DE112019004116T5

DE112019004116T5 - Stromversorgungsanordnung mit getrennten Stromanschlüssen und Verfahren

Info

Publication number: DE112019004116T5
Application number: DE112019004116.9T
Authority: DE
Inventors: André Claesson; Robert Sjödin; Mathias Björkman; Linus Ährlig
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2021-05-20
Also published as: CN112739579A; SE1851160A1; SE542927C2; WO2020067947A1

Abstract

Vorliegende Beschreibung betrifft Techniken im Zusammenhang mit Fahrzeugen und eine Stromversorgungsanordnung zum Einsatz in einem Fahrzeug. Gemäß einer ersten Ausführung betrifft die Beschreibung eine Stromversorgungsanordnung (400) zum Einsatz in einem Fahrzeug (1). Die Stromversorgungsanordnung (400) hat zumindest eine Energiespeichereinrichtung (70), einen ersten Stromanschluss (101) und einen zweiten Stromanschluss (102). Die zumindest eine Energiespeichereinrichtung (70) hat einen Energiespeicher (76), der elektrisch verbindbar ist mit einem ersten Stromverbinder (71) und einem zweiten Stromverbinder (72), wobei der zweite Stromverbinder (72) elektrisch vom ersten Stromverbinder (71) abtrennbar ist. Der erste Stromanschluss (101) ist eingerichtet zum Verbinden des ersten Stromverbinders mit zumindest einem Antriebssystem des Fahrzeuges und der zweite Stromanschluss (102) ist eingerichtet zum Verbinden des zweiten Stromverbinders mit zumindest einem Bremssystem des Fahrzeuges (1). Der zweite Stromanschluss (102) ist elektrisch getrennt vom ersten Stromanschluss (101) bei Abtrennung des zweiten Stromverbinders (72) vom ersten Stromverbinder (71). Die Beschreibung betrifft auch ein Fahrzeug (1) mit einer Stromversorgungsanordnung und ein entsprechendes Verfahren.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft Techniken im Zusammenhang mit Fahrzeugen und eine Stromversorgungsanordnung zum Einsatz in einem Fahrzeug. Die Beschreibung betrifft auch ein Fahrzeug mit der Stromversorgungsanordnung, ein entsprechendes Verfahren, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium.
Hintergrund
Fahrzeuge werden heute üblicherweise für einen bestimmten Zweck hergestellt, z.B. ein Bus wird hergestellt für den Transport von Fahrgästen und ein Lastkraftwagen wird hergestellt für den Transport von Gütern. Derartige Fahrzeuge werden üblicherweise in einer Fabrik hergestellt und vollständig zusammengebaut oder sie können auch teilweise in einer Fabrik zusammengebaut werden und bei einem Karosseriebauer fertiggestellt werden. Ist das Fahrzeug einmal zusammengebaut, kann es für den vorgesehenen Zweck eingesetzt werden. Ein Bus kann also als Bus und ein Müllwagen kann als Müllwagen eingesetzt werden. Verschiedene Fahrzeuge sind somit für die verschiedenen Zwecke erforderlich, was es für den Transportunternehmer erforderlich macht, eine große Flotte vorzuhalten, was wiederum hohe Kosten verursacht.
Bekannt sind beispielsweise Lösungen, mit denen ein Lastkraftwagen umgebaut werden kann durch Austausch eines Betonmischers durch eine Ladeplattform. Dies verbessert die Anpassungsfähigkeit und es können zwei verschiedene Funktionen mit einem einzigen Fahrzeug eingerichtet werden. Das Dokument US 2016/0129958 A1 beschreibt ein modulares Elektrofahrzeug mit austauschbaren Modulen für den Zusammenbau des Fahrzeuges. Der Benutzer kann das Fahrzeug auseinanderbauen und wieder zusammenbauen entsprechend dem Einsatz bei verschiedenen Anwendungen. In Zukunft jedoch sind weitere Entwicklungen erforderlich für noch anpassungsfähigere Fahrzeuggestaltungen, um den Bedarf von Kunden an verschiedenen Fahrzeugen kostengünstig zu decken.
Energie für den Antrieb von Elektrofahrzeugen kann in speziellen Batterien gespeichert werden, die eine hohe Systemspannung bereitstellen, z.B. 650 Volt. Die Batterien müssen aufgrund des großen Energiegehaltes sicher sein. Die Bremssysteme des Fahrzeuges bedingen ähnliche Anforderungen bezüglich der Energieversorgung. Bei modularen Fahrzeuggestaltungen kann es vorteilhaft sein, dass einige oder alle Module eines Fahrzeuges eine gemeinsame Energiequelle teilen. Dementsprechend können der Antrieb und die Bremssysteme des Fahrzeuges eine gemeinsame Energiequelle teilen. Allerdings kann es zu Sicherheitsrisiken kommen, wenn das Antriebssystem und das Bremssystem eines Fahrzeuges eine gemeinsame Energiequelle teilen.
Kurzbeschreibung
Es ist ein Ziel dieser Beschreibung, eine Lösung bereitzustellen, welche unter Erfüllung hoher Sicherheitsanforderungen ermöglicht, dass in einem Fahrzeug ein oder mehrere Brems- und Antriebssysteme eine Energiequelle gemeinsam teilen. Beispielsweise ist es auch ein Ziel dabei, sicherzustellen, dass ein einziger Fehler, wie ein Kurzschluss, sich nicht zwischen den Systemen auswirkt. Auch ist es dabei ein Ziel, eine Lösung bereitzustellen, welche einsetzbar ist bei modularen Fahrzeugzusammensetzungen.
Gemäß einer ersten Ausführung betrifft die Beschreibung eine Stromversorgungsanordnung zum Einsatz in einem Fahrzeug. Die Stromversorgungsanordnung hat zumindest eine Energiespeichereinrichtung, einen ersten Stromanschluss und einen zweiten Stromanschluss. Die zumindest eine Energiespeichereinrichtung hat einen Energiespeicher, der elektrisch verbindbar ist mit einem ersten Stromverbinder und einem zweiten Stromverbinder, wobei der zweite Stromverbinder elektrisch abtrennbar ist von dem ersten Stromverbinder. Der erste Stromanschluss ist eingerichtet zum Verbinden des ersten Stromverbinders und zumindest eines Antriebssystems des Fahrzeuges und der zweite Stromanschluss ist eingerichtet zum Verbinden des zweiten Stromverbinders und zumindest eines Bremssystems des Fahrzeuges. Der zweite Stromanschluss ist elektrisch getrennt vom ersten Stromanschluss bei Abtrennung des zweiten Stromverbinders vom ersten Stromverbinder. Damit kann der Aufbau des Fahrzeuges dadurch vereinfacht werden, dass die Brems- und Antriebssysteme eine einzige Energiespeichereinrichtung gemeinsam teilen, wobei die Sicherheit gewährleistet ist aufgrund der getrennten Stromanschlüsse, da ein allein in einem der Systeme auftretender Fehler sich nicht in ein anderes System fortpflanzt. Insbesondere ermöglicht die hier vorgeschlagene Stromversorgungsanordnung, z.B. im Fall des Auftretens eines Fehlers, eine vollständige Isolierung eines der Stromanschlüsse gegenüber dem anderen Stromanschluss unter Beibehaltung der vollen Funktionalität des anderen Stromanschlusses. Da das Antriebssystem typischerweise auch als ein Hilfsbremssystem arbeitet bedeutet dies auch, dass bei Ausfall des Hauptbremssystems das Hilfsbremssystem weiter funktioniert und umgekehrt.
Bei einigen Ausführungsbeispielen hat die zumindest eine Energiespeichereinrichtung zumindest einen Schalter, der eingerichtet ist so gesteuert zu werden, dass der erste Stromverbinder vom zweiten Stromverbinder abgetrennt wird. Damit können die Stromanschlüsse in einfacher Weise getrennt werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen hat die zumindest eine Energiespeichereinrichtung eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, ein vorgegebenes Fehlerkriterium zu prüfen und den zumindest einen Schalter zu steuern zum Abtrennen des ersten Stromverbinders zum zweiten Stromverbinder dann, wenn das vorgegebene Fehlerkriterium erfüllt ist. Damit können verschiedene Fehlerkriterien eingesetzt werden zum Auslösen der elektrischen Trennung der ersten und zweiten Stromverbinder.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuereinheit eingerichtet, Daten zu gewinnen, die anzeigen, dass ein Strom durch die ersten und/oder zweiten Stromanschlüsse fließt, und das vorgegebene Fehlerkriterium beinhaltet, dass der gewonnene Strom einem oder mehreren vorgegebenen Schwellenwerten entspricht. Damit kann eine Stromspitze sich nicht zwischen den Systemen fortpflanzen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen hat die Stromversorgungsanordnung zumindest zwei Energiespeicher und die ersten und zweiten Stromanschlüsse sind eingerichtet, die zumindest zwei Energiespeicher parallel zu schalten. Damit können gestapelte Batterien eingesetzt werden, um mehrere Antriebs- und Bremssysteme mit Strom zu versorgen, was den Systemaufbau weniger komplex macht, da die Stromanschlüsse mehr als eine Stromquelle verbinden können.
