AT512132B1 - Bordnetzspeisung - Google Patents

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-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-Bord netz 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 lst-Energieniveau des Hochleistungsspeichers über oder unter einem Soll-Energieniveau des Hochleistungsspeichers liegt.

Description

Beschreibung

BORDNETZSPEISUNGGEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur Steuerung derelektrischen Speisung eines Basis-Bordnetzes eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, dermit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist, und ein zur Durchführung des Verfahrens einge¬richtetes Fahrzeug.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[0002] Elektrische Verbraucher in einem Kraftfahrzeug über ein Bordnetz und einen darin an¬geordneten Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt. Bei diesem Energiespeicherhandelt es sich klassischerweise um einen Akkumulator (Fahrzeugbatterie), der von der elektri¬schen Maschine (Lichtmaschine) des Fahrzeugs mit einer quasi konstanten Spannung gespeistwird. Diese konstante Spannungshaltung sorgt über die mit ihr einhergehenden Feld-Erregungen von Lichtmaschine für eine einfache Regelung der Batteriespeisung.

[0003] Sind im Fahrzeug Verbraucher mit unterschiedlichen Spannungen zu versorgen (istbspw. eine Klasse von Verbrauchern mit einer niedrigeren Nenn-Spannung von bspw. 12 V undeine weitere Klasse von Verbrauchern mit einer höheren Nenn- Spannung von bspw. 40 Vvorhanden), so ist es bekannt, mehrere Spannungskreise vorzusehen, in welchen jeweils zu¬mindest ein Energiespeicher angeordnet ist.

[0004] So weist bspw. das in US 6677725 B2 beschriebene Fahrzeug zwei Spannungskreiseauf, in denen elektrische Verbraucher auf unterschiedlichen Spannungsniveaus mit elektrischerEnergie versorgt werden. Das Fahrzeug verfügt über einen Generator, der eine erste Batteriemit elektrischer Energie auflädt, um erste Verbraucher auf einem ersten Spannungsniveau zuversorgen. Eine zweite Batterie auf einem zweiten Spannungsniveau versorgt zweite Verbrau¬cher. Ein Wandler zwischen den beiden Spannungskreisen wandelt Spannung vom ersten aufdas zweite Spannungsniveau um. Eine Steuereinheit steuert dazu den Ausgang des Wandlersin Abhängigkeit vom Zustand des Generators, des Ladezustands der ersten Batterie, den ers¬ten Verbrauchern, des Ladezustands der zweiten Batterie oder der zweiten Verbraucher.

[0005] Aus EP 1520752 B1 ist ein Fahrzeug mit einem Generator, zwei Basisspeichern undVerbrauchern bekannt. Der zweite Basisspeicher ist über eine Lade- und Trenneinheit mit demBordnetz verbunden. Sie hat Schaltmittel, die geschlossen werden, wenn der zweite Basisspei¬cher nachgeladen wird. Mit einer Batteriezustandserkennung für beide Basisspeicher werdenBatterieströme, -Spannungen und - temperaturen gemessen und ausgewertet.

[0006] Weitere Fahrzeugarchitekturen mit zwei verschiedenen Spannungsnetzen sind bspw.aus EP 1564862 B1 und DE 10231517 B4 bekannt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

[0007] Nach einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerungder elektrischen Speisung eines mit einem Basisspeicher ausgerüsteten Basis- Bordnetzeseines 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 spannungswandelndenKoppler mit dem Basis-Bordnetz gekoppelt ist. Die Betriebsweisen der elektrischen Maschineumfassen Leerlaufbetrieb und generatorischen Betrieb. Im generatorischen Betrieb liefert dieelektrische Maschine in das Zwischennetz elektrische Energie, im Leerlaufbetrieb liefert siekeine elektrische Energie. Die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in dasBasis- Bordnetz ist vom Betrieb der elektrischen Maschine steuerungstechnisch entkoppelt.Dies wird dadurch erreicht, dass einerseits die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwi- schennetz in das Basis-Bordnetz durch Regelung der Spannung im Basis- Bordnetz auf eineSollspannung des Basis-Bordnetzes mit Hilfe des spannungswandelnden Kopplers erfolgt undandererseits die Steuerung, ob die elektrische Maschine im Leerlauf oder generatorisch betrie¬ben wird, davon abhängt, ob ein Ist- Energieniveau des Hochleistungsspeichers über oder untereinem Soll- Energieniveau des Hochleistungsspeichers liegt.

[0008] Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit Verbrennungs¬motor, der mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist. Zwischen der elektrischen Maschineund dem Basis-Bordnetz ist ein Zwischennetz vorgesehen, das mit einem Hochleistungsspei¬cher ausgerüstet und durch einen spannungswandelnden Koppler mit dem Basis-Bordnetzgekoppelt ist. Die elektrische Maschine ist dazu eingerichtet, in den Betriebsweisen Leerlaufbe¬trieb und generatorischen Betrieb betrieben zu werden, im generatorischen Betrieb elektrischeEnergie in das Zwischennetz zu liefern, im Leerlaufbetrieb jedoch keine elektrische Energie zuliefern. Das Fahrzeug umfasst eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Entnahmeelektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis-Bordnetz vom Betrieb der elektrischenMaschine steuerungstechnisch entkoppelt zu steuern. Hierzu ist sie dazu eingerichtet, einer¬seits die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis-Bordnetz durchRegelung der Spannung im Basis-Bordnetz auf eine Sollspannung des Basis-Bordnetzes mitHilfe des spannungswandelnden Kopplers zu steuern und andererseits den Betrieb der elektri¬schen Maschine im Leerlauf oder generatorisch in Abhängigkeit davon zu steuern, ob ein Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers über oder unter einem Soll-Energieniveau desHochleistungsspeichers liegt.

[0009] Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den ab¬hängigen Ansprüchen, der beigefügten Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung allge¬meiner Art und bevorzugter Ausführungsbeispiele.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

[0010] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme aufdie beigefügte Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen: [0011] Fig. 1 eine schematische Darstellung der relevanten Fahrzeugkomponenten; [0012] Fig. 2 ein schematisches Diagramm zur Bestimmung der Sollspannung für die Spei¬ sung des Basis-Bordnetzes; [0013] Fig. 3 ein schematisches Diagramm eines Controllers zur Berechnung der Sollspan¬ nung für die Speisung des Basis-Bordnetzes; [0014] Fig. 4 eine beispielhafte Funktion des Soll-Energieniveaus des Hochleistungsspeichers; [0015] Fig. 5 den Verlauf von Ist- und Soll-Energieniveau des Hochleistungsspeichers wäh¬ rend einer beispielhaften Fahrt; [0016] Fig. 6 eine Speisung des Basisspeichers im Basis-Bordnetz aus dem Zwischennetz bei

Leerlaufbetrieb des Generators; [0017] Fig. 7 eine Speisung des Basisspeichers im Basis-Bordnetz aus dem Zwischennetz bei generatorischem Betrieb des Generators; [0018] Fig. 8 einen Energiefluss aus dem Basisspeicher im Basis-Bord netz in den Hochleis¬ tungsspeicher im Zwischennetz; und [0019] Fig. 9 einen Start des Verbrennungsmotors mit (zusätzlicher) Energiespeisung des

Generators aus dem Basisspeicher.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

[0020] Fig. 1 zeigt schematisch die Architektur eines Fahrzeugs mit den für die vorliegendeErfindung relevanten Komponenten. Vor einer detaillierten Beschreibung der Fig. 1 und derkonkreten Ausführungsbeispiele werden zunächst einige allgemeine Aspekte der Erfindung und ihrer Ausgestaltungen und Weiterbildungen erläutert.

[0021] Verfahren zur Steuerung der Erzeugung elektrischer Energie in einem Fahrzeug werdenallgemein auch als "Energiemanagement" bezeichnet. Ein wesentlicher Aspekt des Energiema¬nagements liegt in der Speisung des Fahrzeugbordnetzes mit einer ausreichenden Mengeelektrischer Energie. Hierbei ist sicherzustellen, dass ein entsprechender Energiespeicher imBordnetz (nachfolgend als Basisspeicher oder allgemein als Energiespeicher bezeichnet) stetsin ausreichendem Maße geladen ist, so dass genügend elektrische Energie für die Versorgungder an das Bordnetz angeschlossenen elektrischen Verbraucher zur Verfügung steht.

[0022] Zur Sicherstellung eines ausreichenden Vorrats an gespeicherter Energie im Basisspei¬cher besteht grundsätzlich die Notwendigkeit, die Speisung des Basisspeichers und allgemeindes Bordnetzes mit elektrischer Energie zu regeln. Eine sehr einfache Art der Regelung stelltbspw. die herkömmliche Kopplung des Bordnetzes und Basisspeichers mit der elektrischenMaschine (Lichtmaschine) des Fahrzeugs dar, wobei Letztere den Basisspeicher mit einer fixen,nominellen Spannung als Stellgröße lädt.

[0023] Liegt die Ist-Spannung im Bordnetz - bspw. bei hoher Last durch die Verbraucher - unterdieser fixen Referenzspannung, steuert ein Laderegler die Erreger- Magnetfeldstärke derLichtmaschine so, dass der Erregerstrom erhöht und damit die Ausgangsspannung der Licht¬maschine konstant gehalten werden (sog. Konstantspannungsverfahren). Die Speisung desBordnetzes und der (generatorische) Betrieb der Lichtmaschine sind hierbei also steuerungs¬technisch unmittelbar miteinander verknüpft: Besteht ein bestimmter Energiebedarf im Bord¬netz, wird die Lichtmaschine entsprechend generatorisch betrieben; besteht kein Bedarf, kannsie leerlaufen.

