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Nachfolgend werden eine Akkumulatoranordnung für einen Stromkreis eines Kraftfahrzeugs sowie ein entsprechend ausgerüstetes Kraftfahrzeug beschrieben.
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Akkumulatoranordnungen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt. Es ist bekannt, Kraftfahrzeuge mit mehr als einem Akkumulator auszustatten, beispielsweise um eine Redundanz in der Energieversorgung zu ermöglichen oder um für kritische Anwendungen ausreichende Energiereserven bereithalten zu können. Bei mehr als einem Akkumulator müssen die Ladeverfahren für die mehreren Akkumulatoren abhängig von der konkreten Ausgestaltung und Anordnung der Akkumulatoren geregelt oder gesteuert werden.
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Die
DE 10 2013 220 110 A1 offenbart ein Verfahren zum Emulieren einer Batterietechnologie, bei der Zustandsgrößen einer ersten Batterie ermittelt werden. Anschließend werden basierend auf dem Satz der ermittelten Zustandsparameterwerte der ersten Batterie Batterieparameter für eine zweite Batterie berechnet. Dabei kann die erste Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie und die zweite Batterie eine Bleisäurebatterie sein.
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Bei Kraftfahrzeugen mit mehr als einem Akkumulator stellen sich insbesondere bei einem längerfristig abgestellten und ausgeschalteten Kraftfahrzeug Aufgaben bei der Ladesteuerung. Einerseits soll ein einwandfreies Funktionieren, z. B. Starten, des Kraftfahrzeugs auch über größere Zeiträume hinweg bei ausgeschaltetem Kraftfahrzeug unter allen Umständen, z. B. tiefen Temperaturen, gewährleistet werden können, andererseits soll eine Ladestromsteuerung mit möglichst geringem Energieverbrauch möglich gemacht werden, sodass die verfügbare Ladekapazität nicht durch die Ladestromsteuerung aufgebraucht wird.
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Die zuvor genannten Aufgaben werden gelöst durch eine Akkumulatoranordnung gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch 10. Weiterführende Ausgestaltungen der Akkumulatoranordnung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
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Nachfolgend wird eine Akkumulatoranordnung für einen Stromkreis eines Kraftfahrzeugs beschrieben, die einen ersten Akkumulator und einen dazu parallelgeschalteten zweiten Akkumulator aufweist, wobei der zweite Akkumulator eine höhere Ausgangsspannung als der erste Akkumulator aufweist. Des Weiteren sind eine Akkumulatorsteuerung und ein von der Akkumulatorsteuerung ansteuerbares Relais vorgesehen, wobei der zweite Akkumulator mittels des Relais vom Stromkreis abtrennbar ist, wobei die Akkumulatorsteuerung mit einer Recheneinheit verbunden ist, die ein in einem Speicher abgelegtes Computerprogrammprodukt aufweist, das, wenn es von der Recheneinheit geladen und ausgeführt wird, dazu ausgebildet ist, ein unteres Entladungslimit des zweiten Akkumulators in Abhängigkeit von Zustandsparametern des ersten Akkumulators und des zweiten Akkumulators zu berechnen und das untere Entladungslimit an die Akkumulatorsteuerung zu kommunizieren, wobei die Akkumulatorsteuerung dazu ausgebildet ist, den zweiten Akkumulator bei Erreichen des unteren Entladungslimits des zweiten Akkumulators vom Stromkreis abzutrennen.
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Mit Hilfe der hier beschriebenen Akkumulatoranordnung ist es möglich, einen zweiten Akkumulator in Abhängigkeit von Zustandsparametern vom Stromkreis zu trennen und damit zu gewährleisten, dass der zweite Akkumulator seine Ladekapazität gemäß des unteren Entladungslimits erhält, sodass die Ladekapazität für spätere Energieanforderungen zur Verfügung steht. Somit kann der zweite Akkumulator vor Tiefentladung geschützt werden. Der zweite Akkumulator kann darauf ausgelegt sein, zyklisiert zu werden, indem er gegen häufige Lade- und Entladevorgänge unempfindlich ist. Der erste Akkumulator kann somit beispielsweise vorwiegend dazu verwendet werden, einen Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs zu starten und kann auf eine gute Energiespeicherung zu Lasten der Zyklisierungsfähigkeit ausgelegt sein.
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Die Akkumulatorsteuerung kann einen Mikroprozessor zum Verarbeiten von Informationen aufweisen, wobei auf dem Mikroprozessor ein Computerprogrammprodukt ausgeführt werden kann, das zur Verarbeitung des unteren Entladungslimits und zur Ansteuerung des Relais bei Erreichen des unteren Entladungslimits ausgebildet ist. Der Mikroprozessor kann dazu eingerichtet sein bzw. mit Mitteln verbunden sein, die erlauben, den Ladezustand des zweiten Akkumulators zu ermitteln.
