DE102017202648A1

DE102017202648A1 - Verfahren zum Verlängern einer Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs und System mit einer Drohne zum Verlängern einer Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102017202648A1
Application number: DE102017202648.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes Landgraf
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2018-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlängern einer Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (20), bei welchem zur Reichweitenverlängerung des Kraftfahrzeugs (20) mittels einer Drohne (11a, 11b) elektrische Energie am Kraftfahrzeug (20) bereitgestellt wird, wobei die elektrische Energie mittels einer Energiebereitstellungseinrichtung (13) der Drohne (11a, 11b) bereitgestellt und zur Reichweitenverlängerung des Kraftfahrzeugs (20) über eine drohnenseitige elektrische Schnittstelle (15) an eine elektrische Schnittstelle (21) des Kraftfahrzeugs (20) übertragen wird. Ferner betrifft die Erfindung ein System (10) mit einer Drohne (11a, 11b) zum Verlängern einer Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (20).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlängern einer Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs sowie ein System mit einer Drohne zum Verlängern einer Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer elektrischen Schnittstelle zum elektrischen Verbinden mit der Drohne des Systems.
Bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen kann ein Problem entstehen, wenn eine Ladeinfrastruktur nicht in ausreichendem Maße ausgebaut ist, also nicht genügend Lademöglichkeiten zur Verfügung stehen. Es kann daher vorkommen, dass kurzfristig elektrische Energie für den Betrieb eines Elektrofahrzeugs gebraucht wird, wenn sich keine Lademöglichkeit in unmittelbarer Reichweite vom Kraftfahrzeug befindet. Es werden daher Lösungen benötigt, die für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug die Funktion eines Reichweitenverlängerers bieten. Konventionelle Reichweitenverlängerer, wie sie in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen verbaut werden, haben jedoch den Nachteil, dass dadurch das Kraftfahrzeuggewicht und damit auch gleichzeitig die Kosten erhöht werden. Hier könnten mobile Systeme Abhilfe schaffen.
So zeigt die GB 2530626 A ein System für den Einsatz von unbemannten Luftfahrzeugen umfassend ein Fahrzeug mit einer Transportplattform. Mit dem Fahrzeug ist mittels der Transportplattform mindestens ein unbemanntes Luftfahrzeug transportierbar. Ferner verfügt das Fahrzeug über Andockvorrichtungen, die es erlauben, dass ein unbemanntes Luftfahrzeug automatisch an die Andockvorrichtungen andockt. In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Andockvorrichtung eine Station ist, über welche das unbemannte Luftfahrzeug aufgeladen wird. Ein Laden eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs wird dadurch jedoch nicht bewerkstelligt.
Die DE 10 2015 110 812 A1 zeigt ein System, das mindestens ein Fahrzeug und eine einsetzbare Drohne umfasst. Die Drohne ist dazu eingerichtet, sich an dem Kraftfahrzeug zu befestigen und sich von dem Kraftfahrzeug zu lösen. Das Kraftfahrzeug und die Drohne bleiben miteinander in Kommunikation, um Informationen über die Umgebung des Kraftfahrzeugs auszutauschen. Dies geschieht während das Kraftfahrzeug in einer selbstständigen Fahrbetriebsart betrieben wird, so dass das Leistungsvermögen des Kraftfahrzeugs in der selbstständigen Fahrbetriebsart erhöht wird. Ein Laden eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs wird dadurch jedoch ebenso wenig bewerkstelligt.
Die DE 10 2014 213 023 A1 dagegen zeigt ein Verfahren zum Versorgen eines Kraftfahrzeugs mit einer Energielieferung. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Kraftfahrzeug mit Kraftstoff oder mit elektrischer Energie von einer Batterie oder einem Kondensator versorgt. Das Kraftfahrzeug ist dazu eingerichtet, mithilfe von drahtlosen, elektronischen Kommunikationsmitteln den Landeanflug einer Drohne zu unterstützen. Dies umfasst das Anfordern der Energielieferung mittels der Drohne über ein elektronisches Portal und das Unterstützen des Landeanflugs der Drohne zum Kraftfahrzeug mithilfe einer drahtlosen Kommunikation. Dabei verfügt die Drohne über ein abnehmbares Behältnis, das dazu eingerichtet ist, die Energielieferung aufzunehmen. Die Energielieferung kann folglich nicht durch die Drohne selbst an das Kraftfahrzeug übertragen werden. Es findet ein bloßer Transport der Energielieferung hin zu dem Fahrzeug, jedoch keine Energieübertragung mittels der Drohne, statt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine technische Lösung bereitzustellen, mittels welcher ein flexibleres und situationsgerechteres Verlängern der Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Verlängern einer Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs sowie durch ein System mit einer Drohne gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verlängern einer Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs wird zur Reichweitenverlängerung des Kraftfahrzeugs mittels einer Drohne elektrische Energie am Kraftfahrzeug bereitgestellt. Dies erfolgt dadurch, dass die elektrische Energie mittels einer Energiebereitstellungseinrichtung der Drohne bereitgestellt und zur Reichweitenverlängerung des Kraftfahrzeugs über eine drohnenseitige elektrische Schnittstelle an eine elektrische Schnittstelle des Kraftfahrzeugs übertragen wird.
