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DE102023114505A1 - Energierückgewinnungssystem und Verfahren zum Betreiben eines Energierückgewinnungssystems - Google Patents

Energierückgewinnungssystem und Verfahren zum Betreiben eines Energierückgewinnungssystems Download PDF

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DE102023114505A1
DE102023114505A1 DE102023114505.3A DE102023114505A DE102023114505A1 DE 102023114505 A1 DE102023114505 A1 DE 102023114505A1 DE 102023114505 A DE102023114505 A DE 102023114505A DE 102023114505 A1 DE102023114505 A1 DE 102023114505A1
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Germany
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energy
energy source
operating state
capacitor
source
Prior art date
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DE102023114505.3A
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English (en)
Inventor
Thomas Megerle
Fabian Brauß
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eberspaecher Controls Landau GmbH and Co KG
Original Assignee
Eberspaecher Controls Landau GmbH and Co KG
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Publication date
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Priority to CN202410692938.8A priority patent/CN119070455A/zh
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Abstract

Ein Energierückgewinnungssystem, insbesondere für ein Fahrzeug, umfasst wenigstens eine Energiequelle (12) zum Umsetzen kinetischer Energie in elektrische Energie, wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14), wenigstens einen Energieverbraucher (18), sowie eine Ansteuereinheit (22) zum wahlweisen Verbinden der wenigstens einen Energiequelle (12) mit dem wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14) oder dem wenigstens einen Energieverbraucher (18). Die Ansteuereinheit (22) ist dazu ausgebildet, die wenigstens eine Energiequelle (12) mit dem wenigstens einen Energieverbraucher (18) zu verbinden, wenn die wenigstens eine Energiequelle (12) in einem den wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14) überlastenden kritischen Energieerzeugungs-Betriebszustand ist, und die wenigstens eine Energiequelle (12) mit dem wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14) zu verbinden, wenn die wenigsten seine Energiequelle (12) in einem den wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14) nicht überlastenden unkritischen Energieerzeugungs-Betriebszustand ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetztes Energierückgewinnungssystem, mit welchem kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt und in einem Energiespeicher gespeichert werden kann, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Energierückgewinnungssystems beispielsweise in einem Fahrzeug.
  • Zur Stabilisierung der im Allgemeinen durch einen oder mehrere Batterie-Energiespeicher generierten bzw. aufrecht erhaltenen Bordspannung in einem Bordspannungssystem eines Fahrzeugs, beispielsweise eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, ist es bekannt, Kondensator-Energiespeicher, allgemein auch als SCAPs (Supercapacitors) bezeichnet, als Pufferspeicher einzusetzen. Derartige Kondensator-Energiespeicher können im Vergleich zu Batterie-Energiespeichern vergleichsweise schnell geladen werden und sind dazu in der Lage, in kurzer Zeit große Energiemengen freizusetzen. Dies ermöglicht es, insbesondere kurz andauernde Spitzenbelastungen des Bordspannungssystems abzufangen.
  • Derartige Kondensator-Energiespeicher sind im Allgemeinen auf eine Betriebsspannung beispielsweise im Bereich von etwa 18 V ausgelegt. Die zum Laden an einen Kondensator-Energiespeicher angelegte Ladespannung sollte die Betriebsspannung, auf welche ein Kondensator-Energiespeicher ausgelegt ist, nicht wesentlich übersteigen, um Beschädigungen des Kondensator-Energiespeichers durch eine Überspannung zu vermeiden.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Energierückgewinnungssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Energierückgewinnungssystems vorzusehen, mit welchen bei konstruktiv einfacher Auslegung zuverlässig eine Überlastung eines Kondensator-Energiespeichers vermieden werden kann.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Energierückgewinnungssystem, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend:
    • - wenigstens eine Energiequelle zum Umsetzen kinetischer Energie in elektrische Energie,
    • - wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher,
    • - wenigstens einen Energieverbraucher,
    • - eine Ansteuereinheit zum wahlweisen Verbinden der wenigstens einen Energiequelle mit dem wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher oder dem wenigstens einen Energieverbraucher,
  • Bei dem erfindungsgemäß aufgebauten Energierückgewinnungssystem ist die Ansteuereinheit dazu ausgebildet, die wenigstens eine Energiequelle mit dem wenigstens einen Energieverbraucher zu verbinden, wenn die wenigstens eine Energiequelle in einem den wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher überlastenden kritischen Energieerzeugungs-Betriebszustand ist, und die wenigstens eine Energiequelle mit dem wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher zu verbinden, wenn die wenigsten seine Energiequelle in einem den wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher nicht überlastenden unkritischen Energieerzeugungs-Betriebszustand ist.
