-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Ein solches Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2012 018 010 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren wird der Energiespeicher mit elektrischer Energie aufgeladen, indem der Energiespeicher elektrische Energie empfängt, die von einer Oberleitung eines Stromnetzes bereitgestellt wird, welche zum Versorgen von schienengebundenen Fahrzeugen mit elektrischer Energie vorgesehen ist.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels des Kraftfahrzeugs Daten, die das Aufladen charakterisieren, über die Oberleitung an einen Betreiber des Stromnetzes übermittelt und/oder von dem Betreiber empfangen werden. Die Daten charakterisieren beispielsweise eine Dauer des Aufladens und/oder eine Menge der elektrischen Energie, die in den Energiespeicher eingespeichert und somit zum Aufladen des Energiespeichers genutzt wird. Dadurch, dass über die Oberleitung die Daten zwischen dem beispielsweise als Nutzfahrzeug, insbesondere als Lastkraftwagen, ausgebildeten Kraftfahrzeug und dem auch als Netzbetreiber bezeichneten Betreiber ausgetauscht werden können, lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren als universelles Verfahren zum Aufladen des beispielsweise batterieelektrischen Kraftfahrzeugs an Oberleitungssystemen von beispielsweise Stadt- beziehungsweise Straßenbahnen mit integriertem Datenaustausch zur Kostenabrechnung darstellen. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Die sogenannte Elektromobilität hat in jüngster Zeit eine enorme Wachstumsdynamik gezeigt. Stand hierbei in den letzten Jahren zunächst die Elektrifizierung von Personenkraftwagen im Vordergrund, so sind nun mittlerweile auch - ebenfalls mit zuletzt erstaunlicher Dynamik - Lastkraftwagen (LKW) in den Fokus der möglichen Elektrifizierung gerückt. Ein wesentlicher Aspekt in den Bestrebungen zur Elektrifizierung von Straßenfahrzeugen ist die Verfügbarkeit der zur Aufladung der in den Fahrzeugen als Energiespeicher eingebauten, sogenannten Traktions-Batterien, erforderlichen Lade-Infrastruktur.
-
Für Personenkraftwagen wird hierzu bereits eine Vielzahl von Ladesystemen am Markt angeboten. Zur Sicherstellung einer Kompatibilität hinsichtlich zum Beispiel der elektrischen Anschlüsse, mit denen das jeweilige Fahrzeug in Form eines PKW (Personenkraftwagen) mit der Ladestation verbunden wird, hat es in der Industrie bereits gewisse Standardisierungs-Aktivitäten gegeben. Heute verfügbare Ladestationen lassen sich unter anderem durch den Installationsort (Point of Use) unterscheiden. Einerseits gibt es hier ein ständig wachsendes Angebot an öffentlichen Ladesäulen zum Beispiel in innerstädtischen Lagen, auf Parkzonen von Geschäften, Unternehmen, an Flughäfen, Bahnhöfen usw. Aber auch auf der anderen Seite nimmt das Angebot an Ladestationen für den privaten Gebrauch (sogenannte Wall Boxes zur Installation zum Beispiel in der heimischen Garage) kontinuierlich zu. Des Weiteren gibt es auch in vielen Unternehmen bereits firmeninterne Ladeinfrastrukturen, um eigene, bereits elektrifizierte Fahrzeuge wie beispielsweise Busse, Flurfördersysteme usw. auf dem eigenen Werksgelände aufladen zu können.
