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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren.
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Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass die Reichweite für Transportfahrzeuge und die Nutzlast entsprechend wichtige Auslegungskriterien sind. So bestimmt beispielsweise die Gesamtmasse eines Flugzeugs maßgeblich dessen Reichweite. In Abhängigkeit von der Routentopographie gilt dies in geringem Maße auch für Lastkraftwagen und Personenkraftwagen. Bei einem Flugzeug entspricht beispielsweise die Kraftstoffmasse bis zu 50% des Startgewichts. Im Verlaufe des Fluges wird der Kraftstoff größtenteils verbrannt und die Gesamtmasse reduziert sich in gleichem Maße. Dies führt bei gleichbleibender Flugleistung zu einer geringeren Last an den Triebwerken und somit auch zu einem stetig abnehmenden Verbrauch. Dies ist für die Gesamtreichweite vorteilhaft.
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Die
US 100 869 41 A1 offenbart ein Multifunktions-Port für ein Flugzeug, der mindestens zwei voneinander getrennte Bereiche aufweist. Mindestens ein erster Bereich des Ports ist zur Aufnahme von Treibstoff vorgesehen. Ein zweiter Bereich des Ports weist mindestens eine Aufnahmevorrichtung zur lösbaren Anbringung mindestens einer weiteren Last auf. Die weitere Last ist über eine an der dem Flugzeug abgewandten Seite des Ports aufweisenden Ladeöffnung an der Aufnahmevorrichtung lösbar anbringbar.
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Die
WO 2020/208402 A1 beschreibt ein Flugzeug, dass mindestens einen Schacht für eine Aufnahme verschiedener Typen von standardisierten Modulen umfasst, wobei der Schacht so konfiguriert ist, dass er mindestens zwei verschiedene Typen von Energiemodulen als standardisierte Module aufnehmen kann, vorzugsweise zwei Typen von Energiemodulen, die aus einem herkömmlichen Kraftstofftank, einer Batterie, einem Kraftstofftank für eine Brennstoffzelle, einen Tank für Elektrokraftstoff, einen Tank für Nano-Elektrokraftstoff, einem Gastank oder einer kombinierten Energiequelle ausgewählt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem ein verbesserter Betrieb eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Energiespeicher sowie durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, mit zumindest einem ersten Batteriemodul und einem zweiten Batteriemodul und mit einer elektronischen Recheneinrichtung zum Steuern der zumindest zwei Batteriemodule.
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Es ist dabei vorgesehen, dass der elektrische Energiespeicher eine Abwurfeinrichtung aufweist, wobei in Abhängigkeit von einem Ladezustand des zweiten Batteriemoduls ein Steuersignal von der elektronischen Recheneinrichtung zum Abwerfen des zweiten Batteriemoduls mittels der Abwurfeinrichtung erzeugt ist.
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Insbesondere bei der Einführung von batterieelektrischen Antrieben in Transportahrzeugen, beispielsweise elektrische Lastkraftwagen, Flugzeuge oder Drohnen, hat es dazu geführt, dass die Masse des Energiespeichers während der Nutzung konstant bleibt. Im Gegensatz zu konventionellen Antrieben wird der Energieträger nicht verbrannt und ausgestoßen sondern verbleibt mit identischer Masse im Kraftfahrzeug. Da sich die Masse des Energiespeichers nicht verringert, muss über die gesamte Transportstrecke hinweg durch den Antrieb die gleiche Last aufgebracht werden. Insgesamt erhöht sich dadurch der Gesamtverbrauch gegenüber Transportfahrzeugen mit konventionellen Verbrennungsmotoren.
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Das technische Problem besteht insbesondere bei der Abtrennung von Teilen des Energiespeichers deren Energiegehalt bereits verbraucht ist und nur noch eine unnötige Last darstellen. Die Abtrennung muss im Fall beispielsweise eines Flugzeugs während des Fluges erfolgen, da eine Zwischenlandung ineffizient wäre. Die Abtrennung muss voll automatisiert erfolgen und darf den Energieträger zudem nicht beschädigen, damit der wiederverwendet werden kann.
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Die Abtrennung von Teilmodulen des Energiespeichers von Lastkraftwagen oder Drohnen könnte während eines Zwischenstopps beziehungsweise Zwischenlandung auf einem Rastplatz beziehungsweise auf einem Landeplatz erfolgen und muss nicht während der Fahrt oder des Fluges durchgeführt werden, da der Zeitverlust hier geringer ausfällt.
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Insbesondere ist hierfür gesehen, dass der elektrische Energiespeicher in zumindest zwei Module, insbesondere in einen sogenannten Master und einem Slave, aufgeteilt ist, die im laufenden Betrieb mittels einer automatischen Trennvorrichtung voneinander getrennt werden können. Sobald ein Slave-Modul elektrisch und mechanisch getrennt wurde, wird es aus dem Transportfahrzeug entfernt. Handelt es sich bei den Transportmittel um beispielsweise ein Flugzeug, so wird das Energiespeichermodul über einen spezifischen Abwurfort abgetrennt und am Boden zur weiteren Verwendung vom Bodenpersonal eingesammelt. Das Energiespeichermodul verfügt über einen oder mehrere Auftriebsvorrichtungen, wie beispielsweise einen Fallschirm, Flügel oder Rotoren, um nach dem Abwurf den Flug der Batterie zu kontrollieren. Zudem verfügt das Energiespeichermodul über geeignete Schutzstrukturen, damit es bei der Landung zu keine Beschädigungen kommen kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist das zumindest zweite Batteriemodul eine Auftriebseinrichtung zum Erzeugen eines Auftriebs nach dem Abwurf auf.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn zumindest das zweite Batteriemodul ein stoßfestes Gehäuse aufweist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit dem elektrischen Energiespeicher nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug ist dabei beispielsweise als Flugzeug, Lastkraftwagen, Personenkraftwagen oder als Drohne ausgebildet.
