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Technisches Gebiet
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Ausführungsformen des hierin beschriebenen Gegenstandes betreffen allgemein elektrische Systeme. Insbesondere betreffen Ausführungsformen des Gegenstandes ein elektrisches Fahrzeugsystem mit einer primären Energiequelle und einer redundanten bzw. Backup-Energiequelle zur Bereitstellung von Betriebsenergie für ein Fahrzeug-Subsystem.
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Hintergrund
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Elektrische Komponenten, Systeme und Subsysteme werden in einer großen Anzahl von Anwendungen verwendet. Moderne Fahrzeuge sind zunehmend von elektrischen Einrichtungen und Lasten abhängig geworden, wie zum Beispiel Unterhaltungssysteme, Navigationssysteme, elektrische Fensterheber, Tür-Zuziehhilfen und -Verriegelungen, Stabilitätssteuersysteme usw. Redundante bzw. Backup-Energiequellen bzw. -Versorgungen werden zunehmend mit wichtigen oder kritischen elektrischen Systemen verwendet. Beispielsweise kann ein Server-Computer eine Backup-Energieversorgung umfassen, wie zum Beispiel eine Batterie, welche als eine Notfall-Energiequelle dient, für den Fall eines Verlustes bzw. einer Unterbrechung der Haupt-AC-Versorgungsenergie.
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Backup-Energiequellen können ebenso in einem Fahrzeug verwendet werden. Herkömmlicherweise werden Backup-Energiequellen an Bord eines Fahrzeuges verwendet, wenn die Haupt-Energiequelle ausfällt oder ihr Energievorrat zur Neige geht. Beispielsweise könnte eine Backup-Batterie im Standby-Modus verbleiben, bis die Hauptbatterie beginnt, ihre Ladung zu verlieren. Obwohl diese Lösung für viele Situationen geeignet sein kann, kann sie bei Verwendung mit kritischen elektrischen Systemen bzw. -Komponenten nicht erwünscht sein, insbesondere, da die Backup-Versorgung oftmals ausfällt. Beispielsweise sollte ein elektrisches Zündungs- oder elektrisches Entriegelungssystem eines Fahrzeuges eine sehr zuverlässige Backup-Energiequelle verwenden. Falls sich aus irgendeinem Grund die Backup-Energiequelle entladen hat, ausgefallen ist oder in sonstiger Weise nicht in der Lage ist, eine ausreichende Betriebsenergie bereitzustellen, dann werden solche kritischen Subsysteme nicht betreibbar sein.
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Kurze Zusammenfassung
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Hierin wird eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Systems dargestellt. Das elektrische System umfasst eine primäre Energiequelle für eine elektrische Last, und eine wiederaufladbare Energiequelle für die elektrische Last. Das elektrische System umfasst ebenso eine erste Schalteinrichtung, eine zweite Schalteinrichtung und eine dritte Schalteinrichtung. Die erste Schalteinrichtung ist zwischen die primäre Energiequelle und die wiederaufladbare Energiequelle geschaltet, wobei eine Aktivierung der ersten Schalteinrichtung ein Aufladen der wiederaufladbaren Energiequelle durch die primäre Energiequelle ermöglicht. Die zweite Schalteinrichtung ist zwischen die primäre Energiequelle und die elektrische Last geschaltet. Die dritte Schalteinrichtung ist zwischen die wiederaufladbare Energiequelle und die elektrische Last geschaltet. Das elektrische System umfasst ebenso eine Steuereinheit, um die zweite Schalteinrichtung und die dritte Schalteinrichtung derart zu betreiben, so dass standardmäßig die primäre Energiequelle von der elektrischen Last entkoppelt und die wiederaufladbare Energiequelle mit der elektrischen Last gekoppelt ist, um Betriebsenergie für die elektrische Last bereitzustellen, und so dass bei einem abnehmenden Leistungszustand, welcher der wiederaufladbaren Energiequelle zugeordnet wird, die wiederaufladbare Energiequelle von der elektrischen Last entkoppelt und die primäre Energiequelle mit der elektrischen Last gekoppelt wird, um eine Betriebsenergie für die elektrische Last bereitzustellen.
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Ebenso wird ein elektrisches System für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Last bereitgestellt. Das elektrische System umfasst: Eine primäre Energiequelle; eine wiederaufladbare redundante Energiequelle, welche mit der primären Energiequelle über eine erste Schalteinrichtung gekoppelt ist; eine zweite Schalteinrichtung; eine dritte Schalteinrichtung; eine vierte Schalteinrichtung, welche zwischen die elektrische Last und die zweite Schalteinrichtung geschaltet ist, und zwischen die elektrische Last und die dritte Schalteinrichtung geschaltet ist; und eine Steuereinheit. Die Steuereinheit betreibt die erste Schalteinrichtung, um ein Aufladen der wiederaufladbaren redundanten Energiequelle durch die primäre Energiequelle zu ermöglichen, und betreibt die zweite Schalteinrichtung und die dritte Schalteinrichtung zusammen, um wahlweise Betriebsenergie von entweder der primären Energiequelle oder der wiederaufladbaren redundanten Energiequelle für die vierte Schalteinrichtung bereitzustellen. Die Steuereinheit betreibt ebenso die vierte Schalteinrichtung, um die Betriebsenergie für die elektrische Last bereitzustellen.
