Verfahren und Vorrichtung zum Austausch von Akkumulatoren für Elektrofahrzeuge und

Elektrofahrzeug

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Austausch von Akkumulatoren für Elektrofahrzeuge, bei dem/der ein Austausch von Energiespeichereinheiten, wie Akkumulatoren für elektrisch betriebene Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, durchgeführt werden soll, wobei die Energiespeichereinheit vorzugsweise standardisiert für deren schnellen Austausch ausgebildet ist.

Elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge weisen häufig den Nachteil auf, dass sie zum Wiederaufladen ihrer Energiespeichereinheiten, wie Akkumulatoren, sehr lange Ladezeiten benötigen, innerhalb welcher eine Benutzung des elektrisch betriebenen Fahrzeuges nicht möglich ist. Zudem weisen derartige Fahrzeuge eine begrenzte Reichweite auf, da der eigentliche Ladevorgang in der Regel nahezu ausschließlich an dem Abstellplatz des Fahrzeuges, der eine Garage am Wohnplatz sein kann, stattfindet und unterwegs nur sehr unzureichend ein Netz an elektrischen Ladestationen vorhanden ist.

Bekannt sind beispielsweise elektrische betriebene Fahrzeuge, wie der sogenannte Tessla- Roadster der zwar eine Reichweite bis zu 400 km und eine Höchstgeschwindigkeit von über 210 km/h bei einer Beschleunigung von 0 - 100 km/h in vier Sekunden aufweist, jedoch e- benso eine Ladezeit von mindestens 3,5 Stunden benötigt, um einen entladenen Akkumulator, der in dem Fahrzeug fest installiert ist, wieder aufzuladen. Derartige Elektrofahrzeuge sind zwar gegenüber herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren konkurrenzfähig, müssen jedoch bei jeder Fahrt, die eine Distanz von ca. 400 km überschreitet, selbst bei

Vorhandensein einer Ladestation mindestens 3,5 Stunden Ladezeit an einem Ort abgestellt werden.

Herkömmliche elektrisch betriebene Fahrzeug weisen allerdings den entscheidenden Vorteil auf, dass sie gegenüber herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren vergleichsweise bezogen auf den Energiegehalt von Benzin beispielsweise nur 1 ,74 Liter pro 100 km Fahrstrecke verbrauchen und keine CO2 Emission erzeugen.

Zwar können derartige Akkumulatoren ebenso aus dem Fahrzeug ausgebaut und wieder in dieses hineingebaut werden, um einen Austausch durch eine Reparaturwerkstatt zu ermöglichen. Hierbei werden vorzugsweise vereinfachte Steckerkupplungen für die elektrische Verbindung zwischen Fahrzeugmotor und Fahrzeugelektrik und einer Batterie, wie es in DE 94 12 219 U1 wiedergegeben wird, verwendet. Hierauf ist auch der Gegenstand der CA 2,278,417 gerichtet.

Zudem weisen derartige elektrisch betriebene Fahrzeuge hohe Anschaffungskosten auf, unter anderem aufgrund der hohen Herstellungskosten derartiger in das Fahrzeug eingebauter Akkumulatoren. Diese kostenintensiven Akkumulatoren sind zudem in der Regel mit einer geringeren Lebensdauer versehen, da aufgrund des sehr beschränkt zur Verfügung stehen- den Netzes an Ladestationen für Fahrzeug-Akkumulatoren eine Aufladung nicht zum geeigneten Zeitpunkt in Abhängigkeit von dem Momentanentladezustands des Akkumulators, sondern nach Rückkehr des Fahrzeuges an seinem ursprünglichen Standort, an dem üblicherweise eine derartige Ladestation vorhanden ist, aufgeladen wird. Dies kann eine begrenzte Lebensdauer der bisherigen Akkumulatoren von ca. 500 - 1000 Ladezyklen zur FoI- ge haben. Anschließend ist die Anschaffung eines neuen Akkumulators notwendig, welcher mit erheblich zusätzlichen Kosten verbunden ist.

Derartige kostenintensive Akkumulatoren weisen in der Regel auch eine kostenintensive Hauptladesteuerung auf, die üblicherweise innerhalb des Elektrofahrzeuges integriert ist.

Um den Austausch von Akkumulatoren mit abgelaufenen Lebensdauern zu ermöglichen, wird beispielsweise in JP 0 518 400 8 A eine Batteriewechselvorrichtung dargestellt, die das Auswechseln von Batterien vereinfachen soll. Häufig werden hierbei Batterietransportvorrichtungen zu den Batterieaufnahmeplätzen innerhalb des Fahrzeuges zur Verfügung gestellt.

Es wird ein automatisiertes Rollersystem gezeigt, welches zum Transport der Batterien zu und von dem Fahrzeug dienen soll.

Aus DE 196 41 254 C2 ist eine Wechselvorrichtung für Energie-Versorgungs-Einheiten von Straßenfahrzeugen bekannt, die im hinteren Heckbereich eines Lastkraftwagens das Auswechseln einer Batterie durch eine Niveauänderung des Fahrgestells in Höhenrichtung gegenüber einer Ladestation ermöglicht. Dies soll das Entnehmen der alten Batterie vereinfachen.

Alternativ wird in G 88 1 1 058 vorgeschlagen, dass eine Antriebseinrichtung zusammen mit einer Batterie auf einem Anhänger, der von dem Fahrzeug gezogen wird, angebracht wird, um so das Wechseln des Anhängers und damit der Batterie zu einfachen. Ein derartiges Fahrzeug mit einem separaten Anhänger ist aufwendig zu steuern und weist unerwünschte Gesamtfahrzeuglängen auf. Zudem erfordert ein separater Anhänger weitere kostenintensive Bauteile, wie beispielsweise separate Reifen und Reifenaufhängungen und weist ein höheres Gesamtgewicht auf.

Auch EP 0 869 887 B1 zeigt eine Einrichtung zum Vorbereiten der Vermietung einer Mehrzahl von Elektrofahrzeugen einschließlich dem Austausch und Aufladen der Fahrzeugbatte- rien, wobei sich der Gegenstand dieser Druckschrift vorrangig auf Autoscooter bezieht. Hierbei werden die Batterien mittels Container dem Autoscooter zugeführt.