Bei einigen Ausführungsbeispielen wird das Fahrzeug aus einem Satz von Modulen zusammengebaut. Der Satz von Modulen hat zumindest ein Antriebsmodul mit einem Paar von Rädern, ein Antriebssystem und zumindest ein Bremssystem; wobei das zumindest eine Antriebsmodul eingerichtet ist, autonom betrieben zu werden, und zumindest ein Funktionsmodul. Jedes Modul in dem Satz von Modulen hat zumindest eine Schnittstelle, die trennbar verbindbar ist mit einer entsprechenden Schnittstelle eines anderen Moduls. Bei diesen Ausführungsbeispielen sind die ersten und zweiten Stromanschlüsse eingerichtet zum Verbinden der zumindest einen Energiespeichereinrichtung, die in einem der Module angeordnet ist, mit zumindest einem Antriebssystem und einem Bremssystem, welche in einem der anderen Module angeordnet sind. Durch Ausstattung jeder Energiespeichereinrichtung mit zwei unabhängigen Stromanschlüssen wird sichergestellt, dass unabhängig davon, ob die Antriebsmodule unabhängig wirken oder mit einem Funktionsmodul verbunden sind, die Bremsfunktion immer von der Antriebsfunktion getrennt ist.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der erste Stromanschluss eingerichtet zum Verbinden der zumindest einen Energiespeichereinrichtung und einer Mehrzahl von Antriebssystemen des Fahrzeuges, wobei der zweite Stromanschluss eingerichtet ist zum Verbinden der zumindest einen Stromquelle mit einer Mehrzahl von Bremssystemen des Fahrzeuges. Somit sind alle Stromanschlüsse des Fahrzeuges verbunden, was die Stromversorgung und die Aufladung stützt.
Gemäß einer zweiten Ausführung betrifft diese Beschreibung ein Fahrzeug mit zumindest einem Antriebssystem, zumindest einem Bremssystem und der Stromversorgungsanordnung gemäß der ersten Ausführung. Die Stromversorgungsanordnung ist eingerichtet zum Verbinden der zumindest einen Energiespeichereinrichtung und des zumindest einen Antriebssystems und des zumindest einen Bremssystems.
Bei einigen Ausführungsbeispielen hat das Fahrzeug einen Satz von Modulen. Der Satz von Modulen hat zumindest ein Antriebsmodul mit einem Paar von Rädern, ein Antriebssystem und zumindest ein Bremssystem. Jedes Modul in dem Satz von Modulen hat zumindest eine Schnittstelle, die lösbar verbindbar ist mit einer entsprechenden Schnittstelle eines anderen Moduls. Die ersten und zweiten Stromanschlüsse sind eingerichtet zum Verbinden einer Energiespeichereinrichtung, die in einem Modul angeordnet ist, und des zumindest einen Antriebssystems und des Bremssystems, welche in einem der anderen Module des Satzes von Modulen angeordnet sind.
Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die ersten und zweiten Stromanschlüsse eingerichtet zum Verbinden einer Energiespeichereinrichtung, die in einem der Funktionsmodule angeordnet ist, mit zumindest einem Antriebssystem und Bremssystem, angeordnet in einem der Antriebsmodule.
Gemäß einer dritten Ausführung betrifft diese Beschreibung ein Verfahren zum Einsatz in einer Steuereinheit einer Energiespeichereinrichtung mit einem Energiespeicher, der elektrisch verbunden ist mit einem ersten Stromverbinder, der mit einem Antriebssystem eines Fahrzeuges verbindbar ist, und mit einem zweiten Stromverbinder, der mit einem Bremssystem eines Fahrzeuges verbindbar ist. Das Verfahren beinhaltet die Überprüfung eines vorgegebenen Fehlerkriteriums und die Abtrennung des ersten Stromverbinders vom zweiten Stromverbinder dann, wenn das vorgegebene Fehlerkriterium erfüllt ist.
Bei einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren die Gewinnung von Daten, welche einen Strom anzeigen, der durch den ersten und/oder den zweiten Stromanschluss fließt, und das vorgegebene Fehlerkriterium beinhaltet, dass der Strom einem oder mehreren vorgegebenen Schwellenwerten entspricht, also überschreitet.
Gemäß einer vierten Ausführung betrifft die Beschreibung ein Computerprogramm mit Instruktionen, die bei Ausführung des Programms in einem Computer diesen veranlassen, das Verfahren gemäß der dritten Ausführung auszuführen.
Gemäß einer fünften Ausführung betrifft die Beschreibung ein computerlesbares Medium mit Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren gemäß der dritten Ausführung auszuführen.
Figurenliste

1 zeigt einen Satz von Modulen, ein aus dem Satz von Modulen zusammengebautes Fahrzeug und ein nicht an Bord befindliches System.
2a - 2c zeigen schematisch ein Antriebsmodul in Seitenansicht, in Vorderansicht und in Ansicht von oben.
3 zeigt schematisch ein Antriebsmodul mit weiteren Einzelheiten in Seitenansicht.
4 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Funktionsmoduls mit einer Stromsteueru ngsa nordn u ng.
5 zeigt die Energiespeichereinrichtung mit weiteren Einzelheiten.
6 zeigt ein Beispiel einer Implementierung einer Stromversorgungsanordnung.
7 zeigt eine Steuereinheit einer Stromversorgungsanordnung.
8 zeigt ein entsprechendes Verfahren zum Einsatz in einer Steuereinheit einer Energiespeichereinrichtung.

Beschreibung von Einzelheiten
Eine Möglichkeit, den Bedarf von Kunden an unterschiedlichen Fahrzeugen anpassungsfähig und kostengünstig zu decken, ist der Einsatz von modularisierten Fahrzeugen, die aus einem Satz von Modulen zusammengebaut werden. Ein derartiges modularisiertes Fahrzeug wird typischerweise in den Anlagen des Kunden zusammengebaut und der Kunde kann somit einen Satz von Modulen beim Hersteller kaufen. Das Modul-Fahrzeug kann in einfacher Weise zusammengebaut und auseinandergebaut werden, z.B. zur Ausführung einer bestimmten Aufgabe. Auch wenn ein Fahrzeug modular aufgebaut ist, d.h. aus unabhängigen Einheiten zusammengefügt ist, ist es anzustreben, alle Module unter Einsatz einer einzigen Energiequelle mit Strom zu versorgen, z.B. mit einer Batteriepackung. Dies bedeutet, dass eine Batteriepackung eingesetzt wird, sowohl für den Antrieb als auch für die Bremsung des Fahrzeuges.
Um zu ermöglichen, dass dieselbe Batteriepackung sowohl für den Vortrieb als auch für das Bremsen eingesetzt werden kann ohne Einbuße an Sicherheit, schlägt diese Beschreibung eine Stromversorgungsanordnung zum Einsatz in einem Fahrzeug vor, bei der das Antriebssystem (die Antriebssysteme) und das Bremssystem (die Bremssysteme) getrennte Versorgungsschaltungen haben. Insbesondere wird eine Lösung des Problems vorgeschlagen, bei der ein oder mehrere Antriebssysteme und ein oder mehrere Bremssysteme an getrennte Verbinder einer Batteriepackung über getrennte Stromanschlüsse angeschlossen sind; eine Batteriepackung wird hier als Energiespeichereinrichtung bezeichnet. Weiterhin sind Schalter oder dergleichen in der Energiespeichereinrichtung (den Energiespeichereinrichtungen) vorgesehen, um sicherzustellen, dass die Stromanschlüsse der individualisierten Systeme (Antrieb und Bremsung) getrennt werden können, derart, dass ein einzeln auftretender Fehler in einem der Systeme sich nicht in das andere System fortpflanzt. Damit werden die Stromanschlüsse zwischen dem Energiespeicher und den verschiedenen Systemen im Fahrzeug vollständig separiert. Da jede Batteriepackung zwei unabhängige Stromverbinder aufweist, welche an zwei getrennte Stromanschlüsse angeschlossen sind, einen für jedes System, ist sichergestellt, dass unabhängig davon, ob die Antriebsmodule alleine (unabhängig) arbeiten oder mit einem Funktionsmodul zusammen zur Bildung eines vollständigen Fahrzeuges, die Bremsfunktion immer von der Antriebsfunktion getrennt ist.
