DE102007026164A1 - Electrical supply system for motor vehicle, has battery charging ultra cap by direct current-direct current converter before start of vehicle on high stress than rated stress, where stress level of electrical system is determined - Google Patents

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Abstract

The system has a battery (4) separated by a circuit unit during start process of an electrical system (B). The battery charges an ultra cap (2) by a direct current (DC)-DC converter (3) before start of a vehicle on a high stress than a rated stress. A stress level of the electrical system is determined during recuperation of stress produced from an electrical generator (G) and/or recuperation brakes. The electrical system stress is equal to an output stress of the generator after the recuperation process and in normal operation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein einfaches Konzept für ein Kraftfahrzeug mit UltraCap und Batterie, sowie mit spezieller Steuerung für Start und Rekuperation.The The present invention relates to a simple concept for a motor vehicle with UltraCap and battery, as well as with special Control for start and recuperation.

Stand der TechnikState of the art

Dem Kraftfahrzeugbordnetz kommt in Zukunft wachsende Bedeutung zu. Durch die zunehmende Energierückgewinnung z. B. bei Start-Stop und Rekuperation muss das Bordnetz zusätzlichen Anforderungen gerecht werden. Zusätzlich sollen die Batterieausfälle, die lt. einer ADAC-Statistik bis zu 30% der Fahrzeugausfälle ausmachen, deutlich verringert werden. Lösungen mit UltraCap, wie diese in folgenden Patenanmeldungen beschrieben sind, EP 1410482 , DE 10250488.1 , DE 10305939.3 , DE 10313081.0 , bieten hierfür eine Basis.The motor vehicle electrical system will become increasingly important in the future. Due to the increasing energy recovery z. B. at start-stop and recuperation, the electrical system must meet additional requirements. In addition, the battery failures, which according to ADAC statistics account for up to 30% of vehicle failures, should be significantly reduced. UltraCap solutions as described in the following patent applications EP 1410482 . DE 10250488.1 . DE 10305939.3 . DE 10313081.0 , provide a basis for this.

Im Augustheft der Automobil-elektronik des Verlages „moderne industrie" sind weitere Gründe für Batterieausfälle beschrieben sowie das Batteriemanagement und der Einsatz von UltraCap (UCap). Ein guter Ansatz zur Reduzierung der Batterieausfälle durch Einsatz eines Batteriesensors und Abschaltung von Verbrauchern ist im Audi A6 (Baujahr 2006) realisiert. Zudem ist ein Steuergerät für Energie- und Ruhestrommanagement (ER 4) beschrieben.in the August issue of the automotive electronics of the publishing house "modern industry "are other reasons for battery failure described as well as the battery management and the use of UltraCap (UCAP). A good approach to reducing battery failures Use of a battery sensor and shutdown of consumers is realized in the Audi A6 (built in 2006). There is also a control unit for energy and quiescent current management (ER 4).

In den vorgenannten Patentdokumenten wird das Bordnetz entweder für zwei Spannungen für Hochstromverbraucher und über einen DC/DC-Konverter mit 12–14 V Ausgangsspannung für Normalverbraucher ausgelegt. Dies erfordert größere Änderungen an Systemen und Komponenten.In The above-mentioned patent documents, the electrical system for either two voltages for high current consumers and over a DC / DC converter with 12-14 V output voltage for Normal consumers designed. This requires major changes on systems and components.

Ein großes Problem ist die Startfähigkeit des Fahrzeuges, insbesondere wenn die Batterie einen schlechten Ladungszustand aufweist oder durch Säureschichtung an Kapazität verloren hat. In beiden Fällen verhindert ein großer Innenwiderstand einen ausreichenden Startstrom, insbesondere bei tiefen Temperaturen. In der DE 100 21 155 C1 ist ein DC/DC-Konverter beschrieben, der eine Batterie mit höherer Spannung versorgt. Diese Batterie versorgt den Starter und spezielle Hochstromverbraucher, wie z. B. die elektrische Lenkung. Das restliche Bordnetz wird vom Generator und der ersten Batterie mit der konventionellen Spannung versorgt. Nachteilig ist der hohe Aufwand und Nichteignung für Rekuperation, d. h. der Rückgewinnung von elektrischer Energie beim Bremsvorgang.A major problem is the ability to start the vehicle, especially if the battery has a poor state of charge or has lost capacity due to acid stratification. In both cases, a large internal resistance prevents sufficient starting current, especially at low temperatures. In the DE 100 21 155 C1 a DC / DC converter is described which supplies a battery with a higher voltage. This battery supplies the starter and special high-current consumers, such. B. the electric steering. The rest of the electrical system is supplied by the generator and the first battery with the conventional voltage. A disadvantage is the high cost and unsuitability for recuperation, ie the recovery of electrical energy during braking.

