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Die Erfindung betrifft einen Notenergiespeicher für ein Fahrzeug. Ebenso betrifft die Erfindung einen elektromechanischen Bremskraftverstärker für ein Fahrzeug, ein Brems- und/oder Lenksystem für ein Fahrzeug und ein Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen Notenergiespeicher eines Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Energiespeichervorrichtung, welche der Anmelderin als interner Stand der Technik bekannt ist.
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Die in 1 schematisch dargestellte herkömmliche Energiespeichervorrichtung weist mehrere seriell verschaltete Speicherzellen 10a bis 10c auf. Jede der Speicherzellen 10a bis 10c ist mit mindestens einem Speicherkondensator ausgebildet. Außerdem hat die herkömmliche Energiespeichervorrichtung einen Spannungswandler 12 aus einer Spule L, einem Kondensator C und zwei MOSFETs als Schalterelemente S1 und S2.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft einen Notenergiespeicher für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen elektromechanischen Bremskraftverstärker für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 6, ein Brems- und/oder Lenksystem für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8, ein Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein Herstellungsverfahren für einen Notenergiespeicher eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft Möglichkeiten zum Bereitstellen einer „Notenergie“ oder Reserveenergie an mindestens eine Fahrzeugkomponente eines Fahrzeugs selbst bei einem Ausfall eines Bordnetzes des jeweiligen Fahrzeugs. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass in einer derartigen Situation mittels der vorliegenden Erfindung selbst bei einem Auftreten eines Fehlers in einer zur Energiebereitstellung genutzten Speicherzelle noch eine bestimmte Notenergie an die mindestens eine Fahrzeugkomponente bereitstellbar ist. Die vorliegende Erfindung trägt somit zur Steigerung eines Komfort- und Sicherheitsstandards des mit der mindestens einen Fahrzeugkomponente ausgestatteten Fahrzeugs bei, indem sie gewährleistet, dass selbst in einer derart selten auftretenden Notsituation ein von dem Fahrzeug gewünschtes Fahrverhalten mittels des Betriebs der mindestens einen Fahrzeugkomponente noch bewirkt oder unterstützt werden kann. Man kann dies auch damit umschreiben, dass die vorliegende Erfindung zusätzlich zu einer ersten Rückfallebene bei einem Ausfall des Bordnetzes noch eine sogenannte (verstärkte) zweite Rückfallebene bei einem Ausfall des Bordnetzes und bei einem gleichzeitigen Auftreten des Fehlers in einer zur Energiebereitstellung genutzten Speicherzelle schafft.
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Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bei der genauen Beschreibung ihrer Ausführungsformen erläutert.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Notenergiespeichers sind die Spannungswandler des Notenergiespeichers seriell verschaltet. Damit kann eine vergleichsweise hohe Gesamtspannung mittels der seriell verschalteten Spannungswandler an die mindestens eine Fahrzeugkomponente ausgegeben werden.
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Beispielsweise weist jeder der Spannungswandler des Notenergiespeichers je eine Spuleneinrichtung, je einen Kondensator und je zwei Schalterelemente auf. Die mindestens zwei Spannungswandler des Notenergiespeichers sind somit vergleichsweise kostengünstig und mittels eines relativ geringen Arbeitsaufwands herstellbar.
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Insbesondere kann jeder der Spannungswandler des Notenergiespeichers je zwei MOSFETs als seine zwei Schalterelemente aufweisen. Die zwei Schalterelemente pro Spannungswandler können somit vergleichsweise einfach ausgebildet sein.
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Bevorzugter Weise weist der Notenergiespeicher höchstens drei Spannungswandler auf, und der Notenergiespeicher umfasst einen B6-Gate-Treiber, mittels welchem die höchstens sechs Schalterelemente der höchstens drei Spannungswandler schaltbar sind. Damit kann ein vergleichsweise kostengünstiger und relativ häufig eingesetzter Treiber für den Notenergiespeicher verwendet werden. Dies erleichtert eine Produktion des Notenergiespeichers und trägt zur zusätzlichen Reduzierung seiner Herstellungskosten bei.
