DE102022108605A1

DE102022108605A1 - HYDROGEN BASED TRANSPORT SYSTEM

Info

Publication number: DE102022108605A1
Application number: DE102022108605.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Melczer; Carsten Pohlmann
Original assignee: FCP Fuel Cell Powertrain GmbH
Current assignee: FCP Fuel Cell Powertrain GmbH
Priority date: 2022-04-08
Filing date: 2022-04-08
Publication date: 2023-10-12

Abstract

Bei einem erfindungsgemäßen wasserstoffbasierten Transportsystem (10) mit einer Vielzahl von Fahrzeugen (20), die jeweils einen Elektroantrieb (26) und eine Fahrzeugbatterie (46) aufweisen, Fahrzeugsträngen (12), welche jeweils zumindest ein Fahrzeug (20) und ein brennstoffzellenbetriebenes Ladefahrzeug (30) umfassen, und einer Digitalinfrastruktur (50), die eine Zentralsteuereinheit (54) und eine Nutzerschnittstelle (56) umfasst, um Nutzern zu ermöglichen, Fahrtanfragen von einem Startort zu einem Zielort an das Transportsystem (10) zu stellen, ist vorgesehen, dass Fahrzeugsteuereinheiten (40) der Fahrzeuge (20) eingerichtet sind, um Ladebedarfe der Fahrzeugbatterien (46) zu erfassen und eine Zentralsteuereinheit (54) eingerichtet ist, um Kopplungspläne und Ladepläne auf Basis der Ladebedarfe und Fahrtanfragen zu erstellen und an die Fahrzeuge (20) zu übermitteln. Die Fahrzeuge (20) und Ladefahrzeuge (30) sind jeweils mithilfe der Fahrzeugsteuereinheit (40) und des Kopplungssystems (60) dazu eingerichtet, um sich einem Kopplungsplan entsprechend während der Fahrt oder in einem Haltezustand an einen Fahrzeugstrang (12) zu koppeln und sich von dem Fahrzeugstrang (12) zu entkoppeln.Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Digitalinfrastruktur und ein Verfahren zum Betrieb eines wasserstoffbasierten Transportsystems (10).In a hydrogen-based transport system (10) according to the invention with a plurality of vehicles (20), each of which has an electric drive (26) and a vehicle battery (46), vehicle trains (12), each of which has at least one vehicle (20) and a fuel cell-operated charging vehicle ( 30), and a digital infrastructure (50), which includes a central control unit (54) and a user interface (56) to enable users to make travel requests from a starting point to a destination to the transport system (10), it is provided that Vehicle control units (40) of the vehicles (20) are set up to record the charging needs of the vehicle batteries (46) and a central control unit (54) is set up to create coupling plans and charging plans based on the charging needs and trip requests and send them to the vehicles (20). to transfer. The vehicles (20) and loading vehicles (30) are each set up using the vehicle control unit (40) and the coupling system (60) to couple to a vehicle train (12) in accordance with a coupling plan while driving or in a stopped state and to move away from it to decouple the vehicle train (12). Further aspects of the invention relate to a digital infrastructure and a method for operating a hydrogen-based transport system (10).

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein wasserstoffbasiertes Transportsystem mit einer Vielzahl von Fahrzeugen, brennstoffzellenbetriebenen Ladefahrzeugen und einer Digitalinfrastruktur. Weitere Aspekte betreffen eine Digitalinfrastruktur sowie ein Verfahren zum Betrieb eines wasserstoffbasierten Transportsystems.The invention relates to a hydrogen-based transport system with a large number of vehicles, fuel cell-powered charging vehicles and a digital infrastructure. Further aspects relate to a digital infrastructure and a method for operating a hydrogen-based transport system.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Aus DE 10 2014 213 050 A1 ist eine mobile Vorrichtung zum Bereitstellen von Energie für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei die Vorrichtung eine Ladeschnittstelleneinrichtung umfasst, die dazu ausgelegt ist, Hochvolt-Energie mittels einer Energieübertragung für das Kraftfahrzeug bereitzustellen, und eine Kommunikationsschnittstelleneinrichtung, welche mit der Ladeschnittstelleneinrichtung gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, Daten mit dem Kraftfahrzeug auszutauschen. Ferner ist eine Kopplung von mehr als zwei Fahrzeugen zu einer Fahrzeugkolonne beschrieben, um einen Intercity-Großkolonnen-Verkehr zwischen zwei Ballungszentren zu realisieren. Durch die Kolonne werden Verluste wie ein Fahrwiderstand durch Nutzung des Windschattens reduziert. Die gekoppelten Fahrzeuge werden batterieelektrisch oder mittels Brennstoffzellen betrieben und können untereinander Energie austauschen, so dass beispielsweise ein nachfahrendes Fahrzeug elektrische Energie an ein voranfahrendes Fahrzeug überträgt, um dessen Mehrenergie in der Kolonne zu kompensieren. Die Ladeschnittstelleneinrichtung ist über induktive Kopplung realisiert. Die Fahrzeuge kommunizieren dabei mittels Car-to-Car-Kommunikation. Es werden batteriebetriebene oder brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge eingesetzt. Die in DE 10 2014 213 050 A1 vorgestellte Technologie bildet damit eine Weiterentwicklung des bestehenden Verkehrskonzepts und setzt dabei auf eine Kopplung von Fahrzeugen zum Einsparen von Energie bei der Fahrt in der Kolonne.Out of DE 10 2014 213 050 A1 a mobile device for providing energy for a motor vehicle is known, the device comprising a charging interface device which is designed to provide high-voltage energy to the motor vehicle by means of energy transmission, and a communication interface device which is coupled to the charging interface device and is designed for this purpose to exchange data with the motor vehicle. Furthermore, a coupling of more than two vehicles to form a convoy of vehicles is described in order to realize intercity large convoy traffic between two metropolitan areas. The column reduces losses such as driving resistance by using the slipstream. The coupled vehicles are battery-electric or powered by fuel cells and can exchange energy with each other, so that, for example, a vehicle behind transmits electrical energy to a vehicle in front in order to compensate for the additional energy in the column. The charging interface device is implemented via inductive coupling. The vehicles communicate using car-to-car communication. Battery-powered or fuel cell-powered vehicles are used. In the DE 10 2014 213 050 A1 The technology presented is a further development of the existing traffic concept and relies on a coupling of vehicles to save energy when traveling in a convoy.

WO 2018/077571 A2 offenbart ein Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie an ein Elektrofahrzeug zur Nutzung als Antriebsenergie während einer Fahrt des Fahrzeugs, wobei die Energie durch wenigstens ein weiteres Fahrzeug bereitgestellt wird. Die Fahrzeuge können sich zu einer Kolonne zusammenschließen, wobei ein „Stromlaster“, welcher eine große elektrische Energiemenge in einer Batterie gespeichert hat, eine Fahrzeugkolonne begleiten oder anführen kann und die zu der Kolonne zusammengeschlossenen Fahrzeuge mit elektrischer Energie versorgt, wobei elektrische Energie von dem Stromlaster auch über mehrere Fahrzeuge hinweg zu einem energieaufnehmenden Fahrzeug übertragen werden kann. Durch den Stromlaster kann elektrische Energie dezentral bereitgestellt werden, wodurch lange Aufenthalte an elektrischen Ladestationen entfallen können, mit dem Vorteil, dass die einzelnen Fahrzeuge nicht die gesamte Energiemenge für eine Fahrtstrecke mitführen müssen. In WO 2018/077571 A2 ist weiterhin vorgesehen, dass sich die Fahrer und/oder Besitzer der Fahrzeuge sich über eine Onlineplattform oder über soziale Netzwerke organisieren, wobei sie bestimmte Fahrzeugdaten wie geplante Fahrten, dafür benötigte Energiemengen und/oder mitgeführte Energiemengen mit anderen Fahrern teilen und sich für Fahrten verabreden. Die Kopplung und Entkopplung zu der Kolonne erfolgen über eine Car-to-Car-Schnittstelle und während der Fahrt. Auch dieses Konzept setzt auf personengebundene Fahrzeuge, die um eine Kolonnenfahrtfunktionalität erweitert sind. Dadurch, dass die Fahrer der einzelnen Fahrzeuge untereinander Energie austauschen können, ergibt sich ein dynamisches System mit einem Markt zum Austausch überschüssiger beziehungsweise fehlender Energie, allerdings auf Basis des bestehenden Verkehrskonzepts. WO 2018/077571 A2 discloses a method for providing electrical energy to an electric vehicle for use as driving energy while the vehicle is traveling, the energy being provided by at least one further vehicle. The vehicles can join together to form a column, whereby an “electricity truck”, which has a large amount of electrical energy stored in a battery, can accompany or lead a column of vehicles and supply the vehicles grouped together in the column with electrical energy, with electrical energy coming from the electricity truck can also be transmitted across several vehicles to an energy-absorbing vehicle. The electric truck can provide electrical energy in a decentralized manner, which means that long stays at electric charging stations can be eliminated, with the advantage that the individual vehicles do not have to carry the entire amount of energy for a journey. In WO 2018/077571 A2 It is also envisaged that the drivers and/or owners of the vehicles organize themselves via an online platform or via social networks, whereby they share certain vehicle data such as planned trips, the amount of energy required and/or the amount of energy they are carrying with other drivers and make arrangements for trips. The coupling and decoupling to the column takes place via a car-to-car interface and while driving. This concept also relies on personal vehicles that are expanded to include convoy travel functionality. The fact that the drivers of individual vehicles can exchange energy with each other creates a dynamic system with a market for exchanging excess or missing energy, but based on the existing transport concept.

Aus DE 10 2019 200 505 A1 ist ferner ein Kraftfahrzeugsystem mit zumindest zwei Kraftfahrzeugen bekannt, die dazu eingerichtet sind, durch eine jeweilige Steuereinrichtung mittels einer teilautonomen oder autonomen Fahrfunktion während eines elektrischen Energieaustauschs ein Anschlussmodul eines ersten Kraftfahrzeugs mit einem korrespondierenden Anschlussmodul eines anderen Kraftfahrzeugs in einer Koppelstellung während einer Kolonnenfahrt der Kraftfahrzeuge zusammenzuhalten. In der Kolonne wird ein Kraftfahrzeug als „Master“ und die übrigen Kraftfahrzeuge als „Slave“ betrieben, das heißt, die Slave-Kraftfahrzeuge erhalten Steuerbefehle vom Master-Kraftfahrzeug. In der Kolonnenfahrt besteht die Möglichkeit eines Hop-on und Hop-off für jedes Kraftfahrzeug, wobei ein Kraftfahrzeug auch als Energielieferfahrzeug dienen kann, beispielsweise ein Lastkraftwagen, der zusätzlich zu einem Energiespeicher für einen Eigenantrieb noch zusätzlich zumindest einen Energiespeicher zum Bereitstellen von Energie für zumindest ein anderes Kraftfahrzeug transportiert. Als Vorteile werden gesehen, die Batteriekapazitäten „smarter“ auslegen zu können und hierdurch Batterierohstoffe wie Kobalt und Lithium einzusparen, aber auch Energie mobil auszutauschen, beispielsweise über eine App-basierte Zahlplattform zwischen den Verkehrsteilnehmern. Im Verband können einzelne Fahrzeuge entsprechend wie ein Bus angesehen werden, wobei die Privatsphäre und der gewohnte Fahrzeuginnenraum dem Feeling einer herkömmlichen Busfahrt überlegen sind. Auch hier ergibt sich ein dynamisches System mit einem Markt zum Austausch überschüssiger beziehungsweise fehlender Energie, allerdings auf Basis des bestehenden Verkehrskonzepts.Out of DE 10 2019 200 505 A1 Furthermore, a motor vehicle system with at least two motor vehicles is known, which are set up to hold together a connection module of a first motor vehicle with a corresponding connection module of another motor vehicle in a coupling position during a convoy of motor vehicles by means of a respective control device by means of a semi-autonomous or autonomous driving function during an electrical energy exchange . In the column, one motor vehicle is operated as a “master” and the other motor vehicles are operated as “slaves”, that is, the slave motor vehicles receive control commands from the master motor vehicle. In convoy travel, there is the possibility of a hop-on and hop-off for each motor vehicle, whereby a motor vehicle can also serve as an energy delivery vehicle, for example a truck, which, in addition to an energy storage device for self-propulsion, also has at least one energy storage device for providing energy for at least transported by another motor vehicle. The advantages are seen in being able to design the battery capacities “smarter” and thereby save battery raw materials such as cobalt and lithium, but also in exchanging energy on a mobile basis, for example via an app-based payment platform between road users. In a group, individual vehicles can be viewed like a bus, with the privacy and familiar interior of the vehicle being superior to the feeling of a conventional bus ride. Here, too, there is a dynamic system with a market for exchanging surplus relationships wise lack of energy, but based on the existing transport concept.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wasserstoffbasiertes Transportsystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Transportsystems zu schaffen, welche einen Schritt hin zu einer echten Verkehrswende ermöglichen.In contrast, the invention is based on the object of creating a hydrogen-based transport system and a method for operating a transport system, which enable a step towards a real transport transition.

Dabei soll ein Transportsystem umfassend eine Vielzahl von Fahrzeugen, Ladefahrzeugen und eine Digitalinfrastruktur geschaffen werden, welches die Art des Transports von Personen und Cargo nachhaltig in Richtung eines emissionsfreien Transports verändert.The aim is to create a transport system comprising a variety of vehicles, charging vehicles and a digital infrastructure that will sustainably change the way people and cargo are transported towards emission-free transport.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF INVENTION

Die Aufgabe wird gelöst durch ein wasserstoffbasiertes Transportsystem, eine Digitalinfrastruktur, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines wasserstoffbasierten Transportsystems mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.The task is solved by a hydrogen-based transport system, a digital infrastructure, and a method for operating a hydrogen-based transport system with the features of the independent claims.

Ein erfindungsgemäßes wasserstoffbasiertes Transportsystem umfasst eine Vielzahl von Fahrzeugen, brennstoffzellenbetriebene Ladefahrzeuge und eine Digitalinfrastruktur. Die Fahrzeuge des Transportsystems weisen jeweils einen Elektroantrieb mit einer Fahrzeugbatterie auf, mittels welcher der Elektroantrieb betrieben werden kann.A hydrogen-based transport system according to the invention includes a variety of vehicles, fuel cell-powered charging vehicles and a digital infrastructure. The vehicles of the transport system each have an electric drive with a vehicle battery, by means of which the electric drive can be operated.

Die Fahrzeuge und Ladefahrzeuge umfassen jeweils eine Kommunikationseinheit, eine mit der Kommunikationseinheit verbundene Fahrzeugsteuereinheit und ein mit der Fahrzeugsteuereinheit verbundenes Kopplungssystem.The vehicles and charging vehicles each include a communication unit, a vehicle control unit connected to the communication unit and a coupling system connected to the vehicle control unit.

Die Digitalinfrastruktur umfasst eine Zentralsteuereinheit, welche über ein Netzwerk mit den Kommunikationseinheiten der Fahrzeuge verbunden ist, sowie eine Nutzerschnittstelle, um Nutzern zu ermöglichen, Fahrtanfragen von einem Startort zu einem Zielort an das Transportsystem zu stellen.The digital infrastructure includes a central control unit, which is connected to the communication units of the vehicles via a network, as well as a user interface to enable users to submit travel requests from a starting point to a destination to the transport system.

