DE102018219836A1

DE102018219836A1 - Dockingstation für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018219836A1
Application number: DE102018219836.5A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Albl; Johannes Landgraf; Matthias Brendel; Gerhard Harrer; Sebastian Jaeckisch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2020-05-20

Abstract

Dockingstation für ein Fahrzeug, welche ein Gehäuse, mindestens eine in dem Gehäuse ausgebildete Aufnahme zum Einsetzen eines Akkumulators, ein an dem Gehäuse vorgesehenes und innerhalb der mindestens einen Aufnahme angeordnetes Kontaktmittel zum elektrischen Kontaktieren eines in die Aufnahme eingesetzten Akkumulators aufweist, Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug, Fahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben einer Dockingstation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dockingstation für ein Fahrzeug, welche ein Gehäuse, mindestens eine in dem Gehäuse ausgebildete Aufnahme zum Einsetzen eines Akkumulators und ein an dem Gehäuse vorgesehenes und innerhalb der mindestens einen Aufnahme angeordnetes Kontaktmittel zum elektrischen Kontaktieren eines in die Aufnahme eingesetzten Akkumulators aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Dockingstation.
Elektrische Geräte, die allgemein als elektrische Verbraucher bezeichnet werden, verbrauchen während ihres Betriebs eine elektrische Energie. Wenn ein elektrisches Gerät nahe einer Anschlussstelle eines stationären Stromversorgungsnetzes, zumeist einer herkömmlichen Steckdose, angeordnet ist, kann es über ein Gerätekabel mit der Anschlussstelle elektrisch verbunden werden. Das elektrische Gerät entnimmt dann dem stationären Stromversorgungsnetz die zum Betrieb benötigte elektrische Energie.
Wenn ein elektrisches Gerät dagegen unabhängig von Anschlussstellen eines stationären Stromnetzes, d. h. mobil, betrieben werden soll, muss es einen mobilen elektrischen Energiespeicher umfassen oder an einen mobilen elektrischen Energiespeicher anschließbar sein. Zu den mobilen elektrischen Energiespeichern gehören Batterien, welche für eine einmalige Verwendung vorgesehen sind und nach einer Entladung entsorgt werden, und Akkumulatoren, welche für eine mehrmalige Verwendung vorgesehen sind und nach einer Entladung wieder aufgeladen werden können. Akkumulatoren werden auch als wiederaufladbare Batterien oder einfach kurz und unpräzise ebenfalls als Batterien bezeichnet.
Ein elektrisches Gerät, welches für einen mobilen Betrieb vorgesehen ist, kann eine Aufnahme, gewöhnlich als Batteriefach bezeichnet, für einen oder mehrere Batterien oder Akkumulatoren umfassen. Im Rahmen einer üblichen Verwendung des elektrischen Geräts werden in die Aufnahme eingesetzte entladene Batterien durch neue Batterien ersetzt oder entladene Akkumulatoren aus der Aufnahme entnommen, mittels einer mit einem stationären Stromversorgungsnetz verbundenen externen Ladevorrichtung aufgeladen und erneut in die Aufnahme eingesetzt.
Akkumulatoren müssen für eine Vielzahl unterschiedlicher elektrischer Geräte jeweils eine elektrische Energie passend bereitstellen. Sie existieren daher in einer Vielzahl unterschiedlicher Akkumulatortypen, d. h. Formen und Auslegungen für unterschiedliche elektrische Betriebsspannungen oder unterschiedliche speicherbare elektrische Energiemengen. Entsprechend besteht Bedarf an einer Vielzahl unterschiedlicher Ladevorrichtungen mit jeweils unterschiedlichen Aufnahmen und Ladeelektroniken.
Wenn ein Nutzer eine Mehrzahl unterschiedlicher elektrischer Geräte mobil betreibt, welche Akkumulatoren unterschiedlicher Akkumulatortypen erfordern, muss er eine Mehrzahl von separaten Ladevorrichtungen verwenden, um die entladenen Akkumulatoren aufzuladen. Die Handhabung einer Mehrzahl von separaten Ladevorrichtungen kann aber umständlich sein, wenn die Ladevorrichtungen transportiert werden oder gleichzeitig verwendet werden müssen.
Zur Abhilfe offenbart die DE 40 36 373 A1 eine modulare Ladevorrichtung zum Aufladen von Akkumulatoren. Die Ladevorrichtung umfasst eine Mehrzahl miteinander verbindbarer Lademodule. Jedes Lademodul weist eine Aufnahme für einen bestimmten Akkumulatortyp und eine der Aufnahme zugeordnete und für den Akkumulatortyp ausgelegte Ladeelektronik auf.
Durch Kombinieren unterschiedlicher Lademodule können in der modularen Ladevorrichtung gleichzeitig Akkumulatoren verschiedener Akkumulatortypen aufgeladen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das elektrische Gerät einen fest verbauten, d. h. integrierten, Akkumulator umfassen, welcher bei einer gewöhnlichen Verwendung des elektrischen Geräts nicht von diesem gelöst wird. Zum Wiederaufladen des Akkumulators kann das elektrische Gerät an eine zumeist externe und mit einem stationären Stromversorgungsnetz verbundene Ladeelektronik angeschlossen werden. Weit verbreitete Geräte dieser Art sind mobile Endgeräte, wie Notebooks, Tablets oder Smartphones, mit speziellen Ladekabeln, in deren Netzstecker jeweils die Ladeelektronik integriert ist.
