DE102012206772A1

DE102012206772A1 - Stützspeicher mit Mittenabgriff

Info

Publication number: DE102012206772A1
Application number: DE102012206772A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Pröbstle
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2032-04-26
Also published as: CN104335438B; DE102012206772B4; WO2013160341A1; CN104335438A; US9656620B2; US20150042161A1

Abstract

Fahrzeug mit einem ersten Teilbordnetz und mit einem zweiten Teilbordnetz, welches an zumindest einem ersten Knotenpunkt (K1) elektrisch mit dem ersten Teilbordnetz verbunden ist, wobei das erste Teilbordnetz eine erste Gruppe von elektrischen Verbrauchern (V1) umfasst und das zweite Teilbordnetz eine zweite Gruppe von elektrischen Verbrauchern (V2) umfasst, wobei das erste Teilbordnetz einen Starter (S) umfasst, das erste Teilbordnetz einem dem Starter parallel geschalteten Bordnetzspeicher (SP1) umfasst, das erste Teilbordnetz einen ersten Schalter (S1) zwischen der ersten Gruppe von Verbrauchern und dem elektrischen Bordnetzspeicher umfasst, das zweite Teilbordnetz einen ersten Gleichspannungssteller (DC1) umfasst, der zweiten Gruppe von elektrischen Verbrauchern ein elektrisches Stützspeichermodul (SP2) an einem zweiten Knotenpunkt (K2) parallel geschaltet ist, eine Schnittstelle des ersten Gleichspannungsstellers mit dem zweiten Knotenpunkt verbunden ist, das Stützspeichermodul einen elektrischen Mittenabgriff (KM) aufweist, und der Mittenabgriff über einen zweiten Schalter (S2) mit dem ersten Knotenpunkt verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem ersten Teilbordnetz und mit einem zweiten Teilbordnetz, welches an zumindest einem ersten Knotenpunkt elektrisch mit dem ersten Teilbordnetz verbunden ist, wobei das erste Teilbordnetz eine erste Gruppe von elektrischen Verbrauchern umfasst und das zweite Teilbordnetz eine zweite Gruppe von elektrischen Verbrauchern umfasst.
Das elektrische Bordnetz eines Fahrzeugs ist ein komplexes System mit mehreren aktiven und passiven Komponenten. Beispielsweise in der Schrift DE 10 2007 017 187 A1 ist ein Bordnetz mit spannungssensiblen Verbrauchern eines Fahrzeugs mit Motor-Start-Stopp-Funktion beschrieben. Der spannungssensible Verbraucher wird über einen Gleichspannungssteller und ein Sperrelement gestützt.
Die Schrift DE 102 48 658 A1 beschreibt die spannungsbezogene Stützung von Hochleistungsverbrauchern durch Parallelschaltung eines Supercap-Moduls. Das Supercap-Modul stützt spannungssensible Verbraucher insbesondere während eines Starts eines Verbrennungsmotors.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fahrzeug mit einem ersten Teilbordnetz und mit einem zweiten Teilbordnetz, welches an zumindest einem ersten Knotenpunkt elektrisch mit dem ersten Teilbordnetz verbunden ist, wobei das erste Teilbordnetz eine erste Gruppe von elektrischen Verbrauchern umfasst und das zweite Teilbordnetz eine zweite Gruppe von elektrischen Verbrauchern umfasst, zu beschreiben.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß umfasst das erste Teilbordnetz einen Starter, einen dem Starter parallel geschalteten Bordnetzspeicher und einen ersten Schalter zwischen der ersten Gruppe von Verbrauchern und dem elektrischen Bordnetzspeicher, und es umfasst das zweite Teilbordnetz einen ersten Gleichspannungssteller, ein elektrisches Stützspeichermodul, das der zweiten Gruppe von elektrischen Verbrauchern an einem zweiten Knotenpunkt parallel geschaltet ist, wobei eine Schnittstelle des ersten Gleichspannungsstellers mit dem zweiten Knotenpunkt verbunden ist, und einen elektrischen Mittenabgriff aufweist, welcher über einen zweiten Schalter mit dem ersten Knotenpunkt verbunden ist.
