DE102014212542A1

DE102014212542A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Dämpfen einer Bewegung einer Fahrzeugbatterie

Info

Publication number: DE102014212542A1
Application number: DE102014212542.1A
Authority: DE
Inventors: Anton Paweletz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2015-12-31

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dämpfen einer Bewegung einer Fahrzeugbatterie mit: einer Bewegungs-Ermittlungseinrichtung (4), mittels welcher eine aktuelle und/oder eine zu erwartende Bewegung der Fahrzeugbatterie (1) ermittelbar ist; mindestens einer um die oder an der Fahrzeugbatterie (1) angeordneten ersten Druckkammer (10-i), welche mittels einer ersten steuerbaren Ventileinrichtung (12-i) zum Dämpfen der ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie (1) mit einem anpassbaren ersten Soll-Druckverlauf beaufschlagbar ist; und einer Recheneinrichtung (6), mittels welcher der erste Soll-Druckverlauf in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie (1) anpassbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Dämpfen einer Bewegung einer Fahrzeugbatterie. Unter einer Fahrzeugbatterie soll ein elektrischer Energiespeicher verstanden sein, welcher in einem Fahrzeug eingebaut oder an einem Fahrzeug angebracht ist.
Stand der Technik
Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge weisen als Fahrzeugbatterien Traktionsbatterien auf, die die notwendige elektrische Energie zum Antrieb des Fahrzeugs speichern. Derartige Traktionsbatterien haben eine hohe Speicherkapazität zur Gewährleistung einer hohen Reichweite für die Fahrzeuge, so dass die Masse der Traktionsbatterien mehrere hundert Kilogramm aufweisen kann. Insbesondere im Falle einer Fahrzeugkollision oder eines Aufpralls des Fahrzeugs kann es zu hohen Verzögerungen kommen, die aufgrund der hohen Masse der Traktionsbatterien dann eine starke Schubkraft auf die Fahrzeugkarosserie ausüben.
Eine Dämpfung der Bewegung der Fahrzeugbatterie im Vergleich zu dem restlichen Fahrzeug spielt eine bedeutende Rolle beim Stabilitätsverhalten des Fahrzeugs im Falle einer Kollision. Während einer Kollision – oder im allgemeinen während eines ungewöhnlichen Verzögerungsvorgangs wie etwa einer Notbremsung – werden alle massebehafteten Objekte des Fahrzeugs bzw. im Inneren des Fahrzeugs ruckartigen Beschleunigung ausgesetzt, die eine umso größere Beschleunigungskraft bedingt, je höher die Masse des verzögerten Objekts ist. Entscheidend für den zeitlichen Verlauf der Beschleunigung des Gesamtsystems Fahrzeug sind daher die Zeitverläufe der Beschleunigung der einzelnen Objekte, ihr jeweiliger Massebeitrag, ihre Kinematik und der energetische Anteil an der Gesamtbilanz der kinetischen Energie.
Um bei einer Fahrzeugkollision den zeitlichen Verlauf der Beschleunigung des Gesamtsystems günstig zu beeinflussen, sind Verbindungssysteme zwischen Fahrzeugbatterie und Fahrzeugkarosserie bekannt, die die Batterie inklusive ihrer Trägerkonstruktion temporär und kontrolliert von der Fahrzeugkarosserie mechanisch abkoppeln. Durch die Abkopplung wird erreicht, dass die Batteriemasse während der Fahrzeugkollision eine eigene Bewegungstrajektorie durchläuft, und dadurch die Beschleunigungskräfte auf die Batterie günstiger gestaltet werden.
Die Druckschrift DE 197 38 620 C1 beschreibt ein Batterierückhaltesystem für Fahrzeugbatterien, bei dem seitliche Führungselemente eine Bewegung der Fahrzeugbatterie bei einem Aufprall zumindest teilweise zulassen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
Demgemäß ist schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Dämpfen einer Bewegung einer Fahrzeugbatterie mit: einer Bewegungs-Ermittlungseinrichtung, mittels welcher eine aktuelle und/oder eine zu erwartende Bewegung der Fahrzeugbatterie ermittelbar ist; mindestens einer an der Fahrzeugbatterie angeordneten ersten Druckkammer, welche mittels einer ersten steuerbaren Ventileinrichtung zum Dämpfen der ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie mit einem anpassbaren ersten Soll-Druckverlauf beaufschlagbar ist; und einer Recheneinrichtung, mittels welcher der erste Soll-Druckverlauf in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie anpassbar ist.
Unter „an der Fahrzeugbatterie angeordnet“ soll insbesondere eine direkte Nachbarschaft der Fahrzeugbatterie und der Druckkammer ohne dazwischenliegende Elemente verstanden sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung weiterhin ein Verfahren zum Dämpfen einer Bewegung einer Fahrzeugbatterie mit den Schritten: Ermitteln einer aktuellen und/oder einer zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie; Anpassen eines ersten Soll-Druckverlaufs für mindestens eine erste Druckkammer, welche an der Fahrzeugbatterie angeordnet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie; Beaufschlagen der ersten Druckkammer, mittels einer ersten steuerbaren Ventileinrichtung, mit dem angepassten ersten Soll-Druckverlauf zum Dämpfen der ermittelten und/oder aktuellen Bewegung der Fahrzeugbatterie.
Unter einer Bewegung sollen insbesondere ein Geschwindigkeitsbetrag, ein Geschwindigkeitsvektor, ein Beschleunigungsbetrag und/oder ein Beschleunigungsvektor verstanden sein. Unter der Bewegung sollen weiterhin zeitliche Verläufe der vorstehend genannten Bewegungsgrößen verstanden sein.
Vorteile der Erfindung
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass durch ein Beaufschlagen einer an einer Fahrzeugbatterie ausgebildeten Druckkammer mit einem, in Abhängigkeit von der aktuellen oder der zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie berechneten, Soll-Druckverlauf eine vorteilhafte Dämpfung der Bewegung der Fahrzeugbatterie realisierbar ist.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Anordnung mit mindestens einer Druckkammer an der Fahrzeugbatterie bereitzustellen, welche mittels steuerbarer Ventile mit für die Druckkammern jeweils einzeln berechneten Soll-Druckverläufen beaufschlagbar sind. Die Soll-Druckverläufe können an die zu erwartende oder aktuelle Bewegung der Fahrzeugbatterie angepasst werden, beispielsweise im Hinblick auf einen zu erwartenden Aufprallvektor des Fahrzeugs mit einem Hindernis. Wenn hier und im Folgenden von einem Fahrzeug die Rede ist, soll dabei stets dasjenige Fahrzeug verstanden sein, in welchem die Fahrzeugbatterie sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet oder eingebaut sind.
Generell können die Soll-Druckverläufe für die Druckkammern derart berechnet werden, dass, in Abhängigkeit von einer extern bedingten Beschleunigung (Verzögerung), welcher die Fahrzeugbatterie ausgesetzt ist, und der Anzahl und Anordnung von Druckkammern, ein optimaler Bewegungsverlauf der Fahrzeugbatterie erreicht wird. Die Bewegung der Fahrzeugbatterie kann hierdurch zeitweise von der Bewegung des restlichen Fahrzeug abkoppelbar sein bzw. abkoppelt werden. Im Gegensatz zu bisher bekannten Lösungen erfolgt vorzugsweise eine aktuatorbasierte, gesteuerte Abkopplung der Fahrzeugbatterie. Somit können auf die Fahrzeugbatterie wirkende Belastungen verringert und/oder in mehrere kleinere, zeitlich versetzte oder langgezogene Teilbelastungen aufgeteilt werden.
Ist beispielsweise zu erwarten, dass das Fahrzeug in Fahrtrichtung rechts vorne einen Aufprall erleiden wird, können Druckkammern, welche in Fahrtrichtung rechts und/oder vorne von der Fahrzeugbatterie angeordnet sind, mit Soll-Druckverläufen beaufschlagt werden, welche im Verhältnis zu Soll-Druckverläufen von in Fahrtrichtung etwa links und/oder hinten angeordneten Druckkammern höhere Druckwerte und/oder längere Zeiträume mit hohen Druckwerten aufweisen.
Die vorgestellte Vorrichtung ist besonders schnell und vorteilhaft einstellbar und/oder regelbar. Es wird keine Pyrotechnik benötigt, welche häufig gesetzlichen und technischen Einschränkungen unterworfen ist.
Die Fahrzeugbatterie ist in dem Fahrzeug vorteilhaft derart angeordnet, dass sie sich in ihrer Auflageebene auf einer Auflagefläche in beiden, bezogen auf den Erdboden horizontalen, zueinander orthogonalen Richtungen x und y mit einem gewissen Spielraum bewegen kann. Dazu kann die Fahrzeugbatterie mit elastischen und/oder gefächerten Leitungen an ein Bordnetz des Fahrzeugs angeschlossen sein. Die Beweglichkeit in die Richtungen x und y kann dabei durch eine entsprechend ausgelegte Reibkraftverbindung oder eine Rasterverbindung realisiert sein.
Die Fahrzeugbatterie ist bis zu einem ersten Grenzwert a_B einer Verzögerung a der Fahrzeugbatterie, etwa einer Verzögerung a aufgrund eines Aufpralls des Fahrzeugs, mit der Auflagefläche haftend verbunden. Bei Verzögerungen a über dem ersten Grenzwert a_B, a > a_B, kann sich die Fahrzeugbatterie von der Auflage lösen. Erfindungsgemäß wirkt die Fahrzeugbatterie mit mindestens einer ihrer starren Außenflächen als ein pneumatischer Kolben auf ein Gasvolumen in der oder den Druckkammern. Bei einer Verzögerung über einem vorbestimmten zweiten Grenzwert a₂, wobei vorzugsweise a₂ größer als a_B ist, wird das Beaufschlagen der Druckkammer oder Druckkammern mit dem oder den Soll-Druckverlauf oder Druckverläufen initiiert. Der zweite bestimmte Grenzwert a₂ kann vorteilhaft bei jeder individuellen Vorrichtung individuell angepasst werden, beispielsweise in Abhängigkeit eines Fahrstils des Besitzers des Fahrzeugs.
Das Ansteuern der Ventileinrichtung oder der Ventileinrichtungen kann präzise, schnell und wiederholbar erfolgen. Die Vorrichtung ist ohne großen technischen Aufwand diagnostizierbar und wartbar. Alle Vorgänge in der Vorrichtung können kontrolliert und gesteuert ablaufen.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist mittels der ersten Ventileinrichtung zum Beaufschlagen der ersten Druckkammer mit dem ersten Soll-Druckverlauf ein Fluid in die erste Druckkammer einlassbar. Hierdurch wird eine pneumatische Krafteinwirkung auf die Fahrzeugbatterie ermöglicht. Das Fluid liegt vorzugsweise-se mit einem Hochdruck in einer Druckspeichereinrichtung, etwa einem Gasdichte Container vor. Unter einem Hochdruck soll ein Druck größer als ein üblicher Atmosphären-Luftdruck verstanden sein, insbesondere deutlich höher. Somit steht das Fluid mit dem Hochdruck im Wesentlichen sofort zur Verfügung, insbesondere sind keine vorangehenden chemischen Reaktionen nötig. Die kinetische Energie des Fluids beim Einlassen in die Druckkammer, beispiels-weise in Form eines Gasstrahls, kann ebenfalls vorteilhaft genutzt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist mittels der ersten Ventileinrichtung zum Beaufschlagen der ersten Druckkammer mit dem ersten Soll-Druckverlauf das Fluid aus der ersten Druckkammer in einen Außenraum auslassbar.
Das Fluid kann derart in die Druckkammer ein- bzw. aus der Druckkammer ausgelassen werden, dass dies zu einer günstigen Energiebilanz bei einem Aufprall des Fahrzeug beiträgt, beispielsweise indem das Fluid quer zu einer Verzögerungsrichtung des Fahrzeugs und/oder der Fahrzeugbatterie gelenkt oder abgelenkt wird. Bei dem Fluid handelt es sich vorzugsweise um ein Gas, welches insbesondere aus einem mitgeführten Kaltgasgenerator stammen kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die erste steuerbare Ventileinrichtung eine erste elektrische Spuleneinrichtung auf, mittels welcher, durch Bestromen der ersten elektrischen Spuleneinrichtung, in einer ersten Schließeinrichtung derart elektrische Wirbelströmen induzierbar sind, dass die erste Schließeinrichtung von einem einen Geschlossen-Zustand in einen Offen-Zustand bringbar ist; wobei die erste Schließeinrichtung dazu ausgebildet ist, in dem Geschlossen-Zustand der ersten Schließeinrichtung einen ersten Fluidweg zwischen einem Druckspeicher und der ersten Druckkammer zu verschließen und in dem Offen-Zustand den ersten Schließeinrichtung den ersten Fluidweg offen zu lassen. Die erste steuerbare Ventileinrichtung kann somit einen Wirbelstromaktor umfassen. Der erste Fluidweg kann hierdurch besonders schnell geöffnet und geschlossen werden. Insbesondere ist ein Kraftaufbau auf die erste Schließeinrichtung in einer Größenordnung von mehreren Kilo-Newton in einem Zeitraum in der Größenordnung von 50 Mikrosekunden möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Vorrichtung eine erste Federeinrichtung, welche derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie eine erste Rückstellkraft bewirkt, welche dazu ausgerichtet ist, die erste Schließeinrichtung in dem Geschlossen-Zustand zu halten oder eine Rückkehr der ersten Schließeinrichtung aus dem Offen-Zustand in den Geschlossen-Zustand zu bewirken; wobei die erste elektrische Spuleneinrichtung derart bestrombar ist, dass durch das Induzieren der elektrischen Wirbelströme in der ersten Schließeinrichtung die erste Rückstellkraft überwindbar ist. Hierdurch ist ein Einsatz von elektrischer Leistung ressourcensparend nur nötig, um den ersten Fluidweg zu öffnen, nicht aber, um ihn zu schließen oder geschlossen zu halten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die erste steuerbare Ventileinrichtung eine zweite elektrische Spuleneinrichtung auf, mittels welcher, durch Bestromen der zweiten elektrischen Spuleneinrichtung, eine zweite Schließeinrichtung, welche ein ferromagnetisches Material aufweist, von einem Geschlossen-Zustand der zweiten Schließeinrichtung in einen Offen-Zustand der zweiten Schließeinrichtung bringbar ist; wobei die zweite Schließeinrichtung dazu ausgebildet ist, in dem Geschlossen-Zustand der zweiten Schließeinrichtung einen zweiten Fluidweg zwischen der ersten Druckkammer einem Außenraum und zu verschließen und in dem Offen-Zustand der ersten Schließeinrichtung den zweiten Fluidweg offen zu lassen. Somit ist die erste Druckkammer präziser mit dem ersten Soll-Druckverlauf beaufschlagbar, da über den zweiten Fluidweg ein aktueller Druck in der erste Druckkammer auch wieder verringerbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Vorrichtung eine zweite Federeinrichtung, welche derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie eine zweite Rückstellkraft bewirkt, welche dazu ausgerichtet ist, die zweite Schließeinrichtung in dem Geschlossen-Zustand zu halten oder eine Rückkehr der ersten Schließeinrichtung aus dem Offen-Zustand in den Geschlossen-Zustand zu bewirken; wobei die zweite elektrische Spuleneinrichtung derart bestrombar ist, dass mittels eines dadurch generierten Magnetfelds im Zusammenwirken mit dem ferromagnetischen Material der zweiten Schließeinrichtung die zweite Rückstellkraft überwindbar ist. Hierdurch ist ein Einsatz von elektrischer Leistung ressourcensparend nur nötig, um den zweiten Fluidweg zu öffnen, nicht aber, um ihn zu schließen oder geschlossen zu halten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Vorrichtung eine um die oder an der Fahrzeugbatterie angeordneten zweite Druckkammer, welche mittels eines steuerbaren zweiten Ventils zum Dämpfen der ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie mit einem anpassbaren zweiten Soll-Druckverlauf beaufschlagbar ist; und/oder eine um die oder an der Fahrzeugbatterie angeordneten dritte Druckkammer, welche mittels eines steuerbaren dritten Ventils zum Dämpfen der ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie mit einem anpassbaren dritten Soll-Druckverlauf beaufschlagbar ist; wobei der zweite Soll-Druckverlauf und/oder der dritte Soll-Druckverlauf in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie anpassbar sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die erste Druckkammer an einer ersten Außenfläche der Fahrzeugbatterie angeordnet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die zweite Druckkammer an einer zweiten Außenfläche der Fahrzeugbatterie angeordnet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die dritte Druckkammer an einer dritten Außenfläche der Fahrzeugbatterie angeordnet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die erste Außenfläche und die zweite Außenfläche im Wesentlichen in einem rechten Diederwinkel zueinander angeordnet sind und die zweite Außenfläche und die dritte Außenfläche im Wesentlichen planparallel zueinander angeordnet.
Bei einer, von der Fahrzeugbatterie aus gesehen, in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs gelegenen und zwei seitlich gelegenen Druckkammern, können die drei Druckkammern auch bei etwa einem kombinierten Frontal- und Seitenaufprall des Fahrzeugs bei einer Verzögerung über dem zweiten Grenzwert auf die Fahrzeugbatterie wirkende dynamische Kräfte – abzüglich einer etwaigen Restreibung an Auflageflächen der Batterie – übernehmen. Das Beaufschlagen der mehreren, insbesondere drei, Druckkammern erfolgt vorzugsweise vektoriell, gesteuert durch eine gemeinsame Recheneinrichtung. Vorteilhafterweise wird in mehreren oder jeder Richtung, in welcher die Fahrzeugbatterie die Verzögerung erfährt, eine von den Druckkammern nach Maßgabe der Soll-Druckverläufe ausgeübte zeitabhängige pneumatische Gegenkraft generiert, welche die Verzögerung der Fahrzeugbatterie beeinflusst.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist zwischen mindestens einem Paar von Druckkammern ein Fluidkanal ausgebildet ist, durch welchen hindurch, in Abhängigkeit von Abmessungen des Fluidkanals, ein Fluid zwischen den Druckkammern des Paars von Druckkammern beweglich ist. Der oder die Fluidkanäle können jeweils pneumatische Drosseln oder steuerbare Ventile aufweisen. Somit kann vorteilhaft eine Anzahl von nötigen Fluidleitungen außerhalb der Druckkammern verringert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Vorrichtung zum Dämpfen einer Bewegung einer Fahrzeugbatterie gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Schrägansicht einer Vorrichtung zum Dämpfen einer Bewegung einer Fahrzeugbatterie gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 einen schematischen Querschnitt durch die erste Ventileinrichtung der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
4 ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
5 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Dämpfen einer Bewegung einer Fahrzeugbatterie gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
6 einen schematischen Graphen zum Erläutern der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen. Bisweilen sind Elemente X, von denen ein erstes, zweites und drittes Element X-1, X-2, X3 vorliegt, generalisierend mit X-i bezeichnet.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Vorrichtung zum Dämpfen einer Bewegung einer Fahrzeugbatterie gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Fahrzeugbatterie 1 ist in 1 mit einer quaderförmigen Form dargestellt, wobei die äußere Form der Fahrzeugbatterie 1 auch andere Gestalt annehmen kann. Die Fahrzeugbatterie 1 weist an einer Deckfläche 2-0 Polanschlüsse 11-p, 11-n an, über welche Batteriekabel unterschiedlicher Polarität zur Entnahme und Einspeisung von elektrischer Energie anbringbar sind. Die Fahrzeugbatterie 1 kann beispielsweise einen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher aufweisen, etwa einen Bleiakkumulator, einen Lithium-Ionen-Akkumulator oder eine Sekundärzelle eines anderen Typs. Die Batteriekabel können mit den Polanschlüssen 11-p, 11-n über Schleifkontakte verbunden sein, so dass die Fahrzeugbatterie 1, insbesondere in Richtungen parallel zu der Deckfläche 2-0, mit einem gewissen Spielraum beweglich ist, ohne dass die Entnahme oder Einspeisung der elektrischen Energie von/in die Fahrzeugbatterie 1 unterbrochen werden muss.
An einer ersten Außenfläche 2-1 der Fahrzeugbatterie ist eine erste Druckkammer 10-1 angeordnet. An einer zweiten Außenfläche 2-2 der Fahrzeugbatterie 1 ist eine zweite Druckkammer 10-2 angeordnet. An einer dritten Außenfläche 2-3 der Fahrzeugbatterie 1 ist eine dritte Druckkammer 10-3 angeordnet. Die erste, zweite und dritte Außenfläche 2-1, 2-2, 2-3 stehen jeweils senkrecht auf der Deckfläche 2-0 der Fahrzeugbatterie 1. Die zweite und die dritte Außenfläche 2-2, 2-3 der Fahrzeugbatterie 1 stehen zudem senkrecht auf der ersten Außenfläche 2-1 der Fahrzeugbatterie 1. Gemäß 1 liegt jede der Druckkammern 10-1, 10-2, 10-3, im Folgenden generalisierend bisweilen mit 10-i bezeichnet, jeweils nur an einer Teilfläche der jeweils anliegenden Außenfläche 2-1, 2-2, 2-3 der Fahrzeugbatterie 1 an, das heißt, dass die jeweilige Teilfläche eine jeweilige äußere Begrenzung der entsprechenden Druckkammer 10-i ausmacht. Beispielsweise stellt eine Teilfläche der ersten Außenfläche 2-1 der Fahrzeugbatterie 1 eine äußere Begrenzung der ersten Druckkammer 10-1 dar.
Die erste Druckkammer 10-1 weist eine erste steuerbare Ventileinrichtung 12-1 auf, mittels welcher zum Beaufschlagen der ersten Druckkammer 10-1 mit einem ersten Soll-Druckverlauf ein Fluid, insbesondere ein Gas, welches mit einem Hochdruck in einer Druckspeichereinrichtung 20 vorliegt, in die erste Druckkammer 10-1 einlassbar ist. Mittels der ersten Ventileinrichtung 12-1 ist weiterhin zum Beaufschlagen der ersten Druckkammer 10-1 mit dem ersten Soll-Druckverlauf das Fluid aus der ersten Druckkammer 10-1 in einem Außenraum 80 auslassbar. Die zweite Druckkammer 10-2 weist eine zweite steuerbare Ventileinrichtung 12-2 auf, mittels welcher zum Beaufschlagen der zweiten Druckkammer 10-2 mit einem zweiten Soll-Druckverlauf das Fluid, welches mit dem Hochdruck in der Druckspeichereinrichtung 20 vorliegt, in die zweite Druckkammer 10-2 einlassbar ist. Mittels der zweiten Ventileinrichtung 12-2 ist weiterhin zum Beaufschlagen der zweiten Druckkammer 10-2 mit dem zweiten Soll-Druckverlauf das Fluid aus der zweiten Druckkammer 10-2 in den Außenraum 80 auslassbar. Die dritte Druckkammer 10-3 weist eine dritte steuerbare Ventileinrichtung 12-3 auf, mittels welcher zum Beaufschlagen der dritten Druckkammer 10-3 mit einem dritten Soll-Druckverlauf das Fluid, welches mit dem Hochdruck in der Druckspeichereinrichtung 20 vorliegt, in die dritte Druckkammer 10-3 einlassbar ist. Mittels der dritten Ventileinrichtung 12-3 ist weiterhin zum Beaufschlagen der dritten Druckkammer 10-3 mit dem dritten Soll-Druckverlauf das Fluid aus der dritten Druckkammer 10-1 in den Außenraum 80 auslassbar.
Dazu sind die ersten, zweiten und dritten Ventileinrichtungen 12-1, 12-2, 12-3, im Folgenden zuweilen generalisierend mit 12-i bezeichnet, direkt oder, mittels Fluidleitungen 21, mit der Druckspeichereinrichtung 20 und mit dem Außenraum 80 verbunden.
Zum Steuern des Einlassens des Fluids aus der Druckspeichereinrichtung 20 in die erste Druckkammer 10-1 ist ein erstes elektrisches Einlass-Steuersignal h-1 an die erste Ventileinrichtung 12-1 übermittelbar. Zum Steuern des Auslassens des Fluids aus der ersten Druckkammer 10-1 in den Außenraum 80 ist ein erstes elektrisches Auslass-Steuersignal s-1 an die erste Ventileinrichtung 12-1 übermittelbar. Zum Steuern des Einlassens des Fluids aus der Druckspeichereinrichtung 20 in die zweite Druckkammer 10-1 is2 ein zweites elektrisches Einlass-Steuersignal h-2 an die zweite Ventileinrichtung 12-2 übermittelbar. Zum Steuern des Auslassens des Fluids aus der zweiten Druckkammer 10-2 in den Außenraum 80 ist ein zweites elektrisches Auslass-Steuersignal s-2 an die zweite Ventileinrichtung 12-2 übermittelbar. Zum Steuern des Einlassens des Fluids aus der Druckspeichereinrichtung 20 in die dritte Druckkammer 10-3 ist ein drittes elektrisches Einlass-Steuersignal h-3 an die dritte Ventileinrichtung 12-3 übermittelbar. Zum Steuern des Auslassens des Fluids aus der dritten Druckkammer 10-3 in den Außenraum 80 ist ein drittes elektrisches Auslass-Steuersignal s-3 an die dritte Ventileinrichtung 12-3 übermittelbar.
Das erste bis dritte elektrische Einlass-Steuersignal h-1, h-2, h-3 sowie das erste bis dritte elektrische Auslass-Steuersignal s-1, s-2, s-3 sind jeweils von einer Recheneinrichtung 6 bereitstellbar und über elektrische Leitungen 19-s, 19-h an die erste bis dritte Ventileinrichtung 12-1, 12-2, 12-3 übermittelbar. Durch die entsprechend angepassten elektrischen Eingangssignale h-1, h-2, h-3 und die entsprechend angepassten elektrischen Ausgangssignale s-1, s-2, s-3 sind somit der erste bis dritte Soll-Druckverlauf für die erste bis dritte Druckkammer 10-1, 10-2, 10-3 einstellbar und dynamisch anpassbar.
Gemäß 1 liegt eine erste Kante K1 der quaderförmigen Fahrzeugbatterie 1, welche sich zwischen der ersten und der dritten Außenfläche 2-1, 2-3 der Fahrzeugbatterie 1 erstreckt, an einem Dämpfungselement 16 an, welches zum Teil sowohl die erste Druckkammer 10-1 als auch die zweite Druckkammer 10-2 begrenzt. Weiterhin liegt eine zweite Kante K2 der Fahrzeugbatterie 1, welche von der ersten und der zweiten Außenfläche 2-1, 2-2 der Fahrzeugbatterie 1 gebildet wird, an einem zweiten Dämpfungselement 17 an, welches zudem zum Teil die erste und die zweite Druckkammer 10-1, 10-2 begrenzt. Eine Auflagefläche, auf welcher die Fahrzeugbatterie mit einer Haftreibung, zumindest aufgrund der Erdanziehung, aufliegt, solange eine Verzögerung der Fahrzeugbatterie nicht den ersten Grenzwerk a_B überschreitet, ist parallel zu der Deckfläche 2-0 der Fahrzeugbatterie 1. Über die Deckfläche 2-0 – kann zusätzliche Reibung auf die Fahrzeugbatterie 1 ausgeübt werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform sind das erste und das zweite Dämpfungselement 16, 17 einstückig aus einem schaumstoffartigen nachgiebigen Material, etwa einem Elastomer, ausgebildet, welches insbesondere elastisch, das heißt bei einer Bewegung der Fahrzeugbatterie 1 reversibel verformbar ist. Das erste und das zweite Dämpfungselement 16, 17 können dazu dienen, eine Mindestdämpfung der Bewegung der Fahrzeugbatterie 1 in eine x-Richtung und eine auf der x-Richtung senkrecht stehende y-Richtung bereitzustellen, welche durch das Beaufschlagen der ersten bis dritten Druckkammern 10-1, 10-2, 10-3 mit den ersten bis dritten Soll-Druckverläufen in Abhängigkeit von einer aktuellen und/oder einer zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie 1, insbesondere richtungsabhängig, ergänzbar ist. U.a. über die Dämpfungselemente 16, 17 ist die Fahrzeugbatterie 1 nach dem Beaufschlagen der Druckkammern 10-i mit dem jeweiligen Soll-Druckverlauf wieder an das restliche Fahrzeug ankoppelbar, wodurch sie wieder dieselbe Verzögerung wie das restliche Fahrzeug erfährt. Alle an ein jeweiliges Dämpfungselement 16, 17 angrenzenden Druckkammern 10-i können deren Verformungsverhalten nach Maßgabe des Soll-Druckverlaufs, mit welchem sie beaufschlagt sind, beeinflussen.
In 1 ist die x-Richtung parallel zu einer Normalen auf die zweite Außenfläche 2-2 der Fahrzeugbatterie 1 und ist weiterhin in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs angeordnet, in welchem die Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform und die Fahrzeugbatterie 1 angeordnet sind. Die y-Richtung ist parallel zu jeweils der Flächennormalen der zweiten und dritten Außenflächen 2-2, 2-3 der Fahrzeugbatterie 1 angeordnet und entspricht damit einer Fahrzeugquerrichtung, welche senkrecht auf der Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs steht.
Durch das erste Dämpfungselement 16 hindurch kann ein erster Fluidkanal 14 zwischen der ersten und der dritten Druckkammer 10-1, 10-3 ausgebildet sein, durch welchen hindurch ein Fluid beweglich ist. Dies kann beispielsweise zu einem, nach Maßgabe von Abmessungen des ersten Fluidkanals 14 gestalteten Druckausgleich führen. Durch das zweite Dämpfungselement 17 hindurch kann ein zweiter Fluidkanal 15 zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer 10-1, 10-2 ausgebildet sein, durch welchen hindurch das Fluid beweglich ist. Dies kann beispielsweise zu einem, nach Maßgabe von Abmessungen des zweiten Fluidkanals 15 gestalteten, Druckausgleich führen.
2 zeigt eine schematische Schrägansicht einer Vorrichtung zum Dämpfen einer Bewegung einer Fahrzeugbatterie gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in der konkreten Ausgestaltung der ersten und zweiten Dämpfungselemente 16’, 17’. Gemäß der ersten Ausführungsform liegen die erste und die zweite Kante K1, K2 der Fahrzeugbatterie 1 jeweils in quaderförmigen Ausschnitten an Kanten des quaderförmigen ersten bzw. zweiten Dämpfungselements 16, 17 ein. Im Gegensatz dazu liegen die erste und die zweite Kante K1, K2 der Fahrzeugbatterie 1 gemäß der zweiten Ausführungsform Kante an Kante mit Kanten mit entsprechenden Kanten D1, D2 des ersten bzw. zweiten Dämpfungselements 16’, 17’. Die elastischen Dämpfungselemente 16‘, 17‘ sind derart nachgiebig, dass bei einer kombinierten Bewegung in x- und y-Richtung mehrere Druckkammern zum Dämpfen der Bewegung beitragen können.
In einem weiteren Unterschied der Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zu der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind die erste bis dritte Druckkammer 10-1’, 10-2’, 10-3’, bisweilen generalisierend als 10-i’ bezeichnet, jeweils derart ausgebildet, dass jeweils diejenige Begrenzungsfläche der Druckkammern 10-i’, mit welcher sie an der Fahrzeugbatterie 1 anliegen, mit derjenigen Außenfläche 2-1, 2-2, 2-3 der Fahrzeugbatterie 1, an der sie anliegen, flächengleich ist. Die erste bis dritte Außenfläche 2-1, 2-2, 2-3 der Fahrzeugbatterie 1 ist vorzugsweise derart formschlüssig an die benachbarten Druckkammern 10-1, 10-2, 10-3 angepasst, dass die Fahrzeugbatterie 1 als pneumatischer Kolben bei der Bewegung der Fahrzeugbatterie 1 zu einer Druckkammer 10-i hin dieser gegenüber eine starke Pumpwirkung entsprechend einem dabei in dieser Druckkammer 10-i entstehenden Überdruck aufweist. Vorher, gleichzeitig oder unmittelbar anschließend kann die Druckkammer 10-i, zum Beaufschlagen der Druckkammer 10-i mit dem Soll-Druckverlauf, explosionsartig mit dem Fluid befüllt werden. In 2 sind weiterhin über Litzenverbindungen mit den Polkontakten 11-p, 11-n verbundene Batteriekabel L-p, L-n gezeigt.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die erste Ventileinrichtung 12-i der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die zweite und dritte Ventileinrichtung 12-2, 12-3 sowie etwaige weitere Ventileinrichtungen können analog zu der ersten Ventileinrichtung 12-1, wie in 3 gezeigt, ausgebildet sein.