[0024] Im Gegensatz hierzu sind gemäß der vorliegenden Erfindung die Speisung des Basis-Bordnetzes mit elektrischer Energie und die Betriebsweise der für die Bereitstellung der benö¬tigten elektrischen Energie verantwortlichen elektrischen Maschine steuerungstechnisch ent¬koppelt. Der Betrieb der elektrischen Maschine hängt nicht unmittelbar von den Verhältnissenim Basis-Bordnetz, z.B. von der dort anliegenden Ist-Spannung, ab, wie nachfolgend erläutertwird.

[0025] Das Fahrzeug, in dem die vorliegende Erfindung implementiert ist, verfügt über wenigs¬tens zwei Spannungskreise. Ein Fahrzeug-Bordnetz, nachfolgend als Basis- Bordnetz bezeich¬net, dient der Versorung elektrischer Verbraucher. Es handelt sich etwa um einen 12-V-Gleichspannungskreis mit sämtlichen elektrischen Komponenten wie Lastverbraucher undVerkabelung. Es verfügt über wenigstens einen Basisspeicher, bspw. einen 12-V-Akkumulator.

[0026] Darüber hinaus ist ein sog. Zwischenkreis vorgesehen, der zwischen dem Basis- Bord¬netz und einer elektrischen Maschine angeordnet ist. Der Zwischenkreis wird im Allgemeinenmit einer von der Nennspannung des Basis-Bordnetzes verschiedenen Spannung betrieben,bspw. einer Gleichspannung von nominell 40 V. Er dient verschiedenen Zwecken, u.a. derBereitstellung eines Hochleistungsspeichers zum Starten des Verbrennungsmotors mit Hilfe derelektrischen Maschine und der Speicherung rekupertierter kinetischer Energie des Fahrzeugs.Hierzu ist im Zwischenkreis ebenfalls ein Energiespeicher vorgesehen, der hier als Hochleis¬tungsspeicher oder- bei manchen Ausführungen in seiner Funktion als Speicher von Energie fürdas Starten des Verbrennungsmotors - als Startenergiespeicher bezeichnet wird. Zur Trennungder beiden Spannungskreise ist zwischen ihnen ein spannungswandelnder Koppler vorgese¬hen, über den ein Energiefluss zwischen den beiden Spannungskreisen steuerbar ist.

[0027] Die elektrische Maschine ist mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt. Sie ist also zwi¬schen dem Zwischennetz und dem Verbrennungsmotor angeordnet. Sie dient ebenfalls ver¬schiedenen Zwecken, u.a. der Speisung der beiden Spannungskreise mit elektrischer Energieund - bei manchen Ausführungen - dem Starten des Verbrennungsmotors. Hierzu ist sie inverschiedenen Betriebsmodi betreibbar, darunter wenigstens in einem generatorischen Betriebund in einem Leerlaufbetrieb. Die im generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie wirdim Hochleistungsspeicher und - über den spannungswandelnden Koppler - im Basisspeicher gespeichert.

[0028] Beim Start des Verbrennungsmotors mit Hilfe der elektrischen Maschine entnimmt dieseim motorischen Betrieb dem Hochleistungsspeicher dort gespeicherte Energie. Der Hochleis¬tungsenergiespeicher ist bspw. ein Hochleistungskondensator (Superkondensator).

[0029] Die elektrische Maschine speist also grundsätzlich sowohl den im Zwischenkreis ange¬ordneten Hochleistungsspeicher als auch indirekt - über den Zwischenkreis - den Basisspeicherdes Basis-Bordnetzes. Im Gegensatz zu der o.g. einfachen Regelung der Bordnetz-Speisungdurch Steuerung der Felderregung der elektrischen Maschine anhand der Spannung im Bord¬netz als Stellgröße geht die vorliegende Erfindung von einem anderen Regelungsprinzip aus.Die Speisung des Basis-Bordnetzes erfolgt aus dem Zwischenkreis über den spannungswan¬delnden Koppler, unabhängig davon, ob die elektrische Maschine im generatorischen Betriebarbeitet oder nicht. Das Fallen der Ist-Spannung im Basis-Bordnetz führt dabei steuerungstech¬nisch nicht dazu, dass die elektrische Maschine generatorisch betrieben wird. Die Steuerungder elektrischen Maschine orientiert sich vielmehr allein an den Verhältnissen zwischen imZwischenkreis. Konkret veranlasst die Fahrzeugsteuerung einen generatorischen Betrieb derelektrischen Maschine (nur) dann, wenn ein Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers imZwischennetz unter seinem vom Energiemanagement bestimmten Soll-Energieniveau liegt.

[0030] Zum besseren Verständnis dieser Generatorbetrieb und Bordnetzspeisung entkoppeln¬den Steuerung wird im Folgenden kurz das Energiemanagement des Zwischennetzes skizziert(ein ausführlichere Darstellung der Verhältnisse im Zwischennetz folgt unten im Rahmen derFigurenbeschreibung der Fig. 4 und 5): Die Erzeugung und Speicherung elektrischer Energie imZwischennetz wird gesteuert, indem das Energiemanagement ein Soll-Energieniveau für denHochleistungsspeicher des Zwischen netzes vorgibt. Dieses Soll-Energieniveau entspricht imSinne einer Zielfunktion oder Vorgabe derjenigen Energie, die im Hochleistungsspeicher einge¬speichert anzustreben ist. Das tatsächlich im Hochleistungsspeicher vorhandene Energieni¬veau, das sog. Ist-Energieniveau, wird entsprechend dem Soll-Energieniveau nachgeführt.Hierzu werden beide, Soll- und Ist-Energieniveau beispielsweise kontinuierlich oder zu diskre¬ten Zeitpunkten miteinander verglichen. Die dafür notwendige Ermittlung des Ist-Energieniveausoder Soll-Energieniveaus erfolgt beispielsweise durch Messung des Spannungspegels desZwischennetzes/Hochleistungsspeichers.

[0031] Liegt das Ist-Energieniveau unter dem vom Energiemanagement vorgegebenen Soll-Energieniveau, wird die elektrische Maschine als Generator betrieben und erzeugt elektrischeEnergie, die im Hochleistungsspeicher speicherbar ist und dort eingespeichert wird. Dessen Ist-Energieniveau wird damit erhöht und so dem höheren Soll-Energieniveau nachgeführt.

[0032] Liegt umgekehrt das Energieniveau im Hochleistungsspeicher über dem Soll- Energieni¬veau, wird die elektrische Maschine im Leerlaufbetrieb betrieben und stellt demgemäß keineelektrische Energie zur Verfügung. Die Energiemenge, die der Differenz zwischen Energieni¬veau und Soll-Energieniveau entspricht, steht frei für andere Zwecke zur Verfügung, ohne dassdie elektrische Maschine weitere Energie bereitstellen müsste. Sie kann also über den span¬nungswandelnden Koppler zur Speisung des Basis-Bordnetzes des Fahrzeugs verwendetwerden, ohne dass die elektrische Maschine generatorisch betrieben wird. Erst wenn das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers erneut unter das vom Energiemanagement vorge¬gebene Soll-Energieniveau sinkt - entweder durch ein Heraufsetzen des Soll-Energieniveausoder auch durch tatsächliches Absinken des Ist-Energieniveaus, bspw. aufgrund der Speisungdes Basis-Bordnetzes - veranlasst das Energiemanagement den Wechsel der elektrischenMaschine in den Generatorbetrieb. Diese stellt dann wieder elektrische Energie bereit. Diesewird in den Hochleistungsspeicher eingespeichert und führt somit zum Anstieg seines Ist-Energieniveaus. Parallel dazu erfolgt - bei Bedarf - weiterhin die Speisung des Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz über den spannungswandelnden Koppler.

[0033] Es sind auch Ausführungen denkbar, in denen die Speisung des Basis-Bordnetzeswährend einer größeren Erhöhung des Ist-Energieniveaus des Hochleistungsspeichers vo¬rübergehend unterbrochen wird, bspw. im Falle des schlagartigen Heraufsetzens des Soll-

Energieniveaus von einem niedrigeren auf einen höheren Wert. Das Unterbrechen der Spei¬sung des Basis-Bordnetzes dauert bspw. solange an, bis das Ist-Energieniveau des Hochleis¬tungsspeichers wieder auf sein Soll-Energieniveau angehoben ist. Eine solche Unterbrechunglässt sich einfach durch das Abschalten des spannungswandelnden Kopplers erreichen.

[0034] Die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz erfolgt erfindungsgemäßdurch Regelung der Spannung im Basis-Bordnetz auf eine Ziel- oder Sollspannung. Hierbeihandelt es sich um diejenige Spannung, mit der der Basisspeicher geladen wird. Sie repräsen¬tiert den gewünschten Strom zur Aufladung des Basisspeichers.

