DE102012205824A1 - Vehicle i.e. motor car, has onboard sub-networks provided with electrical onboard network batteries and linked over electrical path, which comprises coupling resistor larger than conductive resistor between generator and one battery - Google Patents

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Georg Immel
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Abstract

The vehicle has an onboard sub-network (1) with an electrical onboard network battery (E1), a starter (S) and a generator (G). Another onboard sub-network (2) is provided with another electrical onboard network battery (E2). The former onboard sub-network comprises an electrical conductive resistor (R1) between the generator and the former battery. The onboard sub-networks are linked over an electrical path (3), which comprises a coupling resistor (R2) larger than the conductive resistor. A coupling element i.e. switch, is electrically connected in series with the coupling resistor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, das ein erstes Teilbordnetz mit einem ersten elektrischen Energiespeicher, einem Starter und einem Generator und das ein zweites Teilbordnetz mit einem zweiten elektrischen Energiespeicher umfasst, und bei dem das erste Teilbordnetz einen elektrischen Leitungswiderstand zwischen dem Generator und dem ersten elektrischen Energiespeicher aufweist.The invention relates to a vehicle which comprises a first sub-board network with a first electrical energy store, a starter and a generator and a second sub-board network with a second electrical energy store, and in which the first sub-board network is an electrical line resistance between the generator and the first electrical energy store having.

Moderne Fahrzeuge mit einem 14 V-Bordnetz verfügen über eine spezifische Generatorregelung, um kinetische Energie des Fahrzeugs als elektrische Energie beim Bremsen oder Rollen des Fahrzeugs zurückzugewinnen. Dies wird als Rekuperation bezeichnet.Modern vehicles with a 14 V electrical system have a specific generator control to recover kinetic energy of the vehicle as electrical energy when braking or rolling the vehicle. This is called recuperation.

Das Potential zur Rekuperation kann erhöht werden, wenn das Bordnetz des Fahrzeugs um Energiespeicher mit hoher Ladeakzeptanz ergänzt wird. Diese ist beispielsweise aus der Schrift DE 10 2006 002 985 A1 bekannt.The potential for recuperation can be increased if the on-board network of the vehicle is supplemented by energy storage with high charge acceptance. This is for example from the Scriptures DE 10 2006 002 985 A1 known.

Weiterhin beschreibt der Stand der Technik Fahrzeugbordnetze mit Rekuperation in einem Teilbordnetz bei erhöhter Spannungslage von beispielsweise 24 Volt. Der Leistungstransfer in das Teilbordnetz erfolgt durch einen Gleichspannungssteller, siehe etwa JP 2010 081 762 A1 .Furthermore, the prior art describes vehicle electrical systems with recuperation in a sub-board network at an elevated voltage of, for example, 24 volts. The power transfer to the sub-board network is done by a DC voltage controller, see for example JP 2010 081 762 A1 ,

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fahrzeug zu beschreiben, das ein erstes Teilbordnetz mit einem ersten elektrischen Energiespeicher, einem Starter und einem Generator und das ein zweites Teilbordnetz mit einem zweiten elektrischen Energiespeicher umfasst, und bei dem das erste Teilbordnetz einen elektrischen Leitungswiderstand zwischen dem Generator und dem ersten elektrischen Energiespeicher aufweist.It is an object of the invention to describe an improved vehicle comprising a first sub-board network having a first electrical energy store, a starter and a generator and a second sub-board network having a second electrical energy store, and wherein the first sub-board network comprises an electrical line resistance between Having the generator and the first electrical energy storage.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a vehicle according to claim 1. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims.

Erfindungsgemäß sind das erste Teilbordnetz und das zweite Teilbordnetz über einen elektrischen Pfad koppelbar, der einen Kopplungswiderstand aufweist und der den Leitungswiderstand übersteigt.According to the invention, the first sub-board network and the second sub-board network can be coupled via an electrical path which has a coupling resistance and which exceeds the line resistance.

Unter einem elektrischen Pfad wird eine elektrische Schaltung verstanden, die elektrisch zwischen den beiden Teilbordnetzen befindlich ist. Diese elektrische Schaltung weist den Kopplungswiderstand auf. Der Kopplungswiderstand bewirkt bei Stromfluss durch den Kopplungswiderstand einen Spannungsfall über dem Kopplungswiderstand, so dass das elektrische Potential des ersten elektrischen Energiespeichers und das elektrische Potential des zweiten elektrischen Energiespeichers unterschiedlich sind. Zum Beispiel hat der Kopplungswiderstand zur Folge, dass bei einem Fluss von Ladestrom durch den Generator über den Kopplungswiderstand Spannung abfällt. Damit ist die Spannungslage des zweiten Energiespeichers stets unterhalb der Spannungslage des ersten Energiespeichers. Damit ist ein wirksamer Überspannungsschutz des zweiten Energiespeichers möglich. Der Kopplungswiderstand verbindet die beiden Teilbordnetze also elektrisch teilweise ohm'sch entkoppelt. Dies wird auch als Teilentkopplung bezeichnet.An electrical path is understood to mean an electrical circuit which is located electrically between the two sub-board networks. This electrical circuit has the coupling resistance. The coupling resistor causes current flow through the coupling resistor a voltage drop across the coupling resistor, so that the electrical potential of the first electrical energy storage and the electrical potential of the second electrical energy storage are different. For example, the coupling resistance causes voltage to drop as the charging current through the generator flows through the coupling resistor. Thus, the voltage level of the second energy storage is always below the voltage level of the first energy storage. For an effective overvoltage protection of the second energy storage is possible. The coupling resistor thus connects the two sub-systems electrically partially ohmically decoupled. This is also called partial decoupling.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der elektrische Pfad ein Koppelelement auf, mit welchem der Kopplungswiderstand elektrisch in Reihe geschaltet ist.According to a preferred embodiment of the invention, the electrical path to a coupling element, with which the coupling resistor is electrically connected in series.

