WO2012076123A1 - Kraftfahrzeugbordnetz und verfahren zum betreiben eines kraftfahrzeugbordnetzes - Google Patents

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    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle electrical system and a method for operating a
  • Modern motor vehicles are increasingly equipped with a start-stop function due to the problem of C0 2 emissions at idle.
  • a start-stop function the engine z. B. switched off at a traffic light when stopping the vehicle to save fuel and reduce C0 2 emissions.
  • the engine is restarted via the starter.
  • the starter draws up to 800 A current to pull the motor out, a voltage of up to 6 V drops at the internal resistance of the vehicle battery.
  • Stop operation at traffic lights it is also already known, the engine (internal combustion engine) even when the motor vehicle when it is not in use off ("freewheel engine off";"Start-Stop on the move"). In any case, a restart of the motor vehicle is to ensure.
  • a device for controlling a power supply of a vehicle electrical system of a vehicle can be connected to the consumer, comprising a first energy storage for providing electrical energy to a starter, a generator for generating a generator voltage and a first controllable
  • Switching element which is provided between the first energy storage and the generator, and which is designed such that it allows a current flow in one direction only from the first energy storage to the generator during operation of the vehicle.
  • the switching element may also have a further switching state, in which the switching element behaves like a conductor.
  • the controllable switching element is a field-effect transistor, in particular a MOSFET. Since field-effect transistors can be switched with low gate voltages and minimal time delay, it is therefore possible to quickly detect changes in the current flow via the controllable switching element or strong ones
  • a field-effect transistor or field-effect transistors connected in parallel can be arranged so that the forward direction of its intrinsic diode or diodes is the direction of the first
  • the device comprises a further energy store for providing electrical energy to the consumers, which is arranged such that the first controllable switching element is arranged between the first energy store on the one hand and the generator and the further energy store on the other hand.
  • a charging circuit is provided, wherein the charging circuit is formed during operation of the vehicle such that the first energy storage is charged to a voltage UE1 which is equal to or greater than the voltage of the second energy storage UE2 and is smaller than the voltage of the generator.
  • the first energy store is preferably designed as a double-layer capacitor and the second energy store as a battery.
  • Energy storage provides electrical energy to the starter for a warm start and / or attenuates voltage fluctuations by the consumer, wherein the second energy storage provides electrical energy for the starter during a cold start.
  • the motor vehicle electrical system comprises a starter and a first energy storage, which are arranged in a first region of the motor vehicle electrical system, and a generator and a second energy storage, which are arranged in a second region of the motor vehicle electrical system, wherein between the first and the second region of
  • a switching element is arranged, the at least two
  • Switching states wherein in a first switching state, a current flow only in the direction from the first region to the second region is possible and in a second switching state of the first and second regions are interconnected, wherein the second energy storage connected via a DC / DC converter to the generator is, being about a second
  • Switching element of the starter is connected directly to the second energy storage.
  • the DC / DC converter By the DC / DC converter, a very regulated charging management can be made, so that the second energy storage can be easily loaded to the selected voltage level.
  • the second energy storage device by means of the DC / DC converter in start-up phases can keep the vehicle electrical system voltage for the vehicle electrical system consumers very stable.
  • a setpoint voltage of the second energy store is greater than a setpoint voltage of the generator and of the first energy store, wherein via the second
  • Switching element of the starter is optionally connected to the first switching element or directly to the second energy storage. Due to the higher voltage of the second energy storage more energy can be stored, which increases both the restartability and the voltage stability of the electrical system.
  • the DC / DC converter transforms the voltage from the second energy store down to the on-board network consumers. By selectively connecting the second switching element, which operates as a changeover switch, it is prevented that the higher voltage of the second energy store can have repercussions on the second area via the first switching element.
  • the setpoint voltage of the second energy store is less than or equal to a setpoint voltage of the generator and of the first energy store, wherein the second energy store is connected to the starter via a second switching element.
  • the second switching element may be formed as a simple power switch, since the diode of the first switching element always blocks because the voltage across the DC / DC converter is transformed up, so that the voltage applied directly to the starter voltage of the second energy storage is always less than the voltage at the on-board network consumers in the second area is.