Der Begriff „Stromanschluss“ betrifft hier eine elektrische Verbindung, typischerweise einen elektrischen Leiter, welcher ermöglicht, dass ein elektrischer Strom in einer oder in mehreren Richtungen fließt. Der elektrische Leiter ist z.B. ein Kabel oder Draht. Ein Stromanschluss kann dabei zusammengebaut sein aus mehreren elektrisch verbundenen Unteranschlüssen (oder Komponenten).
Zum besseren Verständnis der hier vorgeschlagenen Technik wird nunmehr das Konzept des Zusammenbaus eines Fahrzeuges aus Modulen mit Blick auf das Beispiel gemäß 1 näher beschrieben.
1 zeigt ein Beispiel für einen Satz von Modulen 20 zum Zusammenbau eines Fahrzeuges 1. Ein nicht an Bord des Fahrzeuges befindliches System, hier als erste Steuereinrichtung 100 bezeichnet, und ein Beispiel für ein zusammengebautes Fahrzeug 1 sind ebenfalls dargestellt. Der Satz von Modulen 20 weist mehrere Antriebsmodule 30 und mehrere Funktionsmodule 40 auf.
Die Hauptfunktion der Antriebsmodule 30 ist üblicherweise der Antrieb (z.B. der Vortrieb, die Steuerung und Bremsung) eines Fahrzeuges 1. Die Antriebsmodule 30 haben ein Paar von Rädern 37 und sind für einen autonomen Betrieb ausgelegt. Die Funktionsmodule sind eingerichtet zum Ausführen bestimmter Funktionen, wie die Abstützung einer Last, z.B. Güter oder Fahrgäste. Jedes Modul 30, 40 in dem Satz von Modulen 20 hat zumindest eine Schnittstelle 50, die abnehmbar verbindbar ist mit einer entsprechenden Schnittstelle 50 eines anderen Moduls 30, 40.
Durch Kombination von Antriebsmodulen 30 und Funktionsmodulen 40 können unterschiedliche Arten von Fahrzeugen 1 erzeugt werden. Einige Fahrzeuge 1 erfordern zwei oder mehr Antriebsmodule 30 und einige Fahrzeuge 1 verlangen nur ein Antriebsmodul 30, in Abhängigkeit von dem strukturellen Aufbau des Funktionsmoduls 40. Jedes Antriebsmodul 30 hat eine Steuereinrichtung, hier als zweite Steuereinrichtung 200 bezeichnet, und kann somit mit einem Kontrollzentrum oder einem nicht an Bord befindlichen System kommunizieren, d.h. der ersten Steuereinrichtung 100. Da die Antriebsmodule 30 eingerichtet sein können, als unabhängige Antriebseinheiten mittels der zweiten Steuereinrichtungen 200 betrieben zu werden, können die Antriebsmodule 30 ohne manuelle Arbeit an dem Funktionsmodul (den Funktionsmodulen) 40 angebracht werden oder von diesen getrennt werden.
Das Prinzip des Zusammenbaus eines Fahrzeuges 1 aus Modulen 30, 40 wird nunmehr beschrieben. Eine Bedienungsperson kann von einem Kunden einen Auftrag erhalten zum Transport von Gütern von einem Ort zu einem anderen. Die Bedienungsperson gibt die Informationen bezüglich der Aufgabe in die erste Steuereinrichtung 100 über eine Nutzer-Schnittstelle, wie einen berührungsempfindlichen Schirm oder dergleichen. Dies ist nur ein Beispiel und die empfangene Aufgabe kann auch automatisch verarbeitet und/oder in die erste Steuereinrichtung 100 eingegeben werden. Die erste Steuereinrichtung 100 bestimmt dann, welche Funktion auszuführen ist und somit, welche Art von Fahrzeug 1 erforderlich ist zum Ausführen der Aufgabe. Bei diesem Beispiel handelt es sich beim Fahrzeug 100 um einen Lastkraftwagen. Die erste Steuereinrichtung 100 wählt die Module 30, 40 aus, die für den geforderten Lastkraftwagen einzusetzen sind. Die Art des Fahrzeuges 1 und der Module 30, 40, die erforderlich sind für die Ausführung der Aufgabe, können beispielsweise ausgewählt werden auf Basis von Informationen bezüglich der Güter, des zurückzulegenden Transportweges und/oder des geografischen Ortes. Die erste Steuereinrichtung 100 übersetzt dann die Aufgabe in Befehle für eine oder zwei ausgewählte Antriebsmodule 30 für eine körperliche und elektrische Verbindung mit einem ausgewählten Funktionsmodul 40. Bei diesem Beispiel hat das Fahrzeug 1 zwei Antriebsmodule. Die zweiten Steuereinrichtungen 200 der Antriebsmodule 30 empfangen jeweils den Befehl und wandeln den Befehl in Steuersignale um für die jeweiligen Antriebsmodule 30. Die Antriebsmodule 30 werden damit so gesteuert, dass sie physisch und elektrisch mit dem Funktionsmodul 40 verbunden werden. Die Steuerung eines Antriebsmoduls 30 zum Verbinden mit einem Funktionsmodul 40 kann beinhalten, dass das Antriebsmodul 30 die Position des ausgewählten Funktionsmoduls 40 identifiziert und in diese Position sich bewegt. Die Position des ausgewählten Funktionsmoduls 40 kann bestimmt werden auf Basis von Informationen, die empfangen werden in dem Befehl zum Verbinden des Antriebsmoduls 30 mit dem Funktionsmodul 40. Andererseits kann auch der Befehl zum Verbinden des Antriebsmoduls 30 und des Funktionsmoduls 40 sowohl zum Antriebsmodul 30 als auch zum Funktionsmodul 40 übertragen werden, wodurch sich das Funktionsmodul 40 für die Verbindung vorbereitet und ein Signal überträgt. Das Antriebsmodul 30 kann dann die Position des Funktionsmoduls auf Basis dieses übertragenen Signals bestimmen. Die Antriebsmodule 30 werden somit autonom betrieben zum Auffinden des ausgewählten Funktionsmoduls 40 und zum Verbinden mit diesem Funktionsmodul 40. Zumindest eine Sensoreinrichtung 60 an den Antriebsmodulen 30 und/oder dem Funktionsmodul 40 kann eingerichtet sein zum Prüfen, ob die körperliche und/oder elektrische Verbindung ausgeführt worden ist. Die zumindest eine Sensoreinrichtung 60 kann ein Signal an die zweite Steuereinrichtung 200 senden, welches anzeigt, dass die Verbindung(en) ausgeführt worden sind. Auf Basis des Signals von der zumindest einen Sensoreinrichtung 60 kann die zweite Steuereinrichtung 200 ein Verifikationssignal an die erste Steuereinrichtung 100 senden zum Bestätigen der Verbindungen). Die erste Steuereinrichtung 100 kann dann ein individuelles Fahrzeug-Identitätssignal bezüglich des zusammengebauten Fahrzeuges 100 erzeugen. Auf diese Weise wird ein Fahrzeug 100 zusammengebaut und das Fahrzeug 100 ist bereit, die Aufgabe auszuführen. Das erzeugte individuelle Fahrzeug-Identitätssignal kann dann in einer Datenbasis abgespeichert werden oder auch in dem nicht an Bord befindlichen System 100 aufgezeichnet werden. Das erzeugte, eindeutige Fahrzeug-Identitätssignal kann auch an die Module 30, 40 des Fahrzeuges 100 übertragen werden. Das eindeutige Fahrzeug-Identitätssignal kann auch auf einem oder mehreren der Module 30, 40 des Fahrzeuges 100 angezeigt werden.