Das Koppelelement kann beispielsweise als Schalter ausgeführt sein.The coupling element may for example be designed as a switch.

Besonders nützlich ist es, wenn das Fahrzeug über eine Motor-Stopp-Start-Funktion verfügt, und bei einer Betätigung des Starters für einen Warmstart das Koppelelement geöffnet ist.It is particularly useful when the vehicle has an engine stop-start function, and when the starter is actuated for a warm start, the coupling element is open.

Bei einem Fahrzeug mit Motor-Stopp-Start-Funktion ist ein Warmstart ein Start des Verbrennungsmotors während einer Fahrt bei abgestelltem Verbrennungsmotor, z. B. während einer Rotphase an einer Ampel. Ein erstmaliger Start beim Beginn einer Fahrt wird als Kaltstart bezeichnet.In a vehicle with engine stop-start function, a warm start is a start of the internal combustion engine while driving with the engine stopped, for. B. during a red phase at a traffic light. A first start at the start of a journey is called a cold start.

Es ist zudem vorteilhaft, wenn das erste Teilbordnetz zumindest einen Hochleistungsverbraucher umfasst und bei einer Leistungsanforderung des zumindest einen Hochleistungsverbrauchers das Koppelelement geöffnet ist.It is also advantageous if the first sub-electrical system includes at least one high-power consumer and the coupling element is open in the case of a power requirement of the at least one high-power consumer.

Damit ist bei geöffnetem Koppelelement eine Leistungsabgabe und somit ein Spannungsverlust des ersten Energiespeichers verbunden. Die Spannungslage des zweiten Energiespeichers verbleibt stabil, so dass dem zweiten Energiespeicher parallel geschaltete Verbraucher spannungsstabil mit elektrischer Leistung versorgbar sind.Thus, a power output and thus a voltage loss of the first energy storage is connected when the coupling element is open. The voltage level of the second energy storage remains stable, so that the second energy storage parallel-connected consumers are voltage stable with electrical power supplied.

Zusätzlich ist in einem Ruhezustand des Fahrzeugs das Koppelelement geöffnet, vor einer Betätigung des Starters für einen Kaltstart ist das Koppelelement schließbar, um den ersten elektrischen Energiespeicher zu laden, und bei einer Betätigung des Starters für einen Kaltstart wird das Koppelelement geöffnet.In addition, in a resting state of the vehicle, the coupling element is opened, before an actuation of the starter for a cold start, the coupling element is closable to charge the first electrical energy storage, and upon actuation of the starter for a cold start, the coupling element is opened.

Nach einer alternativen Ausführungsform weist der elektrische Pfad ein erstes Koppelelement auf, welches mit dem Kopplungswiderstand elektrisch parallel geschaltet ist.According to an alternative embodiment, the electrical path has a first coupling element, which is electrically connected in parallel with the coupling resistor.

Damit kann der Kopplungswiderstand bei geschlossenem ersten Koppelelement kurzgeschlossen werden. Eine Wirkung durch den Kopplungswiderstand ergibt sich also nur bei geöffnetem ersten Koppelelement. Thus, the coupling resistor can be short-circuited when the first coupling element is closed. An effect by the coupling resistance thus results only when the first coupling element is open.

Falls das Fahrzeug über eine Rekuperationsfunktion und/oder über eine Motor-Stopp-Start-Funktion verfügt, ist es besonders vorteilhaft, wenn bei einer Betätigung des Starters für einen Warmstart das erste Koppelelement geöffnet ist, und in einem rekuperierenden Zustand das erste Koppelelement geöffnet ist, und in einem rekuperierten Zustand das erste Koppelelement geöffnet ist.If the vehicle has a recuperation function and / or an engine stop-start function, it is particularly advantageous if, during an actuation of the starter for a warm start, the first coupling element is open, and in a recuperating state, the first coupling element is opened , And in a recuperated state, the first coupling element is opened.

Dies bedeutet, dass lediglich in spezifischen Fahrphasen des Fahrzeugs die Wirkung des Kopplungswiderstands genutzt wird.This means that the effect of the coupling resistance is used only in specific driving phases of the vehicle.

Unter einer Rekuperationsfunktion wird verstanden, dass beim Rollen oder Bremsen des Fahrzeugs kinetische Energie des Fahrzeugs über eine Erhöhung der Ausgangsspannung des Generators und damit der Erhöhung der Drehmomentanforderung des Generators an den Verbrennungsmotor elektrische Energie in das Bordnetz oder in die Teilbordnetze des Fahrzeug gespeist wird, um z. B. einen Energiespeicher zu laden. Dieser Zeitraum wird auch als Schubphase oder als rekuperierender Zustand bezeichnet. Nach einer Schubphase ist der Energiespeicher zumindest teilweise geladen. Dieser Zustand wird als rekuperierter Zustand bezeichnet.Under a Rekuperationsfunktion is understood that when rolling or braking the vehicle kinetic energy of the vehicle via an increase in the output voltage of the generator and thus increasing the torque requirement of the generator to the internal combustion engine electrical energy is fed into the electrical system or in the sub-network of the vehicle z. B. to load an energy store. This period is also referred to as a push phase or a recuperating state. After a coasting phase, the energy store is at least partially charged. This condition is called a recuperated condition.

Zusätzlich ist es vorteilhaft wenn, der elektrische Pfad ein zweites Koppelelement aufweist, und das zweite Koppelelement mit dem Kopplungswiderstand in Reihe geschaltet ist und mit dem ersten Koppelelement parallel geschaltet ist.In addition, it is advantageous if the electrical path has a second coupling element, and the second coupling element is connected in series with the coupling resistor and is connected in parallel with the first coupling element.