  • the second energy store is designed as at least one capacitor, more preferably a double-layer capacitor. It can also be provided that the energy storage is designed as a capacitor pack, wherein in each case a plurality of capacitors in series and these series circuits are connected in parallel. However, it is also possible to form the second energy store as a battery.
  • the first energy store is preferably designed as a battery, which is possibly composed of a plurality of battery cells. In principle, the first energy store can be off
  • Capacitors are formed.
  • the first switching element is designed as a MOSFET.
  • a diagnostic module is assigned to the first energy store, in dependence of which the first and / or second switching element can be controlled.
  • the diagnostic module can, for example, detect the current from the energy store and / or determine the SOC (state of charge) and / or SOH (state of health). If the diagnostic module then detects a defect (eg insufficient charge state or line break between the battery cells), the second energy store is connected to the starter.
  • the diagnostic module may interconnect the first and second regions via the first switching element if the first energy storage needs to be charged by the generator. The diagnostic module can switch the switching elements directly or provide its data to a higher-level control unit.
  • the second switching element is designed as a galvanically isolating switching element so as to safely exclude the repercussions on the electrical system.
  • the second switching element is designed as a power relay.
  • the motor vehicle electrical system is formed with a control unit, by means of which a start-stop system is executable.
  • the start-stop system can be integrated into an engine control unit.
  • the start-stop system also accesses the data of the diagnostic module, so that, for example, the start-stop system is deactivated when the first energy store is poorly charged.
  • Switching element of the starter is connected directly to the second energy storage and the starting energy is supplied by the second energy storage.
  • the first switching element when starting from the first energy store, the first switching element is switched to the first switching state.
  • the electrical system is decoupled from the starter and voltage dips in the electrical system are avoided.
  • the first switching element is switched to the second switching state to charge the first energy store by the excited generator.
  • Fig. 1 is a schematic block diagram of a motor vehicle electrical system
  • Fig. 2 is a schematic block diagram of a motor vehicle electrical system in an alternative embodiment.
  • the motor vehicle electrical system 1 comprises a starter 2, a starter switch 3, a first energy store 4 and a diagnostic module 5, which are each arranged in a first area of the motor vehicle electrical system 1. Furthermore, this includes
  • Motor vehicle electrical system 1 a generator 6, onboard power consumers 7, 8, a second
  • the first switching element 12 includes two switching states whose functionality can be represented by a diode 14 and a parallel to the diode 14 arranged switch 15. In a first switching state (switch 15 open), a current flow is only possible in the direction from the first region to the second region (diode function). In a second switching state (switch 15 closed), the first and the second region are connected through.
  • the first switching element 12 can be formed by a real diode 14 with a real switch 15 or by at least one MOSFET whose intrinsic diode forms the diode 14.
  • the second switching element 13 also has two switching states. In a first switching state, the second switching element 13 connects the first energy store 4 with the first
  • the second switching element 13 connects the first energy storage 4 and the starter 2 to the second energy storage.
  • the first energy storage 4 is designed as a battery which is composed of a plurality of battery cells 16. However, the first energy storage 4 may also be designed as a monolithic battery.
  • the diagnostic module 5 monitors the functionality of the first energy store 4 and detects, for example, the battery voltage and / or the
  • the voltage level of the first energy storage 4 is for example at 12 V.
  • the second energy storage 9 consists of a capacitor pack, with individual
  • Capacitors are connected in series and the series connection are connected in parallel.
  • the Capacitors are preferably designed as double-layer capacitors.
  • the voltage level of the second energy store 9 is, for example, 20-24 V.
  • the operation of the motor vehicle electrical system 1 is as follows:
  • the supply of the starter 2 is carried out with electrical energy from the first energy storage 4.
  • Onboard power consumers 7, 8 is converted downward. After the starter 2 has started a motor, not shown, this can drive the generator 6. After the engine has started, the starter switch 3 is opened again. The DC / DC converter 10 can now be operated in a different direction so that the second energy store 9 is recharged by the generator 6, for which purpose the DC / DC converter 10 converts the generator voltage upwards. If the diagnostic module 5 determines that the SOC of the first energy store 4 has dropped, the first switching element 12 can be switched to the second switching state. Then the generator 6 can charge the first energy store 4.
