DE102020127146A1

DE102020127146A1 - Mobile ladestationen mit brennstoffzellengeneratoren für fahrzeuge mit elektroantrieb

Info

Publication number: DE102020127146A1
Application number: DE102020127146.8A
Authority: DE
Inventors: Alan B. Martin; Matthew C. Kirklin; Charles E. Freese V; Margarita M. Mann; William H. Pettit
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2021-05-27
Also published as: CN112829624A; US11641128B2; US11152814B2; US20210155108A1; US20220014038A1

Abstract

Vorgestellt werden mobile Ladestationen zum Aufladen elektrifizierter Fahrzeuge, Verfahren zur Herstellung/Nutzung solcher mobiler Ladestationen und Parkeinrichtungen, die mit solchen mobilen Ladestationen ausgestattet sind. Eine mobile Ladestation umfasst einen Rahmen mit mehreren Antriebsrädern und eine Antriebsmaschine, die zum Antrieb der Räder zum Antrieb der Ladestation dient. Ein Wasserstoff-Speicherbehälter und eine Brennstoffzelle sind an dem Rahmen montiert. Die Brennstoffzelle oxidiert den aus dem Speicherbehälter erhaltenen Wasserstoff, um elektrischen Strom zu erzeugen. Ein elektrischer Kupplungsmechanismus verbindet die Brennstoffzelle mit einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb. Eine residente oder ferngesteuerte Steuerung ist so programmiert, dass sie Ladeanforderungen zum Aufladen von Fahrzeugen empfängt und daraufhin die Wegplandaten für die mobile Ladestation bestimmt. Die Steuerung befiehlt der Antriebsmaschine, die mobile Ladestation vom Ursprung des Ladegeräts zu einem Zielort des Ladegeräts anzutreiben, und ermöglicht es der Brennstoffzelle, elektrischen Strom an das Fahrzeug zu übertragen.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf elektrische Systeme zum Aufladen von Kraftfahrzeugen. Genauer gesagt, beziehen sich Aspekte dieser Offenbarung auf Systeme, Verfahren und Vorrichtungen zur Bereitstellung von entfaltbaren Ladevorrichtungen für Fahrzeuge mit Elektroantrieb.
Kraftfahrzeuge aus der aktuellen Produktion, wie z.B. das moderne Automobil, sind ursprünglich mit einem Antriebsstrang ausgestattet, der das Fahrzeug antreibt und die Bordelektronik des Fahrzeugs mit Strom versorgt. In Automobilanwendungen wird der Fahrzeugantriebsstrang beispielsweise im Allgemeinen durch eine Antriebsmaschine charakterisiert, die die Antriebskraft über eine automatische oder manuell geschaltete Kraftübertragung an das Endantriebssystem des Fahrzeugs (z.B. Differential, Achswellen, Straßenräder usw.) liefert. In der Vergangenheit wurden Kraftfahrzeuge aufgrund ihrer leichten Verfügbarkeit und der relativ niedrigen Kosten, des geringen Gewichts und des Gesamtwirkungsgrades mit einer ICE-Baugruppe (Hubkolben-Verbrennungsmotor) angetrieben. Zu diesen Motoren gehören Dieselmotoren mit Kompressionszündung (CI), Ottomotoren mit Fremdzündung (SI), Zwei-, Vier- und Sechstaktmotoren und Rotationsmotoren als einige nicht limitierende Beispiele. Hybridelektrische und vollelektrische Fahrzeuge hingegen nutzen alternative Energiequellen zum Antrieb des Fahrzeugs und minimieren oder eliminieren so die Abhängigkeit von einem auf fossilen Brennstoffen basierenden Motor für die Zugkraft.
Ein vollelektrisches Fahrzeug (FEV) - umgangssprachlich als „Elektroauto“ bezeichnet - ist eine Art von Fahrzeugkonfiguration mit Elektroantrieb, bei der der Verbrennungsmotor und die zugehörigen peripheren Komponenten vollständig aus dem Antriebssystem entfernt sind und sich ausschließlich auf elektrische Fahrmotoren für den Antrieb und zur Unterstützung von Zusatzlasten verlassen. Die Motorbaugruppe, das Kraftstoffversorgungssystem und das Auspuffsystem eines ICE-basierten Fahrzeugs werden in einem FEV durch einen oder mehrere Traktionsmotoren, eine Traktionsbatterie und Hardware zur Kühlung und Aufladung der Batterie ersetzt. Antriebsstränge von Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEV) verwenden dagegen mehrere Zugkraftquellen zum Antrieb des Fahrzeugs, wobei meist eine Verbrennungsmotorbaugruppe in Verbindung mit einem batterie- oder brennstoffzellenbetriebenen elektrischen Fahrmotor betrieben wird. Da Fahrzeuge mit Elektroantrieb vom Hybridtyp in der Lage sind, ihre Energie aus anderen Quellen als dem Motor zu beziehen, können die Motoren von Hybrid-Elektrofahrzeugen ganz oder teilweise abgeschaltet werden, während das Fahrzeug von dem/den Elektromotor(en) angetrieben wird.
Viele kommerziell erhältliche Hybrid- und vollelektrische Fahrzeuge (zusammen „Fahrzeuge mit Elektroantrieb“) verwenden eine wiederaufladbare Traktionsbatterie, um die für den Betrieb der Motoreinheit(en) des Antriebsstrangs erforderliche Energie zu speichern und zu liefern. Um Zugkraft mit ausreichender Fahrzeugreichweite zu erzeugen, ist ein Traktionsbatterie-Paket wesentlich größer, leistungsfähiger und kapazitätsmäßig höher als eine 12-Volt-Start-, Beleuchtungs- und Zündbatterie (SLI-Batterie). Heutige Traktionsbatterie-Pakete (auch als „Elektrofahrzeugbatterie“ oder „EVB“ bezeichnet) fassen Stapel von Batteriezellen zu einzelnen Batteriemodulen zusammen, die z.B. über ein Batteriegehäuse oder eine Tragschale auf dem Fahrzeugchassis montiert werden. Einige Fahrzeugbatteriesysteme verwenden mehrere unabhängig voneinander betreibbare Hochspannungs-Batteriepakete, um durch erhöhte Amperestunden eine höhere Spannungsabgabe und eine größere Systemkapazität zu erreichen. Ein dediziertes Batteriepack-Steuermodul (BPCM) regelt das Öffnen und Schließen der Batteriepack-Schütze, um zu bestimmen, welches Pack oder welche Packs den/die Traktionsmotor(en) des Fahrzeugs zu einem bestimmten Zeitpunkt antreiben. Ein Hochspannungs-Stromversorgungssystem regelt die Übertragung von Elektrizität zwischen dem (den) Fahrmotor(en) und dem (den) Batteriepack(s) eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb.
Mit der zunehmenden Verbreitung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen wird die Infrastruktur entwickelt und eingesetzt, um die tägliche Nutzung solcher Fahrzeuge praktikabel und bequem zu gestalten. Elektrofahrzeug-Versorgungsanlagen (EVSE) gibt es in vielen Formen, darunter auch Elektrofahrzeug-Ladestationen für Privathaushalte (EVCS), die von einem Fahrzeugeigentümer gekauft und betrieben werden (z.B. in der Garage des Eigentümers installiert), öffentlich zugängliche EVCS, die von öffentlichen Versorgungsunternehmen oder privaten Einzelhändlern verbreitet werden (z.B. an Tankstellen oder kommunalen Ladestationen), und hochentwickelte Hochspannungs- und Hochstrom-Ladestationen, die von Herstellern, Händlern und Tankstellen genutzt werden. Plug-in-Hybrid- und Elektrofahrzeuge können z.B. aufgeladen werden, indem ein Ladekabel des EVCS physisch mit einem komplementären Ladeanschluss des Fahrzeugs verbunden wird. Im Vergleich dazu nutzen drahtlose elektrische Ladesysteme die Induktion elektromagnetischer Felder (EMF) oder andere geeignete Techniken, um Fahrzeugladefunktionen ohne Ladekabel und Kabelanschlüsse zu ermöglichen. Es ist unumstößlich, dass eine groß angelegte Fahrzeugelektrifizierung wiederum den gleichzeitigen Aufbau einer leicht zugänglichen Ladeinfrastruktur erfordert, die den täglichen Fahrzeuggebrauch sowohl in städtischen als auch in ländlichen Szenarien unterstützen kann, und zwar sowohl für den Nah- als auch für den Fernverkehr.
BESCHREIBUNG
Vorgestellt werden verlegbare mobile Ladestationen zum Aufladen von Fahrzeugen mit Elektroantrieb, Verfahren zur Herstellung und Verwendung solcher mobiler Ladestationen und mit solchen mobilen Ladestationen ausgestattete Fahrzeugparkeinrichtungen. Als Beispiel werden manuelle und selbstfahrende mobile Ladegeräte zum Aufladen von Batterien in Fahrzeugen vorgestellt, die in Parkhäusern, auf Parkplätzen und anderen öffentlichen oder privaten Parkeinrichtungen geparkt sind. Das steckerfertige und induktive Gleichstrom-Schnellladen (DC) von elektrifizierten Fahrzeugen wird durch ein kompaktes, hochleistungsfähiges Brennstoffzellensystem ermöglicht, das in ein EVCS auf Rädern oder Schienen eingebaut ist. Die mobile Ladestation verwendet lokal gespeicherten Wasserstoff und macht somit einen verbrennungsbasierten Generator oder verkabelte elektrische Verbindungen zu den Stromnetzen der Versorgungsunternehmen überflüssig. Manuelle Konfigurationen können so kompakt, leicht und mobil sein, dass ein einzelner Erwachsener von durchschnittlicher Größe und Gewicht die mobile Ladestation innerhalb eines Parkhauses oder Parkplatzes manipulieren kann. Autonome Implementierungen können den selektiven Einsatz einer Flotte mobiler Ladestationen automatisieren, indem sie zentralisierte und/oder verteilte Steuerungssysteme in Verbindung mit einem Netzwerk von Schienen, Funkbaken-Transpondern, Hochfrequenz (HF)-Senderspuren, Magnet-/Farbband und/oder über eine visionsgesteuerte Mobilität mit geräteintegrierter Routenplanung einsetzen.
