DE102016014034A1

DE102016014034A1 - Mobiles Laden einer Fahrzeugbatterie eines Elektrofahrzeuges

Info

Publication number: DE102016014034A1
Application number: DE102016014034.8A
Authority: DE
Inventors: Jochen Bisinger
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2017-05-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mobilen Laden einer Fahrzeugbatterie eines Elektrofahrzeuges, ein Ladesystem, eine mobile Ladestation und ein Elektrofahrzeug. Hierbei wird die Fahrzeugbatterie (31) als Energiespeicher für einen elektrischen Fahrantrieb (32) des Elektrofahrzeuges (30) verwendet. Das Verfahren sieht ein berührungsloses Ankoppeln des Elektrofahrzeugs (30) an eine fahrende mobile Ladestation (20) vor. Ferner wird bei dem Verfahren ein Laden der Fahrzeugbatterie (31) des Elektrofahrzeuges (30) vorgesehen, wobei das Laden der Fahrzeugbatterie (31) während der Fahrt des Elektrofahrzeugs (30) durchgeführt wird und wobei sich das Elektrofahrzeug (30) und die mobile Ladestation (20) mit gleicher Fahrtgeschwindigkeit während des Ladevorgangs der Fahrzeugbatterie (31) fortbewegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mobilen Laden einer Fahrzeugbatterie eines Elektrofahrzeuges, ein Ladesystem, eine mobile Ladestation und ein Elektrofahrzeug.
Die Fahrzeugreichweite stellt bei batterieelektrischen Fahrzeugen, auch im Folgenden als Elektrofahrzeuge bezeichnet, momentan noch eines der Kernprobleme dar. Eine Möglichkeit ist es, eine sehr große Batterie (Kosten/Gewicht) zu verwenden, d. h. eine Batterie mit hoher Speicherkapazität. Eine weitere Möglichkeit ist es, die Reichweite entsprechend zu begrenzen. Allerdings ist dann für kurze Fahrstrecken im Alltag die Batteriegröße, wenn sie für längere Strecken ausgelegt wurde, somit völlig überdimensioniert. Ebenso sind sehr lange Fahrstrecken überhaupt nicht möglich, da derzeit längere Pausen an stationären Ladesäulen zum Nachladen der Batterie notwendig sind.
Daher werden derzeit im Wesentlichen eine Erhöhung der Batteriekapazität und eine Vergrößerung der Ladeleistung bei stationären Schnellladegeräten angestrebt. Alternativ gibt es technische Ansätze für ein „Verbrennungsmotorisches Notaggregat” (Hilfs-Rex), welches für lange Strecken angesetzt werden kann, sowie stationäre Oberleitungssystem für schwere NFZ (= Nutzfahrzeuge). Auch sind Lösungskonzepte bei militärischen Kampfflugzeugen und Tankflugzeugen zur Luftbetankung bekannt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung zur Reichweitenerhöhung von batteriebetriebenen Fahrzeugen zu erreichen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum mobilen Laden einer Fahrzeugbatterie eines Elektrofahrzeuges gelöst. Hierbei wird die Fahrzeugbatterie als Energiespeicher für einen elektrischen Fahrantrieb des Elektrofahrzeuges verwendet. Das Verfahren weist ein berührungsloses Ankoppeln des Elektrofahrzeugs an eine fahrende mobile Ladestation und ein Laden der Fahrzeugbatterie des Elektrofahrzeuges auf, wobei das Laden der Fahrzeugbatterie während der Fahrt des Elektrofahrzeugs durchgeführt wird. Ferner ist vorgesehen, dass sich das Elektrofahrzeug und die mobile Ladestation mit gleicher Fahrtgeschwindigkeit während des Ladevorgangs der Fahrzeugbatterie fortbewegen.
