DE102017200547A1

DE102017200547A1 - Unterstützen eines Fahrbetriebs eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102017200547A1
Application number: DE102017200547.5A
Authority: DE
Inventors: Christoph Ullrich; Karin Schunk; Daniel Kneifel
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-01-16
Filing date: 2017-01-16
Publication date: 2018-07-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrbetriebs eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs in eine Längserstreckungsrichtung eines Fahrwegs (30), wobei das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug mittels einer elektrischen Antriebseinrichtung angetrieben und im Fahrbetrieb zumindest teilweise mit Energie von einem Energieversorgungssystem des Fahrwegs (30) versorgt wird, das eine sich in die Längserstreckungsrichtung des Fahrwegs erstreckende Fahrwegenergiekopplungseinrichtung aufweist, wobei die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung zumindest in oder an einem gegenüber einer Horizontalen geneigten Bereich des Fahrwegs (30) in den Fahrweg (30) integriert angeordnet ist und während des Fahrbetriebs zumindest im geneigten Bereich eine bidirektionale energietechnische Kopplung zwischen einer mit der elektrischen Antriebseinrichtung elektrisch gekoppelten Fahrzeugenergiekopplungseinheit des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs und der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung des Energieversorgungssystems hergestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Unterstützen eines Fahrbetriebs eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs in eine Längserstreckungsrichtung eines Fahrwegs, wobei das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug eine elektrische Antriebseinrichtung und der Fahrweg ein Energieversorgungssystem zum Versorgen des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs mit Energie im Fahrbetrieb aufweist, wobei das Energieversorgungssystem eine sich in die Längserstreckungsrichtung des Fahrwegs erstreckende Fahrwegenergiekopplungseinrichtung und das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug eine mit der elektrischen Antriebseinrichtung elektrisch gekoppelte Fahrzeugenergiekopplungseinheit aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrbetriebs eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs in eine Längserstreckung eines Fahrwegs, wobei das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug mittels einer elektrischen Antriebseinrichtung angetrieben und im Fahrbetrieb zumindest teilweise mit Energie von einem Energieversorgungssystem des Fahrwegs versorgt wird, das eine sich in die Längserstreckung des Fahrwegs erstreckende Fahrwegenergiekopplungseinrichtung aufweist.
Elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge sind im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es diesbezüglich eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ist ein schienenungebundenes Fahrzeug, welches eine elektrische Antriebseinrichtung aufweist, mittels der das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb zumindest teilweise angetrieben werden kann. Die elektrische Antriebseinrichtung weist hierfür üblicherweise eine oder mehrere rotierende elektrische Maschinen auf, die mittels eines geeignet ausgebildeten Energiewandlers in vorgebbarer Weise gesteuert werden können. Ein derartiger Energiewandler kann zum Beispiel ein Wechselrichter, ein Gleichspannungswandler, beispielsweise ein DC/DC-Wandler, und/oder dergleichen sein.
Ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Bei einem Elektrofahrzeug ist die Antriebseinrichtung in der Regel die einzige Einrichtung, die dem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs dient. Bei einem Hybridfahrzeug ist dagegen üblicherweise eine weitere Antriebseinrichtung vorhanden, in der Regel in Form einer Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine kann ebenso für den bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb genutzt werden wie die elektrische Antriebseinrichtung. Es können auch beide Antriebseinrichtungen kombiniert miteinander betrieben werden. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Kraftwagen, vorzugsweise ein Personenkraftwagen.
Ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug weist für den bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb üblicherweise einen elektrischen Energiespeicher in Form eines Akkumulators auf, beispielsweise nach Art einer Hochvoltbatterie oder dergleichen. Der elektrische Energiespeicher stellt die Energie zur Verfügung, die für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Kraftfahrzeugs, insbesondere den Fahrbetrieb, erforderlich ist. Bei einem Hybridfahrzeug kann hierfür ergänzend auch ein Brennstoff für die Verbrennungskraftmaschine herangezogen werden.
Gerade bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen erweist es sich als vorteilhaft, dass Bewegungsenergie des Kraftfahrzeugs rekuperiert werden kann und diese Energie dem elektrischen Energiespeicher zugeführt werden kann. Dadurch steht diese Energie für den weiteren bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb zur Verfügung und kann die Reichweite des Kraftfahrzeugs vergrößern. Ein hierdurch bereitgestellter Betriebszustand des Kraftfahrzeugs eignet sich nicht nur für die Verzögerung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise beim Bremsen oder dergleichen, sondern insbesondere auch bei einer Bergabfahrt, bei der beispielsweise über einen längeren Fahrweg abhängig von einem Gefälle Energie rekuperiert und dem elektrischen Energiespeicher zugeführt werden kann.
Dabei erweist es sich als problematisch, wenn bei weitgehend voll aufgeladenem elektrischem Energiespeicher bei einer Bergabfahrt oder auch bei einem langen Bremsweg mittels Rekuperation Energie bereitgestellt wird. Ist nämlich ein maximaler Ladungszustand des elektrischen Energiespeichers erreicht, wird die Rekuperation in der Regel automatisch abgeschaltet, um den elektrischen Energiespeicher vor einem Überladen zu schützen. Dadurch kann das Kraftfahrzeug zumindest kurzfristig schneller werden.
Zudem ist es erforderlich, ein konventionelles Bremssystem beziehungsweise eine Bremseinrichtung, welche beispielsweise hydraulische Bremsen umfasst, für eine entsprechend hohe Bremskraft und Bremsleistung auszulegen, und zwar unabhängig von der Rekuperationsmöglichkeit. Ferner kann eine Anhängelast beziehungsweise Zuladung begrenzt sein, insbesondere auch dann, wenn dieser Betriebszustand nur selten auftritt.
Aus der US 2011/0153184 A1 ist es beispielsweise bekannt, ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mittels eines in einer Fahrbahn angeordneten Stromschienensystems mit elektrischer Energie zu versorgen, sodass der bestimmungsgemäße Fahrbetrieb vorgenommen werden kann. Zu diesem Zweck umfasst das Kraftfahrzeug bodenseitig zwei Schleifkontakte, die entsprechende Stromschienen in der Fahrbahn kontaktieren, die an eine elektrische Energiequelle angeschlossen sind. Jedoch ist bei diesem System eine Energierückspeisung nicht vorgesehen. Auch hier tritt das Rekuperationsproblem, wie zuvor beschrieben, auf. Darüber hinaus weist dieser Stand der Technik den Nachteil auf, dass bei kurzfristigem hohem Strombedarf, wie zum Beispiel Stop-and-Go-Betrieb von vielen Kraftfahrzeugen, nahezu zeitgleich ein hoher Energiebedarf erforderlich ist, der eine entsprechende Auslegung des Energieversorgungsnetzes erfordert oder eine Leistungsbereitstellung begrenzt. Im ungünstigsten Fall kann das Energieversorgungssystem der US 2011/0153184 A1 sogar zusammenfallen. Auch die DE 10 2012 214 753 A1 offenbart ein System zur Energieversorgung von nicht-schienengebundenen Elektrofahrzeugen.