Wenn der Nutzer eines Smartphones mit einem Kraftfahrzeug für eine längere Zeit unterwegs ist, steht zum Aufladen eines Akkumulators des Smartphones in vielen Fällen kein stationäres Stromversorgungsnetz zur Verfügung. Jedoch stellt ein regelmäßig in dem Kraftfahrzeug verbauter Akkumulator, im Folgenden als Niedervoltbatterie bezeichnet, elektrische Energie mit einer zum Laden des Smartphones zumeist ausreichenden Betriebsspannung (beispielsweise 12 V, 24 V oder 48 V) bereit.
In diesem Fall kann das Smartphone zum Aufladen in eine korrespondierende und mit der Niedervoltbatterie verbundene Dockingstation eingesetzt werden. Die Dockingstation umfasst gewöhnlich ein Gehäuse, in dem mindestens eine Aufnahme zum Einsetzen des Smartphones ausgebildet ist. Ferner weist die Dockingstation ein an dem Gehäuse vorgesehenes und innerhalb der mindestens einen Aufnahme angeordnetes Kontaktmittel zum elektrischen Kontaktieren eines in die Aufnahme eingesetzten Smartphones auf.
Die DE 10 2015 216 424 A1 offenbart eine solche Dockingstation für ein Smartphone. Die Dockingstation ist für ein Befestigen in einem Innenraum eines Fahrzeugs ausgebildet und weist eine Aufnahme für das Smartphone und eine an ein Niedervoltbordnetz des Fahrzeugs anschließbare Ladeelektronik für einen Akkumulator des Smartphones auf. Der Akkumulator des in die Aufnahme der Dockingstation eingesetzten Smartphones wird geladen, wenn die Dockingstation an das Niedervoltbordnetz angeschlossen ist.
Zu den mobil verwendeten elektrischen Geräten gehören auch Elektrofahrzeuge, welche zusätzlich eine Hochvoltbatterie (beispielsweise mit einer Batteriespannung von 400 V, 800 V oder 1200 V) und einen mit der Hochvoltbatterie verbundenen Elektromotor zum Antreiben des Elektrofahrzeugs umfassen. Wenn die Hochvoltbatterie infolge einer Fahrt des Elektrofahrzeugs entladen ist, kann das Elektrofahrzeug zum Aufladen der Hochvoltbatterie über ein Ladekabel an eine stationäre Ladevorrichtung angeschlossen werden. Das Aufladen der Hochvoltbatterie erfordert allerdings eine lange Zeitspanne, was mit entsprechend langen Ladepausen und damit lästigen Fahrtunterbrechungen einhergeht.
Zur Vermeidung dieses Nachteils offenbart die DE 10 2009 034 698 A1 ein Elektrofahrzeug mit einer Mehrzahl von Aufnahmen für jeweils eine Hochvoltbatterie. Das Elektrofahrzeug verbraucht während einer Fahrt eine elektrische Energie von in die Aufnahmen eingesetzten Hochvoltbatterien. Wenn die Hochvoltbatterien entladen sind, wird das Elektrofahrzeug „betankt“, indem entladene Hochvoltbatterien aus den Aufnahmen entnommen und unmittelbar durch geladene Hochvoltbatterien ersetzt werden.
Wenn ein mobiles elektrisches Gerät zum Betreiben oder zum Aufladen an ein Fahrzeug angeschlossen ist, entlädt es infolgedessen die Niedervoltbatterie. Vor allem bei einem Elektrofahrzeug, aber auch bei einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, geht dies mit einer Verringerung einer Reichweite des Fahrzeugs einher, da die Niedervoltbatterie bei einem Elektrofahrzeug über einen DC/DC-Wandler aus dem Hochvoltbordnetz und bei einem verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeug von einer sogenannten Lichtmaschine geladen wird, die während der Fahrt des Fahrzeugs für sämtliche an das Niedervoltbordnetz angeschlossene elektrische Verbraucher des Fahrzeugs eine elektrische Energie bereitstellt und deren Betrieb den Verbrennungsmotor belastet. Zudem ist das Betreiben oder Aufladen des mobilen elektrischen Geräts auf eine nahe Umgebung des Fahrzeugs beschränkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dockingstation für ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, welche die beschriebenen Nachteile vermeidet und eine zusätzliche elektrische Energie für externe elektrische Verbraucher oder das Fahrzeug bereitstellt. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Dockingstation für ein Fahrzeug anzugeben.
Ein Gegenstand der Erfindung ist eine Dockingstation für ein Fahrzeug, welche ein Gehäuse, mindestens eine in dem Gehäuse ausgebildete Aufnahme zum Einsetzen eines Akkumulators und ein an dem Gehäuse vorgesehenes und innerhalb der mindestens einen Aufnahme angeordnetes Kontaktmittel zum elektrischen Kontaktieren eines in die Aufnahme eingesetzten Akkumulators aufweist. Die Dockingstation ist als eine von dem Fahrzeug separate, d. h. für eine bestimmungsgemäße Verwendung an dem Fahrzeug befestigbare oder von diesem lösbare, Komponente ausgebildet. Jeder in die Dockingstation einsetzbare Akkumulator ist bevorzugt als ein Niedervoltakkumulator ausgebildet und vergrößert eine Gesamtspeicherkapazität des Fahrzeugs für eine elektrische Energie. Die Dockingstation ermöglicht eine Mehrzahl von unterschiedlichen Betriebsarten.
