用于车辆的紧急能量存储器

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的紧急能量存储器。本发明同样涉及一种用于车辆的机电的制动力放大器、一种用于车辆的制动和/或转向系统以及一种用于车辆的能量供应系统。此外，本发明涉及一种用于车辆的紧急能量存储器的制造方法。

背景技术

现代机动车通常具有如下制动系统，该制动系统借助于所谓的制动力放大器来支持车辆驾驶员，从而车辆驾驶员不必单独施加用于操纵制动设备的全部的力。此外，机动车也可以包括各种其它辅助系统，这些辅助系统借助于电驱动装置来支持车辆驾驶员。

公开文献EP 2280856 A1公开了一种机电的制动力放大器。借助于电动机和螺旋传动机构将助力施加到制动系统的活塞杆上。为了驱动电动机，必须向电动机供应电能。

发明内容

本发明提出一种具有权利要求1的特征的用于车辆的紧急能量存储器、一种具有权利要求7的特征的用于车辆的机电的制动力放大器、一种具有权利要求8的特征的用于车辆的制动和/或转向系统、一种具有权利要求9的特征的用于车辆的能量供应系统以及一种具有权利要求10的特征的用于车辆的紧急能量存储器的制造方法。

本发明提出用于即使在相应车辆的车载电网失效时也向车辆的车辆部件提供“紧急能量”或备用能量的可行方案。本发明的一个特别的优点在于，在这种情况下借助于本发明即使在用于能量提供的存储器单池（Speicherzelle）中出现故障时也还能向车辆部件提供特定的紧急能量。因此，本发明通过以下方式有助于提高配备有车辆部件的车辆的舒适性标准和安全性标准，即本发明确保，即使在如此少出现的紧急情况下也还可借助于车辆部件的运行引起或支持车辆所期望的行驶特性。这也可以换种方式如此描述，即本发明除了在车载电网失效时的第一备用模式之外，还在车载电网失效时并且在用于能量提供的存储器单池中同时出现故障时实现所谓的（增强的）第二备用模式。

本发明的其它优点将在下面对其实施方式的详细描述中进行阐述。

在一种实施方式中，多个电的能量存储装置分别包括至少一个存储电容器。

存储电容器可以例如是指混合超级电容器（混合动力超级电容器、HSC）。尤其地，多个并联和/或串联连接的存储电容器的任意适合的布置对于相应的能量存储装置也是可行的。

在一种实施方式中，多个电压转换器中分别包括一个升压转换器（Aufwärtswandler）。在此，例如直流电压转换器可以理解为升压转换器，其将在输入侧提供的直流电压转换为输出直流电压，其中输出直流电压的值高于在输入侧提供的直流电压的值。以这种方式，即使在波动的、尤其是降低的电压的情况下，在这种电压转换器的输入端上也可以提供合适的、优选恒定的输出电压。然而应当理解的是，根据应用情况而定，也可以使用其他电压转换器，例如降压转换器或组合的升压/降压转换器（英文为升压/降压转换器）。尤其地，双向的直流电压转换器例如也是可行的。因此，例如也可以借助于电压转换器将能量存储装置充电到更高的电压水平。

在一种实施方式中，多个电压转换器分别包括一个具有两个串联连接的半导体开关元件的半桥。此外，电压转换器也可以包括其他的器件，像比如电感、电容等。通过分别使用一个半桥，能够实现用于电压转换器的简单的并且因此成本适宜的电路布置。尤其地，可以以简单的方式将多个半桥组合成多个电压转换器。半导体开关元件可以包括例如MOSFET。此外，然而原则上其他半导体开关、例如具有绝缘的栅极接头（IGBT）的双极晶体管等也是可行的。

在一种实施方式中，紧急能量存储器包括两个或三个电压转换器。在此，每个电压转换器可以包括B6-桥的半桥。这种方式可以借助于B6-桥实现多个电压转换器的特别简单的布置。这种B6-桥在能量技术领域是标准组件。因此，它们可以以相对低的制造成本大量地提供。

