DE102018204072A1

DE102018204072A1 - Elektrisch betriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018204072A1
Application number: DE102018204072.9A
Authority: DE
Inventors: Erdal Acikgoez
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2019-09-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit einem Fahrzeug-Akkumulator (1), der einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt, wobei der Fahrzeug-Akkumulator (1) in einem Normal-Ladevorgang, insbesondere über ein elektrisches Kabel (34), von einer fahrzeugexternen, stationären Ladestation (35) aufladbar ist. Erfindungsgemäß weist das Fahrzeug zumindest einen Reserve-Akkumulator (11) auf, der eine fahrzeuginterne, mobile Ladestation bildet, an der der Fahrzeug-Akkumulator (1) in einem Notfall-Ladevorgang unabhängig von der fahrzeugexternen Ladestation (35) aufladbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch betriebenes Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen elektrisch betriebenen Fahrzeugs nach dem Anspruch 10.
Zum Aufladen eines Akkumulators eines rein elektrisch betriebenen Fahrzeugs wird dieser in an sich bekannter Weise über ein elektrisches Ladekabel mit einer fahrzeugexternen stationären Ladestation verbunden.
Im Fahrbetrieb eines solchen gattungsgemäßen, rein elektrisch betriebenen Fahrzeugs kann gegebenenfalls die verfügbare Reichweite nicht mehr bis zur nächsten stationären Ladestation ausreichen, so dass die Gefahr von Liegenbleibern besteht.
Aus der DE 10 2010 004 549 A1 ist ein Batteriesystem mit einer Batterie zum Antreiben eines Elektromotors eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs bekannt. Aus der AT 510 336 B1 ist ein Elektrofahrzeug mit einer Einrichtung zur Reichweitenvergrößerung bekannt. Aus der DE 10 2015 200 636 A1 ist ein Elektrofahrzeug mit einem fahrzeugaußen angebrachten Batterieträgermodul bekannt. Aus der US 7 884 502 B2 ist ein mobiler Akkumulator bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein elektrisch betriebenes Fahrzeug bereitzustellen, bei dem in einfacher Weise die im Fahrbetrieb von dem Akkumulator bereitstellbare Reichweite vergrößerbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist das Fahrzeug, insbesondere in dessen Kofferraum, zumindest einen Reserve-Akkumulator auf. Dieser bildet eine fahrzeuginterne, mobile Ladestation, an der der Fahrzeug-Akkumulator in einem Notfall-Ladevorgang unabhängig von der fahrzeugexternen Ladestation aufladbar ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass das Fahrzeug auch in einem Notfall aufgeladen werden kann, sofern keine stationäre Ladestation verfügbar ist.
Der Notfall-Ladevorgang kann durch ein entsprechendes Relais freigegeben werden. Beispielhaft kann der Reserve-Akkumulator so ausgelegt sein, dass er dem Fahrzeug in ca. 1h Ladezeit eine Reichweite von ca. 100km (15-20kWh) bereitstellt. Dies wird dem Nutzer im Notfall bis zu nächsten Ladestation bzw. bis nach Hause die Mobilität sicherstellen.
Bevorzugt kann der Reserve-Akkumulator einen Spannungsbereich von 800V bis 12V abdecken. Der Reserve-Akkumulator ist bevorzugt mehrteilig aufgebaut, und zwar aus einen äußeren Akkumulator-Gehäuse, in dem ein später beschriebenes Akkumulator-Steuergerät integriert ist. In das Akkumulator-Gehäuse können ein oder mehrere Akkumulator-Module (zum Beispiel Lithium-Ionen-Zellen) angeordnet sein. Bevorzugt sind die Akkumulator-Module in einer manuell lösbaren elektrischen Steckverbindung in dem Akkumulator-Gehäuse positioniert. In der Einbaulage im Fahrzeug kann das Akkumulator-Gehäuse Aufnahmeschächte für die Akkumulator-Module aufweisen. Diese können zur Fahrzeug-Heckseite hin offen sein, um ein einfaches Einstecken/Herausziehen der Akkumulator-Module in/aus dem Akkumulator-Gehäuse zu gewährleisten.