Ferner offenbart die DE 10 2009 035 263 A1 eine elektrische Energieversorgung eines schienengebundenen Kraftfahrzeugs sowie die WO 2010/060720 A1 ein Verfahren zum automatischen Laden von vollständig oder teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugen sowie eine Anordnung zur Herstellung eines Ladekontaktes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Fahrbetrieb eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs zu verbessern.
Als Lösung werden mit der Erfindung ein System sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Bezüglich eines gattungsgemäßen Systems wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung zumindest in oder an einem gegenüber einer Horizontalen geneigten Bereich des Fahrwegs in den Fahrweg integriert angeordnet ist und die Fahrzeugenergiekopplungseinheit und die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung ausgebildet sind, zumindest während des Fahrbetriebs im geneigten Bereich untereinander eine bidirektionale energietechnische Kopplung herzustellen.
Verfahrensseitig wird bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens insbesondere vorgeschlagen, dass die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung zumindest in oder an einem gegenüber einer Horizontalen geneigten Bereich des Fahrwegs in den Fahrweg integriert angeordnet ist und während des Fahrbetriebs zumindest im geneigten Bereich eine bidirektionale energietechnische Kopplung zwischen einer mit der elektrischen Antriebseinrichtung elektrisch gekoppelten Fahrzeugenergiekopplungseinheit des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs und der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung des Energieversorgungssystems hergestellt wird.
Die Erfindung ermöglicht auch bei nicht schienengebundenen beziehungsweise scheinenungebundenen Kraftfahrzeugen eine Rückspeisung von Energie von elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen in ein Energieversorgungssystem. Dadurch können insbesondere große Energieanforderungen, nicht nur für die Zuführung von Energie zum Kraftfahrzeug sondern auch von einer Rückführung von rekuperierter Energie vom Kraftfahrzeug zum Energieversorgungssystem, realisiert werden. Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist es nämlich, dem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug nicht nur Energie zuführen zu können, sondern durch das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug selbst produzierte Energie auch abführen zu können. Gerade dies erlaubt es, die Nutzbarkeit von elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen deutlich zu verbessern. Dabei erweist es sich ferner als besonders vorteilhaft, dass bei langen Gefällstrecken und/oder bei Kraftfahrzeugen mit hoher Zuladung beziehungsweise auch Anhängelast die im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb rekuperierte Energie dem Energieversorgungssystem zugeführt werden kann, wodurch eine Energieumwandlung im Kraftfahrzeug selbst mittels der Bremseinrichtung reduziert werden kann. Dadurch kann nicht nur Energie für das Energieversorgungssystem zur Verfügung gestellt werden, sondern es können auch die Anforderungen an das Kraftfahrzeug hinsichtlich der Bremswirkung entsprechend reduziert werden.
Zu diesem Zweck sind nicht nur die Antriebseinrichtung des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs sowie die Fahrzeugenergiekopplungseinheit entsprechend ausgebildet, dass sie nicht nur Energie vom Energieversorgungssystem an das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug übertragen sondern gerade auch Energie in das Energieversorgungssystem zurückspeisen können. Insbesondere ist auch die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung dazu ausgebildet, nicht nur Energie an das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug abgeben zu können, sondern umgekehrt auch von diesem zugeführte Energie aufnehmen und an das Energieversorgungssystem abgeben zu können. Zu diesem Zweck können entsprechende Energiewandler vorgesehen sein, die eine bidirektionale Energiekopplung erlauben, zum Beispiel bidirektionale Energiewandler, insbesondere bidirektionale DC/DC-Wandler.
Der Fahrweg ist eine Oberfläche, auf der das Kraftfahrzeug bestimmungsgemäß im Fahrbetrieb betrieben beziehungsweise verfahren werden kann. Der Fahrweg ist vorzugsweise eine Straße, insbesondere eine Fahrbahn der Straße.
Das Energieversorgungssystem des Fahrwegs ist vorzugsweise ein elektrisches Energieversorgungssystem, welches zum Beispiel an ein öffentliches Energieversorgungsnetz angeschlossen sein kann und/oder einen eigenen elektrischen Energiespeicher aufweisen kann, beispielsweise nach Art eines Akkumulators oder dergleichen. Das Energieversorgungssystem dient dazu, dem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug, welches sich im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb auf dem Fahrweg befindet, Energie zuführen zu können. Darüber hinaus dient das Energieversorgungssystem dazu, vom elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug bereitgestellte Energie aufzunehmen und je nach Situation zu speichern, vorzugsweise an andere elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge zu verteilen, einem öffentlichen Energieversorgungsnetz zuzuführen und/oder dergleichen.
Zu diesem Zweck sind energieversorgungssystemseitig die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung und kraftfahrzeugseitig die mit der elektrischen Antriebseinrichtung elektrisch gekoppelte Fahrzeugenergiekopplungseinheit vorgesehen. Zwischen der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung und der Fahrzeugenergiekopplungseinheit kann eine energietechnische Kopplung ausgebildet werden, die eine bidirektionale energietechnische Kopplung ermöglicht. Es ist somit möglich, die Energie sowohl vom Kraftfahrzeug zum Energieversorgungssystem als auch umgekehrt übertragen zu können. Die energietechnische Kopplung kann als solche sowohl leitungsgebunden als auch drahtlos erfolgen. Bei einer drahtlosen energietechnischen Kopplung ist vorzugsweise die Nutzung eines geeigneten Energiefeldes vorgesehen. Dabei ist die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung ausgebildet, das Energiefeld über seine Längserstreckung zumindest im geneigten Bereich an einer Position des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs bereitstellen beziehungsweise erfassen zu können. Das Energiefeld braucht also nicht über die gesamte Längserstreckung der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung bereitgestellt beziehungsweise erfasst werden zu können.
Die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung ist zumindest in oder an dem gegenüber der Horizontalen geneigten Bereich des Fahrwegs in den Fahrweg integriert angeordnet. Vorzugsweise ist die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung ausschließlich im geneigten Bereich des Fahrwegs angeordnet. Sie kann in eine Fahrbahn beziehungsweise eine Fahrspur des Fahrwegs integriert angeordnet sein.