  • the diagnostic module 5 detects that the first
  • Energy storage 4 is not sufficiently charged or has another defect (eg Batterieschriss, connection tear between two battery cells 16, etc.), so the second switching element 13 is switched to the second switching state. This is the second one
  • Energy storage 9 is connected directly to the first energy storage 4 and the starter 2 and can supply the starter 2 with its high voltage of about 20 - 24 V.
  • the thereby flowing high starter current does not have to flow over the DC / DC converter 10, so that it can be set lower in terms of power.
  • On-board network consumers 7, 8 during the startup process also takes place through the second energy store 9, voltage dips being compensated by the DC / DC converter 10.
  • the control of the switching elements 12, 13 can be done by the diagnostic module 5 and / or another control device, such as an engine control unit. It should also be noted that in principle it is also possible to charge the first energy store 4 through the second energy store 9 by switching the second switching element 13 into the second switching state.
  • the fuse 11 prevents an overload on the DC / DC converter 10. Instead of a
  • Fuse 11 may also be another suitable turn-off element such as a power semiconductor switch or a relay can be used.
  • the fuse can be designed both as an irreversible fuse and as a reversible fuse (PTC).
  • an alternative motor vehicle electrical system 1 is shown.
  • the setpoint voltage of the second energy store 9 is less than / equal to the setpoint voltage of the generator 6 and the first energy store 4.
  • the first switching element 12 is firmly connected to the starter 2.
  • the second switching element 13 is located between the second energy storage 9 and the starter 2. In a defect of the first energy storage 4, the second switching element 13 is closed, so that the second energy storage 9 can energize the starter 2.
  • the DC / DC converter 10 transforms the voltage of the second energy storage 9 upward.
  • the diode 14 is always poled in the reverse direction during the starting process, so that when the switch 15 is open, repercussions of the starting process on the second region of the
  • Motor vehicle electrical system 1 are excluded.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbordnetz (1), umfassend einen Starter (2) und einen ersten Energiespeicher (4), die in einem ersten Bereich des Kraftfahrzeugbordnetzes (1) angeordnet sind, und einen Generator (6) und einen zweiten Energiespeicher (9), die in einem zweiten Bereich des Kraftfahrzeug bordnetzes (1) angeordnet sind, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich des Kraftfahrzeugbordnetzes (1) ein Schaltelement (12) angeordnet ist, das mindestens zwei Schaltzustände aufweist, wobei in einem ersten Schaltzustand ein Stromfluss nur in Richtung vom ersten Bereich zum zweiten Bereich möglich ist und in einen zweiten Schaltzustand der erste und zweite Bereich miteinander durchverbunden sind, wobei der zweite Energiespeicher (9) über einen DC/DC-Wandler (10) mit dem Generator (6) verbunden ist, wobei über ein zweites Schaltelement (13) der Starter (2) direkt mit dem zweiten Energiespeicher (9) verbunden ist sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftfahrzeugbordnetzes (1).

Description

Beschreibung
Kraftfahrzeugbordnetz und Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugbordnetzes
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug bordnetz und ein Verfahren zum Betreiben eines
Kraftfahrzeugbordnetzes.
Moderne Kraftfahrzeuge werden augrund der Problematik des C02-Ausstoßes im Leerlauf zunehmend mit einer Start-Stopp-Funktion ausgestattet. Bei einer Start-Stopp-Funktion wird der Motor z. B. beim Anhalten des Fahrzeuges an einer Ampel ausgeschaltet, um Kraftstoff zu sparen und C02-Emissionen zu reduzieren. Zum Weiterfahren wird der Motor über den Starter wieder gestartet. Da der Starter zum Losreißen des Motors bis zu 800 A Strom zieht, fällt am Innenwiderstand der Fahrzeugbatterie eine Spannung von bis zu 6 V ab. Die verfügbare Klemmspannung im Bordnetz fällt also kurzzeitig auf 12 V - 6 V = 6 V ab. Neben dem Start-. Stopp-Betrieb an Ampeln ist es auch bereits bekannt, den Motor (Verbrennungskraftmaschine) auch bei fahrendem Kraftfahrzeug bei Nichtgebrauch ausschalten zu können ("Freilauf Motor aus"; "Start-Stopp on the move"). Auf jeden Fall ist ein Wiederstarten des Kraftfahrzeuges zu gewährleisten.