Bei der oben angegebenen mehrteiligen Ausführung des Reserve-Akkumulators sind die Akkumulator-Module auch als Einzelteile handhabbar und transportierbar, so dass gegebenenfalls einzelne Akkumulator-Module vom Akkumulator-Gehäuse herausgenommen werden können, um Bauteilgewicht zu sparen. Ein einzelnes Akkumulator-Modul kann bis zu ca. 20-30kg wiegen. Bevorzugt können die Akkumulator-Module beispielhaft als Li-ION Hochenergiezellen realisiert sein, die eine hohe Kapazität aufweisen sowie einen kleinen Bauraum benötigen. Eine 18650-Energiezelle hat beispielsweise ca. 3,5-4Ah Kapazität.
In einer technischen Umsetzung kann der Reserve-Akkumulator im normalen Fahrbetrieb, das heißt bei ausreichend geladenem Fahrzeug-Akkumulator, außer elektrischer Verbindung mit dem Fahrzeug-Akkumulator sein, das heißt funktionslos sein. Erst bei Durchführung des angegebenen Notfall-Ladevorgangs kann der Reserve-Akkumulator mit dem Fahrzeug-Akkumulator elektrisch verbunden sein. Hierzu kann der Reserve-Akkumulator zumindest einen Notfall-Entladeanschluss aufweisen, der im Notfall-Ladevorgang über ein Ladekabel mit dem Fahrzeug-Akkumulator elektrisch verbindbar ist.
Dem Fahrzeug-Akkumulator kann zumindest eine Ladedose zugeordnet sein, in die das Ladekabel entweder für den Normal-Ladevorgang oder für den Notfall-Ladevorgang einsteckbar ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Reserve-Akkumulator neben dem oben erwähnten Notfall-Entladeanschluss weitere Entladeanschlüsse aufweisen, die mit unterschiedlichen Steckergeometrien ausgebildet sind, insbesondere nach Art haushaltsüblicher Steckdosen.
Zusätzlich kann der Reserve-Akkumulator zumindest einen Ladeanschluss aufweisen, der zum Aufladen des Reserve-Akkumulators mit einer fahrzeugexternen Spannungsquelle, zum Beispiel einer Haushaltssteckdose, verbindbar ist. Beispielhaft kann der Reserve-Akkumulator selbst über eine Haushaltssteckdose aufgeladen werden. Dazu kann im Reserve-Akkumulator ein Inverter integriert sein. Dieser Inverter kann auch separat als Zusatzteil zu der mobilen Ladestation ausgeliefert werden.
In einer technischen Realisierung kann der Reserve-Akkumulator ein Steuergerät aufweisen, mittels dem die Lade- und/oder Entladevorgänge im Reserve-Akkumulator steuerbar sind. Bevorzugt ist dem Reserve-Akkumulator ein Inverter zugeordnet, mittels dem eine fahrzeugexterne Wechselspannungsquelle zum Aufladen des Reserve-Akkumulators nutzbar ist. Umgekehrt kann unter Nutzung des Inverters der Reserve-Akkumulator (Gleichspannungsquelle) auch als Wechselspannungsquelle für externe elektrische Verbraucher eingesetzt werden. Bevorzugt kann der Reserve-Akkumulator so ausgelegt sein, dass dieser auch unmittelbar an einer fahrzeugexternen, stationären Ladestation aufladbar ist.
Die im Akkumulator-Gehäuse eingesetzten Akkumulator-Module sind bevorzugt elektrisch in Reihe geschaltet, damit die Spannungslage auf das Laden des Fahrzeuges anpassbar ist.
Allgemein kann der Reserve-Akkumulator sämtliche Hochvolt- und/oder Niedervolt-Schnittstellen zu einem Elektrofahrzeug aufweisen, wie sie auch bei einer herkömmlichen stationären Ladestation bereitstellbar sind. Darüber hinaus können USB-Schnittstellen und/oder 220V bis 230V-Schnittstellen sowie 12V-Schnittstellen am Reserve-Akkumulator bereitgestellt werden.
Bevorzugt sind mehrere Entladeanschlüsse vorgesehen, die unterschiedliche Steckergeometrien aufweisen können, um Ladekabel von unterschiedlichen Fahrzeuganbietern nutzen zu können. Der Reserve-Akkumulator ist bevorzugt so dimensioniert, dass er im Kofferraum transportiert werden kann.
Der Reserve-Akkumulator kann für den Notfall-Ladevorgang optional mit einem Hochvolt-Ladeanschluss im Kofferraum verbunden werden. Alternativ dazu kann der Reserve-Akkumulator (sofern kein extra Hochvolt-Ladeanschluss im Kofferraum möglich ist) auch direkt über das Ladekabel an eine externe Ladedose des Fahrzeugs angeschlossen werden. In diesem Fall wird das Ladekabel von außen geführt.
