DE102017219482A1

DE102017219482A1 - Verfahren zum Laden wenigstens einer Batterie eines Elektrofahrzeuges und/oder zum Austausch wenigstens einer Batterie eines Elektrofahrzeuges

Info

Publication number: DE102017219482A1
Application number: DE102017219482.0A
Authority: DE
Inventors: Marlon Ramon Ewert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2019-05-02

Abstract

Verfahren zum Laden wenigstens einer Batterie (12) eines Elektrofahrzeuges (1) und/oder zum Austausch wenigstens einer Batterie (12) eines Elektrofahrzeuges (1) mit den Schritten: zur Verfügung stellen einer Stromquelle zum Aufladen der wenigstens einen Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) mit aktvierbarer elektrischer Energie und/oder zur Verfügung stellen wenigstens einer auszutauschenden Wechselbatterie, Übertragen von elektrischer Energie von der Stromquelle in die wenigstens eine Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1), so dass die wenigstens Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) aufgeladen wird und/oder Austauschen der vorhandenen wenigstens einen Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) mit der Wechselbatterie, so dass nach dem Austauschen anstelle der vorhandenen wenigstens einen Batterie (12) die wenigstens eine Wechselbatterie in dem Elektrofahrzeug (1) angeordnet ist, wobei die Stromquelle in einem anderen Funktionsfahrzeug zur Verfügung gestellt wird und die elektrische Energie von der Stromquelle in dem anderen Funktionsfahrzeug in die wenigstens eine Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) übertragen wird und/oder die Wechselbatterie in einem anderen Funktionsfahrzeug zur Verfügung gestellt wird und das Austauschen der vorhandenen wenigstens einen Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) mit der wenigstens einen Wechselbatterie ausgeführt wird indem die wenigstens eine Wechselbatterie von dem Funktionsfahrzeug (2) in das Elektrofahrzeug (1) bewegt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden wenigstens einer Batterie eines Elektrofahrzeuges und/oder zum Austausch wenigstens einer Batterie eines Elektrofahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Elektrofahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 12, ein Funktionsfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 13 und ein System zum Laden wenigstens einer Batterie eines Elektrofahrzeuges und/oder zum Austausch wenigstens einer Batterie eines Elektrofahrzeuges.
Stand der Technik
In Elektrofahrzeugen erfolgt der Antrieb ausschließlich mit elektrischer Energie und wenigstens einem Elektromotor, so dass Batterien als Energiespeicher notwendig sind. Die Batterien speichern die notwendige elektrische Energie zum Betrieb des wenigstens einen Elektromotors. Die in den Batterien gespeicherte elektrische Energie reicht normalerweise für eine Reichweite von wenigen 100 km, so dass bei längeren Fahrten mit dem Elektrofahrzeug eine Unterbrechung der Fahrt und ein zeitaufwendiges Aufladen der Batterien an stationären Ladestationen mit einer stationären Stromquelle notwendig sind. Dies ist nachteilig, weil damit für die Insassen der Elektrofahrzeuge ein Zeitverlust auftritt und das gezielte Anfahren, möglicherweise mit einem Umweg, der stationären Ladestation notwendig ist. Insbesondere bei Langstreckenfahrten für Distanzen von beispielweise 1.000 bis 2.000 km sind somit eine große Anzahl von zeitaufwendigen Ladevorgängen an den stationären Ladestationen notwendig, sofern die stationären Ladestationen überhaupt vorhanden sind. Ferner können während der Fahrt unerwartet Schäden an den Batterien auftreten, so dass entweder die Fahrt nur mit einer deutlich verminderten elektrischen Leistung möglich ist oder eine Weiterfahrt ausgeschlossen ist, so dass das Elektrofahrzeug liegen bleibt. Elektrofahrzeuge mit einer deutlich verminderten Leistung oder liegen gebliebene Elektrofahrzeuge stellen ein Verkehrshindernis dar und erhöhen damit das Unfallrisiko. Außerdem können die Insassen des Elektrofahrzeuges ihr Ziel nicht erreichen und das Elektrofahrzeug muss abgeschleppt werden.
Ferner ist es bekannt, Elektrofahrzeuge mit Austauschbatterien auszustatten und die Austauschbatterien an stationären Batterieaustauschstationen auszutauschen, so dass ein zeitaufwendiges Aufladen der Batterien an stationären Ladestationen nicht notwendig ist. Jedoch müssen die Elektrofahrzeuge für einen Austausch der Austauschbatterien die stationären Batterieaustauschstationen zeitaufwendig anfahren, häufig mit dem Nachteil von Umwegen, so dass auch hier ein wesentlicher Zeitverlust auftritt. Derartige stationären Ladestationen ermöglichen jedoch keine Hilfe für Elektrofahrzeuge mit unerwarteten Schäden an den Batterien, so dass liegen gebliebene Elektrofahrzeuge abgeschleppt werden müssen.
Die DE 10 2012 205 414 B3 zeigt ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer in einem unterbodenseitigen Bauraum des Fahrzeugs angeordneten, wechselbaren Traktionsbatterie, einer Getriebeeinheit zur ortsfesten Verriegelung der Traktionsbatterie im unterbodenseitigen Bauraum, wobei die Getriebeeinheit eine Werkzeugschnittstelle aufweist, an die ein außerhalb des Fahrzeugs angeordnetes Betätigungswerkzeug durch ein im Fahrzeugunterboden angeordnetes Loch angreifen kann, um die Traktionsbatterie zu Lösen oder zu Fixieren und einer Dichtung zur unterbodenseitigen Abdichtung des Lochs, wobei die Dichtung einen Dichtschlitz aufweist, der durch das Betätigungswerkzeug aufschiebbar ist und wobei die Dichtung eine Elastizität aufweist, die ein Schließen des Dichtschlitzes nach Entfernen des Betätigungswerkzeugs bewirkt.
Auch die WO 2012/035 254 A1 zeigt ein Elektrofahrzeug mit einer wechselbaren Traktionsbatterie.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäßes Verfahren zum Laden wenigstens einer Batterie eines Elektrofahrzeuges und/oder zum Austausch wenigstens einer Batterie eines Elektrofahrzeuges mit den Schritten: zur Verfügung stellen einer Stromquelle zum Aufladen der wenigstens einen Batterie des Elektrofahrzeuges mit aktvierbarer elektrischer Energie und/oder zur Verfügung stellen wenigstens einer auszutauschenden Wechselbatterie, Übertragen von elektrischer Energie von der Stromquelle in die wenigstens eine Batterie des Elektrofahrzeuges, so dass die wenigstens eine Batterie des Elektrofahrzeuges aufgeladen wird und/oder Austauschen der vorhandenen wenigstens einen Batterie des Elektrofahrzeuges mit der Wechselbatterie, so dass nach dem Austauschen anstelle der vorhandenen wenigstens einen Batterie die wenigstens eine Wechselbatterie in dem Elektrofahrzeug angeordnet ist, wobei die Stromquelle in einem anderen Funktionsfahrzeug zur Verfügung gestellt wird und die elektrische Energie von der Stromquelle in dem anderen Funktionsfahrzeug in die wenigstens eine Batterie des Elektrofahrzeuges übertragen wird und/oder die Wechselbatterie in einem anderen Funktionsfahrzeug zur Verfügung gestellt wird und das Austauschen der vorhandenen wenigstens einen Batterie des Elektrofahrzeuges mit der wenigstens einen Wechselbatterie ausgeführt wird indem die wenigstens eine Wechselbatterie von dem Funktionsfahrzeug in das Elektrofahrzeug bewegt wird. In vorteilhafter Weise können damit Batterien von Elektrofahrzeugen ohne stationären Lade- oder Batterieaustauschstationen aufgeladen und/oder ausgetauscht werden. Damit können die hohen Kosten für eine große Anzahl an stationären Lade- oder Batterieaustauschstationen eingespart werden und die räumliche Verfügbarkeit zum Aufladen und/oder Austauschen der Batterien ist erhöht, weil die Funktionsfahrzeuge mobil sind.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Verfahren während eines stationären Zustandes des Elektrofahrzeuges und des Funktionsfahrzeuges ausgeführt. Das Laden und/oder Austauschen der Batterie kann somit während des Stillstandes ausgeführt werden und aufgrund der Mobilität des Funktionsfahrzeuges kann dies ein beliebiger Ort an einer Fahrstrecke des Elektrofahrzeuges sein.