Erfindungsgemäß sind die Fahrzeugsteuereinheiten der Fahrzeuge dazu eingerichtet, um Ladebedarfe der Fahrzeugbatterien zu erfassen und über die Kommunikationseinheiten der Zentralsteuereinheit zu übermitteln, und die Zentralsteuereinheit ist dazu eingerichtet, um Kopplungspläne und Ladepläne auf Basis der Ladebedarfe zu erstellen und über die die Kommunikationseinheiten an die Fahrzeuge und Ladefahrzeuge zu übermitteln. Die Fahrzeuge und Ladefahrzeuge sind jeweils mithilfe der Fahrzeugsteuereinheit und des Kopplungssystems dazu eingerichtet, um sich einem Kopplungsplan entsprechend während der Fahrt oder in einem Haltezustand an einen Fahrzeugstrang zu koppeln und sich von dem Fahrzeugstrang zu entkoppeln. Die Fahrzeugsteuereinheiten der Fahrzeuge verfügen jeweils über einen ersten Betriebsmodus und einen zweiten Betriebsmodus, wobei im ersten Betriebsmodus das Fahrzeug in einem Fahrzeugstrang mitfährt, eine Antriebsenergie von dem brennstoffzellenbetriebenen Ladefahrzeug bereitgestellt wird und die Fahrzeugbatterie des Fahrzeugs einem Ladeplan entsprechend bedarfsweise geladen wird, und wobei im zweiten Betriebsmodus das Fahrzeug selbstständig außerhalb des Fahrzeugstrangs fährt und die Antriebsenergie von der Fahrzeugbatterie bereitgestellt wird.According to the invention, the vehicle control units of the vehicles are set up to record charging requirements of the vehicle batteries and to transmit them via the communication units of the central control unit, and the central control unit is set up to create coupling plans and charging plans based on the charging requirements and via which the communication units are sent to the vehicles and to deliver loading vehicles. The vehicles and loading vehicles are each set up using the vehicle control unit and the coupling system to couple to a vehicle train and to decouple themselves from the vehicle train in accordance with a coupling plan while driving or in a stopped state. The vehicle control units of the vehicles each have a first operating mode and a second operating mode, wherein in the first operating mode the vehicle travels in a vehicle train, drive energy is provided by the fuel cell-operated charging vehicle and the vehicle battery of the vehicle is charged as needed according to a charging plan, and in the second Operating mode the vehicle drives independently outside the vehicle train and the drive energy is provided by the vehicle battery.

Jeder Fahrzeugstrang, welcher auch als Fahrzeugkette oder Fahrzeugkolonne bezeichnet sein kann, umfasst dabei zumindest ein brennstoffzellenbetriebenes Ladefahrzeug und zumindest ein weiteres, bevorzugt noch weitere Fahrzeuge. In einem Fahrzeugstrang können sowohl ein oder mehrere Ladefahrzeuge vorhanden sein.Each vehicle train, which can also be referred to as a vehicle chain or vehicle column, includes at least one fuel cell-operated charging vehicle and at least one further, preferably further, vehicle. One or more charging vehicles can be present in a vehicle train.

Das wasserstoffbasierte Transportsystem verändert die Art, wie Personen von einem Startort zu einem Zielort gelangen und verändert Logistikketten. Es ist lokal emissionsfrei und erlaubt es daher, Klimaziele für eine grüne Zukunft leichter zu erreichen. Dadurch, dass das wasserstoffbasierte Transportsystem außerdem nicht schienenbasiert ist, wie beispielsweise die Bahn, ist eine Integration des Systems auf den bestehenden Straßen möglich.The hydrogen-based transportation system is changing the way people get from a starting point to a destination and changing logistics chains. It is locally emission-free and therefore makes it easier to achieve climate goals for a green future. Because the hydrogen-based transport system is not rail-based, like the train, for example, the system can be integrated into existing roads.

Ein weiterer Vorteil des Systems ist seine uneingeschränkte Betriebsbereitschaft, das heißt es besteht eine 24/7-Verfügbarkeit der Fahrzeuge für Personen- und Cargo-Transport.Another advantage of the system is its unrestricted operational readiness, which means that the vehicles are available 24/7 for passenger and cargo transport.

Das erfindungsgemäße Transportsystem benötigt weniger Platz auf Straßen und Autobahnen, da die Fahrzeuge im Fahrzeugstrang aneinandergekoppelt fahren. Der Zusammenschluss der Fahrzeuge und Ladefahrzeuge zu Fahrzeugsträngen ermöglicht einen effizienteren Verkehr, womit auch weniger Unfälle zu erwarten sind.The transport system according to the invention requires less space on roads and highways because the vehicles travel coupled together in the vehicle train. Combining vehicles and loading vehicles into vehicle trains enables more efficient traffic, which means fewer accidents can be expected.

Während im aktuellen Verkehrskonzept eine Vielzahl von eigenständigen Fahrzeugen vorhanden sind mit typischerweise groß ausgelegter eigener Energiequelle und Speicherung der Energie im Fahrzeug in Form von Batterien oder Brennstoffzellensystemen, setzt das erfindungsgemäße wasserstoffbasierte Transportsystem bevorzugt auf kleine Batterien in den Fahrzeugen, sowie auf brennstoffzellenbetriebene Ladefahrzeuge, die genug Energie erzeugen, um eine Mehrzahl, beispielsweise bis zu zehn Fahrzeuge im Fahrzeugstrang mit Energie zu versorgen. Somit stellt das wasserstoffbasierte Transportsystem eine kostengünstige und höchst effiziente Alternative zum aktuellen Verkehrskonzept dar. Idealerweise wird die gesamte Energie für die Fortbewegung der Fahrzeuge zu 100 % von brennstoffzellenbetriebenen Ladefahrzeugen bereitgestellt, die ihrerseits den Wasserstoff z.B. per Modulwechsel an Wasserstoffstationen aufnehmen.While in the current transport concept there are a large number of independent vehicles with typically large-scale own energy sources and storage of energy in the vehicle in the form of batteries or fuel cell systems, the hydrogen-based transport system according to the invention preferably relies on small batteries in the vehicles, as well as on fuel cell-operated charging vehicles that have enough Generate energy to supply energy to a plurality, for example up to ten vehicles in the vehicle train. The hydrogen-based transport system therefore represents a cost-effective and highly efficient alternative to the current transport concept Ideally, 100% of the energy needed to move the vehicles is provided by fuel cell-powered charging vehicles, which in turn absorb the hydrogen, for example by changing modules at hydrogen stations.

Während aktuell ein hohes Investment in eine Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge mit typischerweise großen Batterien benötigt wird, insbesondere aufgrund der notwendigen Bereitstellung von hoher Ladeleistung mittels Kraftwerken zum Laden der Elektrofahrzeuge an Ladesäulen, was ein adäquates Stromnetz und eine Vielzahl von Ladestationen voraussetzt, setzt das erfindungsgemäße wasserstoffbasierte Transportsystem auf ein Laden der Elektrofahrzeuge während der Fahrt oder im Haltezustand mittels der brennstoffzellenbetriebenen Ladefahrzeuge, was demgegenüber eine hocheffiziente und kostengünstige Lösung darstellt. Da kein Stromnetz zum Betrieb der Elektrofahrzeuge benötigt wird, ist das erfindungsgemäße wasserstoffbasierte Transportsystem weniger abhängig von Netzstörungen und von der Ausfallsicherheit der Stromtrassen und -netze. Außerdem kann eine Überlastung der Stromversorgungssysteme vermieden werden.While a high investment is currently required in a charging infrastructure for electric vehicles with typically large batteries, in particular due to the necessary provision of high charging power using power plants to charge the electric vehicles at charging stations, which requires an adequate power network and a large number of charging stations, the hydrogen-based transport system according to the invention on charging the electric vehicles while driving or when stopped using the fuel cell-powered charging vehicles, which in contrast represents a highly efficient and cost-effective solution. Since no power grid is required to operate the electric vehicles, the hydrogen-based transport system according to the invention is less dependent on network disruptions and on the reliability of the power lines and networks. In addition, overloading the power supply systems can be avoided.

Während Elektrofahrzeuge im aktuellen Verkehrskonzept stets anhalten müssen, um über eine gewisse Zeit aufgeladen zu werden, entfallen beim erfindungsgemäßen Transportsystem sämtliche Anfahrtswege für die einzelnen Elektrofahrzeuge zu Ladestationen. Dies spart nicht nur Ausgaben für den Aufbau der Elektroladeinfrastruktur, sondern auch Zeit für jeden einzelnen Nutzer des Transportsystems und ermöglicht uneingeschränkte Bereitstellung der Mobilität.While electric vehicles in the current traffic concept always have to stop in order to be charged over a certain period of time, the transport system according to the invention eliminates all travel routes for the individual electric vehicles to charging stations. This not only saves expenses for setting up the electric charging infrastructure, but also time for each individual user of the transport system and enables unrestricted mobility provision.

Während auch brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge im aktuellen Verkehrskonzept anhalten müssen, um mit Wasserstoff befüllt zu werden, entfallen beim erfindungsgemäßen Transportsystem sämtliche Anfahrtswege und Tankvorgänge für brenstoffzellenbetriebene Fahrzeuge zu Wasserstoffauffüllstationen. Insbesondere vorteilhaft entfällt auch der Wasserstofftankvorgang für den einzelnen Nutzer. Das Tanken von Wasserstoff ist aufgrund der Druckbedingungen von bis zu 350 oder 700 bar, die im Wasserstoffspeichersystem vorliegen, mit erheblichen Risiken verbunden, z.B. beim Herstellen der druckleitenden Verbindung zwischen dem Wasserstoffreservoir und dem Speichersystem des Fahrzeugs.While fuel cell-operated vehicles also have to stop in the current traffic concept in order to be filled with hydrogen, the transport system according to the invention eliminates all travel routes and refueling processes for fuel cell-operated vehicles to hydrogen filling stations. Particularly advantageously, the hydrogen refueling process is no longer necessary for the individual user. Refueling with hydrogen involves significant risks due to the pressure conditions of up to 350 or 700 bar that exist in the hydrogen storage system, e.g. when establishing the pressure-conducting connection between the hydrogen reservoir and the vehicle's storage system.

Unter einem Elektroantrieb wird hier und im Folgenden ein Antrieb mit einem oder mehreren Elektromotoren verstanden. Die Fahrzeuge umfassen in diesem Zusammenhang weitere, der Person des Fachs bekannte Komponenten wie Überwachungseinheiten des Elektroantriebs, Ein- und Ausschaltkomponenten, Regelkreise für die Regelung der Elektromotoren, Leistungselektronik und dgl., auf welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht gesondert eingegangen werden muss.Here and below, an electric drive is understood to mean a drive with one or more electric motors. In this context, the vehicles include other components known to those skilled in the art, such as monitoring units of the electric drive, switching on and off components, control circuits for controlling the electric motors, power electronics and the like, which do not need to be discussed separately in the context of the present invention.

Die Fahrzeugbatterie zum Antrieb des Elektroantriebs kann alternativ wie fachüblich auch als Traktionsbatterie bezeichnet werden. Derartige Fahrzeugbatterien können z.B. Spannungen von 24 V, 36 V, 48 V oder mehr aufweisen und beispielsweise auch oberhalb von 400 V. Es kann vorgesehen sein, dass über eine geeignete Leistungselektronik auch ein Fahrzeugbordnetz mit Spannungen von 12 V (Niederspannungsbordnetz) oder 48 V (Hochspannungsbordnetz) von der Traktionsbatterie versorgt ist. Alternativ kann das Fahrzeug weitere Batterien umfassen, welche das Fahrzeugbordnetz mit Energie versorgen. Das Fahrzeug kann außerdem mit einem Pufferspeicher zur Rekuperation von Bremsenergie ausgestattet sein. Der Pufferspeicher kann mit der Traktionsbatterie oder dem Elektroantrieb verschaltet sein.The vehicle battery for driving the electric drive can alternatively be referred to as a traction battery, as is customary. Such vehicle batteries can, for example, have voltages of 24 V, 36 V, 48 V or more and, for example, also above 400 V. It can be provided that a vehicle on-board electrical system with voltages of 12 V (low-voltage on-board electrical system) or 48 V ( High-voltage vehicle electrical system) is supplied by the traction battery. Alternatively, the vehicle can include additional batteries that supply the vehicle electrical system with energy. The vehicle can also be equipped with a buffer storage for recuperating braking energy. The buffer storage can be connected to the traction battery or the electric drive.

Der Begriff „Batterie“ wird in der vorliegenden Beschreibung, dem üblichen Sprachgebrauch angepasst, für Akkumulator verwendet. Die Batterie umfasst eine oder mehrere Batterieeinheiten, die eine Batteriezelle, ein Batteriemodul, einen Modulstrang oder ein Batteriepack bezeichnen können. Beispielsweise sind einzelne Batteriezellen vorzugsweise räumlich zusammengefasst und schaltungstechnisch miteinander verbunden, beispielsweise seriell oder parallel zu Batteriemodulen oder Batteriepacks verschaltet. Die einzelnen Batteriezellen sind beispielsweise, aber nicht einschränkend für die Erfindung, Lithium-Ionen-Batterien mit einem Spannungsbereich von 2,8 bis 4,2 V.The term “battery” is used in the present description, adapted to normal usage, for accumulator. The battery includes one or more battery units, which may refer to a battery cell, a battery module, a module string or a battery pack. For example, individual battery cells are preferably spatially combined and connected to one another in terms of circuitry, for example connected in series or parallel to battery modules or battery packs. The individual battery cells are, for example, but not limiting for the invention, lithium-ion batteries with a voltage range of 2.8 to 4.2 V.

Die Fahrzeuge ermitteln ihren Ladebedarf und übermitteln diesen an die Zentralsteuereinheit. Unter dem Begriff „Ladebedarf“ kann im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine Information über eine Energiemenge oder eine Menge an elektrischer Ladung [Ah] verstanden werden, welche einem Fahrzeug zugeführt werden soll, damit die Batterie aufgeladen ist, was im Folgenden auch als „benötigte Menge“ an elektrischer Ladung bezeichnet wird. Der Ladebedarf kann zusätzlich oder alternativ hierzu auch weitere Informationen umfassen, beispielsweise eine maximale oder bevorzugte Ladeleistung und eine Ladedauer, aus welchen die Menge an elektrischer Ladung ableitbar ist, oder Informationen, welche hieraus direkt oder indirekt ableitbar sind. Unter einer Ladeleistung [kW] wird die Energie pro Zeitspanne verstanden, mit welcher geladen wird.The vehicles determine their charging needs and transmit this to the central control unit. In the context of the present disclosure, the term “charging requirement” can be understood to mean information about an amount of energy or an amount of electrical charge [Ah] that should be supplied to a vehicle so that the battery is charged, which is also referred to below as the “required amount “ of electrical charge is called. The charging requirement can additionally or alternatively also include further information, for example a maximum or preferred charging power and a charging duration, from which the amount of electrical charge can be derived, or information which can be derived directly or indirectly from this. A charging power [kW] is the energy per period of time with which charging takes place.