[0035] Bei dem spannungswandelnden Koppler handelt es sich bspw. um einen Gleichstrom¬steller kapazitiver oder induktiver Art, mit dem sich die Leistungsaufnahme des Basis-Bordnetzes steuern lässt. Er wird entsprechend so angesteuert, dass ein Energiefluss vomZwischennetz in das Basis-Bordnetz mit der Sollspannung sichergestellt ist. Er ist so dimensio¬niert, dass ein ausreichender Energiefluss zur Speisung des Basis-Bordnetzes gewährleistetwird. Darüber hinaus ist er vorteilhafterweise auch für einen Betrieb in umgekehrter Richtung,d.h. einen Energietransfer vom Basis- Bordnetz in das Zwischennetz, eingerichtet. Dies istbspw. dann sinnvoll, wenn der Hochleistungsspeicher im Zwischennetz einen Startenergiespei¬cher darstellt, der Energie für das Starten des Verbrennungsmotors mit Hilfe der elektrischenMaschine bereitstellt. Hierbei sind Situationen nicht ausgeschlossen, in denen der Hochleis¬tungsspeicher nicht genügend Energie für das (z.B. mehrmalige) Starten des Verbrennungsmo¬tors aufweist und daher mit Hilfe des Gleichstromstellers aus dem Basis-Bordnetz hilfsweisegeladen werden kann.

[0036] Durch diese Art der entkoppelten Steuerung, bei die Energiespeisung des Basis- Bord¬netzes steuerungstechnisch keinen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine zurFolge hat, wird auch ohne zusätzliche im Basis-Bordnetz vorhandene Lichtmaschine eine siche¬re Speisung des Basisspeichers mit elektrischer Energie erreicht. Die elektrische Maschineübernimmt also vorliegend sowohl die Funktion eines Startgenerators als auch die einer her¬kömmlichen Lichtmaschine. Gleichzeitig ermöglicht der Zwischenkreis mit dem Hochleistungs¬speicher ein effizientes Gesamtenergiemanagement im Fahrzeug unter Rekuperation der kine¬tischen Energie des Fahrzeugs im Fährbetrieb. Bei genügendem Energievorrat im Zwischen¬kreis ist auch bei höherer Last im Basis-Bordnetz kein generatorischer Betrieb der elektrischenMaschine notwendig.

[0037] Die Sollspannung des Basis-Bordnetzes ist fix oder variabel. Bei manchen Weitergestal¬tungen der Erfindung ist sie variabel einstellbar. Der spannungswandelnde Koppler ist dabeialso auf eine bestimmte Ausgangsspannung zum Basis-Bordnetz hin steuerbar, so dass dieMenge des Energietransfers vom Zwischennetz in das Basis-Bordnetz mit Hilfe des span¬nungswandelnden Kopplers frei steuerbar ist. Dabei ist jeweils ein Minimal- und Maximalwert fürdie Sollspannung festgelegt, der nicht unter- bzw. überschritten wird. Dadurch wird der Energie¬speicher vor einer Überladung bzw. einer zu geringen Ladung geschützt und seine Lebensdau¬er verlängert.

[0038] Bei manchen fakultativen Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung mit variablerSollspannung wird die Sollspannung des Basis-Bordnetzes in Abhängigkeit von Ladezustanddes Basisspeichers, vom Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers im Zwischennetz, vonder Zeitspanne nach dem Starten des Verbrennungsmotors und/oder der Temperatur des Ba¬sisspeichers bestimmt.

[0039] Durch Berücksichtigung dieser Einflussfaktoren wird eine optimierte Speisung des Ba¬sisspeichers ermöglicht. Durch die Berücksichtigung des Ladezustands des Basisspeichers wird u.a. eine Überladung vermieden. Bspw. erfolgt eine Speisung des Basis-Bordnetzes aus demZwischennetz nur dann, wenn der Ladezustand des Basisspeichers nicht über einem vordefi¬nierten Wert liegt. Dieser Wert entspricht beispielsweise einem voll geladenen Zustand desBasisspeichers. Sein Ladezustand kann - im Falle eines Akkumulators - bspw. anhand derKlemmspannung des Basisspeichers geschätzt werden. So entsprechen bspw. eine Klemm¬spannung 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 eineAbschätzung des Ladezustands auch anhand der Dichte des Akkumulators möglich.

[0040] Das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers wird bei der Speisung des Basis-Bordnetzes berücksichtigt, damit es bestimmten Situationen nicht unter einen bestimmten Wertabsinkt. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn der Hochleistungsspeicher als Startener¬giespeicher fungiert und vor dem Stopp des Verbrennungsmotors eine bestimmte Mindestener¬giemenge Vorhalten soll, damit ein Start des Verbrennungsmotors mittels der aus dem Hochleis¬tungsspeicher gespeisten elektrischen Maschine sicher möglich ist. So wird etwa bei manchenAusführungen bei der Abbremsung des Fahrzeugs (d.h. in den Fahrbetriebszuständen Bremsenund Schubbetrieb) bei geringeren Fahrgeschwindigkeiten (z.B. < 50km/h) das Basis- Bordnetznur noch dann gespeist, wenn das Ist-Energieniveau des Startenergiespeichers einem vorbe¬stimmten Start-Energieniveau liegt. Eine solche Steuerung ist besonders bei Weiterbildungensinnvoll und vorhanden, die über eine Start-Stopp- Automatik verfügen, bei denen die elektri¬sche Maschine für die Wiederstarts (und fakultativ auch für Kaltstarts) als Startergeneratorfungiert, die aus dem Startenergiespeicher gespeist wird.

[0041] Mit der Einbereichnung der Zeitspanne nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotorsund der Temperatur des Energiespeichers kann die Sollspannung auch auf diese Parameterangepasst werden. Bekanntlich ist bei einer höheren Batterietemperatur eine geringere Lade¬spannung als bei einer niedrigeren Batterietemperatur geeignet. Bei niedrigerer Batterietempe¬ratur und/oder innerhalb eines festgelegten Zeitabschnittes nach dem Kaltstart des Verbren¬nungsmotors wird daher bei manchen Ausführungen die Sollspannung zur optimierten Spei¬sung des Basis-Bordnetzes erhöht.

[0042] Bei manchen weiteren Ausgestaltungen der Erfindung erfolgt die Berechnung der Soll¬spannung konkret unter Verwendung von Korrekturfaktoren für die o.g. Einflussfaktoren, alsoetwa jeweils einem Korrekturfaktor für das den Ladezustand des Basisspeichers, für das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers im Zwischennetz, für den Ladezustand des Ba¬sisspeichers und/oder für die Zeitspanne seit dem (Kalt-)Start des Verbrennungsmotors.

[0043] Bei manchen fakultativen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung erfüllt der Hoch¬leistungsspeicher - wie bereits oben genannt - die Funktion eines Startenergiespeichers. Er hältalso Energie vor, die für das Starten des Verbrennungsmotors, bspw. mittels der elektrischenMaschine, benötigt wird. Hierzu ist für den Hochleistungs- bzw. Startenergiespeicher ein sog.Startenergieniveau definiert, welches sicher für den ein- oder auch mehrmaligen Start desVerbrennungsmotors ausreicht. Das Energiemanagement des Zwischennetzes und Startener¬giespeichers sorgt mittels Steuerung des Soll-Energieniveaus des Startenergiespeichers unddes Nachführens seines Ist-Energieniveaus dafür, dass bei Bedarf - nämlich im Fahrbetriebszu¬stand Stopp - im Startenergiespeicher mindestens das Start-Energieniveau tatsächlich vorge¬halten ist. Trotzdem kann es (Ausnahme-)Situationen geben, in denen die im Startenergiespei¬cher gespeicherte Energie für den Start des Verbrennungsmotors nicht genügt. In diesen Situa¬tionen ermöglicht der spannungswandelnde Koppler einen Rück-Energietransfer aus dem Ba-sis-Bordnetz in das Zwischennetz als Stützung des Startvorgangs des Verbrennungsmotors.

[0044] Generell gilt, dass die Speisung des Basis-Bordnetzes nicht nur steuerungsmäßig vonder Betriebsart der elektrischen Maschine entkoppelt ist, sondern auch unabhängig vom Ver¬hältnis von Ist- und Soll-Energieniveau des Hochleistungsspeichers erfolgt. So wird - bei man¬chen Ausführungen - bei der Speisung des Basis- Bordnetzes aus dem Zwischennetz zwar derLadezustand des Basisspeichers berücksichtigt (wie oben beschrieben). Eine tatsächlicheSpeisung des Basis- Bordnetzes mit elektrischer Energie aus dem Zwischennetz erfolgt bei¬spielsweise nur in dem Fall, in dem der Basisspeicher nicht voll geladen ist und es wird zudemnur so viel Energie transferiert, bis der Basisspeicher vollständig geladen ist. Dies ist jedochunabhängig davon, ob das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers über oder unterdessen Soll-Energieniveau liegt. Das Nachführen im Sinne eines Absenkens des Ist-Energieniveaus des Hochleistungsspeichers auf dessen Soll-Energieniveau führt also nichtdazu, dass das Basis-Bordnetz mit mehr Energie versorgt wird als benötigt. Umgekehrt bedeu¬ tet 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 "Ener¬giemangels" im Zwischennetz gemäß seinen Anforderungen gespeist (unbeschadet der obigenBerücksichtigung des Ist-Energieniveaus des Startenergiespeichers zur Einhaltung eines Start-Energieniveaus). Ein entsprechender generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine stelltdann sowohl die Erhöhung des Ist-Energieniveaus des Hochleistungsspeichers in RichtungSoll-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 vorübergehendausgesetzt wird.