In DE 23 60 795 wird eine Akkumulatorbatterie in einer spezifischen Bauweise wiedergegeben, wobei mehrere Platten der Akkumulatorbatterie mit nach oben erstreckenden Kontakt- laschen versehen sind.

Aus DE 195 27 216 A1 ist in allgemeiner Form ein weltweites Batterie-Betreuungs-Stations- Netz bekannt, welches mit der übernahme sämtlicher für die Bereitstellung der Elektroenergie verbunden Aufgaben und Funktionen, wie beispielsweise die Anschaffung von Ersatzbat- terien und deren Ladung ausgestattet ist. Eine nähere Darstellung der Verwirklichung eines derartigen Netzes ist dieser Druckschritt nicht zu entnehmen. Die Energie für eine derartige Station soll mittels Solaranlagen bereitgestellt werden. Zwar wird die Entnahme einer Batterie und das Einsetzen einer Ersatzbatterie angesprochen, jedoch werden hierzu keine näheren Angaben gemacht.

DE 42 29 687 A1 zeigt zwar eine Batteriewechselstation für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge, die dazu geeignet ist, Akkumulatoren einem Fahrzeug zu entnehmen und anschließend wieder darin einzubauen. Dies ist auf die Entnahme einzelner leerer Batterien und dem Einbau voller Batterien bezogen auf ein einzelnes Fahrzeug näher beschrieben. Eine Koordinierung mehrerer entnommener Batterien, deren Aufladung, derer Lagerung und derer Einbau, ist nicht näher dargestellt. Es wird die Batterie mittels eines Handhabungsgerät aus dem Fahrzeug entnommen und gegen eine Batterie im vollen Ladezustand ausgetauscht. Allerdings werden keine standardisierten Bauweisen der Batterien und der komple- mentär ausgebildeten Aussparrungen innerhalb des Fahrzeuges angesprochen.

Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Austausch von Akkumulatoren für Elektrofahrzeuge zur Verfügung zu stellen, welches/welche eine schnelle und kostengünstige Entnahme leerer Akkumulatoren und den Einbau mehrerer voller Akkumulatoren bei Vorliegen einer größeren Anzahl von Akkumulatoren ermöglicht. Es soll ein Elektrofahrzeug gezeigt werden.

Dies wird verfahrensseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 1 , vorrichtungsseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 8 und fahrzeugseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 10 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Austausch von Akkumulatoren für Elektrofahrzeuge wird eine Mehrzahl in ihrer Bauweise zumindest gruppenweise standardisierter Akkumulatoren in zumindest teilweisen leeren Energiezuständen mittels einer Schnellbefesti- gungsvorrichtung vorzugsweise unterseitig von den Elektrofahrzeugen in einer vorgegebenen Reihenfolge vorzugsweise voll automatisiert gelöst und entnommen, in einer Akkumulator-Austauschstation werden die Akkumulatoren gegen Akkumulatoren in vollen Energiezuständen selbsttätig ausgetauscht und anschließend werden die Akkumulatoren in vollen E- nergiezuständen in einer vorbestimmbaren Reihenfolge mit der Schnellbefestigungsvorrich- tung in die Elektrofahrzeuge automatisiert eingebaut. Sowohl die vorbestimmbare Reihenfolge der einzubauenden Akkumulatoren als auch die vorgegebene Reihenfolge der entnommenen Akkumulatoren können bestimmt und ausgewählt werden, wobei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die vorbestimmbare Reihenfolge der einzubauenden Akkumumula- toren der vorgegebenen Reihenfolge der entnommenen Akkumulatoren entspricht. Die Akku-

mulatoren können hinsichtlich der an sie anzuliegenden Spannungsstärken standardisiert sein. Sie sind mit einer Dateneinheit, wie beispielsweise einem RFID-Chip versehen, der eine Zuordnung des Akkumulators zu einem Hersteller und/oder Besitzer des Akkumulators ermöglicht sowie Angaben über bisher absolvierte Ladezyklen, den alten Ladezustand und sonstige relevante Daten liefern kann.

Jeder Akkumulator kann mittels der an ihm angebrachten Dateneinheit weitere Daten, wie beispielsweise die Anzahl der absolvierten Ladezyklen, deren Zeitpunkt, die bisher geleisteten Servicedienste und die noch zu leisten Servicedienste und seinen momentanen Auf- enhaltsort an einen Akkumulatorbesitzer, wie beispielsweise eine Akkumulatorvertreiberfirma an jeden beliebigen Ort senden. Selbstverständlich können derartige Daten auch von dem jeweiligen Akkumulatorbesitzer an jedem Ort und zu jeder Zeit abgefragt werden, wobei wahlweise eingeschränkte Abfragerechte hinsichtlich der Daten eingerichtet werden können.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die vorbestimmbare Reihenfolge der durch die Station einzubauenden bzw. einzusetzenden Akkumulatoren unabhängig von der vorgegebenen Reihenfolge der entnommenen Akkumulatoren mittels Auswahleinrichtungen in den Fahrzeugen, in der Akkumulator-Austauschstation und/oder in den Akkumulatoren personenbetätigt oder automatisiert ausgewählt werden. Durch ein derartiges Verfahren ist es möglich, ein effektiv arbeitendes Betriebsnetz an einzelnen Akkumulator-Austauschstationen aufzubauen, welches nicht nur das automatisierte und selbsttätige Entfernen leerer Akkumulatoren aus den Fahrzeugen und das automatisierte und selbsttätige Einbauen von vollen Akkumulatoren ermöglicht, sondern ebenso die Ausgabe der einzelnen Akkumulatoren zeitabhängig und in ihrer Abfolge in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern und verschie- denen Auswahlwünschen ermöglicht. Die vorbestimmbare Reihenfolge kann durch das Eintreffen der Elektrofahrzeuge in der Station bestimmt werden.