  • Bei diesem Energierückgewinnungssystem kann der wenigstens eine Kondensator-Energiespeicher so dimensioniert sein, dass er in einem überwiegend vorliegenden Energieerzeugungs-Betriebszustand der wenigstens einen Energiequelle, der als unkritisch zu beurteilen ist und grundsätzlich nicht zu einer Überlastung und damit einer Beschädigung des Kondensator-Energiespeichers führen kann, dazu genutzt werden kann, von der wenigstens einen Energiequelle generierte elektrische Energie aufzunehmen bzw. zu speichern. Da in Energieerzeugungs-Betriebszuständen, die für den wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher potenziell kritisch bzw. schädlich sind, dieser von der wenigstens einen Energiequelle entkoppelt ist und die von dieser freigesetzte Energie in Richtung zu dem wenigstens einen Energieverbraucher geleitet wird, ist es nicht erforderlich, den wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher so zu dimensionieren, dass er auch Spitzenbelastungen aufnehmen kann. Dies trägt zu einer kompakten und kosteneffizienten Ausgestaltung des Energierückgewinnungssystems, insbesondere des wenigstens einen Kondensator-Energiespeichers, bei.
  • Obgleich grundsätzlich die wenigstens eine Energiequelle jedweden Systembereich insbesondere in einem Fahrzeug umfassen kann, welcher dazu in der Lage ist, kinetische Energie in elektrische Energie umzusetzen, umfasst bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung die wenigstens eine Energiequelle wenigstens eines der folgenden Systeme:
    • - ein Antriebssystem eines elektrischen Fahrzeugs mit wenigstens einem Traktionselektromotor,
    • - ein Servolenkungssystem eines Fahrzeugs mit wenigstens einem Lenkelektromotor
    • - ein Wankstabilisierungssystem eines Fahrzeugs mit wenigstens einem Stabilisationselektromotor.
  • Zum Bereitstellen einer vergleichsweise großen Speicherkapazität des wenigstens einen Kondensator-Energiespeichers bei ausreichend hoch dimensionierter Betriebsspannung kann der wenigstens eine Kondensator-Energiespeicher eine Mehrzahl von zueinander seriell geschalteten Kondensatorzellen umfassen.
  • Der wenigstens eine Energieverbraucher kann wenigstens eines der folgenden Systeme umfassen:
    • - wenigstens einen Lastwiderstand,
    • - wenigstens einen Widerstandsheizer zur Abgabe von Wärme auf ein Wärmeträgermedium,
    • - wenigstens einen Latentwärmespeicher,
    • - wenigstens einen aus einem Bordspannungssystem eines Fahrzeugs gespeisten, elektrisch zu betreibenden Systembereich.
  • Auch in diesem Zusammenhang ist grundsätzlich anzumerken, dass als Energieverbraucher grundsätzlich jedes insbesondere in einem Fahrzeug vorhandene System, welches für dessen Betrieb elektrische Energie benötigt, als Energieverbraucher genutzt werden kann. Vor allem die Ausgestaltung eines Energieverbrauchers zum Erzeugen bzw. Speichern von Wärme ist vorteilhaft, da derartige Systeme im Allgemeinen nicht bzw. weniger der Gefahr einer Beschädigung durch kurzzeitige Überlastung unterliegen.
  • Ein kritischer Energieerzeugungs-Betriebszustand, der potentiell auch zu einer Beschädigung eines Kondensator-Energiespeichers führen kann, kann beispielsweise dann vorliegen, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
    • - eine durch die wenigstens eine Energiequelle generierte Ladespannung ist über einer Schwellen-Ladespannung,
    • - die wenigstens eine Energiequelle ist in einem Intensiv-Rückgewinnungsbetriebszustand.
  • Die wenigstens eine Energiequelle ist beispielsweise in dem Intensiv-Rückgewinnungsbetriebszustand, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
    • - die wenigstens eine Energiequelle umfasst den wenigstens einen Traktionselektromotor und eine Verzögerung des Fahrzeugs ist über einer Schwellen-Verzögerung,
    • - die wenigstens eine Energiequelle umfasst den wenigstens einen Lenkelektromotor und das Ausmaß der zum Beibehalt eines Lenkzustandes durchgeführten Lenkeingriffe ist über einem Schwellen-Ausmaß oder/und die Häufigkeit der zum Beibehalt eines Lenkzustandes durchgeführten Lenkeingriffe ist über einer Schwellen-Häufigkeit,
    • - die wenigstens eine Energiequelle umfasst den wenigstens einen Stabilisationselektromotor und das Ausmaß der zum Beibehalt eines Wankzustandes durchgeführten Wankeingriffe ist über einem Schwellen-Ausmaß oder/und die Häufigkeit der zum Beibehalt eines Wankzustandes durchgeführten Wankeingriffe ist über einer Schwellen-Häufigkeit.
