DE102017206472A1 - Steuervorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines mit mindestens einem Superkondensator ausgestatteten Energiespeichermoduls eines Fahrzeugs - Google Patents

Steuervorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines mit mindestens einem Superkondensator ausgestatteten Energiespeichermoduls eines Fahrzeugs Download PDF

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Lars Bommer
Michael Donotek
Mathias Widmaier
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (10) für ein mit mindestens einem Superkondensator (12) ausgestattetes Energiespeichermodul (14) eines Fahrzeugs und ein korrespondierendes Verfahren zum Betreiben eines mit mindestens einem Superkondensator (12) ausgestatteten Energiespeichermoduls (14) eines Fahrzeugs umfassend: Aufladen des mindestens einen bei einem Abschalten eines Antriebsmotors des Fahrzeugs auf höchstens eine erste Spannung oder Gesamtspannung entladenen Superkondensators (12) des Energiespeichermoduls (14) bei einem Wiederstarten des Antriebsmotors mittels eines von mindestens einem Fahrzeugbordnetz (18) des Fahrzeugs bereitgestellten Stroms (20) auf mindestens eine zweite Spannung oder Gesamtspannung, wobei eine Soll-Aufladegeschwindigkeit für das Aufladen des mindestens einen Superkondensators (12) des Energiespeichermoduls (14) auf mindestens die zweite Spannung oder Gesamtspannung unter Berücksichtigung mindestens einer Fahrweise- und/oder Umgebungsinformation (22 bis 28) festgelegt wird, und wobei der mindestens eine Superkondensator (12) des Energiespeichermoduls (14) mit einer der festgelegten Soll-Aufladegeschwindigkeit entsprechenden Ist-Aufladegeschwindigkeit mittels des von dem mindestens einen Fahrzeugbordnetz (18) bereitgestellten Stroms (20) aufgeladen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für ein mit mindestens einem Superkondensator ausgestattetes Energiespeichermodul eines Fahrzeugs. Ebenso betrifft die Erfindung ein Energiespeichermodul für ein Fahrzeug und eine motorisierte Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines mit mindestens einem Superkondensator ausgestatteten Energiespeichermoduls eines Fahrzeugs.
  • Stand der Technik
  • In der US 7,812,474 B2 ist ein mit einem Speicherkondensator ausgestattetes Fahrzeug beschrieben. Mittels des Speicherkondensators soll mindestens ein Motor einer motorisierten Bremsvorrichtung des Fahrzeugs auch nach einem Ausfall einer Fahrzeugbatterie des Fahrzeugs noch bestrombar sein. Bei einem Ausschalten eines Zündschalters des Fahrzeugs wird der Speicherkondensator entladen und bei einem Einschalten des Zündschalters wieder aufgeladen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung schafft eine Steuervorrichtung für ein mit mindestens einem Superkondensator ausgestattetes Energiespeichermodul eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Energiespeichermodul für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 4, eine motorisierte Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und ein Verfahren zum Betreiben eines mit mindestens einem Superkondensator ausgestatteten Energiespeichermoduls eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft Möglichkeiten zum Anpassen einer aktuellen Ist-Aufladegeschwindigkeit bei einem Fahrzeugstart-bedingten Aufladen mindestens eines Superkondensators eines Energiespeichermoduls an eine aktuelle Fahrweise des jeweiligen Fahrzeugs und/oder an mindestens eine Umgebungsbedingung in einer aktuellen Umgebung des Fahrzeugs. Dies ist vorteilhaft, da Ist-Ladegeschwindigkeiten einen Einfluss auf eine Lebensdauer des jeweiligen Energiespeichermoduls/seines mindestens einen Superkondensators haben (Tesla Supercharger-Problematik). Durch die mittels der vorliegenden Erfindung bewirkte intelligente und situative Anpassung der aktuellen Ist-Aufladegeschwindigkeit beim Fahrzeugstart-bedingten Aufladen des mindestens einen Superkondensators des jeweiligen Energiespeichermoduls kann eine Verlängerung einer Lebensdauer des mindestens einen Superkondensators/des Energiespeichermoduls erzielt werden. Mittels der vorliegenden Erfindung lassen sich deshalb Reparaturkosten und Erneuerungskosten bei einem Einsatz eines mit mindestens einem Superkondensator ausgestatteten Energiespeichermoduls in dem jeweiligen Fahrzeug einsparen.
