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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das darauf ausgerichtet ist, die in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug, verfügbare Menge an elektrischer Energie zu erhöhen. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Kraftfahrzeug.
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Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst einen elektrischen Antriebsmotor, der mit elektrischer Energie aus einem (elektrochemischen) elektrischen Energiespeicher betrieben wird. Dabei ist die Reichweite des Fahrzeugs aufgrund der begrenzten Speicherkapazität des Energiespeichers begrenzt.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, die in einem Fahrzeug verfügbare Menge an elektrischer Energie zu erhöhen, z.B. um die Reichweite eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs zu erhöhen.
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Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Gemäß einem Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus) beschrieben. Das Fahrzeug umfasst zumindest eine Energie-erzeugende Komponente, die ausgebildet ist, basierend auf einer Krafteinwirkung, die durch einen Nutzer des Fahrzeugs bewirkt wird, elektrische Energie zu erzeugen. Die Komponente kann fest mit dem Fahrzeug verbunden und/oder kann fest in das Fahrzeug integriert sein.
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Die Energie-erzeugende Komponente kann ein Bedienteil umfassen, an dem eine Krafteinwirkung des Nutzers bewirkt werden kann, insbesondere durch einen Finger, eine Hand oder einen Fuß des Nutzers. Das Bedienteil kann z.B. einen Schalter, einen Drehregler, ein Pedal und/oder einen Hebel umfassen.
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Des Weiteren kann die Energie-erzeugende Komponente einen Erzeuger, insbesondere einen Generator und/oder ein Piezoelement, umfassen, der eingerichtet ist, auf Basis der an dem Bedienteil bewirkten Krafteinwirkung elektrische Energie zu erzeugen.
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Es kann somit dem Nutzer ermöglicht werden, Kraft auf das Bedienteil auszuüben, z.B. um das Bedienteil zu bewegen. Basierend darauf kann dann durch den Erzeuger der Energie-erzeugenden Komponente elektrische Energie erzeugt werden.
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Die Energie-erzeugende Komponente kann ein Bedienelement, insbesondere einen Drehregler oder einen Schalter, umfassen. Das Bedienelement kann Teil einer Benutzerschnittstelle des Fahrzeugs sein. Das Bedienelement kann ausgebildet sein, es dem Nutzer des Fahrzeugs zu ermöglichen, einen Parameterwert eines Parameters des Fahrzeugs einzustellen und/oder eine Funktion des Fahrzeugs zu aktivieren oder zu deaktivieren. Es kann somit dem Nutzer ermöglicht werden, durch Betätigen eines Bedienelements elektrische Energie zu erzeugen.
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Alternativ oder ergänzend kann die Energie-erzeugende Komponente ein Fußpedal, insbesondere das Fahrpedal oder das Bremspedal, des Fahrzeugs umfassen. Es kann somit dem Nutzer ermöglicht werden, durch Betätigen des Fußpedals elektrische Energie zu erzeugen.
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Die Energie-erzeugende Komponente kann ein Teil eines Fahrzeugsitzes, insbesondere eine Rückenlehne, umfassen. Der Nutzer kann dann z.B. mit dem Rücken auf den Fahrzeugsitz einwirken, um elektrische Energie zu erzeugen.
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Die Energie-erzeugende Komponente kann ein Lenkrad des Fahrzeugs umfassen. Es kann dann dem Nutzer ermöglicht werden, durch Betätigen des Lenkrads (ggf. im Rahmen eines Lenkvorgangs) elektrische Energie zu erzeugen.
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Alternativ oder ergänzend kann die Energie-erzeugende Komponente ein in dem Fahrzeug verbautes Fitnessgerät umfassen, das z.B. der Beifahrer während der Fahrt des Fahrzeugs nutzen kann oder das von dem Fahrer genutzt werden kann, wenn das Fahrzeug in einem autonomen Fahrmodus betrieben wird.
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Es können somit diverse Komponenten in dem Fahrzeug bereitgestellt werden, mit denen der Nutzer des Fahrzeugs durch Krafteinwirkung, die durch den Nutzer selbst bewirkt wird, elektrische Energie erzeugen kann.
