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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie in einem Fahrzeug, auf ein entsprechendes Verfahren und auf ein entsprechendes Computerprogramm.
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Aus dem Automobilbau sind Start-Stopp-Systeme zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs in Standphasen bekannt. Oft wird mithilfe von Powermanagementfunktionen sichergestellt, dass beim Starten wichtige Komponenten wie Radio oder Navigationsgerät nicht beeinflusst werden. Die Lösungen sind meist auf eine Batterie beschränkt.
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In Baumaschinen werden oft zusätzliche Energiespeicher eingebaut, die sicherstellen, dass die Baumaschinen auch mit entladenen Batterien gestartet werden können. Diese zusätzlichen Energiespeicher basieren meist auf Superkondensatoren und können mithilfe eines Gleichspannungswandlers aus den Hauptbatterien nachgeladen werden. Hierbei ist der Starter direkt mit den zusätzlichen Energiespeichern verbunden. Der Start erfolgt somit immer aus den zusätzlichen Energiespeichern.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie in einem Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird eine Vorrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie in einem Fahrzeug vorgestellt, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
- einen Hauptenergiespeicher zum Speichern elektrischer Energie;
- einen vom Hauptenergiespeicher-umschaltbaren Zusatzenergiespeicher zum zusätzlichen Speichern elektrischer Energie;
- einen Vorrichtungsanschluss zum Anschließen zumindest einer elektrischen Komponente an die Vorrichtung;
- einen Hauptschalter zum Beaufschlagen des Vorrichtungsanschlusses mit einer vom Hauptenergiespeicher bereitgestellten Spannung;
- einen Zusatzschalter zum Beaufschlagen des Vorrichtungsanschlusses mit einer vom Zusatzenergiespeicher bereitgestellten Spannung; und
- ein Steuergerät zum Umschalten des Hauptschalters und des Zusatzschalters zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand, wobei der Vorrichtungsanschluss im ersten Schaltzustand mit der vom Hauptenergiespeicher bereitgestellten Spannung beaufschlagt wird, während der Zusatzenergiespeicher vom Vorrichtungsanschluss getrennt ist, und im zweiten Schaltzustand mit der vom Zusatzenergiespeicher bereitgestellten Spannung beaufschlagt wird, während der Hauptenergiespeicher vom Vorrichtungsanschluss getrennt ist.
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Die Vorrichtung kann Teil eines Bordnetzsystems des Fahrzeugs sein. Unter einem Hauptenergiespeicher kann beispielsweise zumindest eine mittels eines Generators des Fahrzeugs ladbare Hauptbatterie verstanden werden, etwa in Form eines oder mehrerer Bleiakkumulatoren oder anderer elektrochemischer Energiespeicher wie beispielsweise LiFePO4. Der Hauptenergiespeicher kann beispielsweise aus mehreren Einzelbatterien zusammengeschaltet oder -schaltbar sein. Unter einem Zusatzenergiespeicher kann beispielsweise zumindest eine Batterie oder zumindest ein Kondensator, etwa ein Superkondensator, verstanden werden. Es kann, beispielsweise durch einen Schalter, zwischen einer Energieentnahme vom Hauptenergiespeicher oder einer Energieentnahme vom Zusatzenergiespeicher umgeschaltet werden. Der Hauptenergiespeicher und der Zusatzenergiespeicher können gleiche oder unterschiedliche Nennspannungen aufweisen. Unter einer elektrischen Komponente kann beispielsweise zumindest ein Verbraucher oder der Generator des Fahrzeugs verstanden werden. Unter einem Haupt- oder Zusatzschalter kann ein elektrisch ansteuerbares Bauelement zum Herstellen oder Unterbrechen einer elektrisch leitfähigen Verbindung verstanden werden, wobei der Haupt- oder Zusatzschalter die Verbindung in einem geschlossenen Zustand herstellt und in einem offenen Zustand unterbricht. Der Hauptschalter und der Zusatzschalter können unabhängig voneinander ansteuerbar sein. Der Hauptschalter kann entweder durch den Fahrer oder der Vorrichtung angesteuert werden. Der Zusatzschalter durch die Vorrichtung angesteuert werden. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass sich der hier vorgestellte Ansatz speziell auf Fahrzeuge bezieht, die nur über genau ein Bordnetz verfügen. Dies bedeutet, dass ein Energieverbraucher die Energie über eine einige Schnittstelle beziehen kann, die evtl. von mehreren Energiespeichern mit elektrischer Energie versorgt wird. Es sind somit keine redundanten Kabel erforderlich, sondern es ist vorzugsweise ein einziger elektrischer Versorgungsstrang vorhanden, durch welchen der oder die elektrische(n) Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden. Diese Eigenschaft unterscheidet den hier vorgestellten Ansatz gegenüber alternativen Ansätzen aus der Automotiv-Technik. Es sind im vorliegenden Ansatz somit (immer) alle Verbraucher, Starter und Generator an einem Netz untrennbar miteinander verbunden.