Unter einem Mittenabgriff wird in diesem Dokument verstanden, dass das über das gesamte Stützspeichermodul abfallende elektrische Potential nach dem Prinzip eines Spannungsteilers an dem Mittenabgriff teilweise, d. h. bei geringerem elektrischen Potential als dem gesamthaft abfallenden Potential abgreifbar ist. Dies bedeutet, dass das Stützspeichermodul die zweite Gruppe von elektrischen Verbrauchern stützt, d. h. mit elektrischer Energie und Leistung versorgt und dass das Stützspeichermodul bei geschlossenem zweiten Schalter über den Mittenabgriff zusätzlich die erste Gruppe von elektrischen Verbrauchern stützt.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Stützspeichermodul einen ersten Teilspeicher und einen zweiten Teilspeicher elektrisch in Reihe. Der Mittenabgriff befindet sich zwischen dem ersten Teilspeicher und dem zweiten Teilspeicher.
Die beiden Teilspeicher können als autarke Energiespeicher ausgebildet sein, welche gemeinsam das Stützspeichermodul bilden oder Bestandteile eines Energiespeichers sein, welcher das Stützspeichermodul bildet.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verfügt das Fahrzeug über eine von dem Starter startbare, verbrennungskraftmotorische Einheit, wobei das Fahrzeug als Verbrennungskraftfahrzeug mit einem Generator, der mit dem ersten Knotenpunkt oder mit dem zweiten Knotenpunkt verbunden ist, oder als Plug-In-Hybridfahrzeug oder Hybridfahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz, das über einen zweiten Gleichspannungssteller mit dem ersten Knotenpunkt verbunden ist, oder als Elektrofahrzeug mit einem Range-Extender-Motor und mit einem Hochvoltbordnetz, das über einen zweiten Gleichspannungssteller mit dem ersten Knotenpunkt verbunden ist, ausgebildet ist.
Es kann also das Fahrzeug neben dem ersten Teilbordnetz und dem zweiten Teilbordnetz auch über ein Hochvoltbordnetz verfügen, das über einen Gleichspannungssteller mit den beiden Teilbordnetzen elektrisch verbunden ist, sofern das Fahrzeug auch eine Verbrennungskraftmaschine aufweist. Die Verbrennungskraftmaschine ist nicht notwendigerweise als Traktionsmaschine zu nutzen, sondern kann wie bei einem batteriebetriebenen Elektrofahrzeug mit einem reichweitenverlängernden Zusatzmotor auch als Nebenaggregat dienen.
Nach einer weiteren Variante der Erfindung weisen das erste Teilbordnetz und der erste Teilspeicher eine Nennspannungslage zwischen 12 Volt und 14 Volt und das zweite Teilbordnetz eine Nennspannungslage zwischen 12 Volt und 60 Volt auf.
Demnach kann die zweite Gruppe von elektrischen Verbrauchern eine höhere Nennspannungslage aufweisen als die erste Gruppe von elektrischen Verbrauchern. Die Nennspanungslage des Stützspeichermoduls entspricht der Nennspannungslage der zweiten Gruppe von elektrischen Verbrauchern und die Nennspannungslage des ersten Teilspeichers entspricht der Nennspannungslage der ersten Gruppe von elektrischen Verbrauchern.
Vorteilhaft ist es, wenn das Stützspeichermodul aus Superkondensatorzellen aufgebaut ist, oder wenn das Stützspeichermodul aus Lithium-Ionen-Zellen aufgebaut ist.
Sowohl Superkondensatorzellen als auch Lithium-Ionen-Zellen weisen eine hohe Zyklisierbarkeit und eine hohe Stromtragfähigkeit auf, die sie als Stützspeicherkomponenten besonders geeignet erscheinen lassen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist von dem Fahrzeug ein Fahrbetrieb einnehmbar, bei welchem der erste Schalter geschlossen und der zweite Schalter geöffnet ist oder der erste Schalter geöffnet und der zweite Schalter geschlossen ist, es ist von dem Fahrzeug ein Zustartbetrieb einnehmbar ist, bei welchem der erste Schalter geöffnet ist und der zweite Schalter geschlossen ist, und es ist von dem Fahrzeug ein Equilibrierbetrieb einnehmbar, bei welchem der erste Schalter geschlossen ist und der zweite Schalter geschlossen ist.