Die 2a-2c zeigen schematisch ein Antriebsmodul 30 in Seitenansicht, Vorderansicht und in Ansicht von oben, entsprechend einem Ausführungsbeispiel. Das Antriebsmodul 30 hat einen Körper 38. Die Räder 37 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Antriebsmoduls 30 angeordnet. Der Körper 38 kann eine erste und eine zweite Seite 31, 32 aufweisen, welche in entgegengesetzte Richtungen weisen. Der Körper 38 kann eine dritte und eine vierte Seite 33, 34 aufweisen, welche in gegenüberliegende Richtungen weisen, wobei die dritte Seite 33 und die vierte Seite 34 sich senkrecht zu den ersten und zweiten Seiten 31, 32 erstrecken können. Der Körper 38 kann auch eine fünfte und eine sechste Seite 35, 36 aufweisen, welche in entgegengesetzte Richtungen weisen. Die fünften und sechsten Seiten 35, 36 können sich senkrecht zu den ersten und zweiten Seiten 31, 32 und zu den dritten und vierten Seiten 33, 34 erstrecken. Die ersten und zweiten Seiten 31, 32 können auch als Seitenflächen bezeichnet werden. Die dritten und vierten Seiten 33, 34 können auch als Vorder- und Rückseite bezeichnet werden. Die fünfte Seite 35 kann auch als obere Seite und die sechste Seite 36 kann als Bodenseite bezeichnet werden. Die Seiten 31, 32, 33, 34, 35, 36 können jeweils auch eine Form haben, die flach ist oder gekrümmt und sie können mit Vertiefungen und/oder Vorsprüngen versehen sein. Anstelle der rechtwinkligen Erstreckung der Seiten 31, 32, 33, 34, 35, 36, wie sie oben beschrieben ist, können sich die Seiten 31, 32, 33, 34, 35, 36 auch unter einem jeden Winkel in Bezug zueinander erstrecken.
3 zeigt schematisch ein Antriebsmodul 30 mit weiteren Einzelheiten in Seitenansicht. Das Antriebsmodul 30 hat zumindest ein (nur eines ist dargestellt) Antriebssystem 91, zumindest ein (nur eines ist dargestellt) Bremssystem 92, eine Schnittstelle 50 und eine Steuereinrichtung, d.h. eine zweite Steuereinrichtung 200. Das Antriebssystem (bzw. die Antriebssysteme) 91 haben beispielsweise eine elektrische Maschine (elektrische Maschinen), die mit den Rädern 37 zusammenwirkt. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist jedes Rad 37 einzeln durch eine eigene zugeordnete elektrische Maschine angetrieben.
Das Bremssystem 92 hat beispielsweise übliche Scheibenbremsen und elektromechanische Aktuatoren, welche eine zuverlässige Stromversorgung erfordern. Das Bremssystem 92 ist typischerweise das Hauptbremssystem des Fahrzeuges 1.
Da das Bremssystem 92 in bestimmten Situationen nicht ausreichen kann oder aus irgendeinem Grund ausfällt, ist im Allgemeinen ein Hilfsbremssystem erforderlich. Scheibenbremsen können bei zu häufigem Einsatz abgeschliffen sein. Deshalb arbeitet bei einigen Ausführungsbeispielen die elektrische Maschine (hier immer in Singular oder im Plural) des Antriebssystems (Singular oder Plural) 91 als Generator, welcher beim Bremsen der Räder 37 elektrische Energie erzeugt. Somit arbeitet das Antriebssystem bei einigen Ausführungsbeispielen als Neben- oder Hilfsbremssystem des Fahrzeuges 1.
Bei einigen Ausführungsbeispielen hat das Antriebsmodul 30 zumindest eine Energiespeichereinheit (nicht dargestellt), um das Antriebssystem 91 mit Energie zu versorgen. Die Energiespeichereinheit ist beispielsweise eine elektrische Batterie, welche wiederaufladbar ist. Andererseits kann die elektrische Batterie bei Entladung auch durch eine weitere geladene elektrische Batterie ersetzt werden. Die Energiespeichereinheit kann von begrenzter Kapazität und unzureichend für die Versorgung des Antriebssystems 91 und des Bremssystems 92 bei Betrieb des Fahrzeuges 1 sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird der Energiespeicher im Antriebsmodul 30 hauptsächlich eingesetzt beim Zusammenbau des Fahrzeuges 1 und/oder beim Transport des Moduls 30 ohne Last.
Die zweite Steuereinrichtung 200 ist eingerichtet zum Betreiben des Antriebsmoduls 30 als eine unabhängige Antriebseinheit. Das Antriebsmodul 30 kann sich selbst bewegen ohne irgendeine externe Antriebseinheit, wie ein abschleppendes Fahrzeug. Das Antriebsmodul 30 kann sich selbst bewegen mittels des zumindest einen Antriebssystems 91. Das Antriebsmodul 30 kann eingerichtet sein, autonom zu funktionieren. Somit kann die zweite Steuereinrichtung 200 eingerichtet sein zum Steuern des Betriebs des Antriebsmoduls 30. Die zweite Steuereinrichtung 200 kann eingerichtet sein zum Übertragen von Steuersignalen an die verschiedenen Systeme und Komponenten des Antriebsmoduls 30 zum Steuern von beispielsweise dem Lenkvorgang und dem Vortrieb des Antriebsmoduls 30. Die zweite Steuereinrichtung 200 kann eingerichtet sein zum autonomen Betreiben des Antriebsmoduls 30 entsprechend empfangenen Befehlen. Die zweite Steuereinrichtung 200 kann somit eingerichtet sein zum Empfangen von Befehlen von einem System, welches sich entfernt vom Fahrzeug, also nicht an Bord des Fahrzeuges, befindet, d.h. von der ersten Steuereinrichtung 100, und es kann die Befehle in Steuersignale wandeln zum Steuern der verschiedenen Systeme und Komponenten des Antriebsmoduls 30. Die zweite Steuereinrichtung 200 kann also eingerichtet sein zum Empfangen von Daten bezüglich der Umgebung von zumindest einem Sensor (nicht dargestellt) und entsprechend diesen Daten kann sie das Antriebsmodul 30 steuern. Die zweite Steuereinrichtung 200 kann als separate Einrichtung implementiert sein oder sie kann über zwei oder mehr körperliche Einheiten verteilt sein. Die zweite Steuereinrichtung 200 kann einen oder mehrere Computer aufweisen. Die zweite Steuereinrichtung 200 kann somit implementiert oder realisiert sein durch einen Prozessor und einen Speicher.
Das Antriebsmodul 30 kann eingerichtet sein für eine lösbare Verbindung mit entweder einem zweiten Antriebsmodul und/oder mit einem Funktionsmodul 40 zur Bildung eines zusammengebauten Fahrzeuges 1. Zumindest eine der Seiten 31, 32, 33, 34, 35, 36 des Antriebsmoduls 30 kann somit eine Form aufweisen, welche ermöglicht, dass das Antriebsmodul 30 lösbar mit dem zweiten Antriebsmodul 30 und/oder dem Funktionsmodul 40 verbunden wird.
Die zumindest eine Schnittstelle 50 des Antriebsmodul 30 ist eingerichtet für eine körperliche Verbindung des Antriebsmoduls 30 mit einem zweiten Antriebsmodul 30 und/oder einem Funktionsmodul 40. Die Schnittstelle(n) 50 des Antriebsmoduls 30 können lösbar verbindbar sein mit einer entsprechenden Schnittstelle 50 eines zweiten Antriebsmoduls 30 und/oder eines Funktionsmoduls 40.
In den 1 und 3 sind die Antriebsmodule 30 mit nur einer Schnittstelle 50 dargestellt, hier auf einer Seite des Antriebsmoduls 30. Es versteht sich jedoch, dass jedes Antriebsmodul 30 eine Mehrzahl von Schnittstellen 50 aufweisen kann für eine lösbare Verbindung mit anderen Modulen 30, 40. Die Schnittstelle(n) 50 der Antriebsmodule 30 können auf verschiedenen Seiten des jeweiligen Antriebsmoduls 30 angeordnet sein und somit eine Verbindung mit anderen Modulen 30, 40 auf verschiedenen Seiten des Antriebsmoduls 30 ermöglichen. Die Schnittstellen 50 auf den Antriebsmodulen 30 und den Funktionsmodulen 40 sind an entsprechenden Positionen angebracht, um die Verbindungen zwischen den Modulen 30, 40 zu ermöglichen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen haben die zumindest zwei Schnittstellen 50 elektrische Schnittstellen, die eingerichtet sind zum Übertragen von elektrischer Energie und/oder zum Übertragen elektrischer Signale zwischen dem Antriebsmodul 30 und einem weiteren Modul, z.B. zu einem Funktionsmodul 40, mit dem das Antriebsmodul verbunden ist. Die elektrische Schnittstelle 50 kann eine verdrahtete Schnittstelle 50 sein oder eine drahtlose Schnittstelle, z.B. eine leitende Schnittstelle 50. Mit anderen Worten: durch Verbinden des Antriebsmoduls 30 und des Funktionsmoduls 40 können die Module 30, 40 Energie zwischen sich übertragen und Informationen teilen. Das Antriebsmodul 30 kann beispielsweise Komponenten des Funktionsmoduls 40 steuern, wie das Öffnen und Schließen von Türen, das Heizen und Temperieren.
