DE102008005552A1

DE102008005552A1 - Akkuwechselstation

Info

Publication number: DE102008005552A1
Application number: DE102008005552A
Authority: DE
Inventors: Ina Fischer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2009-07-30
Also published as: WO2009092343A1

Abstract

Eine Station zum Austausch der Akkumulatoren batteriebetriebener Fahrzeuge mit einer Schnellwechselvorrichtung in einem Wechselrahmensystem und einem umlaufenden Förderband, vorzugsweise in vertikaler Anordnung.

Description

Batteriegetriebene Fahrzeuge erzielen aktuell nur begrenzte Reichweiten infolge der beschränkten Energiedichte der Batterien. Nach Überschreiten einer gewissen Fahrstrecke, die auch für absehbare Zeit kürzer bleiben wird als die Reichweite kraftstoffgetriebener Fahrzeuge, muss der Akku geladen werden. Die dazu benötigte Ladezeit beträgt mehrere Stunden, da bei Schnellladung einerseits die Batterielebensdauer leiden würde und andererseits die Stromversorgung in einem Schnelllade- und Hochleistungsbetrieb im Netz der Energieversorger infolge hoher Lastschwankung nicht stabil bleiben würde.
Deswegen werden Systeme vorgeschlagen z. B. in der 10 2007 039 480.4, bei denen leere Batterien in einem Netzwerk von Wechselstationen gegen geladene Batterien ausgetauscht werden, so dass die Aufladung in der Station zu beliebigen Zeiten erfolgen kann, während das Fahrzeug mit geladenen Batterien weiterfährt.
Das Netzwerk dieser Stationen erfordert ein Infrastrukturinvestment mit hohen Kosten, die schwierig zu amortisieren sind, da bei der Einführung solcher Verkehrssysteme zunächst wenige Fahrzeuge im Markt vorhanden sind, durch die hinreichende Einnahmen erzielt werden können, aber dennoch ein flächendeckendes Netzwerk vorhanden sein muss, wenn ein solches System etabliert werden soll, da Fahrzeuge unverkäuflich wären, wenn kein deutschlandweites bzw. europaweites Servicenetz verfügbar ist.
Die vorliegende Erfindung reduziert diese Problematik, in dem statt fester Gebäude industriell vorgefertigte und transportable Module die ohne bzw. mit sehr vereinfachten Fundamenten aufgebaut werden können, ähnlich wie fliegende Bauten als Wechselstationen für die Batterien dienen. Um besonders raumsparend einsetzbar zu sein, da der Platz auf Tank- und Raststätten knapp und teuer ist, sind diese Stationen turmartig auf minimaler Grundfläche errichtet. Die Akkus werden sequentiell auf einem Fördersystem als Band oder Kette o. Ä. in diesen Türmen ähnlich einem Paternosteraufzug kontinuierlich geführt. Die Kontaktelektroden sind dabei in das Fördersystem integriert, so dass die Akkus während des Umlaufes ohne Unterbrechung geladen und hinsichtlich ihrer Temperatur konstant gehalten werden. Die Steuerelektronik befindet sich dabei vorzugsweise im Akku oder auch in jeder einzelnen Ladebox des Fördersystems.
Neben dem Batterieturm ist eine Zufahrtspur mit einem Leitsystem ähnlich einer Führungsschiene in Fahrzeugwaschanlagen angebracht und in einer besonderen Ausführung mit einem elektronischen Leitsystem unterstützt, das optisch oder akustisch dem Fahrer Anweisungen zur Richtungskorrektur oder zum Anhalten bzw. Weiterfahren gibt und das weiterhin den Wagen auf zwei Fahrspuren (beidseitig) über das Straßenniveau anhebt, um so den Wechsel der unter dem Fahrzeugboden befindlichen Batterie zu erleichtern.