Das bedeutet, dass in einem Fahrbetrieb, bei dem der erste Schalter geschlossen und der zweite Schalter geöffnet ist, der Bordnetzspeicher die erste Gruppe von elektrischen Verbrauchern stützt und das Stützspeichermodul die zweiten Gruppe von elektrischen Verbrauchern stützt. In diesem Fahrbetrieb ist der Bordnetzspeicher bei ausreichend hohem elektrischen Potential am ersten Knotenpunkt und das Stützspeichermodul bei ausreichend hohem elektrischen Potential am zweiten Knotenpunkt ladbar. Falls im Fahrbetrieb der erste Schalter geöffnet und der zweite Schalter geschlossen ist, stützt des Stützspeichermodul die zweite Gruppe von elektrischen Verbrauchern und der erste Teilspeicher stützt die erste Gruppe von elektrischen Verbrauchern.
In einem Zustartbetrieb wird der Starter betätigt, wobei der erste Schalter geöffnet und der zweite Schalter geschlossen ist. Während des Startes kommt es zu einem Spannungseinbruch an dem Bordnetzspeicher, wovon die erste Gruppe von elektrischen Verbrauchern entkoppelt ist. Stattdessen wird die erste Gruppe von elektrischen Verbrauchern von dem ersten Teilspeicher gestützt. Dabei wird dieser möglicherweise signifikant entladen oder geladen. Nach dem Start wird der erste Schalter geschlossen und der zweite Schalter verbleibt ebenfalls geschlossen, was als Equilibrierbetrieb bezeichnet wird. Im Equilibrierbetrieb wird der zweite Teilspeicher über eine Potentialabsenkung am zweiten Knotenpunkt entladen oder über eine Potentialerhöhung am zweiten Knotenpunkt, bis der erste Teilspeicher und der zweite Teilspeicher einen vergleichbaren relativen Ladezustand aufweisen. Danach wird der zweite Schalter geöffnet, womit der Fahrbetrieb hergestellt ist.
Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:
Es gibt Fahrzeuge mit einer Verbrennungskraftmaschine, die über ein herkömmliches 12-V-Energiebordnetz zur elektrischen Energieversorgung verfügen. Plug-In-Hybridfahrzeuge und batterieelektrische Fahrzeuge verfügen über einen elektrifizierten Antriebsstrang mit einem herkömmlichen 12 Volt-Energiebordnetz und einem Hochvoltbordnetz, wobei das Hochvoltbordnetz der elektrischen Versorgung des Antriebsstranges und das 12 Volt-Bordnetz der Versorgung der weiteren elektrischen Verbraucher zugeordnet ist.
Die herkömmliche 12 Volt-Bordnetzarchitektur ist kaum in der Lage, die Herausforderungen durch die Integration weiterer Verbraucher in das Bordnetz, insbesondere von Hochleistungsverbrauchern, zu erfüllen, wie zum Beispiel von elektrischen Lenksystemen, elektrischen Wankstabilisierungssystemen oder Zustartsystemen von hybridisierten Fahrzeugen.
Es wird deshalb vorgeschlagen, eine geschickte Erweiterung des Bordnetzes bei einer Spannungslage von 48 Volt für Hochleistungsverbraucher vorzunehmen und diese Spannungsebene mit der 12 Volt Ebene zu verschalten, damit die Anforderungen von Hochleistungsverbrauchern und Zustartsystemen gleichzeitig erfüllt werden können unter Einhaltung der Stabilitätskriterien der Bordnetzzweige.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigt schematisch
1 Variante eines Fahrzeugs mit Stützspeicher mit Mittenabgriff
2 Variante eines Fahrzeugs mit Stützspeicher mit Mittenabgriff
3 Betriebsabhängiger Spannungsverlauf am Stützspeicher mit Mittenabgriff
1 und 2 zeigen die Architektur eines Fahrzeugs mit zwei Niedervoltbordnetzen. Das Fahrzeug kann entweder als Fahrzeug mit nur einem Verbrennungsmotor (ICEV) und einem Generator ausgestaltet sein, wobei der Generator (G) auf dem Potential des Knotenpunkt (K1) (siehe 1) oder der Generator (G') auf dem Potential des Knotenpunkts (K3) (siehe 2) liegt. Nach einer alternativen Ausführungsform in 1 und 2 kann das Fahrzeug als Fahrzeug mit elektrifiziertem Antriebsstrang, d. h. als Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV), als Hybridfahrzeug (HEV) oder als Batterieelektrofahrzeug mit Range-Extender-Motor (BEV), ausgeführt sein, die jeweils über ein Hochvoltbordnetz mit einem Hochvoltgleichspannungssteller (DC2) verfügen, der auch als zweiter Gleichspannungssteller bezeichnet wird. Der Gleichspannungssteller (DC2) verfügt über eine niedervoltseitige Schnittstelle, die auf dem Potential des Knotenpunkts (K1) liegt.
