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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung elektrischer Energie für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Hybrid- und/oder Elektrofahrzeuge.
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Zur Bereitstellung von elektrischer Energie für Kraftfahrzeuge wird derzeit ein System von ortsfesten Elektrotankstellen oder Ladevorrichtungen verwendet. Ein Kraftfahrzeug muss somit von sich aus Ladevorrichtungen ansteuern, um von diesen elektrische Energie zu beziehen.
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Im Vergleich zu konventionellen Kraftstoff-Tankstellen sind Elektrotankstellen nur in kleiner Anzahl vorhanden und nicht gleichmäßig verteilt. Dies kann für einen Fahrer eines Elektrofahrzeugs zu dem Problem führen, dass er zum Laden seines Fahrzeugs einen unverhältnismäßig großen Umweg auf sich nehmen muss. Das Aufladen an den Elektrotankstellen wird kabelgebunden und induktiv durchgeführt und dauert auch mit aktueller Schnellladetechnik mindestens eine halbe Stunde. Somit muss der Fahrer eines Elektrofahrzeugs seine Fahrt auch relativ lange für den Aufladevorgang unterbrechen. Bleibt ferner ein Elektrofahrzeug mit einer entladenen Batterie liegen, so muss es zur nächsten Ladevorrichtung abgeschleppt werden, was äußerst umständlich ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Bereitstellung von elektrischer Energie für Kraftfahrzeuge zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. das System gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bereitstellung von elektrischer Energie für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Hybrid- und/oder Elektrofahrzeuge, bei dem ein Verbraucherfahrzeug eine Bedarfsmeldung generiert und aussendet, wobei die Bedarfsmeldung einen aktuellen oder zukünftigen Bedarf des Verbraucherfahrzeugs an elektrischer Energie spezifiziert oder wobei aus der Bedarfsmeldung ein aktueller oder zukünftiger Bedarf des Verbraucherfahrzeugs an elektrischer Energie ermittelbar ist. In dem erfindungsgemäßen Verfahren empfängt ein Versorgerfahrzeug in Reaktion auf die Bedarfsmeldung eine Bereitstellungsnachricht, die einen vorgegebenen Zeitpunkt und/oder einen vorgegebenen Ort umfasst. Das Versorgerfahrzeug trifft zu dem vorbestimmten Zeitpunkt und/oder an dem vorgegebenen Ort auf das Verbraucherfahrzeug und führt eine elektrische Energieübertragung von sich an das Verbraucherfahrzeug durch.
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Das Verbraucherfahrzeug umfasst somit zumindest einen elektrischen Energiespeicher (z.B. eine Batterie), welcher elektrische Energie aufnehmen kann, wobei der Energiespeicher vorzugsweise zum Antrieb des Fahrzeugs dient. Unter einem Versorgerfahrzeug ist ein Kraftfahrzeug zu verstehen, das in der Lage ist, elektrische Energie bereitzustellen. Es kann sich hierbei um ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor handeln, welches zusätzlich mit einem Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie ausgestattet ist. Es kann sich auch um ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug handeln, welches von seiner Batterie elektrische Energie bereitstellen kann. Ebenso kann das Versorgerfahrzeug die elektrische Energie von anderen Quellen, wie z.B. einer elektrischen Oberleitung, bereitstellen.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist die Bereitstellung elektrischer Energie für Kraftfahrzeuge nicht mehr an ortsfeste Ladevorrichtungen gekoppelt. Durch eine direkte oder indirekte Kommunikation des Verbraucherfahrzeugs mit dem Versorgerfahrzeug über die Bedarfsmeldung und die Bereitstellungsnachricht wird es ermöglicht, die elektrische Energieübertragung an einem beliebigen abgestimmten Ort oder zu einem beliebigen abgestimmten Zeitpunkt durchzuführen und sich somit von der festen Infrastruktur der Ladevorrichtungen zu lösen.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Bedarfsmeldung die Bereitstellungsnachricht. Durch das Aussenden einer Bedarfsmeldung und das Empfangen dieser Bedarfsmeldung als Bereitstellungsnachricht ist es dem Versorgerfahrzeug möglich, direkt auf den Bedarf des Verbraucherfahrzeugs zu reagieren. Ein Versorgerfahrzeug könnte beispielsweise ein liegengebliebenes Verbraucherfahrzeug ansteuern und dem Verbraucherfahrzeug am Ort des Liegenbleibens elektrische Energie übertragen, so dass das Verbraucherfahrzeug seine Fahrt fortsetzen kann oder zumindest bis zu einer nächsten Ladevorrichtung fahren kann.