Die erfindungsgemäße Dockingstation weist ein mit dem Kontaktmittel verbundenes an einer Außenseite des Gehäuses angeordnetes erstes Anschlussmittel zum elektrischen Anschließen eines externen elektrischen Verbrauchers an die Dockingstation auf. Das außenseitig vorgesehene Anschlussmittel kann beispielsweise als eine herkömmliche 12-V-, 24-V- oder 48-V-Steckerbuchse ausgebildet sein. Der über das Anschlussmittel mit der Dockingstation verbundene externe elektrische Verbraucher oder ein in dem externen elektrischen Verbraucher verbauter Akkumulator kann in einer zweiten Betriebsart der Dockingstation mit einer elektrischen Energie des in die Dockingstation eingesetzten Akkumulators betrieben bzw. aufgeladen werden. Das Betreiben des externen elektrischen Verbrauchers oder das Aufladen des darin verbauten Akkumulators belastet nicht eine Niedervoltbatterie oder bei einem Elektrofahrzeug eine Hochvoltbatterie des Fahrzeugs und verringert folglich nicht eine Reichweite des Fahrzeugs.
Bevorzugt weist die Dockingstation ein mit dem Kontaktbereich verbundenes an einer Außenseite des Gehäuses angeordnetes zweites Anschlussmittel zum elektrischen Anschließen an einen Verteiler eines Niedervoltbordnetzes eines Fahrzeugs auf. Wenn die Dockingstation über den Verteiler mit dem Niedervoltbordnetz verbunden ist, kann der in die Dockingstation eingesetzte Akkumulator in einer dritten Betriebsart der Dockingstation mit einer von dem Niedervoltbordnetz oder bei einem Elektrofahrzeug über den DC/DC-Wandler von dem Hochvoltbordnetz bereitgestellten elektrischen Energie aufgeladen werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein über das erste Anschlussmittel mit der Dockingstation verbundener externer elektrischer Verbraucher in einer vierten Betriebsart der Dockingstation aus dem Bordnetz des Fahrzeugs mit einer elektrischen Energie versorgt werden. Wenn die Dockingstation in einem Elektrofahrzeug verwendet wird, kann die elektrische Energie zum Aufladen des Akkumulators idealerweise ausschließlich durch ein zusätzliches Rekuperieren bereitgestellt werden. Auf diese Weise wird die Reichweite des Elektrofahrzeugs nicht verringert. Selbstverständlich kann der in die Dockingstation eingesetzte Akkumulator alternativ auch aus einem stationären Stromnetz geladen sein.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist die Dockingstation eine mit dem Kontaktmittel und dem zweiten Anschlussmittel verbundene Steuerelektronik auf, welche ausgebildet ist, wahlweise aus dem Bordnetz des Fahrzeugs einen an das erste Anschlussmittel angeschlossenen externen elektrischen Verbraucher mit einer elektrischen Energie zu versorgen oder einen in die Aufnahme eingesetzten Akkumulator zu laden oder eine in einem in die Aufnahme eingesetzten Akkumulator gespeicherte elektrische Energie in einer ersten Betriebsart der Dockingstation in das Niedervoltbordnetz des Fahrzeugs einzuspeisen. Die Steuerelektronik steuert also eine Betriebsart der Dockingstation. Wenn die in dem Akkumulator gespeicherte elektrische Energie in der ersten Betriebsart der Dockingstation in das Niedervoltbordnetz eingespeist wird, entlastet dies die Niedervoltbatterie oder bei einem Elektrofahrzeug mittelbar die Hochvoltbatterie des Fahrzeugs, wodurch die Reichweite des Fahrzeugs erhöht ist. In dieser Betriebsart wird die Dockingstation als ein sogenannter Range Extender betrieben. Dank der von den in die Dockingstation eingesetzten Akkumulatoren zusätzlich bereitgestellten elektrischen Energie kann eine Reichweite des Fahrzeugs um 5 km bis 25 km, zumeist etwa 15 km erhöht sein, wobei die im konkreten Einzelfall erzielbare Reichweitenerhöhung von einer Vielzahl von Faktoren abhängig ist, beispielsweise von Wetterbedingungen, Verkehrsverhältnissen, Fahrstrecke, Fahrstil, Betriebsparametern des Fahrzeugs, Anzahl und Kapazitäten der in die Dockingstation eingesetzten Akkumulatoren. Insbesondere können die Steuerelektronik und das Kontaktmittel gemeinsam ein integriertes Steuermodul bilden.
Vorteilhaft ist das Gehäuse für ein Anordnen und Befestigen der Dockingstation unter einem Ladeboden eines Gepäckraums eines Fahrzeugs ausbildet. Bei vielen Fahrzeugen ist unter dem Ladeboden eine Aufnahme für ein Reserverad ausgebildet. Das Reserverad kann entnommen werden, um in der Aufnahme Raum für die Dockingstation zu schaffen. Die unter dem Ladeboden, insbesondere in der für das Reserverad vorgesehenen Aufnahme, angeordnete und befestigte Dockingstation verringert nicht das Ladevolumen des Fahrzeugs oberhalb des Ladebodens. Ferner kann die Dockingstation ausgebildet sein, mittels eines Befestigungsmittels an dem Fahrzeug befestigt zu werden, welches bestimmungsgemäß zum Befestigen des Reserverads vorgesehen ist, beispielsweise in Form einer langen Schraube.
