DE102012011840B4 - Electrical system for a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Bordnetz (1) für ein Kraftfahrzeug (2), insbesondere für ein Elektrokraftfahrzeug oder ein Hybridkraftfahrzeug, umfassend:
- wenigstens ein für eine erste elektrische Spannung ausgelegtes Hochvoltnetz (3), wobei das Hochvoltnetz (3) wenigstens einen Hochvoltenergiespeicher (5) umfasst,
- wenigstens ein für eine im Vergleich zu der ersten Spannung des Hochvoltnetzes (3) niedrigere zweite elektrische Spannung ausgelegtes Niedervoltnetz (4), wobei das Niedervoltnetz (4) wenigstens einen Niedervoltenergiespeicher (6) umfasst,
- wenigstens eine erste und wenigstens eine zweite zwischen den Hochvoltenergiespeicher (5) und den Niedervoltenergiespeicher (6) geschaltete elektrische Wandlervorrichtung (12, 13), welche jeweils zur Umwandlung der ersten elektrischen Spannung des Hochvoltnetzes (3) in die zweite elektrische Spannung des Niedervoltnetzes (4), und umgekehrt, ausgebildet ist, wobei der Niedervoltenergiespeicher (6) aus wenigstens einem auf Lithium und/oder einer Lithiumverbindung basierenden Speicherelement (8) gebildet ist und zusätzlich wenigstens einen in Serie zu dem Speicherelement (8) geschalteten Kondensator umfasst.

Figure DE102012011840B4_0000
Vehicle electrical system (1) for a motor vehicle (2), in particular for an electric motor vehicle or a hybrid motor vehicle, comprising:
- at least one high-voltage network (3) designed for a first electrical voltage, the high-voltage network (3) comprising at least one high-voltage energy store (5),
- at least one low-voltage network (4) designed for a second electrical voltage that is lower than the first voltage of the high-voltage network (3), the low-voltage network (4) comprising at least one low-voltage energy store (6),
- At least one first and at least one second electrical converter device (12, 13) connected between the high-voltage energy storage device (5) and the low-voltage energy storage device (6), which are each used to convert the first electrical voltage of the high-voltage network (3) into the second electrical voltage of the low-voltage network ( 4) and vice versa, wherein the low-voltage energy store (6) is formed from at least one storage element (8) based on lithium and/or a lithium compound and additionally comprises at least one capacitor connected in series with the storage element (8).
Figure DE102012011840B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektrokraftfahrzeug oder ein Hybridkraftfahrzeug.The invention relates to an electrical system for a motor vehicle, in particular for an electric motor vehicle or a hybrid motor vehicle.

Es ist bekannt, dass moderne Kraftfahrzeuge, wie insbesondere rein elektrisch angetriebene Elektrokraftfahrzeuge, zu deren Antrieb wenigstens ein, insbesondere als Elektromotor ausgebildetes, elektrisches Antriebsaggregat vorgesehen ist, oder teil- oder zeitweise elektrisch angetriebene Hybridkraftfahrzeuge, zu deren Antrieb wenigstens ein, insbesondere als Elektromotor ausgebildetes, elektrisches Antriebsaggregat sowie ein, insbesondere als Verbrennungsmotor ausgebildetes, weiteres Antriebsaggregat vorgesehen ist, regelmäßig ein in zwei Bereiche unterteiltes Bordnetz aufweisen.It is known that modern motor vehicles, such as in particular purely electrically powered electric motor vehicles, are provided to drive at least one electric drive unit, in particular designed as an electric motor, or partially or temporarily electrically driven hybrid motor vehicles, to drive at least one electric drive unit, in particular designed as an electric motor , electric drive unit and a further drive unit, in particular designed as an internal combustion engine, are provided, usually have a vehicle electrical system divided into two areas.

Die Abschnitte des Bordnetzes unterscheiden sich dabei im Wesentlichen in der an diesen jeweils anliegenden elektrischen Spannung, so dass ein entsprechendes Bordnetz in der Regel ein für eine erste elektrische Spannung ausgelegtes Hochvoltnetz, in welchem beispielsweise eine elektrische Spannung größer gleich 200 Volt (V) anliegt, sowie ein für eine im Vergleich zu der ersten Spannung des Hochvoltnetzes niedrigere zweite elektrische Spannung ausgelegtes Niedervoltnetz, in welchem beispielsweise eine elektrische Spannung von ca. 12 Volt (V) anliegt (12-Volt-Niedervoltnetz), umfasst. Sowohl das Hochvoltnetz als auch das Niedervoltnetz umfasst wenigstens einen entsprechenden Energiespeicher. An dem dem Hochvoltnetz zugehörigen Hochvoltenergiespeicher sind entsprechende Hochvoltverbraucher, wie insbesondere das elektrisch betriebene Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs, und an dem dem Niedervoltnetz zugehörigen Niedervoltenergiespeicher entsprechende Niedervoltverbraucher, wie insbesondere ein Teil der Beleuchtungseinrichtung des Kraftfahrzeugs, angeschlossen.The sections of the vehicle electrical system differ essentially in the electrical voltage applied to them, so that a corresponding vehicle electrical system is usually a high-voltage system designed for a first electrical voltage, in which, for example, an electrical voltage greater than or equal to 200 volts (V) is present, and a low-voltage network designed for a second electrical voltage that is lower than the first voltage of the high-voltage network, in which, for example, an electrical voltage of approximately 12 volts (V) is present (12-volt low-voltage network). Both the high-voltage network and the low-voltage network include at least one corresponding energy store. Corresponding high-voltage consumers, such as in particular the electrically operated drive unit of the motor vehicle, are connected to the high-voltage energy storage device associated with the high-voltage network, and corresponding low-voltage consumers, such as in particular part of the lighting device of the motor vehicle, are connected to the low-voltage energy storage device belonging to the low-voltage network.

Es ist weiter bekannt, zwischen die jeweiligen das Bordnetz bildenden Netze, das heißt das Hochvoltnetz und das Niedervoltnetz, elektrische Wandlervorrichtungen zu schalten, welche jeweils zur Umwandlung der ersten elektrischen Spannung des Hochvoltnetzes in die zweite elektrische Spannung des Niedervoltnetzes, und umgekehrt, ausgebildet sind. Derart kann die im Vergleich zu dem dem Hochvoltnetz zugehörige Hochvoltenergiespeicher geringere Kapazität bzw. Leistungsfähigkeit des dem Niedervoltnetz zugehörigen Niedervoltenergiespeichers derart kompensiert werden, dass gegebenenfalls ein Energiefluss von dem hochvoltnetzseitigen Hochvoltenergiespeicher in den niedervoltnetzseitigen Niedervoltenergiespeicher möglich ist.It is also known to connect electrical converter devices between the respective networks forming the vehicle electrical system, i.e. the high-voltage network and the low-voltage network, which are each designed to convert the first electrical voltage of the high-voltage network into the second electrical voltage of the low-voltage network, and vice versa. In this way, the capacity or performance of the low-voltage energy store associated with the low-voltage network, which is lower than that of the high-voltage network associated with the high-voltage network, can be compensated for in such a way that energy can flow from the high-voltage network-side high-voltage energy store into the low-voltage network-side low-voltage energy store.

Allerdings stellen übliche Bauarten entsprechender niedervoltnetzseitiger Niedervoltenergiespeicher technische Beschränkungen der möglichen Leistungsfähigkeit eines entsprechenden Bordnetzes dar.However, the usual types of corresponding low-voltage network-side low-voltage energy storage represent technical limitations of the possible performance of a corresponding vehicle electrical system.

Aus DE 10 2010 046 616 A1 ist ein Fahrzeug mit einem Zweispannungsbordnetz bekannt, das ein Niedervoltbordnetz und ein Hochvoltbordnetz umfasst. Zum Überführen elektrischer Leistung von dem Hoch- in das Niedervoltbordnetz sind zwei Spannungswandler vorgesehen. Das Niedervoltbordnetz umfasst einen Bleiakkumulator als Energiespeicher, der parallel geschaltete Superkondensatoren aufweisen kann.Out of DE 10 2010 046 616 A1 a vehicle with a two-voltage vehicle electrical system is known, which includes a low-voltage vehicle electrical system and a high-voltage vehicle electrical system. Two voltage converters are provided for transferring electrical power from the high-voltage vehicle electrical system to the low-voltage system. The low-voltage electrical system includes a lead-acid battery as an energy store, which can have supercapacitors connected in parallel.

DE 10 2007 001 673 A1 offenbart ein Bordnetzsystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Hochvolt-Energiespeicher mit einem Hochvolt-Energiespeicher und einem Niedervolt-Bordnetz mit einem Niedervolt-Energiespeicher. Das Niedervolt-Bordnetz ist mit dem Hochvoltbordnetz über zwei parallel geschaltete Wandlereinrichtungen gekoppelt. DE 10 2007 001 673 A1 discloses a vehicle electrical system for a motor vehicle, comprising a high-voltage energy store with a high-voltage energy store and a low-voltage vehicle electrical system with a low-voltage energy store. The low-voltage vehicle electrical system is coupled to the high-voltage vehicle electrical system via two converter devices connected in parallel.

Aus DE 10 2009 000 121 A1 und US 2006 / 0 125 319 A1 ist jeweils ein Konzept für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem eine Wandlereinrichtung vorgesehen ist.Out of DE 10 2009 000 121 A1 and U.S. 2006/0 125 319 A1 a concept for an on-board network of a motor vehicle is known, in which a converter device is provided.