在一种实施方式中，多个电压转换器中的每个电压转换器可单独予以操控和/或去激活。通过单独地操控以及单独地激活各个电压转换器，可以有针对性地从分别连接的能量存储装置获得电能。因此，尤其可以单独地如此操控相应的电压转换器，从而根据相应的能量存储装置的充电状态，在电压转换器的输出端上提供恒定的输出电压。此外，例如在故障情况下可以有针对性地使一个或多个电压转换器去激活。因此，可以确保即使在相应的能量存储装置和/或相应的电压转换器中出现故障时，这种故障也不会影响能量供应。

前面描述的优点也在用于车辆的机电的制动力放大器中得以确保，所述制动力放大器可前置于或前置于车辆的主制动缸并且包括这样的紧急能量存储器。

具有相应的紧急能量存储器和/或这种机电的制动力放大器的、用于车辆的制动和/或转向系统也实现上面已经解释的优点。

同样，上面已经阐述的优点通过用于车辆的能量供应系统来实现，所述车辆具有车辆电池和相应构造的紧急能量存储器。

此外，用于车辆的紧急能量存储器的对应的制造方法的实施也实现上面已经阐述的优点。明确地指出，制造方法可以根据紧急能量存储器的实施方式来加以改进。

附图说明

下面借助于附图阐述本发明的其它特征和优点。其中示出：

图1示出了根据本发明的紧急能量存储器的一种实施方式的示意图；

图2示出了根据本发明的紧急能量存储器的一个实施方式的原理电路图的示意图；并且

图3示出了用于阐述用于车辆的紧急能量存储器的制造方法的实施方式的流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的紧急能量存储器1的一种实施方式的示意图。

在图1中示意性地示出的紧急能量存储器1能够应用/装配在车辆/机动车上和/或中。明确地指出，紧急能量存储器1的可用性不限于特定的车辆类型/机动车类型。

紧急能量存储器1具有多个存储器单池20-i。每个存储器单池20-i分别包括至少一个（未示出的）存储电容器。如果存储器单池20-i中的至少一个具有多个存储电容器，则存储电容器可以选择性地作为并联电路和/或串联电路以连接的方式存在于相应的存储器单池20-i中。在图1中示出的具有正好四个存储器单池20-1至20-4的紧急能量存储器1的构造仅示例性地被解释并且在本发明中不构成限制。

存储器单池20-i的存储电容器例如可以被理解为电化学电容器，如尤其是超级电容器（超级电容器，简称超级电容或SC）。例如，至少一个混合超级电容器（混合动力超级电容器、简称HSC）可以被用作存储器单池20-i中的存储电容器。因此，存储器单池20-i中的至少一个例如可以被构造为超级电容器单元。不同存储器单池类型的组合同样是可行的。

如此构造紧急能量存储器1，使得存储在紧急能量存储器1的存储器单池20-i中的能量即使在配备有紧急能量存储器1的车辆/机动车的车载电网失效时也仍可作为“紧急能量”输出给相应的车辆/机动车的至少一个车辆部件。因此，尽管车载电网失效，车辆部件仍能够至少过渡地借助于输出“紧急能量”来继续运行，进而至少过渡地减弱车载电网失效的影响。因此，紧急能量存储器1有助于提高相应的车辆/机动车的舒适性标准和安全性标准。例如，借助于由紧急能量存储器1输出的“紧急能量”，尽管车载电网失效，车辆/机动车的制动系统和/或转向系统/转向装置的部件仍还能够如此继续运行，使得驾驶员或自主的控制系统还能够相对舒适地并且相对安全地制动和/或转向车辆/机动车。紧急能量存储器1以这种方式提供第一（增强的）备用模式，以用于尽管车载电网失效在转向和/或制动车辆/机动车时支持驾驶员或自主的控制系统。