Ein weiteres zu lösendes Problem ist die Unterspannung des Bordnetzes bis zu 5 V beim Start.One Another problem to be solved is the undervoltage of Electrical system up to 5 V at the start.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches Bordnetzkonzept bereitzustellen, welches den neuen Anforderungen genügt.task The present invention is a simple wiring system concept to provide, which meets the new requirements.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltvorrichtung gemäß Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.These Task is solved with the features of claim 1. Further advantageous embodiments of the switching device according to claim 1 result from the features of the subclaims.

Vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Bordnetz ohne große Änderungen an Systemen und Komponenten in bisherige Bordnetze integrieren. Darüber hinaus zeichnet es sich durch eine gute Startfähigkeit für Start-Stop-Funktion, Entlastung der Batterie mit weniger Ausfällen und Rekuperation aus.Advantageous can the vehicle electrical system according to the invention without major changes to systems and components integrate into existing vehicle systems. In addition, draws It has a good startability for start-stop function, Relief of the battery with less failures and recuperation out.

Das erfindungsgemäße Bordnetzkonzept mit Power- und Energiemanagement erfüllt vorteilhaft folgende Forderungen:The Inventive electrical system concept with power and Energy management advantageously fulfills the following requirements:

Energiemanagement:Energy management:

  • a. bedarfsgerechte unda. needs-based and
  • b. situationsgerechte Steuerung der Generatorleistungb. Situational control of generator power

  • zu a. abhängig von Verbraucherlast, Batterieladung, Ausgleich der Leckströme bei mehreren Speichern, Z. B. UCap von Batterieto a. depending on load, battery charge, compensation the leakage currents at several stores, eg UCap from battery
  • zu b. Rekuperation in entsprechendem Speicher, Steuerung der Generatorleistung bei Beschleunigung oder Energieeinspeisung und Energierückspeisung bei und nach Rekuperation, ggf. Anhebung der Generatorspannung.to b. Recuperation in appropriate memory, control of Generator power during acceleration or energy supply and Energy recovery during and after recuperation, if necessary increase the generator voltage.
  • Ziel: min. KraftstoffverbrauchGoal: min. fuel consumption

Powermanagement:Power Management:

  • • Leistungsverteilung in einzelne Strompfade und deren Absicherung gegen Kurzschluss• Power distribution in individual Current paths and their protection against short circuits
  • • Leistungsverteilung im Mehrspannungsbordnetz• Power distribution in the multi-voltage vehicle electrical system
  • • Starten des Fahrzeugs • Starting the vehicle
  • • Schaltung der Bordnetzkomponenten bei Ausfall wie Generator oder Batterie z. B. zur Sicherstellung der Funktion der Anzeigen oder Bremse• Circuit of the vehicle electrical system components in case of failure such as Generator or battery z. B. to ensure the function of Indicators or brake
  • • Fremdstart• Jumpstart
  • • Verpolschutz• polarity reversal protection
  • • Abschaltung der Strompfade bei Crash• Shutdown of the current paths in case of a crash
  • • Absicherung Bordnetz gegen Impulsbelastung und Überspannung• Protection of vehicle electrical system against impulse load and overvoltage
  • • min. el. Verluste und min. Kabelsatzgewicht• min. el. losses and min. Harness Weight

  • Ziel: fehlersichere Schaltung ohne BrandgefahrTarget: fail-safe circuit without risk of fire