4 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Funktionsmoduls 40, in dem die hier vorgeschlagene Lösung implementiert werden kann. Das Funktionsmodul 40 kann mit Rädern versehen sein, jedoch kann im Allgemeinen das Funktionsmodul 40 nicht selbst sich bewegen. Stattdessen benötigt das Funktionsmodul 40 eine Verbindung mit zumindest einem Antriebsmodul 30, um sich bewegen zu können. Das Funktionsmodul 40 kann einen Raum 41 aufweisen zum Aufnehmen oder zum Abstützen einer Last. Das zumindest eine Funktionsmodul 40 kann eingerichtet sein zum Transport von Gütern und es kann somit als Lastwagen eingesetzt werden bei Zusammenbau mit zumindest einem Antriebsmodul 30. Bei einigen Ausführungsbeispielen hat das Funktionsmodul 40 eine Steuereinrichtung, die hier als die dritte Steuereinrichtung 300 bezeichnet wird. Die dritte Steuereinrichtung 300 des Funktionsmoduls 40 kann eingerichtet sein für eine Kommunikation mit dem nicht an Bord befindlichen System, wie es oben in Verbindung mit 1 genannt ist. Die dritte Steuereinrichtung 300 kann auch eingerichtet sein für eine Kommunikation mit der zweiten Steuereinrichtung 200 des Antriebsmoduls 30.
Das Funktionsmodul 40 gemäß 4 hat weiterhin eine Stromversorgungsanordnung 400 mit einer oder mehreren Energiespeichereinrichtungen 70 und einer Stromversorgungsschaltung (mit gestrichelten Linien dargestellt). Beim Beispiel gemäß 4 hat die Stromversorgungsanordnung 400 drei Energiespeichereinrichtungen 70. Auch wenn ein angeschlossenes Antriebsmodul 30 auch einen Energiespeicher aufweist, mag dieser nicht hinreichend genug Energie aufbringen zum Antrieb und Bremsen des gesamten Fahrzeuges 1 für die gegebene Aufgabe. Bei Betrieb des Fahrzeuges liefern deshalb die Energiespeichereinrichtungen 70 des Funktionsmoduls 40 in der Regel Energie über die Schnittstelle 50 an die Antriebsmodule 30. Mit anderen Worten: die Energiespeichereinrichtungen 70 sind eingerichtet für die Stromversorgung zu einem oder zu mehreren Antriebsmodulen 30 des Fahrzeuges 1. Bei diesem Beispiel sind die Energiespeichereinrichtungen 70 eingerichtet, für zwei angeschlossene Antriebsmodule 30 den Strom für das Antriebssystem (bzw. die Antriebssysteme) 91 und das Bremssystem (bzw. die Bremssysteme) 92 zu liefern. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Antriebssystem, wie oben beschrieben, auch als Hilfsbremssystem für das Fahrzeug 1 arbeiten. Die Versorgungsschaltung, die in 4 nur mit gestrichelten Linien schematisch dargestellt ist, wird näher in den 5 und 6 beschrieben.
Bei einem Modul-Fahrzeug, wie dem in 1 gezeigten, kann der Aufbau und das Gewicht vereinfacht bzw. verringert werden, wenn unabhängige Antriebs- und Bremssysteme, die über unabhängige Module 30, 40 verteilt sind, einen gemeinsamen Energiespeicher teilen. Somit sind die Wirkungen der vorgeschlagenen Stromversorgungsanordnung 400 insbesondere erheblich, wenn die Anordnung in einem derartigen Fahrzeug implementiert ist. Deshalb wird die vorgeschlagene Stromversorgungsanordnung 400 hier im Zusammenhang mit dem Modul-Fahrzeug 1 gemäß 1, 2 und 3 näher beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die vorgeschlagene Stromversorgungsanordnung 400 auch allgemein bei jeglichem Fahrzeug einsetzbar ist, wo eine oder mehrere Energiespeichereinrichtungen 70 sowohl für ein Antriebssystem als auch für ein Bremssystem des Fahrzeuges Energie liefern.
Das Modul-Fahrzeug 1 nach 1, welches hier verwendet wird zum Beschreiben der vorgeschlagenen Technik, wird aus zwei Antriebsmodulen 30 und einem Funktionsmodul 40 zusammengebaut. Mit anderen Worten: die Antriebsmodule 30 und das Funktionsmodul 40 bilden das Fahrzeug 1. Dementsprechend bilden die Komponenten dieser Module 30, 40 zusammen das Fahrzeug 1. Mit anderen Worten: die Komponenten der Antriebsmodule 30 und des Funktionsmoduls 40 sind also die Komponenten des Fahrzeuges 1 und deshalb kann der Einfachheit halber hier von den „Komponenten des Fahrzeuges 1“ gesprochen werden. Beispielsweise wird hier das Antriebssystem 91 oder das Bremssystem von einem der Antriebsmodule 30 des Fahrzeuges 1 als „Antriebssystem 91“ bzw. als „Bremssystem 92“ des Fahrzeuges 1 angesprochen.
Die vorgeschlagene Stromversorgungsanordnung 400 wird nunmehr näher mit Blick auf die 4, 5 und 6 beschrieben.
Die vorgeschlagene Technik ist einsetzbar bei allen Arten von Straßen- und Geländefahrzeugen. Die Beschreibung hier betrifft Schwerlastfahrzeuge wie Busse und Lastkraftwagen etc. Insbesondere betrifft die Beschreibung Fahrzeuge zum Einsatz auf öffentlichen Straßen.
6 zeigt ein Beispiel für die Implementierung einer Stromversorgungsanordnung 400. Die Stromversorgungsanordnung 400 hat drei Energiespeichereinrichtungen 70 (hier mit 70a, 70b und 70c gekennzeichnet), einen ersten Stromanschluss 101 und einen zweiten Stromanschluss 102. Bei diesem Beispiel hat die Stromversorgungsanordnung 400 drei Energiespeichereinrichtungen 70. Jedoch versteht sich, dass die vorgeschlagene Technik auch einsetzbar ist bei einer jeglichen Anzahl von Energiespeichereinrichtungen 70 einschließlich einer einzigen Energiespeichereinrichtung 70. Die Stromversorgungsanordnung 400 ist z.B. in einem Funktionsmodul 40 eines Fahrzeuges 1 angeordnet, wie in 4 dargestellt ist. Teile der Stromversorgungsanordnung 400 (z.B. Stromanschlüsse) können sich auch in die Antriebsmodule 30 erstrecken, z.B. über Schnittstellen 50.
5 zeigt eine Energiespeichereinrichtung 70 mit weiteren Einzelheiten. Die Energiespeichereinrichtung 70 ist z.B. in einem Funktionsmodul 40 eines Modul-Fahrzeuges 1 untergebracht. Die Energiespeichereinrichtung 70 ist beispielsweise eine „Batteriepackung“. Der Begriff „Batteriepackung“ wird oft verwendet in Verbindung mit Elektrofahrzeugen. Eine Batteriepackung ist ein Satz mit einer Anzahl von Energiespeichern, z.B. (vorzugsweise) identischen Batterien oder einzelnen Batteriezellen. Die Energiespeicher können in Reihe, parallel oder in einer Mischung daraus geschaltet sein zum Liefern der gewünschten Spannung, Kapazität und Stromstärke. Die Energiespeichereinrichtung 70 oder „Batteriepackung“ ist üblicherweise wiederaufladbar. Der Einfachheit halber hat die in 4 dargestellte Energiespeichereinrichtung 70 einen Energiespeicher 76, hier als Batterie dargestellt. Zusätzlich zum Energiespeicher 76 hat die zumindest eine Energiespeichereinrichtung 70 einen ersten Stromverbinder 71 und einen zweiten Stromverbinder 72.
Der Energiespeicher 76 liefert Strom zu den ersten und zweiten Stromverbindern 71, 72. Mit anderen Worten: der Energiespeicher 76 ist elektrisch verbindbar mit dem ersten Stromverbinder 71 und dem zweiten Stromverbinder 72.
