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Title:
ELECTRICAL POWER SUPPLY APPARATUS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/071159
Kind Code:
A3
Abstract:
The invention relates to an apparatus (10) for supplying electrical power, which is provided by an electrical rechargeable power source (18), to electrically operated components (12, 14, 16) of a vehicle, in particular a passenger car, camping vehicle or special-purpose vehicle. According to the invention, provision is made for a further rechargeable power source (20) for supplying electrical power to the components (12, 14, 16) to be provided, said further rechargeable power source differing from the first power source (18) in terms of its charging capacity. The invention also relates to a method for supplying power to electrically operated components (12, 14, 16) of a vehicle.

Inventors:
STRECKER UWE (DE)
Application Number:
PCT/DE2007/002193
Publication Date:
September 25, 2008
Filing Date:
December 06, 2007
Export Citation:
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Assignee:
WEBASTO AG (DE)
STRECKER UWE (DE)
International Classes:
H02J7/14; H02J7/00; H02J7/34
Foreign References:
EP1138554A22001-10-04
EP1401082A22004-03-24
EP1340908A12003-09-03
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Claims:

Patentansprüche

1. Vorrichtung (10) zur Versorgung von elektrisch betreibbaren Komponenten (12, 14, 16) eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, Campingfahrzeugs oder Sonderaufbaufahrzeugs, mit elektrischer Energie, die von einer elektrischen wiederaufladbaren Energiequelle (18) zur Verfügung gestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere wiederaufladbare Energiequelle (20) zur Versorgung der Komponenten (12, 14, 16) mit elektrischer Energie vorgesehen ist, die sich im Hinblick auf eine Aufladefähigkeit von der Energiequelle (18) unterscheidet.

2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Energiequelle (20) schneller wiederaufladbar als die Energiequelle (18) ist.

3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Energiequelle (20) ein Akkumulator auf Lithiumbasis ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (18) ein Akkumulator auf Bleibasis ist.

5. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (18) und die weitere Energiequelle (20) so ausgelegt sind, dass die Energiequelle (18) 60% bis 70% und die weitere Energiequelle (20) entsprechend 30% bis 40% einer elektrischen Energiegesamtmenge für die elektrisch betreibbaren Komponenten (12, 14, 16) zur Verfügung stellen.

6. Fahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen oder Campingfahrzeug, mit einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

7. Verfahren zur Versorgung von elektrisch betreibbaren Komponenten (12, 14, 16) eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, Campingfahrzeugs oder Sonderaufbaufahrzeugs, mit elektrischer Energie von einer elektrischen wiederaufladbaren Energiequelle (18), ge- kennzeichnet durch ein Versorgen der Komponenten (12, 14, 16) mit elektrischer Energie durch eine weitere elektrische wiederaufladbare E- nergiequelle (20), die sich im Hinblick auf eine Aufladefähigkeit von der Energiequelle (18) unterscheidet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein schnelleres Aufladen der weiteren Energiequelle (20) als das der Energiequelle (18).

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein zur Verfügung Stellen von elektrischer Energie durch die weitere Energiequelle (20), die ein Akkumulator auf Lithiumbasis ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch ein zur Verfügung Stellen von elektrischer Energie durch die Energiequelle (18), die ein Akkumulator auf Bleibasis ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch ein zur Verfügung Stellen von 60% bis 70% einer elektrischen Energiegesamtmenge durch die Energiequelle (18) und entsprechend 30% bis 40% der elektrischen Energiegesamtmenge durch die weitere Energie- quelle (20) für die elektrisch betreibbaren Komponenten (12, 14, 16).

Description:

Elektrische Energieversorgungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Versorgung von elektrisch betreibbaren Komponenten eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, 0 Campingfahrzeugs oder Sonderaufbaufahrzeugs, mit elektrischer Energie, die von einer elektrischen wiederaufladbaren Energiequelle zur Verfügung gestellt wird.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Versorgung von e- 5 lektrisch betreibbaren Komponenten eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, Campingfahrzeugs oder Sonderaufbaufahrzeugs, mit elektrischer Energie von einer elektrischen wiederaufladbaren Energiequelle.