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Es wird ebenso ein Verfahren zum Bereitstellen einer Betriebsenergie für eine elektrische Last eines Fahrzeuges bereitgestellt. Das Verfahren konfiguriert eine Schalteinrichtungsarchitektur derart, um eine Betriebsenergie von einer wiederaufladbaren Energiequelle für die elektrische Last bereitzustellen, wenn Leistungseigenschaften der wiederaufladbaren Energiequelle ausreichend sind. Das Verfahren fährt fort durch Erkennen, wann die Leistungseigenschaften der wiederaufladbaren Energiequelle nicht ausreichend sind. In Antwort auf ein Erkennen, dass die Leistungseigenschaften der wiederaufladbaren Energiequelle nicht ausreichend sind, konfiguriert das Verfahren die Schalteinrichtungsarchitektur erneut, um Betriebsenergie von einer primären Energiequelle für die elektrische Last bereitzustellen.
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Diese Zusammenfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl an Konzepten in einer vereinfachten Form darzustellen, welche unten in der detaillierten Beschreibung weiter erläutert werden. Diese Zusammenfassung soll weder Hauptmerkmale bzw. wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstandes kennzeichnen, noch soll diese Zusammenfassung als eine Vorlage beim Bestimmen des Umfanges des beanspruchten Gegenstandes verwendet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein umfassenderes Verständnis des Gegenstandes kann durch Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung und die Ansprüche in Verbindung mit den folgenden Figuren gewonnen werden, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren gleiche bzw. ähnliche Elemente bezeichnen.
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1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines elektrischen Systems; und
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2 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines in einem Fahrzeug verwendeten elektrischen Systems.
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Detaillierte Beschreibung
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Die folgende detaillierte Beschreibung hat lediglich darstellenden Charakter und soll die Ausführungsformen des Gegenstandes oder Anwendung und Verwendungen solcher Ausführungsformen nicht beschränken. Wie hierin verwendet hat das Wort „beispielhaft” die Bedeutung „als ein Beispiel, Umstand oder eine Darstellung dienend”. Jede hierin als beispielhaft beschriebene Umsetzung ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Umsetzungen gedacht. Weiterhin soll es keine Beschränkung durch irgendeine ausdrücklich oder implizit in dem vorangegangenen technischen Gebiet, Hintergrund, kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellten Theorie geben.
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Techniken und Technologien können hierin hinsichtlich funktionaler und/oder logischer Blockkomponenten beschrieben werden, und mit Bezug auf symbolische Darstellungen von Betriebszuständen, Verfahrensschritten und Funktionen, welche durch verschiedene Computerkomponenten bzw. -Einrichtungen ausgeführt werden können. Solche Betriebszustände, Aufgaben und Funktionen werden manchmal als durch einen Computer ausgeführt bezeichnet, computerisiert, Software-implementiert oder Computer-implementiert. Es wird bevorzugt, dass die verschiedenen in den Figuren dargestellten Blockkomponenten durch eine beliebige Anzahl an Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten umgesetzt sein können, welche eingerichtet sind, um die spezifizierten Funktionen auszuführen. Beispielsweise kann eine Ausführungsform eines Systems oder eine Komponente verschiedene integrierte Schaltkreiskomponenten verwenden, zum Beispiel Speicherelemente, digitale Signal-Bearbeitungselemente, Logik-Elemente, Look-Up-Tabellen oder dergleichen, welche eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder weiterer Steuerungseinrichtungen ausführen können.
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1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines elektrischen Systems 100. Das elektrische System 100 kann in einer Vielzahl praktischer Anwendungen verwendet werden, zum Beispiel in einem Wohnhaus oder einem anderen Gebäude, in einem Gerät oder einer Maschine bzw. einem Teil davon, in einer Computereinrichtung oder -system, in einem Fahrzeug oder dergleichen. Die hierin beschriebene nicht-beschränkende beispielhafte Ausführungsform betrifft eine Umsetzung an Bord eines Fahrzeuges, das heißt eines elektrischen Systems eines Fahrzeuges.