In dem Konferenzbeitrag Miller, John M.: „Trends in Vehicle Energy Storage Systems: Batteries and Ultracapacitors to Unite“, IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), September 3-5, 2008, Harbin, China werden Konzepte zur Verbesserung von Energiespeichersystemen für Elektrofahrzeuge diskutiert, wobei insbesondere Schaltungen umfassend Batterien und Kondensatoren beschrieben sind.In the conference paper Miller, John M.: "Trends in Vehicle Energy Storage Systems: Batteries and Ultracapacitors to Unite", IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), September 3-5, 2008, Harbin, China, concepts for improving energy storage systems are discussed discussed for electric vehicles, wherein in particular circuits including batteries and capacitors are described.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein verbessertes Bordnetz anzugeben.The present invention is based on the problem of specifying an improved vehicle electrical system.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch ein Bordnetz gelöst, welches umfasst wenigstens ein für eine erste elektrische Spannung ausgelegtes Hochvoltnetz, wobei das Hochvoltnetz wenigstens einen Hochvoltenergiespeicher umfasst, wenigstens ein für eine im Vergleich zu der ersten Spannung des Hochvoltnetzes niedrigere zweite elektrische Spannung ausgelegtes Niedervoltnetz, wobei das Niedervoltnetz wenigstens einen Niedervoltenergiespeicher umfasst, wenigstens eine erste und wenigstens eine zweite zwischen den Hochvoltenergiespeicher und den Niedervoltenergiespeicher geschaltete elektrische Wandlervorrichtung, welche jeweils zur Umwandlung der ersten elektrischen Spannung des Hochvoltnetzes in die zweite elektrische Spannung des Niedervoltnetzes, und umgekehrt, ausgebildet ist, wobei, der Niedervoltenergiespeicher aus wenigstens einem auf Lithium und/oder einer Lithiumverbindung basierenden Speicherelement gebildet ist und zusätzlich wenigstens einen in Serie zu dem Speicherelement geschalteten Kondensator umfasst.The problem is solved according to the invention by an on-board electrical system which comprises at least one high-voltage network designed for a first electrical voltage, the high-voltage network comprising at least one high-voltage energy store, at least one low-voltage network designed for a second electrical voltage which is lower than the first voltage of the high-voltage network, the Low-voltage network comprises at least one low-voltage energy store, at least one first and at least one second electrical converter device connected between the high-voltage energy store and the low-voltage energy store, each of which is used to convert the first electrical voltage of the high-voltage network into the second electrical voltage of the low-voltage network, and vice versa reverse, is formed, wherein the low-voltage energy storage device is formed from at least one storage element based on lithium and/or a lithium compound and additionally comprises at least one capacitor connected in series with the storage element.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Idee, den dem Niedervoltnetz eines entsprechenden Bordnetzes zugehörigen Niedervoltenergiespeicher derart auszubilden, dass er aus wenigstens einem auf Lithium und/oder einer Lithiumverbindung basierenden Speicherelement ausgebildet ist respektive wenigstens ein auf Lithium und/oder einer Lithiumverbindung basierendes Speicherelement umfasst bzw. aufweist.The present invention is based on the idea of constructing the low-voltage energy storage device associated with the low-voltage network of a corresponding vehicle electrical system in such a way that it is made up of at least one storage element based on lithium and/or a lithium compound or comprises at least one storage element based on lithium and/or a lithium compound or having.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind sonach diverse unterschiedliche Konfigurationen des dem Niedervoltnetz zugehörigen Niedervoltenergiespeichers denkbar, welchen gemeinsam ist, dass diese jeweils wenigstens ein auf Lithium und/oder einer Lithiumverbindung basierendes Speicherelement aufweisen. Etwaige weitere, den Niedervoltenergiespeicher bildende Speicherelemente können, müssen aber nicht gleichsam auf Lithium und/oder einer Lithiumverbindung basierend ausgebildet sein. Unter einem entsprechenden Speicherelemente ist im Allgemeinen eine elektrochemische Zelle als Teil einer Batterie zu verstehen.Various different configurations of the low-voltage energy store associated with the low-voltage network are therefore conceivable within the scope of the present invention, which have in common that they each have at least one storage element based on lithium and/or a lithium compound. Any other storage elements forming the low-voltage energy storage device can, but do not have to be based on lithium and/or a lithium compound. A corresponding storage element is generally understood to mean an electrochemical cell as part of a battery.

Die Ausbildung des dem Niedervoltnetz zugehörigen Niedervoltenergiespeichers aus wenigstens einem auf Lithium und/oder einer Lithiumverbindung basierenden Speicherelement, das heißt im Wesentlichen als wiederaufladbarer Lithium-Akkumulator bzw. Lithium-Batterie, ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da Lithium-Akkumulatoren im Vergleich zu herkömmlichen, insbesondere aus auf Blei oder Bleiverbindungen basierenden Speicherelementen gebildeten Niedervoltenergiespeichern eine höhere Leistungs- bzw. Energiedichte aufweisen. Gleichermaßen sind entsprechende aus auf Lithium und/oder Lithiumverbindungen basierenden Speicherelementen gebildete Niedervoltenergiespeicher im Vergleich zu herkömmlichen Niedervoltenergiespeichern (mit vergleichbaren elektrischen Eigenschaften) im Hinblick auf deren Gewicht vorteilhaft, da deutlich leichter, so dass entsprechende mit dem erfindungsgemäßen Bordnetz ausgestattete Kraftfahrzeuge ebenso leichter sind, was sich grundsätzlich positiv auf den Energieverbrauch auswirkt.The design of the low-voltage energy storage associated with the low-voltage network from at least one storage element based on lithium and/or a lithium compound, i.e. essentially as a rechargeable lithium accumulator or lithium battery, is particularly advantageous because lithium accumulators, compared to conventional ones, are particularly Low-voltage energy storage devices formed from storage elements based on lead or lead compounds have a higher power or energy density. Equally, corresponding low-voltage energy stores formed from storage elements based on lithium and/or lithium compounds are advantageous in comparison to conventional low-voltage energy stores (with comparable electrical properties) in terms of their weight, since they are significantly lighter, so that corresponding motor vehicles equipped with the vehicle electrical system according to the invention are also lighter, what basically has a positive effect on energy consumption.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Bordnetzes besteht darin, dass durch die Verwendung wenigstens zweier entsprechender elektrischer Wandlervorrichtungen, welche insbesondere als Gleichstromwandler bzw. DC/DC-Wandler ausgebildet sind, auch bei einem Ausfall einer elektrische Wandlervorrichtung weiterhin noch wenigstens eine weitere funktionsfähige elektrische Wandlervorrichtung gegeben ist, über welche verschiedene an das Bordnetz, d. h. an das Hochvoltnetz oder das Niedervoltnetz angeschlossene Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden können. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass insbesondere für den Betrieb des mit dem erfindungsgemäßen Bordnetz ausgestatteten Kraftfahrzeug sicherheitsrelevante Verbraucher weiterhin betrieben werden können, so dass das Kraftfahrzeug auch in derartigen Fällen eines Ausfalls einer elektrischen Wandlervorrichtung zumindest noch sicher abgestellt werden kann.A further advantage of the vehicle electrical system according to the invention is that the use of at least two corresponding electrical converter devices, which are designed in particular as direct current converters or DC/DC converters, means that there is still at least one additional functional electrical converter device even if one electrical converter device fails , via which various to the vehicle electrical system, d. H. consumers connected to the high-voltage network or the low-voltage network can be supplied with electrical energy. It is of particular advantage that safety-relevant consumers can continue to be operated, especially for the operation of the motor vehicle equipped with the on-board electrical system according to the invention, so that the motor vehicle can at least still be parked safely even in such cases of a failure of an electrical converter device.

Mögliche bevorzugte Konfigurationen des dem Niedervoltnetz zugehörigen Niedervoltenergiespeichers sind im Folgenden in nicht abschließender Weise aufgezählt.Possible preferred configurations of the low-voltage energy store associated with the low-voltage network are listed below in a non-exhaustive manner.

Sonach ist es bevorzugt, dass der Niedervoltenergiespeicher aus drei Speicherelementen basierend auf Lithium und einem Speicherelement basierend auf Lithium-Titanat, oder drei Speicherelementen basierend auf Lithium und zwei Speicherelementen basierend auf einer Nickelmetallhydrid-Verbindung, oder drei Speicherelementen basierend auf Lithium-Titanat und zwei Speicherelementen basierend auf einer Lithium-Eisen-Phosphat-Verbindung, oder vier Speicherelementen basierend auf Lithium-Titanat und einem Speicherelement basierend auf Lithium, oder vier Speicherelementen basierend auf Lithium-Titanat und einem Speicherelement basierend auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung (so genannten NMC-Speicherelementen bzw. NMC-Zellen), oder sechs Speicherelementen basierend auf Lithium-Titanat, oder einem Speicherelement basierend auf Lithium-Titanat und drei Speicherelementen basierend auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung, oder drei Speicherelementen basierend auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung und einem Speicherelement basierend auf Lithium-Titanat, oder vier Speicherelementen basierend auf einer Lithium-Eisen-Phosphat-Verbindung gebildet ist.It is therefore preferred that the low-voltage energy storage device consists of three storage elements based on lithium and one storage element based on lithium titanate, or three storage elements based on lithium and two storage elements based on a nickel metal hydride compound, or three storage elements based on lithium titanate and two storage elements based on a lithium iron phosphate compound, or four storage elements based on lithium titanate and one storage element based on lithium, or four storage elements based on lithium titanate and one storage element based on a lithium cobalt manganese nickel compound ( so-called NMC memory elements or NMC cells), or six memory elements based on lithium titanate, or one memory element based on lithium titanate and three memory elements based on a lithium-cobalt-manganese-nickel compound, or three memory elements based on a lithium Cobalt-manganese-nickel compound and a memory element based on lithium titanate, or four memory elements based on a lithium iron phosphate compound is formed.

Durch die konkrete Anzahl der den Niedervoltenergiespeicher bildenden Speicherelemente kann Einfluss auf dessen Innenwiderstand genommen, das heißt dessen Innenwiderstand gezielt eingestellt werden, wobei der Grundsatz gilt, dass eine geringere Anzahl an Speicherelementen im Vergleich zu einer höheren Anzahl an Speicherelementen zu einem geringeren Innenwiderstand des Niedervoltenergiespeichers führt. Gleichermaßen kann eine geringere Anzahl an den Niedervoltenergiespeicher bildenden Speicherelementen auch im Hinblick auf Kostenaspekte vorteilhaft sein. Die den Niedervoltenergiespeicher bildenden Speicherelemente sind üblicherweise in Serie geschaltet.The specific number of storage elements forming the low-voltage energy storage device can influence its internal resistance, i.e. its internal resistance can be set in a targeted manner, the principle applying that a smaller number of storage elements compared to a higher number of storage elements leads to a lower internal resistance of the low-voltage energy storage device . Equally, a smaller number of storage elements forming the low-voltage energy storage device can also be advantageous with regard to cost aspects. The storage elements forming the low-voltage energy store are usually connected in series.

Bei den vorgenannten Konfigurationen des Niedervoltenergiespeichers bzw. der den Niedervoltenergiespeicher bildenden Speicherelemente wird von einem 12-Volt-Niedervoltnetz als Teil des erfindungsgemäßen Bordnetzes ausgegangen. Im Falle einer Auslegung des Niedervoltnetzes als 24 Volt-Niedervoltnetz verdoppelt sich die jeweilige Anzahl der oben angegebenen, den Niedervoltenergiespeicher bildenden Speicherelemente, wobei die Kombinationsmöglichkeiten der verschiedenen Speicherelementtypen gleich bleiben.In the aforementioned configurations of the low-voltage energy store or the storage elements forming the low-voltage energy store, a 12-volt low-voltage network is assumed to be part of the vehicle electrical system according to the invention. If the low-voltage network is designed as a 24-volt low-voltage network, the respective number of storage elements forming the low-voltage energy storage device specified above is doubled, with the possible combinations of the different storage element types remaining the same.