[0045] Entspricht das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers genau seinem vorgegebe¬nen Soll-Energieniveau, ist zu unterscheiden: In der Regel benötigt das Basis- Bordnetz auf¬grund aktiver Lastverbraucher kontinuierlich Energie. Wird es also aus dem Zwischennetzgespeist, so wird die elektrische Maschine in entsprechender Weise generatorisch betrieben,um das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers wenigstens auf dem vorgegebenen Soll-Energieniveau zu halten. Bedarfes dagegen einer Speisung des Basis-Bord netzes nicht, soarbeitet die elektrische Maschine im Leerlaufbetrieb, da das Ist-Energieniveau des Hochleis¬tungsspeichers nicht unter das Soll-Energievieau fällt. Auch in dieser Situation äußert sich alsodie steuerungstechnische Entkopplung zwischen Speisung des Basis-Bordnetzes und Betriebder elektrischen Maschine. Ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine ist nur not¬wendig, wenn das Ist-Energieniveau des Hochleistungsspeichers — aus welchen Gründenauch immer - unter das vorgegebene Soll-Energieniveau fällt. Umgekehrt wird das Basis-Bordnetz aus dem Zwischennetz unabhängig davon gespeist, ob die elektrische Maschinegeneratorisch oder leer läuft.

[0046] Das beanspruchte Verfahren (Energiemanagement) wird in einer Steuereinrichtung desFahrzeugs implementiert. Sie ist in manchen Ausgestaltungen sowohl für die Steuerung desBasis-Bordnetzes inklusive der Speisung des Basisspeichers über den wandelnden Koppler alsauch für diejenige des Zwischenkreises und der Einspeicherung von Energie im Hochleistungs¬speicher und den Betrieb der elektrischen Maschine zuständig. Fakultativ ist sie zusätzlich fürandere Steuerungsaufgaben eingerichtet, wie etwa diejenige für eine Start/Stopp-Automatik.Bei anderen Ausführungen ist eine separate Steuereinrichtung vorgesehen, die speziell für dieSteuerung des hierin beschriebenen Energiemanagement (also der Speisung des Basis- Bord¬netzes) verantwortlich ist. Die Steuereinrichtung umfasst einen Computer, z.B. in Form einesMikrocontrollers. Das Verfahren selbst ist vorzugsweise in Form von Software, d.h. eines ineinem dem Computer zugeordneten nicht-flüchtigen (d.h. permanenten) Speicher gespeicher¬ten Computerprogramms bereitgestellt, welches durch den Computer ausgeführt wird. Das inden Vorrichtungsansprüchen genannte „Eingerichtetsein“ der Steuereinrichtung zur Durchfüh¬rung des durch Verfahrensschritte definierten Verfahrens bedeutet also z.B., dass der Compu¬ter so programmiert ist, dass er bei Ausführung des genannten Computerprogramms die besag¬ten Verfahrensschritte durchführt bzw. veranlasst. Das so definierte Fahrzeug unterscheidetsich zumindest durch diese besondere Programmierung (d.h. Speicherung des besonderenComputerprogramms) von hardwaremäßig gleichen Fahrzeugen, deren Steuereinrichtungjedoch nicht zur Durchführung des besagten Verfahrens eingerichtet, also nicht hierzu pro¬grammiert ist (d.h. nicht das besondere Computerprogramm gespeichert hat).

[0047] In manchen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs handelt es sich dabeium ein Hybridfahrzeug, d.h. ein Fahrzeug sowohl mit Verbrennungs- und Elektromotor. Dabeisind unterschiedliche Varianten eines Hybridfahrzeugs umfasst. Bei einem "echten" Hybridfahr¬zeug dient nicht nur der Verbrennungsmotor, sondern auch der Elektromotor dem direktenAntrieb des Fahrzeugs. Bei einem "unechten" Hybridfahrzeug wird der Elektromotor dagegennur zur Unterstützung des Verbrennungsmotors verwendet, eine direkte Kraftübertragung vomElektromotor auf die Antriebsachse des Fahrzeugs findet nicht statt. Bei anderen Ausprägungenist das Fahrzeug kein Hybridfahrzeug, sondern weist lediglich einen Verbrennungsmotor, aber keinen Elektromotor für seinen Antrieb auf.

[0048] Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnung eine beispielhafte Anordnung undFunktion der wesentlichen Fahrzeugkomponenten (Fig. 1), die Speisung des Basis-Bordnetzesmit 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) sowieeine fakultative Unterstützung des Basis- Bordnetzes für das Starten des Verbrennungsmotors(Fig. 8-9).

ANORDNUNG UND FUNKTION DER WESENTLICHEN FAHRZEUGKOMPONENTEN

[0049] Fig. 1 zeigt beispielhaft ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor ICE (= InternalCombustion Engine) als Antriebskraft. Die Antriebskraft des Verbrennungsmotors ICE wird übereine Kupplung C (= Clutch) und ein Getriebe MT (Manual Transmission) auf die Räder W(Wheels) des Fahrzeugs übertragen.

[0050] 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 Verbrennungsmo¬tors ICE benötigten Daten werden an der Motorsteuerung ECU bereitgestellt, beispielsweisevon einem CAN-Bus. Über diesen werden auch Daten von anderen Komponenten des Fahr¬zeugs, sowie von einer Steuereinrichtung HCU (Hybrid Control Unit) transportiert. Während inFig. 1 die Motorsteuerung ECU und die Steuereinrichtung HCU als getrennte Einheiten darge¬stellt sind, ist es ebenfalls denkbar, die Funktionen beider in einer gemeinsamen Einheit, einemgemeinsamen Fahrzeugcontroller, zusammenzufassen.

[0051] Die Steuereinrichtung HCU steuert eine elektrische Maschine SG, einen Gleichrichter PI(Power Inverter), einen DC/DC-Wandler DCC (Direct Current Converter) und weitere Kompo¬nenten des Fahrzeugs. Der DC/DC-Wandler koppelt das hinter dem Gleichrichter PI angeordne¬te Zwischennetz mit dem Basis-Bordnetz des Fahrzeugs. In einem Ausführungsbeispiel ist daserfindungsgemäße Verfahren, das Energiemanagement für die Speisung des Basis-Bordnetzes, in der Steuereinrichtung HCU implementiert. Die Steuereinrichtung HCU stellt auchHybridfunktionen des Fahrzeugs zur Verfügung, beispielsweise die Umwandlung von Rekupe-rationsenergie beim Bremsen des Fahrzeugs, Start oder Stopp des Verbrennungsmotors,Start/Stopp- Automatik, Bremsmomentregelung für die elektrische Maschine SG, etc.

[0052] Die elektrische Maschine SG nimmt im vorliegenden Ausführungsbeispiel u.a. die Funk¬tion des Startens des Verbrennungsmotors wahr und wird daher nachfolgend als Startergenera¬tor SG bezeichnet. Er ist beispielsweise ein Riemen-Startergenerator, der über einem Riemenals Kopplung FEAD (Front Engine Accessory Drive), beispielsweise einen Zahn- oder Keilrie¬men, mit dem Verbrennungsmotor ICE gekoppelt ist. Die Untersetzung der Kopplung beimRiemenstartergenerator beträgt beispielsweise 2,5. Es handelt sich z.B. um eine Asynchronma¬schine, wobei auch andere Drehfeldmaschinen geeignet sind. In diesem Ausführungsbeispielersetzt der Startergenerator SG die Lichtmaschine des Fahrzeugs.

[0053] Der Startergenerator SG ist sowohl als Generator, im Leerlaufmodus oder als elektri¬scher Motor betreibbar. Im Betrieb als Generator oder im Leerlauf läuft der Startergenerator SGmit dem Verbrennungsmotor ICE mit. Als Generator erzeugt der Startergenerator WechselstromAC (Alternating Current); im Leerlauf läuft er ohne Last. Im Betrieb als elektrischer Motor wirddem Startergenerator SG Wechselstrom zugeführt. Der vom Startergenerator SG erzeugte wieder ihm zugeführte Wechselstrom ist beispielsweise ein Dreiphasenwechselstrom.

[0054] Im Betrieb als Generator wandelt der Startergenerator SG kinetische Energie des Fahr¬zeugs in elektrische Energie um. Der dabei erzeugte Wechselstrom AC wird vom GleichrichterPI in Gleichstrom DC (Direct Current) umgewandelt und in einem Startenergiespeicher ES imZwischennetz gespeichert. Dazu steuert die Steuereinrichtung HCU über den Gleichrichter PIsowohl die Richtung des Energieflusses vom Startergenerator SG zum StartenergiespeicherES, als auch die Energiemenge der zu speichernden elektrischen Energie.

[0055] Mit der vom Gleichrichter PI umgewandelten elektrischen Energie wird ebenfalls derEnergiespeicher B (Battery) im Basis-Bordnetz gespeichert. Hierzu wandelt der DC/DC-WandlerDCC 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 dieSteuereinrichtung HCU sowohl den Energieaustausch zwischen dem Zwischen- und dem Ba-sis-Bordnetz. Die Leistungskapazität des DC/DC-Wandlers ist im Allgemeinen kleiner als diedes Gleichrichters PI.

[0056] Der Energiespeicher B ist beispielsweise ein Akkumulator, bspw. in Form der üblichenreihengeschalteten Bleiakkumulator-Zellen oder eine MF-Batterie, mit einer nominellen Span¬nung von 12V. Aus dem Energiespeicher B werden Verbraucher L (Load) des Basis-Bordnetzesdes Fahrzeugs versorgt. Diese sind beispielsweise eine Klimaanlage, eine Sitzheizung, dieInnenraumbeleuchtung, elektrische Fensterheber oder andere elektrische Verbraucher desFahrzeugs.

[0057] Der DC/DC-Wandler DCC als auch der Gleichrichter PI werden von der Steuereinrich¬tung HCU gesteuert. Das in der Steuereinrichtung HCU implementierte Energiemanagementsorgt dafür, dass Gleichrichter PI, DC/DC-Wandler DCC und Startergenerator SG von der Hyb¬ridsteuerung HCU derart gesteuert werden, dass im Startenergiespeicher ES ausreichendeEnergie für einen Start des Verbrennungsmotors ICE mit dem Startergenerator SG gespeichertist und das Basis-Bord netz in ausreichendem Maße mit elektrischer Energie gespeist wird.

