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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Verspannvorrichtung zum Verspannen einer Fahrzeugbatterie. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen eines solchen Verfahrens mittels der Verspannvorrichtung, ein Speichermittel, auf welchem ein solches Computerprogrammprodukt gespeichert ist sowie ein Fahrzeug mit einer Verspannvorrichtung.
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In Fahrzeugen mit Elektroantrieb sind Fahrzeugantriebe verbaut, die während eines Ladevorgangs, während eines Entladevorgangs sowie infolge von Alterung über die Lebensdauer der Fahrzeugbatterie ihr Volumen verändern. Die Betriebscharakteristik von Lithium-Ionen-Pouchzellen hängt aufgrund ihrer geringen mechanischen Stabilität beispielsweise stark von äußeren Bedingungen ab. Ein äußerer, möglichst gleichmäßiger Druck auf die Batteriezellen der Fahrzeugbatterie kann hierbei ein entscheidender Faktor für die Leistungsfähigkeit, die Lebensdauer und/oder die Strukturstabilität der Fahrzeugbatterie bzw. eines entsprechenden Batteriestapels sein. Eine technische Herausforderung bei Fahrzeugbatterien besteht darin, eine mögliche Volumenänderung von bis zu 30% zwischen geladenem und entladenem Zustand der Fahrzeugbatterie zu kompensieren.
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Um die Fahrzeugbatterie stets möglichst gleichmäßig zu verspannen sind Verfahren und Vorrichtungen entwickelt worden, gemäß welchen die Fahrzeugbatterie abhängig von einem Betriebszustand der Fahrzeugbatterie verspannt bzw. druckbeaufschlagt wird. Aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2009 028 986 A1 geht hierzu beispielsweise ein System zum Aufbringen eines Drucks auf eine Fahrzeugbatterie zur Verringerung von Funktionsbeeinträchtigungen, die auf Grund unterschiedlicher Batterie-Ladezustände auftreten, hervor. Das Verspannen der Fahrzeugbatterie wird in der Regel über ein hydraulisches System realisiert, in welchem eine hydraulisch betriebene Spanneinheit die Fahrzeugbatterie verspannt. Der Druck zum Betreiben der Spanneinheit wird meist über eine Hydraulikpumpe des Systems erzeugt. Gattungsgemäße Hydraulikpumpen haben zum Aufbauen des gewünschten Drucks einen gewissen Energiebedarf, der aus der Fahrzeugbatterie entnommen wird. Für das Verspannen entnommene Energie aus der Fahrzeugbatterie kann folglich nicht mehr zum Antreiben des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden, wodurch beispielsweise die maximal mögliche Reichweite des Fahrzeugs verringert wird. Mit anderen Worten, die gravimetrische Energiedichte der Fahrzeugbatterie wird auf diese Weise verringert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehend beschriebenen Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugbatterie möglichst energieeffizient und trotzdem zuverlässig zu verspannen.
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Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1, die Verspannvorrichtung gemäß Anspruch 10, das Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 11, das Speichermittel gemäß Anspruch 12 sowie das Fahrzeug gemäß Anspruch 13 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verspannvorrichtung, dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt, dem erfindungsgemäßen Speichermittel, dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird und/oder werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Verspannvorrichtung vorgeschlagen. Die Verspannvorrichtung weist eine Spanneinheit zum Verspannen einer Fahrzeugbatterie eines Fahrzeugs mittels Hydraulikfluid, einen Hydrauliktank zum Speichern des Hydraulikfluids, eine Pumpe zum Pumpen des Hydraulikfluids aus dem Hydrauliktank, einen Elektromotor zum Antreiben der Pumpe mittels elektrischer Energie und eine mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs in Wirkverbindung stehende oder bringbare Kraftübertragungseinheit zum Antreiben der Pumpe mittels mechanischer Energie aus dem Antriebsstrang auf. Zum Durchführen des Verfahrens wird ein aktueller und/oder bevorstehender Betriebszustand des Fahrzeugs ermittelt. Zum Betreiben der Verspannvorrichtung wird die Pumpe, abhängig vom ermittelten Betriebszustand des Fahrzeugs, mittels Elektromotor und/oder mittels Kraftübertragungseinheit, und damit insbesondere mittels elektrischer Energie aus der Fahrzeugbatterie und/oder mittels mechanischer Energie aus dem Antriebsstrang, angetrieben.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass die kinetische Energie des Fahrzeugs zum Betreiben der Verspannvorrichtung und insbesondere zum Betreiben der Pumpe genutzt werden kann. Das heißt, zum Betätigen der Spanneinheit muss bzw. wird verfahrensgemäß nicht mehr ausschließlich elektrische Energie aus der Fahrzeugbatterie verwendet (werden), da, abhängig vom aktuellen und/oder vorhergesagten Betriebszustand des Fahrzeugs, auch die kinetische Energie des Fahrzeugs und insbesondere mechanische Energie aus dem Antriebsstrang des Fahrzeugs verwendet wird oder werden kann. Damit kann der elektrische Energieverbrauch der Verspannvorrichtung bzw. zum Verspannen der Fahrzeugbatterie entsprechend reduziert werden. Gleichzeitig kann der Betrieb der Verspannvorrichtung unverändert zuverlässig und effektiv durchgeführt werden. Folglich kann auch die gravimetrische Energiedichte der Fahrzeugbatterie erhöht werden.