Die Stromverbinder 71, 72 sind die elektrischen Kontakte, die eingesetzt werden zum Verbinden einer Last oder eines Aufladers mit der Energiespeichereinrichtung 70. Diese Kontakte können unterschiedliche Gestaltungen und Größen aufweisen. Insbesondere ist der erste Stromverbinder 71 eingerichtet zum Verbinden von einem oder mehreren Antriebssystemen 91 des Fahrzeuges 1 mit der Energiespeichereinrichtung 70 und der zweite Stromverbinder 72 ist eingerichtet ein oder mehrere Bremssysteme 92 mit der Batterie-Energiespeichereinrichtung 70 zu verbinden. Die Stromverbinder 71, 72 haben üblicherweise einen positiven Anschluss (mit „+“ in 4 dargestellt) und einen negativen Anschluss (mit „-“ in 4 dargestellt).
Die Energiespeichereinrichtung 70 kann weitere Schaltungselemente aufweisen. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält die Schaltung Schalter 73a, 73b, 75a, 75b, zwei Sicherungen 74a, 74b, einen Sensor 78, eine Lade-Widerstandsschaltung 79, eine Steuereinheit 80 und elektrische Verbindungen 77.
Die Schalter 73a, 73b, 75a, 75b sind steuerbar. Mit anderen Worten: sie sind eingerichtet zum Empfangen von Steuersignalen und sie öffnen bzw. schließen entsprechend den Steuersignalen. Zwei der steuerbaren Schalter 73a, 73b sind zwischen dem positiven Anschluss des Energiespeichers 76 und den positiven Anschlüssen des ersten Stromverbinders 71 bzw. des zweiten Stromverbinders 72 geschaltet. Diese Schalter werden typischerweise eingesetzt zum Verbinden des Energiespeichers 76 mit den jeweiligen Systemen, z.B. bei der anfänglichen Stromversorgung bei Start des Fahrzeuges 1. Der Lade-Widerstandsschaltkreis 79 wird eingesetzt zur Begrenzung des anfänglichen Stromstoßes beim Starten.
Werden zwei unterschiedliche Einrichtungen (wie ein Bremssystem und ein Antriebssystem) gleichzeitig an denselben Energiespeicher (oder Stromversorger) angeschlossen, dann bedeutet dies in der Regel, dass die Einrichtungen auch untereinander verbunden sind. Dies ist ein mögliches Sicherheitsproblem da Fehler, wie Stromstöße, sich zwischen den Einrichtungen fortpflanzen können. Deshalb ist die Energiespeichereinrichtung 70 so konfiguriert, dass der zweite Stromverbinder 72 elektrisch trennbar ist vom ersten Stromverbinder 71. In dem getrennten Zustand fließt kein Strom zwischen den ersten und zweiten Stromverbindern 71, 72. Um dies zu erreichen, genügt es im Allgemeinen nicht, nur die positiven Anschlüsse zu trennen, vielmehr sollten auch die negativen Anschlüsse getrennt werden. Hierzu sind beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 zwei weitere steuerbare Schalter 75a und 75b zwischen dem negativen Anschluss des Energiespeichers 76 und dem negativen Anschluss des ersten Stromverbinders 71 bzw. des zweiten Stromverbinders 72 geschaltet. Wenn deshalb ein Fehler in einem der Stromverbinder 71, 72 (oder in einer damit verbundenen Einrichtung) auftritt, kann dieser Stromverbinder vollständig getrennt werden von sowohl der Energiespeichereinrichtung 70 als auch von dem anderen Verbinder, nämlich durch Öffnung sowohl des Schalters am positiven Anschluss als auch des Schalters am negativen Anschluss des Stromverbinders, wo der Fehler detektiert ist. Tritt beispielsweise ein Fehler im Antriebssystem 91 auf, dann wird der erste Stromverbinder 71 durch Öffnung des Schalters 73a am positiven Anschluss des ersten Stromverbinders 71 und des Schalters 75a am negativen Anschluss des ersten Stromverbinders 71 abgetrennt. Deshalb kann der Fehler sich nicht im Bremssystem 92 auswirken und das Bremssystem 92 kann weiterarbeiten und Strom von der Energiespeichereinrichtung 70 erhalten. Ist der Fehler behoben, kann der erste Stromverbinder 71 wieder angeschlossen werden. Mit anderen Worten: die Schalter 73a, 73b, 75a, 75b sind eingerichtet für eine Steuerung derart, dass der erste Stromverbinder 71 (vollständig) vom zweiten Stromverbinder 72 getrennt wird. Die Schalter 73a, 73b, 75a, 75b sind beispielsweise Kontaktgeber. Ein Kontaktgeber ist ein elektrisch gesteuerter Schalter, der eingesetzt wird zum Schalten von elektrischen Leistungsschaltkreisen. Ein Kontaktgeber ist typischerweise durch eine andere Schaltung gesteuert, z.B. die Steuereinheit 80.
Die Sicherungen 74a, 74b werden beispielsweise eingesetzt als Ergänzung zu den Schaltern 75a, 75b an den negativen Anschlüssen, wenn der Strom zu groß wird, um beispielsweise durch Kontaktgeber unterbrochen zu werden. Bei den Sicherungen 74a, 74b kann es sich um passive Sicherungen oder steuerbare Sicherungen handeln, auch als Pyro-Sicherung bezeichnet. Es ergibt sich also, dass viele unterschiedliche Anordnungen von Komponenten möglich sind, um eine Trennung der Stromverbinder 71, 72 mit unterschiedlichen Kombinationen von Sicherungen und Kontaktgebern zu bewirken.
Die Steuereinheit 80 kann auch bezeichnet werden als eine sogenannte interne Batterieeinheit (IBU, Internal Battery Unit); z.B. eine elektrische Steuereinheit (ECU, Electrical Control Unit). 7 zeigt eine Steuereinheit 80 mit Einzelheiten. Bei einigen Ausführungsbeispielen handelt es sich bei der Steuereinheit 80 um eine „Einheit“ im funktionalen Sinn. Die Hardware hat im Wesentlichen verschiedene elektrische Komponenten auf einer gedruckten Schaltung (PCB, Printed Circuit Board). Die wichtigste dieser Komponenten ist üblicherweise ein Prozessor 81, z.B. ein Mikroprozessor, zusammen mit einem Speicher 82, z.B. einem EPROM oder einem Flash-Speicher-Chip. Die Software (auch als Firmware bezeichnet) ist typischerweise eine Kodierung auf niedrigem Niveau, welche in der Mikrosteuerung abgearbeitet wird. Die Steuereinheit 80 ist eingerichtet zum Steuern der Funktionalität der Energiespeichereinrichtung 70. Insbesondere ist sie eingerichtet zum Steuern der Verbindung und Trennung der ersten und zweiten Stromverbinder 71, 72.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuereinheit 80 eingerichtet zum Steuern der Schalter 73a, 73b, 75a, 75b bei Auftreten eines Fehlerzustandes, z.B. einem Fehler, der angezeigt wird durch Sensoren oder durchgebrannte Sicherungen in Batteriezellen der Energiespeichereinrichtung 70, in einem angeschlossenen Antriebssystem 91 oder irgendwo anders im Fahrzeug 1. Ein Fehlerzustand ist beispielsweise ein ungewöhnlicher Stromfluss in einem der ersten und zweiten Stromverbinder 71, 72 oder in den jeweils angeschlossenen Systemen. Bei einigen Ausführungsbeispielen gewinnt die Steuereinheit 80 Sensordaten von einem oder von mehreren Sensoren 78 in der Energiespeichereinrichtung 70 zum Detektieren des Fehlers. Beispielsweise ist der eine oder sind die mehreren Sensoren 78 eingerichtet zum Messen eines Stromes, der durch die ersten und zweiten Stromverbinder 71, 72 fließt.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuereinheit 80 eingerichtet, ein vorgegebenes Fehlerkriterium anzuwenden und den zumindest einen Schalter 73a, 73b, 75a, 75b so zu steuern, dass der erste Stromverbinder 71 vom zweiten Stromverbinder 72 getrennt wird, wenn das vorgegebene Fehlerkriterium erfüllt ist. Beispielsweise ist die Steuereinheit 80 eingerichtet, Daten zu gewinnen, die einen Strom anzeigen, der durch den ersten und/oder den zweiten Stromanschluss 101, 102 fließt. Bei den Daten handelt es sich z.B. um Sensordaten, die durch den Sensor 78 bereitgestellt werden. Das vorgegebene Fehlerkriterium kann dann darin bestehen, dass der so gewonnene Stromwert mit einem oder mit mehreren vorgegebenen Schwellenwerten in Beziehung gesetzt wird. Insbesondere bedeutet dies, dass das Maß oder eine andere quantitative Größe, welche den Strom repräsentiert, dem Schwellenwert entspricht. Beispielsweise kann die Bedingung gesetzt werden, dass der Strom einen vorgegebenen Schwellenwert nicht übersteigt, z.B. 150 A.