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Unter einem Steuergerät kann ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Der hier vorgestellte Ansatz eignet sich vor allem zur Anwendung im Bereich militärischer Fahrzeuge. Diese werden die meiste Zeit im Stand betrieben und verfügen über sehr leistungsstarke Motoren, die beim Starten sehr hohe Batterieströme erfordern. Zudem sind militärische Fahrzeuge mit zahlreichen elektrischen Komponenten ausgestattet, die zu einem vielfach höheren Strombedarf als bei zivilen Fahrzeugen führen. Mit herkömmlichen Bleibatterien können solche Fahrzeuge nur bis zu zwei Stunden operieren, bevor die Bleibatterien den erforderlichen Startstrom nicht mehr liefern können. Das führt dazu, dass die Besatzung die Motoren immer laufen lässt, um die Batterien im Leerlauf nachzuladen, was mit einem entsprechend großen Treibstoffverbrauch einhergeht.
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Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht nun die einfache Nachrüstung eines Fahrzeugs mit einem Zusatzenergiespeicher, sodass das Fahrzeug durch entsprechendes Umschalten entweder aus dem Hauptenergiespeicher oder aus dem Zusatzenergiespeicher gestartet werden kann. Insbesondere militärische Fahrzeuge können so sehr einfach nachgerüstet werden, da es hier kaum möglich ist, den Starter direkt mit dem Zusatzenergiespeicher zu verbinden, denn Starter, Glühkerzen und Lichtmaschine sind in der Regel zusammen an einer Leitung verbunden. Dadurch kann der Treibstoffverbrauch deutlich gesenkt werden. Zudem kann auf Powermanagementfunktionen im Fahrzeug verzichtet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Steuergerät ausgebildet sein, um den Hauptschalter und/oder den Zusatzschalter unter Verwendung eines ein Starten des Fahrzeugs repräsentierenden Startsignals und/oder eines ein Stoppen des Fahrzeugs repräsentierenden Stoppsignals anzusteuern. Unter einem Startsignal kann beispielsweise ein einen Startwunsch eines Fahrers repräsentierendes Signal verstanden werden. Analog dazu kann unter einem Stoppsignal ein einen Stoppwunsch des Fahrers repräsentierendes Signal verstanden werden. Dadurch kann die Vorrichtung mit einer Start-Stopp-Automatik realisiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung eine Signalunterdrückungseinheit aufweisen, die ausgebildet ist, um ein Unterdrückungssignal auszugeben oder weiterzuleiten, das ausgebildet ist, um bei einem Umschalten des Hauptschalters und/oder des Zusatzschalters zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand das Starten eines Fahrzeugmotors durch einen Fahrer zu unterdrücken. Unter einer Signalunterdrückungseinheit kann ein dem Steuergerät vorgeschaltetes elektronisches Bauelement verstanden werden. Dadurch kann eine Beeinflussung des Umschaltvorgangs durch ein Starten des Fahrzeugmotors einerseits verhindert werden und andererseits kann verhindert werden, dass durch ein Umschalten des Hauptschalters und/oder des Zusatzschalters der Fahrzeugmotor durch eine abrupte Energietrennung von einem Energiespeicher beschädigt werden könnte.
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Zudem kann die Vorrichtung einen zwischen dem Hauptenergiespeicher und dem Zusatzenergiespeicher angeordneten Spannungswandler zum Wandeln einer vom Hauptenergiespeicher bereitgestellten Spannung und/oder einer vom Zusatzenergiespeicher bereitgestellten Spannung aufweisen. Bei dem Spannungswandler kann es sich beispielsweise um einen bidirektionalen Gleichspannungswandler handeln. Der Spannungswandler kann beispielsweise ausgebildet sein, um eine Ausgangsspannung des Hauptenergiespeichers und/oder des Zusatzenergiespeichers variabel zu regeln. Durch diese Ausführungsform kann je nach Wahl der jeweiligen Ausgangsspannung gesteuert werden, ob der Zusatzenergiespeicher über den Hauptenergiespeicher geladen oder entladen wird oder auch der Hauptenergiespeicher über den Zusatzenergiespeicher geladen oder entladen wird.
