DE102010014081A1 - Elektrische Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft einen elektrischen Zusatzenergiespeicher für eine elektrische Energiespeicheranordnung in einem elektrischen Bordnetz eines Kraftfahrzeuges. Der elektrische Zusatzenergiespeicher versorgt während ungünstiger Motorlastzustände elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeugs mit zusätzlicher elektrischer Energie, wodurch sich Leistungsverluste des Motors senken lassen. Geladen wird die Zusatzbatterie durch rekuperative Systeme des Kraftfahrzeuges in Fahrzeugschubphasen oder durch Fahr-zeugeigene Solarzellen oder über externe Ladegeräte an einem stationären Stromnetz. Der elektrische Zusatzenergiespeicher ist leicht zugänglich und einfach wechselbar im Fahrzeugpackage integriert. Es handelt sich um ein ”Add-on System”, die voll umfängliche Fahrzeugfunktion ist auch mit einem leeren elektrischen Zusatzenergiespeicher gewährleistet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug.
  • Aktuell stark diskutiert und weithin bekannt sind verschiedene Formen neuartiger Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge, diese Formen reichen vom Hybrid über Plug-in Hybrid bis hin zum reinen Elektrofahrzeug. All diese Lösungen zeichnen sich durch einen hohen Zusatzaufwand und Kosten aus. Es sind zusätzliche Elektromotoren, Steuergeräte und Hochvoltsysteme erforderlich. Sowohl in Kraftfahrzeugen mit solch neuartigen Antriebssträngen als auch in Kraftfahrzeugen mit konventionellen Antriebssträngen ist die Verwendung von permanent eingebauten und zusätzlichen Energiespeichern bekannt.
  • Die Druckschrift US 2008 020 3966 A1 beschreibt eine zusätzliche Batterie für Elektrofahrzeuge, durch deren Einsatz die Menge an zur Verfügung stehender elektrischer Energie vergrößert wird. Insbesondere ist beschrieben, dass die im Elektrofahrzeug vorhandene Batterieleistung durch die zusätzliche Batterie erhöht wird und dies vorteilhaft für die Energiespeicherung ist, wenn beim Bremsen durch Hilfsmittel wie etwa eine Nutzbremse Bewegungsenergie als elektrische Energie zurückgewonnen wird.
  • Ferner wird in der Druckschrift US 4 783 619 eine Sicherheits-Stromversorgung für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Die Sicherheits-Stromversorgung umfasst eine Batterie in 9 V-Block Baugröße und ermöglicht für den Fall eines Ausfalls der Fahrzeugbatterie, dass Computeranwendungen des Kraftfahrzeuges ihre gespeicherten Einstellungen beibehalten können.
  • Insbesondere werden Kraftfahrzeuge zunehmend mit elektrischen Verbrauchern ausgestattet, welche einen zusätzlichen Energiebedarf an das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeugs stellen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des Motors des Kraftfahrzeuges, bei relativ geringem konstruktivem Aufwand zu verwirklichen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Energiespeicheranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen elektrischen Zusatzenergiespeicher gemäß Anspruch 13 gelöst.
  • Demgemäß wird erfindungsgemäß eine elektrische Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, welche einen ersten elektrischen Energiespeicher aufweist, der fest mit einem elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Ferner umfasst die Energiespeicheranordnung zumindest einen elektrischen Zusatzenergiespeicher, welcher mit dem elektrischen Bordnetz verbunden ist, wobei der elektrische Zusatzenergiespeicher einen steckbaren Verbindungsanschluss aufweist und als ein wechselbares Erweiterungsmodul im Fahrzeugpackage des Kraftfahrzeugs ausgeführt ist. Ferner umfasst die Energiespeicheranordnung ein an dem elektrischen Bordnetz angeschlossenes Batteriemanagementsystem, welches einen Austausch von elektrischer Energie zwischen dem ersten elektrischen Energiespeicher, dem elektrischen Zusatzenergiespeicher und dem elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeuges steuert.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist die vergleichsweise hohe Verbrauchseinsparung bei geringem Zusatzaufwand. Der Zusatzaufwand beschränkt sich im Wesentlichen auf den elektrischen Zusatzenergiespeicher. Die Einbindung des elektrischen Zusatzenergiespeichers erfolgt direkt ins vorhandene elektrische Bordnetz, ein Hochspannungssystem oder etwa eine aufwendige integrierte Hochvolt-Ansteuerelektronik sind nicht erforderlich.
  • Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht darin, dass ein deutlich vereinfachtes ”Micro Plug-in System” als ”Add-on System” zum konventionellen elektrischen Bordnetz bereitgestellt wird. Dies wird durch einen vergleichsweise kleinen, elektrischen Zusatzenergiespeicher erreicht, der sich leicht überall ins bestehende Fahrzeug integrieren lässt (zum Beispiel Handschuhfach, Kofferraum, etc.) und im Bedarfsfall einfach und ohne Fachpersonal zu wechseln ist.
  • Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicheranordnung ist ein zusätzlicher elektrischer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug verwendet. Der elektrische Energiespeicher ist beispielsweise als kompakter Akkumulator mit einer zur Verfügung stehende Ladung von circa 2–50 Amperestunden oder vorzugsweise 5–10 Amperestunden ausgeführt.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicheranordnung weist der zusätzliche elektrische Energiespeicher eine Bordnetz-kompatible Spannung auf, vorzugsweise zwischen 12–14,8 V, insbesondere 13,5 V.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicheranordnung ist der elektrische Zusatzenergiespeicher über fahrzeugeigene Solarzellen wiederaufladbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicheranordnung ist der elektrische Zusatzenergiespeicher über externe Ladegeräte an einem stationären Stromnetz wiederaufladbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicheranordnung ist der elektrische Zusatzenergiespeicher über rekuperative Systeme des Kraftfahrzeugs wiederaufladbar. Beispielsweise wird als rekuperatives System eine Nutzbremse verwendet.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicheranordnung ist der erste elektrische Energiespeicher als eine Fahrzeugbatterie ausgebildet. Beispielsweise wird als Fahrzeugbatterie eine 12-V-Bleibatterie verwendet.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicheranordnung ist der elektrische Zusatzenergiespeicher leicht zugänglich im Fahrzeugpackage angeordnet, beispielsweise im beifahrerseitigen Innenraumbereich, vorzugsweise im Handschuhfach oder in der Mittelkonsole, oder beispielsweise im Kofferraumbereich, vorzugsweise auf der Kofferraumwanne.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicheranordnung weist der elektrische Zusatzenergiespeicher einen Haltegriff oder eine sonstige Vorrichtung zum Greifen oder Halten auf, die ein bequemes Tragen und einen einfachen Ausbau des elektrischen Zusatzenergiespeichers ermöglicht.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicheranordnung weist der elektrische Zusatzenergiespeicher einen ersten Einbaustecker auf, welcher zu einer fahrzeugseitigen ersten Einbaubuchse korrespondiert, und ferner einen zweiten Einbaustecker, welcher zu einer fahrzeugseitigen zweiten Einbaubuchse korrespondiert.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicheranordnung ist der elektrische Zusatzenergiespeicher steckbar zur Verwendung in der Energiespeicheranordnung ausgeführt.
  • Der zusätzliche elektrische Energiespeicher ist zusätzlich zur Fahrzeugbatterie in das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeuges eingebunden und versorgt in bestimmten Situationen (Lastzuständen) das Bordnetz und/oder die Fahrzeugbatterie mit Strom.
  • Geladen wird der zusätzliche elektrische Energiespeicher beispielsweise entweder in Schubphasen des Kraftfahrzeuges (Rekuperation) über das Bordnetz und/oder über am Kraftfahrzeug vorgesehene Solarzellen. Alternativ ist der zusätzliche elektrische Energiespeicher auswechselbar vorgesehen, beispielsweise als Akkupack, um beispielsweise aus dem Kraftfahrzeug entnommen zu werden oder an stationären Stromnetzen aufgeladen zu werden.
  • Der elektrische Zusatzenergiespeicher versorgt beispielsweise in bestimmten, ungünstigen Motorlastzuständen den Verbund Lichtmaschine/Fahrzeugbatterie/Bordnetz mit zusätzlicher elektrischer Energie, wodurch sich der Motorgesamtwirkungsgrad verbessert. Geladen wird die Zusatzbatterie beispielsweise durch Rekuperation in Fahrzeugschubphasen über das Bordnetz, durch Fahrzeugeigene Solarzellen oder über externe Ladegeräte an einem stationären Stromnetz. Der elektrische Zusatzenergiespeicher ist beispielsweise leicht zugänglich und einfach wechselbar, ähnlich dem Akku einer modernen Werkzeugmaschine, sodass der Ladevorgang auch außerhalb des Fahrzeugs erfolgen könnte. Dadurch, dass es sich um ein ”Add-on System” handelt, ist die voll umfängliche Fahrzeugfunktion auch mit leerem Akku gewährleistet.
  • Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es illustrieren:
  • 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus der Energiespeicheranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Ansicht eines elektrischen Zusatzenergiespeichers mit steckbarem Verbindungsanschluss für die Energiespeicheranordnung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Ansicht der Integration des elektrischen Zusatzenergiespeichers im Kofferraumbereich des Kraftfahrzeuges gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine schematische Ansicht der Integration des elektrischen Zusatzenergiespeichers im beifahrerseitigen Innenraumbereich des Kraftfahrzeuges gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus der Energiespeicheranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die elektrische Energiespeicheranordnung 10 umfasst einen ersten elektrischen Energiespeicher 12, der mit einem elektrischen Bordnetz 14 verbunden ist und über dieses elektrische Bordnetz 14 geladen und entladen werden kann, wobei der erste elektrische Energiespeicher 12 zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern 20, 22, 24, 26 des Kraftfahrzeugs 8 ausgelegt ist. Ferner weist die elektrische Energiespeicheranordnung 10 einen elektrischen Zusatzenergiespeicher 16 auf, der ebenfalls an das elektrische Bordnetz 14 angeschlossen ist und über dieses elektrische Bordnetz 14 geladen und entladen werden kann, wobei der elektrischen Zusatzenergiespeicher 16 zur zusätzlichen Versorgung der elektrischen Verbraucher 20, 22, 24, 26 des Kraftfahrzeugs 8 ausgelegt ist. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit ist nach 1 das elektrische Bordnetz 14 mit vier Verbrauchern 20, 22, 24, 26 gekoppelt. Ferner ist an dem elektrischen Bordnetz 14 ein Batteriemanagementsystem 28 angeschlossen. Das Batteriemanagementsystem 28 ist dazu eingerichtet, einen Austausch von elektrischer Energie zwischen dem ersten elektrischen Energiespeicher 12, dem elektrischen Zusatzenergiespeicher 16 und dem elektrischen Bordnetz 14 des Kraftfahrzeuges 8 zu steuern.
  • 2 zeigt eine schematische Ansicht eines elektrischen Zusatzenergiespeichers mit steckbarem Verbindungsanschluss für die Energiespeicheranordnung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zur Illustrierung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist eine beispielhafte Integrationsform des elektrischen Zusatzenergiespeichers 16 in das Fahrzeugpackage 30 dargestellt. Der Verbindungsanschluss 42 umfasst einen ersten Einbaustecker 32 sowie einen zweiten Einbaustecker 34. Beispielsweise sind die beiden Stecker als Plus- und Minuspol des elektrischen Zusatzenergiespeichers 16 ausgelegt. Fahrzeugseitig sind eine erste Einbaubuchse 36 und eine zweite Einbaubuchse 38 leicht zugänglich integriert, ferner eine fahrzeugseitige Anschlusserhöhung 39b, welche in eine Anschlussvertiefung 39a des elektrischen Zusatzenergiespeichers 16 einrasten kann. Ferner weist der elektrische Zusatzenergiespeicher 16 beispielsweise einen Haltegriff 31 auf, der eine einfache Handhabung des Transports und des Ein- und Ausbaus des elektrischen Zusatzenergiespeichers 16 ermöglicht.
  • 3 zeigt eine schematische Ansicht der Integration des elektrischen Zusatzenergiespeichers im Kofferraumbereich des Kraftfahrzeuges gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise wird im Kofferraumbereich 40 des Kraftfahrzeugs 8 der elektrische Zusatzenergiespeicher 16 in leicht zugänglicher und wechselbarer Art eingegliedert, wobei der Verbindungsanschluss 42 durch eine steckbare Ankoppelung für einen schnellen Ein- und Ausbau des elektrischen Zusatzenergiespeichers 16 ermöglicht. Der elektrische Zusatzenergiespeicher 16 ist beispielsweise auf die Kofferraumwanne 44 im Fahrzeugpackage 30 integriert. Ein elektrischer Verbraucher 20 ist beispielsweise als Frontscheinwerfer ausgeführt.