Dies bedeutet, dass bei geöffnetem ersten Koppelelement und geöffnetem zweiten Koppelelement die beiden Teilbordnetze über die elektrische Schaltung galvanisch getrennt sind, sowie, dass bei geschlossenem ersten Koppelelement und der Kopplungswiderstand überbrückbar ist.This means that when the first coupling element is open and the second coupling element is open, the two sub-systems are electrically isolated via the electrical circuit, and that, when the first coupling element is closed and the coupling resistance can be bridged.

Falls das Fahrzeug über eine Rekuperationsfunktion und/oder über eine Motor-Stopp-Start-Funktion verfügt, wird ein Vorteil erreicht, wenn bei einer Betätigung des Starters für einen Warmstart das erste Koppelelement geöffnet ist, in einem rekuperierenden Zustand das erste Koppelelement geöffnet ist, in einem rekuperierten Zustand das erste Koppelelement geöffnet ist, und in einem Ruhezustand des Fahrzeugs das erste Koppelelement und das zweite Koppelelement geöffnet sind.If the vehicle has a recuperation function and / or an engine stop-start function, an advantage is achieved if, when the starter is activated for a warm start, the first coupling element is open, in a recuperating state the first coupling element is open, in a recuperated state, the first coupling element is open, and in a rest state of the vehicle, the first coupling element and the second coupling element are opened.

Unter einem Ruhezustand des Fahrzeugs wird eine Standphase des Fahrzeugs verstanden, in der das Fahrzeug nicht in Betrieb befindlich ist. Deshalb wird eine Standphase des Fahrzeugs bei von einer Motor-Stopp-Start-Funktion abgestelltem Verbrennungsmotor in diesem Dokument nicht als Ruhephase verstanden. In einem Ruhezustand können beide Koppelelemente geöffnet werden, um eine gegenseitige Entladung der Energiespeicher im Stand des Fahrzeugs zu verhindern.A resting state of the vehicle is understood to mean a stance phase of the vehicle in which the vehicle is not in operation. Therefore, a stance phase of the vehicle in an engine stopped by an engine stop-start function in this document is not understood as a rest phase. In a rest state, both coupling elements can be opened to prevent mutual discharge of the energy storage in the state of the vehicle.

Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:
Es gibt Fahrzeuge mit einer 14 V-Bordnetzarchitektur, die über eine spezielle Generatorregelung Bremsenergie während Schubphasen zurückgewinnen. Dies wird als Rekuperation bezeichnet. Dabei wird ein maximal möglicher Generatorstrom in den Schubphasen eingestellt, wodurch der zugängliche Bordnetzspeicher, meist ein 12 V-Bleiakkumulator, geladen wird. In den anschließenden Zugphasen wird diese regenerativ erzeugte Energie wieder ins Bordnetz abgegeben.The invention is based on the following considerations:
There are vehicles with a 14 V vehicle electrical system architecture, which regain braking energy during deceleration phases via a special generator control. This is called recuperation. In this case, a maximum possible generator current is set in the coasting phases, whereby the accessible on-board network storage, usually a 12 V lead-acid battery is charged. In the subsequent traction phases, this regeneratively generated energy is returned to the electrical system.

Es gibt auch erweiterte 14 V-Architekturen, bei denen für Rekuperation eine spezifische Generatorregelung Bremsenergie in einen zusätzlichen Energiespeicher lädt, der eine bessere Ladeakzeptanz als eine Bleibatterie aufweist. Dies kann ein Superkondensator sein.There are also advanced 14V architectures where recuperation requires a specific generator control to charge braking energy into an additional energy store that has better charge acceptance than a lead acid battery. This can be a supercapacitor.

Alternativ werden Bordnetze seriell erweitert, was bedeutet, dass Teilbordnetze eine höhere Nennspannungslage aufweisen. Dann kann Rekuperation bei erhöhter Leistung erfolgen.Alternatively, electrical systems are serially extended, which means that sub-electrical systems have a higher rated voltage position. Then recuperation can be done at increased power.

Eine maximale Ausnutzung des Rekuperationspotentials, das vom Generator während Schubphasen als Leistung bereitstellbar ist, ist häufig durch eine niedrige Ladungsaufnahmefähigkeit der Bleibatterie als Rekuperationsspeicher limitiert. Zudem führt die Rekuperation zu einer vermehrten Zyklisierung der Bleibatterie, was deren Lebensdauer negativ beeinflusst.A maximum utilization of the recuperation potential, which can be provided by the generator as a power during coasting phases, is frequently limited by a low charge acceptance capability of the lead battery as recuperation storage. In addition, the recuperation leads to an increased cyclization of the lead acid battery, which adversely affects their life.

Falls das Fahrzeug neben der Rekuperationsfunktion auch über eine Motor-Stopp-Start-Funktion verfügt, wird die Bleibatterie zusätzlich durch häufige Zustarts des Verbrennungsmotors während des Fahrbetriebs belastet.If the vehicle also has an engine stop-start function in addition to the recuperation function, the lead-acid battery is additionally burdened by frequent starting of the internal combustion engine during driving.