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Dabei kann der Spannungswandler zum Zusatzschalter parallel geschaltet oder schaltbar sein. Dadurch kann der Spannungswandler mit geringem Verschaltungsaufwand in die Vorrichtung integriert werden. Der Spannungswandler kann hierbei unabhängig zum Zusatzschalter sein. In der vorliegenden Ausführung sind beispielsweise zwei Spannungswandler implementiert, wobei einer für das Laden der Hauptbatterie aus dem Zusatzspeicher vorgesehen ist. Dieser Spannungswandler sollte potentialgetrennt sein, in diesem Fall ist Hauptbatterie über den Spannungswandler mit der Vorrichtung verbunden. Das Fahrzeug wird komplett von Zusatzspeicher versorgt. Ein weiterer Spannungswandler, der beispielsweise für das Laden des Zusatzspeichers aus der Hauptbatterie, sorgt, braucht nicht potentialfrei sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Steuergerät ausgebildet sein, um den Hauptschalter und den Zusatzschalter in zumindest einen weiteren Schaltzustand zu schalten, in dem der Zusatzenergiespeicher über den Spannungswandler vom Hauptenergiespeicher geladen wird oder, zusätzlich, der Hauptenergiespeicher über den Spannungswandler vom Zusatzenergiespeicher geladen wird. Dadurch wird durch einfaches Umschalten des Hauptschalters und des Zusatzschalters ein Laden des Zusatz- bzw. Hauptenergiespeichers ermöglicht.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zumindest einen Sensor zum Bereitstellen eines einen Ladezustand des Hauptenergiespeichers und/oder des Zusatzenergiespeichers repräsentierenden Sensorsignals aufweist. Dabei kann das Steuergerät ausgebildet sein, um den Hauptschalter und/oder den Zusatzschalter unter Verwendung des Sensorsignals anzusteuern. Das Sensorsignal kann beispielsweise eine gemessene Spannung, einen gemessenen Widerstand, einen gemessenen Strom oder einen Messwert einer sonstigen relevanten Kenngröße des Haupt- bzw. Zusatzenergiespeichers repräsentieren. Durch diese Ausführungsform kann die Vorrichtung mit einem Batteriemanagementsystem realisiert werden, durch das die Lebensdauer des Haupt- und Zusatzenergiespeichers verlängert werden kann und der Energieverbrauch zum Laden des Haupt- und Zusatzenergiespeichers verringert werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Hauptschalter ausgebildet sein, um einen Masseanschluss des Hauptenergiespeichers mit Masse zu verbinden. Zusätzlich oder alternativ kann der Zusatzschalter ausgebildet sein, um einen Versorgungsspannungsanschluss des Zusatzenergiespeichers mit dem Vorrichtungsanschluss zu verbinden. Dadurch wird bei offenem Hauptschalter ein Laden des Zusatzenergiespeichers über den Hauptenergiespeicher ermöglicht.
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Es ist von Vorteil, wenn der Hauptenergiespeicher und der Zusatzenergiespeicher die gleiche Nennspannung haben. Dadurch kann der Vorrichtungsanschluss unabhängig vom verwendeten Energiespeicher je mit der gleichen Nennspannung beaufschlagt werden.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft zudem ein Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst:
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Ausgeben eines Ansteuersignals zum Umschalten des Hauptschalters und des Zusatzschalters zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware, beispielsweise in einem Steuergerät, implementiert sein.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 100 zum Bereitstellen elektrischer Energie in einem Fahrzeug umfasst beispielhaft einen Hauptenergiespeicher aus einer ersten Hauptbatterie 104 und einer zur ersten Hauptbatterie 104 parallel geschalteten zweiten Hauptbatterie 106. Die beiden Hauptbatterien 104, 106 weisen je mehrere Einzelbatterien 108 mit einer jeweiligen Nennspannung von 12 V auf. Beispielhaft umfasst die erste Hauptbatterie 104 zwei miteinander in Reihe geschaltete Einzelbatterien 108, während die zweite Hauptbatterie 106 zwei zueinander parallel geschaltete Paare aus je zwei miteinander in Reihe geschalteten Einzelbatterien 108 umfasst. Des Weiteren weist die Vorrichtung 100 einen Zusatzenergiespeicher 110 mit einer beispielhaften Nennspannung von 26,4 V auf, wie es beispielsweise bei LiFePO4-Batterien der Fall ist. Zusatzbatterie bzw. der Zusatzenergiespeicher 110 kann eine gleiche oder höhere Nennspannung als die Hauptbatterie 104 bzw. 106 haben.