Bei dem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung kann es sich um ein Elektrofahrzeug, ein Hybridelektrofahrzeug oder um ein Brennstoffzellenfahrzeug handeln. Bei einem Brennstoffzellenfahrzeug wird elektrische Energie beispielsweise aus den Energieträgern Wasserstoff oder Methanol mittels Brennstoffzellen erzeugt. Diese elektrische Energie wird direkt mit dem Elektroantrieb des Brennstoffzellenfahrzeugs in Bewegung umgewandelt oder zeitweise in einer Traktionsbatterie zwischengespeichert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verlängern einer Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs bewirkt, dass die Reichweite, die mit dem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug zurückgelegt werden kann, verlängert wird, sodass beispielsweise mehrere hundert km mit der zur Verfügung gestellten elektrischen Energie zurückgelegt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren bedient sich einer Drohne, um elektrische Energie am Kraftfahrzeug bereitzustellen. Drohnen werden häufig auch als „unbemannte Luftfahrzeuge“ bezeichnet. Sie haben beispielsweise die Gestalt eines Quadrocopters mit mehreren Rotoren. Generell werden Drohnen elektrisch oder durch Verbrennung von Kraftstoff angetrieben.
Wenn die Drohne die elektrische Energie am Kraftfahrzeug bereitstellt, bedeutet der Begriff „am Kraftfahrzeug“, dass die Drohne in einem Bereich um das Kraftfahrzeug, beispielsweise im Umkreis von 50 Metern in Bezug zum Kraftfahrzeug, landet. Die Drohne landet folglich in unmittelbarer Nähe oder neben dem Kraftfahrzeug, bevor die Übertragung der elektrischen Energie auf das Kraftfahrzeug erfolgt. Alternativ kann die Drohne aber auch elektrische Energie am Kraftfahrzeug dadurch bereitstellen, indem die Drohne direkt auf dem Kraftfahrzeug und nicht neben dem Kraftfahrzeug landet.
Eine Energiebereitstellungseinrichtung der Drohne, welche die elektrische Energie am Kraftfahrzeug bereitstellt, kann jede beliebige Einrichtung sein, die es ermöglicht, elektrische Energie zu transportieren und nachfolgend zu übertragen. Denn das erfindungsgemäße Verfahren sieht nicht vor, dass ein bloßer Energietransport durch die Drohne gewährleistet wird, sondern die Drohne ermöglicht auch die nachfolgende Energieübertragung an das Kraftfahrzeug.
Zur Energieübertragung an das elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug benötigt die Drohne eine drohnenseitige elektrische Schnittstelle. Von dieser aus wird elektrische Energie an eine elektrische Schnittstelle des Kraftfahrzeugs übertragen. Dadurch erfolgt das Aufladen des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie. Bei der drohnenseitigen elektrischen Schnittstelle kann es sich um jede Vorrichtung handeln, die eine Übertragung elektrischer Energie ermöglicht. Diese kann beispielsweise auch direkt an der Energiebereitstellungseinrichtung der Drohne angebracht sein. Bevorzugt handelt es sich bei der elektrischen Schnittstelle um eine Entladebuchse.
Gleichzeitig benötigt auch das elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug eine elektrische Schnittstelle, die mit der drohnenseitigen elektrischen Schnittstelle verbunden werden kann, um die Übertragung der elektrischen Energie durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verlängern der Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs hat folgende Vorteile: Durch die Drohne, welche mobil elektrische Energie für das elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug bereitstellt, ist der Fahrer des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs hinsichtlich einer Reichweitenanforderung flexibel. Er kann unabhängig von einer bestehenden Ladeinfrastruktur den Betrieb seines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs gewährleisten. Ferner findet dabei nicht nur ein reiner Transport von elektrischer Energie mittels der Drohne statt, sondern auch die Übertragung der elektrischen Energie über die elektrische Schnittstelle der Drohne zu der elektrischen Schnittstelle des Kraftfahrzeugs. Ferner wird durch das erfindungsgemäße Verfahren umgangen, dass ein Reichweitenverlängerer, üblicherweise ausgebildet als zusätzliche Aggregate im Elektrofahrzeug, im elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug verbaut sein muss. Dies verringert das Kraftfahrzeuggewicht und gleichzeitig die Kosten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Drohne mittels einer Servereinrichtung von einem Bereitstellungsort zum Kraftfahrzeug ferngesteuert, sobald die Servereinrichtung ein diesbezügliches Anforderungssignal empfangen hat. Die Servereinrichtung kann bewerkstelligen, dass die Drohne zum Kraftfahrzeug gesteuert wird. Alternativ kann aber auch die Drohne in der Lage sein, autonom zum Kraftfahrzeug zu fliegen. Der Weg der Drohne hin zu dem Kraftfahrzeug kann beispielsweise von einem Bereitstellungsort ausgehen. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Sammelstation für Drohnen oder auch um eine Ladestation für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge handeln.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Drohne allerdings nur dann ausgehend von dem Bereitstellungsort zu dem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug ferngesteuert, wenn die Servereinrichtung ein entsprechendes Anforderungssignal empfangen hat. Ein solches Anforderungssignal kann beispielsweise über eine App eines portablen mobilen Endgerätes, z.B. mittels eines Smartphones, oder auch mittels einer fahrzeugseitigen Kommunikationseinrichtung ausgesendet werden. Diese Kommunikationseinrichtung kann beispielsweise ein Bestandteil eines Infotainmentsystems des Kraftfahrzeugs sein.