-
Ein wesentlicher Unterschied zwischen Ladesystemen für PKW und den für elektrifizierte LKW erforderlichen Ladesystemen besteht hinsichtlich der Anforderung an die elektrischen Leistungsdaten der Ladesysteme. Unter einem elektrifizierten LKW wird im weiteren Verlauf jeweils ein solcher gemeint, welcher die zum Antrieb erforderliche elektrische Energie aus sich am Fahrzeug befindenden Batterien bezieht. Aufgrund elementarer physikalischer Zusammenhänge ist die zur Sicherstellung für einen elektrifizierten LKW im Normalbetrieb, das heißt übliche Nutzlasten, Reichweiten usw. erforderlichen fahrdynamischen Daten notwendige elektrische Energie (hier: Die Batteriekapazität der Traktions-Batterie) um ein Vielfaches höher als bei PKW. Einsatzprofile gewerblicher LKW werden zudem in der Regel auf möglichst minimale Standzeiten optimiert, da sich ein LKW insbesondere dann wirtschaftlich betreiben lässt, wenn er gefahren wird und dabei Waren transportiert. Das heißt in diesem Zusammenhang, dass lange Ladezeiten, wie sie heute für Ladevorgänge bei PKW, insbesondere bei batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV), durchaus üblich sind, im LKW-Betrieb durch die Betreiber nicht oder nur in Ausnahmefällen akzeptiert werden können. Ladesysteme für elektrifizierte LKW sollten also in der Lage sein, im Vergleich zu PKW-Ladesystemen deutlich höhere Ladeströme beziehungsweise Ladeleistungen zur Verfügung zu stellen. Eine öffentliche Ladeinfrastruktur für elektrifizierte LKW ist heute nicht verfügbar, und es sind bisher auch keine Standardisierungsaktivitäten analog der PKW-Branche in der LKW-Branche erkennbar. LKW-Betreiber verfügen zudem sehr häufig beziehungsweise sogar in der Regel über größere Fahrzeug-Flotten und betreiben eigene Betriebshöfe. Wenn auf diesen Betriebshöfen eine größere Anzahl elektrifizierter LKW gleichzeitig aufgeladen werden soll beziehungsweise muss, zum Beispiel in den Nachtstunden, ergeben sich daraus Anforderungen an die öffentliche und private elektrische Infrastruktur, die nur mit erheblichen technischen und finanziellen Aufwendungen und entsprechendem Zeitbedarf realisiert werden könnten. Gleiches trifft auch zu, um ausreichende Ladekapazitäten zum Beispiel an Autobahnraststätten oder sogenannten Autohöfen einzurichten.
-
Daher betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Aufladung von insbesondere als Hochvolt-Batterie ausgebildeten Energiespeichern von insbesondere elektrifizierten Kraftfahrzeugen wie insbesondere LKW an vorhandenen Oberleitungen geeigneter Bahnstromsysteme, zum Beispiel bei Stadtbahnen, Straßenbahnen usw. Bestimmte Oberleitungssysteme von Stadt- und Straßenbahnen werden mit elektrischen Spannungen betrieben, die sich in Verbindung mit zusätzlichen, geeigneten elektrischen/elektronischen und mechanischen Komponenten für eine Aufladung der Hochvolt-Batterien (HV-Batterien) elektrifizierter LKW hervorragend eignen. Zum Beispiel beträgt die Spannung des Oberleitungssystems der Stuttgarter Straßenbahnen (SSB) 750 Volt Gleichstrom. Außerdem verfügen solche Oberleitungssysteme aufgrund ihrer Installationstechnik auch über ausreichende Stromtragfähigkeiten, um größere Energiemengen zusätzlich zu übertragen. Prinzipiell kann das Verfahren sowohl bei Gleichstrom- als auch Wechselstromsystemen angewendet werden.
-
Ein der Erfindung zugrundeliegendes Merkmal ist die Möglichkeit, den erforderlichen Datenaustausch zwischen Stromlieferant beziehungsweise Netzbetreiber und Stromkunde, das heißt Kraftfahrzeug, für die nachgelagerte Kostenverrechnung für die jeweils über das verwendete Oberleitungssystem bezogene elektrische Energie mittels geeigneter Verfahren, beispielsweise PLC (Power Line Communication) unmittelbar über das jeweilige Stromnetz beziehungsweise Oberleitungssystem selbst zu ermöglichen Hierzu sind verfügbare technische Verfahren anwendbar und gegebenenfalls weiterzuentwickeln, mit denen sich das Fahrzeug, welches an jeweiligen Oberleitungssystemen Strom beziehen möchte (Stromkunde), mit einem geeigneten Identifikationsverfahren (Protokoll) zum Beispiel über PLC beim Betreiber des Oberleitungssystems (Stromlieferant) anmeldet und eindeutig identifiziert. Die bei jedem Ladevorgang bezogene Energiemenge kann beziehungsweise sollte oder muss über entsprechende Messsysteme erfasst werden und steht somit für nachgelagerte Abrechnungsprozesse zur Verfügung.
