DE102017210541B4

DE102017210541B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102017210541B4
Application number: DE102017210541.0A
Authority: DE
Inventors: Risto Bubert
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2037-06-23
Also published as: DE102017210541A1

Abstract

System zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers (10) von Kraftfahrzeugen (2), umfassend mindestens eine entlang eines definierten Fahrwegs (4) bewegliche mobile Ladestation (1) und mindestens eine sich mit der mobilen Ladestation (1) bewegende Ladeposition (11), dadurch gekennzeichnet, dass• ein geschleppter Ausleger (6) der mobilen Ladestation (1) die mindestens eine Ladeposition (11) umfasst, wobei ein Kraftfahrzeug (2) zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers (10) induktiv oder über ein Kabel mit der mindestens einen Ladeposition (11) gekoppelt ist;• eine autonome Steuerung (8) dem Kraftfahrzeug (2) zugeordnet ist; und• eine weitere autonome Steuerung (9) der mobilen Ladestation (1) zugeordnet ist, wobei mittels der autonomen Steuerung (8) und der weiteren autonomen Steuerung (9) die Bewegung des mindestens einen Kraftfahrzeugs (2) zur Bewegung der mobilen Ladestation (1) während des Aufladens des elektrischen Energiespeichers (10) synchronisiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers von Kraftfahrzeugen. Hierzu ist eine entlang eines definierten Fahrwegs bewegliche Ladestation vorgesehen, die mindestens eine sich mit der mobilen Ladestation bewegende Ladeposition besitzt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers von Kraftfahrzeugen.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009 028 565 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Laden elektrisch angetriebener Fahrzeuge. Hier koppeln zwei elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeuge, entlang eines Fahrwegs, um elektrische Energie von einer Batterie des ersten elektrisch angetriebenen Fahrzeugs in eine Batterie des anderen elektrisch angetriebenen Fahrzeugs auszutauschen. Vorzugsweise erfolgt die Übertragung der Energie von einem Fahrzeug in das andere Fahrzeug mittels einer entsprechend dafür ausgebildeten und drahtlos gestalteten Leistungsübertragungseinheit.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2010 055 102 A1 offenbart ein Verfahren zum Aufladen einer Transaktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs. Das Aufladen soll dabei während der Fahrt oder bei der Bewegung des Elektrofahrzeugs erfolgen. Hierzu koppelt das Elektrofahrzeug mit einem Subfahrzeug, wobei im Elektrofahrzeug ein Rekuparationsvorgang abläuft, welcher die Transaktionsbatterie des Elektrofahrzeugs auflädt. Eine weitere Möglichkeit der Aufladung der Transaktionsbatterie des Elektrofahrzeugs ist, dass direkt elektrische Energie vom Zugfahrzeug mittels der elektrischen Kopplung an das Elektrofahrzeug übertragen wird, die letztendlich die Transaktionsbatterie des Elektrofahrzeugs auflädt.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2012 214 750 A1 offenbart ein System zur Energieversorgung von nicht schienengebundenen Elektrofahrzeugen. Das nicht schienengebundene Elektrofahrzeug koppelt während der Fahrt auf einer Fahrstrecke an ein Ladefahrzeug, das mit einem Stromabnehmer mit einer Oberleitung (Fahrleitung) verbunden ist. Das Elektrofahrzeug koppelt über eine Kuppeleinrichtung an das Ladefahrzeug an. Mittels der mechanischen Verbindung der Kuppeleinrichtung wird dann die elektrische Energie vom Ladefahrzeug auf das Elektrofahrzeug übertragen, um somit den Energiespeicher des Elektrofahrzeugs aufzuladen. Ein Nachteil ist, dass mit dem Ladefahrzeug immer nur ein Elektrofahrzeug gekoppelt werden kann, dessen Transaktionsbatterie aufgeladen werden soll.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2015 205 811 A1 offenbart die Verwendung von einem Range-Extender-Fahrzeug. Das Range-Extender-Fahrzeug besitzt einen Range-Extender-Energiespeicher und Mittel zur Energieübertragung an ein Hauptfahrzeug. Das Range-Extender-Fahrzeug besitzt selbst einen Elektromotor zu dessen Antrieb. Ferner besitzt das Range-Extender-Fahrzeug Mittel zum autonomen Fahren auf einem Straßennetz und Empfangsmittel zur Entgegennahme von Information zum Auffinden eines Hauptfahrzeugs, dass das Range-Extender-Fahrzeug benötigt. Das Range-Extender-Fahrzeug koppelt mit dem Hauptfahrzeug, das selbst Mittel zum autonomen Fahren aufweist. Insbesondere fährt das Hauptfahrzeug autonom, während die Versorgung des Hauptfahrzeugs mit Energie aus dem Range-Extender-Energiespeicher stattfindet.