Der Hochvoltenergiespeicher ist gleichermaßen aus einer Anzahl an, insbesondere in Serie geschalteten, Speicherelementen gebildet. Dabei können die den Hochvoltenergiespeicher bildenden Speicherelemente z. B. auf Lithium oder Lithiumverbindungen basieren.The high-voltage energy store is formed equally from a number of storage elements, in particular those connected in series. In this case, the storage elements forming the high-voltage energy storage device, e.g. B. based on lithium or lithium compounds.

Die den Hochvoltenergiespeicher bildenden Speicherelemente können als erste Speicherelemente, die den Niedervoltenergiespeicher bildenden Speicherelemente können als zweite Speicherelemente bezeichnet werden.The storage elements forming the high-voltage energy store can be referred to as first storage elements, and the storage elements forming the low-voltage energy store can be referred to as second storage elements.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Niedervoltenergiespeicher zusätzlich zu dem wenigstens einen Speicherelement wenigstens einen in Serie zu dem Speicherelement geschalteten Kondensator umfasst. Es ist möglich, dass der Niedervoltenergiespeicher zusätzlich zu den mehreren Speicherelementen den wenigstens einen Kondensator, der insbesondere ein Doppelschichtkondensator ist, umfasst. Doppelschichtkondensatoren weisen typischerweise zwei Elektroden auf, zwischen welchen sich ein elektrisch leitfähiger Elektrolyt befindet. Nach Anlegen einer elektrischen Spannung sammeln sich an den Elektroden Ionen des Elektrolyten umgekehrter Polarität. Es bildet sich eine Ladungsträgerschicht aus unbeweglichen Ladungsträgern. Die Elektroden mit der Ladungsträgerschicht als Dielektrikum verhalten sich wie zwei Kondensatoren, die über den Elektrolyten in Serie geschaltet sind. Sie speichern die Energie im Gegensatz zu elektrochemischen Energiespeichern elektrostatisch. Doppelschichtkondensatoren weisen in der Regel kleine Innenwiderstände und eine hohe Anzahl an möglichen Lade- bzw. Entladezyklen auf. Mithin kann derart das Eigenschaftsprofil des Niedervoltenergiespeichers, insbesondere im Hinblick auf einen geringen Innenwiderstand, verbessert werden.According to the invention, it is provided that the low-voltage energy storage device comprises at least one capacitor connected in series with the storage element in addition to the at least one storage element. It is possible for the low-voltage energy storage device to include the at least one capacitor, which is in particular a double-layer capacitor, in addition to the multiple storage elements. Double-layer capacitors typically have two electrodes between which there is an electrically conductive electrolyte. After applying an electrical voltage, ions of the electrolyte of reversed polarity collect on the electrodes. A charge carrier layer is formed from immobile charge carriers. The electrodes with the charge carrier layer as a dielectric behave like two capacitors which are connected in series across the electrolyte. In contrast to electrochemical energy storage devices, they store the energy electrostatically. Double-layer capacitors usually have low internal resistances and a large number of possible charging and discharging cycles. Consequently, the property profile of the low-voltage energy store can be improved in this way, in particular with regard to a low internal resistance.

Vorteilhaft ist der Kondensator im Sinne eines weiteren Speicherelements zu den den Niedervoltenergiespeicher bildenden Speicherelementen in Serie (Reihe) geschaltet. Derart kann die Nennspannung des Niedervoltenergiespeichers weiter erhöht werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar, zu den den Niedervoltenergiespeicher bildenden Speicherelementen mehr als einen Kondensator in Serien- und/oder Parallelschaltung nachzuschalten.In the sense of a further storage element, the capacitor is advantageously connected in series with the storage elements forming the low-voltage energy storage device. In this way, the nominal voltage of the low-voltage energy store can be further increased. Of course, it is also conceivable to connect more than one capacitor connected in series and/or parallel to the storage elements forming the low-voltage energy storage device.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines Niedervoltenergiespeichers kann dieser aus drei jeweils auf einer Lithi-um-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung basierenden Speicherelementen und einem diesen in Serie nachgeschalteten Doppelschichtkondensator und einen zu den drei jeweils auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung basierenden Speicherelementen sowie dem diesen in Serie nachgeschalteten Doppelschichtkondensator weiteren Doppelschichtkondensator gebildet sein. Der Niedervoltenergiespeicher gemäß dieser Ausführungsform kann sonach (gedanklich) in zwei parallel zueinander geschaltete Teile aufgeteilt werden, wobei ein ersten Teil durch die drei jeweils auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung basierenden Speicherelementen sowie dem diesen in Serie nachgeschalteten Doppelschichtkondensator und der zweite hierzu parallel geschaltete Teil durch den weiteren Doppelschichtkondensator gebildet ist.According to a preferred embodiment of a low-voltage energy store, this can consist of three storage elements based on a lithium-cobalt-manganese-nickel compound and a double-layer capacitor connected in series and one of the three each based on a lithium-cobalt-manganese-nickel compound based memory elements as well as the further double-layer capacitor connected in series downstream of these. The low-voltage energy storage device according to this embodiment can therefore (mentally) be divided into two parts connected in parallel, with a first part consisting of the three storage elements each based on a lithium-cobalt-manganese-nickel compound and the double-layer capacitor connected in series and the second part part connected in parallel thereto is formed by the further double-layer capacitor.

Es ist möglich, dass die erste elektrische Wandlervorrichtung eine höhere Leistung als die zweite elektrische Wandlervorrichtung aufweist. Grundsätzlich handelt es sich bei den, jeweils Bestandteile des erfindungsgemäßen Bordnetzes bildenden elektrischen Wandervorrichtungen vorteilhaft um Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler), das heißt um Vorrichtungen bzw. elektrische Schaltungsanordnungen, welche dazu ausgebildet sind, eine elektrische Eingangsspannung (Eingangsgleichspannung) in eine elektrische Ausgangsspannung (Ausgangsgleichspannung) mit höherem, niedrigerem oder invertiertem Spannungsniveau umzuwandeln. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann also über die elektrischen Wandlervorrichtungen eine hohe Eingangsspannung des Hochvoltnetzes, das heißt etwa eine in dem Hochvoltnetz anliegende elektrische Spannung von größer gleich 200 Volt, in eine im Vergleich niedrigere Ausgangsspannung des Niedervoltnetzes, das heißt etwa eine im Niedervoltnetz anliegende elektrische Spannung von 12 Volt, umgewandelt werden. Auch eine umgekehrte Umwandlung der im Niedervoltnetz anliegenden elektrischen Spannung als Eingangsspannung in eine im Hochvoltnetz anliegende elektrische Spannung als Ausgangsspannung ist möglich.It is possible for the first electrical converter device to have a higher output than the second electrical converter device. In principle, the electrical traveling devices forming components of the vehicle electrical system according to the invention are advantageously direct voltage converters (DC/DC converters), i.e. devices or electrical circuit arrangements which are designed to convert an electrical input voltage (input direct current voltage) into an electrical output voltage (DC output voltage) with a higher, lower or inverted voltage level. Within the scope of the present invention, a high input voltage of the high-voltage network, i.e. an electrical voltage present in the high-voltage network of greater than or equal to 200 volts, can therefore be converted via the electrical converter devices into a comparatively lower output voltage of the low-voltage network, i.e. an electrical voltage present in the low-voltage network voltage of 12 volts. A reverse conversion of the electrical voltage present in the low-voltage network as input voltage into an electrical voltage present in the high-voltage network as output voltage is also possible.

Wie erwähnt, sind die Leistungen bzw. Leistungsaufnahmen der beiden elektrischen Wandlervorrichtungen vorteilhaft verschieden, wobei die Leistung bzw. Leistungsaufnahme der ersten elektrischen Wandlervorrichtung höher als die Leistung bzw. Leistungsaufnahme der zweiten elektrischen Wandlervorrichtung ist. Dies ist deshalb möglich, da über die erste elektrische Wandlervorrichtung insbesondere elektrische Hochleistungsverbraucher, wie z. B. als Antriebsaggregat dienende Elektromotoren oder Anlasser, mit elektrischer Energie versorgt werden, wohingegen über die zweite elektrische Wandlervorrichtung, insbesondere im Rahmen des Energieflusses zwischen dem hochvoltnetzseitigen Hochvoltenergiespeicher und dem niedervoltnetzseitigen Niedervoltenergiespeicher, eine bestimmte Menge elektrischer Energie an das Niedervoltnetz bzw. den darin enthaltenen Niedervoltenergiespeicher abgebbar ist bzw. abgegeben wird.As mentioned, the power or power consumption of the two electrical converter devices are advantageously different, with the power or power consumption of the first electrical converter device being higher than the power or power consumption of the second electrical converter device. This is possible because of the first electrical converter device in particular high-power electrical consumers, such as e.g. E.g. electric motors or starters serving as a drive unit, are supplied with electrical energy, whereas via the second electrical converter device, in particular as part of the energy flow between the high-voltage network-side high-voltage energy storage device and the low-voltage network-side low-voltage energy storage device, a certain amount of electrical energy is sent to the low-voltage network or the low-voltage energy storage device contained therein is or will be handed over.

Dabei weist die erste elektrische Wandlervorrichtung beispielsweise eine Leistung im Bereich von 1 - 3 Kilowatt (kW), insbesondere 2 Kilowatt (kW) auf bzw. ist für diese ausgelegt, wohingegen die zweite elektrische Wandlervorrichtung beispielsweise eine Leistung im Bereich von nur 1 - 10 Watt (W), insbesondere 2 Watt (W), aufweist bzw. für diese ausgelegt ist.The first electrical converter device has, for example, a power in the range of 1-3 kilowatts (kW), in particular 2 kilowatts (kW) or is designed for this, whereas the second electrical converter device has a power in the range of only 1-10 watts, for example (W), in particular 2 watts (W), or is designed for this.