-
Alternativ zur bidirektionalen Kommunikation über PLC sind für den Informationsaustausch zwischen Stromkunde und Stromlieferant auch andere Verfahren zum Beispiel über Mobilfunk-Technik oder Internet-/IP-basierte Prozesse möglich. Für HV-Batterien elektrifizierter LKW zeichnet sich aufgrund technischer Vorteile zukünftig ein Trend zu Betriebsspannungen im Bereich von 400 bis 1500 Volt und insbesondere von zirka 800 Volt ab. Am Beispiel einer vorhandenen Oberleitung für Straßenbahnen könnte ein System, das die oben beschriebenen Funktionen ermöglicht, wie nachfolgend schematisch skizziert aussehen. Mittels einem am LKW montierten und mit dessen elektrischen Systemen verbundenen geeigneten Stromabnehmers (Pantograph) wird der elektrische Kontakt zwischen Fahrzeug und stromführender Oberleitung hergestellt. Außerdem muss bei Oberleitungssystemen, in denen die Gleise als komplementärer elektrischer Gegenpol zum stromführenden Fahrdraht dienen, zusätzlich ein elektrischer Kontakt hierzu hergestellt werden.
-
Zur Aufladung elektrifizierter LKW an regulären Fahrstrecken könnten zum Beispiel Zeiten der normalen Betriebsruhe (Nachtstunden) dazu genutzt werden, in denen kein Bahnverkehr stattfindet. Daneben könnten auch zurzeit stillgelegte Bahnstrecken zu diesem Zweck wieder in Betrieb genommen werden. Aufgrund des zu erwartenden deutlich geringeren Aufwandes gegenüber der Realisierung eines annähernd gleichen Angebots (Flächenabdeckung, Ausbau Stromnetz usw.) mit konventionellen Ladesystemen ist auch die Einrichtung von speziellen Nebenstrecken der Oberleitungssysteme vorstellbar, die nur zu Ladezwecken zur Verfügung stehen könnten. Zu LKW-Betriebshöfen, in deren Nähe sich geeignete Oberleitungssysteme befinden, könnten zum Zweck der beschriebenen Nutzung entsprechende Abzweigungen von diesen verlegt werden, an denen mehrere beziehungsweise eine größere Anzahl an LKW gleichzeitig aufgeladen werden könnten.
-
Im Folgenden soll Bezug genommen werden auf ein Gleichspannungssystem. In Oberleitungssystemen mit Gleichspannung kann zunächst ein geeigneter DC/DC-Wandler die Angleichung der DC-Spannungen zwischen Fahrdraht und erforderlicher Ladespannung der HV-Batterien vornehmen. Ein in das Fahrzeug integriertes Kommunikationsmodul übernimmt den zum Beispiel PLC-basierten Informationsbeziehungsweise Datenaustausch zwischen Stromkunde und Stromlieferant. Diese Daten müssen beziehungsweise können zum Beispiel eine spezifische Kunden-Kennung beziehungsweise -Identifikation, gegebenenfalls den Fahrzeugstandort, die voraussichtliche Ladezeit und benötigte Energie, die tatsächlich bezogene Energiemenge nach Abschluss des Ladevorgangs und andere notwendige Informationen enthalten. Der Ladevorgang selbst wird von dem elektronischen Lademanagementsystem des Kraftfahrzeugs gesteuert und überwacht.
-
Im Folgenden wird Bezug genommen auf ein Wechselspannungssystem. In Oberleitungssystemen mit Wechselspannung (Einphasen- oder Mehrphasen-System) müssen zunächst gegenüber dem zuvor beschriebenen System zusätzliche AC/DC-Wandler die Umwandlung der Wechselspannung in die Gleichspannung übernehmen und - abhängig vom Spannungsunterschied zwischen Oberleitung und erforderlicher Ladespannung der HV-Batterien - gegebenenfalls ein zusätzlicher DC/DC-Wandler die Angleichung der DC-Spannungen zwischen gleichgerichteter Fahrdrahtspannung und erforderlicher Ladespannung der HV-Batterien vornehmen.