  • Ein derartiger Intensiv-Rückgewinnungsbetriebszustand der wenigstens einen Energiequelle kann also ein Zustand sein, von dem grundsätzlich bekannt ist, dass bei Vorliegen dieses Betriebszustands mit hoher Wahrscheinlichkeit Phasen auftreten können, in welchen die potentielle Gefahr einer Überlastung eines Kondensator-Energiespeichers entstehen kann. Solange ein derartiger Intensiv-Rückgewinnung Betriebszustand vorliegt, beispielsweise weil ein Fahrzeug intensiv abgebremst wird oder aufgrund schlechter Straßenverhältnisse ein Servolenkungssystem oder ein Wankstabilisierungssystem intensiv aktiv ist, um einen definiert vorgegebenen Fahrzustand beizubehalten, ist es vorteilhaft, den wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher von der wenigstens einen Energiequelle entkoppelt zu halten, um dadurch das Risiko, dass dieser überlastet wird, grundsätzlich auszuschließen.
  • Um nach dem Übergang in einen Zustand, in welchem die wenigstens eine Energiequelle mit dem wenigstens einen Energieverbraucher verbunden wird, um dadurch eine Überlastung des wenigstens einen Kondensator-Energiespeichers zu vermeiden, wieder die Möglichkeit zu schaffen, den wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher zu laden, kann die Ansteuereinheit dazu ausgebildet sein, die Verbindung der wenigstens einen Energiequelle mit dem wenigstens einen Energieverbraucher aufzuheben und die wenigstens eine Energiequelle mit dem wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher zu verbindenden, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
    • - die wenigstens eine Energiequelle ist in einem unkritischen Energieerzeugungs-Betriebszustand,
    • - seit Eintritt in den kritischen Energieerzeugungs-Betriebszustand ist eine vorbestimmte Zeitdauer vergangen,
    • - ein von der wenigstens einen Energiequelle generierter Ladestrom ist unter einem Schwellen-Ladestrom.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Energierückgewinnungssystems, vorzugsweise eines erfindungsgemäß aufgebauten Energierückgewinnungssystems, das Energierückgewinnungssystem umfassend:
    • - wenigstens eine Energiequelle zum Umsetzen kinetischer Energie in elektrische Energie,
    • - wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher,
    • - wenigstens einen Energieverbraucher.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Maßnahmen:
    1. a) Erfassen eines Energieerzeugungs-Betriebszustand der wenigstens einen Energiequelle,
    2. b) Bestimmen, ob der Energieerzeugungs-Betriebszustand ein den wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher überlastender kritischer Energieerzeugungs-Betriebszustand oder ein den wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher nicht überlastender unkritischer Energieerzeugungs-Betriebszustand ist,
    3. c) Verbindenden der wenigstens eine Energiequelle mit dem wenigstens einen Energieverbraucher, wenn bei der Maßnahme b) bestimmt wird, dass der Energieerzeugungs-Betriebszustand ein kritischer Energieerzeugungs-Betriebszustand ist, und Verbinden der wenigstens einen Energiequelle mit dem wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher, wenn bei der Maßnahme b) bestimmt wird, dass der Energieerzeugungs-Betriebszustand ein unkritischer Energieerzeugungs-Betriebszustand ist.
  • Bei der Maßnahme b) kann bestimmt werden, dass der Energieerzeugungs-Betriebszustand ein kritischer Energieerzeugung-Betriebszustand ist, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
    • - eine durch die wenigstens eine Energiequelle generierte Ladespannung ist über einer Schwellen-Ladespannung,
    • - die wenigstens eine Energiequelle ist in einem Intensiv-Rückgewinnungsbetriebszustand.
  • Bei der Maßnahme b) kann weiter bestimmt werden, dass die wenigstens eine Energiequelle in einem Intensiv-Rückgewinnungsbetriebszustand ist, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
    • - die wenigstens eine Energiequelle umfasst wenigstens einen Traktionselektromotor in einem elektrischen Fahrzeug und eine Verzögerung des Fahrzeugs ist über einer Schwellen-Verzögerung,
    • - die wenigstens eine Energiequelle umfasst wenigstens einen Lenkelektromotor in einem Servolenkungssystem eines Fahrzeugs und das Ausmaß der zum Beibehalt eines Lenkzustandes durchgeführten Lenkeingriffe ist über einem Schwellen-Ausmaß oder/und die Häufigkeit der zum Beibehalt eines Lenkzustandes durchgeführten Lenkeingriffe ist über einer Schwellen-Häufigkeit,
    • - die wenigstens eine Energiequelle umfasst wenigstens einen Stabilisationselektromotor in einem Wankstabilisierungssystem eines Fahrzeugs und das Ausmaß der zum Beibehalt eines Wankzustandes durchgeführten Wankeingriffe ist über einem Schwellen-Ausmaß oder/und die Häufigkeit der zum Beibehalt eines Wankzustandes durchgeführten Wankeingriffe ist über einer Schwellen-Häufigkeit.
