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EINLEITUNG
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Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen ein elektrisches Energiesystem für ein autonomes Fahrzeug.
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Einige Fahrzeuge können zum teilweisen oder vollständigen autonomen Betrieb ausgestattet sein. Um autonom zu arbeiten, sind Fahrzeuge mit vielen elektrischen energieverbrauchenden Vorrichtungen ausgestattet, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Sensoren, Stellglieder, Prozessoren usw. Diese elektrischen Vorrichtungen verbrauchen eine große Menge elektrischer Energie, die von einem elektrischen Energiesystem geliefert wird. Zusätzlich zur Bereitstellung der großen Energiemengen, die zum autonomen Betrieb des Fahrzeugs erforderlich ist, muss das elektrische Energiesystem für autonome Fahrzeuge auch ein redundantes System sein, um im Falle eines elektrischen Fehlers für einen bestimmten Zeitraum fortgesetzten Betrieb bereitzustellen.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein elektrisches Energiesystem wird bereitgestellt. Das elektrische Energiesystem beinhaltet ein Energierückgewinnungssystem, das betreibbar ist, um kinetische Energie bei einer ersten Spannung in elektrische Energie umzuwandeln. Eine primäre Energiespeichervorrichtung ist elektrisch mit dem Energierückgewinnungssystem verbunden, um die elektrische Energie bei der ersten Spannung zu empfangen und zu liefern. Ein bidirektionaler Gleichspannungswandler ist elektrisch mit dem Energierückgewinnungssystem und der primären Energiespeichervorrichtung verbunden. Der bidirektionale Gleichspannungswandler ist betreibbar, um die elektrische Energie zwischen der ersten Spannung und einer zweiten Spannung umzuwandeln. Eine sekundäre Energiespeichervorrichtung ist elektrisch mit dem bidirektionalen Gleichspannungswandler verbunden, um die elektrische Energie bei der zweiten Spannung zu empfangen und zu liefern. Eine erste Spannungslast ist in einer Parallelschaltung mit dem Energierückgewinnungssystem und der primären Energiespeichervorrichtung angeordnet. Eine zweite Spannungslast ist in einer Parallelschaltung mit der sekundären Energiespeichervorrichtung angeordnet.
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In einer Ausführungsform des elektrischen Energiesystems beträgt die erste Spannung nominal 48 Volt und die zweite Spannung nominal 12 Volt.
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In einem Aspekt des elektrischen Energiesystems beinhaltet der bidirektionale Gleichspannungswandler einen Trennschalter, der betreibbar ist, um die primäre Energiespeichervorrichtung, das Energierückgewinnungssystem und die erste Spannungslast von der sekundären Energiespeichervorrichtung und der zweiten Spannungslast zu isolieren.
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In einem anderen Aspekt des elektrischen Energiesystems ist ein Anlasser elektrisch mit der primären Energiespeichervorrichtung in einer parallelen Schaltung verbunden. Der Anlasser kann bei der ersten Spannung betrieben werden, um einen Motor zum Starten des Motors zu drehen.
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In einem anderen Aspekt des elektrischen Energiesystems beinhaltet das Energierückgewinnungssystem einen Generator mit hoher Effizienz, der bei der ersten Spannung elektrische Energie erzeugt, z. B. 48 Volt nominal.
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In einem Aspekt des elektrischen Energiesystems beinhaltet die erste Spannungslast eine erste spannungsautonome Systemlast und eine erste spannungsunabhängige Systemlast. In einem anderen Aspekt des elektrischen Energiesystems beinhaltet die zweite Spannungslast eine zweite spannungsautonome Systemlast und eine zweite spannungsunabhängige Systemlast.