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Das elektrische System 100 basiert auf zwei unterscheidbaren und unterschiedlichen Energiequellen: Eine primäre Energiequelle 102 und eine redundante (oder Backup-)wiederaufladbare Energiequelle 104. Die beispielhafte Ausführungsform des elektrischen Systems 100 umfasst eine Schalteinrichtungsarchitektur mit einer Mehrzahl an Schalteinrichtungen: Eine erste Schalteinrichtung 106; eine zweite Schalteinrichtung 108; eine dritte Schalteinrichtung 110; und eine vierte Schalteinrichtung 112. Das elektrische System 100 kann ebenso ohne Beschränkung umfassen: Eine Steuereinheit 114; eine Überwachungseinheit 116; ein Warnsystem 118; und eine Diode 120. Das elektrische System 100 ist auf geeignete Weise eingerichtet und wird gesteuert, um Betriebsenergie für eine elektrische Last 122 bereitzustellen.
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Die primäre Energiequelle 102 kann eine beliebige Quelle, Versorgung oder Erzeuger von elektrischer Energie sein. In bestimmten Ausführungsformen ist die primäre Energiequelle 102 eine AC-Energiequelle, wie zum Beispiel ein mit Stromversorgung. Für die hierin beschriebene Fahrzeug-basierte Umsetzung ist die primäre Energiequelle 102 eine DC-Energiequelle. Somit kann die primäre Energiequelle 102 ohne Beschränkung umfassen: Eine Batterie; eine Brennstoffzelle; einen Kondensator; oder eine beliebige Art eines Elektrizitätserzeugenden Systems. Überdies könnte die primäre Energiequelle 102 als eine Kombination verschiedener Energiebereitstellender Komponenten umgesetzt sein. Für die beispielhaft auf einem Fahrzeug hier basierende Ausführungsform kann die primäre Energiequelle 102 die Haupt-Fahrzeugbatterie sein (zum Beispiel eine Standard-12 Volt-Batterie oder eine Hochspannungsbatterie von der Art, wie sie in Hybrid- oder vollständig elektrischen Fahrzeugen verwendet wird), welche aufrechterhalten und geladen wird mit einem oder mehreren an Bord befindlichen Lade-Systemen, wie zum Beispiel ein vom Motor betriebener Generator, ein regeneratives Bremssystem oder dergleichen.
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Die wiederaufladbare Energiequelle 104 kann eine beliebige wiederaufladbare oder auffüllbare Quelle, Versorgung oder Erzeuger elektrischer Energie sein. In der Praxis könnte die wiederaufladbare Energiequelle 104 eine wiederaufladbare Batterie oder ein Batteriepack sein, ein Kondensator bzw. Super-Kondensator oder dergleichen. Für die hierin beschriebene Fahrzeug-basierte Ausführungsform ist die wiederaufladbare Energiequelle 104 eine wiederaufladbare Batterie mit entsprechender chemischer Zusammensetzung.
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Die elektrischen Eigenschaften und Spezifikationen der primären Energiequelle 102 und der wiederaufladbaren Energiequelle 104 werden nach Kompatibilität und Verwendbarkeit mit der in Frage stehenden elektrischen Last 122 ausgewählt. Mit anderen Worten, die Energiequellen 102, 104 sind in geeigneter Weise eingerichtet, um eine Betriebsenergie für die elektrische Last 122 bereitzustellen. Für dieses besondere Beispiel stellt die elektrische Last 122 ein an Bord befindliches System bzw. Subsystem des Fahrzeuges dar, wie zum Beispiel ein elektrisches Entriegelungssystem, welches einer oder mehreren Türen zugeordnet ist, einem Stauraum, einer Kofferraumhaube, einer Motorhaube oder dergleichen.
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Gemäß der dargestellten Ausführungsform des elektrischen Systems 100 ist die erste Schalteinrichtung 106 zwischen die primäre Energiequelle 102 und die wiederaufladbare Energiequelle 104 geschaltet, die zweite Schalteinrichtung 108 ist zwischen die primäre Energiequelle 102 und einen Knoten 124 geschaltet, die dritte Schalteinrichtung 110 ist zwischen die wiederaufladbare Energiequelle 104 und einen Knoten 126 geschaltet, und die vierte Schalteinrichtung 112 ist zwischen den Knoten 126 und die elektrische Last 122 geschaltet. Überdies ist die Diode 120 zwischen die Knoten 124, 126 geschaltet. Somit ist die zweite Schalteinrichtung 108 indirekt mit der vierten Schalteinrichtung 112 über die Diode 120 gekoppelt. Daher ist die zweite Schalteinrichtung 108 zwischen die primäre Energiequelle 102 und die elektrische Last 122 gekoppelt, und die dritte Schalteinrichtung 110 ist zwischen die wiederaufladbare Energiequelle 104 und die elektrische Last 122 gekoppelt.