An dem Knotenpunkt (K1) ist nach 1 und 2 ein erstes Teilbordnetz angebunden, das elektrische Verbraucher (V1), einen ersten Schalter (S1), einen elektrischen Energiespeicher, den Bordnetzspeicher (SP1), und einen Starter umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel weist das erste Teilbordnetz eine Nennspannungslage von 12 Volt auf. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann der Bordnetzspeicher als Blei-Säure-Batterie oder als Lithium-Ionen-Batterie ausgeführt. Die elektrischen Verbraucher (V1) umfassen konventionelle elektrische Verbraucher der Fahrzeugtechnik wie etwa Scheibenwischer, Sitzheizung, Steuergeräte, etc.
An dem Knotenpunkt (K1) ist nach 1 und 2 ein zweites Teilbordnetz mit einem ersten bidirektionalen Gleichspannungssteller (DC1), einem zweiten Schalter (S2), elektrischen Hochleistungsverbrauchern (V2) und einem Stützspeicher (SP2) angebunden. Ausgehend von dem Knotenpunkt (K1) ist parallel zu dem ersten Gleichspannungssteller (DC1) ein elektrischer Pfad mit dem zweiten Schalter (S2) geschaltet, der einen spannungsteilenden Abgriff (KM) an dem Stützspeicher (SP2) aufweist. Eine Schnittstelle des ersten Gleichspannungsstellers ist mit dem Knotenpunkt (K1) und eine weitere Schnittstelle mit dem Potential (K3) des Stützspeichers und der Hochleistungsverbraucher verbunden.
Der Abgriff (KM) teilt den Speicher (SP2) in einen ersten Teilspeicher (SP2a) und in einen zweiten Teilspeicher (SP2b). Parallel zum Stützspeicher (SP2) sind die Hochleistungsverbraucher (V2) angebunden. Das zweite Teilbordnetz weist eine Nennspannungslage zwischen 20 Volt und 60 Volt, in diesem Ausführungsbeispiel von 48 Volt auf. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist der Stützspeicher als Superkondensatormodul ausgeführt, das in Gestalt des ersten Teilspeichers ein Superkondensatorteilmodul mit der Nennspannungslage 12 Volt und in Gestalt des zweiten Teilspeichers ein Superkondensatorteilmodul mit der Nennspannungslage 36 Volt aufweist. Die Superkondensatorteilmodule sind jeweils aus einer Reihenschaltung von mehreren Superkondensatorzellen gleicher Einzelzellnennspannungslage aufgebaut. Bei einer Zellnennspannungslage von etwa 2 Volt besteht der erste Teilspeicher aus sechs Superkondensatorzellen und der zweite Teilspeicher aus 18 Superkondensatorzellen. Alternativ zu den Superkondensatorzellen können auch Lithium-Ionen-Zellen verwendet werden. Unabhängig von einem Betriebszustand des Stützspeichers weisen die das erste Teilmodul bildenden Superkondensatorzellen eine im Wesentlichen gleiche Einzelzellspannung auf, die als erste Teilmodulspannung bezeichnet wird, und die das zweite Teilmodul bildenden Superkondensatorzellen eine im Wesentlichen gleiche Einzelzellspannung, die als zweite Teilmodulspannung bezeichnet wird.
Als Hochleistungsverbraucher (V2) können jene Verbraucher zusammengefasst sein, die einen kurzzeitig hohen Leistungsbedarf anfordern. Dies sind etwa elektrische Fahrwerkskomponenten wie z. B. eine elektrische Lenkung oder eine elektrische Wankstabilisierung des Fahrzeugs bei einem Fahrmanöver, z. B. Ausweichen bei hoher Geschwindigkeit. In 1 ist der optionale Generator (G) als 12 Volt-Generator ausgelegt, in 2 ist der optionale Generator als 48 Volt-Generator mit einem Betriebsbereich von beispielsweise 36–52 V ausgelegt.
Der Starter (S), der in 1 und 2 ebenfalls einen kurzzeitig hohen Leistungsbedarf anfordert, ist in das erste Teilbordnetz integriert und nicht von den Hochleistungsverbrauchern (V2) umfasst.