Durch die vorteilhafte Trennung der Batterie vom Bordnetz und die Energieversorgung des Bordnetzes mit UltraCap und Generator, belasten Impulsbelastungen nicht mehr die Batterie und eine Rekuperation ist über den Generator mit höherer Spannung bis zu 15–20 V möglich. Die Rückspeisung erfolgt durch Abschaltung des Generators bis zum oder unter das Spannungsniveau der Batterie. Der Start erfolgt wiederum zur Entlastung der Batterie über den UltraCap. Zur Verbesserung des Starts nach längerem Fahrzeugstillstand wird der UltraCap über einen DC/DC-Konverter mit einer elektrischen Leistung aus der Batterie von z. B. kleiner 10 Watt versorgt und zugleich der Leckstrom des UCaps ausgeglichen. Damit stehen zum Start z. B. 16–20 V zur Verfügung, was eine höhere Startdrehzahl mit kürzerer Startzeit bewirkt, insbesondere bei kaltem Motor. Die Batterie wird nur eingeschaltet zur Ladung und zur Versorgung des Bordnetzes beim Start und zum Notfahren bei Ausfall des Generators. Wenn auch der UltraCap vom Bordnetz über Schaltmittel getrennt wird, versorgt die Batterie direkt die Ruhestromverbraucher. Die Abschaltung der Speicher bei Crash ist vorteilhaft. Die obere Spannungsgrenze für UltraCap und Generator wird begrenzt durch die Spannungsfestigkeit der Steuergeräte und Komponenten, welche im Bereich 15–20 V liegt. Je höher die Spannung, desto besser ist der Generatorwirkungsgrad und Leistung, was für den Kraftstoffverbrauch entscheidend ist.Due to the advantageous separation of the battery from the vehicle electrical system and the power supply of the on-board network with UltraCap and generator, pulse loads no longer burden the battery and recuperation is possible via the generator with higher voltage up to 15-20 V. Regeneration is carried out by switching off the generator to or below the voltage level of the battery. The start In turn, the battery is discharged via the UltraCap. To improve the start after a long vehicle standstill, the UltraCap is powered by a DC / DC converter with an electric power from the battery of z. B. supplied less than 10 watts and balanced at the same time the leakage current of UCaps. This are the start z. B. 16-20 V available, which causes a higher starting speed with a shorter start time, especially when the engine is cold. The battery is only switched on for charging and for supplying the vehicle electrical system at start and for emergency driving in the event of generator failure. Even if the UltraCap is disconnected from the vehicle electrical system via switching means, the battery directly supplies the quiescent current consumers. The shutdown of the memory in the event of a crash is advantageous. The upper voltage limit for UltraCap and generator is limited by the dielectric strength of the controllers and components, which is in the range 15-20V. The higher the voltage, the better the generator efficiency and performance, which is critical for fuel economy.

Die höhere Spannung kann vorteilhaft genutzt werden, wenn der Motor im Warmlauf ist und insbesondere im Winter höhere Verbraucherlast eingeschaltet ist. In diesem Fall wird auf die Rekuperation verzichtet. Es ist daher nützlich, die Systeme und Komponenten auf kurzzeitig höhere Spannung bis zu 20 V auszulegen. Da dies nur bei tiefen Temperaturen der Fall ist, bereitet die Realisierung wegen dem niedrigem Temperaturniveau, insbesondere der Halbleiter, keine großen Probleme.The higher voltage can be used to advantage when the Engine in warm-up is higher and especially in winter Load is switched on. In this case, the recuperation waived. It is therefore useful the systems and components for a short time higher voltage up to 20 V. Since this is the case only at low temperatures, the realization is preparing because of the low temperature level, especially the semiconductor, no big problems.

Auch kann ein höheres Spannungsniveau des UltraCaps nur zum Starten genutzt werden, indem über entsprechende Schaltmittel nur die Systeme eingeschaltet werden, welche zum Start benötigt werden. Diese benötigten Systeme müssen in diesem Fall auf die höhere Spannung ausgelegt werden.Also can a higher voltage level of the UltraCaps only for Start to be used by using appropriate switching means Only the systems that are required for startup are switched on. These needed systems need in this case be designed for the higher voltage.

Für den Betrieb von Systemen mit höherer Spannung, z. B. elektrischer Servolenkung, kann ein weiterer DC/DC-Konverter, vorzugsweise mit relativ kleinem Speicher für die Impulsbelastung, eingesetzt werden.For the operation of higher voltage systems, e.g. B. electrical Power steering, can be another DC / DC converter, preferably with relatively small memory for the pulse load, are used.

Ein weiterer Vorteil für das Bordnetz ist die Verwendung von Schaltmittel gegen Verpolung. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Batterie erheblich kleiner dimensioniert werden kann, z. B. auf 50%, was erhebliche Gewichtsersparnis bedeutet. Durch kleinere Leitungsquerschnitte aufgrund des niedrigeren Startstroms wird ebenfalls eine Gewichtsreduzierung erreicht.One Another advantage for the electrical system is the use of Switching means against reverse polarity. It is also advantageous that the Battery can be dimensioned considerably smaller, z. B. on 50%, which means significant weight savings. Due to smaller cable cross sections due to the lower starting current, a weight reduction is also achieved.