In modernen Fahrzeugen, wie beispielsweise Kraftfahrzeugen (PKW) oder o Campingfahrzeugen, tritt aufgrund des Einsatzes vieler elektrischer Verbraucher und Zusatzverbraucher, beispielsweise einer Heizung, Beleuchtung, Klimaanlage etc., ein sehr hoher elektrischer Energiebedarf auf, den eine elektrische wiederaufladbare Energiequelle beziehungsweise eine Fahrzeugbatterie abdecken muss. Insbesondere während der Winterzeit treten durch den Einsatz 5 dieser zahlreichen elektrischen Verbraucher Probleme im Hinblick auf das Aufladen der elektrischen wiederaufladbaren Energiequelle beziehungsweise der Fahrzeugbatterie auf, da deren Speicherkapazität durch Kälte gehemmt wird. Derartige Fahrzeugbatterien sind beispielsweise als Akkumulatoren auf Bleibasis (Blei-Akkumulator) ausgeführt. Der starke elektrische Verbrauch durch die o Zusatzverbraucher kann zu einer Absenkung der Bordspannung führen, wenn die Fahrzeugbatterie nur unzureichend aufgeladen ist. Dies bewirkt wiederum, dass das Fahrzeug bei ungenügender Aufladung der Fahrzeugbatterie nicht mehr gestartet werden kann. Eine bereits bekannte Möglichkeit zur Behebung dieses Problems ist die Verwendung beziehungsweise der Einbau einer weite-

ren elektrischen wiederaufladbaren Energiequelle beziehungsweise eines weiteren Akkumulators auf Bleibasis. Damit kann aufgrund der höheren Speicherkapazität beziehungsweise der größeren Menge an zur Verfügung gestellter elektrischer Energie das Absenken der Bordspannung verhindert werden kann. Eine derartige Lösung ist beispielsweise in der DE 100 21 155 C1 beschrieben. Aus dieser Druckschrift ist ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs bekannt, das eine erste und zweite Fahrzeugbatterie umfasst. Die zweite Fahrzeugbatterie kann dabei eine größere Spannung zur Verfügung stellen, als die erste Fahrzeugbatterie. Dadurch soll sichergestellt werden, dass ein Starter beziehungsweise An- lasser des Kraftfahrzeugs auf jeden Fall durch eine der beiden Fahrzeugbatterien gestartet werden kann. Insbesondere bei Verwendung von Akkumulatoren auf Bleibasis tritt jedoch die Problematik auf, dass stets längere Fahrtzeiten des Fahrzeugs erforderlich sind, um diese Akkumulatoren effektiv aufzuladen. Liegt beispielsweise der Ladezustand eines solchen Akkumulators unter einem Ener- gieniveau, das zum Starten des Fahrzeugs erforderlich ist, so können kurze

Fahrten des Fahrzeugs nur unzureichend dazu beitragen, den Akkumulator wirkungsvoll auf ein für den nächsten Start des Fahrzeugs erforderliches Energieniveau aufzuladen. Die Akkumulatoren auf Bleibasis können nämlich bei nur sehr kurzen Fahrtzeiten, beispielsweise in den ersten fünfzehn Lademinuten, technologisch bedingt nur sehr geringe Lademengen aufnehmen. So kann das Versagen des Fahrzeugstarts selbst bei Verwendung von zwei Akkumulatoren auf Bleibasis nicht ausgeschlossen werden, wenn das Fahrzeug größtenteils für Kurzstreckenbetriebe verwendet wird. Beispielsweise sind bei Campingfahrzeugen lange Ladezeiten für den zweiten Blei-Akkumulator mit circa 100 Ah notwendig, die nur durch langes Fahren oder anschließen an eine externe Versorgung (Netz, FFT, etc.) erreicht werden können. Darüber hinaus ist durch das Vorsehen des weiteren Akkumulators auf Bleibasis ein größerer Bauraum erforderlich, der teilweise nur unter erheblichem Konstruktionsaufwand an dem Fahrzeug zur Verfügung gestellt werden kann. Ebenso trägt die Verwendung des weiteren Akkumulators auf Bleibasis zu einer zusätzlichen, nicht unerheblichen Gewichtserhöhung des Fahrzeugs bei.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren derart weiterzubilden, dass eine Sicherheit, das Fahr-