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In einem Aspekt des elektrischen Energiesystems beinhaltet die primäre Energiespeichervorrichtung einen Primärvorrichtungs-Trennschalter. Der Primärvorrichtungs-Trennschalter ist betreibbar, um die primäre Energiespeichervorrichtung im Falle eines elektrischen Fehlers zu isolieren. In einer Ausführungsform ist der Primärvorrichtungs-Trennschalter normalerweise geschlossen und öffnet sich in Reaktion auf einen elektrischen Fehler. In einem anderen Aspekt des elektrischen Energiesystems beinhaltet die sekundäre Energiespeichervorrichtung einen Sekundärvorrichtungs-Trennschalter, der zum Isolieren der sekundären Energiespeichervorrichtung im Falle eines elektrischen Fehlers betreibbar ist. In einer Ausführungsform ist der Sekundärvorrichtungs-Trennschalter normalerweise geschlossen und öffnet sich in Reaktion auf einen elektrischen Fehler. In einem anderen Aspekt des elektrischen Energiesystems beinhaltet das Energierückgewinnungssystem einen Rückgewinnungs-Trennschalter, der betreibbar ist, um das Energierückgewinnungssystem im Falle eines elektrischen Fehlers zu isolieren. In einer Ausführungsform ist der Rückgewinnungs-Trennschalter normalerweise geschlossen und öffnet sich in Reaktion auf einen elektrischen Fehler.
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In einem Aspekt des elektrischen Energiesystems ist eine Steuerung verbunden und betreibbar, um jedes der Energierückgewinnungssysteme, den Rückgewinnungs-Trennschalter, die primäre Energiespeichervorrichtung, den Primärvorrichtungs-Trennschalter, den bidirektionalen Gleichspannungswandler, den Wandler-Trennschalter, die sekundäre Energiespeichervorrichtung und den Sekundärvorrichtungs-Trennschalter zu steuern. Zusätzlich kann die Steuerung mit dem Anlasser verbunden und betreibbar sein.
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In einem Aspekt des elektrischen Energiesystems verbindet eine isolierte gemeinsame Leitung das Energierückgewinnungssystem, die primäre Energiespeichervorrichtung, die erste Spannungslast, den bidirektionalen Gleichspannungswandler, die sekundäre Energiespeichervorrichtung und die zweite Spannungslast.
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Ein autonomes Fahrzeug wird ebenfalls bereitgestellt. Das autonome Fahrzeug beinhaltet einen Antriebsstrang und ein elektrisches Energiesystem. Das elektrische Energiesystem beinhaltet ein Energierückgewinnungssystem, das mit dem Antriebsstrang gekoppelt ist. Das Energierückgewinnungssystem kann betrieben werden, um kinetische Energie von dem Antriebsstrang mit einer Nennspannung von 48 Volt in elektrische Energie umzuwandeln. Eine primäre Energiespeichervorrichtung ist in einer Parallelschaltung elektrisch mit dem Energierückgewinnungssystem verbunden. Die primäre Energiespeichervorrichtung ist betreibbar, um elektrische Energie bei nominal 48 Volt zu empfangen und zu liefern. Ein Anlasser ist mit dem Antriebsstrang verbunden und elektrisch mit der primären Energiespeichervorrichtung in einer parallelen Schaltung verbunden. Der Anlasser ist in Reaktion auf elektrische Energie bei nominal 48 Volt zum Drehen des Antriebsstrangs betreibbar. Eine autonome 48-Volt-Systemlast ist parallel zu dem Energierückgewinnungssystem und der primären Energiespeichervorrichtung angeordnet. Die autonome 48-Volt-Systemlast versorgt elektrische 48-Volt-Komponenten des autonomen Antriebssystems des Fahrzeugs mit nominal 48 Volt. Ein bidirektionaler Gleichspannungswandler ist elektrisch mit dem Energierückgewinnungssystem und der primären Energiespeichervorrichtung verbunden. Der bidirektionale Gleichspannungswandler ist betreibbar, um die elektrische Energie zwischen nominal 48 Volt und nominal 12 Volt umzuwandeln. Eine sekundäre Energiespeichervorrichtung ist elektrisch mit dem bidirektionalen Gleichspannungswandler verbunden und betreibbar, um elektrische Energie bei nominal 12 Volt zu empfangen und zu liefern. Eine autonome 12-Volt-Systemlast ist in einer Parallelschaltung mit der sekundären Energiespeichervorrichtung angeordnet. Die autonome 12-Volt-Systemlast versorgt elektrische 12-Volt-Komponenten des autonomen Antriebssystems des Fahrzeugs mit nominal 12 Volt. Eine isolierte gemeinsame Leitung verbindet das Energierückgewinnungssystem, die primäre Energiespeichervorrichtung, die autonome 48-Volt-Systemlast, den bidirektionalen Gleichspannungswandler, die sekundäre Energiespeichervorrichtung und die autonome 12-Volt-Systemlast.
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In einem Aspekt des autonomen Fahrzeugs beinhaltet der bidirektionale Gleichspannungswandler einen Trennschalter, der betreibbar ist, um die primäre Energiespeichervorrichtung, das Energierückgewinnungssystem und die autonome 48-Volt Systemlast von der sekundären Energiespeichervorrichtung und der autonomen 12-Volt-Systemlast zu isolieren. In einem anderen Aspekt des autonomen Fahrzeugs beinhaltet die primäre Energiespeichervorrichtung einen Primärvorrichtungs-Trennschalter, der betreibbar ist, um die primäre Energiespeichervorrichtung zu isolieren. Zusätzlich beinhaltet die sekundäre Energiespeichervorrichtung einen Sekundärvorrichtungs-Trennschalter, der betreibbar ist, um die sekundäre Energiespeichervorrichtung zu isolieren, wobei das Energierückgewinnungssystem einen Rückgewinnungs-Trennschalter beinhaltet, der betreibbar ist, um das Energierückgewinnungssystem zu isolieren.
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Dementsprechend arbeiten das Energierückgewinnungssystem, der Anlasser, die primäre Energiespeichervorrichtung und einige der autonomen Systemlasten bei der ersten Spannung, z. B. 48 Volt nominal. Das hierin beschriebene Energieversorgungssystem verwendet kinetische Energie, beispielsweise vom Antriebsstrang des Fahrzeugs, um die elektrische Energie bei der ersten Spannung, z. B. 48 Volt nominal, zu erzeugen. Die elektrische Energie aus dem Energierückgewinnungssystem kann verwendet werden, um die autonomen Systemlasten zu versorgen. Der bidirektionale Gleichspannungswandler wandelt die elektrische Energie bei 48 Volt in 12 Volt für die sekundäre Energiespeichervorrichtung um. Die sekundäre Energiespeichervorrichtung kann verwendet werden, um andere autonome Fahrzeugsysteme mit 12 Volt zu versorgen. In dem Fall, dass die primäre Energiespeichervorrichtung fehlerhaft ist, kann die primäre Energiespeichervorrichtung isoliert werden und die sekundäre Energiespeichervorrichtung kann verwendet werden, um alle Komponenten des autonomen Fahrzeugsystems entweder direkt oder über die bidirektionale Gleichstrom-Steuerung zu versorgen. In dem Fall, dass die sekundäre Energiespeichervorrichtung fehlerhaft ist, kann die sekundäre Energiespeichervorrichtung isoliert werden und die primäre Energiespeichervorrichtung kann verwendet werden, um alle Komponenten des autonomen Fahrzeugsystems entweder direkt oder über die bidirektionale Gleichstrom-Steuerung zu versorgen. Dementsprechend stellt das hierin beschriebene elektrische Energiesystem eine effiziente und redundante elektrische Energiequelle zum Antreiben der autonomen Antriebssysteme des Fahrzeugs bereit.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren lassen sich leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Durchführungsarten der Lehren ableiten, wenn diese in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Ansicht eines elektrischen Energiesystems für ein autonomes Fahrzeug.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Begriffe, wie „über“, „unter“, „nach oben“, „nach unten“, „oben“, „unten“ usw., beschreibend für die Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen des Umfangs der durch die beigefügten Patentansprüche definierten Offenbarung darstellen. Weiterhin können die Lehren hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl an Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die dazu konfiguriert sind, die spezifizierten Funktionen auszuführen.
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Bezugnehmend auf 1 ist ein elektrisches Energiesystem allgemein mit 20 bezeichnet, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen. Das elektrische Energiesystem 20 kann in ein Fahrzeug integriert werden, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf ein Auto, einen Lastwagen, einen Lieferwagen, einen SUV, ein Geländefahrzeug, einen Zug, ein Flugzeug oder eine andere bewegliche Plattform. So kann beispielsweise das elektrische Energiesystem 20 in ein Fahrzeug integriert sein, das zumindest teilweise autonom ist, d. h. ein Fahrzeug, das zumindest teilweise autonom arbeiten kann.
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Das elektrische Energiesystem 20 kann mit einem Antriebsstrang 22, wie einem Antriebsstrang 22 eines Fahrzeugs, gekoppelt sein. Der Antriebsstrang 22 kann zum Beispiel einen Motor 24 und ein Getriebe 26 beinhalten. Der Motor 24 kann einen Verbrennungsmotor 24 beinhalten, der gedreht wird, um die Zündung zu starten, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Motor 24 erzeugt ein Drehmoment, das durch das Getriebe 26 auf mindestens ein Antriebsrad übertragen wird. Die spezielle Art, die Konfiguration, die Konstruktion und der Betrieb des Antriebsstrangs 22 einschließlich des Motors 24 und des Getriebes 26 sind nicht relevant für die Lehren dieser Offenbarung und werden daher hierin nicht ausführlich beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet das elektrische Energiesystem 20 ein Energierückgewinnungssystem 28. Das Energierückgewinnungssystem 28 ist mit dem Antriebsstrang 22 gekoppelt und ist betreibbar, um kinetische Energie von dem Antriebsstrang 22 bei einer ersten Spannung V1 in elektrische Energie umzuwandeln. Das Energierückgewinnungssystem 28 kann mit dem Antriebsstrang 22 in einer Weise gekoppelt werden, die es dem Energierückgewinnungssystem 28 ermöglicht, kinetische Energie vom Antriebsstrang 22 zu empfangen. Die spezifische Art und Weise, in der das Energierückgewinnungssystem 28 mit dem Antriebsstrang 22 gekoppelt ist, ist nicht relevant für die Lehren dieser Offenbarung, wird von Fachleuten verstanden und wird daher hierin nicht ausführlich beschrieben. Das Energierückgewinnungssystem 28 kann einen Generator mit hoher Effizienz 30 beinhalten, der betrieben wird, um elektrische Energie bei der ersten Spannung V1 zu erzeugen, ist aber nicht darauf beschränkt. Wie hierin verwendet, kann der Begriff „hohe Effizienz“ als eine Vorrichtung definiert werden, die in der Lage ist, mehr als 80 % der kinetischen Energie in elektrische Energie umzuwandeln. In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das Energierückgewinnungssystem einen Generator 30, der in der Lage ist, 10 kW elektrische Energie bei 48 Volt mit einem Wirkungsgrad von ungefähr 90 % zu erzeugen. In einer exemplarischen Ausführungsform beträgt die erste Spannung V1 nominal 48 Volt. In anderen Ausführungsformen kann die erste Spannung V1 jedoch von den in der exemplarischen Ausführungsform beschriebenen nominalen 48 Volt abweichen.
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Das Energierückgewinnungssystem 28 beinhaltet einen Rückgewinnungs-Trennschalter 32. Der Rückgewinnungs-Trennschalter 32 ist betreibbar, um das Energierückgewinnungssystem 28 von dem elektrischen Energiesystem 20 in Reaktion auf einen elektrischen Fehler im Energierückgewinnungssystem 28 zu isolieren. Der Rückgewinnungs-Trennschalter 32 ist normalerweise geschlossen, sodass das Energierückgewinnungssystem mit dem elektrischen Energiesystem 20 verbunden ist. Jedoch kann der Rückgewinnungs-Trennschalter, wenn er durch eine Steuerung 34 betätigt wird, in einen offenen Zustand bewegt werden, um das Energierückgewinnungssystem 28 vom elektrischen Energiesystem 20 zu trennen und zu isolieren. Der Rückgewinnungs-Trennschalter 32 kann eine mechanische Schaltvorrichtung oder eine Halbleiterschaltvorrichtung beinhalten, die in der Lage ist, das Energierückgewinnungssystem 28 von den anderen Komponenten des elektrischen Energiesystems 20 zu trennen. Wie oben erwähnt, wird der Rückgewinnungs-Trennschalter 32 durch die Steuerung 34 betätigt.