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Durch das Antreiben bzw. Betätigen der Pumpe abhängig vom ermittelten aktuellen und/oder bevorstehenden Betriebszustand des Fahrzeugs wird eine strategische Regelung des hydraulischen Drucks in der Verspannvorrichtung ermöglicht. Wird die Kraftübertragungseinheit zum Antreiben der Pumpe mittels direkt genutzter mechanischer Energie verwendet, kann wenigstens ein Teil der Wirkungsgradkette zwischen Elektromotor und Leistungselektronik vermieden werden. Das heißt, auf ein initiales Umwandeln der mechanischen Energie aus dem Antriebsstrang in elektrische Energie der Fahrzeugbatterie kann verzichtet werden, da die Energie direkt für die Pumpe verwendet wird.
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Unter der Pumpe ist insbesondere eine Hydraulikpumpe zu verstehen. Unter der Pumpe kann ferner, ganz allgemein, auch ein Mittel zum Betätigen der Spanneinheit, insbesondere mittels der Hydraulikflüssigkeit, verstanden werden, sodass die Spanneinheit die Fahrzeugbatterie verspannt bzw. druckbeaufschlagt. Die Pumpe kann über eine Kupplung, insbesondere eine Magnetkupplung, mit einer Welle des Antriebsstrangs und/oder eines Getriebes des Antriebsstrangs, verbunden sein oder zum Herstellen der Wirkverbindung verbunden werden. Die Kraftübertragungseinheit kann mithin eine Welle und/oder einen Wellenstumpf aufweisen, der mittels der Kupplung in Wirkverbindung mit der Pumpe gebracht werden kann. Damit kann die kinetische Energie des Fahrzeugs in hydraulischen Druck umgesetzt werden.
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Steht das Fahrzeug, wird die Pumpe zum Betreiben der Verspannvorrichtung bzw. zum Erzeugen des gewünschten Drucks auf die Fahrzeugbatterie vorzugsweise mittels Elektromotor angetrieben. Sobald sich das Fahrzeug bewegt und weitere Bedingungen erfüllt sind, kann die Pumpe mittels mechanischer Energie aus dem Antriebsstrang angetrieben werden. Verfahrensgemäß kann die Spanneinheit direkt oder indirekt durch Hydraulikfluid angesteuert bzw. betätigt und die Pumpe abhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs mittels Elektromotor und/oder mittels Kraftübertragungseinheit angesteuert bzw. betrieben werden, wodurch Hydraulikfluid entsprechend abhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs mittels Elektromotor und/oder mittels Kraftübertragungseinheit zur Spanneinheit gepumpt wird, um die Fahrzeugbatterie zu verspannen.
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Unter dem Verspannen ist ein gattungsgemäßes Druckbeaufschlagen der Fahrzeugbatterie zu verstehen, um Größenveränderungen der Fahrzeugbatterie zu kompensieren bzw. die Fahrzeugbatterie auch während der Größenveränderung stets mit möglichst dem gleichen Druck zu beaufschlagen. Der Betriebszustand umfasst auch einen Fahrzustand des Fahrzeugs sowie beispielsweise auch Umgebungsbedingungen, die zum Ermitteln eines bevorstehenden Betriebszustandes des Fahrzeugs verwendet und/oder berücksichtigt werden können. Wird anhand einer Fahrroute in einem Navigationssystem des Fahrzeugs beispielsweise erkannt, dass das Fahrzeug bei einer aktuellen Geschwindigkeit von 100 km/h in 2.000 Metern Entfernung bergab fahren wird, kann ein entsprechender Betriebszustand vorhergesagt bzw. ermittelt werden, in welchem sich das Fahrzeug in ca. einer Minute und 12 Sekunden befinden wird. Beim Ermitteln des aktuellen und/oder bevorstehenden Betriebszustandes des Fahrzeugs können also ein aktueller Betriebszustand, ein bevorstehender Betriebszustand, ein aktueller Fahrzustand, ein bevorstehender Fahrzustand, aktuelle Umgebungsbedingungen und/oder bevorstehende Umgebungsbedingungen (beispielsweise anhand einer Wettervorhersage) verstanden werden. Unter dem Betriebszustand des Fahrzeugs kann ferner der Betriebszustand wenigstens eines Funktionsbauteils des Fahrzeugs, optional der fahrzeugbatterieunabhängige Betriebszustand des Fahrzeugs und/oder wenigstens eines Funktionsbauteils des Fahrzeugs, verstanden werden. So kann der Betriebszustand des Fahrzeugs beispielsweise abhängig vom Betriebszustand eines Crash-Sensors des Fahrzeugs verstanden werden, sodass die Pumpe abhängig vom ermittelten Betriebszustand des Crash-Sensors, also beispielsweise abhängig davon, ob ein Crash erkannt wurde oder nicht, mittels Elektromotor und/oder mittels Kraftübertragungseinheit angetrieben wird. Wurde ein Crash erkannt wird die Pumpe bevorzugt mittels Elektromotor angetrieben, da der Antriebsstrang als Lieferant mechanischer Energie möglicherweise nicht mehr zur Verfügung steht und trotzdem ein möglichst sicherer Betrieb oder zumindest eine sichere Lagerung der Fahrzeugbatterie gewährleistet werden soll.