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Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei einem elektromechanischen Bremskraftverstärker für ein Fahrzeug, welcher einem Hauptbremszylinder des Fahrzeugs vorlagerbar oder vorgelagert ist und einen derart Notenergiespeicher umfasst, gewährleistet. Vorzugsweise weist der Notenergiespeicher höchstens drei Spannungswandler auf und der elektromechanische Bremskraftverstärker umfasst zusätzlich einen B12-Gate-Treiber, mittels welchem die höchstens sechs Schalterelemente der höchstens drei Spannungswandler des Notenergiespeichers sowie sechs weitere Schalterelemente einer Notenergiespeicher-externen Elektronik des elektromechanischen Bremskraftverstärkers schaltbar sind. Auch in diesem Fall kann ein relativ kostengünstiger und vergleichsweise häufig eingesetzter Treiber für den elektromechanischen Bremskraftverstärker verwendet werden, wodurch ein Herstellungsverfahren des elektromechanischen Bremskraftverstärkers vereinfacht und Herstellungskosten des elektromechanischen Bremskraftverstärkers gesenkt werden.
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Auch ein Brems- und/oder Lenksystem für ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Notenergiespeicher und/oder einem derartigen elektromechanischen Bremskraftverstärker realisiert die oben bereits erläuterten Vorteile.
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Ebenso werden die oben schon erläuterten Vorteile durch ein Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie und einem entsprechend ausgebildeten Notenergiespeicher bewirkt.
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Des Weiteren schafft auch ein Ausführen eines korrespondierenden Herstellungsverfahrens für einen Notenergiespeicher eines Fahrzeugs die oben bereits erläuterten Vorteile. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Herstellungsverfahren gemäß den Ausführungsformen des Notenergiespeichers weiterbildbar ist.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Energiespeichervorrichtung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Notenergiespeichers; und
- 3 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für einen Notenergiespeicher eines Fahrzeugs.
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Ausführungsformen der Erfindung
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Notenergiespeichers.
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Der in 2 schematisch dargestellte Notenergiespeicher ist an und/oder in einem Fahrzeug/Kraftfahrzeug einsetzbar/montierbar. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine Verwendbarkeit des Notenergiespeichers auf keinen bestimmten Fahrzeugtyp/Kraftfahrzeugtyp beschränkt ist.
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Der Notenergiespeicher weist mindestens zwei seriell verschaltete Speicherzellen 20a bis 20c auf. Jede der mindestens zwei Speicherzellen 20a bis 20c umfasst jeweils mindestens einen (nicht skizzierten) Speicherkondensator. Sofern zumindest eine der Speicherzellen 20a bis 20c mehrere Speicherkondensatoren aufweist, können die Speicherkondensatoren wahlweise als Parallelschaltung und/oder als Serienschaltung in der jeweiligen Speicherzelle 20a bis 20c verschaltet vorliegen. (Die in 2 dargestellte Ausbildung des Notenergiespeichers mit genau drei Speicherzellen 20a bis 20c ist nur beispielhaft zu interpretieren.)
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Unter dem mindestens einen Speicherkondensator der mindestens einen Speicherzelle 20a bis 20c kann z.B. ein elektrochemischer Kondensator, wie insbesondere ein Superkondensator (Super Capacitor, kurz Supercap oder SC), verstanden werden. Beispielsweise kann mindestens ein Hybrid-Superkondensator (Hybrid Super Capacitor, kurz HSC) als der mindestens eine Speicherkondensator in zumindest einer der Speicherzellen 20a bis 20c eingesetzt sein. Mindestens eine der Speicherzellen 20a bis 20c kann somit als Superkondensator-Zelle ausgebildet sein.
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Der Notenergiespeicher ist derart ausgebildet, dass eine in den zumindest zwei Speicherzellen 20a bis 20c des Notenergiespeichers gespeicherte Energie selbst bei einem Ausfall eines Bordnetzes des mit dem Notenergiespeicher ausgestatteten Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs noch als „Notenergie“ an mindestens eine Fahrzeugkomponente des jeweiligen Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs ausgegeben werden kann. Die mindestens eine Fahrzeugkomponente kann deshalb trotz des Ausfalls des Bordnetzes noch zumindest übergangsweise mittels der Ausgabe der „Notenergie“ weiterbetrieben werden, und somit Auswirkungen des Ausfalls des Bordnetzes zumindest übergangsweise abschwächen. Der Notenergiespeicher trägt damit zur Steigerung eines Komfort- und Sicherheitsstandards des jeweiligen Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs bei. Beispielsweise kann mindestens eine Komponente eines Bremssystems und/oder eines Lenksystems/einer Lenkung des Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs mittels der von dem Notenergiespeicher ausgegebenen „Notenergie“ trotz des Ausfalls des Bordnetzes noch so weiterbetrieben werden, dass ein Fahrer oder ein autonomes Steuersystem das Fahrzeug/Kraftfahrzeug noch vergleichsweise komfortabel und relativ sicher abbremsen und/oder lenken kann. Der Notenergiespeicher schafft auf diese Weise eine erste Rückfallebene zur Unterstützung des Fahrers oder des autonomen Steuersystems beim Lenken und/oder Abbremsen des Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs trotz des Ausfalls des Bordnetzes.