Durch Trennung des Bordnetzes beim Start und Trennung vom UCap und Versorgung aus der Batterie fällt die Bordnetzspannung nie unter 10–12 V, wodurch sich erhebliche Vorteile bei der Dimensionierung der Komponenten ergeben.By Separation of the electrical system when starting and disconnecting from UCap and supply battery voltage never falls below 10-12 V from the battery which gives considerable advantages in the dimensioning of the components result.

Das erfindungsgemäße Konzept bietet eine einfache und kostengünstige Lösung für den Start, Start-Stop und Rekuperation bei erheblicher Entlastung der Batterie und zur Verringerung der Ausfälle.The inventive concept offers a simple and cost-effective solution for the start, start-stop and recuperation with significant discharge of the battery and Reduction of failures.

Die Figur zeigt ein Schaltungskonzept für eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bordnetzes. Diese ist vorwiegend für Start-Stop-Funktion und Minimierung der Batterieausfälle und Rekuperation ausgebildet.The Figure shows a circuit concept for a possible Design of the electrical system according to the invention. This is mainly for start-stop function and minimization the battery failures and recuperation trained.

Um die Belastung der Batterie 4, insbesondere bei starken Belastungsschwankungen auch durch starke Stromimpulse gering zu halten, ist die Batterie 4 im Normalfall über den Schalter SB vom Bordnetz getrennt. Ein leistungsstarker Generator G versorgt Kreis I über die Leitung 26. Der UltraCap 2 dient zur Abdeckung von starken Belastungen. Gestartet wird über den UltraCap 2. Bei längerem Stillstand lädt ein kleiner DC/DC-Konverter 3 den UltraCap 2 aus der Batterie 4 auf z. B. 20 V auf. Hierdurch erfolgt der Startvorgang insbesondere bei tiefen Temperaturen durch höhere Drehzahl schneller und sicherer. Der DC/DC-Konverter 3 gleicht auch den Leckstrom des UCap 2 bis zu einer Batterieentladung von ca. 10% aus, danach wird er abgeschaltet, um eine tiefentladene, d. h. nicht mehr ladbare Batterie zu vermeiden. Der DC/DC-Konverter 3 wird vom Power- und Energiemanagement (PEM) 7 gesteuert. Durch das Starten des Kraftfahrzeuges mittels des UCap 2 wird die Batterie 4 nicht mehr durch die hohen Startströme belastet, was zur Folge hat, dass die Lebensdauer der Batterie erheblich verlängert wird und auch ein Starten bei kleiner Restkapazität noch möglich ist, da nur eine kleine Stromstärke zum Aufladen des UCap 2 über den DC/DC-Konverter 3 notwendig ist. Bei der konventionellen Dimensionierung ist, eine Batterie bei einer Kapazität kleiner 30% bei tiefen Temperaturen nicht mehr startfähig. Die Batterie wird gebraucht beim Fahrzeugstillstand zur Versorgung der Ruhestromverbraucher beim Start zur Versorgung der startrelevanten Systeme oder der gesamten Verbraucher. Sie wird ebenfalls benötigt zum Notfahren bei Ausfall des Generators oder bei kurzzeitig starker Belastung z. B. im Extremfall, wenn die Generatorleistung nicht ausreicht. Dementsprechend muss die Kapazität bemessen werden, was es ermöglicht, die Batterie um mehr als 50% zu reduzieren, was eine erhebliche Bauraum- und Gewichtsreduzierung bedeutet.To the load of the battery 4 To keep low, especially in strong load fluctuations even by strong current pulses, is the battery 4 normally disconnected via the switch S B from the electrical system. A powerful generator G supplies circuit I over the line 26 , The UltraCap 2 serves to cover heavy loads. It starts with the UltraCap 2 , At longer standstill, a small DC / DC converter charges 3 the UltraCap 2 from the battery 4 on z. B. 20V. As a result, the starting process, especially at low temperatures by higher speed faster and safer. The DC / DC converter 3 also balances the leakage current of the UCap 2 10%, after which it is switched off to avoid a deeply discharged, ie no longer chargeable battery. The DC / DC converter 3 is powered by Power and Energy Management (PEM) 7 controlled. By starting the motor vehicle by means of the UCap 2 becomes the battery 4 no longer burdened by the high starting currents, which has the consequence that the life of the battery is considerably extended and even starting at low residual capacity is still possible because only a small amount of current to charge the UCap 2 via the DC / DC converter 3 necessary is. With conventional sizing, a battery with a capacity of less than 30% at low temperatures is no longer bootable. The battery is needed when the vehicle is at a standstill to supply the quiescent consumers at startup to supply the star-relevant systems or the entire consumer. It is also required for emergency driving in case of failure of the generator or short-term heavy load z. B. in extreme cases, when the generator power is insufficient. Accordingly, the capacity must be sized, which makes it possible to reduce the battery by more than 50%, which means a considerable space and weight reduction.