[0058] I m Betrieb als elektrischer Motor bringt der Startergenerator SG über die KopplungFEAD ein Drehmoment auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ICE auf. Die dazu benö¬tigte Energie bezieht der Startergenerator SG im Allgemeinen aus dem StartenergiespeicherES. Der Startergenerator SG beaufschlagt die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ICE überdie Kopplung FEAD mit einem Drehmoment. Die Leistung des Startergenerators SG beträgtbspw. 4 kW. Die hohe spezifische Leistung des Startenergiespeichers ES ermöglicht die Abga¬be eines kurzzeitig hohen Stroms aus dem Startenergiespeicher ES. Der Gleichstrom aus demStartenergiespeicher ES wird durch den Gleichrichter PI in Wechselstrom umgewandelt, dender Startenergiespeicher SG zum Starten des Verbrennungsmotors ICE verbraucht.

[0059] Der Startenergiespeicher ES hat eine vergleichsweise geringe Speicherkapazität undeine sehr hohe spezifische Leistung. Dies ermöglicht die Speicherung oder Abgabe eines kurz¬zeitig hohen Stroms in oder aus dem Startenergiespeicher ES. Mit anderen Worten, der Star¬tenergiespeicher ES ist geeignet, temporär eine hohe Energieleistung zu speichern oder amStartergenerator SG bereitzustellen. Der Startenergiespeicher ES hat die Eigenschaft entlade¬resistent zu sein, so dass ständiges Laden/Entladen des Startenergiespeichers ES dessenLebensdauer wenig beeinträchtigt. Der Startenergiespeicher ES ist beispielsweise ein Doppel¬schichtkondensator (in Englisch: “electric double layer capacitor” (EDLC) oder ein Superkon¬densator, die beide eine hohe Energiedichte, d.h. hohe spezifische Leistung haben. Die Span¬nung im Stromkreis des Startenergiespeichers ES ist veränderlich. Sie hängt von der im Star¬tenergiespeicher ES gespeicherten Energie ab: gespeicherte Energie ~ Spannung2.

[0060] Der Start des Verbrennungsmotors ICE erfolgt grundsätzlich mit einem konventionellenStarter S oder dem Startergenerator SG des Fahrzeugs. Der Starter S ist beispielsweise einEinspurstarter, der den Verbrennungsmotor konventionell mit einem Ritzel startet. Er wird mitEnergie aus dem Energiespeicher B gespeist. Die Steuereinrichtung HCU steuert den Startüber den Starter S, wenn der Verbrennungsmotor ICE nicht mit dem Startergenerator SG ge¬startet werden soll oder kann. Dies ist abhängig von dem Energiemanagement der Steuerein¬richtung HCU und Gegenstand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Es kannvorgesehen sein, dass der Kaltstart des Verbrennungsmotors mit dem konventionellen Starter Serfolgen soll und ein Wiederstart nach einem kurzen Ausschalten des Verbrennungsmotors ICEoder der Wiederstart im Rahmen einer Start/Stopp-Automatik mit dem Startergenerator SGdurchgeführt wird.

SPEISUNG DES BASIS-BORDNETZES MIT DER SOLLSPANNUNG V

[0061] Die Figuren 2 und 3 geben ein Beispiel für die Festlegung der Sollspannung V desBordnetzes. Wie oben genannt, handelt es sich hierbei um diejenige Spannung, mit der derEnergiespeicher B geladen wird. Sie repräsentiert den gewünschten Strom zur Aufladung desEnergiespeichers B. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 ist die SollspannungV variabel. Sie lässt sich somit für eine optimierte Ladestrategie des Energiespeichers B anpas¬sen, indem beispielsweise bei einem geringeren Ladezustand (SOC = State of Charge) desEnergiespeichers B eine höhere Sollspannung V einstellbar ist als bei einem vergleichsweisehöheren Ladezustand SOC. Es sind aber ebenso Ausführungsbeispiele denkbar, wo der Ener¬giespeicher B nach dem Vorbild des Konstantspannungsverfahrens mit einer konstanten Soll¬spannung V gespeist wird.

[0062] Im Fall der variablen Sollspannung V ist diese gemäß Fig. 2 abhängig vom Ist- Energi¬eniveau E des Startenergiespeichers ES, vom Ladezustand SOC des Energiespeichers B, vonder Temperatur T des Energiespeichers B, und/oder von der Zeit t, die seit dem Start des Ver¬brennungsmotors ICE vergangen ist. Die Einbeziehung des Ladezustands SOC des Energie¬speichers B bei der Bestimmung der Sollspannung V ermöglicht es beispielsweise, die Spei¬sung des Energiespeichers B auf dessen Ladezustand SOC auszurichten. Kapazitätsschwan¬kungen des Energiespeichers B aufgrund von Temperaturveränderungen wird durch die Be¬rücksichtigung der Temperatur T Rechnung getragen. Durch die Berücksichtigung des Ist-Energieniveaus E des Startenergiespeichers ES wird bspw. dessen zu tiefes Entladen vermie¬den, so dass bspw. das Erreichen eines Start-Energieniveaus EDstart im FahrbetriebszustandStopp gewährleistet wird. Der Einfluss der seit dem Start des Verbrennungsmotors vergange¬nen Zeit t erlaubt es u.a., die Sollspannung V für eine bestimmte Zeitdauer zu erhöhen, um soeine möglicherweise aufgetretene gewisse Standentladung schneller auszugleichen. Wie ausFigur 2 ersichtlich, steuert die Steuereinheit HCU den bordnetzseitigen Ausgang des DC/DC-Wandlers DCC auf die Sollspannung V anhand der genannten Parameter.

[0063] Konkreter gefasst weist die Steuereinheit HCU also eine Steuerfunktion für die Steue¬rung der Sollspannung V auf, die in Fig. 3 schematisch als "Target Voltage Controller" darge¬stellt ist. Dieser führt die ebenfalls in Fig. 3 dargestellte beispielhafte konkrete Berechnung derSollspannung V durch. Als Eingangswerte dienen eine Zielgrundspannung Vx und eine Reihevon Korrekturfaktoren KES, KB, Kt. Bei der Zielgrundspannung Vx ist beispielsweise bereits dieTemperatur T des Energiespeichers B berücksichtigt. Daneben hängt diese fakultativ auch vonweiteren Faktoren ab, wie beispielsweise dem jeweiligen Fahrbetriebszustand (d.h. u.a. Start,Leerlauf, Fahren, Bremsen, Schubbetrieb, Stopp etc.) und der Fahrgeschwindigkeit ab. Dieseweiteren Faktoren können zusammenfassend als Fahrsituation S bezeichnet werden. Für dieBerücksichtigung der weiteren o.g. Parameter dienen die Korrekturfaktoren KES, KB, und Kt.Diese sorgen für eine zusätzliche Anpassung der Sollspannung V an bestimmte Zustände desIst-Energieniveaus Ec, des Ladezustands SOC und der Zeit t. Der Korrekturfaktor KES hängtvom Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers ES, bzw. von dessen Spannung ab. Er istminimal bei minimalem Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers ES und steigt mit zu¬nehmendem Energieniveau auf einen maximalen Wert. Der Korrekturfaktor KB hängt vom Lade¬zustand SOC des Energiespeichers ab. Er ist bei minimalem SOC maximal und nimmt mitzunehmendem SOC ab, bis er einen minimalen Wert erreicht. Der Korrekturfaktor Kt ist sogewählt, dass die Sollspannung V nach dem Start des Verbrennungsmotors für eine gewisseZeitspanne erhöht wird.

[0064] . Damit ergibt sich in diesem Beispiel für die Sollspannung V folgende Gleichung: V = Vx (T, S) * Kes * KB * Kt [0065] Zudem soll die Sollspannung V eine maximal zulässige Sollspannung ("TargetVolta-geMax") nicht überschreiten und eine minimal zulässige Sollspannung ("TargetVoltageMin")nicht unterschreiten. Beispielsweise beträgt die Sollspannung V beträgt FahrbetriebszustandBremsen 12,9 V bis 15,9 V, im Fahrbetriebszustand Schubbetrieb 11,3 V bis 14,4 V, im Fahrbe¬triebszustand liegt sie Leerlauf zwischen 12,2 V und 15,2 V und im Fahrbetriebszustand Fahren zwischen 12,1 V und 14,9 V. Liegt die Sollspannung V außerhalb dieser beispielhaften Interval¬le, so wird sie von der Steuereinrichtung HCU bzw. deren Target-Voltage-Controller-Funktionalität auf den jeweils zulässigen maximalen oder minimalen Wert gesetzt.

EXKURS: ENERGIEMANAGEMENT DES ZWISCHENNETZES

[0066] Fig. 4 & 5 zeigen nun beispielhaft die Verhältnisse im Zwischennetz, von denen - steue¬rungstechnisch - der Betrieb der elektrischen Maschine als Generator oder im Leerlauf abhängt.

[0067] Beim Betrieb des Fahrzeugs werden verschiedene Fahrbetriebszustände unterschieden,u,a. Start, Stopp, Leerlauf, Fahren, Bremsen, Schubbetrieb und Aus. Das Soll- EnergieniveauEd des Startenergiespeichers ES im Zwischennetz ist in verschiedenen Fahrbetriebszuständenvon der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs abhängig. Für jeden dieser Fahrbetriebszustände wird einSoll-Energieniveau ED definiert. Es ist abhängig vom Fahrbetriebszustand, von innerhalb derFahrbetriebszustände definierten Teilbereiche und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs veränder¬lich.