  • Um eine ausreichende Beladung des wenigstens einen Kondensator-Energiespeichers zu gewährleisten, wird weiter vorgeschlagen, dass dann, wenn bei der Maßnahme c) die wenigstens eine Energiequelle mit dem wenigstens einen Energieverbraucher verbunden wird, die Verbindung der wenigstens einen Energiequelle mit dem wenigstens einen Energieverbraucher wieder aufgehoben wird und die wenigstens eine Energiequelle mit dem wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher verbunden wird, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
    • - bei einer nachfolgenden Durchführung der Maßnahme b) der wiederholt durchgeführten Maßnahmen a) bis c) wird bestimmt, dass der Energieerzeugungs-Betriebszustand ein unkritischer Energieerzeugungs-Betriebszustand ist,
    • - seit Eintritt in den kritischen Energieerzeugungs-Betriebszustand und Verbinden der wenigstens einen Energiequelle mit dem wenigstens einen Energieverbraucher ist eine vorbestimmte Zeitdauer vergangen,
    • - ein von der wenigstens einen Energiequelle generierter Ladestrom ist unter einem Schwellen-Ladestrom.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass, sofern im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung angeführt ist, dass wenigstens eine von mehreren Bedingungen erfüllt sein muss, um das Vorliegen eines bestimmten Zustandes zu erkennen oder bestimmte Maßnahmen zu ergreifen, dies nicht bedeutet, dass jede der angeführten Bedingungen auf ihr Vorliegen überwacht wird. Jeder einzelne oder nur einige der angeführten Bedingungen kann bzw. können, ohne die anderen Bedingungen tatsächlich zu berücksichtigen, auf Vorliegen oder Nichtvorliegen überwacht werden, um daraus die erforderlichen Erkenntnisse zu ziehen bzw. die erforderlichen Maßnahmen ergreifen zu können.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende 1 detailliert beschrieben, welche in prinzipartiger Darstellung ein Energierückgewinnungssystem beispielsweise in einem Fahrzeug zeigt.
  • In 1 ist ein derartiges Energierückgewinnungssystem allgemein mit 10 bezeichnet. Das beispielsweise in einem Fahrzeug, insbesondere einem elektrischen Fahrzeug, eingesetzte Energierückgewinnungssystem 10 umfasst eine oder mehrere Energiequellen 12, welche dazu in der Lage ist, kinetische Energie in elektrische Energie umzusetzen. Eine derartige Energiequelle 12 kann beispielsweise einen oder mehrere Traktionselektromotoren eines elektrischen Fahrzeugs umfassen, welche in einem Bremsvorgang die bei der Verzögerung des Fahrzeugs frei werdende kinetische Energie in einem Generatorbetrieb in elektrische Energie umsetzen. Alternativ oder zusätzlich kann eine derartige Energiequelle 12 einen oder mehrere Lenkelektromotoren in einem Servolenkungssystem eines Fahrzeugs umfassen. Diese die Lenkbetätigung unterstützenden Lenkelektromotoren können in einem Generatorbetrieb kinetische Energie, welche aus äußeren Krafteinwirkungen auf gelenkte Räder eines Fahrzeugs hervorgeht, in elektrische Energie umsetzen. Derartige Einwirkungen können beispielsweise entstehen, wenn ein Fahrzeug auf unebenen Straßen bewegt wird und die Lenkelektromotoren dazu betrieben werden, die gelenkten Räder bei der durch die Lenkbetätigung eines Fahrers vorgegebenen Lenkposition zu halten. Alternativ oder zusätzlich kann eine derartige Energiequelle 12 einen oder mehrere Stabilisationselektromotoren eines Wankstabilisierungssystems eines Fahrzeugs umfassen. Ein derartiges Wankstabilisierungssystem dient dazu, die Karosserie des Fahrzeugs insbesondere bei Kurvenfahrten oder bei Fahrten auf unebenen Geländen in einer stabilen Positionierung zu halten.
  • Das Energierückgewinnungssystem 10 umfasst ferner einen oder mehrere Kondensator-Energiespeicher 14. Ein derartiger Kondensator-Energiespeicher 14 kann mehrere seriell geschaltete Kondensatorzellen 16 umfassen. Im Energierückgewinnungsbetrieb durch die Energiequelle 12 generierte elektrische Energie kann in Form einer an den Kondensator-Energiespeicher 14 angelegten Ladespannung und eines bei angelegter Spannung dann fließenden Ladestroms in den Kondensator-Energiespeicher 14 geleitet werden, um diesen bzw. die darin enthaltenen Kondensatorzellen 16 elektrisch zu laden und dadurch Energie zu speichern, die bei Bedarf beispielsweise in ein Bordspannungssystem eines Fahrzeugs eingespeist werden kann.
  • Das Energierückgewinnungssystem 10 umfasst ferner einen oder mehrere Energieverbraucher 18. In dem in 1 dargestellten Ausgestaltungsbeispiel kann ein derartiger Energieverbraucher 18 einen beispielsweise in Form eines Lastwiderstands oder eines Heizleiters bereitgestellten Widerstandsheizer umfassen, welcher bei angelegter elektrischer Spannung und durch diesen hindurch geleitetem elektrischem Strom Wärme generiert. Diese kann im Bereich eines beispielsweise eine Mehrzahl von Kühlrippen umfassenden Wärmetauschers 20 an Luft L abgegeben werden, so dass im Energierückgewinnungssystem 10 durch die Energiequelle 12 generierte elektrische Energie in Form von Wärmeenergie dissipiert wird. Beispielsweise kann die in der Luft L aufgenommene Wärme zum Erwärmen eines Innenraums eines Fahrzeugs genutzt werden, wenn diese Luft L in den Innenraum eingeleitet wird.
  • Bei einer alternativen Ausgestaltung eines derartigen Energieverbrauchers 18 kann dieser beispielsweise als Latentwärmespeicher ausgebildet sein, in welchem durch Erwärmung ein Phasenübergang in einem beispielsweise auf Salz- bzw. Paraffinbasis aufgebauten Phasenwechselmaterial herbeigeführt wird und dadurch Energie gespeichert werden kann, die nachfolgend beispielsweise zur Erwärmung der in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitenden Luft wieder abgegeben werden kann.
  • Bei einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann ein derartiger Energieverbraucher 18 einen oder mehrere in einem Fahrzeug vorhandene elektrisch zu betreibende Systembereiche umfassen, welche grundsätzlich aus dem aus einer Batterie gespeisten Bordspannungssystem betrieben werden, bei im Energierückgewinnungssystem vorhandener elektrischer Energie jedoch aus dem Energierückgewinnungssystem gespeist werden können.
  • Das Energierückgewinnungssystem 10 umfasst ferner eine Ansteuereinheit 22, welche dazu ausgebildet ist, die im Energierückgewinnungssystem 10 vorhandene bzw. durch die Energiequelle 12 generierte elektrische Energie wahlweise zu dem Kondensator-Energiespeicher 14 oder dem Energieverbraucher 18 zu leiten, was bedeutet, dass die durch die Energiequelle 12 generierte elektrische Spannung wahlweise an den Kondensator-Energiespeicher 14 oder den Energieverbraucher 18 angelegt wird.
  • Die Entscheidung darüber, ob die durch die Energiequelle 12 generierte elektrische Spannung an den Kondensatorenergiespeicher 14 oder den Energieverbraucher 18 angelegt wird, wird in der Ansteuereinheit 22 abhängig davon getroffen, ob die Energiequelle 12 in einem Energieerzeugungs-Betriebszustand ist, welcher aufgrund der erzeugten vergleichsweise hohen Spannung zu einer Überlastung des Kondensatorenergiespeichers 14 führen kann und daher grundsätzlich als kritisch zu betrachten ist, oder in einem Energieerzeugungs-Betriebszustand ist, in welchem die durch die Energiequelle 12 generierte elektrische Spannung in einem derartigen Bereich ist, der nicht zu einer Überlastung des Kondensator-Energiespeichers 14 führt und daher als unkritisch zu betrachten ist. Ist beispielsweise der Kondensator-Energiespeicher 14 auf eine Betriebsspannung von 18 V ausgelegt, kann eine in der Ansteuereinheit 22 als Entscheidungskriterium gesetzte Schwellen-Ladespannung im Bereich dieser Betriebsspannung von etwa 18 V liegen.
  • Ist die durch die Energiequelle 12 im Energierückgewinnungsbetrieb generierte elektrische Spannung unter dieser Schwellen-Ladespannung, verbindet die Ansteuereinheit 22 den Kondensator-Energiespeicher 14 mit der Energiequelle 12, so dass die von dieser generierte elektrische Spannung an den Kondensator-Energiespeicher 14 angelegt wird und dieser zum Speichern von Energie geladen wird. Ist die von der Energiequelle 12 generierte und durch einen Spannungsmesser 24 erfasste elektrische Spannung über der Schwellen-Ladespannung entkoppelt die Ansteuereinheit 22 den Kondensator-Energiespeicher 14 von der Energiequelle 12 und legt die von dieser generierte Spannung an den Energieverbraucher 18 an, um die im Energierückgewinnungssystem generierte elektrische Energie in der vorangehend beschriebenen Art und Weise zu dissipieren bzw. in anderen Bereichen eines Fahrzeugs zu nutzen.