In einer ergänzenden Ausführungsform wird das Verfahren während der Fahrt des Elektrofahrzeuges und des Funktionsfahrzeuges ausgeführt, insbesondere bei einer Fahrt mit einer Geschwindigkeit größer als 30 km/h, 60 km/h oder 90 km/h. Damit kann das Laden und/oder der Austausch der wenigstens einen Batterie, insbesondere sämtlicher Batterien, des Elektrofahrzeuges während der Fahrt ausgeführt werden ohne einen Zeitverlust für die Insassen des Elektrofahrzeuges. Damit können auch große Strecken von mehreren 1.000 km ohne Unterbrechung durchgeführt werden, insbesondere bei einem autonomen Elektrofahrzeug.
In einer ergänzenden Ausführungsform wird während der Fahrt von den vorhandenen Batterien des Elektrofahrzeuges nur ein Teil der Batterien ausgetauscht und/oder während des stationären Zustandes werden oder wird ein Teil oder sämtliche der vorhandenen Batterien oder die vorhandenen Batterie des Elektrofahrzeuges ausgetauscht. Während der Fahrt kann es sinnvoll sein, nur einen Teil der Batterien des Elektrofahrzeuges auszutauschen, damit das Elektrofahrzeug auch während des Austausches der wenigstens einen Batterie über elektrische Energie verfügt.
In einer ergänzenden Ausführungsform werden das Elektrofahrzeug und das Funktionsfahrzeug mit einer Koppelvorrichtung an dem Elektrofahrzeug und einer Gegenkoppelvorrichtung an dem Funktionsfahrzeug mechanisch zusammen gekoppelt, anschließend das Verfahrens zum Laden wenigstens einer Batterie des Elektrofahrzeuges und/oder das Verfahrens zum Austausch wenigstens einer Batterie des Elektrofahrzeuges ausgeführt wird und anschließend das Elektrofahrzeug und das Funktionsfahrzeug mechanisch entkoppelt werden. Während des Ausführens des Verfahrens zum Laden und/oder Austauschen der wenigstens einen Batterie ist eine temporäre mechanische Koppelung zwischen dem Elektrofahrzeug und dem Funktionsfahrzeug notwendig, damit elektrische Energie übertragen werden kann und/oder die wenigstens eine Batterie durch wenigstens eine Wechselbatterie ausgetauscht werden kann.
In einer ergänzenden Ausführungsform wird das Übertragen von elektrischer Energie von der Stromquelle in die wenigstens eine Batterie des Elektrofahrzeuges mittels Induktion und/oder Stromleitung durch ein Kabel ausgeführt indem ein Übertragungsmittel an dem Elektrofahrzeug und ein Gegenübertragungsmittel an dem Funktionsfahrzeug betrieben werden. Das Übertragungsmittel an dem Elektrofahrzeug und das Gegenübertragungsmittel an dem Funktionsfahrzeug ermöglichen das Übertragen von elektrischer Energie. Bei einem Betrieb des Übertragungsmittels und Gegenübertragungsmittels mittels Induktion wird elektrischer Strom durch eine primäre Spule geleitet und das von der primären Spule erzeugte magnetische Wechselfeld induziert in der sekundären Spule einen Wechselstrom, der anschließend gleichgerichtet wird zum Laden der wenigstens einen Batterie. Bei einem Betrieb des Übertragungsmittels und Gegenübertragungsmittels mittels Stromleitung durch ein Kabel wird elektrischer Strom durch ein Kabel als Übertragungsmittel und durch ein Kabel als Gegenübertragungsmittel geleitet.
Zweckmäßig werden zwischen dem Elektrofahrzeug und/oder dem Funktionsfahrzeug und/oder einer stationären Infrastruktur, insbesondere mittels einer Funkverbindung, Daten ausgetauscht zur Steuerung und/oder Regelung und/oder Aktivierung und/oder monetären Abrechnung des Verfahrens zum Laden wenigstens einer Batterie des Elektrofahrzeuges und/oder des Verfahrens zum Austausch wenigstens einer Batterie des Elektrofahrzeuges. Tritt beispielsweise bei dem Elektrofahrzeug während der Fahrt die Notwendigkeit oder der Wunsch zum Laden und/oder Austausch der wenigstens einen Batterie auf, wird dies an die umliegenden Funktionsfahrzeuge übermittelt und sofern ein umliegendes Funktionsfahrzeug bereit und in der Lage ist, diese Notwendigkeit oder Wunsch zu erfüllen, werden das Elektrofahrzeug und Funktionsfahrzeug dahingehend gesteuert, dass diese mechanisch aneinander gekoppelt werden und darauffolgend wird das Laden und/oder der Austausch der wenigstens einen Batterie ausgeführt. Nach dem Laden und/oder dem Austausch wird die monetäre Vergütung automatisch ausgeführt.
In einer weiteren Variante werden die Daten vor und/oder während und/oder nach dem Übertragen von elektrischer Energie von der Stromquelle in die wenigstens eine Batterie des Elektrofahrzeuges ausgetauscht. Ein Austausch von Daten vor dem Übertragen von elektrischer Energie ist beispielsweise notwendig, um eine Notwendigkeit oder einen Wunsch zum Laden der Batterie von dem Elektrofahrzeug auf das Funktionsfahrzeug zu übertragen und/oder das Elektrofahrzeug und/oder das Funktionsfahrzeug dahingehend zu steuern, so dass sich diese Annähern und anschließend mechanisch gekoppelt werden können. Ein Austausch von Daten während des Übertragens von elektrischer Energie ist beispielsweise notwendig, um das Funktionsfahrzeug über den Ladezustand der wenigstens einen Batterie des Elektrofahrzeuges zu informieren, um beim Erreichen des vereinbarten Ladezustandes der wenigstens einen Batterie des Elektrofahrzeuges den Ladevorgang und das Übertragen von elektrischer Energie abzubrechen. Ein Austausch von Daten nach dem Übertragen von elektrischer Energie ist beispielsweise notwendig, um eine monetäre Vergütung auszuführen.
In einer ergänzenden Ausgestaltung werden die Daten vor und/oder während und/oder nach dem Austauschen der vorhandenen wenigstens Batterie des Elektrofahrzeuges mit der wenigstens einen Wechselbatterie ausgetauscht. Ein Austausch von Daten vor dem Austausch ist beispielsweise notwendig, um eine Notwendigkeit oder einen Wunsch zum Austausch der Batterie von dem Elektrofahrzeug auf das Funktionsfahrzeug zu übertragen und/oder das Elektrofahrzeug und/oder das Funktionsfahrzeug dahingehend zu steuern, so dass sich diese Annähern und anschließend mechanisch gekoppelt werden können. Ein Austausch von Daten während des Übertragens von elektrischer Energie ist beispielsweise notwendig, um das Funktionsfahrzeug über die Position der wenigstens einen Batterie und der wenigstens einen Austauschbatterie zu informieren, um beim Erreichen der erforderlichen Position der wenigstens einen Austauschbatterie und der mechanischen und elektrischen Verbindung der wenigstens einen Austauschbatterie mit dem Elektrofahrzeug den Vorgang des Austausches abzubrechen. Ein Austausch von Daten nach dem Austausch der wenigstens einen Batterie ist beispielsweise notwendig, um eine monetäre Vergütung auszuführen.
In einer ergänzenden Ausgestaltung werden mittels des Datenaustausches Daten bezüglich des Ladezustandes der wenigstens einen Batterie des Elektrofahrzeuges und/oder der in der Stromquelle aktivierbaren elektrischen Energie und/oder die für das Erreichen eines Fahrzieles des Elektrofahrzeuges notwendige elektrische Energie ausgetauscht.