Wie bereits erwähnt, dient die zweite elektrische Wandlervorrichtung vorteilhaft dazu, zumindest zeitweise einen elektrischen Energiefluss (Stromfluss) aus dem Hochvoltnetz in das Niedervoltnetz zu ermöglichen und somit über den niedervoltnetzseitigen Niedervoltenergiespeicher die Versorgung bestimmter, an das Niedervoltnetz angeschlossener Niedervoltverbraucher mit elektrischer Energie sicherzustellen. Als entsprechende Niedervoltverbraucher sind beispielsweise eine kraftfahrzeugseitig Beleuchtungseinrichtung, insbesondere ein Standlicht, verschiedene Fahrerassistenzsysteme, worunter insbesondere auch sicherheitsrelevante Fahrerassistenzsysteme, wie z. B. Brems- oder Lenkassistenzsysteme, aber auch akustische und/oder visuelle kraftfahrzeugseitige Multimediaeinrichtungen, wie z. B. Radios, Fernseher oder Kommunikationseinrichtungen für Telefon, Internet etc., zu verstehen sind.As already mentioned, the second electrical converter device is advantageously used to allow electrical energy to flow (current flow) from the high-voltage network into the low-voltage network at least temporarily, and thus to ensure the supply of certain low-voltage consumers connected to the low-voltage network with electrical energy via the low-voltage network-side low-voltage energy store. Corresponding low-voltage consumers are, for example, a lighting device on the motor vehicle, in particular a parking light, various driver assistance systems, including in particular safety-related driver assistance systems, such as B. braking or steering assistance systems, but also acoustic and / or visual vehicle-side multimedia devices such. As radios, televisions or communication devices for telephone, Internet, etc., are to be understood.

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann eine Steuereinrichtung, welche zur Steuerung eines elektrischen Energieflusses zwischen dem Hochvoltenergiespeicher und dem Niedervoltenergiespeicher, und umgekehrt, ausgebildet ist, vorgesehen sein, wobei die Steuereinrichtung zur Steuerung des Energieflusses zwischen dem Hochvoltenergiespeicher und dem Niedervoltenergiespeicher, und umgekehrt, unter Berücksichtigung wenigstens einer Randbedingung ausgebildet ist. Mithin sind sämtliche über die beiden elektrischen Wandlervorrichtungen erfolgenden Energieflüsse zwischen dem hochvoltnetzseitigen Hochvoltenergiespeicher und dem niedervoltnetzseitigen Niedervoltenergiespeicher über die Steuereinrichtung steuerbar, welche hierfür z. B. geeignete Steueralgorithmen umfasst. Entsprechend kommuniziert die Steuereinrichtung zweckmäßig mit den beiden elektrischen Wandlervorrichtungen, insbesondere um mit diesen entsprechende Steuerbefehle auszutauschen. Wie erwähnt, kann ein Energiefluss sowohl von dem hochvoltnetzseitigen Hochvoltenergiespeicher in Richtung des niedervoltnetzseitigen Niedervoltenergiespeichers, aber auch umgekehrt möglich sein.In an expedient development of the invention, a control device, which is designed to control an electrical energy flow between the high-voltage energy storage device and the low-voltage energy storage device, and vice versa, can be provided, the control device for controlling the energy flow between the high-voltage energy storage device and the low-voltage energy storage device, and vice versa, taking into account at least one boundary condition is formed. Consequently, all energy flows taking place via the two electrical converter devices between the high-voltage network-side high-voltage energy store and the low-voltage network-side low-voltage energy store can be controlled via the control device, which z. B. includes suitable control algorithms. Accordingly, the control device expediently communicates with the two electrical converter devices, in particular in order to exchange corresponding control commands with them. As mentioned, an energy flow can be possible both from the high-voltage network-side high-voltage energy store in the direction of the low-voltage network-side low-voltage energy store, but also vice versa.

Als entsprechende Randbedingung, deren Vorliegen insbesondere über die Steuereinrichtung überprüfbar ist, kommt beispielsweise eine bestimmte Mindestenergiemenge oder Höchstenergiemenge und/oder eine bestimmte Mindestspannung oder Höchstspannung in dem Niedervoltenergiespeicher und/oder dem Niedervoltnetz in Frage, wobei die Steuereinrichtung zur Steuerung des Energieflusses zwischen dem Hochvoltenergiespeicher und dem Niedervoltenergiespeicher derart ausgebildet ist, dass in dem Niedervoltenergiespeicher eine bestimmte Mindestenergiemenge und/oder Mindestspannung nicht unterschritten wird oder eine bestimmte Höchstenergiemenge und/oder Höchstspannung nicht überschritten wird, und/oder wenigstens ein Betriebszustand des das Bordnetz umfassenden Kraftfahrzeugs in Betracht.A certain minimum amount of energy or maximum amount of energy and/or a certain minimum voltage or maximum voltage in the low-voltage energy storage device and/or the low-voltage network can be considered as a corresponding boundary condition, the existence of which can be checked in particular via the control device, with the control device for controlling the energy flow between the high-voltage energy storage device and the low-voltage energy store is designed in such a way that the low-voltage energy store does not fall below a specific minimum amount of energy and/or minimum voltage or does not exceed a specific maximum amount of energy and/or maximum voltage, and/or at least one operating state of the motor vehicle that includes the on-board electrical system.

Sonach kann die Steuereinrichtung oder eine mit dieser kommunizierende Überprüfungsvorrichtung, wie z. B. eine geeignete Komparatorschaltung, kontinuierlich oder diskontinuierlich zu bestimmten Zeitpunkten die vorhandene elektrische Energiemenge und/oder anliegende elektrische Spannung in dem Niedervoltenergiespeicher und/oder dem Niedervoltnetz ermitteln und diese mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren elektrischen Mindestenergiemenge oder Höchstenergiemenge und/oder einer vorgegebenen oder vorgebbaren elektrischen Mindestspannung oder Höchstspannung in dem Niedervoltenergiespeicher oder dem Niedervoltnetz im Sinne eines Ist-Wert-Soll-Wert-Vergleichs vergleichen. Unter- oder überschreitet der aktuelle Wert der in dem Niedervoltenergiespeicher oder Niedervoltnetz vorhandenen elektrischen Energiemenge bzw. anliegenden elektrischen Spannung einen entsprechenden Ober- oder Untergrenzwert im Sinne entsprechender Schwellwerte, bedingt die Steuereinrichtung über die elektrischen Wandlervorrichtungen, insbesondere über die zweite elektrische Wandlervorrichtung, einen Energiefluss zwischen dem Hochvoltnetz bzw. dem Hochvoltenergiespeicher und dem Niedervoltnetz bzw. dem Niedervoltenergiespeicher derart, dass in dem Niedervoltenergiespeicher und/oder dem Niedervoltnetz eine bestimmte Mindestenergiemenge und/oder Mindestspannung nicht unterschritten wird oder eine bestimmte Höchstenergiemenge und/oder Höchstspannung nicht überschritten wird. Ein entsprechender Energiefluss zwischen dem Hochvoltnetz bzw. dem Hochvoltenergiespeicher und dem Niedervoltnetz bzw. Niedervoltenergiespeicher kann bereits erfolgen, wenn sich der aktuelle Wert der dortigen elektrischen Energiemenge bzw. der dort anliegenden elektrischen Spannung dem jeweiligen Mindest- oder Höchstwert annähert, wodurch die Unter- oder Überschreitung entsprechender Grenzwerte noch sicherer verhindert werden kann.Accordingly, the control device or a checking device that communicates with it, e.g. B. a suitable comparator circuit, continuously or discontinuously at certain points in time determine the existing amount of electrical energy and / or electrical voltage present in the low-voltage energy storage device and / or the low-voltage network and this with a predetermined or specifiable minimum amount of electrical energy or maximum amount of energy and / or a predetermined or specifiable electrical Compare the minimum voltage or maximum voltage in the low-voltage energy storage device or the low-voltage network in the sense of an actual value/target value comparison. If the current value of the amount of electrical energy or electrical voltage present in the low-voltage energy store or low-voltage network falls below or exceeds a corresponding upper or lower limit value in the sense of corresponding threshold values, the control device causes an energy flow between the electrical converter devices, in particular via the second electrical converter device the high-voltage network or the high-voltage energy store and the low-voltage network or the low-voltage energy store in such a way that the low-voltage energy store and/or the low-voltage network does not fall below a certain minimum amount of energy and/or minimum voltage or a certain maximum amount of energy and/or maximum voltage is not exceeded. A corresponding flow of energy between the high-voltage network or the high-voltage energy store and the low-voltage network or low-voltage energy store can already take place when the current value of the electrical energy quantity there or that is present there brings the electrical voltage closer to the respective minimum or maximum value, which means that the corresponding limit values can be prevented even more reliably.

Selbstverständlich kommuniziert die Steuereinrichtung hierfür mit geeigneten Erfassungsmitteln, welche zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Erfassung diverser elektrischer Parameter, insbesondere des Niedervoltnetzes oder dem Niedervoltenergiespeicher, ausgebildet ist. Entsprechende Parameter betreffen insbesondere die elektrische Energiemenge und/oder die elektrische Spannung in dem Niedervoltnetz oder dem Niedervoltenergiespeicher.Of course, the control device communicates with suitable detection means for this purpose, which is designed for the continuous or discontinuous detection of various electrical parameters, in particular of the low-voltage network or the low-voltage energy store. Corresponding parameters relate in particular to the amount of electrical energy and/or the electrical voltage in the low-voltage network or the low-voltage energy store.

Beispielsweise kann eine entsprechende niedervoltnetzseitige bzw. niedervoltenergiespeicherseitige Mindestenergiemenge in Form eines bestimmten als Randbedingung dienenden Ruhestroms vorliegen, welcher Ruhestrom in dem niedervoltnetzseitigen Niedervoltenergiespeicher stets vorzuhalten ist, um den Betrieb bestimmter niedervoltnetzseitig angeschlossener Verbraucher unter allen Umständen sicherzustellen. Dies trägt, sofern die Verbraucher, wie z. B. entsprechende Fahrerassistenzsysteme, wie Brems- oder Lenkassistenzsysteme, oder ein Standlicht, für den Betrieb des mit dem erfindungsgemäßen Bordnetz ausgestatteten Kraftfahrzeugs sicherheitsrelevant sind, zu erheblichen sicherheitstechnischen Vorteilen bei.For example, a corresponding minimum amount of energy on the low-voltage network side or low-voltage energy storage device side can be present in the form of a specific quiescent current serving as a boundary condition, which quiescent current must always be maintained in the low-voltage network-related low-voltage energy storage device in order to ensure the operation of certain low-voltage network-connected consumers under all circumstances. This contributes if consumers, such as B. corresponding driver assistance systems, such as braking or steering assistance systems, or a parking light, for the operation of equipped with the vehicle electrical system according to the invention are relevant to safety, to significant safety advantages.