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Für diese besondere Ausführungsform ist die Überwachungseinheit 116 mit der wiederaufladbaren Energiequelle 104 gekoppelt, um wenigstens eine Leistungseigenschaft der wiederaufladbaren Energiequelle 104 zu überwachen. In dieser Hinsicht kann die Überwachungseinheit 116 eine Spannung, einen Strom, Temperatur, Widerstand, Kapazität und/oder Ladungszustand der wiederaufladbaren Energiequelle 104 zu verschiedenen Zeitpunkten während der Lebensdauer der wiederaufladbaren Energiequelle 104 überwachen, messen oder detektieren. Dies gestattet der Überwachungseinheit 116, zu detektieren, ob die wiederaufladbare Energiequelle 104 in einer ausreichenden oder nicht-ausreichenden Weise zu Zwecken der Unterstützung der elektrischen Last 122 funktioniert oder nicht. Beispielsweise kann die Überwachungseinheit 116 ein geeignetes Signal, eine Nachricht oder Information für die Steuereinheit 114 erzeugen, wenn die Überwachungseinheit einen abnehmenden Leistungszustand detektiert, welcher der wiederaufladbaren Energiequelle 104 zugeordnet ist. Ein abnehmender Leistungszustand kann beispielsweise ein Zustand sein, wobei die wiederaufladbare Energiequelle 104 nicht mehr in der Lage ist, eine ausreichende Ladung aufrechtzuerhalten, selbst wenn die erste Schalteinrichtung 106 geschlossen ist, oder nicht in der Lage ist, eine ausreichende Ladung kurz nach dem Öffnen der ersten Schalteinrichtung 106 aufrechtzuerhalten.
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Die Steuereinheit 114 kann gekoppelt sein, um die Aktivierung und den Betrieb der Schalteinrichtungen 106, 108, 110, 112 nach Bedarf zu steuern. Die Steuereinheit 114 kann einen allgemeinen Prozessor, einen Inhalts-adressierbaren Speicher, einen digitalen Signalprozessor, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis, ein Feld-programmierbares Gate-Array, eine beliebige geeignete programmierbare Logik-Einrichtung, diskrete Gate- oder Transistor-Logik, diskrete Hardware-Komponenten oder eine beliebige Kombination enthalten oder entsprechend umgesetzt sein, um die hier beschriebenen Funktionen auszuführen. Eine Prozessor-Einrichtung kann als ein Mikroprozessor, eine Steuerung, ein Mikrocontroller oder eine Zustandsmaschine ausgebildet sein. Überdies kann eine Prozessor-Einrichtung als eine Kombination von Computer-Einrichtungen umgesetzt sein, zum Beispiel eine Kombination eines digitalen Signalprozessors und eines Mikroprozessors, einer Mehrzahl von Mikroprozessoren, eines oder mehrerer Mikroprozessoren in Verbindung mit einem digitalen Signalprozessorkern oder irgendeiner anderen solchen Konfiguration. In einer typischen Fahrzeug-Anwendung kann die Steuereinheit 114 als eine elektrische Steuereinheit (ECU) ausgebildet sein, welche mit dem Steuernetzwerk bzw. der Architektur des Fahrzeuges kompatibel ist.
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Das Warnsystem 118 kann mit der zweiten Schalteinrichtung 108 gekoppelt sein, um Betriebsenergie von der primären Energiequelle 102 zu erhalten, wenn die zweite Schalteinrichtung 108 aktiviert ist. Das Warnsystem 118 ist in geeigneter Weise dazu eingerichtet, um eine Warnung, einen Alarm, eine Nachricht oder irgendeine andere Information in Antwort auf das Erkennen eines abnehmenden Leistungszustandes der wiederaufladbaren Energiequelle 104 zu erzeugen. Daher kann das Warnsystem 118 eine Warnung für den Nutzer des Fahrzeuges erzeugen, um darauf hinzuweisen, dass die Leistungseigenschaften der wiederaufladbaren Energiequelle 104 unzureichend geworden sind, und dass die wiederaufladbare Energiequelle 104 gewartet, repariert oder in naher Zukunft ersetzt werden sollte.
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1 zeigt den Standard- bzw. Normal-Betriebszustand des elektrischen Systems 100, zum Beispiel, wenn der Motor des Fahrzeuges abgestellt ist und sich das Fahrzeug im Stand befindet. Für diese beispielhafte Ausführungsform ist die erste Schalteinrichtung 106 „normalerweise offen” und schließt bei Aktivierung. Eine Aktivierung (Schließen) der ersten Schalteinrichtung 106 ermöglicht ein Laden der wiederaufladbaren Energiequelle 104 durch die primäre Energiequelle 102. In dieser Hinsicht stellt der Pfeil 130 in 1 eine Ladespannung bzw. -Strom der primären Energiequelle 102 dar, welcher zum Laden der wiederaufladbaren Energiequelle 104 verwendet werden kann. Eine Aktivierung der ersten Schalteinrichtung 106 kann mittels der Steuereinheit 114 geregelt bzw. gesteuert werden, was wiederum in Antwort auf einen oder mehrere Auslösezustände erfolgen kann. Beispielsweise könnte die erste Schalteinrichtung 106 in Antwort auf einen Nutzerbefehl aktiviert werden, wie zum Beispiel die Manipulation bzw. Bedienung einer Nutzerschnittstelle, eines Schalters oder dergleichen. Als ein weiteres Beispiel könnte die erste Schalteinrichtung 106 mittels der Steuereinheit 114 aktiviert werden, wenn der Motor des Fahrzeuges in Betrieb ist (was wiederum auf einen Zustand hinweisen kann, während welchem die primäre Energiequelle 102 durch einen Motor-betriebenen Generator aufgeladen wird).