Zu den Vorteilen vieler der offenbarten Konzepte gehört möglicherweise der Wegfall der Notwendigkeit großvolumiger, netzbasierter EVCS, die fest an der Parkinfrastruktur montiert sind. Verlegbare und gemeinsam nutzbare mobile Ladestationen eliminieren die damit verbundenen Kosten, den Wartungsaufwand, die Installationszeit und den speziellen Platz für fest installierte EVCS. Zu den weiteren Vorteilen gehört der Einsatz von Brennstoffzellen zum Aufladen von Fahrzeugen, wodurch die Abhängigkeit von öffentlichen Stromnetzen entfällt, die teuer (z.B. Leistungsfaktor und Spitzenlastabzüge) oder nicht verfügbar (z.B. Stromausfälle) sein können. Für Parkplatzbesitzer bieten diese mobilen Ladestationen eine relativ geringe finanzielle Investition im Vergleich zur Installation von EVCS an jeder Stelle oder auf jedem eigenen Grundstück (d.h. die mobile Ladung kann von mehreren Fahrzeugen gemeinsam genutzt und zwischen mehreren Grundstücken transportiert werden). Für Besitzer von Fahrzeugen mit Elektroantrieb bieten diese mobilen Ladestationen eine größere Reichweite bei geringerer Reichweitenangst, da sie eine weiträumige Verteilung der Ladegeräte ermöglichen. Für Besitzer/Betreiber von mobilen Ladegeräten bieten diese mobilen Ladestationen keine Kohlenwasserstoffgas- und Partikelemissionen, schnelle Ladekapazität, hohe Energiedichte, dynamische Reaktion auf Ladeanforderungen und eine kostengünstige Energieversorgung.
Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf mobile Gleichstrom-Schnellladegeräte mit Brennstoffzellengeneratoren an Schnellladestationen (FCS) zum Aufladen von elektrifizierten Fahrzeugen. In einem Beispiel wird eine mobile Ladestation vorgestellt, die einen auf mehreren Antriebsrädern getragenen starren Rahmen und eine am Rahmen montierte Antriebsmaschine (z.B. Motor und/oder Motor) umfasst, die so betrieben werden kann, dass sie eines oder mehrere dieser Räder antreibt, um die mobile Ladestation anzutreiben. Ein oder mehrere Wasserstoffspeicherbehälter und ein elektrochemisches Brennstoffzellensystem sind ebenfalls am Rahmen montiert. Die Brennstoffzelle ist mit dem (den) Wasserstoff-Speicherbehälter(n) fluidisch verbunden und kann den daraus erhaltenen Wasserstoff oxidieren, um elektrischen Strom zu erzeugen. Ebenfalls am Rahmen montiert sind ein oder mehrere elektrische Kopplungsmechanismen, wie z.B. ein elektrischer Steckverbinder und/oder ein elektromagnetisches, drahtloses Ladekissen, die die Brennstoffzelle operativ mit einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb verbinden.
Um mit dem obigen Beispiel fortzufahren, umfasst die mobile Ladestation auch eine eingebaute oder ferngesteuerte Steuerung, die entweder direkt oder über ein eingebautes Steuermodul mit der Antriebsmaschine und der Brennstoffzelle kommuniziert. Die Steuerung des mobilen Ladegeräts ist so programmiert, dass es Ladeanforderungssignale zum Aufladen von Fahrzeugen mit Elektroantrieb empfängt und daraufhin die Pfadplaninformationen des Ladegeräts mit Angaben zum Standort des Ladegeräts/zu den Ursprungsdaten, zum Standort des Fahrzeugs/zu den Zieldaten des Ladegeräts, zu den Streckendaten usw. für die mobile Ladestation bestimmt. Unter Verwendung der abgeleiteten Pfadplandaten befiehlt die Steuerung der Antriebsmaschine, die mobile Ladestation vom Ursprungsort des Ladegeräts zu einem oder mehreren Zielorten des Ladegeräts zu fahren. Dies kann Befehlssignale an ein residentes Lenksystem zur Durchführung von Navigationsoperationen und Befehlssignale an ein residentes Bremssystem zur Durchführung intermittierender Stopps zum Laden einer Reihe geparkter Fahrzeuge umfassen. Die Steuerung ermöglicht es der Brennstoffzelle gleichzeitig, über einen verfügbaren elektrischen Kopplungsmechanismus elektrischen Strom an den Traktionsbatterieblock jedes wartenden Fahrzeugs zu übertragen.
Weitere Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf Parkeinrichtungen mit einer Flotte von FCS-Mobil-Gleichstrom-Schnellladegeräten zum Aufladen heterogener Fahrzeugtypen. In der hier verwendeten Form können die Begriffe „Fahrzeug“ und „Kraftfahrzeug“ austauschbar und synonym verwendet werden, um jede relevante Fahrzeugplattform einzubeziehen, wie z.B. Personenfahrzeuge (z.B. mit innerer Verbrennung, Hybrid-Elektro, vollelektrisch, Brennstoffzelle, voll- und teilautonom usw.), Nutzfahrzeuge, Industriefahrzeuge, Kettenfahrzeuge, Gelände- und Geländefahrzeuge (ATV), Motorräder, landwirtschaftliche Geräte, Wasserfahrzeuge, Flugzeuge usw. In einem Beispiel wird ein mobiles Ladesystem vorgestellt, das das Aufladen mehrerer Fahrzeuge mit Elektroantrieb erleichtert, die z.B. auf einem Parkplatz, einem Dock oder in einer Garage geparkt, angedockt oder untergebracht sind. Das mobile Ladesystem umfasst ein Schienennetz und/oder einen geführten Weg, der zu einer Reihe von Parkplätzen führt, von denen jeder eines der wartenden Fahrzeuge aufnimmt. Das Ladesystem umfasst auch mehrere mobile Ladestationen, wie die in den vorhergehenden Absätzen beschriebenen, um die geparkten Fahrzeuge aufzuladen.
Außerdem werden hier Steueralgorithmen und Verarbeitungslogik für die Herstellung oder den Einsatz eines der offenbarten mobilen Abrechnungssysteme und -geräte vorgestellt. In einem Beispiel wird ein Verfahren zum Zusammenbau einer mobilen Ladestation zum Aufladen eines Traktionsbatterie-Pakets eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb vorgestellt. Dieses repräsentative Verfahren umfasst in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination mit einer der oben und unten angegebenen Optionen und Merkmale: Anbringen einer Vielzahl von Antriebsrädern an einen Rahmen des Ladegeräts; Anbringen einer Antriebsmaschine an den Rahmen des Ladegeräts, wobei die Antriebsmaschine so betrieben werden kann, dass sie eines oder mehrere der Antriebsräder antreibt, um dadurch die mobile Ladestation anzutreiben; Anbringen eines Wasserstoffspeicherbehälters an den Rahmen des Ladegeräts; Anbringen einer elektrochemischen Brennstoffzelle an den Rahmen des Ladegeräts; Fluidverbinden der Brennstoffzelle mit dem Wasserstoffspeicherbehälter, wobei die Brennstoffzelle so eingerichtet ist, dass sie aus dem Wasserstoffspeicherbehälter erhaltenen Wasserstoff oxidiert und dadurch elektrischen Strom erzeugt; Montieren eines elektrischen Kopplungsmechanismus an den Rahmen des Ladegeräts, wobei der elektrische Kopplungsmechanismus so eingerichtet ist, dass er die Brennstoffzelle operativ mit dem Batteriepack des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs verbindet; und kommunikatives Verbinden einer mobilen Ladegerätsteuerung mit der Antriebsmaschine und der Brennstoffzelle. Das mobile Ladegerät-Steuergerät ist so programmiert, dass es jede der oben und unten angegebenen Steuervorgänge ausführt.
Die obige Zusammenfassung soll nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellen. Vielmehr bietet die vorstehende Zusammenfassung lediglich eine Veranschaulichung einiger der hier dargelegten neuartigen Konzepte und Merkmale. Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und damit verbundene Vorteile dieser Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der illustrierten Beispiele und repräsentativen Modi zur Durchführung der vorliegenden Offenbarung leicht ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Figuren und den beigefügten Ansprüchen genommen werden. Darüber hinaus umfasst diese Offenbarung ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der oben und unten dargestellten Elemente und Merkmale.
Figurenliste

1 ist eine teilweise schematische, seitliche Darstellung einer weggeführten mobilen Ladestation mit einem Brennstoffzellengenerator, die ein repräsentatives Fahrzeug mit Elektroantrieb gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung auflädt.
2 ist eine teilweise schematische, seitliche Darstellung einer schienengebundenen mobilen Ladestation mit einem Brennstoffzellengenerator, die ein repräsentatives Fahrzeug mit Elektroantrieb gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung auflädt.
3 ist ein Flussdiagramm, das eine repräsentative Kontrollstrategie für die Automatisierung des Betriebs einer mobilen Ladestation veranschaulicht, die gespeicherten Befehlen entsprechen kann, die von einer residenten oder entfernten Steuereinheit, einem Steuerlogik-Schaltkreis, einer programmierbaren elektronischen Steuereinheit oder einer anderen integrierten Schaltung (IC) oder einem Netzwerk von IC-Geräten in Übereinstimmung mit Aspekten der offenbarten Konzepte ausgeführt werden.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein repräsentatives Herstellungsprotokoll für den Zusammenbau mobiler Ladestationen veranschaulicht, das gespeicherten Anweisungen entsprechen kann, die von einer residenten oder entfernten Steuerung, einer Steuerlogikschaltung, einer programmierbaren elektronischen Steuereinheit oder einer anderen integrierten Schaltung (IC) oder einem Netzwerk von IC-Geräten in Übereinstimmung mit Aspekten der offenbarten Konzepte ausgeführt werden.