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Unter dem Betreiben der Verspannvorrichtung kann verstanden werden, dass die Spannvorrichtung zum Verspannen bzw. Druckbeaufschlagen der Fahrzeugbatterie betätigt wird. Unter der Fahrzeugbatterie kann eine Traktionsbatterie und/oder Hochvoltbatterie des Fahrzeugs verstanden werden. Zum Aufbringen des gewünschten Drucks auf die Fahrzeugbatterie kann die Verspannvorrichtung wenigstens einen Hydraulikzylinder aufweisen, wobei der benötigte Hydraulikdruck mittels der Pumpe bzw. wenigstens einer Pumpe bereitgestellt werden kann. Der Elektromotor wird vorzugsweise durch die Fahrzeugbatterie mit elektrischer Energie versorgt. Das heißt, der Elektromotor wird bevorzugt mit elektrischer Energie aus der Fahrzeugbatterie betrieben.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass die Verspannvorrichtung einen Druckspeicher aufweist und die Pumpe zum Aufladen des Druckspeichers mittels des Hydraulikfluids konfiguriert ist, wobei die Pumpe zum Aufladen des Druckspeichers, abhängig vom ermittelten Betriebszustand des Fahrzeugs, mittels Elektromotor und/oder mittels Kraftübertragungseinheit angetrieben wird. Das heißt, der Druck im Druckspeicher kann abhängig vom ermittelten aktuellen und/oder bevorstehenden Betriebszustand auf einen vordefinierten oder vordefinierbaren Wert eingestellt werden. Mit anderen Worten, je nach Fahrzustand kann entschieden werden, welcher Druck im Druckspeicher gehalten wird und/oder auf welchen Wert der Druck im Druckspeicher eingestellt werden soll. Der Druckspeicher kann damit vorzugsweise während einer Fahrzeugverzögerung und/oder durch ein Bremsen des Fahrzeugs mittels der Kraftübertragungseinheit aufgeladen werden und damit als Rekuperationsspeicher dienen. Bevorzugt wird der Druckspeicher möglichst bei jeder negativen Beschleunigung bzw. bei jeder Verzögerung des Fahrzeugs mittels der Kraftübertragungseinheit aufgeladen, sodass ein möglichst hoher Rekuperationsgrad erreicht wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Druckspeicher beispielsweise mittels des Elektromotors in Fahrzuständen aufgeladen oder wenigstens teilweise aufgeladen wird, in welchen ein besonders hohes Innengeräusch bzw. ein Innengeräusch über einem vordefinierten Referenzwert im Fahrzeug induziert wird, wodurch verhindert werden kann, dass Personen im Fahrzeug die Pumpe und/oder den Elektromotor akustisch wahrnehmen. Hierbei kann es energetisch sinnvoll sein, den Druck im Druckspeicher nicht konstant auf dem aktuell benötigten Niveau zu halten, sondern, beispielsweise abhängig von einem bzw. wenigstens einem bevorstehenden Betriebszustand des Fahrzeugs, variabel in einem vordefinierten oder vordefinierbaren Bereich, beispielsweise alternierend sägezahnprofilartig, zu halten. Der Druckaufbau im Druckspeicher kann somit unter Berücksichtigung eines Energieverbrauchs der Pumpe und/oder der Verspannvorrichtung sowie unter Berücksichtigung eines Geräusch-Emissionswerts der Pumpe und/oder der Verspannvorrichtung durchgeführt werden. Als Druckspeicher kann hierfür ein Blasenspeicher, ein Kolbenspeicher und/oder ein Membranspeicher verwendet werden. Unter dem Druckspeicher kann mithin ein hydraulischer Druckspeicher verstanden werden. Zum Aufladen des Druckspeichers kann ein Druckwert im Druckspeicher ermittelt werden, wobei der Druckspeicher abhängig vom ermittelten Druckwert aufgeladen und/oder noch weiter aufgeladen wird. Unter dem Aufladen des Druckspeichers kann ein Füllen des Druckspeichers mit Hydraulikfluid und/oder ein Aufbauen eines Drucks im Druckspeicher verstanden werden. Zum Durchführen des Verfahrens können die Verspannvorrichtung und/oder verschiedene Funktionsbauteile der Verspannvorrichtung wie die Pumpe, der Elektromotor, die Kraftübertragungseinheit, der Hydrauliktank, der Druckspeicher und/oder weitere Bauteile zum Ermitteln des aktuellen und/oder bevorstehenden Betriebszustandes des Fahrzeugs mit einem Computer, insbesondere innerhalb eines Fahrzeugsteuergerätes, das zum Durchführen des Verfahrens konfiguriert ist, in Signalverbindung stehen. Zudem können verschiedene Funktionsbauteile der Verspannvorrichtung miteinander in Signalverbindung stehen.