Das vorgeschlagene Verfahren verwendet den Ansatz, dass während der Fahrt von einer mobilen Ladestation elektrische Energie auf ein ebenfalls in Fahrt befindliches Fahrzeug übertragen wird. Dies hat den Vorteil, dass keine Pausen zum Laden der Batterie eingeplant werden müssen. Unter einer Batterie wird in diesem Zusammenhang ein Energiespeicher verstanden, der wiederaufladbar in einem Fahrzeug installiert ist. Eine mobile Ladestation kann ein Fahrzeug sein, beispielsweise eine fahrende Tankstelle für elektrische Energie, die elektrische Energie zum Versorgen anderer Fahrzeuge zur Verfügung stellen kann. Daher wird hier unter mobilem Laden ein Ladevorgang verstanden, der auf der Fahrbahn stattfinden kann, indem sich ein Elektrofahrzeug an die mobile Ladestation berührungslos während der Fahrt ankoppelt. Ein Ankoppeln kann beispielsweise mit der Technik Platooning geschehen, bei der Fahrzeuge in Reihe sehr dicht hintereinander fahren und die Fahrt der einzelnen aneinandergekoppelten Fahrzeuge über eine Steuereinrichtung kontrolliert wird.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Laden der Fahrzeugbatterie über eine Ladevorrichtung im Frontbereich des Elektrofahrzeuges induktiv erfolgt.
Ein induktives Laden ist vorteilhaft, da es berührungslos mit einem geringen Abstand zwischen dem Elektrofahrzeug und der mobilen Ladestation durchgeführt werden kann. Ferner ist der Aufwand für eine Ladevorrichtung gering, es genügen beispielsweise Ladeplatten an beiden Fahrzeugen, die miteinander in Wirkverbindung stehen.
Ferner wird in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass über ein Kommunikationssystem von dem Elektrofahrzeug an die mobile Ladestation Information übermittelt wird, die mindestens eine Information aus der Gruppe der Information aktuelle Reichweite, Ladezustand der Fahrzeugbatterie und gewünschtes Ziel des Elektrofahrzeuges aufweist.
Auf diese Weise kann der Ladevorgang besser geplant werden. Ferner kann auch zunächst abgefragt werden, ob die vorhandene elektrische Energie in der mobilen Ladestation genügt, um die gewünschte Energiemenge des Elektrofahrzeuges bereitstellen zu können. Ist dies nicht der Fall, so kann nach einer weiteren Lösung gesucht werden, beispielsweise eine weitere mobile Ladestation in der Nähe angefordert werden. Die kann über Steuer- und Kommunikationsmodule an den Fahrzeugen geschehen.
Ferner wird die Aufgabe der Erfindung mit einem Ladesystem zum mobilen Laden einer Fahrzeugbatterie eines Elektrofahrzeuges gelöst, wobei die Fahrzeugbatterie als Energiespeicher für einen elektrischen Fahrantrieb des Elektrofahrzeuges verwendet wird. Hierbei wird vorgesehen, dass das Ladesystem eine mobile Ladestation und ein Elektrofahrzeug aufweist, wobei das Elektrofahrzeug ein erstes Kommunikationsmodul und die mobile Ladestation ein zweites Kommunikationsmodul aufweist. Ferner ist vorgesehen, dass das Elektrofahrzeug über das erste Kommunikationsmodul an das zweite Kommunikationsmodul der mobilen Ladestation Information sendet, wobei die mobile Ladestation nach dem Empfang der Information die Fahrzeugbatterie während der Fahrt des Elektrofahrzeuges berührungslos zwischen der mobilen Ladestation und dem Elektrofahrzeug lädt. Ferner ist vorgesehen, dass sich das Elektrofahrzeug und die mobile Ladestation mit gleicher Fahrtgeschwindigkeit während des Ladevorgangs der Fahrzeugbatterie fortbewegen.