Die vorliegende Offenbarung ist verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen zugänglich, und einige repräsentative Ausführungsformen sind in den Figuren beispielhaft dargestellt und werden hier ausführlich beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die neuartigen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die besonderen Formen beschränkt sind, die in den oben aufgezählten Figuren dargestellt sind. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen, Unterkombinationen, Permutationen, Gruppierungen und Alternativen umfassen, die in den Geltungsbereich dieser Offenbarung fallen, wie sie z.B. von den beigefügten Ansprüchen umfasst werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung kann in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden. Repräsentative Ausführungsformen der Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden hier im Detail beschrieben, wobei diese Ausführungsformen als Beispiel für die offenbarten Prinzipien und nicht als Einschränkung der allgemeinen Aspekte der Offenbarung dienen. Insofern sollten Elemente und Einschränkungen, die z.B. in den Abschnitten „Zusammenfassung“, „Einleitung“, „Beschreibung“ und „Ausführliche Beschreibung“ beschrieben, aber nicht ausdrücklich in den Ansprüchen dargelegt sind, weder einzeln noch kollektiv, durch Implikation, Schlussfolgerung oder auf andere Weise in die Ansprüche aufgenommen werden.
Für die Zwecke dieser ausführlichen Beschreibung gilt, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen: Der Singular schließt den Plural ein und umgekehrt; die Wörter „und“ und „oder“ sind sowohl konjunktive als auch disjunktive Wörter; die Wörter „alle“ und „jede“ bedeuten „alle und jede“; und die Wörter „einschließlich“, „enthaltend“, „umfassend“, „mit“, „haben“ und dergleichen bedeuten jeweils „einschließlich ohne Einschränkung“. Darüber hinaus können hier Näherungswörter wie „ungefähr“, „fast“, „im Wesentlichen“, „allgemein“, „annähernd“ und dergleichen jeweils im Sinne von „an, in der Nähe oder nahezu an“ oder „innerhalb von 0-5% von“ oder „innerhalb annehmbarer Fertigungstoleranzen“ oder einer logischen Kombination davon verwendet werden. Schließlich können Richtungsadjektive und Adverbien, wie z.B. vorwärts, rückwärts, innenbords, außenbords, steuerbords, backbords, vertikal, horizontal, aufwärts, abwärts, vorne, hinten, links, rechts usw., in Bezug auf ein Kraftfahrzeug verwendet werden, wenn das Fahrzeug betriebsmäßig auf einer horizontalen Fahrfläche ausgerichtet ist.
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen sich die Referenznummern auf die gleichen oder ähnliche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, wird in 1 und 2 eine schematische Darstellung eines repräsentativen Automobils gezeigt, das in der Regel mit 10 bezeichnet und hier zu Diskussionszwecken als sedan-ähnliches, hybridelektrisches oder vollelektrisches („Elektroantrieb“) Personenfahrzeug dargestellt wird. In einer Fahrzeugkarosserie 12 des Automobils 10, z.B. in einer Fahrgastzelle, einem Kofferraum oder einem speziellen Batteriefach, befindet sich eine Traktionsbatterie 14, die eine Elektromotor-Generator-Einheit (MGU) 16 antreibt, die wiederum eines oder mehrere der Laufräder 18 des Fahrzeugs antreibt, um dadurch das Fahrzeug 10 anzutreiben. Das abgebildete Automobil 10 - hier auch als „Kraftfahrzeug“ oder kurz „Fahrzeug“ bezeichnet - ist lediglich eine beispielhafte Anwendung, mit der Aspekte und Merkmale dieser Offenbarung geübt werden können. In gleicher Weise sollte auch die Umsetzung der vorliegenden Konzepte für die in den und dargestellten spezifischen Architekturen der Elektrofahrzeug-Versorgungsanlagen (EVSE) als beispielhafte Anwendung der offenbarten Konzepte und Merkmale gewürdigt werden. Als solche wird davon ausgegangen, dass Aspekte und Merkmale dieser Offenbarung auf andere Typen von EVSE angewandt und für jeden logisch relevanten Fahrzeugtyp implementiert werden können. Darüber hinaus wurden nur ausgewählte Komponenten des Fahrzeugs und des EVSE gezeigt und werden hier zusätzlich detailliert beschrieben. Nichtsdestotrotz können die nachfolgend besprochenen Kraftfahrzeuge und EVSE-Architekturen zahlreiche zusätzliche und alternative Merkmale sowie andere kommerziell erhältliche periphere Komponenten enthalten, z.B. zur Ausführung der verschiedenen Protokolle und Algorithmen dieser Offenbarung.
1 ist eine vereinfachte Darstellung des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 10, das auf einer Parklücke 11 einer Parkeinrichtung 13 steht und funktionsfähig mit einer mobilen Ladestation 20 gekoppelt ist, um ein an Bord befindliches wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) aufzuladen, wie z.B. eine Hochspannungs-Gleichstrom-(DC)-Traktionsbatterie 14. Das Traktionsbatterie-Paket 14 kann viele geeignete Konfigurationen annehmen, einschließlich einer Reihe von Blei-Säure-, Lithium-Ionen- oder anderen wiederaufladbaren elektrischen Fahrzeugbatterien (EVB). Um eine funktionsfähige Kopplung zwischen der Traktionsbatterie 14 und der mobilen Ladestation 20 herzustellen, kann das Fahrzeug 10 eine induktive Ladekomponente 22, z.B. mit einer integrierten Induktionsspule, enthalten, die an der Unterseite des Fahrzeugaufbaus 12 montiert ist. Diese induktive Ladekomponente 22 fungiert als drahtlose Ladeschnittstelle, die mit einem entfaltbaren drahtlosen Ladepad 24, z.B. mit einer internen EMF-Spule, der mobilen Ladestation 20 kompatibel ist. In dem abgebildeten Beispiel fährt die mobile Ladestation 20 entlang einer Bodenfläche der Parkeinrichtung 13 und positioniert sich entsprechend einem „Zielort“, der als gewünschter Ort zum Zwecke des effizienten und effektiven drahtlosen Aufladens des Fahrzeugs 10 dient. Insbesondere 1 zeigt die mobile Ladestation 20, die an einem Ort angehalten wird, der so festgelegt ist, dass die drahtlose Ladestation 24 sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung im Wesentlichen mit der induktiven Ladekomponente 22 ausgerichtet ist. Anders ausgedrückt, das Fahrzeug 10 und die Ladestation 20 von 1 werden als in korrekter Ausrichtung von vorne nach hinten und in korrekter Ausrichtung von Steuerbord nach Steuerbord auf einen bestimmten Zielort betrachtet, um ein induktives Ladeereignis für das Fahrzeug 10 abzuschließen.
Die mobile Ladestation 20 kann jede bisher und im Folgenden entwickelte Art von drahtgebundener und/oder drahtloser Ladetechnologie verwenden, einschließlich induktives Laden, Funkladung und Resonanzladung, als einige nicht einschränkende Beispiele. In Übereinstimmung mit der elektromagnetischen Induktionsladetechnologie kann das repräsentative drahtlose Ladekissen 24 von 1 mit elektrischem Strom aktiviert werden, um in der Nähe der induktiven Ladekomponente 22 ein elektromagnetisches Wechselfeld zu erzeugen. Dieses Magnetfeld induziert wiederum einen elektrischen Strom in der induktiven Ladekomponente 22 des Fahrzeugs 10. Der induzierte Strom kann durch eine fahrzeugeigene elektrische Modulationsschaltung gefiltert, verringert und/oder phasenverschoben werden, um die Traktionsbatterie 14 oder eine andere Energiequelle des Fahrzeugs 10 zu laden (z.B. eine standardmäßige 12V-Blei-Säure-Start-, Beleuchtungs- und Zündbatterie (SLI-Batterie), ein Hilfsstrommodul usw.). Eine optimale drahtlose Ladeleistung kann erreicht werden, wenn das Fahrzeug 10 so auf die Ladestation 20 ausgerichtet wird, dass die maximal verfügbare EMF-Kraft von der drahtlosen Ladefläche 24 auf die induktive Ladekomponente 22 übertragen wird.
Das Traktionsbatterie-Paket 14 speichert Energie, die für den Antrieb durch die elektrische(n) Maschine(n) 16 und für den Betrieb anderer elektrischer Fahrzeugsysteme verwendet werden kann. Das Traktionsbatterie-Paket 14 ist kommunikativ (verdrahtet oder drahtlos) mit einer oder mehreren Fahrzeug-Steuerungen verbunden, die in 1 durch die elektronische Steuereinheit (ECU) 26 dargestellt werden, die den Betrieb verschiedener Fahrzeugkomponenten an Bord regelt. Von der ECU 26 gesteuerte Schütze können z.B. das Traktionsbatterie-Paket 14 im geöffneten Zustand von anderen Komponenten trennen und das Traktionsbatterie-Paket 14 im geschlossenen Zustand mit anderen Komponenten verbinden. Die ECU 26 ist auch mit jeder Elektromotor-Generator-Einheit 16 kommunikativ verbunden, um z.B. die bidirektionale Energieübertragung zwischen dem Traktionsbatterie-Paket 14 und der MGU 16 zu steuern. So kann z.B. die Traktionsbatterie 14 eine Gleichspannung liefern, während der/die Motor-Generator(en) 16 mit einem dreiphasigen Wechselstrom betrieben werden kann/können; in einem solchen Fall wandelt die ECU 26 die Gleichspannung in einen dreiphasigen Wechselstrom zur Verwendung durch den/die Motor-Generatoren) 16 um. In einem regenerativen Modus, in dem die elektrische(n) Maschine(n) 16 als Generatoren fungieren, kann die ECU 26 den Dreiphasen-Wechselstrom des Motor-Generators (der Motor-Generatoren) 16 in eine Gleichspannung umwandeln, die mit der Traktionsbatterie 14 kompatibel ist. Es wird auch gezeigt, wie die repräsentative ECU 26 mit der Ladekomponente 22 kommuniziert, um z.B. die von der mobilen Ladestation 20 an den Batteriesatz 14 gelieferte Energie so zu konditionieren, dass ein korrektes Spannungs- und Stromniveau gewährleistet ist. Die ECU 26 kann auch eine Schnittstelle mit einem in der mobilen Ladestation 20 verpackten residenten Ladegerät-Steuerung 60 bilden, um z.B. die Stromzufuhr von der Ladestation 20 zum Fahrzeug 10 zu koordinieren.