Gerade in dem geneigten Bereich erweist sich die Nutzung der Erfindung als besonders vorteilhaft, weil nämlich gegenüber einem nicht geneigten Bereich beim Befahren des Fahrwegs durch Rekuperation freigesetzte beziehungsweise zusätzlich gegenüber einem nicht geneigten Bereich erforderliche Energie mittels des Energieversorgungssystems bereitgestellt werden können. Das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug braucht also nicht mehr für die geneigten Bereiche des Fahrwegs hinsichtlich der erforderlichen Energiemenge sowohl bei einer Steigung als auch bei einem Gefälle ausgelegt zu werden. Dies kann sich kraftfahrzeugseitig sowohl auf die Bremseinrichtung wie auch den elektrischen Energiespeicher auswirken. Diese beiden Einheiten des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs können somit kleiner und deshalb kostengünstiger sowie auch leichter ausgebildet sein.
Das System der Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass es im Wesentlichen nur eine Fahrwegenergiekopplungseinrichtung benötigt, die in dem wenigstens einen geneigten Bereich des Fahrwegs angeordnet ist.
Um eine zuverlässige Funktion des Systems der Erfindung zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass das Energieversorgungsystem und das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug jeweils eine Steuereinheit aufweisen, die vorzugsweise über eine drahtlose Kommunikationsverbindung miteinander kommunikationstechnisch gekoppelt sind. So kann vorgesehen sein, dass sich die Steuereinheit des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs bei der Steuereinheit des Energieversorgungsystems
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung eine entlang des Bereichs des Fahrwegs angeordnete elektrisch leitfähige Schleifschiene und die Fahrzeugenergiekopplungseinheit einen elektrischen Schleifkontakt zum Kontaktieren der Schleifschiene aufweist. Hierdurch kann eine elektrische energietechnische Kopplung bereitgestellt werden, die leitungsgebunden ist. Die Schleifschiene kann in eine Fahrbahndecke des Fahrwegs integriert angeordnet sein, sodass sie von entsprechend ausgebildeten Schleifkontakten des Kraftfahrzeugs elektrisch kontaktiert werden können. Vorzugsweise ist die Schleifschiene für wenigstens zwei elektrisch unterschiedliche Potentiale ausgebildet und das Kraftfahrzeug weist eine entsprechende Anzahl von Schleifkontakten auf.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung und die Fahrzeugenergiekopplungseinheit jeweils eine Magnetkopplungseinheit aufweisen, die ausgebildet ist, die bidirektionale energietechnische Kopplung mittels eines Magnetfelds herzustellen. Besonders bevorzugt ist die Nutzung eines magnetischen Wechselfeldes. Zum Zwecke der Energieübertragung beziehungsweise energietechnischen Kopplung ist ein Magnetfeld aufgrund der physikalischen Eigenschaften besonders geeignet. Dem Grunde nach kann eine energietechnische Kopplung natürlich auch mittels eines elektrischen Feldes oder dergleichen erfolgen. Ein weiterer Vorteil, der sich durch die Nutzung des Magnetfeldes zum bidirektionalen energietechnischen Koppeln zeigt, ist, dass keine unmittelbare mechanische Verbindung elektrischer Art zwischen dem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug und dem Energieversorgungsystem erforderlich ist, um die energietechnische Kopplung herstellen zu können. Schleifschienen und Schleifkontakte oder dergleichen Bauteile können vermieden werden. Darüber hinaus können sich auf einfache Weise die Anforderungen hinsichtlich der elektrischen Sicherheit realisieren lassen, weil bei dieser Ausgestaltung frei zugängliche elektrische Kontakte nicht erforderlich sind. Darüber hinaus erweist sich diese Ausgestaltung als vorteilhaft, wenn sie lediglich in dem geneigten Bereich angeordnet zu werden braucht, sodass fahrwegseitig lediglich ein begrenzter Aufwand betrieben zu werden braucht, um die Erfindung zu realisieren.
Der geneigte Bereich des Fahrwegs kann zum Beispiel ein Fahrweg sein, der an einem Berghang positioniert ist und der die Überwindung einer geografischen Höhendifferenz durch das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug ermöglicht. Der geneigte Bereich kann beispielsweise eine Passstraße, eine Straße für eine Talquerung und/oder dergleichen sein.
Das energietechnische Koppeln erfolgt somit vorzugsweise mittels einer elektrisch leitenden Verbindung oder eines Magnetfeldes. Es können aber Kombinationen hiervon vorgesehen sein.
Es kann vorgesehen sein, dass beim Fahrbetrieb der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung zugeführte Energie als elektrische Energie einem elektrischen Energiespeicher der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung zugeführt wird. Die zugeführte Energie wird also als elektrische Energie gespeichert und steht somit für weitere Anwendungen, die Energie, insbesondere elektrische Energie, benötigen, zur Verfügung. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, dem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug bei einer Bergauffahrt Energie zuzuführen und diese bei einer darauffolgenden Bergabfahrt wieder zurückzugewinnen, indem sie durch Rekuperation durch das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug erzeugt und der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung und damit dem Energieversorgungssystem wieder zugeführt wird. Gerade bei besonders langen Passstraßen mit großen Höhendifferenzen erweist sich das System also als vorteilhaft, weil es eine hohe Energienutzung ermöglicht und zugleich nicht erfordert, dass das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug für eine Maximalbelastung ausgelegt zu werden braucht, die im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb ansonsten nur sehr selten oder gar nicht auftritt. Es kann vorgesehen sein, dass die zugeführte Energie lediglich zu einem vorgegebenen Teil dem elektrischen Energiespeicher zugeführt wird. Vorzugsweise wird jedoch die gesamte elektrische Energie dem elektrischen Energiespeicher zugeführt.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der im elektrischen Energiespeicher gespeicherten Energie mittels der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung der Fahrzeugenergiekopplungseinheit des Kraftfahrzeugs zugeführt wird. Dadurch ist es möglich, das Kraftfahrzeug zumindest während des Fahrbetriebs im geneigten Bereich des Fahrwegs zusätzlich mit elektrischer Energie zu versorgen, um den Fahrbetrieb dadurch zu unterstützen. Insbesondere kann erreicht werden, dass eine vorgegebene Reichweite des Kraftfahrzeugs durch das Befahren des geneigten Bereichs des Fahrwegs nicht wesentlich beeinträchtigt beziehungsweise reduziert wird, weil ergänzend erforderliche Energie zur Befahrung des geneigten Bereichs durch die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung bereitgestellt werden kann.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass beim Fahrbetrieb die von einem ersten Kraftfahrzeug der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung zugeführte Energie über die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung einem zweiten, mit der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung energietechnisch gekoppelten Kraftfahrzeug zugeführt wird. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn das erste Kraftfahrzeug und das zweite Kraftfahrzeug den geneigten Bereich in unterschiedliche Richtungen, insbesondere entgegengesetzt, befahren. Dadurch kann nämlich von dem bergab fahrenden Kraftfahrzeug rekuperierte Energie dem bergauf fahrenden Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt werden. Dadurch ist es möglich, dass einerseits das bergab fahrende Fahrzeug weniger Bremsleistung benötigt, vorzugsweise keine Bremsleistung, weil mittels der Rekuperation wenigstens teilweise eine Bremswirkung erreicht werden kann, und andererseits kann das zweite Kraftfahrzeug zusätzlich mit Energie versorgt werden, um das Bergauffahren des zweiten Kraftfahrzeugs zu unterstützen. Das Energieversorgungssystem dient somit in dieser Ausgestaltung auch dem energietechnischen Koppeln von zwei oder mehreren elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass bei einer Passstraße während eines Bergabfahrens des ersten elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs rekuperierte Energie einem auf der gleichen Passstraße in die gleiche Richtung bergauf fahrenden elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt wird. Dies ermöglicht es, Passstraßen, die über Berge geführt sind, mit einem reduzierten Energieaufwand der Kraftfahrzeuge zu passieren.
