DE102022115939B3 - Ladesystem und Verfahren zur luftgestützten Aufladung elektrischer Fluggeräte - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladesystem für elektrische Fluggeräte, wobei das Ladesystem mehrere in einem Luftraum verteilte Ladedrohnen aufweist, wobei eine jeweilige Ladedrohne dazu ausgelegt ist, mit einer ersten Treibstoffart betrieben zu werden, wobei die jeweilige Ladedrohne einen Vorrat an einer zweiten Treibstoffart mit sich führt, wobei die jeweilige Ladedrohne einen Energiewandler aufweist, welcher dazu ausgestaltet ist, aus dem Vorrat der zweiten Treibstoffart einen auf ein in dem Luftraum befindliches elektrisches Fluggerät zu übertragenden elektrischen Strom bereitzustellen, wobei das Ladesystem dazu konfiguriert ist, unter den sich in dem Luftraum befindlichen Ladedrohnen diejenige Ladedrohne zu identifizieren, welche für das elektrische Fluggerät optimale Kriterien aufweist, und diese Ladedrohne zu veranlassen, sich zu dem elektrischen Fluggerät zu begeben, einen Ladevorgang durchzuführen und wieder auf seine Warteposition zurückzufliegen. Ferner wird ein entsprechendes Verfahren beansprucht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein luftgestütztes Ladesystem für elektrische Fluggeräte. Ferner wird ein Verfahren beansprucht, welches das luftgestütztes Ladesystem steuert.
  • Luftgestützte Betankungen ermöglichen eine Verlängerung einer Reichweite von Fluggeräten, ohne dass diese zeitraubend für die Betankung landen und wieder starten müssen. Während Betankungen mit fossilen Kraftstoffen vor allem im militärischen Bereich etabliert sind, kommt mit der stark zunehmenden Zahl elektrischer Fluggeräte, bspw. als Transportdrohnen zum Ausliefern von Paketen, einer luftgestützten Übertragung elektrischer Energie immer größere Bedeutung zu. Dies ist umso mehr bei Ausweitung der Einsatzmöglichkeit hin zum Personentransport der Fall, bei dem sicherheitsrelevante Überlegungen, bspw. bzgl. einer Tankreserve, einen höheren Stellenwert besitzen. Aufladungsmöglichkeiten in der Luft sind daher sowohl zeitsparend wie sie auch die Transportsicherheit erhöhen.
  • Die Druckschrift WO 2017/215200 A1 offenbart ein drahtlos aufladbares, unbemanntes Luftfahrzeug. Zur Aufnahme von Energie, welche durch ein am Boden stationiertes Abstrahlungsgerät bereitgestellt wird, verfügt das Luftfahrzeug am Rumpf über eine Aufnahmevorrichtung.
  • In der Druckschrift US 2017/0297445 A1 wird ein unbemanntes Luftfahrzeug beschrieben, welches zur Erhöhung der Reichweite über eine Andockvorrichtung mit einem weiteren unbemannten Luftfahrzeug verbindbar ist. Hierzu werden auch ein Andockverfahren und ein Abdockverfahren erörtert.
  • Die koreanische Druckschrift KR 10 1 858 244 B1 offenbart eine Ladevorrichtung zum drahtlosen Aufladen eines unbemannten Luftfahrzeugs. Die Ladevorrichtung ist mit dem Luftfahrzeug in der Luft koppelbar.
  • Die Druckschrift US 2019/0047701 A1 erörtert ein Ladesystem zum Aufladen unbemannter Luftfahrzeuge in der Luft. Das Ladesystem überwacht einen jeweiligen Ladezustand der Luftfahrzeuge und sorgt für eine luftgestützte Aufladung eines jeweiligen Luftfahrzeuges, damit dieses seinen Flug fortsetzten kann.
  • Die Druckschrift KR 10 1 858 244 B1 offenbart ein Ladesystem mit einer Station, die Drohnen kabellos laden kann. Die zentrale Regelung des Systems ist zudem kabellos mit der Station verbunden.