In einer Ausführungsform weist das Gehäuse eine Bodenplatte, eine von einem Randbereich der Bodenplatte senkrecht abragende Seitenwandung, welche die mindestens eine Aufnahme zumindest an einer ersten Außenseite begrenzt, und/oder zumindest einen von einem Randbereich der Bodenplatte senkrecht abragenden Seitenwandungsabschnitt auf, welcher die mindestens eine Aufnahme zumindest an einer zweiten Außenseite begrenzt. Durch das Zusammenwirken der Seitenwandung mit dem Seitenwandungsabschnitt wird ein seitliches Verrutschen eines eingesetzten Akkumulators wirksam verhindert. Zudem kann sich der Ladeboden des Gepäckraums auf der Seitenwandung und jedem Seitenwandungsabschnitt abstützen, wodurch die Tragfähigkeit des Ladebodens erhöht ist.
Das Kontaktmittel ist vorteilhaft in einen Boden der mindestens einen Aufnahme integriert. Auf diese Weise kann eine Gewichtskraft des Akkumulators einen sicheren elektrischen Kontakt zwischen dem Akkumulator und der Dockingstation gewährleisten.
Idealerweise weist die Dockingstation genau zwei oder mehr Aufnahmen für jeweils einen Akkumulator auf. Mit einer zunehmenden Anzahl der Aufnahmen und einer entsprechend zunehmenden Anzahl von in die Aufnahmen eingesetzten Akkumulatoren steigt die elektrische Energiekapazität der Dockingstation.
Bei solchen Ausführungsformen kann das Gehäuse genau eine oder mehrere von einem Mittenbereich der Bodenplatte senkrecht abragende Trennwandungen aufweisen, welche jeweils zwischen zwei benachbarten Aufnahmen angeordnet sind. Jede Trennwandung dient dem seitlichen Arretieren zweier in die benachbarten Aufnahmen eingesetzter Akkumulatoren und verhindert einen Kontakt zwischen benachbarten Akkumulatoren, wodurch diese vor einer mechanischen Beschädigung geschützt sind. Eine Trennwandung kann eine Bohrung aufweisen, welche sich senkrecht zu der Bodenplatte durch die Bodenplatte und die Trennwandung erstreckt und im befestigten Zustand der Dockingstation von einem Befestigungsmittel, beispielsweise in Form einer langen Schraube, durchgriffen wird. Zudem kann sich der Ladeboden des Gepäckraums auf jeder Trennwandung abstützen, wodurch die Tragfähigkeit des Ladebodens erhöht ist.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die Dockingstation ausgebildet, mehrere in Aufnahmen der Dockingstation eingesetzte Akkumulatoren in einer Parallelschaltung anzuordnen. Infolge der Parallelschaltung stellt die Dockingstation eine gegenüber jedem einzelnen Akkumulator vergrößerte Menge an elektrischer Energie bei einer Betriebsspannung jedes einzelnen Akkumulators bereit.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Akkumulator, welcher im Wesentlichen quaderförmig mit zwei gegenüberliegend angeordneten rechteckigen Hauptflächen und vier die beiden Hauptflächen miteinander verbindenden Seitenflächen ausgebildet ist und ein Kontaktmittel zum elektrischen Kontaktieren einer erfindungsgemäßen Dockingstation aufweist. Der im Wesentlichen quaderförmige Akkumulator kann abgerundete, abgeschrägte und/oder verstärkte Kanten und/oder Ecken aufweisen, um eine mechanische Verletzungsgefahr oder Beschädigungsgefahr zu verringern und eine Handhabung des Akkumulators beim Einsetzen des Akkumulators in die Dockingstation oder beim Entnehmen des Akkumulators aus der Dockingstation zu vereinfachen. Insbesondere kann die Form des Akkumulators Sperr- oder Führungselemente aufweisen, um ein verkehrtes Einsetzen des Akkumulators in die Dockingstation auszuschließen. Der Akkumulator ist bevorzugt als ein Niedervoltakkumulator ausgebildet.
Bei dem erfindungsgemäßen Akkumulator ist das Kontaktmittel an einer Hauptfläche korrespondierend zu einem Kontaktmittel der Dockingstation ausgebildet und angeordnet. Auf diese Weise kommt der Akkumulator sicher in einen elektrischen Kontakt mit der Dockingstation, wenn er in eine Aufnahme der Dockingstation eingesetzt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Akkumulator einen Griff, welcher an einer Seitenfläche des Akkumulators ausgebildet ist, oder zwei Griffe auf, welche an benachbarten Seitenflächen des Akkumulators ausgebildet sind. Jeder Griff erleichtert ein Handhaben des Akkumulators während der Verwendung der Dockingstation. Jeder Griff kann ferner flächenbündig mit der jeweiligen Seitenfläche ausgebildet sein, so dass er nicht aus der Seitenfläche vorsteht. Insbesondere kann jeder Griff als eine Strebe ausgebildet sein, welche eine Vertiefung in der Seitenfläche überspannt.
In weiteren Ausführungsformen umfasst die Dockingstation zumindest einen Akkumulator oder genau zwei Akkumulatoren, welche jeweils in eine Aufnahme der Dockingstation eingesetzt sind. Die mit einem oder mehreren Akkumulatoren bestückte Dockingstation kann für das Fahrzeug oder einen externen elektrischen Verbraucher eine elektrische Energie bereitstellen. Insbesondere kann jeder Akkumulator auch aus der Dockingstation entnommen werden, wenn der externe elektrische Verbraucher beabstandet zu der Dockingstation angeordnet ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug, welches eine Hochvoltbatterie, ein an die Hochvoltbatterie angeschlossenes Hochvoltbordnetz, einen DC/DC-Wandler, ein über den DC/DC-Wandler mit dem Hochvoltbordnetz verbundenes Niedervoltbordnetz und einen an das Niedervoltbordnetz angeschlossenen Verteiler umfasst. Ein solches Energieversorgungssystem ist in einer Vielzahl von Fahrzeugen verbaut, wodurch sich für die Erfindung entsprechend viele Anwendungsmöglichkeiten bieten.