Ein Wechselrahmen, ähnlich wie bei einem Diaprojektor, der unter das Fahrzeug gefahren wird, nimmt die leere Batterie aus dem Wagen, wobei elektronisch über eine RFID oder Barcode Fahrzeug und Batteriekennummern ermittelt werden, indem eine feinmotorische Steuerung im Wechselrahmen oder auf dem Fahrzeugträgersystem zunächst Fehlstellungen ausgleicht und so sicherstellt, dass der leere Akku lagegenau in den Rahmen passt. Dabei werden Akkurestenergiemenge, Nutzungszeit seit dem letzten Wechsel und Ladezyklen im angekoppelten Zustand am Fahrzeug erfasst.
Der Wechselrahmen wird nun translatorisch oder rotatorisch vom Fahrzeug entfernt und – vorzugsweise mit der gleichen Bewegung der neu geladene Akku unter das Fahrzeug gebracht und dann am Fahrzeugboden fixiert und elektrisch angeschlossen und dabei wird der neue Ladezustand erfasst.
Alle ermittelten Daten werden sowohl im Fahrzeug als auch in der Station erfasst und gespeichert, so dass eine redundante Kostenermittlung ermöglicht wird.
Aufgrund der sequentiellen Anordnung, mit der der jeweils letzte, entleerte Akku in einer Richtung vom Fördersystem weggefahren und der vollgeladene Akku aus der anderen Richtung zum Einbau entnommen wird, ist sehr einfach ein First in/First out Prinzip erreicht, das die längstmöglichen Ladezeiten bis zur nächsten Entnahme sicherstellt.
Die Elektroden der Akkus sind angefedert und so verschaltet, dass an jeder Elektrode relativ geringe Spannungen anliegen, so dass einerseits jede Gefahr für Personen durch elektrische Schläge minimiert werden und andererseits auch Funkenüberschläge während des Anschlussvorganges nicht auftreten.
Das Fördersystem wird an die elektrische Versorgung über Schleifkontakte und/oder über Spannrollen/Wickelfedern mit großem Umschlingungswinkel in grossen Querschnitten angeschlossen, so dass während der Förderbewegung weiter ohne Versorgungsunterbrechung elektrische Energie an den Akkus verfügbar bleibt.
In einer weiteren Ausführung stehen zwei Türme mit einem verbundenen Fördersystem gegenüber und die Fahrzeuge fahren zwischen die Türme. Das Fördersystem läuft so beim Akkuwechsel in einer Richtung weiter und die Bewegung des Wechselrahmens benötigt keinen Richtungswechsel. Das Fördersystem ist geschlossen und wechselt einmal von Turm 1 zu Turm 2 beim Akkuwechsel unterhalb des Fahrzeuges und ein zweites mal in einer 2. Ebene unter- oder auch oberhalb des Fahrzeuges.
Die Steuerung der Ladevorgänge erfolgt in einem Dialog mit dem aktuellen Strompreis. Dazu wird vom Energieversorgungsunternehmen (EVU) der nach Angebot und Nachfrage ermittelte Strompreis über eine Funkstrecke (z. B. WLAN o. ä.), über eine Datenleitung oder auch durch ein Signal, das auf die Energieversorgungsleitung aufmoduliert wird, in einer Software zur Optimierung der Ladekosten genutzt, indem z. B. für den Fall dass genügend geladene Batterien vorrätig sind, vorzugsweise mit günstigen Nachttarifen geladen wird. Die Kommunikation mit dem Bordcomputer der Fahrzeuge erfolgt über eine Funkstrecke (z. B. WLAN o. ä.). Damit ist mittels eines bidirektionalen Datenaustauschs sichergestellt, dass die Fahrzeuge immer zu der Station geleitet werden, die aktuell geladene Batterien bereithält.
Zusätzlich wird eine Vorrichtung vorgesehen, die es erlaubt, Energie in das Stromnetz zurück zu speisen, z. B. für kurze Strombedarfsspitzen (Minutenenergie) oder für Notfälle bei Versorgungsengpässen.

