EP3953205A1 - Energieaustauschvorrichtung elektrischer energie zwischen zwei mobilen energiespeichersystemen - Google Patents

Energieaustauschvorrichtung elektrischer energie zwischen zwei mobilen energiespeichersystemen

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EP3953205A1
EP3953205A1 EP20734172.8A EP20734172A EP3953205A1 EP 3953205 A1 EP3953205 A1 EP 3953205A1 EP 20734172 A EP20734172 A EP 20734172A EP 3953205 A1 EP3953205 A1 EP 3953205A1
Authority
EP
European Patent Office
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energy
electrical
energy storage
storage systems
exchange device
Prior art date
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Pending
Application number
EP20734172.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian UTZ
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Schamberger Paul
Original Assignee
Innofas GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y04S30/10—Systems supporting the interoperability of electric or hybrid vehicles
    • Y04S30/14—Details associated with the interoperability, e.g. vehicle recognition, authentication, identification or billing

Definitions

  • the invention relates to an energy exchange device for electrical energy between two mobile energy storage systems in vehicles.
  • a vehicle battery In many electric vehicles, including plug-in hybrid electric vehicles, a vehicle battery is usually charged from a mains power source such as a public or private network access, which receives electricity and thus electrically storable energy from an electrical network. catches.
  • a charging cable is used to connect the mains power source to the vehicle battery.
  • the vehicle charging system After the electrical connection has been established, the vehicle charging system begins charging the vehicle battery until the battery is charged to a certain desired state of charge.
  • a user can wait until the network tariffs are at a desired level before coupling a vehicle, e.g. B. at a night electricity tariff during the night.
  • a charging topology it is always necessary that a combination of a network connection with a sufficiently high network capacity is available for the vehicle.
  • Vehicle is dependent on having to pay the electricity tariffs offered at the time of the charging process if a charging process is required.
  • a constellation is also conceivable in which one vehicle has a loading level of z. B. 85% and the second vehicle has a state of charge of 55%, the first vehicle wants to cover a long distance and therefore a state of charge of 100% would be desirable, while the other vehicle for a short time with a charge level of z. B. 40% would get by.
  • Vehicle with a lower voltage or charge level b) transferring the electrical energy from a first mobile energy store of a first vehicle with a lower voltage or charge level to a second mobile energy store of a second vehicle with a higher voltage or charge level; c) Transferring the electrical energy from a first mobile energy store of a first vehicle to a second mobile energy store of a second vehicle in which during the energy transfer the level changes from a higher to a lower level and vice versa (e.g. initially the 1st vehicle 60% charge level and the 2nd vehicle 40% charge level, the end state being exactly the opposite, so that when the 50 % to 50% constellation results in the situation that the vehicle with the higher charge or voltage level is to be further charged by a vehicle with a lower charge or voltage level.
  • an energy exchange device for this purpose, which is designed to transmit electrical energy between two mobile energy storage systems (e.g. vehicle batteries for driving electric motors) in vehicles, comprising an electrical connection line with an electrical vehicle connector at each end is attached to an electrical connection with a respective charging socket on one of the respective ligen vehicles, as well as a control device which is preferably installed in terms of circuitry between the two vehicle connectors and is designed to control an electrical energy transfer process between the energy storage systems.
  • the energy exchange device is also formed with an energy acquisition module that records the electrical energy DE transmitted between the energy storage systems and its direction of transmission and generates data therefrom in order to be able to display them on an integrated or external display device.
  • the energy exchange device is designed as a bi-directional energy transmission device, which can thus optionally transmit electrical energy from one vehicle to the other or vice versa, regardless of which vehicle connector is plugged into which vehicle.
  • a system consisting of an energy exchange device and adapter plug for connecting the vehicle connector of the energy exchange device to the vehicle is carried out. In this way, one energy exchange device can also be used to energetically couple vehicles with different dividers and designs for energy exchange.
  • the energy exchange device is designed in one piece and is therefore ready for use. This saves the user tedious connection and cabling work.
  • the complete control technology is integrated in a cable set to form the energy exchange device.
  • the control advantageously has at least one electronic voltage converter or a DC / DC converter in order to appropriately raise or lower the respective voltage level on the input side or on the removal side.
  • a DC voltage intermediate circuit for buffering the electrical energy via an intermediate circuit capacitor is also advantageous.
  • a further voltage converter can be provided after the DC voltage intermediate circuit, the voltage converter arranged on the input side being provided primarily for voltage conversion.
  • a detection module preferably integrated in the control device, which is designed to detect electrical and / or physical properties of the connected energy storage systems and control the energy transfer process between the energy storage systems as a function of this.
  • the link with a wired or wirelessly connected communication module which will be discussed in more detail later, which can communicate with the connected units via one or more communication lines or by power line communication, is also advantageous.
  • the detectable electrical and / or physical properties of the connected energy storage systems that are detected by the detection module include at least the voltage level and / or the charge level and / or the available level electrical energy in the respective energy storage.
  • a current detection module preferably an electricity meter, is also provided in order to transfer the energy from one energy storage system to the other re energy storage system to quantitatively record flowing or transmitted electricity or the transmitted electrical power in kW.