Wie oben erwähnt, dient der Reserve-Akkumulator als eine Gleichspannungsquelle, die bevorzugt 800V bis 12V abdeckt. Die mittels des Reserve-Akkumulators zusätzlich verfügbare Reichweite kann in einem Bereich von 100 km liegen.
In einer bevorzugten Auslegung kann die mobile Ladestation die folgenden Eckdaten aufweisen: Die Akkumulator-Module können zum Beispiel 18650 Li-ION Zellen sein, zum Beispiel mit 180V/32Ah bei ca. 8kWh /Modul. Das Gesamtsystem kann zum Beispiel drei Akkumulator-Module aufweisen, und zwar bei 710V / 32Ah. Die Reichweite kann bei ca. 100km liegen. Die Ladeslast 1 C -2C kann bei 32A-64A liegen. Der Reserve-Akkumulator kann zudem ein Display für sogenannte SOC-Anzeigen aufweisen, ähnlich wie bei stationären Ladesäulen. Die mobile Ladestation kann ebenfalls an einer Ladesäule für Fahrzeuge geladen werden (ähnlich wie das befüllen des Benzinkanisters am Zapfsäule).Als Schnittstellen kann der Reserve-Akkumulator sämtliche HV- und LV-Schnittstellen zum E-Fahrzeug aufweisen, wie sie auch bei einer stationären Ladesäule vorhanden sind (das heißt 800V bis 400V). Zudem kann der Reserve-Akkumulator USB-Schnittstellen, 220V-230V-Schnittstellen sowie 12V-Schnittstelle aufweisen. Ferner kann der Reserve-Akkumulator mit den gängigen Stecker-Geometrien ausgestattet sein. Der Reserve-Akkumulator wird bevorzugt so dimensioniert, dass er im Kofferraum transportiert werden kann, und zwar entweder komplett oder aber auch in Einzelteile zerlegt.
Die Akkumulator-Module des Reserve-Akkumulators (das heißt der Reservebatterie) können auch einzeln im Fahrzeug eingesetzt werden. Auf diese Weise hätte man entsprechend weniger Reserve-Energie zur Verfügung als bei einem vollständigen Reserve-Akkumulator (das heißt einer vollständigen Kofferraum-Reservebatterie). Der Reserve-Akkumulator (das heißt die Kofferraum-Reservebatterie) kann zudem gegebenenfalls sowohl als Ladequelle eingesetzt werden als auch als Zusatz-Speicher für den Traktionsbetrieb (bei eingeschränkter Leistungsentnahme) eingesetzt werden. Die einzelnen Akkumulator-Module des Reserve-Akkumulator können zudem auch einzeln als Energiequelle dienen. Hierzu sind entsprechende Schnittstellen am Reserve-Akkumulator vorzusehen. Je nach Anwendungsfall kann die Reservebatterie kann auch ausgeliehen werden. In diesem Zusammenhang kann der Reserve-Akkumulator auch gegen Entgelt an Kunden ausgeliehen werden.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einem grob schematischen Blockschaltdiagramm, das den Fahrzeug-Akkumulator mit zugeordnetem Reserve-Akkumulator andeutet;
2 bis 5 Ansichten entsprechend der 1, in denen jeweils unterschiedliche Betriebszustände des Fahrzeugs gezeigt sind; und
6 eine Ansicht von der Fahrzeug-Heckseite in den Fahrzeug-Kofferraum bei geöffneter Heckklappe.

In der 1 ist ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug in gestrichelter Konturlinie angedeutet. Die 1, wie auch die weiteren Figuren, sind nur insoweit angedeutet, als es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Demnach weist das in der 1 gezeigte elektrisch betriebene Fahrzeug einen Fahrzeug-Akkumulator 1 auf, der einen Fahrzeug-Antrieb mit elektrischer Energie versorgt. Dem Fahrzeug-Akkumulator 1 ist eine Akkumulator-Steuereinheit 3 sowie eine fahrzeugfrontseitige Ladedose 5 zugeordnet.