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Ein Laden des ersten Akkumulators mit der Energie, die im zweiten Akkumulator gespeichert ist, kann maximal so lange stattfinden, bis der zweite Akkumulator das untere Entladungslimit erreicht hat. Darüber hinausgehend bleibt die im zweiten Akkumulator gespeicherte Energie erhalten. Somit kann beispielsweise bei einem Defekt des ersten Akkumulators eine Tiefentladung des zweiten Akkumulators beim Versuch, den defekten ersten Akkumulator zu laden, verhindert werden.
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Entsprechende Zustandsparameter können beispielsweise Ladezustand, Typ, Alter und dergleichen mehr der beiden Akkumulatoren sein.
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In einer ersten weiterführenden Ausgestaltung kann ein mit der Recheneinheit verbundener Ladezustandsmesser zur Messung eines Ladezustands von erstem Akkumulator und/oder zweitem Akkumulator vorgesehen sein, wobei der oder die Ladezustände von erstem Akkumulator und zweitem Akkumulator Zustandsparameter sind.
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Der Ladezustandsmesser des zweiten Akkumulators kann gemäß einer weiterführenden Ausgestaltung in die Akkumulatorsteuerung integriert sein. Eine Kommunikation des Ladezustands an die Recheneinheit kann mithilfe derselben Mittel geschehen, mit denen das untere Entladungslimit an die Akkumulatorsteuerung übermittelt wird. Ein solches Mittel kann beispielsweise ein CAN-BUS-System sein.
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Die Zustandsparameter können von dem Computerprogrammprodukt zur Berechnung eines unteren Entladungslimits verwendet werden. Sofern ein Ladezustandsmesser für den zweiten Akkumulator vorgesehen ist, kann der Ladezustandsmesser mit dem Relais verbunden oder in das Relais integriert sein.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann das Computerprogrammprodukt dazu ausgebildet sein, ein Trennsignal an die Akkumulatorsteuerung zu kommunizieren, wenn der Ladezustand des ersten Akkumulators einen oberen Grenzwert überschreitet.
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Der obere Grenzwert kann einen vollgeladenen Zustand des ersten Akkumulators signalisieren. Auf diese Weise kann ein Versuch, den ersten Akkumulator mit Energie zu beaufschlagen, unterbunden werden, wenn der erste Akkumulator ausreichend vollgeladen ist. Durch Definition eines oberen Grenzwertes wird eine Entladung des zweiten Akkumulators verhindert. Der obere Grenzwert kann beispielsweise 90% oder 95% Ladekapazität sein. Der obere Grenzwert kann abhängig vom Zustand des ersten Akkumulators regelmäßig oder sporadisch neu festgesetzt werden, beispielsweise um Kapazitätsverluste eines alternden Akkumulators zu kompensieren.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann der wenigstens eine Ladezustandsmesser wenigstens einen Spannungsmesser zur Messung einer Ausgangsspannung von erstem Akkumulator und/oder zweitem Akkumulator am offenen Stromkreis sein.
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Hierzu können Schalter vorgesehen sein, um den Stromkreis zu öffnen und eine Belastung von erstem und/zweitem Akkumulator durch Verbraucher im Stromkreis zu verhindern. Durch die Messung der Ausgangsspannung von erstem und/oder zweitem Akkumulator lässt sich der Zustand, insbesondere der Ladezustand, der beiden Akkumulatoren ermitteln.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann ein mit der Recheneinheit verbundener Temperatursensor zur Messung einer Umgebungstemperatur vorgesehen sein, wobei die Umgebungstemperatur ein Zustandsparameter ist.
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Durch die Einbeziehung der Umgebungstemperatur können Grenzspannungen so definiert werden, dass auch bei extremen Umgebungsbedingungen, beispielsweise bei großer Kälte, eine hinreichende Energiespeicherung sichergestellt werden kann. So kann z. B. bei kälteren Umgebungsbedingungen ein höheres unteres Entladungslimit für den zweiten Akkumulator festgelegt werden.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung können die Akkumulatorsteuerung und das Relais in den zweiten Akkumulator integriert sein.
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Akkumulatorsteuerung und Relais können somit Bestandteil einer Ladeelektronik des zweiten Akkumulators sein, wie sie für bestimmte moderne Akkumulatortechniken verwendet werden.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann die Akkumulatorsteuerung einen Speicher zur Speicherung des von der Recheneinheit kommunizierten unteren Entladungslimits des zweiten Akkumulators aufweisen.
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Auf diese Weise kann zumindest der kommunizierte Wert am Relais gespeichert werden, sodass dieser am Relais auch dann zur Verfügung steht, wenn die Recheneinheit ausgeschaltet ist, beispielsweise bei ausgeschaltetem Kraftfahrzeug. Zudem lässt sich so der Energieverbrauch zur Laderegelung der beiden Akkumulatoren minimieren.