Aus der DE 10 2008 054 885 A1 ist eine Vorrichtung zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes eine Fahrzeuges bekannt, an das Verbraucher anschließbar sind, umfassend einen ersten Energiespeicher zum Bereitstellen von elektrischer Energie an einem Starter, einen Generator zum Erzeugen einer Generatorspannung und ein erstes steuerbares
Schaltelement, das zwischen dem ersten Energiespeicher und dem Generator vorgesehen ist, und das derart ausgebildet ist, dass es im Betrieb des Fahrzeuges einen Stromfluss nur in eine Richtung von dem ersten Energiespeicher zu dem Generator zulässt. Das Schaltelement kann dabei auch noch einen weiteren Schaltzustand aufweisen, bei dem sich das Schaltelement wie ein Leiter verhält. Vorzugsweise handelt es sich bei dem steuerbaren Schaltelement um einen Feldeffekt-Transistor, insbesondere einen MOSFET. Da sich Feldeffekt-Transistoren mit geringen Gate-Spannungen und minimaler Zeitverzögerung schalten lassen, kann somit schnell auf Änderungen des Stromflusses über das steuerbare Schaltelement oder starken
Spannungsfluktuationen im Bordnetz reagiert werden. Beispielsweise kann ein Feldeffekt- Transistor oder parallel geschaltete Feldeffekt-Transistoren so angeordnet werden, dass die Durchlassrichtung seiner intrinsischen Diode oder Dioden der Richtung von dem ersten
Energiespeicher zu dem Generator entspricht. Somit ist sichergestellt, dass, wenn der
Transistor gesperrt ist, kein Stromfluss von dem Generator zu dem ersten Energiespeicher erfolgen kann. Andererseits kann auch bei gesperrtem Transistor ein Teil des von dem ersten Energiespeicher zu dem Bordnetz fließenden Stroms durch die intrinsischen Dioden der Feldeffekt-Transistoren fließen. Weiter umfasst die Vorrichtung einen weiteren Energiespeicher zum Bereitstellen von elektrischer Energie an die Verbraucher, der derart angeordnet ist, dass das erste steuerbare Schaltelement zwischen einerseits dem ersten Energiespeicher und andererseits dem Generator und dem weiteren Energiespeicher angeordnet ist. Weiter ist eine Ladeschaltung vorgesehen, wobei die Ladeschaltung im Betrieb des Fahrzeugs derart ausgebildet ist, dass der erste Energiespeicher auf eine Spannung UE1 aufgeladen wird, die gleich oder größer als die Spannung des zweiten Energiespeichers UE2 ist und kleiner ist als die Spannung des Generators. Der erste Energiespeicher ist vorzugsweise als Doppelschicht- Kondensator und der zweite Energiespeicher als Batterie ausgebildet. Der erste
Energiespeicher liefert elektrische Energie an den Starter für einen Warmstart und/oder dämpft Spannungsfluktuationen durch die Verbraucher, wobei der zweite Energiespeicher bei einem Kaltstart elektrische Energie für den Starter bereitstellt.
Aus der DE 10 2007 026 164 A1 bzw. DE 103 59 486 A1 sind ebenfalls Kraftfahrzeug bordnetze bekannt, wo die Startenergie eines Starters durch Doppelschicht-Kondensatoren zur Verfügung gestellt wird.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde ein gattungsgemäßes
Kraftfahrzeugbordnetz hinsichtlich der Spannungsstabilität zu verbessern sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftfahrzeugbordnetzes zur Verfügung zu stellen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu umfasst das Kraftfahrzeugbordnetz einen Starter und einen ersten Energiespeicher, die in einem ersten Bereich des Kraftfahrzeugbordnetzes angeordnet sind, und einen Generator und einen zweiten Energiespeicher, die in einem zweiten Bereich des Kraftfahrzeugbordnetzes angeordnet sind, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich des
Kraftfahrzeugbordnetzes ein Schaltelement angeordnet ist, das mindestens zwei
Schaltzustände aufweist, wobei in einem ersten Schaltzustand ein Stromfluss nur in Richtung vom ersten Bereich zum zweiten Bereich möglich ist und in einem zweiten Schaltzustand der erste und zweite Bereich miteinander durchverbunden sind, wobei der zweite Energiespeicher über einen DC/DC-Wandler mit dem Generator verbunden ist, wobei über ein zweites
Schaltelement der Starter direkt mit dem zweiten Energiespeicher verbunden ist. Durch den DC/DC-Wandler kann ein sehr geregeltes Lademanagement vorgenommen werden, so dass der zweite Energiespeicher sehr einfach auf das gewählte Spannungsniveau geladen werden kann. Umgekehrt kann der zweite Energiespeicher mittels des DC/DC-Wandlers in Startphasen die Bordnetzspannung für die Bordnetzverbraucher sehr stabil halten. Durch das zweite
Schaltelement ist es nun zusätzlich möglich, den zweiten Energiespeicher direkt mit dem Starter zu verbinden, sodass der DC/DC-Wandler nicht auf die hohen Starterströme ausgelegt werden muss, was Kosten reduziert.