Denkbar ist es auch, dass eine entsprechende Randbedingung wenigstens einen Betriebszustand des das Bordnetz umfassenden Kraftfahrzeugs betrifft. Unter Betriebszustand des Kraftfahrzeugs ist beispielsweise ein Fahr- oder Standbetrieb zu verstehen. Sonach ist es mit besonderem Vorteil möglich, wenn das mit dem erfindungsgemäßen Bordnetz ausgestattete Kraftfahrzeug steht bzw. abgestellt ist, was z. B. über bestimmte Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs, wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Zündung etc., ermittelbar ist, den vorgenannten Ruhestrom in dem Niedervoltnetz bzw. dem Niedervoltenergiespeicher über einen gegebenenfalls notwendigen Energiefluss zwischen dem hochvoltnetzseitigen Hochvoltenergiespeicher und dem niedervoltnetzseitigen Niedervoltenergiespeicher sicherzustellen.It is also conceivable that a corresponding boundary condition relates to at least one operating state of the motor vehicle that includes the vehicle electrical system. The operating state of the motor vehicle is to be understood, for example, as driving or stationary operation. It is therefore possible with particular advantage if the motor vehicle equipped with the vehicle electrical system according to the invention is stationary or parked, which z. B. on certain operating parameters of the motor vehicle, such. B. vehicle speed, ignition, etc., can be determined to ensure the aforementioned quiescent current in the low-voltage network or the low-voltage energy storage device via an energy flow that may be necessary between the high-voltage network-side high-voltage energy storage device and the low-voltage network-side low-voltage energy storage device.

Vorteilhaft ist die oder eine Steuereinrichtung zur Steuerung wenigstens einer der elektrischen Wandlervorrichtungen, insbesondere der zweiten elektrischen Wandlervorrichtung, ausgebildet. Wiederum in Abhängigkeit des Vorliegens bestimmter Randbedingungen ist somit eine Ansteuerung, welche insbesondere ein Ein- oder Abschalten der elektrischen Wandlervorrichtung(en) betrifft, möglich. Als entsprechende Randbedingungen können die vorstehend genannten, die elektrische Energiemenge und/oder elektrischen Spannung in dem Niedervoltnetz und/oder dem Niedervoltenergiespeicher betreffenden Randbedingungen verwendet werden. Beispielsweise ist es also möglich, die zweite elektrische Wandlervorrichtung einzuschalten, wenn die elektrische Spannung in dem Niedervoltnetz eine vorgegebene oder vorgebbare elektrische Mindestspannung im Sinne eines unteren Grenz- oder Schwellwerts, z. B. 12 Volt, unterschreitet. Umgekehrt kann die zweite elektrische Wandlervorrichtung ausgeschaltet werden, wenn die elektrische Spannung in dem Niedervoltnetz eine vorgebbare oder vorgegebene elektrische Höchstspannung im Sinne eines oberen Grenz- oder Schwellwerts, z. B. 14 Volt, überschreitet.The or a control device is advantageously designed to control at least one of the electrical converter devices, in particular the second electrical converter device. Again depending on the presence of certain boundary conditions, activation is thus possible, which in particular relates to switching the electrical converter device(s) on or off. The boundary conditions mentioned above, which relate to the amount of electrical energy and/or electrical voltage in the low-voltage network and/or the low-voltage energy store, can be used as corresponding boundary conditions. For example, it is therefore possible to switch on the second electrical converter device when the electrical voltage in the low-voltage network is a predetermined or specifiable minimum electrical voltage in the sense of a lower limit or threshold value, e.g. B. falls below 12 volts. Conversely, the second electrical converter device can be switched off when the electrical voltage in the low-voltage network is a predeterminable or predetermined maximum electrical voltage in the sense of an upper limit or threshold value, e.g. B. 14 volts exceeds.

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann der Hochvoltenergiespeicher mit den elektrischen Wandlervorrichtungen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Mithin sind der Hochvoltenergiespeicher und die elektrischen Wandlervorrichtungen baulich in einem Gehäuse integriert und stellen eine besonders hoch integrierte und kompakte Baueinheit des erfindungsgemäßen Bordnetzes dar, das heißt sie tragen auch zu einer kompakteren Ausführung des erfindungsgemäßen Bordnetzes bei. Das Gehäuse kann aus einem elektrisch isolierenden Material, wie z. B. Kunststoff, ausgebildet sein, was im Hinblick auf regelmäßig zu gewährleistende sicherheitstechnische Aspekte, wie z. B. der Berührungssicherheit gegen Stromschläge, vorteilhaft ist.In an expedient development of the invention, the high-voltage energy store can be arranged with the electrical converter devices in a common housing. Consequently, the high-voltage energy store and the electrical converter devices are structurally integrated in one housing and represent a particularly highly integrated and compact unit of the vehicle electrical system according to the invention, ie they also contribute to a more compact design of the vehicle electrical system according to the invention. The housing can be made of an electrically insulating material, such as. B. plastic, be formed, which is to be regularly guaranteed with regard to safety aspects such. B. the safety against electric shock is advantageous.

Daneben betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug, welches ein, wie vorstehend beschriebenes Bordnetz umfasst. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Elektrokraftfahrzeug oder ein Hybridelektrokraftfahrzeug. Obige Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Bordnetz gelten sonach analog für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.In addition, the present invention relates to a motor vehicle which includes an on-board network as described above. The motor vehicle is in particular an electric motor vehicle or a hybrid electric motor vehicle. The above statements regarding the vehicle electrical system according to the invention therefore apply analogously to the motor vehicle according to the invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, wobei

  • 1 eine Prinzipdarstellung eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs gemäß einer ersten beispielhaften, nicht-erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • 2 eine Prinzipdarstellung eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs gemäß einer zweiten beispielhaften, nicht-erfindungsgemäßen Ausführungsform; und
  • 3 eine Prinzipdarstellung eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs gemäß einer dritten beispielhaften, erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
Further advantages, features and details of the invention result from the exemplary embodiments described below and from the drawings, in which:
  • 1 a schematic representation of a vehicle electrical system of a motor vehicle according to a first exemplary embodiment, not according to the invention;
  • 2 a schematic representation of a vehicle electrical system of a motor vehicle according to a second exemplary embodiment, not according to the invention; and
  • 3 shows a schematic representation of a vehicle electrical system of a motor vehicle according to a third exemplary embodiment of the invention.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Bordnetzes 1 eines Kraftfahrzeugs 2 gemäß einer ersten beispielhaften, nicht-erfindungsgemäßen Ausführungsform. Das Kraftfahrzeug 2 ist ein Elektrokraftfahrzeug, d. h. es wird rein elektrisch über einen oder mehrere, jeweils als Antriebsaggregate dienende Elektromotoren 9 angetrieben. 1 shows a schematic representation of an on-board network 1 of a motor vehicle 2 according to a first exemplary embodiment not according to the invention. The motor vehicle 2 is an electric motor vehicle, ie it is driven purely electrically by one or more electric motors 9 each serving as a drive unit.

Ersichtlich ist das Bordnetz 1 in ein Hochvoltnetz 3 und ein Niedervoltnetz 4 unterteilt. Das Hochvoltnetz 3 weist ein Spannungsniveau von ca. 250 Volt, das Niedervoltnetz 4 weist ein Spannungsniveau von ca. 12 Volt auf. Sowohl in dem Hochvoltnetz 3 als auch in dem Niedervoltnetz 4 sind entsprechende wiederaufladbare Energiespeicher angeordnet. Entsprechend umfasst das Hochvoltnetz 3 einen Hochvoltenergiespeicher 5 und das Niedervoltnetz 4 einen Niedervoltenergiespeicher 6.The vehicle electrical system 1 is divided into a high-voltage network 3 and a low-voltage network 4 . The high-voltage network 3 has a voltage level of approximately 250 volts, and the low-voltage network 4 has a voltage level of approximately 12 volts. Appropriate rechargeable energy stores are arranged both in the high-voltage network 3 and in the low-voltage network 4 . Correspondingly, the high-voltage network 3 includes a high-voltage energy store 5 and the low-voltage network 4 includes a low-voltage energy store 6.

Dabei ist der Hochvoltenergiespeicher 5 aus mehreren in Serie geschalteten, jeweils auf Lithium basierenden Speicherelementen 7, welche auch als Zellen bezeichnet werden können, gebildet. Der Niedervoltenergiespeicher 6 ist auch aus mehreren in Serie geschalteten, jeweils auf Lithium basierenden Speicherelementen 8 gebildet.In this case, the high-voltage energy store 5 is formed from a plurality of series-connected storage elements 7, each based on lithium, which can also be referred to as cells. The low-voltage energy store 6 is also formed from a plurality of storage elements 8 connected in series and each based on lithium.

Eine bevorzugte Konfigurationen des Niedervoltenergiespeichers 6 ist hierbei die Ausführung aus drei Speicherelementen 8 basierend auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung (so genannten NMC-Speicherelementen bzw. NMC-Zellen) und einem Speicherelement 8 basierend auf Lithium-Titanat. Alternative mögliche Konfigurationen des Niedervoltenergiespeichers 6 wurden bereits oben genannt.A preferred configuration of the low-voltage energy store 6 is the embodiment of three storage elements 8 based on a lithium-cobalt-manganese-nickel compound (so-called NMC storage elements or NMC cells) and one storage element 8 based on lithium titanate. Alternative possible configurations of the low-voltage energy store 6 have already been mentioned above.

An das Hochvoltnetz 3 sind entsprechende Hochvoltverbraucher bzw. Hochleistungsverbraucher, wie z. B. der das Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs 2 bildende Elektromotor 9, angeschlossen, welcher über das Hochvoltnetz 3 und somit über den Hochvoltenergiespeicher 5 mit elektrischer Energie versorgt wird. Die elektrische Verbindung zwischen dem Hochvoltenergiespeicher 5 und den Hochleistungsverbrauchern ist über die Betätigung, d. h. Öffnen und Schließen, elektrischer Schaltmittel 11 trennbar und wieder herstellbar. Derart kann es z. B. verhindert werden, dass auch außerhalb des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 2 eine Hochspannung, d. h. insbesondere die jeweilige Spannung des Hochvoltnetzes 3, an dem Elektromotor 9 anliegt.Corresponding high-voltage consumers or high-power consumers, such as e.g. B. the electric motor 9 forming the drive unit of the motor vehicle 2, which is supplied with electrical energy via the high-voltage network 3 and thus via the high-voltage energy store 5. The electrical connection between the high-voltage energy storage 5 and the high-power consumers is about the operation, d. H. Opening and closing, electrical switching means 11 can be separated and restored. Such it can z. B. can be prevented that outside of the driving operation of the motor vehicle 2, a high voltage, d. H. in particular the respective voltage of the high-voltage network 3 to which the electric motor 9 is applied.

