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Die Erfindung betrifft einen Batterietransportwagen für einen elektrisch betreibbaren Kraftwagen mit einer Fahrwerksanordnung und einer Transportvorrichtung, wobei der Batterietransportwagen in einem Inneren des elektrisch betreibbaren Kraftwagens verstaubar ist. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Ladevorrichtung sowie ein Verfahren zum Versorgen eines elektrisch betreibbaren Kraftwagens mit elektrischer Energie.
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Für einen optimalen Betrieb elektrisch betreibbarer Fahrzeuge ist es nötig, den elektrischen Energiespeicher der entsprechenden Fahrzeuge zu laden. Insbesondere ist der elektrische Energiespeicher eines solchen Kraftwagens dazu ausgebildet, eine elektrische Antriebseinheit des Kraftwagens mit elektrischer Energie zu versorgen. Bei einem genannten Kraftwagen handelt es sich insbesondere um ein Elektrofahrzeug oder ein Hybrid-Fahrzeug, vorzugsweise einen sogenannten Plug-in-Hybrid-Kraftwagen.
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Insbesondere das Laden an öffentlichen Ladevorrichtungen, beispielsweise sogenannten Ladesäulen, führt häufig zu Problemen. Sind herkömmliche Ladevorrichtungen beispielsweise an öffentlichen Straßen aufgebaut, so ist das Parken beziehungsweise Laden an solch einer Station meist nur für ein oder zwei Fahrzeuge möglich. Elektrisch betreibbare Kraftwagen im täglichen Betrieb und in Reichweite zur Wohnung des Besitzers aufzuladen, stellt ein großes Problem dar. Insbesondere müsste mit fortschreitender Elektrifizierung ein Großteil aller Parkplätze im öffentlichen Raum und an öffentlichen Straßen mit einer Ladevorrichtung ausgestattet werden. Ansonsten bliebe sogenannten Laternenparkern nur das zeitraubende Aufladen an Schnellladern während hierfür vorgesehener Fahrpausen.
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Eine aus einem Personenwagen leicht lösbar ausgebildete Batterie ist durch die
DE 43 20 993 C2 bekannt.
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Die
DE 10 2017 201 975 A1 offenbart ein Mobilitätssystem mit einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug und einem elektrisch antreibbaren Batterietransportwagen, wobei eine wiederaufladbare Antriebsbatterie des Kraftfahrzeugs in dem Batterietransportwagen aufgenommen ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Bereitstellung von Energie für einen elektrisch betreibbaren Kraftwagen zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Um einen Batterietransportwagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine verbesserte Versorgung eines elektrisch betreibbaren Kraftwagens mit elektrischer Energie ermöglicht wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Batterietransportwagen dazu eingerichtet ist, ein einzelnes von mehreren Segmenten eines elektrischen Energiespeichers des elektrisch betreibbaren Kraftwagens von dem übrigen der mehreren Segmente zu trennen und das eine Segment mit der Transportvorrichtung unabhängig von den übrigen Segmenten autonom von dem Kraftfahrzeug zu einer Ladevorrichtung zu transportieren, wobei jedes der mehreren Segmente zumindest eine Zelle aufweist.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Batterietransportwagen dazu ausgebildet sein, ein aufgeladenes Segment von der Ladevorrichtung zu dem elektrisch betreibbaren Kraftwagen zu transportieren und das aufgeladene Segment mit dem restlichen elektrischen Energiespeicher zu verbinden.
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Außerdem gelöst wird die oben genannte Aufgabe durch eine Ladevorrichtung mit zumindest einem Ladeanschluss, wobei jeder Ladeanschluss zum Aufladen eines Segments eines mehrere Segmente umfassenden elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Kraftwagens ausgebildet ist, wobei jedes der mehreren Segmente zumindest eine Zelle aufweist, und einem Lagerbereich zur Bevorratung mehrerer solcher Segmente.
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Auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Versorgen eines elektrisch betreibbaren Kraftwagens mit elektrischer Energie wird die oben genannte Aufgabe gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - autonomes Transportieren eines einzelnen von mehreren Segmenten eines elektrischen Energiespeichers des elektrisch betreibbaren Kraftwagens von dem Kraftwagen zu einer Ladevorrichtung mittels eines Batterietransportwagens, und
- - Transportieren eines aufgeladenen Segments von der Ladevorrichtung zu dem Kraftwagen und Verbinden des aufgeladenen Segments mit dem restlichen elektrischen Energiespeicher.