  • Bei einer Nutzung der vorliegenden Erfindung entfällt damit das herkömmliche Aufladen eines standardgemäßen Superkondensator-Energiespeichermoduls mit maximal möglicher Ist-Aufladegeschwindigkeit (bzw. C-Rate). Stattdessen kann ein erfindungsgemäß wiederaufgeladenes Energiespeichermodul mit seinem mindestens einen Superkondensator bei einem Fahrzeugstart-bedingten Aufladen „geschont“ werden, da die aktuelle Ist-Aufladegeschwindigkeit häufig unter einer jeweiligen maximal möglichen Ist-Aufladegeschwindigkeit (C-Rate) liegt. Eine derartige „Reduzierung“ der aktuellen Ist-Aufladegeschwindigkeit gegenüber der maximal möglichen Aufladegeschwindigkeit (C-Rate) ist in der Regel möglich, da anhand der mindestens einen Fahrweise- und Umgebungsinformation erkennbar ist, dass selbst im Falle eines Bordnetzfehlers oder eines Bordnetzausfalles (welcher über ein Fahrzeugleben seltener als zwanzig Mal auftritt, während das jeweilige Fahrzeug ungefähr 50000 „Ignition-On“-Zyklen durchläuft) das Fahrzeug aufgrund seiner Fahrweise und/oder seiner aktuellen Umgebung leicht und verlässlich in den Stillstand überführt werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgelegt, die Soll-Aufladegeschwindigkeit auf höchstens einen ersten Sollwert festzulegen, sofern eine aktuelle und/oder prognostizierte Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs als die mindestens eine Fahrweiseinformation unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt und/oder das Fahrzeug mittels der mindestens einen Umgebungsinformation in einem vorgegebenen langsamen Verkehrsbereich lokalisiert ist, und die Soll-Aufladegeschwindigkeit auf mindestens einen zweiten Sollwert größer als dem ersten Sollwert festzulegen, sofern die aktuelle und/oder prognostizierte Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs als die mindestens eine Fahrweiseinformation über dem vorgegebenen Grenzwert liegt und/oder das Fahrzeug mittels der mindestens einen Umgebungsinformation in einem vorgegebenen schnellen Verkehrsbereich lokalisiert ist. Beispielsweise wird die Soll-Aufladegeschwindigkeit auf höchstens den ersten Sollwert festgelegt, sofern die aktuelle und/oder prognostizierte Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs als die mindestens eine Fahrweiseinformation unter dem vorgegebenen Grenzwert liegt und/oder das Fahrzeug mittels der mindestens einen Umgebungsinformation auf einem Parkplatz oder in einer Tempo-30-Zone (als Teil des vorgegebenen langsamen Verkehrsbereichs) lokalisiert ist, und die Soll-Aufladegeschwindigkeit wird auf mindestens den zweiten Sollwert größer als dem ersten Sollwert festgelegt, sofern die aktuelle und/oder prognostizierte Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs als die mindestens eine Fahrweiseinformation über dem vorgegebenen Grenzwert liegt und/oder das Fahrzeug mittels der mindestens einen Umgebungsinformation auf oder nahe einer Schnellstraße oder einer Schnellstraßenzufahrt (als Teil des vorgegebenen schnellen Verkehrsbereichs) lokalisiert ist. Auf diese Weise wird die Ist-Aufladegeschwindigkeit automatisch so angepasst, dass bei einem plötzlichen Ausfall oder einer unerwarteten Funktionsbeeinträchtigung mindestens eines Fahrzeugbordnetzes des jeweiligen Fahrzeugs eine zum Unterstützen des Fahrers beim Abbremsen seines Fahrzeugs ausreichende Energie gesichert ist und gleichzeitig mittels der „Schonung“ des mindestens einen Superkondensators die Lebensdauer des damit ausgestatteten Energiespeichermoduls verlängerbar ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgelegt, als die mindestens eine Fahrweise- und/oder Umgebungsinformation mindestens ein von mindestens einem Unfallwarnsensor bereitgestelltes Warnsignal, mindestens eine von mindestens einem Umgebungssensor bereitgestellte Information, von einem globalen Positionsbestimmungssystem ausgegebene Ortsdaten, mindestens ein von einer intelligenten Ampel und/oder einer intelligenten Straßenverkehrsbeschilderung empfangenes Signal, über Funk und/oder mindestens einen fahrzeugeigenen Sensor bereitgestellte Verkehrssituationsdaten und/oder eine zum autonomen Fahren des Fahrzeugs festgelegte Fahrzeugtrajektorie auszuwerten. Auf diese Weise kann die aktuelle Ist-Aufladegeschwindigkeit beim Fahrzeugstart-bedingten Aufladen des mindestens einen Superkondensators des Energiespeichermoduls auch vorteilhaft an die aktuelle Umgebungs- und/oder Verkehrssituation, eine aktuelle Schaltung der intelligenten Ampel und/oder der intelligenten Straßenverkehrsbeschilderung und/oder an eine weitere Steuerung des Fahrzeugs bei dessen autonomer Fahrt angepasst werden.
  • Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei einem Energiespeichermodul gewährleistet, welches mit einer entsprechenden Steuervorrichtung und dem mindestens einen Superkondensator ausgebildet ist. Der mindestens eine Superkondensator kann beispielsweise mindestens ein Doppelschichtkondensator, mindestens ein Pseudokondensator und/oder mindestens ein Hybridsuperkondensator sein.
  • Auch eine motorisierte Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug mit mindestens einem elektrischen Motor, an welchem eine entsprechende Steuervorrichtung mit dem zusammenwirkenden und mit dem mindestens einen Superkondensator ausgestatteten Energiespeichermodul so angebunden sind oder das korrespondierende Energiespeichermodul so angebunden ist, dass bei einem Ausfall oder einer Funktionsbeeinträchtigung des mindestens eines Fahrzeugbordnetzes des Fahrzeugs der mindestens eine elektrische Motor zumindest übergangsweise mittels des jeweiligen Energiespeichermoduls bestrombar ist, schafft die oben beschriebenen Vorteile. Die motorisierte Bremsvorrichtung kann beispielsweise ein hydraulisches Bremssystem, ein hydraulisches Pumpsystem mit mindestens einer Pumpe, eine motorisierte Kolben-Zylinder-Vorrichtung oder ein einem Hauptbremszylinder eines weiteren hydraulischen Bremssystems vorgelagerter elektromechanischer Bremskraftverstärker sein.