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Ferner ist es möglich, dass bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein Druckwert im Druckspeicher ermittelt wird, und zum Ermitteln des Betriebszustandes ermittelt wird, ob eine negative Beschleunigung des Fahrzeugs, eine Bergabfahrt und/oder eine Fahrgeschwindigkeit, die höher als eine vordefinierte Fahrgeschwindigkeit ist, vorliegen, wobei die Pumpe, abhängig vom ermittelten Druckwert, zum Aufladen des Druckspeichers mittels der Kraftübertragungseinheit mechanisch angetrieben wird, wenn eine negative Beschleunigung des Fahrzeugs, eine Bergabfahrt und/oder eine Fahrgeschwindigkeit, die höher als die vordefinierte Fahrgeschwindigkeit ist, ermittelt werden. Damit kann die Fahrzeugbatterie als Energielieferant zum Verspannen der Fahrzeugbatterie in entsprechend vielen verschiedenen Fahrsituationen bzw. Betriebszuständen des Fahrzeugs geschont werden. Anstelle der elektrischen Energie kann ohnehin verfügbare kinetische Energie des Fahrzeugs verwendet werden, um den Druckspeicher aufzuladen und damit Energie zum Verspannen der Fahrzeugbatterie zu speichern. Wird beispielsweise ermittelt, dass sich der Druckwert im Druckspeicher unter einem maximal zulässigen Druckwert befindet und das Fahrzeug verzögert bzw. negativ beschleunigt wird, kann die kinetische Energie des Fahrzeugs oder zumindest ein Teil dieser Energie über die Kraftübertragungseinheit sowie mittels der Pumpe, die durch die Kraftübertragungseinheit betrieben wird, im Druckspeicher hydraulisch gespeichert werden.
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Weiterhin ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ein Druckwert im Druckspeicher ermittelt wird, und zum Ermitteln des Betriebszustandes ermittelt wird, ob die Fahrzeugbatterie an einer Ladestation elektrisch geladen wird, wobei die Pumpe, abhängig vom ermittelten Druckwert, zum Aufladen des Druckspeichers mittels des Elektromotors elektrisch angetrieben wird, wenn ermittelt wird, dass die Fahrzeugbatterie an einer Ladestation elektrisch geladen wird. Das heißt, wird ermittelt bzw. festgestellt, dass die Fahrzeugbatterie an einer Ladestation elektrisch geladen wird und dass der Druckspeicher noch nicht vollständig geladen ist, wird dieser mittels elektrischer Energie aus der Ladestation bzw. durch den Elektromotor, der diese Energie in mechanische Energie umwandelt, aufgeladen. Damit können der Aufladebetrieb effizient gestaltet und Fahrzeugbauteile geschont werden. Ist der Druckspeicher bereits vollständig aufgeladen, findet selbstverständlich kein Aufladevorgang statt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens können ein Druckwert im Druckspeicher und zum Ermitteln des Betriebszustandes eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt werden, wobei die ermittelte Fahrgeschwindigkeit mit einer Referenz-Fahrgeschwindigkeit verglichen wird und der Druckspeicher, abhängig vom ermittelten Druckwert, auf einen Minimaldruckwert aufgeladen wird, der unterhalb eines Maximaldruckwerts liegt, bei welchem der Druckspeicher vollständig geladen ist, wenn die ermittelte aktuelle Fahrgeschwindigkeit niedriger als die Referenz-Fahrgeschwindigkeit ist. Mit anderen Worten, wird ermittelt bzw. festgestellt, dass die ermittelte Fahrgeschwindigkeit niedriger als die vordefinierte Referenz-Fahrgeschwindigkeit ist, weil das Fahrzeug beispielsweise durch eine Ortschaft fährt, und dass der Druckspeicher noch nicht vollständig geladen ist, kann dieser mittels elektrischer Energie aus der Fahrzeugbatterie bzw. durch den Elektromotor, der diese Energie in mechanische Energie umwandelt, auf den Minimaldruckwert aufgeladen bzw. druckbeaufschlagt werden. Das heißt, der Druckspeicher wird in diesem Fall nur auf einen notwenigen Minimaldruckwert aufgeladen, um den Fahrer und/oder Personen im Fahrzeug nicht oder nur möglichst wenig mit Geräuschen des Elektromotors, der Pumpe und/oder von weiteren Funktionsbauteilen der Verspannvorrichtung zu stören. Weitere Voraussetzungen für den Betrieb mittels Elektromotor bei geringer Fahrgeschwindigkeit könnten sein, dass das Fahrzeug aktuell nicht bremst bzw. negativ beschleunigt und/oder aktuell oder bevorstehend nicht bergab fährt. Fährt das Fahrzeug beispielsweise mit niedriger Geschwindigkeit eine kurvige Bergstraße hinab, würde sich eher ein Pumpenbetrieb mittels Kraftübertragungseinheit anbieten. Die hierfür zu berücksichtigenden Betriebsparameter können in einem Fahrzeugsteuergerät, beispielsweise manuell mittels Eingabeeinheit für den Fahrer und/oder einen Servicearbeiter, eingegeben und/oder geändert werden.