Heutige Generatoren ermöglichen eine Leistungsabgabe von bis zu 300 A bei 14,8 V. Bestenfalls eine neuwertige und teilentladene Bleibatterie ist in der Lage, die angebotene Leistung effizient aufzunehmen. Der teilentladene Zustand und die durch die Rekuperation zusätzlich verursachte Zyklisierung der Bleibatterie kann zusätzlich deren Lebensdauer durch beschleunigte Alterung verkürzen. Eine Parallelschaltung eines leistungsoptimierten Energiespeichers, z. B. eines Superkondensators zur Bleibatterie, mindert nicht das Problem beschleunigter Alterung.Today's generators allow a power output of up to 300 A at 14.8 V. At best, a new and partially discharged lead acid battery is able to absorb the power offered efficiently. The partially discharged state and the cyclization of the lead-acid battery additionally caused by the recuperation can additionally shorten their service life by accelerated aging. A parallel connection of a power optimized energy storage, z. B. a supercapacitor lead acid battery, does not reduce the problem of accelerated aging.

Es wird vorgeschlagen, dem Bordnetzspeicher einen Rekuperationsspeicher ohm'sch teilentkoppelt parallel zu schalten. It is proposed to connect a recuperation storage ohmssch partially decoupled to the vehicle electrical system storage.

Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigen schematischHereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. This results in further details, preferred embodiments and further developments of the invention. In detail, show schematically

1 Bordnetz mit ohm'sch teilentkoppelten Energiespeichern 1 On-board network with ohmic partially decoupled energy stores

1a Spannungs- und Stromverlauf von teilentkoppelten Energiespeichern bei Rekuperation 1a Voltage and current characteristics of partially decoupled energy storage units during recuperation

2 Bordnetz mit ohm'sch teilentkoppelten Energiespeichern und Seriellschalter 2 On-board network with ohmic partially decoupled energy stores and serial switches

3 Bordnetz mit ohm'sch teilentkoppelten Energiespeichern und Parallelschalter 3 Wiring system with ohmic partially decoupled energy storage and parallel switch

4 Bordnetz mit ohm'sch teilentkoppelten Energiespeichern und mit Seriellschalter und Parallelschalter 4 Vehicle electrical system with ohmic partially decoupled energy storage and with serial switch and parallel switch

1 bis 4 zeigen ein erstes Teilbordnetz (1) und ein zweites Teilbordnetz (2) eines Fahrzeugs. 1 to 4 show a first sub-board network ( 1 ) and a second sub-board network ( 2 ) of a vehicle.

Das erste Teilbordnetz umfasst einen ersten Energiespeicher (E1), der Rekuperationsspeicher genannt wird, das zweite Teilbordnetz umfasst einen zweiten Energiespeicher (E2), der Bordnetzspeicher genannt wird. Das erste Teilbordnetz umfasst zudem einen Starter (S) und einen Generator (G). Diese Komponenten sind für das dem Fachmann bekannte 12 V-Bordnetz für Kraftfahrzeuge ausgelegt.The first sub-board network comprises a first energy store (E1), which is called recuperation store, the second sub-board network includes a second energy store (E2), which is called on-board network memory. The first sub-board network also includes a starter (S) and a generator (G). These components are designed for the 12 V vehicle electrical system known to those skilled in the art.

Die Leitungen des ersten Teilbordnetzes sind als durchgezogene Linien dargestellt. Die elektrischen Widerstände der Leitungen, als Leitungswiderstände bezeichnet, sind in 1 bis 4 ohne Beschränkung der Allgemeinheit als erster Widerstand (R1) gezeigt.The lines of the first sub-board network are shown as solid lines. The electrical resistances of the lines, referred to as line resistances, are in 1 to 4 without restriction of generality as a first resistor (R1) shown.

Das erste Teilbordnetz und das zweite Teilbordnetz umfassen jeweils eine Gruppe von elektrischen Verbrauchern (V1, V2).The first sub-board network and the second sub-board network each comprise a group of electrical consumers (V1, V2).

Das Fahrzeug verfügt über Funktionen des Antriebsstranges zur Reduzierung von CO2-Emissionen und von Kraftstoff. Dies betrifft eine Rekuperationsfunktion zur Rückgewinnung von Bremsenergie und eine Motor-Stopp-Start-Funktion zum Abstellen des Verbrennungsmotors in Standphasen.The vehicle has powertrain functions to reduce CO 2 emissions and fuel. This applies to a recuperation function for the recovery of braking energy and an engine stop-start function for stopping the internal combustion engine during stance phases.

Bei Rekuperationsfunktionen nach dem Stand der Technik wird im Schubbetrieb, d. h. bei ausbleibender Einspritzung von Kraftstoff beim Bremsen oder beim Ausrollen des Fahrzeugs, die Ausgangsspannung des Generators auf 14,5 V–15,0 V erhöht, so dass dann ein hohes Angebot an Ladeleistung für einen Energiespeicher im Bordnetz dann bereitgestellt ist, wenn das Fahrzeug kinetische Energie abbaut. Höhere Spannungslagen werden zur Minimierung von Alterungseffekten von Bleibatterien als Energiespeicher vermieden.In recuperation functions according to the prior art is in overrun, d. H. in the absence of injection of fuel when braking or when rolling out of the vehicle, the output voltage of the generator is increased to 14.5 V -15.0 V, so then a high supply of charging power for an energy storage in the electrical system is then provided when the vehicle kinetic Energy dissipates. Higher voltage levels are avoided to minimize aging effects of lead acid batteries as energy storage.

Es kann sich bei dem Fahrzeug auch um ein Hybridfahrzeug handeln, bei welchem der Verbrennungsmotor auch in Fahrphasen abgestellt ist. Sowohl bei Fahrzeugen mit Motor-Stopp-Start-Funktion als auch bei Hybridfahrzeugen ist die Anzahl von Motorstarts im Vergleich zu einem konventionellen Fahrzeug bezogen auf die Laufleistung deutlich erhöht.The vehicle may also be a hybrid vehicle, in which the internal combustion engine is also parked in driving phases. Both on vehicles with engine stop-start function and on hybrid vehicles, the number of engine starts compared to a conventional vehicle in terms of mileage is significantly increased.