[0068] In den Fahrbetriebszuständen Stopp, Start oder Leerlauf liegt das Soll-EnergieniveauED im Bereich eines vordefinierten Startfähigkeits-Energieniveaus EDstart. Entspricht im Fahrbe¬triebszustand Stopp das im Startenergiespeicher ES gespeicherte Ist- Energieniveau Ec genaudem Startfähigkeits-Energieniveau EDstart, oder liegt darüber, so ist sichergestellt, dass dieEnergie im Startenergiespeicher ES ausreicht, um den Verbrennungsmotor ICE mit demStartergenerator SG zu starten.

[0069] Nach dem Start und bei sich erhöhender Geschwindigkeit Vs befindet sich das Fahrzeugim Fahrbetriebszustand Fahren. Dieser Fahrbetriebszustand setzt sich aus mehreren Teilberei¬chen F1, F2, F3 zusammen, die abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit definiert sind. DasSoll-Energieniveau ED des Startenergiespeichers ES ist im Teilbereich F1 des Fahrbetriebszu¬standes Fahren bis zu einer Fahrzeuggeschwindigkeit von v_1 (beispielsweise 100 km/h) alsgleich dem Startfähigkeits-Energieniveau EDstart definiert. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkei¬ten Vs, also im Teilbereich F2 bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb v_1 und unterhalbv_2 (beispielsweise 180 km/h) ist das Soll-Energieniveau ED des Startenergiespeichers ES sodefiniert, dass es linear abfällt und das Startfähigkeits-Energieniveau EDstart so mit zunehmenderFahrzeuggeschwindigkeit Vs immer weiter unterschreitet. Im Teilbereich F3 mit einer Fahrzeug¬geschwindigkeit größer als v_2 ist es dagegen wiederum konstant und entspricht z.B. demminimalen Soll-Energieniveau EDMm des Start-Energiespeichers ES. Hierbei handelt es sich umdasjenige Energieniveau, welches nicht unterschritten werden sollte, um eine lange Lebens¬dauer des Startenergiespeichers ES zu erreichen.

[0070] Der Fahrbetriebszustand wechselt von Fahren auf Bremsen oder Schubbetrieb durchBetätigen des Bremspedals bzw. durch Nichtbetätigen des Fahrpedals. In Fig.3 ist ein solcherWechsel oberhalb der Fahrzeuggeschwindigkeit v_2 dargestellt. Ein solcher Wechsel kann beijeder Fahrzeuggeschwindigkeit Vs stattfinden.

[0071] I m Fahrbetriebszustand Bremsen oder Schubbetrieb wird das Soll-Energieniveau ED desEnergiespeichers ES deutlich über das Startfähigkeits-Energieniveau EDstart heraufgesetzt. ImTeilbereich B1 oberhalb der Fahrzeuggeschwindigkeit v_3 (beispielsweise 160 km/h) setzt dasEnergiemanagement das Soll-Energieniveau ED auf einen Wert, der dem maximalen Soll-Energieniveau EDMax des Startenergiespeichers ES entspricht. Hierbei handelt es sich um dieje¬nige Energiemenge, die maximal im Startenergiespeicher ES einspeicherbar ist. Im TeilbereichB2 mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb v_3 und oberhalb v_4 (beispielsweise 70 km/h)ist das Soll- Energieniveau ED so definiert, dass es sich mit abnehmender Fahrzeuggeschwin¬digkeit Vs linear dem Startfähigkeits-Energieniveau EDstart annähert. Bei einer Fahrzeugge¬schwindigkeit v_4 entspricht es dann dem Startfähigkeits-Energieniveau EDstart und bleibt imTeilbereich B3 mit Fahrzeuggeschwindigkeiten kleiner als v_4 konstant auf dem dem Startfä¬higkeits-Energieniveau EDstart entsprechenden Wert.

[0072] Die Bestimmung des Soll-Energieniveaus ED und das Nachführen des Ist- Energieni- veaus Ec veranschaulicht Fig. 5. Das Ist-Energieniveau Ec und das Soll- Energieniveau Ed desStartenergiespeichers ES werden hier wiederum in zeitlicher Abhängigkeit t in den Fahrbe¬triebszuständen Stopp, Start, Fahren und Bremsen gezeigt. Das Ist-Energieniveau Ec ist durcheine durchgezogene Linie, das Soll-Energieniveau ED mit einer gestrichelten Linie dargestellt.

[0073] Zunächst befindet sich das Fahrzeug im Fahrbetriebszustand Stopp. Der Verbren¬nungsmotor ICE wird sodann gestartet, womit das Fahrzeug in den Fahrbetriebszustand Starteintritt. Beim Start wird dem Startenergiespeicher ES Energie entnommen, wodurch das Ist-Energieniveau Ec unter das Startfähigkeits-Energieniveau EDstart absinkt.

[0074] Im Teilbereich c1 des Fahrbetriebszustands Fahren liegt das Ist-Energieniveau Ec auf¬grund des zuvor erfolgten Startvorgangs unter dem Soll-Energieniveau ED. Entsprechend er¬zeugt der Startergenerator SG zunächst elektrische Energie, die im Startenergiespeicher ESgespeichert wird, so dass sich dessen Ist-Energieniveau Ec erhöht und so dem Soll-Energieniveau Ed nachgeführt wird. Dies gewährleistet, dass das Startfähigkeits-EnergieniveauEDstart auch bei kleinen Geschwindigkeiten, beispielsweise unterhalb der Fahrzeuggeschwindig¬keit von 100 km/h (vgl. Fig. 4), erreicht wird. Sobald das Ist-Energieniveau Ec des Startenergie¬speichers ES das Startfähigkeits-Energieniveau EDstart erreicht, bleibt das Ist-Energieniveau Ecdes Startenergiespeichers im Teilbereich c2 zunächst konstant. Erfolgt in diesem Zeitfenstereine Speisung des Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz, so arbeitet der Startergeneratorzur Konstanthaltung des Ist-Energieniveaus Ec im generatorischen Betrieb.

[0075] Mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit im Teilbereich c3 des FahrbetriebzustandsFahren, beispielsweise größer als 100 km/h, setzt das Energiemanagement das Soll-Energieniveau Ed herab, so dass es unter dem Startfähigkeits- Energieniveau EDstart liegt unddieses mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit immer weiter unterschreitet. Das Ist-Energieniveau Ec liegt dadurch über dem Soll-Energieniveau ED. Da der Startergenerator SGim Leerlaufbetrieb arbeitet, sinkt es in der Folge durch Speisung des Basis-Bordnetzes kontinu¬ierlich ab, bis es erneut das (herabgesetzte) Soll-Energieniveau ED erreicht. Das Energiema¬nagement des Fahrzeugs sorgt nun wiederum dafür, dass bei weiterer Versorgung des Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz der Startergenerator SG im generatorischen Betrieb arbei¬tet, so dass das Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers ES bei konstanter Fahrge¬schwindigkeit im Teilbereich c4 auf dem Wert des gleich bleibenden Soll-Energieniveaus EDverbleibt.

[0076] Mit Eintritt in den Fahrbetriebzustand Bremsen wird das Soll-Energieniveau ED auf einenhohen Wert hinaufgesetzt. Das Soll-Energieniveau ED entspricht dem maximalen Soll-Energieniveau EDMax. Der Startenergiespeicher SG erzeugt nun mehr elektrische Energie, umdas Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers ES im Zwischennetz seinem Soll-Energieniveau Ed nachzuführen. Das Ist-Energieniveau Ec steigt also - auch bei weiterer Spei¬sung des Basis-Bordnetzes - an. Im Teilbereich d1 des Fahrbetriebzustands Bremsen wird dasSoll-Energieniveau ED mit sich verringernder Fahrzeuggeschwindigkeit wieder herabgesetzt.Gleichzeitig wird durch andauernden generatorischen Betrieb des Startergenerators SG Reku-perationsenergie im Startenergiespeicher ES gespeichert, bis das Ist-Energieniveau Ec dasSoll- Energieniveau ED erreicht. Da auch das Basis-Bordnetz weiterhin aus dem Zwischennetzgespeist wird, wird Rekuperationsenergie über den DC/DC-Wandler DCC auch direkt in dasZwischennetz transferiert (vgl. Fig. 7). Im Teilbereich d2 des Fahrbetriebzustands Bremsen liegtdas Ist-Energieniveau Ec dann schließlich auf dem Soll-Energieniveau ED = Startfähigkeits-Energieniveau EDstart, wie vom Energiemanagement vorgesehen. Damit - andauernde Speisungdes Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz vorausgesetzt - das Ist-Energieniveau Ec desStartenergiespeichers ES nicht erneut unter das Soll-Energieniveau ED fällt, sorgt der Starter¬generator ES durch generatorischen Betrieb für weitere Speisung des Zwischennetzes und -indirekt - für des Basis-Bordnetzes.