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Weiterhin ist es möglich, dass bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Ermitteln des Betriebszustandes eine aktuelle und/oder bevorstehende Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt wird und die Pumpe, abhängig von der ermittelten Fahrgeschwindigkeit, zum Betreiben der Verspannvorrichtung mittels Elektromotor und/oder mittels Kraftübertragungseinheit angetrieben wird. Auch damit kann ein energieeffizienter Betrieb der Verspannvorrichtung erreicht werden. Wird beispielsweise ermittelt, dass das Fahrzeug mit einer hohen Fahrgeschwindigkeit fährt, kann die Pumpe zum Verspannen der Fahrzeugbatterie und/oder zum Aufladen des Druckspeichers vorzugsweise mittels der Kraftübertragungseinheit, insbesondere ausschließlich mittels der Kraftübertragungseinheit, betrieben werden. Wird ermittelt, dass das Fahrzeug mit einer niedrigen Fahrgeschwindigkeit fährt, kann die Pumpe zum Verspannen der Fahrzeugbatterie und/oder zum Aufladen des Druckspeichers vorzugsweise mittels des Elektromotors betrieben werden. Eine bevorstehende Fahrgeschwindigkeit kann insbesondere mittels Navigationsdaten aus einem Navigationsgerät ermittelt werden, indem beispielsweise eine bevorstehende Autobahnfahrt ermittelt und/oder erkannt wird. Entsprechend kann auch ein bevorstehender Betriebs- und/oder Fahrzustand des Fahrzeugs ermittelt werden.
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Bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, dass zum Ermitteln des Betriebszustandes, insbesondere des bevorstehenden Betriebszustandes, Navigationsdaten eines Navigationsgerätes des Fahrzeugs ermittelt werden und die Pumpe abhängig von den ermittelten Navigationsdaten zum Betreiben der Verspannvorrichtung mittels Elektromotor und/oder mittels Kraftübertragungseinheit angetrieben wird. Auch damit kann ein energieeffizienter Betrieb der Verspannvorrichtung erreicht werden. Wird beispielsweise ermittelt, dass das Fahrzeug in absehbarer Zeit eine Bergstraße nach unten fährt, kann bis dahin mit einem Aufladen des Druckspeichers und/oder mit einem Verspannen der Fahrzeugbatterie gewartet werden. Sobald das Fahrzeug auf dem Gefälle der Bergstraße bremst bzw. negativ beschleunigt, können die nun vorhandene kinetische Energie des Fahrzeugs mittels Kraftübertragungseinheit, insbesondere ausschließlich mittels Kraftübertragungseinheit, zum Verspannen der Fahrzeugbatterie und/oder zum Aufladen des Druckspeichers verwendet und die Pumpe entsprechend betrieben werden. Wird mittels der Navigationsdaten festgestellt bzw. ermittelt, dass das Fahrzeug voraussichtlich lange Zeit auf ebenem Untergrund mit relativ niedriger Geschwindigkeit fahren wird, während der Druckwert im Druckspeicher bereits relativ niedrig ist und/oder die Verspannkraft auf die Fahrzeugbatterie zu niedrig bzw. niedriger als ein vordefinierter Wert ist, wird die Pumpe unter Verwendung von elektrischer Energie aus der Fahrzeugbatterie mittels Elektromotor, insbesondere ausschließlich mittels Elektromotor, angetrieben, um die gewünschte Verspannkraft auf die Fahrzeugbatterie aufzubringen und/oder den Druck im Druckspeicher auf einen gewünschten Wert, beispielsweise den vorstehend beschriebenen Minimaldruckwert, anzuheben.