Vorzugsweise wird die Drohne auch erst dann von der Servereinrichtung oder autonom zum Kraftfahrzeug ferngesteuert, sobald die Servereinrichtung ein Anforderungssignal bezüglich einer erforderlichen Reichweitenverlängerung empfangen hat. Beispielsweise kann dies der Fall sein, wenn ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug liegengeblieben ist und der Fahrer eigentlich noch eine Wegstrecke von beispielsweise 300 km zurücklegen wollte. Dann kann dieser ein entsprechendes Signal, beispielsweise mittels seines Smartphones über eine App aussenden, dass er eine Drohne mit einer bestimmten Reichweite, hier z.B. von 300 km, anfordern möchte.
Dadurch, dass die Drohne mittels der Servereinrichtung von einem Bereitstellungsort zum Kraftfahrzeug ferngesteuert wird, sobald die Servereinrichtung ein diesbezügliches Anforderungssignal empfangen hat, ergibt sich eine große Flexibilität für eine Reichweitenverlängerung eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs. Ferner ist es nicht erforderlich, dass die Drohne von Beginn der Fahrt an mit dem Kraftfahrzeug mitgeführt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Signal von einer Servereinrichtung bereitgestellt wird, welches eine mittels der Drohne erzielbare Reichweitenverlängerung charakterisiert. Ein solches Signal kann von der Servereinrichtung bereitgestellt werden, nachdem eine Anfrage, beispielsweise mittels einer App, für eine Drohne mit entsprechender Reichweite gestellt wurde. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass diese Information über eine erzielbare Reichweitenverlängerung mittels einer zur Verfügung stehenden Drohne schon vor einer spezifischen Anfrage des Fahrers mittels eines Broadcast-Systems zur Verfügung gestellt wird.
Denkbar ist dabei folgende Situation: Ein Fahrer eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs erkennt, dass sein Kraftfahrzeug noch eine Reichweite von 200 km zur Verfügung hat, während er jedoch plant noch 500 km zurückzulegen. Dann kann der Fahrer, beispielsweise mittels einer App, eine darüber zur Verfügung stehende Drohne anfordern, deren Energieinhalt noch mindestens zu einer Reichweite von 300 km führt. Vor der Anforderung einer speziellen Drohne kann also ein Signal darüber ausgegeben werden, dass den Fahrer darüber informiert, ob die zur Verfügung stehende Drohne oder Drohnen in der Lage ist bzw. sind, die noch geplante Reichweitenverlängerung von z.B. 300 km zu gewährleisten. Ferner kann der Fahrer anhand dieser Information auch eine Entscheidung darüber treffen, ob die Drohne nach dem Laden des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs noch in der Lage ist, zu ihrem Bereitstellungsort zurückzufliegen.
Mittels dieser Information der Servereinrichtung, kann der Fahrer, der eine Drohne anfordert oder anfordern will, folglich individuell eine Entscheidung darüber treffen, ob die elektrische Energie dieser Drohne für sein Vorhaben ausreichend ist. Beispielsweise kann dadurch geplant werden, dass die elektrische Energie der Drohne dafür ausreichend sein soll, um die Drohne zum Kraftfahrzeug zu steuern, um die elektrische Energie abzuliefern, die benötigt wird, um die Fahrt die gewünschte Reichweite fortzusetzen und um die Drohne wieder zu ihrem Bereitstellungsort zurückfliegen zu lassen. Dies hat den Vorteil, dass der Fahrer eine Reichweitenanforderung sehr flexibel planen kann und eine Drohne nach seinen spezifischen Reichweitenverlängerungswünschen auswählen kann. Gleichzeitig kann er dabei berücksichtigen, ob es für die Drohne noch möglich ist, zu ihrem Bereitstellungsort zurückzufliegen, oder ob er die Möglichkeit hat, die zur Verfügung stehende Drohne komplett zu entladen.