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In bestimmten Ausführungsformen steuert die Steuereinheit 114 die zweite Schalteinrichtung 108 und die dritte Schalteinrichtung 110 gemeinsam. Die zweite Schalteinrichtung 108 ist „normalerweise offen” und schließt bei Aktivierung; die dritte Schalteinrichtung 110 ist „normalerweise geöffnet” und öffnet bei Aktivierung. Diese zwei Schalteinrichtungen werden zusammen derart aktiviert/deaktiviert, so dass lediglich eine zu einem gegebenen Zeitpunkt geöffnet ist (und, im Gegensatz dazu, die andere geschlossen ist). In Übereinstimmung mit dem in 1 dargestellten Zustand hält die Steuereinheit 114 standardmäßig die zweite Schalteinrichtung 108 offen und die dritte Schalteinrichtung 110 geschlossen, so dass die primäre Energiequelle 102 von der elektrischen Last 122 entkoppelt ist und die wiederaufladbare Energiequelle 104 mit der elektrischen Last 122 gekoppelt ist, um eine Betriebsenergie für die elektrische Last 122 bereitzustellen. Somit ist, unter normalen Bedingungen, wobei die wiederaufladbare Energiequelle 104 auf eine ausreichende Art und Weise funktioniert, der Eingang zu der vierten Schalteinrichtung 112 elektrisch mit der wiederaufladbaren Energiequelle 104 verbunden. Mit anderen Worten, die Steuereinheit 114 konfiguriert die Schalteinrichtungsarchitektur des elektrischen Systems 100, um Betriebsenergie von der wiederaufladbaren Energiequelle 104 für die elektrische Last bereitzustellen, wenn die Leistungseigenschaften der wiederaufladbaren Energiequelle ausreichend sind.
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Es wird bevorzugt, dass die Aktivierung der ersten Schalteinrichtung 106 und die Aktivierung der vierten Schalteinrichtung 112 unabhängig voneinander und unabhängig von den Schalteinrichtungen 108, 110 ausgeführt werden kann. Tatsächlich muss die vierte Schalteinrichtung 112 nicht aktiviert werden, bis die elektrische Last 122 betrieben werden muss oder bis das elektrische System 100 in sonstiger Weise entscheidet, dass Betriebsenergie für die elektrische Last 122 bereitgestellt werden muss.
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Wie oben erwähnt, überprüft die Überwachungseinheit 116 die wiederaufladbare Energiequelle 104, um zu bestimmen, ob es die normalen Betriebserfordernisse der elektrischen Last 122 unterstützen kann oder nicht. Falls beispielsweise die Energie der wiederaufladbaren Energiequelle 104 unter einen Schwellenwert gesunken ist, dann kann die Überwachungseinheit 116 die Steuereinheit 114 benachrichtigen, welche wiederum die Schalteinrichtungen 108, 110 aktivieren kann, um die primäre Energiequelle 102 mit der vierten Schalteinrichtung 112 zu verbinden. Als ein weiteres Beispiel, falls die wiederaufladbare Energiequelle 104 ein Alter erreicht hat, wo sie nicht länger eine ausreichende Ladung zum Unterstützen der elektrischen Last 122 beibehalten kann, dann kann die Überwachungseinheit 116 die Steuereinheit 114 entsprechend informieren, so dass eine entsprechende Maßnahme vorgenommen werden kann.
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In Antwort auf die Erkennung unzureichender Leistungseigenschaften der wiederaufladbaren Energiequelle 104 konfiguriert die Steuereinheit 114 die Schalteinrichtungsarchitektur des elektrischen Systems 100 erneut, um Betriebsenergie von der primären Energiequelle 102 für die elektrische Last 122 bereitzustellen. In der Praxis verwendet das elektrische System 100 von der primären Energiequelle 102 bereitgestellte Energie, wenn es die Schalteinrichtungsarchitektur konfiguriert bzw. erneut konfiguriert. Diese Vorgehensweise nimmt an, dass die primäre Energiequelle 102 die notwendige Betriebsenergie bereitstellen kann, um die Schalteinrichtungen zu aktivieren, selbst wenn die wiederaufladbare Energiequelle 104 entleert wäre oder unterhalb ihrer Minimalspezifikationen betrieben würde.