Alle der oben beschriebenen Systeme zur Energieversorgung von Elektrofahrzeugen, bzw. zur Aufladung von Energiespeichern von Elektrofahrzeugen haben den Nachteil, dass immer nur ein einzelnes Fahrzeug mit der entsprechenden Energie zur Aufladung eines Energiespeichers versorgt werden kann.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2016 014 034 A1 offenbart ein Verfahren zum mobilen Laden einer Fahrzeugbatterie eines Elektrofahrzeuges, ein Ladesystem, eine mobile Ladestation und ein Elektrofahrzeug. Hierbei wird die Fahrzeugbatterie als Energiespeicher für einen elektrischen Fahrantrieb des Elektrofahrzeuges verwendet. Das Verfahren sieht ein berührungsloses Ankoppeln des Elektrofahrzeugs an eine fahrende mobile Ladestation vor. Das Laden der Fahrzeugbatterie des Elektrofahrzeuges kann während der Fahrt des Elektrofahrzeugs durchgeführt werden. Das Elektrofahrzeug und die mobile Ladestation bewegen sich mit gleicher Fahrtgeschwindigkeit während des Ladevorgangs der Fahrzeugbatterie fort. Ein Nachteil ist, dass die Ladeplatten für einen induktiven Ladevorgang mehrere Fahrzeuge am Frontbereich und am Heckbereich vorgesehen sein müssen. Sind die Ladeplatten fest installiert, stören Sie den visuellen Gesamteindruck des Kraftfahrzeugs. Werden die Ladeplatten zum Ladevorgang ausgefahren, erhöht dies die Kosten eines Kraftfahrzeugs mit Elektroantrieb.
Die internationale Patentanmeldung WO 98/ 40 263 A1 offenbart eine Zugmaschine, die als bewegliche Ladestation aufgefasst werden kann. Die Fahrzeuge sind über eine vordere Kupplung bzw. mit einer hinteren Kupplung mit der Zugsmaschine oder einem vorderen Fahrzeug zu einem Zug verbunden. Über die mechanische Verbindung der vorderen Kupplung und der hinteren Kupplung wird auch die für die Aufladung des Energiespeichers der Fahrzeuge notwendige Energie übertragen.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 20 2011 100 062 U1 offenbart eine stationäre Außenleuchte mit einer Elektroladestation.
Aus dem U.S. Patent US 7 619 319 B1 kann eine fahrbare Einheit zur Erzeugung von elektrischer Energie entnommen werden. Im Stand besitzt die fahrbare Einheit mindestens eine Ladeposition für ein Kraftfahrzeug.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2016 014 034 A1 beschreibt ein Verfahren zum mobilen Laden einer Fahrzeugbatterie eines Elektrofahrzeugs. Zum Aufladen erfolgt ein berührungsloses Ankoppeln des Elektrofahrzeugs an eine fahrende mobile Ladestation. Das Laden der Fahrzeugbatterie wird während der Fahrt des Elektrofahrzeugs durchgeführt, wobei sich das Elektrofahrzeug und die mobile Ladestation mit gleicher Fahrtgeschwindigkeit während des Ladevorgangs der Fahrzeugbatterie fortbewegen.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009 024 721 A1 offenbart eine dezentrale Stromversorgung von Elektrofahrzeugen unter Einbeziehung der gegebenen Infrastruktur wie: Kabelverzweiger (KVz), Laternenmasten, Privathäuser, etc. Über einen schwenkbaren Ladearm werden die batteriebetriebenen Elektrofahrzeuge mit Strom versorgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers von Kraftfahrzeugen zu schaffen, das bedarfsgerecht einsetzbar ist und für die aufzuladenden Kraftfahrzeuge keine Wartezeiten, bzw. Stammzeiten beim Aufladen erforderlich macht. Ferner soll das System die Kosten für die Kraftfahrzeuge mit elektrischen Energiespeicher nicht unnötig verteuern.
Diese Aufgabe wird durch ein System zum Aufladen eines Energiespeichers von Kraftfahrzeugen gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers von Kraftfahrzeugen zu schaffen, das bedarfsgerecht eingesetzt werden kann und das Wartezeiten, bzw. Standzeiten für Kraftfahrzeuge zum Aufladen vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers von Kraftfahrzeugen gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 9 umfasst.