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Das Fahrzeug ist eingerichtet, die von der Komponente erzeugte elektrische Energie für den Betrieb des Fahrzeugs zu nutzen. So können die Energieeffizienz und/oder die Reichweite des Fahrzeugs erhöht werden.
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Das Fahrzeug kann einen (elektrochemischen) elektrischen Energiespeicher (z.B. mit einer Nennspannung von 300V oder höher) umfassen. Des Weiteren kann das Fahrzeug ggf. einen elektrischen Antriebsmotor umfassen, der ausgebildet ist, mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher betrieben zu werden.
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Das Fahrzeug kann eingerichtet sein, die von der Komponente erzeugte elektrische Energie in dem elektrischen Energiespeicher zu speichern. So kann die Reichweite des Fahrzeugs in besonders effizienter Weise erhöht werden.
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Das Fahrzeug kann ein zentrales Energiebordnetz aufweisen, das ausgebildet ist, unterschiedliche elektrische Verbraucher des Fahrzeugs, insbesondere den elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs, mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher zu versorgen. Das Fahrzeug kann ferner eine von dem zentralen Energiebordnetz separate Energieversorgungsinsel aufweisen, die die Energie-erzeugende Komponente umfasst. Die Energie-erzeugende Komponente kann ausgebildet sein, die von der Komponente erzeugte elektrische Energie für den Betrieb von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern der Energieversorgungsinsel bereitzustellen.
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Die Energieversorgungsinsel kann ggf. einen lokalen Energiespeicher (z.B. einen Kondensator) umfassen. Das Fahrzeug kann eingerichtet sein, die von der Komponente erzeugte elektrische Energie in dem lokalen Energiespeicher zu speichern.
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In dem Fahrzeug können somit anhand von ein oder mehreren Energie-erzeugenden Komponenten ein oder mehrere eigenständige Versorgungsinseln verbaut werden (die jeweils von dem Energiebordnetz des Fahrzeugs unabhängig sind). So kann ein besonders flexibler Verbau von Komponenten in dem Fahrzeug ermöglicht werden. Ferner kann so der Aufwand für Verkabelung reduziert werden.
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Wie bereits weiter oben dargelegt, kann das Fahrzeug ausgebildet sein, in einem autonomen Fahrmodus betrieben zu werden, bei dem die Längs- und Querführung des Fahrzeugs (vollständig) automatisiert durch das Fahrzeug bewirkt wird (insbesondere gemäß SAE-Level 3 oder höher).
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Das Fahrzeug kann ausgebildet sein, zu bewirken, dass durch die Energie-erzeugende Komponente (ggf. nur dann) elektrische Energie erzeugt wird, wenn das Fahrzeug in dem autonomen Fahrmodus betrieben wird. Alternativ oder ergänzend kann das Fahrzeug ausgebildet sein, zu bewirken, dass durch die Energie-erzeugende Komponente keine elektrische Energie erzeugt wird, wenn das Fahrzeug nicht in dem autonomen Fahrmodus und/oder in einem manuellen Fahrmodus betrieben wird, bei dem die Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs zumindest teilweise oder vollständig durch den Nutzer des Fahrzeugs bewirkt wird.
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Die Nutzung einer Fahrzeug-Komponente (etwa eines Fußpedals) zur Energieerzeugung kann somit auf den autonomen Fahrmodus beschränkt sein. So kann in besonders sicherer und komfortabler Weise elektrische Energie in einem Fahrzeug bereitgestellt werden, die durch Krafteinwirkung eines Nutzers erzeugt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Bereitstellung von elektrischer Energie in einem Kraftfahrzeug beschrieben. Das Verfahren umfasst das Generieren von elektrischer Energie mittels zumindest einer Energie-erzeugenden Komponente des Fahrzeugs, die ausgebildet ist, basierend auf einer Krafteinwirkung eines Nutzers des Fahrzeugs elektrische Energie zu erzeugen. Das Verfahren umfasst ferner das Nutzen der von der Komponente erzeugten elektrischen Energie für den Betrieb des Fahrzeugs.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1 beispielhafte Komponenten eines Fahrzeugs;
- 2 eine beispielhafte Energie-erzeugende Fahrzeug-Komponente; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Bereitstellung von elektrischer Energie in einem Kraftfahrzeug.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Erhöhung der in einem Fahrzeug verfügbaren Menge an elektrischer Energie. In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein beispielhaftes Fahrzeug 100, das mehrere Energie-erzeugende Komponenten 102, 104 umfasst, die jeweils eingerichtet sind, aufgrund einer Krafteinwirkung eines Nutzers des Fahrzeugs 100 elektrische Energie zu erzeugen. Eine beispielhafte Energie-erzeugende Komponente 102 ist ein Fahrpedal des Fahrzeugs 100, das z.B. von dem Nutzer des Fahrzeugs 100 betätigt werden kann, um zu bewirken, dass das Fahrzeug 100 beschleunigt wird. Die von dem Nutzer aufgebrachte mechanische Energie kann von der Komponente 102 genutzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen.