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Das aufgeladene Segment kann das zuvor von dem elektrisch betreibbaren Kraftwagen zu der Ladevorrichtung transportierte Segment sein. Alternativ ist das aufgeladene Segment ein weiteres Segment, welches zuvor durch die Ladevorrichtung bevorratet wurde. Mit anderen Worten kann das einzelne der mehreren Segmente durch ein anderes, aufgeladenes Segment ersetzt werden. In diesem Fall ist es nicht nötig, das Aufladen des zur Ladevorrichtung transportierten Segments abzuwarten.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 in einer äußerst schematischen Seitenansicht ein Kraftfahrzeug, eine Ladevorrichtung sowie einen Batterietransportwagen; und
- 2 in einer schematischen Seitenansicht den Batterietransportwagen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 5 mit einem elektrischen Energiespeicher 3 und einem elektrischen Antrieb 50. Der elektrische Energiespeicher 3 ist dazu ausgebildet, den elektrischen Antrieb 50 über einen Umrichter 51 mit elektrischer Energie zu versorgen. Bei dem Kraftfahrzeug 5 handelt es sich insbesondere um einen Kraftwagen, vorzugsweise einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen oder einen Bus. Das Kraftfahrzeug 5 ist insbesondere als Elektrofahrzeug oder als Hybrid-Fahrzeug ausgeführt. Mit anderen Worten ist das Kraftfahrzeug 5 zumindest teilweise mittels des elektrischen Antriebs 50 antreibbar. Zur Versorgung des Kraftfahrzeugs 5 mit elektrischer Energie kann es notwendig sein, den elektrischen Energiespeicher 3 aufzuladen.
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Der elektrische Energiespeicher 3 weist ein Gehäuse 52 auf. Innerhalb des Gehäuses 52 sind mehrere Segmente 4 angeordnet. Jedes der Segmente 4 weist zumindest eine Zelle auf. Insbesondere sind in jedem der Segmente 4 mehrere Zellen parallel und/oder in Reihe miteinander verschaltet. Die einzelnen Segmente 4 können wiederum jeweils in einer Reihenschaltung oder einer Parallelschaltung oder einer Mischung aus Parallel- und Reihenschaltungen miteinander verbunden sein. Insbesondere handelt es sich bei dem elektrischen Energiespeicher 3 um eine sogenannte Traktionsbatterie. Vorteilhafterweise ist der elektrische Energiespeicher 3 als Hochvoltspeicher mit einer nominellen Spannung von zumindest 80 Volt, vorzugsweise 400 Volt oder 800 Volt ausgeführt. Der elektrische Energiespeicher 3 kann zusätzlich zu einer im Folgenden genauer beschriebenen Lademöglichkeit als Ganzes mittels eines Stromanschlusses am Kraftfahrzeug 5 aufladbar sein. Mit anderen Worten kann das Kraftfahrzeug 5 dazu ausgebildet sein, den elektrischen Energiespeicher 3 mittels elektrischer Energie, die über ein Kabel aus einer Ladesäule empfangen wird, aufzuladen.
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Zusätzlich sind die einzelnen Segmente 4 jeweils einzeln durch eine Ladevorrichtung 6 aufladbar. Hierzu ist ein Batterietransportwagen 1 vorgesehen, der dazu eingerichtet ist, eines oder mehrere der Segmente 4 von den übrigen der mehreren Segmente 4 zu trennen und das eine beziehungsweise die mehreren Segmente 4, welche getrennt wurden, zu der Ladevorrichtung 6 zu transportieren. Dabei ist der Batterietransportwagen 1 derart ausgestaltet, dass er höchstens die Hälfte der Segmente 4 auf einmal transportieren kann. Der Batterietransportwagen 1 ist in einem Inneren des Kraftfahrzeugs 5 verstaubar. Beispielsweise kann der Batterietransportwagen 1 über eine Rampe 10 des Kraftfahrzeugs 5 aus diesem herausfahren. Der Batterietransportwagen 1 wird im Folgenden anhand der 2 genauer erläutert.
