AT512132A1

AT512132A1 - Bordnetzspeisung

Info

Publication number: AT512132A1
Application number: ATA1647/2011A
Authority: AT
Inventors: Carsten Dipl Ing Kaup; Tobias Dipl Ing Schaefer
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-05-15
Also published as: AT512132B1

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung der elektrischen Speisung eines mit einem Basisspeicher ausgerüsteten Basis-Bordnetzes eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, der mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist. Zwischen der elektrischen Maschine und dem Basis-Bord netz ist ein Zwischennetz vorgesehen, das mit einem Hochleistungsspeicher ausgerüstet und durch einen spannungswandelnden Koppler mit dem Basis-Bordnetz gekoppelt ist. Die Betriebsweisen der elektrischen Maschine umfassen Leerlaufbetrieb und generatorischen Betrieb. Im generatorischen Betrieb liefert die elektrische Maschine in das Zwischennetz elektrische Energie, im Leerlaufbetrieb liefert sie keine elektrische Energie. Die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis-Bordnetz ist vom Betrieb der elektrischen Maschine steuerungstechnischentkoppelt. Dies wird dadurch erreicht, dass einerseits die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis-Bord netz durch Regelung der Spannung im Basis-Bordnetz auf eine Sollspannung des Basis-Bord- netzes mit Hilfe des spannungswandelnden Kopplers erfolgt und andererseits die Steuerung, ob die elektrische Maschine im Leerlauf oder generatorisch betrieben wird, davon abhängt, ob ein Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers über oder unter einem Soll-Energieniveau des Hochleistungsspeichers liegt.

Description

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BORDNETZSPEISUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur Steuerung der elektrischen Speisung eines Basis-Bordnetzes eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, der mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist, und ein zur Durchführung des Verfahrens eingerichtetes Fahrzeug .

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Elektrische Verbraucher in einem Kraftfahrzeug über ein Bordnetz und einen darin angeordneten Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt. Bei diesem Energiespeicher handelt es sich klassischerweise um einen Akkumulator (Fahrzeugbatterie), der von der elektrischen Maschine (Lichtmaschine) des Fahrzeugs mit einer quasi konstanten Spannung gespeist wird. Diese konstante Spannungshaltung sorgt über die mit ihr einhergehenden Feld-Erregungen von Lichtmaschine für eine einfache Regelung der Batteriespeisung.

Sind im Fahrzeug Verbraucher mit unterschiedlichen Spannungen zu versorgen (ist bspw. eine Klasse von Verbrauchern mit einer niedrigeren Nenn-Spannung von bspw. 12 V und eine weitere Klasse von Verbrauchern mit einer höheren Nennspannung von bspw. 40 V vorhanden), so ist es bekannt, mehrere Spannungskreise vorzusehen, in welchen jeweils zumindest ein Energiespeicher angeordnet ist.

So weist bspw. das in US 6677725 B2 beschriebene Fahrzeug zwei Spannungskreise auf, in denen elektrische Verbraucher auf unterschiedlichen Spannungsniveaus mit elektrischer Energie versorgt werden. Das Fahrzeug verfügt über einen Generator, der eine erste Batterie mit elektrischer Energie auflädt, um erste Verbraucher auf einem ersten Spannungsniveau zu versorgen. Eine zweite Batterie auf einem zweiten Spannungsniveau versorgt zweite Verbraucher. Ein Wandler zwischen den beiden Spannungskreisen wandelt Spannung vom ersten auf das zweite Spannungsniveau um. Eine Steuereinheit steuert dazu den Ausgang des Wandlers in Abhängigkeit vom Zustand des Generators, des Ladezustands der ersten Batterie, den ersten Verbrauchern, des Ladezustands der zweiten Batterie oder der zweiten Verbraucher. 2 A3999014ATP00Lp • · .· ·· ·* :.. : . · * ·*·.··· • · · · ·· · ·· · · · * * ·> ... ·*· ·· · ··

Aus EP 1520752 B1 ist ein Fahrzeug mit einem Generator, zwei Basisspeichern und Verbrauchern bekannt. Der zweite Basisspeicher ist über eine Lade- und Trennein-heit mit dem Bordnetz verbunden. Sie hat Schaltmittel, die geschlossen werden, wenn der zweite Basisspeicher nachgeladen wird. Mit einer Batteriezustandserkennung für beide Basisspeicher werden Batterieströme, -Spannungen und -temperaturen gemessen und ausgewertet.

Weitere Fahrzeugarchitekturen mit zwei verschiedenen Spannungsnetzen sind bspw. aus EP 1564862 B1 und DE 10231517 B4 bekannt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Nach einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der elektrischen Speisung eines mit einem Basisspeicher ausgerüsteten Basis-Bordnetzes eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, der mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist. Zwischen der elektrischen Maschine und dem Basis-Bordnetz ist ein Zwischennetz vorgesehen, das mit einem Hochleistungsspeicher ausgerüstet und durch einen spannungswandelnden Koppler mit dem Basis-Bordnetz gekoppelt ist. Die Betriebsweisen der elektrischen Maschine umfassen Leerlaufbetrieb und generatorischen Betrieb. Im generatorischen Betrieb liefert die elektrische Maschine in das Zwischennetz elektrische Energie, im Leerlaufbetrieb liefert sie keine elektrische Energie. Die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis-Bordnetz ist vom Betrieb der elektrischen Maschine steuerungstechnisch entkoppelt. Dies wird dadurch erreicht, dass einerseits die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis-Bordnetz durch Regelung der Spannung im Basis-Bordnetz auf eine Sollspannung des Basis-Bordnetzes mit Hilfe des spannungswandelnden Kopplers erfolgt und andererseits die Steuerung, ob die elektrische Maschine im Leerlauf oder generatorisch betrieben wird, davon abhängt, ob ein Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers über oder unter einem Soll-Energieniveau des Hochleistungsspeichers liegt.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, der mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist. Zwischen der elektrischen Maschine und dem Basis-Bordnetz ist ein Zwischennetz vorgesehen, das mit einem Hochleistungsspeicher ausgerüstet und durch einen spannungswandelnden 3 A3999014ATP00Lp : : : .·»**· (I ·· ·*· ·· · ··

Koppler mit dem Basis-Bordnetz gekoppelt ist. Die elektrische Maschine ist dazu eingerichtet, in den Betriebsweisen Leerlaufbetrieb und generatorischen Betrieb betrieben zu werden, im generatorischen Betrieb elektrische Energie in das Zwischennetz zu liefern, im Leerlaufbetrieb jedoch keine elektrische Energie zu liefern. Das Fahrzeug umfasst eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis-Bord netz vom Betrieb der elektrischen Maschine steuerungstechnisch entkoppelt zu steuern. Hierzu ist sie dazu eingerichtet, einerseits die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis-Bordnetz durch Regelung der Spannung im Basis-Bord netz auf eine Sollspannung des Basis-Bordnetzes mit Hilfe des spannungswandelnden Kopplers zu steuern und andererseits den Betrieb der elektrischen Maschine im Leerlauf oder generatorisch in Abhängigkeit davon zu steuern, ob ein Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers über oder unter einem Soll-Energieniveau des Hochleistungsspeichers liegt.

Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der beigefügten Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung allgemeiner Art und bevorzugter Ausführungsbeispiele.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der relevanten Fahrzeugkomponenten;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm zur Bestimmung der Sollspannung für die Speisung des Basis-Bordnetzes;

Fig. 3 ein schematisches Diagramm eines Controllers zur Berechnung der Sollspannung für die Speisung des Basis-Bordnetzes;

Fig. 4 eine beispielhafte Funktion des Soll-Energieniveaus des Hochleistungsspeichers; 4 A3999014ATP00Lp

Fig. 5 den Verlauf von Ist- und Soll-Energieniveau des Hochleistungsspeichers während einer beispielhaften Fahrt;

Fig. 6 eine Speisung des Basisspeichers im Basis-Bordnetz aus dem Zwischennetz bei Leerlaufbetrieb des Generators;

Fig. 7 eine Speisung des Basisspeichers im Basis-Bord netz aus dem Zwischennetz bei generatorischem Betrieb des Generators;

Fig. 8 einen Energiefluss aus dem Basisspeicher im Basis-Bordnetz in den Hochleistungsspeicher im Zwischennetz; und

Fig. 9 einen Start des Verbrennungsmotors mit (zusätzlicher) Energiespeisung des Generators aus dem Basisspeicher.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt schematisch die Architektur eines Fahrzeugs mit den für die vorliegende Erfindung relevanten Komponenten. Vor einer detaillierten Beschreibung der Fig. 1 und der konkreten Ausführungsbeispiele werden zunächst einige allgemeine Aspekte der Erfindung und ihrer Ausgestaltungen und Weiterbildungen erläutert.

Verfahren zur Steuerung der Erzeugung elektrischer Energie in einem Fahrzeug werden allgemein auch als "Energiemanagement" bezeichnet. Ein wesentlicher Aspekt des Energiemanagements liegt in der Speisung des Fahrzeugbordnetzes mit einer ausreichenden Menge elektrischer Energie. Hierbei ist sicherzustellen, dass ein entsprechender Energiespeicher im Bord netz (nachfolgend als Basisspeicher oder allgemein als Energiespeicher bezeichnet) stets in ausreichendem Maße geladen ist, so dass genügend elektrische Energie für die Versorgung der an das Bordnetz angeschlossenen elektrischen Verbraucher zur Verfügung steht.