Bei regulärem Fahrbetrieb kann der erste Schalter (S1) geschlossen und der zweite Schalter (S2) geöffnet sein. Dies bedeutet, dass die Verbraucher (V1) des ersten Teilbordnetzes von dem Bordnetzspeicher elektrisch gespeist und spannungsbezogen gestützt und zusätzlich entweder über den zweiten Gleichspannungssteller (DC2) aus dem Hochvoltbordnetz oder von dem Generator (G) mit elektrischer Energie versorgt werden.
Die Hochleistungsverbraucher des zweiten Teilbordnetzes werden von dem Stützspeicher (SP2) elektrisch gespeist und spannungsbezogen gestützt und zusätzlich entweder über den zweiten Gleichspannungssteller (DC2) und dem ersten Gleichspannungssteller (DC1) aus dem Hochvoltbordnetz oder – nach 1 – von dem Generator (G) über den ersten Gleichspannungssteller (DC1) oder – nach 2 – von dem Generator (G') mit elektrischer Energie versorgt.
Der reguläre Fahrbetrieb ist in 3 als (A) gekennzeichnet. Die Querachse (1) bezeichnet die Zeit, die Hochachse die Spannung. Der Verlauf (3) bezeichnet die Einzelzellspannungslage der den ersten Teilspeicher bildenden Zellen, d. h. die erste Teilmodulspannung, der Verlauf (4) bezeichnet die Einzelzellspannungslage der den zweiten Teilspeicher bildenden Zellen, d. h. die zweite Teilmodulspannung. Im regulären Fahrbetrieb (A) sind diese beiden Einzelzellspannungslagen infolge des geöffneten Schalters (S2) im Wesentlichen vergleichbar.
Bei einer Leistungsanforderung durch den Starter (S) wird nach 1 und 2 der erste Schalter (S1) geöffnet und der zweite Schalter (S2) geschlossen. Das heißt, dass der Starter im Moment des Starts zwar vom Bordnetzspeicher gespeist wird, jedoch vom ersten Teilbordnetz entkoppelt ist. Dieser Betrieb wird als Zustartbetrieb bezeichnet. Die Verbraucher (V1) werden aus dem ersten Teilmodul (SP2a) elektrisch gespeist und spannungsbezogen gestützt. Dies bedeutet, dass zu einer vom zweiten Teilmodul (SP2b) unabhängigen Entladung des ersten Teilmoduls (SP2a) kommen kann. Somit weisen die das erste Teilmodul bildenden Superkondensatorzellen im Vergleich zu den das zweite Teilmodul bildenden Superkondensatorzellen einen niedrigeren Ladezustand und eine geringere Einzelzellspannung auf. Dieser Zustand wird als unequilibriert bezeichnet. Auch ein Zustand, bei dem die das erste Teilmodul bildenden Superkondensatorzellen im Vergleich zu den das zweite Teilmodul bildenden Superkondensatorzellen einen höheren Ladezustand und eine höhere Einzelzellspannung aufweisen, ist unequilibriert.
Als Schalter (S1) und (S2) können Halbleiterschalter eingesetzt werden. Bei Einstellung des Zustartbetriebs aus dem regulären Fahrbetrieb heraus ist es vorteilhaft, zunächst den zweiten Schalter (S2) zu schließen und danach – idealerweise in einem Zeitfenster in der Größenordnung Millisekunden- den ersten Schalter (S1) zu öffnen, so dass die elektrischen Verbraucher (V1) durchgehend spannungsbezogen gestützt sind.
In 3 ist der Zustartbetrieb als (B) bezeichnet. Mit zunehmender Zeit kommt es zu einer Drift zwischen der Einzelzellspannungslage der den ersten Teilspeicher bildenden Zellen und der Einzelzellspannungslage der den zweiten Teilspeicher bildenden Zellen.
Nach einer Betätigung des Starters (S) wird in 1 und 2 der erste Schalter (S1) geschlossen. Auch der zweite Schalter (S2) verbleibt zunächst geschlossen. Der Zustand bei geschlossenem ersten Schalter (S1) und bei geschlossenem zweiten Schalter (S2) wird als Equilibrierung bezeichnet, und ist in 3 als Betriebsart (C) gezeigt.
Bei der Equilibrierung wird eine Ladungsangleichung zwischen den unequilibrierten Teilspeichern (SP2a) und (SP2b) angestrebt. Im equilibrierten Zustand weisen alle die beiden Teilspeicher bildenden Superkondensatorzellen eine vergleichbare Einzelzellspannung auf.