  • Des Weiteren bewirkt auch ein Ausführen eines korrespondierenden Verfahrens zum Betreiben eines mit mindestens einem Superkondensator ausgestatteten Energiespeichermoduls eines Fahrzeugs die oben schon erläuterten Vorteile. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Verfahren gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen der Steuervorrichtung, des Energiespeichermoduls und/oder der motorisierten Bremsvorrichtung weiterbildbar ist.
  • Figurenliste
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Steuervorrichtung, bzw. des damit ausgebildeten Energiespeichermoduls; und
    • 2 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines mit mindestens einem Superkondensator ausgestatteten Energiespeichermoduls eines Fahrzeugs.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Steuervorrichtung, bzw. des damit ausgebildeten Energiespeichermoduls.
  • Die in 1 schematische dargestellte Steuervorrichtung 10 ist zum Zusammenwirken mit einem mit mindestens einem Superkondensator 12 ausgestatteten Energiespeichermodul 14 eines Fahrzeugs ausgebildet. Lediglich beispielhaft ist in der Ausführungsform der 1 die Steuervorrichtung 10 (als Untereinheit) in das mit dem mindestens einen Superkondensator 12 ausgestattete Energiespeichermodul 14 integriert. Ebenso kann die Steuervorrichtung 10 jedoch auch (als eigenes Bauteil) dazu ausgelegt sein, mit dem getrennt dazu ausgebildeten Energiespeichermoduls 14 mit dem mindestens einen Superkondensator 12 zusammenzuwirken.
  • In 1 ist beispielhaft nur ein einziger Superkondensator 12 des Energiespeichermoduls 14 dargestellt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das Energiespeichermodul 14 auch mit mehreren Superkondensatoren 12, insbesondere mit einer Vielzahl von Superkondensatoren 12, ausgestattet sein kann. Wahlweise können die Superkondensatoren 12 in einer Reihenschaltung, in einer Parallelschaltung oder in einer Reihen- und Parallelschaltung angeordnet sein.
  • Unter dem mindestens einen Superkondensator 12 (Supercapacitor) kann ein Speicherkondensator verstanden werden. Der mindestens eine Superkondensator 12 kann auch als ein SC, ein Supercap oder als ein Ultrakondensator bezeichnet werden. Der mindestens eine Superkondensator 12 kann mindestens ein Doppelschichtkondensator (Electric Double Layer Capacitor, EDLC), mindestens ein Pseudokondensator (Pseudocapacitor) und/oder mindestens ein Hybridsuperkondensator (Hybride Supercapacitor, HSC) sein. In allen diesen Fällen bewirkt der mindestens eine Superkondensator 12 aufgrund seiner (im Vergleich mit z.B. einer Lithium-Ionen-Batterie) hohen Leistungsdichte einen vorteilhaften Einsatz des Energiespeichermoduls 14 in dem damit ausgestatteten Fahrzeug. Insbesondere für leistungsintensive Anwendungen kann das Energiespeichermodul 14 deshalb vorteilhaft eingesetzt werden. Gegenüber einem Doppelschichtkondensator oder einem Pseudokondensator weist ein Hybridsuperkondensator (wie z.B. ein Lithium-Ionen-Kondensator) außerdem nicht nur eine hohe Leistungsdichte auf, sondern besitzt auch eine hohe Energiedichte. Außerdem kann ein mit mindestens einem Hybridsuperkondensator ausgestattetes Energiespeichermodul 14 auch bei vergleichsweise extremen Temperaturen eingesetzt werden.
  • Unter dem mit der Steuervorrichtung 10, bzw. dem Energiespeichermodul 14, ausgestatteten Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, wie beispielsweise ein Personenkraftwagen, ein Lieferkraftwagen, ein Motorrad und/oder ein (landwirtschaftliches) Nutzfahrzeug, verstanden werden. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine Einsetzbarkeit der Steuervorrichtung 10, bzw. des Energiespeichermoduls 14, auf keinen bestimmten Fahrzeugtyp/Kraftfahrzeugtyp beschränkt ist.
  • Die Steuervorrichtung 10 ist dazu ausgelegt, mindestens eine Energiespeichermodul-eigene oder Energiespeichermodul-externe Anbindungskomponente 16, über welche das Energiespeichermodul 14 an mindestens ein Fahrzeugbordnetz 18 des Fahrzeugs angebunden ist, (mittels mindestens eines Steuersignals 10a) derart anzusteuern, dass der mindestens eine Superkondensator 12 des Energiespeichermoduls 14 mittels eines von dem mindestens einen Fahrzeugbordnetz 18 über die mindestens eine angesteuerte Anbindungskomponente 16 bereitgestellten Stroms 20 aufladbar ist. Außerdem ist die Steuervorrichtung 10 dazu ausgelegt, den mindestens einen bei einem Abschalten/Deaktivieren eines (nicht skizzierten) Antriebsmotors des Fahrzeugs auf höchstens eine erste Spannung oder Gesamtspannung entladenen Superkondensator 12 des Energiespeichermoduls 14 bei einem Wiederstarten des Antriebsmotors mittels des von dem mindestens einen Fahrzeugbordnetz 18 über die mindestens eine angesteuerte Anbindungskomponente 16 bereitgestellten Stroms 20 auf mindestens eine zweite Spannung oder Gesamtspannung aufzuladen. (Unter der ersten Spannung/Gesamtspannung des mindestens einen Superkondensators 12 des Energiespeichermoduls 14 ist ein Spannungswert kleiner als die zweite Spannung/Gesamtspannung des mindestens einen Superkondensators 12 des Energiespeichermoduls 14 zu verstehen.) Insbesondere kann der mindestens eine auf höchstens die erste Spannung/Gesamtspannung entladene Superkondensator 12 des Energiespeichermoduls 14 vollständig entladen sein/werden (0% Ladezustand, 0% State of Charge). Ergänzend oder alternativ kann der mindestens eine auf mindestens die zweite Spannung/Gesamtspannung aufgeladene Superkondensator 12 des Energiespeichermoduls 14 vollständig aufgeladen sein/werden (100% Ladezustand, 100% State of Charge). Die erste Spannung/Gesamtspannung und/oder die zweite Spannung/Gesamtspannung können jedoch auch jeweils einem Ladezustand des mindestens einen Superkondensators 12 des Energiespeichermoduls 14 größer 0% und kleiner 100% entsprechen.