Das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem umfasst eine an den Verteiler angeschlossene erfindungsgemäße Dockingstation. Wenn ein Akkumulator in die Dockingstation eingesetzt ist, bildet die Dockingstation wahlweise in einer ersten Betriebsart einen Range Extender für das Fahrzeug oder in einer zweiten Betriebsart eine Energieversorgung für einen externen elektrischen Verbraucher.
In der ersten Betriebsart der Dockingstation wird die in dem Akkumulator gespeicherte elektrische Energie über den Verteiler in das Niedervoltbordnetz eingespeist. Infolgedessen ist die aus dem Hochvoltbordnetz über den DC/DC-Wandler in das Niedervoltbordnetz eingespeiste elektrische Energie verringert. Auf diese Weise ist die Hochvoltbatterie indirekt entlastet, was mit einer entsprechend vergrößerten Reichweite des Fahrzeugs einhergeht. Zusätzlich wird die Hochvoltbatterie noch dadurch entlastet, dass unvermeidliche Wandlungsverluste in dem DC/DC-Wandler vermieden werden.
Wenn in dem Fahrzeug ein bidirektionaler DC-DC-Wandler, der elektrische Energie aus dem Niedervoltbordnetz in das Hochvoltbordnetz einspeisen kann, verbaut ist, kann die von dem Akkumulator bereitgestellte elektrische Energie über den DC/DC-Wandler auch in das Hochvoltbordnetz eingespeist werden, wodurch eine direkte Entlastung der Hochvoltbatterie erreicht wird. Allerdings müssen bei dieser Variante Wandlungsverluste in dem DC/DC-Wandler in Kauf genommen werden.
In der zweiten Betriebsart der Dockingstation kann beispielsweise ein E-Bike geladen werden, welches über das erste Anschlussmittel an die Dockingstation angeschlossen ist und zum Transportieren in dem Fahrzeug angeordnet ist.
Ein in die Dockingstation eingesetzter Akkumulator kann extern und insbesondere aus einem stationären Stromversorgungsnetz oder in einer dritten Betriebsart der Dockingstation von dem Fahrzeug geladen werden und insbesondere eine zusätzliche Rekuperationsenergie des Fahrzeugs speichern. In einer vierten Betriebsart der Dockingstation kann ein das erste Anschlussmittel angeschlossener externer elektrischer Verbraucher aus dem Bordnetz des Fahrzeugs mit einer elektrischen Energie versorgt werden. Die Dockingstation kann auch gleichzeitig in der dritten Betriebsart und in der vierten Betriebsart betrieben werden. Weiterhin kann das Energieversorgungssystem eine Bedienvorrichtung umfassen, die es einem Fahrer des Fahrzeugs erlaubt, eine Betriebsart für die Dockingstation auszuwählen.
Noch ein Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Energieversorgungssystem. Dank des Energieversorgungssystems ist eine Gesamtspeicherkapazität des Fahrzeugs für elektrische Energie vergrößert. Die zusätzliche elektrische Energie ist flexibel für unterschiedliche Zwecke verwendbar.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Dockingstation in einem Fahrzeug, bei dem

- zumindest ein in eine Aufnahme einer Dockingstation eingesetzter Akkumulator wahlweise in einer dritten Betriebsart der Dockingstation über ein an die Dockingstation angeschlossenes Bordnetz eines Fahrzeugs aufgeladen wird;
- ein an ein Anschlussmittel der Dockingstation angeschlossener externer elektrischer Verbraucher wahlweise in einer vierten Betriebsart mit einer elektrischen Energie versorgt wird;
- eine in dem zumindest einen Akkumulator gespeicherte elektrische Energie in einer ersten Betriebsart der Dockingstation in das an die Dockingstation angeschlossene Bordnetz des Fahrzeugs eingespeist wird;
- eine in dem zumindest einen Akkumulator gespeicherte elektrische Energie in einer zweiten Betriebsart der Dockingstation von einem an die Dockingstation angeschlossenen externen elektrischen Verbraucher verbraucht wird.

Bei dem Verfahren werden in die Dockingstation eingesetzte Akkumulatoren wahlweise in der dritten Betriebsart über das Bordnetz, d. h. ein Niedervoltbordnetz oder bei einem Elektrofahrzeug ein Hochvoltbordnetz, des Fahrzeugs geladen. Die in den eingesetzten Akkumulatoren gespeicherte Energie wird wahlweise in der ersten Betriebsart für das Fahrzeug oder in der zweiten Betriebsart für einen externen elektrischen Verbraucher verwendet. Eine Betriebsart der Dockingstation kann von einem Fahrer des Fahrzeugs mittels einer in dem Fahrzeug vorgesehenen Bedienvorrichtung ausgewählt werden.