Bei dem vorgeschlagenen Ladesystem kann die Kommunikation zwischen Fahrzeugen direkt durch ein bestehendes Kom-Modul zu einem Serversystem oder durch car to x hergestellt werden. Dadurch ist bekannt welche aktuelle Reichweite, Ladezustand und gewünschtes Ziel das jeweilige Fahrzeug hat. Sind die einzelnen Fahrzeuge bereits in einem automatisierten Fahrzustand unterwegs, so kann die Ankopplung und z. B. induktive Ladung des jeweils anderen Fahrzeuges automatisch erfolgen. Sollte dies nicht der Fall sein, muss für den jeweiligen Ladevorgang in den automatisierten Fahrmodus gewechselt werden. Die Abrechnung dieses Ladevorganges stellt eine eigenständige Geschäftsidee dar. Zusätzlicher Vorteil ergibt sich durch das Platooning durch einen geringeren Fahrwiderstand für die einzelnen Fahrzeuge.
Ferner wird die Aufgabe der Erfindung mit einer mobilen Ladestation zum mobilen Laden einer Fahrzeugbatterie eines Elektrofahrzeuges gelöst, wobei die Fahrzeugbatterie als Energiespeicher für einen Fahrantrieb des Elektrofahrzeuges verwendet wird. Hierbei ist vorgesehen, dass die mobile Ladestation einen elektrischen Energiespeicher und ein Kommunikationsmodul zum Empfangen von Information von dem Elektrofahrzeug aufweist. Ferner weist die mobile Ladestation eine Ladevorrichtung zum Laden der Fahrzeugbatterie des Elektrofahrzeuges auf, wobei das Laden während der Fahrt des Elektrofahrzeuges berührungslos zwischen der mobilen Ladestation und dem Elektrofahrzeug durchführbar ist und wobei die mobile Ladestation elektrische Energie während des Ladevorgangs aus dem elektrischen Energiespeicher abgibt und sich das Elektrofahrzeug und die mobile Ladestation mit gleicher Fahrgeschwindigkeit während des Ladevorgangs der Fahrzeugbatterie fortbewegen.
Eine mobile Ladestation kann als Nutzfahrzeug ausgestaltet sein. Somit kann die Elektrifizierung von schweren Nutzfahrzeugen zum Lösung des Problems beitragen. Diese können eine sehr große Batteriekapazität haben und können diese bei Nichtgebrauch einem PKW zur Verfügung stellen. Die Fahrstrecke des Nutzfahrzeuges ist im Normalfall sehr gut bekannt und über Car to x Kommunikation oder web-basierte Lösungen kann so überschüssige Energie an andere Fahrzeuge abgegeben werden. Aber auch ein Austausch zwischen normalen PKW ist denkbar. Somit kann auch ein zweites Elektrofahrzeug als mobile Ladestation verwendet werden, sofern sie zur Abgabe von elektrischer Energie ausgebildet ist. Alternativ können auch Fahrzeuge verwendet werden, die als reine fahrenden „EV-Tankstellen” konzipiert und unterwegs sind.
Ferner wird die Aufgabe der Erfindung mit einem Elektrofahrzeug zum mobilen Laden einer Fahrzeugbatterie des Elektrofahrzeuges gelöst. Hierbei weist das Elektrofahrzeug einen automatisierten Fahrmodus aufweist, der es erlaubt, das Elektrofahrzeug selbständig ohne das Einwirken eines Fahrers an eine mobile Ladestation anzukoppeln. Ferner ist vorgesehen, dass das Elektrofahrzeug mindestens eine erste Ladevorrichtung im Frontbereich des Elektrofahrzeuges aufweist, um berührungslos zwischen der mobilen Ladestation und dem Elektrofahrzeug während der Fahrt des Elektrofahrzeuges die Fahrzeugbatterie des Elektrofahrzeuges aufzuladen.