Der erste Energiespeicher ist idealerweise als Energiespeicher mit einer hohen Ladeakzeptanz und Zyklenfestigkeit ausgestaltet. Dies kann etwa ein Superkondensator oder ein Modul aus Superkondensatoren sein.The first energy store is ideally designed as an energy store with a high charge acceptance and cycle stability. This can be about a supercapacitor or a module of supercapacitors.

Der zweite Energiespeicher ist ideal als Energiespeicher mit hohem Energieinhalt ausgestaltet. Eine Sekundärbatterie in Blei-Säure-Technologie ist deshalb vorteilhaft. Die Bleibatterie limitiert jedoch die maximale Erhöhung der Generatorausgangsspannung im Schubbetrieb, da Bleibatterien bei Überpotentialen korrosionsanfällig sind.The second energy store is ideally designed as an energy store with a high energy content. A secondary battery in lead-acid technology is therefore advantageous. However, the lead-acid battery limits the maximum increase of the generator output voltage in overrun mode, since lead-acid batteries are subject to corrosion at overpotentials.

Gemäß 1 bis 4 stehen das erste Teilbordnetz und das zweite Teilbordnetz über einen elektrischen Pfad (3) in Verbindung. Der elektrische Pfad umfasst einen zweiten elektrischen Widerstand (R2), der auch als Kopplungswiderstand bezeichnet wird. Der zweite Widerstand (R2) beträgt ein Mehrfaches im Vergleich zum ersten Widerstand (R1). Der Kopplungswiderstand kann als eigenes Bauteil oder als Leitungswiderstand in dem elektrischen Pfad ausgeführt sein. In Fahrzeugbordnetzen des Standes der Technik ist der erste Widerstand sehr niederohmig und beträgt wenige mΩ, der zweite Widerstand beträgt mindestens das Zweifache des ersten Widerstandes.According to 1 to 4 the first sub-board network and the second sub-board network are connected via an electrical path ( 3 ) in connection. The electrical path includes a second electrical resistance (R2), also referred to as a coupling resistor. The second resistor (R2) is a multiple compared to the first resistor (R1). The coupling resistor may be designed as a separate component or as a line resistance in the electrical path. In prior art vehicle on-board networks, the first resistor is very low impedance and is a few milliohms, the second resistor is at least twice the first resistor.

In 1 sind der Rekuperationsspeicher und der Bordnetzspeicher über den zweiten Widerstand direkt verbunden. Durch den zweiten Widerstand kommt es jedoch zwischen den Speichern nicht zu einem freien Potentialausgleich, sondern die beiden Speicher sind bezüglich ihrer elektrischen Potentiale zumindest teilweise entkoppelt. Dies wird als Teilentkopplung bezeichnet.In 1 the recuperation memory and the vehicle electrical system storage are directly connected via the second resistor. Due to the second resistor, however, there is no free potential equalization between the stores, but the two stores are at least partially decoupled with regard to their electrical potentials. This is called partial decoupling.

Aufgrund der Teilentkopplung kann im Schubbetrieb die Ausgangsspannung am Generator Ugen auf über 15 V angehoben werden. Die vom Generator bei erhöhter Rekuperationsspannung abgegebene Leistung im Schubbetrieb, die Rekuperationsleistung, speist zunächst den leistungsoptimierten Energiespeicher (E1) mit dem Strom I1. Der zweite Energiespeicher wird mit dem Strom I2 geladen. Das am ersten Energiespeicher anliegende Potential U1 ist proportional zu Ugen – (R1·(I1 + I2)). Bedingt durch den zweiten Widerstand ist das am zweiten Energiespeicher anliegende Potential U2 im Vergleich zum Potential zusätzlich um den Wert I2·R2 erniedrigt. Der Potentialanstieg am zweiten Energiespeicher infolge der Anhebung der Ausgangsspannung am Generator ist im Vergleich zum Potentialanstieg am ersten Energiespeicher also gedämpft. Damit sind mehrere Vorteile verbunden: Mit einem Superkondensator als Rekuperationsspeicher wird das Rekuperationspotential und gleichbedeutend das Kraftstoffeinsparpotential effektiv genutzt, ohne die Bordnetzbatterie zu überladen. Je höher das Potential U1, umso größer ist die von einem Superkondensator aufnehmbare Leistung. Zudem wird durch den Widerstand R2 die Bordnetzbatterie vor einem zu hohen Potential U2 und somit vor Überladung während der Rekuperation geschützt. Überdies nimmt der Rekuperationsspeicher die durch die Rekuperation zusätzlich verursachte Zyklisierung auf, was im Falle zunehmender Zyklisierung der Bordnetzbatterie zu einer Verkürzung deren Lebensdauer führt.Due to the partial decoupling, the output voltage at the generator U gen can be raised to over 15 V in coasting mode. The generator with increased recuperation voltage delivered power in overrun operation, the recuperation power, initially feeds the power optimized energy storage (E1) with the current I 1 . The second energy store is charged with the current I 2 . The potential U 1 applied to the first energy store is proportional to U gen - (R 1 * (I 1 + I 2 )). Due to the second resistor, the potential U 2 applied to the second energy store is additionally reduced by the value I 2 · R 2 in comparison to the potential. The potential increase at the second energy storage as a result of the increase in the output voltage at the generator is thus attenuated compared to the potential increase at the first energy store. There are several advantages associated with this: With a supercapacitor as recuperation storage, the recuperation potential and, equivalently, the fuel saving potential are effectively utilized without overloading the onboard power supply battery. The higher the potential U 1 , the greater the power consumable by a supercapacitor. In addition, by the resistor R2, the electrical system battery is protected from too high a potential U 2 and thus from overcharging during recuperation. Moreover, the Rekuperationsspeicher takes on the additional cyclization caused by the recuperation, resulting in the case of increasing cyclization of the electrical system battery to shorten their life.