  • a user interface is also advantageous in order to enter technical parameters for the transmission, such as B. the maximum power to be transmitted in kW.
  • an evaluation device which, from the electrical energy DE transmitted between the energy storage systems, a value, in particular an economically measurable value z. B. determined in a selectable currency in order to be able to display it on an integrated or external display device.
  • a value in particular an economically measurable value z. B. determined in a selectable currency in order to be able to display it on an integrated or external display device.
  • a communication interface is advantageously provided which is communicatively coupled to the control device in order to set preset, changeable and / or selectable system parameters (insofar as they are relevant for the transmission of electrical energy and its evaluation) that are used by the control device the transmission and / or detection of the transmitted electrical energy can be used to control the transmission process, input or change by a user.
  • a scalable system is proposed in which adjustments or a selection can be made between the users on site via the user interface that influence the charging process accordingly via the controller.
  • the parameters include at least one of the following variables: the maximum amount of energy to be transmitted and / or the electricity tariff per kW and / or the minimal residual charge level / voltage level of the energy store from which the electrical energy is transmitted and / or the maximum permissible Electricity.
  • control device comprises a processor which determines a charging scheme based on the recorded electrical and / or physical properties of the connected energy storage systems and the energy is transferred according to this charging scheme after approval by the user.
  • the charging scheme can be determined accordingly by the processor.
  • Another aspect of the present invention relates to the energy exchange device and the method for transferring electrical energy from a first mobile energy storage system in a first electrically operated vehicle to a second mobile energy storage system in a second electrically operated vehicle by means of an energy exchange device as described above with the following steps: a. Connect the vehicle connector with a charging socket on each of the two vehicles; b. Starting a transmission of electrical energy by means of the control device; c. Detecting the electrical energy DE transmitted between the energy storage systems; d. Generating data as an equivalent to the transmitted electrical energy DE in order to display it on the integrated or external display device.
  • the start of the transmission of electrical energy in step b) takes place after a user query and approval by a user, preferably via a user or communication interface.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an exemplary embodiment of an energy exchange device
  • FIG. 1 two vehicles F1, F2 are shown by way of example.
  • the Fahrzeu ge F1, F2 each have a charging socket L1, L2, which are verbun with a line with an energy storage system E1, E2 permanently installed in the vehicle.
  • the charging sockets are advantageously those charging sockets at which the respective energy storage system E1, E2 is connected to a conventional charging station connected to a network.
  • An energy exchange device 1 is provided between the two charging sockets L1, L2.
  • the energy exchange device 1 consists of a cable set 10 made of lines, at the ends 10a, 10b of which an electrical vehicle connector 20 is attached, which is plugged into the respective charging socket L1, L2 in order to establish an electrical connection between the energy storage system E1, E2 of the vehicles F1 To establish F2.
  • the energy exchange device 1 further comprises a control device 30 which is attached between the two vehicle connectors 20 and which is designed (as shown in FIG. 2) to control an electrical energy transfer process between the energy storage systems E1, E2.
  • the control device 30 includes a DC-DC converter 31, an intermediate circuit 32 with an intermediate circuit capacitor 33, a further DC / DC converter 34, a detection module 40, the current detection module 50, the evaluation device 60 and a communication interface 71 such as a communication module 70.
  • the current detection module 50 is designed to detect the electrical energy DE transmitted between the energy storage systems E1, E2 in order to generate data therefrom which can be displayed on an integrated or external display device A.
  • the display device A can also be a smartphone, which can communicate with the control device 30 via an APP or the communication interface 71.
  • the acquisition module 40 is designed to acquire electrical and / or physical properties of the connected energy storage systems E1, E2 and to provide this data to the controller in order to control the energy transfer process between the energy storage systems E1, E2 as a function of this.
  • the evaluation device 60 is designed to determine a value, preferably a monetary value, in a selectable currency from the electrical energy DE transmitted between the energy storage systems E1, E2 in order to be able to display this on an integrated or external display device A.
  • a microprocessor provided in the control can be used for this purpose.
  • the microprocessor can also be used to determine an optimal charging scheme based on detected system parameters. men in order to achieve a correspondingly optimized charging process. So z. B. the charging scheme can be tailored to a maximum charging current depending on the current environmental parameters and the current line temperature. It is particularly advantageous if the control dynamically changes the charging scheme or the current charging profile and, if necessary, continuously adapts the charging process.
  • the control can automatically adjust the current and / or, if necessary, the charging voltage via the DC / DC voltage converter using a query algorithm, so that the electrical power transmitted per unit of time is reduced .
  • This adaptation can be repeated iteratively until the optimal charging scheme has been determined.
  • An adjustment can also be necessary, in particular, if an energy storage device comes closer and closer to the final discharge voltage during discharge, which is defined as the voltage below which no more energy that can be used for the respective application can be drawn. In the case of accumulators, it is the limit value of the voltage on the cells for deep discharge.
  • the cut-off voltage for the discharge controller of the energy exchange device 1 is above the discharge end voltage of the accumulator, the accumulator is not completely discharged and the capacity cannot be fully used. On the other hand, the voltage drops beforehand and may have to be adjusted accordingly via the DC / DC converter so that energy transfer is still possible.