zeug starten beziehungsweise anlassen zu können, erhöht werden kann, selbst wenn das Fahrzeug größtenteils Kurzstrecken zurücklegt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass eine weitere wiederaufladbare Energiequelle zur Versorgung der Komponenten mit elektrischer Energie vorgesehen ist, die sich im Hinblick auf ihr Aufladeverhalten von der (ersten) Energiequelle unterscheidet. So kann insbesondere ein Hybridsystem geschaffen werden, dem zwei unterschiedliche Technologien zugrunde liegen. Beispielsweise kann die elektri- sehe wiederaufladbare Energiequelle ein eher langsames Aufladeverhalten verfügen und so ausgelegt sein, dass sie längerfristig elektrische Energie zur Verfügung stellen kann. Die weitere oder zweite elektrische wiederaufladbare E- nergiequelle kann über eine Schnellaufladefähigkeit verfügen. So kann die weitere elektrische Energiequelle insbesondere bei durch das Fahrzeug zurückge- legten Kurzstrecken schnell auf ein Energieniveau aufgeladen werden, das insbesondere zum erneuten Starten beziehungsweise Anlassen des Fahrzeugs ausreichend ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in vorteilhafterweise derart weiterge- bildet werden, dass die weitere Energiequelle schneller wiederaufladbar als die Energiequelle ist.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet sein, dass die weitere Energiequelle ein Akkumulator auf Lithiumbasis ist. Beispielsweise kön- nen hierfür Lithium-Ionen-Akkumulatoren oder Lithium-Polymer-Akkumulatoren in Betracht kommen. Akkumulatoren auf Lithiumbasis zeichnen sich neben ihrer Schnellaufladefähigkeit im Vergleich zu Blei-Akkumulatoren durch ein geringes Gewicht und weiterhin durch einen geringen Platzbedarf aus. Insbesondere kann durch deren Verwendung eine optimierte Ladeenergieausnutzung des

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Fahrzeugsystems verwirklicht werden. So wird insbesondere durch den Akkumulator auf Lithiumbasis der bisher nur ungenügend genutzte, zur Verfügung gestellte Strom beziehungsweise die elektrische Energie, die während der Anfangsphase der Fahrt erzeugt wird, gespeichert. Der Aufwand für eine Ladere- gelung des Akkumulators auf Lithiumbasis im Standardfahrzeugspannungssys- tem ist nur gering. Darüber hinaus ist der Akkumulator auf Lithiumbasis leicht nachrüstbar. Insbesondere in Campingfahrzeugen lässt sich der Akkumulator auf Lithiumbasis durch die variable Form und dessen geringes Gewicht günstig integrieren. Die Schnellaufladefähigkeit des Akkumulators erlaubt die Aufladung auf ein ausreichendes Energieniveau bereits bei kurzen Fahrten, beispielsweise von ein bis zwei Stunden. Somit kann bei kurzen Aufenthalten an einem Netzsystem bis zu einer Stunde das Bordnetz beziehungsweise die elektrischen E- nergieverbraucher mit elektrischer Energie ausreichend versorgt werden. Auch der Einsatz in neuen Fahrzeugen mit erhöhten Ladespannungen im Kalten ist möglich.

Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so verwirklicht werden, dass die Energiequelle ein Akkumulator auf Bleibasis ist. Diese wird insbesondere für eine längerfristige elektrische Energieversorgung von elektrischen Verbrauchern verwendet. Sollte das durch den Akkumulator auf Bleibasis zur Verfügung gestellte Energieniveau für den Fahrzeugstart unzureichend werden, kann der weitere Akkumulator auf Lithiumbasis hierfür verwendet werden.

Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung derart umgesetzt, dass die Energiequelle und die weitere Energiequelle so ausgelegt sind, dass die Energiequelle 60% bis 70% und die weitere Energiequelle entsprechend 30% bis 40% einer elektrischen Energiegesamtmenge für die elektrisch betreibbaren Komponenten zur Verfügung stellen. Die Aufteilung der Energiegesamtmenge auf beide Energiequellen kann jedoch beliebig entsprechend den spezifischen Anforderung gewählt werden. So kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Akkumulator auf Bleibasis 66% der Speichermenge beziehungsweise Energiegesamtmenge als günstiger und bewährter Akkumulator mit langen Ladezeiten zur Verfügung stellt. Femer kann der Akkumulator auf Lithiumbasis insbesondere 33-34% der Speichermenge als schnellladefähiger und tiefentladefester Li-

thium-Akkumulator mit geringer Selbstentladung und hohem Leistungsgewicht zur Verfügung stellen. Durch diese geeignete Auslegung kann weiterhin eine Gewichts- und Raumeinsparung erzielt werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen oder Campingfahrzeug, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Versorgung von elektrisch betreibbaren Komponenten eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens oder Campingfahrzeugs, baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass es ein Versorgen der Komponenten mit elektrischer Energie durch eine weitere elektrische wiederaufladbare Energiequelle, die sich im Hinblick auf eine Aufladefähigkeit von der Energiequelle unterscheidet, umfasst. Da- durch ergeben sich die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläuterten Eigenschaften und Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen wird.

Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auch diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafterweise derart weitergebildet sein, dass es ein schnelleres Aufladen der weiteren Energiequelle als das der Energiequelle umfasst.

Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgeführt werden, dass es ein zur Verfügung stellen von elektrischer Energie durch die weitere Energiequelle, die ein Akkumulator auf Lithiumbasis ist, umfasst.

Femer kann das erfindungsgemäße Verfahren so realisiert werden, dass es ein zur Verfügung stellen von elektrischer Energie durch die Energiequelle, die ein Akkumulator auf Bleibasis ist, umfasst.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren so weitergebildet, dass es ein zur Verfügung Stellen von 60% bis 70% einer elektrischen Energiegesamtmenge durch die Energiequelle und entsprechend 30% bis 40% der elektrischen Energiegesamtmenge durch die weitere Energiequelle für die elektrisch betreibbaren Komponenten umfasst.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur beispielhaft erläutert.

Es zeigt:

Figur 1 eine stark schematisierte Darstellung der erfindungsgemäßen

Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.

Figur 1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Versorgung von elektrisch betreibbaren Komponenten 12, 14, 16 eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, Campingfahrzeugs oder Sonderaufbaufahrzeugs, wie beispielsweise Krankenwagen und Forstmaschinen, umfasst im dargestellten Fall eine (erste) elektrische wiederaufladbare Energiequelle 18, die als ein Akkumulator auf Bleibasis 18 ausgeführt ist, und eine weitere (zweite) elektrische wiederaufladbare Energiequelle 20, die als ein Akkumulator auf Lithiumbasis 20 ausgeführt ist. Sowohl die erste als auch die zweite elektrische wiederaufladba- re Energiequelle 18, 20 sind an elektrisch betreibbaren Komponenten 12, 14,

16 eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens oder Campingfahrzeugs, angeschlossen beziehungsweise mit diesen gekoppelt, beispielsweise über ein Bordnetzsystem des Fahrzeugs. Die elektrisch betreibbaren Komponenten 12, 14, 16 sind beispielsweise eine Fahrzeugheizuηg 12, eine