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Darüber hinaus können bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, zum Ermitteln des Betriebszustandes, Umgebungsbedingungen in einer Umgebung des Fahrzeugs und/oder ein Batteriezustand der Fahrzeugbatterie ermittelt werden, wobei die Pumpe abhängig von den ermittelten Umgebungsbedingungen und/oder abhängig vom ermittelten Batteriezustand zum Betreiben der Verspannvorrichtung mittels Elektromotor und/oder mittels Kraftübertragungseinheit angetrieben wird. Unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen und/oder des Batteriezustandes ist es ebenfalls möglich, die Verspannvorrichtung besonders energieeffizient zu betreiben. Wird ermittelt, dass die Umgebungstemperatur niedrig ist oder durch eine bevorstehende Fahrt in ein Gebirge und/oder durch einen bevorstehenden Schneesturm über längere Zeit fallen wird, wodurch es möglich ist, dass ein entsprechender Druckbedarf an der Fahrzeugbatterie entsteht, kann der Druckspeicher bereits vorab mittels Kraftübertragungseinheit und/oder mittels Elektromotor möglichst maximal aufgeladen werden. Damit kann die Verspannvorrichtung entsprechend vorausschauend und strategisch betrieben werden. Unter dem Batteriezustand können ein Ladezustand (SOC) und/oder ein Gesundheitszustand (SOH) der Fahrzeugbatterie verstanden werden. So kann die Pumpe beispielsweise vorzugsweise mittels der Kraftübertragungseinheit bzw. mittels mechanischer Energie und insbesondere ausschließlich mittels der Kraftübertragungseinheit betrieben werden, wenn ermittelt wird, dass sich der Ladezustand der Fahrzeugbatterie bzw. ein entsprechender Ladungswert unter einem vordefinierten oder vordefinierbaren Referenz-Ladungswert befindet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verspannvorrichtung zum Durchführen eines wie vorstehend beschriebenen Verfahrens vorgeschlagen. Die Verspannvorrichtung weist eine Spanneinheit zum Verspannen einer Fahrzeugbatterie eines Fahrzeugs mittels Hydraulikfluid, einen Hydrauliktank zum Speichern des Hydraulikfluids und eine Pumpe zum Pumpen des Hydraulikfluids aus dem Hydrauliktank und insbesondere zum Aufladen eines Druckspeichers und/oder zum Verspannen der Fahrzeugbatterie, auf. Die Verspannvorrichtung weist ferner einen Elektromotor zum Antreiben der Pumpe mittels elektrischer Energie und eine mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs in Wirkverbindung bringbare Kraftübertragungseinheit zum Antreiben der Pumpe mittels mechanischer Energie aus dem Antriebsstrang auf. Damit bringt die erfindungsgemäße Verspannvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden sind. Unter der Verspannvorrichtung kann der wesentliche Bestandteil eines Systems zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens verstanden werden. Die Pumpe ist insbesondere in Form einer Hydraulikpumpe ausgestaltet und der Druckspeicher kann entsprechend als Hydraulikspeicher, insbesondere in Form eines Membranspeichers, konfiguriert sein. Die Verspannvorrichtung kann einen Computer, insbesondere in Form eines Fahrzeugsteuergerätes und/oder als Teils des Fahrzeugsteuergerätes, aufweisen, wobei der Computer konfiguriert sein kann, einen aktuellen und/oder bevorstehenden Betriebszustand des Fahrzeugs zu ermitteln und die Pumpe, zum Betreiben der Verspannvorrichtung, abhängig vom ermittelten Betriebszustand des Fahrzeugs mittels Elektromotor und/oder mittels Kraftübertragungseinheit anzutreiben und/oder anzusteuern. Hierzu wird im Rahmen der Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt zur Verfügung gestellt, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch einen Computer diesen veranlassen, ein wie vorstehend beschriebenes Verfahren mit der beschriebenen Verspannvorrichtung auszuführen. Die Verspannvorrichtung ist zwar bevorzugt für den Einsatz in einem Fahrzeug konfiguriert, kann aber auch in anderen Systemen eingesetzt werden, in welchen eine Batterie, insbesondere in Form einer Hochvoltbatterie, druckbeaufschlagt werden muss und verschiedene Energiequellen zur Verfügung stehen.
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Die Verspannvorrichtung kann eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln des aktuellen und/oder bevorstehenden Betriebszustandes des Fahrzeugs sowie zum Ermitteln der hierfür benötigten Informationen wie beispielsweise den Druck im Druckspeicher, die Fahrgeschwindigkeit, das Vorliegen einer negativen Beschleunigung des Fahrzeugs, die Bergabfahrt des Fahrzeugs, den Lade- und/oder Gesundheitszustand der Fahrzeugbatterie und/oder die Umgebungsbedingungen in der Umgebung des Fahrzeugs aufweisen. Hierzu kann die Ermittlungseinheit geeignete Recheneinheiten, Sensorelemente und/oder Vergleichseinheiten aufweisen.