  • the communication interface 71 which is communicatively coupled to the control device 30, is provided to read preset, changeable and / or selectable parameters used by the control device in the transmission and / or detection of the transmitted electrical energy to control the transmission process can be entered or changed by a user.
  • the aforementioned communication module 70 is provided, which advantageously has a Smartphone can communicate via a specific APP.
  • the voltage converter or converters are also arranged inside the vehicle, since, according to the concept of the invention, they are not necessarily locally in the box.
  • the control device 30 therefore does not necessarily include the DC-DC converters 31, 34 and the intermediate circuit 32 locally, but can control the converters in the vehicle in a more cost-effective variant.
  • the converters already present in the vehicle are thus part of the concept of the energy exchange device or a corresponding box that contains all the other components. If one assumes that a vehicle will provide an interface (at best a standardized interface) in the future, this can be used and operated in order to adapt the voltage to the intermediate circuit voltage of the energy exchange box.
  • a power connection based on eg 48V is also conceivable.
  • the DC-DC converters are usually already available in the vehicle. This creates a wide Lower costs are possible, as the HV part can be omitted.
  • an internet module with remote access can be provided.
  • the charging scheme can also be evaluated and set by the energy store, if available. It can happen that the energy store in the vehicle should or must make its own specifications for discharging and charging. A solution with an intermediate circuit is assumed.
  • the converter (s) can also be arranged in the vehicle or, alternatively, in the energy exchange device. With such a structure, more than two vehicles can be linked together. Each connection to the energy exchange device or box requires a DC-DC converter in the same or in the vehicle. This z. B. two vehicles can also load a third vehicle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energieaustauschvorrichtung (1), die ausgebildet ist, elektrische Energie zwischen zwei mobilen Energiespeichersystemen (E1, E2) in Fahrzeugen (F1, F2) zu übertragen, umfassend eine elektrische Verbindungsleitung (10), an dessen Enden (10a, 10b) je ein elektrischer Fahrzeugverbinder (20) angebracht ist, um eine elektrische Verbindung mit einer jeweiligen Ladebuchse (L1, L2) an einem der jeweiligen Fahrzeuge (F1, F2) herzustellen, sowie eine vorzugsweise zwischen den beiden Fahrzeugverbindern (20) angebrachte Steuerungseinrichtung (30), die ausgebildet ist, einen elektrischen Energieübertragungsvorgang zwischen den Energiespeichersystemen (E1, E2) zu steuern und ferner mit einem Energieerfassungsmodul ausgebildet ist, das die zwischen den Energiespeichersystemen (E1, E2) übertragenen elektrische Energie ΔΕ erfasst und daraus Daten generiert, um diese an einer integrierten oder externen Anzeigeeinrichtung (A) darstellen zu können.

Description

Energieaustauschvorrichtung elektrischer Energie zwischen zwei mobilen
Energiespeichersystemen
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Energieaustauschvorrichtung elektrischer Energie zwischen zwei mobilen Energiespeichersystemen in Fahrzeugen.
In vielen Elektrofahrzeugen einschließlich Einsteck-Elektrohybridfahrzeugen wird eine Fahrzeugbatterie in der Regel von einer Netzstromquelle wie z.B. einem öffentlichen oder privaten Netzzugang geladen, der Elektrizität und demnach elektrisch speicherbare Energie von einem elektrischen Netz emp- fängt. Zum Laden wird ein Ladekabel verwendet, um die Netzstromquelle mit der Fahrzeugbatterie zu verbinden. Nach dem Herstellen der elektrischen Verbindung beginnt das Fahrzeugladesystem mit dem Laden der Fahrzeug batterie, bis die Batterie bis zu einem bestimmten gewünschter Ladezustand geladen ist. Um zum Beispiel Kosten zu reduzieren, kann ein Benutzer mit dem Ankoppeln eines Fahrzeuges solange warten, bis die Netztarife auf ei nem gewünschten Niveau sind, wie z. B. zu einem Nachtstromtarif während der Nachtzeit. Bei einer solchen Ladetopologie ist allerdings immer erforder lich, dass eine Kombination eines Netzanschlusses mit ausreichend hoher Netzkapazität für das Fahrzeug zur Verfügung steht.
Im Stand der Technik gibt es aber derzeit keine brauchbaren und effizienten Lösungen, wie einerseits ohne einen Anschluss an einer fest installierten d. h. immobilen Anbindung mit ausreichendem Ladespannungspegel eine Fahrzeugbatterie aufgeladen werden kann. So sind auch weitere Probleme im Stand der Technik bisher ungelöst, wie z. B. die Problematik, dass man aus einem ggf. vorhandenen Energiespeicher mit den herkömmlichen den Fahrzeugen beigefügten Ladekabeln, die an ei ner Wall-Box oder Ladesäule angeschlossen werden sollen, keine Energie in die vorhandene Bord-Batterie übertragen kann, da die technischen Voraus- Setzungen dazu fehlen. Bereits das Lademanagement würde einen Ladevor gang nicht zulassen.