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Für einen Übergang von dem in 1 gezeigten normalen Zustand zu einem „Backup”-Zustand betreibt die Steuereinheit 114 die zweite Schalteinrichtung 108 zusammen mit der dritten Schalteinrichtung 110, so dass die wiederaufladbare Energiequelle 104 von der vierten Schalteinrichtung 112 getrennt ist, und so dass die primäre Energiequelle 102 mit der vierten Schalteinrichtung 112 verbunden ist. Diese Konfiguration gestattet es der primären Energiequelle 102, eine Betriebsenergie für die elektrische Last 122 bei Bedarf bereitzustellen. Durch Ändern der Konfiguration der Schalteinrichtungsarchitektur auf diese Weise kann das elektrische System 100 wahlweise Betriebsenergie für die elektrische Last 122 (über die vierte Schalteinrichtung 112) von entweder der wiederaufladbaren Energiequelle 104 oder der primären Energiequelle 102 bereitstellen.
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Ein Schließen der zweiten Schalteinrichtung 108 stellt ebenso eine Betriebsenergie für das Warnsystem 118 bereit, wodurch das Warnsystem 118 in die Lage versetzt wird, eine wie oben beschriebene Warnung zu erzeugen. Insbesondere kann die „Backup”-Konfiguration des elektrischen Systems 100 solange aufrechterhalten werden, wie die wiederaufladbare Energiequelle 104 in einem unzureichenden Zustand verbleibt. Wenn die wiederaufladbare Energiequelle 104 ersetzt, repariert, wiederaufgeladen oder sonst wie in einen ausreichenden Betriebszustand zurückversetzt worden ist, wird die Überwachungseinheit 116 den ausreichenden Zustand erkennen und die Steuereinheit 114 auf entsprechende Weise benachrichtigen. Danach kann die Steuereinheit 114 die Schalteinrichtungsarchitektur wieder in den in 1 dargestellten Zustand zurückversetzen, um wieder auf der wiederaufladbaren Energiequelle 104 im Gegensatz zu der primären Energiequelle 102 zu beruhen.
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Wie zuvor erwähnt, kann das elektrische System 100 im Zusammenhang eines Fahrzeuges angesetzt werden, wie zum Beispiel ein herkömmliches Fahrzeug, ein Hybrid-Fahrzeug oder ein vollständig elektrisches Fahrzeug. In dieser Hinsicht ist 2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines elektrischen Systems 200, welches in einem Fahrzeug 202 eingesetzt wird. Das in 2 dargestellte elektrische System 200 ist vereinfacht dargestellt, wobei 2 nicht das gleiche Ausmaß an Details wie in 1 zeigt. Nichtsdestotrotz umfasst die Ausführungsform des in
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2 dargestellten elektrischen Systems 200 vorzugsweise wenigstens die gleichen Elemente (oder ihre entsprechenden Äquivalente) des elektrischen Systems 100.
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Diese besondere Ausführungsform des elektrischen Systems 200 umfasst die Steuereinheit 114, die primäre Energiequelle 102 und die wiederaufladbare Energiequelle 104, welche mit einem elektrischen Entriegelungssystem 210 des Fahrzeuges 202 gekoppelt sind. Obwohl in 2 nicht dargestellt, umfasst das elektrische System 200 eine in geeigneter Weise konfigurierte Schalteinrichtungsarchitektur (wie oben für das elektrische System 100 beschrieben), um wahlweise entweder die primäre Energiequelle 102 oder die wiederaufladbare Energiequelle 104 mit dem elektrischen Entriegelungssystem 210 zu verbinden.
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Das elektrische Entriegelungssystem 210 kann eine beliebige Anzahl von elektrisch betätigbaren Verriegelungen 212 umfassen, welche im Fahrzeug 202 verteilt sind. 2 zeigt fünf elektrisch betätigbare Verriegelungen 212, welche jeweils den vier Passagier-Türen 214 und einem Kofferraum 216 (oder Kofferraumdeckel) des Fahrzeuges 202 entsprechen. Mehr oder weniger als fünf Verriegelungen 212 könnten in einer Ausführungsform des Fahrzeuges 202 eingesetzt werden. Das elektrische Entriegelungssystem 210 kann das Verriegeln (Schließen) und Entriegeln (Aufschließen) der elektrisch betätigbaren Verriegelungen 212 steuern, und zwar unter Verwendung von Energie, welche entweder von der primären Energiequelle 102 oder der wiederaufladbaren Energiequelle 104 bereitgestellt wird. In einer typischen Situation aktiviert ein Nutzer das elektrische Entriegelungssystem 210, um das Fahrzeug 202 zu entriegeln bzw. zu entsperren. Das elektrische System 200 ist derart ausgebildet, so dass das elektrische Entriegelungssystem 210 selbst dann betrieben werden kann, wenn die wiederaufladbare Energiequelle 104 ausgefallen ist oder sich in einem sonstigen unzureichenden Zustand befindet. Dementsprechend reduziert das Design des elektrischen Systems 200 die Wahrscheinlichkeit der Situation eines „Ausschließens” und verbessert die Zuverlässigkeit und Bereitschaft des elektrischen Entriegelungssystems 210.