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Die Bedarfsmeldung umfasst vorzugsweise eine Dringlichkeit des Energiebedarfs, z.B. einen aktuellen Ladezustand einer Batterie, und/oder einen Bedarfsradius, d.h. einen Fahrtradius, der mit dem aktuellen Ladezustand der Batterie fahrbar ist, und/oder eine geplante Route des Verbraucherfahrzeugs und/oder den aktuellen Ort des Verbraucherfahrzeugs. Hierdurch können besonders geeignete Versorgerfahrzeuge zur Energiebereitstellung für das Verbraucherfahrzeug aufgefunden werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die elektrische Energieübertragung von dem Versorgerfahrzeug zu dem Verbraucherfahrzeug kabelgebunden und/oder induktiv durchgeführt. Ebenso können das Verbraucherfahrzeug und das Verbraucherfahrzeug während der Energieübertragung mechanisch gekoppelt sein. Über die mechanische Kopplung der Fahrzeuge wird sichergestellt, dass sich diese bei der Energieübertragung nicht zu weit voneinander entfernen, wodurch die Zuverlässigkeit der Energieübertragung erhöht wird. Die Energieübertagung kann während der mechanischen Kopplung kabelgebunden, z.B. durch ein in der mechanischen Kopplung integriertes Kabel oder über eine zusätzliche Kabelverbindung, oder induktiv erfolgen.
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In einer zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bedarfsmeldung von einer zentralen Verarbeitungseinheit empfangen, die basierend darauf die Bereitstellungsnachrichtung generiert und diese an das Versorgerfahrzeug sendet. Dies hat den Vorteil, dass die zentrale Verarbeitungseinheit den vorbestimmten Zeitpunkt und/oder den vorgegebenen Ort der Energieübertragung in Abhängigkeit von dem Bedarf des Verbraucherfahrzeugs bestimmen kann. Somit kann die zentrale Verarbeitungseinheit für einen optimierten Ablauf des Verfahrens mit wenig Umständen für das Verbraucherfahrzeug und das Versorgerfahrzeug sorgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens generiert die zentrale Verarbeitungseinheit, die die Bedarfsmeldung empfängt, mittels Informationen zu einer geplanten Route des Verbraucherfahrzeugs und einer geplanten Route des Versorgerfahrzeugs die Bereitstellungsnachricht und sendet diese an das Versorgerfahrzeug, wobei die Bereitstellungsnachricht den vorgegebenen Ort und den vorbestimmten Zeitpunkt festlegt. Auf diese Art und Weise ist es möglich, dass das Versorgerfahrzeug und das Verbraucherfahrzeug zum Durchführen der elektrischen Energieübertragung nur wenig oder gar nicht von ihren jeweiligen geplanten Routen abweichen müssen. Ein Umweg zum Aufladen des Kraftfahrzeugs wird somit minimiert oder ist nicht mehr nötig.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Energieübertragung von dem Versorgerfahrzeug zu dem Verbraucherfahrzeug während der Fahrt auf einen gemeinsamen Streckenabschnitt durchgeführt. Dadurch wird es auch hinfällig, für einen Ladevorgang einen Stopp einzulegen und somit die geplante Fahrt zu unterbrechen. Das Laden während der Fahrt auf dem gemeinsamen Streckenabschnitts sorgt dafür, dass weder das Versorgerfahrzeug noch das Verbraucherfahrzeug durch das Aufladen Zeit verlieren.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verbraucherfahrzeug von dem Versorgerfahrzeug während der Fahrt auf dem gemeinsamen Streckenabschnitt, insbesondere mittels einer mechanischen Kopplung, geschleppt oder das Verbraucherfahrzeug fährt aus eigenem Antrieb mit dem Versorgerfahrzeug und insbesondere hinter dem Versorgerfahrzeug mit. Im letzteren Fall kann das Verbraucherfahrzeug an das Versorgerfahrzeug gekoppelt sein, jedoch kann eine solche mechanische Kopplung auch weggelassen werden.