Eine Weiterbildung schlägt vor, dass die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung an ein elektrisches Energieversorgungsnetz angeschlossen ist und die über das energietechnische Koppeln bereitgestellte Energie von einem Betriebszustand des elektrischen Energieversorgungsnetzes abhängt. Diese Weiterbildung berücksichtigt, dass das Energieversorgungssystem hinsichtlich seines bestimmungsgemäßen Betriebs von dem an ihn angeschlossenen Energieversorgungsnetz abhängig sein kann. Ist beispielsweise das Energieversorgungsnetz in einem hohen Belastungszustand, kann vorgesehen sein, dass nur eine begrenzte Energiemenge durch das Energieversorgungssystem bereitgestellt wird, die von dem Belastungszustand des Energieversorgungsnetzes abhängig sein kann. Steht beispielsweise aufgrund eines hohen Energieeintrags viel elektrische Energie zur Verfügung, kann die Abnahme von durch das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug bereitgestellte Energie im Rahmen der Energieversorgung durch das Energieversorgungssystem reduziert sein, um eine Überlastung des Energieversorgungsnetzes und damit auch des Energieversorgungssystems zu vermeiden. Ist dagegen das Energieversorgungsnetz aufgrund einer hohen Nachfrage an elektrischer Energie überlastet, kann eine entsprechende hohe Energieabnahme durch das Energieversorgungssystem vom elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug realisiert sein. Vorzugsweise ist zumindest bei dieser Weiterbildung eine Steuereinheit des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs von einer Steuereinheit des Energieversorgungssystems entsprechend steuerbar. Dadurch kann die jeweilige Leistung beziehungsweise Energie der energietechnischen Kopplung zwischen dem Energieversorgungssystem und dem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug in geeigneter Weise eingestellt werden. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheiten drahtlos, vorzugsweise über eine Funkverbindung, miteinander in Kommunikationsverbindung stehen.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn das Energieversorgungssystem im Inselbetrieb betrieben wird. Dadurch ist es möglich, die Erfindung auch dort einzusetzen, wo ein Energieversorgungsnetz wie das öffentliche Energieversorgungsnetz nicht oder nur eingeschränkt verfügbar ist. Dies kann beispielsweise bei abgelegenen Passstraßen oder dergleichen erfolgen. Es ist also nicht erforderlich, für die Erfindung eine zusätzliche Infrastruktur im Rahmen eines Energieversorgungsnetzes wie dem öffentlichen Energieversorgungsnetz oder dergleichen vorzusehen. Die Erfindung erlaubt es, das Energieversorgungssystem auch lokal unabhängig von anderen Energieversorgungssystemen, insbesondere unabhängig von Energieversorgungsnetzen, wie dem öffentlichen Energieversorgungsnetz, zu betreiben. Dadurch erweist sich der Einsatz der Erfindung als besonders vorteilhaft an Fahrwegen beziehungsweise geneigten Bereichen von Fahrwegen, die geografisch abgelegen von Infrastruktureinrichtungen, insbesondere einer öffentlichen Infrastruktureinrichtung wie dem öffentlichen Energieversorgungsnetz, sind.
Die Erfindung ermöglicht es darüber hinaus, weitere Aspekte zu berücksichtigen. So kann beispielsweise bei Systemen zur Energieversorgung nicht schienengebundener Kraftfahrzeuge berücksichtigt werden, dass hier teilweise enorme Energiemengen transportiert werden. Dies kann insbesondere bei Passstraßen auftreten, bei denen eine Infrastruktur nicht ausreichend zur Verfügung steht, um eine Energieversorgung von einer Vielzahl von elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen bereitstellen zu können. Dabei kann es sich zum Beispiel um 100, 1.000 oder auch noch mehr Kraftfahrzeuge handeln, die beispielsweise bergauf und/oder bergab fahren. Bei dem Stand der Technik wären hier hohe Kosten zur Ertüchtigung des Energieversorgungsnetzes vorzusehen. Mit der Erfindung kann dies vermieden werden.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass ein Nutzer das Zuführen von Energie beziehungsweise das Empfangen von Energie abhängig von weiteren Parametern, beispielsweise Kosten für die Energiezufuhr beziehungsweise die Energieaufnahme, variiert. Der Nutzer des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs kann zum Beispiel in seinem Kraftfahrzeug einen Vergleichswert für einen oberen und/oder einen Vergleichswert für einen unteren Ladungszustand sowie gegebenenfalls auch entsprechende Vergleichswerte für Einkaufs- und/oder Verkaufspreise von Energie angeben. Dies kann beispielsweise mittels geeigneter Algorithmen erfolgen, die einem Betreiber des Energieversorgungssystems darüber hinaus auch erlauben, über eine Anpassung des Preises die Nachfrage zu regulieren und dadurch eine Stabilisierung seines Energieversorgungssystems ermöglichen. Darüber hinaus können auch Algorithmen vorgesehen sein, die es dem Nutzer des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs erlauben, seine Energiekosten zu optimieren.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1a bis 1d in zeitlich zugeordneten schematischen Diagrammen die Betriebsverhältnisse bei einer Bergabfahrt eines Elektrofahrzeugs als elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug; und
2a bis 2d in zeitlich zugeordneten schematischen Diagrammen wie 1a bis 1d die Betriebsverhältnisse bei einer Bergabfahrt bei Nutzung eines Systems gemäß der Erfindung.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. 1 umfasst zeitlich zugeordnete Diagramme gemäß 1a bis 1d. Entsprechend umfasst 2 zeitlich zugeordnete Diagramme gemäß 2a bis 2d.