In einer Ausführungsform ist eine Sollspannung des zweiten Energiespeichers größer als eine Sollspannung des Generators und des ersten Energiespeichers, wobei über das zweite
Schaltelement der Starter wahlweise mit dem ersten Schaltelement oder direkt mit dem zweiten Energiespeicher verbunden ist. Durch die höhere Spannung des zweiten Energiespeichers kann mehr Energie gespeichert werden, was sowohl die Wiederstartfähigkeit erhöht als auch die Spannungsstabilität des Bordnetzes. Der DC/DC-Wandler transformiert dabei die Spannung vom zweiten Energiespeicher zu den Bordnetzverbrauchern herunter. Durch das wahlweise Verbinden des zweiten Schaltelements, das als Umschalter arbeitet, wird verhindert, dass die höhere Spannung des zweiten Energiespeichers über das erste Schaltelement Rückwirkungen auf den zweiten Bereich haben kann.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Sollspannung des zweiten Energiespeichers kleiner oder gleich als eine Sollspannung des Generators und des ersten Energiespeichers, wobei über ein zweites Schaltelement der zweite Energiespeicher mit dem Starter verbunden ist. In diesem Fall kann das zweite Schaltelement als einfacher Einschalter ausgebildet sein, da die Diode des ersten Schaltelements stets sperrt, da die Spannung über dem DC/DC-Wandler hochtransformiert wird, so dass die direkt an dem Starter anliegende Spannung des zweiten Energiespeichers stets kleiner als die Spannung an den Bordnetzverbrauchern im zweiten Bereich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Energiespeicher als mindestens ein Kondensator, weiter vorzugsweise Doppelschicht-Kondensator ausgebildet. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass der Energiespeicher als Kondensator-Pack ausgebildet ist, wobei jeweils mehrere Kondensatoren in Reihe und diese Reihenschaltungen parallel geschaltet sind. Es ist jedoch auch möglich, den zweiten Energiespeicher als Batterie auszubilden.
Der erste Energiespeicher ist vorzugsweise als Batterie ausgebildet, die ggf. aus mehreren Batteriezellen zusammengesetzt ist. Prinzipiell kann der erste Energiespeicher aus
Kondensatoren gebildet werden. In einer weiteren Ausführungsform ist das erste Schaltelement als MOSFET ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform ist dem ersten Energiespeicher ein Diagnosemodul zugeordnet, in dessen Abhängigkeit das erste und/oder zweite Schaltelement ansteuerbar ist. Das Diagnosemodul kann beispielsweise den Strom aus dem Energiespeicher erfassen und/oder den SOC (State of Charge) und/oder SOH (State of Health) ermitteln. Erkennt dann das Diagnosemodul einen Defekt (z. B. mangelnder Ladezustand oder Leitungsabriss zwischen . den Batteriezellen), so wird der zweite Energiespeicher mit dem Starter verbunden. Ebenso kann das Diagnosemodul den ersten und zweiten Bereich über das erste Schaltelement durchverbinden, falls der erste Energiespeicher durch den Generator geladen werden muss. Das Diagnosemodul kann dabei die Schaltelemente direkt schalten oder seine Daten einem übergeordneten Steuergerät zur Verfügung stellen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Schaltelement als galvanisch trennendes Schaltelement ausgebildet, um so die Rückwirkungen auf das Bordnetz sicher auszuschließen. Beispielsweise ist das zweite Schaltelement als Leistungs-Relais ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Kraftfahrzeugbordnetz mit einem Steuergerät ausgebildet, mittels dessen eine Start-Stopp-Automatik ausführbar ist. Beispielsweise kann die Start-Stopp-Automatik in ein Motorsteuergerät integriert werden. Vorzugsweise greift dabei die Start-Stopp-Automatik auch auf die Daten des Diagnosemoduls zu, sodass beispielsweise die Start-Stopp-Automatik bei schlechtem Ladezustand des ersten Energiespeichers deaktiviert wird.