Fahrzeugbeleuchtung 14 und eine Fahrzeuganlasser 16. Der Einfachheit halber sind lediglich drei elektrisch betreibbare Komponenten des Fahrzeugs dargestellt. Es können beliebig viele elektrisch betreibbare Komponenten des Fahrzeugs vorgesehen sein, die von der ersten und zweiten elektrischen Energie- quelle 18, 20 mit elektrischer Energie versorgt werden. Weiterhin ist eine Aufladeeinrichtung 22 jeweils mit der ersten und zweiten elektrischen wiederauflad- baren Energiequelle 18, 20 gekoppelt. Diese kann beispielsweise ein Generator zur Stromerzeugung sein, der im Betrieb eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs betrieben wird und dadurch elektrische Energie zum Aufladen der ersten und zweiten Energiequellen 18, 20 zur Verfügung stellen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Versorgung der elektrisch betreibbaren Komponenten 12, 14, 16 sieht vor, dass durch die erste und zweite elektrische wiederaufladbare Energiequelle 18, 20 die elektrisch betreibbaren Komponen- ten 12, 14, 16 mit elektrischer Energie versorgt werden. Insbesondere kann die Energie- beziehungsweise Stromversorgung des Fahrzeugs so geregelt/gesteuert werden, dass die zweite Energiequelle 20 insbesondere zum Anlassen des Fahrzeugs verwendet wird. Vor allem dann, wenn die erste Energiequelle 18 aufgrund eines geringen Ladezustands nicht ausreichend elektrische Energie zum Starten des Fahrzeugs liefern kann. Vorzugsweise werden die erste und zweite Energiequelle 18, 20 so ausgelegt, dass die erste Energiequelle 18 60% bis 70% und die zweite Energiequelle 20 entsprechend 30% bis 40% einer elektrischen Energiegesamtmenge beziehungsweise Speichermenge für die elektrisch betreibbaren Komponenten 12, 14, 16 zur Verfügung stellen kön- nen. Insbesondere stellt die erste elektrische Energiequelle 18 66% der Speichermenge den elektrischen Komponenten 12, 14, 16 zur Verfügung, wohingegen die zweite elektrische Energiequelle 20 33-34% der Speichermenge den elektrisch betreibbaren Komponenten 12, 14, 16 zur Verfügung stellt.

Im Betrieb des Fahrzeugs, das heißt bei angelassenem Verbrennungsmotor, wird die Aufladeeinrichtung 22 angetrieben, wodurch elektrische Energie zum Aufladen der ersten Energiequelle 18 und der zweiten Energiequelle 20 erzeugt wird. Insbesondere kann anhand einer geeigneten Regelung vorgesehen sein, dass aufgrund der Schnellaufladefähigkeit der zweiten Energiequelle 20 dieser

anfangs, d.h. bis zu einem vorbestimmten Zeitpunkt oder einer vorbestimmten durch das Fahrzeug zurückgelegten Strecke, elektrische Energie zum Aufladen durch die Aufladeeinrichtung 22 zur Verfügung gestellt wird. So wird insbesondere bei kurzen Fahrten beziehungsweise Kurzstreckenfahrten des Fahrzeugs die zweite elektrische wiederaufladbare Energiequelle 20 aufgeladen. Hingegen wird ab dem Zeitpunkt oder ab der vorbestimmten zurückgelegten Strecke zusätzlich oder alleine die erste elektrische wiederaufladbare Energiequelle 18 von der Aufladeeinrichtung 22 aufgeladen. Dies kann durch eine geeignete Regelung, beispielsweise durch eine an sich bekannte ECU mit Speicher, etc. er- folgen. Dadurch wird insbesondere bei Langstreckenfahrten beziehungsweise länger andauernden Fahrten des Fahrzeugs die erste Energiequelle 18 aufgeladen. Anhand dieser Aufladeregelung kann sichergestellt werden, dass auch bei nahezu entladener ersten Energiequelle 18 den elektrisch betreibbaren Komponenten 12, 14, 16, insbesondere dem Fahrzeuganlasser 16, durch die zweite elektrische Energiequelle 20 ausreichend elektrische Energie für den nächsten Start des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden kann.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

10 Vorrichtung

12 Fahrzeugheizung

14 Fahrzeugbeleuchtung

16 Fahrzeuganlasser

18 Akkumulator auf Bleibasis

20 Akkumulator auf Lithiumbasis

22 Aufladeeinrichtung