1a zeigt in einem schematischen Höhe-Zeit-Diagramm einen schematischen Höhenverlauf bei einer Bergabfahrt eines nicht näher dargestellten Elektrofahrzeugs als elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Eine Ordinate 10 ist einer jeweiligen momentanen Höhe zugeordnet und eine Abszisse 12 ist eine entsprechende Zeitachse. Mit einem Graphen 30 ist ein zeitlicher Verlauf der Höhe gegenüber der Zeit schematisch dargestellt. Vorliegend handelt es sich um eine Bergabfahrt.
1b zeigt in zeitlich zugeordneter Darstellung mit der gleichen Zeitachse einen momentanen Ladungszustand eines Akkumulators des Elektrofahrzeugs mit einem Graphen 32. Eine Ordinate 14 ist dem Ladungszustand des Akkumulators in % zugeordnet. Der Ladungszustand, auch State of Charge (SOC) genannt, entspricht einem elektrischen Ladungszustand des Akkumulators. Ein Anfangsladungszustand zum Zeitpunkt t = 0 ist mit dem Bezugszeichen 42 gekennzeichnet. Er beträgt vorliegend etwa 70 %.
Die Abfahrt beginnt zum Zeitpunkt t = 0. Zu erkennen ist aus 1a, dass das Fahrzeug mit einem konstanten Gefälle bergab fährt. Ferner ist anhand des Graphen 32 in 1b ersichtlich, dass der Ladungszustand des Akkumulators kontinuierlich ansteigt, und zwar bis zu einem Zeitpunkt z₁. Zu diesem Zeitpunkt erreicht der Ladungszustand des Akkumulators 100 %, sodass der Akkumulator keine weitere elektrische Energie mehr zu speichern vermag. Bis zum Zeitpunkt z₁ wird mittels einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung des Elektrofahrzeugs Energie aufgrund der Bergabfahrt rekuperiert und dem Akkumulator zum Speichern zugeführt.
1d zeigt ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm in schematischer Darstellung, welches die gleiche Zeitachse wie die Diagramme gemäß 1a und 1b aufweist. Eine Ordinate in 1d ist einer Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs zugeordnet. Mittels eines gestrichelten Graphen 28 ist eine Soll-Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs dargestellt. Ein Graph 26 stellt eine tatsächliche Ist-Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs dar. Ersichtlich ist, dass die Ist-Geschwindigkeit in einem Zeitraum von t = 0 bis z₁ konstant ist und im Wesentlichen der ebenfalls konstanten Soll-Geschwindigkeit entspricht.
Die Soll-Geschwindigkeit ist über den gesamten Zeitraum, das heißt, der gesamten Bergabfahrt, konstant. Das heißt ferner, dass der Graph 28 parallel zur Abszisse 12 ist.
1c zeigt in einem weiteren schematischen zeitlich zugeordneten Diagramm eine Kraftwirkung in Bezug auf das Elektrofahrzeug, und zwar bezüglich einer Kraftwirkung im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb. Eine Ordinate 16 ist somit einer Kraft F zugeordnet. Ein positiver Wert für die Kraft F, das heißt, ein Wert oberhalb der Abszisse 12 als Zeitachse, entspricht einer Bremswirkung, wohingegen eine negative Kraft F einer Beschleunigungswirkung zugeordnet ist. Zu erkennen ist, dass im Zeitraum t = 0 bis z₁ zugleich eine Bremswirkung mittels eines Graphen 22 dargestellt ist, die durch eine mechanische Bremseinrichtung des Elektrofahrzeugs bereitgestellt wird. Zugleich ist in diesem Zeitraum eine zusätzliche Bremswirkung aufgrund von Rekuperation erreicht, was in 1c mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist. Im vorgenannten Zeitraum wird die durch Rekuperation erzeugte Energie als elektrische Energie im Akkumulator gespeichert, was sich anhand des Graphen 32 in 1b verifizieren lässt.
Zum Zeitpunkt z₁ erreicht der Akkumulator seinen Maximalladungszustand, sodass er keine weitere elektrische Ladung mehr zu speichern vermag. Zum Schutz des Akkumulators vor Überladung wird deshalb der Rekuperationsbetrieb automatisch abgeschaltet, was anhand von 1c durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen A ersichtlich ist. Die Bremskraftwirkung springt somit kurzzeitig auf die bis zum Zeitpunkt z₁ anliegende Bremskraftwirkung der mechanischen Bremseinrichtung. Zu diesem Zeitpunkt ist es erforderlich, dass der Fahrer beziehungsweise Nutzer durch zusätzliches Betätigen des Bremspedals oder durch einen entsprechenden Regelkreis des Elektrofahrzeugs eine erhöhte Bremskraftwirkung hervorruft, was durch einen Anstieg der Bremskraft, dargestellt mit dem Graphen 22, im Zeitraum von z₁ bis z₂ ersichtlich ist. In diesem Zeitraum ist anhand des Graphen 30 in 1a ersichtlich, dass die Höhenabnahme kontinuierlich fortgesetzt wird.
Aus 1c ist ferner ersichtlich, dass kurz vor Erreichen des Zeitpunkts z₂ ein Überschwingen der Bremskraft erfolgt, um den Bremskraftwirkungssprung zum Zeitpunkt z₁ ausgleichen zu können. Eine entsprechende Wirkung ist anhand der Geschwindigkeit in 1d im Zeitraum z₁ bis z₂ ersichtlich, bei dem ein Überschwingen der Geschwindigkeit über die Soll-Geschwindigkeit erfolgt. Dies ist mit einem Pfeil gekennzeichnet, der mit B gekennzeichnet ist. Am Ende des Zeitraums z₂ erreicht die mit dem Graphen 26 dargestellte Ist-Geschwindigkeit wieder die mit dem Graphen 28 dargestellte Soll-Geschwindigkeit.
Es erfolgt nun eine Bremswirkung ausschließlich basierend auf der Bremswirkung der mechanischen Bremseinrichtung des Elektrofahrzeugs. Diese wirkt bis zu einem Zeitpunkt z₃.
Aus 1a ist ersichtlich, dass zum Zeitpunkt z₃ ein Plateau erreicht wird, bei dem das Elektrofahrzeug auf einer konstanten Höhe verfahren wird. Das Plateau erstreckt sich bis zu einem Zeitpunkt z₄. Aus 1d ist ersichtlich, dass in diesem Zeitraum die mit dem Graphen 26 dargestellte Ist-Geschwindigkeit etwa der mit dem Graphen 28 dargestellten Soll-Geschwindigkeit entspricht. Aus 1c ist ersichtlich, dass die Bremskraftwirkung nunmehr eingestellt ist und stattdessen im Zeitraum von z₃ bis z₄ mittels der elektrischen Antriebseinrichtung des Elektrofahrzeugs eine Antriebskraftwirkung, dargestellt mit dem Graphen 24, bereitgestellt wird. Diese Kraftwirkung ist für den in der Ebene erforderlichen Vortrieb des Elektrofahrzeugs im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb erforderlich. Die hierfür erforderliche Energie wird dem Akkumulator entnommen, weshalb anhand des Graphen 32 in 1b ersichtlich ist, dass der Ladungszustand in diesem Zeitraum abnimmt.