图1的紧急能量存储器1此外对于紧急能量存储器1的每个存储器单池20-i具有各一个电压转换器10-i，其中存储器单池20-i中的每个与其（特定）所属的电压转换器10-i连接。因此，紧急能量存储器1例如具有与存储器单池20-i一样多的电压转换器10-i。优选地，紧急能量存储器1的存储器单池20-i的存储器单池总数等于紧急能量存储器1的电压转换器10-i的电压转换器总数。

由于给紧急能量存储器1的每个存储器单池20-i配设有一个单独的电压转换器10-i，紧急能量存储器1的每个存储器单池20-i可以与紧急能量存储器1的其它存储器单池20-i无关地被放电。因此，存在于紧急能量存储器1的存储器单池20-i之一上的故障也可以被克服，其方式是，还能正常工作的存储器单池20-i中的至少一个与一个或多个有故障的存储器单池20-i无关地被放电。因此，尽管在紧急能量存储器1的存储器单池20-i之一上存在故障，但是在相应的车辆/机动车的车载电网失效的情况下仍然能够实现将“紧急能量”输出给相应的车辆部件。图1的紧急能量存储器1因此具有相对于常规系统提高的冗余，这种冗余有助于附加地提高相应的车辆/机动车的舒适性标准和安全性标准。因此，紧急能量存储器1不仅在车载电网失效时引起第一（增强的）备用模式，而且在其存储器单池20-i之一中存在故障时还实现第二备用模式，在所述第二备用模式中驾驶员或自主的控制系统同样借助于还能输出的“紧急能量”在转向和/或制动车辆/机动车时得到支持。因此，由于车载电网失效和在存储器单池20-i之一上存在的故障而引起的“双重故障情况”能够借助于紧急能量存储器1的高的冗余在其影响方面还至少被减弱。

电压转换器10-i也可以分别被称为DC-DC电压转换器、DC-DC转换器或转换器。如在图1中可以看出，紧急能量存储器1的电压转换器10-i彼此并联连接。因此，在紧急能量存储器1的触头31和32上可分接输出电压U_out，该输出电压对应于并联连接的电压转换器10-i的接头12-i上的输出电压。尤其地，相应有源的（aktiv）并联连接的电压转换器10-i被如此操控，使得其分别在两个触头31和32之间提供相同的或至少近似相同大小的输出电压。通过单独地操控相应有源的电压转换器10-i，在此可行的是，即使在分别连接的存储器单池20-i的不同的充电状态的情况下和/或在电压转换器10-i的接头11-i上的分别不同的输入电压的情况下，也为所有电压转换器10-i在触头31和32之间提供相同大小的输出电压。

因为每个存储器单池20-i可以借助于配设给其的电压转换器10-i被单独地操控并且尤其是也可以被激活，所以此外也可行的是，既在电压转换器10-i或所连接的存储器单池20-i中出现故障时，又在相应的存储器单池20-i的深度放电（高的放电深度，DoD）时使相应的支路去激活。

图2示出了根据一种实施方式的紧急能量存储器1的原理电路图的示意图。同样，这里示出的具有三个存储器单池20-1、20-2和20-3的实施方式仅仅是为了便于理解，而不构成对本发明的限制。

电压转换器10-i中的每个在此通过由两个串联连接的半导体开关以及一个电感组成的半桥形成。第一电压转换器10-1通过两个串联连接的半导体开关M1和M2形成。第一节点通过第一电感L1与第一存储器单池20-1的接头连接，在该第一节点上两个半导体开关M1和M2彼此连接。类似地，第二节点通过第二电感L2与第二存储器单池20-2的接头连接，在该第二节点上两个半导体开关M3和M4彼此连接。同样地，第三节点通过第三电感L3与第三存储器单池20-3的接头连接，在所述第三节点上两个半导体开关M5和M6彼此连接。存储器单池20-i的相应其他的接头以及半桥的下部的开关元件M2、M4和M6的下部的接头与输出接头的接头元件连接，该接头元件例如对应于之前描述的触头32。上部的半导体开关M1、M3和M5在分别不与节点连接的接头上与输出接头的另外的接头元件连接，该另外的接头元件例如相应于之前描述的触头31。电压转换器10-i的开关元件M1至M6例如可以实施为MOSFET。在输出接头的两个接头元件之间可以布置由一个或多个并联连接的电容器组成的电容C。