Wie aus der 1 weiter hervorgeht, ist in einem Kofferraum 7 eine weitere, fahrzeuginnere Ladedose 9 bereitgestellt, über die der Fahrzeug-Akkumulator 1 aufladbar ist. Im Fahrzeug-Kofferraum 7 ist ein Reserve-Akkumulator 11 positioniert. Dieser ist aus einem Akkumulator-Gehäuse 13 aufgebaut, das über eine lösbare Anbindung 15 am Kofferraum-Boden 17 befestigt ist. Das Akkumulator-Gehäuse 13 weist in der 1 insgesamt drei nach fahrzeughinten offene Aufnahmeschächte 19 auf, in denen jeweils ein Akkumulator-Modul 21 schubladenartig eingesteckt ist. Zudem sind im Akkumulator-Gehäuse 13 beispielhaft ein Notfall-Entladeanschluss 23 sowie ein weiterer Entladeanschluss 25 integriert.
Neben dem Notfall-Entladeanschluss 23 und dem weiteren Entladeanschluss 25 weist der Reserve-Akkumulator 11 insgesamt zwei Ladeanschlüsse 27, 29 auf, über die der Reserve-Akkumulator 11 mit einer fahrzeugexternen Spannungsquelle verbindbar ist, um aufgeladen zu werden. Die elektrischen Komponenten des Reserve-Akkumulators 11 werden über ein Steuergerät 31 angesteuert, das Lade- und/oder Entladevorgänge im Reserve-Akkumulator 11 überwacht. Dem Steuergerät 31 ist in der 1 zusätzlich eine Ladezustandsanzeige 33 zugeordnet, über die ein aktueller Ladezustand des Reserve-Akkumulators 11 einsehbar ist.
In der 2 ist das Fahrzeug während eines Normal-Ladevorgangs gezeigt, bei dem ein elektrisches Ladekabel 34 sowohl in der fahrzeugfrontseitigen Ladedose 5 als auch in einer stationären Ladestation 35 eingesteckt ist, mittels der der Fahrzeug-Akkumulator 1 aufladbar ist. In diesem Fall ist der Reserve-Akkumulator 11 außer elektrischer Verbindung mit dem Fahrzeug-Akkumulator 1.
In 3 ist ein Notfall-Ladevorgang gezeigt, der beispielhaft während eines Fahrbetriebs erfolgen kann. Demzufolge ist das Ladekabel 34 sowohl in der kofferraumseitigen Ladedose 9 des Fahrzeug-Akkumulators 1 als auch im Entlade-Anschluss 23 des Reserve-Akkumulators 11 eingesteckt. In diesem Fall dient der Reserve-Akkumulator 11 als eine fahrzeuginterne, mobile Ladestation, mittels der der Fahrzeug-Akkumulator 1 aufladbar ist. Alternativ zur 4 dazu kann das Ladekabel 34 auch direkt an der fahrzeugvorderen Ladedose 5 eingesteckt werden, um den Notfall-Ladevorgang zu realisieren.
In der 4 ist ein Aufladebetrieb des Reserve-Akkumulators 11 gezeigt. Demzufolge ist das Ladekabel 34 sowohl in dem Lade-Anschluss 29 des Reserve-Akkumulators 11 als auch in der externen Ladestation 35 eingesteckt, wodurch der Reserve-Akkumulator 11 aufgeladen wird.
In der 5 ist ein Betriebszustand gezeigt, bei dem ein externer Verbraucher 37 elektrisch an dem Reserve-Akkumulator 11 angeschlossen ist, der vorliegend als eine Gleichspannungsquelle dient. Hierzu ist ein Kabel 39 des elektrischen Verbrauchers 37 mit seinem Stecker in den Entlade-Anschluss 25 des Reserve-Akkumulators 11 eingesteckt. Gegebenenfalls kann der Reserve-Akkumulator 11 auch als eine Wechselspannungsquelle dienen, sofern zusätzlich noch ein in den Figuren nicht gezeigter Inverter integriert ist.
In der 6 ist in einer Ansicht von der Heckseite eine konkrete Einbausituation des Reserve-Akkumulators 11 im Fahrzeug-Kofferraum 7 dargestellt. Demzufolge sind in den Aufnahmeschächten 19 des Akkumulator-Gehäuses 13 jeweils Akkumulator-Module 21 eingesteckt. Der Reserve-Akkumulator 11 ist in der 6 über das Ladekabel 34 mit der kofferraumseitigen Ladedose 9 des Fahrzeug-Akkumulators 1 verbunden, um einen Notfall-Ladevorgang durchzuführen. Zudem weist das Akkumulator-Gehäuse 13 oberseitig die Ladezustandsanzeige 33 auf. An der in der 6 rechts gezeigten Gehäusewand des Reserve-Akkumulators 11 sind Stecker-Anschlüsse 27, 29 integriert, die beispielhaft als Ladeanschlüsse realisiert sind.