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Durch die Fahrt auf einem gemeinsamen Streckenabschnitt ist es einerseits möglich, dass das Verbraucherfahrzeug keinen eigenen Antrieb bereitstellt und von dem Versorgerfahrzeug gezogen wird. Andererseits ist es auch möglich, dass das Verbraucherfahrzeug für den eigenen Vortrieb sorgt, so dass das Versorgerfahrzeug zum Schleppen des Verbraucherfahrzeugs keine zusätzliche Energie aufbringen muss.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kommuniziert das Versorgerfahrzeug während der Fahrt auf dem gemeinsamen Streckenabschnitt mit dem Verbraucherfahrzeug, um das Verbraucherfahrzeug zu steuern, insbesondere um dem Verbraucherfahrzeug Meldungen zu Bremseingriffen des Versorgerfahrzeugs zu geben, wodurch das Verbraucherfahrzeug zu angepassten Bremseingriffen veranlasst wird. Dadurch ist es gefahrlos möglich, dass das Verbraucherfahrzeug sehr nahe an dem Versorgerfahrzeug fährt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Versorgerfahrzeug das Verbraucherfahrzeug zur gemeinsamen Bremsung veranlasst, um Auffahrunfälle während des Energieübertragungsvorgangs zu vermeiden. Es ist auch denkbar, dass das Versorgerfahrzeug die Steuerung des Verbraucherfahrzeugs komplett übernimmt und dass dadurch beide Fahrzeuge wie ein einziges Fahrzeug gesteuert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Versorgerfahrzeug und/oder das Verbraucherfahrzeug jeweils zumindest eine Energiepuffervorrichtung, insbesondere einen Superkondensator, wobei in einer jeweiligen Energiepuffervorrichtung die Energie gespeichert wird, die von dem Versorgerfahrzeug zu dem Verbraucherfahrzeug übertragen wird. Dadurch ist es möglich, Energie schnell vom Versorgerfahrzeug auf das Verbraucherfahrzeug zu übertragen.
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Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Versorgerfahrzeug ein Lastkraftwagen, insbesondere ein Oberleitungslastkraftwagen ist. Lastkraftwagen mit ihren effizienten und leistungsstarken Antriebssystemen sind besonders dafür geeignet, zusätzlich zum eigenen Antrieb auch Energie zur Energieübertragung an ein Verbraucherfahrzeug zu liefern. Wenn das Versorgerfahrzeug ein Oberleitungslastkraftwagen ist, überträgt der Oberleitungslastkraftwagen die elektrische Energie aus der Oberleitung nicht nur an sich selbst, sondern gibt sie auch an das Verbraucherfahrzeug weiter. Dadurch dient der Oberleitungslastkraftwagen als Brücke zwischen der Oberleitung und dem Verbraucherfahrzeug, über die die Energie übertragen wird. Der Oberleitungslastkraftwagen selbst muss somit die Energie, die er an das Verbraucherfahrzeug überträgt, nicht selbst zusätzlich erzeugen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Versorgerfahrzeug mehreren Verbraucherfahrzeugen Energie bereitstellen. Bei einer Fahrt auf einem gemeinsamen Streckenabschnitt ist es hierdurch möglich, dass sich hinter dem Versorgerfahrzeug eine Kette von mehreren Verbraucherfahrzeugen anordnet, die von dem Versorgerfahrzeug mit Energie versorgt werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein System zur Bereitstellung von elektrischer Energie für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Elektro- und/oder Hybridfahrzeuge. Das System umfasst ein Verbraucherfahrzeug, das dazu eingerichtet ist, eine Bedarfsmeldung zu generieren und auszusenden, wobei die Bedarfsmeldung einen aktuellen oder zukünftigen Bedarf des Verbraucherfahrzeugs an elektrischer Energie umfasst und/oder wobei aus der Bedarfsmeldung ein aktueller oder zukünftiger Bedarf des Verbraucherfahrzeugs an elektrischer Energie ermittelbar ist. Das System umfasst ferner ein Versorgerfahrzeug, das dazu eingerichtet ist, in Reaktion auf die Bedarfsmeldung eine Bereitstellungsnachricht zu empfangen, die einen vorbestimmten Zeitpunkt und/oder einen vorgegebenen Ort umfasst. Dabei sind das Verbraucherfahrzeug und das Versorgerfahrzeug dazu eingerichtet, zu dem vorbestimmten Zeitpunkt und/oder an dem vorgegebenen Ort aufeinander zu treffen und eine elektrische Energieübertragung von dem Versorgerfahrzeug an das Verbraucherfahrzeug durchzuführen. Das erfindungsgemäße System ist vorzugsweise zur Durchführung einer oder mehrerer bevorzugter Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Das Andockmanöver kann komplett automatisiert sein oder eben nicht, indem das Verbraucherfahrzeug von einem menschlichen Partner zum Andocken gelenkt wird.