Claims

System zum Wechseln von Batterien in Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterien von einem Roboter, einem Handlingssystem oder einem Fördersystem automatisch entnommen werden, und dass dabei ein Datenerfassungs- und -übertragungssystem die in der entnommenen Batterie vorhandene Restenergie erfasst und/oder dass die Daten zur Identifizierung des Fahrzeuges, und/oder der Batterie, und/oder des letzten Batterietausches ermittelt und im Fahrzeug und/oder in der Wechselstation erfasst werden.
System zum Wechseln von Batterien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterien in einem sequentiell arbeitenden Fördersystem gelagert, geladen und so weiter befördert werden, dass ohne Umsortieren im wesentlichen ein First in/First out Effekt erzielt wird.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselstation eine industriell gefertigte und vor Ort montierte bzw. aufgestellte Einheit ist.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System turmförmig aufgebaut ist, so dass eine minimale Standfläche benötigt wird und dass das Fördersystem die Batterien vertikal aufwärts und abwärts ähnlich wie in einem Paternoster befördert.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System bodennah aufgebaut ist und dass das Fördersystem die Batterien im Wesentlichen horizontal befördert.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme und Neubeschickung der Batterie durch einen Wechselrahmen ähnlich wie bei einem Diaprojektor erfolgt.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger zur Entnahme der Batterie eine ein- vorzugsweise zweiachsige Motorik aufweist, so dass Positionierungsfehler des Fahrzeuges automatisch ausgeglichen werden.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Sensoren die Position des Fahrzeuges genau erfassen, um Positionierungsfehler relativ zum Wechselsystem auszugleichen.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich neben dem Batterielade- und -lagerturm eine Spur mit einer Führung des anfahrenden Fahrzeuges angebracht ist, die mechanisch oder elektronisch die Position des Fahrzeuges erfasst bzw. lenkt und so ein schnelles Positionieren ermöglicht.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug auf eine Führungsspur wie z. B. auf Schienen in eine erhöhte Lage gebracht wird, so dass die Entnahme der Batterie nach unten einfacher erfolgen kann.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spur, auf der sich das Fahrzeug befindet, eine ein-, vorzugsweise zweiachsige Steuerung und Motorik aufweist, um Positionierfehler relativ zur Wechselstation auszugleichen.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden auf der Batterieoberseite angebracht sind so dass der Ankupplungsvorgang in vertikaler Richtung gleichzeitig die elektrische Anbindung erzeugt.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden seitlich an der Stirnseite angebracht sind, so dass die Batterie zunächst vertikal angeschnäbelt und dann horizontal verriegelt und elektrisch angeschlossen wird.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden jeweils nur einen Teil der Batteriezellen anschließen, so dass die Spannung an jeder Elektrode so gering ist, dass sowohl Personengefährdungen als auch Funkenüberschläge beim Ankuppeln vermieden werden.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden angefedert sind und so ein sicherer elektrischer Kontakt gewährleistet ist.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördersystem über einen Schleifontakt und/oder über eine Rollenelektrode mit hinreichend großem Umschlingungswinkel so versehen ist, dass die Stromversorgung bzw. der Ladevorgang während der Förderbewegung des Bandes nicht unterbrochen wird.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Batterietürme gegenüber stehend angeordnet und mit einem gemeinsamen, vorzugsweise fortlaufenden Fördersystem verbunden sind, und dass die Fahrzeugspur zwischen beiden Türmen hindurch führt, so dass beim Batteriewechsel keine Richtungsumkehr des Fördersystem notwendig wird.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System modular aufgebaut ist und mehrere Einheiten zu einer größeren Gesamtstation dauerhaft oder für Spitzenbedarfssituationen temporär kombiniert werden können.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung eine Kommunikation zwischen EVU und Wechselstation ermöglicht, mit der der momentane Strompreis ermittelt wird.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung zur Kostenoptimierung in die Wechselstation integriert ist, die je nach vorhandenem Batterievorrat und Nachfrageprognose die Ladung der Batterien auf kostengünstige Schwachlastzeiten konzentriert.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine leistungsfähige Funkstreckenverbindung in Verbindung mit einer Regelungssystem die bidirektionale Kommunikation zwischen den Wechselstationen und den Fahrzeugen sicherstellt, so dass die Versorgung mit aufgeladenen Batterien und somit die Mobilität aller Fahrzeuge ständig sichergestellt wird.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung- und Verrechnungsvorrichtung ermöglicht, dass die Batterien auch Energie in das Netz zurückspeisen können.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterien nach unten aus dem Fahrzeug gezogen werden.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherung im Fahrzeug die Demontage der Batterie erst dann erlaubt, wenn ein Signal aus der Wechselstation gegeben wurde.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Batterieturm auf der Beifahrerseite steht und dass auf der Fahrerseite ein Drive through Schalter mit Personal oder mit Automaten erreichbar ist.
System zum Wechseln von Batterien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drive Through Schalter ein automatisches Verrechnungssystem enthält, so dass der Fahrer diejenigen Artikel, die er während des Wechsels kauft, mit den Kosten für den Batteriewechsel gemeinsam oder getrennt bargeldlos bezahlen kann.