Zur Sicherstellung eines ausreichenden Vorrats an gespeicherter Energie im Basisspeicher besteht grundsätzlich die Notwendigkeit, die Speisung des Basisspeichers und allgemein des Bordnetzes mit elektrischer Energie zu regeln. Eine sehr einfache Art der Regelung stellt bspw. die herkömmliche Kopplung des Bordnetzes und Basisspeichers mit der elektrischen Maschine (Lichtmaschine) des Fahrzeugs dar, wobei Letztere den Basisspeicher mit einer fixen, nominellen Spannung als Stellgröße lädt. 5 .... A3£p9014ATP00Lp .*·. .i · · * • · « · · · · ·*» : , · ···· * * ··· ...··* ·· ··· ·»· * · · ··

Liegt die Ist-Spannung im Bordnetz - bspw. bei hoher Last durch die Verbraucher -unter dieser fixen Referenzspannung, steuert ein Laderegler die Erreger-Magnetfeldstärke der Lichtmaschine so, dass der Erregerstrom erhöht und damit die Ausgangsspannung der Lichtmaschine konstant gehalten werden (sog. Konstantspannungsverfahren), Die Speisung des Bordnetzes und der (generatorische) Betrieb der Lichtmaschine sind hierbei also steuerungstechnisch unmittelbar miteinander verknüpft: Besteht ein bestimmter Energiebedarf im Bordnetz, wird die Lichtmaschine entsprechend generatorisch betrieben; besteht kein Bedarf, kann sie leerlaufen.

Im Gegensatz hierzu sind gemäß der vorliegenden Erfindung die Speisung des Basis-Bordnetzes mit elektrischer Energie und die Betriebsweise der für die Bereitstellung der benötigten elektrischen Energie verantwortlichen elektrischen Maschine steuerungstechnisch entkoppelt. Der Betrieb der elektrischen Maschine hängt nicht unmittelbar von den Verhältnissen im Basis-Bord netz, z.B. von der dort anliegenden Ist-Spannung, ab, wie nachfolgend erläutert wird.

Das Fahrzeug, in dem die vorliegende Erfindung implementiert ist, verfügt über wenigstens zwei Spannungskreise. Ein Fahrzeug-Bordnetz, nachfolgend als Basis-Bordnetz bezeichnet, dient der Versorung elektrischer Verbraucher. Es handelt sich etwa um einen 12-V-Gleichspannungskreis mit sämtlichen elektrischen Komponenten wie Lastverbraucher und Verkabelung. Es verfügt über wenigstens einen Basisspeicher, bspw. einen 12-V-Akkumulator.

Darüber hinaus ist ein sog. Zwischenkreis vorgesehen, der zwischen dem Basis-Bordnetz und einer elektrischen Maschine angeordnet ist. Der Zwischenkreis wird im Allgemeinen mit einer von der Nennspannung des Basis-Bordnetzes verschiedenen Spannung betrieben, bspw. einer Gleichspannung von nominell 40 V, Er dient verschiedenen Zwecken, u.a. der Bereitstellung eines Hochleistungsspeichers zum Starten des Verbrennungsmotors mit Hilfe der elektrischen Maschine und der Speicherung rekupertierter kinetischer Energie des Fahrzeugs. Hierzu ist im Zwischenkreis ebenfalls ein Energiespeicher vorgesehen, der hier als Hochleistungsspeicher oder-bei manchen Ausführungen in seiner Funktion als Speicher von Energie für das Starten des Verbrennungsmotors - als Startenergiespeicher bezeichnet wird. Zur Trennung der beiden Spannungskreise ist zwischen ihnen ein spannungswandelnder 6 A3999014ATP00Lp

Koppler vorgesehen, über den ein Energiefluss zwischen den beiden Spannungs-kreisen steuerbar ist.

Die elektrische Maschine ist mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt. Sie ist also zwischen dem Zwischennetz und dem Verbrennungsmotor angeordnet. Sie dient ebenfalls verschiedenen Zwecken, u.a. der Speisung der beiden Spannungskreise mit elektrischer Energie und - bei manchen Ausführungen - dem Starten des Verbrennungsmotors. Hierzu ist sie in verschiedenen Betriebsmodi betreibbar, darunter wenigstens in einem generatorischen Betrieb und in einem Leerlaufbetrieb. Die im generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie wird im Hochleistungsspeicher und - überden spannungswandelnden Koppler - im Basisspeicher gespeichert.

Beim Start des Verbrennungsmotors mit Hilfe der elektrischen Maschine entnimmt diese im motorischen Betrieb dem Hochleistungsspeicher dort gespeicherte Energie. Der Hochleistungsenergiespeicher ist bspw. ein Hochleistungskondensator (Superkondensator).

Die elektrische Maschine speist also grundsätzlich sowohl den im Zwischenkreis angeordneten Hochleistungsspeicher als auch indirekt - über den Zwischenkreis - den Basisspeicher des Basis-Bordnetzes. Im Gegensatz zu der o.g. einfachen Regelung der Bordnetz-Speisung durch Steuerung der Felderregung der elektrischen Maschine anhand der Spannung im Bordnetz als Stellgröße geht die vorliegende Erfindung von einem anderen Regelungsprinzip aus. Die Speisung des Basis-Bordnetzes erfolgt aus dem Zwischenkreis über den spannungswandelnden Koppler, unabhängig davon, ob die elektrische Maschine im generatorischen Betrieb arbeitet oder nicht. Das Fallen der Ist-Spannung im Basis-Bordnetz führt dabei steuerungstechnisch nicht dazu, dass die elektrische Maschine generatorisch betrieben wird. Die Steuerung der elektrischen Maschine orientiert sich vielmehr allein an den Verhältnissen zwischen im Zwischenkreis. Konkret veranlasst die Fahrzeugsteuerung einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine (nur) dann, wenn ein Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers im Zwischennetz unter seinem vom Energiemanagement bestimmten Soll-Energieniveau liegt.

Zum besseren Verständnis dieser Generatorbetrieb und Bordnetzspeisung entkoppelnden Steuerung wird im Folgenden kurz das Energiemanagement des Zwischen-netzes skizziert (ein ausführlichere Darstellung der Verhältnisse im Zwischennetz 7 A3999014ATP00Lp # # · *···* ·· n ··«» ·* · · # » « · · · * · ··· • · · ·· · * · * ·· ··· »M ·· » ·· folgt unten im Rahmen der Figurenbeschreibung der Fig. 4 und 5): Die Erzeugung und Speicherung elektrischer Energie im Zwischennetz wird gesteuert, indem das Energiemanagement ein Soll-Energieniveau für den Hochleistungsspeicher des Zwischennetzes vorgibt. Dieses Soll-Energieniveau entspricht im Sinne einer Zielfunktion oder Vorgabe derjenigen Energie, die im Hochleistungsspeicher eingespeichert anzustreben ist. Das tatsächlich im Hochleistungsspeicher vorhandene Energieniveau, das sog. Ist-Energieniveau, wird entsprechend dem Soll-Energieniveau nachgeführt. Hierzu werden beide, Soll- und Ist-Energieniveau beispielsweise kontinuierlich oder zu diskreten Zeitpunkten miteinander verglichen. Die dafür notwendige Ermittlung des Ist-Energieniveaus oder Soll-Energieniveaus erfolgt beispielsweise durch Messung des Spannungspegels des Zwischennetzes/Hochleistungsspeichers.

Liegt das Ist-Energieniveau unter dem vom Energiemanagement vorgegebenen Soll-Energieniveau, wird die elektrische Maschine als Generator betrieben und erzeugt elektrische Energie, die im Hochleistungsspeicher speicherbar ist und dort eingespeichert wird. Dessen Ist-Energieniveau wird damit erhöht und so dem höheren Soll-Energieniveau nachgeführt.

Liegt umgekehrt das Energieniveau im Hochleistungsspeicher über dem Soll-Energieniveau, wird die elektrische Maschine im Leerlaufbetrieb betrieben und stellt demgemäß keine elektrische Energie zur Verfügung. Die Energiemenge, die der Differenz zwischen Energieniveau und Soll-Energieniveau entspricht, steht frei für andere Zwecke zur Verfügung, ohne dass die elektrische Maschine weitere Energie bereitsteilen müsste. Sie kann also überden spannungswandelnden Koppler zur Speisung des Basis-Bordnetzes des Fahrzeugs verwendet werden, ohne dass die elektrische Maschine generatorisch betrieben wird. Erst wenn das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers erneut unter das vom Energiemanagement vorgegebene Soll-Energieniveau sinkt - entweder durch ein Heraufsetzen des Soll-Energieniveaus oder auch durch tatsächliches Absinken des Ist-Energieniveaus, bspw, aufgrund der Speisung des Basis-Bordnetzes - veranlasst das Energiemanagement den Wechsel der elektrischen Maschine in den Generatorbetrieb. Diese stellt dann wieder elektrische Energie bereit. Diese wird in den Hochleistungsspeicher eingespeichert und führt somit zum Anstieg seines Ist-Energieniveaus. Parallel dazu erfolgt - bei Bedarf 8 ........A^99014ATP00Lp ·"« »♦ ·· · · * .« · · ······ * · ·· · · · · ♦ · · · * · ·· .·» ··* ·· · ·· - weiterhin die Speisung des Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz über den spannungswandeinden Koppler.

Es sind auch Ausführungen denkbar, in denen die Speisung des Basis-Bordnetzes während einer größeren Erhöhung des Ist-Energieniveaus des Hochleistungsspeichers vorübergehend unterbrochen wird, bspw. im Falle des schlagartigen Heraufsetzens des Soll-Energieniveaus von einem niedrigeren auf einen höheren Wert. Das Unterbrechen der Speisung des Basis-Bordnetzes dauert bspw. solange an, bis das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers wieder auf sein Soll-Energieniveau angehoben ist. Eine solche Unterbrechung lässt sich einfach durch das Abschalten des spannungswandelnden Kopplers erreichen.

Die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz erfolgt erfindungsgemäß durch Regelung der Spannung im Basis-Bordnetz auf eine Ziel- oder Sollspannung. Hierbei handelt es sich um diejenige Spannung, mit der der Basisspeicher geladen wird. Sie repräsentiert den gewünschten Strom zur Aufladung des Basisspeichers.