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Durch das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Möglichkeit bereitgestellt, Fahrzeugen elektrische Energie bereitzustellen, ohne dabei an die ortsfeste Infrastruktur von Ladevorrichtungen gebunden zu sein. Es werden somit ein Verfahren und ein System zur flexiblen und variablen Energiebereitstellung geschaffen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugkommunikation von einem Verbraucherfahrzeug zu einem Versorgerfahrzeug, die in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vorfeld vor einer elektrischen Energieübertragung stattfindet; und
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2 eine schematische Darstellung einer elektrischen Energieübertragung von einem Versorgerfahrzeug zu einem Verbraucherfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt ein Verbraucherfahrzeug 1, das ein Elektrofahrzeug in der Form eines Personenkraftwagens ist. Das Verbraucherfahrzeug 1 fährt beispielsweise von München nach Leipzig und muss auf dieser Strecke mindestens einmal elektrische Energie aufladen. Aus dem gegenwärtigen Ladezustand seiner Batterie, aus der geplanten Route und aus seinem gegenwärtigen Ort generiert das Verbraucherfahrzeug 1 eine Bedarfsmeldung BM, welche diese Informationen umfasst. Die Meldung BM wird von dem Verbraucherfahrzeug 1 ausgesendet.
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Eine zentrale Verarbeitungseinheit 3 empfängt die Bedarfsmeldung BM des Verbraucherfahrzeugs 1. Die zentrale Verarbeitungseinheit 3 berechnet anhand der Bedarfsmeldung BM, auf welchem Streckenabschnitt das Verbraucherfahrzeug 1 auf seiner Route eine elektrische Energieübertragung benötigt. Die zentrale Verarbeitungseinheit 3 hat ferner Zugriff auf die geplanten Routen einer Vielzahl von Versorgerfahrzeugen 2, welche elektrische Energie an Verbraucherfahrzeuge 1 bereitstellen können. Die zentrale Verarbeitungseinheit 3 wählt basierend auf diesen Informationen ein geeignetes Versorgerfahrzeug 2 in der Form eines Lastkraftwagens aus und berechnet einen gemeinsamen Streckenabschnitt des Verbraucherfahrzeugs 1 und des Versorgerfahrzeugs 2. Das heißt, es wird gemäß den geplanten Routen der beiden Fahrzeuge ein Streckenabschnitt bestimmt, auf dem die beiden Fahrzeuge 1 und 2 gleichzeitig fahren werden. Die Information über den gemeinsamen Streckenabschnitt zusammen mit einer Identifikation des Verbraucherfahrzeugs 1 wird anschließend durch die zentrale Verarbeitungseinheit 3 innerhalb einer Bereitstellungsnachricht BN an das Versorgerfahrzeug 2 übermittelt.