An das Niedervoltnetz 4 sind entsprechende Niedervoltverbraucher 10, wie z. B. in Form von als Brems- oder Lenkassistenzsystemen ausgebildete Fahrerassistenzsystemen, einer Beleuchtungseinrichtung des Kraftfahrzeugs 2, d. h. insbesondere des Standlichts des Kraftfahrzeugs 2, diverser Multimediaeinrichtungen, wie z. B. Radio, Fernsehen, etc. angeschlossen, welche über das Niedervoltnetz 4 und somit über den Niedervoltenergiespeicher 6 mit elektrischer Energie (Strom) versorgt werden.Corresponding low-voltage consumers 10, such as e.g. B. in the form of driver assistance systems designed as braking or steering assistance systems, a lighting device of motor vehicle 2, d. H. in particular the parking lights of the motor vehicle 2, various multimedia devices such. As radio, television, etc., which are supplied via the low-voltage network 4 and thus via the low-voltage energy storage device 6 with electrical energy (current).

Ersichtlich umfasst das Bordnetz 1 zwei parallel geschaltete, jeweils als Gleichstromwandler bzw. DC/DC-Wandler ausgebildete elektrische Wandlervorrichtungen 12, 13. Die elektrische Wandlervorrichtung 12 wird im Weiteren als erste elektrische Wandlervorrichtung, die elektrische Wandlervorrichtung 13 im Weiteren als zweite elektrische Wandlervorrichtung bezeichnet.As can be seen, the vehicle electrical system 1 comprises two parallel-connected electrical converter devices 12, 13, each designed as a direct current converter or DC/DC converter. The electrical converter device 12 is referred to below as the first electrical converter device, and the electrical converter device 13 is referred to below as the second electrical converter device.

Die elektrischen Wandlervorrichtungen 12, 13 sind dabei in dem Hochvoltnetz 3 angeordnet. Insbesondere ist die elektrische Wandlervorrichtung 13 samt dem Hochvoltenergiespeicher 5 in einem gemeinsamen Gehäuseteil 14 aus einem elektrisch isolierenden Material, d. h. Kunststoff, angeordnet. Demzufolge ist der Hochvoltenergiespeicher 5 und die elektrische Wandlervorrichtung 13 zu einer gemeinsamen Baueinheit integriert.The electrical converter devices 12, 13 are arranged in the high-voltage network 3. In particular, the electrical converter device 13 together with the high-voltage energy store 5 is in a common housing part 14 made of an electrically insulating material, d. H. plastic, arranged. Consequently, the high-voltage energy store 5 and the electrical converter device 13 are integrated into a common structural unit.

Die elektrischen Wandlervorrichtungen 12, 13 unterscheiden sich in ihrer Leistung bzw. Leistungsaufnahme, wobei die erste elektrische Wandlervorrichtung 12 im Allgemeinen eine höhere Leistung bzw. Leistungsaufnahme als die zweite elektrische Wandlervorrichtung 13 aufweist. Die Leistung bzw. Leistungsaufnahme der ersten elektrischen Wandlervorrichtung 12 beträgt z. B. ca. 2 Kilowatt (kW), die Leistung bzw. Leistungsaufnahme der zweiten elektrischen Wandlervorrichtung 13 beträgt z. B. lediglich ca. 10 Watt (W).The electrical converter devices 12 , 13 differ in their power or power consumption, with the first electrical converter device 12 generally having a higher power or power consumption than the second electrical converter device 13 . The power or power consumption of the first electrical converter device 12 is z. B. about 2 kilowatts (kW), the power or power consumption of the second electrical converter device 13 is z. B. only about 10 watts (W).

Dem Bordnetz 1 ist ferner eine Steuereinrichtung 15 zugehörig bzw. zugeordnet. Die Steuereinrichtung 15 ist insbesondere zur Steuerung eines elektrischen Energieflusses im Sinne eines Austauschs bestimmter Mengen elektrischer Energie zwischen dem hochvoltnetzseitigen Hochvoltenergiespeicher 5 und dem niedervoltnetzseitigen Niedervoltenergiespeicher 6, und umgekehrt, ausgebildet. Im Rahmen der Steuerung des Energieflusses zwischen dem Hochvoltenergiespeicher 5 und dem Niedervoltenergiespeicher 6 kann die Steuereinrichtung 15 bestimmte Randbedingungen berücksichtigen, d. h. die Steuerung des Energieflusses in Abhängigkeit des Vorliegens oder Nichtvorliegens entsprechender Randbedingungen vornehmen.A control device 15 is also associated with or assigned to vehicle electrical system 1 . The control device 15 is designed in particular to control an electrical energy flow in terms of an exchange of specific amounts of electrical energy between the high-voltage network-side high-voltage energy store 5 and the low-voltage network-side low-voltage energy store 6 and vice versa. As part of the control of the energy flow between the high-voltage energy store 5 and the low-voltage energy store 6, the control device 15 can take certain boundary conditions into account, i. H. carry out the control of the energy flow depending on the presence or absence of corresponding boundary conditions.

Eine entsprechende Randbedingung kann beispielsweise eine bestimmte Mindestenergiemenge oder Höchstenergiemenge und/oder eine bestimmte Mindestspannung oder Höchstspannung in dem Niedervoltenergiespeicher 6 betreffen. Hierbei ist die die Steuereinrichtung 15 zur Steuerung des Energieflusses zwischen dem Hochvoltenergiespeicher 5 und dem Niedervoltenergiespeicher 6 derart ausgebildet ist, dass in dem Niedervoltenergiespeicher 6 eine bestimmte Mindestenergiemenge und/oder Mindestspannung nicht unterschritten wird oder eine bestimmte Höchstenergiemenge und/oder Höchstspannung nicht überschritten wird. Die Mindestenergiemenge bzw. Höchstenergiemenge wie auch die Mindestspannung bzw. die Höchstspannung liegen der Steuereinrichtung 15 als entsprechende Grenzwerte vor und werden seitens der Steuereinrichtung 15 als Sollwerte mit den als Istwerten zu erachtenden, aktuell gegebenen Energiemengen bzw. elektrischen Spannungen in dem Niedervoltnetz 4 bzw. dem Niedervoltenergiespeicher 6 verglichen. Hierbei erfolgt eine Ansteuerung der elektrischen Wandlervorrichtungen 12, 13 insbesondere dann, wenn der seitens der Steuereinrichtung 15 durchgeführte Istwert-Sollwert-Vergleich ein Unter- oder Überschreiten eines entsprechenden Istwertes mit einem entsprechenden Sollwert ergibt.A corresponding boundary condition can relate, for example, to a specific minimum amount of energy or maximum amount of energy and/or a specific minimum voltage or maximum voltage in the low-voltage energy store 6 . This is the control device 15 for controlling the energy flow between the high-voltage energy store 5 and the low-voltage energy store 6 is designed in such a way that in the low-voltage energy store 6 a specific minimum amount of energy and/or minimum voltage is not fallen below or a specific maximum amount of energy and/or maximum voltage is not exceeded. The minimum amount of energy or maximum amount of energy as well as the minimum voltage or the maximum voltage are available to the control device 15 as corresponding limit values and are processed by the control device 15 as setpoint values with the currently given amounts of energy or electrical voltages in the low-voltage network 4 or electrical voltages to be considered as actual values Low-voltage energy storage 6 compared. In this case, the electrical converter devices 12, 13 are actuated in particular when the comparison of the actual value and the target value carried out by the control device 15 results in a corresponding actual value being undershot or exceeded with a corresponding target value.

Insbesondere ist es möglich, den seitens des Niedervoltnetzes 4 bzw. in dem Niedervoltenergiespeicher 6 stets vorzuhaltenden Ruhestrom, welcher den grundsätzlichen Betrieb der an das Niedervoltnetz 4 angeschlossenen Verbraucher 10 ermöglicht, sicherzustellen. Der Ruhestrom, welcher mit einer bestimmten Mindestenergiemenge in dem Niedervoltenergiespeicher6 verknüpft ist, kann sonach auch durch einen Energiefluss von dem Hochvoltenergiespeicher 5 in den Niedervoltenergiespeicher 6 gewährleistet werden.In particular, it is possible to ensure the quiescent current that is always to be provided by the low-voltage network 4 or in the low-voltage energy store 6 and which enables the basic operation of the consumers 10 connected to the low-voltage network 4 . The quiescent current, which is linked to a certain minimum amount of energy in the low-voltage energy store 6 , can therefore also be ensured by an energy flow from the high-voltage energy store 5 into the low-voltage energy store 6 .

Ermittelt z. B. die Steuereinrichtung 15, dass in dem Niedervoltenergiespeicher 6 eine Unterschreitung der für den Ruhestrom erforderlichen Energiemenge gegeben ist, kann diese die elektrische Wandlervorrichtung 13 ansteuern und so eine bedarfsgerechte Energiemenge aus dem Hochvoltenergiespeicher 5 an den Niedervoltenergiespeicher 6 übertragen werden. Für den Austausch entsprechender Energiemengen zwischen dem hochvoltnetzseitigen Hochvoltenergiespeicher 5 und dem niedervoltnetzseitigen Niedervoltenergiespeicher 6 kommt vorteilhaft ausschließlich die zweite elektrische Wandlervorrichtung 13 zur Verwendung. Selbstverständlich umfasst oder kommuniziert die Steuereinrichtung 15 hierzu mit geeigneten Erfassungsmitteln zur Erfassung der in dem Hochvoltnetz 3, dem Niedervoltnetz 4, dem Hochvoltenergiespeicher 5 sowie dem Niedervoltenergiespeicher 6 aktuell anliegenden bzw. vorhandenen elektrischen Spannungen bzw. elektrischen Energiemengen.determined e.g. B. the control device 15 that in the low-voltage energy storage device 6 there is a drop below the amount of energy required for the quiescent current, it can control the electrical converter device 13 and thus a required amount of energy can be transferred from the high-voltage energy storage device 5 to the low-voltage energy storage device 6. For the exchange of corresponding amounts of energy between the high-voltage network-side high-voltage energy store 5 and the low-voltage network-side low-voltage energy store 6, only the second electrical converter device 13 is advantageously used. Of course, the control device 15 includes or communicates with suitable detection means for detecting the electrical voltages or amounts of electrical energy currently present or present in the high-voltage network 3 , the low-voltage network 4 , the high-voltage energy storage device 5 and the low-voltage energy storage device 6 .