Die mobile Ladestation 20 von 1 bietet auch das kabelgebundene Laden für das Elektrofahrzeug 10 über einen „steckbaren“ elektrischen Verbinder 32, der einer von mehreren verschiedenen handelsüblichen elektrischen Verbindertypen sein kann. Als nicht einschränkendes Beispiel kann der elektrische Verbinder 32 ein elektrischer Verbinder der Society of Automotive Engineers (SAE) J1772 (Typ 1) oder J1772-2009 (Typ 2) mit ein- oder zweiphasigem Modus sein, der bei 120 bis 240 Volt (V) mit Wechselstrom (AC) mit bis zu 80 Ampere (A) Spitzenstrom für leitfähige Fahrzeugladung arbeitet. Darüber hinaus kann der Ladesteckverbinder 32 auch so konstruiert werden, dass er die in der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) 62196-3 Fdis und/oder IEC 62196-2 festgelegten Normen sowie alle anderen derzeit verfügbaren oder im Folgenden entwickelten Normen erfüllt. Eine Ladebuchse 34, die an der Außenseite der Fahrzeugkarosserie 12 zugänglich ist, ist eine verdrahtete Ladeschnittstelle, die als elektrischer Eingang fungiert, in den der elektrische Steckverbinder 32 eingesteckt oder anderweitig gekuppelt werden kann. Dieser Anschluss 34 ermöglicht es dem Benutzer, ein Elektrofahrzeug 10 über die Ladestation 20 leicht an eine leicht zugängliche Wechselstrom- oder Gleichstromquelle, wie z.B. ein öffentliches Versorgungsnetz, anzuschließen und von dieser zu trennen. Der Ladeanschluss 34 von 1 ist nicht auf eine bestimmte Konstruktion beschränkt und kann jede Art von Einlass, Anschluss, Verbindung, Buchse, Stecker usw. sein, die leitende oder andere Arten von elektrischen Verbindungen ermöglicht. Eine aufklappbare Ladeport-Tür (CPD) 36 an der Fahrzeugkarosserie 12 kann selektiv geöffnet und geschlossen werden, um die Ladebuchse 34 zugänglich zu machen bzw. abzudecken.
Als Teil des Fahrzeugauflade-Prozesses kann das Ladesystem die Verfügbarkeit des drahtgebundenen/ drahtlosen Aufladens, die Qualität der drahtlosen Stromversorgung und andere damit zusammenhängende Aspekte überwachen, die das Aufladen des Fahrzeugs beeinflussen können. Gemäß dem abgebildeten Beispiel kommunizieren die Fahrzeug-ECU 26 und/oder die mobile Ladegerät-Steuerung 60 von 1 miteinander und empfangen Sensorsignale von einem Überwachungssystem, das hier durch eine oder mehrere fahrzeugmontierte Sensorvorrichtungen 28 des Fahrzeugs 10 und/oder eine oder mehrere Ladegerät-Sensorvorrichtungen 30 der mobilen Ladestation 20 dargestellt wird. In der Praxis kann dieses Überwachungssystem einen einzelnen Sensor oder eine verteilte Sensorarchitektur mit einer Auswahl von Sensoren umfassen, die an ähnlichen oder alternativen Stellen wie in den Figuren dargestellt untergebracht sind. Ein CPD-Sensor 38, der am Ladeanschluss 34 montiert ist, kann einen Türstatus (offen/geschlossen) des CPD 36 erfassen und von der ECU 26 des Fahrzeugs abgefragt oder gelesen werden, um ihn zu bestimmen. Als weitere Option kann ein Verriegelungsknopf 40, mit dessen Hilfe der elektrische Verbinder 32 physisch an der Ladebuchse 34 befestigt und gesichert werden kann, einen internen Schalter (z.B. einen Schalter vom Typ SAE S3) enthalten, der als Sensoreinrichtung fungiert, um festzustellen, ob der elektrische Verbinder 32 operativ mit der Ladebuchse 34 verbunden ist oder nicht. Es gibt zahlreiche andere Arten von Abtastvorrichtungen, die verwendet werden können, einschließlich thermische Abtastvorrichtungen, wie z.B. passive thermische Infrarot-Sensoren, optische Abtastvorrichtungen, wie z.B. licht- und laserbasierte Sensoren, akustische Abtastvorrichtungen, wie z.B. akustische Oberflächenwellen- (SAW) und Ultraschallsensoren, kapazitive Abtastvorrichtungen, wie z.B. kapazitive Näherungssensoren usw.
Das repräsentative Fahrzeug 10 von 1 kann ursprünglich mit einer Fahrzeug-Telekommunikations- und Informationseinheit („Telematik“) 42 ausgestattet sein, die drahtlos (z.B. über Mobilfunkmasten, Basisstationen und/oder mobile Vermittlungszentren (MSCs) usw.) mit einem entfernt gelegenen oder „off-board“ befindlichen Cloud-Computing-System 44 kommuniziert. Die Telematikeinheit 42, die sowohl als Benutzer-Eingabegerät als auch als Fahrzeug-Ausgabegerät fungiert, kann mit einem elektronischen Videoanzeigegerät 46 und verschiedenen Eingabesteuerungen 48 (z.B. Tasten, Knöpfe, Schalter, Trackpads, Tastaturen, Touchscreens usw.) ausgestattet sein. Diese Telematik-Hardwarekomponenten können zumindest teilweise als ortsfestes Fahrzeugnavigationssystem, z.B. zur Ermöglichung einer unterstützten und/oder automatisierten Fahrzeugnavigation, und als Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI), z.B. zur Ermöglichung der Kommunikation eines Benutzers mit der Telematikeinheit 42 und anderen Systemen und Systemkomponenten des Fahrzeugs, fungieren 10. Die optionale Peripherie-Hardware kann ein Mikrofon umfassen, das einem Fahrzeuginsassen die Möglichkeit bietet, verbale oder andere akustische Befehle einzugeben; das Fahrzeug 10 kann mit einer eingebetteten Sprachverarbeitungseinheit ausgestattet sein, die mit einem Softwaremodul zur computergestützten Spracherkennung programmiert ist. Ein Fahrzeug-Audiosystem mit einer oder mehreren Lautsprecherkomponenten kann einem Fahrzeuginsassen eine hörbare Ausgabe liefern und kann entweder ein eigenständiges Gerät zur Verwendung mit der Telematikeinheit 42 sein oder Teil eines allgemeinen Audiosystems sein.
Unter kontinuierlicher Bezugnahme auf 1 ist die Telematikeinheit 42 ein Bordcomputer, der eine Mischung von Diensten sowohl einzeln als auch durch seine Kommunikation mit anderen vernetzten Geräten bereitstellt. Die Telematikeinheit 42 kann im Allgemeinen aus einem oder mehreren Prozessoren bestehen, von denen jeder als diskreter Mikroprozessor, anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC), dediziertes Steuermodul usw. ausgeführt sein kann. Fahrzeug 10 kann eine zentralisierte Fahrzeugsteuerung über eine ECU 26 bieten, die operativ mit einem oder mehreren elektronischen Speichergeräten 50 gekoppelt ist, von denen jedes die Form einer CD-ROM, einer Magnetplatte, eines IC-Geräts, eines Halbleiterspeichers (z.B. verschiedene Arten von RAM oder ROM) usw. mit einer Echtzeituhr (RTC) haben kann. Langstrecken-Fahrzeugkommunikationsfähigkeiten mit entfernten, außerhalb des Fahrzeugs vernetzten Geräten können über einen oder mehrere oder alle zellularen Chipsatz/ Komponenten, einen Navigations- und Ortungs-Chipsatz/ Komponenten (z.B. Global Positioning System (GPS)-Transceiver) oder ein drahtloses Modem bereitgestellt werden, die alle zusammen auf 52 vertreten sind. Drahtlose Konnektivität im Nahbereich kann über ein drahtloses Kommunikationsgerät mit kurzer Reichweite (z.B. eine Bluetooth®-Einheit oder einen NFC-Transceiver (Near Field Communications)), eine dedizierte DSRC-Komponente (Short Range Communications) und/oder eine Doppelantenne bereitgestellt werden, die alle zusammen unter 54 vertreten sind. Die verschiedenen oben beschriebenen Kommunikationsgeräte können so eingerichtet werden, dass sie Daten als Teil einer periodischen Übertragung in einem Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikationssystem (V2V) oder einem Fahrzeug-zu-alles-Kommunikationssystem (V2X) austauschen, z.B. Fahrzeug-zu-Infrastruktur (V21), Fahrzeug-zu-Fußgänger (V2P), Fahrzeug-zu-Gerät (V2D) usw.
Der Betrieb jeder der abgebildeten mobilen Ladestation 20 Komponenten kann durch eine bordeigene oder ferngesteuerte Steuerung oder ein verteiltes Netzwerk von Steuerungen und/oder Steuermodulen, wie z.B. die programmierbare Ladesteuerung 60, geregelt werden. Steuermodul, Modul, Regler, Steuereinheit, elektronische Steuereinheit, Prozessor und alle Permutationen davon können austauschbar und synonym verwendet werden, um eine oder mehrere Kombinationen einer oder mehrerer logischer Schaltungen, kombinatorischer logischer Schaltung(en), anwendungsspezifischer integrierter Schaltung(en) (ASIC), elektronischer Schaltung(en), Zentraleinheit(en) (z.B. Mikroprozessor(en)), Ein-/Ausgabeschaltung(en) und Vorrichtungen, geeigneter Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen und anderer Komponenten zur Bereitstellung der beschriebenen Funktionalität usw. zu bezeichnen. Zugehöriger Speicher und Speicher (z.B. Nur-Lese-Speicher, programmierbarer Nur-Lese-Speicher, Direktzugriffsspeicher, Festplatte, greifbarer Speicher usw.), unabhängig davon, ob er resident, entfernt oder eine Kombination aus beidem ist, speichern prozessorausführbare Software- und/oder Firmware-Programme oder -Routinen.