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Ein Vorrichtungsanschluss 112 dient beispielsweise zum Anschließen eines Generators 114, eines Starters 116 oder einer sonstigen Last 118 an die Vorrichtung 100. Der Hauptenergiespeicher und der Zusatzenergiespeicher 110 sind jeweils elektrisch leitfähig mit dem Vorrichtungsanschluss 112 verbindbar. Beispielhaft sind die Hauptbatterien 104, 106 und der Zusatzenergiespeicher 100 über ihren jeweils als Versorgungsspannungsanschluss fungierenden Pluspol an den Vorrichtungsanschluss 112 angeschlossen.
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Zum Verschalten des Vorrichtungsanschlusses 112 mit dem Hauptenergiespeicher oder dem Zusatzenergiespeicher 110 weist die Vorrichtung 100 einen dem Hauptenergiespeicher zugeordneten Hauptschalter und einen dem Zusatzenergiespeicher 110 zugeordneten Zusatzschalter 122 auf. Der Hauptschalter umfasst gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein der ersten Hauptbatterie 104 zugeordnetes erstes Relais 124 und ein der zweiten Hauptbatterie 106 zugeordnetes zweites Relais 126. Dabei ist das erste Relais 124 ausgebildet, um einen als Masseanschluss fungierenden Minuspol der ersten Hauptbatterie 104 mit Masse zu verbinden, und das zweite Relais 126 ausgebildet, um einen als Masseanschluss fungierenden Minuspol der zweiten Hauptbatterie 106 mit Masse zu verbinden. Der Zusatzschalter 122 ist in einer den Pluspol des Zusatzenergiespeichers 110 mit dem Vorrichtungsanschluss 112 verbindenden Leitung angeordnet. 1 zeigt die Relais 124, 126 und den Zusatzschalter 122 im offenen Zustand.
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Zur Ansteuerung des Hauptschalters in Form der beiden Relais 124, 126 und des Zusatzschalters 122 dient ein Steuergerät 130, das ausgebildet ist, um Haupt- und Zusatzschalter zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand umzuschalten. Im ersten Schaltzustand sind Haupt- und Zusatzschalter so geschaltet, dass der Vorrichtungsanschluss 112 lediglich mit einer vom Hauptenergiespeicher bereitgestellten Spannung beaufschlagt wird, während der Zusatzenergiespeicher 110 vom Vorrichtungsanschluss 112 getrennt ist. Analog dazu sind Haupt- und Zusatzschalter im zweiten Schaltzustand so geschaltet, dass der Vorrichtungsanschluss 112 lediglich mit einer vom Zusatzenergiespeicher 110 bereitgestellten Spannung beaufschlagt wird, während umgekehrt der Hauptenergiespeicher, d. h. beide Hauptbatterien 104, 106, vom Vorrichtungsanschluss 112 getrennt ist. So ist beispielsweise im ersten Schaltzustand zumindest eines der beiden Relais 124, 126 geschlossen, während der Zusatzschalter 122 offen ist. Dementsprechend ist im zweiten Schaltzustand der Zusatzschalter 122 geschlossen, während die beiden Relais 124, 126 offen sind.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zwischen den Hauptenergiespeicher und den Zusatzenergiespeicher 110 ein Gleichspannungswandler 132 geschaltet. Der Gleichspannungswandler 132 ist zu dem Zusatzschalter 122 parallel geschaltet und über das Steuergerät 130 ansteuerbar. Mittels des Gleichspannungswandlers 132 ist ein Laden des Zusatzenergiespeichers 110 über zumindest eine der beiden Hauptbatterien 104, 106 oder umgekehrt ein Laden zumindest einer der beiden Hauptbatterien 104, 106 über den Zusatzenergiespeicher 110 möglich. Zum Laden des Zusatzenergiespeichers 110 oder der Hauptbatterien 104, 106 schaltet das Steuergerät 130 die Relais 124, 126 und den Zusatzschalter 122 in entsprechende Schaltzustände um. Beispielsweise ist in einem dritten Schaltzustand der Zusatzschalter 122 offen, sodass über den Gleichspannungswandler 132 ein Ladestrom fließen kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 130 ausgebildet, um die Relais 124, 126 und den Zusatzschalter 122 unter Verwendung eines Startsignals 133, das ein Starten des Fahrzeugs repräsentiert, oder auch eines Stoppsignals 134, das ein Stoppen des Fahrzeugs repräsentiert, anzusteuern. Hierfür kann beispielsweise das Steuergerät 130 die Relais 124 bzw. 126 speziell im Falle des Startens bzw. Stoppens des Fahrzeugmotors ansteuern, sodass speziell für das Starten eine ausreichend große Energiemenge zum Start des Fahrzeugmotors verfügbar ist.