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 102010004549 A1 [0004]
AT 510336 B1 [0004]
DE 102015200636 A1 [0004]
US 7884502 B2 [0004]

Claims

Elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit einem Fahrzeug-Akkumulator (1), der einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt, wobei der Fahrzeug-Akkumulator (1) in einem Normal-Ladevorgang, insbesondere über ein elektrisches Kabel (34), von einer fahrzeugexternen, stationären Ladestation (35) aufladbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug zumindest einen Reserve-Akkumulator (11) aufweist, der eine fahrzeuginterne, mobile Ladestation bildet, an der der Fahrzeug-Akkumulator (1) in einem Notfall-Ladevorgang unabhängig von der fahrzeugexternen Ladestation (35) aufladbar ist.
Elektrisch betriebenes Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im normalen Fahrbetrieb, das heißt bei geladenem Fahrzeug-Akkumulator (1), der Reserve-Akkumulator (11) außer elektrischer Verbindung mit dem Fahrzeug-Akkumulator (1) ist, und/oder dass zur Durchführung des Notfall-Ladevorgangs der Reserve-Akkumulator (11) mit dem Fahrzeug-Akkumulator (1) elektrisch verbindbar ist, und/oder dass der Reserve-Akkumulator (11) zumindest einen Notfall-Entladeanschluss (23) aufweist, der im Notfall-Ladevorgang über ein Ladekabel (34) mit dem Fahrzeug-Akkumulator (1) elektrisch verbindbar ist, und/oder dass dem Fahrzeug-Akkumulator (1) zumindest eine Ladedose (5, 9) zugeordnet ist, in die das Ladekabel (34) für den Normal-Ladevorgang oder Notfall-Ladevorgang einsteckbar ist.
Elektrisch betriebenes Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reserve-Akkumulator (11) neben dem Notfall-Entladeanschluss (23) weitere Entladeanschlüsse (25) aufweist, die mit unterschiedlichen Steckergeometrien ausgebildet sind, insbesondere nach Art haushaltsüblicher Steckdosen.
Elektrisch betriebenes Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reserve-Akkumulator (11) zumindest einen Ladeanschluss (27, 29) aufweist, der zum Aufladen des Reserve-Akkumulators (11) mit einer fahrzeugexternen Spannungsquelle (35), insbesondere einer Haushaltssteckdose, verbindbar ist.
Elektrisch betriebenes Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reserve-Akkumulator (11) ein Steuergerät (31) aufweist, mittels dem die Lade- und/oder Entladevorgänge im Reserve-Akkumulator (11) steuerbar sind, und dass insbesondere dem Reserve-Akkumulator (11) ein Inverter (Spannungswandler) zugeordnet ist, mittels dem eine fahrzeugexterne Wechselspannungsquelle zum Aufladen des Reserve-Akkumulators (11) nutzbar ist, und/oder dass der Reserve-Akkumulator (11) so ausgelegt ist, dass dieser an der fahrzeugexternen stationären Ladestation (35) aufladbar ist.
Elektrisch betriebenes Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reserve-Akkumulator (11) mehrteilig aufgebaut ist, und zwar aus einem Akkumulator-Gehäuse (13), in dem zumindest ein, insbesondere mehrere Akkumulator-Module (21) angeordnet sind, insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulator-Module.
Elektrisch betriebenes Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Akkumulator-Modul (21) in insbesondere manuell lösbarer elektrischer Steckverbindung mit dem Akkumulator-Gehäuse (13) bringbar ist, und oder dass das Akkumulator-Gehäuse (13) zumindest einen nach fahrzeughinten offenen Einsteck-Aufnahmeschacht (19), in den das Akkumulator-Modul (21) einsteckbar ist.
Elektrisch betriebenes Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reserve-Akkumulator (11), insbesondere dessen Akkumulator-Gehäuse (13), in lösbarer Anbindung (15) im Fahrzeug, insbesondere im Fahrzeug-Kofferraum (7), verbaut ist.
Elektrisch betriebenes Fahrzeug nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulator-Module (21) im Akkumulator-Gehäuse (13) in Reihe geschaltet sind.
Verfahren zum Betrieb eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche.