DE10003605A1

DE10003605A1 - Zwischenspeichereinrichtung

Info

Publication number: DE10003605A1
Application number: DE10003605A
Authority: DE
Inventors: Volker Boenig
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2001-08-02
Also published as: WO2001056033A3; AU2001235408A1; WO2001056033A2

Abstract

Die Zwischenspeichereinrichtung (1), insbesondere für ein Fahrzeug, dient zur Speicherung elektrischer Energie, mit einer Zwischenspeichereinheit (2), die zur Aufnahme von Energie mit mindestens einer Versorgungseinheit (3) und zur Abgabe von Energie mit mindestens einer Verbrauchereinheit (5) verbindbar ist. Hierbei ist eine Überwachungseinheit (9) vorgesehen zur Überwachung der Aufnahme von Energie durch Vergleich mindestens einer vorbestimmbaren Soll-Aufnahmefunktion (19) mit einer Ist-Aufnahmefunktion (15) und der Abgabe von Energie durch Vergleich mindestens einer vorbestimmbaren Soll-Abgabefunktion (20) mit einer Ist-Abgabefunktion (16) und zur Abgabe eines Signals und/oder einer Information bei Vorliegen einer vorbestimmbaren Abweichung zwischen der Soll-Aufnahmefunktion (19) und der Ist-Aufnahmefunktion (15) oder zwischen der Soll-Abgabefunktion (20) und der Ist-Abgabefunktion (16).

Description

Die Erfindung betrifft eine Zwischenspeichereinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, zur Speicherung elektrischer Energie, mit einer Zwischenspeichereinheit, die zur Aufnahme von Energie mit mindestens einer Versorgungseinheit und zur Abgabe von Energie mit mindestens einer Verbrauchereinheit verbindbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Üblicherweise werden elektrische Verbraucher (Verbrauchereinheiten) eines Fahrzeugs, wie Beleuchtung, Scheibenwischvorrichtung oder dergleichen, direkt durch die Versorgungseinheit, meist eine Batterie und/oder ein Generator, mit Energie versorgt. Es kann der Fall auftreten, dass zu viele Verbrauchereinheiten gleichzeitig Energie von der Versorgungseinheit aufnehmen. Dies kann zu einer Überlastung der Versorgungseinheit führen. Zur Vermeidung dieser Überlastung finden im Stand der Technik Zwischenspeichereinrichtungen Verwendung. Diese nehmen Energie von der Versorgungseinheit auf, speichern sie vorübergehend und geben sie im Bedarfsfall an die Verbrauchereinheiten ab. Trotz der Bereitstellung einer Zwischenspeichereinrichtung ist die Energieübertragung an die Verbrauchereinheiten und somit deren Energieversorgung nicht immer in zuverlässiger Weise gewährleistet.