[0077] Durch dieses Energiemanagement des Zwischenkreises wird ein reproduzierbaresStartverhalten beim Starten des Verbrennungsmotors ICE mittels des Startergenerators SGerreicht. Die im Startenergiespeicher ES tatsächlich gespeicherte (Ist-)Energie wird vor dem

Abschalten des Verbrennungsmotors ICE beim Abbremsen des Fahrzeugs und der weiterenAnnäherung an den Fahrbetriebszustand Stopp immer weiter dem Startfähigkeits-Energieniveau EDstart angenähert und entspricht selbigem beim tatsächlichen Stopp des Fahr¬zeugs wenigstens. Absicht ist es weiterhin, beim Abbremsen des Fahrzeugs oder im Schubbe¬trieb möglichst viel Rekuperationsenergie zu speichern. Das durch das Energiemanagementdefinierte Soll- Energieniveau ED ermöglicht einerseits somit einen effizienten Umgang mit dervom Startergenerator SG erzeugten Energie und andererseits, dass zu Beginn des Fahrbe¬triebszustands Stopp das Startfähigkeits-Energieniveau EDstart im Startenergiespeicher ES er¬reicht ist.

SPEISUNG DES BASIS-BORDNETZES

[0078] Wie bereits aus dem vorangegangenen Exkurs zum Zwischennetz klargeworden ist,sorgt die Fahrzeugsteuerung HCU nur dann für einen generatorischen Betrieb elektrischenMaschine SG, wenn das Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers unter dessen Soll-Energieniveau Ed fällt. Hierdurch ist steuerungstechnisch die Speisung des Basis-Bordnetzesvon der Betriebsart der elektrischen Maschine SG entkoppelt. Das Basis-Bordnetz wird aussteuerungstechnischer Sicht aus dem Energievorrat des Zwischennetzes gespeist (Fig. 6).Diese Speisung ist damit unabhängig davon, ob die elektrische Maschine im generatorischenBetrieb oder im Leerlaufbetrieb arbeitet.

[0079] Die Speisung des Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz erfolgt grundsätzlich nachBedarf des Erstgenannten mit Hilfe der Sollspannung V. Grundsätzlich sind stets in gewissemUmfang Lastverbraucher im Basis-Bordnetz aktiv und werden mit elektrischer Energie versorgt,so dass - in variierendem Maße - eine kontinuierliche Speisung des Basis-Bordnetzes der Re¬gelfall ist. Liegt also das Ist-Energieniveau Ec des Hochleistungsspeichers ES im Zwischennetzüber seinem Soll-Energieniveau ED, so zieht die Speisung des Basis-Bordnetzes keinen gene¬ratorischen Betrieb der elektrischen Maschine SG nach sich. Vielmehr erfolgt die Speisung reinaus dem Energievorrat des Zwischennetzes, wobei das Ist-Energieniveau Ec des Hochleis¬tungsspeichers peu-a-peu auf das (niedrigere) Soll-Energieniveau ED nachgeführt wird. Fälltdas Ist-Energieniveau Ec durch weitere Speisung des Basis-Bordnetzes unter das Soll-Energieniveau Ed, geht der Startergenerator in den generatorischen Betrieb über. Hierdurchwird das Ist-Energieniveau Ec trotz Speisung des Basis- Bordnetzes zumindest auf dem Soll-Energieniveau Ed gehalten.

[0080] Bei manchen Ausführungsformen ist diese Speisung aus dem Zwischen netz in dasBasis-Bordnetz und den Energiespeicher B in jedem Fahrbetriebszustand möglich. Bei anderenAusführungsformen wird das Basis-Bordnetz jedenfalls im Fahrbetriebszustand Start nichtgespeist. Beim Start des Verbrennungsmotor ICE speist der Startenergiespeicher ES denStartergenerator SG mit elektrischer Energie, die vom Gleichrichter PI in Wechselspannung ACumgewandelt wird. Der DC/DC-Wandler DCC ist dabei in den zweitgenannten Ausführungsbei¬spielen ausgeschaltet, so dass in dieser Situation keine Speisung des Basis-Bordnetzes ausdem Zwischennetz erfolgt. Die im Startenergiespeicher ES vorrätige Energie wird nämlich vor¬rangig für das Starten des Verbrennungsmotors ICE benötigt; etwaige aktive Lastverbraucher Lim Basis-Bordnetz werden aus dem Energiespeicher B versorgt. In anderen Ausführungsbei¬spielen ist der DC/DC-Wandler DCC jedoch aktiv, bspw. um im Energieumkehrbetrieb dasStarten des Verbrennungsmotors ICE auch unter Zuhilfenahme von Energie aus dem Energie¬speicher B zu ermöglichen (vgl. Fig. 9).

[0081] Fig. 7 zielt auf den Fall, dass das Ist-Energieniveau Ec des Hochleistungsspeichers ESkleiner oder gleich dem Soll-Energieniveau ED ist. Auch in diesem Fall wird das Basis-Bordnetznach seinem Bedarf gespeist. Das gerade auf dem Soll-Energieniveau ED liegende Ist-Energieniveau Ec des Hochleistungsspeichers fällt dadurch unter das Erstgenannt. Entspre¬chend wird die elektrische Maschine in dieser Konstellation in den Generatorbetrieb versetzt, sodass das Ist-Energieniveau Ec wiederum auf dem Soll-Energieniveau ED verbleibt. Liegt das Ist-Energieniveau Ec unter dem Soll-Energieniveau ED (bspw. weil Letzteres gerade mit dem Über¬gang in den Fahrbetriebszustand Bremsen heraufgesetzt wurde), so erfolgt bei manchen Aus¬ führungsbeispielen auch während der Nachführung des Ist-Energieniveaus Ec des Hochleis¬tungsspeichers auf das höhere Soll-Energieniveau ED eine Basis- Bordnetz-Speisung. Dergeneratorisch betriebene Startergenerator SG versorgt hierbei zur Erhöhrung des Ist-Energieniveaus Ec das Zwischennetz, das wiederum einen Teil der erhaltenen Energie überden DC/DC-Wandler DCC an das Basis-Bordnetz abgibt. Der DC/DC-Wandler DCC ist hierzueingeschaltet und stellt den Energiefluss in das Basis-Bordnetz mit der festgelegten Sollspan¬nung V sicher. Bezüglich Letzterer gelten die obigen Ausführungen zu den Figuren 2 und 3.

[0082] In anderen Ausführungsbeispielen ist bei einer größeren Differenz von (niedrigerem) Ist-Energieniveau Ec des Hochleistungsspeichers und (höherem) Soll-Energieniveau ED der Span¬nungswandler DCC abgeschaltet, so dass das Basis-Bordnetz während der Erhöhung des Ist-Energieniveaus Ec durch generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine SG vorüberge¬hend nicht gespeist wird. Hierdurch wird eine schnellere Nachführung des Ist-EnergieniveausEc des Hochleistungsspeichers ES auf dessen Soll-Energieniveau gewährleistet. Die Steue¬rung, ob der Spannungswandler DCC in dieser Konstellation ein- oder ausgeschaltet ist, istbspw. von der Größe der Differenz zwischen Ist- und Soll-Energieniveau des Hochleistungs¬speichers ES abhängig. Auch an dieser Konstellation ist die steuerungstechnische Entkopplungzwischen dem Betrieb der elektrischen Maschine SG und der Speisung des Basis- Bordnetzesgut zu erkennen, denn die elektrische Maschine SG stellt elektrische Energie bereit, ohne dassdas Basis-Bordnetz mit dieser gespeist wird.

[0083] Jedenfalls spätestens wenn das Ist-Energieniveau Ec das Soll-Energieniveau ED wiedererreicht (durch tatsächliches Ansteigen des Ist-Energieniveaus Ec oder durch erneutes Herab¬setzen des Soll-Energieniveaus ED oder durch beides), wird die Speisung des Basis-Bordnetzeswieder aufgenommen.

[0084] Die Leistungskapazität des Gleichrichters PI und des DC/DC-Wandlers DCC ist sogewählt, dass der Gleichrichter PI eine schnelle Speicherung einer großen Energiemenge imStartenergiespeicher ES oder eine schnelle Einspeisung einer großen Energiemenge in denStartergenerator SG ermöglicht. Über den DC/DC-Wandler DCC fließt beispielsweise einegeringere Energiemenge.

STÜTZUNG DES ZWISCHENNETZES DURCH DAS BASIS-BORDNETZ

[0085] Bei einem Start des Verbrennungsmotors ICE mit dem Startergenerator SG wird - wieoben ausgeführt - der Startergenerator SG als Elektromotor betrieben. Die zum Start benötigteelektrische Energie entnimmt der Startergenerator SG im Allgemeinen aus dem Startenergie¬speicher ES.

[0086] Um mehrere aufeinanderfolgende Startversuche mit dem Startergenerator SG durchfüh¬ren zu können, ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass der Startergenerator SGden Verbrennungsmotor ICE auch dann startet, wenn das Ist-Energieniveau Ec unter das Start-fähigkeits-Energieniveau EDstart sinkt und beispielsweise zwischen zwei Startversuchen nur einekurze Zeitspanne liegt, z.B. 30 Sekunden.

[0087] Bei manchen Ausführungsformen nimmt das Energiemanagement neben der Speisungdes Basis-Bordnetzes aus dem Zwischennetz in bestimmten Situationen auch umgekehrt eineSpeisung des Zwischennetzes aus dem Basis-Bordnetz, sprich dem Energiespeicher B vor (Fig. 8). Wie im obigen Exkurs zum Zwischennetz beschrieben, ist es grundsätzlich Aufgabe desEnergiemanagements, dafür Sorge zu tragen, dass das Ist-Energieniveau Ec des Startenergie¬speichers 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 EDstartentspricht. Um dies zu erreichen, lässt sich - wie in Fig. 8 dargestellt - auch Energie aus demEnergiespeicher B in den Startenergiespeicher ES transferieren.