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Ein weiteres Beispiel für eine Energie-erzeugende Komponente 104 ist ein Bedienelement, wie z.B. ein Drehregler oder ein Schalter, das von dem Nutzer des Fahrzeugs 100 betätigt werden kann, etwa um den Parameterwert eines Parameters des Fahrzeugs 100 einzustellen und/oder um eine Funktion zu aktivieren oder zu deaktivieren. Die Komponente 104 kann eingerichtet sein, die von dem Nutzer aufgebrachte Krafteinwirkung dazu zu verwenden, elektrische Energie zu erzeugen.
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Die von einer Energie-erzeugenden Komponente 102, 104 generierte elektrische Energie kann ggf. in einer elektrischen Speichereinheit 105 des Fahrzeugs 100 gespeichert werden. Die (elektrochemische) Speichereinheit 105 kann z.B. ausgebildet sein, elektrische Energie für einen elektrischen Antriebsmotor 103 des Fahrzeugs 100 zu speichern. Alternativ oder ergänzend kann die von einer Komponente 102, 104 generierte Energie dazu verwendet werden, einen elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs 100 zu betreiben, der ggf. direkt mit der Komponente 102, 104 assoziiert ist (wie z.B. ein Leuchtelement, etwa eine LED, der Komponente 102, 104).
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2 zeigt eine Blockdiagramm einer beispielhaften Energie-erzeugenden Komponente 102, 104. Die Energie-erzeugende Komponente 102, 104 weist ein Bedienteil 201 auf, an dem eine Krafteinwirkung des Nutzers des Fahrzeugs 100 bewirkt werden kann. Der Nutzer kann insbesondere mit einem Körperteil (etwa mit einem Finger, mit einer Hand und/oder mit einem Fuß) auf das Bedienteil 201 der Komponente 102, 104 einwirken, z.B. um die Komponente 102, 104 zu betätigen und/oder zu bewegen.
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Die Komponente 102, 104 umfasst ferner einen Erzeuger 202, der eingerichtet ist, basierend auf der Krafteinwirkung auf das Bedienteil 201 elektrische Energie zu erzeugen. Der Erzeuger 202 kann z.B. ein piezoelektrisches Element umfassen, das ausgebildet ist, in Reaktion auf mechanischen Druck elektrische Energie zu erzeugen. Ein piezoelektrisches Element kann z.B. in Zusammenhang mit einem Bedienelement verwendet werden, um elektrische Energie zu erzeugen. Alternativ oder ergänzend kann der Erzeuger 202 einen elektrischen Generator umfassen, der durch das Bedienteil 201 (z.B. durch ein Fußpedal oder durch einen Hebel) angetrieben wird, um elektrische Energie zu erzeugen.
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Die von dem Erzeuger 202 generierte elektrische Energie kann dazu verwendet werden, einen elektrischen Verbraucher 203 der Komponente 102, 104 (z.B. ein Leuchtelement) zu betreiben. Alternativ oder ergänzend kann die Komponente 102, 104 eine lokale Speichereinheit 205 umfassen, die eingerichtet ist, die elektrische Energie lokal (in unmittelbarer Nähe zu dem Bedienteil 201) zu speichern, und für den Betrieb der Komponente 102, 104 zu verwenden. Alternativ oder ergänzend kann die generierte elektrische Energie in dem (Hochvolt) Energiespeicher 105 des Fahrzeugs 100 gespeichert werden (z.B. um den elektrischen Antriebsmotor 103 des Fahrzeugs 100 zu betreiben).