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Das Computerprogrammprodukt kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache und/oder Maschinensprache wie beispielsweise in JAVA, C++, C# und/oder Python implementiert sein. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem computerlesbaren Speichermedium wie einer Datendisk, einem Wechsellaufwerk, einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher, oder einem eingebauten Speicher/Prozessor abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie ein Fahrzeugsteuergerät derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogrammprodukt in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden und/oder sein, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann. Das Computerprogrammprodukt kann sowohl mittels einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, das heißt, in Hardware oder in beliebig hybrider Form, also mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden und/oder sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein computerlesbares Speichermittel vorgeschlagen, auf welchem ein wie vorstehend beschriebenes Computerprogrammprodukt gespeichert ist. Das Speichermittel ist bevorzugt in Form eines nichtflüchtigen Speichermittels konfiguriert. Weiterhin wird ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie, einer wie vorstehend beschriebenen Verspannvorrichtung und einem Computer bereitgestellt, wobei der Computer und die Verspannvorrichtung zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens konfiguriert sind. In einem solchen Fahrzeug ist die Verspannvorrichtung also dahingehend konfiguriert, dass die Pumpe, abhängig vom aktuellen und/oder bevorstehenden Betriebszustand des Fahrzeugs, mittels Elektromotor und/oder mittels Kraftübertragungseinheit angetrieben wird und/oder den Druckspeicher abhängig vom aktuellen und/oder bevorstehenden Betriebszustand des Fahrzeugs mittels Elektromotor und/oder Kraftübertragungseinheit auflädt. Das Fahrzeug ist vorzugsweise in Form eines Straßenfahrzeugs, insbesondere in Form eines PKW oder LKW, ausgestaltet, kann aber auch als Wasserfahrzeug, Luftfahrzeug, Schienenfahrzeug oder Roboter ausgestaltet sein.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 ein Schaubild zum Erläutern einer Verspannvorrichtung eines Fahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 2 ein Detail der in 1 gezeigten Verspannvorrichtung,
- 3 ein Speichermittel mit einem darauf gespeicherten Computerprogrammprodukt, und
- 4 ein Flussdiagramm zum Erläutern eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Verspannvorrichtung 10 zum strategischen Verspannen bzw. Druckbeaufschlagen einer Fahrzeugbatterie 20 eines Fahrzeugs 30 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Die Verspannvorrichtung 10 weist eine Spanneinheit 16 zum Verspannen der Fahrzeugbatterie 20 mittels Hydraulikfluid auf. Das heißt, mittels der Spanneinheit 16 können Batteriezellen der Fahrzeugbatterie 20 in einem Batteriegehäuse der Fahrzeugbatterie 20 gezielt, insbesondere abhängig von einem Batteriezustand der Fahrzeugbatterie 20, druckbeaufschlagt werden. Die Verspannvorrichtung 10 weist ferner einen Hydrauliktank 15 zum Speichern des Hydraulikfluids und eine Pumpe 12 zum Pumpen des Hydraulikfluids aus dem Hydrauliktank 15 zur Spanneinheit 16 sowie zu einem Druckspeicher 11 der Verspannvorrichtung 10 auf. Weiterhin weist die Verspannvorrichtung 10 einen Elektromotor 13 zum Antreiben der Pumpe 12 mittels elektrischer Energie, insbesondere aus der Fahrzeugbatterie 20, auf. Darüber hinaus weist die Verspannvorrichtung 10 eine mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs 30 in Wirkverbindung bringbare Kraftübertragungseinheit 14 in Form eines Wellenstumpfes, die bzw. der in 2 gezeigt ist, zum Antreiben der Pumpe 12 mittels mechanischer Energie aus dem Antriebsstrang, auf. Zum Umschalten zwischen einem Betrieb, in welchem die Pumpe 12 zum Betätigen der Spanneinheit 16 betrieben wird, und einem Betrieb, in welchem die Pumpe 12 zum Aufladen bzw. Füllen des Druckspeichers 11 betrieben wird, weist die Verspannvorrichtung 10 ein Proportionalventil 17, ein Druckbegrenzungsventil 18 und ein Druckregelventil 19 auf.
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Zum Betreiben der Verspannvorrichtung 10 weist diese zudem einen Computer 50 in Form eines Fahrzeugsteuergerätes auf, auf welchem ein entsprechend konfiguriertes Computerprogrammprodukt 40 installiert ist. In 2 ist ein Detail der in 1 gezeigten Verspannvorrichtung 10 dargestellt. Genauer gesagt ist in 2 die Pumpe 12 dargestellt, an welcher der Elektromotor 13 sowie die Kraftübertragungseinheit 14 zum Antreiben der Pumpe 12 ankoppelbar sind, um den Druckspeicher 11 aufzuladen. 3 zeigt ein nichtflüchtiges und computerlesbares Speichermittel 60 mit einem darauf gespeicherten Computerprogrammprodukt 40.