Bei tiefen Temperaturen wird das Bordnetz mit max. Spannung (z. B. 16–20 V) betreiben, was den Generatorwirkungsgrad und Leistung nennenswert erhöht. In diesem Zusammenhang ist eine Dimensionierung der Systeme auf höhere Spannungen bei tiefen Temperaturen sinnvoll.at low temperatures, the electrical system with max. Voltage (eg 16-20 V), what the generator efficiency and performance worth mentioning elevated. In this context is a sizing the systems to higher voltages at low temperatures meaningful.

Zum Aufladen der Batterie wird Schalter SB geschlossen und damit mit dem Generator G und UCap 2 bei entsprechender Spannung verbunden. Die Batterieüberwachung vorzugsweise SOC (state of change) und SOH (state of health) übernimmt ein Batteriesensor 5, welcher über eine Leitung in Verbindung mit dem PEM 7 steht, indem die Bilanz der Lade- und Entladeströme erfasst wird und entsprechend die fehlende Ladung zur vollen Kapazität ergänzt wird. Ein üblicher Temperatursensor kann auch entfallen, da Lade- und Entladeströme gering sind und damit auch die Eigenerwärmung. Damit hat die Batterie 4 beim Einbau im Heckteil ungefähr Außentemperatur. Dadurch ist die Batterie immer voll geladen, was erheblich in die Lebensdauer eingeht. Das PEM 7 steuert über Schaltmittel 8 die Ruhestrom- und 14-V-Normal-Verbraucher, sowie alle startrelevanten Verbraucher des Bordnetzes, welche über einen BUS mit dem PEM 7 kommunizieren. Die Schaltermittel 8 sind hier nur prinzipiell dargestellt. Dieses Konzept ermöglicht neben einer Reduzierung der Batteriegröße auch eine Reduzierung des Gewichts der Leitungen, da z. B. die Batterieleitung nur für die Leistung der Notfahrverbraucher kleiner 100 A und nicht 1000 A bemessen werden muss. Außerdem kann die Starterleitung kleiner dimensioniert werden, da eine höhere Spannung und ein kleinerer Innenwiderstand des UCap 2 im Vergleich zur Batterie 4 genutzt werden kann. Außerdem kann die Batteriegröße erheblich reduziert werden, da diese nicht mehr zum Starten und im wesentlichen nur zum seltenen Notfahren und zur Versorgung der Ruhestromverbraucher eingesetzt wird. Es wird dadurch trotz kleinerer Batterie 4 die Startfähigkeit von bisher einigen Wochen Fahrzeugstillstand um Faktoren verbessert. Die gestrichelten Linien sind Mess- und Steuerleitungen 6 für das PEM 7, im wesentlichen für Spannung und Strom und bei dem Generator dient die Leitung zur Steuerung des Spannungsreglers. Im Gegensatz zum konventionellen Bordnetz, bei dem die obere Spannungsgrenze durch die Batterie bestimmt wird, kann hier mit höherer Spannung z. B. 16 V gefahren werden, was bei Rekuperation genutzt werden kann. Hier wird dann der Generator G nach Aufladen des UCap 2 anschließend abgeschaltet, bis die Spannung auf z. B. 12 V abfällt. Voraussetzung hierfür ist die Spannungsregelung von spannungsempfindlichen Komponenten wie z. B. Glühlampen.To charge the battery switch S B is closed and thus with the generator G and ucap 2 connected with appropriate voltage. The battery monitoring preferably SOC (state of change) and SOH (state of health) takes over a battery sensor 5 , which via a line in connection with the PEM 7 by recording the balance of the charging and discharging currents and correspondingly adding the missing charge to full capacity. A conventional temperature sensor can also be omitted, since charging and discharging currents are low and thus the self-heating. This has the battery 4 When installing in the tail section about outside temperature. As a result, the battery is always fully charged, which significantly affects the life. The PEM 7 controls via switching means 8th the quiescent current and 14 V normal consumers, as well as all star-relevant consumers of the electrical system, which via a bus with the PEM 7 communicate. The switch means 8th are shown here only in principle. This concept allows in addition to a reduction in battery size and a reduction in the weight of the lines, since z. B. the battery line only for the performance of Notfahrverbraucher less than 100 A and not 1000 A must be measured. In addition, the starter line can be made smaller, as a higher voltage and a lower internal resistance of the UCap 2 compared to the battery 4 can be used. In addition, the battery size can be significantly reduced because it is no longer used for starting and essentially only for rare emergency driving and to supply the quiescent consumers. It is thereby despite smaller battery 4 the startability of previously several weeks vehicle standstill improved by factors. The dashed lines are measuring and control lines 6 for the PEM 7 , Essentially for voltage and current and in the generator, the line is used to control the voltage regulator. In contrast to the conventional electrical system, in which the upper voltage limit is determined by the battery, with higher voltage z. B. 16 V are driven, which can be used in recuperation. Here then the generator G after charging the UCap 2 then switched off until the voltage on z. B. 12 V drops. Prerequisite for this is the voltage regulation of voltage-sensitive components such. B. light bulbs.