Aus 1a ist ersichtlich, dass beginnend mit dem Zeitpunkt z₄ bis zum Zeitpunkt z₅ eine konstante Steigung zu überwinden ist. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, dass die Antriebseinrichtung des Elektrofahrzeugs eine erhöhte Antriebskraft bereitstellt, um diese Steigung überwinden zu können. Dies ist in 1c anhand des Graphen 24 im Zeitraum z₄ bis z₅ ersichtlich, der einen größeren Betrag aufweist, als im Bereich z₃ bis z₄. Entsprechend ist aus 1b ersichtlich, dass der Akkumulator in diesem Zeitraum stärker entladen wird. Da genügend Energie zur Verfügung steht, bleibt auch in diesem Zeitraum die mit dem Graphen 26 dargestellte Ist-Geschwindigkeit etwa gleich der mit dem Graphen 28 dargestellten Soll-Geschwindigkeit.
Beginnend mit dem Zeitpunkt z₅ beginnt wieder eine erneute Gefällstrecke, wie sie anhand des Graphen 30 in 1a dargestellt ist. Vorliegend ist wieder eine konstante Bergabfahrt vorgesehen, jedoch ist das Gefälle hier weniger steil gegenüber dem Zeitraum 0 bis z₃.
Aufgrund der Bergabfahrt wird der Akkumulator nun wieder aufgeladen, weil mittels Rekuperation elektrische Energie bereitgestellt wird. Dies ist anhand des Graphen 32 in 1b ersichtlich, indem der Ladungszustand mit zunehmender Zeit im Zeitraum z₅ bis z₆ wieder ansteigt. Entsprechend ist in 1c wieder mit den Graphen 20 und 22 die Bremskraftwirkung dargestellt, die sich zusammensetzt aus einer Bremskraftwirkung aufgrund von Rekuperation (Bezugszeichen 20) sowie Bremswirkung aufgrund der mechanischen Bremseinrichtung (Bezugszeichen 22). In diesem Zeitraum entspricht die Ist-Geschwindigkeit wieder etwa der Soll-Geschwindigkeit. Aufgrund des geringeren Gefälles ist hier die Kraft F kleiner als im Zeitraum 0 bis z₃.
Zum Zeitpunkt z₆ erreicht der Ladungszustand des Akkumulators wieder 100 % (vergleiche 1b), sodass der Rekuperationsbetrieb eingestellt werden muss. Dies ist anhand von 1c mit dem Pfeil A gekennzeichnet. Wie bereits zuvor erläutert, wird der Rekuperationsbetrieb zu diesem Zeitpunkt eingestellt, sodass die mechanische Bremseinrichtung die vollständige Bremswirkung übernehmen muss. Dies ist im Zeitraum z₆ bis z₇ dargestellt, wobei die Auswirkungen dem entsprechen, was bereits für den Zeitraum z₁ bis z₂ erläutert worden ist, weshalb ergänzend auf diese Ausführungen verwiesen wird. Auch hier ist in 1b wieder eine Abweichung der Ist-Geschwindigkeit von der Soll-Geschwindigkeit ersichtlich, wobei die Ist-Geschwindigkeit die Soll-Geschwindigkeit übersteigt. In diesem Zeitraum bleibt der Ladungszustand des Akkumulators konstant, wie anhand des Graphen 32 in 1b ersichtlich. Aufgrund des geringeren Gefälles ist auch hier die Kraft F kleiner als im Zeitraum 0 bis z₃.
An den Zeitpunkt z₇ schließt sich ein Zeitraum von z₇ bis z₈ an, bei dem das Elektrofahrzeug die Höhe null erreicht. Das Elektrofahrzeug ist unten angekommen und die Bergabfahrt ist beendet. Im Zeitraum z₇ bis z₈ liegen die Verhältnisse vor, wie sie bereits für den Zeitraum z₂ bis z₃ erläutert worden sind, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen oben verwiesen wird.
Insgesamt zeigen die 1a bis 1d, dass ab Beginn der Bergabfahrt der Akkumulator aufgeladen wird. Der Ladungszustand steigt an und ermöglicht somit eine konstante Bremskraftwirkung aufgrund von Rekuperation in Verbindung mit der mechanischen Bremseinrichtung. Zum Zeitpunkt z₁ ist der Akkumulator voll aufgeladen, sodass die Bremskraftwirkung aufgrund von Rekuperation entfällt. Die Ist-Geschwindigkeit steigt deshalb an. Die entfallene Bremskraftwirkung muss durch die mechanische Bremseinrichtung ausgeglichen werden. Dies erfordert einen Anstieg der Bremskraft bei der mechanischen Bremseinrichtung, die vorliegend als hydraulische Bremse ausgebildet ist. Erst zum Zeitpunkt z₂ ist die Soll-Geschwindigkeit durch die Ist-Geschwindigkeit wieder erreicht. Ab dem Zeitpunkt z₃ wird bei einer ebenen Fahrt wieder Energie aus dem Akkumulator entnommen, sodass sein Ladungszustand abfällt. Ab dem Zeitpunkt z₄ ist durch die Steigung die Energieentnahme aus dem Akkumulator größer, sodass die Steilheit der Entladung entsprechend ansteigt. Ab dem Zeitpunkt z₅ wird der Akkumulator aufgrund von Rekuperation wieder aufgeladen.
Wenn die Rekuperation abgeschaltet wird, kann eine plötzliche Beschleunigung des Elektrofahrzeugs auftreten, wie es anhand des Graphen 26 in 1d ersichtlich ist. Dies wird vom Fahrer des Elektrofahrzeugs als sehr unangenehm empfunden, weil es wie eine plötzliche Beschleunigung wahrgenommen wird. Um dies auszugleichen, kann die Bremswirkung, hier die hydraulische Bremswirkung, durch stärkeres Treten auf das Bremspedal durch den Fahrer oder durch einen entsprechenden Regelkreis des Elektrofahrzeugs ausgeglichen werden. Die mechanische Bremseinrichtung muss entsprechend eine erhöhte Bremsleistung bereitstellen und eine entsprechende Wärmemenge abführen können.