  • Durch das Entladen des mindestens einen Superkondensators 12 des Energiespeichermoduls 14 auf höchstens die erste Spannung oder Gesamtspannung beim Abschalten/Deaktivieren des Antriebsmotors wird degradierenden Effekten/ Degradationseffekten, welche bei einem Halten des mindestens einen Superkondensators 12 des Energiespeichermoduls 14 für längere Zeit auf einem vergleichsweise hohen Spannungsniveau mit einer größeren Wahrscheinlichkeit auftreten, entgegengewirkt. Eine Lebensdauer des mindestens einen Superkondensators 12 des Energiespeichermoduls 14 wird durch das (zumindest Teil-)Entladen des mindestens einen Superkondensators 12 des Energiespeichermoduls 14 beim Abschalten/Deaktivieren des Antriebsmotors (wenn abzusehen ist, dass die auf dem mindestens einen Superkondensator 12 gespeicherte Energie für eine längere Zeit nicht benötigt wird) somit verlängert. Sofern gewünscht, kann der mindestens eine Superkondensator 12 des Energiespeichermoduls 14 bei/nach jedem Abschalten des Antriebsmotors (sofort) auf höchstens die erste Spannung oder Gesamtspannung entladen werden. Ebenso kann jedoch auch das Entladen des mindestens einen Superkondensators 12 auf das erste Spannungsniveau bei/nach dem Abschalten des Antriebsmotors von mindestens einer weiteren Voraussetzung/Größe, wie beispielsweise einer Mindestanhaltezeit, einer aktuellen Uhrzeit und/oder einer aktuellen Umgebung des Fahrzeugs, abhängig gemacht werden.
  • Die Steuervorrichtung 10 ist zusätzlich dazu ausgelegt, eine Soll-Aufladegeschwindigkeit für das Aufladen des mindestens einen Superkondensators 12 des Energiespeichermoduls 14 auf mindestens die zweite Spannung oder Gesamtspannung unter Berücksichtigung mindestens einer Fahrweise- und/oder Umgebungsinformation 22 bis 28 festzulegen, und den mindestens einen Superkondensator 12 des Energiespeichermoduls 14 mit einer der festgelegten Soll-Aufladegeschwindigkeit entsprechenden Ist-Aufladegeschwindigkeit mittels des von dem mindestens einen Fahrzeugbordnetz 18 bereitgestellten Stroms 20 aufzuladen. Die Ist-Aufladegeschwindigkeit ist damit beim Wiederstarten des Antriebsmotors an eine Fahrweise des Fahrzeugs und/oder an mindestens eine Umgebungsbedingung in einer aktuellen Umgebung des Fahrzeugs angepasst. Ein unnötig schnelles Aufladen des mindestens einen Superkondensators 12 des Energiespeichermoduls 14, welches nicht aufgrund der Fahrweise des Fahrzeugs und/oder der mindestens einen Umgebungsbedingung gerechtfertigt ist, wird damit vermieden. Dies ist vorteilhaft, da niedrige (Ist-)Ladegeschwindigkeiten eine Lebensdauer des mindestens einen Superkondensators 12 des Energiespeichermoduls 14 steigern. Gleichzeitig bleibt gewährleistet, dass der mindestens eine Superkondensator 12 des Energiespeichermoduls 14 in Situationen, in welchen aufgrund der Fahrweise des Fahrzeugs und/oder der mindestens einen Umgebungsbedingung ein schnelles Aufladen des mindestens einen Superkondensators 12 des Energiespeichermoduls 14 wünschenswert ist, in der Regel mit einer relativ hohen Ist-Ladegeschwindigkeit aufgeladen wird.
  • Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung 10 dazu ausgelegt, die Soll-Aufladegeschwindigkeit auf höchstens einen ersten Sollwert festzulegen, sofern eine aktuelle und/oder prognostizierte Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs als die mindestens eine Fahrweiseinformation 22 und 24 unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt und/oder das Fahrzeug mittels der mindestens einen Umgebungsinformation 26 und 28 in einem vorgegebenen langsamen Verkehrsbereich, wie z.B. auf einem Parkplatz oder in einer Tempo-30-Zone (als Teil des vorgegebenen langsamen Verkehrsbereichs), lokalisiert ist. Bei einer vergleichsweise langsamen Fahrt des Fahrzeugs, z.B. einer Fahrt des Fahrzeugs auf einem Parkplatz und einer Fahrt des Fahrzeugs in einer Tempo-30-Zone, kann ein Fahrer selbst bei einem plötzlichen Ausfall des mindestens einen Fahrzeugbordnetzes 18 sein Fahrzeug leicht in den Stillstand bringen. In einer derartigen Situation lässt sich das Fahrzeug von dem Fahrer auch ohne Bremskraftverstärkung unter Ausnutzung lediglich eines mechanischen Backups eines fahrzeugeigenen Bremssystems einfach zum Halten bringen. Der Fahrer benötigt deshalb kaum eine auf dem mindestens einen Superkondensator 12 des Energiespeichermoduls 14 abgespeicherte Energie in einer derartigen Situation, weshalb auf ein schnelles Aufladen des mindestens einen Superkondensators12 des Energiespeichermoduls 14 in einem derartigen Fall problemlos verzichtet werden kann. Zusätzlich kann in einer derartigen Situation verlässlich davon ausgegangen werden, dass es mindestens 30 bis 60 Sekunden dauern wird, bis ein Ausfall oder eine Funktionsbeeinträchtigung des mindestens einen Fahrzeugbordnetzes 18 schwerwiegende Konsequenzen hat. Da eine vergleichsweise langsame Fahrt, wie z.B. eine Fahrt auf einem Parkplatz und eine Fahrt in einer Tempo-30-Zone, für eine Ausparksituation typisch sind, kann die Soll-Aufladegeschwindigkeit relativ oft niedrig festgelegt werden.
  • Liegt die aktuelle und/oder prognostizierte Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs als die mindestens eine Fahrweiseinformation 22 und 24 jedoch über dem vorgegebenen Grenzwert und/oder ist das Fahrzeug mittels der mindestens einen Umgebungsinformation 26 und 28 in einem vorgegebenen schnellen Verkehrsbereich, wie z.B. auf oder nahe einer Schnellstraße oder einer Schnellstraßenzufahrt (als Teil des vorgegebenen schnellen Verkehrsbereichs), lokalisiert, so ist die Steuervorrichtung 10 vorteilhafter Weise dazu ausgelegt, die Soll-Aufladegeschwindigkeit auf mindestens einem zweiten Sollwert größer als dem ersten Sollwert festzulegen. Bei einer relativ schnellen Fahrt des Fahrzeugs, wie z.B. einer Fahrt des Fahrzeugs auf einer Schnellstraße und einer Fahrt des Fahrzeugs auf einer Schnellstraßenzufahrt, ist es vorteilhaft, wenn der Fahrer bei einem plötzlichen Ausfall des mindestens einen Fahrzeugbordnetzes 18 mittels der auf dem mindestens einen Superkondensator 12 des Energiespeichermoduls 14 abgespeicherten Energie beim Abbremsen seines Fahrzeugs kraftmäßig unterstützt wird. Dies ist aufgrund der bei einer relativ schnellen Fahrt des Fahrzeugs (wie z.B. einer Fahrt des Fahrzeugs auf einer Schnellstraße und einer Fahrt des Fahrzeugs auf einer Schnellstraßenzufahrt) gesteigerten Soll-Aufladegeschwindigkeit (und Ist- Aufladegeschwindigkeit) gewährleistet. Durch die Steigerung der Soll-Aufladegeschwindigkeit auf mindestens dem zweiten Sollwert kann in einer derartigen Situation sichergestellt werden, dass bei dem plötzlichen Ausfall oder der unerwarteten Funktionsbeeinträchtigung des mindestens einen Fahrzeugbordnetzes 18 bereits eine zum kraftmäßigen Unterstützen des Fahrers beim Abbremsen des Fahrzeugs ausreichende Energie mittels des mindestens einen Superkondensators 12 gesichert ist. Damit hat der plötzliche Ausfall oder die unerwartete Funktionsbeeinträchtigung des mindestens einen Fahrzeugbordnetzes 18 keine schwerwiegenden Folgen für den Fahrer, da er trotz der starken Beschleunigung seines Fahrzeugs nach dem Wiederstarten des Antriebsmotors beim Abbremsen seines Fahrzeugs (bis zum Stillstand) mittels der auf dem mindestens einen Superkondensator 12 sichergestellten Energie unterstützt werden kann. Die hier beschriebene Steuervorrichtung 10 trägt somit nicht nur zur Schonung des Energiespeichermoduls 14 bei, sondern sichert dem Fahrer auch einen guten Bremskomfort bei einem plötzlichen Ausfall des mindestens einen Fahrzeugbordnetzes 18.
  • Die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit kann beispielsweise mittels eines Geschwindigkeitssignals 22 eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors und/oder eines Raddrehgeschwindigkeitssignals eines Raddrehsensors an die Steuervorrichtung 10 bereitgestellt sein/werden. Die Steuervorrichtung 10 kann auch dazu ausgelegt sein, die prognostizierte/voraussichtliche Fahrzeuggeschwindigkeit, insbesondere unter Berücksichtigung einer zum autonomen Fahren des Fahrzeugs festgelegten Fahrzeugtrajektorie 24, zu schätzen. Auch mindestens eine von mindestens einem Umgebungssensor bereitgestellte Information 26 kann bezüglich einer wahrscheinlichen Fahrweise des Fahrzeugs und/oder mindestens einer Umgebungsbedingung ausgewertet werden. Beispielsweise kann als Information 26 mindestens ein von mindestens einer fahrzeugeigenen Kamera erfasstes Bild mittels einer Bilderkennung (zur Festlegung der Soll-Aufladegeschwindigkeit) ausgewertet werden. Auch von einem globalen Positionsbestimmungssystem ausgegebene Ortsdaten 28 eignen sich gut zur Anpassung der Soll-Aufladegeschwindigkeit an mindestens eine Umgebungsbedingung einer aktuellen Umgebung des Fahrzeugs. Des Weiteren können mindestens ein von mindestens einem Unfallwarnsensor bereitgestelltes Warnsignal, mindestens ein von einer intelligenten Ampel und/oder einer intelligenten Straßenverkehrsbeschilderung empfangenes Signal und/oder über Funk und/oder mindestens einen fahrzeugeigenen Sensor bereitgestellte Verkehrssituationsdaten als die mindestens eine Fahrweise- und/oder Umgebungsinformation 22 bis 28 von der Steuervorrichtung 10 ausgewertet werden. Die Steuervorrichtung 10, bzw. das damit ausgebildete Energiespeichermodul 14, kann somit mit einer Vielzahl verschiedener Sensortypen, welche herkömmlicherweise bereits an dem Fahrzeug verbaut sind, zusammenwirken. Die vorteilhafte Funktionsweise der Steuervorrichtung 10 ist damit auch ohne eine Erweiterung einer Sensorik des Fahrzeugs realisierbar.