[0088] Ein solcher Energietransfer findet beispielsweise dann statt, wenn im Fahrbetriebszu¬stand Stopp das Ist-Energieniveau Ec trotz vorheriger Einspeicherung von Energie in den Star¬ tenergiespeicher ES unter dem Startfähigkeits-Energieniveau EDstart liegt, etwa aufgrund der o.g.mehreren (erfolglos) durchgeführten Startversuche, durch welche das Ist-Energieniveau Ecabgesunken ist oder auch einer gewissen Entladung des Startenergiespeichers ES aufgrundsehr langer Standzeit des Fahrzeugs. Eine Speisung des Startenergiespeichers ES aus demEnergiespeicher B erfolgt in diesen Situationen bspw. im Fahrbetriebszustand Stopp (etwa nachden genannten erfolglosen Startversuchen), im Fahrbetriebszustand Leerlauf (nach einemerfolgreichen Start) und/oder im Fahrbetriebszustand Fahren (z.B. gleich zu Beginn der Fahrt).

[0089] Für ein Wiederaufladen des Startenergiespeichers ES auf das Startfähigkeits- Energi¬eniveau EDstart wird über den DC/DC-Wandler DCC Energie vom Energiespeicher B in denStartenergiespeicher ES übertragen, bis das Startfähigkeits- Energieniveau EDstart des Star¬tenergiespeichers ES erreicht ist oder die im Energiespeicher B verbleibende Energie untereinen minimalen Ladezustand SOC fällt.

[0090] Bei manchen Ausführungsformen und Situationen erfolgt selbst während des Fahrbe¬triebszustands Start ein Energieumkehrbetrieb des DC/DC-Wandlers DCC. Der Startvorgangwird hier nicht ausschließlich mit Energie aus dem Startenergiespeicher ES, sondern zusätzlichoder alternativ aus dem Basis-Bordnetz, spricht dem Energiespeicher B durchgeführt (Fig. 9).Dies ist bspw. ebenfalls in dem o.g. Notfall mehrerer aufeinanderfolgender erfolgloser Startver¬suche sinnvoll, wenn das Ist-Energieniveau Ec des Startenergiespeichers unter das Startfähig¬keits-Energieniveau EDstart abgesunken oder gar bereits den Minimalwert erreicht hat. Hierzuverfügt der DC/DC-Wandler DCC über die entsprechenden elektrischen Eigenschaften. Erwandelt die niedrige Spannung aus dem Basis-Bord netz in eine vom Startergenerator SG benö¬tigte Energie höherer Spannung um. In diesem Fall ist die Leistungskapazität des DC/DC-Wandlers vergleichbar mit der des Gleichrichters PI.

[0091] Zusammenfassend verknüpft das vorliegend vorgestellte Energiemanagement verknüpftalso die Vorteile der Nutzung von Rekuperationenergie mit einer einfachen Steuerung der Spei¬sung des Bordnetzes mit elektrischer Energie. Die elektrische Maschine erfüllt sowohl die Auf¬gabe einer Lichtmaschine als auch eines Startergenerators, der bspw. bei einer Start-Stopp-Automatik zum Einsatz kommt. Der Zwischenkreis stellt eine ausreichende Startenergie sicherund dient gleichzeitig als Quelle für die Speisung des Bordnetzes.

Claims (13)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Steuerung der elektrischen Speisung eines mit einem Basisspeicher (B)ausgerüsteten Basis-Bordnetzes eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor (ICE), der miteiner elektrischen Maschine (SG) gekoppelt ist, wobei zwischen der elektrischen Maschine(SG) und dem Basis-Bordnetz ein Zwischennetz vorgesehen ist, das mit einem Hochleis¬tungsspeicher (ES) ausgerüstet ist und durch einen spannungswandelnden Koppler (DCC)mit dem Basis-Bordnetz gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsweisender elektrischen Maschine (SG) Leerlaufbetrieb und generatorischen Betrieb umfassen unddie elektrische Maschine (SG) im generatorischen Betrieb elektrische Energie in das Zwi¬schennetz liefert, im Leerlaufbetrieb jedoch keine elektrische Energie liefert, wobei die Ent¬nahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis-Bordnetz vom Betrieb derelektrischen Maschine (SG) steuerungstechnisch entkoppelt ist, indem: die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis- Bordnetz durchRegelung der Spannung im Basis-Bordnetz auf eine Sollspannung (V) des Basis-Bordnetzes mit Hilfe des spannungswandelnden Kopplers erfolgt; unddie Steuerung, ob die elektrische Maschine (SG) im Leerlauf oder generatorisch betriebenwird, davon abhängt, ob ein Ist-Energieniveau (Ec) des Hochleistungsspeichers (ES) überoder unter einem Soll-Energieniveau (ED) des Hochleistungsspeichers (ES) liegt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollspannung (V) desBasis-Bordnetzes variabel ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollspannung (V) desBasis-Bordnetzes vom Ladezustand (SOC) des Basisspeichers (B), vom Ist-Energieniveau(Ec) des Hochleistungsspeichers (ES), von der Zeitspanne (t) nach dem Starten des Ver¬brennungsmotors (ICE) und/oder der Temperatur des Basisspeichers (B) abhängt.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll¬spannung (V) des Basis-Bordnetzes von einem Korrekturfaktor (KEs) für das Ist-Energieniveau (Ec) des Hochleistungsspeichers (ES), von einem Korrekturfaktor (KB) fürden Ladezustand (SOC) des Basisspeichers (B) und/oder von einem Korrekturfaktor (Kt)für eine Zeitspanne (t) nach dem Starten des Verbrennungsmotors abhängt.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll¬spannung (V) des Basis-Bordnetzes umso höher ist, je geringer der Ladezustand (SOC)des Basisspeichers (B) ist.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll¬spannung (V) des Basis-Bordnetzes wenigstens auf einen vorbestimmten Minimalwert undhöchstens auf einen vorbestimmten Maximalwert gesetzt wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hoch¬leistungsspeicher (ES) als Startenergiespeicher ausgebildet ist, der die Energieversorgungfür den Start des Verbrennungsmotors (ICE) durch die elektrische Maschine (SG) bereit¬stellt, wobei im Rahmen des Startens des Verbrennungsmotors eine Speisung des Zwi¬schennetzes aus dem Basis-Bordnetz erfolgt, wenn das Ist-Energieniveau (Ec) des Hoch¬leistungsspeichers (ES) ein vorbestimmtes Startenergieniveau (EDstart) unterschreitet.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahr¬zeug mit einer Start-Stopp-Automatik ausgerüstet ist und jedenfalls der Wiederstart desVerbrennungsmotors (ICE) im Rahmen der Start-Stopp-Automatik durch die elektrischeMaschine (SG) durchgeführt wird, wobei die Speisung des Basis-Bordnetzes aus dem Zwi¬schennetz derart gesteuert wird, dass vor einem Stopp des Verbrennungsmotors (ICE) dasIst- Energieniveau (EC) des als Startenergiespeicher ausgebildeten Hochleistungsspei¬chers (ED) ein vorbestimmtes Startenergieniveau (EDstart) nicht unterschreitet.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der span¬nungswandelnde Koppler (DCC) als steuerbarer DC/DC- Wandler ausgebildet ist.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass span¬nungswandelnde Koppler (DCC) durch eine Steuereinheit (HCU) des Fahrzeugs gesteuertwird.
11. 11. Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, der mit einer elektrischen Maschine (SG) gekoppelt ist,wobei zwischen der elektrischen Maschine (SG) und dem Basis-Bordnetz ein Zwischen¬netz vorgesehen ist, das mit einem Hochleistungsspeicher (ES) ausgerüstet ist und durcheinen spannungswandelnden Koppler (DCC) mit dem Basis-Bord netz gekoppelt ist,dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (SG) dazu eingerichtet ist, inden Betriebsweisen Leerlaufbetrieb und generatorischen Betrieb betrieben zu werden undim generatorischen Betrieb elektrische Energie in das Zwischennetz zu liefern, im Leer¬laufbetrieb jedoch keine elektrische Energie zu liefern, wobei das Fahrzeug eine Steuereinrichtung (HCU) umfasst, die dazu eingerichtet ist, dieEntnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis-Bordnetz vom Betriebder elektrischen Maschine (SG) steuerungstechnisch entkoppelt zu steuern, indem sie da¬zu eingerichtet ist: die Entnahme elektrischer Energie aus dem Zwischennetz in das Basis-Bordnetz durchRegelung der Spannung im Basis-Bordnetz auf eine Sollspannung (V) des Basis-Bordnetzes mit Hilfe des spannungswandelnden Kopplers (DCC) zu steuern; und den Be¬trieb der elektrischen Maschine (SG) im Leerlauf oder generatorisch in Abhängigkeit davonzu steuern, ob ein Ist- Energieniveau (Ec) des Hochleistungsspeichers (ES) über oder untereinem Soll-Energieniveau (ED) des Hochleistungsspeichers (ES) liegt.
12. 12. Fahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (HCU)und der spannungswandelnde Koppler (DCC) dazu eingerichtet sind, die Sollspannung (V)des Basis-Bordnetzes variabel zu steuern.
13. 13. Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazueingerichtet ist, die Sollspannung (V) des Basis-Bordnetzes in Abhängigkeit vom Ladezu¬stand (SOC) des Basisspeichers (B), vom Ist-Energieniveau (Ec) des Hochleistungsspei¬chers (ES) im Zwischennetz, von der Zeitspanne (t) nach dem Starten des Verbrennungs¬motors (ICE) und/oder der Temperatur des Basisspeichers (B) zu steuern. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen