WO2023084053A1

WO2023084053A1 - Traktionsenergieversorgungsverfahren, insbesondere unter nutzung eines energieversorgungssystems für kraftfahrzeuge, vorzugsweise für nutzfahrzeuge für elektrisch betriebenen schwerverkehr

Info

Publication number: WO2023084053A1
Application number: PCT/EP2022/081673
Authority: WO
Inventors: Gerold Sluka; Kai André Böhm
Original assignee: Hofer Powertrain Innovation Gmbh
Priority date: 2021-11-12
Filing date: 2022-11-11
Publication date: 2023-05-19
Also published as: WO2023084044A1; WO2023084044A4; EP4217223A1

Abstract

Ein Traktionsenergieversorgungsverfahren kann eine elektrische Versorgung von Schwerverkehrfahrzeugen (220, 220^I) mit elektrischer Antriebsenergie dadurch sicherstellen, dass durch eine Übertragung auf wenigstens einer elektrischen Leitung (260, 260^I) im Bereich eines versorgungsleitungsgestützten Streckenabschnitts (210, 210^I) elektrische Energie für wenigstens einen Antriebsmotor zur Verfügung gestellt wird. Ein Elektrospeicher des Schwerverkehrfahrzeugs (210, 210^I) dient als Element zur Überbrückung in Abschnitten, die versorgungsleitungsfreie Streckenabschnitte (210^I) sind. Die wenigstens eine elektrische Leitung (260, 260^I) wird von einer leistungsgesteuerten elektrischen Energiequelle (203, 203^I) versorgt. Dies erfolgt modenabhängig. Hierzu wird die Energieversorgung durch eine elektrisch steuerbare Umspannstation (209) realisiert. In einem Energieversorgungssystem (202) mit der wenigstens einen elektrischen Leitung (260, 260^I) und einer steuerbaren Energieversorgung lässt sich elektrische Nachladeenergie für wenigstens ein Fahrzeug (220, 220^I) des Schwerverkehrs (201) nach Bedarf modenabhängig zur Verfügung stellen.

Description

Traktionsenergieversorgungsverfahren, insbesondere unter Nutzung eines Energieversorgungssystems für Kraftfahrzeuge, vorzugsweise für Nutzfahrzeuge für elektrisch betriebenen Schwerverkehr

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit elektrischer Versorgung von Schwerverkehrfahrzeugen, die mit wenigstens einem Antriebsmotor elektrisch angetrieben werden, wie einem Lastkraftwagen (LKW) oder einem Personenbeförderungsfahrzeug (PKW oder Bus). Entlang zumindest eines versorgungsleitungsgestützten Streckenabschnitts wird elektrische Energie aus einer Versorgungsleitung bereitgestellt. Ein Elektrospeicher von mindestens einem Schwerverkehrfahrzeug ist für dessen rein elektrischen Antrieb zur Überbrückung von versorgungsfreien Streckenabschnitten vorhanden.

Behandelt wird auch ein Energieversorgungssystem, das dazu ausgebildet ist, elektrische Energie zur Zwischenspeicherung als Nachladeenergie aus der Versorgungsleitung bedarfsabhängig zur Versorgung von mindestens einem Fahrzeug des Schwerverkehrs zur Verfügung zu stellen.

Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung behandelt ein Traktionsenergieversorgungsverfahren, insbesondere für elektrisch versorgten Schwerverkehr, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Behandelt wird zudem ein Energieversorgungssystem für elektrisch angetriebene Fahrzeuge des Schwerverkehrs nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.

Technisches Gebiet

Aufgrund des Bestrebens, sich von einer Ausstattung von Fahrzeugen des Schwerverkehrs mit abgasgenerierenden, verbrennungsmotorischen Antrieben abzuwenden, wie z. B. von Lastkraftwagen mit einem Verbrennungsantriebsmotor, insbesondere von solchen Vehikeln, die mehrere Tonnen Ladegewicht transportieren können, und wie z. B. von Omnibussen mit einem Verbrennungsmotor, sind u. a. elektrische Antriebe in die Fahrzeuge integriert worden. Es sind sowohl Hybrid-Antriebssysteme für den Antrieb von solchen Schwerverkehrs-Fahrzeugen, wie Lastkraftwagen, als auch solche Lastkraftwagen entwickelt worden, die ausschließlich mit einer oder mit mehreren Elektromaschinen als Antriebsmaschinen ausgestattet sind und die somit rein elektrisch angetrieben werden können. Ähnlich gestaltete Schienenfahrzeuge sind auch schon bekannt, die also als reine Elektro-Lokomotiven Waggons bzw. Züge bewegen können.

Für die Elektrifizierung des Beförderungsverkehrs ist im Allgemeinen ein Ausgleich zwischen einer zuverlässig erzielbaren Reichweite bzw. einer maximalen Fahrstrecke, den Stellen mit verfügbarer elektrischer Energie und dem Typ der Versorgung zu suchen, die für die Bereitstellung der vom jeweiligen Fahrzeug geforderten Energie benötigt wird. Zumindest in Teilen muss die technische Ausstattung, wie z. B. ausreichend in der Größe bzw. in der Speicherkapazität dimensionierte elektrochemische Energiespeicher, und die Einrichtungen zu deren Betrieb von dem jeweiligen elektrifizierten Fahrzeug mitgeführt werden. Aufgrund der benötigten Speicherkapazität des elektrochemischen Speichers vergrößert sich das Gewicht eines so gearteten Fahrzeugs. Folglich erhöht sich allein schon aufgrund der Notwendigkeit eines elektrochemischen Speichers, wie eines Akkumulators, der Energieverbrauch eines derart gestalteten Fahrzeugs. Im Ergebnis wirkt sich dies nicht nur ungünstig auf die Energiebilanz aus, sondern die benötigten Ladezeiten reduzieren die Zeiten der Fahrzeugnutzung und damit der Auslastung der Fahrzeuge. Die Ladezeit ist abträglich für eine hohe Wirtschaftlichkeit des einzelnen Fahrzeugs und damit auch des gesamten elektrischen Verkehrssystems. Sollen Phasen, in denen aufgrund von Ladevorgängen ein elektrisch versorgtes Fahrzeug ausfällt, vermieden werden, könnte auf einen reinen Oberleitungsbetrieb eingeschwenkt werden. Ein reiner Oberleitungsbetrieb birgt aber andererseits erfahrungsgemäß die Gefahr eines Liegenbleibens auf offener Strecke - aus dem Zugfernverkehr ist vielen Fahrgästen bekannt, dass sie schon einmal wegen „nicht möglicher Weiterfahrt aufgrund technischer Probleme“ zum Umsteigen aufgefordert wurden, was nicht nur Unannehmlichkeiten, sondern auch eine erhöhte Gefährdung für die Fahrgäste bedeutet.

Zahlreiche inzwischen bekannt gewordene elektrische Antriebssysteme favorisieren hinsichtlich der elektrischen Versorgung der Motoren und der Energiespeicher ihre ganz eigenen Lösungen, wobei viele verschiedene Lösungen Oberleitungen für die elektrische Versorgung der Fahrzeuge nutzen. Andersartig gestaltete Fahrzeuge können dabei häufig nicht von den in einem bestimmten Streckenabschnitt vorhandenen Oberleitungen profitieren, denn die Oberleitungen und das durch die Oberleitungen zur Verfügung gestellte Energieversorgungssystem sind üblicherweise nur für einen ganz bestimmten Fahrzeugtyp konzipiert. Beispielhaft sind die bis zum Jahr 2022 aufgebauten Oberleitungs-Teststrecken in der Bundesrepublik Deutschland zu nennen. Eine der ersten Oberleitungs-Teststrecken gibt es z. B. auf der Autobahn „A1“, wie z. B. online auf dem Internet-Portal „electrive.net“ am 13.09.2020 unter dem Titel „Im OberleitungsLKW über die A1: Erstaunlich unspektakulär“ von der Autorin Nicole de Jong berichtet wurde (abrufbar unter https://www.electrive.net/2020/09/13/im-oberleitungs-lkw-ueber-die-a1- erstaunlich-unspektakulaer/13.09.2020). Nur ganz bestimmte LKWs sind dafür vorgesehen, die elektrische Energie aus dem Oberleitungsnetz entnehmen zu dürfen. Anderen Fahrzeugen auf der Autobahn stehen die Oberleitungen als Energiequellen, genauer gesagt als Energieübertragungsmittel, nicht zur Verfügung.

Theoretisch ist also durch solche zusätzlichen Oberleitungen die Möglichkeit geschaffen, rein elektrisch angetriebene Lastkraftwagen auf Autobahnen fahren zu lassen. Bei (ausschließlich) elektrisch angetriebenen Lastkraftwagen ist jedoch die Schwierigkeit gegeben, dass bisher bekannte Speichersysteme (also Batterien bzw. Akkumulatoren), vor allem des Typs Lithium- Batterien, ein erhebliches Eigengewicht aufweisen. Damit ist eine erlaubte Zuladung bei Lastkraftwagen, die einen Fahrradius von 1.000 km oder mehr abdecken können sollen, um mehrere Tonnen reduziert. Ein Ansatz, das Eigengewicht des Antriebs zu senken, besteht nun darin, Lithium-Akkumulatoren einzusetzen, die aufgrund ihrer Elektroden und ihres Elektrolyten eine besonders hohe Speicherkapazität haben sollen, idealerweise bei einer möglichst geringen eigenen Masse. Die bekannten Lithium-Akkumulatoren-Typen, die sich durch geringeres Eigengewicht, eigentlich durch eine besonders hohe gravimetrische Leistungsdichte auszeichnen, zeichnen sich üblicherweise aber auch durch zahlreiche Nachteile aus. Beispielsweise neigt der Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Akkumulator, insbesondere jene Typen, bei denen der Cobalt-Anteil zu Gunsten des Nickel-Anteils reduziert wird, zum „thermischen Durchgehen“. Folglich wird die hinzugewonnene Leistungsdichte bzw. der Vorteil bei der gravimetrischen Leistungsdichte durch Sicherheitsvorkehrungen, wie z. B. durch kleine Ladungs- und Entladungsströme, zum Teil wieder aufgegeben.

Ein Lithium-Akkumulator-Typ, der zwar eine höhere Anzahl Lade- und Entladezyklen überdauert, aber für eine automotive Anwendung deswegen ungeeignet erscheint, weil er nur eine sehr geringe gravimetrische Leistungsdichte (im Vergleich mit anderen Lithium-Akkumulator-Typen) hat, ist der Lithium-Titanat-Akkumulator.

Aufschlussreiche Beschreibungen zum Akkumulatortyp Lithium-Titanat-Akkumulator (LTO- Akkumulator) sind der WO 2015/085157 A1 (Anmelderin: E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY; Offenlegungstag: 11. Juni 2015), der KR 2013 0 123491 A (Anmelderin: LG CHEMICAL LTD.; Offenlegungstag: 13. November 2013), der EP 3 770 997 A1 (Anmelderin: LG CHEM, LTD.; Offenlegungstag: 27. Januar 2021) und der EP 3 376 569 B1 (Inhaberin: KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA; Erteilungstag: 9. Dezember 2020) zu entnehmen. Statt ausführlich den Typ Lithium-Titanat-Akkumulator mit allen seinen Komponenten und seinen elektrischen, thermischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften zu beschreiben, soll auf die zuvor genannte, einschlägige Fachliteratur, z. B. aus dem Bereich Patentliteratur, verwiesen werden, deren Offenbarungsumfänge als vollständig in vorliegende Erfindungsbeschreibung inkludiert gelten sollen.

Andere Überlegungen gehen dahin, Lastkraftwagen an Oberspannungsleitungen zu führen. Lkws mit entsprechenden Pantographen werden unter anderem in der DE 102016 004 610 A1 (Anmelderin: Scania CV AB; Offenlegungstag: 22. Dezember 2016) und in der EP 3 357 741 B1 (Patentinhaberin: MAN Truck & Bus SE; Patenterteilungstag: 15. September 2021) vorgestellt. Ein weiterer Stromabnehmer wird in der DE 102009 030218 B3 (Patentinhaberin: Bombardier Transportation GmbH; Patenterteilungstag: 23. September 2010) behandelt, der mit der Zielrichtung „Schienenfahrzeug“ entwickelt worden ist, womöglich aber - in eventuell abgewandelter Form - auch auf Dächern von Fahrerhäusern von Langstrecken-Lastkraftwagen (Langstrecken-Lkws) montiert werden kann. Ein Aufbau eines Oberleitungsspannungsabgriffs, seine Abmessungen, seine Beweglichkeit und sein elektrisches sowie sein mechanisches Verhalten können aus den zitierten Druckschriften entnommen werden und gelten als vollumfänglich für vorliegende Erfindungsbeschreibung inkludiert.

So verlockend es auch wirkt, die Lastkraftwagen an jeder beliebigen Stelle ihrer Fahrstrecke über eine Hochspannungskabelversorgung mit elektrischer Energie zu versorgen, dürfte eine komplette Elektrifizierung aller Straßen eines Landes eine deutlich zu hohe Investitionssumme, die in den Straßenbau fließen müsste, erforderlich machen. Außerdem ergäbe sich aus einer durchgängigen Elektrifizierung der Straßen eine erhöhte Vulnerabilität der Transportinfrastruktur gegenüber schädigenden Ereignissen, wie Extremwetterereignissen.

Stand der Technik

Stromversorgungssysteme für elektrifizierte Zugverkehrsnetze dienen gemäß der WO 2010/023 033 A1 (Anmelderin: Siemens AG; Veröffentlichungstag: 04.03.2010) dem Antrieb der Schienenfahrzeuge sowie der Versorgung einer Fahrleitungsanlage. Zur Steigerung der Versorgungssicherheit sowie zur Erhöhung der Nutzung der eingesetzten Energie, indem eine Rückspeisung von Strom im generatorischen Betrieb von Motoren während eines Bremsvorgangs stattfindet, wird in der PCT-Anmeldung WO 2010/023 033 A1 vorgeschlagen, sogenannte Unterwerke der Energieversorgungseinrichtung mit einer Energiespeichereinrichtung auszustatten. Diese Unterwerke dienen der Umformung elektrischer Energie und der Versorgung von Streckenabschnitten. Die Energiespeichereinrichtung kann beispielsweise einen elektrischen und einen elektrochemischen Energiespeicher aufweisen, die über leistungselektronische und/oder mechanische Schalter verbunden sind. Jene Energiespeicher können auch zur Versorgungsstabilität durch ein Energieversorgungsnetz beitragen, wenn als Energiequellen Windkraftanlagen oder Photovoltaikanlagen genutzt werden, die generell als weniger stabile Energiequellen anzusehen sind.

Ähnlich wie in der WO 2010/023 033 A1 wird auch in der EP 3210 820 B1 (Inhaberin: Kabushiki Kaisha Toshiba; Veröffentlichungstag des Patents: 07.08.2019) hauptsächlich auf Transportsysteme des elektrischen Schienenverkehrs Bezug genommen. Aufgrund der Versorgung der Fahrzeuge, die im Start-Stopp-Betrieb operieren, mit Energie über Oberleitungen soll die Oberleitungsspannung stark variieren. Ähnlich wie in der WO 2010/023 033 A 1 wird daher auch in der EP 3210 820 B1 vorgeschlagen, Umspannstationen mit Energiespeichern auszustatten. Unterschiedliche typische DC-Betriebsspannungen, z. B. 600 V oder z. B. auch 1500 V, werden in jenem Dokument angesprochen. In dem Dokument EP 3210 820 B1 wird auch erläutert, dass die Betriebsspannung auch deswegen zu variieren ist, weil das Speicherelement der Station temperaturbedingten Spannungsänderungen oder SOC-bedingten Spannungsänderungen ausgesetzt sei.

In der DE 102019 117419 A1 (Anmelderin: Bombardier Transportation GmbH; Offenlegungstag: 31.12.2020) wird eine Schienenverkehrsstrecke mit einer von einem Schienenfahrzeug nutzbaren elektrischen Nachladeinfrastruktur beschrieben. Zu den im Schienennetzwerk verkehrenden Fahrzeugen gehören die Fahrzeuge „Zug“, „Triebwagen“, „Lokomotive“ und „Waggon“. Die Infrastruktur soll Oberleitungsabschnitte für ein Laden im Stillstand oder für ein Laden während einer Fahrt eines Fahrzeugs aufweisen. Die Länge und die Größe der Abschnitte der Nachladeinfrastruktur seien in Übereinstimmung mit dem Energiebedarf der Fahrzeuge auszulegen. Jede Ladestation sei mit Komponenten wie Wechselrichter, Gleichrichter und/oder - ganz allgemein gesprochen - Strom- und/oder Spannungswandler auszustatten. Darüber hinaus könne eine Energierückspeisung von Energie in das Versorgungsstromnetz, z. B. mithilfe von Frequenzumwandlern, vorgesehen werden. Damit auf jeden Fall ein Notfallbetrieb sichergestellt sei, wird vorgeschlagen, die Energiespeicherkapazität in eine Notbetriebskapazität und eine Reservekapazität zu unterteilen. Die Abstände zwischen den einzelnen Abschnitten mit einer Nachladeinfrastruktur sollen so gewählt sein, dass auch bei Ausfall eines zwischenliegenden Nachladeinfrastrukturabschnitts ein Schienenfahrzeug möglichst ohne eine Tiefenentladung des Akkumulators zu einem darauffolgenden Abschnitt mit einer Nachladeinfrastruktur gelangen kann.

Die CN 109 383 307 B (Anmelderin: Zhuzhou CRRC Times Electric Co., Ltd.; Veröffentlichungstag: 12.10.2021) beschäftigt sich ebenfalls mit elektrischen

Schienenverkehrfahrzeugen, die batterieversorgt sind. Die Stromversorgung soll über ein 25 kV- Hochspannungsnetz mit Einkoppelung über einen Trafo und anschließende Wandlung, insbesondere zu einem 3-Phasen-Wechselstrom, zur Versorgung eines Antriebsmotors des Schienenfahrzeugs erfolgen. Im Fahrzeug dient ein bidirektionaler AC-DC-Converter zum Laden einer Speicherbatterie. Wenn die externe Versorgung einen Fehler hat (engl.: „when the bow net system is abnormal“), soll die Speicherbatterie von der externen Versorgung abgekoppelt werden und die Stromversorgung des Fahrzeugs, insbesondere die Versorgung des Antriebsmotors, soll aus der Speicherbatterie erfolgen, und zwar über den bidirektionalen DC/AC-lnverter, der auch zum Laden des Akkumulators bzw. der Speicherbatterie geeignet sein soll. Mit einem solchen Notantrieb soll das Fahrzeug wenigstens noch bis zu einer nahegelegenen Wartungswerkstatt gelangen können.

Die CN 113 183 766 A (Anmelderin: Univ. Hunan; Veröffentlichungstag: 30.07.2021) dürfte sich aufgrund des beschriebenen Gegenstands mit der Bezeichnung „multi-source multi-flow electric locomotive traction transmission system topology“ ebenfalls hauptsächlich auf Fahrzeuge des Schienenverkehrs und deren Versorgung mit Wechselstrom und Gleichstrom über einen Abgriff mittels einem zu nutzenden Pantographen beziehen. In dem Dokument werden einzelne Komponenten des Fahrzeugs aufgezählt, die zur elektrischen und zur elektronischen Ausstattung des Fahrzeugs gehören. Als mögliche Option für die einzusetzende Akkumulatortechnologie wird der Typ „Lithium-Titanat-Batterie“ genannt. Die Autoren der CN 113 183 766 A beschäftigen sich auch mit einem möglichen „Pantograph-Fehler“. Tritt ein solcher Fehler ein, soll eine elektrische Lokomotive aufgrund des an Bord befindlichen hybriden Energiespeichersystems weiter betriebsbereit bleiben.

Aus der US 2011/0 166 736 A1 (Anmelderin: Mitsubishi Electric Corp.; Veröffentlichungstag: 07.07.2011) geht eine Antriebssteuerung für ein elektrisches Fahrzeug hervor, wie für einen Nahverkehrszug mit 10 Wagen oder wie für eine U-Bahn. Als Nominalspannung auf einer Oberleitung wird eine Spannung in Höhe von 1500 V genannt. Außerdem wird ein Spannungsfenster, das in einem Spannungsfeld zwischen 1000 V und 1800 V variiert werden kann, als möglicher Bereich einer variablen Spannung beschrieben. Darüber hinaus werden DC- Spannungen von 600 V bis 3000 V als Versorgungsspannungen genannt. In einem Fehlerfall, genauer wenn keine ausreichende Oberleitungsspannung anliegt, soll ein solcher Zug auf einen Batteriebetrieb umgeschaltet werden können. Zur Begrenzung des Energiebedarfs des Fahrzeugs wird vorgeschlagen, eine Klimaanlage auszuschalten und stattdessen einen (zusätzlichen) Ventilator in einem kontinuierlichen Betrieb einzusetzen.

In der EP 3 103675 A1 (Anmelderin Kabushiki Kaisha Toshiba; Veröffentlichungstag: 14.12.2016) wird ein Steuergerät für ein Elektrofahrzeug, z. B. ein Schienenfahrzeug, beschrieben, das in einem elektrifizierten Streckenbereich aus einer Oberleitung, die eine vorgegebene Gleichspannung von z. B. 600 V bereitstellt, Strom bezieht und in einen „Drei- Phasen-Strom“ für den Motorantrieb bzw. für den Betrieb von Zusatzgeräten, wie Klimaanlagen, wandelt. Auch soll ein im Fahrzeug mitgeführter elektrischer Speicher, dessen Energie für den Betrieb des Fahrzeugs in Streckenbereichen ohne Oberleitungen vorgesehen ist, aus der Oberleitung aufgeladen werden. Hierfür ist das Steuergerät mit einem Ladegerät ausgestattet, das außerdem in einem Hybridbetrieb aus einer Zusatzenergiequelle, zu der eine so genannte Zusatz-Gerätegruppe gehört, versorgbar sein soll. Das Steuergerät stimmt die Menge der aus der Oberleitung aufzunehmenden elektrischen Ladung auf eine anschließend ohne Oberleitung ausgestattete, abzufahrende Strecke ab, d. h., Lademengen werden auf die zukünftige Fahrstrecke hin berechnet und entsprechend bezogen.

Ein Beispiel für einen Stromabnehmer mit Ausgleichskontakten für Oberleitungen geht aus der WO 2018/158235 A1 (Anmelderin: Siemens AG; Veröffentlichungstag: 07.09.2018) hervor.

In der CN 113 644679 A (Anmelderin: Tsinghua University; Veröffentlichungstag: 12.11.2021) wird ein sog. flexibles Gleichspannungsversorgungssystem für den Fahrantrieb beschrieben. Die „Flexibilität“ wird darin gesehen, dass die Energie aus verschiedenen Energiequellen bezogen werden soll.

Inzwischen hat auch das Thema „Elektrifizierung für den Straßenverkehr“ als wünschenswerte Zukunftsperspektive zur Verringerung von Abgasen aus Verbrennungsmotoren größere Aufmerksamkeit gefunden.

In der DE 10 2012 007 906 A1 (Anmelderin: Audi AG; Offenlegungstag: 24.10.2013) wird ein Verfahren zur Vorbereitung einer Energieversorgung eines Fahrzeugs beschrieben. Die Druckschrift behandelt die anfängliche Phase, in der ein Fahrzeug über einen Steckverbinder mit einer DC-Schnellladesäule verbunden wird, wobei die Schnellladesäule Gleichspannungen zischen 0 V und 1500 V bereitstellen können soll. Via Power-Line-Kommunikation teilt das zu ladende Elektrofahrzeug in einer Initialisierungsphase mit, welche zulässige maximale Ladespannung und welche Sollspannung nach dem Ladevorgang die Batterie des Fahrzeugs haben soll, sodass die DC-Ladesäule die gewünschte Ladespannung für das Fahrzeug den Vorgaben des Fahrzeugs folgend einstellt. Zur Vermeidung von Übertragungsfehlern schlagen die Autoren der DE 10 2012 007 906 A1 mehrere Maßnahmen vor: die Ausbildung eines zweiten Kommunikationskanals in Form einer Hardwareleitung, eine bidirektionale Kommunikation sowie eine Zuordnung zu vordefinierten Spannungsklassen, wie maximal 600 V, maximal 1000 V oder sogar maximal 1500 V.

Die US 10293 699 B2 (Inhaberin: GM Global Technology; Veröffentlichungstag des Patents: 21.05.2019) beschreibt eine Parkstation für Elektrofahrzeuge, bei der ein Ladesteuersystem in Verbindung mit einem Server die Information verfügbar machen soll, welches Fahrzeug einer Flotte für eine beabsichtigte Fahrstrecke einen ausreichenden Ladezustand aufweist. Den Batterien sollen in Abhängigkeit ihres jeweiligen Alters und Zustands eine angepasste und damit ausreichende elektrische Ladung zugeführt werden.

Die US 9 984 522 B2 (Inhaberin: NIO USA, Inc.; Veröffentlichungstag des Patents: 29.05.2018) beschäftigt sich u. a. mit dem Umgang und mit der Handhabung spezieller Fahrzeugdaten. Außerdem wird in der Figur 8 der US 9 984 522 B2 ein PKW mit Pantograph auf dem Dach gezeigt. Die US 2019/0 107 406 A1 (Anmelderin: NIO USA, Inc.; Veröffentlichungstag: 11.04.2019) widmet sich einem ähnlichen Gegenstand und erwähnt u. a. ein stationäres Laden mithilfe eines Steckers.

Die EP 2 962 891 B1 (Inhaberin: MAN Truck & Bus AG; Veröffentlichungstag des Patents: 22.11.2017) widmet sich dem Thema „Aufladen von E-Bussen“ bzw. „Aufladen von Straßenbahnen“. Als geeignete Ladezeitpunkte für E-Busse und Straßenbahnen werden jene Zeitpunkte genannt, zu denen diese Fahrzeuge an (Bus-)Haltestellen stehen. Besondere Aufmerksamkeit wird der zur Verfügung stehenden Ladespannung gewidmet. Diese dürfte, so wie die EP 2 962 891 B1 zu verstehen ist, aus dem Netz fest vorgegeben sein. Eine Steuereinrichtung soll es ermöglichen, eine über einen Leistungspfad übertragene Ladeleistung zu reduzieren.

Ein ähnliches Ladekonzept, wie in der EP 2 962 891 B1 beschrieben ist, geht auch aus der US 9 030 163 B2 (Inhaberin: Alstom Transport SA; Veröffentlichungstag des Patents: 12.05.2015) für Schienenfahrzeuge hervor.

Aus der CN 1 546 339 A (Anmelderin: Univ. Shanghai Jiaotong; Veröffentlichungstag: 17.11.2004) ist ein Batterieladesystem für einen Oberleitungsbus bekannt, das an Haltestellen vorhanden sein soll. Ein Superkondensator oder eine Batterie des Busses soll über einen Pantographen unter Verwendung eines sog. gepulsten Starkstrom-Schnellladers an Bord des Busses aufgeladen werden. Elektrische Gleichspannung soll über ein Versorgungs- Oberleitungspaar entlang einer Straße an den Stationen mithilfe eines Gleichrichters aus einem Stromnetz bereitgestellt werden.

Als Alternative zu Oberleitungs-Ladestationen wird z. B. in der CN 101 693 444 A (Anmelder: Zuwei Wang; Veröffentlichungstag: 14.04.2010) eine Bodenkontakt-Ladestation beschrieben, die aber nur für Fahrzeuge, die sich mit geringeren Geschwindigkeiten bewegen, geeignet sein soll. Strom und Spannung, z. B. Wechselspannung, sollen als so genannte Standard-Abgabewerte bereitstellbar sein.

Aus der CN 102 593 899 A (Anmelderin: Univ. Beijing Union; Veröffentlichungstag: 18.07.2012) geht ein Ladesystem für elektrische Fahrzeuge hervor, das unter Nutzung eines Oberleitungsabgriffs während einer Fahrt entlang eines Fahrwegs wie einer Überlandstraße Energie für das Fahrzeug beziehen kann. Bevor ein Laden nach einem Öffnen einer isolierenden Abdeckung der Oberleitungen zur Freigabe einer Kontaktierung durch einen Pantographen erfolgen kann, muss das elektrische Fahrzeug eine sich ausweisende Identifikationsinformation an ein „management center“ einer Basisstation senden. Auf diese Weise sollen u. a. der Zugang zu einer Ladeeinrichtung und die Anzahl zu ladender Fahrzeuge kontrolliert und gesteuert werden, um z. B. eine Überlastung der Ladestation zu vermeiden. Für die Gestaltung einer beispielhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, die Ladestationen so zu arrangieren, dass die Abstände zwischen den Ladestationen des Energieversorgungssystems jeweils ungefähr einen Kilometer betragen.

Mit dem Fokus auf die Bereitstellung der Energie bzw. des Stroms für die Versorgung von Nahverkehrsmitteln und ggf. von weiteren Nutzern behandelt die WO 2018/167286 A2 (Anmelderin: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.; Veröffentlichungstag: 20.09.2018) Möglichkeiten, wie Betriebsnetze aufgebaut sein können. In der WO 2018/167286 A2 werden verschiedene Komponenten zu einem so genannten Unterwerk zusammengefasst. Durch Unterwerke soll mittels Wandlung in den Unterwerken eine geeignete Gleichspannung für den Betrieb von schienengebundenen Bahnen bereitgestellt werden. Außerdem wird in der WO 2018/167286 A2 vorgeschlagen, aus dem Gleichspannungskreis heraus mithilfe einer gesonderten Speiseeinrichtung ein „anderes“ Spannungsniveau (als das Übliche für das Betriebsnetz) für zeitweise vorhandene Abnehmer elektrischer Energie bereitzustellen. Als eine weitere Anwendungsmöglichkeit der Betriebsnetze mit Unterwerken haben die Autoren u. a. auch Busse im Blick, die ein bestimmtes, d. h. eigenes Spannungsniveau zum Laden und eine eigene Spannungs- oder Stromregelung erfordern. Darüber hinaus werden weitere Aspekte bezüglich des Energiemanagements in einem solchen Versorgungssystem angesprochen, z. B. um Strom kostengünstig zu beziehen, Lastspitzen abzufangen oder Strom rückzuspeisen. Das Aufladen der Energiespeicher der Busse ist entweder stationär an Linienendpunkten, an Haltestellen oder im Depot vorgesehen. Im Zusammenhang mit dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird außerdem die Versorgung von Oberleitungen mit Strom angesprochen. Auf eine Möglichkeit einer Regelung der Spannung für Zusatznutzer in einem Bereich von 0 V bis 750 V wird hingewiesen.

Hybride Antriebe für ein Kraftfahrzeug werden in der US 6 053 842 A (Inhaberin: Nissan Motor Co., Ltd.; Veröffentlichungstag: 25.04.2000) beschrieben, die mit unterschiedlichen Anordnungen von „Verbrennern“, E-Motoren und Getrieben vorgestellt werden. Eine Versorgung des Kraftfahrzeugs aus Oberleitungen wird dabei jedoch nicht in Betracht gezogen. Die Autoren möchten aber ebenfalls Vorkehrungen für verschiedene Fehlerfälle im Antriebssystem treffen. Wenn ein ladestromerzeugender Motor, der bei Unterschreiten einer Standard- Ladezustandsschwelle des Akkumulators anlaufen soll, ausgefallen sein sollte, sollen verschiedene Warnlampen einem Fahrer die Art des vorliegenden Fehlers anzeigen. In einem Fehlerfall soll die Freigabe eines Rest-Ladezustands bis zu einer noch zulässigen niedrigsten Ladezustandsschwelle möglich sein.

Das Laden eines elektrischen Fahrzeugs, insbesondere eines Busses, an einer Ladestation wird in der US 2020/0 391 595 A1 (Anmelderin: Proterra Inc.; Veröffentlichungstag: 17.12.2020) beschrieben. Die Autoren beschäftigen sich insbesondere mit einem automatisierten Andocken an die Ladestation und mit einem automatisierten Laden. Eingehender wird außerdem eine Kommunikation zwischen Fahrzeug und der Ladestation mittels Mobilfunk beschrieben. In der Beschreibung werden verschiedene Prozentzahlen bezüglich des Aufladens von Lithium-Titanat- Batterien und Ladezeiten jeweils für sich separat aufgelistet. So soll es möglich sein, in einer vorgegebenen Zeit mehr als 75 % der maximalen Ladekapazität aufzuladen. Ein Aufladen soll in einer Ausgestaltung innerhalb von drei Minuten und in einer anderen Ausgestaltung innerhalb von einer Minute möglich sein.

In der US 2010/0 300 780 A1 (Anmelder: A. N. Carusco et al.; Veröffentlichungstag: 02.12.2010) wird ein Personentransportsystem mit einer Ladeinfrastruktur unter Nutzung von Oberleitungen beschrieben, bei dem durch ein 2,1-MW-System das Laden eines 150-Ah-Fahrzeug-Akkus auf einem Spannungsniveau von 600 V in zwei Minuten erfolgen soll. Eine Ladestation in einer solchen Ladeinfrastruktur soll eine Leistung von 3,000 kW liefern können, wobei der Laderegler hierbei im Fahrzeug angeordnet sein soll. Die Autoren der US-Patentanmeldung behaupten, deutlich schnelleres Laden als mit konventionellen Blei-Säure- oder Lithium-basierten Batterien in ihren elektrischen Systemen ermöglichen zu können; sie gehen aber hierbei nicht konkret auf die zu verwendende Batterietechnik ein. Als Beispiele für Batterien-Technologien werden Li-Ionen- Batterien, Ni-Metall-Hydrid-Batterien sowie Batterien mit geschmolzenem Salz genannt. Auch wird die Verwendung von Materialien wie Ni-NaAICI₄ (Na-NiCI₄), Na-S oder Li-S angesprochen. Genauere Spezifikationen der Batterien, die mit jenen Materialien ggf. hergestellt sein könnten, werden in der Beschreibung jedoch nicht angegeben. Auch werden keine Bezüge zu konventioneller Batterie-Technik gebildet.

Die US 8 975 866 B2 (Inhaberin: Proterra Inc.; Erteilungstag: 10. März 2015) erwähnt am Anfang ihrer Beschreibung voluminöse Fahrzeuge, wie elektrisch angetriebene Nahverkehrsbusse und Schwerlast-Lkws, die sowohl an Oberleitungen geführt als auch unabhängig von den Oberleitungen sich fortbewegen können. Ein größerer Teil der Beschreibung der US 8 975 866 B2 beschäftigt sich mit dem Lithium-Akkumulatortyp Lithium-Eisenphosphat- Akkumulator; nebenbei wird aber auch gezeigt, dass ein Lithium-Titanat-Akkumulator mit den gleichen Ladezyklen betrieben werden kann, durch die beispielsweise eine Energie von 36 kWh aus dem Akkumulator abgerufen werden kann, obwohl der LTO-Akkumulator nur eine halb so große Speicherkapazität aufweist wie volumenmäßig ähnlich gestaltete Lithium-Eisenphosphat- Akkumulatoren. Im Endeffekt nimmt man als Leser der US 8 975 866 B2 die Erkenntnis mit, ein akkumulatorversorgtes Kraftfahrzeug möge nur einen möglichst kleinen Energieanteil des maximal zur Verfügung stehenden Speichers des Akkumulators durch Lade- und Entladevorgänge nutzen. Hierbei soll ein Lithium-Akkumulator, egal ob es sich um einen Lithium- Eisenphosphat- oder um einen Lithium-Titanat-Akkumulator handelt, weder auf die maximale Aufladung aufgeladen werden noch soll ein solcher Akkumulator eine vollständige Entladung erfahren. Die Leistung sei also nur aus dem Akkumulator zu beziehen, wenn sich der Akkumulator in einem mittleren Ladezustand befindet.

Die Ladungs- und Entladungssteuerung eines Kraftfahrzeugakkumulators soll sich folglich gemäß der US 8 975 866 B2 lediglich in einem kleinen mittleren Ladungsbereich bewegen. Beispielsweise wird eine Endbeladungsgrenze von 10 % des maximalen SOC (State-of-Charge) vorgeschlagen. Tiefer als 30 % des maximalen SOCs sollte ein Lithium-Akkumulator, selbst wenn es sich um einen LTO-Typen handelt, nicht entladen werden. In der DE 102019 214622 A1 (Anmelderin: ZF Friedrichshafen; Offenlegungstag: 25.03.2021) wird ein System zum Laden eines batterieelektrischen Fahrzeugs beschrieben, bei dem das zu ladende Fahrzeug seinen Strom durch Ankoppeln an eine mobile Ladeeinrichtung beziehen soll, wobei während der Fahrt des Fahrzeugs ein Strom von einer Versorgungsleitung auf die mobile Ladeeinrichtung übertragen werden soll. Als mobile Ladestation soll ein Lastkraftwagen mit einer Zusatzbatterie, die als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet sein kann, dienen. Eine LKW-typische Geschwindigkeit von 80 km/h wird als typische Fahrzeuggeschwindigkeit erwähnt. Zum Aufladen der Akkumulatoren über Oberleitungen bzw. Oberspannungsleitungen in Bereichen von ausgewählten Streckenabschnitten sollen die Oberleitungsabschnitte in regelmäßigen Abständen vorhanden sein, wobei deren exakte Größe bzw. Länge jedoch nicht genauer spezifiziert wird. Zur Größe eines im Fahrzeug zu verbauenden Akkumulators finden sich in der DE 10 2019214622 A1 verschiedene Angaben, wonach die Batterie in einer Größenordnung von 50 kWh oder in einer Größenordnung von 200 kWh vorliegen könnte.

Die US 2020/0 086 750 A1 (Anmelderin: Proterra Inc.; Veröffentlichungstag: 19.03.2020) beschäftigt sich mit elektrischen Fahrzeugen und mit Ladestationen. Dabei werden auch elektrisch betriebene Schwerlastfahrzeuge sowie mehrachsige Lastwagen und Busse erwähnt. Die Ladestationen sollten für diese Fahrzeugtypen ausgelegt sein. Diese Fahrzeuge sollen auf ihren Dächern Kontaktplatten oder Schienen aufweisen. Ein Kontakt von der Ladestation zum Fahrzeug soll mittels Pantographen erfolgen. Auf diese Weise soll es möglich sein, dass Fahrzeuge elektrische Kontakte bilden, die unterschiedliche Höhe haben. Trotz der unterschiedlichen Höhe sollen sie mit Strom versorgt werden können. Somit dürfte beim Lesen des Dokuments davon auszugehen sein, dass die Ladestationen nur für solche Fahrzeuge sinnvoll betreibbar sind, die regelmäßig bestimmte Stationen anfahren, um dort für eine gewisse Zeit zu verweilen. Weil eine Ladezeit von nicht weniger als 1 Minute genannt wird, ist des Weiteren davon auszugehen, dass zum Laden der Batterie das Fahrzeug aus dem fließenden Verkehr ausscheren muss und zum Laden ein Fahrzeug angehalten werden soll. Ein Arm des Lademasts dürfte im Verkehrsfluss, der mit typischerweise 11 Meilen/Stunde angegeben wird, nicht ausreichend lange nachführbar sein. Die Autoren der US 2020/0 086 750 A1 beschäftigen sich hauptsächlich mit Kontaktierungsvorrichtungen und schlagen eine Anordnung vor, die als inverse Realisierung der von Straßenbahnen oder elektrischen Bussen bekannten Kontaktierungsvorrichtungen beschrieben werden kann. Als ein Typ von Batterien, die schnell aufladbare Energiespeicher für Busse darstellen können, wird der Typ „Lithium-Titanat-Batterien“ in Betracht gezogen. Wie hierbei der Fahrzeugantrieb auszubilden ist, wird anscheinend von den Autoren der US 2020/0 086 750 A1 als bekannt vorausgesetzt. Ein Lade-Steuergerät soll in der Lage sein, einen Ladezustand des von ihm betreuten elektrischen Fahrzeugs zu einer Ladestation zu kommunizieren. Eine Batterieüberwachung in dem Fahrzeug soll den Bedarf des Fahrzeugs nach elektrischer Energie melden und die Verfügbarkeit elektrischer Energie von den Ladestationen abfragen können. Mithilfe von Bedarfsprognosen sollen Entscheidungen über das Anfahren von Ladestationen bzw. über die Abänderung von Routen von dem Fahrzeug getroffen werden. Wahlweise soll ein teilweises oder vollständiges Laden des Akkumulators erfolgen können. Wichtig sei es, eine Notversorgung durch einen stationären Energiepuffer vorzuhalten, der zugleich zur Stabilisierung einer Netz-Stromversorgung an der Ladestation dienen soll.

Wird die Dimensionierungs- und Auslegungsvorschrift gemäß der US 8 975 866 B2 mit Lastkraftwagen umgesetzt, die, wie in der DE 102016 004 566 A1 (Anmelderin: Scania CV AB; Offenlegungstag: 3. November 2016) beschrieben, in Oberleitungsenergieaufladezonen wieder aufgeladen werden, so müssen eine sehr hohe Anzahl und damit eine sehr hohe Dichte entsprechender Oberleitungsenergieaufladezonen an Fahrstrecken der Lkws vorhanden sein, durch die Lkws mit Stromabnehmern auf irgendeine „Route“ im innerstädtischen Verkehr durchfahren und während der Fahrt Ladenergie von den Oberleitungen (bzw. Oberspannungsleitungen) beziehen können. Als Stromspeicher sollen Energiespeichervorrichtungen dienen, die auch als Batterien bezeichnet, aber nicht näher beschrieben werden. Die DE 102016 004 566 A1 unterbreitet Vorschläge, wie eine entsprechende Ladelogistik von sich in Bewegung befindlichen Bussen aussehen kann. Die Ladelogistik soll sich auch für Motorräder oder Lastkraftwagen eignen, die nicht auf Schienen fahren. Für eine Ladesteuerung soll zunächst eine Distanz zur nächsten Aufladezone bestimmt werden, um die Fahrstrecke zu dieser nachfolgenden Aufladezone als bewältigbar abzuschätzen. Außerdem wird auf die Besonderheiten bei einer Distanzermittlung zwischen zwei Aufladezonen hingewiesen, deren Wert als „bekannt oder voreingestellt“ gegeben sein kann.

Die zuvor genannten Druckschriften gelten mit ihrer Benennung als vollumfänglich in vorliegende Erfindungsbeschreibung inkorporiert. Hierdurch soll vermieden werden, dass erneut und wiederholt allgemein bekannte Zusammenhänge zwischen Steuervorrichtung, Fahrzeugdaten, Leistungsanforderungen an den Energiespeicher und mögliche, zur Verfügung stehende Schnellladeverfahren erörtert werden müssen, sondern die Begriffe wie „Schwerverkehr“, „Energieversorgungsabschnitt“ und „Oberleitungsabgriff“ sollen durch Verweis auf die Druckschriften als ebenfalls definiert für vorliegende Erfindung angesehen werden dürfen.

Günstiger wäre es, wenn der in der DE 102016 004 566 A1 angedeutete Koordinierungsaufwand, der sich bei einer entsprechend hohen Anzahl an Oberleitungsenergieaufladezonen ergibt, durch eine Streckung der räumlichen Abstände zwischen den Oberleitungsenergieaufladezonen reduziert werden könnte.

Aufgabenstellung

Es gibt den Bedarf, die Bewegung von Fahrzeugen des Schwerverkehrs, wie z. B. von Fahrzeugen für den Transport von schweren Lasten auf Straßen, durch eine ausreichende elektrische Versorgung sicherzustellen, also ein geeignetes Mobilitätssystem anzubieten. Idealerweise ist das System geeignet, für unterschiedliche Fahrzeuge die Energie so anzubieten, dass ein Verkehrsfluss möglichst wenig gehindert oder verlangsamt wird.

Erfindungsbeschreibung

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Traktionsenergieversorgungsverfahren für elektrisch versorgte Schwerverkehrfahrzeuge nach Anspruch 1 gelöst.

Ein Energieversorgungssystem wird in Anspruch 10 definiert.

Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.

Fahrzeuge und Verkehr

Fahrzeuge, wie z. B. Lastkraftwagen (abgekürzt: LKWs), die vor allem für Transportaufgaben in einem Langstreckenbetrieb vorgesehen sind (Langstrecken-Lastkraftwagen, abgekürzt: Langstrecken-LKWs), d. h. eine T our von mehr als 500 km, insbesondere von mehr als 1.000 km, zurücklegen, können derart aufgebaut sein, dass sie ausschließlich durch einen Elektromotor oder durch mehrere Elektromotoren angetrieben werden (verbrennungsmotorischfreier Antrieb; ausschließlicher Elektroantrieb). Solche Fahrzeuge werden üblicherweise in die Kategorie Schwerverkehr einsortiert.

Mit dem Begriff „Schwerverkehr“ werden aber nicht nur Lastkraftwagen bezeichnet. Unter dem Begriff „Schwerverkehr“ werden alle jene Fahrzeuge zusammengefasst, die ein Eigengewicht jenseits eines (PKW-typischen) Mindestgewichts besitzen, z. B. aufgrund einer gewünschten maximalen Zuladung und einer deswegen ausreichend stabilen Rahmengestaltung des Fahrzeugs. Die Eingruppierung eines Fahrzeugs in Schwerverkehr oder in Leichtverkehr kann anhand seines Eigengewichts, aber auch anhand seines Gesamtgewichts vorgenommen werden. Wo genau die Grenze zu ziehen ist, also welche Fahrzeuge Schwerverkehrfahrzeuge sind und welche Fahrzeuge noch als Leichtverkehrfahrzeuge bezeichnet werden, ergibt sich in vielen Staaten aus der jeweils geltenden nationalen Gesetzgebung. In manchen Staaten wird als Grenze für den Schwerverkehr bei einem zulässigen Gesamtgewicht von mehr als 2,8 Tonnen angesiedelt, in anderen Staaten wird bei einem Fahrzeug davon gesprochen, dass es ein Teil des Schwerverkehrs ist, wenn das Fahrzeug ein Gesamtgewicht von mehr als 3,5 Tonnen aufweisen darf. Gelegentlich wird der Begriff „Schwerverkehr“ auch erst für Fahrzeuge in einem Gesamtgewichtsbereich jenseits von 7,5 Tonnen verwendet. Unabhängig von der Gewichtsgrenze zwischen Schwerverkehr und Leichtverkehr gehören zu der Gruppe der Schwerverkehrfahrzeuge viele verschieden Typen von Fahrzeugen: Lastkraftwagen, Transporter, Reisebusse, Baufahrzeuge, landwirtschaftliche Maschinen usw.

Ein solcher elektrischer Antrieb bezieht die für den Antrieb benötigte Energie, wenigstens phasenweise, aus einem Elektrospeicher wie einem Brennstoffzellensystem oder wie einem Akkumulator, dem sogenannten Traktionsakkumulator. Der Traktionsakkumulator ist also für die elektrische Versorgung des Antriebs motors oder der Antriebsmotoren des Fahrzeugs, z. B. des Lastkraftwagens, zuständig, sofern er nicht an einer Hochspannungsleitung (oder einer Oberspannungsleitung) oder einer Versorgungsschiene angeschlossen ist. Der Traktionsakkumulator übernimmt somit die Aufgabe, als Pufferspeicher zur Pufferenergieversorgung zur Verfügung zu stehen. Ein Traktionsakkumulator kann auch elektrische Energie für Sekundärsysteme eines elektrischen Fahrzeugs, wie dessen Fernkommunikationsvorrichtung, bereitstellen. Der Traktionsakkumulator umfasst mindestens einen Akkumulator und kann mehrere Akkumulatorzellen aufweisen. Zu speichernde bzw. aufzunehmende Energie kann über eine Leitungsverbindung, wie z. B. eine Oberleitung, dem Fahrzeug, z. B. dem Lastkraftwagen, zur Verfügung gestellt werden. Die Oberleitung kann auch als Oberspannungsleitung bezeichnet werden. Es handelt sich hierbei um eine Leitungsanordnung die der Energieversorgung der Lastkraftwagen bzw. des Schwerverkehrs u. a. mit Antriebsenergie dient. Die über z. B. die Oberleitung zur Verfügung stehende elektrische Energie wird von einem Oberleitungsabgriff, d. h., von einem Oberleitungsspannungsabgriff, den Fahrzeugen (z. B. den Lastkraftwagen) zur Verfügung gestellt. Die Weiterleitung des elektrischen Stroms und das Anliegen einer entsprechenden Spannung erfolgt über einen geeigneten Abgriff (z. B. einem Oberleitungsabgriff) an weiterführende Leiter oder Kabel des Fahrzeugs. Dem Abgriff geht zumeist ein Kontaktschluss voraus, der auch als Andocken des Fahrzeugs an die Leitungsverbindung zu einer elektrischen Versorgungsquelle bezeichnet werden kann. Ein Abgriff zum Transfer von elektrischer Energie auf das Kraftfahrzeug kann mit geeigneter Ausstattung auch induktiv erfolgen, insbesondere bei einer stationären Versorgung, wobei aber in der Regel von geringerer Übertragungsleistung durch elektrische Induktion und somit u. a. längerer Akkumulatorladezeit als bei einem Kontaktschluss an einer elektrischen Versorgungsquelle auszugehen ist.

Zur Kategorie „Fahrzeuge des Schwerverkehrs“ werden elektromotorisch angetriebene Lastkraftwagen gezählt. Ebenso gehören in die Kategorie „Fahrzeuge des Schwerverkehrs“ auch elektromotorisch angetriebene Personenbeförderungsfahrzeuge.

Die Fahrzeuge des Schwerverkehrs sind vorteilhafterweise mit Rädern und Reifen ausgestattet, sodass sie über asphaltierte Straßen fahren können. Die Straße setzt sich aus einzelnen Stücken zusammen, wobei einzelne Straßenstücke mit einem Energieversorgungsabschnitt ausgestattet sind. Andere Stücke des Wegs sind dabei idealerweise ohne elektrische Energieversorgungsleitungen ausgestattet. Es gibt also Stücke der Straße (Straßenstücke) mit Energieversorgungsleitungen und Stücke der Straße ohne zusätzliche Leitung zur Versorgung des Verkehrs mit elektrischer Energie für den Antrieb der einzelnen Fahrzeuge. Der Energieversorgungsabschnitt dient zur Versorgung des wenigstens einen Schwerverkehrfahrzeugs. Hierbei kann die Energieversorgung auch dann durchgeführt werden, wenn sich das Schwerverkehrfahrzeug in Bewegung befindet.

Energieversorgung und Energieweiterleitung

Nicht alle Streckenabschnitte sind aber mit einer elektrischen Energieversorgung ausgestattet. Insbesondere auf Strecken und Routen, die längere Strecken versorgungsleitungsfrei ausgeführt haben, als die Strecken, die mit versorgungsleitungsgestützten Streckenabschnitten ausgestattet sind, die somit Energieversorgungsleitungen aufweisen, ist es wichtig, die so genannten Zwischenstrecken (ohne eine elektrische Versorgung) überwinden zu können. Versorgungsleitungsfreie Strecken sind, mit anderen Worten, solche Strecken, auf denen keine Stromleitungen für den Abgriff elektrischer Energie durch den Schwerverkehr, insbesondere für dessen Antrieb oder für die Zwischenspeicherung der Energie im Fahrzeug, vorhanden sind.

Steht elektrische Leistung zur Verfügung und kann diese Leistung von einem Fahrzeug des Schwerverkehrs bezogen werden, so bedarf es einer geeigneten Übertragungstechnik, z. B. eines entsprechenden Abgriffs. Der Abgriff, insbesondere der Oberleitungsabgriff, steht vorteilhafterweise in unmittelbarer elektrischer Verbindung mit dem Elektrospeicher, z. B. mit dem Akkumulator. Verluste auf dieser Verbindung können dadurch minimiert werden, dass Supraleiter die elektrischen Leiter sind. Generell vorteilhaft ist es, wenn die Leiter mit einem möglichst geringen Widerstand ausgestattet sind, z. B. im mOhm-Bereich. Die im Fahrzeug leistungsführenden Leiter können als Supraleiter, aber auch als Kupferleiter mit einem Widerstand unter 10 mOhm, ausgeführt werden.

Zwischen den zur Verfügung stehenden Traktionsakkumulatorentechniken fällt vorzugsweise die Entscheidung zu Gunsten eines Akkumulators mit einer gewissen Schnellladefähigkeit, z. B. zu Gunsten eines Akkumulators mit Lithium-Titanat-Zellen. Lithium-Titanat-Zellen (LTO-Zellen) zeichnen sich durch eine besondere Robustheit und ein geringes Alterungsverhalten aus. Als Alternativen bieten sich an: NCA-Akkumulatoren (Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium- Akkumulatoren), NCM-Akkumulatoren (Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Akkumulatoren) und/oder LFP-Akkumulatoren (Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulatoren).

Das Energieversorgungssystem soll elektrisch den Schwerverkehr mit elektrischer Energie als Antriebsenergie versorgen. Das Fahrzeug des Schwerverkehrs ist daher mit wenigstens einem Elektromotor ausgestattet, der ein Antriebsmotor des Fahrzeugs ist. Genauso funktionstüchtig ist das Energieversorgungssystem aber auch für Fahrzeuge einsetzbar, die mit mehr als einem Elektromotor angetrieben werden, z. B. mit zwei oder mehr als zwei Radnabenmotoren. Als Motortypen können Asynchronmotoren, Reluktanzmotoren, ebenso aber auch Gleichstrommotoren für den Antrieb von einem oder von mehreren Rädern des Kraftfahrzeugs in dem Fahrzeug eingebaut sein.

Ein geeignetes Fahrzeug der Kategorie „Schwerverkehr“ hat eine Kontaktierung für die Versorgung mit elektrischer Energie. Eine solche Kontaktierung kann durch einen Energieversorgungsabgriff angeboten werden bzw. realisiert sein. Die elektrische Energie soll zum Antrieb des Fahrzeugs nutzbar sein, also als Antriebsenergie.

Eine Art des Energieversorgungsabgriffs ist die Weiterleitung der auf den Oberleitungen zur Verfügung stehenden elektrischen Energie durch eine Bügelfahrleitung. Eine besondere Form einer Bügelfahrleitung ist ein Pantograph, der eine besonders zuverlässige Kontaktierung von Oberleitungen (auch bei unebenen Bodenverhältnissen) garantiert. Der Pantograph ist in der Lage, die Schleifer des Bügels aus- und einzufahren (das so genannte „Andocken“), je nach Beabstandung der Oberleitung von einem Dach des Schwerverkehrfahrzeugs. Während der Bewegung des Schwerverkehrfahrzeugs wird elektrische Nachladeenergie benötigt, die vorteilhafterweise in einem elektrischen Energiespeicher (insbesondere dem Traktionsakkumulator) zwischengespeichert wird und zu einem späteren Zeitpunkt dem Elektromotor bzw. dem Antriebsmotor dargeboten werden kann. Die elektrische Energie kann in einem Elektrospeicher des Schwerverkehrfahrzeugs zwischengespeichert werden. Die Energie ist aufgrund des Energiespeichers im (Schwerverkehr-)Fahrzeug zwischenspeicherbar.

Energiesteuerung im Allgemeinen

Die elektrische Spannung, die auf den Leitungen eines Energieversorgungsabschnitts aufgeprägt ist, ist nicht betragsmäßig fixiert, sondern anpassbar an die benötigte Spannung des Fahrzeugs, insbesondere aufgrund seines Traktionsakkumulators. Der Traktionsakkumulator hat einen Ladezustand (SOC), der eine ganz bestimmte Ladespannung erfordert (sofern er wieder aufgeladen werden soll). Eine geeignete Ladespannung ist z. B. durch Spannungswandlung einer anliegenden Energieversorgungsabschnittspannung bereitstellbar. Die Spannungswandlung kann in einem Gleichspannungswandler (DC-DC-Wandler) erfolgen. Wenn das Kraftfahrzeug mit einem geeigneten Spannungswandler, wie ein DC-DC-Wandler, ausgestattet ist, ist die Energieversorgungsabschnittspannung in dem Kraftfahrzeug in eine zulässige Ladespannung umwandelbar. Bei einer anliegenden Energieversorgungsabschnittspannung, die höher als die zulässige Ladespannung ist, bietet der DC-DC-Wandler einen Schutz des Akkumulators vor einer Überspannung. Kraftfahrzeuge mit unterschiedlicher Ladespannung können jeweils Energie mit der für Ihre Akkumulatoren geeigneten Ladespannung beziehen.

Die Leitungen, über die das Schwerverkehrfahrzeug (bzw. die mehreren Schwerverkehrfahrzeuge) mit elektrischer Energie versorgt werden soll, stehen in einer elektrischen Verbindung mit einer gesteuerten Umspannstation (gelegentlich wird eine „Umspannstation“ auch als „Unterwerk“ bezeichnet). Die Umspannstation kann bezüglich der von ihr auf die Leitungen gelieferten Spannung eingestellt werden. Hierzu hat die Umspannstation eine Steuervorrichtung. Die Umspannstation umfasst eine Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung bestimmt, welche Spannung und welcher Strom auf den Leitungen (z. B. den Oberleitungen) vorliegen sollen. Die Spannung und der Strom sind abgestimmt auf das mit dem Energieversorgungsabgriff ausgestattete Schwerverkehrfahrzeug. Die Spannung aus der Umspannstation wird auf mindestens eine Leitung des Energieversorgungsabschnitts aufgeprägt. Die Spannung ist aufprägbar. Die für die Spannung zweite Leitung kann als Erdpotential gegeben sein. In einer alternativen Ausführung kann die zweite Leitung, das Bezugspotential, durch eine zweite Oberleitung zur Verfügung gestellt sein. Dementsprechend ist das Fahrzeug (z. B. des Schwerverkehrs) leitungsversorgt, insbesondere oberleitungsversorgt.

Die Umspannstation kann unter einem Blickwinkel auch mit einer Ladestation oder auch mit einer Energiequelle gleichgesetzt werden. Die Umspannstation erhält - üblicherweise - über Hochspannungsleitungen elektrische Energie und wandelt die elektrische Energie auf ein anderes Spannungsniveau, z. B. von 30 kV auf 1.200 Volt. Wird die Spannung der Umspannstation zum Laden von Traktionsakkumulatoren verwendet, so kann der Teil der Umspannstation, der für die Ladung eines oder mehrerer der Akkumulatoren zuständig ist, als Ladestation bezeichnet werden.

Die Ladestation hat eine Verbindung zu einer Oberleitungsversorgung. In einer gleichwertigen Ausführungsform ist die Verbindung zu einer Bodenkontaktschiene gegeben.

Die Bodenkontaktschiene hat den Vorteil, dass ein Abstand von unterschiedlichen Fahrzeugen zur Bodenkontaktschiene durch die Fahrwerkgestaltung begrenzt ist, wohingegen Fahrzeuge sich in der Höhe Ihres Aufbaus stark unterscheiden können. Eine Oberleitungsversorgung ist weniger stark von möglichen Verunreinigungen betroffen.

Eine Ladestation kann, in Analogie zur Bereitstellung flüssiger Treibstoffe, auch als Stromtankstelle bezeichnet werden.

Die Spannung auf der Leitung, die für die Versorgung des Schwerverkehrfahrzeugs vorgesehen ist (Oberleitung, Leitung in einer Kontaktschiene, Kontaktleiter oder dergleichen), ist anpassbar. Hierfür gibt es eine Steuereinheit. Die Steuereinheit kann als ein Teil der Steuervorrichtung ausgebildet sein. Die Steuereinheit erhält die Information, welche Spannung für das Schwerverkehrfahrzeug benötigt wird, von dem Schwerverkehrfahrzeug. Hierfür hat die Steuereinheit einen Speicher oder arbeitet mit einem Speicher zusammen. Das Schwerverkehrfahrzeug hat zur Weiterleitung der Information, welche Spannung von dem Fahrzeug und seinem Akkumulator gewünscht wird, eine Kommunikationsschnittstelle, die über die Ferne Daten austauschen kann. Über die Fernkommunikationsschnittstelle kann ein Anforderungsprofil übermittelt werden. In Abhängigkeit des Ladezustands des Akkumulators kann die Spannung nachgeführt werden. Während ein Ladevorgang läuft, insbesondere während ein Schnellladevorgang läuft, wird die Spannung auf den Leitungen nachgeführt und angepasst. Vorteilhafterweise gehören zu der Steuereinheit in der „Stromtankstelle“ bzw. in der Umspannstation mehrere Komponenten und „Untereinheiten“, z. B. eine Kommunikationseinheit bzw. die Sende- und Empfangseinheit, insbesondere zur Fernkommunikation, eine Recheneinheit und eine Leistungssteuerungseinheit, die speziell für die Einstellung der abgebbaren Leistung der Umspannstation zuständig ist.

Ein Nachladen von Traktionsakkumulatoren in einzelnen Fahrzeugen des Schwerverkehrs kann mithilfe von Leitungen, z. B. Oberleitungen oder Bodenkontaktschienen, besonders effektiv durchgeführt werden. Hierbei hilft es, wenn die von einer Umspannstation oder einer Ladestation zur Verfügung gestellte Energie, der zur Verfügung gestellte elektrische Strom und/oder die zur Verfügung gestellte Spannung, in Abhängigkeit von - zum einen - dem Ladezustand (des Traktionsakkumulators) und - zum anderen - der geplanten Fahrroute (des Schwerverkehrfahrzeugs) eingestellt wird, z. B. durch eine Steuereinheit der Umspannstation bzw. der Ladestation. So kann über eine Fernkommunikationsschnittstelle, insbesondere im Vorfeld des Ladevorgangs, die anzufordernde Energiemenge oder sonstige elektrische Parameter wie Strom und Spannung zwischen Schwerverkehrfahrzeug und Umspannstation bzw. Ladestation abgestimmt werden und anschließend ein Ladevorgang für das eine (oder die mehreren) Schwerverkehrfahrzeug, das sich in einem bestimmten Straßenstück befindet, eingestellt werden. Der Traktionsakkumulator übernimmt die Aufgabe einer Pufferversorgung; es ist eine Komponente der Pufferenergieversorgung.

Vorteilhafterweise kann die Umspannstation in verschiedenen Moden betrieben werden. Kann die Steuerung berechnen, welche Energie von den im Streckenabschnitt an den Energieversorgungsleitungen angeschlossenen Fahrzeugen bezogen wird, ist darüber hinaus sogar bekannt, in welchen Betriebsmoden die Fahrzeuge bewegt werden bzw. operieren, kann ein ganz bestimmter Modus der Umspannstation eingestellt werden.

Steuerung der Versorgung mehrerer Fahrzeuge

In einem Streckenabschnitt, der mit Oberleitungen ausgestattet ist, können mehrere Fahrzeuge mit unterschiedlichen Ladezuständen (SOC) ihrer Akkumulatoren (genauer gesagt, ihrer Traktionsakkumulatoren) unterwegs sein. Daher kann es notwendig sein, dass mehrere Fahrzeuge zeitgleich, insbesondere im Rahmen einer Schnellladung von nur wenigen Minuten zur wesentlichen Aufladung des Elektrospeichers, ihres Traktionsakkumulators (z. B. bis auf ein Niveau von 70 % der maximalen Ladung, z. B. bis auf eine Niveau von 80 % der maximalen Leistung), geladen werden. Der Traktionsakkumulator übernimmt die Aufgabe der Pufferenergieversorgung des Antriebsmotors des Fahrzeugs, insbesondere in den Streckenabschnitten, in denen keine Oberleitung zur Verfügung steht. Die Steuerung der Umspannstation sollte berücksichtigen, welche Akkumulatoren in welchem Zustand, insbesondere in welchem Ladezustand, zeitgleich aufgeladen werden sollen.

Wird berücksichtigt, dass typische Lithium-Ionen-Akkumulatoren als Traktionsakkumulatoren für Kraftfahrzeuge zwischen nahezu vollständiger Entladung und nahezu vollständiger Ladung einen Spannungshub von ca. 20 % der Nennspannung des Traktionsakkumulators durchlaufen, können mehrere Traktionsakkumulatoren zum gleichen Zeitpunkt von einer Umspannstation geladen werden. Ein solcher zeitgleicher Ladevorgang mehrerer Traktionsakkumulatoren ist möglich, wenn die Spannung auf den Leitungen, die von der Umspannstation versorgt werden, höher ist als die höchste ladungsabhängige Leerlaufspannung, also die Spannung des Traktionsakkumulators, der (in der Regel) noch die größte elektrische Ladung besitzt oder der die höchste Spannung erfordert. Als Leerlaufspannung wird die Spannung betrachtet, die sich einstellt, wenn (nahezu) kein Strom von dem Antriebsmotor gezogen wird, also das Fahrzeug im „Leerlauf“ betrieben wird.

Die Steuerung der Energieversorgung, insbesondere der Umspannstation bzw. des Unterwerks, kann die elektrische Spannung auf zwei der Leitungen der Energieversorgung derart zur Verfügung stellen, dass zumindest eine der nachfolgenden drei Steuerungen stattfindet:

1. eine Leistungssteuerung durch eine die Leistungssteuerungseinheit zur Einstellung einer über die Leitungen zur Verfügung stehende Leistung,

2. eine Stromsteuerung durch eine Stromsteuerungseinheit (oder eine Leistungssteuerungseinheit) zur Einstellung eines über die Leitungen zur Verfügung stehenden elektrischen Stroms und/oder

3. eine Spannungssteuerung durch eine Spannungssteuerungseinheit (oder eine Leistungssteuerungseinheit) zur Einstellung einer an den Leitungen zur Verfügung stehenden elektrische Spannung.

Vorteilhafterweise erfolgt die Steuerung in Abhängigkeit von Werten einer Recheneinheit anhand einer Parametereinstellung. Die Recheneinheit berechnet bei einer Bestimmung einer Parametereinstellung für die Leistungssteuerung, für die Stromsteuerung und/oder für die Spannungssteuerung Daten, die über eine Sende-/Empfangseinheit von wenigstens einem Fahrzeug empfangen wurden. In dem Mobilitätssystem stehen zahlreiche Parameter zur Verfügung. So kann ein Parameter anzeigen, wie viele Fahrzeuge in einem Streckenabschnitt von der gleichen Umspannstation versorgt werden. Ein weiterer Parameter kann die Leistung bestimmen, die von der Energieversorgung zur Verfügung gestellt werden. Die entsprechende Leistungssteuerung kann also mit mehreren Parametern operieren und anhand von verschiedenen Parametern eingestellt und gesteuert werden. So wird anhand eines ersten Parameters bestimmt, welche Energie eines der Fahrzeuge benötigt. Ein anderer, insbesondere zweiter, Parameter kann den Leistungsbedarf eines zweiten Fahrzeugs bestimmen. Die Leistungssteuerung der Umspannstation muss aber so viel Energie bzw. eine solche Leistung liefern, dass alle an den Leitungen angeschlossenen Fahrzeuge ausreichend versorgt sind. Die (Gesamt-)Parametereinstellung muss also dafür dienen, jedem Fahrzeug in einem Streckenabschnitt, das an den Leitungen angeschlossen ist, die von ihm benötigte Energie (bzw. Leistung) zur Verfügung zu stellen. In der (Gesamt-)Parametereinstellung gehen die einzelnen Parametereinstellungen ein. Folglich ist die (Gesamt-)Parametereinstellung eine Zusammenfassung der ersten, zweiten, dritten usw. Parametereinstellung.

Vorzugsweise berücksichtigt die Recheneinheit bei ihrer Berechnung Daten, die von mehr als einem Fahrzeug, die sich allesamt in einem zusammenhängenden leitungsversorgten Streckenabschnitt befinden, empfangen wurden. Zur Steuerung der Leistung, des Stroms und/oder der Spannung kann in der Umspannstation eine Leistungssteuerungseinheit vorhanden sein, die ihre Daten über die Sende-/Empfangseinheit erhält.

Weitere Vorteile der Erfindung

Die Ladevorgänge werden sehr effizient durchgeführt. Die Ladezeiten werden auf die Zeiträume begrenzt, die tatsächlich für die Übertragung der Energie zum Antrieb entlang der geplanten Route benötigt werden.

Erwärmungen, z. B. der Oberleitungen, in Phasen eines Schnellladevorgangs werden minimiert.

Die Erfindung kann auch dahingehend näher beschrieben werden, dass es ein Ziel der Erfindung ist, das Eigengewicht des Schwerverkehrfahrzeugs zu senken. Eine Komponente oder ein Gerät zur Leistungssteuerung in dem Kraftfahrzeug kann deutlich leichter ausfallen als in Versorgungsund Mobilitätssystemen, bei denen keine adaptierende Ausgangsspannung am Ausgang der Umspannstation zur Verfügung steht. Das Schwerverkehrfahrzeug ist idealerweise ein (im Vergleich mit anderen Elektrofahrzeugen) leichtes Fahrzeug, das aber trotzdem seiner Bauart nach für größere Lasten (Gesamtgewicht von z. B. 40 Tonnen) oder größere Personengruppen (z. B. eine Personengruppe mit einer Anzahl Personen zwischen 30 und 60, wie bei Reisebussen, oder zwischen 70 Personen und 90 Personen wie bei Doppeldeckerbussen) gestaltet ist.

Zu der Erfindung kann beitragen, wenn wesentliche Komponenten der „Leistungselektronik“ des Schwerverkehrfahrzeugs in die Umspannstation, die für die Oberleitungsspannungsversorgung zuständig ist, verlegt sind, wie z. B. eine Spannungssteuerung (bzw. die Spannungsführung) und eine Ladestrombegrenzung. Die Ladestrombegrenzung ist idealerweise für einen Gleichspannungsbetrieb ausgelegt.

Durch die mögliche Verlagerung der Akkumulatorladesteuerung in die Umspannstation und durch die möglichst unmittelbare Koppelung des oder der Akkumulatoren mit dem oder den Antriebsmaschinen (natürlich können noch steuernde Baugruppen wie Schütze zwischen Elektromotor und Elektrospeicher sein), ergeben sich einige technische Herausforderungen, die durch die weiteren Merkmale des Anspruchssatzes und in Übereinstimmung mit der Beschreibung als gelöst gelten können.

Vorteilhafte Weiterbildungen

Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln als auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.

Vorteilhafterweise ist der Energieversorgungsabgriff als Stromabgriff, z. B. als ein Oberleitungsabgriff und/oder z. B. als ein Bodenkontaktabgriff, ausgebildet. Vorzugsweise ist der Stromabnehmer in einer Vertikalrichtung verfahrbar und ist zugleich verfahrbar in einer Richtung, die zu einer Standrichtung des (Schwerverkehr-)Fahrzeugs parallel verläuft, also in Horizontalrichtung. Pantographen sind Beispiele solcher Stromabnehmer. Sie fahren, vereinfacht ausgedrückt, hoch und runter und schwenken zugleich noch nach vorne bzw. hinten, vom Fahrzeug aus betrachtet.

In einer günstigen Ausgestaltung bzw. vorteilhaften Ausführungsform ist der Energieversorgungsabschnitt, in dem elektrische Leistung an eines oder an mehrere Fahrzeuge übertragen werden kann, als ein Oberleitungsabschnitt und/oder als ein Bodenelektrodenspurabschnitt, wie ein Gleichspannungsversorgungsabschnitt, ausgebildet. Besonders bevorzugt hat der Energieversorgungsabschnitt eine Abschnittslänge, die um einen Faktor kürzer ist als ein Abschnitt ohne jegliche Energieversorgung, z. B. mit einem Energieversorgungsabschnitt mit einer Länge in einem Bereich von fünf Meter bis mehrere Kilometer, insbesondere in einem Bereich von zehn Meter bis eintausend Meter. Anders ausgedrückt, wenn man eine Straße in ihrer Gesamtlänge betrachtet, dann ist nur ein Teil der gesamten Strecke mit einer Energieversorgung ausgebildet, und dieser Teil ist kürzer als der Teil der gesamten Strecke, die ohne Energieversorgung ist. Bevorzugt sind wiederholt auf der gesamten Straßenlänge Streckenabschnitte mit Energieversorgung vorgesehen, diese sind jedoch nur verhältnismäßig kurz, z. B. von zehn bis fünfzig Metern bis zu ein bis fünf Kilometern. Auf diesen kurzen Abschnitten nimmt das Schwerverkehrfahrzeug elektrische Energie auf, speichert diese und fährt dann auf den größeren Abschnitten ohne Kontakt zur Energieversorgung.

Besonders bevorzugt ist durch das Schwerverkehrfahrzeug eine unmittelbare Verbindung zwischen Energieversorgungsabgriff und Elektrospeicher hergestellt, sodass eine am Energieversorgungsabgriff vorhandene elektrische Spannung, insbesondere eine Hochspannungsgleichspannung, mit wenigstens 95 % seines Spitzenwerts als Ladespannung am Elektrospeicher, insbesondere in einer Aufladephase, anliegt oder die Hochspannungsgleichspannung maximal 105 % einer aktuellen Ladespannung beträgt.

Nach einer weiteren Ausführung weist das Schwerverkehrfahrzeug wenigstens ein Paar Schütze, vorzugsweise wenigstens zwei Paar Schütze, auf, die in einer wenigstens zwei Leitungen umfassenden elektrischen Verbindung zwischen dem Energieversorgungsabgriff und dem Elektrospeicher und/oder in einer wenigstens zwei Leitungen umfassenden elektrischen Verbindung zwischen dem Energieversorgungsabgriff und einem elektrischen Fahrantriebsmotor angeordnet sind. Vorzugsweise ist ein Paar Schütze für eine selektive Ab- und/oder Freischaltung eines dem Paar Schütze nachfolgenden Leiterpaares gestaltet. Insbesondere folgt einem Paar Schütze der Elektromotor des Schwerverkehrs in energetischer Flussrichtung und es folgt dem einen Paar Schütze der Elektrospeicher in energetischer Flussrichtung.

Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das Schwerverkehrfahrzeug eine Fernkommunikationsvorrichtung, insbesondere in Gestalt eines Mobilfunksystems, durch die eine Kontaktaufnahme des Schwerverkehrfahrzeugs mit der Umspannstation abwickelbar ist, wobei vorzugsweise die Kontaktaufnahme vor einem Ladevorgang gestartet wird. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die (Fern-)Kommunikationsvorrichtung für eine Übermittlung von Routendaten des Schwerverkehrfahrzeugs gestaltet, wobei vorzugsweise die Umspannstation mit einer Prognosevorrichtung ausgestattet ist, die auf Basis der Routendaten zur Berechnung von Ladeszenarien gestaltet ist. Hierdurch können eine Ladeenergie, eine Ladespannung und/oder ein Ladestrom, die an die Leitung von der Umspannstation lieferbar sind, bestimmt werden. Jedes Schwerverkehrfahrzeug, das in dem elektrisch versorgten Streckenabschnitt fährt, kann auf diese Weise mit genau der Menge an elektrischer Energie versorgt werden, die es für seine gesamte Fahrt benötigt.

Die Fernkommunikationsvorrichtung ist vorzugsweise eine autonom kommunizierende Vorrichtung. Die Fernkommunikationsvorrichtung ist zur Kommunikation mit mindestens einer Sendestation und mindestens einer Empfangsstation ausgestattet, insbesondere zum Empfang und zum Aussenden digitaler Daten. Eine Datenübertragung durch die Fernkommunikationsvorrichtung erfolgt vorzugsweise auf Veranlassung durch ein Steuerprogramm, d. h. sebsttätig, ohne Initiierung durch eine Person wie einen Fahrer. Das Steuerprogramm kann auf der Steuereinheit der Umspannstation vorhanden sein. Ein autonom arbeitendes Steuerprogramm ist vorzugsweise auch in einer Steuervorrichtung, z. B. einem Batteriemanagementsystem (BMS), eines Fahrzeugs vorhanden. Der Fahrer wird nicht abgelenkt. Eine Übertragung von Daten kann mit einem netzspezifischen Datenschlüssel, insbesondere abgestimmt auf Fernkommunikationsvorrichtungen wie Sende- und Empfangsstationen eines, insbesondere eigenen, Umspannstationsnetzes, erfolgen. Ein Abhören bzw. ein externes Manipulieren eines Datenstroms ist damit nahezu ausgeschlossen. Die Fernkommunikationsvorrichtung ist individuell adressierbar. Eine gegenseitige Störung von Datenströmen mehrerer Fahrzeuge ist, insbesondere bei automatisierter Repetition, nahezu ausgeschlossen. Die Datenübertragung ist sicher.

Bevorzugt erfolgt die Kommunikation auf einer Lage eines typischen Mobilfunkstandards bzw. unter Nutzung und Einbindung einer typischen Fernkommunikationsinfrastruktur nach einem Mobilfunkstandard, wie z. B. eine Kommunikation über eine LTE-Verbindung (eine „Long Term Evolution“-Verbindung). Das in dem Transportmedium „Handy-Funk-Verbindung“ zwischen den Kommunikationsteilnehmern verwendete Protokoll, d. h. wie die Kommunikation erfolgt, kann unter Nutzung eines weiteren Standards erfolgen, z. B. auf Basis der MCS-Normierung (Vorgaben und Protokolle gern, den Empfehlungen nach dem „Megawatt-Charging-System“). Auf Basis der kommunikationsmedientypischen Standardisierung wird eine weitere Kommunikationsprotokollierung auf die grundlegende, die Verbindung herstellende Kommunikation draufgelegt. Der Datenaustausch beachtet z. B. die Vorgaben nach den MCS- Normierungen. Weitere mögliche Kommunikationslayer, die anstelle einer LTE-Kommunikation oder zusätzlich zu einer LTE-Kommunikation existieren können, sind eine Powerline-Verbindung mit einem geeignetem Powerline-Protokoll, eine Nutzung des LIN-Buses mit einem LIN-eigenen Protokoll („Local Interconnected Network“) und/oder eine CAN-Kommunikation mit einem CAN- Protokoll („Controller Area Network“- Proto ko II“) wie CANOpen oder CiA („CAN in Automation“).

Die Umspannstation ist vorzugsweise mit einer Abschaltvorrichtung zu den Leitungen, insbesondere zu den Oberleitungen, ausgestattet, durch die insbesondere ein Sicherheitsschaltkreis in der Umspannstation vorgehalten wird, der- in einer Ausgestaltungsvariante - ein zeitgleiches Laden von mehr als einem Schwerverkehrfahrzeug verhindert. Anders ausgedrückt, wenn sich gleichzeitig mehrere Fahrzeuge in einem Spannungsversorgungsabschnitt befinden, so wird bei dieser bevorzugten Ausführung nur ein einziges Schwerverkehrfahrzeug geladen.

In einer alternativen Ausgestaltung kann die Umspannstation aber auch derart eingerichtet sein, dass mehr als ein Fahrzeug, insbesondere des Typs Schwerverkehrfahrzeug, von dergleichen Umspannstation (zum gleichen Zeitpunkt) elektrische Energie bezieht. In dieser Konfiguration bzw. in dieser Ausgestaltung kann der Streckenabschnitt dafür ausgelegt sein, mehr als ein Fahrzeug elektrisch zu einem bestimmten (gleichen) Zeitpunkt zu versorgen.

Bei einer drohenden Überlastung kann die Umspannstation eines oder mehrere Fahrzeuge mithilfe der Fernkommunikationsvorrichtung durch an die Fahrzeuge, z. B. an Abschaltvorrichtungen des bzw. der Batterie-Management-Systeme (BMS), übersendete Unterbrecherbefehle vom Ladenetz bzw. vom Spannungsversorgungsabschnitt nehmen. Somit kann die verfügbare elektrische Energie bedarfsgerecht auf mehrere Fahrzeuge verteilt werden.

Bevorzugt weist die Umspannstation nicht nur eine Steuerung, sondern einen Regler auf, der für eine Steuerung einer anhebbaren Spannung im drei- bis vierstelligen Voltbereich während eines Ladevorgangs gestaltet ist. Ergänzend hierzu oder in Alternative umfasst er eine Ladestrombegrenzung. Die Steuerung und/oder die Ladestrombegrenzung sind ggf. zeitlich oder leistungsmäßig veränderbar ausübbar.

Besonders bevorzugt ist eine Auswertelogik in dem Schwerverkehrfahrzeug vorhanden, die einen Gesundheits- und/oder Ladezustand des Elektrospeichers ermittelt, um in Kommunikation mit der Umspannstation eine auf den Elektrospeicher und auf seinen Zustand angepasste Spannung einzustellen. Beschädigungen des Elektrospeichers werden hierdurch vermieden, um eine möglichst lange Lebensdauer desselben zu ermöglichen.

Noch eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass eine Freischaltvorrichtung, die beispielsweise zwei oder vier Schütze umfasst, in dem Schwerverkehrfahrzeug verbaut ist. Die Positionierung derselben erfolgt vorzugsweise in einem Gehäuse des Energiespeichers, das z. B. die Gestalt eines Akkumulatorengehäuses haben kann.

Das Schwerverkehrfahrzeug hat bevorzugt eine einzige Kontaktierungsvorrichtung, maximal jedoch zwei Kontaktierungsvorrichtungen, über welche eine Ladeenergie geführt werden kann.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Umspannstation für eine Aufnahme von elektrischer Energie aus einem Schwerverkehrfahrzeug an einer Leitung gestaltet, sodass Energie aus einem Schwerverkehrfahrzeug wieder abziehbar ist und in die Umspannstation einspeisbar ist. Mit anderen Worten, die Umspannstation ist sowohl zum Laden als auch zum Entladen von elektrischer Energie geeignet.

Mit anderen Worten kann die Umspannstation überschüssige elektrische Ladung aus einem Schwerverkehrfahrzeug abziehen und einem anderen Schwerverkehrfahrzeug, das insbesondere zeitgleich mit dem Spannungsversorgungsabschnitt verbunden ist, als Antriebs- oder Ladeenergie zukommen lassen. Damit ist ein „Energiesharing“ mehrerer Schwerverkehrfahrzeuge, die z. B. in einer Kolonne fahren, möglich, insbesondere wenn keine ausreichenden externen Energiequellen an dem Spannungsversorgungsabschnitt bereit stehen. Mithilfe von Fernkommunikationsvorrichtungen und ggf. jeweils in den Fahrzeugen vorhandenen DC-DC-Wandlern sind die für das „Umladen“ elektrischer Energie“ zwischen Fahrzeugen erforderlichen elektrischen Potentiale einstellbar.

Der Elektrospeicher (bzw. der Traktionsakkumulator) umfasst bevorzugt eine Speichertechnologie für elektrische Energie, zu der ein oder mehrere LTO-Akkumulatoren (Lithium-Titanat-Akkumulatoren), ein oder mehrere NCA-Akkumulatoren (Lithium-Nickel-Cobalt- Aluminium-Akkumulatoren), ein oder mehrere NCM-Akkumulatoren (Lithium-Nickel-Cobalt- Mangan-Akkumulatoren) und/oder ein oder mehrere LFP-Akkumulatoren (Lithium-Eisen- Phosphat-Akkumulatoren) gehört oder gehören.

Besonders bevorzugt weist das Schwerverkehrfahrzeug (insbesondere zusätzlich zu der Umspannstation) einen DC/DC-Wandler, z. B. einen Boost-Konverter (Hochsetzsteller) oder einen Buck-Konverter (Tiefsetzsteller), auf. Ist der DC/DC-Wandler ein Boost-Konverter, so kann er eine Anhebung, insbesondere eine Anhebung von mehr als 50 %, der am Energieversorgungsabschnitt anliegenden elektrischen Spannung in eine Akkumulatorladespannung bewirken. Eine Spannungsanpassung kann z. B. durch einen lastunabhängigen, selbstschwingenden Ladekreis mit einer Ladungskapazität erfolgen, wobei der Ladekreis vorzugsweise mit einer Eigenfrequenz im Kilohertzbereich schwingt. Ist der DC/DC- Wandler ein Buck-Konverter, so kann er eine Absenkung, insbesondere eine Absenkung von mehr als 50 %, der am Energieversorgungsabschnitt anliegenden elektrischen Spannung in eine Akkumulatorladespannung bewirken, z. B. durch einen lastunabhängigen, selbstschwingenden Ladekreis mit einer Ladungskapazität, wobei der Ladekreis vorzugsweise mit einer Eigenfrequenz im Kilohertzbereich schwingt.

Hat die Umspannstation eine erste Spannungsanpassung (z. B. einen ersten DC/DC-Wandler) und bietet das Schwerverkehrfahrzeug eine zweite Spannungsanpassung (z. B. einen zweiten DC/DC-Wandler), so kann in einem flexiblen Spannungsband operiert werden. Hierbei kann der zweite DC/DC-Wandler für kleinere Leistungen ausgelegt bzw. ausgestaltet sein als der erste DC/DC-Wandler.

Von der Umspannstation wird vorzugsweise ein Signal zur Bestimmung eines Mindestabstands, wie z. B. ein Sollabstand in einem Wertebereich von fünf Metern bis fünfzig Metern, an ein Fahrabstandskontrollsystem mindestens eines zweiten, eine Ladeenergie einfordernden Schwerverkehrfahrzeugs übertragen, z. B. per Funk. Hierdurch ist die Ladeenergie auf die beiden Schwerverkehrfahrzeuge, die in elektrischem Kontakt mit der Umspannstation stehen, aufteilbar. Insbesondere aufgrund des Abstands der zwei Schwerverkehrfahrzeuge zueinander und aufgrund ihrer jeweiligen Fahrgeschwindigkeit wird die von der Umspannstation verfügbare Ladeenergie und/oder der von der Umspannstation verfügbare Ladestrom auf die zwei mit der Umspannstation im elektrischen Kontakt befindliche Schwerverkehrfahrzeuge aufgeteilt, insbesondere unter Einhaltung einer elektrischen Grenzlast der Umspannstation. Dieses Prinzip kann auch auf mehr als zwei sich in dem elektrisch versorgten Streckenabschnitt befindliche Schwerverkehrfahrzeuge angewendet werden.

Nach einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des elektrisch versorgten Schwerverkehrs sind an dem Energieversorgungsabschnitt zumindest streckenweise zumindest ein, bevorzugt eine Vielzahl an Photovoltaikmodulen vorgesehen. Unter diesem oder diesen Photovoltaikmodulen sind insbesondere die Leitungen, vorzugsweise beabstandet zu den Photovoltaikmodulen, entlang geführt. Auf diese Weise sind die elektrischen Leitungen vor Witterungseinflüssen weitgehend geschützt und die vorhandene Konstruktion zur Leitungsführung wird genutzt für die Montage von Photovoltaikmodulen.

Erfindungsgemäß ist eine Ladestation für eine Oberleitungsversorgung oder für die Versorgung einer Bodenkontaktschiene in einem Straßenabschnitt vorgesehen. Diese Ladestation dient bevorzugt zur elektrischen Versorgung des erfindungsgemäßen Schwerverkehrs. Die Ladestation hat eine Steuereinheit, die mit einem Speicher für ein über eine Fernkommunikationsschnittstelle erhaltenes Anforderungsprofil eines an einer Oberleitung der Oberleitungsversorgung oder an einer Leitung der Bodenkontaktschiene des Straßenabschnitts anzuschließenden oder angeschlossenen Schwerverkehrfahrzeugs in einer Kommunikationsverbindung steht. Die Steuereinheit ist so ausgelegt, dass sie eine elektrische Spannung auf den Oberleitungen (bzw. der Oberspannungsleitungen) oder in der Bodenkontaktschiene führt, in Abhängigkeit des Anforderungsprofils zur Ladung eines Akkumulators während des Ladevorgangs des Schwerverkehrfahrzeugs.

Vorgesehen ist überdies ein Verfahren zur elektrischen Versorgung von Schwerverkehr, wobei eine zur Verfügung stehende Ladeenergie, Ladespannung und/oder Ladestrom in Abhängigkeit einer einprogrammierten Route des die Ladeenergie einfordernden ersten Schwerverkehrfahrzeugs durch eine für die Versorgung zuständige Umspannstation eingestellt wird.

Vorzugsweise fährt das erste Schwerverkehrfahrzeug in einem Lademodus und schaltet bei Erreichen eines Ladezustandssollwerts von dem Lademodus in einen elektromotorischen Stromverbrauchsmodus um. Wenn der Ladezustandssollwert unterschritten wird, wird vom Verbrauchsmodus wieder in den Lademodus umgeschaltet. Die Umschaltung erfolgt jeweils bevorzugt lastunterbrechungsfrei. Im Lademodus fährt das Schwerverkehrfahrzeug aufgrund einer elektrischen Verbindung seines elektrischen Fahrantriebsmotors mit der Umspannstation.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von der Umspannstation ein Signal zur Bestimmung eines Mindestabstands, wie z. B. ein Sollabstand in einem Wertebereich von fünf Metern bis fünfzig Metern, an ein Fahrabstandskontrollsystem mindestens eines zweiten, eine Ladeenergie einfordernden Schwerverkehrfahrzeugs übertragen. Diese Übertragung erfolgt z. B. per Funk. Durch diese Maßnahme ist es möglich, dass die von der Umspannstation verfügbare Ladeenergie und/oder der von der Umspannstation verfügbare Ladestrom auf mindestens zwei mit der Umspannstation in elektrischem Kontakt befindliche Schwerverkehrfahrzeuge aufgeteilt wird/werden. Die elektrische Grenzlast der Umspannstation wird insbesondere eingehalten. Der Sollabstand wird bestimmt zum Beispiel anhand eines Abstands zwischen den wenigstens zwei Schwerverkehrfahrzeugen und der Fahrgeschwindigkeit der wenigstens zwei Schwerverkehrfahrzeuge.

In noch einer bevorzugten Ausführung fährt das erste Schwerverkehrfahrzeug in einem Lademodus und schaltet, insbesondere lastunterbrechungsfrei, bei einem Erreichen eines Ladezustandssollwerts von dem Lademodus in einen elektromotorischen Stromverbrauchsmodus um, in dem eine Weiterfahrt des Schwerverkehrfahrzeugs aufgrund einer elektrischen Verbindung seines elektrischen Fahrantriebsmotors mit der Umspannstation stattfindet.

Weitere interessante Aspekte zu vorliegender Erfindung werden im Folgenden diskutiert.

Es gibt bereits im Stand der Technik Ansätze für das Laden von Hybrid-LKWs während des Fahrens. Bei solchen bisher üblichen Hybrid-LKWs liegt ein konstantes Spannungsniveau von z. B. 650 V an. Die Hybrid-E-Motorleistung liegt bei ca. 90 kW. Ein reiner EV-Betrieb ist nur auf flachen oder bergab führenden Strecken möglich. Die Batteriegröße liegt bei etwa 20 kWh. Die Aufladung erfolgt über ein fahrzeuginternes DC/DC-Ladegerät. Die Länge der Oberleitung entspricht in einem solchen Fall der elektrisch gefahrenen Strecke.

Hiervon abweichend kann ein erfindungsgemäßer LKW auch Strecken elektrisch zurücklegen, die länger sind, als die Strecke, die mit einer Oberleitung ausgestattet ist.

Aufbauend auf der Tatsache, dass ein Schwerverkehrfahrzeug (in der Gewichtsklasse bis 40 Tonnen) bei jeweils einer Strecke von 100 km erfahrungsgemäß für Bergfahrten bis zu ca. 600 kWh und für Fahrten auf ebenen Strecken - im Vergleich hierzu nur - ca. 100 kWh benötigt, können die folgenden Überlegungen angestellt werden.

In Abhängigkeit der Fahrroute ist also der Bedarf des Fahrzeugs an Energie und aufzuladender Energiemenge sehr unterschiedlich. Je nach zu absolvierender Strecke kann es sein, dass ein Fahrzeug für die Bewältigung der nächsten 100 km nur 100 kWh Energie benötigt, es kann aber auch sein, dass das Fahrzeug so stark geladene Akkumulatoren besitzen muss, dass es noch mehr als 600 kWh Energie umsetzen bzw. verbrauchen kann. Um dabei jegliche Anstiege zu meistern, sollte die abrufbare Leistung im Bereich von 600 kW bis 700 kW liegen.

Bei der vorliegenden Erfindung hängt das Spannungsniveau an der Oberleitung vom Ladezustand der Batterie bzw. des Traktionsakkumulators (SOC) ab und liegt gern, einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einem Bereich von ungefähr 600 V bis ungefähr 1.250 V. Die E-Motorleistung liegt vorzugsweise bei ca. 200 kW bis 500 kW. Ein reiner EV-Betrieb für alle Straßenverhältnisse wird damit möglich. Die Batterie bzw. der Traktionsakkumulator liegt vorzugsweise in einer Größenordnung von 100 kWh bis 1.000 kWh. Zusätzlich sind eine direkte MCS-Ladung mit bis zu 3.000 A und Fahren mit bis zu 1.000 A bevorzugt vorgesehen. Das Laden über die Oberleitung während der Fahrt kann über ein externes DC/DC-Ladegerät erfolgen. Das Laden über On-Board-Charge-Booster erlaubt bis zu 2.000 A. Die Länge der Fahrleitung ist abhängig von der Ladeleistung und der zu ladenden Energie: bis 3.000 A; 1.250 V; 3,75 MW. Die Länge der Fahrleitung ist die Länge eines Abschnitts der Energieversorgungsleitung, auf dem ein fahrendes Kraftfahrzeug an die Energieversorgungsleitung, z. B. an die Oberleitung, angedockt bleibt. Es bedarf also keiner durchgängigen Oberleitung, sondern die Fahrzeuge fahren oberleitungsfrei und hängen sich bedarfsgesteuert an eine Energieversorgungsleitung bzw. Fahrleitung, wenn sie in einem entsprechenden Streckenabschnitt mit Oberleitung sind. Eine Stromabnahme erfolgt jedoch in Abhängigkeit vom Ladezustand ihrer Batterie bzw. ihres Traktionsakkumulators und in Abhängigkeit von der Verkehrsdichte und der Anzahl der Fahrzeuge, die ebenfalls an derselben Energieversorgungsleitung bzw. Oberleitung hängen. Der Abstand zwischen den Fahrleitungsabschnitten, d. h., den Streckenabschnitten auf denen Energieversorgungsleitungen für fahrenden Schwerlastverkehr bereit stehen, ist abhängig vom LKW-Verkehr. In einer ersten Ausbauphase kann mit großen Lücken zwischen den Fahrleitungsabschnitten begonnen werden. In Abhängigkeit von der Nutzung und der LKW-Verkehrsdichte können dann weitere Abschnitte elektrifiziert werden. Es ist überdies bevorzugt vorgesehen, dass auch weitere Lademöglichkeiten genutzt werden können über ein standardisiertes kompatibles CCS- oder MCS-Ladestecker- System. Eine Vorkonditionierung des Ladegerätes erfolgt bevorzugt über die Luft, zur Minimierung des Start-Ladevorgangs.

Der Gesamtstrom auf einer Energieversorgungsleitung kann so zusammengestellt werden, dass unterschiedliche Ströme wie 100 Ampere, wie 1.000 Ampere, wie 2.000 Ampere und wie 3.000 Ampere für die verschiedenen Fahrzeuge (in einem Streckenabschnitt) bestimmt sind. Hierbei kann dann die Spannung nachgeführt werden (z. B. von anfänglich 650 Volt auf bis zu 1.250 Volt). Kann eine Umspannstation 6.000 Ampere liefern, so kann ein Fahrzeug in einem Direkt-Mega-Watt-Lade-Modus in dem Streckenabschnitt (mit Oberspannungsleitungen) fahren, während bis zu 30 weitere Fahrzeuge in einem 100 Ampere-Modus betrieben werden können (z. B. in einem Transportfahrmodus). Statt mit einer konstanten Spannung zu operieren, kann mit nachgeführten Spannungen operiert werden. Aufgrund des Betriebs des Akkumulators als Traktionsakkumulator bedarf es einer (Kraftfahrzeug-)Leistungssteuerung, alternativ oder zusätzlich eines Batteriemanagementsystems des Lastkraftwagens. Mit Hilfe der (Kraftfahrzeug-)Leistungssteuerung oder des Batteriemanagementsystems kann eine Vollentladung und/oder eine Vollbeladung des Akkumulators realisiert werden. Der Energiefluss kann sowohl in der Ladungssteuerung als auch im Batteriemanagementsystem eingestellt werden. Jede der Komponenten kann einen Teil der Ladungssteuerung übernehmen.

Vorteilhafterweise ist eine weitere Komponente des Lastkraftwagens eine Anzeige, die den Ladezustand und ggf. auch den „Gesundheitszustand“ des Akkumulators einem Fahrer des Lastkraftwagens mitteilt. Die Anzeige kann ermittelte, berechnete und mitgeschriebene Werte zum SOC („state-of-charge“) des Akkumulators, also des Traktionsakkumulators, visualisieren, damit ein Fahrer eine Information erhält, wie weit das Fahrzeug, genauer gesagt, der Lastkraftwagen, bei seiner aktuellen Beladung, noch fahren kann, bevor eine Phase der Aufladung im Betrieb erfolgen muss.

Die Leistungssteuerung des Lastkraftwagens, alternativ oder zusätzlich das Batteriemanagementsystem des Lastkraftwagens, ist für einen Standardbetrieb konfiguriert bzw. konfektioniert. Im Standardbetrieb wird eine Leistungsreserve im Akkumulator zurückgehalten. Die Leistungsreserve kann z. B. in der Größenordnung von 10 % des SOCs gestaltet sein. Damit können gängige Notreserven einer elektrischen Versorgung sichergestellt werden (z. B. für eine Klimatisierung des Fahrzeugs), z. B. für eine universelle Versorgung. Vorrangig geht es jedoch darum, dass mit Hilfe der zusätzlich gespeicherten Energiemenge bzw. des reservierten Energieanteils ein Notbetriebslauf oder eine Notbetriebsfahrt realisiert werden kann.

Ein zuvor beschriebener Lastkraftwagen kann also beim Durchfahren eines mit einer elektrischen Versorgung (leitungsgeführten Abnahmebereiche für elektrische Energie) ausgestatteten Streckenabschnitts, z. B. auf einer Autobahn, bei dem es also eine Oberleitung gibt, Energie aus der elektrischen Versorgung, wie der Oberleitung, beziehen. Die Strecken bzw. Streckenabschnitte, die ohne Oberleitungen für Lastkraftwagen existieren, dürften noch lange Zeit, ohne umgebaut zu werden, d. h. also dem Charakter nach unverändert, erhalten bleiben, sodass solche Streckenabschnitte durch Leistungsreserven im Akkumulator abfahrbar, durchfahrbar bzw. überwindbar sind.

Der Lastkraftwagen ist dafür gestaltet, in dem lückenhaften, entlang einzelner Strecken mit vorhandenen Aufladestrecken ausgestatteten, also mit einem lückenhaft ausgestatteten Energieversorgungssystem während einer Transportfahrt, d. h. phasenweise kontinuierlich (so lange sich der Lastkraftwagen in dem Streckenabschnitt mit Oberleitungen befindet) aufzuladen. Daher hat der Lastkraftwagen einen Oberleitungsabgriff, über den elektrische Ladeenergie einem (bzw. wenigstens einem) in dem Lastkraftwagen eingebauten Traktionsakkumulator zur Verfügung gestellt werden kann. Für einen Transportfachmann ist es selbstverständlich Teil des natürlichen bzw. üblichen Transportgeschäfts, dass zwischen Transportfahrten auch einzelne Leerfahrten abzuwickeln sind, die im Transportgewerbe, obwohl nicht entgeltlich Transportleistungen erbracht werden, im Allgemeinen ebenfalls als Transportfahrten (weil von einem Transportauftrag zum nächsten unterwegs) bezeichnet werden.

Mit anderen Worten, das Energieversorgungssystem hat nur in einzelnen Strecken, die vorzugsweise nicht länger als 10 km jeweils eine Oberleitungsstrecke haben, Aufladeabschnitte, durch die der Lastkraftwagen fahren kann. Die Oberleitungen sind somit über Fernstraßen, z. B. über Autobahnen, geführt, d. h. sind entlang einer Fernstraße wie z. B. einer Autobahn geführt. Zwischen den Abschnitten, die mit Oberleitungen ausgestattet sind, auf denen also eine Hochspannung zur Verfügung gestellt wird, gibt es andere Abschnitte, die oberleitungsfrei (so wie üblicherweise Autobahnen bis in die 2020er Jahre ausgeführt worden sind) gestaltet sind. Die Abschnitte, an denen es keine Oberleitungen gibt, sind ein Mehrfaches länger als die Abschnitte, an denen es Oberleitungen für eine Ankopplung eines LKWs an der Oberleitung gibt. Das Mehrfache kann z. B. mehr als einem Fünffachen, also z. B. einem Zehnfachen einer oberleitungsausgestatteten Strecke entsprechen (in dem Fall würde von einem Faktor 5 oder von einem Faktor 10 gesprochen werden). Die oberspannungsleitungsfreien Strecken sind entlang einer typischen Fernstraße länger als die Strecken, die mit Oberleitungen ausgestattet sind (zwischen den Strecken kann ein Verhältnis mit Hilfe eines Faktors gebildet werden, insbesondere eines ganzzahligen Vielfachen als Faktor zwischen den unterschiedlichen Streckentypen (Faktor 3, 5, 7, 10, 15 und dergleichen)).

In einer alternativen Ausgestaltung kann jeder Streckenabschnitt auch nur für Strecken von (ca.) 1 Kilometer (alternativ über eine Entfernung von 5 km oder von 10 km) mit einer Oberleitung ausgestattet sein. In einem solchen Streckenabschnitt können drei oder vier Fahrzeuge des Schwerverkehrs an der Oberleitung angeschlossen sein. Die Umspannstation kann für Ströme von 6.000 Ampere gestaltet sein. Muss sich ein Fahrzeug einer Schnellaufladung unterziehen, kann einem weiteren Fahrzeug ein „Booster-Charging“ angeboten werden (ein Ladebetrieb über eine Spannungsanpassung) und ein drittes Fahrzeug kann noch immer Antriebsleistung aus der elektrischen Versorgung beziehen. Ggf. kann ein viertes Fahrzeug ebenfalls eine Antriebsleistung aus der Energieversorgung beziehen. So ist es möglich, eine Direktschnellladung mit z. B. 3.000 Ampere an wenigstens einem Fahrzeug durchzuführen und trotzdem noch weitere Fahrzeuge mit elektrischer Energie zu beliefern, die ggf. jedoch nicht dafür ausreicht, auch noch ein zweites oder ein drittes Fahrzeug einer Schnellaufladung zu unterziehen. Zumindest ein Fahrzeug befindet sich im Direkt-Mega-Watt-Lade-Modus. Ein Fahrzeug kann daneben in einem Lade-Booster-Modus sein. Während der Fahrt eines Schwerverkehrfahrzeugs in einem Streckenabschnitt mit einer Energieversorgungsleitung kann auch ein Moduswechsel eines Fahrzeugs durchgeführt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Rekuperationsmodus eines Schwerverkehrfahrzeugs dahingehend genutzt werden kann, dass die „zurückgewonnene“ Energie, z. B. aufgrund von Bremsvorgängen, auf der einen oder den mehreren Leitungen weiteren Fahrzeugen zur Verfügung gestellt wird.

Somit kann ein Lastkraftwagen immer wieder seinen Traktionsakkumulator nachladen, wenn er eine Strecke passiert, an der es eine Oberleitung gibt. Dank der Schnellladetechnik (z. B. eine 80 % Aufladung innerhalb von 90 Sekunden) und der hohen Energien, die während der Ladephase durch die Oberleitungen zur Verfügung gestellt werden, wird der Traktionsakkumulator innerhalb von wenigen Minuten, idealerweise sogar im Sekundenbereich, so umfangreich aufgeladen, dass er anschließend viele Kilometer, z. B. mehr als 50 km, eventuell sogar mehr als 60 km, idealerweise sogar mehr als 100 km, ohne eine leitungsgeführte Energieversorgung weiterfahren kann.

Ein solches System, zu dem ein Lastkraftwagen und eine (Fern-)Straße gehören, an der es Oberleitungen in einzelnen Streckenabschnitten gibt, kann ein phasenweiser Ladebetrieb für mehrere Lastkraftwagen, die sich innerhalb eines Streckenabschnitts befinden, zur Verfügung stehen. Lastkraftwagen können so betrieben werden, dass sie immer wieder über ihre Oberleitungsabgriffe aufgeladen werden bzw. ihre Akkumulatoren aufgeladen werden, wobei die in dieser Phase aufgeladene Energiemenge ausreicht, dass der Lastkraftwagen mehrere 10 km (50 km, 70 km oder sogar 80 km), idealerweise sogar mehr als 100 km, zurücklegen kann.

Vorteilhafterweise hat der Lastkraftwagen nicht nur einen Oberleitungsspannungsabgriff, wie z. B. einen Pantographen, sondern der Lastkraftwagen hat noch zusätzlich einen Ladestecker (z. B. des Typs „CCS“ oder des Typs „MCS“). Lastkraftwagen werden üblicherweise so betrieben, dass sie immer wieder auf einen Speditionshof gefahren werden, sodass sie aus dem Lager der Spedition heraus beladen werden können. Während ein LKW in einer Ladeposition, vor bzw. an z. B. einer Laderampe, geparkt ist und beladen wird, kann der Ladestecker des LKWs dazu verwendet werden, erneut elektrische, zu ladende Energie dem Traktionsakkumulator des Lastkraftwagens zur Verfügung zu stellen. Weil in Speditionshöfen häufig mit Gabelstaplern und Lasten hin und her gefahren wird, ist eine Oberleitung im Bereich einer Spedition, insbesondere in Ladezonen, insbesondere für Fracht, häufig ein Hindernis für die Fahrzeugkommissionierung. In diesen Bereichen sollte keine Oberleitung vorhanden sein, sodass an solchen Stellen der Lastkraftwagen idealerweise über einen Ladestecker beladen bzw. aufgeladen werden kann. Die Ladefläche des Lastkraftwagens kann mit Gütern beladen werden, während der (Traktionsakkumulator mit elektrischer Energie beladen wird. Sind die logistischen Abläufe vorteilhaft organisiert, so kann eine zeitgleich ausgeführte bzw. eine synchrone Komplettladung des Akkumulators mit einer Beladung des Laderaums des LKWs durchgeführt werden.

Wie eingangs der Beschreibung schon ausgeführt, sind Speicherkapazitäten von Akkumulatoren für Traktionsanwendungen nur in einem bisher üblichen Maß herstellbar, wenn ausreichend schwere Akkumulatoren geschaffen werden (aufgrund der gravimetrischen Energiedichte, insbesondere von Lithium-Akkumulatoren). Berechnungen und Versuche haben jedoch gezeigt, dass ein lückenhaftes Oberleitungs-Energieversorgungssystem ausreicht, wenn SchwerlastLKWs mit einem Akkumulator zwischen 100 kWh und 200 kWh ausgestattet werden. Ein von vielen LKW-Herstellern seit vielen Jahren verfolgter Ansatz sieht vor, möglichst Akkumulatoren mit sehr hohen Speicherkapazitäten in einem LKW zu verbauen, um so einen mehrere 100 km großen Fahr- bzw. Wirkungsradius durch den Akkumulator zu ermöglichen. Wird die maximal zur Verfügung stehende Energie des Akkumulators jedoch auf einen Bereich von weniger als 200 kWh beschränkt, gewinnt ein Lastkraftwagen die Option eines höheren Ladegewichts. Folglich ist es vorteilhaft, wenn die Speicherkapazität des Akkumulators („Elektrospeichers“) zwar mehrere 10 kWh beträgt, jedoch weniger als 250 kWh groß ist.

Die zu ladenden Energien können besonders günstig dem Schwerverkehrfahrzeug, z. B. dem Lastkraftwagen, und damit seinem Traktionsakkumulator (oder seinen Traktionsakkumulatoren) zur Verfügung gestellt werden, wenn die Oberleitungen im Kilovolt-Bereich spannungsfest ausgeführt sind, z. B. durch entsprechende Abstände zwischen den Potenzialen und somit zwischen den spannungsführenden Leitern. Natürlich ist eine Systemspannung von mehr als 800 Volt bereits eine attraktive Systemspannung für die Oberleitungen. Vorteilhafter sind aber Spannungen, die noch höher sind. Auf der anderen Seite darf von den Oberleitungen oberhalb von Fahrstrecken keine Gefährdung für die darunter fahrenden Fahrzeuge ausgehen, insbesondere für solche Fahrzeuge, die ohne einen Oberleitungsabgriff unter den Oberleitungen entlang fahren. Aus Sicherheitserwägungen ist eine niedrigere Spannung anzustreben; aus Effektivitätsgründen ist eine möglichst hohe Spannung anzustreben. Die Systemspannung kann daher vorteilhafterweise zwischen 800 Volt und 2 kV gelegt werden, z. B. auf ein Spannungsniveau von 1.250 Volt (DC - Gleichspannung) oder sogar auf ein Spannungsniveau von 1.500 Volt (DC - Gleichspannung).

Vorzugsweise werden, z. B. bei einer niedrigen Verkehrsdichte von weniger als einem (einen Ort) passierenden Schwerverkehrfahrzeug in 10 Minuten, die Oberleitungen bzw. Bodenkontaktschienen aus Sicherheitserwägungen erst dann, z. B. stufenweise, unter Spannung gesetzt, wenn mindestens ein Schwerverkehrfahrzeug mittels Fernkommunikationsvorrichtung einen Datenaustausch, insbesondere eine zukünftige Energieanforderung, mit dem Umspannwerk des Versorgungsabschnitts, zu dem die Oberleitungen bzw. Bodenkontaktschienen gehören, hergestellt hat.

Können die Leitungen ausreichend starke elektrische Ströme als Ladeströme abgeben, z. B. jedem angeschlossenen Lastkraftwagen bis zu 3.000 Ampere, so kann die Ladeelektronik des Lastkraftwagens für eine Ladungssteuerung von Leistungen in der Größenordnung von Megawatt dimensioniert sein. Eine günstige Größe ist eine Ladeleistung von 3 Megawatt. Eine Ladeleistung von ca. einem Megawatt ist bereits vorteilhaft. Je größer die Ladeleistung ist, desto höher kann der Ladestrom ausfallen; hierdurch lassen sich die Ladezeiten deutlich verkürzen, z. B. auf Ladephasen von nur wenigen Minuten. Dies führt zu kürzeren benötigten Oberleitungsstrecken. Handelt es sich bei den Straßen um Autobahnen, die nur an ausgewählten Einfädelstellen angefahren werden können (bzw. auf die nur über ausgewählte Auffahrten aufgefahren werden darf), ist jedes Fahrzeug gezwungen, von der gleichen Seite in einen Ladebereich hineinzufahren und an der anderen Seite den Ladebereich wieder zu verlassen. Wird die Ladestrecke für eine maximale Geschwindigkeit dimensioniert, wie z. B. für eine maximale Geschwindigkeit von 100 km/h, so reicht für eine Vollaufladung des Akkumulators, auch wenn dieser nahezu vollständig entleert sein sollte, eine Strecke von wenigen Kilometern aus, selbst bei Ladesteuerungen, die mit einer Startrampe oder mit mehreren Laderampen während der Ladung operieren.

Das Energieversorgungssystem und die Kommunikation mit einem einzelnen Lastkraftwagen, z. B. mittels Fernkommunikationsvorrichtungen des Lastkraftwagens und einer oder mehreren Zentralen des Energieversorgungssystems, kann deutlich verbessert werden, wenn zwischen Lastkraftwagen und einer die elektrische Energie steuernden Zentrale, z. B. einer Umspannstation oder z. B. einem Kraftwerk, eine Lade-Kommunikation existiert, über die Leistungsmengen, Energiemengen, Mengenberechnungen, Zeitpunkte der Energieanforderung und Typ und Nummer (z. B. Kennzeichen) des Kraftfahrzeugs ausgetauscht werden können. Während eines Ladens oder vor einem Laden eines Akkumulators eines Lastkraftwagens kann mit Hilfe einer Lade-Kommunikation eine Anmeldung an dem zentralen Energieverwaltungssystem stattfinden. Die Lade-Kommunikation erfolgt vorzugsweise autonom. Somit ist im Vorhinein, z. B. den Umspannwerken, bekannt, an welcher Stelle des Energieversorgungssystems welche Leistungen zu welchem Zeitpunkt abgerufen werden. Durch Energieflusssteuerungen können einzelne Oberleitungen mehr Energie erhalten als andere Oberleitungen, wodurch Verluste, Transienten und sonstige Schwingungen im Energieversorgungssystem reduzierbar sind (idealerweise sogar ganz vermeidbar sind).

Das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem ist so konzipiert, dass Lastkraftwagen mit einem Gesamtgewicht von 40 Tonnen oder Kraftwagen mit einer Maximalgeschwindigkeit von nicht mehr als 100 km/h unproblematisch durch das Energieversorgungssystem versorgt und ihre Akkumulatoren aufgeladen werden können.

Dank der besonders kleinen und damit leichten Lithium-Akkumulatoren ist es möglich, Transporte auszuführen, die weniger als 3 kWh (Kilowattstunden), insbesondere sogar weniger als 2 Kilowattstunden, pro zu fahrendem Kilometer benötigen (selbst bei einer Zuladung von mehr als 26 Tonnen).

Elektrische Antriebssysteme haben den Vorteil, dass nicht nur ein Antriebsmotor verbaut werden kann, sondern es können mehr als ein Motor in dem Lastkraftwagen zu dessen Antrieb vorhanden sein. Lastkraftwagen, die über ihre Ladefläche hinweg ungleichmäßig beladen sind (insbesondere in Bezug auf das Ladegewicht pro Fläche), können auf diese Weise an unterschiedlichen Achsen unterschiedlich stark angetrieben werden. Achsen, die im Bereich der Ladefläche angebracht bzw. montiert sind, in denen nur eine geringe Auflastung (ein geringes Ladegewicht) herrscht, können mit weniger Antriebsenergie für ihre Antriebsmotoren ausgestattet werden als jene Achsen, die die Haupttransportleistung zu erbringen haben. Hierdurch lassen sich weitere Energien einsparen; auch dadurch wird der Traktionsakkumulator schonender in Anspruch genommen.

Aufgrund der Leistungen, aufgrund der Spannungen, aufgrund der elektrischen Ströme, aufgrund der Leistungselektronik, aufgrund des Batteriemanagements, aufgrund der Oberleitungen und aufgrund der Konstruktion des Lastkraftwagens ist die Leistungssteuerung (alternativ oder zusätzlich das Batteriemanagement) (in dem Kraftfahrzeug) für eine Schnellladung des (T raktions-)Akkumulators gestaltet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Zellschnellladung innerhalb von maximal drei Minuten abwickelbar ist, so kann das erfindungsgemäße System derart gestaltet sein, dass innerhalb von z. B. zwei Minuten, eventuell sogar innerhalb von nur einer Minute, 80 % der im Akkumulator zu speichernden Energie in den Akkumulator eingebracht werden kann (aufgrund der Spannung, des Stroms, der abrufbaren Leistung, des Akkumulatortyps usw.).

Üblicherweise hat ein Kraftfahrzeug, wie z. B. ein Lastkraftwagen, ein Armaturenbrett, das über seine Anzeigetafeln, insbesondere seinen Messanzeiger, einem Fahrer mitteilt, in welchem Zustand die einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs sind, z. B. wie der Ladezustand des Akkumulators ist. Vorteilhafterweise gibt es eine Anzeige, die eine Ladung des Akkumulators bekannt gibt, zumindest den Zustand des Akkumulators in Bezug auf seinen Ladezustand signalisiert. Jenseits der Entladung des Akkumulators, wenn die Restladung bzw. die Reserveladung des Akkumulators benötigt wird, sollte eine Nutzung der Restladung, z. B. durch ein rotes Licht, hervorgehoben werden. Der Standardbetrieb des Lastkraftwagens sieht so aus, dass von Ladezone zu Ladezone, z. B. von einem ersten Fernstraßenabschnitt mit einer ersten Oberspannungsleitung zu einem zweiten Fernstraßenabschnitt mit einer zweiten Oberspannungsleitung, eine Entladung des Akkumulators bis knapp vor 0 % Ladung des Akkumulators stattfindet. Sollten aber unvorhergesehene Situationen eintreten, so kann mit Hilfe der Extraladung, der Zusatzladung oder der Restladung ein wenige Kilometer reichender Weiterbetrieb des Kraftfahrzeugs (Lastkraftwagens) durchgeführt werden. Als Grenze für die Restladung kann ein SOG von maximal 10 % angesetzt werden.

Bei einer solchen Betriebsweise, die mit der Anzeige konform geht, wird der Lithium- Akkumulator, d. h. vorrangig des Typs LTO, in einem sehr breiten Ladefenster zwischen 10 % SOG und (nahezu) 100 % SOG durch seine Lade- und Entladezyklen „gefahren“ (betrieben). Trotzdem gibt es eine Reserve, die bei 10 % SOG (oder etwas weniger als 10 % SOG, z. B. bei 5 % SOG oder bei 7 % SOG) liegt.

Die Energieversorgung bzw. das Energieversorgungssystem kann eine gesteuerte Strom- Spannungsquelle umfassen, die insbesondere eine Komponente oder ein Teil einer Umspannstation sein kann. Diese Strom-Spannungsquelle sollte vorteilhafterweise mit einem aufschaltbaren oder veränderlichen Widerstand in einem Strompfad ausgestattet sein. Auch ist es möglich, alternativ oder zusätzlich den Strompfad mit einer aufschaltbaren Strombegrenzungsdrossel auszustatten. Der Strompfad sollte für eine Lieferung eines elektrischen Stroms auf den elektrischen Leitungen, wie Oberspannungsleitungen, Oberleitungsschienen oder Bodenkontaktschienen, gestaltet sein. Der Widerstand und/oder die Drossel im Strompfad der Energieversorgung kann im Laufe des Aufladeverfahrens, insbesondere nach einer Berechnung der Recheneinheit, in Abhängigkeit einer sich aus allen an den elektrischen Leitungen angeschlossenen Traktionsakkumulatoren ergebenden Gesamtlast kurzgeschlossen werden.

Eine auf den Leitungen bzw. Oberleitungen aufgeprägte Ladespannung ist idealerweise höher als eine Spannung desjenigen Traktionsakkumulators, der eine höchste Abgabespannung in Abhängigkeit seines Ladezustands im Vergleich mit allen an die Oberleitungen angeschlossenen Traktionsakkumulatoren aufweist. Der Vergleich der „Leerlaufspannungen“ der Traktionsakkumulatoren sollte zwischen allen Traktionsakkumulatoren, die sich in einem Streckenabschnitt befinden, durchgeführt werden.

Nach einem Andocken („Anschließen an die Oberleitungen“) eines Fahrzeugs an den Leitungen kann dann innerhalb von nicht mehr als 10 Sekunden, vorzugsweise innerhalb von maximal 5 Sekunden, die elektrische Spannung dann erhöht werden.

Die Energieversorgung bzw. das Energieversorgungssystem sollte vor einem Andocken eines Fahrzeugs an Leitungen zur Versorgung eines Streckenabschnitts, an denen schon wenigstens ein weiteres Fahrzeug angedockt ist, eine Absenkung der Spannung vornehmen. Die Absenkung sollte vorzugsweise in einem Bereich liegen, der nicht mehr als 10 % der aktuellen Spannung beträgt.

Das Verfahren zur Energieversorgung kann alle Fahrzeuge, die eine höhere Spannung aufgrund eines Ladezustands ihres Traktionsakkumulators auf den Leitungen benötigen, abkoppeln, bevor ein Absenken der Spannung auf den Leitungen durchgeführt wird. Erst danach sollte dann ein weiteres Fahrzeug als Neuandockung einen Kontakt zu den Leitungen herstellen. Das Abkoppeln und Neuandocken kann z. B. mittels Fernkommunikationseinrichtung von dem Energieversorgungssystem in dem Fahrzeug veranlasst werden.

Idealerweise ist die Energieversorgung bzw. das Energieversorgungssystem mit einer Strombegrenzung ausgestattet, die einen maximalen Ladestrom auf den Leitungen einstellen kann.

Das Verfahren zur Energieversorgung greift auf die Sende-/Empfangsstation bzw. die Sende- /Empfangseinheit für die Kommunikation mit einem Fahrzeug zurück. Auf der anderen Seite der Kommunikation steht eine zweite Kommunikationseinheit, wie ein Funkmodul, das dem Fahrzeug mitteilen kann, an welcher Position in einem Fahrzeugverbund das Fahrzeug in den Streckenabschnitt einfahren darf. Vorzugsweise regelt das Fahrzeug, das eine Positionsinformation empfangen hat, seine Geschwindigkeit zur Positionseinnahme entsprechend seiner Positionsinformation. Idealerweise findet die Geschwindigkeitsanpassung statt, bevor das Fahrzeug in den Streckenabschnitt mit den Leitungen einfährt.

Die zuvor dargestellten Kombinationen und Ausführungsbeispiele lassen sich auch in zahlreichen weiteren Verbindungen und Kombinationen betrachten.

Neben dem eigentlichen Akkumulator (Traktionsakkumulator) kann ein kapazitiver Lade- Zwischenspeicher, z. B. auf einem Dach des Fahrzeugs, das bedeutet unterhalb des Pantographen, vorhanden sein, in den zunächst die Ladeenergie, die für den Akkumulator bestimmt ist, eingebracht wird. Dort würde (sofern ein zusätzlicher kapazitiver Lade- Zwischenspeicher vorhanden ist) die Energie zwischengespeichert werden, die anschließend dem Akkumulator zur Verfügung gestellt wird.

Ein Pantograph, der mit Abrollkontakten und eventuell sogar auch mit einer induktiven Stromübertragung arbeitet, arbeitet deutlich zuverlässiger; eine Funkenbildung ist reduziert.

Eine weitere Möglichkeit der Kontaktierung und der Stromweiterleitung ist über Auffahrkontakte (z. B. über Stoßstangen). Mit Hilfe von Auffahrkontakten kann eine Stromübertragung zwischen zwei, insbesondere sich in Bewegung befindlichen, Lastkraftwagen stattfinden.

Energie kann auch induktiv, z. B. über Stromleiter oder Spulen, einem Fahrzeug zur Verfügung gestellt werden.

Aufgrund der hohen Leistungen, die für das Laden vorgesehen sind, ist es vorteilhaft, wenn Leitungen in den Lastkraftwagen verbaut sind, die einen möglichst geringen Widerstand haben, idealerweise gar keinen Widerstand, also Supraleiter. Aufgrund der Betriebstemperatur eines Lastkraftwagens sollte es sich dabei um Hochtemperatursupraleiter handeln.

Wenn bei der Herstellung des Kontakts zu den Leitungen bzw. Energieversorgungsleitungen (was umgangssprachlich auch als „Andocken an die Oberleitung“ bezeichnet werden kann) die Leitungen eine um mehrere Prozent höhere Spannung aufweisen als der Akkumulator im Lastkraftwagen zu dem Zeitpunkt der Kontaktherstellung, verhalten sich die Kondensatoren „im Einschaltmoment7„im Kontaktherstellmoment“ quasi wie Kurzschlüsse, d. h. im Einschaltmoment begrenzt nur der Widerstand R_o den Strom. Die weiteren R/C-Glieder, die sich durch die einzelnen Zellen des Traktionsakkumulators ergeben, wirken durch ihre (aus dem jeweiligen Widerstand und aus der jeweiligen Kapazität sich ergebenden) Zeitkonstanten. Sie reduzieren den Strom in den Traktionsakkumulator transient auf den DC-Ladestrom. Dieser Effekt des erhöhten Einschaltstromes tritt nur kurzzeitig auf.

Der Einschaltstrom sollte aber nicht mehr als 100 % über dem regulären Ladestrom liegen. Um den Einschaltstrom zu reduzieren, ist eine Möglichkeit dadurch gegeben, dass ein Begrenzungswiderstand in einem Strompfad von dem DC/DC-Wandler zu den Leitungen bzw. Energieversorgungsleitungen integriert ist. Dieser Begrenzungswiderstand ist vorteilhafterweise nach einer gewissen Vorladezeit mittels z. B. eines Relais oder mittels z. B. eines Leistungstransistors überbrückbar. Die Möglichkeit des Überbrückens hält die Verlustleistung gering und eine Ladeeffizienz hoch.

Alternativ oder auch zusätzlich könnte eine Drossel bzw. eine Spule zur Begrenzung des Einschaltstromes vorhanden sein. Auch diese Drossel bzw. diese Spule könnte nach der Phase der „Vorladung“ überbrückt werden, vor allem um die sonst notwendige Freilaufdiode für ein Trennen des Fahrzeugs von der Leitung (dem so genannten „Abdocken“) bzw. von der externen Energieversorgung überflüssig zu machen.

Auch eine Kombination aus Vorwiderstand und Drossel ist möglich, vorteilhafterweise ebenfalls mit einer Option zur Überbrückung der Kombination aus Vorwiderstand und Drossel.

Besonders vorteilhaft ist eine Methode der intelligenten Steuerung der Spannung auf den Oberleitungen, wobei hierzu vorteilhafterweise die zuvor vorgestellte drahtlose Kommunikation zwischen den Fahrzeugen und der Umspannstation eingebunden wird.

Die drahtlose Kommunikation kann auch auf eine solche Weise abgewickelt werden, dass das elektrisch zu ladende Fahrzeug des Schwerverkehrs, das beispielhaft im Folgenden durch die Abkürzung „LKW“ für die Bezeichnung „Lastkraftwagen“ als ein Fahrzeug des Güterverkehrs vorgestellt wird, seine aktuelle Traktionsakkumulatorspannung an die Steuerung des entsprechenden Oberleitungs-Abschnitts (also des entsprechenden Streckenabschnitts) meldet. Am Rande bemerkt, zur Förderung des Vorstellungsvermögens werden Sachverhalte immer wieder anhand von LKWs (anhand von Lastkraftwagen) erläutert, wobei es für einen Fachmann selbstverständlich ist, dass viele der nachfolgenden Ausführungen auch bei allen anderen Fahrzeugen des Schwerverkehrs, wie bei Traktoren oder bei Baufahrzeugen, gelten. Wird von einem LKW gesprochen, so kann die Ausführung auch auf andere Fahrzeuge des Schwerverkehrs übertragen werden, z. B. auf Busse und sonstige Fahrzeuge des Personenverkehrs.

Die Steuerung stellt einen Spannungswert (knapp, also wenige Volt) oberhalb der Traktionsakkumulatorspannung ein. Anschließend wird die Spannung auf den Leitungen, vorzugsweise den Energieversorgungsleitungen oder Energieversorgungsschienen, insbesondere nach der Herstellung eines Kontakts („nach dem Andocken“), entweder linear oder mit einer Kurven-Form auf den Zielwert eingeregelt.

Vorteilhaft ist es, wenn die über die drahtlose Kommunikation übertragenen Daten immer wieder und in kurzen Zeitabständen (weniger als 5 Sekunden) die vom Fahrzeug gewünschte Ladespannung enthalten. So kann ein optimiertes Laden der elektrischen Energie erfolgen. Verlustleistungen werden auf diese Weise reduziert. Eine Höhe der einstellbaren Spannung auf den Energieversorgungsleitungen, insbesondere auf den Oberleitungen, wird in Übereinstimmung mit dem gewünschten Ladestrom des Fahrzeug eingestellt. Auf diese Weise kann ein zeitlich variabler und vom BMS des Fahrzeugs vorgegebener Zielwert erreicht und gehalten werden.

Soll nun ein zweites Fahrzeug an den Leitungen angeschlossen werden, z. B. ein zweiter LKW, der z. B. eine höhere Traktionsakkumulatorspannung als der zuerst angeschlossene LKW aufweist, so sollte die Spannung auf den Leitungen, insbesondere den Energieversorgungsleitungen wie den Oberleitungen, kurzzeitig abgesenkt werden. Trotz des Umstands, dass die Leerlaufspannung des zweiten Traktionsakkumulators höher ist als die Spannung am Eingang des ersten Akkumulators bzw. des Traktionsakkumulators des ersten LKWs, muss die Spannung vor der Kontaktherstellung reduziert werden, um auf diese Weise den Einschaltstrom zu begrenzen. Dieser muss jedoch nicht auf einen Wert nahe 0 Ampere reduziert werden. In vielen Fällen reicht es aus, diesen Einschaltstrom unterhalb des maximalen Ladestromes von z. B. 1.000 A zu halten.

Nach der Kontaktherstellung des zweiten LKWs zu den Leitungen wird erneut die Spannung „hochgeregelt“, also (kontrolliert) angehoben.

Weil ab diesem Zeitpunkt der Kontaktherstellung zwei LKWs an den Leitungen, d. h., an den Energieversorgungsleitungen, angeschlossen sind, sollten die zulässigen elektrischen Maximalströme beider LKWs eingehalten werden. Eine Strombegrenzung ist ein opportunes Mittel.

Für weitere LKWs, die nach und nach angeschlossen werden, wird das gleiche Prozedere bzw. Verfahren abgearbeitet.

Beim Anschließen eines weiteren LKWs an den Leitungen, d. h. an den Energieversorgungsleitungen, der mit geringerer Traktionsakkumulatorspannung aufwarten kann, sollte die Spannung auf den Leitungen, z. B. auf den Oberleitungen, (noch weiter) abgesenkt werden.

Beim Absenken der Spannung gibt es aber eine technische Begrenzung, die berücksichtigt werden sollte.

Wenn die Spannung zum Anschließen des zweiten LKWs (unter Berücksichtigung eines maximalen Einschaltstromes von z. B. 1.000 A) auf eine niedrigere Spannung eingestellt werden müsste, als der erste LKW zum Laden seines Akkumulators mit einem (in positiver Richtung fließenden) Strom benötigt, könnte kurzzeitig eine (unerwünschte) Rückspeisung, insbesondere in die Oberleitung, erfolgen. Um dies zu vermeiden, ist der erste LKW kurzzeitig von den Leitungen zu trennen. In diesem Zustand der kurzzeitigen „Abkoppelung“ des ersten LKWs kann das elektrische Laden des ersten LKWs beendet und das elektrische Laden des zweiten LKWs gestartet werden.

Nach dem Anschließen des zweiten LKWs wird wieder erneut die Spannung angehoben.

Weil im Weiteren nun zwei LKWs angeschlossen sind, müssen die zulässigen Maximalströme beider LKWs eingehalten werden. Die Stromregelung sollte daher auf den höheren der beiden möglichen Ladeströme regeln.

Eine weitere Verbesserung kann dadurch erzielt werden, dass eine Sortierung der Fahrzeuge bei der Reihenfolge des Einfahrens in den mit Energieversorgungsleitungen wie Oberleitungen ausgestatteten Streckenabschnitts erfolgt. Es ist vorteilhaft, wenn die LKWs auf dem Streckenabschnitt mit einer Energieversorgungsleitung, wie einer Oberleitung, nicht beliebig, sondern sortiert nach der für sie geeigneten Ladespannung fahren.

Diese (optimale) Ladespannung, die individuell für jeden LKW bestimmt wird, ergibt sich aus der aktuellen Spannung des Traktionsakkumulators. Außerdem kann in die Berechnung der Recheneinheit der Umspannstation der maximale Ladestrom oder (auch) der gewünschte Ladestrom eingehen. Idealerweise wird der Innenwiderstand jedes Traktionsakkumulators, der zeitgleich geladen werden soll, berücksichtigt.

Die Werte zur Steuerung können in einer gesonderten Recheneinheit, im BMS oder in einem Lademanager des Fahrzeugs, insbesondere des LKWs, berechnet werden. Diese Daten werden drahtlos der Steuerung des Oberleitungssystems über die Kommunikationsschnittstelle, wie die Fernkommunikationsschnittstelle, mitgeteilt, also über das Funkmodul zur Sende- /Empfangseinheit der Sende-/Empfangsstation.

Die Steuerung basiert auf der Steuerungsvorrichtung der Umspannstation, die eine Recheneinheit aufweist. Die Steuerung bzw. deren Programmlogik sammelt in vorteilhafter Weise den Wert für die gewünschte oder für die erforderliche Ladespannung sowie Positionen aller LKWs, die in einem Streckenabschnitt bewegt werden sollen - wobei der Streckenabschnitt ggf. auch mehrere Abschnitte von Energieversorgungsleitungen bzw. mehrere Oberleitungsstränge umfassen kann.

Mit Hilfe von Sortieralgorithmen kann eine Reihenfolge der LKWs festgelegt oder bestimmt werden. Dank der Sortierung kann der Ladevorgang verbessert werden.

So ist es möglich, LKWs in kleinen Gruppen zusammenzufassen, z. B. Gruppen von bis zu 5 LKWs, die eine (nahezu) gleiche Ladespannung (z. B. 780 Volt +/- 50 Volt) benötigen, und sie für eine direkte Kolonnenfahrt zusammenstellen. Die Länge dieser Kolonnen sollte im Verhältnis zur Länge des Energieversorgungsleitungsabschnittes bzw. des Oberleitungsabschnittes möglichst klein sein. Somit können alle LKWs der Gruppe gleichzeitig am Anfang der Energieversorgungsleitung wie der Oberleitung angeschlossen werden und am Ende von den Leitungen getrennt werden.

Eine nächste Gruppe mit einer anderen Ladespannung als die Ladespannung der ersten Gruppe von LKWs sollte einen Abstand zur ersten Gruppe von LKWs haben, die mehr als die Länge des Streckenabschnitts mit Energieversorgungsleitungen bzw. mit Oberleitungen beträgt.

Auf diese Weise ist ein gleichartiges Laden aller LKWs möglich.

Eine Sortierung der LKWs kann mittels temporärer Geschwindigkeitsreduktion erfolgen. Dazu sendet die Steuerung der Umspannstation Informationen über die Sende-/Empfangseinheit an den LKW, der verzögert werden soll. Diese Information, warum der LKW verlangsamt wird, kann über Kommunikationsmittel - z. B. über eine Anzeigetafel der Fahrerkonsole, über das Navigationssystem oder über ein separates Display - dem Fahrer des Fahrzeugs mitgeteilt werden.

Weil eine solche Sortierung der Fahrzeuge nur wenige Male, idealerweise nur einmal am Anfang der Fahrtaufnahme, bzw. selten vorgenommen werden muss, ist der Zeitverlust auf der Gesamtstrecke in den Fahrzeitberechnungen vernachlässigbar. Nach einer Sortierung können die LKWs Hunderte von Kilometern in gleicher Reihenfolge fahren, ohne dass weitere Zeitverluste aufgrund von Sortierungen eintreten.

Eine Zufahrtsteuerung bzw. eine Sortierung kann auch dadurch bewirkt werden, dass an Autobahnauffahrten oder an Ausfahrten von Rastplätzen einem Fahrer eines Fahrzeugs, z. B. mittels Fernkommunikationsvorrichtungen, mitgeteilt wird, wann der optimale Zeitpunkt zur Weiterfahrt ist. Des Weiteren ist es möglich, die Zeitpunkte und Längen von Pausen vorab zu berechnen und dem Fahrer mitzuteilen, wann er Pausen und wie lange er seine Pausen einlegen soll. Ein von der Recheneinheit berechnetes und vom Fahrer eines Fahrzeugs beachtetes Einfädeln in eine Sortierung von Fahrzeugen des Schwerverkehrs kann durch ein Rabatt- oder Bonussystem zusätzlich gefördert und motiviert werden. Statt dem Fahrer eines Fahrzeugs diese Informationen zur Auswahl zu stellen, können Eingriffe in ein Fahrerassistenzsystem den gleichen Effekt auf Geschwindigkeiten, Abstände und/oder Zufahrten haben.

Für eine ordnungsgemäße Verwaltung der Energien, die jeweils zur Verfügung gestellt werden müssen und sollen, könnte eine Kommunikation mit einer LKW-ID operieren, wodurch die pro LKW aufgenommenen und an einen LKW übertragenen Energien nachverfolgbar sind.

Der Strom, der über die Leitung zum Lastkraftwagen (oder zu dem sonstigen Schwerverkehrfahrzeug) geführt wird, kann variiert werden. So ist es möglich, unterschiedliche Modi des Betriebs einzustellen.

Auf diese Weise ist es möglich, ein Mobilitätssystem mit Individualfahrzeugen zu realisieren, die ausschließlich elektrisch angetrieben sind und die einen größeren Bedarf an elektrischer Energie haben, weil sie z. B. mehrere Tonnen an Zuladung transportieren.

Einige Aspekte der Erfindung können auch wie folgt beschrieben werden. Eine Energieversorgung von leitungsversorgten Fahrzeugen, jedes mit wenigstens einem Traktionsakkumulator als Pufferenergieversorgung eines Antriebsmotors, erfolgt über wenigstens zwei Leitungen und jeweils einen Energieversorgungsabgriff wie einen Pantographen. Zur Energieversorgung gehören eine Sende-/Empfangsstation, eine Recheneinheit und eine (in der Umspannstation vorzugsweise angesiedelte (erste)) Leistungssteuerungseinheit. In Abhängigkeit von Werten der Recheneinheit wird anhand von einer Parametereinstellung, eine Leistung, ein elektrischer Strom und/oder eine elektrische Spannung, die über die Leitungen zur Verfügung stehen, gesteuert. Die Recheneinheit berücksichtigt dabei über die Sende-/Empfangsstation empfangene Daten von wenigstens einem Fahrzeug in einem leitungsversorgten Streckenabschnitt. In einem Energieversorgungssystem für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge des Schwerverkehrs ist deren Traktionsakkumulatoren Ladeenergie für die zeitgleiche Versorgung auf streckenweise vorhandenen Oberspannungsleitungen bereitstellbar. Ein Mobilitätssystem, ermöglicht es, dass mehrere elektrisch angetriebene Fahrzeuge sich allesamt in dem elektrisch versorgten Streckenabschnitt bewegen können. Figurenkurzbeschreibung

Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, die beispielhaft besonders vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten darlegen, ohne die vorliegende Erfindung auf diese einzuschränken, wobei

Figur 1 ein Lastentransportsystem mit seinem Energieversorgungssystem zeigt,

Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung zeigt,

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung zeigt,

Figur 4 das Zusammenspiel zwischen einer Stromtankstelle und einem Oberleitungsabgriff zeigt, Figur 5 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Zusammenspiels zwischen Stromtankstelle und Oberleitungsabgriff zeigt,

Figur 6 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Stromtankstelle zeigt,

Figur 7 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Stromtankstelle zeigt,

Figur 8 ein Ausführungsbeispiel eines Lastkraftwagens an einer Oberleitung in schematischer Darstellung zeigt,

Figur 9 eine alternative Ausführungsform eines Lastkraftwagens an einer Oberleitung in schematischer Darstellung zeigt,

Figur 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei Stromtankstellen entlang einer Straße zeigt, Figur 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lastkraftwagens mit einem in ihm integrierten Hochsetzsteller zeigt,

Figur 12 Stromverläufe in dem Hochsetzsteller zeigt,

Figur 13 einen Auszug aus einem Armaturenbrett eines Fahrzeugs des Schwerverkehrs zeigt, Figur 14 ein Prinzipersatzschaltbild eines typischen Traktionsakkumulators zeigt, die Figuren 15 a), 15 b) und 15 c) erste mögliche Verläufe (genauer: Figur 15 a) einen

Spannungsverlauf, Figur 15 b) einen Stromverlauf und Figur 15 c) eine Leistungsaufnahme) beim Kontaktherstellen eines Fahrzeugs mit Traktionsakkumulator an eine Oberspannungsleitung zeigen, die Figuren 16 a), 16 b) und 16 c) zweite mögliche Verläufe (genauer Figur 16 a) einen Spannungsverlauf, Figur 16 b) einen Stromverlauf und Figur 16 c) eine Leistungsaufnahme) beim Kontaktherstellen eines Fahrzeugs mit Traktionsakkumulator an eine Oberspannungsleitung zeigen, die Figuren 17 a), 17 b) und 17 c) mögliche Verläufe (genauer: Figur 17 a) einen Spannungsverlauf, Figur 17 b) einen Stromverlauf und Figur 17 c) eine Leistungsaufnahme) beim Kontaktherstellen eines Fahrzeugs mit Traktionsakkumulator an eine Oberspannungsleitung in einem parallelen Betrieb von mehreren LKWs an der Oberspannungsleitung zeigen, die Figuren 18 a), 18 b) und 18 c) mögliche Verläufe (genauer: Figur 18 a) einen

Spannungsverlauf, Figur 18 b) einen Stromverlauf und Figur 18 c) eine Leistungsaufnahme) beim Kontaktherstellen eines zweiten Fahrzeugs mit Traktionsakkumulator an eine

Oberspannungsleitung zeigen, wenn das zweite Fahrzeug einen Akkumulator mit geringerer Traktionsakkumulatorspannung besitzt, und die Figuren 19 a), 19 b) und 19 c) mögliche Verläufe (genauer: Figur 19 a) einen Spannungsverlauf, Figur 19 b) einen Stromverlauf und Figur 19 c) eine Leistungsaufnahme) beim Kontaktherstellen eines zweiten LKWs an Versorgungsleitungen zeigen, wenn der zweite LKW eine zu einem ersten LKW stark unterschiedliche Traktionsakkumulatorspannung aufweist.

Figurenbeschreibung

Die Figur 1 zeigt ein Lastentransportsystem 1, das auch als Schwerverkehr 1 bezeichnet werden kann, bei dem einzelne Lastkraftwagen, insbesondere Langstrecken-Lastkraftwagen 20, 20¹, 20", über eine Transportstrecke 4, die eine Fahrbahn 6 umfasst, fahren. Ein sich mit Transportsystemen Beschäftigender versteht, dass es sich bei den dargestellten Lastkraftwagen um eine beispielhafte Darstellung geeigneter Schwerverkehrfahrzeuge handelt, die sozusagen für Omnibusse, Transporter, Klein-Busse, Schienenfahrzeuge und ähnliche Fahrzeuge exemplarisch eingezeichnet sind.

Die Transportstrecke 4, über die einzelne Lastkraftwagen (kurz: LKW) des Langstrecken- Lastkraftwagentyps 20, 20¹, 20" fahren können, kann in einzelne Teilstrecken 10, 10¹, 10" unterteilt werden.

Das Lastentransportsystem 1 arbeitet mit einer Oberleitungsinfrastruktur 8.

Die Oberleitungsinfrastruktur 8 ist auf der Transportstrecke 4 aufgebaut (im Sinne von oberhalb). Entlang einer ersten Teilstrecke 10 befindet sich eine erste Oberleitung 60, die zwischen einem ersten Oberleitungsmast 62, der zugleich für eine Streckenabschnittseinfahrt 62 von Lastkraftwagen 20, 20¹, 20" steht, und einem zweiten Oberleitungsmast 64, der zugleich für eine Streckenabschnittsausfahrt 64 von Lastkraftwagen 20, 20¹, 20" steht, aufgespannt ist. Die Oberleitung 60 ist an ein Stromversorgungsnetz 90 angeschlossen. Das Stromversorgungsnetz 90 ist ein leistungsfähiges Hochspannungsnetz für Gleichspannungen, wobei der Strom vorzugsweise über Supraleiter bereitgestellt wird. Bei der Oberleitung 60 handelt es sich um zwei Kabel, die sich mit Hilfe der Oberleitungsmasten 62, 64 über der Fahrbahn 6 und entlang der Fahrbahn 6 erstrecken.

In Figur 1 ist momentphotoartig eine Anordnung gezeigt, bei der unter der Oberleitung 60 ein erster Langstrecken-Lastkraftwagen 20, der fünf Radachsen aufweist, steht (eigentlich fährt er, aber durch die Momentaufnahme sind die Langstrecken-Lastkraftwagen 20, 20¹, 20" in einer Position dargestellt). Für das Lastentransportsystem 1 ist aber im Zeitverlauf vorgesehen, dass sich der Langstrecken-Lastkraftwagen 20 mit dessen LKW-Front 26 in Fahrtrichtung entlang der Fahrbahn 6 bewegt, um so die Transportstrecke 4 zu bewältigen.

Der Langstrecken-Lastkraftwagen 20 weist eine Zugmaschine 24 und einen Auflieger 22 auf. Ein LKW-Heck 28 befindet sich an dem Auflieger 22. Der Auflieger 22 dient der Aufbewahrung von Transportlasten. Die Zugmaschine 24 wird mit einem bzw. durch einen elektrischen Antrieb 30 bewegt und kann so den Auflieger 22 über die gesamte Transportstrecke 4 ziehen. Der elektrische Antrieb 30 ist mit einem elektrischen Antriebsmotor 32 und einem Getriebe 34 ausgestattet. Die Zugmaschine 24 weist einen Akkumulator 40 auf, der über dem Elektromotor- Getriebe-Aggregat (de Antrieb 30) angeordnet ist. Der Akkumulator 40 kann auch als Elektrospeicher bezeichnet werden. Über eine (zweite) Leistungssteuerung 42 wird der elektrische Antrieb 30 mit elektrischer Energie versorgt, die der elektrische Antriebsmotor 32 in Bewegungsenergie umwandelt. Wird der elektrische Antriebsmotor 32 beim Bremsen oder auf einer Gefällestrecke in einem Rekuperationsmodus betrieben, d. h. als Generator, wird der zurückgewonnene Strom mit Hilfe eines Batteriemanagementsystems 44, das mit dem Antrieb 30 und der (zweite) Leistungssteuerung 42 zusammenarbeitet, wieder in den Akkumulator 40 eingespeist. Der Langstrecken-Lastkraftwagen 20 bzw. dessen Zugmaschine 24 ist mit einem Stromabnehmer 50 ausgestattet, der im Ladezustand einen Oberleitungsabgriff 54 zur ersten Oberleitung 60 aufweist. Anders gesagt, ist eine elektrische Stromleitungsverbindung zwischen der Oberleitung 60 und dem Stromabnehmer 50 durch ein Aufstellen des Stromabnehmers 50 ausbildbar. Der Oberleitungsabgriff 54 erfolgt über einen Schleifkontakt. Über den Oberleitungsabgriff 54 bezieht das Batteriemanagementsystem 44 elektrischen Strom zum Aufladen des Akkumulators 40. Der Strom wird über das Stromversorgungsnetz 90 entlang der Oberleitung 50 bereitgestellt, sodass der Akkumulator 44 aufladbar ist, wenn sich der Langstrecken-Lastkraftwagen 20, insbesondere dessen Zugmaschine 24, zwischen dem ersten Oberleitungsmast 62 und dem zweiten Oberleitungsmast 64 bewegt (genauso wenn er an einer Position zwischen den Masten 62, 64 steht).

Das Batteriemanagementsystem 44 ist mit einer Mobilfunkeinrichtung 80 ausgestattet. Die Mobilfunkeinrichtung 80 kommuniziert über eine Funkverbindung mit einer Funkstation 72, die zu einer Abrechnungsstation 70 gehört. Die Abrechnungsstation 70 ist Teil eines Energieverwaltungssystems, das wiederum ein Energieversorgungssystem 2 koordiniert.

Wenn das Batteriemanagementsystem 44 über die Mobilfunkeinrichtung 80 eine Tarifanfrage für Stromkosten an die Abrechnungsstation 70 schickt, erwidert die Abrechnungsstation 70 über deren Funkstation 72 mit einem Kostenvoranschlag für eine Abnahme einer Energiemenge, z. B. in der Einheit von Euro pro Kilowatt. Das Batteriemanagementsystem 44 kennt den aktuellen Ladezustand des Akkumulators 40 und kann aus der Kenntnis einer Länge einer zweiten Teilstrecke 10¹ einen Energiebedarf prognostizieren, der in den Akkumulator 40 zur Bewältigung der Teilstrecke 10¹ hinzugeladen werden muss. Wenn sich ein aus der Abrechnungsstation 70 übersendeter Tarif als besonders kostengünstig erweist, kann eine künstliche Intelligenz, die in das Batteriemanagementsystem 44 einprogrammiert ist, entscheiden, eine größere Energiemenge aufzunehmen, damit die Fahrstrecke 4 möglichst kostengünstig bewältigt werden kann. Das Batteriemanagementsystem 44 arbeitet mit einem Bordcomputer (nicht dargestellt) des Langstrecken-Lastkraftwagens 20 zusammen. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Batteriemanagementsystem als Software auf dem Bordcomputer mit Hilfe einer angeschlossenen Sensorik und Mobilfunkausstattung arbeitsfähig. Somit umfasst das Batteriemanagementsystem zur Bewältigung seiner Aufgaben mindestens einen Datenspeicher und einen Rechner bzw. Computer sowie eine Sensorik zur Überwachung des Akkumulators 40.

Zusätzlich zu einer Tarifinformation übersendet die Abrechnungsstation 70 an das Batteriemanagementsystem 44 eine Information über eine Länge der ersten Oberleitung 60 bzw. der ersten Teilstrecke 10 sowie eine Information über eine Länge einer zweiten Teilstrecke 10¹, die ein oberleitungsfreier Abstand zu einer dritten Teilstrecke 10" ist. Gemäß Figur 1 existiert entlang der dritten Teilstrecke 10" wiederum eine Oberleitung 60", nämlich eine zweite Oberleitung 60", die von der ersten Oberleitung 60 elektrisch getrennt ist.

Figur 1 zeigt auf der zweiten Teilstrecke 10¹ einen zweiten Langstrecken-Lastkraftwagen 20¹, der diese zweite Teilstrecke 10¹ mit seinem elektrischen Antrieb 30¹ durch Verbrauch von elektrischer Energie aus dem Akkumulator 40¹ zurücklegen soll. Der Stromabnehmer 52 befindet sich abgesenkt im Ruhezustand, weil auf der Teilstrecke 10¹ keine Oberleitungen existieren. Das Batteriemanagementsystem 44¹ überwacht kontinuierlich den Ladezustand des Akkumulators 40¹. Wenn der Ladezustand des Akkumulators 40¹ sich einem Notbetriebslevel annähert, nimmt das Batteriemanagementsystem 44¹ über dessen Mobilfunkeinrichtung 80¹ und über benachbarte Funkstationen 72", 72 bzw. Abrechnungsstationen 70", 70 eine Kommunikationsverbindung auf, um mit Hilfe von Standortinformationen eine Abstandsinformation zur nächsten Oberleitung 60", 60 zu beziehen. Anhand der gewonnenen Strecken- und Ladezustandsinformationen kann das Batteriemanagementsystem 44 in einem Notbetrieb ein verbrauchseffizientes Fenster für Betriebspunkte der (zweiten (insbesondere des zweiten Typs) bzw. dritten (weil in einem weiteren LKW)) Leistungssteuerung 42¹ vorgeben, damit der Langstrecken-Lastkraftwagen 20¹ einen Anschluss an die Oberleitungsinfrastruktur 8 erreichen kann, falls unvorhersehbare Ereignisse zu einem erhöhten Energieverbrauch des Langstrecken-Lastkraftwagen 20¹ geführt haben sollten. Gemäß Figur 1 beginnt für den zweiten Langstrecken-Lastkraftwagen 20¹ die nächste Ladestrecke, eine dritte Teilstrecke 10" auf der Transportstrecke 4, an einem dritten Oberleitungsmast 66, bis zu dem der zweite Langstrecken-Lastkraftwagen 20¹ gelangen muss.

Über die zweite Oberleitung 60", auf die der zweite Langstrecken-Lastkraftwagen 20¹ zusteuert, wird bereits ein dritter Langstrecken-Lastkraftwagen 20" geladen. Der Stromabnehmer 50" des dritten Lastkraftwagens 20" befindet sich im Ladezustand, wobei, ähnlich wie bei dem ersten Langstrecken-Lastkraftwagen 20, Strom aus einem Stromversorgungsnetz 90" über die zweite Oberleitung 60" und über den Stromabnehmer 50" in einen Akkumulator 40" gelangt. Das Batteriemanagementsystem 44" regelt den Ladevorgang des Akkumulators 40" des dritten Langstrecken-Lastkraftwagens 20". Während des Ladevorgangs kann das Batteriemanagementsystem 44" parallel die (zweiten (insbesondere des zweiten Typs) bzw. vierten (weil in einem weiteren LKW)) Leistungssteuerung 42" des elektrischen Antriebs 30" mit Strom aus der Oberleitung 60" versorgen, während der dritte Langstrecken-Lastkraftwagen 20" die dritte Teilstrecke 10" abfährt. Die dritte Teilstrecke 10" ist größer als die erste Teilstrecke 10. Die zweite Oberleitung 60" wird von weiteren Oberleitungsmasten 68, 68¹ aufgespannt. Mit Hilfe der Mobilfunkeinrichtung 80" und der Funkstation 72" erfolgt die korrekte Verbrauchsabrechnung an der Abrechnungsstation 70. Eine Datenübertragung, insbesondere der Verbrauchsdaten und der Streckendaten, erfolgt verschlüsselt.

Das erste Stromversorgungsnetz 90 bezieht Strom von einem Solarpark als Stromquelle, der sich nahe der Teilstrecke 10 befindet. Bei Bedarf ist von der Abrechnungsstation 70, die als Netzsteueranlage ausgestattet ist, Strom aus einem Kraftwerk zuschaltbar (nicht dargestellt). Das zweite Stromversorgungsnetz 90" wird aus mehreren Windkraftanlagen und einer Brennstoffzelleneinrichtung als Stromquellen (nicht dargestellt) betrieben. Die Brennstoffzelleneinrichtung erzeugt Strom aus Wasserstoff, der in einem Energiezwischenspeicher der Windkraftanlage als „Brennstoff“ vorgehalten wird. Die Stromversorgungsnetze 90, 90" gehören wie die Stromquellen, die auch als Energiequellen bezeichnet werden können, zum Energieversorgungssystem 2 für die Langstrecken- Lastkraftwagen 20, 20¹, 20". Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Lastentransportsystems 201 mit einem Energieversorgungssystem 202, mit zwei LKWs 220, 220¹ und mit streckenweise vorhandener Oberleitung 260, 260¹ als Alternative zu dem in Figur 1 gezeigten Streckenabschnitt mit drei LKWs 20, 20¹, 20". Figur 1 zeigt die LKWs 20, 20¹, 20" in unterschiedlichen relativen Positionen zu den Oberleitungen 60, 60". Wie sowohl in Figur 1 als auch in Figur 2 zu sehen ist, wird in jedem der beiden Oberleitungsabschnitte 260, 260¹ jeweils ein LKW 220, 220¹ durch eine Stromtankstelle 203, 203¹ versorgt.

Die zwei LKWs 220, 220¹ gemäß Figur 2 sind jeweils mit einem Traktionsakkumulator 240, 240¹ ausgestattet. In den Traktionsakkumulatoren 240, 240¹ ist elektrische Energie speicherbar und für den Fährbetrieb der LKWs 220, 220¹ abrufbar.

Wie aus Figur 2 auch zu entnehmen ist, kann jede einzelne Stromtankstelle 203, 203¹ aus unterschiedlichen Stromquellen versorgt sein. Demgemäß kann die Stromtankstelle 203¹ auch als Umspannstation 209 (bzw. als Unterwerk) bezeichnet werden. Während die erste Tankstelle 203 über ein Erdkabel (nicht dargestellt) versorgt wird, erhält die zweite Stromtankstelle 203¹ ihre Energie aus Photovoltaikelementen 294 bzw. einem Photovoltaikmodul 294 und einem Windkraftrad 292. Zur besseren Übertragung des Stroms aus dem Photovoltaikmodul 294 für die Versorgung 269, 269¹ mit Gleichspannung (DC) wird die von den Photovoltaikmodulen zur Verfügung gestellte Gleichspannung (DC) zunächst in Wechselspannung (AC) umgewandelt. Die Energie wird mit Wechselspannung übertragen, um in dieser Form bis zur Stromtankstelle 203¹ transportiert zu werden. Der Strom wird in der Stromtankstelle 203¹ wieder in Gleichspannung (DC) gewandelt. Zur Wandlung in die Gleichspannung hat die Stromtankstelle 203¹ einen AC/DC-Wandler 215. Der AC/DC-Wandler 215 wandelt die Wechselspannung in eine Gleichspannung, die als Zwischenkreisspannung bezeichnet werden kann. Die Gleichspannung, die die Stromtankstelle 203¹ abgibt, ist nicht nur auf einem anderen Spannungsniveau; sie ist aber auch anpassbar. Daher hat die Stromtankstelle 203¹ einen DC/DC- Wandler 213 mit einer adaptierbaren Ausgangsspannung. Mit Hilfe eines Funkmoduls (vgl. Funkmodule 80 in Figur 1) überträgt der LKW 220, 220¹ seinen Strom- und Energiebedarf bzw. meldet diesen an. Diese Information wird von einer Empfangsstation 270, 270¹ (die auch als Abrechnungsstation dient; die auch als Kommunikationseinheit bzw. ortsfeste Fernkommunikationsvorrichtung bezeichnet werden kann), empfangen, die die Information an die Stromtankstelle 203, 203¹ weitergibt, um deren DC/DC-Wandler 213 zu steuern. Die LKWs 220, 220¹ befinden sich jeweils auf einem Straßenstück 206, 206¹ bzw. einer Fahrbahn 206, 206¹, die jeweils einer Empfangsstation 270, 270¹ und einer Stromtankstelle 203, 203¹ zugeordnet ist. Jeder der LKWs 220, 220¹ ist jeweils mit seinen Pantographen 250 250¹ über dessen Energieversorgungsabgriff 254, 254¹ mit genau einer Stromtankstelle 203, 203¹ verbunden. Eine jeweils in einer Stromtankstelle 203, 203¹ angeordnete Steuervorrichtung 211 , 211¹ sorgt in der Stromtankstelle 203, 203¹ für eine Strom- und Spannungsversorgung, die einer über die Empfangsstation 270, 270¹ vorgegebenen, adäquaten Strom- bzw. Spannungsgröße entspricht. Ein Sicherheitsschaltkreis 212 schützt die Umspannstation 209 vor Überlastung, die sich z. B. durch ein hinzukommendes, zweites Fahrzeug ergeben könnte. Ein erster Energieversorgungsabschnitt 210, der durch die erste Stromtankstelle 203 versorgt wird, hat eine erste Abschnittslänge 207. Auf einem zweiten Abschnitt 210¹ wird keine externe Energieversorgung bereitgestellt. Ein zweiter Energieversorgungsabschnitt 210", der durch eine zweite Stromtankstelle 203¹ versorgt wird, hat eine zweite Abschnittslänge 207¹.

Jede der Steuervorrichtungen 211 , 211¹ ist mit einer eigenen Recheneinheit 218, 218¹ ausgestattet. Die Recheneinheiten 218, 218¹ haben jeweils Zugriff auf Datenspeicher (nicht dargestellt). Die Recheneinheiten 218, 218¹ können in den jeweils programmierten Rechenroutinen empfangene Daten auswerten und in parametrisch angepasste Steuersignale zur Prozesssteuerung in der Energieversorgung umwandeln. Somit können die Recheneinheiten 218, 218¹ u. a. eine Abgabe elektrischer Energie über die jeweils zu versorgenden Oberleitungen 260, 260¹ nach Bedarf veranlassen oder eine Unterbrechung der Abgabe elektrischer Energie veranlassen.

Figur 3 zeigt ein Lastentransportsystem 301 mit einem Energieversorgungssystem 302, bei dem die Stromversorgung einer Stromtankstelle 303 mittels Umspannstation 309 (bzw. Unterwerk) aus einer Vielzahl von Energiequellen, z. B. aus mehreren Photovoltaikzellen 394, 394¹, 394" und aus mehreren Windkrafträdern 392, 392¹, zur Verfügung gestellt werden kann. Damit ist eine Oberleitungsinfrastruktur 308 mit Strom versorgbar. Die Oberleitungsinfrastruktur 308 ist einem Streckenabschnitt 310 zugeordnet. Jede Energiequelle 392, 392¹, 394, 394¹, 394" arbeitet mit ihrer eigenen elektrischen Spannung. Die Stromtankstelle 303, die als Umspannstation 309 fungiert, passt die Spannungen auf das geeignete Spannungsniveau an, sodass der Akkumulator 340 des Lastkraftwagens 320 seine optimale Ladespannung erhält. Mit ansteigendem Ladezustand des Akkumulators 340 des LKWs 320 kann die Spannung nachgeführt werden, d. h. angehoben werden.

Eine Oberleitung 360 erstreckt sich im Streckenabschnitt 310 von einem ersten Oberleitungsmast 362, der zugleich eine Streckenabschnittseinfahrt 362 bildet, zu einem zweiten Oberleitungsmast 362¹, der zugleich eine Streckenabschnittsausfahrt 362¹ bildet. Die elektrische Energie und somit auch die Spannung von dem Windkraftrad 392 kann über eine Transformationsstrecke mit Spannungen U1, U2, U3, U4 im Mittelspannungsbereich, im Hochspannungsbereich und im Höchstspannungsbereich (vorzugsweise als Wechselspannung) bis zur Stromtankstelle 303 übertragen werden. So ist es möglich, die Spannung Ui des Windkraftrads 392 im Bereich einer Niederspannung (in einer alternativen Ausgestaltung im Bereich einer Mittelspannung) über zwei Stufen auf eine Höchstspannung für eine Langstreckenübertragung zu transformieren. Auf diese Weise wird aus der Spannung Ui , die bei 30 kV liegt, eine Spannung U₂, die bei 110 kV liegt. Die 110 kV werden auf 380 kV transformiert, sodass in der Langstreckenübertragung die Spannung U₃ 380 kV beträgt. Ist die elektrische Leistung im Nahbereich der Stromtankstelle 303 angekommen, so wird die Spannung U₃ in Höhe von 380 kV wieder auf eine Zwischenstufe U₄ in Höhe von 110 kV transformiert. Anschließend wird die Spannung U₄ auf ein Niveau der Spannung U₅ von 30 kV heruntertransformiert. Die Stromtankstelle 303 selbst wird mit einem Drehstrom mit einer Spannung U₆ von 400 V versorgt. Der Zwischenkreis in der Stromtankstelle 303 wird mit einer variablen Spannung U₉ betrieben. In den Zwischenkreis können auch noch andere Spannungen U₇, U₈ eingespeist werden, die von Photovoltaikzellen 394¹, 394" stammen.

In der Stromtankstelle 303 gibt es eine Recheneinheit 318, die so programmiert ist, dass sie eine Spannung U_L auf die Oberleitung 360 aufprägen kann. Die Spannung U_L liegt in einem Spannungsfenster, das durch die Spannungen U und Un gebildet wird. Zwischen einer unteren Spannung Uw und einer oberen Spannung Un kann sich die Spannung U_L verändern. Darüber hinaus kann die Stromtankstelle 303 die Oberleitung 360 ström- und spannungsfrei schalten. Bei einem Mega-Charger, den die Stromtankstelle 303 darstellt, liegt die obere Spannung Un bei einem vierstelligen Spannungswert, z. B. bei 1.500 Volt. In Abhängigkeit der regulären Ladungszustände der Traktionsakkumulatoren, wie dem Traktionsakkumulator 340, wird eine untere Spannung Uw eingestellt, z. B. bei Mega-Charging-Lithium-Titanat bei 480 Volt.

In einer alternativen Gestaltung kann die Spannung U_L auch in einem Bereich von 100 V als untere Spannung Uw und einer oberen Spannung Un mit 9.000 Volt variiert werden.

Welche Spannung U_L das Schwerverkehrsfahrzeug 320 letztlich wünscht, d. h., welche Spannungen Uw, Un als Grenzspannungen von der Stromtankstelle 303 zur Verfügung gestellt werden müssen, bestimmt der Akkumulator 340 des Schwerverkehrsfahrzeugs 320. Dafür gibt es die Sende-/Empfangseinheit 370, über die die Recheneinheit 318 der Stromtankstelle 303 die angeforderten Energiemengen und die Energiearten und die Spannungen als Eingangsparameter erhält.

Nach einem weiteren, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann als zusätzliche Energiequelle mindestens ein elektrochemisches Wandlersystem, z. B. als Komponente einer Umspannstation, vorgesehen sein. Ein Beispiel hierfür ist ein Wandlersystem, das überschüssigen Strom über einen Elektrolyseur in Wasserstoff wandelt, der in einem Tank zwischengespeichert wird. Der Wasserstoff kann bei Bedarf, z. B. nachts, mithilfe einer Brennstoffzelle wieder in Strom für die Versorgung der Stromtankstellen gewandelt werden. Ein anderes Beispiel für ein geeignetes Wandlersystem ist ein stationärer Akkumulator, der mit der Umspannstation verbunden ist.

Wie aus Figur 4 anhand des gezeigten Energieversorgungssystems 402 zu entnehmen ist, ist es vorteilhaft, wenn jede einzelne Stromtankstelle 403 von einer Oberleitung 460, 460¹ bzw. von deren beiden Leitungen 460, 460¹ durch Schalter 419, 419¹ wie Schütze 419, 419¹ abkoppelbar ist. Das Abkoppeln wird durch eine Steuervorrichtung 411 veranlasst. Bei der gezeigten Abkopplung ist die Versorgungsspannung auf 0 V gesetzt. Folglich ist der Pantograph 450 über die Energieversorgungsabgriffe 454, 454¹ spannungsfrei. An der Zugmaschine 424 können ohne eine Gefährdung durch die Versorgungsspannung 499 Wartungsarbeiten ausgeführt werden (z. B. auch im Bereich ihres Daches).

Wie in Figur 5 anhand eines Energieversorgungssystems 502 gezeigt wird, können anstelle von Schützen (siehe Figur 4) auch Spannungsregelungen 514 in der Stromtankstelle 503 vorgesehen sein, die in bestimmten Zuständen oder aufgrund bestimmter Steuerparameter die Spannung 599 an den Oberleitungen 560 auf 0 Volt „runterregeln“. Die Stromtankstelle 503 kann auch als Umspannstation bezeichnet werden. Durch die Spannungsführung kann an der Oberleitung 560 jeweils die vorgegebene Spannung anliegen, die von einem Lastkraftwagen, z. B. mit einem Pantographen, (vgl. Lastkraftwagen 220 mit Pantograph 250 in Figur 2), vorgegeben wird. Über eine Versorgungsleitung 598 wird der Stromtankstelle 503 eine AC-Spannung bereitgestellt. Ein AC/DC-Wandler der Stromtankstelle 503 generiert aus der AC-Spannung eine Gleichspannung. Ein zugehöriger Gleichstrom gelangt über einen Zwischenkreis 597 zum DC/DC-Wandler, in den die Regelung 514 zur Bereitstellung der auf den Oberleitungen gewünschten Spannung integriert ist.

Die Spannung, die die Stromtankstelle 503 abgeben kann, ist über den AC/DC-Wandler 513 und den DC/DC-Wandler 515 auf den Wert eingestellt worden, der auf den Oberleitungen 560 gewünscht ist. Der Spannungswert kann ein beliebig eingestellter Wert im Bereich von 100 Volt (DC) bis 9.000 Volt (DC) sein. Durch parallel verschaltete Leistungsblöcke kann der elektrische Strom auf den Oberleitungen 560 zur Verfügung gestellt werden. Die Spannungsanpassung erfolgt über einen Hoch-Tief-Setzsteller, der die Spannung in alle Richtungen von dem Spannungszwischenkreis aus transformieren bzw. wandeln kann.

In Figur 6 ist eine Stromtankstelle 603 mit ihrer Versorgungsleitung 698, über die der Stromtankstelle 603 eine Wechselspannung zur Verfügung gestellt wird, detaillierter dargestellt. Die Wechselspannung wird durch einen AC/DC-Wandler 615 in eine erste Gleichspannung transformiert. Diese Gleichspannung gelangt in einen Zwischenkreis 697. Die Spannung aus dem Zwischenkreis 697 wird in eine geregelte bzw. gesteuerte Ausgangsspannung (idealerweise ebenfalls eine Gleichspannung) gewandelt; hierfür hat die Stromtankstelle 603 einen DC/DC- Wandler 613.