  • Das Einspeisen elektrischer Energie in den Kondensator-Energiespeicher 14 kann grundsätzlich auch dann unterbunden werden, wenn die bzw. ggf. mehrere Energiequellen 12 in einem Intensiv-Rückgewinnungsbetriebszustand sind. Dies kann ein Zustand sein, bei welchem, ohne die Ladespannung beispielsweise durch den Spannungsmesser 24 zu erfassen und die entsprechende Information in die Ansteuereinheit 22 einzuleiten oder einen Ladestrom durch einen Strommesser 26 zu erfassen und die entsprechende Information in die Ansteuereinheit 22 einzuleiten, grundsätzlich die Möglichkeit besteht, dass ein hinsichtlich des Ladezustands kritischer Betrieb vorliegt und eine Überlastung des Kondensator-Energiespeichers 14 entstehen könnte. Dies kann beispielsweise ein intensiver Bremsvorgang eines Fahrzeugs sein, wenn dieses elektrisch betrieben ist und einer oder mehrere der Traktionsmotoren im Generatorbetrieb zum Abbremsen des Fahrzeugs genutzt werden. Auch in einem Zustand, in welchem beispielsweise bei Bewegen des Fahrzeugs auf einer unebenen Straße intensive äußere Einwirkungen auf ein Servolenkungssystem bzw. ein Wankstabilisierungssystem vorliegen und darin vorgesehene Lenkelektromotoren bzw. Stabilisierungselektromotoren intensiv betrieben werden, um den Lenkzustand bzw. den Wankzustand stabil zu halten, können durch die phasenweise im Generatorbetrieb arbeitenden Elektromotoren übermäßig hohe Spannungen generiert werden, welche zu einer Überlastung des Kondensator-Energiespeichers 14 führen können.
  • Derartige Intensiv-Rückgewinnungsbetriebszustände können beispielsweise durch eine diesen verschiedenen Systembereichen zugeordnete Sensorik 28 erkannt werden. Beispielsweise kann diese Sensorik 28 einen oder mehrere Beschleunigungssensoren umfassen, welche das Auftreten einer übermäßig starken Verzögerung erkennen und ein entsprechendes Signal in die Ansteuereinheit 22 einleiten. Die Sensorik 28 kann in Zuordnung zu einem Servolenkungssystem Sensoren enthalten, welche die im Servolenkungssystem erzeugten Lenkbetätigungsvorgänge erkennen und dabei insbesondere das Ausmaß dieser Lenkbetätigungsvorgänge und die Häufigkeit der Lenkbetätigungsvorgänge repräsentierende Information in die Ansteuereinheit 22 einspeisen können. Liegt eine übermäßig hohe Häufigkeit vor oder/und weist die Lenkbetätigung ein übermäßig hohes Ausmaß auf, kann dies als Entscheidungskriterium dafür genutzt werden, dass das Fahrzeug in einem derartigen Intensiv-Rückgewinnungsbetriebszustand ist und daher, so lange dieser Zustand vorliegt, der Kondensator-Energiespeicher 14 von der oder den Energiequellen 12 zu entkoppeln ist.
  • Um nach Eintritt in einen derartigen kritischen und potentiell zu einer Überlastung des Kondensator-Energiespeichers 14 führenden Energieerzeugungs-Betriebszustand, in welchem der Kondensator-Energiespeicher 14 von der Energiequelle 12 entkoppelt ist, wieder in einen Zustand zurückzukehren, in welchem die im Energierückgewinnungssystem 10 generierte elektrische Energie zum Laden des Kondensator-Energiespeichers 14 bzw. generell zum Speisen von Systembereichen eines Fahrzeugs aus dem Kondensator-Energiespeicher 14 genutzt werden kann, kann die Ansteuereinheit 22 beispielsweise dann, wenn erkannt wird, dass ein derartiger Intensiv-Rückgewinnungsbetriebszustand nicht mehr vorliegt, beispielsweise weil die Verzögerung eines Fahrzeugs ein kritisches Ausmaß wieder unterschritten hat bzw. eine übermäßige Einwirkung auf ein Servolenkungssystem bzw. ein Wankstabilisierungssystem nicht mehr vorliegt, die Ansteuereinheit 22 die Kopplung des Energieverbrauchers 18 mit der Energiequelle 12 wieder beenden und dementsprechend die Kopplung des Kondensator-Energiespeichers 14 mit der Energiequelle 12 wieder herstellen. Da grundsätzlich zu unterstellen ist, dass derartige zu einer Überlastung des Kondensator-Energiespeichers 14 führende kritische Energieerzeugungs-Betriebszustände nur vergleichsweise kurz andauern, kann als weiteres oder alternatives Entscheidungskriterium für das Ankoppeln des Kondensator-Energiespeichers 14 an die Energiequelle 12 ein vorgegebenes Zeitintervall genutzt werden, dessen Verstreichen seit Eintritt in den kritischen Energieerzeugungs-Betriebszustand und daher seit Koppeln des Energieverbrauchers 18 mit der Energiequelle 12 zu einem Umschalten führt, um den Kondensatorenergiespeicher 14 wieder mit der Energiequelle 12 zu koppeln. Als weiteres bzw. alternatives Entscheidungskriterium kann beispielsweise der durch die Stromerfassungseinrichtung 26 erfasste Ladestrom berücksichtigt werden. Fällt dieser nach Eintritt in den kritischen Energieerzeugungs-Betriebszustand wieder unter einen Schwellen-Ladestrom ab, kann davon ausgegangen werden, dass die Gefahr einer Überlastung des Kondensator-Energiespeichers 14 nicht mehr besteht, so dass dieser wieder mit der Energiequelle 12 gekoppelt werden kann.