Beispielsweise können die Akkumulatoren in der Reihenfolge ausgegeben werden, in der sie in der Akkumulator-Austauschstation ankommen, also in derjenigen Reihenfolge, in welcher die Fahrzeuge in die Station einfahren und ihren Akkumulator entnommen bekommen. Eine derartige Akkumulator-Austauschstation kann ähnlich dem Prinzip eines Taxistandes immer nur die zuforderst angeordneten standardisierten Akkumulatoren entnehmen, um sie dem nächsten Fahrzeug als Akkumulator mit vollem Ladezustand zur Verfügung zu stellen. Eine Auswahl von Akkumulatoren in Abhängigkeit von der Herstellerfirma ist somit nicht möglich.

Bei einer derartigen Vorgehensweise zahlt die das Fahrzeug benutzende Person an die Ladestation mittels beispielsweise eines seitlich angebrachten Zahlungsterminals oder dergleichen einen Festpreis für den Akkumulator unabhängig von dessen Herkunft und/oder Besit- zerfirma und zusätzlich einen Ladepreis in Abhängigkeit von der angefallenen Strommenge zum Aufladen des Akkumulators in Abhängigkeit von dem momentanen Ladezustand des entnommenen Akkus. In diesem Fall kann die Station, die zugleich den Ladevorgang der in ihr angeordneten und gelagerten Akkumulatoren durchführen, den stromabhängigen Ladepreis für sich behalten, wohingegen der Festpreis für den Akkumulator an die jeweilige Ver- triebsfirma bzw. eine Herstellerfirma der Akkumulatoren weitergegeben wird. Die verbliebene Restmenge an Energie, die in dem entnommenen Akku noch vorhanden war, kann mit der Energiemenge des neueinzubauenden bzw. einzusetzenden geladenen Akkumulators verrechnet werden und gegebenenfalls in einem vorhandenen Stromkreis zurückfließen.

Alternativ kann sich die das Fahrzeug benutzende Person oder eine weitere Person der Station wünschen, dass ein bestimmter Akkumulator eines bestimmten Herstellers oder Vertreibers in sein Fahrzeug eingebaut wird. Dies kann auch zur Folge haben, dass die Reihenfolge der auszugebenden Akkumulatoren im vollen Ladezustand in Abhängigkeit von bestimmten zu priorisierenden Fahrzeugtypen und einer bevorzugten Behandlung aufgrund einer höheren bezahlten Ladegebühr verändert werden kann. Der Preis für die einzubauenden Akkumulatoren wird von der Vertriebsfirma festgelegt und wird in dem Fall nicht durch eine Akkumulator-Austauschstation selbst beeinflusst, sondern vielmehr an die Vertriebsfirma weitergegeben. Die Station selber verdient in diesem Fall anfallende Kosten für die Strommenge und zum Aufladen des Akkumulators und den Service des Austauschvorganges. Die Station kann alternativ einen festgelegten Pauschalpreis für sämtliche ausgegebenen Akkumulatoren verlangen.

Sollte der Akkumulator eine vorbestimmbare Lagerzeit innerhalb der Station überschreiten, in der sich kein Kunde dafür interessiert diesen zu verwenden, so könnte die Station den von der Vertriebsfirma festgesetzten Preis in vorgebbaren Schritten reduzieren. Ebenso können Vertriebsfirmen für Akkumulatoren, die gleichzeitig auch im Besitz der Akkumulator- Austauschstation, die den Ladevorgang durchführen, ihre Akkupauschalpreise für alle Ladestationen gleichhalten.

Die Station kann zur Vermeidung einer Bevorzugung der eigenen Akkumulatoren sämtliche Akkumulatoren mit dem gleichen Ausgabepreis bzw. Mietpreis versehen. Ebenso können beispielsweise auch Akkumulatoren derjenigen Firma, die die Station besitzt, bevorzugt ausgegeben werden.

Durch ein derartiges Netz an Akkumulator-Austauschstationen ist es möglich, dass bisher benötigte lange Ladezeiten zum Aufladen eines Akkumulators, der innerhalb eines Elektro- fahrzeuges angeordnet ist, nicht mehr an dem Fahrzeug selber sondern innerhalb der Akkumulator-Austauschstation stattfinden, während das Elektrofahrzeug einen anderen Akku- mulator im vollen Ladezustand, der im Austausch zu dem entnommenen leeren Akkumulator eingesetzt worden ist, für die Weiterfahrt verwendet werden. Ein derartiger Austauschvorgang kann beispielsweise in 1 - 5 Min. vor sich gehen.

Die Akkumulatoren in vollen Energiezuständen sind aus einem Akkumulator-Lagerbestand der Akkumulatoren-Austauschstation mittels einer Auswahleinrichtung auswählbar, wobei die Auswahleinrichtung einen Datenaustausch oder eine einseitige Datenübertragung mit einer Dateneinheit und gegebenenfalls mit einer Anzeigeinheit durchführt. Die Dateneinheit ist in oder an jedem Akkumulator mit Daten zu dem Inhaber und/oder Hersteller des Akkumulators, dessen erhaltene Ladezyklen, dessen momentaner Ladezustand und Ladepreise und dergleichen Daten, angebracht. Eine derartige Dateneinheit kann ein Chip, vorzugsweise ein RFID-Chip sein, welcher an dem Akkumulator angebracht ist und der das Fahrzeug benutzenden Person selbsttätig oder auf Anfrage beispielsweise die Information überliefert, von welcher Herstellerfirma momentan Akkumulatoren an der von ihm ausgewählten Station im vollen Ladezustand vorhanden sind. In Abhängigkeit davon kann die Person entscheiden, ob sie eine weitere Station oder einen alternativen Akkumulator auswählen möchte, sofern der gewünschte Akkumulator nicht auf Lager ist. Der RFID-Chip kann ebenso für weitere logistische Aufgaben, wie beispielsweise einen geregelten Zahlungsverkehr, die Anzeige von Wartungsintervallen und deren Durchführung sowie einer Angabe über die Haltbarkeit des Akkumulators.

Die entnommen Akkumulatoren werden in der Akkumulator-Austauschstation selbsttätig gegebenenfalls entladen und/oder gewartet und/oder geladen.