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Ein Unterbleiben der Kommunikation über einen gewissen Zeitraum kann weiterhin dazu verwendet werden zu erkennen, wann das Kraftfahrzeug ausgeschaltet wurde, sofern beim Ausschalten des Kraftfahrzeugs die Recheneinheit deaktiviert wird.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann der erste Akkumulator ein Bleisäureakkumulator und/oder der zweite Akkumulator ein Lithium-Ionen-Akkumulator sein. Bleisäureakkumulatoren können Energie über lange Zeiträume ohne große Verluste speichern und eignen sich daher gut als Starterakkumulatoren. Bleisäureakkumulatoren sind jedoch hinsichtlich der möglichen Ladezyklen limitiert und zeigen Leistungsabfälle bei häufigem Entladen und laden.
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Der zweite Akkumulator kann auch auf anderen modernen Batterietypen basieren, beispielsweise Lithium-Polymer oder dergleichen. Diese Akkumulatorentypen weisen gegenüber Bleisäureakkumulatoren, wie sie häufig im Kraftfahrzeug Einsatz finden, den Vorteil auf, dass sie unempfindlich gegen häufiges Entladen und Laden sind. Sie eignen sich daher gut für die Betriebsversorgung eines laufenden Kraftfahrzeuges. Zudem können diese Akkumulatoren mit höheren Ausgangsspannungen als Bleisäureakkumulatoren ausgelegt werden, sodass ein Laden des ersten Akkumulators durch den zweiten Akkumulator ohne DC/DC-Umspannung möglich ist.
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Entsprechende Akkumulatorkombinationen sind daher gut dafür geeignet, die Zuverlässigkeit des Kraftfahrzeugs bei längeren Stillstandszeiten in niedrigen Temperaturen zu gewährleisten.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Akkumulatorsteuerung dazu eingerichtet ist, den zweiten Akkumulator bei Unterschreiten einer unteren Grenzspannung vom Stromkreis abzutrennen.
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Ein erster unabhängiger Gegenstand betrifft ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer kapazitativen Akkumulatoranordnung der vorgenannten Art.
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Ein weiterer hier beschriebener unabhängiger Gegenstand betrifft ein Verfahren zur Ladesteuerung einer Akkumulatoranordnung der vorgenannten Art, wobei Zustandsparameter des ersten Akkumulators und des zweiten Akkumulators zu berechnen und daraus ein unteres Entladungslimit zu bestimmen, wobei das untere Entladungslimit an eine Akkumulatorsteuerung übermittelt wird, die mit einem Relais verbunden ist, mit dem der zweite Akkumulator vom Stromkreis abtrennbar ist, wobei die Akkumulatorsteuerung mittels des Relais den zweiten Akkumulator bei Erreichen des unteren Entladungslimits des zweiten Akkumulators vom Stromkreis abtrennt.
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Gemäß einem weiterführenden Aspekt kann vorgesehen sein, dass das Verfahren ausgeführt wird, sobald das Kraftfahrzeug abgeschaltet ist.
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Gemäß einem weiterführenden Aspekt kann vorgesehen sein, dass ein Abschalten des Kraftfahrzeugs anhand des Zustands der Recheneinheit ermittelt wird, wobei bei ausbleibender Kommunikation eines unteren Entladungslimits davon ausgegangen wird, dass das Kraftfahrzeug ausgeschaltet ist. Eine solche Prüfung kann in gewissen Zeitintervallen stattfinden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit ein Trennsignal an die Akkumulatorsteuerung sendet, wenn der Ladezustand des ersten Akkumulators einen oberen Grenzwert überschreitet. Somit kann erreicht werden, dass ein Laden des ersten Akkumulators durch den zweiten Akkumulator unterbleibt, sobald dieser hinreichend vollständig geladen ist.
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In einer weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass eine Umgebungstemperatur gemessen und als Zustandsparameter zur Berechnung des unteren Entladungslimits verwendet wird. Je niedriger die Temperatur, desto höher kann das untere Entladungslimit sein.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei zeigen schematisch:
Die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 2 mit einer entsprechenden Akkumulatoranordnung 4 (gestrichelt umrahmt).
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Die Akkumulatoranordnung 4 weist einen Stromkreis 6 mit einem ersten Akkumulator 8 und einem dazu parallel geschalteten zweiten Akkumulator 10 auf. Der erste Akkumulator 8 ist vorliegend ein Bleisäureakkumulator, der zweite Akkumulator 10 ist vorliegend ein Lithium-Ionen-Akkumulator. Der zweite Akkumulator 10 weist eine höhere Ausgangsspannung als der erste Akkumulator 8 auf.