Die Equilibrierung kann in 1 und 2 durch ein gezieltes Entladen des zweiten Teilspeichers erfolgen, wenn die den ersten Teilspeicher bildenden Superkondensatorzellen im Vergleich zu den den zweiten Teilspeicher bildenden Superkondensatorzellen einen niedrigeren Ladezustand und eine geringere Einzelzellspannung aufweisen. Das Entladen des zweiten Teilspeichers (SP2b) kann über den zweiten Gleichspannungssteller in das erste Teilbordnetz erfolgen. Diese Entladung wird so lang aufrecht erhalten, bis die Einzelzellspannung der den zweiten Teilspeicher bildenden Zellen die Einzelzellspannung der den ersten Teilspeicher bildenden Zellen erreicht hat.
Alternativ kann die Equilibrierung durch gezieltes Laden des zweiten Teilspeichers erfolgen, wenn die den ersten Teilspeicher bildenden Superkondensatorzellen im Vergleich zu den den zweiten Teilspeicher bildenden Superkondensatorzellen einen höheren Ladezustand und eine höhere Einzelzellspannung aufweisen. Dann kann der zweite Teilspeicher über den ersten Gleichstromsteller bei geschlossenem zweiten Schalter durch Anlagen eines Ladepotentials zwischen dem Mittenabgriff (KM) und dem zweiten Knotenpunkt (K2) durch den ersten Gleichstromsteller geladen werden. Die Ladung wird so lange aufrecht erhalten, bis die Einzelzellspannung der den zweiten Teilspeicher bildenden Zellen die Einzelzellspannung der den ersten Teilspeicher bildenden Zellen erreicht hat. Nach 2 kann die Ladung zur Equilibrierung alternativ über den Generator (G') erfolgen.
Gemäß 3 führt die Equilibierung (C), bei welcher der zweite Teilspeicher in diesem Ausführungsbeispiel entladen wird, zu einer Angleichung zweiten Teilmodulspannung an die erste Teilmodulspannung.
Im equilibrierten Zustand in 1 und 2 wird der zweite Schalter (S2) geöffnet. Somit ist im equilibrierten Zustand der erste Schalter (S1) geschlossen und der zweite Schalter (S2) geöffnet. Dies entspricht der Einstellung im regulären Fahrbetrieb und ist in 3 als (A) gekennzeichnet. Im equilibrierten Zustand kann der Stützspeicher über den bidirektionalen Gleichspannungssteller (DC1) geladen werden, indem ein Ladepotential am Knotenpunkt (K3) angelegt wird. Die Ladeleistung stammt dabei aus dem ersten Teilbordnetz oder zusätzlich über den zweiten Gleichspannungssteller (DC2) aus dem Hochvoltbordnetz oder – im Falle von 1 – über den Generator (G). Im Fall von 2 kann die Ladeleistung auch vom Generator (G') stammen. Nur im equilibrierten Zustand sind beide Teilspeicher effizient ladbar, da es andernfalls in einer Reihenschaltung von Superkondensatorzellen zu einem verstärkten Abfall des Ladepotentials an den stärker geladene Superkondensatorzellen zu Lasten der schwächer geladenen Superkondensatorzellen käme. Auf diese Weise würde auch der unequilibrierte Zustand weiter verstärkt.
Zusätzlich zu dieser Ausführungsform ist nach einer alternativen Ausführungsform bei regulärem Fahrbetrieb gemäß 1 und 2 der erste Schalter (S1) geöffnet und der zweite Schalter (S2) geschlossen. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, falls ein Hybridfahrzeug im regulären Fahrbetrieb in einem Zustand befindlich ist, bei dem der Antrieb bei stillstehendem Verbrennungsmotor elektrisch gespeist wird. Dann speist der Stützspeicher die Hochleistungsverbraucher (V2) und der erste Teilspeicher die elektrischen Verbraucher (V1). Damit ist in dieser Situation die Schaltkonfiguration des Zustartbetriebs, d. h. erster Schalter (S1) geöffnet und zweiter Schalter (S2) geschlossen, bereits im regulären Fahrbetrieb voreingestellt. Dies bietet den Vorteil geringerer Anforderungen an die Schaltpräzision der beiden Schalter (S1) und (S2). Es können beispielsweise Relais eingesetzt werden.