Im Falle einer kompletten Entladung der Energiebereitstellungseinrichtung der Drohne muss der Fahrer allerdings folgendes berücksichtigen: Die Drohne ist nach vollständiger Entladung nicht mehr in der Lage, selbstständig zu ihrem Bereitstellungsort zurückzufliegen. Der Fahrer, der die Drohne angefordert hat, muss in diesem Fall selbst Vorkehrungen treffen, um die Drohne zu ihrem Bereitstellungsort zurückzubringen. Hierbei bieten sich verschiedene Möglichkeiten: Zum einen kann der Fahrer die Drohne zu einer Drohnenaufladestation befördern, sodass die Drohne nach ihrem dortigen Aufladen wieder selbstständig zu ihrem Bereitstellungsort zurückfliegen kann. Für diese Möglichkeit muss aber der Transport der Drohne mit dem Kraftfahrzeug hin zu der Drohnenaufladestation gewährleistet werden können. Bevorzugt geschieht dies über eine mechanische Schnittstelle am Kraftfahrzeug. Die zweite Möglichkeit besteht darin, die Drohne mittels des Kraftfahrzeugs zu ihrem Bereitstellungsort selbst zurückzufahren ohne ein vorheriges Aufladen der entladenen Drohne.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drohne mittels der Servereinrichtung derart ferngesteuert wird, dass beim Landen der Drohne am Kraftfahrzeug sich eine mechanische Schnittstelle der Drohne an eine mechanische Schnittstelle des Kraftfahrzeugs ankoppelt. Alternativ kann sich die Drohne auch selbst derart fernsteuern, dass beim Landen der Drohne am Kraftfahrzeug sich eine mechanische Schnittstelle der Drohne an eine mechanische Schnittstelle des Kraftfahrzeugs ankoppelt. Die mechanische Schnittstelle des Kraftfahrzeugs liegt bevorzugt im Bereich eines Dachgepäcksträgers des Kraftfahrzeugs vor. Dies hat den Vorteil, dass eine mechanische Schnittstelle nicht separat am Kraftfahrzeug installiert werden muss. Das Ankoppeln der Drohne über eine mechanische Schnittstelle mittels der Servereinrichtung hat zudem den Vorteil, dass ein manuelles Ankoppeln der Drohne an das Kraftfahrzeug, beispielsweise durch den Fahrer, nicht erforderlich ist. Dies ist sehr komfortabel. Da das Ankoppeln der Drohne auch während der Fahrt des Kraftfahrzeugs erfolgen kann, führt dies ferner zu einem Zeitvorteil.
Die Erfindung sieht zudem ein System mit einer Drohne zum Verlängern einer Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vor. Die Drohne des Systems ist dazu eingerichtet, zur Reichweitenverlängerung des Kraftfahrzeugs elektrische Energie am Kraftfahrzeug bereitzustellen. Dies wird dadurch bewerkstelligt, indem die Drohne eine Energiebereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen der elektrischen Energie und eine elektrische Schnittstelle umfasst. Die elektrische Schnittstelle ist zur Übertragung der elektrischen Energie von der Energiebereitstellungseinrichtung an eine elektrische Schnittstelle des Kraftfahrzeugs ausgelegt.
Bei dem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug handelt es sich bevorzugt um reine Elektrofahrzeuge, Hybridelektrofahrzeuge oder Brennstoffzellenfahrzeuge.
Die elektrische Energie wird mittels der Energiebereitstellungseinrichtung der Drohne zur Verlängerung der Reichweite des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Dabei kann die Drohne die elektrische Energie mittels der Energiebereitstellungseinrichtung dadurch zur Verfügung stellen, dass die Drohne beispielsweise im Bereich um das Kraftfahrzeug landet und die elektrische Schnittstelle der Drohne mit der elektrischen Schnittstelle des Kraftfahrzeugs verbunden wird. Sobald die elektrischen Schnittstellen miteinander verbunden worden sind, kann elektrische Energie von der Energiebereitstellungseinrichtung an das Kraftfahrzeug übertragen werden. Alternativ kann die Drohne z.B. auch auf dem Kraftfahrzeug landen.
Das erfindungsgemäße System hat den Vorteil, dass der Kunde hinsichtlich der zur Verfügung stehenden Reichweite des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs flexibel ist. Falls sich Versorgungsprobleme diesbezüglich ergeben sollten, kann er individuell eine Drohne anfordern und damit wieder wie geplant seine Fahrt fortsetzen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energiebereitstellungeinrichtung der Drohne zumindest eine Brennstoffzelle zum Bereitstellen der elektrischen Energie und zumindest einen Wasserstoffspeicher zum Versorgen der Brennstoffzelle umfasst. Mittels dieser Energiebereitstellungeinrichtung der Drohne kann ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Brennstoffzelle und der Wasserstoffspeicher sind derart gekoppelt, dass die Brennstoffzelle Wasserstoff von dem Wasserstoffspeicher zur Verfügung gestellt bekommt. Dadurch ist die Brennstoffzelle in der Lage, elektrische Energie zu erzeugen. Diese vorteilhafte Ausführungsform hat den Vorteil, dass elektrische Energie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug flexibel zur Verfügung gestellt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energiebereitstellungeinrichtung zumindest eine Batterie zum Bereitstellen der elektrischen Energie umfasst. Mittels dieser Energiebereitstellungeinrichtung der Drohne kann ebenso ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug flexibel mit elektrischer Energie versorgt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energiebereitstellungeinrichtung der Drohne sowohl zumindest eine Batterie als auch zumindest eine Brennstoffzelle zum Bereitstellen der elektrischen Energie mit zumindest einem Wasserstoffspeicher zum Versorgen der Brennstoffzelle umfasst.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Drohne mindestens eine mechanische Schnittstelle, mittels der die Drohne an eine mechanische Schnittstelle des Kraftfahrzeugs ankoppelbar ist. Bei diesen mechanischen Schnittstellen kann es sich um jegliche mechanische Schnittstellen für eine Drohne oder für ein Kraftfahrzeug handeln. Die mechanische Schnittstelle der Drohne kann beispielsweise direkt an der Energiebereitstellungeinrichtung der Drohne eingerichtet sein. Bevorzugt handelt es sich bei der mechanischen Schnittstelle des Kraftfahrzeugs um eine Schnittstelle im Bereich des Dachgepäckträgers des Kraftfahrzeugs. Die Ankopplung der Drohne an das Kraftfahrzeug über mechanische Schnittstellen kann durch die Drohne selbst erfolgen. Ferner kann es aber auch sein, dass die Servereinrichtung des Systems die Ankopplung der Drohne über die mechanische drohnenseitige Schnittstelle steuert. Zudem kann aber auch, falls gewünscht, die Ankopplung zwischen der mechanischen Schnittstelle der Drohne und der mechanischen Schnittstelle des Kraftfahrzeugs manuell erfolgen.