Es wird somit eine Erhöhung der Reichweite von batterieelektrischen Fahrzeugen bzw. Elektrofahrzeugen ohne nennenswerten Zeitverlust für das Nachladen auf Langstrecke erreicht. Ferner kann ein Kostenverrechnungsmodel für das mobile Nachladen und Bereitstellung von mobiler Batteriekapazität angeboten werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Ladesystems, das ein mobiles Laden einer Fahrzeugbatterie eines Elektrofahrzeugs ermöglicht; und
2 ein Ausführungsbeispiel einer Mehrfachankopplung sowie ein Austausch von elektrischer Energie zwischen einzelnen Fahrzeugen.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ladesystems 10, das ein mobiles Laden eines Elektrofahrzeugs 30 unterstützt. Das Elektrofahrzeug 30 weist eine Fahrzeugbatterie 31 und einen elektrischen Fahrantrieb 32 auf. Zur Ladung der Fahrzeugbatterie 31 kann sich das Elektrofahrzeug 30 an ein anderes Fahrzeug oder an eine mobile Ladestation 20 ankoppeln. Die mobile Ladestation 20 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Lastkraftwagen mit Elektroantrieb 23, der eine Fahrzeugbatterie 21 wie auch eine optionale Zusatzbatterie 22 aufweist. Sowohl aus der Fahrzeugbatterie 21 wie auch aus der Zusatzbatterie 22 kann die mobile Ladestation 20 elektrische Energie an das angekoppelte Elektrofahrzeug 30 abgeben, um dieses im Stillstand wie auch während der Fahrt zu laden. Die Ankopplung des Elektrofahrzeuges 30 an die mobile Ladestation 20 erfolgt berührungslos und der Ladevorgang erfolgt nach dem Prinzip der Induktion. Hierzu sind beide Fahrzeuge 20, 30 mit einer Ladevorrichtung 24, 33 ausgestattet, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils eine induktive Ladeplatte ist, die bei dem Elektrofahrzeug 30 im Frontbereich und bei der mobilen Ladestation 20 im Heckbereich angeordnet ist.
Ferner zeigt 1 installierte Komponenten für eine Kommunikation und Steuerung des Ladesystems 10, wobei die installierten Komponenten über drahtlose Kommunikation Information austauschen können. Hierzu wird beispielsweise wie in 1 gezeigt, ein Satellitensystem oder ein einzelner Satellit 11 verwendet, der Signale und Daten von einem zentralen Server 12 empfängt und auch Signale und Daten an diesen Server 12 sendet. Ferner steht der Satellit 11 mit den Fahrzeugen 20, 30 in Kommunikationsverbindung, so dass auch mit diesen Fahrzeugen 20, 30 drahtlos Signale und Daten mit Hilfe des Satelliten 11 ausgetauscht werden können. Alternativ zu dem zentralen Server 12 kann auch eine direkte Car to x-Kommunikation stattfinden.
Auch können die Fahrzeuge 20, 30 untereinander Signale und Daten austauschen, d. h. senden und empfangen, ohne dass der Satellit 11 verwendet wird. Für die Kommunikation weist jeweils das Fahrzeug 20, 30 ein Kommunikationsmodul 25, 34 auf. Die Kommunikationsmodule 25, 34 weisen jeweils ein Funkmodul für die Kommunikation von Fahrzeug zu Fahrzeug auf und ein GPS-Modul zur Kommunikation mit dem Satelliten 11. GPS steht hier für Global Positioning System, kann jedoch auch durch andere Technologien ersetzt werden. Mit dem Funk-Modul können die Fahrzeuge 20, 30 untereinander kommunizieren, beispielsweise durch ein sogenanntes Car-to-Car oder Car-to-x System. Hierbei können Daten übermittelt werden, die beispielsweise eine aktuell berechnete Reichweite, einen Ladezustand und/oder ein gewünschtes Fahrziel des Fahrzeugs 30 repräsentieren. Zur Steuerung des Ladevorgangs weisen die Fahrzeuge 20, 30 jeweils eine Steuerungseinrichtung 26, 35 auf. Die Steuerungseinrichtung 26, 35 kann den Ladevorgang einleiten, überwachen und beenden. Ferner kann die Steuerungseinrichtung 26, 35 anhand von Daten, die über die Kommunikationsmodule 25, 34 empfangen wurden, auch ein automatisiertes Ladeverfahren einleiten, d. h. dass der Fahrer des Elektrofahrzeuges 30 dessen Batterie 31 geladen werden soll, wird automatisiert an die mobile Ladestation 20 geführt und der Ladevorgang wird selbständig von technischen Komponenten eingeleitet. Hierzu können auch Daten des zentralen Servers 12 verwendet werden, der ebenfalls ein Kommunikationsmodul 13 und eine Steuerungseinrichtung 14 aufweist.
