DE102014009907A1

DE102014009907A1 - Mobiles Laden von Elektrofahrzeugen entlang von elektrifizierten Leitplanken

Info

Publication number: DE102014009907A1
Application number: DE102014009907.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-07-06
Filing date: 2014-07-06
Publication date: 2016-01-07

Abstract

Das Aufladen von Akkumulatoren bzw. Batterien für Kraftfahrzeuge mit Elektromotor erfolgt während der Fahrt über seitliche Stromabnehmer, der sich an Stromschienen oder ähnlichen Einrichtungen anlegt, welche an Leitplanken befestigten bzw. integriert sind.

Description

Veranlassung
Im Rahmen der Entwicklungen zum Anmeldung DE 10 2012 018 010.1 „Mobiles Laden von Elektrofahrzeugen entlang von Ladestrecken mit Oberleitungen” wurde deutlich, dass die notwendige Infrastruktur für Oberleitungstrassen zur Elektrifizierung der Autobahnen sehr hohe Kosten verursacht und insbesondere für den PKW-Verkehr aufgrund der notwendigen Bauhöhe (Lichtraumprofile LKW) die mobilen Stromabnehmer an den statisch konstruktiven Grenzbereich führen. Daher wurde nach weniger aufwendigeren, kostengünstigeren und ggf. schon vorhandenen Trägersystemen gesucht. Die nachfolgende Anmeldung stellt somit einer Weiterentwicklung der Anmeldung DE 10 2012 018 010.1 „Mobiles Laden von Elektrofahrzeugen entlang von Ladestrecken mit Oberleitungen” dar.
Konzeptionelle Idee
Wie bei der Anmeldung DE 10 2012 018 010.1 soll das in Bewegung befindliche Elektrofahrzeug über Stromabnehmer Zugang zu elektrische Energie haben und damit in der Lage versetzt werden, seine Batterien bzw. Akkus während der Fahrt aufzuladen. Anders als bei der Anmeldung DE 10 2012 018 010.1 erfolgt die Anordnung des mobilen oder fest integrierten Stromabnehmers jedoch seitlich. Die Stromversorgung wird in oder an bestehende Leitplankensysteme integriert oder befestigt. Die parallel laufenden Spuren wie z. B. Standstreifen oder Überholstreifen werden ähnlich wie bei Baustellensicherungen vom restlichen Verkehr getrennt und können als Ladestrecke genutzt werden.
Standort für Ladestrecken
Lohnende Streckenabschnitte sind Autobahnen, Umgehungsstraßen und Schnellstraßen, die bereits mit umfangreichen fahrbahnnahen Leitplankensystemen (kein Grünstreifen) ausgerüstet sind und im besten Fall auch seitliche Standstreifen (spätere Ladestrecke) aufweisen.
Beschreibung der technischen Komponenten
Für einen Ladevorgang über seitliche Stromschienen an oder in Leitplankens sind zwei grundsätzliche Komponenten notwendig:

1.) Stromabnehmer und Ladeeinheit: Am Elektroauto wird bei der mobilen Variante eine seitliche Konstruktion an Dachreling und Bodenträger ähnlich eines Fahrradträgers mit Schraubzwingen bzw. Klauen befestigt. Bei der intergierten Variante wird diese Konstruktion Bestandteil der Karosse z. B. des hinteren oder vorderen Kotflügels. Diese besitzt einen ausklappbaren Greifarm in Höhe der Leitplankenprofile [10], einen Stellmotor bzw. Hydraulik, mehrere elektronische Abstandsmesser [17] einen Drucksensor [11] und entsprechende Steuerungstechnik, einen Rollenwagen [6] mit Dorn [5] mit integriertem Schleifstück [5] und seitlichen Spurhaltern [8] sowie einer Energieableitungsanlage für die Stromübertragung zur Steckdose des Elektroautos.
2.) Ladestrecke aus seitlichen Stromschienen [1] in oder am Leitplankenprofil [10]: Es werden möglichst lange und zusammenhängende Standstreifen mit seitlichem Leitplankenprofilen [10] entlang geradliniger Hauptverkehrstrassen wie z. B. Autobahnen, Umgehungsstraßen und Schnellstraßen mit integrierten oder aufgesetzten Stromschienen [1] ausgerüstet. Dem Grunde nach reicht je Fahrbahnseite eine Ladespur (z. B. rechter Standstreifen). Diese wird durch Verkehrsleiteinrichtungen von den restlichen Spuren getrennt. Es könnte aber auch zusätzlich die Überholspur ausgerüstet werden. Die Ladespur ist mit einer An- und Abmeldestation und Verkehrslenkzeichen sowie Kontrolleinrichtungen gegen Missbrauch bzw. Diebstahl z. B. in Form einer Überwachungskamera ausgerüstet. Die Fahrzeuge wählen sich bei der Anmeldestation automatisch ein und können die Stromentnahme buchen. Nach Abschluss des Ladevorgangs melden sich die Fahrzeuge über die Abmeldestation ab. Die Daten können über die Elektrokabel oder kabellos z. B. über WLAN oder Bluetooth übertragen werden. Die Abrechnung erfolgt dann via Internet über ein Benutzerkonto. Für die ausreichende Stromversorgung sorgen 20, 40 und mehr Unterstationen entlang der Strecke. Je länger die Strecke desto mehr Unterstationen sind notwendig.