Durch die Zur verfügungstellung von Kraftfahrzeugen mit standardisierten Aufnahmeeinrichtungen für standardisierte Akkumulatoren, wobei das Kraftfahrzeug ohne Akkumulator neu angeschafft werden kann, wird vorteilhaft der Aufbau eines Netzes an Ladestationen, in welchen ein derartiger Akkumulatoraustausch vorzugsweise automatisiert stattfindet, wie es beispielsweise durch die bisherigen Verbrennungskraftstoff-Tankstellen erfolgen kann, gefördert. Hierfür weisen erfindungsgemäß derartige Akkumulator-Austauschstationen eine selbstständig arbeitende Mechanik mit daran gekoppelter Steuerung auf, die bei Befahren der Station durch das Fahrzeug ein selbstständiges Entnehmen des entladenen Akkumulators und ein wieder Einsetzen eines aufgeladenen Akkumulators ermöglichen. Vorteilhaft ist somit eine derartige Akkumulator-Austauschstation mit einer Entnahmeeinrichtung, die eine Mehrzahl an in ihrer Bauweise zumindest Gruppenweise standardisierten Akkumulatoren in zumindest teilweiser leeren Energiezuständen mittels Schnellbefestigungsverbindungen vorzugsweise unterseitig von den Elektrofahrzeugen löst und den Elektrofahrzeugen in einer vorgegebenen Reihenfolge entnimmt, um die Akkumulatoren in der Reihenfolge oder zeit- gleich einzelner Ladestationen zum Aufladen der Energiezustände der Akkumulatoren zuzuordnen, einer Lagerentnahmeeinrichtung zum vorzugsweise selbsttätigen Entnehmen von auswählbaren Akkumulatoren in zumindest teilweiser vollem Energiezustand in einer vorbestimmbaren Reihenfolge und einer Beladeeinrichtung zum Beladen der Fahrzeuge mit den Akkumulatoren im vorzugsweise vollen Energiezustand in einer wählbaren Reihenfolge aus- gestattet.

Bevorzugt wird der momentane Lade- und Entladezustand des Akkumulators dem Fahrer eines Fahrzeuges angezeigt, sodass er in Abhängigkeit von dem momentanen Ladezustand des Akkumulators eine entsprechend gelegene Station, wie bei den bisherigen Verwen- dungskraftstoffmotoren in Kombination mit den Kraftstoff-Tankstellen bereits bekannt ist, anfahren kann.

Ein derartiger Austausch von entnehmbaren und wieder einsetzbaren Akkumulatoren mittels Schnellbefestigungsverbindungen in elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen ermöglicht nicht nur eine kostengünstige, sondern auch eine schnelle Wiederherstellung des Fahrzeuges mit dem Akkumulator in dem Ladezustand. Zudem ist ein Verlassen des elektrisch betriebenen Fahrzeuges in der hierfür vorgesehenen Akkumulator-Austauschstation, die ebenso eine Aufladung der Akkumulatoren durchführt, aufgrund des automatisiert durchgeführten Austausches nicht notwenig. Der Fahrer muss somit nicht - wie beim Betanken eines Kraftfahr-

zeuges mit herkömmlichem Verbrennungsmotor - ein im Innenraum aufgewärmtes Kraftfahrzeug in die eventuell bestehende kalte Umgebung verlassen und es besteht nicht die Gefahr, Benzoldämpfe einzuatmen oder schmutzige Hände zu erhalten.

Zudem können derartige Drive-Through-Austauschstationen bzw. Tankstellen derart ausgelegt sein, dass die Bezahlung des Ladevorganges von dem Inneren des Fahrzeugs aus erfolgt, wie es beispielsweise durch eine automatische Detektion des Kraftfahrzeuges und des Typs des Ladevorganges mittels Transpondertechnik oder durch Anfahren einer seitlich zum Fahrzeug angebrachten Bezahlungsstation und das Einschieben von Geldscheinen oder Kreditkarten oder dergleichen in diese Bezahlungsstation erfolgen kann.

Durch ein umfassendes Netz an Austausch-Akkumulatoren wird der hohe Anschaffungspreis für ein Elektrofahrzeug mit integriertem Elektroakkumulator vermieden. Vielmehr kann das Kraftfahrzeug ohne Akkumulator und gegebenenfalls ohne eigene Ladesteuerung verkauft werden, woraus sich ein erheblich niedriger Anschaffungspreis für Elektrofahrzeuge ergibt.

Derartige Elektrofahrzeuge sind zudem aufgrund des nicht vorhandenen CO ₂ - Ausstoßes umweltfreundlich, leistungsstark, aufgrund der wenigen Verschleißteile zuverlässig und mit einem geringem Wartungsaufwand zu betreiben. Es findet keine motorseitige Feinstaubbe- lastung sowie eine reduzierte Lärmbelästigung statt.

Die Akkumulator-Austauschstation weist vorteilhaft eine zentrale Steuereineinrichtung auf, die die vorbestimmbare und die wählbare Reihenfolge der Akkumulatoren im vollem Energiezustand in Abhängigkeit von der standardisierten Bauweise der Akkumulatoren, deren Ladezustand, deren Qualität und/oder in Abhängigkeit von der Betätigung von Ausfalleinrichtungen bestimmt.

Es soll ein Verfahren gezeigt werden, das ein flächendeckendes Versorgungsnetz von Akkumulatoren in technischer Hinsicht ermöglicht und für Akkumulator-Austausch- und Lade- Stationen, Besitzer von derartigen Stationen und Akkumulatoren sowie Haltern von Elektro- fahrzeugen mit austauschbaren Akkumulatoren gleichermaßen erhaltungswürdig und finanziell vorteilhaft als flächendeckendes Vertriebsnetz ist.