Software, Firmware, Programme, Instruktionen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe können austauschbar und synonym für alle prozessorausführbaren Befehlssätze, einschließlich Kalibrierungen und Nachschlagetabellen, verwendet werden. Die Steuerung 60 kann mit einem Satz von Steuerroutinen entworfen werden, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Steuerroutinen werden z.B. von einer Zentraleinheit ausgeführt und dienen zur Überwachung der Eingänge von Abtastvorrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen sowie zur Ausführung von Steuer- und Diagnoseroutinen zur Steuerung des Betriebs von Vorrichtungen und Stellgliedern. Zu diesen Eingängen können Fahrzeuggeschwindigkeits- und Beschleunigungsdaten, Getriebegangstatus, Fahrzeugrouten- und Wegplanungsdaten, Verkehrsflussdaten, georäumliche Daten, Fahrzeugdynamikdaten, Sensordaten usw. gehören. Die Routinen können in Echtzeit, kontinuierlich, systematisch, sporadisch und/oder in regelmäßigen Abständen ausgeführt werden, z. B. alle 100 Mikrosekunden, 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden usw., während der Nutzung oder des Betriebs des Fahrzeugs.
Die mobilen Ladestationen 20 und 120 der 1 und 2 sind für den Einsatz in Bereichen mit hohem Ladeverkehr konzipiert und für das gemeinsame Laden mehrerer Fahrzeuge und für den Einsatz an mehreren Standorten ausgerüstet. Beide Ladegeräte verwenden lokal gespeicherten Wasserstoff zum Betrieb eines internen Brennstoffzellensystems, das effizient elektrischen Strom zum Aufladen wartender Fahrzeuge erzeugt. Jedes der dargestellten Beispiele kann für jedes der beiden Beispiele angepasst werden: (1) vollautomatischen, selbstgeführten und selbstangetriebenen autonomen Betrieb; (2) manuellen Betrieb mit menschlichem Antrieb; und (3) drehmomentunterstützte, manuell angetriebene „Hybrid“-Varianten. Wie weiter unten ausführlicher erörtert wird, können die offenbarten mobilen Ladestationen auf einem am Boden montierten oder erhöhten Schienensystem, auf einem Portalnetz über Kopf, auf einem Rollen-, Band- oder Kettenfördersystem oder einer beliebigen Kombination davon fahren. Ebenso können offenbarte mobile Ladestationen Funkbaken oder digitalen Brotkrumen entlang eines geführten Weges folgen, sie können durch ein magnetisches/farbiges Bodenband, das einen geführten Weg abgrenzt, visuell geführt werden, sie können durch eine zentrale Steuerung oder eine beliebige Kombination davon automatisiert werden. Die Verwendung offenbarter mobiler Ladegeräte trägt dazu bei, die Anforderungen an die Standortmodifikation für ein EVCS, das mit einer Vorrichtung vergleichbar ist, zu verringern und gleichzeitig Flexibilität, Skalierbarkeit und Mitbenutzbarkeit, z.B. für mobile oder temporäre Standortanforderungen, zu gewährleisten.
Die mobile Ladestation 20 aus 1 kann repräsentativ für eine selbstfahrende und selbstgesteuerte Systemarchitektur sein, bei der eine oder mehrere Ladestationen 20 an vielen Orten, z.B. in einem ausgewiesenen Parkhaus oder auf einem Parkplatz, nach einem vordefinierten Zeitplan oder auf Anforderung der Endnutzer verteilt sind. Wie gezeigt, wird die mobile Ladestation 20 mit einem starren Rahmen des Ladegeräts 62 hergestellt, der in einem schützenden Ladegerätgehäuse 64 verpackt ist. Am Rahmen des Ladegeräts 62 sind mehrere Laufräder 66 drehbar montiert, die in die mobile Ladestation 20 eingreifen und diese über eine Bodenfläche GS-1 antreiben. Eine Antriebsmaschine 68, bei der es sich um einen Motor und/oder eine Maschine handeln kann, ist fest auf dem starren Rahmen des Ladegeräts 62 montiert. Die eingebaute Ladesteuerung 60 sendet Befehlssignale an die Antriebsmaschine 68, um ein Antriebsmoment zu erzeugen, das - direkt oder über eine Kraftübertragung - auf eines oder mehrere der Antriebsräder 66 übertragen wird. Dabei treibt die Antriebsmaschine 68 die mobile Ladestation 20 um die Parkeinrichtung 13 herum zu den verschiedenen Parkplätzen 11 an. Obwohl sie als Landfahrzeuge dargestellt und beschrieben werden, können die offenbarten mobilen Ladestationen auch für den Wasser- und Flugverkehr eingerichtet und in gleicher Weise für das Aufladen von Flugzeugen und Wasserfahrzeugen angepasst werden.
Zur Erzeugung des elektrischen Stroms, der zum Laden des Fahrzeugs 10 benötigt wird, ist die mobile Ladestation 20 mit einem elektrochemischen Brennstoffzellensystem 70 ausgestattet, das fest am Rahmen des Ladegeräts 62 innerhalb des schützenden Außengehäuses 64 des Ladegeräts montiert ist. Das Brennstoffzellensystem 70 ist z.B. über einen Schlauch, eine Rohrleitung oder eine andere geeignete Leitung mit einem Wasserstoffspeicherbehälter 72 fluidisch verbunden, der z.B. an der Außenseite des Gehäuses 64 des Ladegeräts 62 befestigt ist, um einen leichten Zugang zu ermöglichen. Der Wasserstoffspeicherbehälter 72 kann verschiedene handelsübliche Formen annehmen, einschließlich eines Flüssigwasserstoffspeichertanks, eines Druckwasserstoffgasspeichertanks, eines Metallhydridspeichertanks für festen Wasserstoff usw.
Das Brennstoffzellensystem 70 ist ein elektrochemischer Apparat, der im Allgemeinen aus einer Anodenelektrode besteht, die Wasserstoff (H2) aufnimmt, einer Kathodenelektrode, die Sauerstoff (O₂) aufnimmt, und einem Elektrolyten, der zwischen Anode und Kathode angeordnet ist. Eine elektrochemische Reaktion wird induziert, um Wasserstoffmoleküle an der Anode zu oxidieren, um freie Protonen (H⁺) zu erzeugen, die dann durch den Elektrolyten zur Reduktion an der Kathode mit einem Oxidationsmittel, wie z.B. Sauerstoff, geleitet werden. Insbesondere wird Wasserstoffgas in einer Oxidations-Halbzellenreaktion in der Anodenkatalysatorschicht katalytisch gespalten, um freie Wasserstoffprotonen und Elektronen zu erzeugen. Diese Wasserstoffprotonen gelangen durch den Elektrolyten zur Kathode, wo die Wasserstoffprotonen mit Sauerstoff und Elektronen in der Kathode reagieren und verschiedene Stapelnebenprodukte bilden. Die Elektronen von der Anode können jedoch nicht durch den Elektrolyten gelangen; diese Elektronen werden durch eine Last, wie z.B. den Fahrmotor eines Fahrzeugs oder eine nicht fahrzeuggebundene Last, die eine stationäre Stromerzeugung erfordert, umgeleitet, bevor sie zur Kathode geschickt werden.
Das elektrochemische Brennstoffzellensystem 70 aus 1 ist mit einem oder mehreren Brennstoffzellenstapeln 74 ausgestattet, die jeweils aus mehreren, z.B. elektrisch in Reihe geschalteten Brennstoffzellen vom Typ Polymerelektrolytmembran (PEM) bestehen. In der dargestellten Architektur ist jede Brennstoffzelle ein Mehrschichtaufbau, typischerweise mit einer Anodenseite 76 und einer Kathodenseite 78, die durch eine protonenleitende Perfluorsulfonsäure-Membran 80 getrennt sind. Eine Anoden-Diffusionsmedienschicht (nicht abgebildet) ist auf der Anodenseite 76 des PEM-Brennstoffzellenstapels 74 vorgesehen, wobei eine Anodenkatalysatorschicht zwischen der Membran 80 und der entsprechenden Diffusionsmedienschicht angeordnet ist und diese operativ verbindet. Ebenso ist eine Kathoden-Diffusionsmedienschicht (nicht abgebildet) auf der Kathodenseite 78 des PEM-Brennstoffzellenstapels 74 vorgesehen, wobei eine Kathodenkatalysatorschicht zwischen der Membran 80 und der entsprechenden Diffusionsmedienschicht angeordnet ist und diese operativ verbindet. Diese beiden Katalysatorschichten arbeiten mit der Membran 80 zusammen, um ganz oder teilweise eine Membran-Elektroden-Einheit (MEA) zu definieren.
Ausgewiesene mobile Ladestationen 20, 120 können die Parkeinrichtung 13 mit einer von mehreren Verfahren befahren, z.B: (1) den Funkbaken 82 folgen; (2) den Funksignalen von einem Führungsdraht 84 folgen; (3) dem farbigen oder magnetischen Band 86 folgen; und/oder (4) einer speziellen Beschilderung oder ausgewiesenen Landmarken 88 (z.B. Parkblöcke) folgen. Ein Funksignalempfänger 90, der die Beschaffenheit eines Radiofrequenz (RF)-Transceivers haben kann, ist am Rahmen des Ladegeräts 62 montiert, um Daten und Steuersignale mit dem Steuerung 60 des mobilen Ladegeräts auszutauschen. Dieser Funksignalempfänger 90 erkennt Funksignale, die von einem Funksender, wie z.B. einer Funkbake 82 und/oder einem Führungsdraht 84, ausgesendet werden. Diese Signale zeigen eine Route vom aktuellen Standort des Ladegeräts oder einem anderen Ursprung zu einer oder mehreren Ladestationen des Ladegeräts oder einem anderen Ziel an. Bei den Funkbaken 82 kann es sich um RF-Transponder handeln, die an der Bodenoberfläche GS-1 montiert oder als Halterungen an einer Decke oder Wand der Parkeinrichtung 13 aufgehängt werden. Die Ladesteuerung 60 kann einen Routenplanungsalgorithmus mit Geolokalisierungsdiagrammen, die die Funkbaken 82 auf die Parkeinrichtung abbilden, in einem residenten Speicher speichern oder von einem zentralisierten Steuerungsserver oder Cloud-Computing-Dienst 44 abrufen 13. Mit Hilfe des Routenplanungs-Tools und der Anlagendiagramme ist die Steuerung 60 in der Lage, eine abgeleitete Sequenz der Baken 82 als „Brotkrümel“ zu verwenden, um die mobile Ladestation 20 zwischen den Zielorten zu navigieren. Diese Transponder können im HF-Spektrum, im sichtbaren Lichtspektrum oder mit jeder anderen geeigneten Methode arbeiten.