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Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, mit zumindest einem ersten Batteriemodul und einem zweiten Batteriemodul und mit einer elektronischen Recheneinrichtung zum Steuern der zumindest zwei Batteriemodule.
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Es ist dabei vorgesehen, dass der elektrische Energiespeicher eine Abwurfeinrichtung aufweist, wobei in Abhängigkeit von einem Ladezustand des zweiten Batteriemoduls ein Steuersignal von der elektronischen Recheneinrichtung zum Abwerfen des zweiten Batteriemoduls mittels der Abwurfeinrichtung erzeugt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des Verfahrens wird ein Ladezustand des zweiten Batteriemoduls mittels einer Erfassungseinrichtung des elektrischen Energiespeichers erfasst und in Abhängigkeit von dem erfassten Ladezustand das zweite Batteriemodul abgeworfen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des elektrischen Energiespeichers sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens anzusehen. Der elektrische Energiespeicher sowie das Kraftfahrzeug weisen hierzu insbesondere entsprechende Merkmale auf, um die Verfahrensschritte durchführen zu können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers.
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In der Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Fig. zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 10, 12 mit einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers 14. Insbesondere ist ein Flugzeug 10 als Kraftfahrzeug 10, 12 gezeigt sowie ein Lastkraftwagen 12 als Kraftfahrzeug 10, 12. Dies ist rein beispielhaft und keinesfalls abschließend. Es können auch andere Kraftfahrzeuge 10, 12 den erfindungsgemäße Energiespeicher 14 aufweisen.
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Insbesondere zeigt die Fig. den elektrischen Energiespeicher 14 für das zumindest teilweise elektrisch betriebene Kraftfahrzeug 10, 12. Der elektrische Energiespeicher 14 weist zumindest ein erstes Batteriemodul 16 sowie ein zweites Batteriemodul 18a, 18b, 18c auf. Insbesondere weist somit der elektrische Energiespeicher 14 vorliegend drei weitere zweite Batteriemodule 18a, 18b, 18c auf. Insbesondere ist ein erstes zweites Batteriemodul 18a, ein zweites zweites Batteriemodul 18b und ein drittes zweites Batteriemodul 18c gezeigt.
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Die zweiten Batteriemodule 18a, 18b, 18c sind über eine mechanische Verbindung 20 fest ab lösbar mit dem elektrischen Energiespeicher 14 beziehungsweise mit dem ersten Batteriemodul 16 gekoppelt. Ferner weist der elektrische Energiespeicher 14 auch eine elektrische Verbindung 22 auf, welche sowohl zur Energieübertragung als auch zur Datenübertragung genutzt werden kann.
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Ferner weist der elektrische Energiespeicher 14 zumindest eine elektronische Recheneinrichtung 24 auf, wobei die elektronische Recheneinrichtung 24 zum Steuern der zumindest zwei Batteriemodule 16, 18a, 18b, 18c ausgebildet ist.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass der elektrische Energiespeicher 14 zumindest eine Abwurfeinrichtung 26 aufweist, wobei in Abhängigkeit von einem Ladezustand des zweiten Batteriemoduls 18a, 18b, 18c ein Steuersignal von der elektronischen Recheneinrichtung 24 zum Abwerfen des zweiten Batteriemoduls 18a, 18b, 18c erzeugt ist.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass zumindest das zweite Batteriemodul 18a, 18b, 18c eine Auftriebseinrichtung 28 zum Erzeugen eines Auftriebs nach dem Abwurf aufweist.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass zumindest das zweite Batteriemodul 18a, 18b, 18c ein stoßfestes Gehäuse 30 aufweist.
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Insbesondere ist somit vorgesehen, dass der elektrische Energiespeicher 14 in die zumindest zwei Batteriemodule 16, 18a, 18b, 18c aufgeteilt ist, die im laufenden Betrieb mittels einer automatischen Trennvorrichtung, insbesondere der Abwurfeinrichtung 26, voneinander getrennt werden können. Sobald ein Slave-Modul, also insbesondere die zweiten Batteriemodule 18a, 18b, 18c elektrische und mechanisch getrennt wurden, wird dieses aus dem Transportfahrzeug entfernt.
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Handelt es sich bei dem Transportmittel beispielsweise um das Flugzeug 10, so wird das zweite Batteriespeichermodul 18a, 18b, 18c über einen spezifischen Abwurfgebiet abgetrennt und am Boden zur weiteren Verwendung vom Bodenpersonal eingesammelt. Das zweite Batteriemodul 18a, 18b, 18c verfügt über die entsprechende Auftriebseinrichtung 28, wie beispielsweise ein Fallschirm, Flügel oder Rotoren, um nach dem Abwurf den Flug des zweiten Batteriemoduls 18a, 18b, 18c zu kontrollieren. Zudem verfügt das zweite Batteriespeichermodul 18a, 18b, 18c über geeignete Strukturen, insbesondere dem Gehäuse 30, damit es bei der Landung zu keinen Beschädigungen kommen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Flugzeug
- 12
- Lastkraftwagen
- 14
- elektrischer Energiespeicher
- 16
- erstes Batteriemodul
- 18a
- erstes zweites Batteriemodul
- 18b
- zweites zweites Batteriemodul
- 18c
- drittes zweites Batteriemodul
- 20
- mechanische Verbindung
- 22
- elektrische Verbindung
- 24
- elektronische Recheneinrichtung
- 26
- Abwurfeinrichtung
- 28
- Auftriebseinrichtung
- 30
- Gehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 10086941 A1 [0003]
- WO 2020/208402 A1 [0004]