Das erfindungsgemäße System zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers von Kraftfahrzeugen zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine bewegliche Ladestation vorgesehen ist, die sich entlang eines definierten Fahrwegs bewegt. Ferner besitzt diese mindestens eine bewegliche Ladestation mindestens eine sich mit der mobilen Ladestation bewegende Ladeposition. Für die Ladeposition ist ein geschleppter Ausleger mit der mobilen Ladestation verbunden. Dieser geschleppte Ausleger umfasst die mindestens eine Ladeposition, wobei ein Fahrzeug zum Aufladen des Energiespeichers mit der mindestens einen Ladeposition gekoppelt ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Ausleger mehrere entlang des Fahrwegs räumlich voneinander getrennte Ladepositionen aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, dass mittels einer mobilen Ladestation mehrere Kraftfahrzeuge gleichzeitig ihre Energiespeicher an einer mobilen Ladestation während der Fahrt aufladen können.
Die Erfindung hat somit den Vorteil, dass dadurch die Reichweiten von Elektrofahrzeugen auch bei längeren Fahrstrecken deutlich erhöht werden können. Die längeren Pausen bei längeren Fahrstrecken zum Aufladen des Energiespeichers von Elektrofahrzeugen sind nicht mehr erforderlich. Gemäß der Erfindung können die Energiespeicher der Kraftfahrzeuge während der Fahrt an mobilen und rollenden Ladestationen aufgeladen werden. Hierzu koppelt das Kraftfahrzeug an ein Ladefahrzeug, welches die mobile Ladestation darstellt. Während des Aufladens muss somit die Fahrt entlang der Fahrstrecke nicht unterbrochen werden, so dass auch die Reisezeit mit elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen nicht unwesentlich im Vergleich zu mit Verbrennungsmotoren betriebenen Fahrzeugen erhöht wird.
Erfindungsgemäß koppeln zum Aufladen der Energiespeicher die Kraftfahrzeuge an den Ladepositionen des Auslegers der mobilen Ladestation. Dabei ist die Bewegung der Kraftfahrzeuge entlang des Fahrwegs mit der Bewegung der mobilen Ladestation synchronisiert. Zur Synchronisation der Bewegung ist eine autonome Steuerung jedem der Kraftfahrzeuge und ebenfalls eine weitere autonome Steuerung der mobilen Ladestation zugeordnet. Durch diese autonomen Steuerungen kann die Bewegung der Kraftfahrzeuge zur Bewegung der Ladestation synchronisiert werden. Die Kraftfahrzeuge sind an jeweils eine der Ladestationen des Auflegers zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers induktiv oder über ein Kabel gekoppelt.
Mehrere der mobilen Ladestationen bilden eine Flotte. Eine zentrale Steuerung koordiniert den Einsatz der mobilen Ladestationen entlang des Fahrwegs. Bevorzugt fährt die mobile Ladestation (Ladefahrzeug) auf einer festgelegten Route, vorzugsweise einer mehrspurigen Autobahn. Um eine ausreichende Versorgung mit mobilen Ladestationen sicherstellen zu können, wird die Flotte an mobilen Ladestationen durch die zentrale Steuerung bedarfsgerecht eingesetzt. Der Einsatz der mobilen Ladestation kann durch intelligente Steuerung unter Einbeziehung von Navigationsdaten der Kraftfahrzeuge (E-Fahrzeuge) bedarfsgerecht auf dem Fahrweg (Straßennetz) verteilt werden. Damit die mobilen Ladestationen auch bedarfsgerecht auf dem Fahrweg verteilt, bzw. auf dem Fahrweg koordiniert werden können, sind die mobilen Ladestationen und die zentrale Steuerung über eine Kommunikationsverbindung miteinander verbunden.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung verfügt die mobile Ladestation über einen an Bord der mobilen Ladestation bevorrateten Brennstoff. Mittels einer ebenfalls an Bord der mobilen Ladestation vorgesehenen Einrichtung kann aus dem Brennstoff elektrische Energie erzeugt werden, die den Ladepositionen des Auslegers zum Aufladen der Energiespeicher der Kraftfahrzeuge zuführbar ist. Der Brennstoff an Bord der mobilen Ladestation ist bevorzugter Weise in einem Brennstofftank untergebracht. Der Brennstofftank ist dabei derart groß bemessen, dass die Einsatzdauer der mobilen Ladestation möglichst lange ist.
Entlang des Fahrwegs sind ebenfalls mehrere Betankungsstationen vorgesehen, an denen die mobile Ladestation den Brennstofftank wieder mit Brennstoff befüllen kann. Wenn also der Vorrat an Brennstoff in der mobilen Ladestation erschöpft ist, fährt die mobile Ladestation autonom zu einer Betankungs- und Wartungsstation. Hier wird die mobile Ladestation betankt und falls erforderlich werden Wartungsarbeiten durchgeführt. Bevorzugter Weise ist der Brennstoff Wasserstoff. Die Einrichtung, welche elektrische Energie erzeugt, ist somit vorzugsweise eine Brennstoffzelle, die aus dem Wasserstoff die elektrische Energie erzeugt. Der Wasserstoff selbst kann aus regenerativen Energiequellen stammen und wäre damit CO₂ neutral. Alternativ ist mit der Einrichtung auch eine Erzeugung von elektrischer Energie aus anderen Brennstoffen, wie z. B. Benzin oder Gas, möglich. Hier können Verbrennungskraftmaschinen, wie z. B. ein Verbrennungsmotor oder eine Turbine, verwendet werden.
Eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist, dass entlang des Fahrwegs eine Oberleitung vorgesehen ist. Die mobilen Ladestationen sind über einen Stromabnehmer leitend mit der Oberleitung verbunden. Auch hier ist die mobile Ladestation ein vorzugsweise autonom fahrendes Fahrzeug. Die mobile Ladestation entnimmt somit den Strom aus der Oberleitung. Bevorzugter Weise befindet sich die Oberleitung entlang einer Fahrstrecke mit viel Langstreckenverkehr und besitzt eine Länge, die ausreichend Zeit für ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers von Kraftfahrzeugen bietet. Die Oberleitung ist eine Endlosschleife mit zwei Wendestellen, wobei die Wendestellen über oder unter dem Fahrweg geführt sind. Zur Bildung der Endlosschleife sind die beiden Wendestellen jeweils über eine parallel zu einer Fahrtrichtung und eine parallel zu einer Gegenrichtung des Fahrwegs verlaufenden linearen Verbindung verbunden.
Die mobile Ladestation, bzw. die mehreren mobilen Ladestationen fahren die Strecke der Oberleitung ab und am Ende gelangt die mobile Ladestation mittels der Wendestellen auf die Gegenrichtung und fährt somit die Oberleitungsstrecke wieder in der Gegenrichtung zurück. Die Anzahl der auf einer Oberleitungsstrecke fahrenden mobilen Ladestationen wird vom Bedarf der Kraftfahrzeuge (E-Fahrzeuge) bestimmt. Hierzu werden die mobilen Ladestationen, die entlang der Oberleitungsstrecke vorhanden sind, mit den Kraftfahrzeugen zentral über eine die intelligente Steuerung koordiniert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers von Kraftfahrzeugen zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus: Zunächst werden mehrere mobile Ladestationen entlang eines definierten Fahrwegs bedarfsgerecht verteilt, wobei diese mobilen Ladestationen autonom entlang des definierten Fahrwegs fahren. Jede der mobilen Ladestationen besitzt einen Ausleger mit mehreren Ladepositionen. Der Ausleger wird von jeweils einer mobilen Ladestation geschleppt. Die Kraftfahrzeuge, welche ihren elektrischen Energiespeicher an den Ladepositionen aufladen wollen, sind in ihrer Bewegung mit der Bewegung der mobilen Ladestation synchronisiert. Hierzu ist eine autonome Steuerung eines jeden der Kraftfahrzeuge mit einer autonomen Steuerung der jeweiligen mobilen Ladestation kommunikativ verbunden. Somit ist es möglich, dass die Bewegung der Kraftfahrzeuge während des Ladevorgangs an den Ladepositionen zur Bewegung der mobilen Ladestation synchronisiert wird.
An den Ladepositionen des Auslegers kann der Energiespeicher der Kraftfahrzeuge induktiv oder über ein gekoppeltes Kabel aufgeladen werden.
Um ausreichend Ladepositionen für die Kraftfahrzeuge zur Verfügung stellen zu können, ist eine Flotte aus mehreren mobilen Ladestationen vorgesehen. Über eine zentrale Steuerung können die mobilen Ladestationen bedarfsgerecht entlang des Fahrwegs verteilt und koordiniert werden. Hierzu sind die mobilen Ladestationen über eine Kommunikationsverbindung mit der zentralen Steuerung verbunden.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens kann die für die Aufladung der elektrischen Energiespeicher der Kraftfahrzeuge erforderliche elektrische Energie über einen an Bord der mobilen Ladestation bevorrateten Brennstoff erzeugt werden. Die erzeugte elektrische Energie wird zum Aufladen der elektrischen Energiespeicher der Kraftfahrzeuge den entsprechenden Ladepositionen des Auslegers der mobilen Ladestation zugeführt. Für den Fall, wenn der Brennstoff einer der mobilen Ladestationen zur Neige geht, kann dies ebenfalls von der zentralen Steuerung erfasst werden. Auf Befehl der zentralen Steuerung verlässt dann die jeweilige mobile Ladestation den Fahrweg und gelangt zu einer von mehreren Betankungsstationen, die entlang des Fahrwegs verteilt angeordnet sind, um mit neuem Brennstoff betankt zu werden.