Bei dem spannungswandelnden Koppler handelt es sich bspw. um einen Gleichstromsteller kapazitiver oder induktiver Art, mit dem sich die Leistungsaufnahme des Basis-Bordnetzes steuern lässt. Er wird entsprechend so angesteuert, dass ein Energiefluss vom Zwischennetz in das Basis-Bordnetz mit der Sollspannung sichergestellt ist. Er ist so dimensioniert, dass ein ausreichender Energiefluss zur Speisung des Basis-Bordnetzes gewährleistet wird. Darüber hinaus ist er vorteilhafterweise auch für einen Betrieb in umgekehrter Richtung, d.h. einen Energietransfer vom Basis-Bordnetz in das Zwischennetz, eingerichtet. Dies ist bspw, dann sinnvoll, wenn der Hochleistungsspeicher im Zwischennetz einen Startenergiespeicher darstellt, der Energie für das Starten des Verbrennungsmotors mit Hilfe der elektrischen Maschine bereitstelit. Hierbei sind Situationen nicht ausgeschlossen, in denen der Hochleistungsspeicher nicht genügend Energie für das (z.B. mehrmalige) Starten des Verbrennungsmotors aufweist und daher mit Hilfe des Gleichstromstellers aus dem Basis-Bordnetz hilfsweise geladen werden kann.

Durch diese Art der entkoppelten Steuerung, bei die Energiespeisung des Basis-Bord netzes steuerungstechnisch keinen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine zur Folge hat, wird auch ohne zusätzliche im Basis-Bordnetz vorhandene Lichtmaschine eine sichere Speisung des Basisspeichers mit elektrischer Energie 9 A3999014ATP00Lp • # * I · · • · « · erreicht. Die elektrische Maschine übernimmt also vorliegend sowohl die Funktion eines Startgenerators als auch die einer herkömmlichen Lichtmaschine. Gleichzeitig ermöglicht der Zwischenkreis mit dem Hochleistungsspeicher ein effizientes Gesamtenergiemanagement im Fahrzeug unter Rekuperation der kinetischen Energie des Fahrzeugs im Fährbetrieb. Bei genügendem Energievorrat im Zwischenkreis ist auch bei höherer Last im Basis-Bordnetz kein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine notwendig.

Die Solispannung des Basis-Bordnetzes ist fix oder variabel. Bei manchen Weitergestaltungen der Erfindung ist sie variabel einstellbar. Der spannungswandelnde Koppler ist dabei also auf eine bestimmte Ausgangsspannung zum Basis-Bordnetz hin steuerbar, so dass die Menge des Energietransfers vom Zwischennetz in das Basis-Bordnetz mit Hilfe des spannungswandelnden Kopplers frei steuerbar ist. Dabei ist jeweils ein Minimal- und Maximalwert für die Sollspannung festgelegt, der nicht unter- bzw. überschritten wird. Dadurch wird der Energiespeicher vor einer Überladung bzw. einer zu geringen Ladung geschützt und seine Lebensdauer verlängert.

Bei manchen fakultativen Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung mit variabler Sollspannung wird die Sollspannung des Basis-Bordnetzes in Abhängigkeit von Ladezustand des Basisspeichers, vom Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers im Zwischennetz, von derZeitspanne nach dem Starten des Verbrennungsmotors und/oder der Temperatur des Basisspeichers bestimmt.

Durch Berücksichtigung dieser Einflussfaktoren wird eine optimierte Speisung des Basisspeichers ermöglicht. Durch die Berücksichtigung des Ladezustands des Basisspeichers wird u.a. eine Überladung vermieden. Bspw. erfolgt eine Speisung des Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz nur dann, wenn der Ladezustand des Basisspeichers nicht über einem vordefinierten Wert liegt. Dieser Wert entspricht beispielsweise einem voll geladenen Zustand des Basisspeichers. Sein Ladezustand kann - im Falle eines Akkumulators - bspw. anhand der Klemmspannung des Basisspeichers geschätzt werden. So entsprechen bspw. eine Klemmspannung von 11,9 V einer vollständigen Entladung, eine Klemmspannung von 12,2 V einer 50%igen Ladung und eine Klemmspannung von 12,6 V einer Vollladung. Alternativ ist eine Abschätzung des Ladezustands auch anhand der Dichte des Akkumulators möglich. 10 A3999014ATP00Lp

Das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers wird bei der Speisung des Basis-Bordnetzes berücksichtigt, damit es bestimmten Situationen nicht unter einen bestimmten Wert absinkt. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn der Hochleistungsspeicher als Startenergiespeicher fungiert und vor dem Stopp des Verbrennungsmotors eine bestimmte Mindestenergiemenge Vorhalten soll, damit ein Start des Verbrennungsmotors mittels der aus dem Hochleistungsspeicher gespeisten elektrischen Maschine sicher möglich ist. So wird etwa bei manchen Ausführungen bei der Abbremsung des Fahrzeugs (d.h. in den Fahrbetriebszuständen Bremsen und Schubbetrieb) bei geringeren Fahrgeschwindigkeiten (z.B. < 50km/h) das Basis-Bordnetz nur noch dann gespeist, wenn das Ist-Energieniveau des Startenergiespeichers einem vorbestimmten Start-Energieniveau liegt. Eine solche Steuerung ist besonders bei Weiterbildungen sinnvoll und vorhanden, die über eine Start-Stopp-Automatik verfügen, bei denen die elektrische Maschine für die Wiederstarts (und fakultativ auch für Kaltstarts) als Startergenerator fungiert, die aus dem Startenergiespeicher gespeist wird.

Mit der Einbereichnung der Zeitspanne nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors und der Temperatur des Energiespeichers kann die Sollspannung auch auf diese Parameter angepasst werden. Bekanntlich ist bei einer höheren Batterietemperatur eine geringere Ladespannung als bei einer niedrigeren Batterietemperatur geeignet. Bei niedrigerer Batterietemperatur und/oder innerhalb eines festgelegten Zeitabschnittes nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors wird daher bei manchen Ausführungen die Sollspannung zur optimierten Speisung des Basis-Bordnetzes erhöht.

Bei manchen weiteren Ausgestaltungen der Erfindung erfolgt die Berechnung der Sollspannung konkret unter Verwendung von Korrekturfaktoren für die o.g. Einflussfaktoren, also etwa jeweils einem Korrekturfaktor für das den Ladezustand des Basisspeichers, für das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers im Zwischennetz, für den Ladezustand des Basisspeichers und/oder für die Zeitspanne seit dem (Kalt-)Start des Verbrennungsmotors.

Bei manchen fakultativen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung erfüllt der Hochleistungsspeicher - wie bereits oben genannt - die Funktion eines Startenergiespeichers. Er hält also Energie vor, die für das Starten des Verbrennungsmotors, A3999014ATPOO L p

II »· · · ··♦♦ · • · t« ♦♦ · · ## · · ·«·*»« ··· · · · · · • · · · · ♦ · * · M ··· ♦ ·· ♦· · ·♦ bspw. mittels der elektrischen Maschine, benötigt wird. Hierzu ist für den Hoch-leistungs- bzw. Startenergiespeicher ein sog. Startenergieniveau definiert, welches sicher für den ein- oder auch mehrmaligen Start des Verbrennungsmotors ausreicht. Das Energiemanagement des Zwischennetzes und Startenergiespeichers sorgt mittels Steuerung des Soll-Energieniveaus des Startenergiespeichers und des Nachführens seines Ist-Energieniveaus dafür, dass bei Bedarf - nämlich im Fahrbetriebszustand Stopp - im Startenergiespeicher mindestens das Start-Energieniveau tatsächlich vorgehalten ist. Trotzdem kann es (Ausnahme-)Situationen geben, in denen die im Startenergiespeicher gespeicherte Energie für den Start des Verbrennungsmotors nicht genügt. In diesen Situationen ermöglicht der spannungswandelnde Koppler einen Rück-Energietransfer aus dem Basis-Bordnetz in das Zwischennetz als Stützung des Startvorgangs des Verbrennungsmotors.

Generell gilt, dass die Speisung des Basis-Bordnetzes nicht nur steuerungsmäßig von der Betriebsart der elektrischen Maschine entkoppelt ist, sondern auch unabhängig vom Verhältnis von Ist- und Soll-Energieniveau des Hochleistungsspeichers erfolgt. So wird - bei manchen Ausführungen - bei der Speisung des Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz zwar der Ladezustand des Basisspeichers berücksichtigt (wie oben beschrieben). Eine tatsächliche Speisung des Basis-Bordnetzes mit elektrischer Energie aus dem Zwischennetz erfolgt beispielsweise nur in dem Fall, in dem der Basisspeicher nicht voll geladen ist und es wird zudem nur so viel Energie transferiert, bis der Basisspeicher vollständig geladen ist. Dies ist jedoch unabhängig davon, ob das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers über oder unter dessen Soll-Energieniveau liegt. Das Nachführen im Sinne eines Absenkens des Ist-Energieniveaus des Hochleistungsspeichers auf dessen Soll-Energieniveau führt also nicht dazu, dass das Basis-Bordnetz mit mehr Energie versorgt wird als benötigt. Umgekehrt bedeutet das Nachführen des Ist-Energieniveaus des Hochleistungsspeichers auf ein höheres Soll-Energieniveau nicht, dass das Basis-Bordnetz nicht mehr mit elektrischer Energie gespeist wird. Bei manchen Ausführungen wird das Basis-Bordnetz auch in dem Fall eines derartigen "Energiemangels" im Zwischennetz gemäß seinen Anforderungen gespeist (unbeschadet der obigen Berücksichtigung des Ist-Energieniveaus des Startenergiespeichers zur Einhaltung eines Start-Energieniveaus). Ein entsprechender generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine stellt dann sowohl die Erhöhung des Ist-Energieniveaus des Hochleis- 12 A3999014ATP00Lp ·· » · ·»··» ·· ·»··»♦ · · · m * · · * ♦ · ♦ ; ; . ♦·! ! • · · ♦ · · · ·♦ »· ·*· ♦·· *· ♦ ·· tungsspeichers in Richtung Soll-Energieniveau als auch die weitere Speisung des Basis-Bordnetzes sicher. Es gibt aber - wie bereits oben genannt - auch Ausführungen, bei denen bei einer starken Erhöhung des Ist-Energieniveaus des Hochleistungsspeichers das Speisen des Basis-Bordnetzes vorübergehend ausgesetzt wird.