Zweckmäßig ist das Elektrofahrzeug ein teilweise autonomes oder autonomes Elektrofahrzeug und/oder das Funktionsfahrzeug ist ein teilweise autonomes oder autonomes Funktionsfahrzeug. Ein autonomes Elektrofahrzeug und/oder Funktionsfahrzeug ist ein autonomes Elektrofahrzeug und/oder Funktionsfahrzeug, das ohne jegliche Unterstützung durch den Fahrer ein Ziel erreicht. Bei dem autonomen Elektrofahrzeug und/oder Funktionsfahrzeug wird das Ziel ohne Eingriff durch den Fahrer automatisch von dem Elektrofahrzeug und/oder Funktionsfahrzeug erreicht indem Sensoren die Umgebung erfassen und in Abhängigkeit von der erfassten Umgebung die notwendigen Parameter, insbesondere Lenkwinkel und/oder Geschwindigkeit und/oder Verzögerung und/oder Beschleunigung, des Elektrofahrzeuges und/oder Funktionsfahrzeuges berechnet und automatisch ausgeführt werden. Ein teilweise autonomes Elektrofahrzeug und/oder Funktionsfahrzeug ist ein teilweise autonomes Elektrofahrzeug und/oder Funktionsfahrzeug, das mit teilweiser und/oder temporärer und/oder optionaler Unterstützung durch den Fahrer ein Ziel erreicht. Bei einer temporären Unterstützung erfolgt das Steuern der notwendigen Parameter, insbesondere Lenkwinkel und/oder Geschwindigkeit und/oder Verzögerung und/oder Beschleunigung, des Elektrofahrzeuges und/oder Funktionsfahrzeuges temporär und/oder teilweise durch den Fahrer, beispielsweise in schwierigen Fahrsituationen und/oder im Stadtverkehr.
Erfindungsgemäßes Elektrofahrzeug, insbesondere autonomes Elektrofahrzeug, umfassend eine Karosserie, Räder, wenigstens einen Elektromotor zum Antrieb des Elektrofahrzeuges, wenigstens eine Batterie zur Versorgung des Elektromotors mit elektrischer Energie, wobei an dem Elektrofahrzeug eine Koppelvorrichtung zur mechanischen Koppelung mit einer Gegenkoppelvorrichtung an einem Funktionsfahrzeug ausgebildet ist und/oder an dem Elektrofahrzeug ein Übertragungsmittel zum Übertragen von elektrischer Energie von einer Stromquelle an einem Funktionsfahrzeug in die wenigstens eine Batterie des Elektrofahrzeuges ausgebildet ist.
Erfindungsgemäßes Funktionsfahrzeug, insbesondere autonomes Funktionsfahrzeug, umfassend eine Karosserie, Räder, wenigstens einen Antriebsmotor, insbesondere Elektromotor, zum Antrieb des Funktionsfahrzeuges, eine Stromquelle, wobei an dem Funktionsfahrzeug eine Gegenkoppelvorrichtung zur mechanischen Koppelung mit einer Koppelvorrichtung an einem Elektrofahrzeug ausgebildet ist und/oder an dem Funktionsfahrzeug ein Gegenübertragungsmittel zum Übertragen von elektrischer Energie von der Stromquelle in die wenigstens eine Batterie des Elektrofahrzeuges ausgebildet ist.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist die Stromquelle wenigstens eine Batterie oder wenigstens eine Brennstoffzelle.
Erfindungsgemäßes System zum Laden wenigstens einer Batterie eines Elektrofahrzeuges und/oder zum Austausch wenigstens einer Batterie eines Elektrofahrzeuges, umfassend ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Elektrofahrzeug, ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Funktionsfahrzeug, vorzugsweise eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene stationäre Infrastruktur, wobei mit dem System ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar ist.
Zweckmäßig ist die stationäre Infrastruktur eine Verkehrsampel und/oder eine stationäre Lade- und/oder Tankstation und/oder eine Bank für eine monetäre Abrechnung.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Koppelvorrichtung an dem Elektrofahrzeug zur mechanischen Koppelung als eine elektromagnetische Koppelvorrichtung mit wenigstens einer Spule und/oder einem magnetisierbaren Teil ausgebildet oder als eine mechanische Koppelvorrichtung mit wenigstens einem, vorzugsweise beweglichen, mechanischen Element, insbesondere einem beweglichen Koppelbolzen und/oder eine Koppelöse ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Gegenkoppelvorrichtung an dem Funktionsfahrzeug zur mechanischen Koppelung als eine elektromagnetische Koppelvorrichtung mit wenigstens einer Spule und/oder einem magnetisierbaren Teil ausgebildet oder als eine mechanische Koppelvorrichtung mit wenigstens einem, vorzugsweise beweglichen, mechanischen Element, insbesondere einem beweglichen Koppelbolzen und/oder eine Koppelöse ausgebildet.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist das Übertragungsmittel an dem Elektrofahrzeug zum Übertragen von elektrischer Energie als eine sekundäre Spule und/oder als ein Stromkabel und/oder als ein Steckverbinder ausgebildet.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist das Gegenübertragungsmittel an dem Funktionsfahrzeug zum Übertragen von elektrischer Energie als eine primäre Spule und/oder als ein Stromkabel und/oder als ein Gegensteckverbinder ausgebildet.
In einer zusätzlichen Variante sind die Koppelvorrichtung und das Übertragungsmittel an einer Einrichtung als gemeinsame Baueinheit aus Koppelvorrichtung und Übertragungsmittel angeordnet.
In einer zusätzlichen Variante sind die Gegenkoppelvorrichtung und das Gegenübertragungsmittel an einer Gegeneinrichtung als gemeinsame Baueinheit aus Gegenkoppelvorrichtung und Gegenübertragungsmittel angeordnet.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist die Stromquelle ein von einem Verbrennungsmotor angetriebener Stromgenerator. Der Verbrennungsmotor wird beispielweise mit Wasserstoff, Benzin, Diesel oder Gas als Brennstoff betrieben.
In einer ergänzenden Ausführungsform werden oder wird während der Fahrt ein Teil oder sämtliche der vorhandenen Batterien oder der vorhandenen Batterie des Elektrofahrzeuges ausgetauscht. Während der Fahrt kann es sinnvoll sein, sämtliche Batterien des Elektrofahrzeuges auszutauschen, falls die Versorgung des Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie während des Austausches mit elektrischer Energie aus der Stromquelle des Funktionsfahrzeuges ausgeführt wird, damit das Elektrofahrzeug auch während des Austausches der wenigstens einen Batterie über elektrische Energie verfügt.
In einer weiteren Variante wird zum Austauchen der vorhandenen wenigstens einen Batterie die vorhandene wenigstens eine Batterie von dem Elektrofahrzeug in das Funktionsfahrzeug bewegt und vorzugsweise anschließend in dem Funktionsfahrzeug gelagert. Nach dem Entkoppeln des Elektrofahrzeuges und des Funktionsfahrzeuges wird die wenigstens eine Batterie in dem Funktionsfahrzeug gelagert und mit transportiert während der Weiterfahrt des Funktionsfahrzeuges.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die in dem Funktionsfahrzeug gelagerte wenigstens eine Batterie in dem Funktionsfahrzeug, insbesondere vollständig, aufgeladen, insbesondere während der Fahrt und/oder dem stationären Zustand des Funktionsfahrzeuges. Die Stromquelle, insbesondere der Stromgenerator und/oder die Brennstoffzelle, in dem Funktionsfahrzeug wird genutzt, um die wenigstens eine Batterie in dem Funktionsfahrzeug aufzuladen. Nach dem Aufladen der wenigstens einen Batterie kann die wenigstens eine Batterie wieder als wenigstens Austauschbatterie genutzt werden. Damit ist es in vorteilhafter Weise nicht notwendig, die wenigstens eine Batterie außerhalb des Funktionsfahrzeuges und/oder mit externen Stromquellen aufzuladen, so dass damit das Funktionsfahrzeug eine größere Anzahl an Elektrofahrzeugen mit Austauschbatterien versorgen kann, weil beispielsweise kein Stopp des Funktionsfahrzeuges zum Aufladen der Batterien notwendig ist.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine Antriebsmotor des Funktionsfahrzeuges ein Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor wird beispielweise mit Wasserstoff, Benzin, Diesel oder Gas als Brennstoff betrieben.
In einer weiteren Variante wird und/oder ist das Elektrofahrzeug ausschließlich mit elektrischer Energie und wenigstens einem Elektromotor angetrieben.