Eine weiter vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist, dass die mobilen Ladestationen entlang des Fahrwegs über eine Oberleitung mittels elektrischer Energie versorgt werden. Die mobile Ladestation besitzt hierzu einen Stromabnehmer, der leitend mit der Oberleitung verbunden ist. Wie bereits vorstehend erwähnt, ist die Oberleitung als Endlosschleife ausgebildet. An einer ersten Wendestelle und einer zweiten Wendestelle gelangt somit die mobile Ladestation auf die Gegenfahrbahn. Die mobilen Ladestationen sind somit dauernd auf der Endlosschleife der Oberleitung entlang des Fahrwegs, bzw. in der Gegenrichtung des Fahrwegs unterwegs. Auch hier werden die mobilen Ladestationen mittels der zentralen Steuerung bedarfsgerecht in den Abschnitt der Oberleitung verteilt. Dies hat den Vorteil, dass immer ausreichend mobile Ladestationen für die Aufladung der elektrischen Energiespeicher der Kraftfahrzeuge vorgesehen sind, bzw. zur Verfügung gestellt werden können.
Ferner ist für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, das auf einen nicht flüchtigen und Computer lesbaren Medium der zentralen Steuerung bereitgestellt ist. Mittels des Computerprogrammprodukts ist es somit möglich, die Koordination der mobilen Ladestation entlang des Fahrwegs bedarfsgerecht zu steuern. Ebenso kann über die zentrale Steuerung der Zustand der mobilen Ladestationen überwacht und Befehle an die mobilen Ladestationen gesendet werden.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einigen Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer mobilen Ladestation, mit der zwei Kraftfahrzeuge mit einem elektrischen Energiespeicher zur Aufladung gekoppelt sind;
2 eine schematische Draufsicht auf eine mobile Ladestation, gemäß einer Ausführungsform der Ladestation, die die elektrische Energie selbst erzeugt;
3 eine schematische Ansicht der mobile Ladestation von unten gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform, bei der zwei Kraftfahrzeuge mit einem elektrischen Energiespeicher zur Aufladung an Ladepositionen eines Auslegers der mobilen Ladestation gekoppelt sind;
4 eine schematische Ansicht einer mobilen Ladestation, die zur Betankung an einer Betankungsstation geparkt ist;
5 eine schematische Ansicht des Zusammenwirkens der zentralen Steuerung mit den verschiedenen mobilen Ladestationen einer Flotte;
6 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform, bei der die mobile Ladestation die elektrische Energie zur Aufladung der elektrischen Energiespeicher der Kraftfahrzeuge von einer Oberleitung entnimmt;
7 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäße Ausführungsform der Darstellung aus 6 von unten; und
8 eine schematische Darstellung der Anordnung einer Oberleitung entlang eines Fahrwegs.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform der Aufladung von elektrischen Energiespeichern 10 von Kraftfahrzeugen 2. Obwohl bei der in 1 gezeigten Darstellung nur eine mobile Ladestation 1 dargestellt ist, die sich entlang des Fahrwegs 4 bewegt, soll dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass zu einer effizienten und bedarfsgerechten Aufladung der Energiespeicher 10 der vielen Kraftfahrzeuge 2, die sich entlang des Fahrwegs 4 bewegen, sich mehrere der mobilen Ladestationen 1, 1₁, 1₂, ..., 1_N entlang des Fahrwegs 4 autonom bewegen. Jede mobile Ladestation 1 besitzt einen Ausleger 6 oder ein Gestell, über das die elektrische Energie von der mobilen Ladestation 1 an den Energiespeicher 10 der Kraftfahrzeuge 2 zur Aufladung übertragen wird. Vorzugsweise wird der Ausleger 6 von der mobilen Ladestation 1 geschleppt. Wie in der Bodenansicht der 3 zu erkennen ist, besitzt der Ausleger 6 der mobilen Ladestation 1 mehrere Ladepositionen 11. An den Ladepositionen 11 sind somit die Kraftfahrzeuge 2, welche ihren Energiespeicher 10 aufladen möchten, mit dem Ausleger 6 und somit der mobilen Ladestation 1 gekoppelt. Die Ladepositionen 11 können in Form von induktiven Ladeplatten oder auch als Steckverbindung ausgestaltet sein. Selbstverständlich muss im Kraftfahrzeug 2 zur Aufladung des elektrischen Energiespeichers 10 ein entsprechendes Gegenstück vorgesehen sein, um die Übertragung der elektrischen Energie von der Ladeposition 11 in den elektrischen Energiespeicher 10 des Kraftfahrzeugs 2 zu ermöglichen.