Entspricht das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers genau seinem vorgegebenen Soll-Energieniveau, ist zu unterscheiden: In der Regel benötigt das Basis-Bordnetz aufgrund aktiver Lastverbraucher kontinuierlich Energie. Wird es also aus dem Zwischennetz gespeist, so wird die elektrische Maschine in entsprechender Weise generatorisch betrieben, um das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers wenigstens auf dem vorgegebenen Soll-Energieniveau zu halten. Bedarf es dagegen einer Speisung des Basis-Bordnetzes nicht, so arbeitet die elektrische Maschine im Leerlaufbetrieb, da das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers nicht unter das Soll-Energievieau fällt. Auch in dieser Situation äußert sich also die steuerungstechnische Entkopplung zwischen Speisung des Basis-Bordnetzes und Betrieb der elektrischen Maschine. Ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine ist nur notwendig, wenn das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers -aus welchen Gründen auch immer - unter das vorgegebene Soll-Energieniveau fällt. Umgekehrt wird das Basis-Bordnetz aus dem Zwischennetz unabhängig davon gespeist, ob die elektrische Maschine generatorisch oder leer läuft.

Das beanspruchte Verfahren (Energiemanagement) wird in einer Steuereinrichtung des Fahrzeugs implementiert. Sie ist in manchen Ausgestaltungen sowohl für die Steuerung des Basis-Bord netzes inklusive der Speisung des Basisspeichers Uber den wandelnden Koppler als auch für diejenige des Zwischenkreises und der Einspeicherung von Energie im Hochleistungsspeicher und den Betrieb der elektrischen Maschine zuständig. Fakultativ ist sie zusätzlich für andere Steuerungsaufgaben eingerichtet, wie etwa diejenige für eine Start/Stopp-Automatik. Bei anderen Ausführungen ist eine separate Steuereinrichtung vorgesehen, die speziell für die Steuerung des hierin beschriebenen Energiemanagement (also der Speisung des Basis-Bordnetzes) verantwortlich ist. Die Steuereinrichtung umfasst einen Computer, z.B. in Form eines Mikrocontrollers. Das Verfahren selbst ist vorzugsweise in Form von Software, d.h. eines in einem dem Computer zugeordneten nicht-flüchtigen (d.h. permanenten) Speicher gespeicherten Computerprogramms bereitgestellt, welches 13 A3999014 ATPOOLp »· · * ···♦ · ·· ··»··* ♦ · * , v · ♦ · · · ··· • p t · ·*·* • * · · · ♦ · · · ·« **· «*« ·· ♦ ·· durch den Computer ausgeführt wird. Das in den Vorrichtungsansprüchen genannte „Eingerichtetsein“ der Steuereinrichtung zur Durchführung des durch Verfahrensschritte definierten Verfahrens bedeutet also z.B., dass der Computer so programmiert ist, dass er bei Ausführung des genannten Computerprogramms die besagten Verfahrensschritte durchführt bzw. veranlasst. Das so definierte Fahrzeug unterscheidet sich zumindest durch diese besondere Programmierung (d.h. Speicherung des besonderen Computerprogramms) von hardwaremäßig gleichen Fahrzeugen, deren Steuereinrichtung jedoch nicht zur Durchführung des besagten Verfahrens eingerichtet, also nicht hierzu programmiert ist (d.h. nicht das besondere Computerprogramm gespeichert hat).

In manchen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs handelt es sich dabei um ein Hybridfahrzeug, d.h. ein Fahrzeug sowohl mit Verbrennungs- und Elektromotor. Dabei sind unterschiedliche Varianten eines Hybridfahrzeugs umfasst. Bei einem "echten" Hybridfahrzeug dient nicht nur der Verbrennungsmotor, sondern auch der Elektromotor dem direkten Antrieb des Fahrzeugs. Bei einem "unechten" Hybridfahrzeug wird der Elektromotor dagegen nur zur Unterstützung des Verbrennungsmotors verwendet, eine direkte Kraftübertragung vom Elektromotor auf die Antriebsachse des Fahrzeugs findet nicht statt. Bei anderen Ausprägungen ist das Fahrzeug kein Hybridfahrzeug, sondern weist lediglich einen Verbrennungsmotor, aber keinen Elektromotor für seinen Antrieb auf.

Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnung eine beispielhafte Anordnung und Funktion der wesentlichen Fahrzeugkomponenten (Fig. 1), die Speisung des Basis-Bordnetzes mit der Sollspannung V (Fig. 2-3), einen Exkurs zum Energiemanagement im Zwischennetz (Fig. 3-4), das Energiemanagement für die Speisung des Basis-Bordnetzes (Fig. 6-7) sowie eine fakultative Unterstützung des Basis-Bordnetzes für das Starten des Verbrennungsmotors (Fig. 8-9).

Anordnung und Funktion der wesentlichen Fahrzeuakomoonenten

Fig, t zeigt beispielhaft ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor ICE (= Internal Combustion Engine) als Antriebskraft. Die Antriebskraft des Verbrennungsmotors • 9 9 9 999 9 · 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 99 999 999 99 A3££90MATP00Lp 9 • ·*· 4 · 9 · • * · • ·· 14 ICE wird über eine Kupplung C (= Clutch) und ein Getriebe MT (Manual Transmissi on) auf die Räder W (Wheels) des Fahrzeugs übertragen.

Der Verbrennungsmotor ICE wird von einer Motorsteuerung ECU (Engine Control Unit) gesteuert. Zwischen Motorsteuerung ECU und Verbrennungsmotor ICE findet ein Austausch I/O (jnput/Output) von steuerungsrelevanten Daten statt. Die zur Steuerung des Verbrennungsmotors ICE benötigten Daten werden an der Motorsteuerung ECU bereitgestellt, beispielsweise von einem CAN-Bus. Über diesen werden auch Daten von anderen Komponenten des Fahrzeugs, sowie von einer Steuereinrichtung HCU (Hybrid Control Unit) transportiert. Während in Fig, 1 die Motorsteuerung ECU und die Steuereinrichtung HCU als getrennte Einheiten dargestellt sind, ist es ebenfalls denkbar, die Funktionen beider in einer gemeinsamen Einheit, einem gemeinsamen Fahrzeugcontroller, zusammenzufassen.

Die Steuereinrichtung HCU steuert eine elektrische Maschine SG, einen Gleichrichter PI (Power jnverter), einen DC/DC-Wandler DCC (Direct Current Converter) und weitere Komponenten des Fahrzeugs. Der DC/DC-Wandler koppelt das hinter dem Gleichrichter PI angeordnete Zwischennetz mit dem Basis-Bordnetz des Fahrzeugs.

In einem Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße Verfahren, das Energiemanagement für die Speisung des Basis-Bordnetzes, in der Steuereinrichtung HCU implementiert. Die Steuereinrichtung HCU stellt auch Hybridfunktionen des Fahrzeugs zur Verfügung, beispielsweise die Umwandlung von Rekuperationsenergie beim Bremsen des Fahrzeugs, Start oder Stopp des Verbrennungsmotors, Start/Stopp-Automatik, Bremsmomentregelung für die elektrische Maschine SG, etc.

Die elektrische Maschine SG nimmt im vorliegenden Ausführungsbeispiel u.a. die Funktion des Startens des Verbrennungsmotors wahr und wird daher nachfolgend als Startergenerator SG bezeichnet. Er ist beispielsweise ein Riemen-Startergenerator, der über einem Riemen als Kopplung FEAD (Front Engine Acces-sory Drive), beispielsweise einen Zahn- oder Keilriemen, mit dem Verbrennungsmotor ICE gekoppelt ist, Die Untersetzung der Kopplung beim Riemenstartergenerator beträgt beispielsweise 2,5, Es handelt sich z.B. um eine Asynchronmaschine, wobei auch andere Drehfeldmaschinen geeignet sind. In diesem Ausführungsbeispiel ersetzt der Startergenerator SG die Lichtmaschine des Fahrzeugs. A3$$9014ATP00Lp • ••4 4 • · 4 4 4 4 15 • 4 • · • # ß • · • 4

Der Startergenerator SG ist sowohl als Generator, im Leerlaufmodus oder als elektrischer Motor betreibbar. Im Betrieb als Generator oder im Leerlauf läuft der Startergenerator SG mit dem Verbrennungsmotor ICE mit. Als Generator erzeugt der Startergenerator Wechselstrom AC (Altemating Current); im Leerlauf läuft er ohne Last.

Im Betrieb als elektrischer Motor wird dem Startergenerator SG Wechselstrom zugeführt. Der vom Startergenerator SG erzeugte wie der ihm zugeführte Wechselstrom ist beispielsweise ein Dreiphasenwechselstrom.

Im Betrieb als Generator wandelt der Startergenerator SG kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie um. Der dabei erzeugte Wechselstrom AC wird vom Gleichrichter PI in Gleichstrom DC (Direct Current) umgewandelt und in einem Startenergiespeicher ES im Zwischennetz gespeichert. Dazu steuert die Steuereinrichtung HCU über den Gleichrichter PI sowohl die Richtung des Energieflusses vom Startergenerator SG zum Startenergiespeicher ES, als auch die Energiemenge der zu speichernden elektrischen Energie.