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Der Notenergiespeicher der 2 weist außerdem je einen Spannungswandler 22a bis 22c pro Speicherzelle 20a bis 20c des Notenergiespeichers auf, wobei jede der mindestens zwei Speicherzellen 20a bis 20c mit ihrem (speziell) zugeordneten Spannungswandler 22a bis 22c verbunden ist. Der Notenergiespeicher hat somit zumindest so viele Spannungswandler 22a bis 22c wie Speicherzellen 20a bis 20c. Vorzugsweise ist eine Speicherzellen-Gesamtanzahl von Speicherzellen 20a bis 20c des Notenergiespeichers gleich einer Spannungswandler-Gesamtanzahl von Spannungswandlern 22a bis 22c des Notenergiespeichers.
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Aufgrund der vorteilhaften Zuordnung eines „eigenen“ Spannungswandlers 22a bis 22c zu jeder der Speicherzellen 20a bis 20c des Notenergiespeichers kann jede der Speicherzellen 20a bis 20c des Notenergiespeichers unabhängig von den anderen Speicherzellen 20a bis 20c des Notenergiespeichers entladen werden. Deshalb kann auch ein an einer der Speicherzellen 20a bis 20c des Notenergiespeichers vorliegender Fehler überbrückt werden, indem die mindestens eine noch funktionsfähige Speicherzelle 20a bis 20c unabhängig von der fehlerhaften Speicherzelle 20a bis 20c entladen wird. Die Ausgabe der „Notenergie“ an die mindestens eine Fahrzeugkomponente ist somit bei einem Ausfall eines Bordnetzes des jeweiligen Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs trotz des an einer der Speicherzellen 20a bis 20c des Notenergiespeichers vorliegenden Fehlers noch möglich. Der Notenergiespeicher der 2 hat damit eine gegenüber dem Stand der Technik gesteigerte Redundanz, welche zur zusätzlichen Steigerung des Komfort- und Sicherheitsstandards des jeweiligen Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs beiträgt. Der Notenergiespeicher bewirkt deshalb nicht nur bei einem Ausfall des Bordnetzes die erste Rückfallebene, sondern realisiert bei Vorliegen eines Fehlers in mindestens einer seiner Speicherzellen 20a und 20c noch eine zweite Rückfallebene, in welcher der Fahrer oder das autonome Steuersystem ebenfalls mittels der noch ausgebbaren „Notenergie“ beim Lenken und/oder Abbremsen des Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs unterstützt wird. Eine „Doppelfehlersituation“ aufgrund des Ausfalls des Bordnetzes und des an einer der Speicherzellen 20a bis 20c vorliegenden Fehlers kann somit mittels der hohen Redundanz des Notenergiespeichers in ihren Auswirkungen noch zumindest abgeschwächt werden.
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Die Spannungswandler 22a bis 22c können auch jeweils als ein DC-DC-Spannungswandler, DC-DC-Konverter oder als ein Konverter bezeichnet werden. Wie in 2 erkennbar ist, sind die Spannungswandler 22a bis 22c des Notenergiespeichers seriell verschaltet. An Kontakten 24a und 24b des Notenergiespeichers ist somit eine Ausgangsspannung Vbackup abgreifbar, welche einer Summe der mittels der Speicherzellen 20a bis 20c bereitgestellten Einzelspannungen entspricht. Bei einem Vorliegen eines Fehlers an einer der Speicherzellen 20a bis 20c, bzw. bei einem Vorliegen eines Fehlers an mindestens einem Speicherkondensator der jeweiligen Speicherzelle 20a bis 20c und/oder an dem der jeweiligen Speicherzelle 20a bis 20c spezifisch zugeordneten Spannungswandler 22a bis 22c, ist an den Kontakten 24a und 24b dennoch eine Ausgangsspannung Vbackup abgreifbar ist, welche einer Summe der mindestens einen Einzelspannung der mindestens einen noch funktionsfähigen Speicherzelle 20a bis 20c entspricht. Das Vorliegen des Fehlers an einer der Speicherzellen 20a bis 20c führt somit nicht zu einer vollständigen Funktionsunfähigkeit des Notenergiespeichers, bzw. zu einem Abfall der Ausgangsspannung Vbackup auf null.