Zusätzlich oder alternativ zu den Funkbaken 82 kann der Funksignalempfänger 90 in 1 drahtlos Signale erkennen, die vom Führungsdraht 84 ausgegeben werden, damit die mobile Ladestation 20 sich selbst lokalisieren und zwischen den angepeilten Parkplätzen selbst navigieren kann. Der Führungsdraht 84 ist ein elektrisch leitendes Element, das entweder in die Bodenfläche GS-1 der Parkeinrichtung 13 eingebettet, an einer Parkhauswand befestigt oder über Kopf geführt wird, um ein erfassbares Funksignal zu liefern. Von einem Prozessor ausführbare Routenplanungsalgorithmen nutzen diese Signale zur Ableitung von Wegplandaten, wie z.B. einer Turn-by-Turn-Richtungsliste, der die mobile Ladestation 20 folgt, um die Parkeinrichtung 13 zu navigieren.
Andere optionale Konfigurationen können alternative Sensortechniken nutzen, um die Automatisierung von mobilen Ladegeräten zu ermöglichen. Zum Beispiel kann die mobile Ladestation 20 einen Führungssensor 92 verwenden, der an der Unterseite des Rahmen des Ladegeräts 62 montiert und drahtgebunden/drahtlos mit der Steuerung 60 verbunden ist. Der Führungssensor 92 kann eine optische oder magnetische Abtastvorrichtung sein, die ein Führungs-Klebeband 86 erkennt, das an der Bodenfläche GS-1 der Parkeinrichtung 13 haftet. Der Führungssensor 92 kann eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD), einen Aktiv-Pixel-Sensor (APS) oder einen anderen geeigneten Fotodetektor enthalten, der eine vorbestimmte Farbe (z.B. Rosa oder Orange) erkennt, die der Farbe des Führungs-Klebebandes 86 entspricht. Das Führungs-Klebeband 86 kann die angrenzenden Bereiche der Parkeinrichtung 13 auskleiden und die einzelnen Parkplätze bezeichnen, die die mobile Ladestation 20 bedient. Die oben genannten Routenplanungsalgorithmen können einen optimalen Ladepfad ableiten, z.B. auf der Grundlage der kürzesten Entfernung, der kürzesten Fahrzeit, des First-in-first-out von Fahrzeugen usw. Der Führungssensor 92 kann auch oder alternativ dazu eine vordefinierte Farbe auf dem Boden, ausgewiesene Orientierungspunkte und/oder Schilder an der Wand erkennen, um die mobile Ladestation 20 visuell zu einem vorgesehenen Ort zu führen.
Es ist vorgesehen, dass die mobile Ladestation 20 eine Vielzahl von optionalen Ausrüstungen enthalten kann, um ein zügiges, bedarfsgerechtes Aufladen des Fahrzeugs zu erleichtern. Als nicht einschränkendes Beispiel ist in 1 ein Bedienersitz/Podest 94 dargestellt, der am Rahmen des Ladegeräts 62 montiert ist; der Bedienersitz/Podest 94 trägt darauf einen Benutzer (nicht abgebildet) der mobilen Ladestation 20. Ein manuell betätigter Lenkmechanismus, wie z.B. ein in der Armlehne montierter Joystick 96, ermöglicht es dem Benutzer, die Geschwindigkeit, Beschleunigung/Verzögerung und Fahrtrichtung der mobilen Ladestation 20 zu steuern. Der Joystick 96 ist operativ mit einem Steer-by-wire-Lenksystem 98 verbunden, das am Rahmen des Ladegeräts angebracht ist und eines oder mehrere der Antriebsräder 66 drehen kann, um dadurch die Fahrtrichtung der Ladestation 20 zu steuern. Ein Benutzereingabegerät, wie z.B. das Touchscreen-Display 99, ermöglicht es dem Benutzer, mit der mobilen Ladestation 20 Selektionen einzugeben und Informationen von dieser zu empfangen.
Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 3 wird ein verbessertes Verfahren oder Kontrollstrategie für die Automatisierung des Betriebs eines einsatzfähigen EVCS, wie z.B. der mobilen Ladestation 20 von 1, zur Bereitstellung von elektrischer Energie für ein wiederaufladbares Energiespeichersystem eines Kraftfahrzeugs, wie z.B. die Antriebsbatterie 14 von Fahrzeug 10, in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung im Allgemeinen mit 200 beschrieben. Einige oder alle der in 3 dargestellten und nachstehend näher beschriebenen Operationen können repräsentativ für einen Algorithmus sein, der prozessorausführbaren Anweisungen entspricht, die z.B. im Haupt-, Hilfs- oder Fernspeicher gespeichert und z.B. von einer Bord- oder Fernsteuerung, einer Verarbeitungseinheit, einer Steuerlogikschaltung oder einem anderen Modul oder einer anderen Vorrichtung ausgeführt werden können, um einige oder alle der oben oder unten beschriebenen Funktionen in Verbindung mit den offenbarten Konzepten auszuführen. Es ist zu beachten, dass die Reihenfolge der Ausführung der dargestellten Operationsblöcke geändert, zusätzliche Blöcke hinzugefügt und einige der beschriebenen Blöcke modifiziert, kombiniert oder eliminiert werden können.
Das Verfahren 200 von 3 initialisiert am Terminalblock 201 mit prozessorausführbaren Befehlen für eine speicherprogrammierbare Steuerung oder ein Steuermodul oder einen ähnlich geeigneten Prozessor, um eine Initialisierungsprozedur für ein mobiles Ladegerätprotokoll aufzurufen. Diese Routine kann in Echtzeit, kontinuierlich, systematisch, sporadisch und/oder in regelmäßigen Abständen während des aktiven oder inaktiven Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden. Als weitere Option kann Block 201 in Erwiderung auf eine Befehlsaufforderung eines Benutzers oder ein Broadcast-Prompt-Signal von einem Backend- oder Middleware-Rechenknoten initialisiert werden, dessen Aufgabe es ist, den Betrieb eines mobilen Ladegeräts oder einer Flotte von mobilen Ladegeräten zu automatisieren. Um dieses Protokoll auszuführen, kann ein residentes mobiles Steuersystem oder ein zentralisiertes mobiles Steuersystem oder eine beliebige Kombination aus einem oder mehreren vernetzten Systemen so betrieben werden, dass es einschlägige Informationen und Eingaben empfängt, verarbeitet und synthetisiert und Steuerlogik und Algorithmen ausführt, um verschiedene Systemkomponenten so zu regulieren, dass die gewünschten Steuerziele erreicht werden.
Nach dem Empfang eines Ladeanforderungssignals zum Aufladen eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb, das z.B. die Initialisierung am Anschlussblock 201 verursacht, beginnt eine residente oder ferngesteuerte Steuereinheit daraufhin mit der Aggregation von Ladegerät- und Fahrzeugpositionsdaten am Ein-/Ausgangsblock 203. Das Verfahren 200 rückt gleichzeitig zum Eingangs-/Ausgangsblock 205 vor, um mit dem Sammeln, Filtern und Verarbeiten von Sensordaten von verschiedenen vernetzten Systemabtastgeräten zu beginnen. Dies kann einen Funksignalempfänger 90 umfassen, der Signale von den Funkbaken 82 empfängt, von denen jedes einen bestimmten Ort auf der Strecke vom Ursprung des Ladegeräts zum Ziel des Ladegeräts anzeigen kann. In diesem Zusammenhang kann der Funksignalempfänger 90 Signale vom eingebetteten Funkführungsdraht 84 empfangen, die den Standort und die Ausrichtung des Ladegeräts auf dem Weg vom Ursprung des Ladegeräts zum Ziel anzeigen. Darüber hinaus kann die Steuerung 60 des mobilen Ladegeräts über den Führungssensor 92, der als optische oder magnetische Abtastvorrichtung ausgeführt ist, Sensorsignale empfangen, die den durch das Führungs-Klebeband 86 oder die Landmarken 88 abgegrenzten Weg vom Ursprung zum Ziel anzeigen.
Beim Übergang vom Ein-/Ausgabeblock 205 zum vordefinierten Prozessblock 207 liefert das Verfahren 200 prozessorausführbare Anweisungen zur Bestimmung von Ladepfadplandaten für das mobile EVCS, die von seinem aktuellen Standort oder einem bestimmten Ursprung zu einer oder mehreren Ladestationen oder bestimmten Zielen durchlaufen werden sollen. Zusätzlich zu den Standort-/Streckenherkunfts- und Haltestellen-/Zieldaten des Ladegeräts für die mobile Ladestation können die Wegplandaten auch Trajektorieninformationen, Geschwindigkeitsdaten, Wartungshaltestellendaten, Betankungshaltestellendaten usw. enthalten. Zum Beispiel kann der residente Laderegler 60 die Wegplandaten ganz oder teilweise auf der Grundlage der von den Baken 82 oder dem Führungsdraht 84 empfangenen Signale und/oder der vom Farb-/Magnetband 86 erzeugten oder von der Beschilderung/Markierung 88 wahrgenommenen Daten bestimmen. Die abgeleiteten Wegplandaten können Lenkbahnen zur Führung der mobilen Ladestation 20 vom Ladegeräteursprung zum Ladegeräteziel umfassen.