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2 zeigt die nachfolgend stattfindende Energieübertragung von dem Versorgerfahrzeug 2 zu dem Verbraucherfahrzeug 1, wenn sich beide Fahrzeuge auf dem gemeinsamen Streckenabschnitt befinden. Das Versorgerfahrzeug 2 identifiziert das Verbraucherfahrzeug 1 mittels den Informationen aus der Bereitstellungsnachricht BN. Das Verbraucherfahrzeug 1 koppelt dann mit dem Versorgerfahrzeug 2. Die Kopplung erfolgt erst mechanisch über ein lediglich schematisch angedeutetes Koppelelement 5. Anschließend koppelt das Versorgerfahrzeug 2 auch elektrisch über eine kabelgebundene Verbindung 4 mit dem Verbraucherfahrzeug 1. Die mechanische Kopplung 5 und die elektrische Kopplung 4 können auch in einer gemeinsamen Kopplungsvorrichtung integriert sein. Das Ankoppeln wird automatisch während der Fahrt durchgeführt, kann aber auch gegebenenfalls manuell beim Stillstand beider Fahrzeuge durchgeführt werden.
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Nach der soeben beschriebenen Kopplung wird eine elektrische Energieübertragung von dem Versorgerfahrzeug 2 zu dem Verbraucherfahrzeug 1 während der Fahrt auf dem gemeinsamen Streckenabschnitt durchgeführt. Die übertragene Energie wird dabei von einem Generator des Versorgerfahrzeugs 2 mittels mechanischer Energie aus seinem Verbrennungsmotor oder Brennstoffzelle etc. erzeugt und in die Antriebsbatterie des Verbraucherfahrzeugs 1 eingespeist.
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Während der Fahrt auf dem gemeinsamen Streckenabschnitt schaltet das Verbraucherfahrzeug 1 den eigenen Motor aus, sodass das Versorgerfahrzeug 2 das Verbraucherfahrzeug 1 schleppt. Ferner erhält das Verbraucherfahrzeug 1 von dem Versorgerfahrzeug 2 Meldungen zu Bremseingriffen des Versorgerfahrzeugs 2, die das Verbraucherfahrzeug 1 zu angepassten Bremseingriffen veranlassen.
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Zur Bestimmung der übertragenen elektrischen Energiemenge ist in dem Versorgerfahrzeug 2 ein (nicht dargestellter) Zähler mit der elektrischen Kopplung 4 gekoppelt. Ferner ist in der mechanischen Kopplung 5 ein (nicht dargestellter) Kraftmesser integriert, der die Zugkraft detektiert, die von dem Versorgerfahrzeug 2 für das Schleppen des Verbraucherfahrzeugs 1 aufgewendet wird. Alternativ kann die aufgewendete Zugkraft auch aus dem Rollwiderstand und der Masse des Verbraucherfahrzeugs 1 berechnet werden. Aus der Zugkraft wird die zum Schleppen benötigte Energiemenge bestimmt. Die übertragene elektrische Energiemenge und die zum Schleppen benötigte Energiemenge werden verwendet, um die gesamte, von dem Versorgerfahrzeug 2 für das Verbraucherfahrzeug 1 aufgebrachte Energiemenge zu bestimmen, wodurch eine entgeltliche Vergütung ermöglicht wird.
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Am Ende des gemeinsamen Streckenabschnitts entkoppeln das Verbraucherfahrzeug 1 und das Versorgerfahrzeug 2 wieder automatisch. Das Verbraucherfahrzeug 1 hat nun eine ausreichend aufgeladene Batterie, um den Rest seiner geplanten Fahrt aus eigenem Antrieb zurückzulegen.
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Durch obiges Verfahren können Versorgerfahrzeuge 2 als „mobile Elektrotankstellen“ bereitgestellt werden. Für ein Verbraucherfahrzeug 1, welches elektrische Energie benötigt, ist eine Unterbrechung der Fahrt zur Aufladung der Batterie hinfällig, so dass die Länge einer zu fahrenden Route nicht mehr durch die Reichweite einer Batterieladung des Verbraucherfahrzeugs 1 begrenzt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbraucherfahrzeug
- 2
- Versorgerfahrzeug
- 3
- Verarbeitungseinheit
- 4
- elektrische Kopplung
- 5
- mechanische Kopplung
- BM
- Bedarfsmeldung
- BN
- Bereitstellungsnachricht