Der Ladebedarf kann sich auch an der zu fahrenden Strecke, da bekannt, orientieren, so dass mindestens die Energie bereitgestellt wird, dass dem Fahrzeug die für die gesamte Strecke notwendige Energie während des Mitfahrens im Fahrzeugstrang übertragen wird.The charging requirement can also be based on the route to be traveled, as it is known, so that at least the energy is provided so that Vehicle the energy required for the entire route is transferred while traveling in the vehicle train.

Es ist aufgrund der zentralen Steuerung bei dem erfindungsgemäßen Verkehrskonzept im Voraus der Zentralsteuereinheit bereits bekannt bzw. von der Zentralsteuereinheit anhand der Daten, insbesondere Fahrtanfragen ermittelbar, wie lange das Fahrzeug jeweils in einem Fahrzeugstrang mitfährt und vom Ladefahrzeug geladen werden kann. Anhand dieser Informationen kann der Ladeplan von der Zentralsteuereinheit mit Blick auf die Batterielebensdauer optimiert bereitgestellt werden. Bei einer nur kurzfristigen Fahrt mit großem Energiebedarf sollte beispielsweise eher mit der maximalen Ladeleistung geladen werden, bei längerem Mitfahren im Fahrzeugstrang kann aber auch mit geringerer als maximaler Ladeleistung geladen werden.Due to the central control in the traffic concept according to the invention, it is already known to the central control unit in advance or can be determined by the central control unit based on the data, in particular trip requests, for how long the vehicle travels in a vehicle train and can be charged by the charging vehicle. Using this information, the central control unit can provide the charging plan in an optimized manner with a view to battery life. For example, if you are only traveling for a short time and require a lot of energy, you should charge with the maximum charging power, but if you are traveling in the vehicle train for a longer period of time, you can also charge with a lower charging power than the maximum.

Für den Fall, dass die Fahrzeugsteuerung eine bevorzugte Ladeleistung angeben kann, welche z.B. den Lebenszyklus der Fahrzeugbatterie optimiert, kann z.B. bei der bevorzugten Ladeleistung geladen werden. Vorteilhaft hängt diese Entscheidung hier nicht vom Nutzer des Systems ab, sondern kann vollautomatisiert und auf Basis der bekannten Rahmenbedingungen getroffen werden.In the event that the vehicle control can specify a preferred charging power, which, for example, optimizes the life cycle of the vehicle battery, charging can, for example, be carried out at the preferred charging power. Advantageously, this decision does not depend on the user of the system, but can be made fully automatically and based on the known framework conditions.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Ladebedarf daher die Angabe der Menge an elektrischer Energie oder Ladung, welche einem Fahrzeug zugeführt werden soll, d.h. die benötigte Menge an elektrischer Ladung, sowie eine Angabe einer maximalen Ladeleistung. Dabei ist vorgesehen, dass der Ladeplan ein Laden bei einer geringeren als der maximalen Ladeleistung vorsieht, wenn eine Fahrtzeit im Fahrzeugstrang ausreicht, um die Batterie um die benötigte Menge an elektrischer Ladung zu laden. Unter geringer als maximal kann z.B. ein fester prozentualer Anteil der maximalen Ladeleistung verstanden sein, z.B. um 50% geringer als maximal oder um 20% geringer als maximal. Unter geringer als maximal kann aber auch verstanden sein, dass die Ladezeit, da bekannt, vollständig ausgenutzt wird, um das Fahrzeug bei einer minimalen Leistung um die benötigte Menge an elektrischer Ladung aufzuladen.In a preferred embodiment, the charging requirement therefore includes an indication of the amount of electrical energy or charge that is to be supplied to a vehicle, i.e. the required amount of electrical charge, as well as an indication of a maximum charging power. It is envisaged that the charging plan provides for charging at a lower than the maximum charging power if a travel time in the vehicle train is sufficient to charge the battery with the required amount of electrical charge. Lower than maximum can be understood to mean, for example, a fixed percentage of the maximum charging power, for example 50% lower than maximum or 20% lower than maximum. However, less than maximum can also mean that the charging time, as is known, is fully utilized to charge the vehicle with the required amount of electrical charge at a minimum power.

In einer alternativen Ausführungsform umfasst der Ladebedarf die Angabe der Menge an elektrischer Ladung, welche einem Fahrzeug zugeführt werden soll, und die Angabe der maximalen und einer bevorzugten Ladeleistung. Dabei ist vorgesehen, dass der Ladeplan ein Laden bei bevorzugter Ladeleistung vorsieht, wenn eine Fahrtzeit im Fahrzeugstrang ausreicht, um die Batterie mit der benötigten Menge an elektrischer Ladung zu laden.In an alternative embodiment, the charging requirement includes specifying the amount of electrical charge to be supplied to a vehicle and specifying the maximum and a preferred charging power. It is envisaged that the charging plan provides for charging at a preferred charging power if a journey time in the vehicle train is sufficient to charge the battery with the required amount of electrical charge.

Die maximale und die bevorzugte Ladeleistung können abhängig vom SOH sein. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird außerdem wie üblich unter einem Entladungsgrad (engl. state of health, SOH) ein Kennwert der Fahrzeugbatterie verstanden, der als Prozentangabe einen Anteil angibt, wie viel einer Nennkapazität der Fahrzeugbatterie aktuell genutzt werden kann, beispielsweise als Verhältnis einer im Betrieb maximal entnehmbare Menge an elektrischer Ladung zur Nennkapazität. Der Entladungsgrad kann auch als Alterungszustand der Batterie bezeichnet sein.The maximum and preferred charging power may depend on the SOH. In the context of the present disclosure, as usual, a degree of discharge (state of health, SOH) is understood to mean a characteristic value of the vehicle battery, which, as a percentage, indicates a proportion of how much of a nominal capacity of the vehicle battery can currently be used, for example as a ratio of an im Operation maximum amount of electrical charge that can be removed from the nominal capacity. The degree of discharge can also be referred to as the aging condition of the battery.

Zur Ermittlung des Ladebedarfs ist das jeweilige Fahrzeug mit entsprechenden der Person des Fachs bekannten Systemen ausgestattet. Beispielsweise, aber nicht einschränkend für die Erfindung, erfassen Sensoren kumulativ die entnommene und eingetragene elektrische Ladung der Fahrzeugbatterie und ein computergestütztes Rechenmodul errechnet hieraus die benötigte Menge an elektrischer Ladung. Typischerweise umfasst die Fahrzeugsteuereinheit derartige computergestützte Rechenmodule, welche anhand der Sensordaten die aktuellen Ladezustände, Entladungsgrade und/oder davon ableitbare Größen der Fahrzeugbatterien errechnen, sowie wie zuvor beschrieben den Ladebedarf.To determine the charging requirement, the respective vehicle is equipped with appropriate systems known to the person in the field. For example, but not limiting the invention, sensors cumulatively record the electrical charge taken and entered into the vehicle battery and a computer-aided calculation module calculates the required amount of electrical charge from this. Typically, the vehicle control unit includes such computer-aided computing modules, which use the sensor data to calculate the current charging states, degrees of discharge and/or variables that can be derived from them, as well as the charging requirement as described above.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird wie üblich unter einem Ladezustand (engl. state of charge, SOC) ein Kennwert der Fahrzeugbatterie verstanden, der in Prozentangabe einen Ladelevel der Fahrzeugbatterie relativ zu ihrer aktuellen Kapazität angibt. In vollgeladenem Zustand ist der state of charge gleich 100%, SOC = 100%, im entladenen Zustand ist der state of charge gleich Null Prozent, SOC = 0%.In the context of the present disclosure, as usual, a state of charge (SOC) is understood to mean a characteristic value of the vehicle battery that indicates, in percentage terms, a charge level of the vehicle battery relative to its current capacity. When fully charged, the state of charge is equal to 100%, SOC = 100%; when discharged, the state of charge is equal to zero percent, SOC = 0%.

Der Ladebedarf, und zwar sowohl die benötigte Menge an elektrischer Ladung als auch die maximale und die bevorzugte Ladeleistung können abhängig vom SOC sein. Es kann vorgesehen sein, dass bei einer Fahrt im Fahrzeugstrang die Batterie stets auf ein Ziel-SOC-Niveau, z.B. 80%, befüllt wird. Dadurch ist sie wieder für den nächsten Abschnitt außerhalb des Fahrzeugstrangs einsatzfähig. Die Kopplungspläne können vorsehen, dass die Fahrzeuge außerhalb des Fahrzeugstrangs bevorzugt nur so lange fahren, bis der SOC auf einen Schwellenwert, beispielsweise auf 20% gesunken ist, wobei sie sich bevorzugt bereits bei 40%, oder schon bei 60% wieder einem Fahrzeugstrang anschließen. Bei Unterschreitung des Schwellenwerts kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug eine Warnmeldung an die Zentralsteuerung abgibt, um zu signalisieren, dass ein Anschluss an einen Fahrzeugstrang erfolgen soll. Das Ziel ist, den SOC in einem „gesunden“ Bereich zu halten und so die Lebensdauer der Batterien zu erhöhen.The charging requirement, namely the required amount of electrical charge as well as the maximum and preferred charging power, can depend on the SOC. It can be provided that when driving in the vehicle train, the battery is always filled to a target SOC level, e.g. 80%. This means that it can be used again for the next section outside the vehicle train. The coupling plans can provide that the vehicles outside the vehicle train preferably only drive until the SOC has fallen to a threshold value, for example to 20%, whereby they preferably join a vehicle train again at 40% or at 60%. If the threshold value is undershot, it can be provided that the vehicle sends a warning message to the central control in order to signal that a connection to a vehicle train should take place. The goal is to keep the SOC in a “healthy” range and thus increase the lifespan of the batteries.

Die Zentralsteuereinheit erstellt für jedes Fahrzeug einen Ladeplan auf Basis des jeweiligen Ladebedarfs und übermittelt dem Fahrzeug den Ladeplan. Unter einem Ladeplan wird die Angabe einer regelbaren Ladegröße und eine Regeldauer verstanden, z. B. die Angabe der Ladeleistung und eine Ladedauer bzw. ein Ladestartzeitpunkt und ein Ladestoppzeitpunkt. Der Ladeplan kann wie beschrieben mit Blick auf die Batterielebensdauer optimiert bereitgestellt werden. Der Ladeplan mit definierter Ladeleistung kann insbesondere vollautomatisiert auf Basis bekannter Rahmenbedingungen getroffen werden.The central control unit creates a charging plan for each vehicle based on the respective charging requirement and transmits the charging plan to the vehicle. A charging plan refers to the specification of a controllable charging size and a control duration, e.g. B. the specification of the charging power and a charging duration or a charging start time and a charging stop time. As described, the charging plan can be provided in an optimized manner with a view to battery life. The charging plan with defined charging power can be made in a fully automated manner based on known general conditions.

Die Zentralsteuereinheit erstellt außerdem für jedes Fahrzeug einen Kopplungsplan auf Basis des jeweiligen Ladebedarfs und übermittelt dem Fahrzeug den Kopplungsplan. Der Kopplungsplan hängt auch vom Startort und Zielort ab, der sich aus Fahrtanfragen der Nutzer ergibt. Unter einem Kopplungsplan wird beispielsweise die Angabe eines oder mehrerer Fahrzeugstränge, sowie Angaben zum Zeitpunkt und Ort einer Kopplung und Entkopplung an den jeweiligen Fahrzeugstrang verstanden, oder hiervon ableitbare Informationen, die dazu geeignet sind, dass sich die Fahrzeuge und Ladefahrzeuge während der Fahrt oder in einem Haltezustand an einen Fahrzeugstrang zu koppeln und sich von dem Fahrzeugstrang entkoppeln.The central control unit also creates a coupling plan for each vehicle based on the respective charging requirement and transmits the coupling plan to the vehicle. The pairing plan also depends on the starting location and destination resulting from user trip requests. A coupling plan is understood to mean, for example, the specification of one or more vehicle trains, as well as information about the time and place of coupling and decoupling to the respective vehicle train, or information derived therefrom that is suitable for the vehicles and loading vehicles to move while driving or in one To couple the stopping state to a vehicle train and to decouple from the vehicle train.

Die Fahrzeuge weisen Anschlüsse und erste elektrische Leitungen zur Aufnahme und Durchleitung von elektrischer Energie des Ladefahrzeugs, zweite elektrische Leitungen zum Betrieb des Elektroantriebs mit elektrischer Energie des Ladefahrzeugs und dritte elektrische Leitungen zur Ladung der jeweiligen Fahrzeugbatterie mit elektrischer Energie des Ladefahrzeugs auf.The vehicles have connections and first electrical lines for receiving and transmitting electrical energy from the charging vehicle, second electrical lines for operating the electric drive with electrical energy from the charging vehicle and third electrical lines for charging the respective vehicle battery with electrical energy from the charging vehicle.

Im ersten Betriebsmodus wird eine Antriebsenergie für eine Fahrt des Fahrzeugs im Fahrzeugstrang von dem brennstoffzellenbetriebenen Ladefahrzeug bereitgestellt, bevorzugt ohne Beaufschlagung der Fahrzeugbatterie des Fahrzeugs. Vorteilhaft kann in den Fahrzeugen hierzu eine Leistungselektronik vorgesehen sein, welche vorsieht, dass die jeweilige Fahrzeugbatterie des Fahrzeugs bei der Fahrt im Fahrzeugstrang vom Ladefahrzeug geladen, aber nicht entladen werden kann. Somit kann bei der Fahrt im Fahrzeugstrang die jeweilige Fahrzeugbatterie umgangen und geschont werden. Durch die Energieversorgung vom Ladefahrzeug können auch große Strecken ohne Unterbrechung zurückgelegt werden. Somit ist ein regionaler wie auch ein überregionaler Transport von Passagieren oder Cargo möglich.In the first operating mode, drive energy for a journey of the vehicle in the vehicle train is provided by the fuel cell-operated charging vehicle, preferably without charging the vehicle battery of the vehicle. For this purpose, power electronics can advantageously be provided in the vehicles, which provides that the respective vehicle battery of the vehicle can be charged by the charging vehicle while traveling in the vehicle train, but cannot be discharged. This means that the respective vehicle battery can be bypassed and protected when driving in the vehicle train. Thanks to the energy supply from the charging vehicle, even long distances can be covered without interruption. This means that regional and supra-regional transport of passengers or cargo is possible.

Im ersten Betriebsmodus erfolgt insbesondere auch eine Aufladung der Fahrzeugbatterie des Fahrzeugs. Vorteilhaft kann hierzu vorgesehen sein, dass die dritten elektrischen Leitungen der Fahrzeuge zur Ladung der jeweiligen Fahrzeugbatterie mittels einer Leistungselektronik unidirektional Strom leitend ausgebildet sind. Zu diesem Zweck können die Leitungen beispielsweise mit IGBTs ausgestattet sein, welche in Vorwärtsrichtung große Ströme beispielsweise bis zu 100 A schalten können, aber in Rückwärtsrichtung hohe Sperrspannungen beispielsweise bis zu 5000 V aufweisen. In the first operating mode, in particular, the vehicle battery of the vehicle is also charged. For this purpose, it can advantageously be provided that the third electrical lines of the vehicles are designed to be unidirectionally current-conducting for charging the respective vehicle battery by means of power electronics. For this purpose, the lines can be equipped, for example, with IGBTs, which can switch large currents, for example up to 100 A, in the forward direction, but have high blocking voltages, for example up to 5000 V, in the reverse direction.