Aufgabe der Erfindung ist es eine gattungsgemäße Zwischenspeichereinrichtung bereitzustellen, die im Bedarfsfall eine zuverlässige Energieversorgung der Verbrauchereinheit beziehungsweise Verbrauchereinheiten gewährleistet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Zwischenspeichereinrichtung der hier angesprochenen Art gelöst, die eine Überwachungseinheit aufweist zur Überwachung der Aufnahme von Energie durch Vergleich mindestens einer vorbestimmbaren Soll- Aufnahmefunktion mit einer Ist-Aufnahmefunktion und der Abgabe von Energie durch Vergleich mindestens einer vorbestimmbaren Soll-Abgabefunktion mit einer Ist- Abgabefunktion und zur Abgabe eines Signals und/oder einer Information bei Vorliegen einer vorbestimmbaren Abweichung zwischen der Soll-Aufnahmefunktion und der Ist- Aufnahmefunktion oder zwischen der Soll-Abgabefunktion und der Ist-Abgabefunktion. Die erfindungsgemäße Zwischenspeichereinrichtung hebt sich durch das Vorhandensein einer Überwachungseinheit vom Stand der Technik ab. Die Aufnahme und die Abgabe von Energie durch die Zwischenspeichereinrichtung werden jeweils durch eine Ist- Funktion, nämlich die Ist-Aufnahmefunktion und die Ist-Abgabefunktion charakterisiert, in die jeweils die aufgenommene beziehungsweise abgegebene Energiemenge eingeht. In der Überwachungseinheit sind ferner Soll-Funktionen, nämlich mindestens eine Soll- Aufnahmefunktion und mindestens eine Soll-Abgabefunktion, gespeichert. Die Soll- Funktionen charakterisieren die Aufnahme beziehungsweise Abgabe von Energie für den Fall einer voll funktionsfähigen Zwischenspeichereinrichtung. Des weiteren verfügt die Überwachungseinheit über Informationen darüber, welche Abweichungen zwischen den Ist-Funktionen und den zugeordneten Soll-Funktionen noch tolerierbar sind und für welche dies nicht mehr der Fall ist. Während die Zwischenspeichereinrichtung Energie aufnimmt beziehungsweise abgibt, ermittelt die Überwachungseinheit die Abweichungen zwischen den Ist- und Soll-Funktionen. Sind diese Abweichungen nicht mehr tolerierbar, so gibt die Überwachungseinheit eine Meldung ab, welche beispielsweise ein für den Fahrzeugführer wahrnehmbares optisches und/oder akustisches Signal sein kann. Die Meldung kann des weiteren als Information in der elektrischen Einrichtung des Fahrzeugs für einen Techniker einer Werkstatt abrufbar abgespeichert werden. Schließlich kann mit der Abgabe der Meldung auch ein Umschalten auf eine zweite, aus Resonanzgründen vorhandene Zwischenspeichereinheit erfolgen. Mittels dieser Maßnahme wird eine zuverlässige Energieübertragung an die Verbrauchereinheiten gewährleistet.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Zwischenspeichereinrichtung sind die Soll-Aufnahmefunktion und/oder die Soll-Abgabefunktion jeweils eine Referenzbandfunktion. Die Referenzbandfunktion weist jeweils eine obere und eine untere Grenzfunktion auf, zwischen denen sich die Ist-Funktionen während der Aufnahme beziehungsweise Abgabe von Energie durch die Zwischenspeichereinrichtung befinden müssen. Diese Ausgestaltung macht eine besonders einfache technische Realisierung der Überwachungseinheit möglich.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Soll-Aufnahmefunktion und die Ist-Aufnahmefunktion sowie die Soll-Abgabefunktion und die Ist-Abgabefunktion jeweils Spannungs-Zeit-Funktionen oder Strom-Zeit-Funktionen sind. Die Ermittlung der Ist-Aufnahmefunktion und der Ist-Abgabefunktion erfolgt dann jeweils durch Messung der zeitlichen Änderung einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stroms. Die schaltungstechnische Realisierung dieser Messung ist besonders einfach und zuverlässig.

Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen die Versorgungseinheit und die Zwischenspeichereinheit eine mindestens ein Stellelement aufweisende Stelleinheit geschaltet ist, deren Stellelement durch die Überwachungseinheit stellbar ist, und dass das Stellelement als mindestens ein elektrisches Schaltelement ausgebildet ist. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Überwachungseinheit in den Prozess der Aufnahme von Energie durch die Zwischenspeichereinheit eingreifen kann. Diese Eingriffsmöglichkeit lässt sich vorteilhafterweise dazu nutzen, die Aufnahme von Energie für die Zwischenspeichereinheit besonders schonend zu gestalten.

Eine Weiterbildung der Zwischenspeichereinrichtung sieht vor, dass die Zwischenspeichereinheit mindestens einen als Speicher dienenden Kondensator aufweist. Die Aufnahme von Energie entspricht in diesem Fall dem Laden des Kondensators, die Abgabe von Energie dem Entladen des Kondensators.