Das Ankoppeln der Drohne mittels der mechanischen Schnittstelle, bevorzugt an den Bereich des Dachgepäckträgers des Kraftfahrzeugs, hat verschiedene Vorteile: Dadurch ist es für die Drohne beispielsweise problemlos möglich, auf dem Kraftfahrzeug zu landen. Wenn die Drohne auf dem Kraftfahrzeug landet, wird ferner die Sicht des Fahrers beim Kraftfahrzeugbetrieb nicht beeinträchtigt. Der Dachgepäckträger kann zudem als Abstandshalter zur Drohne dienen und beispielsweise verhindern, dass das Kraftfahrzeug bei dem Landeanflug der Drohne verkratzt wird. Das Ankoppeln mittels mechanischer Schnittstellen ermöglicht zudem das Mitführen der Drohne schon vor Beginn der Fahrt bzw. ein gesteuertes Ankoppeln nach Anforderung der Drohne.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energiebereitstellungseinrichtung der Drohne zur Energieversorgung einer Antriebseinrichtung der Drohne ausgelegt ist. Dies bedeutet, dass mittels der Energiebereitstellungseinrichtung der Drohne nicht nur das Kraftfahrzeug, sondern auch die Antriebseinrichtung der Drohne, mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass der Rücktransport der Drohne, beispielsweise zu ihrem Bereitstellungsort, gewährleistet werden kann und der Fahrer keinerlei Vorkehrungen für den Rücktransport der Drohne treffen muss.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Systems beschrieben worden sind und umgekehrt.
Ferner umfasst die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer elektrischen Schnittstelle zum elektrischen Verbinden mit der Drohne des Systems nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen des Systems. Bei der elektrischen Schnittstelle des Kraftfahrzeugs handelt es sich beispielsweise um eine Ladebuchse.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Systems, welches eine als Reichweiterverlängerer für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug dienende Drohne umfasst, wobei diese zur elektrischen Energiebereitstellung eine Brennstoffzelle aufweist; und in
2 eine weitere schematische Darstellung des Systems, wobei eine andere Ausführungsform einer zur Reichweitenverlängerung dienenden Drohne gezeigt ist, die zur elektrischen Energiebereitstellung eine Batterie aufweist; und in
3 eine schematische Frontalansicht eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei die Drohne zum Aufladen des Kraftfahrzeugs an dieses angedockt ist.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein System 10, welches eine als Reichweiterverlängerer für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug dienende Drohne 11a und eine Servereinrichtung 12 umfasst. Das System 10 kann aber auch mehrere Drohnen 11a umfassen. Der Einfachheit halber ist in der schematischen Darstellung nach 1 jedoch nur eine Drohne 11a dargestellt. Ferner ist es jedoch auch denkbar, dass das System 10 keine Servereinrichtung 12 aufweist, wenn die Drohne 11a z.B. in der Lage ist, sich autonom zu steuern.
Die Fortbewegung der Drohne 11a erfolgt über mehrere Propeller 18. Die Drohne 11a verfügt über eine Energiebereitstellungseinrichtung 13, umfassend eine Brennstoffzelle 14 und zwei Wasserstoffspeicher 17. Die Brennstoffzelle 14 erzeugt mittels chemischer Reaktion elektrische Energie. Ferner verfügt die Drohne 11a über eine mechanische Schnittstelle 16, mittels der ein Ankoppeln an eine mechanische Schnittstelle eines Kraftfahrzeugs möglich ist, und über eine elektrische Schnittstelle 15, die an eine elektrische Schnittstelle des Kraftfahrzeugs ankoppelbar ist. Über die elektrische Schnittstelle erfolgt die Übertragung der elektrischen Energie von der Drohne 11a auf das Kraftfahrzeug.
2 zeigt wiederum das System 10 zur Reichweitenverlängerung eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs umfassend eine Drohne 11b und die Servereinrichtung 12, wobei die Drohne 11b sich von der Drohne 11a nach 1 dadurch unterscheidet, dass die Energiebereitstellungseinrichtung 13 eine Batterie 19 ist. Mittels dieser kann ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ebenfalls mit elektrischer Energie versorgt werden.
In 3 ist eine schematische Vorderansicht eines Kraftfahrzeugs 20 gezeigt, das über eine elektrische Schnittstelle 21 und eine mechanische Schnittstelle 22 verfügt. Bevorzugt handelt es sich bei der mechanischen Schnittstelle 22 um eine Schnittstelle im Bereich eines Dachgepäckträgers des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 20.