Es bietet sich bei diesem Konzept an, weitere Schaltmittel einzusetzen. Der UCap 2 kann über den Schalter SS vom Bordnetz getrennt werden, wodurch eine höhere Startspannung durch Aufladen des UCaps 2 genutzt werden kann. Hierbei wird das Bordnetz von der Batterie versorgt. Weiterhin kann der UCap 2 bei Crash des Fahrzeugs mittels des Schalters SK vom Bordnetz getrennt werden. Weiterhin kann ein Schaltmittel SF zur Verbindung mit dem Fremdstartanschluss 9 eingesetzt werden. Dieser schließt, wenn am Messpunkt hinter der Diode die richtige Polung und Spannung erkannt wird. Hierdurch kann auch Überspannung beim Start eliminiert werden.With this concept, it makes sense to use further switching means. The UCap 2 can be disconnected via the switch S S from the electrical system, resulting in a higher starting voltage by charging the UCaps 2 can be used. Here, the electrical system is powered by the battery. Furthermore, the UCap 2 be separated in the event of a crash of the vehicle by means of the switch S K from the electrical system. Furthermore, a switching means S F for connection to the Fremdstartanschluss 9 be used. This closes when the correct polarity and voltage are detected at the measuring point behind the diode. As a result, overvoltage during startup can be eliminated.

Die Schaltmittel können Relais, Halbleiter oder über eine Schaltwalze betätigte mechanische Kontakte sein.The Switching means can be relays, semiconductors or over be a shift drum actuated mechanical contacts.

An die Hauptstromleitung 1 kann ein weiterer DC/DC-Konverter 11 für Spannungshochsetzung z. B. auf 26 V für spezielle Verbraucher 13, vorzugsweise mit Impulsbelastung, eingesetzt werden. Es ist vorteilhaft, diesen mit einem weiteren UCap 12 zu ergänzen.To the main power line 1 can be another DC / DC converter 11 for voltage boosting z. B. to 26 V for special consumers 13 , preferably with impulse loading, are used. It is advantageous to add another UCap 12 to complete.

Das Schaltmittel SS kann auch kurzzeitig als Linearregler oder Tiefsetzsteller eingesetzt werden, um bei höherer Generatorspannung das Bordnetz B auf niedrigere Spannung einzuregeln. Hierdurch können auch spannungsabhängige Kurzzeitverbraucher, wie Fenster- oder Sitzverstellmotoren noch sicher betreiben werden. Optional kann bei getaktetem Schaltmittel SS ein Glättungsspeicher in Form eines Kondensators die Spannung des Bordnetzes B glätten, welcher in vielen Bordnetzen Standard ist.The switching means S S can also be used for a short time as a linear regulator or step-down converter to regulate the vehicle electrical system B to a lower voltage at a higher generator voltage. As a result, voltage-dependent short-term consumers, such as window or Sitzverstellmotoren can still operate safely. Optionally, with clocked switching means S S a smoothing memory in the form of a capacitor smooth the voltage of the electrical system B, which is standard in many on-board networks.