Wie aus Figur 7 zu entnehmen ist, wird die elektrische Energie zunächst auf einem höheren Wechselspannungsniveau über eine Versorgungsleitung 798 bis zur Stromtankstelle 703 transportiert. In der Stromtankstelle 703 wird die Wechselspannung „heruntertransformiert“ und anschließend gleichgerichtet. Die eigentliche Stromtankstelle 703 bestimmt dann aus einem Ausgangsspannungsniveau (z. B. 1.250 Volt) eine Ladespannung 796 (z. B. 2.500 Volt), die bis in den Bereich der Ausgangsspannung reichen kann (z. B. 0 Volt bis 1.250 Volt; z. B. 0 Volt bis 2.500 Volt). Die Stromtankstelle 703 erlaubt eine Rückeinspeisung zur Aufnahme 796¹ von Gleichstrom, der dann mit vorgegebenem Wechselspannungsniveau 795 auf der Versorgungsleitung 799 ausgegeben wird. Eine Rückeinspeisung kann erfolgen, um gespeicherte elektrische Energie eines Akkumulators, z. B. für einen möglichst gefahrlosen Austausch eines beschädigten Akkumulators, abzuleiten.

Gemäß Figur 8 weist ein Energieversorgungssystem 802 sowohl ein Oberleitungspaar 860 als auch ein Stromschienenpaar 859 auf dem Boden auf. Zwischen dem Oberleitungspaar 860 und dem Stromschienenpaar 859 befindet sich der LKW 820. Ein erster, ausgefahrener Pantograph 850 des LKWs 820 hat einen Energieversorgungsabgriff 854, 854¹ am Oberleitungspaar 860 ausgebildet. Ein zweiter, bodenseitiger Pantograph 852 ist zur Ausbildung eines (zweiten) Energieversorgungsabgriffs 855, 855¹ auf die Stromschienen 859 ausfahrbar bzw. herunterfahrbar.

Werden die Figuren Figur 8 (mit dem Energieversorgungssystem 802) und Figur 9 (mit dem Energieversorgungssystem 902) gemeinsam betrachtet, so ist zu sehen, dass der im Bodenbereich des LKWs 820 angeordnete Akkumulator 840 in der Ausführungsform gemäß Figur 8 unmittelbar mit der Oberleitung 860 über den Oberleitungsabgriff 854, 854¹ in elektrischer Verbindung 846 stehen kann. Es ist jedoch auch möglich (siehe Figur 9) zusätzliche Schütze 948 zur Abkopplung des Akkumulators 940 von einer elektrischen Verbindung 947 bzw. deren zwei Leitungen vorzusehen. Sind Schütze 948 zwischen Oberleitungsabgriff 954 und Akkumulator 940 vorhanden, so kann der Oberleitungsabgriff 954 spannungsfrei geschaltet werden. Zu Zeitpunkten, zu denen keine elektrische Energie über die Oberleitungen 960 bzw. den Oberleitungsabgriff 954 in den LKW 920 hineinzuführen sind, kann der Oberleitungsabgriff 954 elektronisch entkoppelt werden. Dies erlaubt, dass der LKW-Fahrer auch auf dem Dach des LKWs 920, der sich in einer Standrichtung 925 unter den spannungslos geschalteten Oberleitungen 960 befindet, Wartungen ausführen kann, ohne sich der Gefahr eines elektrischen Schlags durch eine Spannung des Akkumulators 940 auszusetzen.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der in Figur 9 gezeigte LKW 920, wie es bei dem LKW 820 nach Figur 8 vorgesehen ist, mit einem zweiten, bodenseitigen Pantographen ausgestattet sein, dessen Energieversorgungsabgriff ebenfalls über Schütze zu dem Akkumulator verbunden bzw. verbindbar bzw. elektrisch abkoppelbar ist.

Figur 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Fernkommunikation eines LKWs 1020 mit den Stromtankstellen 1003, 1003¹ für ein Lastentransportsystem 1001 , das mit einer Oberleitungsinfrastruktur 1008 ausgestattet ist. Zu einem Zeitpunkt t1 befindet sich der LKW in einer Ladeverbindung mit einer ersten Stromtankstelle 1003. Von dem LKW 1020 wurden der Stromtankstelle 1003 Routendaten 1005 übermittelt, anhand der die Stromtankstelle 1003 einen Strombedarf des LKWs 1020 kalkuliert und eine ausreichende Strommenge abgibt. Der LKW 1020 befindet sich hierbei auf einem ersten Energieversorgungsabschnitt 1010. Der LKW 1020 soll laut seinem Routenplan 1005¹ eine erste Transportstrecke 1004 und eine zweite Transportstrecke 1004¹ bewältigen, wobei die Transportstrecken 1004, 1004¹ auch unterschiedlichem Höhenprofil besitzen können. Zum Routenplan gehört auch ein Streckenabschnitt 1010¹ ohne externe Energieversorgung. Der LKW 1020 wird von einer Stromtankstelle ausreichend mit Energie versorgt. Zu einem zweiten Zeitpunkt t2 hat der LKW 1020 seine Energie nahezu aufgebraucht, er befindet sich zu dem zweiten Zeitpunkt t2 aber bereits in einem zweiten Energieversorgungsabschnitt 1010". Der zweite Energieversorgungsabschnitt 1010" entspricht einer dritten Transportstrecke 1004", die der LKW 1020 unter Nutzung der Energie bzw. des Stroms bewältigt, die/der von der zweiten Stromtankstelle 1003¹ unmittelbar für die Fortbewegung bereitgestellt wird. Der zweiten Stromtankstelle 1003¹ wird von dem LKW 1020 ein angepasster, sozusagen zweiter Routenplan 1005¹ übermittelt, aus dem die Stromtankstelle 1003¹ berechnet, nach welcher Strecke ihres Versorgungsbereichs der Akkumulator des LKWs 1020 ausreichend nachgeladen bzw. aufgeladen sein wird. Dem Energiebedarf für seine weitere Route entsprechend, wird dem LKW 1020 von der zweiten Stromtankstelle 1003¹ eine ausreichende Menge an Energie bereitgestellt.

Figur 11 zeigt eine weitere Ausführungsform einer möglichen Gestaltung eines erfindungsgemäßen Lastkraftwagens 1120 (bzw. Fahrzeug des Schwerverkehrs 1101), der auch elektrische Energie von Oberleitungen 1160, 1160¹ beziehen kann, auf denen die Spannung niedriger ist als die Spannung, die der Akkumulator 1140 erwartet. In einem solchen Fall gibt es einen zwischengeschalteten Hochsetzsteller 1117 (genauso kann aber auch, im umgekehrten Fall der zu hohen Spannung, ein Tiefsetzsteller für die Reduktion der Spannung vorgesehen sein), wodurch die zu einem bestimmten Zeitpunkt anliegende Spannung (die im Laufe der Zeit angepasst wird) an den Oberleitungen 1160, 1160¹ auf ein Spannungsniveau angehoben (bzw. im Falle des Tiefsetzstellers reduziert) wird, mit der der Akkumulator 1140 durch den Pantographen 1150 des LKWs 1120 geleitet mittels Gleichspannung geladen werden kann. Die einzelnen Stromflüsse der selbstschwingenden Schaltkreise des Hochsetzstellers 1117 liefern sinusförmige Ströme, die mittels Überlagerung der einzelnen Ströme zu einem pulsierenden Gesamtstrom führen. Hierdurch verbleibt nur ein geringer Ripple auf den Leitungen, die in einem Ausführungsbeispiel z. B. einen Standardladestrom von 180 (einhundertundachtzig) Ampere und einen überlagerten Sinus von bis zu 15 (fünfzehn) Ampere zur Verfügung stellen. Der Akkumulator 1140 und der Hochsetzsteller 1117 sind aufgrund des (ersten) Schützpaares 1148 elektrisch verbindbar bzw. abkoppelbar. Der Hochsetzsteller 1117 ist mit dem elektrischen Antrieb 1130 des LKWs 1120 über ein (zweites) Schützpaar 1149 verbindbar bzw. davon abkoppelbar.

In Figur 12 sind Stromverläufe in dem Hochsetzsteller gezeigt.

In Figur 13 ist ein Ausschnitt eines Innenraums 102 einer Zugmaschine, wie der Zugmaschine 24 in Figur 1 , gezeigt. Eine Fahrerkonsole 106 befindet sich zwischen Frontscheibe 104 und Steuerrad 110. Zu der Fahrerkonsole 106 gehört eine Anzeigetafel 108 mit digitalen Anzeigen von Messinstrumenten der Zugmaschine. Zusätzlich zu den Anzeigen der Anzeigetafel 108 sind weitere Anzeigeinstrumente (nicht dargestellt) vorhanden, die z. B. der Überwachung von Druckluft und Bremssystemen dienen.

Das Steuerrad 110 umfasst einen mit einer welligen Grifffläche ausgestatteten Lenkradkranz 112, der über eine Speiche 114 (bzw. über zwei Speichen) mit einer Lenksäule (nicht dargestellt) verbunden ist. Die Speichenanordnung 114 ist mit einer Hupe 116, einer Airbag-Abdeckung 118, einem ersten Bedienungselement 120 und einem zweiten Bedienungselement 122 ausgestattet. Die Bedienungselemente 120, 122 dienen der Eingabe von Bedienungsanweisungen an einen Bordcomputer (nicht dargestellt). Jener Bordcomputer arbeitet mit dem Batteriemanagementsystem und der Leistungssteuerung, wie die Batteriemanagementsysteme 44, 44¹, 44" und die (zweiten, dritten und vierten) Leistungssteuerungen 42, 42¹, 42" in Figur 1, zusammen. Die mit der Leistungssteuerung bzw. dem Batteriemanagementsystem verbundene Sensorik liefert dem Bordcomputer u. a. die Betriebsdaten, anhand deren der Bordcomputer Informationen, wie Messinformationen, auf der Anzeigetafel 108 zur Anzeige bringt. Die Anzeigetafel 108 weist eine Geschwindigkeitsanzeige 130 und eine Überwachungsanzeige 140 zur Akkumulatorüberwachung auf. Mit der Geschwindigkeitsanzeige 130 ist im gleichen Feld der digitalen Anzeige eine Streckenanzeige 132 kombiniert. Zwischen der Geschwindigkeitsanzeige 130 und der Überwachungsanzeige 140 sind eine Betriebsmodusanzeige 136 und eine Fahrtzeitanzeige 134 angeordnet. Die Anzeigen sind dynamisch ansteuerbar und als ein OLED-Display ausgebildet. Das OLED-Display wird mit Strom aus dem Akkumulator versorgt. Verschiedene Betriebsmodi, wie ein Lastfahrmodus, ein Leerfahrmodus, ein Energiesparmodus und ein Rückwärtsfahrmodus sind mit Hilfe des ersten Bedienungselements 120 im Bordcomputer wählbar und werden je nach aktueller Wahl auf der Betriebsmodusanzeige 136 mit Hilfe von Großbuchstaben dargestellt. Das zweite Bedienungselement 122 dient der Auswahl von gewünschten Betriebszuständen von Sekundärsystemen der Zugmaschine, wie die Einstellung einer Federung.

Die Überwachungsanzeige 140 weist eine Mehrzahl von Anzeigefeldern 142, 144, 146, 148, 150 auf. Die Überwachungsanzeige 140 dient u. a. der Überwachung des Akkumulatorbetriebs. Ein erstes Anzeigefeld 142 der Überwachungsanzeige 140 stellt den aktuellen Ladezustand des Akkumulators (vgl. Akkumulatoren 40, 40¹, 40" in Figur 1) dar. Während eines Fährbetriebs sinkt der Ladezustand des Akkumulators und damit die Anzeige im Anzeigefeld 142 von einem Zustand „1“, der eine Vollladung anzeigt, zu einem Zustand „0“ hin, der eine vollständige Entladung des Akkumulators anzeigt. Wenn in der Überwachungsanzeige 140 ein Anzeigefeld Reserve 146 aufleuchtet, sollte sich ein Fahrer orientieren, wie er möglichst bald Anschluss an ein Energieversorgungssystem, wie das Energieversorgungssystem 1 in Figur 1 bzw. eine Oberleitungsinfrastruktur, wie die Oberleitungsinfrastruktur 8 in Figur 1 , findet. Wenn in der Überwachungsanzeige 140 das Anzeigefeld Notbetrieb 148 aufscheint, greift der Bordcomputer in die Betriebsparameter ein, die von der Leistungssteuerung am Antrieb eingestellt werden können, sodass ein jeweils energieeffizientester Betriebspunkt des Antriebs, insbesondere des Elektromotors, zur Erlangung einer größtmöglichen Reichweite gewählt wird. Hierbei wird in dem Anzeigefeld Notbetriebsreichweite 150 kenntlich gemacht, welche Maximalstrecke nach Berechnung des Bordcomputers noch zurücklegbar ist. Wenn der Langstrecken-Lastkraftwagen (vgl. Figur 1) mit einem Energieversorgungssystem bzw. einer Oberleitungsinfrastruktur verbunden ist, kann der Akkumulator, wie die Akkumulatoren 40, 40¹, 40" in Figur 1 aufgeladen werden. Das Aufladen des Akkumulators wird in dem Anzeigefeld Ladevorgang 144 der Überwachungsanzeige 140 kenntlich gemacht. Ein Fahrer kann an einer Geschwindigkeit einer fortschreitenden Änderung eines Lichtzeigers in dem Anzeigefeld Ladevorgang 144, ablesen, wie schnell der Ladevorgang läuft und parallel an dem Anzeigefeld Ladezustand 142 beobachten, wie weit der Akkumulator inzwischen aufgeladen wurde.

Durch Betätigung des ersten Bedienungselements 120 ist ein Ladebetriebsmodus einstellbar, bei dem ein kosteneffizientes Laden des Akkumulators unter Berücksichtigung eines Tarifs der verwendeten Ladestelle und einer anschließend zu absolvierenden Fahrstrecke abgestimmt wird.

Figur 14 zeigt in einer Prinzipschaltbilddarstellung einen Traktionsakkumulator 1340 (umgangssprachlich auch als Traktionsbatterie bezeichnet), deren Impedanz anhand eines Thevenin-Modells beschrieben wird. Ein Traktionsakkumulator 1340 lässt sich durch das Thevenin-Modell beschreiben, weil das Modell zur ersten, guten Näherung bei der Beschreibung des elektrischen Verhaltens einer elektrischen Energiequelle, z. B. auch des Traktionsakkumulators 1340, kommt, insbesondere wenn zu dem Traktionsakkumulator 1340 mehrere, in Reihe verschaltete Zellen gehören.

Zur Berechnung bzw. Bestimmung der Impedanz und ganz allgemein des elektrischen Verhaltens des Traktionsakkumulators 1340 kann mit einem geeigneten Ersatzschaltbild in Recheneinheiten, wie der Recheneinheit 218¹ bzw. 318, der Umspannstation 209 bzw. 309 bzw. dem Unterwerk (siehe Figur 2 bzw. Figur 3) operiert werden. Mehrere Fahrzeuge, wie die Fahrzeuge 20, 20¹, 20", 220, 220¹, 320 (siehe Figur 1 , siehe Figur 2, siehe Figur 3), werden an den gleichen Leitungen mit unterschiedlich geladenen Traktionsakkumulatoren 240, 240¹, 240", 340 betrieben, wenn der erste LKW 220 in Figur 2 zusätzlich zu dem zweiten LKW 220¹ in den gleichen Streckenabschnitt 210" einfährt, oder wenn mindestens einer der LKWs 20, 20¹, 20" aus Figur 1 zusätzlich zu dem in Figur 3 gezeigten LKW 320 in den Streckenabschnitt 310 einfährt. Hierbei werden insbesondere deren Traktionsakkumulatoren 40, 40¹, 40", 240, 240¹, 240", 340, zeitgleich in einem Streckenabschnitt 210", 310 aufgeladen, so kann die Recheneinheit 218¹, 318 zu jedem der Traktionsakkumulatoren 40, 40¹, 40", 240, 240¹, 240", 340 ein eigenes Thevenin- Modell modellmäßig bearbeiten. Werden z. B. drei Traktionsakkumulatoren 40, 40¹, 40", 240, 240¹, 240", 340 von einer Umspannstation 209 bzw. 309 geladen, so können in der Recheneinheit 218¹, 318 drei Thevenin-Modelle verwaltet werden. Kommt ein weiterer Traktionsakkumulator, wie die Traktionsakkumulatoren 40, 40¹, 40", 240, 240¹, 240", 340 hinzu, so kann die Recheneinheit 218¹, 318 ein weiteres Thevenin-Modell anlegen, das so lange verwaltet wird, solange sich das Fahrzeug 40, 40¹, 40", 220, 220¹, 320 in dem von der Umspannstation 209 bzw. 309 versorgten Streckenabschnitt 210", 310 befindet.

In einem Ruhezustand, also wenn (nahezu) kein Stromfluss 1343 in oder aus dem (Traktions-)Akkumulator stattfindet, stellt sich an dem Traktionsakkumulator 1340, genauer an den Polen 1341 , 1341¹ des Traktionsakkumulators 1340, eine Leerlaufspannung (U_Ocv - Open Circuit Voltage) ein. Das bedeutet, die (Traktions-)Akkumulatorspannung U_Batt entspricht (nahezu) der Leerlaufspannung U_Oc - Diese Leerlaufspannung ändert sich nur langsam und stetig durch entweder einen Ladungsvorgang oder durch einen Entladungsvorgang. Die Leerlaufspannung U_Ocv korrespondiert zu dem Ladezustand (SOC) des Traktionsakkumulators 1340.

Die Recheneinheit 218, 218¹, 318 (siehe Figur 2 sowie Figur 3) kann mit einem Thevenin-Modell für jeden der anzuschließenden Traktionsakkumulatoren 40, 40¹, 40", 240, 240¹, 240", 340, 840, 1140, 1340 (siehe die Figuren Figur 1 , Figur 2, Figur 3, Figur 8, Figur 9, Figur 11 sowie Figur 14) arbeiten.

Die Spannung U_Batt an den Polen 1341 , 1341¹ des Traktionsakkumulators 1340, die - ohne Stromfluss - als Leerlaufspannung U_Ocv zur Verfügung steht, ändert sich, wenn ein Stromfluss 1343 stattfindet. Bei Belastung durch einen Strom l_B über den ersten Pol 1341 fällt darüber hinaus eine Spannung am Innenwiderstand bzw. der Impedanz der Akkumulatorzelle(n) ab. Diese verhält sich wie eine Reihenschaltung aus einem Ohm'schen Widerstand R_o und einem oder mehreren R/C-Gliedern R^ Ci, R2, C₂, R3, C₃. Aus diesem Grund ist die Spannung U_Batt an den Polen 1341 , 1341¹ in der Regel niedriger als die (nominelle) Leerlaufspannung U_Oc - Der Widerstand R_o stellt alle Ohm'schen Komponenten wie Zellverbinder, Ableiterfolien und Kontakte sowie die interne Verkabelung im elektrischen Fahrzeug des Schwerverkehrs (z. B. des LKWs) dar. Dazu kommt nach dem Kontaktieren mit der Oberleitung, d. h. nach einem so genannten Andocken, der ebenfalls (näherungsweise als Ohm 'scher Widerstand beschreibbare) Widerstand der Oberleitung selbst und des Kontaktes über den Pantographen.

Die R/C-Glieder R^ Ci, R₂, C₂, R₃, C₃ beschreiben Doppelschicht- und Diffusionseffekte in dem Traktionsakkumulator 1340. Die Kurvenverläufe, die in den Figuren 15, 16, 17, 18 und 19 gezeigt werden, können mithilfe von Thevenin-Modellen simulativ ermittelt werden (z. B. in einer in Figur 2 bzw. Figur 3 gezeigten Recheneinheit 218, 218¹ bzw. 318); sie können aber auch auf den Oberleitungen, wie den Oberleitungen 60, 60", 260, 260¹, 360, 1160, 1160¹ (siehe Figuren Figur 1 , Figur 2, Figur 3 bzw. Figur 11), durch Messgeräte, wie durch einen Leistungsmesser, durch einen Strommesser oder durch einen Spannungsmesser ermittelt werden.

Die mit der Figurenbezeichnung „15“ beschrifteten Figuren (Figur 15 a) für eine Spannung U_L, Figur 15 b) für einen Strom l_L und Figur 15 c) für eine Leistung P_L) zeigen beispielhaft einen zeitlichen Verlauf (entsprechend über die Zeit t (in Sekunden) aufgetragen) der elektrischen Größen Spannung U_L, Strom l_L und Leistung P_L beim Kontaktherstellen eines Fahrzeugs des Schwerverkehrs, dargestellt als LKW V, an einer Oberleitung O (siehe die Legende L), das auch landläufig bzw. umgangssprachlich als Andocken bezeichnet werden kann, obwohl das Fahrzeug V in Bewegung bleibt. Das Kontaktherstellen bzw. das Andocken geht mit einem erhöhten Einschaltstrom l_L(t = 10) zu einem Zeitpunkt bei t = 10 Sekunden einher. Die Oberleitung O weist zu diesem Zeitpunkt (also bei t = 10 Sekunden) eine höhere Spannung (von beispielhaft 780 V) auf als der Traktionsakkumulator in dem Fahrzeug des Schwerverkehrs „LKW V“, der eine Spannung von 760 V hat. Die im Thevenin-Modell als Kondensatoren (vgl. die Kondensatoren Ci, C₂, C₃ gern. Figur 14) dargestellten Doppelschichten und Diffusionseffekte des Traktionsakkumulators verhalten sich im Einschaltmoment quasi wie Kurzschlüsse, d. h., im Moment des Einschaltens (also bei t = 10 Sekunden) begrenzt nur ein Ohm'scher Widerstand (vgl. Ohm'scher Widerstand R_o in Figur 14) den elektrischen Strom l_L auf etwa 3300 A. Die weiteren R/C-Glieder (siehe R^ Ci , R₂, C₂, R₃, C₃ in Figur 14) wirken entsprechend ihrer (sich aus dem jeweiligen Widerstand R^ R₂, R₃ und dem jeweiligen Kondensator Ci, C₂, C₃ ergebenden) Zeitkonstanten und reduzieren den Traktionsakkumulatorstrom 1343, l_B transient auf einen DC- Ladestrom. Der Leistungsfluss P_L weist einen entsprechenden zeitlichen Verlauf wie der Ladestrom l_L auf.

Um den Einschaltstrom l_L (t = 10 s) (siehe Figur 15 b)) zu reduzieren, ist es auch möglich (sozusagen als weiteres, graphisch nicht offenbartes Ausführungsbeispiel (also nicht graphisch dargestellt)), einen Begrenzungswiderstand in den Strompfad der Oberleitung O zu integrieren. Dieser Begrenzungswiderstand ist vorteilhaft nach einer gewissen Vorladezeit, mittels z. B. einem Relais oder einem Leistungstransistor, zu überbrücken, um die Verlustleistung gering und die Ladeeffizienz hoch zu halten.

Als eine weitere Möglichkeit stehen Drosseln und Spulen zur Verfügung. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel können die Umspannstationen (wie z. B. die Umspannstation 209, 309) eine Drossel oder eine Spule zur Begrenzung des Einschaltstromes l_L (t = 10 s) (siehe Figur 15 b)) besitzen. Auch diese Bauteile (Spule, Drossel, Strombegrenzer) könnten nach einer Phase der Vorladung überbrückt werden. Hierdurch wird vor allem eine sonst notwendige Freilaufdiode für das Kontakttrennen (dem sogenannten Abdocken) überflüssig.

Auch eine Kombination aus Vorwiderstand und Drossel - als eine weitere Ausführungsvariante zur Strombegrenzung in der Umspannstation 209, 309) (siehe Figur 2 bzw. Figur 3) - ist möglich, vorzugsweise ebenfalls mit einem Element zur Herstellung einer (wahlweisen) Überbrückung (Trennung).

Wie aus Figur 15 a) zu entnehmen ist, kann die Spannung U_L (unter Berücksichtigung der für den Traktionsakkumulator 40, 40¹, 40", 240, 240¹, 240", 340, 840, 1140, 1340 (siehe die Figuren Figur 1 , Figur 2, Figur 3, Figur 8, Figur 9, Figur 11 sowie Figur 14) geeigneten Ladespannung) beliebig am Ausgang der Umspannstation (z. B. der Umspannstation 209, 309) eingestellt werden. Aufladung eines Traktionsakkumulators (z. B. des Traktionsakkumulators 40, 40¹, 40", 240, 240¹, 240", 340, 840, 1140, 1340) kann durch ein CVV-Verfahren (constant voltage- Verfahren) bewirkt werden.

Durch die zahlreichen, zuvor vorgestellten Strombegrenzungs- und Stromsteuerungsmaßnahmen, aber auch durch bewusste Stromregelungen, kann der Strom l_L begrenzt, verzögert und/oder eingestellt werden. Die Aufladung eines Traktionsakkumulators (z. B. des Traktionsakkumulators 40, 40¹, 40", 240, 240¹, 240", 340, 840, 1140, 1340) kann durch ein CCV-Verfahren (constant current-Verfahren) bewirkt werden.

Als weitere Möglichkeit steht eine Leistungsbegrenzung, eine Leistungssteuerung oder eine Leistungsregelung in der Aufladephase des Traktionsakkumulators (siehe z. B. den Traktionsakkumulator 40, 40¹, 40", 240, 240¹, 240", 340, 840, 1140, 1340) zur Verfügung. Die Leistungsbeeinflussung (z. B. Leistungssteuerung) kann anhand einer Stromregelung oder anhand einer Spannungsregelung erfolgen.

Aus den Figuren Figur 16 a), die eine Spannung U_L darstellt, Figur 16 b), die einen Strom l_L darstellt, und Figur 16 c), die eine Leistung P_L darstellt, geht das Ergebnis einer Simulation hervor, die auf einer vorteilhaften, intelligenten Steuerung der Oberleitungsspannung mittels einer bestehenden drahtlosen Kommunikation basiert. Dazu meldet das zu ladende Fahrzeug des Schwerverkehrs (LKW) V (siehe die Legende L) seine aktuelle Traktionsakkumulatorspannung von U_L = 760 V zur Zeit t = 0 an die Steuerung bzw. die Steuerungsvorrichtung des entsprechenden, mit einer elektrischen Versorgung ausgestatteten Streckenabschnitts bzw. Oberleitungs-Abschnitts, insbesondere dessen Umspannstation. Die Steuerung in der Umspannstation stellt einen Spannungswert auf der Oberleitung O (siehe die Legende L) von U_L knapp oberhalb der Traktionsakkumulatorspannung U_L = 760 V bis zum Zeitpunkt t = 5 ein und regelt diese nach dem Andocken zum Zeitpunkt t = 5 (Sekunden), z. B. linear oder mit einer anderen geeigneten Kurvenform, auf den Zielwert U_L = 780 V, der zum Zeitpunkt t = 10 (Sekunden) erreicht wird. Dabei sollte über die Kommunikation stets und in kurzen Zeitabständen die von dem LKW V gewünschte Ladespannung kommuniziert werden, damit ein optimales Laden erfolgt. Die Höhe der einstellbaren Spannung auf der Oberleitung U_L wird dabei nach dem Ladestrom l_L des LKW V von dem Zeitpunkt t = 5 bis t = 10 auf ca. I_L = 1200 A geregelt, sodass dieser Ladestrom l_L einen ebenfalls zeitlich variablen und vom Batteriemanagementsystem (vgl. Batteriemanagementsysteme 44, 44¹, 44", die in Figur 1 gezeigt sind) des LKW V vorgegebenen Zielwert erreicht und während des Ladevorgangs (im angedockten Zustand) möglichst hält. Der Einschaltstrom wird durch die intelligente Steuerung massiv reduziert.