Zweckmäßig weist das Elektrofahrzeug und/oder das Funktionsfahrzeug wenigstens vier Räder auf und/oder ist mehrspurig.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist die aktivierbare elektrische Energie der wenigstens einen Wechselbatterie in dem Funktionsfahrzeug größer, insbesondere um das 1,2-, 1,5-, 2-, 3-, 4- oder 5-fache größer, als die aktivierbare elektrische Energie der vorhandenen austauschenden Batterie in dem Elektrofahrzeug. Die Wechselbatterie weist somit einen höheren Ladezustand auf als die Batterie in dem Elektrofahrzeug, so dass nach dem Austausch der wenigstens einen Batterie das Elektrofahrzeug eine größere aktivierbare elektrische Energie aufweist.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Elektrofahrzeug und/oder das Funktionsfahrzeug einen Gleichrichter zu Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom. Bei einem konduktiven Laden mit einer primären und sekundären Spule eines Transformators ist es notwendig, den in der sekundären Spule induzierten Wechselstrom in Gleichstrom zum Laden der wenigstens einen Batterie umzuwandeln. Der Gleichrichter ist beispielsweise als ein ungesteuerter Gleichrichter oder ein steuerbarer Gleichrichter ausgebildet, vorzugsweise ist der steuerbare Gleichrichter mit Thyristoren oder MOSFETs ausgestattet.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Elektrofahrzeug und/oder das Funktionsfahrzeug einen Wechselrichter bzw. Inverter zu Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom. Bei einem konduktiven Laden mit einer primären und sekundären Spule eines Transformators ist es notwendig, den elektrischen Gleichstrom aus einer Batterie bzw. Wechselbatterie des Funktionsfahrzeuges in einen elektrischen Wechselstrom umzuwandeln, der durch die primäre Spule gleitet wird. Der Wechselrichter ist beispielsweise als ein selbstgeführter Wechselrichter oder ein fremd- oder netzgeführter Wechselrichter ausgebildet.
In einer ergänzenden Variante umfasst das Elektrofahrzeug und/oder das Funktionsfahrzeug eine Spannungswandlerschaltung zur Veränderung, insbesondere Erhöhung, der Spannung des Stromes zum Laden der wenigstens einen Batterie. Die Spannung zum Laden der wenigstens einen Batterie muss größer sein als die Spannung der wenigstens einen zu ladenden Batterie. Soweit, beispielsweise aufgrund eines geringen Ladezustandes der Batterie bzw. Wechselbatterie als Stromquelle in dem Funktionsfahrzeug, die zur Verfügung stehende Spannung des Stromes zum Laden der Batterie nicht ausreichend ist, kann die Spannung des Stromes zum Laden der Batterie mit der Spannungswandlerschaltung erhöht werden. Die Spannungswandlerschaltung ist insbesondere ein Hochsetzsteller bzw. boost-converter.
Zweckmäßig ist die Spannungsquelle von wenigstens einer Batterie und/oder wenigstens einer Wechselbatterie und/oder einer Brennstoffzelle und/oder einem von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator in dem Funktionsfahrzeug gebildet.
Vorzugweise fungiert das Elektrofahrzeug auch als Funktionsfahrzeug.
In einer weiteren Ausführungsform fungiert das Funktionsfahrzeug auch als Elektrofahrzeug.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Elektrofahrzeug und/oder das Funktionsfahrzeug wenigstens einen Sensor, vorzugsweise mehrere Sensoren, insbesondere wenigstens einen hinteren und/oder vorderen und/oder seitlichen Sensor, zur Erfassung der Umgebung, beispielsweise den Straßenverlauf, andere Verkehrsteilnehmer und Hindernisse. Insbesondere ist der wenigstens eine Sensor zur Erfassung der Umgebung ein Radar und/oder ein Ultraschallsensor und/oder ein GPS-System und/oder eine Kamera. Daten der Kamera werden beispielsweise mit einer Bildverarbeitungssoftware in einem Computer ausgewertet.
In einer zusätzlichen Variante umfasst das Elektrofahrzeug und/oder das Funktionsfahrzeug einen Computer und/oder ein HMI. Der Computer und/oder das HMI dient zur Steuerung der Fahrt und/oder Steuerung und/oder Regelung des Ladens der wenigstens einen Batterie und/oder des Austausches der wenigstens einen Batterie. Zweckmäßig ist das HMI als ein Touchscreen und/oder ein Bildschirm und/oder ein Smartphone mit einer entsprechenden App und/oder als eine Tastatur ausgebildet. Das Smartphone ist beispielsweise mit einer lokalen Funkverbindung, insbesondere Bluetooth, mit dem Computer verbunden.
In einer ergänzenden Ausgestaltung umfasst das Elektrofahrzeug einen Elektromotor oder das Elektrofahrzeug umfasst mehrere Elektromotoren, insbesondere einen Elektromotor je einem Rad, wobei das je eine Rad von dem einen Elektromotor angetrieben ist und vorzugsweise wenigstens zwei Räder von dem zugeordneten einen Elektromotor angetrieben sind.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Elektrofahrzeug und/oder das Funktionsfahrzeug eine Antenne und/oder einen Sendeeinheit und/oder eine Empfangseinheit zum Senden und/oder Empfangen von Daten mit einer Funkverbindung, insbesondere zur Kommunikation als C2C und/oder C2I.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die mechanische und elektrische Verbindung zwischen der wenigstens einen Batterie und dem Elektrofahrzeug automatisch gelöst. Hierzu sind an dem Elektrofahrzeug und/oder an der wenigstens einen Batterie entsprechende Verbindungsmittel, insbesondere Aktuatoren und/oder Steckverbinder und/oder Gegensteckverbinder und/oder Rastmittel, ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die mechanische und elektrische Verbindung zwischen der wenigstens einen Wechselbatterie und dem Funktionsfahrzeug automatisch gelöst. Hierzu sind an dem Funktionsfahrzeug und/oder an der wenigstens einen Wechselbatterie entsprechende Verbindungsmittel, insbesondere Aktuatoren und/oder Steckverbinder und/oder Gegensteckverbinder und/oder Rastmittel, ausgebildet.
In einer weiteren Variante sind die mittels C2C und/oder C2I ausgetauschten Daten der Abstand zwischen dem Elektrofahrzeug und dem Funktionsfahrzeug und/oder die Position des Elektrofahrzeuges und/oder des Funktionsfahrzeuges und/oder die Bewegungsrichtung des Elektrofahrzeuges und/oder des Funktionsfahrzeuges und/oder die Parameter der Kommunikationsgüte und/oder die Fahrzeug ID und/oder die Zeit der Nachricht und/oder der Daten und/oder Kopplungsbefehle des Elektrofahrzeuges und/oder des Funktionsfahrzeuges und/oder der Kopplungsstatus des Elektrofahrzeuges und/oder des Funktionsfahrzeuges und/oder wenigstens ein Lenkbefehl des Elektrofahrzeuges und/oder des Funktionsfahrzeuges und/oder wenigstens ein Bremsbefehl des Elektrofahrzeuges und/oder des Funktionsfahrzeuges und/oder eine Zielposition des Elektrofahrzeuges und/oder des Funktionsfahrzeuges und/oder die aktivierbare elektrische Energie der Stromquelle in dem Funktionsfahrzeug und/oder die aktivierbare elektrische Energie der wenigstens einen Batterie des Elektrofahrzeuges und/oder Finanztransaktionsinformationen des Elektrofahrzeuges und/oder des Funktionsfahrzeuges und/oder eine Willenserklärung des Fahrers des Elektrofahrzeuges und/oder des Funktionsfahrzeuges und/oder die Geschwindigkeit des Elektrofahrzeuges und/oder die Geschwindigkeit des Funktionsfahrzeuges und/oder die Raddrehzahl des Elektrofahrzeuges und/oder die Raddrehzahl des Funktionsfahrzeuges und/oder der Lenkwinkel des Elektrofahrzeuges und/oder der Lenkwinkel des Funktionsfahrzeuges und/oder der Ladezustand der wenigstens einen Batterie des Elektrofahrzeuges.
Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.
Bestandteil der Erfindung ist außerdem ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.
Figurenliste
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

1 eine vereinfachte Seitenansicht eines Elektrofahrzeuges,
2 eine vereinfachte Seitenansicht eines Funktionsfahrzeuge in einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine vereinfachte Seitenansicht eines Funktionsfahrzeuge in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 eine Draufsicht auf ein Elektrofahrzeug und ein Funktionsfahrzeug während der Fahrt,
5 eine Draufsicht auf das Elektrofahrzeug und das Funktionsfahrzeug während der Fahrt kurz vor einer mechanischen Koppelung,
6 eine Draufsicht auf das Elektrofahrzeug und das Funktionsfahrzeug während der Fahrt während einer mechanischen Koppelung zwischen dem Elektrofahrzeug und dem Funktionsfahrzeug,
7 eine Draufsicht auf das Elektrofahrzeug und das Funktionsfahrzeug während der Fahrt nach dem Trennen der mechanischen Koppelung,
8 eine Einrichtung und Gegeneinrichtung zur mechanischen Koppelung und zur Übertragung von elektrischer Energie in einem ersten Ausführungsbeispiel,
9 die Einrichtung und Gegeneinrichtung zur mechanischen Koppelung und zur Übertragung von elektrischer Energie in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
10 die Einrichtung und Gegeneinrichtung zur mechanischen Koppelung und zur Übertragung von elektrischer Energie in einem dritten Ausführungsbeispiel,
11 die Einrichtung und Gegeneinrichtung zur mechanischen Koppelung und zur Übertragung von elektrischer Energie in einem vierten Ausführungsbeispiel und
12 eine Vorrichtung zum Austausch einer Batterie.

Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Elektrofahrzeug 1 als ein Kraftfahrzeug 1 zur Personenbeförderung dargestellt. Das Elektrofahrzeug 1 kann auch ein Kraftahrzeug zur Lasten- oder Güterbeförderung (nicht dargestellt) sein. Das Elektrofahrzeug 1 weist eine Karosserie 9 und vier Räder 10 auf. Die angetriebenen Räder 10 sind von wenigstens einem Elektromotor 11 angetrieben. Zur Versorgung des Elektromotors mit elektrischer Energie sind in das Elektrofahrzeug 1 Batterien 12, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien 12, eingebaut. Die Batterien 12 in Modulbauweise sind dabei dahingehend elektrisch und mechanisch mit dem Elektrofahrzeug 1 verbunden, dass die Verbindung selbsttätig und automatisch gelöst werden kann und anschließend wenigstens eine Batterie 12 einfach, beispielsweise durch eine sich öffnende Klappe oder Rollo, durch wenigstens eine andere, jedoch konstruktiv identische Wechselbatterie 16 ausgetauscht werden kann. Das Elektrofahrzeug 1 umfasst außerdem vorne, hinten und seitlich Sensoren 13 zur Erfassung der Umgebung, beispielsweise den Straßenverlauf, andere Verkehrsteilnehmer und Hindernisse.
Die Sensoren 13 sind als Radar 14, Ultraschallsensoren, GPS 15 und/oder Kamera ausgebildet. Die Daten des Radars 14, der Ultraschallsensoren und der Kameras werden von einem Computer 19 verarbeitet und mit Hilfe dieser verarbeiteter Daten erreicht das Elektrofahrzeug 1 selbsttätig ein von einem Fahrer des Elektrofahrzeuges 1 vorgegebenen Ziel. Die Daten der Kamera (nicht dargestellt) werden mit einer Bildverarbeitungssoftware ausgewertet. Die Sensoren 13 bilden auch Abstands- und Positionssensoren. Das Elektrofahrzeug 1 ist ein autonomes Elektrofahrzeug 1, das ohne jegliche Unterstützung durch den Fahrer ein Ziel erreichen kann. Die vorgegebenen Parameter für das Erreichen des Zieles werden von dem Computer 19 berechnet und mit Aktuatoren (nicht dargestellt) werden die Parameter eingestellt. Die Parameter sind beispielsweise der Lenkwinkel, die Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung des Elektrofahrzeuges 1.
Das Elektrofahrzeug 1 verfügt außerdem über eine Sender- und Empfangseinheit mit einer Antenne 20, so dass das Elektrofahrzeug 1 mit einer Funkverbindung, beispielsweise WLAN, NFC oder UMTS, Daten mit anderen Elektroahrzeugen 1, einem Funktionsfahrzeug 2 und/oder einer stationären Infrastruktur 6 austauschen kann. Die stationäre Infrastruktur 6 ist beispielsweise ein Verkehrsampel 7 und/oder eine stationäre Lade- und/oder Tankstation 8. Bei einem Austausch von Daten bzw. Informationen zwischen dem Elektrofahrzeug 1 und einem anderen Elektrofahrzeug 1 bzw. einem Funktionsfahrzeug 2 spricht man von Car-to-Car Communication (Car2Car oder C2C). Bei einem Austausch von Daten bzw. Informationen zwischen dem Elektrofahrzeug 1 bzw. Funktionsfahrzeug 2 und der stationären Infrastruktur 6 spricht man von Car-to-Infrastructure Communication (Car2I oder C2I). In dem von der Karosserie 9 eingeschlossenen Innenraum ist außerdem eine HMI 21 (Human Machine Interface 21) eingebaut. Das HMI 21 kann als ein Touchscreen 22 oder ein Smartphone 23 mit einer entsprechenden App ausgebildet sein. Das HMI 21 ermöglicht somit die Kommunikation zwischen dem Fahrer und dem Elektrofahrzeug 1, insbesondere dem Computer 19, des Elektrofahrzeuges 1. Das Elektrofahrzeug 1, insbesondere der Computer 19, kann damit Informationen zu dem Fahrer übermitteln und umgekehrt kann der Fahrer Informationen zu dem Elektrofahrzeug 1, insbesondere Computer 19, übermitteln. Der Computer 19 ist mit nicht dargestellten Datenleitungen mit der Sende- und Empfangseinheit verbunden zum Datenaustausch, so dass der Computer 19 eine C2C und/oder C2I Kommunikation ausführen kann.
In 2 ist das Funktionsfahrzeug 2 als ein Funktionsfahrzeug 3 mit einer Stromquelle 33 mit einer kleinen aktivierbaren elektrischen Energie abgebildet. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem in 1 dargestellten Elektrofahrzeug 1 beschrieben. Das Funktionsfahrzeug 3 ist konstruktiv identisch zu dem Elektrofahrzeug 1 und unterscheidet sich lediglich in der Verwendung der Batterien 12. Die Batterien 12 werden nicht nur zum Betrieb des Elektromotors 11 eingesetzt, sondern zusätzlich auch zum Laden der Batterie 12 des Elektrofahrzeuges 1 und/oder zum Austausch einer Batterie 12 des Elektrofahrzeuges 1, so dass eine vorhandene Batterie 12 des Elektrofahrzeuges 1 durch die Batterie 12 als Wechselbatterie 16 des Funktionsfahrzeuges 3 ersetzt ist. Die Batterie 12 des Funktionsfahrzeuges 3 bildet damit eine Stromquelle 33 zum Laden der Batterie 12 des Elektrofahrzeuges 1 und/oder die Wechselbatterie 16. Das Elektrofahrzeug 1 und das Funktionsfahrzeug 2 bilden ein System 5.
In 3 ist ein Funktionsfahrzeug 2 als ein Funktionsfahrzeug 4 mit einer Stromquelle 33 mit einer großen aktivierbaren elektrischen Energie abgebildet. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem in 2 dargestellten Funktionsfahrzeug 3 beschrieben. Das Funktionsfahrzeug 4 ist ein Elektrofahrzeug 1 im Wesentlichen zum Transport von Lasten und Gütern und nur in einem geringen oder keinem Umfang zum Transport von Personen. Das Funktionsfahrzeug 4 transportiert als Güter eine größere Anzahl an Wechselbatterien 16. Das Funktionsfahrzeug 4 ist von einem Antriebsmotor 32 angetrieben und die elektrische Energie für den Antriebsmotor 32 als Elektromotor 11 wird in einer Brennstoffzelle 17 gewonnen. Die Brennstoffzelle 17 als Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle 17 wird mit Wasserstoff aus einem Wasserstofftank 18 betrieben. Die Brennstoffzelle 17 und der große Wasserstofftank 18 sind zu transportierende Güter des Funktionsfahrzeuges 4. Abweichend hiervon kann das Funktionsfahrzeug 1 ohne Brennstoffzelle 17 und ohne Wasserstofftank 18 ausgebildet sein und der Elektromotor 11 wird von einer großen Anzahl an Batterien 12 mit elektrischer Energie versorgt (nicht dargestellt). Das Funktionsfahrzeug 4 verfügt damit über eine große Reichweite von beispielsweise 2.000 bis 3.000 km. Die elektrische Energie aus der Brennstoffzelle 17 kann auch zum Laden der Batterie 12 des Elektrofahrzeuges 1 eingesetzt werden, so dass die Brennstoffzelle 17 auch die Stromquelle 33 bildet. Die HMI 21 kann zusätzlich auch als eine Tastatur 24 ausgebildet sein.