Es wird ein Elektrofahrzeug mit einem Aufnahmeschacht zur Aufnahme und Entnahme von einem in seiner Bauweise standardisierten Akkumulator in den zumindest teilweise in seiner Bauweise standardisierten Aufnahmeschacht gezeigt. Der Aufnahmeschacht weist standardisierte Polanschlüsse, Abmaße und mechanische Befestigungseinrichtungen auf. Das E- lektrofahrzeug weist eine Sendeeinrichtung auf, die automatisiert bei überfahren eines bestimmten Detektionsabschnittes innerhalb der Akkumulator-Austauschstation oder handbetätigt eine Aktivierung einer übertragung von Daten an die Akkumulator-Austauschstation durchführt, um Daten über die Bauweise des Akkumulators, die Bauweise des Fahrzeuges bzw. des Fahrzeugtyps, den Lade- bzw. Entladezustand des Akkumulators, der auszutau- sehen ist, und dergleichen Daten zu übertragen. Es soll hierdurch insbesondere eine Anmeldung des die Akkumulator-Austauschstation befahrenen Elektrofahrzeuges stattfinden, um so den Austausch des bauspezifischen Akkumulators gegen einen zumindest teilweise im vollen Ladezustand vorliegenden Akkumulator anzumelden und durchführen zu lassen. Hierbei können individuelle Eigenheiten des Elektrofahrzeuges mitübertragen werden, wie bei- spielsweise bestimmte Modifikationen, die an dem Elektrofahrzeug im Bezug auf den auszutauschenden Akkumulator vorgenommen worden sind oder die Tatsache, dass es sich hierbei um einen Oldtimer handelt, der nachträglich für einen derartigen Akkumulator-Austausch umgerüstet worden ist.

Aufgrund der Tatsache, dass das Elektrofahrzeug nun nicht mehr eine Hauptladesteuerung benötigt, die innerhalb des Fahrzeuges integriert ist, sondern von diesem Fahrzeug entkoppelt wird, können die Herstellungskosten des Elektrofahrzeuges und damit der Verkaufspreis des Elektrofahrzeuges mit Elektromotoren erheblich reduziert werden, die Versorgung mit neugeladenen Akkumulatoren bei entleerten oder teilentleerten Zuständen der Akkumulato- ren zeitlich erheblich verkürzt werden und wartungsfreundlichere Elektrofahrzeuge zur Verfügung gestellt werden.

Darüber hinaus ist ein derartiges Verfahren für Investoren, die in eine Infrastruktur zur Verteilung von geladenen Akkumulatoren investieren wollen, wirtschaftlich vorteilhaft. Es soll eine flächendeckende Versorgung mit anmietbaren Akkumulatoren sichergestellt werden, die den Nutzern von Elektrofahrzeugen zur Verfügung stehen. Es werden hierdurch auch wirtschaftliche Beziehungen zwischen den Stations-Besitzern und den Akku-Besitzern aufgebaut.

Es können vorzugsweise verschiedene Hersteller von Akkumulatoren in einem gemeinschaftlichen System zusammengefügt werden, in dem wiederum verschiedene Käufergruppen mit diesem zumindest gruppenweise standardisierten Akkumulatoren ausgestattet werden. Diese zumindest gruppenweise standardisierten Akkumulatoren können wiederum in Fahrzeuge verschiedener Hersteller ebenso zumindest gruppenweise standardisiert aufgenommen werden und zum Zweck der schnellen Energieversorgung an einer dafür vorgesehenen Akkumulator-Austauschstation vorzugsweise in wenigen Minuten ausgewechselt werden. Die Käufergruppen, also die Besitzer, vermieten hierfür Akkumulatoren an die fahrzeugbenutzenden Personen. Die Station versorgt unabhängig von Hersteller und Eigner der Akkumulatoren die Akkumulatoren mit Energie. Die fahrzeugbenutzende Person zahlt eine Pauschale für den Akkumulator, der von der Ladestation eins zu eins an die Besitzerfirma des Akkumulators weitergegeben wird. Darüber hinaus zahlt die fahrzeugbenutzende Person die Kosten für die empfangene Energie an die Station, die diese behält. Unterschiede in Wagentyp und Wagengröße und Verbrauchsmengen der Energie können durch verschiedene zumindest gruppenweise standardisierten Größen und Anzahl der Akkumulatoren kompensiert werden, die in das jeweilige Fahrzeug eingesetzt werden.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung das erfindungsgemäße Verfahren gemäße einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 in einer seitlichen teilweise querschnittsartigen Darstellung eine Vorrichtung zum Austausch eines Akkumulators gemäße einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 in einer Ausschnittsdarstellung die Unterseite des Fahrzeuges mit einem in diesem Bereich angeordneten lösbaren Akkumulator;

Fig. 5 in einer schematischen Ansicht von hinten ein Elektrofahrzeug auf einer Vorrichtung zum Austausch von Akkumulatoren;

Fig. 6 in einer seitlichen und perspektivischen Darstellung verschieden Arten von Akkumulatoren im ausgebauten und eingebauten Zustand;

Fig. 7 in einer Unteransicht ein Elektrofahrzeug mit eingebautem Akkumulator;

Fig. 8 in einer schematischen Darstellung eine Ausschnittsdarstellung einer Vorrich- tung zum Austausch von Akkumulatoren gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 9 in einer Ausschnittsdarstellung einen Akkumulator mit Anschlüssen und Befestigungseinrichtungen und eine dazu komplementär ausgebildete Aufnahmeaussparung im Bodenbereich eines Elektrofahrzeuges;

Fig. 10 in einer perspektivischen schematischen Darstellung ein Teil der Akkumulator-

Austauschstation, und

Fig. 1 1 in einer Ausschnittsdarstellung ein weiterer Teil der Akkumulator- Austauschstation.

In Fig. 1 wird in einer schematischen Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt. In dieser Darstellung sind die in eine Akkumulator- Austauschstation 5 einkommenden leeren Akkumulatoren 1 , 2 und 3, wie es durch die Pfeile 4 dargestellt wird, in einer vorgegebenen Reihenfolge angeordnet. Innerhalb der Akkumulator-Austauschstation 5, die zugleich als Ladestation für Akkumulatoren 6, 7, 8 dient, wird gemäß dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens jeder aufgeladene Akkumulator in der gleichen Reihenfolge, wie ein ihm zugeordneter leerer Akkumulator 1 , 2 und 3 in der Station 5 ankommt, ausgegeben.