Nachdem die erforderlichen Wegplandaten generiert wurden, fährt das Verfahren 200 mit dem Ein-/Ausgabeblock 209 fort und automatisiert den dynamischen Betrieb des beweglichen EVCS, um den angeforderten Ladevorgang bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der mobile Laderegler 60 aus 1 ein oder mehrere Befehlssignale an die Antriebsmaschine 68 senden, um die mobile Ladestation 20 von ihrem aktuellen/bestimmten Ursprung zu einem angeforderten/bestimmten Ziel zu fahren. Die Steuerung 60 kann gleichzeitig ein oder mehrere Befehlssignale an das Bordsteuersystem 98 senden, um die mobile Ladestation 20 entsprechend den festgelegten Steuerbahnen zu führen. Wenn die mobile Ladestation 20 ein endgültiges oder intermittierendes Ladeziel erreicht, ermöglicht der Laderegler 60 dem elektrochemischen Brennstoffzellensystem 70, über einen elektrischen Kopplungsmechanismus (z.B. drahtloses Ladekissen 24 oder elektrischen Steckverbinder 32 von 1) elektrischen Strom an die Traktionsbatterie des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs abzugeben. Zu diesem Zeitpunkt kann das Verfahren 200 von Block 209 zum Anschlussblock 211 gehen und abschließen oder zu Block 201 zurückschleifen und in einer Endlosschleife laufen.
Die mobile Ladestation 120 von 2 könnte repräsentativ für eine manuell angetriebene und geführte mobile EVCS-Architektur zum Aufladen von Fahrzeugen mit Elektroantrieb sein. Obwohl sie sich im Aussehen unterscheidet, kann die repräsentative mobile Ladestation 120 von 2 jede der oben beschriebenen Optionen und Merkmale in Bezug auf die Ladestation 20 von 1 enthalten und umgekehrt. Zum Beispiel wird die mobile Ladestation 120 mit einem starren Rahmen des Ladegeräts 62 hergestellt, der innerhalb eines schützenden Außengehäuses 64 verpackt ist. In diesem Beispiel wird die mobile Ladestation 120 jedoch durch physisches Schieben oder Ziehen der Station 120 oder über einen handbetriebenen Antriebsmechanismus (z.B. ein hand- oder fußgekurbeltes Kettenantriebssystem) an mehreren Orten innerhalb eines bekannten Parkbereichs eingesetzt. Auf dem Ladegestell 62 sind mehrere Schienenräder 166 drehbar montiert, die die mobile Ladestation 120 beweglich auf den bodenmontierten Schienen 124 eines Schienennetzes 122 montieren. Bei zumindest einigen alternativen Architekturen montieren die Schienenräder 166 den Rahmen des Ladegeräts 62 beweglich an den wand- oder deckenmontierten Trägern 125 eines Schienennetzes 123.
Das Schienennetz 122 oder das Trägernetz 123 kann der Parkeinrichtung 13 hinzugefügt werden, um eine leichtere und kontrollierte Bewegung der mobilen Ladestation 120 zu ermöglichen, ohne einen der Parkplätze 11 zu behindern. Zusätzlich können die Schienennetze 122 und 123 eingesetzt werden, um zu verhindern, dass die Benutzer die mobile Ladestation 120 ausserhalb der ausgewiesenen Bereiche bewegen. Ebenso können die Schienen- und Trägernetzwerke 122, 123 eingesetzt werden, um Benutzer daran zu hindern, die mobile Ladestation 120 so zu positionieren, dass sie Fußgängerwege, den Zugang für Ersthelfer, die Freiräume der Occupational Safety and Health Administration (OSHA) um die elektrische Infrastruktur oder Behindertenparkplätze behindern würde. Die eingeschränkte Bewegungsfreiheit über das Schienen- und Trägernetz 122, 123 trägt auch dazu bei, zu verhindern, dass Benutzer die Ladestation 120 versehentlich in geparkte Autos fahren oder die Parkinfrastruktur beschädigen. Einzelne mobile Ladegeräte können von einzelnen Fahrzeugbetreibern, von einem bestehenden Valet-Service oder von einem Drittanbieter, der pro Aufgabe bezahlt wird (z.B. Teilnehmer der Gig Economy), bewegt werden. Bei den Schienen 124 kann es sich um dedizierte Metallschienen für geringen Rollwiderstand, Gussbeton für minimale Kosten und einfache Verlagerung, bestehende Leitplanken oder Parkblöcke usw. handeln. Die Schienen können mehreren Zwecken dienen, um Fußgänger und Fahrzeugverkehr voneinander zu trennen, als Parksperren für Autos oder als Absturzsicherung für Fußgänger oder Fahrzeuge.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen vollautomatischen und manuell angetriebenen mobilen Ladestationen ist vorgesehen, dass „hybride“ mobile Ladegerätevarianten drehmomentunterstützte, manuell angetriebene Antriebsstränge umfassen können. In dieser Version können die oben beschriebenen mobilen Ladestationen 20, 120 ausreichend kompakt und leicht sein, um eine Bewegung mit menschlichem Antrieb zu ermöglichen, enthalten jedoch nur ein Minimum an bordeigener Antriebshardware, um das Starten und Stoppen des Ladegeräts zu erleichtern. Bei den Hybridvarianten ist die mobile Ladestation für die Lenkung und den allgemeinen Antrieb auf einen Bediener angewiesen; ein eingebauter Motor oder eine eingebaute Antriebsmaschine stellt ein unterstützendes Drehmoment zur Verfügung, z.B. zur Überwindung der Trägheit und für Bergauffahrten. Ähnlich wie ein Automobil können die mobilen Ladestationen dieser Offenbarung mit Servolenkung, Servobremse und jedem anderen relevanten Bediener-Assistenz-Subsystem ausgestattet sein.
Zu den zusätzlichen Optionen kann die mobile Ladestation gehören, die mit Luftreifen betrieben wird und die Möglichkeit bietet, jeden normalen Parkplatz auf einem Parkplatz oder in einer Garage zu erreichen, einschließlich der Überwindung von Rampen, Bordsteinkanten, Bodenwellen und Ähnlichem. Ein Bediener kann neben dem mobilen Ladegerät hergehen, auf ihm stehen oder auf oder in ihm sitzen, um es zum vorgesehenen Parkplatz zu führen. Eine Sammlung von Spiegeln, Digitalkameras, Näherungssensoren usw. kann dem mobilen Ladegerät hinzugefügt werden, um dem Bediener zu helfen, das mobile Ladegerät erfolgreich zu platzieren, ohne das Ladegerät, das Fahrzeug oder Gegenstände in seiner Umgebung zu beschädigen. Das mobile Ladegerät kann so vergrößert werden, dass es zu einem kleinen Fahrzeug wird, das nur für den Betrieb innerhalb der Grenzen der Parkfläche bestimmt ist (z.B. nicht für den Betrieb auf öffentlichen Straßen). Das Antriebselement kann von einer mobilen Ladestation abgetrennt und von mehreren mobilen Ladegeräten gemeinsam genutzt werden.
Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 4 wird eine verbesserte Herstellungsmethode oder Arbeitsablaufstrategie für den Zusammenbau eines einsatzfähigen EVCS, wie z.B. der mobilen Ladestationen 20, 120 von 1 oder 2, gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung im Allgemeinen mit 300 beschrieben. Einige oder alle der in 3 dargestellten und im Folgenden näher beschriebenen Operationen können repräsentativ für einen Algorithmus sein, der prozessorausführbaren Anweisungen entspricht, die z.B. im Haupt-, Hilfs- oder Fernspeicher gespeichert und z.B. von einer Steuerung, einer Prozessoreinheit oder einem anderen Modul oder Gerät ausgeführt werden können, um die oben oder unten beschriebenen Funktionen in Verbindung mit den offenbarten Konzepten auszuführen. Es ist zu beachten, dass die Reihenfolge der Ausführung der dargestellten Operationsblöcke geändert, zusätzliche Blöcke hinzugefügt und einige der beschriebenen Blöcke modifiziert, kombiniert oder eliminiert werden können.
Das Verfahren 300 von 4 wird an Klemme 301 initialisiert. Am Prozessblock 303 befestigt das Verfahren 300 eine Vielzahl von Antriebsrädern, wie z.B. Antriebsräder 66 von 1 oder Schienenräder 166 von 2, an einem starren Tragrahmen für ein mobiles Ladegerät, wie z.B. den Rahmen des Ladegeräts 62. Bei Verfahren 300 wird der Block 305 bearbeitet und eine Antriebsmaschine, wie z.B. ein 2-Takt 225ccm-Motor oder ein 55 PS Polyphaser-Permanentmagnet (PM)-Motor, an den Laderrahmen montiert. Der Verfahrensblock 305 kann gleichzeitig eine Antriebsverbindung der Antriebsmaschine mit einem oder mehreren Rädern beinhalten. Vor, gleichzeitig mit oder nach der Montage der Antriebsmaschine werden bei Verfahren 300 ein Wasserstoffspeicherbehälter und eine elektrochemische Brennstoffzelle am Rahmen des Ladegeräts von Prozessblock 307 montiert. Der Prozessblock 307 kann ferner eine Fluidverbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem Wasserstoffspeicherbehälter umfassen. Die Brennstoffzelle kann getestet werden, um sicherzustellen, dass sie in der Lage ist, den aus dem Wasserstoffspeicherbehälter erhaltenen Wasserstoff zu oxidieren und dadurch elektrischen Strom zu erzeugen.