In den 8 bis 11 sind verschiedene Ausführungsbeispiele von Einrichtungen 40 und Gegeneinrichtungen 41 zur mechanischen Koppelung zwischen dem Elektrofahrzeug 1 und dem Funktionsfahrzeug 2 und zur Übertragung von elektrischer Energie von dem Funktionsfahrzeug 2 auf das Elektrofahrzeug 1 dargestellt. Die Einrichtung 40 ist an dem Elektrofahrzeug 1 befestigt und die Gegeneinrichtung 41 ist an dem Funktionsfahrzeug 2 befestigt. Dabei ist in den 8 bis 11 je einem Einrichtung 40 mit je einer Gegeneinrichtung 41 mechanisch und elektrisch verbunden.
In dem in 8 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist in der Einrichtung 40 ein Übertragungsmittel 28 zum Übertragen der elektrischen Energie als eine sekundäre Spule 38 eines Transformators ausgebildet und eine primäre Spule 29 induziert in der sekundären Spule 38 des Transformators einen Wechselstrom. Die primäre Spule 29 als ein Gegenübertragungsmittel 37 zum Übertragen von elektrischer Energie ist an der Gegeneinrichtung 41 ausgebildet. Die sekundäre Spule 38 bildet damit ein Übertragungsmittel 28 zum Übertragen von elektrischer Energie an der Einrichtung 40. Das Übertragen von elektrischer Energie von der Stromquelle 33 in dem Funktionsfahrzeug 2 in die Batterie 12 des Elektrofahrzeuges 1 zum Laden der Batterie 12 erfolgt damit mittels eines induktiven Ladens. Das Leiten von elektrischen Strom durch die Spulen 29, 38 erfolgt mit einem Kabel 31. Eine mechanische Koppelvorrichtung 25 zur mechanischen Koppelung bzw. Verbindung der Einrichtung 40 mit der Einrichtung 41 ist als eine erste Spule 26 in der Einrichtung 40 ausgebildet. In der Gegeneinrichtung 41 ist eine Gegenkoppelvorrichtung 34 zur mechanischen Koppelung als eine zweite Spule 35 oder ein magnetisierbares Teil 35 ausgebildet. Zur mechanischen Koppelung der Koppelvorrichtung 25 in der Einrichtung 40 mit der Gegenkoppelvorrichtung 34 in der Gegeneinrichtung 41 wird Gleichstrom durch die Spulen 26, 35 geleitet, so dass sich die Spulen 26, 35 aufgrund des sich ausbildenden Magnetfeldes anziehen. Zum Lösen der mechanischen Koppelung wird das Durchleiten von Strom durch die Spulen 26, 35 unterbrochen.
In 9 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Einrichtung 40 und der Gegeneinrichtung 41 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem in 8 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Koppelvorrichtung 25 ist als ein von einem Aktuator (nicht dargestellt) beweglichen Koppelbolzen 27 gebildet. Die Gegenkoppelvorrichtung 34 ist als eine Koppelöse 36 ausgebildet. Der Koppelbolzen 27 ist zwischen einer Arretierposition und einer Dearretierposition beweglich. Zur Herstellung der mechanischen Koppelung wird die Einrichtung 40 und die Gegeneinrichtung 41 in die in 9 dargestellte Position zu einander bewegt und anschließend der Koppelbolzen 27 von der Dearretierposition in die Arretierposition bewegt, so dass der Koppelbolzen 27 in der Arretierposition sich in der Koppelöse 36 befindet und die Koppelöse 36 die Bewegung des Koppelbolzens 27 senkrecht zu einer Längsachse des Koppelbolzens 27 blockiert. In 9 ist die Längsachse des Koppelbolzens 27 senkrecht zu der Zeichenebene von 9 ausgerichtet. Zum Lösen der mechanischen Koppelung wird der Koppelbolzen 27 mit dem Aktuator von der Arretierposition in die Dearretierposition bewegt, so dass die Gegeneinrichtung 41 und die Einrichtung 40 wieder auseinander bewegt werden können.
In 10 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Einrichtung 40 und der Gegeneinrichtung 41 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem in 9 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. Das Übertragungsmittel 28 ist als ein Steckverbinder 30 mit elektrischen Kontaktelementen (nicht dargestellt) ausgebildet und das Gegenübertragungsmittel 37 zum Übertragen von elektrischer Energie ist als ein Gegensteckverbinder 39 mit elektrischen Kontaktelementen (nicht dargestellt) ausgebildet. Bei einer Relativbewegung der Einrichtung 40 zu der Gegeneinrichtung 41 wird selbsttätig mittels des Steckverbinders 30 an der Einrichtung 40 des Elektrofahrzeuges 1 und des Gegensteckverbinders 39 der Gegeneinrichtung 41 an dem Funktionsfahrzeug 2 eine kabelgebundene elektrische Verbindung hergestellt und damit ein konduktives Laden der Batterie 12 ausgeführt. Zum Trennen der elektrischen Verbindung sind lediglich die Einrichtung 40 und die Gegeneinrichtung 41 auseinander zu bewegen, so dass der mechanische und damit auch elektrische Kontakt an elektrischen Kontaktelementen wieder aufgebhoben wird.
Die Relativbewegung und/oder der konstante Abstand der Einrichtung 40 und der Gegeneinrichtung 41 zueinander kann beispielsweise zusätzlich und/oder ergänzend mit der Relativbewegung und/oder dem konstanten Abstand des Elektrofahrzeuges 1 und des Funktionsfahrzeuges 2 zueinander ausgeführt werden indem die Bewegung, insbesondere Geschwindigkeit, des Elektrofahrzeuges 1 und des Funktionsfahrzeuges 2 mittels einer C2C Kommunikation gesteuert und/oder geregelt wird.
In 11 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Einrichtung 40 und der Gegeneinrichtung 41 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem in 10 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel beschrieben. Das Übertragungsmittel 28 und das Gegenübertragungsmittel 37 zum Übertragen von elektrischer Energie sind wie in 10 ausgebildet. Die Koppelvorrichtung 25 und die Gegenkoppelvorrichtung 34 zur mechanischen Koppelung sind wie in 8 ausgebildet.
In 12 ist eine Vorrichtung 42 zum Austausch der Batterie 12 in dem Elektrofahrzeug 1 durch eine Wechselbatterie 16 in dem Funktionsfahrzeug 2 dargestellt. Die Vorrichtung 42 umfasst ein bewegliche Rampe 45 mit Rollen 46, eine Teleskopstange 43 mit einem Elektromagneten 44 und einen Lift 47. Eine Batterie 12 in dem Elektrofahrzeug 1 ist elektrisch und mechanisch mit dem Elektrofahrzeug 1 verbunden. Zum Austausch der Batterie 12 wird die mechanische und elektrische Verbindung zwischen der Batterie 12 und dem Elektrofahrzeug 1 selbsttätig gelöst, anschließend eine Klappe oder ein Rollo (nicht dargestellt) an der Karosserie 9 geöffnet, so dass sich in der Karosserie 9 eine Öffnung ausbildet. Während des mechanischen Kontaktes zwischen der Koppelvorrichtung 25 und der Gegenkoppelvorrichtung 34 zur mechanischen Koppelung wird die bewegliche Rampe 45 zu der Öffnung (nicht dargestellt) bewegt und anschließend die Länge des Teleskopstange 43 vergrößert bis der Elektromagnet 44 zu einem Eisenteil an der Außenseite der Batterie 12 gelangt. Anschließend wird der Elektromagnet 44 bestromt, so dass das sich ausbildende Magnetfeld eine mechanische Verbindung zwischen dem Elektromagneten 44 und dem Eisenteil (nicht dargestellt) an der Batterie 12 ermöglicht. Darauffolgend wird die Länge der Teleskopstange 43 verkleinert und damit die Batterie 12 durch die Öffnung auf die Rollen 46 der Rampe 45 bewegt bis die Batterie 12 auf dem Lift 47 an dem Funktionsfahrzeug 2 aufliegt. Der Lift 47 wird anschließend von der in 12 mit einer durchgezogenen Gerade dargestellten oberen Position mit der Batterie 12 in die in 12 mit einer gestrichelten Gerade dargestellten unteren Position mit der Batterie 12 bewegt. Anschließend wird die Batterie 12 senkrecht zu Zeicheneben von 12 von einem Bewegungsmittel bewegt und anschließend wird die voll aufgeladene Wechselbatterie 16 auf den Lift 47 in der unteren Position bewegt. Der Lift 47 wird anschließend mit der Wechselbatterie 16 in die obere Position bewegt und anschließend wird die Länge der Teleskopstange 43 vergrößert, so dass die Wechselbatterie 16 über die Rollen 46 der Rampe 45 bewegt wird zu der Öffnung in dem Elektrofahrzeug 1. Die Wechselbatterie 16 wird von der Teleskopstange 43 durch die Öffnung in das Elektrofahrzeug 1 hinein bewegt und anschließend wird die Wechselbatterie 16 elektrisch und mechanisch mit dem Elektrofahrzeug 1 verbunden.