Mit der vom Gleichrichter PI umgewandelten elektrischen Energie wird ebenfalls der Energiespeicher B (Battery) im Basis-Bordnetz gespeichert. Hierzu wandelt der DC/DC-Wandier DCC diese weiter in eine Energie um, die der Sollspannung des Energiespeichers B entspricht. Der DC/DC-Wandler DCC ist ein Spannungsrichter für Gleichspannung DC. Über ihn steuert die Steuereinrichtung HCU sowohl den Energieaustausch zwischen dem Zwischen- und dem Basis-Bordnetz. Die Leistungskapazität des DC/DC-Wandlers ist im Allgemeinen kleiner als die des Gleichrichters PI.

Der Energiespeicher B ist beispielsweise ein Akkumulator, bspw. in Form der üblichen reihengeschalteten Bleiakkumulator-Zellen oder eine MF-Batterie, mit einer nominellen Spannung von 12V. Aus dem Energiespeicher B werden Verbraucher L (Load) des Basis-Bordnetzes des Fahrzeugs versorgt. Diese sind beispielsweise eine Klimaanlage, eine Sitzheizung, die Innenraumbeleuchtung, elektrische Fensterheber oder andere elektrische Verbraucher des Fahrzeugs.

Der DC/DC-Wandler DCC als auch der Gleichrichter PI werden von der Steuereinrichtung HCU gesteuert. Das in der Steuereinrichtung HCU implementierte Energiemanagement sorgt dafür, dass Gleichrichter PI, DC/DC-Wandler DCC und Starterge- 16 16 «•»f * • « A3ßß9014ATP00Lp * » ftt* • * * nerator SG von der Hybridsteuerung HCU derart gesteuert werden, dass im Startenergiespeicher ES ausreichende Energie für einen Start des Verbrennungsmotors ICE mit dem Startergenerator SG gespeichert ist und das Basis-Bordnetz in ausreichendem Maße mit elektrischer Energie gespeist wird.

Im Betrieb als elektrischer Motor bringt der Startergenerator SG über die Kopplung FEAD ein Drehmoment auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ICE auf. Die dazu benötigte Energie bezieht der Startergenerator SG im Allgemeinen aus dem Startenergiespeicher ES. Der Startergenerator SG beaufschlagt die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ICE über die Kopplung FEAD mit einem Drehmoment. Die Leistung des Startergenerators SG beträgt bspw. 4 kW. Die hohe spezifische Leistung des Startenergiespeichers ES ermöglicht die Abgabe eines kurzzeitig hohen Stroms aus dem Startenergiespeicher ES. Der Gleichstrom aus dem Startenergiespeicher ES wird durch den Gleichrichter PI in Wechselstrom umgewandelt, den der Startenergiespeicher SG zum Starten des Verbrennungsmotors ICE verbraucht.

Der Startenergiespeicher ES hat eine vergleichsweise geringe Speicherkapazität und eine sehr hohen spezifische Leistung. Dies ermöglicht die Speicherung oder Abgabe eines kurzzeitig hohen Stroms in oder aus dem Startenergiespeicher ES. Mit anderen Worten, der Startenergiespeicher ES ist geeignet, temporär eine hohe Energieleistung zu speichern oder am Startergenerator SG bereitzustellen. Der Startenergiespeicher ES hat die Eigenschaft entladeresistent zu sein, so dass ständiges La-den/Entladen des Startenergiespeichers ES dessen Lebensdauer wenig beeinträchtigt. Der Startenergiespeicher ES ist beispielsweise ein Doppelschichtkondensator (in Englisch: “electric double layer capacitor” (EDLC) oder ein Superkondensator, die beide eine hohe Energiedichte, d.h. hohe spezifische Leistung haben. Die Spannung im Stromkreis des Startenergiespeichers ES ist veränderlich. Sie hängt von der im Startenergiespeicher ES gespeicherten Energie ab: gespeicherte Energie - Spannung2.

Der Start des Verbrennungsmotors ICE erfolgt grundsätzlich mit einem konventionellen Starter S oder dem Startergenerator SG des Fahrzeugs. Der Starter S ist beispielsweise ein Einspurstarter, der den Verbrennungsmotor konventionell mit einem Ritzel startet. Er wird mit Energie aus dem Energiespeicher B gespeist. Die Steuereinrichtung HCU steuert den Start über den Starter S, wenn der Verbrennungsmotor

17 • W • · • · • •ft* * • · • · A3809O14ATPD0Lp * ··* • * • * • · ICE nicht mit dem Startergenerator SG gestartet werden soll oder kann. Dies ist abhängig von dem Energiemanagement der Steuereinrichtung HCU und Gegenstand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Es kann vorgesehen sein, dass der Kaltstart des Verbrennungsmotors mit dem konventionellen Starter S erfolgen soll und ein Wiederstart nach einem kurzen Ausschalten des Verbrennungsmotors ICE oder der Wiederstart im Rahmen einer Start/Stopp-Automatik mit dem Startergenerator SG durchgeführt wird.

Speisung des Basis-Bordnetzes mit der Sollspannung V

Die Figuren 2 und 3 geben ein Beispiel für die Festlegung der Sollspannung V des Bordnetzes, Wie oben genannt, handelt es sich hierbei um diejenige Spannung, mit der der Energiespeicher B geladen wird. Sie repräsentiert den gewünschten Strom zur Aufladung des Energiespeichers B. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 ist die Sollspannung V variabel. Sie lässt sich somit für eine optimierte Ladestrategie des Energiespeichers B anpassen, indem beispielsweise bei einem geringeren Ladezustand (SOC = State of Charge) des Energiespeichers B eine höhere Sollspannung V einstellbar ist als bei einem vergleichsweise höheren Ladezustand SOC. Es sind aber ebenso Ausführungsbeispiele denkbar, wo der Energiespeicher B nach dem Vorbild des Konstantspannungsverfahrens mit einer konstanten Sollspannung V gespeist wird.

Im Fall der variablen Sollspannung V ist diese gemäß Fig. 2 abhängig vom Ist-Energieniveau E des Startenergiespeichers ES, vom Ladezustand SOC des Energiespeichers B, von der Temperatur T des Energiespeichers B, und/oder von der Zeit t, die seit dem Start des Verbrennungsmotors ICE vergangen ist. Die Einbeziehung des Ladezustands SOC des Energiespeichers B bei der Bestimmung der Sollspannung V ermöglicht es beispielsweise, die Speisung des Energiespeichers B auf dessen Ladezustand SOC auszurichten. Kapazitätsschwankungen des Energiespeichers B aufgrund von Temperaturveränderungen wird durch die Berücksichtigung der Temperatur T Rechnung getragen. Durch die Berücksichtigung des Ist-Energieniveaus E des Startenergiespeichers ES wird bspw. dessen zu tiefes Entladen vermieden, so dass bspw. das Erreichen eines Start-Energieniveaus Eostar1 im 18 • · • ·

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Fahrbetriebszustand Stopp gewährleistet wird. Der Einfluss der seit dem Start des Verbrennungsmotors vergangenen Zeit t erlaubt es u.a., die Sollspannung V für eine bestimmte Zeitdauer zu erhöhen, um so eine möglicherweise aufgetretene gewisse Standentladung schneller auszugleichen. Wie aus Figur 2 ersichtlich, steuert die Steuereinheit HCU den bordnetzseitigen Ausgang des DC/DC-Wandlers DCC auf die Sollspannung V anhand der genannten Parameter.

Konkreter gefasst weist die Steuereinheit HCU also eine Steuerfunktion für die Steuerung der Sollspannung V auf, die in Fig. 3 schematisch als "Target Voltage Controller" dargestellt ist. Dieser führt die ebenfalls in Fig. 3 dargestellte beispielhafte konkrete Berechnung der Sollspannung V durch. Als Eingangswerte dienen eine Zielgrundspannung Vx und eine Reihe von Korrekturfaktoren Kes, Kb, Kt. Bei der Zielgrundspannung Vx ist beispielsweise bereits die Temperatur T des Energiespeichers B berücksichtigt. Daneben hängt diese fakultativ auch von weiteren Faktoren ab, wie beispielsweise dem jeweiligen Fahrbetriebszustand (d.h, u.a. Start, Leerlauf, Fahren, Bremsen, Schubbetrieb, Stopp etc.) und der Fahrgeschwindigkeit ab. Diese weiteren Faktoren können zusammenfassend als Fahrsituation S bezeichnet werden. Für die Berücksichtigung der weiteren o.g. Parameter dienen die Korrekturfaktoren KEs, Kb, und Kt. Diese sorgen für eine zusätzliche Anpassung der Sollspannung V an bestimmte Zustände des Ist-Energieniveaus Ec, des Ladezustands SOC und der Zeit t. Der Korrekturfaktor Kes hängt vom Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers ES, bzw. von dessen Spannung ab. Er ist minimal bei minimalem Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers ES und steigt mit zunehmendem Energieniveau auf einen maximalen Wert. Der Korrekturfaktor Kb hängt vom Ladezustand SOC des Energiespeichers ab. Er ist bei minimalem SOC maximal und nimmt mit zunehmendem SOC ab, bis er einen minimalen Wert erreicht. Der Korrekturfaktor Kt ist so gewählt, dass die Sollspannung V nach dem Start des Verbrennungsmotors für eine gewisse Zeitspanne erhöht wird. . Damit ergibt sich in diesem Beispiel für die Sollspannung V folgende Gleichung: V = VX(T, S)*Kes*Kb*K,

Zudem soll die Sollspannung V eine maximal zulässige Sollspannung ("TargetVolta-geMax") nicht überschreiten und eine minimal zulässige Sollspannung ("TargetVolta- 19 A3999014ATPOOLp geMin") nicht unterschreiten. Beispielsweise beträgt die Sollspannung V beträgt Fahrbetriebszustand Bremsen 12,9 V bis 15,9 V, im Fahrbetriebszustand Schubbetrieb 11,3V bis 14,4 V, im Fahrbetriebszustand liegt sie Leerlauf zwischen 12,2V und 15,2 V und im Fahrbetriebszustand Fahren zwischen 12,1 V und 14,9 V. Liegt die Sollspannung V außerhalb dieser beispielhaften Intervalle, so wird sie von der Steuereinrichtung HCU bzw. deren Target-Voltage-Controller-Funktionalität auf den jeweils zulässigen maximalen oder minimalen Wert gesetzt.