如果紧急能量存储器1如在图2中所示那样具有最多三个电压转换器10-i，则紧急能量存储器1可以包括B6栅极驱动器（B6栅极驱动器），借助于该B6栅极驱动器可以切换电压转换器10-1至10-3的最多六个开关元件M1至M6。因此，为了制造紧急能量存储器1可以使用经常使用的栅极驱动件。这简化了紧急能量存储器1的制造并且有助于降低其制造成本。

借助于前面所描述的紧急能量存储器1，尽管其车载电网失效，例如相应的车辆/机动车的制动压力建立装置、像比如iBooster和/或相应的车辆/机动车的制动压力调制单元、像比如ESP仍至少过渡地运行。因此，紧急能量存储器1能够有利地集成在制动系统上和/或制动系统中。制动压力建立装置例如可以是机电的制动力放大器，该机电的制动力放大器如此能够前置/前置于车辆的主制动缸，使得借助于机电的制动力放大器的通过输出电压引起的运行，主制动缸和连接在其上的车轮制动缸中的压力可以得到提高/提高。在图2的实施方式中，紧急能量存储器1示例性地具有三个存储器单池20-i。三个存储器单池20-i足够用于即使在车辆/机动车的车载电网失效时也至少确保机电的制动力放大器的暂时的运行。车辆/机动车因此本身在这种情况下还能够可靠地借助于输出电压U_out来制动，其中，自主的制动或支持驾驶员的制动选择性地是可行的。

尤其可以将在图1和2中示意性地描绘的紧急能量存储器1安装在机电的制动力放大器上和/或中。通常，传统的机电的制动力放大器具有六个MOSFET作为开关元件。只要紧急能量存储器1具有最多三个电压转换器10-i，那么机电的制动力放大器因此也可以具有B12栅极驱动器（B12栅极驱动器），借助于该B12栅极驱动器可以切换紧急能量存储器1的最多六个开关元件M1至M6以及机电的制动力放大器的紧急能量存储器外部电子器件的六个另外的开关元件。

此外，所述紧急能量存储器1 （必要时除所述机电的制动力放大器之外）也还可以在车辆/机动车的车载电网失效之后还在过渡时间内运行其它的制动压力建立部件。例如，紧急能量存储器1可在车载电网失效之后借助于输出电压来运行转向装置/转向系统的马达部件。只要紧急能量存储器1也被一同用于转向装置，则可以将其存储器单池20-i的数量提高到四个存储器单池。因此，紧急能量存储器1也可以有利地集成在用于车辆的转向装置上和/或中，或者集成在用于车辆的制动和转向系统上和/或中。同样，用于具有车辆电池和紧急能量存储器1的车辆的能量供应系统是有利的。

图3示出了用于阐述用于车辆的紧急能量存储器1的制造方法的实施方式的流程图。

借助于下面描述的制造方法例如可以制造前面阐述的紧急能量存储器1。然而，制造方法的可实施性不限于这种紧急能量存储器1。

在方法步骤S1中提供多个电的能量存储装置20-i和多个电压转换器10-i。接着，在另一方法步骤S2中分别将电的能量存储装置20-i与电压转换器10-i的第一接头11-i电耦联；并且在方法步骤S3中将多个电压转换器10-i电耦联到电压转换器10-i的第二接头12-i上。方法步骤S2和S3可以以任意顺序、同时或在时间上重叠地予以实施。

总之，本发明涉及一种用于车辆的紧急能量存储器，其中多个电的能量存储装置能够借助于相应单独的电压转换器并联地将电能馈入到车辆的电的能量供应网络中。本发明同样涉及一种用于车辆的机电的制动力放大器、一种用于车辆的制动和/或转向系统以及一种用于车辆的能量供应系统。此外，本发明涉及一种用于车辆的紧急能量存储器的制造方法。