  • Durch das wahlweise Koppeln entweder des Kondensator-Energiespeichers 14 oder des Energieverbrauchers 18 mit der Energiequelle 12 wird es möglich, bei vergleichsweise einfacher konstruktiver Ausgestaltung die Gefahr einer Überlastung und damit einer Beschädigung des Kondensator-Energiespeichers 14 auszuschließen. Dieser kann daher grundsätzlich für eine Betriebsspannung ausgelegt werden, die in einem normalen, nicht kritischen Energieerzeugungs-Betriebszustand der Energiequelle 12 nicht bzw. nicht wesentlich überschritten wird. Eine Auslegung des Kondensator-Energiespeichers 14 auch auf kurzzeitig auftretende Belastungsspitzen kann daher vermieden werden, was zu einer Reduzierung der Baugröße und der Baukosten des Kondensator-Energiespeichers 14 beiträgt.

Claims (11)

  1. Energierückgewinnungssystem, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend: - wenigstens eine Energiequelle (12) zum Umsetzen kinetischer Energie in elektrische Energie, - wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14), - wenigstens einen Energieverbraucher (18), - eine Ansteuereinheit (22) zum wahlweisen Verbinden der wenigstens einen Energiequelle (12) mit dem wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14) oder dem wenigstens einen Energieverbraucher (18), wobei die Ansteuereinheit (22) dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Energiequelle (12) mit dem wenigstens einen Energieverbraucher (18) zu verbinden, wenn die wenigstens eine Energiequelle (12) in einem den wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14) überlastenden kritischen Energieerzeugungs-Betriebszustand ist, und die wenigstens eine Energiequelle (12) mit dem wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14) zu verbinden, wenn die wenigsten seine Energiequelle (12) in einem den wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14) nicht überlastenden unkritischen Energieerzeugungs-Betriebszustand ist.
  2. Energierückgewinnungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Energiequelle (12) wenigstens eines der folgenden Systeme umfasst: - ein Antriebssystem eines elektrischen Fahrzeugs mit wenigstens einem Traktionselektromotor, - ein Servolenkungssystem eines Fahrzeugs mit wenigstens einem Lenkelektromotor - ein Wankstabilisierungssystem eines Fahrzeugs mit wenigstens einem Stabilisationselektromotor.
  3. Energierückgewinnungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kondensator-Energiespeicher (14) eine Mehrzahl von zueinander seriell geschalteten Kondensatorzellen (16) umfasst.
  4. Energierückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Energieverbraucher (18) wenigstens eines der folgenden Systeme umfasst: - wenigstens einen Lastwiderstand, - wenigstens einen Widerstandsheizer zur Abgabe von Wärme auf ein Wärmeträgermedium, - wenigstens einen Latentwärmespeicher, - wenigstens einen aus einem Bordspannungssystem eines Fahrzeugs gespeisten, elektrisch zu betreibenden Systembereich.
  5. Energierückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der kritische Energieerzeugungs-Betriebszustand vorliegt, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: - eine durch die wenigstens eine Energiequelle (12) generierte Ladespannung ist über einer Schwellen-Ladespannung, - die wenigstens eine Energiequelle (12) ist in einem Intensiv-Rückgewinnungsbetriebszustand.
  6. Energierückgewinnungssystem nach Anspruch 2 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Energiequelle (12) in dem Intensiv-Rückgewinnungsbetriebszustand ist, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: - die wenigstens eine Energiequelle (12) umfasst den wenigstens einen Traktionselektromotor und eine Verzögerung des Fahrzeugs ist über einer Schwellen-Verzögerung, - die wenigstens eine Energiequelle (12) umfasst den wenigstens einen Lenkelektromotor und das Ausmaß der zum Beibehalt eines Lenkzustandes durchgeführten Lenkeingriffe ist über einem Schwellen-Ausmaß oder/und die Häufigkeit der zum Beibehalt eines Lenkzustandes durchgeführten Lenkeingriffe ist über einer Schwellen-Häufigkeit, - die wenigstens eine Energiequelle (12) umfasst den wenigstens einen Stabilisationselektromotor und das Ausmaß der zum Beibehalt eines Wankzustandes durchgeführten Wankeingriffe ist über einem Schwellen-Ausmaß oder/und die Häufigkeit der zum Beibehalt eines Wankzustandes durchgeführten Wankeingriffe ist über einer Schwellen-Häufigkeit.