Bevorzugt wird das Verfahren mit einer erfindungsgemäßen Dockingstation durchgeführt. Die erfindungsgemäße Dockingstation umfasst eine erste Anschlussstelle und eine zweite Anschlussstelle zum Anschließen eines externen elektrischen Verbrauchers bzw. eines Verteilers des Bordnetzes des Fahrzeugs an die Dockingstation.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Dockingstation besteht darin, dass ein mobiles elektrisches Gerät mit einer elektrischen Energie versorgt werden kann, ohne eine Fahrzeugbatterie des Fahrzeugs zu belasten. Infolgedessen ist eine Reichweite des Fahrzeugs nicht verringert. Zudem kann die Dockingstation ohne Weiteres von dem Fahrzeug gelöst oder können die Akkumulatoren aus der Dockingstation entnommen werden und für einen externen elektrischen Verbraucher auch unabhängig von dem Fahrzeug eine elektrische Energie bereitstellen. Als weiterhin vorteilhaft kann angesehen werden, dass sich die Dockingstation in dem Fahrzeug anordnen lässt, ohne ein Gepäckvolumen des Fahrzeugs zu verringern.
Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigt:

1 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dockingstation;
2 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Untenansicht der in 1 gezeigten Dockingstation;
3 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems;
4 in einer schematischen Darstellung eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer Anordnung des in 3 gezeigten Systems unterhalb eines Gepäckraums eines Fahrzeugs;
5 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Draufsicht der in 4 gezeigten Anordnung;
6 in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht der in 4 gezeigten Anordnung;
7 in einer schematischen Darstellung eine Seitenansicht der in 4 gezeigten Anordnung.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dockingstation 1 für ein Fahrzeug. Das Fahrzeug ist als ein rekuperationsfähiges Elektrofahrzeug ausgebildet und umfasst ein Energieversorgungssystem mit einer Hochvoltbatterie, einem an die Hochvoltbatterie angeschlossenen Hochvoltbordnetz, einem an das Hochvoltbordnetz angeschlossenen DC/DC-Wandler und einem über den DC/DC-Wandler mit dem Hochvoltbordnetz verbundenen Niedervoltbordnetz.
Die Dockingstation 1 weist ein Gehäuse 10 und zwei Aufnahmen zum Einsetzen jeweils eines als Niedervoltakkumulator ausgebildeten Akkumulators 20 (s. 3) auf. Die Aufnahmen sind in dem Gehäuse 10 ausgebildet und benachbart angeordnet.
Das Gehäuse 10 weist eine im Wesentlichen quadratische Bodenplatte 11 und eine von einem Randbereich der Bodenplatte 11 senkrecht abragende Seitenwandung 12 auf, welche die beiden Aufnahmen an einer ersten Außenseite begrenzt. Ferner weist das Gehäuse 10 zwei von einem Randbereich der Bodenplatte 11 senkrecht abragende Seitenwandungsabschnitte 13 auf, welche jeweils eine Aufnahme an einer zweiten Außenseite begrenzen. Das Gehäuse weist zudem eine von einem Mittenbereich der Bodenplatte 11 senkrecht abragende Trennwandung 14 auf, welche zwischen den benachbarten Aufnahmen angeordnet ist. Die Trennwandung 14 weist eine Bohrung 15 auf, welche sich senkrecht zu der Bodenplatte 11 durch die Bodenplatte 11 und die Trennwandung 14 erstreckt und von einem Befestigungsmittel 35 (siehe 7) durchgriffen werden kann.
Ferner weist die Dockingstation 1 zwei an dem Gehäuse 10 vorgesehene und jeweils innerhalb einer Aufnahme angeordnete Kontaktmittel 16 zum elektrischen Kontaktieren eines in die Aufnahme eingesetzten Akkumulators 20 auf. Die Kontaktmittel 16 sind jeweils in einen Boden der Aufnahme integriert.
Die Dockingstation 1 weist zudem ein erstes Anschlussmittel 18 zum elektrischen Anschließen eines externen elektrischen Verbrauchers an die Dockingstation 1 auf, das an einer Außenseite des Gehäuses 10 angeordnet ist, hier beispielhaft in Form einer 12-V-, 24-V, oder 48-V-Steckerbuchse.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Untenansicht der in 1 gezeigten Dockingstation 1. Die Dockingstation 1 weist ein zweites Anschlussmittel 19 zum elektrischen Anschließen an einen Verteiler eines Bordnetzes eines Fahrzeugs auf, welches an einer Außenseite, hier beispielhaft einer unteren Außenseite, des Gehäuses 10 angeordnet ist.
Die Dockingstation 1 weist überdies zwei Steuerelektroniken 17 auf, welche jeweils ausgebildet sind, wahlweise aus dem Bordnetz, d. h. aus dem Niedervoltbordnetz oder über den DC/DC-Wandler aus dem Hochvoltbordnetz, des Fahrzeugs einen an das erste Anschlussmittel 18 angeschlossenen externen elektrischen Verbraucher mit einer elektrischen Energie zu versorgen oder einen in die Aufnahme eingesetzten Akkumulator 20 zu laden oder eine in einem in die Aufnahme eingesetzten Akkumulator 20 gespeicherte elektrische Energie in das Niedervoltbordnetz des Fahrzeugs einzuspeisen.
Jede Steuerelektronik 17 ist mit einem Kontaktbereich 16 elektrisch verbunden und bildet mit diesem gemeinsam ein integriertes Steuermodul. Darüber hinaus ist jede Steuerelektronik 17 sowohl mit dem ersten Anschlussmittel 18 als auch dem zweiten Anschlussmittel 15 elektrisch verbunden. Auf diese Weise ist die Dockingstation 1 ausgebildet, zwei in die Aufnahmen der Dockingstation 1 eingesetzte Akkumulatoren 20 in einer Parallelschaltung anzuordnen.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems. Das System umfasst die Dockingstation 1 und zwei Akkumulatoren 20, welche in jeweils eine Aufnahme der Dockingstation 1 einsetzbar und eingesetzt sind. Selbstverständlich kann die Dockingstation 1 auch mit einem einzelnen Akkumulator 20 betrieben werden.