Des weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Versorgungseinheit eine Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie, oder die Versorgungseinheit ein Generator, insbesondere eine Fahrzeuglichtmaschine, ist. Bei diesen Ausgestaltungen sind keine zusätzlichen Versorgungseinheiten notwendig; vielmehr greift die Zwischenspeichereinrichtung zur Aufnahme von Energie auf im Fahrzeug bereits vorhandene Versorgungseinheiten zurück.

Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Verbrauchereinheit ein Fahrzeugantriebs- Elektromotor ist, da der Antriebsmotor im Falle eines Elektro- oder Elektrohybridfahrzeugs besonders häufig Energiemengen benötigt, die die Versorgungseinrichtung allein nicht aufbringen kann.

Weitere Ausführungsbeispiele sowie deren Vorteile ergeben sich aus der Zeichnung.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer schematischen Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Zwischenspeichereinrichtung in schematischer Darstellung;

Fig. 2a zwei Soll-Aufnahmefunktionen und eine Ist-Aufnahmefunktion der Zwischenspeichereinrichtung in einem Diagramm;

Fig. 2b zwei Soll-Abgabefunktionen und eine Ist-Abgabefunktion der Zwischenspeichereinrichtung in einem Diagramm und

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Zwischenspeichereinrichtung.

In sämtlichen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Eine Beschreibung der Teile erfolgt bei deren Erstnennung.

Fig. 1 zeigt eine Zwischenspeichereinrichtung 1, die in einem Fahrzeug, insbesondere einem Elektro- oder Elektrohybridfahrzeug, zur Speicherung elektrischer Energie eingesetzt werden kann. Die Zwischenspeichereinrichtung 1 weist eine Zwischenspeichereinheit 2 auf, die von einer Versorgungseinheit 3 elektrische Energie aufnimmt (Pfeil 4), diese vorübergehend speichert und an eine Verbrauchereinheit 5 abgibt (Pfeil 6).

Als Versorgungseinheit 3 dient eine Batterie 7 des Fahrzeugs. Es kann jedoch hierfür auch ein Generator, insbesondere eine Fahrzeuglichtmaschine, vorgesehen sein. Die Verbrauchereinheit 5 ist ein Fahrzeugantriebs-Elektromotor 8.

Zur vorübergehenden Speicherung von Energie weist die Zwischenspeichereinheit 2 einen Kondensator 10 auf.

Die Zwischenspeichereinrichtung 1 weist des weiteren eine Überwachungseinheit 11 auf, die sowohl die Aufnahme von elektrischer Energie von der Versorgungseinheit 3 (Pfeil 12) als auch die Abgabe von elektrischer Energie an die Verbrauchereinheit 5 (Pfeil 13) überwacht. Die Überwachungseinheit 11 weist einen Ausgang auf, über den eine Meldung abgegeben werden kann (Pfeil 14).

Die Aufnahme von Energie durch die Zwischenspeichereinrichtung 1 wird durch eine Ist- Aufnahmefunktion 15, die Abgabe von Energie durch die Zwischenspeichereinrichtung 1 durch eine Ist-Abgabefunktion 16 charakterisiert. Die Ist-Funktionen 15, 16 sind in Fig. 1 in Diagrammen 17, 18 dargestellt. Sie beschreiben die durch die Zwischenspeichereinrichtung 1 aufgenommene beziehungsweise abgegebene Energiemenge und sind im vorliegenden Falle als exponenziell steigende beziehungsweise fallende Funktionen ausgebildet.