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Ein Anlasser 36 ist mit dem Antriebsstrang 22 gekoppelt. Der Anlasser 36 ist in Reaktion auf elektrische Energie bei der ersten Spannung V1 zum Drehen des Antriebsstrangs 22 betreibbar. Der Anlasser 36 kann einen Elektromotor und einen Bendix-Antrieb zum Einrücken eines Hohlrades an einem Schwungrad des Motors 24 zum Drehen des Motors 24 beinhalten, ist aber nicht darauf beschränkt, wie Fachleuten bekannt ist. Wie oben erwähnt, arbeitet der Anlasser 36 mit der ersten Spannung V1. Dementsprechend arbeitet der Anlasser 36 in der hierin beschriebenen exemplarischen Ausführungsform nominal bei 48 Volt. Der Anlasser 36 ist in einer Parallelschaltung elektrisch mit der primären Energiespeichervorrichtung 38 verbunden. Zusätzlich ist der Anlasser 36 in einer Parallelschaltung elektrisch mit dem Energierückgewinnungssystem 28 verbunden.
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Die primäre Energiespeichervorrichtung 38 ist elektrisch mit dem Energierückgewinnungssystem 28 verbunden, um die elektrische Energie bei der ersten Spannung V1 zu empfangen und zu liefern. In der hierin beschriebenen exemplarischen Ausführungsform arbeitet die primäre Energiespeichervorrichtung 38 nominal bei 48 Volt. Die primäre Energiespeichervorrichtung 38 kann eine wiederaufladbare Vorrichtung beinhalten, die in der Lage ist, elektrische Energie zu speichern, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf Ultra-Kondensatoren, Batterien, Batteriesätze, Batteriezellen oder eine Kombination derselben.
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Die primäre Energiespeichervorrichtung 38 beinhaltet einen Primärvorrichtungs-Trennschalter 40. Der Primärvorrichtungs-Trennschalter 40 ist betreibbar, um die primäre Energiespeichervorrichtung 38 von den anderen Komponenten des elektrischen Energiesystems 20 in Reaktion auf einen elektrischen Fehler in der primären Energiespeichervorrichtung 38 zu isolieren. Der Primärvorrichtungs-Trennschalter 40 ist normalerweise geschlossen, sodass die primäre Energiespeichervorrichtung 38 mit dem elektrischen Energiesystem 20 verbunden ist. Jedoch kann der Primärvorrichtungs-Trennschalter 40, wenn er durch die Steuerung 34 betätigt wird, in einen offenen Zustand bewegt werden, um die primäre Energiespeichervorrichtung 38 vom elektrischen Energiesystem 20 zu trennen und zu isolieren. Der Primärvorrichtungs-Trennschalter 40 kann eine mechanische Schaltvorrichtung oder eine Halbleiterschaltvorrichtung beinhalten, die in der Lage ist, die primäre Energiespeichervorrichtung 38 von den anderen Komponenten des elektrischen Energiesystems 20 zu trennen. Wie oben erwähnt, wird der Primärvorrichtungs-Trennschalter 40 durch die Steuerung 34 betätigt.
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Eine erste Spannungslast 42 ist in einer Parallelschaltung mit dem Energierückgewinnungssystem 28 angeordnet. Die erste Spannungslast 42 ist ebenfalls in einer Parallelschaltung mit der primären Energiespeichervorrichtung 38 angeordnet. In der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsform kann die erste Spannungslast 42 eine erste spannungsautonome Systemlast 44 und eine erste spannungsunabhängige Systemlast 46 beinhalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die erste spannungsautonome Systemlast 44 beinhaltet die Lasten, die mit dem Betrieb eines autonomen Antriebssystems des Fahrzeugs verbunden sind, das bei der ersten Spannung V1 arbeitet, z. B. den hierin beschriebenen beispielhaften 48 Volt. Die erste spannungsautonome Systemlast 44 kann Lasten eines elektrischen Servolenkungsaktuators und eines elektrischen Bremsaktuators, autonome Fahrprozessoren usw. beinhalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die erste spannungsunabhängige Systemlast 46 beinhaltet die Lasten, die nicht mit dem Betrieb des autonomen Antriebssystems verbunden sind, die bei der ersten Spannung V1 arbeiten, z. B. den hierin beschriebenen beispielhaften 48 Volt. Die erste spannungsunabhängige Systemlast 46 kann Lasten eines elektrischen Heizers, eines elektrischen Turboladers, Lichter usw. beinhalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Das elektrische Energiesystem 20 beinhaltet ferner einen bidirektionalen Gleichspannungswandler 48. Der bidirektionale Gleichspannungswandler 48 ist elektrisch mit dem Energierückgewinnungssystem 28, dem Anlasser 36, der primären Energiespeichervorrichtung 38, der ersten Spannungslast 42, einer sekundären Energiespeichervorrichtung 50 und einer zweiten Spannungslast 52 verbunden. Der bidirektionale Gleichspannungswandler 48 ist betreibbar, um elektrische Energie zwischen der ersten Spannung V1 und einer zweiten Spannung V2 umzuwandeln. In der hierin beschriebenen exemplarischen Ausführungsform beträgt die zweite Spannung V2 nominal 12 Volt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die zweite Spannung V2 von den beispielhaften nominalen 12 Volt abweichen kann. In der hierin beschriebenen exemplarischen Ausführungsform unterscheidet sich die zweite Spannung V2 wesentlich von der ersten Spannung V1. In anderen Ausführungsformen können jedoch die zweite Spannung V2 und die erste Spannung V1 im Wesentlichen ähnlich sein. In der hierin beschriebenen exemplarischen Ausführungsform ist der bidirektionale Gleichspannungswandler 48 betreibbar, um elektrische Energie aus der sekundären Energiespeichervorrichtung 50 bei der zweiten Spannung V2, z. B. 12 Volt, in elektrische Energie bei der ersten Spannung V1, z. B. 48 Volt, umzuwandeln. Weiterhin ist der bidirektionale Gleichspannungswandler 48 betreibbar, um elektrische Energie aus dem Energierückgewinnungssystem 28 und/oder der primären Energiespeichervorrichtung 38 bei der ersten Spannung V1, z. B. 48 Volt, in elektrische Energie bei der zweiten Spannung V2, z. B. 12 Volt, umzuwandeln. Der bidirektionale Gleichspannungswandler 48 kann eine Vorrichtung beinhalten, die in der Lage ist, einen Gleichstrom an der ersten Spannung V1 in einen Gleichstrom bei der zweiten Spannung V2 in einer ersten Richtung und einen Gleichstrom an der zweiten Spannung V2 in einen Gleichstrom in einer zweiten Richtung umzuwandeln.
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Der bidirektionale Gleichspannungswandler 48 beinhaltet einen Wandler-Trennschalter 54. Der Wandler-Trennschalter 54 ist betreibbar, um die primäre Energiespeichervorrichtung 38, das Energierückgewinnungssystem 28, den Anlasser 36 und die erste Spannungslast 42 von der sekundären Energiespeichervorrichtung 50 und der zweiten Spannungslast 52 in Reaktion auf einen elektrischen Fehler in dem elektrischen Energiesystem 20 zu isolieren. Die Steuerung 34 steuert den Betrieb des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 48, einschließlich des Wandler-Trennschalters 54, um den Stromfluss zwischen der primären Energiespeichervorrichtung 38, dem Energierückgewinnungssystem 28, dem Anlasser 36 und der ersten Spannungslast 42 von der sekundären Energiespeichervorrichtung 50 und der zweiten Spannungslast 52 zu steuern. Der Wandler-Trennschalter 54 kann eine mechanische Schaltvorrichtung oder eine Halbleiterschaltvorrichtung beinhalten, die in der Lage ist, die primäre Energiespeichervorrichtung 38, das Energierückgewinnungssystem 28, den Anlasser 36 und die erste Spannungslast 42 von der sekundären Energiespeichervorrichtung 50 und der zweiten Spannungslast 52 zu trennen.
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Die sekundäre Energiespeichervorrichtung 50 ist elektrisch mit dem bidirektionalen Gleichspannungswandler 48 verbunden und betreibbar, um elektrische Energie bei der zweiten Spannung V2 zu empfangen und zu liefern. In der hierin beschriebenen exemplarischen Ausführungsform arbeitet die sekundäre Energiespeichervorrichtung 50 nominal bei 12 Volt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die sekundäre Energiespeichervorrichtung 50 mit einer Spannung arbeiten kann, die sich von den hierin beschriebenen exemplarischen nominalen 12 Volt unterscheidet. Die sekundäre Energiespeichervorrichtung 50 kann eine wiederaufladbare Vorrichtung beinhalten, die in der Lage ist, elektrische Energie zu speichern, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf Ultra-Kondensatoren, Batterien, Batteriesätze, Batteriezellen oder eine Kombination derselben.
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Die zweite Spannungslast 52 ist in einer Parallelschaltung mit der sekundären Energiespeichervorrichtung 50 angeordnet. In der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsform kann die zweite Spannungslast 52 eine erste spannungsautonome Systemlast 56 und eine zweite spannungsunabhängige Systemlast 58 beinhalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die zweite spannungsautonome Systemlast 56 beinhaltet die Lasten, die mit dem Betrieb eines autonomen Antriebssystems des Fahrzeugs verbunden sind, das bei der zweiten Spannung V2 arbeitet, z. B. den hierin beschriebenen beispielhaften 12 Volt. Die zweite spannungsautonome Systemlast 56 kann Lasten von Sensoren, Prozessoren usw. enthalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die zweite spannungsunabhängige Systemlast 58 beinhaltet die Lasten, die nicht mit dem Betrieb des autonomen Antriebssystems verbunden sind, die bei der zweiten Spannung V2 arbeiten, z. B. den hierin beschriebenen beispielhaften 12 Volt. Die zweite spannungsunabhängige Systemlast 58 kann Lasten von einem Radio, einem Anzeigebildschirm, elektrischen Fenstern, Innenleuchten usw. beinhalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Die sekundäre Energiespeichervorrichtung 50 beinhaltet einen Sekundärvorrichtungs-Trennschalter 60. Der Sekundärvorrichtungs-Trennschalter 60 ist betreibbar, um die sekundäre Energiespeichervorrichtung 50 von den anderen Komponenten des elektrischen Energiesystems 20 zu isolieren. Der Sekundärvorrichtungs-Trennschalter 60 ist normalerweise geschlossen, sodass die sekundäre Energiespeichervorrichtung 50 mit dem elektrischen Energiesystem 20 verbunden ist. Jedoch kann der Sekundärvorrichtungs-Trennschalter 60, wenn er durch die Steuerung 34 betätigt wird, in einen offenen Zustand bewegt werden, um die sekundäre Energiespeichervorrichtung 50 vom elektrischen Energiesystem 20 in Reaktion auf einen elektrischen Fehler in der sekundären Energiespeichervorrichtung 50 zu trennen und zu isolieren. Der Sekundärvorrichtungs-Trennschalter 60 kann eine mechanische Schaltvorrichtung oder eine Halbleiterschaltvorrichtung beinhalten, die in der Lage ist, die sekundäre Energiespeichervorrichtung 50 von den anderen Komponenten des elektrischen Energiesystems 20 zu trennen. Wie oben erwähnt, wird der Sekundärvorrichtungs-Trennschalter 60 durch die Steuerung 34 betätigt.