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Der zweite Akkumulator 10 ist mit einer Akkumulatorsteuerung 11 und einem Relais 12 ausgestattet. Das Relais 12 dient dazu, den zweiten Akkumulator 10 vom Stromkreis 6 zu trennen. Das Relais 12 kann von der Akkumulatorsteuerung 11 betätigt werden.
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Des Weiteren ist eine Recheneinheit 14 vorgesehen, die einen Speicher 16 aufweist, auf dem ein Computerprogrammprodukt gespeichert ist, das, wenn es in die Recheneinheit 14 geladen und von dieser ausgeführt wird, dazu dient, eine untere Grenzspannung für den zweiten Akkumulator 10 zu ermitteln und diese an die Akkumulatorsteuerung 11 zu kommunizieren und somit mittels der Akkumulatorsteuerung 11 das Relais 12 zu steuern.
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Die Recheneinheit 14 ist mit einem Temperatursensor 18 verbunden, mit Hilfe dessen eine Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs 2 bestimmt werden kann.
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Die Recheneinheit 14 ist des Weiteren mit zwei Spannungsmessern 20, 22 verbunden, wobei der Spannungsmesser 20 dazu dient, die Ausgangsspannung des ersten Akkumulators 8 zu bestimmen. Der zweite Spannungsmesser 22 dient in gleicher Weise dazu, die Ausgangsspannung des zweiten Akkumulators 10 zu bestimmen.
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Der zweite Spannungsmesser 22 kann alternativ Bestandteil eines (nicht dargestellten) Akkumulatorsteuermoduls sein.
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Um freie Ausgangsspannungen von erstem und zweitem Akkumulator 8 bzw. 10 bestimmen zu können, ist es erforderlich, Verbraucher 24 mittels Schaltern 26, 28 abzutrennen. Auf diese Weise können die Spannungsmesser 20, 22 isoliert jeweils nur die jeweilige Ausgangsspannung des entsprechenden Akkumulators 8 bzw. 10 messen.
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Die Recheneinheit 14 kann die untere Grenzspannung, anhand verschiedener Zustandsparameter ermitteln, zum Beispiel der zuvor erwähnten Außentemperatur, sowie anderer Zustandsparameter wie Ladezustand von erstem Akkumulator 10 und zweitem Akkumulator 8, Typ und Alter der Akkumulatoren 8, 10, Zustand des Kraftfahrzeuges 2, und die untere Grenzspannung an die Akkumulatorsteuerung 11 zu kommunizieren.
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Die Akkumulatorsteuerung 11 weist einen Speicher 30 zum Speichern von Informationen auf, in dem die jeweilige zuletzt von der Recheneinheit 14 kommunizierte untere Grenzspannung ablegbar ist. Hiermit ist es möglich, die untere Grenzspannung für den zweiten Akkumulator 10 auch bei ausgeschalteter Recheneinheit 14, beispielsweise aufgrund eines ausgeschalteten Kraftfahrzeuges 2, vorzuhalten.
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Die Akkumulatorsteuerung 11 führt ein Computerprogrammprodukt aus, das einen aktuellen Ladezustand des zweiten Akkumulators 10 mit dem unteren Grenzwert vergleicht.
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Abhängig vom Ladezustand von erstem Akkumulator 8 und zweitem Akkumulator 10 kann die Recheneinheit 14 des Weiteren einen Trennbefehl an die Akkumulatorsteuerung 11 des zweiten Akkumulators 10 senden, beispielsweise, wenn der erste Akkumulator 8 defekt sein sollte oder wenn dieser hinreichend geladen ist. Der Ladezustand kann beispielsweise über die Ausgangsspannung des ersten Akkumulators 8 ermittelt werden.
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Auch für andere denkbare Zustände ist der Speicher 30 der Akkumulatorsteuerung 11 hilfreich, beispielsweise wenn in einem Segelbetrieb, also beim Rollen des Kraftfahrzeugs 2 mit abgeschaltetem Motor ein Fehler vorkommt und die Verbraucher 24 weiterhin Energie vom zweiten Akkumulator 10 anfordern. Dann kann die Akkumulatorsteuerung 11 den zweiten Akkumulator 10 mittels des Relais 12 vom Stromkreis 6 trennen und eine Tiefentladung des zweiten Akkumulators 10 verhindern.
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Obwohl der Gegenstand im Detail durch Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Akkumulatoranordnung
- 6
- Stromkreis
- 8
- Erster Akkumulator
- 10
- Zweiter Akkumulator
- 11
- Akkumulatorsteuerung
- 12
- Relais
- 14
- Recheneinheit
- 16
- Speicher
- 18
- Temperatursensor
- 20, 22
- Spannungsmesser
- 24
- Verbraucher
- 26, 28
- Schalter
- 30
- Speicher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013220110 A1 [0003]