Die Architektur aus 1 und 2 bietet den Vorteil, dass unabhängig vom Fahrzeugtypus ICEV, PHEV, HEV oder BEV im zweiten Teilbordnetz Hochleistungsverbraucher (V2) versorgbar sind unter Aufrechterhaltung einer stabilen Spannungslage im ersten Teilbordnetz (V1) bei hoher Versorgungsqualität in beiden Teilbordnetzen. Diese Versorgungsqualität wird auch bei einem Zustart des Verbrennungsmotors aufrecht erhalten, was durch die Verschaltung der beiden Teilbordnetze in Kombination mit den Schalterstellungen in Abhängigkeit von Betriebsarten des Fahrzeugs gewährleistet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007017187 A1 [0002]
DE 10248658 A1 [0003]

Claims

Fahrzeug mit einem ersten Teilbordnetz und mit einem zweiten Teilbordnetz, welches an zumindest einem ersten Knotenpunkt (K1) elektrisch mit dem ersten Teilbordnetz verbunden ist, wobei das erste Teilbordnetz eine erste Gruppe von elektrischen Verbrauchern (V1) umfasst und das zweite Teilbordnetz eine zweite Gruppe von elektrischen Verbrauchern (V2) umfasst. dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Teilbordnetz einen Starter (S) umfasst, – das erste Teilbordnetz einen dem Starter parallel geschalteten Bordnetzspeicher (SP1) umfasst, – das erste Teilbordnetz einen ersten Schalter (S1) zwischen der ersten Gruppe von Verbrauchern und dem elektrischen Bordnetzspeicher umfasst, – das zweite Teilbordnetz einen ersten Gleichspannungssteller (DC1) umfasst, – der zweiten Gruppe von elektrischen Verbrauchern ein elektrisches Stützspeichermodul (SP2) an einem zweiten Knotenpunkt (K2) parallel geschaltet ist, – eine Schnittstelle des ersten Gleichspannungsstellers mit dem zweiten Knotenpunkt verbunden ist, – das Stützspeichermodul einen elektrischen Mittenabgriff (KM) aufweist, und – der Mittenabgriff über einen zweiten Schalter (S2) mit dem ersten Knotenpunkt verbunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Stützspeichermodul einen ersten Teilspeicher (SP2a) und einen zweiten Teilspeicher (SP2b) elektrisch in Reihe umfasst, und – der Mittenabgriff sich zwischen dem ersten Teilspeicher und dem zweiten Teilspeicher befindet.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das Fahrzeug über eine von dem Starter startbare, verbrennungskraftmotorische Einheit verfügt, und – das Fahrzeug als Verbrennungskraftfahrzeug mit einem Generator (G) ausgebildet ist, der mit dem ersten Knotenpunkt oder mit dem zweiten Knotenpunkt verbunden ist, oder – das Fahrzeug als Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV) oder Hybridfahrzeug (HEV) mit einem Hochvoltbordnetz, das über einen zweiten Gleichspannungssteller (DC2) mit dem ersten Knotenpunkt verbunden ist, ausgebildet ist, oder – das Fahrzeug als Elektrofahrzeug mit einem Range-Extender-Motor und mit einem Hochvoltbordnetz, das über einen zweiten Gleichspannungssteller (DC2) mit dem ersten Knotenpunkt verbunden ist, ausgebildet ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Teilbordnetz und der erste Teilspeicher jeweils eine Nennspannungslage zwischen 9 Volt und 16 Volt aufweisen, und – das zweite Teilbordnetz eine Nennspannungslage zwischen 12 Volt und 60 Volt aufweist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Stützspeichermodul als Superkondensatorzellen aufgebaut ist, oder – das Stützspeichermodul aus Lithium-Ionen-Zellen aufgebaut ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – von dem Fahrzeug ein Fahrbetrieb einnehmbar ist, bei welchem der erste Schalter geschlossen ist und der zweite Schalter geöffnet ist, oder bei welchem der erste Schalter geöffnet und der zweiten Schalter geschlossen ist, – von dem Fahrzeug ein Zustartbetrieb einnehmbar ist, bei welchem der erste Schalter geöffnet ist und der zweite Schalter geschlossen ist, und – von dem Fahrzeug ist ein Equilibrierbetrieb einnehmbar, bei welchem der erste Schalter geschlossen ist und der zweite Schalter geschlossen ist