Der Person des Fachs sind alternative Möglichkeiten der Realisierung der Leistungselektronik bekannt, beispielsweise Schaltungen, die aufgebaut sind aus Leistungs-MOSFETs, MOSFETs, Thyristoren, GTO-Thyristoren oder dergleichen. Wenn die elektrischen Leitungen zur Ladung der jeweiligen Fahrzeugbatterie unidirektional ausgebildet sind, ist die Bereitstellung von Energie einer Fahrzeugbatterie eines ersten Fahrzeugs an weitere Fahrzeuge oder an das Ladefahrzeug ausgeschlossen. Somit kann ausschließlich das Ladefahrzeug in einem Fahrzeugstrang die Batterien der einzelnen Fahrzeuge laden. Dies hat den Vorteil, dass ausschließlich der Wasserstoff aus den Ladefahrzeugen die Energie für die Verkehrsstruktur bereitstellt.The person skilled in the art is aware of alternative options for implementing power electronics, for example circuits that are constructed from power MOSFETs, MOSFETs, thyristors, GTO thyristors or the like. If the electrical lines for charging the respective vehicle battery are designed to be unidirectional, the provision of energy from a vehicle battery of a first vehicle to other vehicles or to the charging vehicle is excluded. This means that only the charging vehicle in a vehicle train can charge the batteries of the individual vehicles. This has the advantage that only the hydrogen from the charging vehicles provides the energy for the transport structure.

Ein Fahrzeugstrang kann von zwei bis zwanzig, bevorzugt bis zu zehn Fahrzeuge umfassen. Die Fahrzeuge können jeweils verschiedene Größen aufweisen. Die Batteriekapazitäten der Fahrzeuge können, abhängig von der Fahrzeuggröße, beispielsweise von 5 kWh bis 200 kWh liegen, bevorzugt von 10 kWh bis 100 kWh, weiter bevorzugt bis 50 kWh. Die Fahrzeugbatterien und die Batteriemanagementsysteme können ausgestattet sein, um Bremsenergie zu rekuperieren, wie im Stand der Technik bekannt.A vehicle train can comprise from two to twenty, preferably up to ten, vehicles. The vehicles can each have different sizes. Depending on the size of the vehicle, the battery capacities of the vehicles can be, for example, from 5 kWh to 200 kWh, preferably from 10 kWh to 100 kWh, more preferably up to 50 kWh. The vehicle batteries and battery management systems may be equipped to recuperate braking energy, as is known in the art.

Es können Fahrzeuge vorgesehen sein, die mit Batteriekapazitäten nur für die sogenannte „letzte Meile“ ausgestattet sind. Die Fahrzeuge können zwar selbstständig z. B. die letzte Meile fahren, größere Distanzen legen sie aber im Fahrzeugstrang gemeinsam mit dem Ladefahrzeug zurück. Die Batteriekapazitäten derartiger Fahrzeuge können beispielsweise von 10 kWh bis 30 kWh liegen, beispielsweise 12 kWh und 24 kWh. Wenn sich ein Fahrzeug von dem Fahrzeugstrang entkoppelt, fährt das Fahrzeug mit der Antriebsenergie der eigenen Fahrzeugbatterie auf den letzten Kilometern, erreicht das Ziel, und ist noch für eine Rückfahrt zu demselben oder zu einem anderen Fahrzeugstrang in der Lage.Vehicles may be provided that are equipped with battery capacity only for the so-called “last mile”. The vehicles can operate independently, e.g. B. drive the last mile, but they cover longer distances in the vehicle train together with the charging vehicle. The battery capacities of such vehicles can be, for example, from 10 kWh to 30 kWh, for example 12 kWh and 24 kWh. When a vehicle decouples from the vehicle train, the vehicle travels the last few kilometers using the drive energy from its own vehicle battery, reaches the destination and is still able to return to the same or another vehicle train.

Die Maximalgeschwindigkeit der Fahrzeuge kann begrenzt sein, so dass die kleinen Batterien durch zu schnelles Fahren nicht über Gebühr beansprucht werden und außerdem die erreichbare Fahrleistung der Fahrzeuge besser berechenbar ist.The maximum speed of the vehicles can be limited so that the small batteries are not put under excessive strain by driving too fast and the achievable mileage of the vehicles is also easier to calculate.

Die Fahrzeuge und Ladefahrzeuge können mit Werbeflächen ausgestattet sein. Beispielsweise können die Fahrzeuge und Ladefahrzeuge LCD-Bildschirme mit laufender Werbung aufweisen, und zwar außenseitig insbesondere beim urbanen Cargo-Transport oder im Innenraum insbesondere beim Personentransport.The vehicles and loading vehicles can be equipped with advertising space. For example, the vehicles and loading vehicles can have LCD screens with ongoing advertising, on the outside in particular in urban cargo transport or in the interior in particular in passenger transport.

Die Fahrzeuge können als Personentransportfahrzeuge oder als Cargo-Transportfahrzeuge ausgebildet sein. Die Fahrzeuge können beispielsweise vier- oder sechsrädrig beziehungsweise zwei- oder dreiachsig ausgestattet sein, je nach Zweckmäßigkeit. Auch die Integration von Fahrzeugen gängiger Fahrzeughersteller (OEMs) kann über das erfindungsgemäße Kopplungssystem erfolgen. Insbesondere können auch Busse oder Caravans integriert werden. Hierzu verwendet das jeweilige Fahrzeug die hierin beschriebene Software für die Fahrzeugsteuereinheit und das Kopplungssystem.The vehicles can be designed as passenger transport vehicles or as cargo transport vehicles. The vehicles can, for example, be equipped with four or six wheels or two or three axles, depending on practicality. The integration of vehicles from common vehicle manufacturers (OEMs) can also take place via the coupling system according to the invention. In particular, buses or caravans can also be integrated. For this purpose, the respective vehicle uses the software described herein for the vehicle control unit and the coupling system.

Als Personentransportfahrzeuge können beispielsweise verschiedene Klassen wie Economy, Luxury oder Schlaffahrzeuge für längere Distanzen vorgesehen sein. Grö-ßere Fahrzeuge können beispielsweise eine Batteriekapazität von 30 kWh bis 50 kWh aufweisen, beispielsweise 36 kWh. Gemeinsam mit einem oder mehreren Ladefahrzeugen können die Passagiere insbesondere auch über längere Distanzen transportiert werden.For example, various classes such as economy, luxury or sleeper vehicles can be intended as passenger transport vehicles for longer distances. For example, larger vehicles can have a battery capacity of 30 kWh to 50 kWh, for example 36 kWh. Together with one or more loading vehicles, passengers can be transported, especially over longer distances.

Die Fahrzeuge können ausgelegt sein, um von Fahrern gesteuert und betrieben zu werden. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass zumindest einige Fahrzeuge, bevorzugt alle Fahrzeuge, und/oder zumindest einige Ladefahrzeuge, bevorzugt alle Ladefahrzeuge, ausgestattet sind, um autonom zu fahren. Die Personentransportfahrzeuge können daher mit oder ohne Fahrersitz und auch mit Schlafkabinen beispielsweise für Übernachtfahrten ausgestattet sein.The vehicles may be designed to be controlled and operated by drivers. It is advantageously provided that at least some vehicles, preferably all vehicles, and/or at least some charging vehicles, preferably all charging vehicles, are equipped to drive autonomously. The passenger transport vehicles can therefore be equipped with or without a driver's seat and also with sleeping cabins, for example for overnight journeys.

Die Änderung der Verkehrsinfrastruktur betrifft auch den Cargo-Transport, insbesondere Produkt-, Paket- und Postlieferketten. Die erfindungsgemäße wasserstoffbasierte Verkehrsinfrastruktur ermöglicht einen klimafreundlichen und emissionsfreien Cargo-Transport. Die Cargo-Transportfahrzeugbatterien können klein ausgelegt sein, so dass diese beispielsweise lediglich in der Lage sind, die „letzte Meile“ zu überwinden. Die Cargo-Transportfahrzeuge können mit einer Geschwindigkeitsbegrenzung versehen sein. Durch das optimierte Transportsystem im Fahrzeugstrang legt ein Cargo-Transportfahrzeug größere Distanzen gemeinsam mit dem Ladefahrzeug zurück. The change in transport infrastructure also affects cargo transport, particularly product, parcel and postal supply chains. The hydrogen-based transport infrastructure according to the invention enables climate-friendly and emission-free cargo transport. The cargo transport vehicle batteries can be designed to be small, so that they are only able to cover the “last mile”, for example. The cargo transport vehicles may have a speed limit. Thanks to the optimized transport system in the vehicle train, a cargo transport vehicle covers greater distances together with the loading vehicle.

Das Cargo kann somit emissionsfrei in und aus einer Stadt, aber auch innerhalb der Stadt und auf Autobahnen transportiert werden. Die Cargo-Transportfahrzeuge können Cargo zwischen Distributionszentren oder auch vom Distributionszentrum zum Endabnehmer transportieren. Der Transport von Cargo kann von einer Zentralsteuereinheit unter Verwendung von Postleitzahlen organisiert sein, insbesondere zur Überbrückung von längeren Strecken. Cargo-Transportfahrzeuge werden bevorzugt fahrerlos betrieben und fahren bevorzugt autonom. Beispielsweise wird Cargo von einem zentralen Cargo-Vertriebszentrum in lokale Vertriebszentren transportiert und von dort aus weiter zum Bestimmungsort, beispielsweise ein Warenhaus, wo Personal oder Roboter das Cargo entnehmen können. Das Cargo kann dabei auf bekannte Weise mit Trackingsystemen versehen sein, wie beispielsweise RFID-Tags, Barcodes, GPS-Tracker oder dergleichen, um die Lieferketten transparent zu halten und die Handhabung des Cargos am Bestimmungsort zu vereinfachen.The cargo can therefore be transported emission-free to and from a city, but also within the city and on highways. The cargo transport vehicles can transport cargo between distribution centers or from the distribution center to the end user. The transport of cargo can be organized by a central control unit using postal codes, especially to cover longer distances. Cargo transport vehicles are preferably operated without drivers and preferably drive autonomously. For example, cargo is transported from a central cargo distribution center to local distribution centers and from there to the destination, such as a warehouse, where personnel or robots can retrieve the cargo. The cargo can be provided with tracking systems in a known manner, such as RFID tags, barcodes, GPS trackers or the like, in order to keep the supply chains transparent and to simplify the handling of the cargo at the destination.

In den Cargo-Transportfahrzeugen können Pakete, Postsendungen und dergleichen oder auch Container oder dergleichen transportiert werden. Entsprechend eignet sich das Transportsystem für den Transport kleinerer Container, Großladungsträger, Paletten in Standardgrößen, insbesondere Europaletten und dergleichen. Cargo-Transportfahrzeuge können insbesondere auch als Kühlfahrzeuge ausgestaltet sein. Das Cargo kann insbesondere auch Nahrungsmittel umfassen, die von lokalen Vertriebszentren in den Innenbereich von Städten transportiert werden.Parcels, postal items and the like as well as containers or the like can be transported in the cargo transport vehicles. Accordingly, the transport system is suitable for transporting smaller containers, large load carriers, pallets in standard sizes, especially Euro pallets and the like. Cargo transport vehicles can in particular also be designed as refrigerated vehicles. The cargo can in particular also include food that is transported from local distribution centers to the interior of cities.

Die Fahrzeuge werden vom Ladefahrzeug mit Energie versorgt. In einem Fahrzeugstrang des Transportsystems sind stets ein oder mehrere Ladefahrzeuge vorhanden. Die Ladefahrzeuge sind mit Brennstoffzellensystemen, Wasserstofftanks und Batterien ausgestattet sowie mit einem Traktionsstrang zum Eigenantrieb und der notwendigen Leistungselektronik zum Bereitstellen der Antriebsenergie für die weiteren Fahrzeuge im Fahrzeugstrang. Es wird bevorzugt die gesamte Energie von Brennstoffzellensystemen der Ladefahrzeuge bereitgestellt.The vehicles are supplied with energy by the charging vehicle. One or more loading vehicles are always present in a vehicle train of the transport system. The charging vehicles are equipped with fuel cell systems, hydrogen tanks and batteries, as well as a traction train for self-propulsion and the necessary power electronics to provide the drive energy for the other vehicles in the vehicle train. The entire energy is preferably provided by the fuel cell systems of the charging vehicles.

Ladefahrzeuge sind insbesondere in der Lage, andere Elektrofahrzeuge zu laden. Sie können sowohl während der Fahrt als auch im stationären Zustand elektrische Energie bereitstellen. Ladefahrzeuge können zweckmäßig aber auch als ortsveränderliche stationäre Stromversorgungseinheiten eingesetzt werden (z.B. bei Ausfällen des Stromnetzes).Charging vehicles are particularly capable of charging other electric vehicles. They can provide electrical energy both while driving and when stationary. Charging vehicles can also be used as portable, stationary power supply units (e.g. in the event of power grid failures).

Jedes Ladefahrzeug ist mit Sensoren ausgestattet, um insbesondere den Tankfüllungszustand des Wasserstofftanks zu überwachen. Wird festgestellt, dass die Tankfüllung zur Neige geht, kann das Ladefahrzeug den Fahrzeugstrang verlassen, um Wasserstoff aufzunehmen. Zu diesem Zweck ist jedes Ladefahrzeug kommunikativ mit einer Zentralsteuereinheit gekoppelt. Die Zentralsteuereinheit überwacht die Ladezustände der Ladefahrzeuge und sorgt dafür, dass ein Ladefahrzeug, dessen Wasserstofftank gefüllt werden muss, gegebenenfalls durch ein anderes Ladefahrzeug ersetzt wird, indem dieses autonom zum Fahrzeugstrang hinfährt und sich daran ankoppelt. Die Ladefahrzeuge fahren bevorzugt autonom und „tanken“ an zentralen Wasserstoffstationen, welche sich bevorzugt außerhalb von Innenstädten befinden.Each charging vehicle is equipped with sensors, in particular to monitor the filling status of the hydrogen tank. If it is determined that the tank is running low, the charging vehicle can leave the vehicle line to take up hydrogen. For this purpose is Each charging vehicle is communicatively coupled to a central control unit. The central control unit monitors the charging status of the charging vehicles and ensures that a charging vehicle whose hydrogen tank needs to be filled is, if necessary, replaced by another charging vehicle by driving autonomously to the vehicle train and coupling itself to it. The charging vehicles preferably drive autonomously and “refuel” at central hydrogen stations, which are preferably located outside of city centers.

Das Ladefahrzeug kann außerdem mit einem Pufferspeicher zur Rekuperation von Bremsenergie ausgestattet sein. Einzelheiten hierzu sind der Person des Fachs bekannt, sodass hierauf nicht näher eingegangen werden braucht.The charging vehicle can also be equipped with a buffer storage for recuperating braking energy. Details of this are known to the person in the field, so there is no need to go into this in more detail.