Nunmehr werden mit Blick auf 6 die weiteren Komponenten der Stromversorgungsanordnung 400 beschrieben. Der erste Stromanschluss 101 ist ein Stromkreis, der die ersten Stromverbinder 71 der Energiespeichereinrichtungen 70a, 70b, 70c und ein oder mehrere Antriebssysteme 91 des Fahrzeuges 1 verbindet. Der zweite Stromanschluss 102 ist typischerweise ein Verbinder, welcher die zweiten Stromverbinder 72 der Energiespeichereinrichtungen 70a, 70b, 70c und ein oder mehrere Bremssysteme 92 des Fahrzeuges 1 verbindet. Die ersten und zweiten Stromanschlüsse 101, 102 sind in dem Funktionsmodul 40 angeordnet und können sich über die Schnittstelle 50 in das Antriebsmodul 30 erstrecken. Mit anderen Worten: die Schnittstelle 50 und das Antriebsmodul 30 haben auch zwei getrennte Stromanschlüsse für das Antriebssystem (oder die Antriebssysteme) und das Bremssystem (oder die Bremssysteme). Mit anderen Worten: der erste Stromanschluss 101 ist eingerichtet zum elektrischen Verbinden der ersten Stromverbinder 71 mit zumindest einem Antriebssystem 91 des Fahrzeuges 1 und der zweite Stromanschluss 92 ist eingerichtet zum elektrischen Verbinden des zweiten Stromverbinders 72 mit zumindest einem Bremssystem 92 des Fahrzeuges 1. Der erste Stromanschluss 101 und der zweite Stromanschluss 102 sind beispielsweise Kabel oder Leitungen. Der erste Stromanschluss 101 und der zweite Stromanschluss 102 können auch implementiert sein als eine Kabelpackung. In jedem Falle aber kann kein Strom fließen zwischen den Stromanschlüssen, wenn die Stromanschlüsse 71, 72 von dem Energiespeicher 76 getrennt sind. Mit anderen Worten: die Stromanschlüsse 101, 102 sind nur über den Energiespeicher 76 elektrisch verbunden. Anders ausgedrückt: wenn der zweite Stromverbinder 72 vom ersten Stromverbinder 71 abgetrennt ist, dann ist der zweite Stromanschluss 102 elektrisch vom ersten Stromanschluss 101 getrennt.
Wenn beispielsweise die Stromversorgung des Fahrzeuges 1 durch einen Satz von Modulen 20 gemäß den 1-3 aufgebaut ist, dann sind die ersten und zweiten Stromanschlüsse 101, 102 eingerichtet zum Verbinden der zumindest einen Energiespeichereinrichtung 70, die in einem der Module 30, 40 angeordnet ist, wobei zumindest ein Antriebssystem 91 und ein Bremssystem 92 in einem der anderen Module 30, 40 angeordnet ist. Mit anderen Worten: die ersten und zweiten Stromanschlüsse können eingerichtet sein zum Verbinden der Energiespeichereinrichtungen 70 mit Systemen einer Mehrzahl von Modulen 30, 40 eines Modul-Fahrzeuges.
Hat die Stromversorgungsanordnung 400 mehr als eine Energiespeichereinrichtung 70, wie es beim Beispiel gemäß 5 der Fall ist, dann sind bei einigen Ausführungsbeispielen die ersten und zweiten Stromanschlüsse 101, 102 eingerichtet zum Verbinden aller dieser Energiespeichereinrichtungen 70 mit dem Antriebssystem (oder den Antriebssystemen) und dem Bremssystem (oder den Bremssystemen) des Fahrzeuges. Beispielsweise sind die ersten und zweiten Stromanschlüsse 101, 102 eingerichtet für eine parallele Verbindung der zumindest zwei Energiespeicher 70a, 70b, 70c. Somit ist es auch dann, wenn das Fahrzeug mehrere Energiespeicher 70a, 70b, 70c aufweist möglich, einen der Stromanschlüsse 101, 102 von dem anderen (Stromanschluss) vollständig zu isolieren, wenn einer der Stromanschlüsse kurzgeschlossen ist, und es kann die volle Funktionalität bezüglich des anderen Stromanschlusses aufrechterhalten werden.
Es versteht sich, dass Modul-Fahrzeuge gemäß 1 typischerweise mehrere Antriebsmodule 30 aufweisen mit unabhängigem Antrieb und unabhängigen Bremssystemen 91, 92. Des einfachen Aufbaus wegen ist anzustreben, für alle Systeme nur eine gemeinsame Energiespeichereinrichtung 70 zu verwenden. Dies wird erreicht durch Verbindung der Stromanschlüsse im gesamten Fahrzeug 1, d.h. in mehreren oder allen Antriebsmodulen des Modul-Fahrzeuges. Insbesondere wenn das Fahrzeug 1 eine Mehrzahl von Antriebssystemen 91 aufweist, wird der erste Stromanschluss 101 ausgelegt zum Verbinden des ersten Stromverbinders 71 mit zwei oder mehr oder mit allen der mehreren Antriebssysteme 91. Wenn das Fahrzeug 1 eine Mehrzahl von Bremssystemen 92 aufweist, dann wird der zweite Stromanschluss 102 ausgelegt zum Verbinden des zweiten Stromverbinders 72 mit zwei oder mehr oder mit allen der mehreren Bremssysteme 92.
8 erläutert ein entsprechendes Verfahren zum Einsatz in einer Steuereinheit 80 einer Energiespeichereinrichtung 70 mit einem Energiespeicher 76, der elektrisch verbunden ist mit einem ersten Stromverbinder 71, der verbindbar ist mit einem Antriebssystem 91 eines Fahrzeuges 1 und mit einem zweiten Stromverbinder 72, der verbindbar ist mit einem Bremssystem 92 des Fahrzeuges 1. Das Verfahren wird beispielsweise implementiert durch ein Software-Programm, welches im Speicher 82 abgelegt ist und durch den Prozessor 81 der Steuereinheit 80 gemäß 5 ausgeführt wird.
Bei einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren die Gewinnung S0 von Daten bezüglich eines Stromes, der durch den ersten und/oder den zweiten Stromanschluss 101, 102 fließt. Die Daten sind beispielsweise Sensordaten, die von Sensoren 78 ausgelesen werden. Die Daten können auch aus anderen Komponenten des Fahrzeuges empfangen werden. Beispielsweise können die Daten den einen oder anderen Fehler im Antriebssystem anzeigen.
Die Daten werden dann geprüft um zu entscheiden, ob eines der Systeme von der Energiespeichereinrichtung 70 abzutrennen ist. Mit anderen Worten: das Verfahren beinhaltet die Prüfung S1 eines vorgegebenen Fehlerkriteriums. Beispielsweise beinhaltet das Fehlerkriterium eine Prüfung, ob der Strom unter einem oder mehreren vorgegebenen Schwellenwerten liegt. Dies bedeutet im Wesentlichen, dass dann, wenn der durch einen der Stromverbinder fließende Strom alarmierend ist (z.B. über einem bestimmten Strompegel liegt), das Fehlerkriterium als erfüllt anzusehen ist. Weitere Beispiele für diese Auswertung wurden bereits in Verbindung mit 5 beschrieben.
Das Verfahren beinhaltet weiterhin die Abtrennung S2 des ersten Stromverbinders 71 vom zweiten Stromverbinder 72 dann, wenn das vorgegebene Fehlerkriterium erfüllt ist. Mit anderen Worten: wenn eine alarmierende Bedingung an den Stromverbindern (oder in einer damit verbundenen Last oder in einem Ladegerät) detektiert wird, wird der fehlerhafte Stromverbinder abgetrennt, um zu vermeiden, dass der Fehler in den anderen Verbinder durchschlägt. Tritt der Fehler im Bremssystem 92 auf, dann kann das Antriebssystem gesteuert werden als eine Notbremse zum Bremsen des Fahrzeuges 1. Es versteht sich, dass die hier vorgeschlagene Technik auch implementierbar ist bei drei oder mehr Stromverbindern, falls erforderlich.