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Da jede der Speicherzellen 20a bis 20c mittels des ihr zugeordneten Spannungswandlers 22a bis 22c einzeln geschaltet werden kann, ist außerdem die an den Kontakten 24a und 24b abgreifbare Ausgangsspannung Vbackup variierbar. Ebenso benötigt der Notenergiespeicher zum Variieren der an den Kontakten 24a und 24b abgreifbaren Ausgangsspannung Vbackup auch keinen zusätzlichen Schaltkreis.
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In dem Beispiel der 2 weist jeder der Spannungswandler 22a bis 22c des Notenergiespeichers je eine Spuleneinrichtung/Spule La bis Lc, je einen Kondensator Ca bis Cc und je zwei Schalterelemente S1a bis S1c und S2a bis S2c auf. Ein erster Kontakt der jeweiligen Speicherzelle 20a bis 20c kann über die Spuleneinrichtung La bis Lc und das zweite Schalterelement S2a bis S2c des zugeordneten Spannungswandlers 22a bis 22c mit einer ersten Elektrode des Kondensators Ca bis Cc des zugeordneten Spannungswandlers 22a bis 22c verbunden sein, während ein zweiter Kontakt der jeweiligen Speicherzelle 20a bis 20c mit einer zweiten Elektrode des Kondensators Ca bis Cc des zugeordneten Spannungswandlers 22a bis 22c verbunden ist und das erste Schalterelement S1a bis S1c des jeweiligen Spannungswandlers 22a bis 22c parallel zu dem zweiten Schalterelement S2a bis S2c und dem Kondensator Ca bis Cc des jeweiligen Spannungswandlers 22a bis 22c angeordnet ist. Für die Kondensatoren Ca bis Cc werden nur so kleinvolumige Kondensatortypen benötigt, dass ein Gesamtvolumen der Kondensatoren Ca bis Cc des Notenergiespeichers geringer als ein Mindestvolumen des oben genannten Kondensators C der herkömmlichen Energiespeichervorrichtung sein kann. Entsprechend kann ein Gesamtvolumen der Spuleneinrichtungen La bis Lc kleiner als ein Mindestvolumen der oben genannten Spuleneinrichtung L der herkömmlichen Energiespeichervorrichtung sein. Das mittels der 2 wiedergegebene Design des Notenenergiespeichers kann somit auch zu dessen Minimierung genutzt werden.
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Jeder der Spannungswandler 22a bis 22c des Notenergiespeichers kann beispielsweise je zwei MOSFETs als seine zwei Schalterelemente S1a bis S1c und S2a bis S2c haben. Da jeder der verwendeten MOSFETs nur für eine vergleichsweise geringe Betriebsspannung ausgelegt sein muss, insbesondere verglichen mit den oben genannten Schalterelementen S1 und S2 der herkömmlichen Energiespeichervorrichtung, können vergleichsweise kostengünstige MOSFETs für den Notenergiespeicher eingesetzt werden. Außerdem haben die beim Notenenergiespeicher der 2 eingesetzten MOSFETs geringere Spannungsverluste als ein für die Schalterelemente S1 und S2 der herkömmlichen Energiespeichervorrichtung normalerweise eingesetzter MOSFET mit höherem Spannungsniveau.
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Sofern der Notenergiespeicher höchstens drei Spannungswandler 22a bis 22c aufweist, kann der Notenergiespeicher einen B6-Gate-Treiber (B6 Gate Driver), mittels welchem die höchstens sechs Schalterelemente S1a bis S1c und S2a bis S2c der höchstens drei Spannungswandler 22a bis 22c schaltbar sind, umfassen. Für die Herstellung des Notenergiespeichers kann somit ein häufig eingesetztes Gate-Treiberteil verwendet werden. Dies vereinfacht die Herstellung des Notenergiespeichers und trägt zur Reduzierung seiner Herstellungskosten bei.