Zur Reduzierung des Ruhestromverbrauches ist ein weiterer kleiner DC/DC 15 mit 50 mA vorgesehen, der an die Batterie angeschlossen ist und die Ruhestromverbraucher bei Fahrzeugstillstand mit 6–8 V versorgt. Damit ist eine Reduzierung des Ruhestromverbrauchs und damit eine Batterieentlastung möglich. In diesem Fall muss die Batterie vom Bordnetz getrennt sein.To reduce the quiescent current consumption is another small DC / DC 15 with 50 mA, which is connected to the battery and supplies the quiescent current consumers with vehicle standstill with 6-8 V. This is a reduction of the quiescent current consumption and thus a battery relief possible. In this case, the battery must be disconnected from the electrical system.

11
HauptversorgungsleitungMain supply line
22
UCapucap
33
DC/DC-Konverter 12/16–20 VDC / DC converter 12 / 16-20 V
44
Batteriebattery
55
Batteriesensorbattery sensor
66
Signalleitungsignal line
77
Power- und EnergiemanagementPower- and energy management
88th
Schaltmittelswitching means
99
FremdstartanschlussJump-starting connection
1010
VerpoldiodeVerpoldiode
1111
DC/DC 12 V ... < 20 VDC / DC 12V ... <20V
1212
UCap 2 ucap 2
1313
Verbraucher mit höherer Spannungconsumer with higher voltage
1414
Schaltmittel SS zum StartSwitching means S S to start
1515
DC/DC 12–6/8 VDC / DC 12-6 / 8V
1616
Signal-BUSSignal-BUS
1717
Starterstarter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (22)