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1 zeigt außerdem die Ladevorrichtung 6. Die Ladevorrichtung 6 weist mehrere Ladeanschlüsse 9 auf, wobei jeder der Ladeanschlüsse 9 zum Aufladen eines der Segmente 4 ausgebildet ist. Die Ladeanschlüsse 9 sind in einem Lagerbereich 7 geführt, wobei der Lagerbereich 7 zur Bevorratung von Segmenten 8 ausgebildet ist. Die Segmente 8 sind dabei vorteilhafterweise baugleich zu den Segmenten 4 des Energiespeichers 3. Auf diese Weise ist es ermöglicht, dass die Segmente 4 des Kraftfahrzeugs 5 durch bereits aufgeladene Segmente 8 aus der Ladevorrichtung 6 ersetzt werden. Auf diese Weise kann der elektrische Energiespeicher 3 besonders schnell aufgeladen werden, indem Segmente 4 aus dem Energiespeicher 3 durch aufgeladene Segmente 8 aus der Ladevorrichtung ersetzt werden. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass der Batterietransportwagen 1 Segmente 4 aus dem Energiespeicher 3 zur Ladevorrichtung 6 transportiert und diese dort an die Ladeanschlüsse 9 anschließt. Mit anderen Worten werden die Segmente 4 aus dem Kraftfahrzeug 5 jeweils einzeln oder zu mehreren zu der Ladevorrichtung 6 transportiert. Dort werden das transportierte oder die transportierten Segmente 4 durch die Ladevorrichtung 6 aufgeladen. Aufgeladene Segmente 8 wiederum werden durch den Batterietransportwagen 1 von der Ladevorrichtung 6 zum Kraftfahrzeug 5 transportiert und dort bestimmungsgemäß in das Batteriegehäuse 52 eingebaut beziehungsweise angeordnet. Der Batterietransportwagen 1 ist dabei in seinen Abmessungen derart gestaltet, dass er bei einer Fahrt nur einen Teil der Segmente 4 zu der Ladevorrichtung 6 transportieren kann. Dies ermöglicht eine besonders kleine und somit leicht verstaubare Ausführung des Batterietransportwagens 1. Auf der anderen Seite ermöglicht es, einen verglichen mit der Gesamtgröße der Segmente 4 kleinen Batterietransportwagen 1 in mehreren Fahrten nacheinander alle Segmente 4 des elektrischen Energiespeichers 3 von dem Kraftfahrzeug 5 zur Ladevorrichtung 6 zu transportieren.
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Insbesondere sind somit zwei unterschiedliche Verfahren zum Versorgen des Kraftfahrzeugs 5 mit elektrischer Energie denkbar: Transportieren der Segmente 4 zu der Ladevorrichtung 6, Aufladen der Segmente 4 durch die Ladevorrichtung 6 und anschließend Transportieren der nunmehr aufgeladenen Segmente 4 von der Ladevorrichtung 6 zum Kraftfahrzeug 5. Die andere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, die Segmente 4 nacheinander während mehrerer Fahrten zu der Ladevorrichtung 6 zu transportieren. Dort werden die Segmente 4 durch bereits bevorratete, aufgeladene Segmente 8 ersetzt, welche zum Kraftfahrzeug 5 gebracht werden. Dabei kann der Batterietransportwagen 1 mehrfach zwischen Kraftfahrzeug 5 und Ladevorrichtung 6 verkehren, wobei auf dem Weg zur Ladevorrichtung 6 auf die mehreren Fahrten verteilt die Segmente 4 aus dem Kraftfahrzeug 5 transportiert werden. Auf den jeweils abwechselnden Fahrten zurück zum Kraftfahrzeug 5 transportiert der Batterietransportwagen 1 dann die bereits aufgeladene und in der Ladevorrichtung 6 bevorrateten Segmente 8. Nachdem alle Segmente 4 durch aufgeladene Segmente 8 ersetzt sind, ist der elektrische Energiespeicher 3 wieder vollständig mit elektrischer Energie geladen. Bei der ersten Möglichkeit hingegen transportiert der Batterietransportwagen 1 nacheinander mehrere, insbesondere alle, der Segmente 4 hin zur Ladevorrichtung 6. Anschließend werden die Segmente 4 aufgeladen. Nachdem der Ladevorgang der Segmente 4 abgeschlossen ist oder zumindest teilweise abgeschlossen ist, werden die Segmente 4 durch die Batterietransportwagen 1 zurück zum Kraftfahrzeug 5 transportiert. Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass keine zusätzlichen Segmente bevorratet werden müssen. Selbstverständlich sind auch Mischformen denkbar und gelten auch als Teil der vorliegenden Anmeldung.
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2 zeigt nun den Batterietransportwagen 1. Der Batterietransportwagen 1 weist eine Fahrwerksanordnung 24 mit beispielsweise vier Rädern auf. Zum Ermöglichen der autonomen Fahrt beziehungsweise des autonomen Transportierens kann der Batterietransportwagen 1 eine Sensoreinrichtung 20 aufweisen. Die Sensoreinrichtung 20 kann beispielsweise eine Kamera, einen Ultraschallsensor, einen Lidar-Sensor, eine Stereokamera, einen beliebigen anderen Sensor und/oder eine Steuereinheit zum Auswerten entsprechender Sensorsignale umfassen. Zum Ermöglichen der Bewegungsfreiheit des Batterietransportwagens 1 umfasst der Batterietransportwagen 1 ein Fahrgestell mit Rädern, beispielsweise vier Rädern. Eine Transportvorrichtung 23 ist zum Transportieren der Segmente 4 ausgebildet. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei der Transportvorrichtung 23 um eine Ladefläche. Zur Positionsbestimmung kann die Sensoreinheit 20 alternativ oder zusätzlich zu den bereits genannten Sensoren einen GPS-Sensor beziehungsweise GPS-Empfänger aufweisen. In der 2 nicht dargestellt ist eine zusätzliche Steuereinheit, beispielsweise ein Prozessor, der basierend auf Eingangssignalen eine Trajektorie für die Fahrt des Batterietransportwagens 1 berechnet und/oder eine Fahrt des Batterietransportwagens 1 entlang einer solchen Trajektorie steuert.