Nachfolgend werden verschiedene Szenarien am Bespiel der Drohne 11a dargestellt. Natürlich kann dabei aber auch die Drohne 11b zum Einsatz kommen.
Über die Schnittstellen 21, 22 des Kraftfahrzeugs können jeweils die elektrische Schnittstelle 15 der Drohne 11a und die mechanische Schnittstelle 16 der Drohne 11a an das Kraftfahrzeug 20 angekoppelt werden. Dabei ist die Anordnung der mechanischen und elektrischen Schnittstellen 21, 22 im Bereich des Dachgepäckträgers des Kraftfahrzeugs 20 nur eine Option. Diese Schnittstellen 21, 22 können sich auch an beliebigen anderen Positionen am Kraftfahrzeug 20 befinden.
Diese Art der Ankopplung der Drohne 11a an das Kraftfahrzeug 20 über elektrische und mechanische Schnittstellen 21, 22 ist sinnvoll, wenn die Drohne 11a schon vor Fahrtantritt mit dem Kraftfahrzeug 20 mitgeführt wird oder wenn sie als Reichweitenverlängerer bei einem erhöhten Reichweitenbedarf fungiert, indem die Drohne 11a während der Fahrt angefordert wird. Die Drohne 11a kann durch die Servereinrichtung 12 oder autonom zum Kraftfahrzeug 20 gesteuert werden, sodass das Ankoppeln an den Schnittstellen 21, 22 während der Fahrt oder während des Stillstands des Kraftfahrzeugs 20 erfolgen kann. Dies hat den Vorteil, dass der Fahrer eine große Flexibilität hinsichtlich des Landens der Drohne 11a am Kraftfahrzeug 20 zur Verfügung hat.
Mit dem System 10 sind folgende Situationen denkbar: Die Drohne 11a nach 1 dient als Hilfsantrieb zum Verlängern der Reichweite des liegengebliebenen elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 20. Wenn der Fahrer des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 20 bemerkt, dass die Reichweite, die er mit dem Kraftfahrzeug 20 zurücklegen kann, zur Neige geht, fordert dieser, z.B. mittels einer App auf seinem Smartphone, die Drohne 11a an.
Dabei kann dem Fahrer mittels der App angezeigt werden, welche Drohne 11a derzeit zur Verfügung steht und welche Energiemenge damit bereitgestellt werden kann. Dies kann in Form der mit der Drohne 11a zur Verfügung stehen Reichweitenverlängerung an den Fahrer kommuniziert werden. Wenn der Fahrer z.B. bemerkt, dass seine noch zur Verfügung stehende Reichweite mit dem Kraftfahrzeug 20 noch 100 km beträgt, während er jedoch plant noch 400 km zurückzulegen, wird er mittels der App nach einer Drohne 11a suchen, die mindestens eine Reichweitenverlängerung von 300 km bietet.
Dabei muss berücksichtigt werden, in welcher Entfernung vom Kraftfahrzeug 20 sich die Drohne 11a befindet. Ebenso ist zu beachten, ob die Drohne 11a nach dem Laden des Kraftfahrzeugs mittels der Energiebereitstellungseinrichtung 13 noch in der Lage sein soll, zu ihrem Bereitstellungsort zurückzufliegen. Die App kann also beispielsweise berechnen, welche Reichweitenverlängerung mittels der Energiebereitstellungseinrichtung 13 der Drohne 11a dem Kraftfahrzeug, abzüglich des Anfahrt- und Abfahrt-Fluges der Drohne 11a, bereitgestellt werden kann.
Die App wird folglich die Reichweitenverlängerung, die mittels einer Drohne 11a erreicht werden kann, anhand folgender Berechnung ausgeben: Der Fahrer kann seine gewünschte Reichweitenverlängerung an die App kommunizieren, nach obigem Beispiel 300 km. Die derzeit erzielbare maximale Reichweite mit der am nächsten zum Kraftfahrzeug 20 befindlichen Drohne 11a wird berechnet. Davon wird die Reichweite, die von dem aktuellen Aufenthaltsort der Drohne 11a zum Kraftfahrzeug 20 zurückgelegt werden muss, abgezogen. Ferner wird auch die Reichweite, die für die Drohne 11a noch zur Verfügung stehen muss, um den Rückflug zum nächstgelegenen Bereitstellungsort vollenden zu können, abgezogen. Diese Differenz sollte mindestens die gewünschte Reichweitenverlängerung des Fahrers von 300 km ergeben. Ist dies der Fall, wird dem Fahrer diese nächstliegende Drohne 11a zur Anforderung angeboten werden. Ist dies nicht der Fall, wird von der App weiter ermittelt, ob andere Drohnen 11a diesem Reichweitenverlängerungswunsch entsprechen könnten. Nach diesen Berechnungen kann der Fahrer also eine Drohne 11a mit für ihn ausreichender elektrischer Energiemenge mittels der App aussuchen.
