Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Starten von Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zum Starten von Verbrennungsmotoren werden Generatoren mit einer hohen Leistungsaufnahme eingesetzt, die von einem Akkumulator, zum Beispiel einem 12 V Bleiakkumulator in Kraftfahrzeugen, gespeist werden. Der Akkumulator muß deshalb für die hohe Leistungsabgabe bei Startvorgängen ausgelegt sein, obgleich für den normalen Betrieb Akkumulatoren mit geringeren Leistungsdichten ausreichen würden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art in der Weise weiterzubilden, daß bei Akkumulatoren geringerer Leistungsdichte Startvorgänge für Verbrennungsmotoren ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Vorrichtung gelöst, welche die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale besitzt.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angeführt.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Alle genannten Werte der Voltzahl, Kondensatoren, Batterie-Amperestunden, Motoren, etc. sollen beispielhaft gelten, da sie von System zu Systemkonfiguration schwanken.

In der dazugehörenden Zeichnung mit einer einzigen Figur ist mit 1 ein 12 V Bleiakkumulator bezeichnet, der beispielhaft über einen bidirektionalen Wandler 2 einen Block 3 mit hier vierzehn in Reihe geschalteten Doppelschichtkondensatoren mit jeweils z. B. 3 V Zellenspannung auflädt. Es ergibt sich somit eine zweite Bordspannung von 42 V, die von den Doppelschicht- kondensatoren bereit gestellt wird.

Beim Starten des Verbrennungsmotors mit Hilfe des Starter- generators 4 können die in Reihe geschalteten Doppelschicht- kondensatoren in kurzer Zeit, zum Beispiel innerhalb einer Sekunde, die in ihnen gespeicherte Energiemenge mit hoher Leistung an den Generator 4 ab geben, die ausreichend ist, den Verbrennungsmotor zu starten und auf die Leerlaufdrehzahl zu beschleunigen. Die dazu notwendige Energie wird aus- schließlich von den Kondensatoren bereit gestellt. Der sonst zur Beschleunigung auf Leerlaufdrehzahl erforderliche Kraftstoff wird eingespart und die damit verbundene Abgas- Emission verringert.

Ein aus in Reihe geschalteten Doppelschichtkondensatoren gebildeter Kurzzeitspeicher Der Generator 4 besteht zum Beispiel aus einer Asynchronmaschine, die über einen Wechselrichter 5 angesteuert wird und vorzugsweise direkt mit der Kurbelwelle verbunden ist.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Personenkraftwagen mit z. B. Ottomotor, wobei sich der Vorteil ergibt, daß ein Bleiakkumulator 1 mit zum Beispiel nur 36 Ah eingesetzt werden kann, was für herkömmliche Startvorgänge nicht ausreichend wäre. Die Doppelschichtkondensatorbatterie 3 besteht dann z. B. aus 14 Einzelkondensatoren a 1200 F/2,3V und weist eine Gesamtkapazität von 86 F auf, besitzt ein Gewicht von ca. 5,5 kg und ein Volumen von ca. 5 l. Sie kann bei einer Modulspannung von 42 V für 5 Sekunden ein Leistung

von 12,5 kW zur Verfügung stellen. Typischerweise besitzt sie eine Temperaturfestigkeit von-30 bis +60 °C und eine Lebens- dauer von mindestens 10 Jahren bei hoher Zyklenfestigkeit, die für zumindest 500 000 Lade/Entladezyklen ausgelegt ist.

Damit ist sie gut an die im Motorraum herrschenden Bedingungen angepaßt und weist eine mit dem Kfz vergleichbare Lebensdauer auf. Das relativ geringe Gewicht und das geringe Volumen ermöglichen eine problemlose Unterbringung in einem herkömmlichen Motorraum.

Für andere Anwendungsfälle, zum Beispiel Personenkraftwagen mit Dieselmotoren, Lastkraftwagen, Busse oder Bootsmotoren können Bordnetz mit anderen Spannungen und Doppelschicht- kondensator-Kombinationen erforderlich sein, insbesondere Doppelschichtkondensator-Kombinationen mit einer höheren Energiespeicherung, wie sie zum Starten von Dieselmotoren erforderlich ist. Gleichzeitig wird auch hier die entsprechend hohe Akkumulatorenkapazität eingespart.

Weiterhin ergeben sich durch die Einführung einer zweiten Bordspannung und der Kombination eines chemischen Speicherakkumulators mit einem Kondensatorkurzzeitspeicher eine Reihe von zusätzlichen Vorteilen : Für ein erfindungsgemäß ausgerüstetes Kraftfahrzeug können Betriebsweisen mit vielen Starts und Stops in erheblich energiesparenderer Weise durchgeführt werden, da die Bremsenergie mit Hilfe des Startergenerators zum schnellen Aufladen des Kondensators verwendet werden kann, die gespeicherte Energie dagegen wieder zum Beschleunigen. Diese Option kann zusätzlich vorgesehen werden, so daß zum Beispiel in Abhängigkeit von den Verkehrsverhältnissen oder der Streckenbeschaffenheit zwischen der Betriebsweise A) kontinuierliches Aufladen des Kondensators und B) schnelle Aufladung ausschließlich beim Bremsen ausgewählt werden kann.