Während die Zentralsteuereinheit grundsätzlich die Koordination der Fahrzeuge und Ladefahrzeuge sowie Fahrzeugstränge übernimmt, erfolgt die Kopplung und Entkopplung über das Kopplungssystem bevorzugt lokal. Hierzu ist in vorteilhaften Ausführungsformen vorgesehen, dass die Fahrzeuge und Ladefahrzeuge über ein Car-to-X-Kommunikationsnetz und/oder ein Car-to-Car-Kommunikationsnetz miteinander kommunizieren können. Die Kopplung der Fahrzeuge oder Ladefahrzeuge an den Fahrzeugstrang und die Entkopplung erfolgen dabei zumindest teilweise über einen Datenaustausch des Fahrzeugs oder Ladefahrzeugs mit den anderen Fahrzeugen oder Ladefahrzeugen des Fahrzeugstrangs.While the central control unit basically takes over the coordination of the vehicles and loading vehicles as well as vehicle trains, the coupling and decoupling via the coupling system preferably takes place locally. For this purpose, it is provided in advantageous embodiments that the vehicles and charging vehicles can communicate with one another via a car-to-X communication network and/or a car-to-car communication network. The coupling of the vehicles or charging vehicles to the vehicle train and the decoupling take place at least partially via a data exchange of the vehicle or charging vehicle with the other vehicles or charging vehicles of the vehicle train.

Bevorzugt erfolgt die Kopplung der Fahrzeuge und Ladefahrzeuge an den Fahrzeugstrang vollkommen autonom. Die Software ist ausgebildet, um die Sensordaten selbstständig zu erfassen und zu interpretieren. Die Fahrzeugsteuereinheiten führen den Kopplungsvorgang idealerweise selbständig ohne Einwirkung des Fahrers oder anderer Insassen durch. Derartige Software ist beispielsweise als Modul in der Fahrzeugsteuereinheit implementiert. Die Kopplung kann während der Fahrt oder im Haltezustand erfolgen, wobei letzteres einen Fall meint, bei dem der Fahrzeugstrang nicht in Bewegung ist.The vehicles and charging vehicles are preferably coupled to the vehicle train completely autonomously. The software is designed to independently record and interpret the sensor data. The vehicle control units ideally carry out the coupling process independently without the intervention of the driver or other occupants. Such software is implemented, for example, as a module in the vehicle control unit. The coupling can take place while driving or when stopped, the latter meaning a case in which the vehicle train is not in motion.

Das Kopplungssystem umfasst mechanische und/oder induktive Kopplungsmittel, um das Fahrzeug oder Ladefahrzeug im Verbund mit einem anderen Fahrzeug oder Ladefahrzeug zu halten. Das Kopplungssystem umfasst darüber hinaus bevorzugt eine Stromverbindung zwischen den Fahrzeugen sowie eine Datenaustauschverbindung.The coupling system includes mechanical and/or inductive coupling means to keep the vehicle or loading vehicle in conjunction with another vehicle or loading vehicle. The coupling system also preferably includes a power connection between the vehicles and a data exchange connection.

Die Kopplung erlaubt einen Empfang und eine Abgabe von elektrischer Energie, sowie eine Kommunikation zwischen den Fahrzeugen und Ladefahrzeugen.The coupling allows reception and delivery of electrical energy, as well as communication between the vehicles and charging vehicles.

Die Kopplung kann eine mechanische Kraftübertragung umfassen, wobei hierunter ein Schieben oder Ziehen verstanden wird, wie beispielsweise in einem Anhängersystem oder bei einem Zug mit einer Zugmaschine. Bevorzugt ist die Kopplung ohne mechanische Kraftübertragung realisiert. Dabei fahren die zum Strang gekoppelten Fahrzeuge selbst. Die nötige Energie wird hierfür vom Ladefahrzeug bereitgestellt, ggf. mit Unterstützung von der Traktionsbatterie des jeweiligen Fahrzeugs.The coupling can include a mechanical power transmission, which is understood to mean pushing or pulling, such as in a trailer system or in a train with a tractor. The coupling is preferably implemented without mechanical power transmission. The vehicles coupled to the train drive themselves. The necessary energy is provided by the charging vehicle, if necessary with support from the traction battery of the respective vehicle.

Die Fahrzeuge und Ladefahrzeuge sind bevorzugt mit Fahrzeugsensoren zur Erfassung von Fahrzeugdaten verbunden. Die im Rahmen der Erfindung vorteilhaft verwendbaren Sensoren umfassen insbesondere bekannte Parksensoren, wie beispielsweise Ultraschallsensoren, Radarsensoren, Lidarsensoren oder dergleichen, sowie Kameras, die mit Bilderkennungssoftwaresystemen gekoppelt sind. Weiterhin werden im Rahmen der vorliegenden Offenbarung unter Fahrzeugsensoren auch GPS-Empfänger und dergleichen verstanden.The vehicles and loading vehicles are preferably connected to vehicle sensors for collecting vehicle data. The sensors that can be used advantageously within the scope of the invention include, in particular, known parking sensors, such as ultrasonic sensors, radar sensors, lidar sensors or the like, as well as cameras that are coupled to image recognition software systems. Furthermore, within the scope of the present disclosure, vehicle sensors are also understood to mean GPS receivers and the like.

Die Zentralsteuerung der Digitalinfrastruktur ist über ein Netzwerk, bevorzugt über ein 5G-Netzwerk, mit den Kommunikationseinheiten der Fahrzeuge und Ladefahrzeuge verbunden ist. Die Zentralsteuereinheit ist eingerichtet, um die Fahrzeugdaten der Fahrzeugsensoren zu erfassen. Die von der jeweiligen Fahrzeugsteuereinheit der Fahrzeuge erfassten und an die Zentralsteuereinheit übermittelten Fahrzeugdaten umfassen die Ladebedarfe, sowie Ortskoordinaten der Fahrzeuge. Die Fahrzeugdaten der Ladefahrzeuge umfassen zumindest auch die Füllstände der Wasserstofftanks. Die Informationen werden von der Zentralsteuereinheit ausgewertet und interpretiert, um z. B. Zeitpunkte für das Koppeln und Entkoppeln von Fahrzeugen und Ladefahrzeugen an den Fahrzeugstrang festzulegen.The central control of the digital infrastructure is connected to the communication units of the vehicles and charging vehicles via a network, preferably via a 5G network. The central control unit is set up to record the vehicle data from the vehicle sensors. The vehicle data recorded by the respective vehicle control unit of the vehicles and transmitted to the central control unit includes the charging requirements and location coordinates of the vehicles. The vehicle data of the charging vehicles also includes at least the filling levels of the hydrogen tanks. The information is evaluated and interpreted by the central control unit, e.g. B. Specify times for coupling and uncoupling vehicles and loading vehicles to the vehicle train.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfasst eine wasserstoffbasierte Verkehrsinfrastruktur das beschriebene Transportsystem und eine Vielzahl von Wasserstoffstationen, die sich insbesondere außerhalb von Stadtzentren befinden können. Die Wasserstoffstationen können insbesondere per Pipelines vernetzt sein. Hierdurch wird ein zentrales Auffüllen der Ladefahrzeuge mit Wasserstoff an den Wasserstoffstationen kostengünstig und hocheffizient in großen Mengen ermöglicht. Das Befüllen der Ladefahrzeuge mit Wasserstoff ist zentralisiert und daher leicht hochskalierbar. Der Wasserstoff zum Betrieb der Ladefahrzeuge kann in großen Mengen und zu attraktiven Preisen erhalten werden. Außerdem wird so die Erzeugung der Energie vom Zeitpunkt der Nutzung in der Mobilität getrennt, wodurch das System insbesondere für die Nutzung erneuerbarer Energien vorteilhaft eingesetzt werden kann. Die Anzahl der Wasserstoffstationen ist im Vergleich zu dem heutigen Tankstellennetz sehr gering.According to a further development of the invention, a hydrogen-based transport infrastructure includes the transport system described and a large number of hydrogen stations, which can be located in particular outside city centers. The hydrogen stations can in particular be networked via pipelines. This makes it possible to centrally fill the charging vehicles with hydrogen at the hydrogen stations in large quantities in a cost-effective and highly efficient manner. Filling the charging vehicles with hydrogen is centralized and therefore easily scalable. The hydrogen to operate the charging vehicles can be obtained in large quantities and at attractive prices. In addition, the generation of energy is separated from the time of use in mobility, which means that the system can be used particularly advantageously for the use of renewable energies can. The number of hydrogen stations is very small compared to today's filling station network.

Die im Ladefahrzeug vorhandenen Wasserstofftanks befinden sich beispielsweise und bevorzugt in Wechselmodulen. Bevorzugt sind die Wasserstofftanks wahlweise mit gasförmigem Wasserstoff, flüssigem Wasserstoff, Methanol oder noch anderen Energieträgern befüllt. Gasförmiger Wasserstoff kann beispielsweise mit Drücken von 50 bis 1000 bar, bevorzugt von 350 bis 700 bar bereitgestellt sein, je nach Auslegung des Wechselmoduls. Die Wasserstofftanks versorgen das Brennstoffzellensystem mit Wasserstoff mit einem vorgegebenen Druck, vorzugsweise kleiner 20 bar, insbesondere kleiner 10 bar. Dies ermöglicht einen schnellen Modultausch mit verschiedenen Energieträgern, je nach Bereitstellung an den Wasserstoffstationen. Im Vergleich zum Tauschen von Batterien ist ein Modultausch vorteilhaft, da Niedrigdruckanschlüsse im Vergleich zu Steckern im Hochvoltbereich einfach handhabbar und sicher sind.The hydrogen tanks present in the charging vehicle are, for example, preferably located in interchangeable modules. The hydrogen tanks are preferably filled with gaseous hydrogen, liquid hydrogen, methanol or other energy sources. Gaseous hydrogen can be provided, for example, at pressures of 50 to 1000 bar, preferably 350 to 700 bar, depending on the design of the exchangeable module. The hydrogen tanks supply the fuel cell system with hydrogen at a predetermined pressure, preferably less than 20 bar, in particular less than 10 bar. This enables rapid module replacement with different energy sources, depending on availability at the hydrogen stations. Compared to replacing batteries, replacing modules is advantageous because low-pressure connections are easy to use and safe compared to high-voltage plugs.

An den Wasserstoffstationen und/oder auf zentralen, bevorzugt außerhalb von Innenstädten befindlichen Parkplätzen können Fahrzeuge und Ladefahrzeuge des Transportsystems abrufbereit geparkt sein. Auch Werkstätten zur Instandhaltung und Pflege können dort ansässig sein. Vorteilhaft wird hierdurch weniger Parkraum in Innenstädten von Fahrzeugen eingenommen, so dass mehr grüne Zonen ausgewiesen werden können. Dies führt zu autofreieren Innenstädten und zu weniger Unfällen. Der Fahrzeugbestand eines Landes kann sich drastisch reduzieren. Das führt insbesondere auch zu einer Einsparung von Ressourcen durch den deutlich verringerten Bau von Fahrzeugen sowie zu menschenfreundlicheren Innenstädten.Vehicles and charging vehicles of the transport system can be parked ready for retrieval at the hydrogen stations and/or in central parking spaces, preferably outside city centers. Workshops for maintenance and care can also be located there. The advantage of this is that less parking space is taken up by vehicles in city centers, so that more green zones can be designated. This leads to car-free inner cities and fewer accidents. A country's vehicle population can be drastically reduced. This leads in particular to a saving of resources through the significantly reduced construction of vehicles and to more people-friendly inner cities.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Digitalinfrastruktur zur Verwendung in einem der beschriebenen Transportsysteme. Die Digitalinfrastruktur umfasst eine Zentralsteuereinheit, in Fahrzeugen und Ladefahrzeugen einsetzbare Fahrzeugsteuereinheiten und Kommunikationseinheiten, sowie eine Nutzerschnittstelle.Another aspect of the invention relates to a digital infrastructure for use in one of the transport systems described. The digital infrastructure includes a central control unit, vehicle control units and communication units that can be used in vehicles and charging vehicles, as well as a user interface.

Die Zentralsteuereinheit kann einen Zentralrechner, aber auch Rechnercluster oder verteilte Rechner umfassen, wobei der Person des Fachs die Details einer Vielzahl möglicher Ausgestaltungen bekannt sind, sodass hier nicht darauf eingegangen werden muss. Der Begriff „Zentralsteuereinheit“ soll jedenfalls keine räumliche Nähe der Rechenprozessoren suggerieren, die die Berechnungen oder Verfahren durchführen.The central control unit can include a central computer, but also computer clusters or distributed computers, whereby the person in the field is aware of the details of a large number of possible configurations, so that they do not need to be discussed here. In any case, the term “central control unit” is not intended to suggest any spatial proximity of the computing processors that carry out the calculations or procedures.

Die Zentralsteuereinheit kann mit den Kommunikationseinheiten Verbindungen eingehen und die Kommunikationseinheiten können mit den Fahrzeugsteuereinheiten Verbindungen eingehen.The central control unit can establish connections with the communication units and the communication units can establish connections with the vehicle control units.

Die Zentralsteuereinheit ist dabei bevorzugt über ein 5G-Netzwerk oder zukünftige Netzwerke wie etwa Weiterentwicklungen davon mit den Kommunikationseinheiten der Fahrzeuge und Ladefahrzeuge verbunden. Dabei erfasst die Zentralsteuereinheit ggf. Fahrzeugdaten von Fahrzeugsensoren der Fahrzeuge und Ladefahrzeuge, zumindest aber die o.g. Informationen über den Zustand der Fahrzeugbatterien der Fahrzeuge, insbesondere über deren Ladebedarfe, welche die Fahrzeugsteuereinheiten bereitstellen.The central control unit is preferably connected to the communication units of the vehicles and charging vehicles via a 5G network or future networks such as further developments thereof. The central control unit may collect vehicle data from vehicle sensors of the vehicles and charging vehicles, but at least the above-mentioned information about the condition of the vehicle batteries of the vehicles, in particular about their charging requirements, which the vehicle control units provide.

Die Nutzerschnittstelle ermöglicht es Nutzern, Fahrtanfragen von einem Startort zu einem Zielort an das Transportsystem zu stellen.The user interface allows users to submit trip requests from a starting location to a destination to the transportation system.

Die Zentralsteuereinheit ist eingerichtet, um anhand der Fahrtanfragen und auf Basis der Ladebedarfe Kopplungspläne und Ladepläne zu ermitteln und diese an die Fahrzeuge zu übermitteln.The central control unit is set up to determine coupling plans and charging plans based on the trip requests and the charging requirements and to transmit these to the vehicles.