Das Verfahren zum Betreiben eines zuvor beschriebenen Kraftfahrzeugbordnetzes ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Defekt des ersten Energiespeichers mittels des zweiten
Schaltelements der Starter direkt mit dem zweiten Energiespeicher verbunden wird und die Startenergie durch den zweiten Energiespeicher geliefert wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird beim Starten aus dem ersten Energiespeicher das erste Schaltelement in den ersten Schaltzustand geschaltet. Dadurch ist das Bordnetz vom Starter entkoppelt und Spannungseinbrüche im Bordnetz werden vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform wird zum Laden des ersten Energiespeichers durch den erregten Generator das erste Schaltelement in den zweiten Schaltzustand geschaltet. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Kraftfahrzeugbordnetzes und
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Kraftfahrzeugbordnetzes in einer alternativen Ausführungsform.
Das Kraftfahrzeugbordnetz 1 gemäß Fig. 1 umfasst einen Starter 2, einen Starterschalter 3, einen ersten Energiespeicher 4 und ein Diagnosemodul 5, die jeweils in einem ersten Bereich des Kraftfahrzeugbordnetzes 1 angeordnet sind. Des Weiteren umfasst das
Kraftfahrzeugbordnetz 1 einen Generator 6, Bordnetzverbraucher 7, 8, einen zweiten
Energiespeicher 9, einen DC/DC-Wandler 10 und eine Sicherung 11 , die jeweils in einem zweiten Bereich des Kraftfahrzeugbordnetzes 1 angeordnet sind. Weiter umfasst das
Kraftfahrzeug bordnetz 1 ein erstes Schaitelement 12 und ein zweites Schaltelement 13. Das erste Schaltelement 12 umfasst zwei Schaltzustände, deren Funktionalität durch eine Diode 14 und einen parallel zur Diode 14 angeordneten Schalter 15 dargestellt werden kann. In einem ersten Schaltzustand (Schalter 15 offen) ist ein Stromfluss nur in Richtung vom ersten Bereich zum zweiten Bereich möglich (Diodenfunktion). In einem zweiten Schaltzustand (Schalter 15 geschlossen) sind der erste und der zweite Bereich durchverbunden. Das erste Schaltelement 12 kann dabei durch eine reale Diode 14 mit einem realen Schalter 15 gebildet werden oder durch mindestens einen MOSFET, dessen intrinsische Diode die Diode 14 bildet. Das zweite Schaltelement 13 weist ebenfalls zwei Schaltzustände auf. In einem ersten Schaltzustand verbindet das zweite Schaltelement 13 den ersten Energiespeicher 4 mit dem ersten
Schaltelement 12. In einem zweiten Schaltzustand verbindet das zweite Schaltelement 13 den ersten Energiespeicher 4 bzw. den Starter 2 mit dem zweiten Energiespeicher 9.
Der erste Energiespeicher 4 ist als Batterie ausgebildet, die aus mehreren Batteriezellen 16 zusammengesetzt ist. Allerdings kann der erste Energiespeicher 4 auch als monolithische Batterie ausgebildet sein. Das Diagnosemodul 5 überwacht die Funktionalität des ersten Energiespeichers 4 und erfasst beispielsweise die Batteriespannung und/oder den
Batteriestrom und/oder eine Batterietemperatur und ermittelt dann einen SOC/SOH des Energiespeichers 4. Das Spannungsniveau des ersten Energiespeichers 4 liegt dabei beispielsweise bei 12 V.