Exkurs: Eneraiemanaaement des Zwischennetzes

Fig. 4 & 5 zeigen nun beispielhaft die Verhältnisse im Zwischennetz, von denen -steuerungstechnisch - der Betrieb der elektrischen Maschine als Generator oder im Leerlauf abhängt.

Beim Betrieb des Fahrzeugs werden verschiedene Fahrbetriebszustände unterschieden, u,a. Start, Stopp, Leerlauf, Fahren, Bremsen, Schubbetrieb und Aus. Das Soll-Energieniveau Ed des Startenergiespeichers ES im Zwischennetz ist in verschiedenen Fahrbetriebszuständen von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs abhängig. Für jeden dieser Fahrbetriebszustände wird ein Soll-Energieniveau Ed definiert. Es ist abhängig vom Fahrbetriebszustand, von innerhalb der Fahrbetriebszustände definierten Teilbereiche und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs veränderlich.

In den Fahrbetriebszuständen Stopp, Start oder Leerlauf liegt das Soll-Energieniveau ED im Bereich eines vordefinierten Startfähigkeits-Energieniveaus EDstart. Entspricht im Fahrbetriebszustand Stopp das im Startenergiespeicher ES gespeicherte Ist-Energieniveau Ec genau dem Startfähigkeits-Energieniveau EDStart, oder liegt darüber, so ist sichergestellt, dass die Energie im Startenergiespeicher ES ausreicht, um den Verbrennungsmotor ICE mit dem Startergenerator SG zu starten.

Nach dem Start und bei sich erhöhender Geschwindigkeit Vs befindet sich das Fahrzeug im Fahrbetriebszustand Fahren. Dieser Fahrbetriebszustand setzt sich aus mehreren Teilbereichen F1, F2, F3 zusammen, die abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit definiert sind. Das Soll-Energieniveau Ed des Startenergiespeichers ES ist im Teilbereich F1 des Fahrbetriebszustandes Fahren bis zu einer Fahrzeug- 20 A3999014ATP00Lp geschwindigkeit von v_1 (beispielsweise 100 km/h) als gleich dem Startfähigkeits-Energieniveau EDstart definiert. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten Vs, also im Teilbereich F2 bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb v_1 und unterhalb v_2 (beispielsweise 180 km/h) ist das Soll-Energieniveau Ed des Startenergiespeichers ES so definiert, dass es linear abfällt und das Startfähigkeits-Energieniveau EDstart so mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit Vs immer weiter unterschreitet. Im Teilbereich F3 mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit größer als v_2 ist es dagegen wiederum konstant und entspricht z.B. dem minimalen Soll-Energieniveau EoMin des Start-Energiespeichers ES. Hierbei handelt es sich um dasjenige Energieniveau, welches nicht unterschritten werden sollte, um eine lange Lebensdauer des Startenergiespeichers ES zu erreichen.

Der Fahrbetriebszustand wechselt von Fahren auf Bremsen oder Schubbetrieb durch Betätigen des Bremspedals bzw. durch Nichtbetätigen des Fahrpedals. In Fig.3 ist ein solcher Wechsel oberhalb der Fahrzeuggeschwindigkeit v_2 dargestellt. Ein solcher Wechsel kann bei jeder Fahrzeuggeschwindigkeit Vs stattfinden. im Fahrbetriebszustand Bremsen oder Schubbetrieb wird das Soll-Energieniveau Ed des Energiespeichers ES deutlich über das Startfähigkeits-Energieniveau EDs,ar1 heraufgesetzt. Im Teilbereich B1 oberhalb der Fahrzeuggeschwindigkeit v_3 (beispielsweise 160 km/h) setzt das Energiemanagement das Soll-Energieniveau ED auf einen Wert, der dem maximalen Soll-Energieniveau EoMax des Startenergiespeichers ES entspricht. Hierbei handelt es sich um diejenige Energiemenge, die maximal im Startenergiespeicher ES einspeicherbar ist. Im Teilbereich B2 mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb v_3 und oberhalb v_4 (beispielsweise 70 km/h) ist das Soll-Energieniveau Eo so definiert, dass es sich mit abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit Vs linear dem Startfähigkeits-Energieniveau Eostart annähert. Bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit v_4 entspricht es dann dem Startfähigkeits-Energieniveau EDstart und bleibt im Teilbereich B3 mit Fahrzeuggeschwindigkeiten kleiner als v_4 konstant auf dem dem Startfähigkeits-Energieniveau Eostart entsprechenden Wert.

Die Bestimmung des Soll-Energieniveaus Ed und das Nachführen des Ist-Energieniveaus Ec veranschaulicht Fig. 5. Das Ist-Energieniveau Ec und das Soll-Energieniveau Ed des Startenergiespeichers ES werden hier wiederum in zeitlicher Abhängigkeit t in den Fahrbetriebszuständen Stopp, Start, Fahren und Bremsen ge- 21 A3999014ATP00Lp zeigt. Das Ist-Energieniveau Ec ist durch eine durchgezogene Linie, das Soll-Energieniveau Ed mit einer gestrichelten Linie dargestellt.

Zunächst befindet sich das Fahrzeug im Fahrbetriebszustand Stopp. Der Verbrennungsmotor ICE wird sodann gestartet, womit das Fahrzeug in den Fahrbetriebszustand Start eintritt. Beim Start wird dem Startenergiespeicher ES Energie entnommen, wodurch das Ist-Energieniveau Ec unter das Startfähigkeits-Energieniveau EDstart absinkt.

Im Teilbereich c1 des Fahrbetriebszustands Fahren liegt das Ist-Energieniveau Ec aufgrund des zuvor erfolgten Startvorgangs unter dem Soll-Energieniveau ED. Entsprechend erzeugt der Startergenerator SG zunächst elektrische Energie, die im Startenergiespeicher ES gespeichert wird, so dass sich dessen Ist-Energieniveau Ec erhöht und so dem Soll-Energieniveau Ed nachgeführt wird. Dies gewährleistet, dass das Startfähigkeits-Energieniveau Eostart auch bei kleinen Geschwindigkeiten, beispielsweise unterhalb der Fahrzeuggeschwindigkeit von 100 km/h (vgl. Fig. 4), erreicht wird. Sobald das Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers ES das Startfähigkeits-Energieniveau Eostart erreicht, bleibt das Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers im Teilbereich c2 zunächst konstant. Erfolgt in diesem Zeitfenster eine Speisung des Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz, so arbeitet der Startergenerator zur Konstanthaltung des Ist-Energieniveaus Ec im generatorischen Betrieb.

Mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit im Teilbereich c3 des Fahrbetriebzustands Fahren, beispielsweise größer als 100 km/h, setzt das Energiemanagement das Soll-Energieniveau Ed herab, so dass es unter dem Startfähigkeits-Energieniveau EDstart liegt und dieses mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit immer weiter unterschreitet. Das Ist-Energieniveau Ec liegt dadurch über dem Soll-Energieniveau Ed. Da der Startergenerator SG im Leerlaufbetrieb arbeitet, sinkt es in der Folge durch Speisung des Basis-Bordnetzes kontinuierlich ab, bis es erneut das (herabgesetzte) Soll-Energieniveau Ed erreicht. Das Energiemanagement des Fahrzeugs sorgt nun wiederum dafür, dass bei weiterer Versorgung des Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz der Startergenerator SG im generatorischen Betrieb arbeitet, so dass das Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers ES bei 22 A3999014ATP00Lp konstanter Fahrgeschwindigkeit im Teilbereich c4 auf dem Wert des gleich bleibenden Soll-Energieniveaus Ed verbleibt.

Mit Eintritt in den Fahrbetriebzustand Bremsen wird das Soll-Energieniveau Ed auf einen hohen Wert hinaufgesetzt. Das Soll-Energieniveau Eo entspricht dem maximalen Soll-Energieniveau EDMax- Der Startenergiespeicher SG erzeugt nun mehr elektrische Energie, um das Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers ES im Zwischennetz seinem Soll-Energieniveau Ed nachzuführen. Das Ist-Energieniveau EC steigt also - auch bei weiterer Speisung des Basis-Bordnetzes - an. Im Teilbereich d1 des Fahrbetriebzustands Bremsen wird das Soll-Energieniveau Ed mit sich verringernder Fahrzeuggeschwindigkeit wieder herabgesetzt. Gleichzeitig wird durch andauernden generatorischen Betrieb des Startergenerators SG Rekuperationsenergie im Startenergiespeicher ES gespeichert, bis das Ist-Energieniveau Ec das Soll-Energieniveau Ed erreicht. Da auch das Basis-Bordnetz weiterhin aus dem Zwischennetz gespeist wird, wird Rekuperationsenergie überden DC/DC-Wandler DCC auch direkt in das Zwischennetz transferiert (vgl. Fig. 7). Im Teilbereich d2 des Fahrbetriebzustands Bremsen liegt das Ist-Energieniveau Ec dann schließlich auf dem Soll-Energieniveau Ed = Startfähigkeits-Energieniveau Eostart, wie vom Energiemanagement vorgesehen. Damit - andauernde Speisung des Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz vorausgesetzt - das Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers ES nicht erneut unter das Soll-Energieniveau Ed fällt, sorgt der Startergenerator ES durch generatorischen Betrieb für weitere Speisung des Zwischennetzes und -indirekt - für des Basis-Bordnetzes.