Das Anfordern der Drohne 11a kann mittels eines Anforderungssignals über die App bewerkstelligt werden, das von der Servereinrichtung 12 des Systems 10 verarbeitet wird. Die Drohne 11a kann dann mittels der Servereinrichtung 12 zu dem Standort des liegengebliebenen Kraftfahrzeugs 20 gesteuert werden. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass die Routeninformation, die die Drohne 11a zu dem Kraftfahrzeug 20 leiten soll, mittels der Servereinrichtung 12 auf die Drohne 11a geladen wird. Die Drohne 11a kann dann auch offline, also ohne Verbindung zur Servereinrichtung 12, sich selbst zum Kraftfahrzeug 20 steuern. Dies hat den Vorteil, dass keine durchgehende Verbindung zur Servereinrichtung 12 während des Fluges der Drohne 11a zum Kraftfahrzeug 20 gewährleistet sein muss. Ferner ist beim beschriebenen Steuern der Drohne 11a durch die Servereinrichtung 12 vorteilhaft, dass dadurch keine Steuerungskomponenten in der Drohne 11a selbst verbaut sein müssen. Dies verringert das Gewicht der Drohne 11a. Dies wirkt sich positiv auf die maximal verfügbare Reichweite der Drohne 11a aus und spart so Kosten und Zeit.
Wenn die Drohne 11a am liegengebliebenen Kraftfahrzeug 20 ankommt, koppelt sie sich über die mechanische Schnittstelle 16 selbstständig an die vorhandene mechanische Schnittstelle 22 des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 20 an. Beispielhaft ist die mechanische Schnittstelle 22 im Bereich des Dachgepäckträgers des Kraftfahrzeugs 20 in 3 gezeigt. Der Fahrer muss durch diese Art der Ankopplung der Drohne 11a an das Kraftfahrzeug 20 nicht selbst die Ankopplung vornehmen.
Nachfolgend erfolgt über die Energiebereitstellungseinrichtung 13 der Drohne 11a die Versorgung der Batterie des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie. Dieser Vorgang kann auch mittels der App gestartet und gesteuert werden. Der Kunde hat nach dem Laden seines Kraftfahrzeugs 20 die Möglichkeit, seine Fahrt fortzusetzen. Nach dem Abkoppeln der Drohne 11a vom Kraftfahrzeug 20 kann er die Drohne 11a zum Bereitstellungsort - autonom oder gesteuert mittels der Servereinrichtung 12 - zurückfliegen lassen. Dafür darf die Energiebereitstellungseinrichtung 13 der Drohne 11a aber nicht vollständig entladen worden sei, um den Rückflug antreten zu können.
Alternativ kann der Fahrer auch die Energiebereitstellungseinrichtung 13 der Drohne 11a komplett entladen, sodass sie nicht mehr in der Lage ist, z.B. zum Bereitstellungsort zurückzufliegen. Dann ist es notwendig, dass die vollständig entladene Drohne 11a mittels der mechanischen Schnittstelle 16 der Drohne 11a mit der mechanischen Schnittstelle 22 des Kraftfahrzeugs 20 verbunden bleibt, um die Drohne 11a mit dem Kraftfahrzeug 20 mittransportieren zu können. Dies kann auch während des Ladevorganges notwendig sein. Denkbar ist hierbei, dass man die Drohne 11a an einem dafür vorgesehenen Bereitstellungsort abgibt oder die Energiebereitstellungseinrichtung 13 der Drohne 11a an einer Aufladestation auflädt, sodass sie Drohne 11a nach dem Aufladen selbstständig wegfliegen kann.
Die Drohne 11a kann auch schon ab Fahrtantritt mit dem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug 20 mitgeführt werden. Dies ist sinnvoll, wenn der Fahrer bereits vor Fahrtantritt weiß, dass er eine erhöhte Reichweite zurücklegen möchte, die die maximal erzielbare Reichweite des Kraftfahrzeugs 20 übersteigen wird. Ferner kann dies notwendig sein, wenn der Fahrer für die Anforderung der Drohne 11a keine Zeit verlieren möchte. Die Drohne 11a wird beispielsweise mittels einer App vorab bestellt und schon vor Fahrtantritt mit der mechanischen Schnittstelle 22 des Kraftfahrzeugs 20, beispielsweise im Bereich des Dachgepäckträgers des Kraftfahrzeugs 20, verbunden.
Wenn die maximal erzielbare Reichweite des Kraftfahrzeugs 20 zur Neige geht, dann ist die Drohne 11a bereits am Kraftfahrzeug 20 vorhanden und das Aufladen des Kraftfahrzeugs 20 kann über die elektrischen Schnittstellen 15, 21 von Drohne 11a zu Kraftfahrzeug 20 erfolgen. Aus Praktikabilitätsgründen kann das Aufladen des Kraftfahrzeugs 20 mittels der Energiebereitstellungseinrichtung 13 der Dohne 11a aber auch schon vor dem kompletten Verbrauch der maximal verfügbaren Reichweite des Kraftfahrzeugs 20 erfolgen. Beispielsweise ist dies sinnvoll, während der Fahrer eine Rast an einer Raststätte vornimmt. Wenn der Fahrer zum Kraftfahrzeug 20 zurückkommt, hat dieses in der Zwischenzeit die elektrische Energie von der Drohne 11a erhalten. Die Fahrt kann ohne Zeitverzögerung fortgesetzt werden.