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Während wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorangegangenen detaillierten Beschreibung dargestellt worden ist, wird bevorzugt, dass eine große Anzahl an Variationen besteht. Es wird ebenso bevorzugt, dass die hierin beschriebene beispielhafte Ausführungsform bzw. Ausführungsformen nicht den Umfang, die Anwendbarkeit oder Konfiguration des beanspruchten Gegenstandes in irgendeiner Weise einschränken sollen. Vielmehr soll die vorangegangene detaillierte Beschreibung dem Fachmann eine nützliche Anleitung zur Umsetzung der beschriebenen Ausführungsform bzw. Ausführungsformen zur Verfügung stellen. Es soll davon ausgegangen werden, dass verschiedene Änderungen hinsichtlich der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den durch die Ansprüche definierten Umfang zu verlassen, welche bekannte Äquivalente und zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Patentanmeldung vorhersehbare Äquivalente mit umfasst.
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Weitere Ausführungsformen
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- 1. Elektrisches System, umfassend:
Eine primäre Energiequelle für eine elektrische Last;
eine wiederaufladbare Energiequelle für die elektrische Last;
eine erste Schalteinrichtung, welche zwischen die primäre Energiequelle und die wiederaufladbare Energiequelle geschaltet ist, wobei eine Aktivierung der ersten Schalteinrichtung ein Aufladen der wiederaufladbaren Energiequelle durch die primäre Energiequelle ermöglicht;
eine zweite Schalteinrichtung, welche zwischen die primäre Energiequelle und die elektrische Last geschaltet ist;
eine dritte Schalteinrichtung, welche zwischen die wiederaufladbare Energiequelle und die elektrische Last geschaltet ist; und
eine Steuereinheit, um die zweite Schalteinrichtung und die dritte Schalteinrichtung derart zu betreiben, so dass standardmäßig die primäre Energiequelle von der elektrischen Last entkoppelt ist und die wiederaufladbare Energiequelle mit der elektrischen Last gekoppelt ist, um eine Betriebsenergie für die elektrische Last bereitzustellen, und so dass bei einem verschlechterten Leistungszustand, welcher der wiederaufladbaren Energiequelle zugeordnet ist, die wiederaufladbare Energiequelle von der elektrischen Last entkoppelt ist und die primäre Energiequelle mit der elektrischen Last gekoppelt ist, um für die elektrische Last eine Betriebsenergie bereitzustellen.
- 2. Elektrisches System nach Ausführungsform 1, wobei die primäre Energiequelle eine Batterie umfasst.
- 3. Elektrisches System nach Ausführungsform 1, wobei die wiederaufladbare Energiequelle eine wiederaufladbare Batterie umfasst.
- 4. Elektrisches System nach Ausführungsform 1, weiterhin umfassend eine Überwachungseinheit, um wenigstens eine Leistungseigenschaft der wiederaufladbaren Energiequelle zu überwachen.
- 5. Elektrisches System nach Ausführungsform 4, wobei die Überwachungseinheit einen Ladezustand der wiederaufladbaren Energiequelle überwacht.
- 6. Elektrisches System nach Ausführungsform 4, wobei die Überwachungseinheit den abnehmenden Leistungszustand detektiert, welcher der wiederaufladbaren Energiequelle zugeordnet ist.
- 7. Elektrisches System nach Ausführungsform 1, wobei:
Die primäre Energiequelle eine primäre Batterie für ein Fahrzeug umfasst;
die wiederaufladbare Energiequelle eine redundante Batterie des Fahrzeuges umfasst; und
die erste Schalteinrichtung aktiviert ist, um ein Laden der redundanten Batterie des Fahrzeuges zu ermöglichen, wenn ein Motor des Fahrzeuges in Betrieb ist.
- 8. Elektrisches System nach Ausführungsform 7, wobei die elektrische Last, ein elektrisches Entriegelungssystem des Fahrzeuges umfasst.