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Auch kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel das Steuergerät 130 ausgebildet sein, um bei einem Umschalten der Relais 124, 126 und des Zusatzschalters 122 ein Unterdrückungssignal 135 auszugeben, das ein aktuell erfolgendes Umschalten des Hauptschalters (speziell zumindest einer der Relais 124 bzw. 126) und des Zusatzschalters 122 zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand repräsentiert, um sicherzustellen dass dass ein Fahrer 137 das Fahrzeug nicht in diesem Moment starten kann. Hierzu ist dem Steuergerät 130 eine optionale Signalunterdrückungseinheit 138 nachgeschaltet, auch Signaltrennbox genannt, die das Unterdrückungssignal 135 an den Fahrer 137 weiterleitet (bzw. an den Fahrer 137 ausgibt), das ausgebildet ist, um während des Umschaltens zwischen zwei Schaltzuständen das Starten des Fahrzeugmotors durch den Fahrer 137 zu unterdrücken. Hierzu kann die Vorrichtung 100 ausgebildet sein, einen Startwunsch des Fahrers 137 sensieren zu können. Alternativ oder zusätzlich kann ein entsprechendes Signal, das den Startwunsch des Fahrers repräsentiert, durch eine Einheit außerhalb der Vorrichtung 100 sensiert werden. Stellt die Vorrichtung 100 fest, dass der Energiespeicher (hier beispielsweise der Hauptenergiespeicher aus einer ersten Hauptbatterie 104 und einer zur ersten Hauptbatterie 104 parallel geschalteten zweiten Hauptbatterie 106) nicht mehr in der Lage ist das Fahrzeug zu starten, wird der mögliche Startbefehl des Fahrers durch Aktivierung eines entsprechenden Moduls des Steuergerätes 130 bzw. der Signalunterdrückungseinheit 138 mittels des Unterdrückungssignals 135 unterdrückt. Liegt ein Startwunsch des Fahrers 137 an, wird der Schalterzustand auf den Zusatzenergiespeicher 110 geschaltet und die Signalunterdrückungseinheit 138 entweder deaktiviert oder es wird am Fahrer 137 vorbei der Starter aktiviert.
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Zur Realisierung eines Batteriemanagementsystems umfasst die Vorrichtung 100 gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel insgesamt drei Batteriemanagementsystem-Sensoren 140 zum Bereitstellen eines einen Ladezustand des Hauptenergiespeichers repräsentierenden Sensorsignals 142, das mittels des Steuergeräts 130 auswertbar ist und von diesem zur Erzeugung eines Ansteuersignals 144 zur Ansteuerung des Haupt- und Zusatzschalters oder des Gleichspannungswandlers 132 verwendet wird.
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Wie in 1 beispielhaft gezeigt, können der Zusatzschalter 122, der Zusatzenergiespeicher 110, das Steuergerät 130 und der Gleichspannungswandler 132 in einen Bauraum von beispielsweise zwei Bleibatterien oder entsprechenden elektrochemischen Energiespeichern integriert sein.
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Die Vorrichtung 100 bietet beispielsweise den Vorteil, dass jedes vorhandene militärische Fahrzeug einfach mit dem Zusatzenergiespeicher 110 nachgerüstet werden kann. Dadurch kann die Startfähigkeit zu jedem Zeitpunkt sichergestellt werden. Das Spannungsniveau und die Chemie des Haupt- und Zusatzenergiespeichers sind frei wählbar. Das Steuergerät 130 schaltet zwischen Haupt-und Zusatzenergiespeicher so um, dass das ganze Fahrzeug immer entweder von zumindest einer der Hauptbatterien 104, 106 oder dem Zusatzenergiespeicher 110 versorgt wird.