Ein derzeit bestehendes und insgesamt unbefriedigend gelöstes Problem bei der Elektromobilität besteht aber darin, dass Ladesäulen nicht überall und schon gar nicht an gewünschten Parkpositionen verfügbar sind. Ebenfalls von Nachteil ist der Umstand, dass man als Besitzer oder Nutzer eines E-
Fahrzeugs darauf angewiesen ist, die gerade zum Zeitpunkt des Ladevor gangs angebotenen Stromtarife zahlen zu müssen, wenn ein Ladevorgang erforderlich ist. Andererseits befinden sich an Orten ohne Ladesäule ggf. in näherer Umge bung weitere Elektrofahrzeuge, die gerade zu diesem Zeitpunkt einen Ener gieüberschuss aufweisen und die überschüssige Energie kostengünstiger als an einer nahegelegenen Ladesäule zur Verfügung stellen könnten. Denkbar ist auch eine Konstellation bei der das eine Fahrzeug eine Ladeniveau von z. B. 85% und das zweite Fahrzeug einen Ladezustand von 55% besitzt, wobei das erste Fahrzeug in Kürze eine große Distanz zurücklegen will und daher einen Ladezustand von 100% wünschenswert wäre, während das weitere Fahrzeug kurzfristig auch mit einem Ladeniveau von z. B. 40% auskommen würde.
Betrachtet man nun die Vielzahl von verfügbaren Elektrofahrzeugen, die ge genseitig elektrische Energie austauschen könnten, so fehlt es an einer technischen Einrichtung, wie elektrische Energie abhängig von den unter schiedlichen Ladekonstellationen zwischen mobilen Energiespeichern in Fahrzeugen übertragen werden kann. Dabei sind insbesondere keine techni schen Vorrichtungen verfügbar, welche die folgenden Konstellationen abde cken: a) Übertragen der elektrischen Energie von einem ersten mobilen Energie speicher eines ersten Fahrzeugs mit einem höheren Spannungs- oder Ladepegel zu einem zweiten mobilen Energiespeicher eines zweiten
Fahrzeugs mit einem niedrigere Spannungs- oder Ladepegel; b) Übertragen der elektrischen Energie von einem ersten mobilen Energie speicher eines ersten Fahrzeugs mit einem niedrigeren Spannungs- oder Ladepegel zu einem zweiten mobilen Energiespeicher eines zweiten Fahrzeugs mit einem höheren Spannungs- oder Ladepegel; c) Übertragen der elektrischen Energie von einem ersten mobilen Energie speicher eines ersten Fahrzeugs zu einem zweiten mobilen Energiespeicher eines zweiten Fahrzeugs bei dem während des Energieübertra- gungsvorgangs der Pegel von einem höheren zu einem niedrigeren Pe gel überwechselt und umgekehrt (z. B. anfänglich 1. Fahrzeug 60% La depegel und das 2. Fahrzeug 40% Ladepegel, wobei der Endzustand genau umgekehrt ist, so dass sich beim Überschreiten der 50% zu 50% Konstellation die Situation ergibt, dass nun das Fahrzeug mit dem höhe ren Lade- oder Spannungspegel von einem Fahrzeug mit niedrigerem Lade- oder Spannungspegel weiter geladen werden soll. Diese Situation stellt sich bei einer Ladesäule nie, da Netzspannungsseitig immer aus reichend hohe Ladekapazität und Ladespannung zur Verfügung steht. d) Erfassen und Abrechnen der übertragenen elektrischen Energie zwi schen den beteiligten Fahrzeugen zu variablen, insbesondere einseitig bestimmbaren Stromtarifen. So kann ein Fahrzeug mit hoher Ladekapa zität als Stromanbieter agieren und zu eigenen Stromtarifen anderen Fahrzeugnutzern Strom mobil anbieten. Derzeit ist im Stand der Technik keine Lösung verfügbar, um die zuvor ge nannten Ziele zu erreichen. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrun de, vorgenannte Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und eine Energieaustauschvorrichtung vorzuschlagen, mit der elektrische Energie zwischen zwei mobilen Energiespeichersystemen in Fahrzeugen auf Ab- rechnungsbasis übertragen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine Energieaustauschvorrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist, elektrische Energie zwischen zwei mobilen Energiespei- chersystemen (z. B. Fahrzeugbatterien zum Antrieb von E-Motoren) in Fahr zeugen zu übertragen, umfassend eine elektrische Verbindungsleitung, an dessen Enden je ein elektrischer Fahrzeugverbinder angebracht ist, um eine elektrische Verbindung mit einer jeweiligen Ladebuchse an einem der jewei- ligen Fahrzeuge herzustellen, sowie eine vorzugsweise schaltungstechnisch zwischen den beiden Fahrzeugverbindern angebrachte Steuerungseinrich tung, die ausgebildet ist, einen elektrischen Energieübertragungsvorgang zwischen den Energiespeichersystemen zu steuern. Erfindungsgemäß ist die Energieaustauschvorrichtung ferner mit einem Energieerfassungsmodul aus gebildet, welches die zwischen den Energiespeichersystemen übertragene elektrische Energie DE sowie dessen Übertragungsrichtung erfasst und da raus Daten generiert, um diese an einer integrierten oder externen Anzeige einrichtung darstellen zu können. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Energieaustauschvorrichtung als eine bi-direktionale Energieübertragungseinrichtung ausgebildet, die somit unabhängig von der Frage, welcher Fahrzeugverbinder an welchem Fahr zeug eingesteckt ist, wahlweise elektrische Energie von dem einen zu dem anderen Fahrzeug oder umgekehrt übertragen kann. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein System aus einer Energieaustauschvorrichtung und Adapterstecker zum Anschluss der Fahr zeugverbinder der Energieaustauschvorrichtung an das Fahrzeug ausge führt. Auf diese Weise lassen sich mit einer Energieaustauschvorrichtung auch Fahrzeuge unterschiedlicher Fiersteiler und Ausführung energetisch miteinander zum Energieaustausch koppeln.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Energieaustauschvorrichtung einstückig und somit gebrauchsfertig ausgebildet ist. Dies erspart, dem An wender mühevolle Anschluss- und Verkabelungsaufwand. Flierzu ist die komplette Steuerungstechnik in einem Kabelsatz zur Ausbildung der Ener- gieaustauschvorrichtung integriert.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mit der Energieaustauschvorrichtung auch elektrische Energie von Fahrzeugen mit einem niedrigeren Ladeniveau an Fahrzeuge mit einem hö- heren Ladeniveau übertragen werden können. Hierzu weist die Steuerung mit Vorteil wenigstens einen elektronische Spannungswandler bzw. einen DC/DC-Wandler auf, um das jeweilige Spannungsniveau auf der Eingangs seite bzw. an der Abnahmeseite geeignet anzuheben oder abzusenken. Wei- ter Vorteilhaft ist das Vorsehen eines Gleichspannungszwischenkreises zum Puffern der elektrischen Energie übereinen Zwischenkreiskondensator. Er gänzend kann nach dem Gleichspannungszwischenkreis eine weiterer Spannungswandler vorgesehen sein, wobei jeweils der eingangsseitig ange ordnete Spannungswandler primär zur Spannungswandlung vorgesehen ist. Weiter vorteilhaft wird ein Erfassungsmodul, vorzugsweise in der Steue rungseinrichtung integriert, vorgesehen ist, welches ausgebildet ist, um elekt rische und/oder physikalische Eigenschaften der angeschlossenen Energie speichersystemen zu erfassen und davon abhängig den Energieübertra gungsvorgang zwischen den Energiespeichersystemen zu steuern. Weiter vorteilhaft ist die Verknüpfung mit einem drahtgebundenen oder drahtlos ver bundenen Kommunikationsmodul, auf das an späterer Stelle noch genauer eingegangen wird, welches über eine oder mehrere Kommunikationsleitungen oder durch eine Power Line Communication mit den angeschlossenen Einheiten kommunizieren kann. Um die Energieübertragung und den Lade- bzw. Entladevorgang optimiert zu steuern, gehören zu den erfassbaren elektrischen und/oder physikalischen Eigenschaften der angeschlossenen Energiespeichersystemen, die vom Er fassungsmodul erfasst werden, mindestens das Spannungsniveau und/oder das Ladeniveau und/oder die zur Verfügung stehende elektrische Energie im jeweiligen Energiespeicher.
In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ferner ein Stromerfassungsmodul, vorzugsweise ein Stromzähler vor gesehen ist, um den von einem Energiespeichersystem auf das jeweils ande- re Energiespeichersystem fließenden bzw. übertragenen Strom bzw die übertragene elektrische Leistung in kW quantitativ zu erfassen.
Weiter vorteilhaft ist eine Benutzerschnittstelle, um technische Parameter für die Übertragung einzugeben, wie z. B. die maximal zu übertragende Leistung in kW.
Weiter ist mit Vorteil vorgesehen, dass eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, welche aus der zwischen den Energiespeichersystemen übertragenen elektrische Energie DE einen Wert, insbesondere einen wirtschaftlich mess baren Wert z. B. in einer auswählbaren Währung ermittelt, um diese an einer integrierten oder externen Anzeigeeinrichtung darstellen zu können. Auf die se Weise können nach dem Übertragungsvorgang von einer bestimmten elektrischen Leistung in kW den Benutzern angezeigt werden, welcher Wert sich dahinter verbirgt (z. B. 10 kW übertragen für 2 EUR).
Wie bereits zuvor erläutert, ist mit Vorteil eine Kommunikationsschnittstelle vorgesehen, welche kommunikativ mit der Steuerungseinrichtung gekoppelt ist, um voreingestellte, veränderbare und/oder auswählbare System- Parameter (soweit für die Übertragung der elektrischen Energie und dessen Auswertung relevant), die von der Steuerungseinrichtung bei der Übertra gung und/oder Erfassung der übertragenen elektrischen Energie zur Steue- rung des Übertragungsvorgangs verwendet werden, durch einen Benutzer einzugeben oder zu verändern. So wird ein skalierbares System vorgeschla gen, bei dem zwischen den Verwendern vor Ort ggf. Anpassungen oder eine Auswahl über die Benutzerschnittstelle vorgenommen werden können, die den Ladevorgang entsprechend über die Steuerung beeinflussen. Als Para- meter sind wenigstens eine der folgenden Größen umfasst: die maximale zu übertragende Energiemenge und/oder der Stromtarif je kW und/oder der mi nimale Restladungspegel/Spannungspegel des Energiespeichers aus dem die elektrische Energie übertragen wird und/oder der maximale zulässige Strom.
In einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung einen Prozessor umfasst, der ein Lade schema auf der Basis der erfassten elektrischen und/oder physikalischen Eigenschaften der angeschlossenen Energiespeichersystemen bestimmt und die Energieübertragung gemäß dieses Ladeschemas nach einer Freigabe durch den Benutzer erfolgt. Optional kann ergänzend auf Basis der von ei nem Benutzer über die Benutzerschnittstelle eingegebenen oder hinterlegten Parameter für die Steuerung das Ladeschema vom Prozessor entsprechend bestimmt werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft neben der Energie austauschvorrichtung auch das Verfahren zum Übertragen elektrischer Energie von einem ersten mobilen Energiespeichersystem in einem ersten elektrisch betriebenen Fahrzeug zu einem zweiten mobilen Energiespeicher- System in einem zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeug mittels einer wie zuvor beschriebenen Energieaustauschvorrichtung mit den folgenden Schrit ten: a. Verbinden der Fahrzeugverbinder mit je einer Ladebuchse an je einem der beiden Fahrzeuge; b. Starten einer Übertragung von elektrischer Energie mittels der Steue rungseinrichtung; c. Erfassen der zwischen den Energiespeichersystemen übertragenen elektrischen Energie DE; d. Generieren von Daten als Äquivalent zur übertragenen elektrischen Energie DE, um diese an der integrierten oder externen Anzeigeeinrichtung darzustellen. In einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver fahrens ist vorgesehen, dass das Starten der Übertragung von elektrischer Energie in Schritt b) nach einer Benutzerabfrage und einer Freigabe durch einen Benutzer, vorzugsweise über eine Benutzer- oder Kommunikations- Schnittstelle erfolgt.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Be schreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigten: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Ausführungsbeispiels einer Energieaustauschvorrichtung und
Fig. 2 eine Steuerungseinrichtung.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 anhand eines lediglich beispielhaften Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Figur 1 sind beispielhaft zwei Fahrzeuge F1, F2 gezeigt. Die Fahrzeu ge F1 , F2 besitzen jeweils eine Ladebuchse L1 , L2, die mit einer Leitung mit je einer im Fahrzeug fest installierten Energiespeichersystem E1 , E2 verbun den sind. Die Ladebuchsen sind mit Vorteil diejenigen Ladebuchsen, an der das jeweilige Energiespeichersystem E1, E2 mit einer herkömmlichen an einem Netzt angeschlossene Ladesäule verbunden wird.
Zwischen den beiden Ladebuchsen L1, L2 ist eine Energieaustauschvorrich tung 1 vorgesehen. Die Energieaustauschvorrichtung 1 besteht aus einem Kabelsatz 10 aus Leitungen, an dessen Enden 10a, 10b je ein elektrischer Fahrzeugverbinder 20 angebracht ist, der in die jeweilige Ladebuchse L1, L2 eingesteckt ist, um eine elektrische Verbindung zwischen den Energiespei chersystem E1, E2 der Fahrzeuge F1, F2 herzustellen. Die Energieaustauschvorrichtung 1 umfasst ferner eine zwischen den beiden Fahrzeugverbindern 20 angebrachte Steuerungseinrichtung 30, die (wie in Fig. 2 gezeigt) ausgebildet ist, einen elektrischen Energieübertragungsvorgang zwischen den Energiespeichersystemen E1, E2 zu steuern. Die Steue- rungseinrichtung 30 umfasst hierzu einen DC-DC-Wandler 31, einen Zwi schenkreis 32 mit einem Zwischenkreiskondensator 33, einen weiteren DC/DC-Wandler 34, ein Erfassungsmodul 40, das Stromerfassungsmodul 50, die Auswerteeinrichtung 60 und eine Kommunikationsschnittstelle 71 so wie ein Kommunikationsmodul 70. Das Stromerfassungsmodul 50 ist ausgebildet die zwischen den Energie speichersystemen E1, E2 übertragene elektrische Energie DE zu erfassen, um daraus Daten zu generieren, die an einer integrierten oder externen An zeigeeinrichtung A darstellbar sind. Die Anzeigeeinrichtung A kann dabei auch ein Smartphone sein, welches über eine APP mit der Steuerungsein- richtung 30 über eine oder die Kommunikationsschnittstelle 71 kommunizie ren kann.
Das Erfassungsmodul 40 hingegen ist ausgebildet, um elektrische und/oder physikalische Eigenschaften der angeschlossenen Energiespeichersystemen E1, E2 zu erfassen und diese Daten der Steuerung bereit zu stellen, um da- von abhängig den Energieübertragungsvorgang zwischen den Energiespei chersystemen E1, E2 entsprechend zu steuern.