Damit die Energiespeicher 10 der elektrischen Fahrzeuge 2, wie in 1 bzw. 3 dargestellt ist, aufgeladen werden können, muss das Kraftfahrzeug bzw. müssen die Kraftfahrzeuge 2 hinter der mobilen Ladestation 1 synchron herfahren. Vorzugsweise wird dabei die Bewegung der mobilen Ladestation 1 und der Kraftfahrzeuge 2 durch eine autonome Steuerung 8, 9 synchronisiert. Hierzu hat jedes der Kraftfahrzeuge 2 eine autonome Steuerung 8 vorgesehen, die mit einer autonomen Steuerung 9 der jeweiligen mobilen Ladestation 1 kommuniziert.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine mobile Ladestation 1, wie sie in der Ausführungsform der 1 und 3 Verwendung findet. Die mobile Ladestation 1 umfasst einen Brennstofftank 13 für einen Brennstoff 12. Ebenso ist an Bord der mobilen Ladestation 1 eine Einrichtung 15 vorgesehen, die aus dem im Brennstofftank 13 bevorrateten Brennstoff elektrische Energie erzeugt, die für die Aufladung der elektrischen Energiespeicher 10 der Kraftfahrzeuge 2 Verwendung findet. Die Einrichtung 15 zur Erzeugung elektrischer Energie kann eine Brennstoffzelle, eine Gasturbine oder ein herkömmlicher Verbrennungsmotor sein.
4 zeigt eine schematische Ausgestaltung des Fahrwegs 4, der eine Ausleitung 41 für die mobile Ladestation 1 besitzt. Falls der Brennstoff 12 im Brennstofftank 13 der mobilen Ladestation 1 zur Neige geht, erhält die mobile Ladestation 1 von der zentralen Steuerung 20 (s. 5) einen Befehl, die Fahrstrecke 4 zu verlassen und die nächstmögliche Betankungsstation 14 aufzusuchen. An der Betankungsstation 14 wird über eine Kraftstoffleitung 22 der Brennstofftank 13 wieder mit Kraftstoff befüllt. Nach der Befüllung kehrt die mobile Ladestation 1 wieder auf die Fahrstrecke 4 unter Steuerung der zentralen Steuerung 20 zurück und steht wieder für die Aufladung von elektrischen Energiespeichern 10 von Kraftfahrzeugen 2 zur Verfügung.
5 zeigt eine schematische Ansicht des Zusammenwirkens der Steuerung 20 mit mehreren mobilen Ladestationen 1, 1₁, 1₂, ..., 1_N, die als Flotte unterwegs sind, um eine ausreichende Infrastruktur für die Aufladung der elektrischen Energiespeicher 10 der Kraftfahrzeuge 2 entlang der Fahrstrecke 4 zur Verfügung zu stellen. Der Einsatz der mobilen Ladestationen 1, 1₁, 1₂, ... 1_N kann durch die zentrale Steuerung 20 unter Einbeziehung von Navigationsdaten der elektrisch betriebenen Kraftfahrzeuge 2 bedarfsgerecht auf dem Fahrweg 4 verteilt werden. Hierzu ist die zentrale Steuerung 20 mit den mobilen Ladestationen 1, 1₁, 1₂, ..., 1_N über eine Kommunikationsverbindung 21 verbunden. Jede der mobilen Ladestationen 1, 1₁, 1₂, ..., 1_N hat einen großen Brennstofftank 13 an Bord, so dass eine lange Einsatzdauer der mobilen Ladestation 1, 1₁, 1₂, ..., 1_N möglich ist.
6 zeigt eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zum Aufladen von elektrischen Energiespeichern 10 von Kraftfahrzeugen 2. Hier ist die mobile Ladestation 1 mit einer Oberleitung 16 verbunden. Die Verbindung zur Oberleitung 16 wird über einen Stromabnehmer 17 der mobilen Ladestation 1 hergestellt. Analog zu der Beschreibung der in 1 und 3 dargestellten Ausführungsform, ist die mobile Ladestation 1 auch in diesem Fall mit einem Ausleger 6 versehen, an den die Kraftfahrzeuge 2 zur Aufladung der elektrischen Energiespeicher 10 koppeln können. Die mobile Ladestation 1 fährt ebenfalls autonom entlang der Oberleitung 16. Die Kraftfahrzeuge 2 bewegen sich während der Aufladung der elektrischen Energiespeicher 10 synchron mit der mobilen Ladestation 1. Für die synchrone Bewegung zwischen den Kraftfahrzeugen 2 und der mobilen Ladestation 1 wird auf die bereits in 1 und 3 beschriebene autonome Steuerung 8, 9 verwiesen.
Für die Bewerkstelligung der Aufladung der elektrischen Energiespeicher 10 der Kraftfahrzeuge 2 wird auf die Beschreibung der 3 verwiesen. Wie in der Bodenansicht der 7 zu erkennen ist, sind hier ebenfalls Ladeplatten 11 vorgesehen, mit der die elektrische Energie, welche über den Stromabnehmer 17 von der Oberleitung 16 entnommen wird, den Kraftfahrzeugen 2 zugeführt wird.