- 9. Elektrisches System für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Last, wobei das elektrische System umfasst:
Eine primäre Energiequelle;
eine wiederaufladbare redundante Energiequelle, welche mit der primären Energiequelle über eine erste Schalteinrichtung gekoppelt ist;
eine zweite Schalteinrichtung;
eine dritte Schalteinrichtung;
eine vierte Schalteinrichtung, welche zwischen die elektrische Last und die zweite Schalteinrichtung geschaltet ist, und zwischen die elektrische Last und die dritte Schalteinrichtung geschaltet ist; und
eine Steuereinheit, um die erste Schalteinrichtung zu betreiben, um ein Laden der wiederaufladbaren redundanten Energiequelle durch die primäre Energiequelle zu ermöglichen, um die zweite Schalteinrichtung und die dritte Schalteinrichtung zusammen zu betreiben, um wahlweise Betriebsenergie entweder von der primären Energiequelle oder der wiederaufladbaren redundanten Energiequelle der vierten Schalteinrichtung bereitzustellen, und um die vierte Schalteinrichtung zu betreiben, um die Betriebsenergie der elektrischen Last bereitzustellen.
- 10. Elektrisches System nach Ausführungsform 9, wobei die wiederaufladbare redundante Energiequelle einen Kondensator umfasst.
- 11. Elektrisches System nach Ausführungsform 9, weiterhin umfassend eine Überwachungseinheit, um wenigstens eine Leistungseigenschaft der wiederaufladbaren redundanten Energiequelle zu überwachen.
- 12. Elektrisches System nach Ausführungsform 9, wobei:
Die Steuereinheit die zweite Schalteinrichtung und die dritte Schalteinrichtung derart zusammen betreibt, so dass standardmäßig die primäre Energiequelle von der vierten Schalteinrichtung getrennt ist, und die wiederaufladbare redundante Energiequelle mit der vierten Schalteinrichtung verbunden ist, um eine Betriebsenergie für die elektrische Last bereitzustellen; und
die Steuereinheit die zweite Schalteinrichtung und die dritte Schalteinrichtung derart zusammen betreibt, so dass bei einem abnehmendem Leistungszustand, welcher der wiederaufladbaren redundanten Energiequelle zugeordnet ist, die wiederaufladbare redundante Energiequelle von der vierten Schalteinrichtung getrennt ist, und die primäre Energiequelle mit der vierten Schalteinrichtung verbunden ist, um eine Betriebsenergie für die elektrische Last bereitzustellen.
- 13. Elektrisches System nach Ausführungsform 12, weiterhin umfassend ein Warnsystem, um in Antwort auf ein Erkennen des abnehmenden Leistungszustandes eine Warnung zu erzeugen.
- 14. Elektrisches System nach Ausführungsform 14, wobei das Warnsystem derart mit der zweiten Schalteinrichtung gekoppelt ist, dass, wenn die zweite Schalteinrichtung aktiviert ist, die primäre Energiequelle eine Betriebsenergie für das Warnsystem bereitstellt.
- 15. Elektrisches System nach Ausführungsform 9, wobei die elektrische Last ein elektrisches Entriegelungssystem des Fahrzeuges umfasst.
- 16. Verfahren zum Bereitstellen von Betriebsenergie für eine elektrische Last eines Fahrzeuges, wobei das Verfahren umfasst:
Konfigurieren einer Schalteinrichtungsarchitektur, um Betriebsenergie von einer wiederaufladbaren Energiequelle für eine elektrische Last bereitzustellen, wenn Leistungseigenschaften der wiederaufladbaren Energiequelle ausreichend sind;
Erkennen, wenn die Leistungseigenschaften der wiederaufladbaren Energiequelle nicht ausreichend sind; und
in Antwort auf das Erkennen, dass die Leistungseigenschaften der wiederaufladbaren Energiequelle nicht ausreichend sind, eine erneutes Konfigurieren der Schalteinrichtungsarchitektur, um Betriebsenergie von einer primären Energiequelle für die elektrische Last bereitzustellen.
- 17. Verfahren nach Ausführungsform 16, weiterhin umfassend:
Konfigurieren der Schalteinrichtungsarchitektur, um ein Laden der wiederaufladbaren Energiequelle durch die primäre Energiequelle zu ermöglichen.
- 18. Verfahren nach Ausführungsform 17, weiterhin umfassend:
Laden der wiederaufladbaren Energiequelle durch die primäre Energiequelle, wenn ein Motor des Fahrzeuges in Betrieb ist; und
Bereitstellen von Betriebsenergie für die elektrische Last, wenn der Motor nicht in Betrieb ist.
- 19. Verfahren nach Ausführungsform 16, weiterhin umfassend:
Erzeugen eines Alarms in Antwort auf ein Erkennen, dass die Leistungseigenschaften der wiederaufladbaren Energiequelle unzureichend sind.
- 20. Verfahren nach Ausführungsform 16, wobei ein Konfigurieren der Schalteinrichtungsarchitektur und ein erneutes Konfigurieren der Schalteinrichtungsarchitektur unter Verwendung von durch die primäre Energiequelle bereitgestellter Energie durchgeführt werden.