Gemäß 3 muss das Fluid, insbesondere ein Gas, auf seinem Weg von der Druckspeichereinrichtung 20 in die erste Druckkammer 10-1 einen ersten Fluidweg 35 durchqueren. Der erste Fluidweg 35 ist für das Fluid je nach einem aktuellen Zustand einer ersten Schließeinrichtung 46-1 offen oder geschlossen. Gemäß 3 muss das Fluid auf dem ersten Fluidweg 35 eine Engstelle 34 durchqueren.
Die Engstelle 34 ist als konzentrische kreisförmige Bohrung in einem im Wesentlichen scheibenförmigen ersten Statorkern 32 ausgebildet. Der erste Statorkern 32 ist aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise aus Eisenpulver (bzw. SMC Material; SMC-Soft Magnetic Composite). Die als flache Platte, insbesondere als Scheibe, ausgebildete erste Schließeinrichtung 46-1 ist zum Verschließen der Engstelle 34 mit einer ersten Außenfläche 47 der ersten Schließeinrichtung 46-1 fluiddicht an den Eisenring 32 anlegbar und anpressbar, sodass die erste Schließeinrichtung 46-1 in einem Geschlossen-Zustand ist. Dazu ist die erste Schließeinrichtung 46-1 mit einer Federeinrichtung 40, 42, 44 verbunden, welche eine erste Rückstellkraft 41 auf die erste Schließeinrichtung 46-1 ausübt. Die erste Rückstellkraft 41 wirkt darauf hin, die erste Schließeinrichtung 46-1 fluiddicht zum Verschließen der Engstelle 34 an den Eisenring 32 anzupressen, das heißt, die erste Schließeinrichtung 46-1 in dem Geschlossen-Zustand zu halten oder die erste Schließeinrichtung 46-1 aus einem Offen-Zustand in den Geschlossen-Zustand zu bringen.
Die erste Federeinrichtung 40, 42, 44 weist eine Befestigungseinrichtung 42 der Vorrichtung auf, welche beispielsweise mit einer Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs fixiert ist. An der Befestigungseinrichtung 42 eine Spiralfeder 40 angebracht, insbesondere eine Spiralfeder mit einem sich spiralartig verkleinernden Radius bei zunehmender Entfernung von der Befestigungseinrichtung 42. Die Spiralfeder 40 ist über ein stabförmiges Zwischenelement 44 mit der ersten Schließeinrichtung 46-1 verbunden, sodass die von der Spiralfeder 40 ausgeübte erste Rückstellkraft 41 auf die erste Schließeinrichtung 46-1 ausgeübt wird. Dabei ist das Zwischenelement 44 durch die Engstelle 34 ganz oder teilweise hindurchführbar. Auch die Spiralfeder 40 kann teilweise durch die Engstelle 34 hindurchführbar sein.
Die Rückstellkraft 41 ist insbesondere derart gewählt, dass das in der Druckspeichereinrichtung 20 mit dem Hochdruck vorliegende Fluid nicht bereits aufgrund des Hochdrucks die Rückstellkraft 41 überwindet.
In einer von der Befestigungseinrichtung 42 abgewandten Seite des ersten Statorkerns 32, welche der Schließeinrichtung 46-1 zugewandt ist, ist in einer entsprechende Aussparung in dem ersten Statorkern 32 eine erste elektrische Spule 30-1 ausgebildet. Über elektrische Leitungen 31 ist, basierend auf dem ersten elektrischen Einlass-Steuersignal s-1, ein erster elektrischer Einlassstrom Is-1 an die erste elektrische Spule 30-1 anlegbar. Die elektrischen Leitungen 31, die Spule 30-1 und der erste Statorkern 32 bilden eine erste Spuleneinrichtung, wobei der erste Statorkern 32 zum Verstärken eines von der ersten Spule 30-1 bei Anliegen eines elektrischen Stroms erzeugten magnetischen Feldes dient. Die erste Schließeinrichtung 46-1 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Die erste Spule 30-1 und der erste Statorkern 32 sind nach außen elektrisch isoliert, sodass die erste Schließeinrichtung 46-1 in dem Geschlossen-Zustand nicht mit der ersten Spule 30-1 in elektrischem Kontakt steht.
Wird, vorzugsweise impuls- oder spitzenartig, der erste Einlassstrom Is-1, insbesondere ein Wechselstrom, an die erste Spule 30-1 angelegt, werden elektrische Wirbelströme in der ersten Schließeinrichtung 46-1 induziert, wodurch die erste Schließeinrichtung 46-1 von der ersten Spule 30-1 abgestoßen wird. Ein magnetischer Fluss kann sich dabei über den ersten Statorkern 32 als Teilkern sowie über Luft und über die erste Schließeinrichtung 46-1 schließen. Das Abstoßen kann, je nach den Eigenschaften des ersten Einlassstroms Is-1 mit einer derart großen Kraft erfolgen, dass die Rückstellkraft 41 überwunden wird und der erste Fluidweg 35 durch die Engstelle 34 hindurch für das Fluid freigegeben wird. In dieser Situation befindet sich die erste Schließeinrichtung 46-1 in einem Offen-Zustand, wie in 3 gezeigt. Je weiter die erste Schließeinrichtung 46-1 von der Engstelle 34 weg bewegt wird, desto größer ist eine Öffnungsamplitude 106 (siehe 5) der ersten Schließeinrichtung 46-1.
Die erste Ventileinrichtung 12-1 weist eine Kammer 63 mit einem Gehäuse 66 auf, in welche sich die erste Schließeinrichtung 46-1 bei einem Übergehen von dem Geschlossen-Zustand in den Offen-Zustand bewegt. Die Kammer 63 kann derart ausgebildet sein, dass die erste Schließeinrichtung 46-1 beim Verlassen des Geschlossen-Zustands die Kammer 63 in zwei miteinander fluidisch im Wesentlichen nicht verbundene erste und zweite Teilkammern 64, 65 unterteilt.
Zwischen der ersten Schließeinrichtung 46-1 in dem Offen-Zustand und der ersten Spule 30-1 ist in der Kammer 63, insbesondere in der ersten Teilkammer 64, ein Einlass 50 angeordnet, durch welchen das Fluid auf dem ersten Fluidweg 35 die erste Ventileinrichtung 12-1, bedingt durch den Hochdruck, verlassen und in die erste Druckkammer 10-1 eintreten kann.
Zum Auslassen des Fluids aus der ersten Druckkammer 10-1 ist ein zweiter Fluidweg 75 vorgesehen. Das Fluid durchquert dabei den Einlass 50 in umgekehrter Richtung wie zuvor beschrieben, d.h. aus der ersten Druckkammer 10-1 in die erste Ventileinrichtung 12-1 hinein. Wegen des Hochdrucks in der Druckspeichereinrichtung 20 findet dies nicht statt, wenn sich die erste Schließeinrichtung 46-1 in dem Offen-Zustand befindet. Befindet sich die erste Schließeinrichtung 46-1 in dem Geschlossen-Zustand, kann das Fluid in die Kammer 63, insbesondere in die zweite Teilkammer 65 eindringen.
Als Ausgang aus der Kammer 63, insbesondere aus der zweiten Teilkammer 65, ist in dem Gehäuse 66 ein Auslass 77 in Form einer kegelstumpfförmigen Öffnung ausgebildet, dessen Rotationssymmetrieachse mit einer Längsachse der Spiralfeder 40, einer Längsachse des Verbindungselements 44 und mit einem Schwerpunkt der ersten Schließeinrichtung 46-1 auf einer Geraden liegt.