In 1 wird eine Situation dargestellt, in der ein erstes Fahrzeug 20 einen Batterieladevorgang durch Ankopplung an eine mobile Tankstelle durchführt. Die mobile Ladestation oder Tankstelle ist als Lastkraftwagen 20 ausgebildet. Der Ladevorgang zum Laden der Batterie des ersten Fahrzeugs 30 mit Hilfe des Lastkraftwagens 20 geschieht während der Fahrt der beiden Fahrzeuge 20, 30.
Ausgehend von der Situation der 1 zeigt 2 zusätzlich ein weiteres Elektrofahrzeug 40, das sich berührungslos an das vorausfahrende Fahrzeug 30 angekoppelt hat. Hierbei werden sowohl das erste Fahrzeug 30 wie auch das zweite Fahrzeug 40 durch die mobile Ladestation 20 geladen. Ähnlich wie auch das erste Fahrzeug 30 weist das zweite Fahrzeug 40 eine Fahrzeugbatterie 41, einen elektrischen Antrieb 42, eine Ladesystem 43, ein Kommunikationsmodul 44 und eine Steuerungseinrichtung 45 auf. Ferner weisen das erste Fahrzeug 30 wie auch das zweite Fahrzeug 40 in 2 jeweils eine weitere Ladevorrichtung 36, 46 mit jeweils einer induktiven Ladeplatte im Heckbereich des Fahrzeuges 30, 40 auf. Auf diese Weise ist es möglich, dass sich mehrere Fahrzeuge hintereinander in Reihe an die mobile Ladestation 20 ankoppeln können.
Die Ankopplung der Fahrzeuge 30, 40 in 2 kann jeweils durch Kommunikationsaufnahme und Einleitung eins automatisierten Nachladens während der Fahrt geschehen. Hierbei kann beispielsweise eine Überschussreichweite an ein anderes Fahrzeug abgegeben werden. 2 zeigt eine Mehrfachandockung (Schwarmlogik) oder Mehrfachankopplung sowie ein Austausch von elektrischer Energie zwischen den einzelnen Fahrzeugen 30, 40 in Abhängigkeit der benötigten Reichweite.
Bezugszeichenliste

10: Ladesystem
11: Satellit
12: zentralen Server
13: Kommunikationsmodul
14: Steuerung
20: mobile Ladestation
21: Fahrzeugbatterie
22: Zusatzbatterie
23: elektrischer Fahrantrieb
24: Ladesystem
25: Kommunikationsmodul
26: Steuerungseinrichtung
30: Elektrofahrzeug
31: Fahrzeugbatterie
32: elektrischer Fahrantrieb
33: Ladevorrichtung
34: Kommunikationsmodul
35: Steuerungseinrichtung
36: Ladevorrichtung
40: Elektrofahrzeug
41: Fahrzeugbatterie
42: elektrischer Antrieb
43: Ladesystem
44: Kommunikationsmodul
45: Steuerungseinrichtung
46: Ladevorrichtung

Claims

Verfahren zum mobilen Laden einer Fahrzeugbatterie (31) eines Elektrofahrzeuges (30), wobei die Fahrzeugbatterie (31) als Energiespeicher für einen elektrischen Fahrantrieb (32) des Elektrofahrzeuges (30) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren aufweist ein berührungsloses Ankoppeln des Elektrofahrzeugs (30) an eine fahrende mobile Ladestation (20); ein Laden der Fahrzeugbatterie (31) des Elektrofahrzeuges (30), wobei das Laden der Fahrzeugbatterie (31) während der Fahrt des Elektrofahrzeugs (30) durchgeführt wird, und wobei sich das Elektrofahrzeug (30) und die mobile Ladestation (20) mit gleicher Fahrtgeschwindigkeit während des Ladevorgangs der Fahrzeugbatterie (31) fortbewegen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laden der Fahrzeugbatterie (31) über eine Ladevorrichtung (33) im Frontbereich des Elektrofahrzeuges (30) induktiv erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass über ein Kommunikationssystem von dem Elektrofahrzeug (30) an die mobile Ladestation (20) Information übermittelt wird, die mindestens eine Information aus der Gruppe der Information aktuelle Reichweite, Ladezustand der Fahrzeugbatterie (31) und gewünschtes Ziel des Elektrofahrzeuges (30) aufweist.