Die Auswerteeinrichtung 60 ist ausgebildet, aus der zwischen den Energie speichersystemen E1, E2 übertragenen elektrischen Energie DE einen Wert, vorzugsweise einen Geldwert in einer auswählbaren Währung zu ermitteln, um diese an einer integrierten oder externen Anzeigeeinrichtung A darstellen zu können. Flierzu kann ein in der Steuerung vorgesehener Mikro-Prozessor verwendet werden. Der Mikroprozessor kann auch dazu dienen, ein optima les Ladeschema basierend auf detektierten System-Parameter zu bestim- men, um einen entsprechend optimierten Ladevorgang zu erzielen. So kann z. B. das Ladeschema abgestimmt sein auf einen maximalen Ladestrom ab hängig von den aktuellen Umgebungsparametern und der aktuellen Leitungstemperatur. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuerung dabei dyna- misch das Ladeschema bzw. das aktuelle Ladeprofil ändert und ggf. den La devorgang kontinuierlich anpasst. Steigt zum Beispiel die Temperatur beim Übertragen unzulässig hoch an, kann man über die Steuerung automatisiert über einen Abfragealgorithmus die Anpassung des Stromes und/oder ggf. der Ladespannung über den DC/DC-Spannungswandler vornehmen, so dass sich die übertragene elektrische Leistung pro Zeiteinheit reduziert. Diese An passung kann iterativ solange wiederholt werden, bis das optimale Lade schema so bestimmt wurde. Eine Anpassung kann insbesondere auch dann erforderlich werden, wenn ein Energiespeicher beim Entladen immer näher in die Richtung der Entladeschlussspannung kommt, die als die Spannung de- finiert ist, unterhalb der keine für die jeweilige Anwendung nutzbare Energie mehr entnommen werden kann. Bei Akkumulatoren ist es der Grenzwert der Spannung an den Zellen zur Tiefentladung. Liegt die Abschaltspannung für dem Entladeregler der Energieaustauschvorrichtung 1 über der Entlade schlussspannung des Akkumulators, so wird der Akkumulator nicht komplett entladen und die Kapazität kann nicht vollständig genutzt werden. Anderer seits sinkt die Spannung zuvor ab, und muss ggf. über den DC/DC-Wandler entsprechend angepasst werden, so dass eine Energieübertragung weiter ermöglicht wird.
Die Kommunikationsschnittstelle 71, welche kommunikativ mit der Steue- rungseinrichtung 30 gekoppelt ist, ist vorgesehen, um voreingestellte, verän derbare und/oder auswählbare Parameter, die von der Steuerungseinrich tung bei der Übertragung und/oder Erfassung der übertragenen elektrischen Energie zur Steuerung des Übertragungsvorgangs verwendet werden, durch einen Benutzer einzugeben oder zu verändern. Hierzu ist das zuvor genann- te Kommunikationsmodul 70 vorgesehen, welches mit Vorteil mit einem Smartphone über eine spezifische APP kommunizieren kann.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
So kann es vorgesehen sein, dass der oder die Spannungswandler auch in nerhalb des Fahrzeugs angeordnet sind, da diese nach dem Konzept der Erfindung lokal nicht zwangsläufig in der Box sein. Die Steuerungseinrich tung 30 umfasst daher nicht zwingend lokal die DC-DC-Wandler 31 , 34 und den Zwischenkreis 32, sondern kann in einer kostengünstigeren Variante die Wandler im Fahrzeug ansteuern. Somit sind die bereits im Fahrzeug vorhan denen Wandler Teil des Konzeptes der Energieaustauschvorrichtung bzw. einer entsprechenden Box, welche alle weiteren Bauteile enthält. Geht man davon aus, dass ein Fahrzeug in Zukunft eine Schnittstelle (bestenfalls eine standardisierte Schnittstelle) zur Verfügung stellt, kann man dieser nutzen und bedienen, um die Spannung an die Zwischenkreisspannung der Ener gieaustauschbox anzupassen.
Dadurch ergibt sich eine weitere Variante, nämlich bei Nutzung des Konzep tes, dass die Fahrzeuge bzw. ein Fahrzeug den DC-DC Wandler zur Verfü- gung stellt, ist ein Zwischenkreis nicht mehr zwingend erforderlich. Die Ener gieaustauschbox bzw. der Kabelsatz ist dann als ein Leistungsverbinder und ein Kommunikationsmodul ausgebildet, welches die Ladeleistung usw. von einem zum anderen Fahrzeug reguliert, womit die Energieaustauschvorrich tung sehr günstig herstellbar ist. Ebenso ist denkbar, dass die Leistungsverbindung nicht zwangsläufig HV
>60V im Sinne einer automobilen Applikation bedeutet. Eine Leistungsverbindung auf Basis von z.B. 48V ist ebenfalls denkbar. Hierfür sind die DC-DC Wandler in aller Regel bereits im Fahrzeug vorhanden. Damit wird eine wei- tere Kostenreduktion möglich, indem der HVTeil entfallen kann.
Darüber hinaus kann ein Internetmodul mit Fernzugriff vorgesehen sein.
Das Ladeschema kann auch vom Energiespeicher, falls verfügbar, ausgewertet und eingestellt werden. Es kann Vorkommen, dass der Energiespei- eher im Fahrzeug eigene Vorgaben zum Entladen und Laden machen soll bzw. machen muss. Dabei wird von einer Lösung mit Zwischenkreis ausge gangen. Der bzw. die Wandler können weiterhin im Fahrzeug angeordnet sein oder alternativ in der Energieaustauschvorrichtung. Bei einer solchen Struktur können mehr als nur zwei Fahrzeuge miteinander verbunden wer- den. Jeder Anschluss an die Energieaustauschvorrichtung bzw. Box benötigt in der selbigen oder im Fahrzeug einen DC-DC Wandler. Damit können z. B. auch zwei Fahrzeuge ein drittes Fahrzeug laden.