Eine derartige Ausgabe, wie es durch die Pfeile 9 wiedergegeben wird, weist demzufolge die gleiche Reihenfolge an Akkumulatoren wie die Reihenfolge der ihnen jeweils zugeordneten leeren Akkumulatoren 1 , 2, und 3 auf. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass eine Station Akkumulatoren einer bestimmten Firma nicht bevorzugt.

In Fig. 2 wird in einer schematischen Darstellung eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Gemäß dieser Ausführungsform werden in diesem Verfahren eingehende Akkumulatoren 11 , 12, 13 die unterschiedliche Entladezustände aufwei- sen, in der Akkumulator-Austauschstation 15 einer spezifischen Firma A zugeführt, wie es durch die Pfeile 14 wiedergegeben wird. Die Firma A, welche Besitzerin der Station 15 ist, lädt und lagert unter anderem eigene Akkumulatoren 16 im vollen Ladezustand sowie weitere Akkumulatoren 17 und 18, die ebenso im vollen Ladezustand vorliegen, jedoch nicht von der Firma A sind.

Sowohl die die Fahrzeuge benutzenden Personen, aus welchen die Akkumulatoren 1 1 , 12, 13 entnommen worden sind, als auch Betriebspersonal der Station 15 oder eine automatisierte Steuereinrichtung ermöglicht in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, wie beispielsweise der gewünschten Bevorzugung bestimmter Akkumulatoren, die Ausgabe 19 von Akkumulatoren 21 , 22, 23 in vollem Ladezustand in einer bestimmten Reihenfolge. Beispielsweise kann hierbei die das Kraftfahrzeug benutzende Person einem bestimmten Akkumulator der Firma B sich wünschen und in Abhängigkeit von der zu zahlenden Ladegebühr priorisierend bevorzugt werden. Alternativ können verschiedene Pauschalpreise für verschiedene Akkutypen jedoch mit gleicher Ladegebühren bezogen auf eine Station kombi- niert werden.

In Fig. 3 wird in einer schematischen Seitendarstellung mit teilweiser querschnittsartiger Wiedergabe eine Akkumulator-Austauschstation zum Austausch von Akkumulatoren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Ein Elektrofahrzeug 31 ist auf einem Unter- grund 39, der lammelenartig ausgebildet ist, gefahren worden. Der lammelenartige Untergrund kann zumindest teilweise geöffnet werden, um einen Akkumulator 34, der in einem Aufnahmeschacht 33 des Kraftfahrzeuges 31 angeordnet ist, zu entnehmen. Dies geschieht mittels einer Austauscheinheit 43, 42, die - mittels Doppelpfeile 44, 45, 46 dargestellt - auf- und abwärts sowie seitlich verfahrbar ausgestaltet ist.

Eine Detektionseinrichtung 40 unterhalb des lammellenartigen Untergrundes dient dazu, dass Fahrzeug in seiner richtigen Position zu detektieren.

Der Akkumulator 34 weist vorzugsweise oberseitig Arretierungs- bzw. Befestigungshaltelemente zum mechanischen Befestigen des Akkumulators 34 innerhalb des Aufnahmeschachtes 33 und elektrische Polanschlüsse 36, 35 auf. Sowohl die mechanischen Haltelemente als auch die elektrischen Polelemente sind standardisiert auf sämtliche austauschbaren Akku- mulatoren 47 - 48, 34, in diesem Fall oberseitig, in ihrem Abstand und ihrer Form angeordnet.

Einer an der Bodenseite des Kraftfahrzeuges angeordnete Verschlussklappe 37 dient dazu, den Aufnahmeschacht 33 nach erfolgtem Austausch des Akkumulators 34 wieder zu ver- schließen.

In verschiedenen Aussparungen bzw. Lagerungsschächten 48 der Station sind im unteren Bereich unterhalb des Fahrzeuges eine Mehrzahl an verschiedenen Akkumulatoren 47, 49 angeordnet, die in diesen Aussparungen bevorratet werden und ständig zur Auffüllung dieser Aussparungen automatisiert nachgeliefert werden.

Die Schächte 48 sind mit einem unten noch zu beschreibenden Annahmeband versehen.

Die Detektionseinrichtung 40 kann alternativ als Sensoreinrichtung eine optische und/oder akustische Erfassung der Fahrzeugposition von freiwählbaren Orten aus durchführen und dort angeordnet sein.

Die Entnahmeeinrichtung 42, 43 bzw. Austauscheinheit funktioniert automatisiert, d. h. sie nimmt einen passenden Akkumulator 49, der im vorzugsweise geladenen Zustand vorliegt automatisiert auf, nachdem sie automatisiert den entladenen Akkumulator 34 aus dem Aufnahmeschacht 33 des Kraftfahrzeuges entnommen hat.

Sämtliche Austauschschritte und Informationen bezüglich der Bezahlung des Austauschvorganges und des Vorhandenseins von gewünschten Akkumulatoren werden auf einer Anzei- geeinrichtung 41 dem Benutzer wiedergegeben.

Sicherungseinrichtungen 38 dienen dazu, im Bereich der Stoßdämpfer des Fahrzeuges eine vertikale Stabilisierung beizuführen, um eine exakte Position des Fahrzeuges und des Aufnahmeschachtes 33 während eines stattfindenden Gewichtsverlustes durch den entnomme-

ne Akkumulator beizubehalten. Eine derartige Sicherung könnte zusammen mit einem öffnungsmechanismus der Verschlussklappe 37 aktiviert werden.

Ein Sensorschiene 32 im Bodenbereich dient dazu, dass Fahrzeug als solches zu detektie- ren und die gesamte Akkumulator-Austauschstation spezifisch für dieses Fahrzeug zu aktivieren. Hierdurch kann auch beispielsweise eine Detektion des Fahrzeugtyps und damit des Akkumulatortyps, der zum Austausch erforderlich ist, erfolgen.