Jeder Akkumulator 20 ist im Wesentlichen quaderförmig mit zwei gegenüberliegend angeordneten rechteckigen Hauptflächen 21 und vier die beiden Hauptflächen 21 miteinander verbindenden Seitenflächen 22 ausgebildet. Dabei sind Kanten und Ecken des Akkumulators 20 abgeschrägt und/oder verstärkt. Jeder Akkumulator weist zudem zwei Griffe 23, 24 auf, welche an benachbarten Seitenflächen 22 des Akkumulators 20 ausgebildet sind. Überdies weist jeder Akkumulator 20 ein Kontaktmittel zum elektrischen Kontaktieren der Dockingstation 1 auf, welches an einer Hauptfläche 21 korrespondierend zu einem Kontaktmittel 16 der Dockingstation 1 ausgebildet und angeordnet ist.
4 zeigt in einer schematischen Darstellung eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer Anordnung des in 3 gezeigten Systems unterhalb eines Gepäckraums eines Fahrzeugs. Der Gepäckraum ist hinter Rücksitzen 33 des Fahrzeugs angeordnet. Das Gehäuse 10 der Dockingstation 1 ist für ein Anordnen und Befestigen der Dockingstation 1 unter einem Ladeboden 31 des Gepäckraums 30 ausbildet und hier beispielhaft platzsparend in einer Aufnahme für ein Reserverad des Fahrzeugs anstelle des Reserverads angeordnet.
5 zeigt in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Draufsicht der in 4 gezeigten Anordnung. Der Ladeboden 31 ist weggelassen, um die darunter angeordnete Dockingstation 1 und einen an das Niedervoltbordnetz des Fahrzeugs angeschlossenen Verteiler 34 zu zeigen, an den die Dockingstation 1 angeschlossen ist.
6 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht der in 4 gezeigten Anordnung. Die Dockingstation 1 ist zwischen den Rücksitzen 33 und einer Ladekante 32 des Gepäckraums angeordnet und derart ausgerichtet, dass die erste Anschlussstelle 18 gut erreichbar zu der Ladekante 32 weist.
7 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Seitenansicht der in 4 gezeigten Anordnung. Die Dockingstation 1 ist mit einem Befestigungsmittel 35 in Form einer langen Schraube wie ein Reserverad an dem Fahrzeug befestigt. Das Befestigungsmittel 35 durchgreift die Bodenplatte 11 und die Trennwandung 14 des Gehäuses 10 der Dockingstation 1. Der Ladeboden 11 stützt sich auf der Seitenwandung 12, den Seitenwandungsabschnitten 13 und der Trennwandung 14 ab.
Zum Wählen einer Betriebsart der Dockingstation kann das Energieversorgungssystem des Fahrzeugs eine mit den Steuerelektroniken 17 operativ verbundene und von einem Fahrer des Fahrzeugs betätigbare (nicht dargestellte) Bedienvorrichtung umfassen.
Während des Betriebs der Dockingstation 1 werden die beiden in die Aufnahmen der Dockingstation 1 eingesetzten Akkumulatoren 20 in einer dritten Betriebsart der Dockingstation über den an die Dockingstation 1 angeschlossenen Verteiler 34 aus dem Niedervoltbordnetz des Fahrzeugs aufgeladen. Zum Aufladen der Akkumulatoren 20 kann eine durch zusätzliches Rekuperieren erzeugte elektrische Energie verwendet werden, ohne die Hochvoltbatterie zu belasten. In dieser Betriebsart ersetzt das Bordnetz des Fahrzeugs ein unterwegs nicht verfügbares stationäres Stromversorgungsnetz. Alternativ dazu können die Akkumulatoren 20 aus einem stationären Stromversorgungsnetz geladen werden und geladen in die Dockingstation 1 eingesetzt werden.
In einer vierten Betriebsart der Dockingstation 1 wird ein an das erste Anschlussmittel 18 der Dockingstation 1 angeschlossener externer elektrischer Verbraucher mit einer elektrischen Energie versorgt. Die Dockingstation 1 kann auch gleichzeitig in der dritten Betriebsart und in der vierten Betriebsart betrieben werden.
In einer ersten Betriebsart der Dockingstation 1 wird eine in den Akkumulatoren 20 gespeicherte elektrische Energie in das Niedervoltbordnetz des Fahrzeugs eingespeist. In dieser Betriebsart dient die Dockingstation 1 mit den eingesetzten Akkumulatoren 20 als ein Range Extender für das Fahrzeug.
In einer zweiten Betriebsart der Dockingstation 1 wird eine in den Akkumulatoren 20 gespeicherte elektrische Energie von einem an die Dockingstation 1 angeschlossenen externen elektrischen Verbraucher verbraucht. In dieser Betriebsart dient das System aus Dockingstation 1 und Akkumulatoren 20 als eine mobile elektrische Energieversorgung für den externen elektrischen Verbraucher.
Der Fahrer kann die gewünschte Betriebsart der Dockingstation 1 durch Betätigen der Bedienvorrichtung auswählen. Selbstverständlich lässt sich die erfindungsgemäße Dockingstation 1 in einem verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeug auf ähnliche Weise verwenden.