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein luftgestütztes Ladesystem für elektrische Fluggeräte zur Verfügung zu stellen, welches ein elektrisches Fluggerät während seines Fluges auflädt. Ferner soll ein Verfahren bereitgestellt werden, welches das Ladesystem steuert.
  • Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Ladesystem für elektrische Fluggeräte vorgeschlagen, wobei das Ladesystem mehrere in einem Luftraum verteilte Ladedrohnen aufweist. Eine jeweilige Ladedrohne ist dazu ausgelegt, mit einer ersten Treibstoffart betrieben zu werden und einen Vorrat an einer zweiten Treibstoffart mit sich zu führen. Die jeweilige Ladedrohne weist einen Energiewandler auf, welcher dazu ausgestaltet ist, aus dem Vorrat der zweiten Treibstoffart einen auf ein in dem Luftraum befindliches elektrisches Fluggerät zu übertragenden elektrischen Strom bereitzustellen. Das Ladesystem ist dazu konfiguriert, unter den sich in dem Luftraum befindlichen Ladedrohnen diejenige Ladedrohne zu identifizieren, welche für das elektrische Fluggerät optimale Kriterien aufweist, und diese Ladedrohne zu veranlassen, sich zu dem elektrischen Fluggerät zu begeben, einen Ladevorgang durchzuführen und wieder auf ihre Warteposition zurückzufliegen.
  • Bei dem elektrischen Fluggerät handelt es sich insbesondere um ein Transportmittel im Personentransport. Für den Personentransport eingesetzte elektrische Fluggeräte werden abgekürzt auch mit „e-VTOL“ bezeichnet, was im Englischen für „electric vertical take-off and landing aircraft“ steht, da sie dazu ausgestaltet sind, senkrecht zu starten und zu landen und daher gerade im dichten städtischen Umfeld unabhängig von einer Verkehrslage am Boden sind. Durch das erfindungsgemäße Ladesystem wird vorteilhaft eine Reichweite des elektrischen Fluggerätes erhöht bzw. eine Sicherheitsreserve für eine Flugdauer erhöht.
  • Die Ladedrohnen des erfindungsgemäßen Ladesystems werden autonom gesteuert, d. h. ein auf einer zentralen Recheneinheit ablaufendes Computerprogramm steuert alle Ladedrohnen, welche in einem Funkkontakt mit dieser zentralen Recheneinheit stehen. Es ist aber auch denkbar, dass jede Ladedrohne über eine eigene Recheneinheit verfügt und das darauf ablaufende Computerprogram alle Ladedrohnen des erfindungsgemäßen Ladesystems veranlasst, untereinander ihre jeweilige Position und Treibstoff-/Ladekapazität über einen jeweiligen Funkkontakt zu kommunizieren, und damit als Schwarm agierend das erfindungsgemäße Ladesystem darzustellen.
  • In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ladesystems ist eine jeweilige Treibstoffart aus folgender Liste gewählt: Flugbenzin, Wasserstoff, elektrochemische Energie, bspw. in einem Akkumulator gespeichert, elektrostatische Energie, bspw. in einem Kondensator gespeichert. Es ist denkbar, dass eine jeweilige Ladedrohne ein Solarpanel aufweist, durch welches elektrische Energie erzeugt und in elektrischen Energiespeichern gespeichert wird.
  • Die erste Treibstoffart ist entsprechend einer für die jeweilige Ladedrohne gewählter Antriebsart gewählt, wie bspw. Jet-Antrieb mit konventionellem Kraftstoff oder Propeller an elektrischer Maschine, wobei die elektrische Energie aus Wasserstoff-Brennstoffzellen oder aus Entladung von Akkumulatoren stammt. Auch die zweite Treibstoffart variiert je nach Art und Weise, wie der jeweilige mitgeführte Energiewandler den elektrischen Strom für die Aufladung des elektrischen Fluggerätes erzeugt. Es ist denkbar, dass die erste Treibstoffart und die zweite Treibstoffart gleich sind, und auch in einem gleichen Speicher bevorratet werden, so dass ein jeweiliger Regler darüber wacht, dass die jeweilige Ladedrohne bei einer Aufladung des elektrischen Fluggerätes ihren Speicher nicht mehr entleert, als für eine sichere Rückkehr zu einer Basisstation oder zum Erreichen einer weiteren Ladedrohne für eine eigene Aufladung notwendig ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ladesystems sind die Kriterien zur Auswahl der Ladedrohne aus folgender Liste gewählt: Entfernung zum elektrischen Fluggerät, Ladestatus des elektrischen Fluggerätes, benötigte Ladeenergie des elektrischen Fluggerätes, Reichweite der Ladedrohne auf Grund der ersten Treibstoffart, Ladekapazität auf Grund der zweiten Treibstoffart.
  • In einer noch weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ladesystems weist das Ladesystem eine künstliche Intelligenz (abgekürzt als „KI“) auf. Die künstliche Intelligenz ist dazu konfiguriert, die Kriterien zur Identifikation der Ladedrohne. welche für das elektrische Fluggerät die optimalen Kriterien aufweist, zu bewerten. Mit Hilfe eines solchen KI-basierten Logistiksystems wird diejenige Ladedrohne, welche zu einem Zeitpunkt einer Nachladeanfrage durch ein elektrisches Fluggerät am besten geeignet ist, das elektrische Fluggerät aufzuladen, identifiziert und mit der Aufgabe eines Auftankens/Aufladens in der Luft betraut.
  • In einer fortgesetzt noch weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ladesystems ist die künstliche Intelligenz dazu konfiguriert ist, eine optimale Verteilung der Wartepositionen zu bestimmen. Eine solche optimale Verteilung kann bspw. eine Gleichverteilung über den Luftraum darstellen, aber auch eine Konzentration von Ladedrohnen entlang bevorzugter Flugrouten der elektrischen Fluggeräte und/oder Positionen bzw. Gebiete sich häufender Nachladeanfragen der elektrischen Fluggeräte.
  • Ferner wird ein Verfahren für eine luftgestützte Aufladung elektrischer Fluggeräte beansprucht, wobei in einem Luftraum mehrere Ladedrohnen verteilt werden. Eine jeweilige Ladedrohne wird mit einer ersten Treibstoffart betrieben und mit einem Vorrat an einer zweiten Treibstoffart ausgestattet wird. In der jeweiligen Ladedrohne wird ein Energiewandler angeordnet, wobei durch den Energiewandler aus dem Vorrat der zweiten Treibstoffart ein auf ein in dem Luftraum befindliches elektrisches Fluggerät zu übertragender elektrischen Strom bereitgestellt wird. Unter den sich in dem Luftraum befindlichen Ladedrohnen wird diejenige Ladedrohne identifiziert, welche für das elektrische Fluggerät optimale Kriterien aufweist. Diese Ladedrohne wird veranlasst, sich zu dem elektrischen Fluggerät zu begeben, einen Ladevorgang durchzuführen und wieder auf ihre Warteposition zurückzufliegen.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine jeweilige Treibstoffart aus folgender Liste gewählt: Flugbenzin, Wasserstoff, elektrochemische Energie, elektrostatische Energie.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Kriterien zur Auswahl der Ladedrohne unter folgender Liste gewählt: Entfernung zum elektrischen Fluggerät, Ladestatus des elektrischen Fluggerätes, benötigte Ladeenergie des elektrischen Fluggerätes, Reichweite der Ladedrohne auf Grund der ersten Treibstoffart, Ladekapazität auf Grund der zweiten Treibstoffart.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Kriterien zur Identifikation der Ladedrohne, die die optimalen Kriterien für das elektrische Fluggerät aufweist, mittels einer künstlichen Intelligenz bewertet.
  • In einer fortgesetzt noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine optimale Verteilung der Wartepositionen durch die künstliche Intelligenz bestimmt.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

  1. Ladesystem für elektrische Fluggeräte, wobei das Ladesystem mehrere in einem Luftraum verteilte Ladedrohnen aufweist, wobei eine jeweilige Ladedrohne dazu ausgelegt ist, mit einer ersten Treibstoffart betrieben zu werden und einen Vorrat an einer zweiten Treibstoffart mit sich zu führen, wobei die jeweilige Ladedrohne einen Energiewandler aufweist, welcher dazu ausgestaltet ist, aus dem Vorrat der zweiten Treibstoffart einen auf ein in dem Luftraum befindliches elektrisches Fluggerät zu übertragenden elektrischen Strom bereitzustellen, wobei das Ladesystem dazu konfiguriert ist, unter den sich in dem Luftraum befindlichen Ladedrohnen diejenige Ladedrohne zu identifizieren, welche für das elektrische Fluggerät optimale Kriterien aufweist, und diese Ladedrohne zu veranlassen, sich zu dem elektrischen Fluggerät zu begeben, einen Ladevorgang durchzuführen und wieder auf ihre Warteposition zurückzufliegen.
  2. Ladesystem nach Anspruch 1, bei dem eine jeweilige Treibstoffart aus folgender Liste gewählt ist: Flugbenzin, Wasserstoff, elektrochemische Energie, elektrostatische Energie.
  3. Ladesystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Kriterien zur Auswahl der Ladedrohne aus folgender Liste gewählt sind: Entfernung zum elektrischen Fluggerät, Ladestatus des elektrischen Fluggerätes, benötigte Ladeenergie des elektrischen Fluggerätes, Reichweite der Ladedrohne auf Grund der ersten Treibstoffart, Ladekapazität auf Grund der zweiten Treibstoffart.
  4. Ladesystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Ladesystem eine künstliche Intelligenz aufweist, wobei die künstliche Intelligenz dazu konfiguriert ist, die Kriterien zur Identifikation der Ladedrohne. welche für das elektrische Fluggerät die optimalen Kriterien aufweist, zu bewerten.
  5. Ladesystem nach Anspruch 4, wobei die künstliche Intelligenz dazu konfiguriert ist, eine optimale Verteilung der Wartepositionen zu bestimmen.
  6. Verfahren für eine luftgestützte Aufladung elektrischer Fluggeräte, wobei in einem Luftraum mehrere Ladedrohnen verteilt werden, wobei eine jeweilige Ladedrohne mit einer ersten Treibstoffart betrieben wird, wobei die jeweilige Ladedrohne mit einem Vorrat an einer zweiten Treibstoffart ausgestattet wird, wobei in der jeweiligen Ladedrohne ein Energiewandler angeordnet wird, wobei durch den Energiewandler aus dem Vorrat der zweiten Treibstoffart ein auf ein in dem Luftraum befindliches elektrisches Fluggerät zu übertragender elektrischen Strom bereitgestellt wird, wobei unter den sich in dem Luftraum befindlichen Ladedrohnen diejenige Ladedrohne identifiziert wird, welche für das elektrische Fluggerät optimale Kriterien aufweist, und wobei diese Ladedrohne veranlasst wird, sich zu dem elektrischen Fluggerät zu begeben, einen Ladevorgang durchzuführen und wieder auf ihre Warteposition zurückzufliegen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine jeweilige Treibstoffart aus folgender Liste gewählt wird: Flugbenzin, Wasserstoff, elektrochemische Energie, elektrostatische Energie.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Kriterien zur Auswahl der Ladedrohne unter folgender Liste gewählt werden: Entfernung zum elektrischen Fluggerät, Ladestatus des elektrischen Fluggerätes, benötigte Ladeenergie des elektrischen Fluggerätes, Reichweite der Ladedrohne auf Grund der ersten Treibstoffart, Ladekapazität auf Grund der zweiten Treibstoffart.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Kriterien zur Identifikation der Ladedrohne, die die optimalen Kriterien für das elektrische Fluggerät aufweist, mittels einer künstlichen Intelligenz bewertet werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine optimale Verteilung der Wartepositionen durch die künstliche Intelligenz bestimmt wird.
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