Aufbau des seitlichen Stromabnehmers
Die Ladeeinheit bzw. der seitliche Stromabnehmer besteht aus folgenden grundsätzlichen Komponenten:

– Unterkonstruktion [14] z. B. als dauerhaft in die Karosse des Fahrzeugs integrierte Verbundkonstruktion oder als abnehmbare, mobile Konstruktion für Fernreisen (z. B. in der Art eines Fahrradträgers) mit Befestigungen wie z. B. Schraubzwingen, Klauenkonstruktionen [15] die sich an der Dachreling [16] und Bodenträger des KFZ befestigen lassen.
– Greifarm des Stromabnehmers [13] mit gelenkiger Lagerung an der vorgenannten Unterkonstruktion und Aufnahmen für Antriebstechnik und Rollwagenkonstruktion [6]
– Antriebstechnik bestehend aus Stellmotor (Elektrohub- oder Hydraulikzylinder mit Pumpe)
– Rollwagen [6] mitgelenkiger und gefederter Lagerung am Greifarm [13], mit Rädern, Dorn einschließlich Schleifstück [5] und Aufnahmen für Sensortechnik
– Sensortechnik für Rollwagen: Druckdose bzw. -sensor [11] in gefedertem Lager des Rollwagens zur Überprüfung des Anpressdruckes Schleifkontakt an Stromschiene; doppelte Abstandsmessung [17] zur Leitplanke und für Vor- und Rückblick [12] zur Absicherung gegen mögliche Hindernisse an der Stromschiene
– Ladekabel mit separater isolierter Steckverbindung am Dach oder Kabel mit Stecker zur Ladebuchse (ggf. seitliche Kabelfixierung notwendig)
– Bordcomputer als mobiles oder in das Fahrzeug integriertes Gerät zur An- und Abmeldung der Stromentnahme mit Schnittstellen zum Navigationssystem zur Lokalisierung der Ladestrecken usw.
– Typenspezifische Energieumwandlungsanlage wie z. B. Transformator, Gleichrichter o. ä. (nicht zwingend erforderlich, abhängig vom Fahrzeugtyp und Entwicklungsstand der Standardisierung)
– Aerodynamische und verfahrbare Schutzhülle zum Witterungsschutz und Isolation des Stromabnehmers außerhalb des Ladevorgangs

Der seitliche Stromabnehmer wird über einen Stecker am Dach in der Art einer Dachantenne mit dem abnehmbaren Aufsatz oder über die vorhandene Ladebuchse mit dem KFZ verbunden. Der Aufsatz bzw. die Unterkonstruktion des seitlichen Stromabnehmers kann bei Fernreisen montiert und bei Stadtverkehr demontiert werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit den seitlichen Stromabnehmer dauerhaft in die Karosse z. B. den hinteren oder vorderen linken Kotflügel zu integrieren. Alle nicht elektrischen Komponenten dieser Ladeeinheit einschl. der Unterkonstruktion zum Stromabnehmer können vorzugsweise aus GFK oder einem anderen Kunststoff gefertigt werden, um das Gewicht zu reduzieren und die Stromschiene gegenüber dem Fahrzeug ausreichend zu isolieren. Der seitliche Stromabnehmer kann vorzugsweise eine verfahrbare aerodynamische Hülle erhalten.
Beschreibung der Funktionsweise
Die Funktionsweise des seitlichen Stromabnehmers sollte weitgehend automatisiert werden. Beim Start des Elektrofahrzeuges und während der Fahrt meldet das Fahrzeug den Ladezustand der Batterie bzw. des Akkumulators an die Ladeeinheit. Über die vom Fahrer z. B. über das Navigationssystem angegebenen Zielangaben und die Prognose des Fahrverhaltens kann errechnet werden, ob die Energie für das angestrebte Ziel ausreichend ist. Viele der am Markt verfügbaren Fahrzeuge besitzen bereits eine entsprechende Hard- und Software. Besteht Ladebedarf, kann z. B. die Route über die Schnittstelle zum Navigationssystem über eine vorhandene Ladestrecke geplant werden.
Befindet sich das Fahrzeug in der Anfahrt auf eine solche Ladestrecke, passiert dieses Fahrzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt ca. 2 km vor dem Streckenbeginn die Anmeldestation. Hier wird über Funksignal (WLAN oder Bluetooth) nach Freigabe des Fahrers durch den Bordcomputer und den Nutzer der Kundennummer an die Anmeldestation gesendet und der Ladebedarf angemeldet. Der Fahrer ordnet sich auf der Ladespur ein. Das Fahrzeug und Kennzeichen werden von der Überwachungskamera erfasst. Das Kennzeichen wird mit der Kundennummer überprüft. Stimmt diese nicht überein erfolgt eine Meldung an den zentralen Server. Nach Prüfung der Kundendaten erfolgt die Freigabe und Bestätigung über den Bordcomputer oder eine Ablehnungsmitteilung. (Wird durch den Fahrzeugführer dennoch geladen, liegen alle Daten vor.) Die aerodynamische Hülle wird zurückgefahren und der mobile oder fest und dauerhaft im Fahrzeug verbundene seitliche Stromabnehmer klappt seitlich einen Greifarm aus, legt sich mit einem Rollwagen auf die Leitplanke auf. Der an der Unterseite des Rollwagens befestigte Stromabnehmer (Dorn) mit Schleifstück wird in die Stromschiene geführt und greift den Strom über Schleifkontakt ab. Nach dem Schließen des Stromkreises beginnt der Ladevorgang. Die Ladekapazität und die verbleibende Ladedauer werden über den Bordcomputer angezeigt (Ermittlung über Ladestreckenlänge und Fahrtgeschwindigkeit), so dass der Fahrer seine Fahrgeschwindigkeit entsprechend anpassen kann. Gegebenenfalls kann der Bordcomputer eine Idealgeschwindigkeit angeben, die der Fahrer bzw. Tempomat ansteuern kann.
Nach Erreichen der maximalen Ladung riegelt der seitliche Stromabnehmer den Stromkreis ab und gibt an die Abmeldestation das Freimeldezeichen. Die Ladezeit und Stromentnahme wird an die Verwaltung übermittelt und über das Kundenportal gebucht. Der seitliche Stromabnehmer wird wieder eingefahren. Die aerodynamische Schutzhülle wird verschlossen. Die Rechnung wird über Email verschickt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012018010 [0001, 0001, 0002]