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Das elektrische Energiesystem 20 beinhaltet eine isolierte gemeinsame Leitung 62. Die isolierte gemeinsame Leitung 62 verbindet das Energierückgewinnungssystem 28, den Anlasser 36, die primäre Energiespeichervorrichtung 38, die erste Spannungslast 42, den bidirektionalen Gleichspannungswandler 48, die sekundäre Energiespeichervorrichtung 50 und die zweite Spannungslast 52 miteinander. Das Energierückgewinnungssystem 28, der Anlasser 36, die primäre Energiespeichervorrichtung 38, die erste Spannungslast 42, der bidirektionale Gleichspannungswandler 48, die sekundäre Energiespeichervorrichtung 50 und die zweite Spannungslast 52 können eine jeweilige Gehäusemasse beinhalten, die von der gemeinsamen Leitung 62 getrennt ist.
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Die Steuerung 34 ist mit dem Energierückgewinnungssystem 28, einschließlich des Rückgewinnungs-Trennschalters 32 und des Generators 30, des Anlassers 36, des Primärvorrichtungs-Trennschalters 40, des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 48 einschließlich des Wandler-Trennschalters 54 und des Sekundärvorrichtungs-Trennschalters 60 verbunden und betreibbar, um diese zu steuern. Die Steuerung 34 kann alternativ als Steuermodul, Steuereinheit, Computer usw. bezeichnet werden. Die Steuerung 34 kann einen Computer und/oder Prozessor beinhalten und umfasst alle Software, Hardware, Speicher, Algorithmen, Verbindungen, Sensoren usw. zum Verwalten und Steuern des Betriebs des elektrischen Energiesystems 20. Ein solches Verfahren zum Steuern des elektrischen Energiesystems 20 kann als ein Programm oder Algorithmus ausgeführt sein, der an der Steuerung 34 betrieben werden kann. Es versteht sich, dass die Steuerung 34 jedwede Vorrichtung enthalten kann, die in der Lage ist, Daten von verschiedenen Sensoren oder anderen Geräten zu analysieren, Daten zu vergleichen, die erforderlichen Entscheidungen zu treffen, die zur Steuerung des elektrischen Energiesystems 20 und zur Steuerung des Betriebs des elektrischen Energiesystems 20 nötig sind.
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Die Steuerung 34 kann einen Algorithmus oder ein Programm beinhalten, das in der Lage ist, das elektrische Energiesystem 20 zu überwachen und zu diagnostizieren. Die Steuerung 34 kann das elektrische Energiesystem 20 steuern, um eine oder mehrere fehlerhafte Komponenten zu isolieren, während der Betrieb des elektrischen Energiesystems 20 aufrechterhalten wird, wodurch ein redundantes System bereitgestellt wird, das beispielsweise verwendet werden kann, um den Betrieb des autonomen Antriebssystems des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel kann die Steuerung 34 für den Fall, dass die primäre Energiespeichervorrichtung 38 als fehlerhaft identifiziert wird, die primäre Energiespeichervorrichtung 38 unter Verwendung des Primärvorrichtungs-Trennschalters 40 isolieren und den bidirektionalen Gleichspannungswandler 48 steuern, um elektrische Energie bei nominal 12 Volt von der sekundären Energiespeichervorrichtung 50 in elektrische Energie bei nominal 48 Volt umzuwandeln, um die ersten Spannungslasten 42 und/oder den Anlasser 36 mit Strom zu versorgen. Für den Fall, dass die sekundäre Energiespeichervorrichtung 50 als fehlerhaft identifiziert wird, kann die Steuerung 34 die sekundäre Energiespeichervorrichtung 50 unter Verwendung des Sekundärvorrichtungs-Trennschalters 60 isolieren und den bidirektionalen Gleichspannungswandler 48 steuern, um elektrische Energie bei nominal 48 Volt von der primären Energiespeichervorrichtung 38 in elektrische Energie bei nominal 12 Volt umzuwandeln, um die zweiten Spannungslasten 52 zu versorgen.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen zur Umsetzung der beanspruchten Lehren im Detail beschrieben werden, existieren verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zur Umsetzung der Offenbarung, die in den hinzugefügten Ansprüchen definiert sind.