Unter weiterer Bezugnahme auf das Verfahren 300 von 4 beinhaltet der Prozessblock 309 die Montage eines elektrischen Kopplungsmechanismus an den Rahmen des Ladegeräts und die gleichzeitige elektrische Verbindung mit dem Brennstoffzellensystem, um den von diesem empfangenen elektrischen Strom zu empfangen und zu übertragen. Das Verfahren 300 geht danach zum Prozessblock 311 über und verbindet die verschiedenen elektronischen Geräte der mobilen Ladestation kommunikativ mit einer mobilen Ladegerät-Steuerung. Wenn sich die mobile Ladegerät-Steuerung in der Station befindet, kann es am Rahmen des Ladegeräts montiert und in das schützende Außengehäuse der mobilen Ladestation verpackt werden. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich das Verfahren 300 zum Anschlussblock 313 und endet oder geht zurück zum Anschlussblock 301 und läuft und eine Endlosschleife.
Viele der oben beschriebenen mobilen Gleichstrom-Schnellladegeräte für Schnellladestationen (FCS) können in die bestehende Infrastruktur implementiert werden, ohne dass sie als feste Einbauten installiert werden und ohne dass die Infrastruktur für die Aufnahme mehrerer elektrischer Lasten mit hohem Verbrauch nachgerüstet werden muss. Darüber hinaus können diese FCS-Gleichstrom-Schnellladegeräte in städtischen, vorstädtischen und ländlichen Gebieten mit minimaler Unterbrechung der bestehenden Immobilien und ohne Änderung der bestehenden Infrastruktur eingesetzt werden. Im Gegensatz zu batterie- und gasbetriebenen Generatoren, die typischerweise 3-5 Fahrzeuge aufladen können, bevor sie gewartet werden müssen, bieten die offenbarten FCS-Gleichstrom-Schnellladegeräte etwa 660-3200 Kilowattstunden (kWh) versiegelbare Energie bei einer maximalen Ausgangsleistung von etwa 160 Kilowatt (kW), um etwa 10-50 Fahrzeuge mit einem einzigen Tank (z.B. etwa 30-200 kg Wasserstoffanhänger) vollständig aufzuladen. Vorteilhaft ist, dass die offenbarten FCS-Lösungen skalierbar sind, um das Angebot nahezu in Echtzeit an die Nachfrage anzupassen, um die Auslastung der Ladegeräte zu maximieren, z.B. für saisonale Anwendungen (z.B. anderen geeigneten Verarbeitungseinrichtung. Jeder Algorithmus, jede Software, Steuerlogik, jedes Protokoll oder jedes Verfahren, die hier offenbart werden, können als Software auf einem greifbaren Medium wie z.B. einem Flash-Speicher, einer CD-ROM, einer Diskette, einer Festplatte, einer Digital Versatile Disk (DVD) oder anderen Speichergeräten gespeichert werden. Der gesamte Algorithmus, die Steuerlogik, das Protokoll oder das Verfahren und/oder Teile davon können alternativ von einer anderen Vorrichtung als einer Steuerung ausgeführt werden und/oder in Firmware oder dedizierter Hardware in einer verfügbaren Weise verkörpert sein (z.B. implementiert durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine programmierbare Logikvorrichtung (PLD), eine feldprogrammierbare Logikvorrichtung (FPLD), diskrete Logik usw.). Darüber hinaus können, obwohl spezifische Algorithmen unter Bezugnahme auf die hier dargestellten Flussdiagramme beschrieben werden, alternativ viele andere Verfahren zur Implementierung der maschinenlesbaren Beispielbefehle verwendet werden.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung wurden unter Bezugnahme auf die illustrierten Ausführungsformen detailliert beschrieben; diejenigen, die sich in dem Fachgebiet auskennen, werden jedoch erkennen, dass viele Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung beschränkt sich nicht auf den genauen Aufbau und die genauen Zusammensetzungen, die hierin offenbart werden; alle Modifikationen, Änderungen und Variationen, die sich aus den vorstehenden Beschreibungen ergeben, fallen in den Geltungsbereich der Offenbarung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus umfassen die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der vorstehenden Elemente und Merkmale.

Claims

Eine mobile Ladestation zum Aufladen eines Traktionsbatterie-Pakets eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb, wobei die mobile Ladestation umfasst: einen Rahmen des Ladegeräts mit einer Vielzahl von Antriebsrädern; eine Antriebsmaschine, die am Rahmen des Ladegeräts montiert ist und eines oder mehrere der Antriebsräder antreiben kann, um dadurch die mobile Ladestation anzutreiben; einem am Rahmen des Ladegeräts montierten Wasserstoffspeicherbehälter; eine elektrochemische Brennstoffzelle, die am Rahmen des Ladegeräts montiert und mit dem Wasserstoffspeicherbehälter fluidisch verbunden ist, wobei die Brennstoffzelle so eingerichtet ist, dass sie den aus dem Wasserstoffspeicherbehälter erhaltenen Wasserstoff oxidiert und dadurch elektrischen Strom erzeugt; einem elektrischen Kopplungsmechanismus, der am Rahmen des Ladegeräts angebracht und so eingerichtet ist, dass er die Brennstoffzelle mit dem Traktionsbatterie-Paket des Fahrzeugs mit Elektroantrieb betriebsbereit verbindet; und ein mobiler Laderegler, der kommunikativ mit der Antriebsmaschine und der Brennstoffzelle verbunden ist und auf den der mobile Laderegler programmiert ist zum: Erhalten eines Ladeanforderungssignal, um das Fahrzeug mit Elektroantrieb aufzuladen; in Erwiderung auf den Empfang des Ladeanforderungssignals, Bestimmen von Pfadplandaten des Ladegeräts, einschließlich des Ausgangs- und Zielpunktes des Ladegeräts für die mobile Ladestation; Befehlen der Antriebsmaschine, die mobile Ladestation vom Ausgangsort des Ladegeräts zum Zielort des Ladegeräts zu fahren; und Ermöglichen der Brennstoffzelle, über den elektrischen Kopplungsmechanismus elektrischen Strom an die Traktionsbatterie des Fahrzeugs mit Elektroantrieb zu übertragen.
Die mobile Ladestation nach Anspruch 1, wobei die Antriebsräder so eingerichtet sind, dass der Rahmen des Ladegeräts beweglich auf einem Schienenstrang eines Schienennetzes montiert werden kann.
Die mobile Ladestation nach Anspruch 1, wobei die Antriebsräder so eingerichtet sind, dass sie in den Rahmen des Ladegeräts eingreifen und diesen über eine Bodenfläche antreiben.
Die mobile Ladestation nach Anspruch 1, wobei die Antriebsräder so eingerichtet sind, dass sie den Rahmen des Ladegeräts beweglich an einem wand- oder deckenmontierten Träger eines Trägernetzes befestigen können.
Die mobile Ladestation nach Anspruch 1, die ferner ein Lenksystem umfasst, das am Rahmen des Ladegeräts angebracht ist und dazu dient, mindestens eines der Antriebsräder zu drehen, um dadurch die Fahrtrichtung der mobilen Ladestation zu bestimmen.
Die mobile Ladestation nach Anspruch 5, die ferner einen Funksignalempfänger umfasst, der am Rahmen des Ladegeräts montiert und kommunikativ mit der mobilen Ladesteuerung verbunden ist, wobei der Funksignalempfänger so eingerichtet ist, dass er ein Funksignal von einem Funksender empfängt, das eine Route vom Ursprung des Ladegeräts zum Ziel des Ladegeräts anzeigt.
Die mobile Ladestation nach Anspruch 6, wobei der Funksender eine Vielzahl von Funkbaken enthält, die um eine Parkanlage herum verteilt sind, und wobei die mobile Ladesteuerung ferner darauf programmiert ist zum: Empfangen, über den Funksignalempfänger von der Mehrzahl der Funkbaken, von Funksignalen, die jeweils einen Ort auf dem Weg vom Ladegerät-Ursprung zum Ladegerät-Ziel anzeigen; Bestimmen, zumindest teilweise auf der Grundlage der empfangenen Funksignale, von Lenkbahnen zur Führung der mobilen Ladestation vom Ursprung des Ladegeräts zum Zielort des Ladegeräts; und Übertragen von Befehlssignalen an das Lenksystem, um die mobile Ladestation entsprechend den festgelegten Lenkbahnen zu führen.
Die mobile Ladestation nach Anspruch 6, wobei der Funksender einen in die Bodenfläche eines Parkhauses, über das die mobile Ladestation fährt, eingebettetes Funkkabel enthält, und wobei die mobile Ladesteuerung ferner darauf programmiert ist zum: Empfangen, über den Funksignalempfänger von der eingebetteten Funkleitung, von Funksignalen, die die Ausrichtung des Ladegeräts auf dem Weg vom Ursprung des Ladegeräts zum Zielort anzeigen; Bestimmen, zumindest teilweise auf der Grundlage der empfangenen Funksignale, von Lenkbahnen zur Führung der mobilen Ladestation vom Ursprung des Ladegeräts zum Zielort des Ladegeräts; und Übertragen von Befehlssignalen an das Lenksystem, um die mobile Ladestation entsprechend den festgelegten Lenkbahnen zu führen.
Die mobile Ladestation nach Anspruch 5, ferner umfassend einen Führungssensor, der am Rahmen des Ladegeräts angebracht und kommunikativ mit der Steuerung des mobilen Ladegeräts verbunden ist, wobei der Führungssensor so eingerichtet ist, dass er ein Führungsband erkennt, das an einer Bodenfläche einer Parkstruktur haftet, über die die mobile Ladestation fährt.
Die mobile Ladestation nach Anspruch 9, wobei der Führungssensor einen Fotodetektor enthält, der so eingerichtet ist, dass er eine vorbestimmte Farbe erkennt, die einer Farbe des Führungsbandes entspricht, und wobei die mobile Ladesteuerung ferner programmiert ist zum: Empfangen, über den Fotodetektor, von Sensorsignalen, die eine durch das Führungsband abgegrenzte Strecke vom Ursprung des Ladegeräts zum Zielort des Ladegeräts anzeigen; Bestimmen, zumindest teilweise auf der Grundlage der Sensorsignale, von Lenkbahnen, um die mobile Ladestation vom Ursprung des Ladegeräts zum Zielort des Ladegeräts zu führen; und Übertragen von Befehlssignalen an das Lenksystem, um die mobile Ladestation entsprechend den festgelegten Lenkbahnen zu führen.