Die in der Beschreibung der in den begleitenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele verwendete Terminologie soll das beschriebene Verfahren, die Steueranordnung oder das Computerprogramm nicht einschränken. Verschiedene Änderungen, Austauschmittel und/oder Abwandlungen sind möglich, ohne von Ausführungsbeispielen der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen abgegrenzt sind.
Der Begriff „oder“, wie er hier verwendet wird, ist zu verstehen als ein mathematisches OR, d.h. als eine einschließende Verknüpfung, nicht als ein mathematisch ausschließendes OR (XOR), es sei denn, anderes ist ausdrücklich festgestellt. Eine Singularform „ein“, „eine“ und „der/die/das“ sind zu verstehen als „zumindest ein“, beinhaltet also die Möglichkeit, dass mehrere Größen oder Objekte der gleichen Art gegeben sind, es sei denn, anderes ist ausdrücklich festgestellt. Weiterhin bedeuten die Begriffe „einschließlich“, „aufweisend“, „beinhaltend“ und/oder „weist auf“, dass die festgestellten Merkmale, Aktionen, Größen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten vorhanden sind, wobei jedoch nicht ausgeschlossen ist, dass zusätzliche solche Merkmale, Aktionen, Größen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon vorhanden sind. Eine einzige Einheit, wie beispielsweise ein Prozessor, kann die Funktionen von mehreren in den Ansprüchen genannten Merkmalen ausführen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2016/0129958 A1 [0003]

Claims

Stromversorgungsanordnung (400) für ein Fahrzeug (1), wobei die Stromversorgungsanordnung (400) aufweist: - zumindest eine Energiespeichereinrichtung (70) mit einem Energiespeicher (76), der elektrisch verbindbar ist mit einem ersten Stromverbinder (71) und einem zweiten Stromverbinder (72), wobei der zweite Stromverbinder (72) elektrisch trennbar ist vom ersten Stromverbinder (71), - einen ersten Stromanschluss (101), der eingerichtet ist zum Verbinden des ersten Stromverbinders (71) und zumindest eines Antriebssystems (91) des Fahrzeuges, und - einen zweiten Stromanschluss (102), der eingerichtet ist zum Verbinden des zweiten Stromverbinders (72) und zumindest eines Bremssystems (92) des Fahrzeuges (1), wobei der zweite Stromanschluss (102) elektrisch vom ersten Stromanschluss (101) getrennt ist bei Abtrennung des zweiten Stromverbinders (72) vom ersten Stromverbinder (71).
Stromversorgungsanordnung (400) gemäß Anspruch 1, wobei die zumindest eine Energiespeichereinrichtung (70) zumindest einen Schalter (73a, 73b, 75a, 75b) aufweist, der eingerichtet ist so gesteuert zu werden, dass der erste Stromverbinder (71) vom zweiten Stromverbinder (72) abgetrennt wird.
Stromversorgungsanordnung (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Energiespeichereinrichtung (70) eine Steuereinheit (80) aufweist, die eingerichtet ist zum Prüfen eines vorgegebenen Fehlerkriteriums und zum Steuern des zumindest einen Schalters (73a, 73b, 75a, 75b) zum Trennen des ersten Stromverbinders (71) vom zweiten Stromverbinder (72), wenn das vorgegebene Fehlerkriterium erfüllt ist.
Stromversorgungsanordnung (400) gemäß Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (80) eingerichtet ist, Daten zu gewinnen, die einen Strom anzeigen, der durch den ersten und/oder den zweiten Stromanschluss (101, 102) fließt, und wobei das vorgegebene Fehlerkriterium beinhaltet, dass der gewonnene Strom einem oder mehreren vorgegebenen Schwellenwerten entspricht.
Stromversorgungsanordnung (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromversorgungsanordnung (400) zumindest zwei Energiespeicher (70a, 70b, 70c) aufweist und wobei die ersten und zweiten Stromanschlüsse (101, 102) eingerichtet sind, die zumindest zwei Energiespeicher (70a, 70b, 70c) parallel zu verbinden.
Stromversorgungsanordnung (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Energiespeichereinrichtung (40) eine Batteriepackung aufweist.
Stromversorgungsanordnung (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug (1) aus einem Satz von Modulen (20) zusammengebaut ist, welcher Satz von Modulen (20) aufweist: zumindest ein Antriebsmodul (30) mit einem Paar von Rädern (37), ein Antriebssystem und das zumindest eine Bremssystem (92); wobei das zumindest eine Antriebsmodul (30) eingerichtet ist für einen autonomen Betrieb, und zumindest ein Funktionsmodul (40), wobei jedes Modul (30; 40) in dem Satz von Modulen (20) zumindest eine Schnittstelle (50) aufweist, die lösbar verbindbar ist mit einer entsprechenden Schnittstelle (50) eines anderen Moduls, und wobei die ersten und zweiten Stromanschlüsse (101, 102) eingerichtet sind zum Verbinden der zumindest einen Energiespeichereinrichtung (70), die in einem Modul (30, 40) angeordnet ist, mit zumindest einem Antriebssystem (91) und einem Bremssystem (92) in einem der anderen Module (30, 40).
Stromversorgungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Stromanschluss (101) eingerichtet ist zum Verbinden der zumindest einen Energiespeichereinrichtung (70) und einer Mehrzahl von Antriebssystemen (91) des Fahrzeuges (1) und wobei der zweite Stromanschluss (102) eingerichtet ist zum Verbinden der zumindest einen Stromquelle (70) mit mehreren Bremssystemen des Fahrzeuges (1).
Fahrzeug (1), aufweisend: - zumindest ein Antriebssystem (91), - zumindest ein Bremssystem (92) und - eine Stromversorgungsanordnung (400) gemäß einem der Ansprüche 1-8, wobei die Stromversorgungsanordnung (400) eingerichtet ist zum Verbinden der zumindest einen Energiespeichereinrichtung (70) und des zumindest einen Antriebssystems (91) und des zumindest einen Bremssystems (92).
Fahrzeug gemäß Anspruch 9, wobei das Fahrzeug (1) einen Satz von Modulen (20) aufweist, wobei der Satz von Modulen (20) aufweist: zumindest ein Antriebsmodul (30) mit einem Paar von Rädern (37), ein Antriebssystem und zumindest ein Bremssystem (92); wobei das zumindest eine Antriebsmodul (30) für einen autonomen Betrieb eingerichtet ist, und zumindest ein Funktionsmodul (40), wobei jedes Modul (30; 40) in dem Satz von Modulen (20) zumindest eine Schnittstelle (50) aufweist, die lösbar verbindbar ist mit einer entsprechenden Schnittstelle (50) eines anderen Moduls, und wobei die ersten und zweiten Stromanschlüsse eingerichtet sind zum Verbinden einer Energiespeichereinrichtung (70) in einem Modul (30, 40) und zumindest eines Antriebssystems und eines Bremssystems, angeordnet in einem anderen Modul (30, 40) in dem Satz von Modulen.
Fahrzeug gemäß Anspruch 10, wobei die ersten und zweiten Stromanschlüsse angeordnet sind zum Verbinden einer Energiespeichereinrichtung (70) in einem der Funktionsmodule (30) und zumindest eines Antriebssystems und eines Bremssystems, angeordnet in einem der Antriebsmodule (40).
Verfahren zur Ausführung in einer Steuereinheit (80) einer Energiespeichereinrichtung (70), die einen Energiespeicher (76) aufweist, der elektrisch verbunden ist mit einem ersten Stromverbinder (71), der mit einem Antriebssystem eines Fahrzeuges (1) verbindbar ist, und mit einem zweiten Stromverbinder (72), der mit einem Bremssystem eines Fahrzeuges (1) verbindbar ist, wobei das Verfahren aufweist: - eine Überprüfung (S1) eines vorgegebenen Fehlerkriteriums und - eine Trennung (S2) des ersten Stromverbinders (71) von dem zweiten Stromverbinder (72), wenn das vorgegebene Fehlerkriterium erfüllt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, aufweisend: - das Gewinnen (S0) von Daten, welche einen Strom anzeigen, der durch die ersten und/oder zweiten Stromanschlüsse (101, 102) fließt, und wobei das vorgegebene Fehlerkriterium beinhaltet, dass der Strom einem oder mehreren vorgegebenen Schwellenwerten genügt.
Computerprogramm mit Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13 auszuführen.
Computerlesbares Speichermedium mit Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13 auszuführen.