Die 2a bis 2d zeigen nun die Sachverhalte der 1a bis 1d bei Nutzung eines erfindungsgemäßen Systems zum Unterstützen des Fahrbetriebs des Elektrofahrzeugs. Insofern entspricht 2a der 1a und weist die gleiche Abszisse 12 als Zeitachse auf. In einem Zeitraum von t = 0 bis e₁ entsprechen die Verhältnisse denen, wie sie bereits anhand der 1a bis 1d im Zeitraum t = 0 bis z₁ beschrieben worden sind, weshalb ergänzend auf diese Ausführungen verwiesen wird.
Vorliegend ist vorgesehen, dass das Elektrofahrzeug eine mit der elektrischen Antriebseinrichtung elektrisch gekoppelte Fahrzeugenergiekopplungseinheit aufweist. Ferner ist fahrwegseitig vorgesehen, dass das Energieversorgungssystem eine sich in die Längsrichtung des Fahrwegs erstreckende Fahrwegenergiekopplungseinrichtung aufweist. Vorliegend ist weiterhin vorgesehen, dass die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung durch ein Schienensystem gebildet ist, welches mit einem Schleifkontaktsystem des Elektrofahrzeugs, welches durch die Fahrzeugenergiekopplungseinheit bereitgestellt wird, elektrisch gekoppelt ist. Dadurch ist eine energietechnische Kopplung hergestellt. Vorliegend ist ferner vorgesehen, dass das Energieversorgungssystem an ein öffentliches Energieversorgungsnetz angeschlossen ist und ausgebildet ist, Energie in das öffentliche Energieversorgungsnetz Energie einspeisen zu können sowie auch Energie aus dem Energieversorgungsnetz beziehen zu können.
Aus den Fign. ist ersichtlich, dass zum Zeitpunkt e₁, der dem Zeitpunkt z₁ in den 1a bis 1d entspricht, der Akkumulator wieder seinen maximal aufgeladenen Ladungszustand erreicht (vergleiche 2b), was mittels des Graphen 34 in 2b dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird weiterhin mittels Rekuperation elektrische Energie erzeugt, die nun aber nicht mehr im Akkumulator gespeichert werden kann. Stattdessen wird die mittels Rekuperation erzeugte Energie über die energietechnische Kopplung dem Energieversorgungssystem zugeführt, was in 2c mittels des Graphen 36 dargestellt ist. Die Bremskraftwirkung setzt sich im Zeitraum e₁ bis e₂ somit zusammen aus einer Bremskraftwirkung aufgrund einer Energieeinspeisung in das Energieversorgungssystem sowie einer Bremskraftwirkung aufgrund der mechanischen Bremseinrichtung des Elektrofahrzeugs, dargestellt mit dem Graphen 22 in 2c.
Zum Zeitpunkt e₂ erreicht das Elektrofahrzeug wieder eine Plateauebene, wobei der Zeitpunkt e₂ in den 2a bis 2d dem Zeitpunkt z₃ in den 1a bis 1d entspricht. Es schließt sich ein Zeitraum eines Fahrbetriebs in der Ebene an, der durch die Zeitpunkte e₂ und e₃ begrenzt ist. Der Zeitpunkt e₃ entspricht somit dem Zeitpunkt z₄ in den 1a bis 1d.
Daran schließt sich ein Zeitraum von e₃ bis e₄ an, in dem eine Steigung durch das Elektrofahrzeug zu bewältigen ist. Zu diesem Zweck wird dem Akkumulator entsprechend höhere Energie entnommen, wie dies anhand des Graphen 34 in 2b ersichtlich ist. Zum Zeitpunkt e₄ ist aber lediglich ein Teil der Steigungsstrecke überwunden, aber es wird ein durch den Nutzer vorgegebener Vergleichswert unterschritten. Der Nutzer des Elektrofahrzeugs hat vorliegend zuvor den Vergleichswert für einen unteren Ladungszustand angeben. Zu diesem Zeitpunkt wird über die energietechnische Kopplung Energie aus dem Energieversorgungssystem bezogen, was mittels des Graphen 38 in 2c dargestellt ist. Der Energiebezug dauert bis zum Zeitpunkt es, zu dem die lokale maximale Höhe (2a, Bezugszeichen 30) erreicht ist. Ab diesem Zeitpunkt wird das Bergabfahren fortgesetzt.
In einem Zeitraum es bis e₆ wird wieder mittels Rekuperation Energie erzeugt und im Akkumulator gespeichert, wie dies anhand des Graphen 34 in 2b ersichtlich ist. Aufgrund des geringeren Gefälles ist hier die Kraft F kleiner als im Zeitraum 0 bis e₂.
Zum Zeitpunkt e₆ erreicht der Akkumulator seinen maximalen Ladungszustand, sodass er keine weitere elektrische Ladung zu speichern vermag. Das Zuführen von elektrischer Energie zum Akkumulator wird deshalb beendet, und stattdessen wird die durch Rekuperation erzeugte elektrische Energie über die energietechnische Kopplung dem Energieversorgungssystem zugeführt, und zwar für die restliche Dauer der Bergabfahrt vom Zeitpunkt e₆ bis zum Zeitpunkt e₇. Zum Zeitpunkt e₇ erreicht das Elektrofahrzeug die Höhe null und die Bergabfahrt ist beendet. Aufgrund des geringeren Gefälles ist auch hier die Kraft F kleiner als im Zeitraum 0 bis e₂.
Aus 2d ist ersichtlich, dass während der gesamten Bergabfahrt die mit einem Graphen 40 dargestellte Ist-Geschwindigkeit im Wesentlichen der mit dem Graphen 28 dargestellten Soll-Geschwindigkeit entspricht. Die zuvor beschriebenen nachteiligen Wirkungen, insbesondere in Bezug auf das Beenden der Rekuperation, können somit vollständig vermieden werden.