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Es können somit in dem Fahrzeug 100 ein oder mehrere Energie-erzeugende Komponenten 102, 104 bereitgestellt werden, um eine Krafteinwirkung eines Nutzers des Fahrzeugs 100 zu nutzen, um elektrische Energie für den Betrieb des Fahrzeugs 100 zu erzeugen. So können der effektive Energieverbrauch des Fahrzeugs 100 reduziert und/oder die Reichweite des Fahrzeugs 100 erhöht werden.
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Es werden somit in diesem Dokument Maßnahmen beschrieben, mit denen Energy Harvesting in einem Fahrzeug 100 (ggf. vorwiegend) durch die körperliche Ertüchtigung eines Fahrzeuginsassen bewirkt werden kann. Die gewonnene elektrische Energie kann lokal genutzt werden (Inselbetrieb) oder zur Ladung der Batterie 105 des Fahrzeugs 100 verwendet werden.
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Für die Stromerzeugung in einem Fahrzeug 100 kann elektrische Energie aus Bewegungen gewonnen werden, die im Normalbetrieb von einem Fahrzeuginsassen durchgeführt werden. Während des regulären Fahrbetriebs führt ein Fahrzeuginsasse typischerweise verschiedene Bewegungen aus, aus denen Energie gewonnen werden kann. Dazu zählt das Betätigen von Schaltern und/oder Reglern, das Drehen des Lenkrades, die Betätigung eines Fußpedals, das Aufklappen eines Haltegriffs, das Verstellen der Lehne, etc. Mittels einer geeigneten Übersetzung und eines Generators oder mittels der Verwendung von ein oder mehreren Piezoelementen kann aus diesen Bewegungen Strom erzeugt werden.
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Ggf. kann elektrische Energie aus zusätzlich aufgebrachter körperlicher Betätigung eines Fahrzeuginsassen generiert werden. Aus Fitnessstudios sind diverse Geräte bekannt, die zum körperlichen Kraft- und Ausdauertraining konzipiert sind. Bei deren Verwendung bringt ein Mensch mechanische Energie auf, die in der Regel dissipiert wird. Unter Berücksichtigung eventuell erforderlicher Anpassungen ist die Verwendung eines solchen Geräts in einem Fahrzeug 100 möglich. Wird ein solches Gerät an einen entsprechenden Stromerzeuger 202 (Generatoren oder Piezoelement) angeschlossen, kann ein Teil der Energie nutzbar gemacht werden.
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Die gewonnene elektrische Energie kann für einen Inselbetrieb oder zur Ladung der Batterie 105 verwendet werden. Beispielsweise können der Hochvoltspeicher und/oder die Starterbatterie geladen werden. Als Anwendung für Inselbetrieb kann der Betrieb von Schaltern und/oder Kleinstverbrauchern wie LEDs vorgesehen sein. Diese Komponenten 104 können ggf. ohne Anschluss an das Energiebordnetz des Fahrzeugs 100 betrieben werden (und können mit dem lokal generierten Strom versorgt werden). Ggf. können Datensignale per Funk an eine derartige Komponente 104 und/oder von einer derartigen Komponente 104 übertragen werden. So können individuell positionierbare Komponenten 104 in einem Fahrzeug 100 verbaut werden, die ansonsten auf eine Verkabelung angewiesen wären.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zur Bereitstellung von elektrischer Energie in einem Kraftfahrzeug 100. Das Verfahren 300 umfasst das Generieren 301 von elektrischer Energie mittels zumindest einer Energie-erzeugenden Komponente 102, 104 des Fahrzeugs 100, wobei die Komponente 102, 104 ausgebildet ist, basierend auf einer Krafteinwirkung eines Nutzers des Fahrzeugs 100 elektrische Energie zu erzeugen. Das Verfahren 300 umfasst ferner das Nutzen 302 der von der Komponente 102, 104 erzeugten elektrischen Energie für den Betrieb des Fahrzeugs 100.
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Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann die Energieeffizienz eines Fahrzeugs 100 erhöht werden. Ferner können Fitnessmöglichkeiten in einem (ggf. autonom fahrenden) Fahrzeug 100 bereitgestellt werden. Des Weiteren ermöglicht der Inselbetrieb zusätzliche Individualisierungsmöglichkeiten eines Fahrzeugs 100.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