Als entsprechende von der Steuereinrichtung 15 berücksichtigbare Randbedingung kann ferner, d. h. alternativ oder zusätzlich, auch ein Betriebszustand des das Bordnetz 1 umfassenden Kraftfahrzeugs 2 verwendet werden. Mithin kann die Steuereinrichtung 15 eine Ansteuerung der elektrischen Wandlervorrichtung 13 z. B. nur ermöglichen, wenn das Kraftfahrzeug 1 steht bzw. abgestellt ist. Hierzu kann die Steuereinrichtung 15 z. B. mit kraftfahrzeugseitigen Erfassungsmitteln zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Betriebszustandes der Elektromotoren, der Zündung etc. kommunizieren, so dass diese eindeutig den aktuellen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs 2 ermitteln kann. Beispielsweise ist es möglich, dass, wenn die Steuereinrichtung 15 ermittelt, dass das Kraftfahrzeug 2 abgestellt wurde, den oben genannten Ruhestrom in dem Niedervoltnetz 4 bzw. die dazu in dem Niedervoltenergiespeicher 6 vorzuhaltende elektrische Energiemenge aus dem Hochvoltnetz 3 bzw. dem Hochvoltenergiespeicher 5 bereitzustellen.Furthermore, as a corresponding boundary condition which can be taken into account by the control device 15, i.e. H. alternatively or additionally, an operating state of motor vehicle 2 comprising vehicle electrical system 1 can also be used. Consequently, the control device 15 can control the electrical converter device 13 z. B. only allow when the motor vehicle 1 is or is parked. For this purpose, the control device 15 z. B. communicate with vehicle-side detection means for detecting the vehicle speed, the operating state of the electric motors, the ignition, etc., so that they can clearly determine the current operating state of the motor vehicle 2. For example, if control device 15 determines that motor vehicle 2 has been parked, it is possible to provide the above-mentioned quiescent current in low-voltage network 4 or the amount of electrical energy to be kept available in low-voltage energy store 6 from high-voltage network 3 or high-voltage energy store 5.

Die Steuereinrichtung 15 ist zur Steuerung wenigstens einer der elektrischen Wandlervorrichtungen 12, 13, insbesondere der zweiten elektrischen Wandlervorrichtung 13, ausgebildet. Mithin kann die Steuereinrichtung 15 die elektrischen Wandlervorrichtungen 12, 13 in unterschiedliche Betriebszustände versetzen, d. h. insbesondere ein- und ausschalten. Es ist demnach möglich, insbesondere die zweite elektrische Wandlervorrichtung 13 nur zu bestimmten Zeitpunkten anzuschalten und somit einen Energiefluss zwischen dem Hochvoltnetz 3 und dem Niedervoltnetz 4 respektive dem darin angeordneten Hochvoltenergiespeicher 5 und Niedervoltenergiespeicher 6 zu ermöglichen. Unter Berücksichtigung des Vorliegens einer entsprechenden Randbedingung, wie z. B. der aktuell in dem Niedervoltnetz 4 bzw. dem Niedervoltenergiespeicher 6 anliegenden elektrischen Spannung kann sonach ein Einschalten der zweiten elektrischen Wandlervorrichtung 13 erfolgen, wenn in dem Niedervoltnetz 4 und/oder dem Niedervoltenergiespeicher 6 ein Unterschreiten einer Mindestspannung, von z. B. 12 Volt, angezeigt ist. Gleiches gilt, sofern ein Überschreiten einer Höchstspannung, von z. B. 14 Volt, in dem Niedervoltnetz 4 und/oder dem Niedervoltenergiespeicher 6 erfasst wurde.The control device 15 is designed to control at least one of the electrical converter devices 12, 13, in particular the second electrical converter device 13. Consequently, the control device 15 can put the electrical converter devices 12, 13 into different operating states, i. H. especially turning on and off. It is therefore possible, in particular, to switch on the second electrical converter device 13 only at specific points in time and thus to enable an energy flow between the high-voltage network 3 and the low-voltage network 4 or the high-voltage energy store 5 and low-voltage energy store 6 arranged therein. Taking into account the existence of a corresponding boundary condition, such as g. the electrical voltage currently present in the low-voltage network 4 or the low-voltage energy store 6, the second electrical converter device 13 can therefore be switched on if the voltage in the low-voltage network 4 and/or the low-voltage energy store 6 falls below a minimum voltage of z. B. 12 volts, is displayed. The same applies if exceeding a maximum voltage of z. B. 14 volts, was detected in the low-voltage network 4 and / or the low-voltage energy storage 6.

Zu beachten ist, dass bei abgestelltem Kraftfahrzeug 2 ein Energiefluss zum Zwecke des Ladens bzw. Nachladens des Niedervoltenergiespeichers 6 über die zweite elektrische Wandlervorrichtung 13 regelmäßig nicht zweckmäßig ist, da in diesem Fall die Gefahr besteht, dass außerhalb des Hochvoltnetzes 3 eine entsprechend hohe elektrische Spannung anliegt, was aus sicherheitstechnischen Aspekten zu verhindern ist. Gleichermaßen ist der Wirkungsgrad eines entsprechenden Ladevorgangs unzureichend hoch, so dass entsprechende Ladevorgänge in der Regel uneffizient sind.It should be noted that when the motor vehicle 2 is parked, an energy flow for the purpose of charging or recharging the low-voltage energy storage device 6 via the second electrical converter device 13 is generally not expedient, since in this case there is a risk that a correspondingly high electrical voltage will be generated outside the high-voltage network 3 is present, which is to be prevented for safety reasons. Equally, the efficiency of a corresponding charging process is not sufficiently high, so that corresponding charging processes are generally inefficient.

2 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Bordnetzes 1 eines Kraftfahrzeugs 2 gemäß einer zweiten beispielhaften, nicht-erfindungsgemäßen Ausführungsform. Der wesentliche Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bordnetzes 1 besteht in der Ausführung des niedervoltnetzseitigen Niedervoltenergiespeichers 6, welcher hier nicht allein aus auf Lithium bzw. Lithiumverbindungen basierenden Speicherelementen 8 gebildet ist, sondern zusätzlich mehrere Doppelschichtkondensatoren 16 umfasst. 2 shows a schematic representation of an on-board network 1 of a motor vehicle 2 according to a second exemplary embodiment not according to the invention. The main difference to the in 1 shown embodiment of the invention The vehicle electrical system 1 according to the invention consists in the design of the low-voltage network-side low-voltage energy store 6 , which here is not formed solely from storage elements 8 based on lithium or lithium compounds, but also includes a number of double-layer capacitors 16 .

Der Niedervoltenergiespeicher 6 ist sonach vorzugsweise aus drei Speicherelementen 8 basierend auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung und einem Speicherelement 8 basierend auf Lithium-Titanat gebildet, welchen Speicherelementen 8 sechs in Reihe geschaltete Doppelschichtkondensatoren 16 parallel geschaltet sind, ausgebildet.The low-voltage energy store 6 is therefore preferably formed from three storage elements 8 based on a lithium-cobalt-manganese-nickel compound and one storage element 8 based on lithium titanate, which storage elements 8 are connected in parallel with six double-layer capacitors 16 connected in series.

Der Niedervoltenergiespeicher 6 ist sonach zur Gewährleistung des Betriebs der an das Niedervoltnetz 4 angeschlossenen Verbraucher 10 vorgesehen. Die Doppelschichtkondensatoren 16 können bedarfsweise, d. h. etwa bei Ausfall der ersten elektrischen Wandlervorrichtung 12, zugeschaltet werden, um möglicherweise auftretende Spannungsspitzen, insbesondere im Niedervoltnetz 4, auszugleichen.The low-voltage energy store 6 is therefore provided to ensure the operation of the consumers 10 connected to the low-voltage network 4 . The double layer capacitors 16 can be used as needed, i. H. be switched on, for example in the event of failure of the first electrical converter device 12, in order to compensate for any voltage peaks that may occur, in particular in the low-voltage network 4.

3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Bordnetzes 1 eines Kraftfahrzeugs 2 gemäß einer dritten beispielhaften, erfindungsgemäßen Ausführungsform. Der wesentliche Unterschied zu den in den 1, 2 gezeigten Ausführungsformen besteht wiederum in der Konfiguration des Niedervoltenergiespeichers 6. Der in 3 gezeigte Niedervoltenergiespeicher 6 ist durch drei Speicherelemente 8 basierend auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung, welchen in Reihe ein Doppelschichtkondensator 16 nachgeschaltet ist und einem zu den drei auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung basierenden Speicherelementen 8 und dem diesen in Reihe nachgeschalteten Doppelschichtkondensator 16 parallel geschalteten weiteren Doppelschichtkondensator 16 gebildet. Der Niedervoltenergiespeicher 6 kann sonach gedanklich in zwei parallel zueinander geschaltete Teile aufgeteilt werden, wobei der erste Teil durch die drei auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung basierenden Speicherelementen 8 in Reihe mit einem Doppelschichtkondensator 16 und der zweite Teil durch den dazu parallel geschalteten weiteren Doppelschichtkondensator 16 gebildet ist. 3 shows a schematic diagram of an on-board network 1 of a motor vehicle 2 according to a third exemplary embodiment of the invention. The main difference to those in the 1 , 2 Embodiments shown in turn consists in the configuration of the low-voltage energy storage 6. The in 3 The low-voltage energy storage device 6 shown is composed of three storage elements 8 based on a lithium-cobalt-manganese-nickel compound, which are connected in series to a double-layer capacitor 16 and one to the three storage elements 8 based on a lithium-cobalt-manganese-nickel compound and the this further double-layer capacitor 16 connected in parallel in series downstream double-layer capacitor 16 is formed. The low-voltage energy storage device 6 can therefore be divided into two parts connected in parallel, the first part being connected in series with a double-layer capacitor 16 by the three storage elements 8 based on a lithium-cobalt-manganese-nickel compound, and the second part being connected in parallel with it connected further double-layer capacitor 16 is formed.