Die Zentralsteuereinheit ist außerdem bevorzugt dazu eingerichtet, um Routenpläne anhand der Fahrtanfragen zu erstellen und an die Kommunikationseinheiten der Fahrzeuge und der Ladefahrzeuge zu übermitteln. Die Routenpläne sind konsolidiert mit den Kopplungsplänen und bezeichnen im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine gesamte Streckenplanung eines Fahrzeugs vom Startort zum Zielort, ggf. und typischerweise mit den entsprechenden Fahrtabschnitten in Fahrzeugsträngen. Durch die Kommunikationssoftware zwischen dem Fahrzeug und der Zentralsteuereinheit können die Fahrzeuge also zentral koordiniert werden, um Transportreihenfolgen, Fahrrouten, Energiemanagement und dergleichen zu organisieren. Dabei stellt die Zentralsteuereinheit den Fahrzeugsteuereinheiten Routenpläne bereit, um diese von einem Startort des Fahrzeugs oder Ladefahrzeugs zu einem Fahrzeugstrang, von einem Fahrzeugstrang zu einem weiteren Fahrzeugstrang oder von einem Fahrzeugstrang zu einem Zielort zu führen. Die Zentralsteuereinheit ist dabei vorzugsweise an Verkehrsflussmesssysteme angeschlossen, um die Routenpläne zu optimieren.The central control unit is also preferably set up to create route plans based on the trip requests and to transmit them to the communication units of the vehicles and the loading vehicles. The route plans are consolidated with the coupling plans and, within the scope of the present disclosure, refer to an entire route planning of a vehicle from the starting point to the destination, possibly and typically with the corresponding journey sections in vehicle trains. Through the communication software between the vehicle and the central control unit, the vehicles can be coordinated centrally in order to organize transport sequences, driving routes, energy management and the like. The central control unit provides the vehicle control units with route plans in order to guide them from a starting point of the vehicle or charging vehicle to a vehicle train, from a vehicle train to another vehicle train or from a vehicle train to a destination. The central control unit is preferably connected to traffic flow measurement systems in order to optimize the route plans.

Im Rahmen der Erfindung sind die Fahrzeugsteuereinheiten dazu eingerichtet, Kopplungssystemen der Fahrzeuge oder Ladefahrzeuge Steuerungsbefehle zu geben, um sich während der Fahrt oder in einem Haltezustand an einen Fahrzeugstrang zu koppeln und sich von dem Fahrzeugstrang zu entkoppeln. Die Digitalinfrastruktur umfasst also insbesondere auch Onboard-Software, die sowohl eingebettet als auch nicht eingebettet sein kann. Darüber hinaus kann die Digitalinfrastruktur künstliche Intelligenz-Module umfassen, insbesondere zum Durchführen von autonomem Fahren sowie zur Fahrzeugsteuerung, Fahrerassistenz und zum Energiemanagement.Within the scope of the invention, the vehicle control units are set up to give control commands to coupling systems of the vehicles or loading vehicles in order to couple to a vehicle train and to decouple themselves from the vehicle train while driving or in a stopped state. The digital infrastructure also includes in particular onboard software, which can be both embedded and non-embedded. In addition, the digital infrastructure can include artificial intelligence modules, in particular for carrying out autonomous driving as well as for vehicle control, driver assistance and energy management.

Die Nutzeranfragen können sowohl Personentransportanfragen als auch Cargo-Transportanfragen sein. Die Nutzerschnittstelle kann beispielsweise als App oder Onlineplattform implementiert oder in bestehende Logistikschnittstellen eingebunden sein. Personen oder Logistikfirmen können über die Nutzerschnittstelle Transportkapazitäten bestellen. Beispielsweise können über die Nutzerschnittstelle Informationen über eine zu transportierende Personenzahl, einen Startort und einen Zielort sowie über eine bevorzugte Abfahrtszeit eingegeben werden. Das Transportsystem stellt daraufhin ein Personentransportfahrzeug der korrekten Größe für den Transport bereit, indem sich ein passendes Fahrzeug von einem Parkplatz losfährt oder aus einem Fahrzeugstrang löst. Vorteilhaft brauchen die Nutzer sich nicht über Verkehr und Energiezustand des Fahrzeugs, das heißt um ein Aufladen oder Auftanken oder Parken sowie Unterhalt des Fahrzeugs, kümmern. Die Fahrt kann beispielsweise über die Kilometerzahl abgerechnet werden.The user requests can be both passenger transport requests and cargo transport requests. The user interface can, for example, be implemented as an app or online platform or integrated into existing logistics interfaces. People or logistics companies can order transport capacities via the user interface. For example, information about the number of people to be transported, a starting location and a destination as well as a preferred departure time can be entered via the user interface. The transport system then provides a passenger transport vehicle of the correct size for transport by driving off a suitable vehicle from a parking space or releasing it from a vehicle line. Advantageously, users do not need to worry about traffic and the vehicle's energy status, i.e. about charging or refueling or parking or maintaining the vehicle. For example, the trip can be billed based on the number of kilometers.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines der beschriebenen wasserstoffbetriebenen Transportsysteme.A further aspect of the invention relates to a method for operating one of the hydrogen-powered transport systems described.

Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Fahrzeuge und Ladefahrzeuge sich während der Fahrt oder in einem Haltezustand an einen Fahrzeugstrang koppeln und sich von dem Fahrzeugstrang entkoppeln, wobei der Fahrzeugstrang zumindest ein brennstoffzellenbetriebenes Ladefahrzeug und gegebenenfalls weitere Fahrzeuge umfasst. Die Energie für die Fahrt wird idealerweise ausschließlich von den Ladefahrzeugen bereitgestellt.In particular, it is provided that the vehicles and charging vehicles couple to a vehicle train while driving or in a stopped state and decouple from the vehicle train, the vehicle train comprising at least one fuel cell-operated charging vehicle and possibly other vehicles. Ideally, the energy for the journey is provided exclusively by the charging vehicles.

Die Merkmale, welche mit Blick auf das Transportsystem beschrieben wurden, sind auch auf in Bezug auf die Digitalinfrastruktur und das Verfahren zum Betrieb des Transportsystems als offenbart zu verstehen.The features that were described with regard to the transport system are also to be understood as disclosed in relation to the digital infrastructure and the method for operating the transport system.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug zu den Figuren näher erläutert. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung lediglich schematisch dar und sind nicht als einschränkend aufzufassen. Eine Vielzahl von Abwandlungen sind im Rahmen gewöhnlichen Fachwissens möglich.The invention is explained in more detail below with reference to the figures. The figures represent the subject matter of the invention only schematically and are not to be construed as restrictive. A variety of modifications are possible within ordinary skill.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Verkehrsinfrastruktur nach einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugstrangs;
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Ladefahrzeugs beim Modulwechsel;
4 eine schematische Darstellung eines Transportsystems nach einer Ausführungsform der Erfindung;
5 eine schematische Darstellung eines Teils des in 2 dargestellten Fahrzeugstrangs;
6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Ladefahrzeugs; und
7 eine schematische Darstellung einer Infrastruktur eines Wasserstoffstationsnetzes.

Show it:

1 a schematic representation of a traffic infrastructure according to an embodiment of the invention;
2 a schematic representation of an embodiment of a vehicle train;
3 a schematic representation of an embodiment of a charging vehicle when changing modules;
4 a schematic representation of a transport system according to an embodiment of the invention;
5 a schematic representation of part of the in 2 vehicle train shown;
6 a schematic representation of an embodiment of a loading vehicle; and
7 a schematic representation of an infrastructure of a hydrogen station network.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGURENDETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES

In 1 ist eine wasserstoffbasierte Verkehrsinfrastruktur 1 nach einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die wasserstoffbasierte Verkehrsinfrastruktur 1 umfasst ein Transportsystem 10 mit einer Vielzahl von Fahrzeugen 20 und brennstoffzellenbetriebenen Ladefahrzeugen 30, sowie Wasserstoffstationen 88. Das Transportsystem 10 wird insbesondere mit Bezug zu 2, 4 und 5 näher erläutert.In 1 is a hydrogen-based transport infrastructure 1 shown according to an embodiment of the invention. The hydrogen-based transport infrastructure 1 includes a transport system 10 with a large number of vehicles 20 and fuel cell-operated charging vehicles 30, as well as hydrogen stations 88. The transport system 10 is described in particular with reference to 2 , 4 and 5 explained in more detail.

Die Verkehrsinfrastruktur 1 ist wasserstoffbasiert, wobei der Wasserstoff bevorzugt aus erneuerbaren Energiequellen 2 stammt. Der Strom aus den erneuerbaren Energiequellen 2 wird zu einem Teil in ein Stromnetz 3 eingespeist und zu einem anderen Teil in Elektrolysestationen 4 in Wasserstoff umgewandelt. Ein Vorteil der wasserstoffbasierten Verkehrsinfrastruktur 1 ist die örtliche und zeitliche Trennung von Erzeugung und Verbrauch der Energie. Der Wasserstoff kann fernab erzeugt werden, beispielsweise auf einem anderen Kontinent, und zu einem Wasserstoffzentralspeicher 86, z.B. Kavernenspeicher transportiert werden. Der Wasserstoff kann auch beispielsweise im Sommer mittels PV-Anlagen erzeugt werden und bis zum Verbrauch im Winter im Wasserstoffzentralspeicher 86 gespeichert sein.The transport infrastructure 1 is hydrogen-based, with the hydrogen preferably coming from renewable energy sources 2. The electricity from the renewable energy sources 2 is partly fed into a power grid 3 and partly converted into hydrogen in electrolysis stations 4. One advantage of the hydrogen-based transport infrastructure 1 is the spatial and temporal separation of energy production and consumption. The hydrogen can be generated remotely, for example on another continent, and transported to a central hydrogen storage 86, e.g. cavern storage. The hydrogen can also be generated, for example, in the summer using PV systems and stored in the central hydrogen storage 86 until it is used in the winter.

Vom Wasserstoffzentralspeicher 86 wird der Wasserstoff nach Bedarf zu Wasserstoffstationen 88 transportiert. Vergleiche hierzu auch weitere Ausführungen zu 7. Dort oder bereits zuvor am Wasserstoffzentralspeicher 86 wird der Wasserstoff in Wasserstofftanks gefüllt. Eine Anzahl von Wasserstofftanks werden in ein gemeinsames Gehäuse eingesetzt und an ein gemeinsames Anschlusssystem angeschlossen, was als Wechselmodul 35 bezeichnet wird. Die Wechselmodule 35 sind bevorzugt zu Standardmaßen (z.B. Containermaßen) von Schiffen kompatibel und somit selbstständig transportierbar, beispielsweise von einem Wasserstoffzentralspeicher 86 zu einer Wasserstoffstation 88 oder von einer Wasserstoffstation 88 zu einer anderen Wasserstoffstation 88.From the hydrogen central storage 86, the hydrogen is transported to hydrogen stations 88 as required. Please also see further explanations on this 7 . There or beforehand at the hydrogen central storage facility 86, the hydrogen is filled into hydrogen tanks. A number of hydrogen tanks are inserted into a common housing and connected to a common connection system, which is referred to as a swap module 35. The interchangeable modules 35 are preferably compatible with standard dimensions (e.g. container dimensions) of ships and can therefore be transported independently, for example from a central hydrogen storage 86 to a hydrogen station 88 or from one hydrogen station 88 to another hydrogen station 88.

Die Wechselmodule 35 können in den Wasserstoffstationen 88 gelagert und für den Einsatz in den Ladefahrzeugen 30 bereitgehalten werden.The interchangeable modules 35 can be stored in the hydrogen stations 88 and kept ready for use in the charging vehicles 30.

Die Energie für den Betrieb des Transportsystems 10 kann insbesondere aus dem Wasserstoff in den Wechselmodulen 35 stammen. Zumindest einige Ladefahrzeuge 30 des Transportsystems 10 weisen daher Wechselmodule 35 auf. Geht der Wasserstoff im Wechselmodul 35 eines Ladefahrzeugs 30 zur Neige, dann koppelt sich das Ladefahrzeug 30 von einem weiter unten im Detail beschriebenen Fahrzeugstrang 12 des Transportsystems 10 ab, fährt bevorzugt autonom zu einer Wasserstoffstation 88 und wechselt wie in 3 dargestellt das leere Wechselmodul 35 durch ein volles Wechselmodul 35 aus. Danach fährt das Ladefahrzeug 30 bevorzugt wiederum autonom zurück zu demselben oder typischerweise einem anderen Fahrzeugstrang 12 und koppelt sich daran an.The energy for operating the transport system 10 can come in particular from the hydrogen in the interchangeable modules 35. At least some loading vehicles 30 of the transport system 10 therefore have interchangeable modules 35. If the hydrogen in the exchange module 35 of a charging vehicle 30 runs low, then the charging vehicle 30 disconnects from a vehicle train 12 of the transport system 10, described in detail below, preferably drives autonomously to a hydrogen station 88 and changes as in 3 shown the empty interchangeable module 35 by a full interchangeable module 35. The charging vehicle 30 then preferably drives autonomously back to the same or typically a different vehicle train 12 and couples itself to it.

An den Wasserstoffstationen 88 können aber, nicht einschränkend für die Erfindung, auch Ladefahrzeuge 30, welche festinstallierte Wasserstofftanks 34 aufweisen, befüllt werden.However, without limiting the invention, charging vehicles 30, which have permanently installed hydrogen tanks 34, can also be filled at the hydrogen stations 88.

Mit Bezugszeichen 30.1 ist der Einsatz eines Ladefahrzeugs 30 als eine ortsveränderliche stationäre Stromversorgungseinheit verbildlicht.Reference number 30.1 illustrates the use of a charging vehicle 30 as a portable stationary power supply unit.

In 1 sind mit Bezugszeichen 12 vier Ausführungsformen von Fahrzeugsträngen 12 dargestellt, welche beispielhaft aber nicht einschränkend für die Erfindung ausgestaltet sind. Ein erster Fahrzeugstrang 12.1 umfasst für einen Langstrecken-Cargo-Transport zwei Ladefahrzeuge 30, sowie drei Cargo-Fahrzeuge 20. Ein zweiter Fahrzeugstrang 12.2 umfasst für einen Einsatz in einem Stadtzentrum 82 ein Ladefahrzeug 30, sowie mehrere Personen- und Cargo-Fahrzeuge 20 mit unterschiedlich gro-ßen Fahrzeugbatterien. Ein dritter Fahrzeugstrang 12.3 umfasst ebenso für den urbanen Raum ein Ladefahrzeug 30, Personen- und Cargo-Fahrzeuge 20 und ein eingebundenes OEM-Fahrzeug 28. Ein vierter Fahrzeugstrang 12.4 umfasst für einen Transport einer Vielzahl von gefüllten oder leeren Wechselmodulen 35, hier beispielsweise zwischen zwei Wasserstoffstationen 88, zwei Ladefahrzeuge 30 und ein großes Cargo-Fahrzeug 20.In 1 Four embodiments of vehicle trains 12 are shown with reference number 12, which are designed to be exemplary but not restrictive of the invention. A first vehicle train 12.1 includes two loading vehicles 30 and three cargo vehicles 20 for long-distance cargo transport. A second vehicle train 12.2 includes a loading vehicle 30 for use in a city center 82, as well as several passenger and cargo vehicles 20 with different ones large vehicle batteries. A third vehicle train 12.3 also includes a loading vehicle 30, passenger and cargo vehicles 20 and an integrated OEM vehicle 28 for urban areas. A fourth vehicle train 12.4 includes a large number of filled or empty interchangeable modules 35 for transport, here for example between two Hydrogen stations 88, two charging vehicles 30 and a large cargo vehicle 20.