  • 4 zeigt eine schematische Ansicht der Integration des elektrischen Zusatzenergiespeichers im beifahrerseitigen Innenraumbereich des Kraftfahrzeuges gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der elektrische Zusatzenergiespeicher 16 kann wahlweise auch im beifahrerseitigen Innenraumbereich 50 des Fahrzeugpackages 30 angeordnet sein. Ein beispielsweise steckbar ausgeführter Verbindungsanschluss 42 ermöglicht einen raschen Ein- und Ausbau. Ein elektrischer Verbraucher 22 kann als Autoradio 22 und ein weiterer elektrischer Verbraucher 24 etwa als eine elektrische Sitzheizung ausgeführt sein.
  • 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 20080203966 A1 [0003]
    • US 4783619 [0004]

Claims (13)

  1. Elektrische Energiespeicheranordnung (10) für ein Kraftfahrzeug (8) mit: – einem ersten elektrischen Energiespeicher (12), der fest mit einem elektrischen Bordnetz (14) des Kraftfahrzeugs (8) verbunden ist; – zumindest einem elektrischen Zusatzenergiespeicher (16), welcher mit dem elektrischen Bordnetz (14) verbunden ist, wobei der elektrische Zusatzenergiespeicher (16) einen steckbaren Verbindungsanschluss (42) aufweist und als ein wechselbares Erweiterungsmodul im Fahrzeugpackage (30) des Kraftfahrzeugs (8) ausgeführt ist; – einem an dem elektrischen Bordnetz (14) angeschlossen Batteriemanagementsystem (28), welches derart ausgelegt ist, dass es einen Austausch von elektrischer Energie zwischen dem ersten elektrischen Energiespeicher (12), dem elektrischen Zusatzenergiespeicher (16) und dem elektrischen Bordnetz (14) des Kraftfahrzeuges (8) steuert.
  2. Elektrische Energiespeicheranordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Zusatzenergiespeicher (16) eine Kapazität von 2–50 Ah aufweist, vorzugsweise zwischen 5–10 Ah.
  3. Elektrische Energiespeicheranordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Zusatzenergiespeicher (16) eine Bordnetzkompatible Spannung aufweist, vorzugsweise zwischen 12–14,8 V, insbesondere 13,5 V.
  4. Elektrische Energiespeicheranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Zusatzenergiespeicher (16) über fahrzeugeigene Solarzellen wiederaufladbar ist.
  5. Elektrische Energiespeicheranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Zusatzenergiespeicher (16) über externe Ladegeräte an einem stationären Stromnetz wiederaufladbar ist.
  6. Elektrische Energiespeicheranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Zusatzenergiespeicher (16) über rekuperative Systeme des Kraftfahrzeugs (8) wiederaufladbar ist.
  7. Elektrische Energiespeicheranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Energiespeicher (12) als eine Fahrzeugbatterie ausgebildet ist.
  8. Elektrische Energiespeicheranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Zusatzenergiespeicher (16) zugänglich im beifahrerseitigen Innenraumbereich (50), vorzugsweise im Handschuhfach oder in der Mittelkonsole, angeordnet ist.
  9. Elektrische Energiespeicheranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Zusatzenergiespeicher (16) zugänglich im Kofferraumbereich (40), vorzugsweise auf der Kofferraumwanne (44), angeordnet ist.
  10. Elektrische Energiespeicheranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Zusatzenergiespeicher (16) einen Haltegriff (31) aufweist.
  11. Elektrische Energiespeicheranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Zusatzenergiespeicher (16) einen ersten Einbaustecker (32), welcher in eine fahrzeugseitige erste Einbaubuchse (36) passt, und einen zweiten Einbaustecker (34), welcher in eine fahrzeugseitige zweite Einbaubuchse (38) passt, aufweist.
  12. Elektrische Energiespeicheranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Zusatzenergiespeicher (16) eine Verrastung, welche vorzugsweise eine Anschlussvertiefung (39a) und eine fahrzeugseitige Anschlusserhöhung (39b) umfasst, aufweist.
  13. Elektrischer Zusatzenergiespeicher (16) für ein Kraftfahrzeug (8), welcher steckbar zur Verwendung in einer Energiespeicheranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt ist.
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