  7. Energierückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (22) dazu ausgebildet ist, die Verbindung der wenigstens einen Energiequelle (12) mit dem wenigstens einen Energieverbraucher (18) aufzuheben und die wenigstens eine Energiequelle (12) mit dem wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14) zu verbindenden, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: - die wenigstens eine Energiequelle (12) ist in einem unkritischen Energieerzeugungs-Betriebszustand, - seit Eintritt in den kritischen Energieerzeugungs-Betriebszustand ist eine vorbestimmte Zeitdauer vergangen, - ein von der wenigstens einen Energiequelle (12) generierter Ladestrom ist unter einem Schwellen-Ladestrom.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Energierückgewinnungssystems, vorzugsweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, das Energierückgewinnungssystem umfassend: - wenigstens eine Energiequelle (12) zum Umsetzen kinetischer Energie in elektrische Energie, - wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14), - wenigstens einen Energieverbraucher (18), wobei das Verfahren die Maßnahmen umfasst: a) Erfassen eines Energieerzeugungs-Betriebszustand der wenigstens einen Energiequelle, b) Bestimmen, ob der Energieerzeugungs-Betriebszustand ein den wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14) überlastender kritischer Energieerzeugungs-Betriebszustand oder ein den wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14) nicht überlastender unkritischer Energieerzeugungs-Betriebszustand ist, c) Verbindenden der wenigstens eine Energiequelle (12) mit dem wenigstens einen Energieverbraucher (18), wenn bei der Maßnahme b) bestimmt wird, dass der Energieerzeugungs-Betriebszustand ein kritischer Energieerzeugungs-Betriebszustand ist, und Verbinden der wenigstens einen Energiequelle (12) mit dem wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14), wenn bei der Maßnahme b) bestimmt wird, dass der Energieerzeugungs-Betriebszustand ein unkritischer Energieerzeugungs-Betriebszustand ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Maßnahme b) bestimmt wird, dass der Energieerzeugungs-Betriebszustand ein kritischer Energieerzeugung-Betriebszustand ist, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: - eine durch die wenigstens eine Energiequelle (12) generierte Ladespannung ist über einer Schwellen-Ladespannung, - die wenigstens eine Energiequelle (12) ist in einem Intensiv-Rückgewinnungsbetriebszustand.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Maßnahme b) bestimmt wird, dass die wenigstens eine Energiequelle (12) in einem Intensiv-Rückgewinnungsbetriebszustand ist, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: - die wenigstens eine Energiequelle (12) umfasst wenigstens einen Traktionselektromotor in einem elektrischen Fahrzeug und eine Verzögerung des Fahrzeugs ist über einer Schwellen-Verzögerung, - die wenigstens eine Energiequelle (12) umfasst wenigstens einen Lenkelektromotor in einem Servolenkungssystem eines Fahrzeugs und das Ausmaß der zum Beibehalt eines Lenkzustandes durchgeführten Lenkeingriffe ist über einem Schwellen-Ausmaß oder/und die Häufigkeit der zum Beibehalt eines Lenkzustandes durchgeführten Lenkeingriffe ist über einer Schwellen-Häufigkeit, - die wenigstens eine Energiequelle (12) umfasst wenigstens einen Stabilisationselektromotor in einem Wankstabilisierungssystem eines Fahrzeugs und das Ausmaß der zum Beibehalt eines Wankzustandes durchgeführten Wankeingriffe ist über einem Schwellen-Ausmaß oder/und die Häufigkeit der zum Beibehalt eines Wankzustandes durchgeführten Wankeingriffe ist über einer Schwellen-Häufigkeit.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn bei der Maßnahme c) die wenigstens eine Energiequelle (12) mit dem wenigstens einen Energieverbraucher (18) verbunden wird, die Verbindung der wenigstens einen Energiequelle (12) mit dem wenigstens einen Energieverbraucher (18) wieder aufgehoben wird und die wenigstens eine Energiequelle (12) mit dem wenigstens einen Kondensator-Energiespeicher (14) verbunden wird, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: - bei einer nachfolgenden Durchführung der Maßnahme b) der wiederholt durchgeführten Maßnahmen a) bis c) wird bestimmt, dass der Energieerzeugungs-Betriebszustand ein unkritischer Energieerzeugungs-Betriebszustand ist, - seit Eintritt in den kritischen Energieerzeugungs-Betriebszustand und Verbinden der wenigstens einen Energiequelle (12) mit dem wenigstens einen Energieverbraucher (18) ist eine vorbestimmte Zeitdauer vergangen, - ein von der wenigstens einen Energiequelle (12) generierter Ladestrom ist unter einem Schwellen-Ladestrom.
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