Der Auslass 77 ist mittels einer zweiten Schließeinrichtung 76 verschließbar, wenn sich die zweite Schließeinrichtung 76 in einem Geschlossen-Zustand befindet. Die zweite Schließeinrichtung 76 ist als Platte, insbesondere Scheibe, aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise Eisen, auf einer außerhalb der Kammer 63 liegenden Seite des Gehäuses 66 angeordnet und derart bemessen, dass sie den Auslass 77 fluiddicht verschließen und dabei nicht durchqueren kann.
Eine zweite Federeinrichtung 74 übt dazu eine zweite Rückstellkraft 78 auf die zweite Schließeinrichtung 76 zum Anpressen der zweiten Schließeinrichtung 76 an das Gehäuse 66 zum fluiddichten Verschließen des Auslasses 77 aus. Das heißt, die zweite Rückstellkraft 78 wirkt darauf hin, die zweite Schließeinrichtung 76 in dem Geschlossen-Zustand zu halten oder die zweite Schließeinrichtung 76 aus einem Offen-Zustand in den Geschlossen-Zustand zu bringen.
Zum Bringen der zweiten Schließeinrichtung 76 von dem Geschlossen-Zustand in den Offen-Zustand ist an einer von dem Gehäuse 66 abgewandten Seite der zweiten Schließeinrichtung 76 eine zweite elektrische Spuleneinrichtung 70-1, 71, 72 angeordnet, welche eine zweite elektrische Spule 70-1, elektrische Leitungen 71 und einen zweiten Statorkern 72 aufweist. Der zweite Statorkern 72, beispielsweise aus Eisen ausgebildet, umschließt die zweite elektrische Spule 70-1 derart, dass im Wesentlichen nur eine Außenfläche der zweiten elektrisch Spule 70-1, welche der zweiten Schließeinrichtung 76 zugewandt ist, nicht von dem zweiten Statorkern 72 bedeckt ist. An diese Außenfläche ist die zweite Schließeinrichtung 76 derart anlegbar, dass die zweite Schließeinrichtung 76 lateral von dem zweiten Statorkern 72 umschlossen ist. Vorzugsweise ist die zweite Schließeinrichtung 76 derart an die zweite elektrische Spule 70-1 anlegbar, dass der zweite Statorkern 72, die elektrische Spule 70-1 und die zweite Schließeinrichtung 76 im angelegten Zustand im Wesentlichen eine Zylinderform zusammensetzen, in welcher ein starker magnetischer Fluss ausbildbar ist. Die zweite elektrische Spule 70-1 ist zum Vermeiden von Kurzschlüssen elektrisch von dem Statorkern 72 und der zweiten Schließeinrichtung 76 isoliert.
Über die elektrischen Leitungen 71 ist, basierend auf dem ersten elektrischen Auslass-Steuersignal h-1, ein erster elektrischer Auslassstrom Ih-1, insbesondere ein Gleichstrom, an die zweite elektrische Spule 70-1 anlegbar. Dadurch wird zwischen der ferromagnetischen zweiten Schließeinrichtung 76 und der zweiten Spule 70-1 eine elektromagnetische anziehende Kraft ausgebildet, welche zum Überwinden der zweiten Rückstellkraft 78 geeignet ist. Dadurch wird die zweite Schließeinrichtung 76 von dem Auslass 77 weg bewegt und der zweite Fluidweg 75 ist für das Fluid frei. Je weiter die zweite Schließeinrichtung 76 von dem Auslass 77 entfernt ist, desto größer ist eine Öffnungsamplitude 111 (siehe 5) der zweiten Schließeinrichtung 76.
An einer der ersten Schließeinrichtung 46-1 zugewandten Außenfläche der zweiten Schließeinrichtung 76 ist weiterhin ein ferromagnetisches Abstandselement 62 mit der zweiten Schließeinrichtung 76 verbunden, welches zum Teil, insbesondere zum Großteil, innerhalb des Auslasses 77 angeordnet ist, ohne diese zu verschließen. An einer von dem zweiten Schließeinrichtung 76 abgewandten und der ersten Schließeinrichtung 46-1 zugewandten Seite des Abstandselements 62 ist ein Stopper 60 ausgebildet und mit dem Abstandselement 62 verbunden, vorzugsweise aus einem Elastomer, beispielsweise Gummi. Der Stopper 60 ist zum Stoppen der Bewegung der ersten Schließeinrichtung 46-1 in Richtung des Auslasses 77 ausgebildet. Eine Bewegung der ersten Schließeinrichtung 46-1 beim Übergehen von dem Geschlossen-Zustand in den Offen-Zustand kann dabei auf eine maximale Entfernung d von der ersten Spule 30 beschränkt sein. Die zweite Federeinrichtung 74 kann, über das Abstandselement 62, zusätzlich zum Dämpfen der Bewegung der ersten Schließeinrichtung 46-1 wirken.
In lateralen Richtungen, also senkrecht zu der zweiten Rückstellkraft 78, ist die zweite Schließeinrichtung 76 mittels eines Stabelements 79 fixiert. Das Stabelement 79 ist an einer von dem Gehäuse 66 abgewandten Seite der zweiten Schließeinrichtung 76 mit der zweiten Schließeinrichtung 76 verbunden und durch eine Aussparung in der zweiten Spule 70-1 sowie in dem zweiter Statorkern 72 hindurchgeführt, sodass es in axialer Richtung, also parallel zu der Rückstellkraft 78, beweglich ist.
Vorzugsweise sind auch das Stabelement 79 und das Abstandselement 62 aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet, insbesondere aus demselben Material wie die zweite Schließeinrichtung 76. Somit kann sich die von der zweiten elektrischen Spule 70-1 ausgeübte elektromagnetische Kraft erhöhen. Vorteilhaft können auch das Stabelement 79, das Abstandselement und die zweite Schließeinrichtung 76 einstückig ausgebildet sein.
Wird die erste Schließeinrichtung 46-1 von der ersten Spule 30 abgestoßen, kann zeitgleich auch die zweite Schließeinrichtung 76 in den Offen-Zustand versetzt werden oder sein, um ein Komprimieren eines Fluids, beispielsweise eines Gas, etwa Luft, in der zweiten Teilkammer 65 zu verhindern oder zu verringern. Wird die zweite Schließeinrichtung 76 wieder in den Geschlossen-Zustand versetzt, während sich die erste Schließeinrichtung 46-1 noch in dem Offen-Zustand befindet, kann somit durch einen Unterdruck in der zweiten Teilkammer 65 gegenüber der ersten Teilkammer 64 die Rückkehr der ersten Schließeinrichtung 46-1 in den Geschlossen-Zustand verlangsamt oder verzögert werden.
4 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
In 4 ist eine Steuereinrichtung 8 der Vorrichtung dargestellt, welche die Recheneinrichtung 6 und eine elektrische Leistungs-Bereitstellungseinrichtung 5 umfasst. Die Recheneinrichtung 6 ist mit einer Bewegungs-Ermittlungseinrichtung 4 verbunden, mittels welcher eine aktuelle und/oder eine zu erwartende Bewegung der Fahrzeugbatterie 1 ermittelbar ist. Beispielsweise kann die Bewegungs-Ermittlungseinrichtung 4 mit einem Aufprallsensor oder einem so genannten des Fahrzeugs verbunden oder als ein Aufprallsensor des Fahrzeugs ausgebildet sein. Die Bewegungs-Ermittlungseinrichtung 4 kann auch mit einer Navigationsvorrichtung des Fahrzeugs und/oder mit einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs verbunden oder identisch sein.
Basierend auf der von der Bewegungs-Ermittlungseinrichtung 4 ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung berechnet die Recheneinrichtung 6 automatisch den ersten, zweiten und dritten Soll-Druckverlauf und generiert die zum Beaufschlagen der erste, zweiten und dritten Druckkammern 10-1, 10-2, 10-3 mit den berechneten Soll-Druckverläufen geeigneten ersten, zweiten und dritten Einlass-Steuersignale s-1, s-2, s-3 und Auslass-Steuersignale h-1, h-2, h-3.
Die Recheneinrichtung 6 kann beispielsweise als Prozessor mit einem angeschlossenen Speicher ausgebildet sein, wobei der Prozessor ein Computerprogramm ausführt, welches das Fahrzeugmodell und Informationen zum Ansteuern der Ventileinrichtungen 12-i in Abhängigkeit von der aktuellen oder zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie 1, wie beschrieben, verwendet.
Die Leistungs-Bereitstellungseinrichtung 5 der Vorrichtung weist elektrische Anschlüsse 91 zum Abgreifen einer Betriebsspannung U_b von einer externen Energiequelle auf. Alternativ kann auch eine interne Energiequelle der Vorrichtung vorgesehen sein. Über erste bis dritte Schalter 92-1, 92-2, 92-3, welche mittels der ersten bis dritten Auslass-Steuersignale s-1, s-2, s-3 durch die Recheneinrichtung 6 steuerbar sind, ist jeweils eine zweite Spule 70-1, 70-2, 70-3 der ersten bis dritten Ventileinrichtung 12-i den jeweiligen Wechselstrom Is-i bereitzustellen (Verbindungen nicht gezeigt). Mit einem jeweiligen Schalter 92-i in Reihe geschaltet kann jeweils ein erster bis dritter Widerstand 94-1, 94-2, 94-3 vorgesehen sein, wobei sich die ersten bis dritten Widerstände 94-1, 94-2, 94-3 nach Maßgabe des jeweils benötigten Wechselstroms Is-i unterscheiden können.
Mittels eines Wandlers 7, ist die mit einem ersten Gleichstrom bereitgestellte Bordnetzspannung U_b in eine Spannung mit einem zweiten Gleichstrom umwandelbar, welche, über elektrische Leitungen 93, jeweils an eine erste bis dritte Schaltungseinrichtung 80-1, 80-2, 80-3 zum Bestromen je einer der ersten Spulen 30-1, 30-2, 30-3 der ersten bis dritten Ventileinrichtungen 12-1, 12-2, 12-3 anlegbar ist.
Jede der Schaltungseinrichtungen 80-i umfasst eine Diode 82-i, einen Kondensator 84-i und einen Thyristor 86-i. Der jeweilige Kondensator 84-i ist zum Bereitstellen der für die Stromimpulse an die jeweilige Spule 30-i nötigen elektrischen Energie ausgebildet und wird permanent durch eine (nicht gezeigte) Hochspannungs-Ladeeinrichtung nachgeladen.
Innerhalb jeder Schaltungseinrichtung 80-i ist die Diode 82-i an ihrer Kathode in Reihe mit der Kathode des Thyristors 86-i geschaltet, wobei die Reihenschaltung aus der Diode 82-i und dem Thyristor 86-i parallel zu dem Kondensator 84-i geschaltet ist. Ein erster elektrischer Pol der jeweiligen ersten Spule 30-i ist elektrisch mit der Anode der Diode 82-i verbunden, ein zweiter elektrischer Pol der jeweiligen ersten Spule 30-i ist elektrisch zwischen der Kathode des Thyristors 86-i und der Kathode der Diode 82-i angebunden.
In 4 ist schematisch das Abstoßen der ersten Schließeinrichtungen 46-1, 46-2, 46-3 der mittels der jeweiligen ersten Spule 30-1, 30-2, 30-3 der entsprechenden ersten bis dritten Ventileinrichtung 12-1, 12-2, 12-3 angedeutet.
5 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Dämpfen einer Bewegung einer Fahrzeugbatterie gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren gemäß der dritten Ausführungsform ist zur Verwendung mit der Vorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform geeignet und kann speziell dazu ausgebildet sein. Insbesondere ist das Verfahren gemäß allen in Bezug auf die erste oder zweite Ausführungsform beschriebenen Varianten und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anpassbar.
In einem ersten Schritt S01 wird eine aktuelle und/oder eine zu erwartenden Bewegung R der Fahrzeugbatterie 1 ermittelt, beispielsweise mittels der Bewegungs-Ermittlungseinrichtung 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In einem zweiten Schritt S02, welcher insbesondere zeitlich auf den ersten Schritt S01 folgt, wird der erste Soll-Druckverlauf für mindestens die erste Druckkammer 10-1, welche um oder an der Fahrzeugbatterie 1 angeordnet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie 1 berechnet.
In einem dritten Schritt S03, welcher insbesondere zeitlich auf den ersten Schritt S01 und zeitlich auf den zweiten Schritt S02 folgt, wird die erste Druckkammer 10-1 mittels der steuerbaren Ventileinrichtung 12-1 mit dem angepassten ersten Soll-Druckverlauf zum Dämpfen der ermittelten und/oder aktuellen Bewegung der Fahrzeugbatterie 1 beaufschlagt.
Analog kann mit der zweiten und dritten Druckkammer 10-2, 10-3 und der zweiten und dritten Ventileinrichtung 12-2, 12-3 verfahren werden. Für Details wird auf die Beschreibung der Vorrichtung gemäß der ersten und/oder zweiten Ausführungsform sowie auf die folgende 5 verwiesen.
In 6 ist ein schematischer Graph gezeigt, welcher Öffnungsamplituden und Stromstärken als Funktion der Zeit am Beispiel der ersten Ventileinrichtung 12-1 und der ersten Druckkammer 10-1 der ersten Ausführungsform darstellt. Analog kann auch für die zweite und dritte Druckkammer 10-2, 10-3 und Ventileinrichtung 12-2, 12-3 verfahren werden.
Auf einer horizontalen Achse 100 des Graphen ist eine Zeit aufgetragen, wobei eine typische Zeitskala die Größenordnung von Millisekunden aufweist. Auf einer horizontalen Achse 99 des Graphen sind Stromstärken bzw. Auslenkungen aufgetragen, wie im Folgenden näher erläutert.
Innerhalb eines ersten Zeitraums T1 wird ein Aufprall erkannt, beispielsweise durch einen Aufprallsensor des Fahrzeugs. Es folgt eine systembedingte Totzeit Tt, in welcher eine Reaktionsverzögerung der elektronischen Komponenten der Vorrichtung enthalten ist. Ein weiterer Teil der Totzeit Tt ist eine erste Prozesszeit für das Berechnen der den Eigenschaften des Aufpralls, etwa den Richtungsvektoren des Aufpralls in Bezug auf das Fahrzeug, angepassten ersten bis dritten Soll-Druckverläufe. Ein weiterer Teil der Totzeit Tt ist eine zweite Prozesszeit für das Berechnen der zum Beaufschlagen der ersten bis dritten Druckkammern 10-1, 10-2, 10-3 mit den berechneten ersten bis dritten Soll-Druckverläufen geeigneten Öffnungszeiten T5, T6 für die erste und zweite Schließeinrichtung 46-1, 76 der ersten Ventileinrichtung 12-1.
Über den zweiten Zeitraum T2 hinweg wird die erste Spule 30-1 mit einer Serie von elektrischen Stromimpulsen 101, 102, 103, 104 bestromt, welche zusammen eine resultierende Einlassstrom-Amplitude 105 des ersten Einlassstroms Is-1 ergeben. Aufgrund der Serie von Stromimpulsen 101, 102, 103, 104 wird die erste Schließeinrichtung 46-1 über einen dritten Zeitraum T3 hinweg in dem Offen-Zustand gehalten, wodurch sich die gezeigte Öffnungsamplitude 106 der ersten Schließeinrichtung 46-1 ergibt.
Nach einem den Eigenschaften des Aufpralls angepassten vierten Zeitraum T4 und ggf. einer weiteren Totzeit Tt2 erfolgt, über einen fünften Zeitraum T5 hinweg, ein Bestromen der zweiten Spule 70 mit dem ersten Auslassstrom Ih-1 mit einer Auslassstrom-Amplitude 110. Dadurch wird die zweite Schließeinrichtung 76 über einen sechsten Zeitraum T6 hinweg in dem Offen-Zustand gehalten.
Das Berechnen S02 der Soll-Druckverläufe umfasst somit insbesondere ein Bestimmen des zweiten Zeitraums T2, des vierten Zeitraums T4 und des fünften Zeitraums T5. Dadurch wird eine flexible Ansteuerung der Ventileinrichtungen 12-i ermöglicht, welche sowohl den Betrag der Verzögerungsänderung, also der Dämpfung der Bewegung, der Fahrzeugbatterie 1, als auch eine Zeitdauer der mechanischen Entkopplung der Fahrzeugbatterie 1 von dem Rest des Fahrzeugs beeinflusst.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann in einer, mehreren oder allen Ventileinrichtungen 12-i keine zweite Federeinrichtung 74 vorgesehen sein. Stattdessen kann ein in einer ersten Richtung gepolter Gleichstrom als Auslassstrom Ih-i an die zweite Spule 70 angelegt werden, um die zweite Schließeinrichtung 76 in den Offen-Zustand zu bringen und/oder dort zu halten, und ein in einer zweiten, der ersten Richtung entgegen gepolter Gleichstrom als Auslassstrom Ih-i an die zweite Spule 70 angelegt werden, um die zweite Schließeinrichtung 76 in den Geschlossen-Zustand zu bringen und/oder dort zu halten. Weiterhin können mehrere Ventileinrichtungen 12-i der erfindungsgemäßen Vorrichtung jeweils voneinander unabhängig mit einer, mehreren oder allen der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Varianten und Weiterbildungen der Ventileinrichtungen 12-i realisiert sein. Es können aber auch alle Ventileinrichtungen 12-i einer konkreten Vorrichtung mit denselben Varianten und Weiterbildungen realisiert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19738620 C1 [0005]

Claims

Vorrichtung zum Dämpfen einer Bewegung einer Fahrzeugbatterie mit: einer Bewegungs-Ermittlungseinrichtung (4), mittels welcher eine aktuelle und/oder eine zu erwartende Bewegung der Fahrzeugbatterie (1) ermittelbar ist; mindestens einer um die oder an der Fahrzeugbatterie (1) angeordneten ersten Druckkammer (10-i), welche mittels einer ersten steuerbaren Ventileinrichtung (12-i) zum Dämpfen der ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie (1) mit einem anpassbaren ersten Soll-Druckverlauf beaufschlagbar ist; und einer Recheneinrichtung (6), mittels welcher der erste Soll-Druckverlauf in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie (1) anpassbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mittels der ersten Ventileinrichtung (12-i) zum Beaufschlagen der ersten Druckkammer (10-i) mit dem ersten Soll-Druckverlauf ein Fluid, welches mit einem Hochdruck in einer Druckspeichereinrichtung (20) vorliegt, in die erste Druckkammer (10-i) einlassbar ist; und/oder wobei mittels der ersten Ventileinrichtung (12-i) zum Beaufschlagen der ersten Druckkammer (10-i) mit dem ersten Soll-Druckverlauf ein Fluid aus der ersten Druckkammer (10-i) in einen Außenraum (80) auslassbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste steuerbare Ventileinrichtung (12-i) eine erste elektrische Spuleneinrichtung (30-i, 31, 32) aufweist, mittels welcher, durch Bestromen der ersten elektrischen Spuleneinrichtung (30-i, 31, 32), in einer ersten Schließeinrichtung (46-i) derart elektrische Wirbelströmen induzierbar sind, dass die erste Schließeinrichtung (46-i) von einem einen Geschlossen-Zustand in einen Offen-Zustand bringbar ist; wobei die erste Schließeinrichtung (46-i) dazu ausgebildet ist, in dem Geschlossen-Zustand der ersten Schließeinrichtung (46-i) einen ersten Fluidweg (35) zwischen einer Druckspeichereinrichtung (20) und der ersten Druckkammer (10-i) zu verschließen und in dem Offen-Zustand der ersten Schließeinrichtung (46-i) den ersten Fluidweg (35) offen zu lassen.
Vorrichtung nach Anspruch 3 mit: einer ersten Federeinrichtung (40), welche derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie eine erste Rückstellkraft (41) bewirkt, welche dazu ausgerichtet ist, die erste Schließeinrichtung (46-i) in dem Geschlossen-Zustand zu halten oder eine Rückkehr der ersten Schließeinrichtung (46-i) aus dem Offen-Zustand in den Geschlossen-Zustand zu bewirken; wobei die erste elektrische Spuleneinrichtung (30-i, 31, 32) derart bestrombar ist, dass durch das Induzieren der elektrischen Wirbelströme in der ersten Schließeinrichtung (46-i) die erste Rückstellkraft (41) überwindbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste steuerbare Ventileinrichtung (12-i) eine zweite elektrische Spuleneinrichtung (70, 71, 72) aufweist, mittels welcher, durch Bestromen der zweiten elektrischen Spuleneinrichtung (70, 71, 72), eine zweite Schließeinrichtung (76), welche ein ferromagnetisches Material aufweist, von einem Geschlossen-Zustand der zweiten Schließeinrichtung (76) in einen Offen-Zustand der zweiten Schließeinrichtung (76) bringbar ist; wobei die zweite Schließeinrichtung (76) dazu ausgebildet ist, in dem Geschlossen-Zustand der zweiten Schließeinrichtung (76) einen zweiten Fluidweg (75) zwischen der ersten Druckkammer (10-i) einem Außenraum (80) und zu verschließen und in dem Offen-Zustand der ersten Schließeinrichtung (76) den zweiten Fluidweg (75) offen zu lassen.
Vorrichtung nach Anspruch 5 mit: einer zweiten Federeinrichtung (74), welche derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie eine zweite Rückstellkraft (78) bewirkt, welche dazu ausgerichtet ist, die zweite Schließeinrichtung (76) in dem Geschlossen-Zustand zu halten oder eine Rückkehr der ersten Schließeinrichtung (46-i) aus dem Offen-Zustand in den Geschlossen-Zustand zu bewirken; wobei die zweite elektrische Spuleneinrichtung (70, 71, 72) derart bestrombar ist, dass mittels eines dadurch generierten Magnetfelds im Zusammenwirken mit dem ferromagnetischen Material der zweiten Schließeinrichtung (76) die zweite Rückstellkraft (41) überwindbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit: einer um die oder an der Fahrzeugbatterie (1) angeordneten zweiten Druckkammer (10-i), welche mittels eines steuerbaren zweiten Ventils (12-i) zum Dämpfen der ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie (1) mit einem anpassbaren zweiten Soll-Druckverlauf beaufschlagbar ist; und/oder mit einer um die oder an der Fahrzeugbatterie (1) angeordneten dritten Druckkammer (10-i), welche mittels eines steuerbaren dritten Ventils (12-i) zum Dämpfen der ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie (1) mit einem anpassbaren dritten Soll-Druckverlauf beaufschlagbar ist; wobei der zweite Soll-Druckverlauf und/oder der dritte Soll-Druckverlauf in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung (R) der Fahrzeugbatterie (1) anpassbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Druckkammer (10-1) an einer ersten Außenfläche (2-1) der Fahrzeugbatterie (1) angeordnet ist; wobei die zweite Druckkammer (10-2) an einer zweiten Außenfläche (2-2) der Fahrzeugbatterie (1) angeordnet ist; wobei die dritte Druckkammer (10-3) an einer dritten Außenfläche (2-3) der Fahrzeugbatterie (1) angeordnet ist; wobei die erste Außenfläche (2-1) und die zweite Außenfläche (2-2) im Wesentlichen in einem rechten Diederwinkel zueinander angeordnet sind; und wobei die zweite Außenfläche (2-2) und die dritte Außenfläche (2-3) im Wesentlichen planparallel zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen mindestens einem Paar von Druckkammern (10-i) ein Fluidkanal (14, 15) ausgebildet ist, durch welchen hindurch, in Abhängigkeit von Abmessungen des Fluidkanals (14, 15), ein Fluid zwischen den Druckkammern (10-i) des Paars von Druckkammern (10-i) beweglich ist.
Verfahren zum Dämpfen einer Bewegung einer Fahrzeugbatterie mit den Schritten: Ermitteln (S01) einer aktuellen und/oder einer zu erwartenden Bewegung (R) der Fahrzeugbatterie (1); Anpassen (S02) eines ersten Soll-Druckverlaufs für mindestens eine erste Druckkammer (10-i), welche um oder an der Fahrzeugbatterie (1) angeordnet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen und/oder zu erwartenden Bewegung der Fahrzeugbatterie (1); Beaufschlagen (S03) der ersten Druckkammer (10-i), mittels einer ersten steuerbaren Ventileinrichtung (12-i), mit dem angepassten ersten Soll-Druckverlauf zum Dämpfen der ermittelten und/oder aktuellen Bewegung der Fahrzeugbatterie (1).