Wird die Drohne 11a nicht mehr benötigt und ist der Ladezustand der Drohne 11a ausreichend, kann sie vom Kraftfahrzeug 20 abgekoppelt werden und kann, gesteuert durch die Servereinrichtung 12 oder autonom, zu ihrem Bereitstellungsort zurückfliegen. Bei einer Energiebereitstellungseinrichtung 13 nach 1 ist es zusätzlich möglich, dass die Drohne 11a an einer Wasserstofftankstelle betankt werden kann und danach zurückfliegt.
Bei dem Kraftfahrzeug 20 kann es sich z.B. um ein Brennstoffzellenfahrzeug oder ein rein batteriebetriebenes Kraftfahrzeug handeln. Bei rein batteriebetriebenen Kraftfahrzeugen kann es vorteilhaft sein, eine Drohne 11b nach 2 anzufordern. In dem Fall könnte beispielsweise die bei Bremsvorgängen zurückgewonnene Energie der Drohne 11b, also ihrer Batterie 19, zugeführt werden. Zudem wäre es auch möglich, beim Aufladen der Batterie des batteriebetriebenen Kraftfahrzeugs gleichzeitig auch noch die Batterie 19 der Drohne 11b aufzuladen. Es kann dann also die vorhandene Ladeinfrastruktur auch für das Aufladen der Drohne 11b genutzt werden.
Für ein Brennstoffzellenfahrzeug könnte es dagegen vorteilhaft sein, eine Drohne 11a nach 1 anzufordern. Werden beispielsweise die Wasserstofftanks 17 vollständig beim Laden des Brennstoffzellenfahrzeugs entleert, so könnte ein Fahrer des Brennstoffzellenfahrzeugs bei der nächsten Nachtankmöglichkeit gleich die Wasserstoffstanks 17 nachfüllen, wenn er ohnehin den Wasserstofftank seines Kraftfahrzeugs auffüllt. Anschließend kann die Drohne 11a - sofern vom Fahrer gewünscht - sich vom Fahrzeug entkoppeln und wegfliegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 2530626 A [0003]
DE 102015110812 A1 [0004]
DE 102014213023 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Verlängern einer Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (20), bei welchem zur Reichweitenverlängerung des Kraftfahrzeugs (20) mittels einer Drohne (11a, 11b) elektrische Energie am Kraftfahrzeug (20) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie mittels einer Energiebereitstellungseinrichtung (13) der Drohne (11a, 11b) bereitgestellt und zur Reichweitenverlängerung des Kraftfahrzeugs (20) über eine drohnenseitige elektrische Schnittstelle (15) an eine elektrische Schnittstelle (21) des Kraftfahrzeugs (20) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne (11a, 11b) mittels einer Servereinrichtung (12) von einem Bereitstellungsort zum Kraftfahrzeug (20) ferngesteuert wird, sobald die Servereinrichtung (12) ein diesbezügliches Anforderungssignal empfangen hat.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal von der Servereinrichtung (12) bereitgestellt wird, welches eine mittels der Drohne (11a, 11b) erzielbare Reichweitenverlängerung charakterisiert.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne (11a, 11b) mittels der Servereinrichtung (12) derart ferngesteuert wird, dass beim Landen der Drohne (11a, 11b) am Kraftfahrzeug (20) sich eine mechanische Schnittstelle (16) der Drohne (11a, 11b) an eine mechanische Schnittstelle (22) des Kraftfahrzeugs (20) ankoppelt.
System (10) mit einer Drohne (11a, 11b) zum Verlängern einer Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (20), welche dazu eingerichtet ist, zur Reichweitenverlängerung des Kraftfahrzeugs (20) elektrische Energie am Kraftfahrzeug (20) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne (11a, 11b) eine Energiebereitstellungseinrichtung (13) zum Bereitstellen der elektrischen Energie und eine elektrische Schnittstelle (15) umfasst, welche zur Übertragung der elektrischen Energie von der Energiebereitstellungseinrichtung (13) an eine elektrische Schnittstelle (21) des Kraftfahrzeugs (20) ausgelegt ist.
System (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiebereitstellungseinrichtung (13) zumindest eine Brennstoffzelle (14) zum Bereitstellen der elektrischen Energie und zumindest einen Wasserstoffspeicher (17) zum Versorgen der Brennstoffzelle (14) umfasst.
System (10) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiebereitstellungseinrichtung (13) zumindest eine Batterie (19) zum Bereitstellen der elektrischen Energie umfasst.
System (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne (11a, 11b) mindestens eine mechanische Schnittstelle (16) umfasst, mittels der die Drohne (11a, 11b) an eine mechanische Schnittstelle (22) des Kraftfahrzeugs (20), bevorzugt im Bereich eines Dachgepäckträgers des Kraftfahrzeugs (20), ankoppelbar ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiebereitstellungseinrichtung (13) zur Energieversorgung einer Antriebseinrichtung der Drohne (11a, 11b) ausgelegt ist.
Kraftfahrzeug (20) mit mindestens einer elektrischen Schnittstelle (21) zum elektrischen Verbinden mit der Drohne (11a, 11b) des Systems (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 9.