Ladesystem (10) zum mobilen Laden einer Fahrzeugbatterie (31) eines Elektrofahrzeuges (30), wobei die Fahrzeugbatterie (31) als Energiespeicher für einen elektrischen Fahrantrieb (32) des Elektrofahrzeuges (30) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladesystem (10) aufweist eine mobile Ladestation (20) und ein Elektrofahrzeug (30), wobei das Elektrofahrzeug (30) ein erstes Kommunikationsmodul (34) und die mobile Ladestation (20) ein zweites Kommunikationsmodul (25) aufweist, wobei das Elektrofahrzeug (30) über das erste Kommunikationsmodul (34) an das zweite Kommunikationsmodul (25) der mobilen Ladestation (20) Information sendet, wobei die mobile Ladestation (20) nach dem Empfang der Information die Fahrzeugbatterie (31) während der Fahrt des Elektrofahrzeuges (30) berührungslos zwischen der mobilen Ladestation (20) und dem Elektrofahrzeug (30) lädt, wobei sich das Elektrofahrzeug (30) und die mobile Ladestation (20) mit gleicher Fahrtgeschwindigkeit während des Ladevorgangs der Fahrzeugbatterie (31) fortbewegen.
Mobile Ladestation (20) zum mobilen Laden einer Fahrzeugbatterie (31) eines Elektrofahrzeuges (30), wobei die Fahrzeugbatterie (31) als Energiespeicher für einen Fahrantrieb (32) des Elektrofahrzeuges verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Ladestation (20) aufweist einen elektrischen Energiespeicher (21); ein Kommunikationsmodul (25) zum Empfangen von Information von dem Elektrofahrzeug (30); eine Ladevorrichtung (24) zum Laden der Fahrzeugbatterie (31) des Elektrofahrzeuges (30), wobei das Laden während der Fahrt des Elektrofahrzeuges (30) berührungslos zwischen der mobilen Ladestation (20) und dem Elektrofahrzeug (30) durchführbar ist und wobei die mobile Ladestation (20) elektrische Energie während des Ladevorgangs aus dem elektrischen Energiespeicher (21) abgibt und sich das Elektrofahrzeug (30) und die mobile Ladestation (20) mit gleicher Fahrgeschwindigkeit während des Ladevorgangs der Fahrzeugbatterie (31) fortbewegen.
Elektrofahrzeug (30) zum mobilen Laden einer Fahrzeugbatterie (31) des Elektrofahrzeuges (30), dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrofahrzeug (30) aufweist das Elektrofahrzeug (30) einen automatisierten Fahrmodus aufweist, der es erlaubt, das Elektrofahrzeug (30) selbständig ohne das Einwirken eines Fahrers an eine mobile Ladestation (20) anzukoppeln, wobei das Elektrofahrzeug (30) mindestens eine erste Ladevorrichtung (33) im Frontbereich des Elektrofahrzeuges (30) aufweist, um berührungslos zwischen der mobilen Ladestation (20) und dem Elektrofahrzeug (30) während der Fahrt des Elektrofahrzeuges (30) die Fahrzeugbatterie (31) des Elektrofahrzeuges (30) aufzuladen.