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Der Batterietransportwagen 1 weißt insbesondere eine Antriebseinheit auf, die zum Beschleunigen des Batterietransportwagens 1 ausgebildet ist. Insbesondere weist die Antriebseinheit einen Elektromotor, insbesondere einen Gleichstrommotor, eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine auf. Der Batterietransportwagen 1 kann dazu ausgebildet sein, die Antriebseinheit mit eines hierfür vorgesehenen Akkumulators des Batterietransportwagens 1 oder mittels einer Restladung in einem transportierten Segment 4, 8 mit elektrischer Energie zu versorgen. Eines oder mehrere Räder des Batterietransportwagens 1 können lenkbar sein. Insbesondere ist der Batterietransportwagen 1 nach Art eines funkferngesteuerten Autos oder Spielzeug-Autos ausgeführt. In manchen Ausführungsformen ist das Kraftfahrzeug 5 dazu ausgebildet, den Batterietransportwagen 1 über Funk zu steuern. In diesem Fall kann eine Sensorik des Kraftfahrzeugs 5 zum Navigieren des Batterietransportwagens 1 genutzt werden. Die Sensorik des Kraftfahrzeugs 5 ist beispielsweise dazu ausgebildet, hierzu den Batterietransportwagens 1, die Ladevorrichtung 6 und/oder einen jeweiligen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs 5, des Batterietransportwagens 1 und/oder der Ladevorrichtung 6 zu erfassen. Beispielsweise kann die Sensorik des Kraftfahrzeugs 5 eine Kamera, einen Radarsensor oder einen Lidar-Sensor umfassen.
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Zur Kommunikation mit der Ladevorrichtung 6 oder dem Kraftfahrzeug 5 oder beiden kann der Batterietransportwagen 1 eine Kommunikationseinheit 21 aufweisen. Die Kommunikationseinheit 21 kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, mit dem Kraftfahrzeug 5 oder der Ladevorrichtung 6 zu kommunizieren, um den Transport der Segmente 4, 8 zu steuern. Beispielsweise kann die Ladevorrichtung 6 ihre Position an den Batterietransportwagen 1 übermitteln. Der Batterietransportwagen 1 empfängt die Position der Ladevorrichtung 6 dabei beispielsweise über die Kommunikationseinheit 21. Beispielsweise empfängt der Batterietransportwagen 1 Steuerbefehle zum Steuern einer Fahrt des Batterietransportwagens 1 über die Kommunikationseinheit 21 von dem Kraftfahrzeug 5.
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Der Batterietransportwagen 1 kann eine Greifeinheit 22 aufweisen, welche beispielsweise einen Greifarm umfasst. Die Greifeinheit 22 kann dazu ausgebildet sein, Segmente 4 des elektrischen Energiespeichers 3 aus dem Batteriegehäuse 52 auszubauen beziehungsweise von den anderen der Segmente 4 zu trennen. Die ausgebauten Segmente 4 können dann durch die Greifeinheit 22 auf der Transportvorrichtung 23 angeordnet werden. Außerdem ist die Greifeinheit 22 vorteilhafterweise dazu ausgebildet, aufgeladene Segmente 8 beziehungsweise die Segmente 4, nachdem diese aufgeladen wurden, in das Batteriegehäuse 52 einzubauen beziehungsweise in dem Batteriegehäuse 52 anzuordnen. Insbesondere kann die Greifeinheit 22 dazu ausgebildet sein, aufgeladene Segmente 8 beziehungsweise die Segmente 4, nachdem diese aufgeladen wurden, mit dem restlichen elektrischen Energiespeicher 3 beziehungsweise den übrigen in dem elektrischen Energiespeicher 3 angeordneten Segmenten 4 zu verbinden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batterietransportwagen
- 3
- Energiespeicher
- 4
- Segment
- 5
- Kraftfahrzeug
- 6
- Ladevorrichtung
- 7
- Lagerbereich
- 8
- Segmente
- 9
- Ladeanschluss
- 10
- Rampe
- 20
- Sensoreinheit
- 21
- Kommunikationseinheit
- 22
- Greifeinheit
- 23
- Transportvorrichtung
- 24
- Fahrwerksanordnung
- 50
- Antrieb
- 51
- Umrichter
- 52
- Batteriegehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4320993 C2 [0004]
- DE 102017201975 A1 [0005]