Dies ermöglicht es situationsbedingt, jeweils die energiesparendste Betriebsweise auszuwählen.

Ein zusätzlich vorzusehendes Solardach kann zum Leckstromausgleich der 12V bzw. 42 V Kondensatorbatterie genutzt werden, was auch nach längeren Standzeiten und den damit möglicherweise verbundenen Ladungsverlusten der Kondensatoren einen sicheren Kaltstart ermöglicht, da so stets ausreichend Energie zur Verfügung steht.

Der zusätzliche Bordstromspeicher für das zweite Bordnetz und die Startervorrichtung haben relativ geringes Gewicht und Volumen.

Die Kondensatoren sind wartungsfrei, was die Betriebssicherheit und die Zuverlässigkeit des Kfz erhöht und Wartungskosten spart.

Das System ist wegen der hohen zur Verfügung gestellten leistung zum schnellen, sicheren und damit sparenden Motorstart geeignet.

Mit der Erfindung gelingt eine Glättung der Bordnetz- spannungen (12V und/oder 42V) ; Der Startvorgang gelingt auch zuverlässig bei sehr niedrigen Temperaturen, da die Kondensatoren ihre Leistung auch bei niedrigen Temperaturen schnell abgeben können und im Gegensatz zu Akkumulatoren keine temperaturbedingten Leistungseinbußen zeigen.

Die Probleme beim Fremdstarten in Zweispannungsbordnetzen werden gelöst.

Unterstützung eines"Break by Wire", da der Asynchronmotor ohne zusätzliche Mechanik den Bremsvorgang unterstützen kann.

Die Erfindung bietet einen redundanten Energiespeicher ;

Der erfindungsgemäß redundante Speicher kann bei"Steer by Wire"Systemen eingesetzt werden.

Die Erfindung ermöglicht ein Starten des Kfz mit 220 V über den Umrichter. So können die Kondensatoren im Notfall auch über ein normales Stromnetz aufgeladen und bei leeren Energiespeichern ein schneller Start ohne zusätzliche Hilfsmittel durchgeführt werden, beispielsweise nach längeren Garagenaufenthalten direkt über eine dort vorhandene Steckdose.

Die Kondensatoren können mit der Schnellladefunktion aufgeladen werden und benötigen keine langen Ladezeiten, wie etwa Akkumulatoren.

42 V Batterien oder Akkumulatoren (elektrochemischer Energiespeicher) werden überflüssig.

Die Lebensdauer der Kondensatoren beträgt minimal 10 Jahre.

Mit der in den Kondensatoren gespeicherten elektrischen Energie gelingt ein Vorsetzen des Fahrzeugs um eine kurze Wegstrecke im Leerlauf, ohne daß dazu ein Anlassen des Motors erforderlich ist. Dies ist als zusätzliche Option zum Beispiel bei Taxis von Vorteil.

Die Erfindung bietet Load dump Schutz bei Lastabwurf eines induktiven 42 V Hochstromverbrauchers.

Die Kondensatoren können wegen geringer Energiedichte die Hauptsicherungsfunktion übernehmen. Der Kondensator entlädt sich schneller in einem Kurzschluß als eine Schmelzsicherung anspricht und vermeidet daher Funkenbildung, Explosionsgefahr oder Beschädigung sonstiger elektronischer Bauelemente.

Mit der Erfindung gelingt eine Vereinheitlichung des chemischen Energiespeichers für eine große Anzahl von

Kraftfahrzeugen, da die Differenz zum jeweiligen Leistungsbedarf in einfacher Weise von den Kondensatoren zur Verfügung gestellt werden kann. Die kontinuierliche Energieversorgung dagegen unterscheidet sich für die meisten Kfz nicht so sehr.

Der chemische Akkumulator braucht nur noch auf Energie und nicht auf Start Peak Power ausgelegt zu werden.

Leistungsspeicher und Energiespeicher sind mechanisch voneinander getrennt. Der separate Energieblock kann in der beschriebenen Konstruktion mit einem Hochleistungskurzzeit- speicher sehr klein ausgeführt werden. Wird er beispielsweise nicht in Bleitechnik ausgeführt (Nachteil : hohes Gewicht, vorgeschriebene Einbaulage) sondern beispielsweise in NiMH oder Lithium-Polymer, so kann der Energiespeicher sehr klein, sehr leicht und lageunabhängig ausgeführt werden. Damit besteht die Möglichkeit, den Energiespeicher im Winterbetrieb oder wegen Diebstahlschutz aus einer Verrastung zu ziehen und mit ins Haus zu nehmen.

Die Kondensatoren können als tragbarer Energieblock ausgebildet werden, der sich einfach aus dem Kfz entfernen und als tragbares Starthilfe-Set verwenden läßt.

Neben der Verwendung als Starthilfe-Set können die tragbaren Energieblocks auch als schnell aufladbare 12V oder 42 V Power Tools eine 12V oder 42 V Steckdose für unterwegs (Staubsauger, Milchwärmflasche, Bohrmaschine, Kaffeemaschine, Kettensäge usw.) zur Verfügung stellen.