  • In der Ausführungsform der 1 ist das Energiespeichermodul 14 an eine motorisierte Bremsvorrichtung 30 mit mindestens einem elektrischen Motor 32 derart anbindbar/angebunden, dass bei einem Ausfall oder einer Funktionsbeeinträchtigung des mindestens einen Fahrzeugbordnetzes 18 der mindestens eine elektrische Motor 32 zumindest übergangsweise mittels des Energiespeichermoduls 14 (d.h. seines mindestens einen Superkondensators 12) bestrombar ist. Durch die Bereitstellung eines Notstroms 34 an den mindestens einen elektrischen Motor 32 der motorisierten Bremsvorrichtung 30 kann der Fahrer beim Abbremsen seines Fahrzeugs bis zum Stillstand kraftmäßig unterstützt werden. Der von dem Ausfall oder der Funktionsbeeinträchtigung des mindestens einen Fahrzeugbordnetzes 18 überraschte Fahrer hat damit noch die Möglichkeit, sein Fahrzeug mit einem vergleichsweise geringen Arbeitsaufwand in den Stillstand zu bringen. Dies trägt zur Beruhigung des Fahrers und zur Reduzierung eines Unfallrisikos in einer derartigen Situation bei.
  • In der Ausführungsform der 1 ist die motorisierte Bremsvorrichtung 30 beispielhaft ein elektromechanischer Bremskraftverstärker 30, welcher einem Hauptbremszylinder eines hydraulischen Bremssystems vorgelagert ist. Das Zusammenwirken der Steuervorrichtung 10/des Energiespeichermoduls 14 mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker 30 ist vorteilhaft, da der elektromechanischer Bremskraftverstärker 30 im Gegensatz zu einem konventionellen Vakuum-Bremskraftverstärker im Falle eines Ausfalls oder einer Funktionsbeeinträchtigung des mindestens einen Fahrzeugbordnetzes 18 über keinen Rest-Unterdruck verfügt, mittels welchem sich das Fahrzeug übergangsweise noch verzögern lässt. Dieser herkömmliche Nachteil des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 30 gegenüber dem konventionellen Vakuum-Bremskraftverstärker wird jedoch durch das Zusammenwirken mit der Steuervorrichtung 10/dem Energiespeichermodull4 behoben, so dass mittels des bereitgestellten Notstroms 34 ein „sanfter Übergang“ in die mechanische Rückfallebene gewährleistet ist.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann die motorisierte Bremsvorrichtung 30 auch ein hydraulisches Bremssystem, ein hydraulisches Pumpsystem mit mindestens einer Pumpe oder eine motorisierte Kolben-Zylinder-Vorrichtung sein. Die hier genannten Beispiele für die motorisierte Bremsvorrichtung 30 sind zusätzlich als nicht abschließend zu interpretieren.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines mit mindestens einem Superkondensator ausgestatteten Energiespeichermoduls eines Fahrzeugs.
  • In einem Verfahrensschritt S1, welcher bei einem Abschalten eines Antriebsmotors des Fahrzeugs ausgeführt wird, wird der mindestens eine Superkondensator des Energiespeichermoduls auf höchstens eine erste Spannung oder Gesamtspannung entladen. Beispielsweise wird der mindestens eine Superkondensator des Energiespeichermoduls in dem Verfahrensschritt S1 vollständig entladen. Der Verfahrensschritt S1 kann immer beim Abschalten eines Antriebsmotors des Fahrzeugs oder abhängig von mindestens einer zusätzlichen Bedingung ausgeführt werden.
  • In einem Verfahrensschritt S2, welcher bei einem Wiederstarten des Antriebsmotors ausgeführt wird, wird der mindestens eine auf höchstens die erste Spannung oder Gesamtspannung entladene Superkondensator des Energiespeichermoduls mittels eines von mindestens einem Fahrzeugbordnetz des Fahrzeugs bereitgestellten Stroms auf mindestens eine zweite Spannung oder Gesamtspannung aufgeladen. Der mindestens eine Superkondensator des Energiespeichermoduls kann insbesondere vollständig aufgeladen werden.
  • Vor dem Verfahrensschritt S2 wird jedoch in einem Verfahrensschritt S3 eine Soll-Aufladegeschwindigkeit für das Aufladen des mindestens einen Superkondensators des Energiespeichermoduls auf mindestens die zweite Spannung oder Gesamtspannung unter Berücksichtigung mindestens einer Fahrweise- und/oder Umgebungsinformation festgelegt. In dem Verfahrensschritt S2 wird der mindestens eine Superkondensator des Energiespeichermoduls dann mit einer der festgelegten Soll-Aufladegeschwindigkeit entsprechenden Ist-Aufladegeschwindigkeit mittels des von dem mindestens einen Fahrzeugbordnetz bereitgestellten Stroms aufgeladen. Damit schafft auch ein Ausführen des hier beschriebenen Verfahrens die oben schon erläuterten Vorteile.
  • Vorzugsweise wird die Soll-Aufladegeschwindigkeit auf höchstens einen ersten Sollwert festgelegt, sofern eine aktuelle und/oder prognostizierte Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs als die mindestens eine Fahrweiseinformation unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt und/oder das Fahrzeug mittels der mindestens einen Umgebungsinformation in einem vorgegebenen langsamen Verkehrsbereich (z.B. auf einem Parkplatz oder in einer Tempo-30-Zone) lokalisiert wird. Demgegenüber wird die Soll-Aufladegeschwindigkeit vorteilhafter Weise auf mindestens einen zweiten Sollwert größer als dem ersten Sollwert festgelegt, sofern die aktuelle und/oder prognostizierte Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs als die mindestens eine Fahrweiseinformation über dem vorgegebenen Grenzwert liegt und/oder das Fahrzeug mittels der mindestens einen Umgebungsinformation in einem vorgegebenen schnellen Verkehrsbereich (wie z.B. auf oder nahe einer Schnellstraße oder einer Schnellstraßenzufahrt) lokalisiert wird. Die Vorteile dieser Vorgehensweise sind oben schon erläutert.
  • Beispielsweise können in dem Verfahrensschritt S3 mindestens ein von mindestens einem Unfallwarnsensor bereitgestelltes Warnsignal, mindestens eine von mindestens einem Umgebungssensor bereitgestellte Information, von einem globalen Positionsbestimmungssystem ausgegebene Ortsdaten, mindestens ein von einer intelligenten Ampel und/oder einer intelligenten Straßenverkehrsbeschilderung empfangenes Signal, über Funk und/oder mindestens einen fahrzeugeigenen Sensor bereitgestellte Verkehrssituationsdaten und/oder eine zum autonomen Fahren des Fahrzeugs festgelegte Fahrzeugtrajektorie als die mindestens eine Fahrweise- und/oder Umgebungsinformation ausgewertet werden. Die hier beschriebenen Möglichkeiten für die mindestens eine Fahrweise- und/oder Umgebungsinformation sind jedoch nur beispielhaft zu interpretieren.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7812474 B2 [0002]

Claims (10)

  1. Steuervorrichtung (10) für ein mit mindestens einem Superkondensator (12) ausgestattetes Energiespeichermodul (14) eines Fahrzeugs, wobei die Steuervorrichtung (10) dazu ausgelegt ist, mindestens eine Energiespeichermodul-eigene oder Energiespeichermodul-externe Anbindungskomponente (16), über welche das Energiespeichermodul (14) an mindestens ein Fahrzeugbordnetz (18) des Fahrzeugs angebunden ist, derart anzusteuern, dass der mindestens eine Superkondensator (12) des Energiespeichermoduls (14) mittels eines von dem mindestens einen Fahrzeugbordnetz (18) über die mindestens eine angesteuerte Anbindungskomponente (16) bereitgestellten Stroms (20) aufladbar ist; und wobei die Steuervorrichtung (10) zusätzlich dazu ausgelegt ist, den mindestens einen bei einem Abschalten eines Antriebsmotors des Fahrzeugs auf höchstens eine erste Spannung oder Gesamtspannung entladenen Superkondensator (12) des Energiespeichermoduls (14) bei einem Wiederstarten des Antriebsmotors mittels des von dem mindestens einen Fahrzeugbordnetz (18) über die mindestens eine angesteuerte Anbindungskomponente (16) bereitgestellten Stroms (20) auf mindestens eine zweite Spannung oder Gesamtspannung aufzuladen; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (10) zusätzlich dazu ausgelegt ist, eine Soll-Aufladegeschwindigkeit für das Aufladen des mindestens einen Superkondensators (12) des Energiespeichermoduls (14) auf mindestens die zweite Spannung oder Gesamtspannung unter Berücksichtigung mindestens einer Fahrweise- und/oder Umgebungsinformation (22 bis 28) festzulegen, und den mindestens einen Superkondensator (12) des Energiespeichermoduls (14) mit einer der festgelegten Soll-Aufladegeschwindigkeit entsprechenden Ist-Aufladegeschwindigkeit mittels des von dem mindestens einen Fahrzeugbordnetz (18) bereitgestellten Stroms (20) aufzuladen.
  2. Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (10) dazu ausgelegt ist, die Soll-Aufladegeschwindigkeit auf höchstens einen ersten Sollwert festzulegen, sofern eine aktuelle und/oder prognostizierte Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs als die mindestens eine Fahrweiseinformation (22, 24) unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt und/oder das Fahrzeug mittels der mindestens einen Umgebungsinformation (26, 28) in einem vorgegebenen langsamen Verkehrsbereich lokalisiert ist, und die Soll-Aufladegeschwindigkeit auf mindestens einen zweiten Sollwert größer als dem ersten Sollwert festzulegen, sofern die aktuelle und/oder prognostizierte Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs als die mindestens eine Fahrweiseinformation (22, 24) über dem vorgegebenen Grenzwert liegt und/oder das Fahrzeug mittels der mindestens einen Umgebungsinformation (26, 28) in einem vorgegebenen schnellen Verkehrsbereich lokalisiert ist.
  3. Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuervorrichtung (10) dazu ausgelegt ist, als die mindestens eine Fahrweise- und/oder Umgebungsinformation (22 bis 28) mindestens ein von mindestens einem Unfallwarnsensor bereitgestelltes Warnsignal, mindestens eine von mindestens einem Umgebungssensor bereitgestellte Information (26), von einem globalen Positionsbestimmungssystem ausgegebene Ortsdaten (28), mindestens ein von einer intelligenten Ampel und/oder einer intelligenten Straßenverkehrsbeschilderung empfangenes Signal, über Funk und/oder mindestens einen fahrzeugeigenen Sensor bereitgestellte Verkehrssituationsdaten und/oder eine zum autonomen Fahren des Fahrzeugs festgelegte Fahrzeugtrajektorie (24) auszuwerten.
  4. Energiespeichermodul (14) für ein Fahrzeug mit: einer Steuervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und dem mindestens einen Superkondensator (12).
  5. Energiespeichermodul (14) nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine Superkondensator (12) mindestens ein Doppelschichtkondensator, mindestens ein Pseudokondensator und/oder mindestens ein Hybridsuperkondensator ist.
  6. Motorisierte Bremsvorrichtung (30) für ein Fahrzeug mit: mindestens einem elektrischen Motor (32), an welchem eine Steuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit dem zusammenwirkenden und mit dem mindestens einen Superkondensator (12) ausgestatteten Energiespeichermodul (14) so angebunden sind oder das Energiespeichermodul (14) nach Anspruch 4 oder 5 so angebunden ist, dass bei einem Ausfall oder einer Funktionsbeeinträchtigung des mindestens eines Fahrzeugbordnetzes (18) des Fahrzeugs der mindestens eine elektrische Motor (32) zumindest übergangsweise mittels des jeweiligen Energiespeichermoduls (14) bestrombar ist.
  7. Motorisierte Bremsvorrichtung (30) nach Anspruch 6, wobei die motorisierte Bremsvorrichtung ein hydraulisches Bremssystem, ein hydraulisches Pumpsystem mit mindestens einer Pumpe, eine motorisierte Kolben-Zylinder-Vorrichtung oder ein einem Hauptbremszylinder eines weiteren hydraulischen Bremssystems vorgelagerter elektromechanischer Bremskraftverstärker (30) ist.
  8. Verfahren zum Betreiben eines mit mindestens einem Superkondensator (12) ausgestatteten Energiespeichermoduls (14) eines Fahrzeugs mit dem Schritt: Aufladen des mindestens einen bei einem Abschalten eines Antriebsmotors des Fahrzeugs auf höchstens eine erste Spannung oder Gesamtspannung entladenen Superkondensators (12) des Energiespeichermoduls (14) bei einem Wiederstarten des Antriebsmotors mittels eines von mindestens einem Fahrzeugbordnetz (18) des Fahrzeugs bereitgestellten Stroms (20) auf mindestens eine zweite Spannung oder Gesamtspannung (S2); dadurch gekennzeichnet, dass eine Soll-Aufladegeschwindigkeit für das Aufladen des mindestens einen Superkondensators (12) des Energiespeichermoduls (14) auf mindestens die zweite Spannung oder Gesamtspannung unter Berücksichtigung mindestens einer Fahrweise- und/oder Umgebungsinformation (22 bis 28) festgelegt wird (S3); wobei der mindestens eine Superkondensator (12) des Energiespeichermoduls (14) mit einer der festgelegten Soll-Aufladegeschwindigkeit entsprechenden Ist-Aufladegeschwindigkeit mittels des von dem mindestens einen Fahrzeugbordnetz (18) bereitgestellten Stroms (20) aufgeladen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Soll-Aufladegeschwindigkeit auf höchstens einen ersten Sollwert festgelegt wird, sofern eine aktuelle und/oder prognostizierte Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs als die mindestens eine Fahrweiseinformation (22, 24) unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt und/oder das Fahrzeug mittels der mindestens einen Umgebungsinformation (26, 28) in einem vorgegebenen langsamen Verkehrsbereich lokalisiert wird, und die Soll-Aufladegeschwindigkeit auf mindestens einen zweiten Sollwert größer als dem ersten Sollwert festgelegt wird, sofern die aktuelle und/oder prognostizierte Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs als die mindestens eine Fahrweiseinformation (22, 24) über dem vorgegebenen Grenzwert liegt und/oder das Fahrzeug mittels der mindestens einen Umgebungsinformation (26, 28) in einem vorgegebenen schnellen Verkehrsbereich lokalisiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei mindestens ein von mindestens einem Unfallwarnsensor bereitgestelltes Warnsignal, mindestens eine von mindestens einem Umgebungssensor bereitgestellte Information (26), von einem globalen Positionsbestimmungssystem ausgegebene Ortsdaten (28), mindestens ein von einer intelligenten Ampel und/oder einer intelligenten Straßenverkehrsbeschilderung empfangenes Signal, über Funk und/oder mindestens einen fahrzeugeigenen Sensor bereitgestellte Verkehrssituationsdaten und/oder eine zum autonomen Fahren des Fahrzeugs festgelegte Fahrzeugtrajektorie (24) als die mindestens eine Fahrweise- und/oder Umgebungsinformation (22 bis 28) ausgewertet werden.
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