Eine zusätzliche Energiespeichereinheit 50, die in das Elektrofahrzeug eingebaut ist, dient zur Sicherstellung einer Grundversorgungsspannung der Fahrzeugelektrik während des Austauschsvorganges und wird während des Fahrtzustandes des Kraftfahrzeuges durch den ausgetauschten Akkumulator bzw. mittels der von Bremsvorgängen freiwerdende Energie und/oder Solarenergie wieder aufgeladen.

In Fig. 4 ist in einer schematischen ausschnittsweisen Darstellung der Unterseite eines Kraftfahrzeuges ein eingebauter Akkumulator wiedergegeben. Der Akkumulator 34 ist innerhalb des Aufnahmeschachtes 33 angeordnet, der mittels der Verschlussklappe 37, die entlang des Doppelpfeiles 51 verschoben werden kann, verschließbar ist.

Nach erfolgtem Auffahren des Elektrofahrzeuges auf dem lammelenartigen Untergrund öffnet sich bei Stillstand des Kraftfahrzeuges die Schutzabdeckung 37. Während des gesamten Austauschvorganges wird das Kraftfahrzeug im Bereich der Stoßdämpfer direkt oder indirekt verriegelt und eine Stromzufuhr zum Hauptantrieb des Kraftfahrzeuges wird unterbrochen. Dies wird sicherstellen, dass das Kraftfahrzeug nicht unerwünscht während des Ein- und Ausbaus des Akkumulators bewegt werden kann.

Der Akkumulator wird von der Entnahmeeinrichtung 42, 43 in seinem zentral angeordneten Befestigungshaltelement 60, welches als Schnellbefestigungselement ausgebildet ist, gelöst, indem beispielsweise eine Drehbewegung auf den Drehverschluss 60 ausgeübt wird.

Zusätzlich sind Verriegelungselemente 56, 57, 58 und 59 seitlich entlang des Rahmens des Aufnahmeschachtes 33 angebracht, um den Akkumulator zusätzlich mit der Karosserie des Kraftfahrzeuges zu verbinden. Dies geschieht vorzugsweise automatisiert nach der Detektion des Einbauzustandes des Akkumulators.

Die Entnahmeeinrichtung weist armartige Elemente auf, die an ihren Enden an Aufnahmeelementen 53 und 52 des Akkumulators angreifen.

Ein eingebautes chipartiges Datenelement 55 gibt automatisiert, beispielsweise mittels

Transpondertechnik, Informationen zu dem Besitzer und gegebenenfalls über das Kraftfahrzeug an die Ladestation bzw. die Akkumulator-Austauschstation weiter, um eine Kostenberechnung von beispielsweise Mietkosten pro Mietzyklus, der Menge der bisherigen Ladezyklen und die Anzahl der Serviceintervalle anzugeben.

Der Akkumulator 34 ist zusätzlich mit einer Chipeinheit 54 zur Kommunikation mit der Station und gegebenenfalls zu Kommunikation mit den fahrzeugeigenen Bordinstrumenten versehen.

In Fig. 5 ist in einer schematischen Hinteransicht ein Elektrofahrzeug auf dem lammelenarti- gen Untergrund wiedergegeben. Neben den Kraftfahrzeugen 31 ist ein Terminal 61 bzw. eine Bediendungseinheit angeordnet, die in erster Linie dazu dient, mittels Kredit- bzw. Scheckkarte eine Bezahlung für den Austauschvorgang durchzuführen und gegebenenfalls mit einem Servicepersonal zu kommunizieren. Alternativ oder zusätzlich kann manuell eine Fahrzeugidentifikationskarte eingeführt werden, wenn eine Sensorschiene 32, die bodensei- tig angeordnet ist und bei überfahren Signale aufnimmt, die Informationen von der Chipeinheit 54 fehlerhaft ausgelesen hat.

In Fig. 6 ist eine Mehrzahl an möglichen verschiedenen Akkumulatoren im eingebauten und ausgebauten Zustand dargestellt. Insgesamt sind drei Varianten verschiedener standardisierter Akkumulatorformen wiedergegeben. Bei dem Typ 1 gemäß Bezugszeichen 34a handelt es sich ebenso wie bei dem Typ 3 gemäß Bezugszeichen 34c um Akkumulatoren stehend, die beispielsweise hinter den hinteren Sitzen oder im vorderen Bereich eingebaut werden können. Bei dem Typ 2 gemäß Bezugszeichen 34b handelt es sich um einen Akkumula- tor, der bodenseitig unterhalb der Fahrzeugsitze aufgrund seiner Flachen Ausführung eingebaut werden kann.

In Fig. 7 ist ein Kraftfahrzeug mit einem bodenseitig Flach ausgebildeten Akkumulator von unten gezeigt. Eine Bodenklappe bzw. Verschlussklappe 37 kann geöffnet sein, um die zent-

rale Befestigungseinheit 60 für die Entnahmeeinrichtung 42, 43 zugänglich zu machen. Der Akkumulator ist vorteilhaft mittels eines stangenähnlichen Elementes, welches sich durch den Akkumulator in Höhenrichtung erstreckt, oberseitig an der Fahrzeugkarosserie befestigt und weist unterseitig die Befestigungseinheit 60, die gedreht werden kann, auf. Weiterhin sind die Aufnahmepunkte 52, 53 für die Entnahmeeinrichtung dargestellt.

Eine Verschlussklappe 62 dient zum Schutz der Befestigungseinheit 60.

In Fig. 8 ist in einer schematischen perspektivischen Darstellung ein Ausschnitt der Akkumu- lator-Austauschstation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Station weist eine Entnahmeeinrichtung 42, 43, wie sie beispielsweise ausgebildet sein kann, auf. Sie umfasst eine Kopfeinheit 67 mit einem zentral daran angeordneten Entriegelungselement 64, welches in das Befestigungselement 60 mit komplementär ausgebildeten Entriegelungsöffnung eingeführt wird. Hierfür wird das Entriegelungselement 64 gedreht, wie es durch die Pfeile 65, 66 wiedergegeben wird, woraufhin das Befestigungselement 60 ebenso zum öffnen gedreht wird, wie es durch das Bezugszeichen 63 wiedergegeben wird.