Die Batterien 12 von Elektrofahrzeugen 1 verfügen nur über wenig elektrische Energie, so dass bei Fahrten mit einer größeren Strecke von beispielsweis mehr als 600 km ein Aufladen der Batterien 12 an einer stationären Ladestation 8 notwendig ist mit einer nachteiligen Unterbrechung der Fahrt. Ferner können während der Fahrt Schäden an den Batterien 12 auftreten, so dass die Fahrt nur mit einer verminderten elektrischen Leistung des Elektromotors 11 fortgesetzt werden kann oder ganz unterbrochen werden muss. Das Elektrofahrzeug 1 und das Funktionsfahrzeug 2 sind außerdem autonom. Tritt während der Fahrt mit dem Elektrofahrzeug 1 ein Bedarf an zusätzlicher elektrischer Energie in den Batterien 12 auf, beispielsweise aufgrund einer großen Fahrtstrecke bis zum gewählten Ziel, der von der elektrischen Energie in den Batterien 12 nicht gedeckt werden kann, wird dies dem Fahrer des Elektrofahrzeuges 1 automatisch mit dem HMI 21 gemeldet. Die funkgebundene C2C Kommunikation mit anderen Funktionsfahrzeugen 2 ermöglicht es dem Computer 19 festzustellen, ob in einem wirtschaftlich sinnvollen Abstand zu dem Elektrofahrzeug 1 sich ein Funktionsfahrzeug 2 befindet das bereit ist, während der Fahrt des Elektrofahrzeuges 1 die Batterien 12 aufzuladen und/oder einen Austausch der Batterie 12 während der Fahrt durch eine Wechselbatterie 16 in dem Funktionsfahrzeug 2 vorzunehmen bei einer mechanischen Koppelung zwischen dem Elektrofahrzeug 1 und dem Funktionsfahrzeug 2.
In den 4 bis 7 ist eine Draufsicht auf das Elektrofahrzeug 1 und das Funktionsfahrzeug 2 während der Fahrt dargestellt. In 4 ist eine Draufsicht auf das Elektrofahrzeug 1 und das Funktionsfahrzeug 2 während der Fahrt dargestellt. Für eine mechanische und elektrische Koppelung des Elektrofahrzeuges 1 und des Funktionsfahrzeuges 2 wird die Einrichtung 40 aus dem Elektrofahrzeug 1 und die Gegeneinrichtung 41 aus dem Funktionsfahrzeug 2 heraus bewegt in die in 5 dargestellte Draufsicht auf das Elektrofahrzeug 1 und das Funktionsfahrzeug 2 während der Fahrt kurz vor einer mechanischen Koppelung. Für die mechanische Koppelung wird mit den Sensoren 13 der Abstand zwischen dem Elektrofahrzeug 1 und dem Funktionsfahrzeug 2 ermittelt und dieser Abstand entsprechend verringert für die mechanische Koppelung. Der Abstand kann auch mit der Signallaufzeit zwischen dem Elektrofahrzeug 1 und dem Funktionsfahrzeug 2 ermittelt werden.
In 6 ist eine Draufsicht auf das Elektrofahrzeug 1 und das Funktionsfahrzeug 2 während der Fahrt während einer mechanischen und elektrischen Koppelung zwischen dem Elektrofahrzeug 1 und dem Funktionsfahrzeug 2 dargestellt und in 7 eine Draufsicht auf das Elektrofahrzeug 1 und das Funktionsfahrzeug 2 während der Fahrt nach dem Trennen der mechanischen Koppelung.
Dem Fahrer des Elektrofahrzeuges 1 wird ein in einem wirtschaftlichen Abstand zu dem Elektrofahrzeug 1 befindliches Funktionsfahrzeug 2 mit einer Stromquelle 33 und/oder Wechselbatterie 16 mit ausreichender elektrischer Energie angezeigt. Sofern der Fahrer des Elektrofahrzeuges 1 ein Laden der Batterie 12 und/oder einen Austausch der Batterie 12 wünscht, welchen der Fahrer mit dem HMI 21 dem Computer 19 übermittelt, wird dieser Wunsch dem Fahrer des Funktionsfahrzeuges 2 angezeigt und auch die dafür monetäre Vergütung. Stimmt der Fahrer des Funktionsfahrzeuges 2 dem Wunsch bzw. Antrag des Fahrers in dem Elektrofahrzeug 1 mit dem HMI 21 zu, wird das Funktionsfahrzeug 2 von dem Computer 19 zu dem Elektrofahrzeug 1 geleitet und anschließend das Laden der Batterie 12 und/oder der Austausch der Batterie 12 während der Fahrt des Elektrofahrzeuges 1 und des Funktionsfahrzeuges 2 ausgeführt. Die monetäre Vergütung wird automatisch mittels C2C und/oder C2I ausgeführt, wobei als stationäre Infrastruktur 6 auch eine Bank angesehen wird. Abweichend hiervon kann das Laden der Batterie 12 und/oder der Austausch der Batterie 12 während der Fahrt des Elektrofahrzeuges 1 auch vollständig automatisiert ohne einer Willenserklärung der Fahrer des Elektrofahrzeuges 1 und des Funktionsfahrzeuges 2 ausgeführt werden, insbesondere wenn das Elektrofahrzeug 1 und/oder das Funktionsfahrzeug 2 ohne Insassen autonom fahren.
Das Funktionsfahrzeug 3 ist konstruktiv identisch zu dem Elektrofahrzeug 1 und der Unterschied ergibt sich lediglich durch die Verwendung, d. h. das Elektrofahrzeug 1 hat einen Bedarf an elektrischer Energie und das Funktionsfahrzeug 3 ist gegen eine entsprechende monetäre Vergütung bereit, aktuell nicht benötigte elektrische Energie an das Elektrofahrzeug 1 abzugeben. Die Batterien 12 des Funktionsfahrzeuges 3 fungieren beim Laden der Batterie 12 des Elektrofahrzeuges 1 als Stromquelle 33.
Das Funktionsfahrzeug 4 unterscheidet sich konstruktiv von dem Elektrofahrzeug 1. Das Funktionsfahrzeug 4 hat im Wesentlichen nur die Aufgabe, die in Elektrofahrzeugen 1 zur Verfügung stehende elektrische Energie zu erhöhen. In dem Funktionsfahrzeug 4 sind eine größere Anzahl an Wechselbatterien 16 als Güter geladen, so dass mit dem Funktionsfahrzeug 4 ohne einen Halt des Funktionsfahrzeuges 4 bei mehreren Elektrofahrzeugen 1 die Batterien 12 ausgetauscht werden können. Das Laden der Batterie 12 des Elektrofahrzeuges 1 erfolgt mit elektrischer Energie aus der Brennstoffzelle 17, so dass die Brennstoffzelle 17 zusätzlich als Stromquelle 33 fungiert. Zusätzlich und/oder ersatzweise können auch die Wechselbatterien 16 als Stromquelle 33 fungieren. Das Funktionsfahrzeug 4 kann auch über eine längeren Zeitraum während einer Fahrt von 1.000 bis 2.000 km ständig mechanisch und elektrisch mit dem Elektrofahrzeug 1 zusammen gekoppelt sein, so dass mit dem Elektrofahrzeug 1 auch Fahrten über sehr große Distanzen möglich sind bei der die Insassen des autonomen Elektrofahrzeugs 1 auch schlafen können. Das autonome Funktionsfahrzeug 4 kann auch ohne Fahrer betrieben werden. Das Laden bzw. Betanken des Funktionsfahrzeuges 4 erfolgt ebenfalls automatisch an den stationären Lade- und Tankstationen 8. Ferner können in dem Funktionsfahrzeug 4, insbesondere während der Fahrt oder im stationären Zustand, die Batterien 12 aufgeladen werden und anschließend nach dem vorzugsweise vollständigen Aufladen wieder als Wechselbatterien 16 verwendet werden.
Das oben beschrieben Verfahren zum Laden der Batterie 12 des Elektrofahrzeuges 1 und/oder zum Austausch der Batterie 12 des Elektrofahrzeuges 1 kann auch während eines stationären Stillstandes des Elektrofahrzeuges 1 und des Funktionsfahrzeuges 2 ausgeführt werden.
Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Laden der wenigstens einen Batterie 12 des Elektrofahrzeuges 1 und/oder zum Austausch der wenigstens einen Batterie 12 des Elektrofahrzeuges 1, dem erfindungsgemäßen Elektrofahrzeug 1, dem erfindungsgemäßen Funktionsfahrzeug 2 und dem erfindungsgemäßen System 5 zum Laden der wenigstens einen Batterie 12 des Elektrofahrzeuges 1 und/oder zum Austausch der wenigstens einen Batterie 12 des Elektrofahrzeuges 1 wesentliche Vorteile verbunden. Der Fahrer bzw. Insasse eines Elektrofahrzeuges 1 kann wertvolle Zeit zum Aufladen der Batterie 12 einsparen und ohne Stopp auch Fahrten über große Distanzen zurücklegen. Elektrofahrzeuge 1 mit einer geringen aktivierbaren elektrischen Energie in der Batterie 12, d. h. einem geringen Ladezustand der Batterie 12, können ihre Fahrt trotzdem antreten, weil die aktivierbar elektrische Energie mit Laden der Batterie 12 und/oder dem Austausch der Batterie 12 während der Fahrt erhöht werden kann. Die Verkehrssicherheit wird erhöht, weil Elektrofahrzeuge 1 bei einem Spannungsabfall in der Batterie 12 schnell aufgeladen werden können oder bei defekten Batterien 12 diese schnell ausgetauscht werden können, so dass die Elektrofahrzeug 1 nicht liegen bleiben und kein Verkehrshindernis bilden. Die Batterien 12 der Elektrofahrzeuge 1 können auch kleiner ausgelegt werden, so dass Kosten, Gewicht und Bauraum in dem Elektrofahrzeug 1 eingespart wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012205414 B3 [0004]
WO 2012/035254 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Laden wenigstens einer Batterie (12) eines Elektrofahrzeuges (1) und/oder zum Austausch wenigstens einer Batterie (12) eines Elektrofahrzeuges (1) mit den Schritten: - zur Verfügung stellen einer Stromquelle (33) zum Aufladen der wenigstens einen Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) mit aktvierbarer elektrischer Energie und/oder zur Verfügung stellen wenigstens einer auszutauschenden Wechselbatterie (16), - Übertragen von elektrischer Energie von der Stromquelle (33) in die wenigstens eine Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1), so dass die wenigstens eine Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) aufgeladen wird und/oder Austauschen der vorhandenen wenigstens einen Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) mit der Wechselbatterie (16), so dass nach dem Austauschen anstelle der vorhandenen wenigstens einen Batterie (12) die wenigstens eine Wechselbatterie (16) in dem Elektrofahrzeug (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle (33) in einem anderen Funktionsfahrzeug (2) zur Verfügung gestellt wird und die elektrische Energie von der Stromquelle (33) in dem anderen Funktionsfahrzeug (2) in die wenigstens eine Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) übertragen wird und/oder die Wechselbatterie (16) in einem anderen Funktionsfahrzeug (2) zur Verfügung gestellt wird und das Austauschen der vorhandenen wenigstens einen Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) mit der wenigstens einen Wechselbatterie (16) ausgeführt wird indem die wenigstens eine Wechselbatterie (16) von dem Funktionsfahrzeug (2) in das Elektrofahrzeug (1) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während eines stationären Zustandes des Elektrofahrzeuges (1) und des Funktionsfahrzeuges (2) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während der Fahrt des Elektrofahrzeuges (1) und des Funktionsfahrzeuges (2) ausgeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Fahrt von den vorhandenen Batterien (12) des Elektrofahrzeuges (1) nur ein Teil der Batterien (12) ausgetauscht wird und/oder während des stationären Zustandes ein Teil oder sämtliche der vorhandenen Batterien (12) oder die vorhandenen Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) ausgetauscht werden oder wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrofahrzeug (1) und das Funktionsfahrzeug (2) mit einer Koppelvorrichtung (25) an dem Elektrofahrzeug (1) und einer Gegenkoppelvorrichtung (34) an dem Funktionsfahrzeug (2) mechanisch zusammen gekoppelt werden, anschließend das Verfahrens zum Laden wenigstens einer Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) und/oder das Verfahrens zum Austausch wenigstens einer Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) ausgeführt wird und anschließend das Elektrofahrzeug (1) und das Funktionsfahrzeug (2) mechanisch entkoppelt werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragen von elektrischer Energie von der Stromquelle (33) in die wenigstens eine Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) mittels Induktion und/oder Stromleitung durch ein Kabel (31) ausgeführt wird indem ein Übertragungsmittel (28) an dem Elektrofahrzeug (1) und ein Gegenübertragungsmittel (37) an dem Funktionsfahrzeug (2) betrieben werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Elektrofahrzeug (1) und/oder dem Funktionsfahrzeug (2) und/oder einer stationären Infrastruktur (6), insbesondere mittels einer Funkverbindung, Daten ausgetauscht werden zur Steuerung und/oder Regelung und/oder Aktivierung und/oder monetären Abrechnung des Verfahrens zum Laden wenigstens einer Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) und/oder des Verfahrens zum Austausch wenigstens einer Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten vor und/oder während und/oder nach dem Übertragen von elektrischer Energie von der Stromquelle (33) in die wenigstens eine Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) ausgetauscht werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten vor und/oder während und/oder nach dem Austauschen der vorhandenen wenigstens Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) mit der wenigstens einen Wechselbatterie (16) ausgetauscht werden.
Verfahren nach einem oder mehrerer der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Datenaustausches Daten bezüglich des Ladezustandes der wenigstens einen Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) und/oder der in der Stromquelle (33) aktivierbaren elektrischen Energie und/oder die für das Erreichen eines Fahrzieles des Elektrofahrzeuges (1) notwendige elektrische Energie ausgetauscht werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrofahrzeug (1) ein teilweise autonomes oder autonomes Elektrofahrzeug (1) ist und/oder das Funktionsfahrzeug (2) ein teilweise autonomes oder autonomes Funktionsfahrzeug (2) ist.
Elektrofahrzeug (1), insbesondere autonomes Elektrofahrzeug (1), umfassend - eine Karosserie (9), - Räder (10), - wenigstens einen Elektromotor (11) zum Antrieb des Elektrofahrzeuges (1), - wenigstens eine Batterie (12) zur Versorgung des Elektromotors (11) mit elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Elektrofahrzeug (1) eine Koppelvorrichtung (25) zur mechanischen Koppelung mit einer Gegenkoppelvorrichtung (34) an einem Funktionsfahrzeug (2) ausgebildet ist und/oder an dem Elektrofahrzeug (1) ein Übertragungsmittel (28) zum Übertragen von elektrischer Energie von einer Stromquelle (33) an einem Funktionsfahrzeug (2) in die wenigstens eine Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) ausgebildet ist.
Funktionsfahrzeug (2), insbesondere autonomes Funktionsfahrzeug (2), umfassend - eine Karosserie (9), - Räder (10), - wenigstens einen Antriebsmotor (32), insbesondere Elektromotor (11), zum Antrieb des Funktionsfahrzeuges (2), - eine Stromquelle (33), dadurch gekennzeichnet, dass an dem Funktionsfahrzeug (2) eine Gegenkoppelvorrichtung (34) zur mechanischen Koppelung mit einer Koppelvorrichtung (25) an einem Elektrofahrzeug (1) ausgebildet ist und/oder an dem Funktionsfahrzeug (2) ein Gegenübertragungsmittel (37) zum Übertragen von elektrischer Energie von der Stromquelle (33) in die wenigstens eine Batterie (12) des Elektrofahrzeuges (1) ausgebildet ist.
Funktionsfahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle (33) wenigstens eine Batterie (12) oder wenigstens eine Brennstoffzelle (17) ist.
System (5) zum Laden wenigstens einer Batterie (12) eines Elektrofahrzeuges (1) und/oder zum Austausch wenigstens einer Batterie (12) eines Elektrofahrzeuges (1), umfassend - ein Elektrofahrzeug (1) gemäß Anspruch 12, - ein Funktionsfahrzeug (2) gemäß Anspruch 13 oder 14, - vorzugsweise eine stationäre Infrastruktur (6), wobei mit dem System (5) ein Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 11 ausführbar ist.