Die Figuren Figur 17 a), die eine Spannung U_L darstellt, Figur 17 b), die einen Strom l_L darstellt, und Figur 17 c), die eine Leistung P_L darstellt, zeigen das Ergebnis einer Simulation für den Betrieb von einem ersten LKW V1 (vgl. die Figuren Figur 16 a), Figur 16 b) und Figur 16 c)) mit Traktionsakkumulatorspannung U_L = 760 V und mit einer Regelung über einen längeren Zeitraum bis t = 120 und mit parallelem Betrieb nach dem Andocken (bzw. dem Aufschalten) eines zweiten LKWs V2 an die gleiche Oberleitung O (siehe die Legende L). Nach dem Andocken des ersten LKW V1 bei dem Zeitpunkt t=5 (die Zeitbasis Sekunden sei zur Vereinfachung weggelassen) wird die Spannung der Oberleitung auf ca. U_L = 780 V hochgefahren und anschließend so eingestellt bzw. allmählich weiter erhöht, dass die vorgegebenen bzw. angeforderten 1000 A Ladestrom eingehalten werden. Zum Zeitpunkt t = 45 empfängt die Steuerung der Umspannstation die Mitteilung, dass der zweite LKW V2 an die Oberleitung O andocken möchte. Dieser zweite LKW V2 weist gemäß der Simulationsparameter eine etwas höhere Traktionsakkumulatorspannung von U_L = 770 V als der erste LKW V1 auf, die der Steuerung der Umspannstation mitgeteilt wird. Die Spannung der Oberleitung O muss vor dem Andocken des zweiten LKWs V2 reduziert werden, um auch den Einschaltstrom für die Stromaufnahme durch den zweiten LKW V2 zu begrenzen. Dieser Einschaltstrom muss nicht auf einen Wert l_L für V2 nahe Null reduziert werden. Es sollte ausreichend sein, diesen unterhalb des maximalen Ladestromes von z. B. 1000 A zu halten, was im vorliegenden Beispiel durch Absenkung der Oberleitungsspannung in der Zeit von t = 45 bis t = 60 auf ca. U_L = 775 V erreicht wird. Nach dem Andocken des zweiten LKWs V2 bei t = 60 wird erneut die Spannung U_L der Oberleitung O hochgeregelt. Da nun zwei LKW V1, V2 angedockt sind, müssen die zulässigen Maximalströme beider LKWs V1, V2 eingehalten werden. Der zulässige Maximalstrom für den ersten LKW V1 beträgt l_L = 1000 A und der zulässige Maximalstrom für den zweiten LKW V2 beträgt l_L = 750 A. Daher muss auf den höheren der beiden Ladeströme l_L (V1) geregelt werden. Die gesamte Leistungsabgabe P_L der Umspannstation ergibt sich als Summe S der Leistungsaufnahme P_L (V1) des ersten LKWs V1 und der Leistungsaufnahme P_L (V2) des zweiten LKWs V2.

Soll das Anschließen von (nicht dargestellten) weiteren LKWs simuliert oder berechnet werden, die nach und nach angedockt werden, ergibt sich (dementsprechend) eine weitere Anpassung in der Spannung U_L, in dem Strom l_L und in der Leistung P_L. Die Spannung U_L, der Strom l_L und die Leistung P_L sind gemittelte (für die Spannung) bzw. summierte Werte (für den Strom).

Figuren Figur 17 a), die eine Spannung U_L darstellt, Figur 17 b), die einen Strom l_L darstellt, und Figur 17 c), die eine Leistung P_L darstellt, sind gemeinsam zu betrachten, um das Strom- Spannungsverhalten bei eingestellten Leistungsflüssen auf den Leitungen nachzuvollziehen (ebenso auch die Figuren 18 und 19).

Die Figuren Figur 18 a), die eine Spannung U_L darstellt, Figur 18 b), die einen Strom l_L darstellt, und Figur 18 c), die eine Leistung P_L darstellt, zeigen das Ergebnis einer Simulation für den Betrieb von einem ersten LKW V1 (vgl. die Figuren Figur 17 a), Figur 17 b) und Figur 17 c) bis t = 45) mit dessen Traktionsakkumulatorspannung U_L (V1) = 760 V und für das Andocken eines zweiten LKWs V2 mit geringerer Traktionsakkumulatorspannung U_L (V2) = 750 V an die Oberleitung O (siehe Legende L). Der zweite LKW V2 kommuniziert seine Traktionsakkumulatorspannung U_L zum Zeitpunkt t = 45 an die Steuervorrichtung der Umspannstation. Das Andocken des zweiten LKWs V2 an die Oberleitung O erfolgt ähnlich wie z. B. in Figur 17 a) gezeigt ist, zum Zeitpunkt t=60 s. Vor dem Andocken muss in der Zeit t = 45 bis t = 60 die Spannung U_L der Oberleitung O entsprechend noch weiter abgesenkt werden. Für das Absenken jener Oberleitungsspannung gibt es eine technische Begrenzung, die aus dem angedockten ersten LKW V1 an der Oberleitung zu berücksichtigen ist. Wenn die Spannung U_L der Oberleitung O zum Andocken von LKW V2 (unter Berücksichtigung eines maximalen Einschaltstromes l_L von z.B. 1000 A) auf eine niedrigere Spannung U_L geregelt werden müsste als der LKW V1 zum Laden eines positiven Stromes benötigt, könnte kurzzeitig eine Rückspeisung aus dem Traktionsakkumulator von V1 in die Oberleitung erfolgen. Um diese Rückspeisung zu vermeiden, wird LKW V1 kurzzeitig von der Oberleitung O abgekoppelt. Alternativ kann ein Beispiel betrachtet werden, bei dem das Laden von LKW V1 beendet und das Laden von LKW V2 gestartet wird. Anschließend kann auch das Laden des ersten LKWs V1, wie zu den Figuren Figur 17 a), Figur 17 b) und Figur 17 c) erörtert wurde, wieder aufgenommen werden.

Nach dem Andocken von LKW V2 wird in der Zeit von t = 60 bis t = 65 wieder erneut die Spannung „hochgeregelt“. Da nun zwei LKWs V1, V2 angedockt sind, müssen die vorliegend beispielhaft vorgegebenen, zulässigen Maximalströme beider LKWs l_L (V1) = 1000 A und l_L (V2) = 750 A eingehalten und daher die Oberleitungsspannung U_L auf den höheren der beiden Ladeströme l_L geregelt werden. Die gesamte Leistungsabgabe P_L der Umspannstation (siehe z. B. die in Figur 3 dargestellte Umspannstation 309) ergibt sich als Summe S der Leistungsaufnahme P_L (V1) des ersten LKWs VI und der Leistungsaufnahme P_L (V2) des zweiten LKWs V2.

Die Figuren Figur 19 a), die eine Spannung U_L darstellt, Figur 19 b), die einen Strom l_L darstellt, und Figur 19 c); die eine Leistung P_L darstellt, zeigen das Ergebnis einer Simulation bzw. mathematischen Verlaufsberechnung für das Andocken und den parallelen Betrieb eines ersten LKWs I und eines zweiten LKWs V2, die analog zu Berechnungen gern, den Figuren Figur 17 a), Figur 17 b) und Figur 17 c) zum Zeitpunkt t (V1) = 5 bzw. t (V2) = 60 erfolgt. Der zweite LKW V2 (siehe Legende L) hat aber gern. Figur 19 a) im Vergleich zu dem bereits angedockten ersten LKW V1 eine stark unterschiedliche Traktionsakkumulatorspannung U_L. Genauer gesagt, besitzt der erste LKW V1 eine deutlich geringere Traktionsakkumulatorspannung U_L (V1) = 720 V als der später hinzugeschaltete zweite LKW V2 mit U_L (V2) = 785 V. Dadurch, dass der erste LKW V1 in dem Zeitintervall von t = 5 bis t = 60 bereits mithilfe einer Stromregelung durch die Steuervorrichtung der Umspannstation (vgl. z. B. in Figur 3 die Umspannstation 309 mit der Recheneinheit 318) geladen wird, steigt die Spannung U_L der Oberleitung O bis auf U_L = 790 V auf einen ausreichend hohen Spannungswert, sodass ein Andocken von LKW V2 möglich wird, d. h, ein Rückstrom elektrischer Energie aus dem Traktionsakkumulator des zweiten LKWs V2 auf die Oberleitung O kann nicht stattfinden.

In dem Fall, dass die Spannung U_L des ersten LKWs V1 (bei Ladung mit Maximalstrom für den Traktionsakkumulator von V1) und damit die Spannung U_L der Oberleitung O noch unterhalb der Spannung U_L (V2) = 785 V des zweiten LKWs V2 bleibt, ist kein Andocken des zweiten LKWs V2 möglich, da entweder der zweite LKW V2 entladen oder der erste LKW V1 mit einem höheren als dem maximal zulässigen Ladestrom l_L geladen werden müsste. In Figur 19 a) in Zusammenschau mit Figur 19 c) ist ebenfalls zu sehen, dass in dem Fall unterschiedlicher Traktionsakkumulatorspannungen U_L für die beiden LKWs V1, V2 die Ladeströme l_L (V1) und l_L (V2) für Zeiten t > 60 stark unterschiedlich sind. Weil aber stets der LKW, vorliegend der erste LKW V1, der die geringere Traktionsakkumulatorspannung aufweist - und dessen Traktionsakkumulator somit typischerweise den geringeren Ladezustand (SOC) hat - mit einem höheren Strom l_L (V1) geladen wird, wird immer jener LKW V1, der die Ladung dringender benötigt, auch tatsächlich schneller geladen. D. h., die in Summe S bereitgestellte Ladeleistung P_L kommt überwiegend dem Traktionsakkumulator des ersten LKWs V1 zugute.

Folglich gibt es gewisse Grenzen, in denen das Andocken und Laden von LKWs mit verschiedenen Traktionsakkumulatorspannungen und Ladezuständen sinnvoll bzw. möglich ist. Dabei beträgt der Unterschied der Traktionsakkumulatorspannungen zwischen fast vollen und fast leeren Traktionsakkumulatoren nur ca. 20 % der Nennspannung der Traktionsakkumulatoren. Es ist also besonders vorteilhaft für das Laden mehrerer LKWs in einem mit einer elektrischen Versorgung ausgestatteten Streckenabschnitt bzw. Oberleitungs-Abschnitt, an der zugehörigen Umspannstation mittels deren Steuerungsvorrichtung bzw. Steuerung, wenn die Traktionsakkumulatoren der gleichzeitig z. B. an einer Oberleitung zu ladenden LKW eine ähnliche Nennspannung aufweisen. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die LKWs einen ähnlichen Ladezustand besitzen.

Die in den einzelnen Figuren gezeigten Ausgestaltungsmöglichkeiten lassen sich auch untereinander in beliebiger Form verbinden.

So ist es möglich, die Strecken mit Oberleitungen länger auszuführen als zuvor vorgestellt. Fährt ein Lastkraftwagen in eine Strecke mit Oberleitungen ein, so muss er nur seinen Pantographen (bzw. Oberleitungsabgriff) so lange ausfahren (ausklappen), solange er Energie benötigt. Ist die Strecke länger als benötigt, so kann der Oberleitungsabgriff schon wieder eingefahren werden, was zur Energieeinsparung bei der Fahrt (aufgrund Windwiderstandsreduktion) beitragen kann. Ist elektrische Energie in einem Streckenabschnitt teurer, wertvoller, stärker nachgefragt oder ein knapperes Gut als in einem anderen, sind Schwerverkehrfahrzeuge - dank ihrer Prognoseschaltungen und Prognoseschaltkreise - in der Lage, nur so viel Energie zu beziehen, wie sie unmittelbar bis zum nächsten Streckenabschnitt (mit einer Oberleitung oder einer Kontaktschiene) benötigen. So können solche Fahrzeuge vorzeitig schon wieder ihren Pantographen einfahren (einklappen). Bezugszeichenliste

1 , 201 , 301 , 1001 , 1101 Lastentransportsystem, insbesondere Schwerverkehr

2, 202, 302, 402, 502, 802, 902 Energieversorgungssystem

203, 203¹ 303, 403, 503, 603, Stromtankstelle, nutzbar als Energiequelle, insbesondere

703, 1003, 1003¹ Ladestation

4, 1004, 1004¹, 1004" Transportstrecke, insbesondere des Güter-Fern-Verkehrs

1005, 1005¹ Routenplan, insbesondere Routendaten

6, 206, 206¹ Straßenstück, insbesondere eine Fahrbahn bzw. ein Abschnitt davon, der zu einer Route bzw. einer Fernstraße gehört

207 erste Abschnittslänge

207¹ zweite Abschnittslänge

8, 308, 1008 Oberleitungsinfrastruktur, insbesondere System zur Oberleitungsversorgung mit elektrischer Energie

209, 309 Umspannstation bzw. Unterwerk

10, 210, 310, 1010 erster Energieversorgungsabschnitt auf einer ersten Teilstrecke, insbesondere Akkuladestrecke einer Fernstraße

10¹, 210¹, 1010¹ Abschnitt ohne externe Energieversorgung auf einer zweiten Teilstrecke, insbesondere Fahrstrecke auf einer Fernstraße mit Akkuentladung

10", 210", 1010" zweiter Energieversorgungsabschnitt auf einer dritten Teilstrecke, insbesondere Akkuladestrecke einer Fernstraße

211 , 211¹, 411 Steuervorrichtung, insbesondere Steuereinheit zur Leistungssteuerung

212 Sicherheitsschaltkreis

213, 513, 613 DC/DC-Wandler

514 Regler 215, 515, 615 AC/DC-Wandler

1117 Hochsetzsteller

218, 218¹, 318 Recheneinheit

419, 419¹ Schalter bzw. Schütz

20, 20¹, 20", 220, 220¹, 320, 820, Schwerverkehrfahrzeug wie ein Langstrecken-

920, 1020, 1120 Lastkraftwagen, insbesondere Lastkraftwagen mit fünf Radachsen

Auflieger

24, 24¹, 24", 424 Zugmaschine

925 Standrichtung des Fahrzeugs

26 LKW-Front

28 LKW-Heck

30, 30¹, 30", 1130 elektrischer Antrieb, insbesondere Elektromotor-Getriebe-

Aggregat

32 elektrischer Antriebsmotor

34 Getriebe

40, 40¹, 40", 240, 240¹, 240", Elektrospeicher, wie ein Traktionsakkumulator, 340, 840, 940, 1140, 1340 insbesondere elektrochemisches Energiespeicherpaket, das mehrere LTO-Batterien umfasst

1341 erster Pol

1341¹ Pole, insbesondere zweiter Pol

42, 42¹, 42" Leistungssteuerung, insb. als Steuereinheit in einem Kraftfahrzeug wie einem LKW

1343 Stromfluss, insbesondere des Stroms l_B

44, 44¹, 44" Batteriemanagementsystem, insbesondere Managementsystem, das mit einer Auswertelogik ausgestattet ist

846 unmittelbare Verbindung

947 elektrische Verbindung, die insbesondere zwei Leitungen umfasst

948, 1148 Schütz, insb. Schützpaar

1149 Schütz, insb. Schützpaar

50, 50", 250, 250¹, 450, 850, Stromabnehmer im Ladezustand, insbesondere

1150 Pantograph zur Kontaktierung ausgefahren

52, 852 Stromabnehmer im Ruhezustand, insbesondere

Pantograph in eine Unterbrechungslage eingefahren

54, 254, 254¹, 454, 454¹, 854, Energieversorgungsabgriff, insbesondere

854¹, 954 Oberleitungsabgriff

855, 855¹ Energieversorgungsabgriff, insbesondere

Bodenkontaktabgriff

859 Stromschiene, insbesondere Bodenkontaktschiene als

Stromleitung

60, 260, 360, 460, 460¹, 560, erste Oberleitung, wie eine Oberspannungsleitung 860, 960, 1160, 1160¹

60", 260¹ zweite Oberleitung, wie eine Oberspannungsleitung

62, 362 erster Oberleitungsmast, insbesondere

Streckenabschnittseinfahrt

64, 362¹ zweiter Oberleitungsmast, insbesondere

Streckenabschnittsausfahrt

66 dritter Oberleitungsmast, insbesondere

Streckenabschnittseinfahrt

68, 68¹ weiterer Oberleitungsmast

269, 269¹ Gleichspannungsversorgung, insbesondere

Gleichspannungsversorgung auf einem Abschnitt

70, 70", 270, 270¹, 370 Sende-/Empfangsstation bzw. Sende-/Empfangseinheit zur Kommunikation, insbesondere Abrechnungsstation

72, 72" Funkstation, insbesondere Sender und Empfänger

80, 80¹, 80" Fernkommunikationsvorrichtung, wie ein Funkmodul, insbesondere Mobilfunkeinrichtung, die zu einem Mobilfunksystem gehört

90, 90" Stromversorgungsnetz, insbesondere Strom- Spannungsquelle

292, 392, 392¹ zweite Energiequelle, insbesondere Windkraftrad zur generatorischen Stromerzeugung

294, 394, 394¹ dritte Energiequelle, insbesondere Photovoltaikmodul

394" vierte Energiequelle, insbesondere Photovoltaikmodul über der Oberleitung

795 Wechselspannungsniveau

796 Gleichspannungsniveau für einen Ladestrom

796¹ Rückeinspeisung eines Stroms auf einem Gleichspannungsniveau hin zur Versorgungsleitung, insbesondere Energieaufnahme

597, 697 Zwischenkreis

598, 698, 798 Versorgungsleitung

499, 599, 799 Versorgungsspannung, insbesondere Oberleitungspotentialdifferenz wie eine Systemspannung

102 Innenraum der Zugmaschine

104 Frontscheibe

106 Fahrerkonsole

108 Anzeigetafel, insbesondere Instrumententafel mit digitalen Messanzeigern

110 Steuerrad

112 Kranz, insbesondere Lenkradkranz mit Grifffläche

114 Speiche

116 Hupe

118 Airbag-Abdeckung

120 erstes Bedienungselement Bordcomputer 122 zweites Bedienungselement Bordcomputer

130 Geschwindigkeitsanzeige

132 Streckenanzeige

134 Fahrzeitanzeige

136 Betriebsmodusanzeige

140 Überwachungsanzeige, insbesondere Akkumulatorüberwachung

142 Anzeigefeld Ladezustand

144 Anzeigefeld Ladevorgang

146 Anzeigefeld Reserve

148 Anzeigefeld Notbetrieb, insbesondere für einen Notbetriebslauf

150 Anzeigefeld Notbetriebsreichweite, insbesondere für eine Notbetriebsfahrt t Zeit, insbesondere Zeit in Sekunden (s) t1 Abfahrtszeit t2 Ankunftszeit

U1 Spannung, insbesondere erste Spannung

U2 Spannung, insbesondere zweite Spannung

U3 Spannung, insbesondere dritte Spannung

U4 Spannung, insbesondere vierte Spannung

U5 Spannung, insbesondere fünfte Spannung

U6 Spannung, insbesondere sechste Spannung

U7 Spannung, insbesondere siebte Spannung

U8 Spannung, insbesondere achte Spannung

U9 Spannung, insbesondere neunte Spannung

U10 Spannung, insbesondere zehnte Spannung

U11 Spannung, insbesondere elfte Spannung L Legende

U_L Spannung, insbesondere Spannung in Volt (V) l_L Strom, insbesondere Strom in Ampere (A)

P_L Leistung, insbesondere Leistung in Kilowatt (kW)

V Kraftfahrzeug, insbesondere LKW

VI erstes Kraftfahrzeug, insbesondere erster LKW

V2 zweites Kraftfahrzeug, insbesondere zweiter LKW

O Oberleitung

S Summe

R_o Ohm 'scher Widerstand

RT Ohm 'scher Widerstand

R₂ Ohm 'scher Widerstand

R₃ Ohm 'scher Widerstand

Ci Kapazität

C₂ Kapazität

C₃ Kapazität

Uocv Leerlaufspannung, insbesondere „open circuit voltage“

Ußatt Akkumulatorspannung l_B Akkumulatorstrom für eine Last

Claims

74 Patentansprüche:

1 . T raktionsenergieversorgungsverfahren, durch das eine elektrische Versorgung (8, 308, 1008) von Schwerverkehrfahrzeugen (20, 20¹, 20", 220, 220¹, 320, 820, 920, 1020, 1120, V, V1, V2) mit elektrischer Antriebsenergie durch Übertragung auf wenigstens einer elektrischen Leitung (60, 60", 260, 260¹, 360, 460, 460¹, 560, 598, 698, 859, 860, 960, 1160, 1160¹, O), vorzugsweise auf wenigstens zwei elektrischen Leitungen (60, 60", 260, 260¹, 360, 460, 460¹, 560, 598, 698, 859, 860, 960, 1160, 1160¹, O), im Bereich eines versorgungsleitungsgestützten Streckenabschnitts (10, 10¹, 210, 210¹, 310, 1010, 1010¹) zur Zurverfügungstellung an wenigstens einem Antriebsmotor (30, 30¹, 30", 32, 1130) wenigstens eines Schwerverkehrfahrzeugs (20, 20¹, 20", 220, 220¹, 320, 820, 920, 1020, 1120, V, V1, V2) hergestellt wird, wobei mindestens eines der Schwerverkehrfahrzeuge (20, 20¹, 20", 220, 220¹, 320, 820, 920, 1020, 1120, V, V1 , V2) für einen reinen elektrischen Antrieb einen Elektrospeicher (40, 40¹, 40", 240, 240¹, 240", 340, 840, 940, 1140, 1340), wie einen Traktionsakkumulator (40, 40¹, 40", 240, 240¹, 240", 340, 840, 940, 1140, 1340), zur Überbrückung von wenigstens einem versorgungsleitungsfreien Streckenabschnitt (10¹, 210¹, 1010¹) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine elektrische Leitung (60, 60", 260, 260¹, 360, 460, 460¹, 560, 598, 698, 859, 860, 960, 1160, 1160¹, O) von einer leistungsgesteuerten elektrischen Energiequelle (203, 203¹ 303, 403, 503, 603, 703, 1003, 1003¹) versorgt wird und eine modenabhängige Energieversorgung erhält, z. B. durch eine elektrisch steuerbare Umspannstation (209, 309).

2. Traktionsenergieversorgungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem Streckenabschnitten (10, 10¹, 210, 210¹, 310, 1010, 1010¹) von mehreren Streckenabschnitten (10, 10¹, 210, 210¹, 310, 1010, 1010¹) mit Versorgungsleitungen (60, 60", 260, 260¹, 360, 460, 460¹, 560, 598, 698, 859, 860, 960, 1160, 1160¹, O) mehr als ein Schwerverkehrfahrzeug (20, 20¹, 20", 220, 220¹, 320, 820, 920, 1020, 1120, V, V1 , V2) zeitgleich von der Energiequelle (203, 203¹ 303, 403, 503, 603, 703, 1003, 1003¹) 75 versorgt werden. Traktionsenergieversorgungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (203, 203¹ 303, 403, 503, 603, 703, 1003, 1003¹) in wenigstens einem der nachfolgend aufgelisteten Betriebs- und Lademodi betreibbar ist, vorzugsweise in mehr als einem der Betriebs- und Lademodi: in einem Traktionsstromliefermodus, in einem Direkt-Mega-Watt-Lade-Modus, in einer Kombination aus Traktionsstromliefermodus und aus Direkt-Mega-Watt-Lade- Modus, in einem Lade-Booster-Modus, in einer Kombination aus Traktionsstromliefermodus und aus Lade-Booster-Modus, in einem Gesamtlademodus und/oder in einem Rekuperations-Lade-Modus zwischen mehr als einem Schwerverkehrfahrzeug (20, 20¹, 20", 220, 220¹, 320, 820, 920, 1020, 1120, V, V1 , V2). Traktionsenergieversorgungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die modenabhängige Energieversorgung spannungsgeführt (U_L) ist. Traktionsenergieversorgungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung (U_L) und/oder ein Strom (l_L), zu liefern von der Energieversorgung, von einer Steuerung (42, 42¹, 42", 211 , 211 ’, 411) bestimmt wird/werden, die Anforderungsprofile von mehr als einem Schwerverkehrfahrzeug (20, 20¹, 20", 220, 220¹, 320, 820, 920, 1020, 1120, V, V1, V2) an dem versorgungsleitungsgestützten Streckenabschnitt (10, 10¹, 210, 210¹, 310, 1010, 1010¹) berücksichtigt und eine einheitliche elektrische Spannung oder einen maximalen elektrischen Strom für alle im Streckenabschnitt (10, 10¹, 210, 210¹, 310, 1010, 1010¹) an die Energieversorgung angeschlossenen Schwerverkehrfahrzeuge (20, 20¹, 20", 220, 220¹, 320, 820, 920, 1020, 1120, V, V1, V2) bestimmt. Traktionsenergieversorgungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Spannung (499, 599, 799, U_L) und/oder ein elektrischer Strom (l_L) der Energieversorgung in Abhängigkeit der angeschlossenen Schwerverkehrfahrzeuge (20, 76

20¹, 20", 220, 220¹, 320, 820, 920, 1020, 1120, V, V1 , V2) und ihrer Ladezustände allzeit nachführbar sind/ist. Traktionsenergieversorgungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung für eine Mega-Watt-Schnell-Lade-Technik für sich in Bewegung befindliche Schwerverkehrfahrzeuge (20, 20¹, 20", 220, 220¹, 320, 820, 920, 1020, 1120,

V, V1 , V2) gestaltet ist. Traktionsenergieversorgungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung steuert, ob ein Schwerverkehrfahrzeug (20, 20¹, 20", 220, 220¹, 320, 820, 920, 1020, 1120, V,

VI , V2) und welche Schwerverkehrfahrzeuge (20, 20¹, 20", 220, 220¹, 320, 820, 920, 1020, 1120, V, V1, V2) in seinem Streckenabschnitt (10, 10¹, 210, 210¹, 310, 1010, 1010¹) elektrische Energie aus der wenigstens einen elektrischen Leitung (60, 60", 260, 260¹, 360, 460, 460¹, 560, 598, 698, 859, 860, 960, 1160, 1160¹, O) beziehen darf, indem vorzugsweise jeder Stromabnehmer (50, 50", 250, 250¹, 450, 850, 1150) oder jeder Energieversorgungsabgriff (54, 254, 254¹, 454, 454¹, 854, 854¹, 855, 855¹, 954), wie eine Pantograph-Kontaktierung (50, 50", 250, 250¹, 450, 850, 1150), aller im Streckenabschnitt (10, 10¹, 210, 310, 210¹, 1010, 1010¹) befindlichen Schwerverkehrfahrzeuge (20, 20¹, 20", 220, 220¹, 320, 820, 920, 1020, 1120, V, V1 , V2) in eine Kontaktierungslage ausgefahren (50, 50", 250, 250¹, 450, 850, 1150) oder in eine Unterbrechungslage eingefahren (52, 852) werden. Traktionsenergieversorgungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung elektrische Ströme (l_L) bis 4.000 Ampere und/oder

Spannungen (U_L) in einem Spannungsbereich zwischen 200 Volt und 1.500 Volt und/oder

Leistungen (P_L, S) im Bereich von Mega-Watt wie 5 Mega-Watt oder wie 3,75 Mega- Watt liefert. Energieversorgungssystem (2, 202, 302, 402, 502, 802, 902), in dem insbesondere ein Traktionsenergieversorgungsverfahren nach einem der 77 vorhergehenden Ansprüche betreibbar ist, mit einer Energieversorgung (8, 308, 1008), die wenigstens eine elektrische Leitung (60, 60", 260, 260¹, 360, 460, 460¹, 560, 598, 698, 859, 860, 960, 1160, 1160¹, O) zur Versorgung eines Streckenabschnitts (10, 10¹, 210, 210¹, 310, 1010, 1010¹) mit elektrischer Energie versorgt, wobei die wenigstens eine elektrische Leitung (60, 60", 260, 260¹, 360, 460, 460¹, 560, 598, 698, 859, 860, 960, 1160, 1160¹) elektrische Nachladeenergie für wenigstens ein Fahrzeug (20, 20¹, 20", 220, 220¹, 320, 820, 920, 1020, 1120, V, V1, V2) eines Schwerverkehrs (1 , 201 , 301 , 1001 , 1101) bedarfsabhängig zur Verfügung stellen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine elektrischen Leitung (60, 60", 260, 260¹, 360, 460, 460¹, 560, 598, 698, 859, 860, 960, 1160, 1160¹, O) von einer elektrischen Energiequelle (203, 203¹ 303, 403, 503, 603, 703, 1003, 1003¹) leistungsgesteuert versorgbar ist und eine modenabhängige Energieversorgung (8, 308, 1008) durchführbar ist. Energieversorgungssystem (2, 202, 302, 402, 502, 802, 902) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Fahrzeuge (20, 20¹, 20", 220, 220¹, 320, 820, 920, 1020, 1120, V, V1 , V2) des Schwerverkehrs (1 , 201 , 301 , 1001 , 1101) mit einem DC/DC-Wandler (213, 513, 613), insbesondere mit einem Hochsetzsteller (1117) oder mit einem Tiefsetzsteller, ausgestattet ist.