Claims

Das Aufladen von Akkumulatoren bzw. Batterien für Kraftfahrzeuge mit Elektromotor erfolgt während der Fahrt über seitliche Stromabnehmer, der sich an Stromschienen oder ähnlichen Einrichtungen anlegt, welche an Leitplanken befestigten bzw. integriert sind.
Das Abnehmen des notwendigen Ladestromes kann entweder durch einen dauerhaft fest mit dem Fahrzeug verankerten bzw. integrierten seitlichen Stromabnehmer oder durch mobile (montier-/demontierbar) seitliche Stromabnehmer erfolgen.
Der fest installierte oder mobil montierte seitliche Stromabnehmer ist mit einem Bordcomputer ausgerüstet oder damit verbunden, der die Stromabnahme durch Meldung der Nutzerdaten anmeldet, den Stromverbrauch überwacht und an die Verwaltung sendet sowie nach Abschluss des Ladevorgangs das Fahrzeug wieder abmeldet.
Der festinstallierte (Variante A) oder mobile (Variante B) seitliche Stromabnehmer ist mit einem festinstallierten (für Variante A) oder einem freiverlegbaren, am Fahrzeug fixierbaren (für Variante B) Ladekabel ausgerüstet.
Der festinstallierte oder mobile seitliche Stromabnehmer kann mit einem zusätzlichen Adapter zur Gewährleistung des typenspezifischen Stromübertrags bezogen auf die zu übertragende Spannung und Stromstärke ausgerüstet sein.
Der festinstallierte oder mobile seitliche Stromabnehmer kann mit einer aerodynamischen und stromseitig isolierten Abdeckung ausgerüstet sein, die im Ruhezustand verschlossen und während des Ladevorgangs verfahren wird.
Der mit Stromschienen ausgerüstete und mit den entsprechenden Sicherheitseinrichtungen vom Verkehr getrennte Leitplankenabschnitt, der als Ladestrecke dient, ist mit einer Anmelde- und Abmeldestation sowie mehreren Unterstationen ausgerüstet, die Verbindung mit dem in Anspruch 3 benannten Bordcomputer aufnehmen können und die Stromschienen mit Strom versorgen.
Der Bordcomputer des seitlichen Stromabnehmers verfügt über eine Schnittstelle zum Navigationssystem und kann notwendige Ladestrecken aufgrund von Strommangel in die Route integrieren.
Der mit Stromschienen ausgerüstete und mit den entsprechenden Sicherheitseinrichtungen vom Verkehr getrennte Leitplankenabschnitt, der als Ladestrecke dient, kann mit Überwachungskameras gegen unzulässige Benutzung ausgerüstet werden, um unzulässige Nutzungen zu vermeiden.
Das in Anspruch 9 benannte Überwachungssystem ist mit Bilderkennungssoftware ausgestattet, welches die KFZ-Kennzeichen der Fahrzeuge erkennt und an die Verwaltung versenden kann.