Der zweite Energiespeicher 9 besteht aus einem Kondensator-Pack, wobei einzelne
Kondensatoren in Reihe geschaltet sind und die Reihenschaltung parallel geschaltet sind. Die Kondensatoren sind dabei vorzugsweise als Doppelschicht-Kondensatoren ausgebildet. Das Spannungsniveau des zweiten Energiespeichers 9 liegt beispielsweise bei 20 - 24 V.
Die Funktionsweise des Kraftfahrzeug bordnetzes 1 ist dabei wie folgt:
Im normalen Schaltbetrieb erfolgt die Versorgung des Starters 2 mit elektrischer Energie aus dem ersten Energiespeicher 4. Hierzu wird das erste Schaltelement 12 in den ersten
Schaltzustand geschaltet und auch das zweite Schaltelement 3 in den ersten Schaltzustand geschaltet. Dies entspricht den Schalterstellungen in der Fig. 1. Wird dann der Starterschalter 3 geschlossen, so wird der Starter 2 durch den ersten Energiespeicher 4 bestromt. Dabei auftretende Spannungseinbrüche des ersten Energiespeichers 4 werden dabei durch die Diode 14 vom zweiten Bereich mit den Bordnetzverbrauchern 7, 8 entkoppelt, da dann Diode 14 sperrt. Die Versorgung der Bordnetzverbraucher 7, 8 erfolgt durch den zweiten Energiespeicher 9, dessen Spannung durch den DC/DC-Wandler 10 auf das Spannungsniveau der
Bordnetzverbraucher 7, 8 abwärts gewandelt wird. Nachdem der Starter 2 einen nicht dargestellten Motor angelassen hat, kann dieser den Generator 6 antreiben. Nach erfolgtem Motorstart wird der Starterschalter 3 wieder geöffnet. Der DC/DC-Wandler 10 kann jetzt in anderer Richtung betrieben werden, sodass durch den Generator 6 der zweite Energiespeicher 9 wieder aufgeladen wird, wozu der DC/DC-Wandler 10 die Generatorspannung aufwärts wandelt. Stellt das Diagnosemodul 5 fest, dass der SOC des ersten Energiespeichers 4 abgesunken ist, so kann das erste Schaltelement 12 in den zweiten Schaltzustand geschaltet werden. Dann kann der Generator 6 den ersten Energiespeicher 4 laden.
Erfasst vor oder während eines Startvorganges das Diagnosemodul 5, dass der erste
Energiespeicher 4 nicht ausreichend geladen ist oder einen anderen Defekt aufweist (z. B. Batteriekabelriss, Verbindungsabriss zwischen zwei Batteriezellen 16 etc.), so wird das zweite Schaltelement 13 in den zweiten Schaltzustand geschaltet. Dadurch ist der zweite
Energiespeicher 9 direkt mit dem ersten Energiespeicher 4 und dem Starter 2 verbunden und kann den Starter 2 mit seiner hohen Spannung von ca. 20 - 24 V versorgen. Der dabei fließende hohe Starterstrom muss dabei nicht über den DC/DC-Wandler 10 fließen, sodass dieser leistungsmäßig geringer angelegt werden kann. Die Versorgung der
Bordnetzverbraucher 7, 8 während des Startvorgangs erfolgt ebenfalls durch den zweiten · Energiespeicher 9, wobei Spannungseinbrüche durch den DC/DC-Wandler 10 kompensiert werden.
Die Ansteuerung der Schaltelemente 12, 13 kann dabei durch das Diagnosemodul 5 und/oder ein anderes Steuergerät, wie beispielsweise ein Motorsteuergerät erfolgen. Weiter sei angemerkt, dass es prinzipiell auch möglich ist, den ersten Energiespeicher 4 durch den zweiten Energiespeicher 9 zu laden, indem das zweite Schaltelement 13 in den zweiten Schaltzustand geschaltet wird.
Die Sicherung 11 verhindert dabei eine Überlast am DC/DC-Wandler 10. Anstelle einer
Sicherung 11 kann auch ein anderes geeignetes Abschaltelement wie beispielsweise ein Leistungshalbleiterschalter oder auch ein Relais verwendet werden. Die Sicherung kann sowohl als irreversible Schmelzsicherung als auch als reversible Sicherung (PTC) ausgebildet sein.