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Zur Vermeidung kurzer Unterbrechungen beim Umschalten weist die Vorrichtung 100 beispielsweise einen zusätzlichen Leistungswiderstand samt Schalter auf. Zum Umschalten ist beispielsweise ein fahrzeugseitiges Hauptrelais und/oder die beiden fahrzeugseitigen Hauptrelais 126 und 124 nutzbar.
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Die Nachladung des Zusatzenergiespeichers 110 erfolgt über den Gleichspannungswandler 132 aus dem Hauptenergiespeicher. Der im Motor verbaute Generator 114 wird aufgrund der unterschiedlichen Spannungslage zwischen Haupt- und Zusatzenergiespeicher nur zum Nachladen des Hauptenergiespeichers verwendet. Bei gleicher Spannungslage von Hauptbatterie und Zusatzbatterie kann auch die Zusatzbatterie nachgeladen werden. Bietet der verbaute Generator eine einstellbare Ladekennlinie, kann das Steuergerät 130 eine Umschaltung auf eine Kennlinie, passend zur verwendeten Batteriechemie des Zusatzspeichers, ausführen.
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Die Nachladung des Hauptenergiespeichers erfolgt beispielsweise über einen zusätzlichen Gleichspannungswandler aus dem Zusatzenergiespeicher 110. Dies ist dann sinnvoll, wenn der Hauptenergiespeicher so weit entladen ist, dass sich das Fahrzeug mittels des Hauptenergiespeichers nicht mehr einschalten lässt. Der Gleichspannungswandler dient dazu, die Spannung des Hauptenergiespeichers wieder auf ein Niveau anzuheben, bei dem alle Komponenten im Fahrzeug arbeiten. Ist dies der Fall, erfolgt die Umschaltung auf den Hauptenergiespeicher, der dann durch den Generator 114 geladen wird.
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Damit das Umschalten nicht gestört wird, sollte sichergestellt sein, dass der Fahrer das Fahrzeug nicht in diesem Moment startet. Dazu dient die Signalunterdrückungseinheit 138, die Vorgaben des Fahrers (wie das Starten des Fahrzeugmotors) beim Umschalten des Hauptschalters 124 bzw. 126 und/oder des Zusatzschalters 122 zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand unterbindet. Die Signalunterdrückungseinheit 138 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel so aufgebaut, dass ein Ausfall des HEMS keinen Einfluss auf das Fahrzeugverhalten hat. Der Fahrer kann das Fahrzeug auch ohne HEMS mithilfe des Hauptenergiespeichers starten.
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Das HEMS ist beispielsweise ausgebildet, um einen notwendigen Start oder einen Startwunsch des Fahrers zu erkennen und davon abhängig selbstständig auf den am besten geeigneten Energiespeicher für den Start umzuschalten. Damit wird eine automatische Start-Stopp-Funktionalität möglich.
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Die Informationen über den Hauptenergiespeicher bezieht das Steuergerät 130 in Form des Sensorsignals 142 von den jeweiligen Batteriemanagementsystem-Sensoren 140 der Hauptbatterien 104, 106.
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Die Vorrichtung 100 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel so aufgebaut, dass ein Ausfall des HEMS zu einem sicheren Zustand führt, in dem das Fahrzeug automatisch vom Hauptenergiespeicher betrieben wird. Dadurch erhöht sich die Verfügbarkeit des Fahrzeugs.
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Gemäß einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 100 die folgenden Komponenten:
- - Haupt- und Zusatzenergiespeicher, Batteriemanagementsystem, Steuergerät, Relais, Ladewiderstand und Gleichspannungswandler;
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- - Signaltrennbox;
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- - Batteriesensoren für den Hauptenergiespeicher.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 200 zum Bereitstellen elektrischer Energie in einem Fahrzeug kann beispielsweise mittels des vorangehend anhand von 1 beschriebenen Steuergeräts ausgeführt werden. Dabei wird in einem optionalen Schritt 210 das Sensorsignal der Batteriesensoren empfangen. In einem weiteren Schritt 220 wird unter Verwendung des Sensorsignals das Ansteuersignal zum entsprechenden Ansteuern des Haupt- und Zusatzschalters zwischen den verschiedenen Schaltzuständen bereitgestellt.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