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Mit Bezug auf 4 wird anschließend ein Verfahren zum Betreiben der in 1 und 2 gezeigten Verspannvorrichtung 10 erläutert. Gemäß einem ersten Schritt S1 werden zunächst ein aktueller sowie ein bevorstehender Betriebszustand des Fahrzeugs 30 unter Verwendung geeigneter Recheneinheiten und Sensorelemente ermittelt. In einem zweiten Schritt S2 wird nun, abhängig vom ermittelten aktuellen sowie bevorstehenden Betriebszustand des Fahrzeugs 30, die Pumpe 12 mittels Elektromotor 13 und/oder mittels Kraftübertragungseinheit 14 angetrieben wird, um dadurch die Verspannvorrichtung 10 entsprechend zu betreiben. Die Verspannvorrichtung 10 kann also, abhängig von verschiedenen Einflussparametern, dahingehend strategisch bzw. unterschiedlich betrieben werden, dass mittels Elektromotor 13 elektrische Energie und/oder mittels Kraftübertragungseinheit 14 mechanische Energie bzw. kinetische Energie des Fahrzeugs 30 für den Betrieb der Pumpe 12 oder eine entsprechende Fördereinheit zum Fördern des Hydraulikfluids verwendet werden.
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So kann die Pumpe 12, zum Aufladen des Druckspeichers 11, abhängig vom ermittelten Betriebszustand des Fahrzeugs 30 mittels Elektromotor 13 und/oder mittels Kraftübertragungseinheit 14 angetrieben werden. Ferner kann die Pumpe 12, abhängig von einem ermittelten Druckwert im Druckspeicher 11, zum Aufladen des Druckspeichers 11 mittels der Kraftübertragungseinheit 14 mechanisch angetrieben werden, wenn eine negative Beschleunigung des Fahrzeugs 30, eine Bergabfahrt und/oder eine Fahrgeschwindigkeit, die höher als die vordefinierte Fahrgeschwindigkeit ist, ermittelt werden. Außerdem ist es möglich, dass die Pumpe 12, abhängig vom ermittelten Druckwert, zum Aufladen des Druckspeichers 11 mittels des Elektromotors 13 elektrisch angetrieben wird, wenn ermittelt wird, dass die Fahrzeugbatterie 20 an einer Ladestation elektrisch geladen wird. Zum Ermitteln des Betriebszustandes kann eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 30 ermittelt werden, wobei die ermittelte Fahrgeschwindigkeit mit einer Referenz-Fahrgeschwindigkeit verglichen wird und der Druckspeicher 11, abhängig vom ermittelten Druckwert, auf einen Minimaldruckwert aufgeladen wird, der unterhalb eines Maximaldruckwerts liegt, bei welchem der Druckspeicher 11 vollständig geladen ist, wenn die ermittelte aktuelle Fahrgeschwindigkeit niedriger als die Referenz-Fahrgeschwindigkeit ist. Das heißt, fährt das Fahrzeug 30 beispielsweise mit niedriger Geschwindigkeit unterhalb der Referenz-Fahrgeschwindigkeit durch eine Ortschaft und es soll keine mechanische Energie zum Aufladen des Druckspeichers 11 verwendet werden, kann der Druckspeicher 11 mittels elektrischer Energie aus der Fahrzeugbatterie 20 sowie unter Verwendung des Elektromotors 13 zwar aufgeladen werden, allerdings nur auf den minimal erforderlichen Minimaldruckwert.
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Im Rahmen des Verfahrens ist es ferner möglich, dass zum Ermitteln des Betriebszustandes eine aktuelle und/oder bevorstehende Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 30, Navigationsdaten eines Navigationsgerätes des Fahrzeugs 30, Umgebungsbedingungen in einer Umgebung des Fahrzeugs 30 und/oder ein Batteriezustand der Fahrzeugbatterie 20 ermittelt werden und die Pumpe 12 entsprechend abhängig von der ermittelten Fahrgeschwindigkeit, von den ermittelten Navigationsdaten, von den ermittelten Umgebungsbedingungen und/oder vom ermittelten Batteriezustand mittels Elektromotor 13 und/oder mittels Kraftübertragungseinheit 14 angetrieben wird, um die Verspannvorrichtung 10 zum Verspannen der Fahrzeugbatterie 20 zu betreiben.
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Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D.h., die Erfindung soll nicht auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verspannvorrichtung
- 11
- Druckspeicher
- 12
- Pumpe
- 13
- Elektromotor
- 14
- Kraftübertragungseinheit
- 15
- Hydrauliktank
- 16
- Spanneinheit
- 17
- Proportionalventil
- 18
- Druckbegrenzungsventil
- 19
- Druckregelventil
- 20
- Fahrzeugbatterie
- 30
- Fahrzeug
- 40
- Computerprogrammprodukt
- 50
- Computer
- 60
- Speichermittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009028986 A1 [0003]