In der Überwachungseinheit 9 sind jeweils eine Soll-Aufnahmefunktion 19 und eine Soll- Abgabefunktion 20 gespeichert, die in Fig. 1 in Diagrammen 21 und 22 dargestellt sind. Die beiden Soll-Funktionen 19 und 20 charakterisieren denjenigen Fall der Aufnahme beziehungsweise Abgabe von Energie, gemäß welchem in der Zwischenspeichereinrichtung 1 ein Defekt vorliegt. Die Überwachungseinheit 9 überwacht die Aufnahme beziehungsweise Abgabe von Energie durch die Zwischenspeichereinrichtung 1, indem sie die Soll-Funktionen 19 und 20 mit den Ist- Funktionen 15 und 16 vergleicht. Überschreitet die Abweichung zwischen den Ist- Funktionen 15 und 16 und den zugehörigen Soll-Funktionen 19 und 20 eine vorbestimmte Größe, so gibt die Überwachungseinheit 9 eine Meldung ab. Dies erfolgt in Form eines für den Fahrzeugführer wahrnehmbaren akustischen und/oder optischen Signals. Sie kann zusätzlich oder alternativ hierzu auch in einer in der elektrischen Einrichtung des Fahrzeugs abrufbar gehaltenen Information bestehen. Schließlich kann zusätzlich auch vorgesehen sein, dass die Abgabe der Meldung das Umschalten auf eine zweite, redundante Zwischenspeichereinheit bewirkt.

Die Fig. 2a und 2b zeigen jeweils ein Diagramm 23 beziehungsweise 24. In dem Diagramm 23 sind die Ist-Aufnahmefunktion 15 und die Soll-Aufnahmefunktion 19 dargestellt. Es vereint also die in den Diagrammen 17 und 19 der Fig. 1 dargestellen Funktionen. Die Soll-Aufnahmefunktion 19 und die Ist-Aufnahmefunktion 15 sind jeweils Spannungs-Zeit-Funktionen 25, weshalb auf der Abszisse des Koordinatensystems des Diagramms 23 die Zeit und auf der Ordinate des Koordinatensystems eine von der Zeit abhängige elektrische Spannung aufgetragen sind. Die Soll-Aufnahmefunktion 19 stellt eine Referenzbandfunktion 26 dar, das heißt, sie weist eine obere Grenzfunktion 27 und eine untere Grenzfunktion 28 auf.

Die Überwachungseinheit 9 überwacht die Aufnahme von elektrischer Energie durch die Zwischenspeichereinrichtung 1, indem sie während eines durch Zeitpunkte t₁ und t₂ begrenzten Zeitintervalls 29 die Ist-Aufnahmefunktion 15 mit der Soll-Aufnahmefunktion 19 vergleicht und die Abweichung zwischen den beiden Funktionen 15 und 19 ermittelt. Überschreitet die Abweichung eine vorbestimmte Größe, so gibt die Überwachungseinheit 9 eine Fehlermeldung ab.

In Fig. 2b sind die Ist-Abgabefunktion 16 und die Soll-Abgabefunktion 20 in dem Diagramm 24 dargestellt. Beide Funktionen 16 und 20 sind Strom-Zeit-Funktionen 30, weshalb auf der Abszisse des Koordinatensystems des Diagramms 24 die Zeit t und auf der Ordinate des Koordinatensystems der elektrische Strom aufgetragen sind. In Entsprechung zur Soll-Aufnahmefunktion 19 ist die Soll-Abgabefunktion 20 eine Referenzbandfunktion 26 mit einer oberen Grenzfunktion 27 und einer unteren Grenzfunktion 28.

Die Überwachung der Abgabe von elektrischer Energie durch die Zwischenspeichereinrichtung 1 erfolgt während eines durch Zeitpunkte t₃ und t₄ definierten Zeitintervalls 31 analog zu der Überwachung der Aufnahme von elektrischer Energie wie bei der Beschreibung der Fig. 2a ausgeführt.

Die beiden Zeitpunkte t₁ und t₃ beziehungsweise t₂ und t₄ können jeweils gleich, aber auch verschieden sein, das heißt, die Überwachung der Aufnahme von Energie und die Überwachung von deren Abgabe kann sowohl gleichzeitig als auch nicht gleichzeitig erfolgen. Zudem kann die Überwachung von Aufnahme und Abgabe auch während verschieden langer Zeitintervalle 29 und 31 erfolgen.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Zwischenspeichereinrichtung 1. In diesem Ausführungsbeispiel sind schaltungstechnische Konkretisierungen der Versorgungseinheit 3 und der Zwischenspeichereinheit 2 sowie eine Stelleinheit 32 dargestellt, die zwischen die Versorgungseinheit 3 und die Zwischenspeichereinheit 2 in Reihe geschaltet ist.