* * * * *

Claims

Patentansprüche
1. Energieaustauschvorrichtung (1) ausgebildet elektrische Energie zwi schen zwei festen oder mobilen Energiespeichersystemen (E1, E2) in Fahrzeugen (F1, F2) zu übertragen, umfassend eine elektrische Ver bindungsleitung (10), an dessen Enden (10a, 10b) je ein elektrischer Fahrzeugverbinder (20) angebracht ist, um eine elektrische Verbin dung mit einer jeweiligen Ladebuchse (L1, L2) an einem der jeweiligen Fahrzeuge (F1, F2) herzustellen, sowie eine vorzugsweise zwischen den beiden Fahrzeugverbindern (20) angebrachte Steuerungseinrich tung (30), die ausgebildet ist, einen elektrischen Energieübertra gungsvorgang zwischen den Energiespeichersystemen (E1, E2) zu steuern und ferner mit einem Energieerfassungsmodul ausgebildet ist, das die zwischen den Energiespeichersystemen (E1, E2) übertrage nen elektrische Energie DE erfasst und daraus Daten generiert, um diese an einer integrierten oder externen Anzeigeeinrichtung (A) dar stellen zu können.
2. Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Energieaustauschvorrichtung (1) einstückig und gebrauchsfertig ausgebildet ist.
3. Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Erfassungsmodul (40), vorzugsweise in der Steuerungseinrichtung (30) vorgesehen ist, welches ausgebildet ist, um elektrische und/oder physikalische Eigenschaften der ange schlossenen Energiespeichersystemen (E1, E2) zu erfassen und da- von abhängig den Energieübertragungsvorgang zwischen den Ener giespeichersystemen (E1, E2) zu steuern.
4. Energieaustauschvorrichtung (1 ) gemäß Anspruch 1 , 2 oder 3, da durch gekennzeichnet, dass zu den erfassbaren elektrischen und/oder physikalischen Eigenschaften der angeschlossenen Energiespeicher systemen (E1, E2) mindestens das Spannungsniveau und/oder das Ladeniveau und/oder die zur Verfügung stehende elektrische Energie im jeweiligen Energiespeicher gehören.
5. Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Stromerfas sungsmodul (50), insbesondere ein Stromzähler vorgesehen ist, um den von einem Energiespeichersystem (E1, E2) auf das jeweils ande re Energiespeichersystem (E1, E2) fließenden Strom quantitativ zu er- fassen
6. Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Auswerteein richtung (60) vorgesehen ist, welche aus der zwischen den Energiespeichersystemen (E1, E2) übertragenen elektrische Energie DE ei- nen Wert, insbesondere einen Wert in einer auswählbaren Währung ermittelt, um diese an einer integrierten oder externen Anzeigeeinrich tung darstellen zu können.
7. Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Kommunikati- onsschnittstelle (71) vorgesehen ist, welche kommunikativ über ein
Kommunikationsmodul (70) mit der Steuerungseinrichtung (30) ge koppelt ist, um voreingestellte, veränderbare und/oder auswählbare Parameter, die von der Steuerungseinrichtung bei der Übertragung und/oder Erfassung der übertragenen elektrischen Energie zur Steueruung des Übertragungsvorgangs verwendet werden, durch ei nen Benutzer einzugeben oder zu verändern.
8. Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Parameter wenigstens eine der folgenden Größen umfassen: die maximale zu übertragende Energiemenge und/oder der Stromtarif und/oder der minimale Restladungspe gel/Spannungspegel des Energiespeichers aus dem die elektrische Energie übertragen wird und/oder der maximale zulässige Strom.
9. Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsein richtung einen Prozessor umfasst, der ein Ladeschema auf der Basis der erfassten elektrischen und/oder physikalischen Eigenschaften der angeschlossenen Energiespeichersystemen (E1, E2) bestimmt und die Energieübertragung gemäß dieses Ladeschemas nach einer Frei gabe durch den Benutzer erfolgt.
10. Verfahren zum Übertragen elektrischer Energie von einem ersten mo bilen Energiespeichersystem (E1) in einem ersten Fahrzeug (F1) zu einem zweiten mobilen Energiespeichersystem (E2) in einem zweiten Fahrzeug (F2) mittels einer Energieaustauschvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den folgenden Schritten: a. Verbinden der Fahrzeugverbinder (20) mit je einer Ladebuchse (L1 , L2) an je einem der beiden Fahrzeuge (F 1 , F2); b. Starten einer Übertragung von elektrischer Energie mittels der Steuerungseinrichtung (30); c. Erfassen der zwischen den Energiespeichersystemen (E1, E2) übertragenen elektrischen Energie DE; d. Generieren von Daten als Äquivalent zur übertragenen elektrischen Energie DE, um diese an der integrierten oder externen Anzeigeeinrichtung darzustellen. erfahren nach Anspruch 10, wobei das Starten der Übertragung von elektrischer Energie in Schritt b) nach einer Benutzerabfrage und einer Freigabe durch den Benutzer, vorzugsweise über eine Benutzer- oder Kommunikationsschnittstelle erfolgt.
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