Mit dem erfindungsgemäßen Prinzip ist es grundsätzlich möglich, ein entsprechendes Bordnetz 1 gewichtsmäßig leichter aufzubauen, was sich dadurch begründet, dass durch den möglichen Energiefluss zwischen dem hochvoltnetzseitigen Hochvoltenergiespeicher 5 und dem niedervoltnetzseitigen Niedervoltenergiespeicher 6 der Niedervoltenergiespeicher 6 in seiner Kapazität kleiner bemessen werden kann. So kann beispielsweise ein entsprechender Niedervoltenergiespeicher 6 mit einer Kapazität im Bereich von 1 - 6 Amperestunden (Ah), insbesondere nur ca. 2 Amperestunden (Ah), und einer maximalen Stromstärke von ca. 150 Ampere (A) verwendet werden, wohingegen konventionelle Niedervoltenergiespeicher mindestens eine Kapazität von ca. 44 Amperestunden aufweisen müssen. Durch die kleinere Dimensionierung der Niedervoltenergiespeicher 6 ergeben sich Gewichtseinsparungen von bis zu 70% (betrachtet man ein Gewicht eines konventionellen Niedervoltenergiespeichers von ca. 14 Kilogramm (kg) und ein Gewicht eines erfindungsgemäß einsetzbaren Niedervoltenergiespeichers 6 von ca. 4 Kilogramm).With the principle according to the invention, it is basically possible to construct a corresponding vehicle electrical system 1 in terms of weight that is lighter, which is due to the fact that the capacity of the low-voltage energy store 6 can be dimensioned smaller due to the possible energy flow between the high-voltage network-side high-voltage energy store 5 and the low-voltage network-side low-voltage energy store 6. For example, a corresponding low-voltage energy storage device 6 with a capacity in the range of 1-6 ampere hours (Ah), in particular only approx. 2 ampere hours (Ah), and a maximum current of approx. 150 ampere (A) can be used, whereas conventional low-voltage energy storage devices can be used at least have a capacity of approx. 44 ampere hours. The smaller dimensioning of the low-voltage energy store 6 results in weight savings of up to 70% (considering a weight of a conventional low-voltage energy store of approximately 14 kilograms (kg) and a weight of a low-voltage energy store 6 that can be used according to the invention of approximately 4 kilograms).

Claims (12)

Bordnetz (1) für ein Kraftfahrzeug (2), insbesondere für ein Elektrokraftfahrzeug oder ein Hybridkraftfahrzeug, umfassend: - wenigstens ein für eine erste elektrische Spannung ausgelegtes Hochvoltnetz (3), wobei das Hochvoltnetz (3) wenigstens einen Hochvoltenergiespeicher (5) umfasst, - wenigstens ein für eine im Vergleich zu der ersten Spannung des Hochvoltnetzes (3) niedrigere zweite elektrische Spannung ausgelegtes Niedervoltnetz (4), wobei das Niedervoltnetz (4) wenigstens einen Niedervoltenergiespeicher (6) umfasst, - wenigstens eine erste und wenigstens eine zweite zwischen den Hochvoltenergiespeicher (5) und den Niedervoltenergiespeicher (6) geschaltete elektrische Wandlervorrichtung (12, 13), welche jeweils zur Umwandlung der ersten elektrischen Spannung des Hochvoltnetzes (3) in die zweite elektrische Spannung des Niedervoltnetzes (4), und umgekehrt, ausgebildet ist, wobei der Niedervoltenergiespeicher (6) aus wenigstens einem auf Lithium und/oder einer Lithiumverbindung basierenden Speicherelement (8) gebildet ist und zusätzlich wenigstens einen in Serie zu dem Speicherelement (8) geschalteten Kondensator umfasst.Vehicle electrical system (1) for a motor vehicle (2), in particular for an electric motor vehicle or a hybrid motor vehicle, comprising: - at least one high-voltage network (3) designed for a first electrical voltage, the high-voltage network (3) comprising at least one high-voltage energy store (5), - at least one low-voltage network (4) designed for a second electrical voltage that is lower than the first voltage of the high-voltage network (3), the low-voltage network (4) comprising at least one low-voltage energy store (6), - At least one first and at least one second electrical converter device (12, 13) connected between the high-voltage energy storage device (5) and the low-voltage energy storage device (6), which are each used to convert the first electrical voltage of the high-voltage network (3) into the second electrical voltage of the low-voltage network ( 4) and vice versa, wherein the low-voltage energy store (6) is formed from at least one storage element (8) based on lithium and/or a lithium compound and additionally comprises at least one capacitor connected in series with the storage element (8). Bordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedervoltenergiespeicher (6) aus: - drei Speicherelementen (8) basierend auf Lithium und einem Speicherelement (8) basierend auf Lithium-Titanat, oder - drei Speicherelementen (8) basierend auf Lithium und zwei Speicherelementen (8) basierend auf einer Nickelmetallhydrid-Verbindung, oder - drei Speicherelementen (8) basierend auf Lithium-Titanat und zwei Speicherelementen (8) basierend auf einer Lithium-Eisen-Phosphat-Verbindung, oder - vier Speicherelementen (8) basierend auf einer Lithium-Eisen-Phosphat-Verbindung, oder - vier Speicherelementen (8) basierend auf Lithium-Titanat und einem Speicherelement (8) basierend auf Lithium, oder - vier Speicherelementen (8) basierend auf Lithium-Titanat und einem Speicherelement (8) basierend auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung, oder - sechs Speicherelementen (8) basierend auf Lithium-Titanat, oder - einem Speicherelement (8) basierend auf Lithium-Titanat und drei Speicherelementen (8) basierend auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung gebildet ist.on-board network claim 1 , characterized in that the low-voltage energy store (6) consists of: - three storage elements (8) based on lithium and one storage element (8) based on lithium titanate, or - three storage elements (8) based on lithium and two storage elements (8) based on a nickel metal hydride compound, or - three storage elements (8) based on lithium titanate and two storage elements (8) based on a lithium iron phosphate compound, or - four storage elements (8) based on a lithium iron phosphate - compound, or - four storage elements (8) based on lithium titanate and one storage element (8) based on lithium, or - four storage elements (8) based on lithium titanate and one storage element (8) based on a lithium-cobalt-manganese-nickel compound, or - six storage elements (8) based on lithium titanate, or - one storage element (8) is formed based on lithium titanate and three storage elements (8) based on a lithium-cobalt-manganese-nickel compound. Bordnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Niedervoltenergiespeicher (6) bildenden Speicherelemente (8) in Serie geschaltet sind.on-board network claim 1 or 2 , characterized in that the storage elements (8) forming the low-voltage energy storage device (6) are connected in series. Bordnetz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kondensator ein Doppelschichtkondensator (16) ist.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one capacitor is a double-layer capacitor (16). Bordnetz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedervoltenergiespeicher (6) mehrere Kondensatoren umfasst, von denen wenigstens einer parallel zu dem Speicherelement (8) geschaltet ist.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the low-voltage energy store (6) comprises a plurality of capacitors, at least one of which is connected in parallel with the storage element (8). Bordnetz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedervoltenergiespeicher (6) aus drei jeweils auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung basierenden Speicherelementen (8) und einem diesen in Serie nachgeschalteten Doppelschichtkondensator (16) und einen zu den drei jeweils auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung basierenden Speicherelementen (8) sowie dem diesen in Serie nachgeschalteten Doppelschichtkondensator (16) weiteren Doppelschichtkondensator (16) gebildet ist.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the low-voltage energy store (6) consists of three storage elements (8), each based on a lithium-cobalt-manganese-nickel compound, and a double-layer capacitor (16) connected in series with them and one for the three each based on a lithium-cobalt-manganese-nickel compound storage elements (8) and the double-layer capacitor (16) connected downstream of these in series further double-layer capacitor (16). Bordnetz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Wandlervorrichtung (12) eine höhere Leistung als die zweite elektrische Wandlervorrichtung (13) aufweist.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the first electrical converter device (12) has a higher output than the second electrical converter device (13). Bordnetz nach einem der vorangehenden Ansprüche., gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (15), welche zur Steuerung eines Energieflusses zwischen dem Hochvoltenergiespeicher (5) und dem Niedervoltenergiespeicher (6), und umgekehrt, ausgebildet ist, wobei die Steuereinrichtung (15) zur Steuerung des Energieflusses zwischen dem Hochvoltenergiespeicher (5) und dem Niedervoltenergiespeicher (6), und umgekehrt, unter Berücksichtigung wenigstens einer Randbedingung ausgebildet ist.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized by a control device (15) which is designed to control an energy flow between the high-voltage energy store (5) and the low-voltage energy store (6) and vice versa, the control device (15) for controlling the energy flow between the high-voltage energy store (5) and the low-voltage energy store (6), and vice versa, is formed taking into account at least one boundary condition. Bordnetz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Randbedingung eine bestimmte Mindestenergiemenge oder Höchstenergiemenge und/oder eine bestimmte Mindestspannung oder Höchstspannung in dem Niedervoltenergiespeicher (6) betrifft, wobei die Steuereinrichtung (15) zur Steuerung des Energieflusses zwischen dem Hochvoltenergiespeicher (5) und dem Niedervoltenergiespeicher (6) derart ausgebildet ist, dass in dem Niedervoltenergiespeicher (6) eine bestimmte Mindestenergiemenge und/oder Mindestspannung nicht unterschritten wird oder eine bestimmte Höchstenergiemenge und/oder Höchstspannung nicht überschritten wird, und/oder die Randbedingung wenigstens einen Betriebszustand eines das Bordnetz (1) umfassenden Kraftfahrzeugs (2) betrifft.on-board network claim 8 , characterized in that the boundary condition relates to a specific minimum amount of energy or maximum amount of energy and/or a specific minimum voltage or maximum voltage in the low-voltage energy store (6), the control device (15) for controlling the energy flow between the high-voltage energy store (5) and the low-voltage energy store (6) is designed in such a way that in the low-voltage energy store (6) a certain minimum amount of energy and/or minimum voltage is not fallen below or a certain maximum amount of energy and/or maximum voltage is not exceeded, and/or the boundary condition includes at least one operating state of a motor vehicle comprising the vehicle electrical system (1) ( 2) concerns. Bordnetz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Steuereinrichtung (15) zur Steuerung wenigstens einer der elektrischen Wandlervorrichtungen (12, 13), insbesondere der zweiten elektrischen Wandlervorrichtung (13), ausgebildet ist.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the or a control device (15) is designed to control at least one of the electrical converter devices (12, 13), in particular the second electrical converter device (13). Bordnetz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochvoltenergiespeicher (5) mit wenigstens einer elektrischen Wandlervorrichtung (12, 13) in einem gemeinsamen Gehäuse (14) angeordnet ist.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the high-voltage energy store (5) is arranged with at least one electrical converter device (12, 13) in a common housing (14). Kraftfahrzeug (2), umfassend ein Bordnetz (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.Motor vehicle (2) comprising an on-board network (1) according to one of the preceding claims.
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