Wird in einer Schubphase im Schubbetrieb der Rekuperationsspeicher (E1) voll geladen, weist dieser auch nach der Schubphase zunächst noch eine erhöhte Spannungslage auf. Während des weiteren Betriebs des Fahrzeugs kommt es zu einer Entladung über die Widerstände (R1, R2) durch Speisung der elektrischen Verbraucher (V1 und/oder V2) oder durch Ladung der Bordnetzbatterie.If the recuperation memory (E1) is fully charged in a coasting phase during overrun, this initially has an increased voltage level even after the overrun phase. During the further operation of the vehicle, a discharge occurs via the resistors (R1, R2) by feeding the electrical consumers (V1 and / or V2) or by charging the vehicle power supply battery.

Im Falle der Ladung der Bordnetzbatterie (E2) kommt es zu einem Spannungsabfall am Widerstand (R2), so dass die Bordnetzbatterie auch nach einer Schubphase weiterhin vor einer zu hohen Spannungslage geschützt ist. Dies bedeutet, dass der Spannungshub, d. h. die Potentialdifferenz, eines leistungsoptimierten Energiespeichers (E1), beispielsweise eines Superkondensators, im Schubbetrieb und nach dem Schubbetrieb im Vergleich zum Normalbetrieb bei gewöhnlicher Generatorausgangsspannung und im Verbleich zum Spannungshub der Bordnetzbatterie, beispielsweise einer Bleibatterie, erhöht ist. Aufgrund dieser Tatsache sind mit der Teilentkopplung weitere Vorteile verbunden: Falls es sich bei den Verbrauchern (V1) um Verbraucher handelt, die einen hohen Leistungsbedarf aufweisen wie etwa der Starter (S) oder auch Fahrwerksregelsysteme, die kurzzeitig bei hohem Strombedarf in das Bordnetz eingreifen, trägt die erhöhte Spannungslage des Rekuperationsspeichers zur Spannungsstabilisierung des Bordnetzes bei, ohne dass es zu einem für die Bordnetzbatterie kritischen „Durchgriff” der erhöhten Spannungslage auf die Bordnetzbatterie kommt.In the case of charging the vehicle electrical system battery (E2), there is a voltage drop across the resistor (R2), so that the electrical system battery is still protected from too high a voltage even after a coasting phase. This means that the voltage swing, i. H. the potential difference, a power-optimized energy storage (E1), for example, a supercapacitor in overrun and after overrun compared to normal operation at ordinary generator output voltage and in comparison to the voltage swing of the electrical system battery, such as a lead acid battery is increased. Due to this fact, further advantages are associated with the partial decoupling: If the consumers (V1) are consumers who have a high power requirement, such as the starter (S) or chassis control systems, which intervene briefly in a high power requirement in the electrical system, contributes to the increased voltage level of the recuperation memory for voltage stabilization of the electrical system, without causing a critical for the electrical system battery "penetration" of the increased voltage level on the electrical system battery.

Aus 1a geht der vorteilhafte Effekt der Teilentkopplung mit einem Widerstand (R2) von 3 mΩ bei einem Widerstand (R1) von 1,5 mΩ anschaulich hervor. Es ist die Erhöhung der Generatorausgangsspannung auf 16 V während einer Schubphase gezeigt. Durch Ladung eines Superkondensators (E1) als Rekuperationsspeicher wird dessen Vollladung bereits während der Schubphase erreicht, was zum Abfall des Strom I bei einer Spannungslage U1 des Speichers (E1) führt. Die Spannung U2 an der Bordnetzbatterie, die als 12 V-Bleibatterie ausgeführt ist, steigt lediglich auf 14,8 V an, wobei der Strom I2 während der gesamten Schubphase je nach Ladungsaufnahmefähigkeit der Bordnetzbatterie in Abhängigkeit von deren Temperatur und Ladezustand maximal lediglich etwa 10% bis 50% des Maximums des Stroms I1 während der Schubphase erreicht. Nach der Schubphase („Schub ein” nach „Schub aus” in 1a) ist die Spannung U1 höher als die Spannung U2, was zu einer weiteren Ladung des Speichers (E2) aus dem Speicher (E1) führt.Out 1a The beneficial effect of partial decoupling with a resistance (R2) of 3 mΩ at a resistance (R1) of 1.5 mΩ is clearly apparent. It is shown increasing the generator output voltage to 16V during a coasting phase. By charging a supercapacitor (E1) as Rekuperationsspeicher whose full charge is already reached during the coasting phase, which leads to the drop of the current I at a voltage level U 1 of the memory (E1). The voltage U 2 on the electrical system battery, which is designed as a 12 V lead battery increases only to 14.8 V, the current I 2 during the entire overrun depending on the charge capacity of the electrical system battery depending on their temperature and state of charge only a maximum of about Reaches 10% to 50% of the maximum of the current I 1 during the overrun phase. After the push phase ("push on" after "push off" in 1a ), the voltage U 1 is higher than the voltage U 2 , which leads to a further charge of the memory (E2) from the memory (E1).

Eine zweite Ausführungsform in 2 entspricht bis auf einen Schalter (S1) der ersten Ausführungsform in 1. Der Schalter (S1) ist mit dem Widerstand (R2) unmittelbar in Reihe geschaltet, so dass die Bordnetzbatterie und die elektrischen Verbraucher (V2) vom „restlichen” Bordnetz trennbar sind. Bei einem Fahrzeug mit einer Motor-Stopp-Start-Funktion kann zum Start des Verbrennungsmotors durch den Starter (S) der Schalter (S1) geöffnet werden. Damit ist gewährleistet, dass die Bordnetzbatterie und die den elektrischen Verbrauchern (V2) vor einem Spannungseinbruch infolge des hohen Leistungsbedarfs des Starters geschützt sind. Außerdem wird der Schalter (S1) im Stand des Fahrzeugs geöffnet, um eine Entladung der Bordnetzbatterie zu verhindern, falls der Rekuperationsspeicher als Superkondensator ausgestaltet ist. Ein Superkondensator weist im Allgemeinen eine deutlich höhere Selbstentladungsrate als eine Bleibatterie auf, so dass bei einer Parallelschaltung zwischen Superkondensator und Bleibatterie während einer längeren Standphase der Schalter (S1) geöffnet wird, um eine Entladung der Bleibatterie über den Superkondensator zu verhindern. Für einen Kaltstart, d. h. einen Start des Verbrennungsmotors am Beginn einer Fahrt – statt eines Warmstarts des Motor während einer Fahrt, kann der Schalter (S1) geschlossen werden, um den nach einer längeren Standzeit selbstentladenen Superkondensator über die Bordnetzbatterie vorzuladen. Der Kaltstart kann aus dem vorgeladenen Superkondensator bei geöffnetem Schalter (S1) durchgeführt werden.A second embodiment in 2 corresponds to a switch (S1) of the first embodiment in 1 , The switch (S1) is connected in series with the resistor (R2), so that the vehicle power supply battery and the electrical consumers (V2) from the "remaining" electrical system are separable. In a vehicle with an engine stop-start function, the switch (S1) can be opened by the starter (S) to start the internal combustion engine. This ensures that the on-board battery and the electrical consumers (V2) are protected against a voltage dip due to the high power requirement of the starter. In addition, the switch (S1) is opened in the vehicle, in order to prevent discharge of the electrical system battery, if the Rekuperationsspeicher is designed as a supercapacitor. A supercapacitor generally has a much higher self-discharge rate than a lead-acid battery, so that in a parallel connection between the supercapacitor and the lead-acid battery during a longer stance phase, the switch (S1) is opened to prevent discharge of the lead-acid battery via the supercapacitor. For a cold start, ie a start of the engine at the beginning of a journey - instead of a warm start of the engine during a journey, the switch (S1) can be closed to pre-charge the self-discharged after a longer life supercapacitor on the electrical system battery. The cold start can be carried out from the precharged supercapacitor with the switch (S1) open.

Eine weitere dritte Ausführungsform ist in 3 gezeigt. Diese unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in 1 lediglich durch einen Schalter (S2), der dem Widerstand (R2) parallel geschaltet ist. In dieser Ausführungsform kann der Widerstand (R2) durch den Schalter (S2) überbrückt werden, so dass im geschlossenen Zustand des Schalter (S2) ein 2-Speicher-Bordnetz ohne Teilentkopplung und mit direkter Verbindung zwischen den Speichern gegeben ist. Der Schalter (S2) wird geöffnet, um die Vorteile eines teilentkoppelten Fahrzeugbordnetzes nach der ersten Ausführungsform zu nutzen. Dies betrifft insbesondere Betriebszustände beim Start des Verbrennungsmotors durch den Starter (S) bei einem Fahrzeug mit Motor-Stopp-Start-Funktion und während und nach Schubphasen bei Schubbetrieb eines Fahrzeugs mit Regenerationsfunktion. Während eines Normalfahrbetriebs, ohne Starts durch den Starter und ohne eine Spannungserhöhung am Generatorausgang oder am Rekuperationsspeicher, kann der Schalter (S1) geschlossen sein, um einen Leistungsverlust über den Widerstand (R2) zu unterbinden.Another third embodiment is in 3 shown. This is different from the first embodiment in 1 only by a switch (S2), which is connected in parallel to the resistor (R2). In this embodiment, the resistor (R2) can be bridged by the switch (S2), so that in the closed state of the switch (S2) is a 2-store electrical system without partial decoupling and with direct connection between the memories. The switch (S2) is opened to take advantage of a partially decoupled vehicle electrical system according to the first embodiment. This applies in particular to operating states at the start of the internal combustion engine by the starter (S) in a vehicle with engine stop-start function and during and after coasting phases during coasting operation of a vehicle with regeneration function. During a normal driving operation, without starting by the starter and without a voltage increase at the generator output or the Rekuperationsspeicher, the switch (S1) may be closed to prevent a loss of power through the resistor (R2).

Nach einer vierten Ausführungsform befindet sich in dem elektrischen Pfad ein erster Schalter (S3) in Reihe mit dem Widerstand (R2) und ein zweiter Schalter (S2), der der Reihenschaltung des Widerstandes (R2) mit dem ersten Schalter (S1) parallel geschaltet ist. Mit dieser Ausführungsform sind bei Verwendung eines Superkondensators als Rekuperationsspeicher und einer Bleibatterie als Bordnetzbatterie die Vorteile der zweiten Ausführungsform mit den Vorteilen der dritten Ausführungsform kombinierbar. Dies bedeutet, dass im Stand neben dem ersten Schalter (S3) auch der zweite Schalter (S2) geöffnet wird. In einem Normalfahrbetrieb ist sind der erste Schalter (S3) und der zweite Schalter (S2) geschlossen. Der zweite Schalter (S2) wird bevorzugt geöffnet bei Starts des Verbrennungsmotors durch den Starter (S) bei einem Fahrzeug mit Motor-Stopp-Start-Funktion und bei Schubphasen und nach Schubphasen eines Fahrzeugs mit Regenerationsfunktion.According to a fourth embodiment, in the electrical path there is a first switch (S3) in series with the resistor (R2) and a second switch (S2) connected in parallel with the series connection of the resistor (R2) to the first switch (S1) , With this embodiment, the advantages of the second embodiment can be combined with the advantages of the third embodiment when using a supercapacitor as Rekuperationsspeicher and a lead-acid battery. This means that in the state next to the first switch (S3) and the second switch (S2) is opened. In a normal driving operation, the first switch (S3) and the second switch (S2) are closed. The second switch (S2) is preferably opened when the internal combustion engine starts by the starter (S) in a vehicle with engine stop-start function and during coasting and after overrun phases of a vehicle with regeneration function.

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  • JP 2010081762 A1 [0004] JP 2010081762 A1 [0004]

Claims (9)

Fahrzeug, das ein erstes Teilbordnetz (1) mit einem ersten elektrischen Energiespeicher (E1), einem Starter (S) und einem Generator (G) und das ein zweites Teilbordnetz (2) mit einem zweiten elektrischen Energiespeicher (E2) umfasst, und bei dem das erste Teilbordnetz einen elektrischen Leitungswiderstand (R1) zwischen dem Generator und dem ersten elektrischen Energiespeicher aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Teilbordnetz und das zweite Teilbordnetz über einen elektrischen Pfad (3) koppelbar sind, – der elektrische Pfad einen Kopplungswiderstand (R2) aufweist, und – der Kopplungswiderstand größer als der Leitungswiderstand ist.Vehicle having a first sub-board network ( 1 ) with a first electrical energy store (E1), a starter (S) and a generator (G) and a second sub-board network ( 2 ) comprising a second electrical energy store (E2), and in which the first sub-electrical system has an electrical line resistance (R1) between the generator and the first electrical energy store, characterized in that - the first sub-board network and the second sub-board network via an electrical path ( 3 ), - the electrical path has a coupling resistor (R2), and - the coupling resistance is greater than the line resistance. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der elektrische Pfad ein erstes Koppelelement (S1) aufweist, und – das erste Koppelelement mit dem Kopplungswiderstand elektrisch in Reihe geschaltet ist.Vehicle according to claim 1, characterized in that - The electrical path has a first coupling element (S1), and - The first coupling element is electrically connected in series with the coupling resistor. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der elektrische Pfad ein erstes Koppelelement (S2) aufweist, und – das erste Koppelelement mit dem Kopplungswiderstand elektrisch parallel geschaltet ist.Vehicle according to claim 1, characterized in that - The electrical path has a first coupling element (S2), and - The first coupling element is electrically connected in parallel with the coupling resistor. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – der elektrische Pfad ein zweites Koppelelement (S3) aufweist, und – das zweite Koppelelement mit dem Kopplungswiderstand in Reihe geschaltet ist und mit dem ersten Koppelelement parallel geschaltet ist.Vehicle according to claim 3, characterized in that - The electrical path has a second coupling element (S3), and - The second coupling element is connected in series with the coupling resistor and connected in parallel with the first coupling element. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das Fahrzeug über eine Motor-Stopp-Start-Funktion verfügt, und – bei einer Betätigung des Starters für einen Warmstart das erste Koppelelement geöffnet ist.Vehicle according to claim 2, characterized in that - The vehicle has an engine stop-start function, and - Upon actuation of the starter for a warm start, the first coupling element is open. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Teilbordnetz zumindest einen Hochleistungsverbraucher (V1) umfasst, und – bei einer Leistungsanforderung des zumindest einen Hochleistungsverbrauchers das erste Koppelelement geöffnet ist.Vehicle according to claim 2, characterized in that The first sub-electrical system comprises at least one high-power consumer (V1), and - When a power requirement of the at least one high-power consumer, the first coupling element is open. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem Ruhezustand des Fahrzeugs das erste Koppelelement geöffnet ist, – vor einer Betätigung des Starters für einen Kaltstart das erste Koppelelement schließbar ist, um den ersten elektrischen Energiespeicher zu laden, und – bei einer Betätigung des Starters für einen Kaltstart das erste Koppelelement geöffnet ist.Vehicle according to claim 2, characterized in that In a resting state of the vehicle, the first coupling element is open, - Before actuation of the starter for a cold start, the first coupling element is closable to charge the first electrical energy storage, and - Upon actuation of the starter for a cold start, the first coupling element is open. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – das Fahrzeug über eine Rekuperationsfunktion und/oder über eine Motor-Stopp-Start-Funktion verfügt, – bei einer Betätigung des Starters für einen Warmstart das erste Koppelelement geöffnet ist, und – in einem rekuperierenden Zustand das erste Koppelelement geöffnet ist, und – in einem rekuperierten Zustand das erste Koppelelement geöffnet ist.Vehicle according to claim 3, characterized in that The vehicle has a recuperation function and / or an engine stop-start function, - Upon actuation of the starter for a warm start, the first coupling element is open, and - In a recuperating state, the first coupling element is open, and - In a recuperated state, the first coupling element is open. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – das Fahrzeug über eine Rekuperationsfunktion und/oder über eine Motor-Stopp-Start-Funktion verfügt, – bei einer Betätigung des Starters für einen Warmstart das erste Koppelelement geöffnet ist, und – in einem rekuperierenden Zustand das erste Koppelelement geöffnet ist, – in einem rekuperierten Zustand das erste Koppelelement geöffnet ist, und – in einem Ruhezustand des Fahrzeugs das zweite Koppelelement geöffnet ist.Vehicle according to claim 4, characterized in that The vehicle has a recuperation function and / or an engine stop-start function, - Upon actuation of the starter for a warm start, the first coupling element is open, and In a recuperating state, the first coupling element is open, - In a recuperated state, the first coupling element is open, and - In a resting state of the vehicle, the second coupling element is opened.
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