8 zeigt eine schematische Ansicht der Anordnung einer Oberleitung 16 entlang eines Fahrwegs 4. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fahrstrecke 4 als Autobahn ausgebildet und die Oberleitung 16 befindet sich auf einer Autobahnstrecke mit viel Langstreckenverkehr. Eine lineare Länge L der Oberleitung 16 muss dabei derart bemessen sein, dass entlang der linearen Länge L ausreichend Zeit für das Aufladen der Energiespeicher 10 der Kraftfahrzeuge 2 zur Verfügung steht. Eine Vielzahl von mobilen Ladestationen 1₁, 1₂, 1₃, ..., 1_N, fahren die Strecke der Oberleitung 16 ab. Bei Bedarf koppeln die Kraftfahrzeuge 2, wie bereits in den 1, 3, 6 und 7 beschrieben, an die entsprechenden Ladepositionen 11 der Ausleger 6 der mobilen Ladestationen 1₁, 1₂, 1₃, ..., 1_N.
Die Oberleitung 16 ist als eine Endlosschleife ausgebildet und umfasst zwei Wendestellen 18, die jeweils über lineare Verbindungen 19 miteinander verbunden sind. Die mobilen Ladestationen 1₁, 1₂, ..., 1_N werden an den Wendestellen 18 von einer Fahrtrichtung R1 auf eine Gegenrichtung R2 übergeleitet. Dabei führen die Wendestellen über oder unter der Fahrstrecke 4. Nach der Überführung von der Fahrtrichtung R1 entlang der Fahrstrecke 4 auf die Gegenrichtung R2 der Fahrtrichtung 4 fahren die mobilen Ladestationen 1₁, 1₂, ..., 1_N in der Gegenrichtung R2, so dass an dieser linearen Verbindung 19 dann wiederum Kraftfahrzeuge an den Ausleger 6 der entsprechenden mobilen Ladestationen 1₁, 1₂, ..., 1_N, koppeln können. Auch hier verteilt die zentrale Steuerung 20 die mobilen Ladestationen 1₁, 1₂, ..., 1_N, bedarfsgerecht entlang der Oberleitung 16. Entlang der Fahrstrecke 4 sind mehrere Oberleitungen 16, die als Endlosschleife ausgebildet sind, verteilt, um somit eine ausreichende Abdeckung an mobilen Ladestationen 1₁, 1₂, ..., 1_N für die Kraftfahrzeuge 2 zur Verfügung stellen zu können, damit eine Aufladung der Energiespeicher 10 der Kraftfahrzeuge 2 während der Fahrt erfolgen kann.
Bezugszeichenliste

1, 11, 12,...,1N: mobile Ladestation
2: Kraftfahrzeug
4: Fahrweg
6: Ausleger
8: autonome Steuerung der Kraftfahrzeuge
9: autonome Steuerung der mobilen Ladestation
10: elektrischer Energiespeicher
11: Ladeposition
12: Brennstoff
13: Brennstofftank
14: Betankungsstationen
15: Einrichtung zur Stromerzeugung
16: Oberleitung
17: Stromabnehmer
18: Wendestelle
19: linearen Verbindung
20: zentrale Steuerung
21: Kommunikationsverbindung
22: Kraftstoffleitung
41: Ausleitung
L: Lineare Länge
R1: Fahrtrichtung
R2: Gegenrichtung

Claims

System zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers (10) von Kraftfahrzeugen (2), umfassend mindestens eine entlang eines definierten Fahrwegs (4) bewegliche mobile Ladestation (1) und mindestens eine sich mit der mobilen Ladestation (1) bewegende Ladeposition (11), dadurch gekennzeichnet, dass • ein geschleppter Ausleger (6) der mobilen Ladestation (1) die mindestens eine Ladeposition (11) umfasst, wobei ein Kraftfahrzeug (2) zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers (10) induktiv oder über ein Kabel mit der mindestens einen Ladeposition (11) gekoppelt ist; • eine autonome Steuerung (8) dem Kraftfahrzeug (2) zugeordnet ist; und • eine weitere autonome Steuerung (9) der mobilen Ladestation (1) zugeordnet ist, wobei mittels der autonomen Steuerung (8) und der weiteren autonomen Steuerung (9) die Bewegung des mindestens einen Kraftfahrzeugs (2) zur Bewegung der mobilen Ladestation (1) während des Aufladens des elektrischen Energiespeichers (10) synchronisiert ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Ausleger (6) mehrere entlang des Fahrwegs (4) räumlich voneinander getrennte Ladepositionen (11) aufweist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mehrere der mobilen Ladestationen (1) eine Flotte bilden und wobei eine zentrale Steuerung (20) den Einsatz der mehreren mobilen Ladestationen (1, 1₁, 1₂,...1_N) entlang des Fahrwegs (4) bedarfsgerecht koordiniert, und die mobilen Ladestationen (1, 1₁, 1₂,...1_N) über eine Kommunikationsverbindung (21) mit der zentralen Steuerung (20) verbunden sind.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mobile Ladestation (1) über einen an Bord bevorrateten Brennstoff (12) mittels einer Einrichtung (15) die elektrische Energie erzeugt, die den Ladepositionen (11) zum Aufladen der elektrischen Energiespeicher (10) der Kraftfahrzeuge (2) zuführbar ist.
System nach Anspruch 4, wobei entlang des Fahrwegs (4) mehrere Betankungsstationen (14) vorgesehen sind, an denen eine mobile Ladestation (1) mit Brennstoff (12) betankbar ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 oder 5, wobei der Brennstoff (12) Wasserstoff ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Oberleitung (16) entlang des Fahrwegs (4) vorgesehen ist und die mobile Ladestation (1) über einen Stromabnehmer (17) leitend mit der Oberleitung (16) verbunden ist.
System nach Anspruch 7, wobei die Oberleitung (16) eine Endlosschleife mit zwei Wendestellen (18) ist, die über oder unter dem Fahrweg (4) geführt sind und die jeweils über eine parallel zu einer Fahrtrichtung (R1) und eine parallel zu einer Gegenrichtung (R2) des Fahrwegs (4) verlaufenden linearen Verbindung (19) verbunden sind.
Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers (10) von Kraftfahrzeugen (2) umfassend die folgenden Schritte: • dass mehrere mobile Ladestationen (1, 1₁, 1₂,...,1_N) bedarfsgerecht entlang eines definierten Fahrwegs (4) autonom fahren; • dass von jeder der mobilen Ladestationen (1, 1₁, 1₂,...,1_N) ein Ausleger (6) mit mehreren Ladepositionen (11) geschleppt wird; • dass jeweils ein Kraftfahrzeug (2) mit einer der Ladepositionen (11) des Auslegers (6) gekoppelt wird; und • dass die Bewegung der gekoppelten Kraftfahrzeuge (2) während der Aufladung entlang des Fahrwegs (4) mit der Bewegung der mobilen Ladestation (1) synchronisiert wird, wobei eine autonome Steuerung (8) eines jeden der Kraftfahrzeuge (2) mit einer autonomen Steuerung (9) der jeweiligen mobilen Ladestation (1) kommuniziert, so dass die Bewegung der Kraftfahrzeuge (2) während des Ladevorgangs an den Ladepositionen (11) zur Bewegung der mobilen Ladestation (1) synchronisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Energiespeicher (10) der Kraftfahrzeuge (2) an mit dem jeweiligen Kraftfahrzeug (2) gekoppelten Ladepositionen (11) induktiv oder über ein Kabel aufgeladen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 oder 10, wobei eine Flotte aus mehreren der mobilen Ladestationen (1, 1₁, 1₂,...1_N) über eine zentrale Steuerung (20) bedarfsgerecht entlang des Fahrwegs 4 verteilt und koordiniert wird, wobei die mobilen Ladestationen (1, 1₁, 1₂,...1_N) über eine Kommunikationsverbindung (21) mit der zentralen Steuerung (20) verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 oder 11, wobei mittels der mobilen Ladestation (1, 1₁, 1₂,...1_N) über einen an Bord bevorrateten Brennstoff (12) die elektrische Energie erzeugt wird, die den Ladepositionen (11) zum Aufladen der Energiespeicher (10) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die mobile Ladestation (1, 1₁, 1₂,...1_N), wenn der Brennstoff (12) zur Neige geht, aufgrund von Befehlen der zentralen Steuerung (20), den Fahrweg (4) verlässt und an einer der mehreren Betankungsstationen (14), die entlang des Fahrwegs (4) vorgesehen sind, mit Brennstoff (12) betankt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 oder 11, wobei die mobile Ladestation (1, 1₁, 1₂,...1_N) entlang des Fahrwegs (4) über eine Oberleitung (16) mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei die mobile Ladestation (1, 1₁, 1₂,...1_N) über einen Stromabnehmer (17) leitend mit der Oberleitung (16) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Oberleitung (16) eine Endlosschleife mit einer ersten Wendestelle (18) und einer zweiten Wendestelle (18) ist, an denen die mobilen Ladestationen (1, 1₁, 1₂,...1_N) über oder unter dem Fahrweg (4) von einer Fahrtrichtung (R1) entlang des Fahrwegs (4) in eine Gegenrichtung (R2) des Fahrwegs (4) überführt werden.
Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt auf einem nichtflüchtigen und computerlesbaren Medium einer zentralen Steuerung (20) bereitgestellt ist, das die zentrale Steuerung (20) veranlasst, ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 15 auszuführen.