In 2 ist eine Ausführungsform eines Fahrzeugstrangs 12 schematisch dargestellt. Der Fahrzeugstrang 12 umfasst ein Ladefahrzeug 30, welches über ein Kopplungssystem 60 mit zwei Fahrzeugen 20, etwa Personen- oder Cargo-Fahrzeuge 20 gekoppelt ist. Das Ladefahrzeug 30 umfasst ein Wechselmodul 35, welches Wasserstofftanks als Energiequelle umfasst. Die Fahrzeuge 20 und Ladefahrzeuge 30 werden mit Bezug zu 4 - 6 näher beschrieben.In 2 an embodiment of a vehicle train 12 is shown schematically. The vehicle train 12 includes a charging vehicle 30, which is coupled to two vehicles 20, such as passenger or cargo vehicles 20, via a coupling system 60. The charging vehicle 30 includes an interchangeable module 35, which includes hydrogen tanks as an energy source. The vehicles 20 and loading vehicles 30 are referred to 4 - 6 described in more detail.

In 3 ist eine Ausführungsform des Ladefahrzeugs 30 beim Modulwechsel schematisch dargestellt. Der Modulwechsel erfolgt beispielsweise in einer der in 1 dargestellten Wasserstoffstationen 88 bevorzugt voll automatisch. Ein leeres Wechselmodul 35 wird, bevorzugt in einem automatisch ablaufenden Prozess, durch ein volles Wechselmodul 35 ausgetauscht.In 3 an embodiment of the charging vehicle 30 is shown schematically when changing the module. The module change takes place, for example, in one of the in 1 Hydrogen stations 88 shown preferably fully automatically. An empty interchangeable module 35 is replaced by a full interchangeable module 35, preferably in an automatic process.

In 4 ist ein Transportsystem 10 nach einer Ausführungsform der Erfindung beispielhaft dargestellt. Das Transportsystem 10 umfasst typischerweise eine Vielzahl von einzelnen oder zu Fahrzeugsträngen 12 gekoppelten Fahrzeugen 20 und Ladefahrzeugen 30. Dargestellt ist ein Fahrzeugstrang 12 mit hier rein beispielhaft sechs gekoppelten Fahrzeugen 20 und einem gekoppelten Ladefahrzeug 30.In 4 a transport system 10 according to an embodiment of the invention is shown as an example. The transport system 10 typically includes a large number of individual vehicles 20 and loading vehicles 30 or those coupled to form vehicle trains 12. A vehicle train 12 is shown with, purely by way of example, six coupled vehicles 20 and one coupled loading vehicle 30.

Die Fahrzeuge 20 und Ladefahrzeuge 30 sind dazu eingerichtet, um sich während der Fahrt oder in einem Haltezustand, d.h. im Halt, an den Fahrzeugstrang 12 zu koppeln und sich während der Fahrt oder in einem Haltezustand von dem Fahrzeugstrang 12 wieder zu entkoppeln. Jeder Fahrzeugstrang 12 weist zumindest ein brennstoffzellenbetriebenes Ladefahrzeug 30 auf. Im Folgenden soll stets verstanden sein, dass es sich bei dem Ladefahrzeug 30 um ein brennstoffzellenbetriebenes Ladefahrzeug 30 handelt, das also über ein Brennstoffzellensystem 32 verfügt.The vehicles 20 and loading vehicles 30 are designed to couple to the vehicle train 12 while driving or in a stopped state, i.e. when stopped, and to decouple from the vehicle train 12 again while driving or in a stopped state. Each vehicle train 12 has at least one fuel cell-operated charging vehicle 30. In the following it should always be understood that the charging vehicle 30 is a fuel cell-operated charging vehicle 30, which therefore has a fuel cell system 32.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind einige Fahrzeuge 20 als Personentransportfahrzeuge 22 gekennzeichnet und andere Fahrzeuge 20 als Cargo-Transportfahrzeuge 24. Als Personentransportfahrzeuge 22 können beispielsweise Zweisitzer, Sechssitzer oder Zwölfsitzer vorgesehen sein. Als Cargo-Transportfahrzeug 24 können kleine, mittlere oder größere Fahrzeuge 20 eingesetzt werden, welche beispielsweise dazu eingerichtet sind, um Pakete, Container oder Paletten zu transportieren.In the exemplary embodiment shown, some vehicles 20 are marked as passenger transport vehicles 22 and other vehicles 20 as cargo transport vehicles 24. Two-seater, six-seater or twelve-seater vehicles can be provided as passenger transport vehicles 22, for example. Small, medium-sized or larger vehicles 20 can be used as the cargo transport vehicle 24, which are set up, for example, to transport packages, containers or pallets.

Die Fahrzeuge 20 und das Ladefahrzeug 30 umfassen jeweils einen Elektroantrieb 26, welcher nicht in 4 dargestellt ist, sowie eine entsprechende Fahrzeugbatterie 46, welche als Traktionsbatterie für den Elektroantrieb 26 ausgebildet ist. Die Fahrzeugbatterien 46 der Personen- und Cargo-Transportfahrzeuge 20 können klein dimensioniert sein, das heißt zwischen 10 kWh und 50 kWh elektrische Leistung umfassen.The vehicles 20 and the charging vehicle 30 each include an electric drive 26, which is not included 4 is shown, as well as a corresponding vehicle battery 46, which is designed as a traction battery for the electric drive 26. The vehicle batteries 46 of the passenger and cargo transport vehicles 20 can be small, that is to say they can contain between 10 kWh and 50 kWh of electrical power.

Jedes Fahrzeug 20 umfasst eine Fahrzeugsteuereinheit 40, eine Kommunikationseinheit 42, welche mit der Fahrzeugsteuereinheit 40 verbunden ist, und ein mit der Fahrzeugsteuereinheit 40 verbundenes Kopplungssystem 60.Each vehicle 20 includes a vehicle control unit 40, a communication unit 42 which is connected to the vehicle control unit 40, and a coupling system 60 connected to the vehicle control unit 40.

Mithilfe der Fahrzeugsteuereinheit 40 und des Kopplungssystems 60 sind die Fahrzeuge 20 und das Ladefahrzeug 30 dazu eingerichtet, um sich während der Fahrt oder in einem Haltezustand an den Fahrzeugstrang 12 zu koppeln und zu entkoppeln. Das Kopplungssystem 60 wird bevorzugt, aber nicht einschränkend für die Erfindung, ohne Kraftübertragung realisiert und ermöglicht dabei insbesondere einen Austausch der elektrischen Energie und Ladung.With the help of the vehicle control unit 40 and the coupling system 60, the vehicles 20 and the loading vehicle 30 are set up to couple and decouple from the vehicle train 12 while driving or in a stopped state. The coupling system 60 is preferably, but not restrictively for the invention, implemented without power transmission and in particular enables an exchange of electrical energy and charge.

Die Fahrzeugsteuereinheiten 40 der Fahrzeuge 20 verfügen jeweils über einen ersten Betriebsmodus, in welchem das Fahrzeug 20 in dem Fahrzeugstrang 12 mitfährt und über einen zweiten Betriebsmodus, in welchem das Fahrzeug 20 selbstständig außerhalb des Fahrzeugstrangs 12 fährt. Im ersten Betriebsmodus wird die Antriebsenergie für die Fahrt des Fahrzeugs 20 im Fahrzeugstrang 12 von dem brennstoffzellenbetriebenen Ladefahrzeug 30 bereitgestellt. Im zweiten Betriebsmodus wird die Antriebsenergie für die selbstständige Fahrt des Fahrzeugs 20 außerhalb des Fahrzeugstrangs 12, das heißt entkoppelt von diesem, von der Fahrzeugbatterie 46 bereitgestellt.The vehicle control units 40 of the vehicles 20 each have a first operating mode in which the vehicle 20 travels in the vehicle train 12 and a second operating mode in which the vehicle 20 drives independently outside the vehicle train 12. In the first operating mode, the drive energy for driving the vehicle 20 in the vehicle train 12 is provided by the fuel cell-operated charging vehicle 30. In the second operating mode, the drive energy for the independent movement of the vehicle 20 is provided by the vehicle battery 46 outside the vehicle train 12, that is, decoupled from it.

Die Fahrzeuge 20 und das Ladefahrzeug 30 umfassen jeweils Fahrzeugsensoren 48, die mit der Fahrzeugsteuereinheit 40 verbunden sind. Über die Fahrzeugsteuereinheiten 40 werden Fahrzeugdaten der Fahrzeugsensoren 48 erfasst, beispielsweise Ladezustände der Fahrzeugbatterien 46, aber auch Umgebungsinformation, beispielsweise mittels Umfeldsensoren wie Kameras, Radar-, Lidar- oder Ultraschallsystemen. Daten zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs 20 oder Ladefahrzeugs 30 werden über GPS-Empfänger 44 erhalten. Über die Fahrzeugsensoren 48 und GPS-Empfänger 44 können insbesondere die bei einem Kopplungs- und Entkopplungsvorgang des Fahrzeugs 20 oder Ladefahrzeugs 30 an den Fahrzeugstrang 20 benötigten Informationen wie Ort, Geschwindigkeit usw. erfasst werden.The vehicles 20 and the loading vehicle 30 each include vehicle sensors 48 that are connected to the vehicle control unit 40. Vehicle data from the vehicle sensors 48 is recorded via the vehicle control units 40, for example charging states of the vehicle batteries 46, but also environmental information, for example using environmental sensors such as cameras, radar, lidar or ultrasound systems. Data for determining the position of the vehicle 20 or loading vehicle 30 is obtained via GPS receiver 44. In particular, the information required during a coupling and uncoupling process of the vehicle 20 or charging vehicle 30 to the vehicle train 20, such as location, speed, etc., can be recorded via the vehicle sensors 48 and GPS receiver 44.

Das Transportsystem 10 umfasst außerdem eine Digitalinfrastruktur 50, welcher die Kommunikationseinheiten 42 der Fahrzeuge 20 und des Ladefahrzeugs 30 zugeordnet sind, und welche außerdem eine Zentralsteuereinheit 54 umfasst. Die Zentralsteuereinheit 54 und die Kommunikationseinheiten 42 sind über ein Netzwerk 52 miteinander vernetzt. Das Netzwerk 52 ist beispielsweise ein 5G-Netzwerk, kann aber auch ein 4G-Netzwerk oder ein Netzwerk einer 5G nachfolgenden Generation sein.The transport system 10 also includes a digital infrastructure 50, to which the communication units 42 of the vehicles 20 and the loading vehicle 30 are assigned, and which also includes a central control unit 54. The central control unit 54 and the communication units 42 are networked with one another via a network 52. The network 52 is, for example, a 5G network, but can also be a 4G network or a network of a subsequent 5G generation.

Die Zentralsteuereinheit 54 übernimmt die Koordination des Transportsystems 10 in Form von Routenplänen, Kopplungsplänen und Ladeplänen, insbesondere in Kenntnis der Ladebedarfe und Orte der einzelnen Fahrzeuge 20 und Ladefahrzeuge 30. Die Zentralsteuereinheit 54 kann in bevorzugten Ausführungsformen über die Kommunikationseinheiten 42 direkt die Daten der Fahrzeugsensoren 48 und GPS-Empfänger 44 erfassen.The central control unit 54 takes over the coordination of the transport system 10 in the form of route plans, coupling plans and loading plans, in particular with knowledge of the charging needs and locations of the individual vehicles 20 and loading vehicles 30. In preferred embodiments, the central control unit 54 can directly receive the data from the vehicle sensors 48 via the communication units 42 and GPS receiver 44 capture.

Die Digitalinfrastruktur 50 umfasst außerdem eine Nutzerschnittstelle 56, welche beispielsweise als eine App oder eine Onlineplattform ausgestaltet sein kann oder als eine Einbindung in ein EAP-System einer Logistikfirma. Über die Nutzerschnittstelle 56 können Nutzer Fahrtanfragen von einem gewünschten Startort zu einem gewünschten Zielort an das Transportsystem 10 stellen.The digital infrastructure 50 also includes a user interface 56, which can be designed, for example, as an app or an online platform or as an integration into an EAP system of a logistics company. Via the user interface 56, users can send travel requests from a desired starting location to a desired destination to the transportation system 10.

Die Zentralsteuereinheit 54 erstellt auf Basis der Fahrtanfragen die entsprechenden Routenpläne, Kopplungspläne und Ladepläne und übermittelt diese an die Fahrzeugsteuereinheiten 40, so dass die Fahrzeuge 20 bevorzugt autonom fahren und sich dabei im Fahrzeugstrang 12 bedarfsweise aufladen.The central control unit 54 creates the corresponding route plans, coupling plans and charging plans based on the trip requests and transmits these to the vehicle control units 40, so that the vehicles 20 preferably drive autonomously and charge themselves in the vehicle train 12 as needed.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils des in 2 dargestellten Fahrzeugstrangs 12 mit einem Fokus auf die Architektur der Elektrotechnik. 5 shows a schematic representation of part of the in 2 illustrated vehicle train 12 with a focus on the architecture of electrical engineering.

Das Ladefahrzeug 30 umfasst das Brennstoffzellensystem 32 und einen oder mehrere Wasserstofftanks 34, welche fest oder in einem Wechselmodul 35 verbaut sein können. Das Brennstoffzellensystem 32 versorgt eine Fahrzeugbatterie 46 mit elektrischer Energie. Die Fahrzeugbatterie 46 des Ladefahrzeugs 30 kann als ein Pufferspeicher verwendet werden, als eine Traktionsbatterie für das Ladefahrzeug 30 und/oder als eine Energiequelle für ein Bordnetz.The charging vehicle 30 includes the fuel cell system 32 and one or more hydrogen tanks 34, which can be installed permanently or in a removable module 35. The fuel cell system 32 supplies a vehicle battery 46 with electrical energy. The vehicle battery 46 of the charging vehicle 30 can be used as a buffer storage, as a traction battery for the charging vehicle 30 and/or as an energy source for an on-board electrical system.

Das Brennstoffzellensystem 32 stellt über einen Gleichspannungswandler 70 und das Kopplungssystem 60 den weiteren Fahrzeugen 20 des Fahrzeugstrangs 12 die elektrische Energie für den Antrieb bereit, und zwar auf einem DC-Link 74.The fuel cell system 32 provides the electrical energy for the drive to the other vehicles 20 of the vehicle train 12 via a DC-DC converter 70 and the coupling system 60, namely on a DC link 74.

Die Fahrzeuge 20 umfassen erste elektrische Leitungen 62 zur Aufnahme und Durchleitung von elektrischer Energie des Ladefahrzeugs 30, zweite elektrische Leitungen 64 zum Betrieb eines Elektromotors 68 mit elektrischer Energie des Ladefahrzeugs 30 und dritte elektrische Leitungen 66 zur Ladung der jeweiligen Fahrzeugbatterie 46 mit elektrischer Energie des Ladefahrzeugs 30.The vehicles 20 include first electrical lines 62 for receiving and transmitting electrical energy from the charging vehicle 30, second electrical lines 64 for operating an electric motor 68 with electrical energy from the charging vehicle 30 and third electrical lines 66 for charging the respective vehicle battery 46 with electrical energy from the charging vehicle 30.