In einer Abwandlung des vorgenannten Ausführungsbeispiels kann auch vorgesehen sein, dass im Zeitraum e₄ bis es aus dem Energieversorgungssystem keine Energie bezogen wird, sondern lediglich die Energie des Akkumulators für den Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs herangezogen wird. Dadurch kann eine Verschiebung des Zeitpunkts e₆ erreicht werden. Dies geht jedoch nur, solange der Ladungszustand des Akkumulators einen vorgegebenen Mindestladungszustand nicht unterschreitet. Spätestens ab diesem Ladungszustand wäre dann doch Energie aus dem Energieversorgungssystem zu beziehen.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Unterstützung des Fahrbetriebs des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs erreicht werden kann. Durch die Rückspeisung von Energie in das Energieversorgungssystem beziehungsweise ein angeschlossenes Energieversorgungsnetz bei insbesondere voll aufgeladenem Akkumulator braucht diese Energie nicht verloren zu gehen. Darüber hinaus kann die nachteilige Wirkung im Stand der Technik, die auftritt, wenn die Rekuperation beendet wird, weitgehend vermieden werden. Gleichzeitig brauchen hydraulische Bremsen die Energie, die in das Energieversorgungssystem eingespeist wird, nicht in Wärme umzuwandeln. Dadurch kann zum Beispiel ein Verschleiß von Bremsen reduziert werden. Insbesondere können die Bremsen gegebenenfalls kleiner dimensioniert werden, Maßnahmen zur Bremskühlung reduziert werden und/oder auch höhere Anhängelasten und Zuladungen bei Bergfahrten freigegeben werden. Durch eine Rückspeisung in ein Energieversorgungsnetz bei hoher Rückspeisungsvergütung kann ein Fahrzeugnutzer seine Energiekosten optimieren. Durch Anheben der Preise kann ein Energieversorger eine Nachfrage temporär steuern, um sein Netz stabilisieren zu können. Darüber hinaus kann bei langen Passstraßen die Energie, die von bergab fahrenden Kraftfahrzeugen eingespeist wird, direkt von bergauf fahrenden Kraftfahrzeugen genutzt werden. Dadurch können kostspielige Ausbauten eines Stromnetzes beziehungsweise Energieversorgungsnetzes zu oft abgelegenen Passstraßen eingespart beziehungsweise reduziert werden.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, dass durch die Erfindung ein Verschleiß bei den Bremsen, zum Beispiel in Bezug auf Bremsbeläge, Bremsscheiben und/oder dergleichen, reduziert werden kann. Diese Bauteile unterliegen einem der Nutzung entsprechendem Verschleiß und müssen im Verlaufe einer Lebensdauer des Elektrofahrzeugs mehrmals gewechselt werden. Durch die Erfindung kann der diesbezügliche Aufwand reduziert werden, gegebenenfalls auch Wartungsintervalle verlängert werden. Eine elektrische Antriebseinheit des Elektrofahrzeugs sowie auch der Akkumulator sind in der Regel für die gesamte Lebensdauer des Elektrofahrzeugs ausgelegt.
Bei Systemen zur Energieversorgung nicht-schienengebundener Kraftfahrzeuge müssen enorme Energiemengen transportiert werden. Insbesondere an Passstraßen ist die Infrastruktur oft nicht ausreichend ausgebaut, um die Energieversorgung mehrerer hundert oder tausend bergauf fahrender Kraftfahrzeuge zu gewährleisten. Hier sind abgesehen von der eigentlichen Energiekopplung nennenswerte Kosten zur Ertüchtigung eines Energienetzes zu erwarten.
Zu diesem Zweck kann ferner vorgesehen sein, dass im Kraftfahrzeug angebrachte Wechselrichter, insbesondere bidirektionale Wechselrichter, genutzt werden können, die über bidirektionale Stromzähler verfügen.
Ferner kann das System der Erfindung geeignete Kommunikationseinrichtungen zum Austausch der notwendigen Daten wie zum Beispiel Identifikation, Abrechnungsweise, entnommene und zurückgespeiste Energiemengen mit zugeordneten Preisen und/oder dergleichen enthalten. Darüber hinaus kann ein Energieversorger seine Preise zeitlich variieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011/0153184 A1 [0008]
DE 102012214753 A1 [0008]
DE 102009035263 A1 [0009]
WO 2010/060720 A1 [0009]

Claims

System zum Unterstützen eines Fahrbetriebs eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs in eine Längserstreckungsrichtung eines Fahrwegs (30), wobei das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug eine elektrische Antriebseinrichtung und der Fahrweg ein Energieversorgungssystem zum Versorgen (36, 38) des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs mit Energie im Fahrbetrieb aufweist, wobei das Energieversorgungssystem eine sich in die Längserstreckungsrichtung des Fahrwegs (30) erstreckende Fahrwegenergiekopplungseinrichtung und das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug eine mit der elektrischen Antriebseinrichtung elektrisch gekoppelte Fahrzeugenergiekopplungseinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung zumindest in oder an einem gegenüber einer Horizontalen geneigten Bereich des Fahrwegs (30) in den Fahrweg (30) integriert angeordnet ist und die Fahrzeugenergiekopplungseinheit und die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung ausgebildet sind, zumindest während des Fahrbetriebs im geneigten Bereich untereinander eine bidirektionale energietechnische Kopplung herzustellen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung eine entlang des Bereichs des Fahrwegs (30) angeordnete elektrisch leitfähige Schleifschiene und die Fahrzeugenergiekopplungseinheit einen elektrischen Schleifkontakt zum Kontaktieren der Schleifschiene aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung und die Fahrzeugenergiekopplungseinheit jeweils eine Magnetfeldkopplungseinheit aufweisen, die ausgebildet ist, die bidirektionale energietechnische Kopplung mittels eines Magnetfeldes herzustellen.
Verfahren zum Unterstützen eines Fahrbetriebs eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs in eine Längserstreckungsrichtung eines Fahrwegs (30), wobei das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug mittels einer elektrischen Antriebseinrichtung angetrieben und im Fahrbetrieb zumindest teilweise mit Energie von einem Energieversorgungssystem des Fahrwegs (30) versorgt wird, das eine sich in die Längserstreckungsrichtung des Fahrwegs erstreckende Fahrwegenergiekopplungseinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung zumindest in oder an einem gegenüber einer Horizontalen geneigten Bereich des Fahrwegs (30) in den Fahrweg (30) integriert angeordnet ist und während des Fahrbetriebs zumindest im geneigten Bereich eine bidirektionale energietechnische Kopplung zwischen einer mit der elektrischen Antriebseinrichtung elektrisch gekoppelten Fahrzeugenergiekopplungseinheit des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs und der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung des Energieversorgungssystems hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das energietechnische Koppeln mittels einer elektrisch leitenden Verbindung oder eines Magnetfeldes erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Fahrbetrieb der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung zugeführte Energie als elektrische Energie einem elektrischen Energiespeicher der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung zugeführt (e₁ - e₂, e₆ - e₇) wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der im elektrischen Energiespeicher gespeicherten Energie mittels der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung der Fahrzeugenergiekopplungseinheit des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs zugeführt (e₄ - e₅) wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Fahrbetrieb die von einem ersten Kraftfahrzeug der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung zugeführte Energie über die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung einem zweiten mit der Fahrwegenergiekopplungseinrichtung energietechnisch gekoppelten Kraftfahrzeug zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrwegenergiekopplungseinrichtung an ein elektrisches Energieversorgungsnetz angeschlossen ist und die über das energietechnische Koppeln bereitgestellte Energie von einem Betriebszustand des elektrischen Energieversorgungsnetzes abhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieversorgungssystem im Inselbetrieb betrieben wird.