In der Fig. 2 ist ein alternatives Kraftfahrzeugbordnetz 1 dargestellt. Dabei ist die Sollspannung des zweiten Energiespeichers 9 kleiner/gleich der Sollspannung des Generators 6 und des ersten Energiespeichers 4. Das erste Schaltelement 12 ist dabei fest mit dem Starter 2 verbunden. Das zweite Schaltelement 13 liegt zwischen dem zweiten Energiespeicher 9 und dem Starter 2. Bei einem Defekt des ersten Energiespeichers 4 wird das zweite Schaltelement 13 geschlossen, so dass der zweite Energiespeicher 9 den Starter 2 bestromen kann. Der DC/DC-Wandler 10 transformiert die Spannung des zweiten Energiespeichers 9 aufwärts.
Dadurch ist die Diode 14 beim Startvorgang stets in Sperrrichtung gepolt, so dass bei offenem Schalter 15 Rückwirkungen des Startvorganges auf den zweiten Bereich des
Kraftfahrzeugbordnetzes 1 ausgeschlossen sind.
Bezugszeichenliste Kraftfahrzeug bordnetz
Starter
Starterschalter
erster Energiespeicher
Diagnosemodul
Generator
Verbraucher
Verbraucher
zweiter Energiespeicher
DC/DC-Wandler
Sicherung
erstes Schaltelement
zweites Schaltelement
Diode
Schalter
Batteriezellen

Claims

Patentansprüche
Kraftfahrzeugbordnetz umfassend einen Starter und einen ersten Energiespeicher, die in einem ersten Bereich des Kraftfahrzeugbordnetzes angeordnet sind, und einen
Generator und einen zweiten Energiespeicher, die in einem zweiten Bereich des Kraftfahrzeugbordnetzes angeordnet sind, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich des Kraftfahrzeügbordnetzes ein Schaltelement angeordnet ist, das mindestens zwei Schaltzustände aufweist, wobei in einem ersten Schaltzustand ein Stromfiuss nur in Richtung vom ersten Bereich zum zweiten Bereich möglich ist und in einen zweiten Schaltzustand der erste und zweite Bereich miteinander durchverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Energiespeicher (9) über einen DC/DC-Wandler ( 0) mit dem Generator (6) verbunden ist, wobei über ein zweites Schaltelement (13) der Starter (2) direkt mit dem zweiten Energiespeicher (9) verbunden ist.
Kraftfahrzeugbordnetz nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine
Sollspannung des zweiten Energiespeichers (9) größer als eine Sollspannung des Generators (6) und des ersten Energiespeichers (4) ist, wobei über das zweite
Schaltelement (13) der Starter (2) wahlweise mit dem ersten Schaltelement (12) oder direkt mit dem zweiten Energiespeicher (9) verbunden ist. .
Kraftfahrzeugbordnetz nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Sollspannung des zweiten Energiespeichers (9) kleiner oder gleich als eine
Sollspannung des Generators (6) und des ersten Energiespeichers (4) ist, wobei über ein zweites Schaltelement der zweite Energiespeicher (9) mit dem Starter (2) verbunden ist.
Kraftfahrzeugbordnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Energiespeicher (9) als mindestens ein Kondensator ausgebildet ist.
Kraftfahrzeugbordnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiespeicher (4) als Batterie ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug bordnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (12) als MOSFET ausgebildet ist.
7. Kraftfahrzeugbordnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Energiespeicher (4) ein Diagnosemodul (5) zugeordnet ist, in dessen Abhängigkeit das erste und/oder zweite Schaltelement (12, 13) ansteuerbar sind.
8. Kraftfahrzeugbordnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (13) als galvanisch trennendes
Schaltelement ausgebildet ist.
9. Kraftfahrzeugbordnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeugbordnetz (1) mit einem Steuergerät ausgebildet ist, mittels dessen eine Start-Stopp-Automatik ausführbar ist.
10. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugbordnetzes nach einem der
vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Defekt des ersten Energiespeichers (4) mittels des zweiten Schaltelementes (13) der Starter (2) direkt mit dem zweiten Energiespeicher (9) verbunden wird und die Startenergie durch den zweiten Energiespeicher (9) geliefert wird.
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