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Mittels des vorausgehend beschriebenen Notenergiespeichers kann beispielsweise zumindest eine Bremsdruckaufbauvorrichtung des jeweiligen Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise ein ESP, trotz eines Ausfalls seines Bordnetzes noch zumindest übergangsweise betrieben werden. Der Notenergiespeicher kann deshalb vorteilhaft an und/oder in einem Bremssystem integriert sein. Die mindestens eine Bremsdruckaufbauvorrichtung kann beispielsweise ein elektromechanischer Bremskraftverstärker sein, welcher einem Hauptbremszylinder des Fahrzeugs derart vorlagerbar/vorgelagert ist, dass mittels des durch die Ausgangsspannung Vbackup bewirkten Betriebs des elektromechanischen Bremskraftverstärkers ein Druck in dem Hauptbremszylinder und in mindestens einem daran angebundenen Radbremszylinder steigerbar ist/gesteigert wird. In der Ausführungsform der 2 weist der Notenergiespeicher beispielhaft drei Speicherzellen 20a bis 20c auf. Die drei Speicherzellen 20a bis 20c sind ausreichend zum Gewährleisten zumindest eines zeitweisen Betriebs des elektromechanischen Bremskraftverstärkers selbst bei einem Ausfall des Bordnetzes des Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs. Das Fahrzeug/Kraftfahrzeug kann somit selbst in einer derartigen Situation noch verlässlich mittels der Ausgangsspannung Vbackup abgebremst werden, wobei wahlweise ein autonomes Abbremsen oder ein fahrerunterstützendes Abbremsen möglich ist.
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Insbesondere kann der in 2 schematisch wiedergegebene Notenergiespeicher an und/oder in dem elektromechanischen Bremskraftverstärker verbaut sein. Ein herkömmlicher elektromechanischer Bremskraftverstärker weist in der Regel sechs MOSFETs als Schalterelemente auf. Sofern der Notenergiespeicher höchstens drei Spannungswandler 22a bis 22c aufweist, kann der elektromechanische Bremskraftverstärker deshalb auch einen B12-Gate-Treiber (B12 Gate Driver) aufweisen, mittels welchem die höchstens sechs Schalterelemente S1a bis S1c und S2a bis S2c des Notenergiespeichers sowie die sechs weiteren Schalterelemente der Notenergiespeicher-externen Elektronik des elektromechanischen Bremskraftverstärkers schaltbar sind.
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Außerdem kann der Notenergiespeicher (evtl. zusätzlich zu dem elektromechanischen Bremskraftverstärker) auch eine andere Bremsdruckaufbaukomponente nach Ausfall des Bordnetzes des Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs noch zumindest für eine Übergangszeit betreiben. Beispielsweise kann der Notenergiespeicher mindestens eine Motorkomponente einer Lenkung/eines Lenksystems nach Ausfall des Bordnetzes mittels der Ausgangsspannung Vbackup betreiben. (Sofern der Notenergiespeicher auch für eine Lenkung mitgenutzt wird, ist es häufig vorteilhaft, die Anzahl seiner Speicherzellen 20a bis 20c auf vier Speicherzellen zu steigern.) Der Notenergiespeicher kann deshalb auch vorteilhaft an und/oder in einer Lenkung für ein Fahrzeug, bzw. einem Brems- und Lenksystem für ein Fahrzeug, integriert sein. Ebenso ist ein Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie und dem Notenergiespeicher vorteilhaft.
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3 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für einen Notenergiespeicher eines Fahrzeugs.
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Mittels des im Weiteren beschriebenen Herstellungsverfahrens kann beispielsweise der vorausgehend erläuterte Notenergiespeicher hergestellt werden. Eine Ausführbarkeit des Herstellungsverfahrens ist jedoch nicht auf diesen Notenergiespeicher limitiert.
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In einem Verfahrensschritt S1 werden mindestens zwei Speicherzellen seriell (miteinander) verschaltet, wobei jede der mindestens zwei Speicherzellen jeweils mindestens einen Speicherkondensator umfasst. Außerdem weist das Herstellungsverfahren noch zumindest einen Verfahrensschritt S2 auf, in welchem zumindest ein Spannungswandler des Notenergiespeichers ausgebildet wird. Dabei wird in dem Verfahrensschritt S2 der Notenergiespeicher mit je einem Spannungswandler pro Speicherzelle des Notenergiespeichers (als dem zumindest einen Spannungswandler) ausgebildet, wobei jede der mindestens zwei Speicherzellen mit ihrem zugeordneten Spannungswandler verbunden wird.
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Die Verfahrensschritte S1 und S2 können in beliebiger Reihenfolge, gleichzeitig oder zeitlich überlappend ausgeführt werden.