-
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen in:
- - Kostenvorteilen für LKW-Betreiber, die anderenfalls jeweils hohe Investitionen für eine ausreichende Anzahl stationärer Ladestationen tätigen müssen;
- - der Reduzierung beziehungsweise der Einsparung der erforderlichen Investitionen der Stromnetzbetreiber in die bestehende lokale Stromnetz-Infrastruktur, welche im aktuellen Stand für die zusätzliche Belastung durch eine stetig wachsende Anzahl an elektrifizierten Fahrzeugen - und insbesondere LKW - nicht ausreichend dimensioniert ist und diese nicht verkraften wird; und
- - der hohen Flexibilität gegenüber stationären Ladestationen. LKW können im gesamten Streckennetz einzelner Bahnbetreiber und bei entsprechender technischer Kompatibilität der Oberleitungssysteme darüber hinaus auch in den Streckennetzen anderer Bahnbetriebsunternehmen Ladevorgänge durchführen und müssen hierzu nicht zurück in die eigenen Betriebshöfe fahren. Eine öffentliche Ladeinfrastruktur analog der für PKW ist für LKW heute nicht verfügbar und es zeichnen sich aktuelle auch keine Planungen hierfür ab, das heißt diese wird auf viele Jahre nicht verfügbar sein.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufladen eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs.
-
Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein als Nutzfahrzeug und dabei insbesondere als Lastkraftwagen (LKW) ausgebildetes Kraftfahrzeug 10, welches beispielsweise als Hybridfahrzeug oder aber als Elektrofahrzeug, insbesondere als batterieelektrisches Fahrzeug (BEV), ausgebildet ist. Hierzu weist das Kraftfahrzeug 10 wenigstens eine auch als Traktionsmaschine bezeichnete elektrische Maschine 12 auf, mittels welcher das Kraftfahrzeug 10 elektrisch angetrieben werden kann. Des Weiteren weist das Kraftfahrzeug 10 wenigstens einen zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildeten Energiespeicher 14 auf, welcher vorzugsweise als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildet ist.
-
Der Energiespeicher 14 ist ein Traktionsspeicher, insbesondere eine Traktionsbatterie, da die elektrische Maschine 12 mit in dem Energiespeicher 14 gespeicherter elektrischer Energie versorgt wird, um die elektrische Maschine 12 in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs 10 betreiben zu können. Im Folgenden wird ein Verfahren zum Aufladen des Energiespeichers 14 beschrieben.
-
Bei dem Verfahren wird der Energiespeicher 14 mit elektrischer Energie aufgeladen, indem der Energiespeicher 14 elektrische Energie empfängt, die von einer Oberleitung 16 eines Stromnetzes 18 bereitgestellt wird, wobei die Oberleitung 16 zum Versorgen von schienengebundenen Fahrzeugen mit elektrischer Energie vorgesehen ist. Mit anderen Worten, die elektrische Energie, mit welcher der Energiespeicher 14 aufgeladen wird, wird von dem Stromnetz 18 und dabei von über die Oberleitung 16 bereitgestellt und von der Oberleitung 16 an den Energiespeicher 14 übertragen, von dem Energiespeicher 14 empfangen und in den Energiespeicher 14 eingespeichert. Hierdurch wird der Energiespeicher 14 aufgeladen. Um die von der Oberleitung 16 bereitgestellte elektrische Energie von der Oberleitung 16 auf den Energiespeicher 14 übertragen zu können, weist das Kraftfahrzeug 10 wenigstens einen Stromabnehmer 20 auf, welcher während des Aufladens elektrisch mit der Oberleitung 16 kontaktiert ist. Somit kann das Kraftfahrzeug 10 während des Aufladens und während der Stromabnehmer 20 die Oberleitung 16 berührt, relativ zu der Oberleitung 16 gefahren werden.
-
Im Rahmen des Verfahrens ist es vorgesehen, dass mittels des Kraftfahrzeugs 10 Daten, die das Aufladen des Energiespeichers 14 charakterisieren, über die Oberleitung 16 an einen Betreiber des Stromnetzes 18 und somit der Oberleitung 16 übermittelt und/oder von dem Betreiber empfangen werden, sodass während des Aufladens ein Datenaustausch zwischen dem auch als Stromlieferant bezeichneten Betreiber und dem auch als Stromkunde bezeichneten Kraftfahrzeug 10 erfolgt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- elektrische Maschine
- 14
- Energiespeicher
- 16
- Oberleitung
- 18
- Stromnetz
- 20
- Stromabnehmer
-
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 102012018010 A1 [0002]