Über einen weiteren Gleichspannungswandler 70 wird die elektrische Energie des Ladefahrzeugs umgewandelt und dem Fahrzeugantrieb 68 und/oder der Fahrzeugbatterie 46 zugeführt. Über erste Leitung 62 kann die Energie via DC-Link 74 also direkt auf an das weitere Fahrzeug 20 des Fahrzeugstrangs 12 durchgeschaltet werden.The electrical energy of the charging vehicle is transferred via another DC-DC converter 70 Stuff converted and supplied to the vehicle drive 68 and / or the vehicle battery 46. The energy can be switched directly to the other vehicle 20 of the vehicle train 12 via the first line 62 via the DC link 74.

Mittels einer Leistungselektronik 72, welche in der Zeichnung vereinfacht als eine Diode angedeutet dargestellt ist, sind die zweiten und dritten Leitungen 64, 66 unidirektional ausgebildet. Das Fahrzeug 20 kann vom DC-Link 74 Energie empfangen, aber selbst keine Energie an den DC-Link 74 abgeben.By means of power electronics 72, which is shown in simplified form in the drawing as a diode, the second and third lines 64, 66 are designed to be unidirectional. The vehicle 20 can receive energy from the DC link 74, but cannot deliver energy to the DC link 74 itself.

6 zeigt ein Ladefahrzeug 30 zur Verwendung in dem beschriebenen Transportsystem 10. Das Ladefahrzeug 30 umfasst ein Brennstoffzellensystem 32 und ein Wechselmodul 35 mit hier rein beispielsweise dargestellt drei darin aufgenommenen Wasserstofftanks 34. Ein Ausführungsbeispiel ist ein Wasserstofftank 34 mit 60 kg Wasserstoff und 1 MWh Energie, sodass das Ladefahrzeug 30 über einen Zeitraum von 8 Stunden 120 kW Energie bereitstellen kann. Das Wechselmodul 35 ist mit einem Wechselsystem ausgestattet, sodass, wenn die Füllmenge des Wasserstoffs unter einen Schwellenwert sinkt, dem Ladefahrzeug 30 an einer Wasserstoffstation 88 das Wechselmodul 35 bevorzugt automatisiert ausgebaut und ein frisch mit Wasserstoff befülltes Wechselmodul 35 bevorzugt automatisiert eingebaut werden kann. 6 shows a charging vehicle 30 for use in the transport system 10 described. The charging vehicle 30 comprises a fuel cell system 32 and an exchangeable module 35 with, for example, three hydrogen tanks 34 accommodated therein. An exemplary embodiment is a hydrogen tank 34 with 60 kg of hydrogen and 1 MWh of energy, so that the charging vehicle 30 can provide 120 kW of energy over a period of 8 hours. The changing module 35 is equipped with a changing system, so that if the filling quantity of hydrogen falls below a threshold value, the changing module 35 can preferably be removed automatically from the charging vehicle 30 at a hydrogen station 88 and a changing module 35 freshly filled with hydrogen can preferably be installed automatically.

Das Ladefahrzeug 30 umfasst, hier nicht dargestellt, Fahrzeug- und GPS-Sensoren, welche insbesondere einen Tankzustand der Wasserstofftanks 34 erfassen, aber auch Fahrzeugumfelddaten und Positionsdaten. Über die Kommunikationseinheit 42 kann die Fahrzeugsteuereinheit 40 mit der Zentralsteuereinheit 54 kommunizieren und beispielsweise signalisieren, dass der Wasserstoff zur Neige geht und das Wechselmodul 35 an einer Wasserstoffstation ausgewechselt werden muss. Daraufhin kann die Zentralsteuereinheit 54 ein weiteres Ladefahrzeug 30 zu dem betreffenden Fahrzeugstrang 12 fahren lassen, und das aufzutankende Ladefahrzeug 30 koppelt sich ab.The charging vehicle 30 includes, not shown here, vehicle and GPS sensors, which in particular record a tank status of the hydrogen tanks 34, but also vehicle surroundings data and position data. The vehicle control unit 40 can communicate with the central control unit 54 via the communication unit 42 and, for example, signal that the hydrogen is running low and the exchange module 35 needs to be replaced at a hydrogen station. The central control unit 54 can then have another loading vehicle 30 drive to the relevant vehicle line 12, and the loading vehicle 30 to be refueled uncouples itself.

Das Ladefahrzeug 30 umfasst gängige Brennstoffzellentechnik, insbesondere mit einer Luftzufuhr 36, einem Abluftsystem 37, einem Wärmetauscher 38 und einem Kühlsystem 39. Des Weiteren ist das Ladefahrzeug 30 bevorzugt einseitig mit einer aerodynamisch optimierten Front ausgestattet, um Langstreckentransporte möglichst energiearm zu absolvieren.The charging vehicle 30 includes common fuel cell technology, in particular with an air supply 36, an exhaust system 37, a heat exchanger 38 and a cooling system 39. Furthermore, the charging vehicle 30 is preferably equipped on one side with an aerodynamically optimized front in order to complete long-distance transports with as little energy as possible.

Darüber hinaus umfasst das Ladefahrzeug 30 eine Fahrzeugbatterie 46, welche mit einem hier rein beispielhaft im Bereich der Räder angeordneten Elektroantrieb 26 gekoppelt ist und insbesondere als Traktionsbatterie für den Elektroantrieb 26 fungiert. Die Fahrzeugbatterie 46 bildet in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform außerdem die Stromquelle für das Kopplungssystem 60.In addition, the charging vehicle 30 includes a vehicle battery 46, which is coupled to an electric drive 26 arranged here purely by way of example in the area of the wheels and functions in particular as a traction battery for the electric drive 26. In the preferred embodiment shown, the vehicle battery 46 also forms the power source for the coupling system 60.

7 zeigt eine Wasserstoffinfrastruktur 80 für das Transportsystem 10. Die Wasserstoffinfrastruktur 80 umfasst eine Wasserstoffzentralspeicher 86 und hier rein beispielhaft drei Wasserstoffstationen 88, welche mittels Pipelines 90 mit der Wasserstoffzentralspeicher 86 verbunden sind. Die Wasserstoffstationen 88 können, wie dargestellt, insbesondere außerhalb von einem Stadtzentrum 82, das heißt in einer Peripherie 84 einer Stadt, vorgesehen sein. 7 shows a hydrogen infrastructure 80 for the transport system 10. The hydrogen infrastructure 80 includes a hydrogen central storage 86 and, purely by way of example, three hydrogen stations 88, which are connected to the hydrogen central storage 86 by means of pipelines 90. The hydrogen stations 88 can, as shown, be provided in particular outside of a city center 82, that is to say in a periphery 84 of a city.

BEZUGSZEICH ENREFERENCE MARK EN

1 Verkehrsinfrastruktur; 2 erneuerbare Energiequelle; 3 Stromnetz; 4 Elektrolysestation; 10 Transportsystem; 12 Fahrzeugstrang; 20 Fahrzeug; 22 Personentransportfahrzeug; 24 Cargo-Transportfahrzeug; 26 Elektroantrieb; 28 OEM-Fahrzeug; 30 Ladefahrzeug; 32 Brennstoffzellensystem; 34 Wasserstofftank; 35 Wechselmodul; 36 Luftzufuhr; 37 Abluftsystem; 38 Wärmetauscher; 39 Kühlsystem; 40 Fahrzeugsteuereinheit; 42 Kommunikationseinheit; 44 GPS-Empfänger; 46 Fahrzeugbatterie; 48 Fahrzeugsensoren; 50 Digitalinfrastruktur; 52 Netzwerk; 54 Zentralsteuereinheit; 56 Nutzerschnittstelle; 60 Kopplungssystem; 62 erste Leitungen; 64 zweite Leitungen; 66 dritte Leitungen; 68 Elektromotor; 70 Gleichspannungswandler; 72 Leistungselektronik; 74 DC-Link; 80 Wasserstoffinfrastruktur; 82 Stadtzentrum; 84 Peripherie; 86 Wasserstoffzentralspeicher; 88 Wasserstoffstation; 90 Pipeline1 transport infrastructure; 2 renewable energy source; 3 power grid; 4 electrolysis station; 10 transport system; 12 vehicle train; 20 vehicle; 22 passenger transport vehicle; 24 cargo transport vehicle; 26 electric drive; 28 OEM vehicle; 30 loading vehicle; 32 fuel cell system; 34 hydrogen tank; 35 interchangeable module; 36 air supply; 37 exhaust system; 38 heat exchangers; 39 cooling system; 40 vehicle control unit; 42 communication unit; 44 GPS receivers; 46 vehicle battery; 48 vehicle sensors; 50 digital infrastructure; 52 network; 54 central control unit; 56 user interface; 60 coupling system; 62 first lines; 64 second lines; 66 third lines; 68 electric motor; 70 DC-DC converters; 72 power electronics; 74 DC Link; 80 hydrogen infrastructure; 82 City Center; 84 periphery; 86 hydrogen central storage facilities; 88 hydrogen station; 90 Pipeline

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014213050 A1 [0002]
WO 2018077571 A2 [0003]
DE 102019200505 A1 [0004]

Claims

Hydrogen-based transport system (10) with • a plurality of vehicles (20), each of which has an electric drive (26) and a vehicle battery (46), by means of which the electric drive (26) can be operated, • vehicle trains (12), each of which has at least a vehicle (20) and at least one fuel cell-operated charging vehicle (30), and • a digital infrastructure (50) comprising a central control unit (54) and a user interface (56) to enable users to send trip requests from a starting location to a destination to provide the transport system (10), the vehicles (20) and loading vehicles (30) each having a communication unit (42), a vehicle control unit (40) connected to the communication unit (42) and a coupling system (60) connected to the vehicle control unit (40). ) and the central control unit (54) is connected to the communication units (42) of the vehicles (20) via a network (52), characterized in that the vehicle control units (40) of the vehicles (20) are set up to meet the charging requirements of the vehicle batteries ( 46) and transmit them to the central control unit (54) via the communication units (42), and the central control unit (54) is set up to create coupling plans and charging plans based on the charging needs and trip requests and to the vehicles via the communication units (42). (20), wherein the vehicles (20) and loading vehicles (30) are each set up using the vehicle control unit (40) and the coupling system (60) to connect to a vehicle train (20) in accordance with a coupling plan while driving or in a stopped state. 12) to couple and decouple from the vehicle train (12), and wherein the vehicles (20) each have a first operating mode, • in which the vehicle (20) travels in a vehicle train (12), • a drive energy from the fuel cell-operated charging vehicle (30) is provided and • the vehicle battery (46) of the vehicle (20) is charged as needed according to a charging plan, and a second operating mode, • in which the vehicle (20) drives independently outside the vehicle train (12) and • the Driving energy is provided by the vehicle battery (46).

Hydrogen-based transport system (10). Claim 1 , characterized in that the charging requirement includes an indication of an amount of electrical charge that is to be supplied to the vehicle (20).

Hydrogen-based transport system (10). Claim 2 , characterized in that the charging requirement includes an indication of a maximum charging power and a preferred charging power and the charging plan provides for charging at the preferred charging power if a travel time in the vehicle train (12) is sufficient to charge the vehicle battery (46) by the amount of electrical charge to load, which is to be fed to the vehicle (20).

Hydrogen-based transport system (10). Claim 2 , characterized in that the charging requirement includes an indication of a maximum charging power and the charging plan provides for charging with a lower than the maximum charging power if a travel time in the vehicle train (12) is sufficient to charge the vehicle battery (46) by the amount of electrical charge, which is to be supplied to the vehicle (20), is to be charged at the lower charging power.

Hydrogen-based transport system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the vehicles (20) • connections and first electrical lines (62) for receiving and transmitting electrical energy of the charging vehicle (30), • second electrical lines (64) for Operation of the electric drive (26) with electrical energy from the charging vehicle (30), • have third electrical lines (66) for charging the respective vehicle battery (46) with electrical energy from the charging vehicle (30).

Hydrogen-based transport system (10). Claim 5 , characterized in that the third electrical lines (66) for charging the respective vehicle battery (46) are designed to be unidirectional, so that energy from a vehicle battery (46) of a first vehicle (20) is provided to other vehicles (20) or to the charging vehicle (30) is excluded.

Hydrogen-based transport system (10) according to one of the preceding claims, wherein the vehicles (20) comprise power electronics, which provides that the respective vehicle battery (46) of the vehicle (20) is charged by the charging vehicle (30) while traveling in the vehicle train (12). , but cannot be discharged.

Hydrogen-based transport system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the central control unit (54) is set up to create route plans based on the trip requests and send them to the commu nication units (42) of the vehicles (20) and the loading vehicles (30).

Hydrogen-based transport system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the digital infrastructure (50) comprises a 5G network and/or a Car2x communication network and/or a car-to-car communication network and the coupling of the vehicle (20 ) or loading vehicle (30) to the vehicle train (12) and the decoupling of the vehicle (20) or loading vehicle (30) from the vehicle train (12) at least partially via a direct data exchange of the vehicle (20) or loading vehicle (30) with the others Vehicles (20) or loading vehicles (30) of the vehicle train (12) and takes place autonomously.

Hydrogen-based transport infrastructure (1) comprising a transport system (10) according to one of the preceding claims and a plurality of hydrogen stations (88) networked via pipelines (90), which are located in particular outside city centers (82).

Hydrogen-based transport infrastructure (1). Claim 10 , characterized in that the hydrogen stations (88) are set up to provide hydrogen tanks (34) in interchangeable modules (35) for the charging vehicles (30) or to refuel the charging vehicles (30).

Digital infrastructure (50) for use in a hydrogen-based transport system (10), comprising • a central control unit (54), • Vehicle control units (40) and communication units (42) that can be used in vehicles (20) and loading vehicles (30), as well as • a user interface (56), wherein the central control unit (54) can enter into communicative connections with the communication units (42) and the communication units (42) with the vehicle control units (40), and wherein the user interface (56) is set up to enable users To make travel requests from a starting location to a destination to the transport system (10), so that the central control unit (54) is set up to • to record the charging needs of the vehicles (20) and trip requests via the user interface (56), • Create coupling plans and charging plans based on the recorded charging needs and trip requests • to provide the vehicle control units (40) with the coupling plans and charging plans, the vehicle control units (40) also being set up to give control commands to coupling systems (60) of the vehicles (20) or charging vehicles (30) in order to comply with a coupling plan while driving and / or to couple to a vehicle train (12) in a stopped state and to decouple from the vehicle train (12).

Method for operating a hydrogen-based transport system (10) according to one of the preceding Claims 1 until 11 with the steps: • Recording charging needs of the vehicles (20) and trip requests from users by the central control unit (54); • Creation of coupling plans and charging plans based on the recorded charging needs and travel requests by the central control unit (54) and • Coupling and decoupling the vehicles (20) and charging vehicles (30) to a vehicle train (12) or from a vehicle train (12) while driving or in a stop state, corresponding to a coupling plan, • wherein the vehicles (20) o travel in the vehicle train (12) in a first operating mode, with drive energy being provided by the fuel cell-operated charging vehicle (30) and the vehicle battery (46) of the vehicle ( 20) is charged as needed according to a charging plan, and o drive independently outside the vehicle train (12) in a second operating mode, the driving energy of the vehicles (20) being provided by the vehicle batteries (46).