Bezugszeichenliste

1: Dockingstation
10: Gehäuse
11: Bodenplatte
12: Seitenwandung
13: Seitenwandungsabschnitt
14: Trennwandung
15: Bohrung
16: Kontaktmittel
17: Steuerelektronik
18: erstes Anschlussmittel
19: zweites Anschlussmittel
20: Akkumulator
21: Hauptfläche
22: Seitenfläche
23: Griff
24: Griff
30: Gepäckraum
31: Ladeboden
32: Ladekante
33: Rücksitz
34: Verteiler
35: Schraube
36: Befestigungspunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4036373 A1 [0007]
DE 102015216424 A1 [0012]
DE 102009034698 A1 [0014]

Claims

Dockingstation (1) für ein Fahrzeug, welche ein Gehäuse (10), mindestens eine in dem Gehäuse (10) ausgebildete Aufnahme zum Einsetzen eines Akkumulators (20), ein an dem Gehäuse (10) vorgesehenes und innerhalb der mindestens einen Aufnahme angeordnetes Kontaktmittel (16) zum elektrischen Kontaktieren eines in die Aufnahme eingesetzten Akkumulators (20), und ein mit dem Kontaktmittel (16) verbundenes an einer Außenseite des Gehäuses (10) angeordnetes erstes Anschlussmittel (18) zum elektrischen Anschließen eines externen elektrischen Verbrauchers an die Dockingstation (1) aufweist.
Dockingstation nach Anspruch 1, welche ein mit dem Kontaktbereich verbundenes an einer Außenseite des Gehäuses (10) angeordnetes zweites Anschlussmittel (19) zum elektrischen Anschließen an einen Verteiler (34) eines Bordnetzes eines Fahrzeugs aufweist.
Dockingstation nach Anspruch 2, welche eine mit dem Kontaktmittel (16) und dem zweiten Anschlussmittel (19) verbundene Steuerelektronik (17) aufweist, welche ausgebildet ist, wahlweise aus dem Bordnetz des Fahrzeugs einen an das erste Anschlussmittel (18) angeschlossenen externen elektrischen Verbraucher mit einer elektrischen Energie zu versorgen oder einen in die Aufnahme eingesetzten Akkumulator (20) zu laden oder eine in einem in die Aufnahme eingesetzten Akkumulator (20) gespeicherte elektrische Energie in das Bordnetz des Fahrzeugs einzuspeisen.
Dockingstation nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Gehäuse (10) für ein Anordnen und Befestigen der Dockingstation (1) unter einem Ladeboden (31) eines Gepäckraums (30) eines Fahrzeugs ausbildet ist und/oder bei der das Gehäuse (10) eine Bodenplatte (11), eine von einem Randbereich der Bodenplatte (11) senkrecht abragende Seitenwandung (12), welche die mindestens eine Aufnahme zumindest an einer ersten Außenseite begrenzt, und/oder zumindest einen von einem Randbereich der Bodenplatte (11) senkrecht abragenden Seitenwandungsabschnitt (13) aufweist, welcher die mindestens eine Aufnahme zumindest an einer zweiten Außenseite begrenzt, und/oder bei der das Kontaktmittel (16) in einen Boden der mindestens einen Aufnahme integriert ist.
Dockingstation nach Anspruch 4, welche genau zwei oder mehr Aufnahmen für jeweils einen Akkumulator (20) aufweist und bei der das Gehäuse (10) genau eine oder mehrere von einem Mittenbereich der Bodenplatte (11) senkrecht abragende Trennwandungen (14) aufweist, welche jeweils zwischen zwei benachbarten Aufnahmen angeordnet sind.
Dockingstation nach Anspruch 5, welche ausgebildet ist, mehrere in Aufnahmen der Dockingstation (1) eingesetzte Akkumulatoren (20) in einer Parallelschaltung anzuordnen.
Dockingstation nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit zumindest einem Akkumulator (20) oder zwei Akkumulatoren (20), welche jeweils in eine Aufnahme der Dockingstation (1) eingesetzt sind.
Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug, mit einer Hochvoltbatterie, einem an die Hochvoltbatterie angeschlossenen Hochvoltbordnetz, einem DC/DC-Wandler, einem über den DC/DC-Wandler mit dem Hochvoltbordnetz verbundenen Niedervoltbordnetz und einem an das Niedervoltbordnetz angeschlossenen Verteiler (34) und mit einer an den Verteiler (34) angeschlossenen Dockingstation (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Fahrzeug mit einem Energieversorgungssystem nach Anspruch 8.
Verfahren zum Betreiben einer Dockingstation (1) in einem Fahrzeug, bei dem - zumindest ein in eine Aufnahme einer Dockingstation (1) eingesetzter Akkumulator (20) wahlweise in einer dritten Betriebsart der Dockingstation (1) über ein an die Dockingstation (1) angeschlossenes Bordnetz eines Fahrzeugs geladen wird; - ein an ein Anschlussmittel (18) der Dockingstation (1) angeschlossener externer elektrischer Verbraucher wahlweise in einer vierten Betriebsart mit einer elektrischen Energie versorgt wird; - eine in dem zumindest einen Akkumulator (20) gespeicherte elektrische Energie in einer ersten Betriebsart der Dockingstation (1) in das an die Dockingstation (1) angeschlossene Bordnetz des Fahrzeugs eingespeist wird; - eine in dem zumindest einen Akkumulator (20) gespeicherte elektrische Energie in einer zweiten Betriebsart der Dockingstation (1) von einem an die Dockingstation (1) angeschlossenen externen elektrischen Verbraucher verbraucht wird.