Eine Kamera 66 trägt mit dazu bei, dass dieses automatisierte Verbindungsverfahren zwischen der Kopfeinheit 67 und dem Akkumulator passgenau durchgeführt werden kann.

Aufnahmeflächen 70 dienen dazu, an Aufnahemstellen 52, 53 des Akkumulators angreifen zu können. Hierfür sind Arme 68 mit Gelenken 69 angeordnet, wobei diese in jeder Richtung bewegt werden können, wie es durch die Doppelpfeile andeutungsweise wiedergegeben ist. Selbstverständlich kann die gesamte Kopfeinheit um ihre Längsachse gedreht werden und auf- und abwärts bewegt werden wie durch den Doppelpfeil 46 wiedergegeben wird. Eine Verschiebebewegung der Kopfeinheit und damit der Entnahmeeinrichtung ist ebenso möglich, wie es durch die Pfeile 71 wiedergegeben wird.

Bei erfolgter Anbindung der Kopfeinheit 67 an das Befestigungselement 60 erfolgt anschlie- ßend eine Drehung der Entriegelungseinheit 64 um den Verschluss zu öffnen und anschließend mittels der an der Unterseite des Akkumulators angesetzten Arme 68 den Akkumulator durch Nachuntenfahren der Kopfeinheit zu entnehmen.

In Fig. 9 ist der entnommen Akkumulator 34 mit einem Ausschnitt des komplementär ausgebildeten Aufnahmeschachtes 33 innerhalb des Fahrzeuges wiedergegeben. Eine zentrale Verriegelungsscheibe 73, die unterseitig mit der Befestigungseinrichtung 60 verbunden ist, weist seitliche Zapfen auf, die bei entsprechender Drehstellung in eine komplementär aus- gebildete öffnung 75 des Aufnahmeschachtes eingreifen können und anschließend durch Drehung eine feste Verbindung mit dem Aufnahmeschacht sicherstellen.

Ein standardisierter Polanschluss 35 greift in komplementär ausgebildeter Anschlusseinheiten 36 ein. Das Element 72 kann eine zusätzliche Informationsverbindung zwischen Akku und Fahrzeug, eine mechanische Befestigung, eine Kühlsystemanschlusssteuerung oder ebenso einen Polanschluss darstellen. Die Elemente 35, 36 stellen eine elektrische Einspei- sung der in dem Akkumulator enthaltenden Energie in dem Motor und die restlichen Instrumente des Fahrzeuges sicher, wobei eine Rückkopplung der Energie über diese Elemente ebenso stattfinden kann, indem freigewordene Energie beispielsweise mittels eines Brems- Vorganges in den Akkumulator zu dessen Aufladung zurückgespeist wird.

Mittels der Drehbewegung des zentral angeordneten Entriegelungsmechanismuses 60 können ebenso seitlich angeordnete Steckzapfen 77 derart verschoben werden, dass sie zurückgezogen werden, wenn das zentrale Befestigungselement 60 des Akkumulators geöffnet wird. Hierdurch wird eine zusätzliche Arretierung des Akkumulators im eingebauten Zustand sichergestellt. Diese Steckzapfen 77 können in entsprechend ausgebildete komplementäre Aussparungen 76 eingreifen.

Eine an dem Akkumulator seitlich angebrachte Führungsschiene 72 kann in eine komple- mentär ausgebildete Führungsnut 74 des Aufnahmeschachtes 33 eingreifen.

In Fig. 10 ist in einer schematischen Darstellung ein Teil der Station gezeigt. Dieser Teil zeigt ein Entnahmeförderband 80, welches den Akkumulator von der Entnahmeeinrichtung 42, 43 im entladenen Zustand abnimmt und auf ein Förderband 79 aufsetzt, welches den Akkumu- lator zu einer Ladestationseinheit transportiert. Darüber hinaus wird während dieses Vorganges eine Serviceeinheit 78 von einem aufgeladenen Akkumulator auf einen entladenen Akkumulator übertragen. Diese Serviceeinheit begleitet den entleerten Akkumulator während seines gesamten Lade- und Lagervorganges und dient zu dessen Steuerung. Sie sorgt da-

für, dass der Akkumulator einen seiner Leistungsfähigkeit optimierten Service enthält und bis zum Moment der erneuten Ausgabe keine Spannung verliert.

Eine Führungseinheit 80a dient zum Verschieben des Förderbandes.

In Fig. 1 1 wird ausschnittsweise ein weiterer Abschnitt der erfindungsgemäßen Akkumulator- Austauschstation gezeigt. Ein Paternoster-System 81 , 82 dient dazu, den entleerten Akkumulator vom Förderband 79 abzunehmen und gleichzeitig die Serviceeinheit 78 in eine Stromschiene 92 gleiten zu lassen. Daraufhin wird der Akkumulator 87 zum Ausgabeband 90 auf zuvor eingegangenen Akkumulatoren 83, 84 gestapelt. Die Verlaufsrichtungen werden durch die Pfeile 85, 86, 88 und 89 wiedergegeben.

Der leere Akkumulator 87 ist auf einem Träger 91 angeordnet.

Innerhalb der Akkumulator-Austauschstation wird der entnommene Akkumulator zu einem Ladestationsabschnitt transportiert und gegebenenfalls zu einem Servicestationsausschnitt. Hier wird der Akkumulator mit Energie aufgeladen, vorzugsweise seine Funktion getestet und gegebenenfalls ein Service durchgeführt oder bei Fehlfunktionen aussortiert. Ebenso kann mittels der Serviceeinheit zunächst eine Entleerung des nur teilweise entleerten Akku- mulators und dann wieder ein Aufladen stattfinden, sofern dies der Lebensdauer des Akkumulators dienlich ist.

Jeder Akkumulator kann vorzugsweise pro Entladzyklus angemietet und entsprechend bezahlt werden.

Es ist somit eine großräumige, vorzugsweise flächendeckende Energieversorgung von Elekt- rofahrzeugen möglich, indem die Akkumulatoren an verschiedenen Stationen auf einfache Weise automatisch und schnell ausgetauscht werden.

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.