Die Versorgungseinheit 3 stellt ein aktives, die Batterie des Fahrzeugs aufweisendes Eintor, die Stelleinheit 32 ein passives mehrere Schaltelemente 33 und einen Widerstand 24 aufweisendes Zweitor, die Zwischenspeichereinheit 2 ein passives, eine Parallelschaltung der Kondensatoren 10 aufweisendes Zweitor und die Verbrauchereinheit 5 ein passives Zweitor dar, auf dessen schaltungstechnische Realisierung nicht weiter eingegangen werden soll. Die Versorgungseinheit 3, die Stelleinheit 32, die Zwischenspeichereinheit 2 und die Verbrauchereinheit 5 sind in Reihe geschaltet.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 besteht die Aufnahme von Energie durch die Zwischenspeichereinrichtung 1 darin, dass die Batterie 7 der Versorgungseinheit 3 die Kondensatoren 10 der Zwischenspeichereinheit 2 lädt. Während dieses Ladevorgangs schaltet die Überwachungseinheit 9 die elektrischen Schaltelemente 33 der Stelleinheit 32 derart, dass die Kondensatoren 10 der Stelleinheit 2 möglichst schonend geladen werden.

Claims

1. Zwischenspeichereinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, zur Speicherung elektrischer Energie, mit einer Zwischenspeichereinheit, die zur Aufnahme von Energie mit mindestens einer Versorgungseinheit und zur Abgabe von Energie mit mindestens einer Verbrauchereinheit verbindbar ist, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinheit (9) zur Überwachung der Aufnahme von Energie durch Vergleich mindestens einer vorbestimmbaren Soll-Aufnahmefunktion (19) mit einer Ist-Aufnahmefunktion (15) und der Abgabe von Energie durch Vergleich mindestens einer vorbestimmbaren Soll-Abgabefunktion (20) mit einer Ist- Abgabefunktion (16) und zur Abgabe eines Signals und/oder einer Information bei Vorliegen einer vorbestimmbaren Abweichung zwischen der Soll- Aufnahmefunktion (19) und der Ist-Aufnahmefunktion (15) oder zwischen der Soll- Abgabefunktion (20) und der Ist-Abgabefunktion (16).

2. Zwischenspeichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Aufnahmefunktion (19) und/oder die Soll-Abgabefunktion (20) jeweils eine Referenzbandfunktion (26) sind.

3. Zwischenspeichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Aufnahmefunktion (19) und die Ist-Aufnahmefunktion (15) sowie die Soll- Abgabefunktion (20) und die Ist-Abgabefunktion (16) jeweils Spannungs-Zeit- Funktionen (25) oder Strom-Zeit-Funktionen (30) sind.

4. Zwischenspeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Versorgungseinheit (3) und die Zwischenspeichereinheit (2) eine mindestens ein Stellelement aufweisende Stelleinheit (32) geschaltet ist, deren Stellelement durch die Überwachungseinheit stellbar ist.

5. Zwischenspeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement als mindestens ein elektrisches Schaltelement (33) ausgebildet ist.

6. Zwischenspeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenspeichereinheit (2) mindestens einen als Speicher dienenden Kondensator (10) aufweist.

7. Zwischenspeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (3) eine Batterie (7), insbesondere eine Fahrzeugbatterie, ist.

8. Zwischenspeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (3) ein Generator, insbesondere eine Fahrzeuglichtmaschine, ist.

9. Zwischenspeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrauchereinheit (5) ein Fahrzeugantriebs- Elektromotor (8) ist.