Durch dieses Energiemanagement des Zwischenkreises wird ein reproduzierbares Startverhalten beim Starten des Verbrennungsmotors ICE mittels des Startergenerators SG erreicht. Die im Startenergiespeicher ES tatsächlich gespeicherte (Ist-)Ener-gie wird vor dem Abschalten des Verbrennungsmotors ICE beim Abbremsen des Fahrzeugs und der weiteren Annäherung an den Fahrbetriebszustand Stopp immer weiter dem Startfähigkeits-Energieniveau Eostart angenähert und entspricht selbigem beim tatsächlichen Stopp des Fahrzeugs wenigstens. Absicht ist es weiterhin, beim Abbremsen des Fahrzeugs oder im Schubbetrieb möglichst viel Rekuperationsenergie zu speichern. Das durch das Energiemanagement definierte Soll-Energieniveau E0 ermöglicht einerseits somit einen effizienten Umgang mit der vom 23 A3999014ATP00Lp « « * ·«·«·· «ft

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Startergenerator SG erzeugten Energie und andererseits, dass zu Beginn des Fahrbetriebszustands Stopp das Startfähigkeits-Energieniveau EoStart im Startenergiespeicher ES erreicht ist.

Speisung des Basis-Bordnetzes

Wie bereits aus dem vorangegangenen Exkurs zum Zwischennetz klargeworden ist, sorgt die Fahrzeugsteuerung HCU nur dann für einen generatorischen Betrieb elektrischen Maschine SG, wenn das Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers unter dessen Soll-Energieniveau Ed fällt. Hierdurch ist steuerungstechnisch die Speisung des Basis-Bordnetzes von der Betriebsart der elektrischen Maschine SG entkoppelt. Das Basis-Bordnetz wird aus steuerungstechnischer Sicht aus dem Energievorrat des Zwischennetzes gespeist (Fig. 6). Diese Speisung ist damit unabhängig davon, ob die elektrische Maschine im generatorischen Betrieb oder im Leerlaufbetrieb arbeitet.

Die Speisung des Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz erfolgt grundsätzlich nach Bedarf des Erstgenannten mit Hilfe der Sollspannung V. Grundsätzlich sind stets in gewissem Umfang Lastverbraucher im Basis-Bordnetz aktiv und werden mit elektrischer Energie versorgt, so dass - in variierendem Maße - eine kontinuierliche Speisung des Basis-Bordnetzes der Regelfall ist. Liegt also das Ist-Energieniveau Ec des Hochleistungsspeichers ES im Zwischennetz über seinem Soll-Energieniveau Ep, so zieht die Speisung des Basis-Bordnetzes keinen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine SG nach sich. Vielmehr erfolgt die Speisung rein aus dem Energievorrat des Zwischennetzes, wobei das Ist-Energieniveau Ec des Hochleistungsspeichers peu-a-peu auf das (niedrigere) Soll-Energieniveau Ed nachgeführt wird. Fällt das Ist-Energieniveau Ec durch weitere Speisung des Basis-Bordnetzes unter das Soll-Energieniveau Ep, geht der Startergenerator in den generatorischen Betrieb über. Hierdurch wird das Ist-Energieniveau Ec trotz Speisung des Basis-Bordnetzes zumindest auf dem Soll-Energieniveau Ed gehalten.

Bei manchen Ausführungsformen ist diese Speisung aus dem Zwischennetz in das Basis-Bord netz und den Energiespeicher B in jedem Fahrbetriebszustand möglich. Bei anderen Ausführungsformen wird das Basis-Bord netz jedenfalls im Fährbetriebs- 24 A3999014ATP00 Lp zustand Start nicht gespeist. Beim Start des Verbrennungsmotor ICE speist der Startenergiespeicher ES den Startergenerator SG mit elektrischer Energie, die vom Gleichrichter PI in Wechselspannung AC umgewandelt wird. Der DC/DC-Wandler DCC ist dabei in den zweitgenannten Ausführungsbeispielen ausgeschaltet, so dass in dieser Situation keine Speisung des Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz erfolgt. Die im Startenergiespeicher ES vorrätige Energie wird nämlich vorrangig für das Starten des Verbrennungsmotors ICE benötigt; etwaige aktive Lastverbraucher L im Basis-Bord netz werden aus dem Energiespeicher B versorgt. In anderen Ausführungsbeispielen ist der DC/DC-Wandler DCC jedoch aktiv, bspw. um im Energieumkehrbetrieb das Starten des Verbrennungsmotors ICE auch unter Zuhilfenahme von Energie aus dem Energiespeicher B zu ermöglichen (vgl. Fig. 9).

Fig. 7 zielt auf den Fall, dass das Ist-Energieniveau Eq des Hochleistungsspeichers ES kleiner oder gleich dem Soll-Energieniveau Ed ist. Auch in diesem Fall wird das Basis-Bord netz nach seinem Bedarf gespeist. Das gerade auf dem Soll-Energieniveau Ed liegende Ist-Energieniveau Ec des Hochleistungsspeichers fällt dadurch unter das Erstgenannt. Entsprechend wird die elektrische Maschine in dieser Konstellation in den Generatorbetrieb versetzt, so dass das Ist-Energieniveau Ec wiederum auf dem Soll-Energieniveau Eq verbleibt. Liegt das Ist-Energieniveau Ec unter dem Soli-Energieniveau Ed (bspw. weil Letzteres gerade mit dem Übergang in den Fahrbetriebszustand Bremsen heraufgesetzt wurde), so erfolgt bei manchen Ausführungsbeispielen auch während der Nachföhrung des Ist-Energieniveaus Ec des Hochleistungsspeichers auf das höhere Soll-Energieniveau Ed eine Basis-Bordnetz-Speisung. Der generatorisch betriebene Startergenerator SG versorgt hierbei zur Erhöhrung des Ist-Energieniveaus Ec das Zwischennetz, das wiederum einen Teil der erhaltenen Energie über den DC/DC-Wandler DCC an das Basis-Bordnetz abgibt. Der DC/DC-Wandler DCC ist hierzu eingeschaltet und stellt den Energiefluss in das Basis-Bordnetz mit der festgelegten Sollspannung V sicher. Bezüglich Letzterer gelten die obigen Ausführungen zu den Figuren 2 und 3.

In anderen Ausführungsbeispielen ist bei einer größeren Differenz von (niedrigerem) Ist-Energieniveau Ec des Hochleistungsspeichers und (höherem) Soll-Energieniveau Ed der Spannungswandler DCC abgeschaltet, so dass das Basis-Bord netz während der Erhöhung des Ist-Energieniveaus Ec durch generatorischen Betrieb der elektri- 25 A3999014ATPOOLp #« » Φ ·♦·* · ·» Φ + ·· ·Φ · · * sehen Maschine SG vorübergehend nicht gespeist wird. Hierdurch wird eine schnellere Nachführung des Ist-Energieniveaus Ec des Hochleistungsspeichers ES auf dessen Soll-Energieniveau gewährleistet. Die Steuerung, ob der Spannungswandler DCC in dieser Konstellation ein- oder ausgeschaltet ist, ist bspw. von der Größe der Differenz zwischen Ist- und Soll-Energieniveau des Hochleistungsspeichers ES abhängig. Auch an dieser Konstellation ist die steuerungstechnische Entkopplung zwischen dem Betrieb der elektrischen Maschine SG und der Speisung des Basis-Bordnetzes gut zu erkennen, denn die elektrische Maschine SG stellt elektrische Energie bereit, ohne dass das Basis-Bordnetz mit dieser gespeist wird.

Jedenfalls spätestens wenn das Ist-Energieniveau Ec das Soll-Energieniveau Eo wieder erreicht (durch tatsächliches Ansteigen des Ist-Energieniveaus Ec oder durch erneutes Herabsetzen des Soll-Energieniveaus ED oder durch beides), wird die Speisung des Basis-Bordnetzes wieder aufgenommen.

Die Leistungskapazität des Gleichrichters PI und des DC/DC-Wandlers DCC ist so gewählt, dass der Gleichrichter PI eine schnelle Speicherung einer großen Energiemenge im Startenergiespeicher ES oder eine schnelle Einspeisung einer großen Energiemenge in den Startergenerator SG ermöglicht. Über den DC/DC-Wandler DCC fließt beispielsweise eine geringere Energiemenge.

Stützung des Zwischennetzes durch das Basis-Bord netz

Bei einem Start des Verbrennungsmotors ICE mit dem Startergenerator SG wird -wie oben ausgeführt - der Startergenerator SG als Elektromotor betrieben. Die zum Start benötigte elektrische Energie entnimmt der Startergenerator SG im Allgemeinen aus dem Startenergiespeicher ES.

Um mehrere aufeinanderfolgende Startversuche mit dem Startergenerator SG durchführen zu können, ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass der Startergenerator SG den Verbrennungsmotor ICE auch dann startet, wenn das Ist-Energieniveau Ec unter das Startfähigkeits-Energieniveau EDstart sinkt und beispielsweise zwischen zwei Startversuchen nur eine kurze Zeitspanne liegt, z.B. 30 Sekunden. 26 A3999014ATP00Lp «. * t · ··· · ·*

Bei manchen Ausführungsformen nimmt das Energiemanagement neben der Speisung des Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz in bestimmten Situationen auch umgekehrt eine Speisung des Zwischennetzes aus dem Basis-Bordnetz, sprich dem Energiespeicher B vor (Fig. 8). Wie im obigen Exkurs zum Zwischennetz beschrieben, ist es grundsätzlich Aufgabe des Energiemanagements, dafür Sorge zu tragen, dass das Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers ES in den verschiedenen Fahrbetriebszuständen und deren Teilbereichen dem Soll-Energieniveau Ed nachzuführen, es insbesondere auf das Soll-Energieniveau Ed zu erhöhen, so dass es beim Stopp des Fahrzeugs zumindest dem Startfähigkeits-Energieniveau Eostart entspricht. Um dies zu erreichen, lässt sich - wie in Fig. 8 dargestellt - auch Energie aus dem Energiespeicher B in den Startenergiespeicher ES transferieren.

Ein solcher Energietransfer findet beispielsweise dann statt, wenn im Fahrbetriebszustand Stopp das Ist-Energieniveau Ec trotz vorheriger Einspeicherung von Energie in den Startenergiespeicher ES unter dem Startfähigkeits-Energieniveau Eos,art liegt, etwa aufgrund der o.g. mehreren (erfolglos) durchgeführten Startversuche, durch welche das Ist-Energieniveau Ec abgesunken ist oder auch einer gewissen Entladung des Startenergiespeichers ES aufgrund sehr langer Standzeit des Fahrzeugs. Eine Speisung des Startenergiespeichers ES aus dem Energiespeicher B erfolgt in diesen Situationen bspw. im Fahrbetriebszustand Stopp (etwa nach den genannten erfolglosen Startversuchen), im Fahrbetriebszustand Leerlauf (nach einem erfolgreichen Start) und/oder im Fahrbetriebszustand Fahren (z.B. gleich zu Beginn der Fahrt). Für ein Wiederaufladen des Startenergiespeichers ES auf das Startfähigkeits-Energieniveau Eostarl wird über den DC/DC-Wandler DCC Energie vom Energiespeicher B in den Startenergiespeicher ES übertragen, bis das Startfähigkeits-Energieniveau EoStart des Startenergiespeichers ES erreicht ist oder die im Energiespeicher B verbleibende Energie unter einen minimalen Ladezustand SOC fällt.

Bei manchen Ausführungsformen und Situationen erfolgt selbst während des Fahrbetriebszustands Start ein Energieumkehrbetrieb des DC/DC-Wandlers DCC. Der Startvorgang wird hier nicht ausschließlich mit Energie aus dem Startenergiespeicher ES, sondern zusätzlich oder alternativ aus dem Basis-Bord netz, spricht dem Energiespeicher B durchgeführt (Fig. 9). Dies ist bspw. ebenfalls in dem o.g. Notfall meh- 27 Α39Θ9014ATPOOLp «· · *·#*·♦ ·· «*«·»* · I · • « · m «#*«·· * » » * #*·· ·· ··· ··· *f * * · rerer aufeinanderfolgender erfolgloser Startversuche sinnvoll, wenn das Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers unter das Startfähigkeits-Energieniveau EDstart abgesunken oder gar bereits den Minimalwert erreicht hat. Hierzu verfugt der DC/DC-Wandler DCC über die entsprechenden elektrischen Eigenschaften. Er wandelt die niedrige Spannung aus dem Basis-Bord netz in eine vom Startergenerator SG benötigte Energie höherer Spannung um. In diesem Fall ist die Leistungskapazität des DC/DC-Wandlers vergleichbar mit der des Gleichrichters PI.

Zusammenfassend verknüpft das vorliegend vorgestellte Energiemanagement verknüpft also die Vorteile der Nutzung von Rekuperationenergie mit einer einfachen Steuerung der Speisung des Bordnetzes mit elektrischer Energie. Die elektrische Maschine erfüllt sowohl die Aufgabe einer Lichtmaschine als auch eines Startergenerators, der bspw. bei einer Start-Stopp-Automatik zum Einsatz kommt. Der Zwischenkreis stellt eine ausreichende Startenergie sicher und dient gleichzeitig als Quelle für die Speisung des Bordnetzes.

Claims

28 A3999014ATP00Lp ·« i t *♦*· · ·· ·«···» « « * » 0 · » ♦ · *·· # · · *· * * i · · «*# »ft» «· ·»· ··· · ♦ * * · PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Steuerung der elektrischen Speisung eines mit einem Basisspeicher (B) ausgerüsteten Basis-Bordnetzes eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor (ICE), der mit einer elektrischen Maschine (SG) gekoppelt ist, wobei zwischen der elektrischen Maschine (SG) und dem Basis-Bordnetz ein Zwischennetz vorgesehen ist, das mit einem Hochleistungsspeicher (ES) ausgerüstet ist und durch einen spannungswandelnden Koppler (DCC) mit dem Basis-Bord netz gekoppelt ist, wobei die Betriebsweisen der elektrischen Maschine (SG) Leerlaufbetrieb und generatorischen Betrieb umfassen und die elektrische Maschine (SG) im generatorischen Betrieb elektrische Energie in das Zwischen netz liefert, im Leerlaufbetrieb jedoch keine elektrische Energie liefert, wobei die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis-Bordnetz vom Betrieb der elektrischen Maschine (SG) steuerungstechnisch entkoppelt ist, indem: die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis-Bordnetz durch Regelung der Spannung im Basis-Bordnetz auf eine Sollspannung (V) des Basis-Bordnetzes mit Hilfe des spannungswandelnden Kopplers erfolgt; und die Steuerung, ob die elektrische Maschine (SG) im Leerlauf oder generatorisch betrieben wird, davon abhängt, ob ein Ist-Energieniveau (Ec) des Hochleistungsspeichers (ES) über oder unter einem Soll-Energieniveau (Ed) des Hochleistungsspeichers (ES) liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sollspannung (V) des Basis-Bordnetzes variabel ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Sollspannung (V) des Basis-Bordnetzes vom Ladezustand (SOC) des Basisspeichers (B), vom Ist-Energieniveau (Ec) des Hochleistungsspeichers (ES), von der Zeitspanne (t) nach dem Starten des Verbrennungsmotors (ICE) und/oder der Temperatur des Basisspeichers (B) abhängt. 29 A3999014ATP00Lp
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Sollspannung (V) des Basis-Bord netzes von einem Korrekturfaktor (KEs) für das Ist-Energieniveau (Ec) des Hochleistungsspeichers (ES), von einem Korrekturfaktor (Kß) für den Ladezustand (SOC) des Basisspeichers (B) und/oder von einem Korrekturfaktor (Kt) für eine Zeitspanne (t) nach dem Starten des Verbrennungsmotors abhängt.
5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, wobei die Sollspannung (V) des Basis-Bord netzes umso höher ist, je geringer der Ladezustand (SOC) des Basisspeichers (B) ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Sollspannung (V) des Basis-Bord netzes wenigstens auf einen vorbestimmten Minimalwert und höchstens auf einen vorbestimmten Maximalwert gesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Hochleistungsspeicher (ES) als Startenergiespeicher ausgebildet ist, der die Energieversorgung für den Start des Verbrennungsmotors (ICE) durch die elektrische Maschine (SG) bereitstellt, wobei im Rahmen des Startens des Verbrennungsmotors eine Speisung des Zwischennetzes aus dem Basis-Bordnetz erfolgt, wenn das Ist-Energieniveau (Ec) des Hochleistungsspeichers (ES) ein vorbestimmtes Startenergieniveau (E0start) unterschreitet.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Fahrzeug mit einer Start-Stopp-Automatik ausgerüstet ist und jedenfalls der Wiederstart des Verbrennungsmotors (ICE) im Rahmen der Start-Stopp-Automatik durch die elektrische Maschine (SG) durchgeführt wird, wobei die Speisung des Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz derart gesteuert wird, dass vor einem Stopp des Verbrennungsmotors (ICE) das Ist-Energieniveau (Ec) des als Startenergiespeicher ausgebildeten Hochleistungsspeichers (ED) ein vorbestimmtes Startenergieniveau (EDStarl) nicht unterschreitet.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der spannungswandelnde Koppler (DCC) als steuerbarer DC/DC-Wandler ausgebildet ist. 30 A3999014ATP00Lp ♦ ·♦·· · ·♦ ·· ♦ · * • ♦ · · »·· · * * · • ♦ · · ♦ · *· · ··· #· ♦ ♦·
10. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei spannungswandelnde Koppler (DCC) durch eine Steuereinheit (HCU) des Fahrzeugs gesteuert wird.
11. Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, der mit einer elektrischen Maschine (SG) gekoppelt ist, wobei zwischen der elektrischen Maschine (SG) und dem Basis- Bord netz ein Zwischennetz vorgesehen ist, das mit einem Hochleistungsspeicher (ES) ausgerüstet ist und durch einen spannungswandelnden Koppler (DCC) mit dem Basis-Bordnetz gekoppelt ist, wobei die elektrische Maschine (SG) dazu eingerichtet ist, in den Betriebsweisen Leerlaufbetrieb und generatorischen Betrieb betrieben zu werden und im generatorischen Betrieb elektrische Energie in das Zwischennetz zu liefern, im Leerlaufbetrieb jedoch keine elektrische Energie zu liefern, wobei das Fahrzeug eine Steuereinrichtung (HCU) umfasst, die dazu eingerichtet ist, die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis-Bordnetz vom Betrieb der elektrischen Maschine (SG) steuerungstechnisch entkoppelt zu steuern, indem sie dazu eingerichtet ist: die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis-Bordnetz durch Regelung der Spannung im Basis-Bordnetz auf eine Sollspannung (V) des Basis-Bordnetzes mit Hilfe des spannungswandelnden Kopplers (DCC) zu steuern; und den Betrieb der elektrischen Maschine (SG) im Leerlauf oder generatorisch in Abhängigkeit davon zu steuern, ob ein Ist-Energieniveau (Ec) des Hochleistungsspeichers (ES) über oder unter einem Soll-Energieniveau (ED) des Hochleistungsspeichers (ES) liegt.
12. Fahrzeug gemäß Anspruch 11, wobei die Steuereinrichtung (HCU) und der spannungswandelnde Koppler (DCC) dazu eingerichtet sind, die Sollspannung (V) des Basis-Bordnetzes variabel zu steuern.
13. Fahrzeug gemäß Anspruch 12, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Sollspannung (V) des Basis-Bordnetzes in Abhängigkeit vom Ladezustand 31 A3999014ATPOOLp (SOC) des Basisspeichers (B), vom Ist-Energieniveau (Ec) des Hochleistungsspeichers (ES) im Zwischennetz, von der Zeitspanne (t) nach dem Starten des Verbrennungsmotors (ICE) und/oder der Temperatur des Basisspeichers (B) zu steuern.