verbrauchers (140, 200) befindet.
Mobiler Energiespeicher nach Anspruch 6, wobei die Kopplungsvorrichtung (107) des mobilen Energiespeichers (100) ferner eingerichtet ist, sich autonom von der Kopplungsvorrichtung (142, 202) des Verbrauchers (140, 200) abzukoppeln, wenn der Ladestand der Speichervorrichtung des mobilen Energiespeichers einen ersten Schwellwert unterschreitet oder der Ladestand eines Energiespeichers (141, 201) des Verbrauchers (140, 200) einen zweiten Schwellwert übersteigt.
Mobiler Energiespeicher nach Anspruch 7, wobei die Antriebsvorrichtung nach dem Abkoppeln des mobilen Energiespeichers (100) von dem Verbraucher (140, 200) ferner eingerichtet ist, den mobilen Energiespeicher (100) basierend auf einer aktuellen Position des mobilen Energiespeichers (100) entweder zu der Ladestation (110), von der sich der mobile Energiespeicher (100) autonom zu dem von der Ladestation (110) entfernten Ort bewegt hat, oder einer anderen Ladestation, die sich näher an der aktuellen Position des mobilen Energiespeichers (100) befindet, autonom zu bewegen.
Mobiler Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbraucher (140) ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug ist.
Mobiler Energiespeicher nach Anspruch 9, wobei das Anforderungssignal auf einer Eingabe eines Benutzers des Fahrzeugs oder einem durch das Fahrzeug errechneten Energiebedarf beruht.
Mobiler Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Speichervorrichtung (101) ferner eingerichtet ist, die Energie in Form von elektrischer Energie oder in Form eines energietragenden Mediums zu speichern.
Verfahren (300) zum Bereitstellen von Energie für einen Verbraucher mittels eines mobilen Energiespeichers, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen (302) eines Anforderungssignals des Verbrauchers durch den mobilen Energiespeicher, wobei das Anforderungssignal zumindest Informationen über einen von einer Ladestation für den mobilen Energiespeicher entfernten Ort beinhaltet; und autonomes Bewegen (304) des mobilen Energiespeichers im öffentlichen Verkehr von der Ladestation zu dem von der Ladestation entfernten Ort basierend auf dem Anforderungssignal.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verfahren ferner umfasst: autonomes Koppeln des mobilen Energiespeichers mit dem Verbraucher an dem von der Ladestation entfernten Ort; und Abgeben von Energie an den Verbraucher durch den mobilen Energiespeicher.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verfahren ferner umfasst: autonomes Abkoppeln des mobilen Energiespeichers von dem Verbraucher, wenn der Ladestand des mobilen Energiespeichers einen ersten Schwellwert unterschreitet oder der Ladestand eines Energiespeichers des Verbrauchers einen zweiten Schwellwert übersteigt; und autonomes Bewegen des mobilen Energiespeichers zu entweder der Ladestation, von der sich der mobile Energiespeicher autonom zu dem von der Ladestation entfernten Ort bewegt hat, oder einer anderen Ladestation, die sich näher an einer aktuellen Position des mobilen Energiespeichers befindet, basierend auf der aktuellen Position des mobilen Energiespeichers.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbraucher ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug ist.