Elektrisches Versorgungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Spannungsniveau, mindestens eine Batterie (4), mindestens einen UltraCap (2) und einen Generator (G) aufweisend, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (4) bei höherer Spannung im Bordnetz (B) als der Nennspannung sowie beim Startvorgang vom Bordnetz (B) mittels eines Schaltmittels (SB) getrennt ist, und dass die Batterie (4) den UltraCap (2) mittels eines DC/DC-Konverters (3) vor dem Start des Fahrzeuges auf eine höhere Spannung als die Nennspannung auflädt, wobei während der Rekuperation die vom elektrischen Generator (G) und/oder Rekuperationsbremsen erzeugte Spannung das Spannungsniveau des Bordnetzes (B) bestimmt, und dass nach dem Rekuperationsprozess und im Normalbetrieb die Bordnetzspannung gleich der Ausgangsspannung des Generators (G) ist.Electrical supply system for a motor vehicle with a voltage level, at least one battery ( 4 ), at least one UltraCap ( 2 ) and a generator (G), characterized in that the battery ( 4 ) is separated at a higher voltage in the electrical system (B) than the nominal voltage and at startup from the electrical system (B) by means of a switching means (S B ), and that the battery ( 4 ) the UltraCap ( 2 ) by means of a DC / DC converter ( 3 ) is charged to a higher voltage than the nominal voltage before the start of the vehicle, wherein during recuperation the voltage generated by the electric generator (G) and / or Rekuperationsbremsen determines the voltage level of the electrical system (B), and that after the Rekuperationsprozess and in normal operation Vehicle electrical system voltage equal to the output voltage of the generator (G). Elektrisches Versorgungssystem für ein Kraftfahrzeug, einen elektrischen Generator (G), eine elektrische Batterie (4), einen Starter (17) sowie einen UltraCap (2) aufweisend, wobei der UltraCap (2) wahlweise mittels des Generators (G) oder mittels eines DC/DC-Konverters über die Batterie (4) aufladbar ist, wobei beim Bremsvorgang eine teilweise Umwandlung der kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie erfolgt (Rekuperation), und die Ausgänge des Generators, des UltraCaps und der Batterie mittels Schaltmitteln je nach Fahrzeugzustand mit einem mehrere Verbraucher umfassenden Bordnetz (B) eines Spannungsniveaus verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass – der Ausgang des Generators (G) über eine elektrische Verbindungsleitung (26) mit einem ersten Schalters (SS) in Verbindung ist, mit dem der Generator (G) mit dem Bordnetz (B) verbindbar ist, und dass – der Pluspol des UltraCap (2) direkt oder über einen optionalen zweiten Schalters (SK) mit der Verbindungsleitung (26) in Verbindung ist bzw. verbindbar ist, – und dass über einen dritten Schalter (SSt) der Starter (17) mit der Verbindungsleitung (26) oder dem Pluspol des UltraCap (2) verbindbar ist, – und dass der Pluspol der Batterie elektrisch über einen vierten Schalters (SB) mit dem Bordnetz (B) in Verbindung bringbar ist, – und dass der erste Schalter (SS) und der vierte Schalter (SB) zwischen Generator (G) und Batterie (4) in Reihe geschaltet sind, wobei zwischen den Schaltern (SS, SB) der Abgriff für das Bordnetz erfolgt, – und dass zwischen dem Pluspol der Batterie und dem Pluspol des UltraCap ein DC/DC-Konverter (3) geschaltet ist.Electric supply system for a motor vehicle, an electric generator (G), an electric battery ( 4 ), a starter ( 17 ) as well as an UltraCap ( 2 ), wherein the UltraCap ( 2 ) either by means of the generator (G) or by means of a DC / DC converter via the battery ( 4 ) is chargeable, wherein during the braking process, a partial conversion of the kinetic energy of the vehicle is in electrical energy (recuperation), and the outputs of the generator, the UltraCaps and the battery by means of switching means depending on the vehicle condition with a multi-consuming vehicle electrical system (B) a voltage level are connectable, characterized in that - the output of the generator (G) via an electrical connection line ( 26 ) is connected to a first switch (S S ), with which the generator (G) to the electrical system (B) is connectable, and that - the positive terminal of the UltraCap ( 2 ) directly or via an optional second switch (S K ) with the connecting line ( 26 ) is or is connectable, - and that via a third switch (S St ) of the starter ( 17 ) with the connecting line ( 26 ) or the positive pole of the UltraCap ( 2 ) is connectable, - and that the positive pole of the battery via a fourth switch (S B ) with the electrical system (B) can be brought into connection, - and that the first switch (S S ) and the fourth switch (S B ) between Generator (G) and battery ( 4 ) are connected in series, between the switches (S S , S B ), the tap for the electrical system, - and that between the positive pole of the battery and the positive terminal of the UltraCap a DC / DC converter ( 3 ) is switched. Elektrisches Versorgungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – der Ausgang des Generators (G) über eine elektrische Verbindungsleitung (26) mit einem ersten Anschluss (SS1) eines ersten Schalters (SS) in Verbindung ist, und dass – der Pluspol des UltraCap (2) direkt oder über einen optionalen zweiten Schalters (SK) mit der Verbindungsleitung (26) in Verbindung ist bzw. verbindbar ist, – und dass über einen dritten Schalter (SSt) der Starter (17) mit der Verbindungsleitung (26) oder dem Pluspol des UltraCap (2) verbindbar ist, – und dass der Pluspol der Batterie elektrisch mit dem ersten Anschluss (SB1) eines vierten Schalters (SB) in Verbindung ist, – und dass der zweite Anschluss (SS2) des ersten Schalters (SS) und der zweite Anschluss (SB2) des vierten Schalters (SB) miteinander und mit dem Bordnetz (B) in Verbindung sind, – und dass zwischen dem Pluspol der Batterie und dem Pluspol des UltraCap ein DC/DC-Konverter geschaltet ist.Electrical supply system according to claim 2, characterized in that - the output of the generator (G) via an electrical connecting line ( 26 ) is connected to a first terminal (S S1 ) of a first switch (S S ) and that - the positive terminal of the UltraCap ( 2 ) directly or via an optional second switch (S K ) with the connecting line ( 26 ) is or is connectable, - and that via a third switch (S St ) of the starter ( 17 ) with the connecting line ( 26 ) or the positive pole of the UltraCap ( 2 ) is connectable, - and that the positive pole of the battery is electrically connected to the first terminal (S B1 ) of a fourth switch (S B ), - and that the second terminal (S S2 ) of the first switch (S S ) and the second terminal (S B2 ) of the fourth switch (S B ) are connected to each other and to the electrical system (B), - and that between the positive pole of the battery and the positive terminal of the UltraCap a DC / DC converter is connected. Elektrisches Versorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Versorgungssystem eine Steuereinrichtung (7) aufweist, die die Schalter (SS, SK, SB, SSt) je nach Fahrzeugzustand schaltet.Electrical supply system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the supply system comprises a control device ( 7 ), which switches the switches (S S , S K , S B , S St ) depending on the vehicle condition. Elektrisches Versorgungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) mittels eines Batteriesensors (5) den Ladezustand und die Kapazität der Batterie (4) ermittelt.Electrical supply system according to one of claims 2 to 4, characterized in that the control device ( 7 ) by means of a battery sensor ( 5 ) the state of charge and the capacity of the battery ( 4 ). Elektrisches Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (SK) den UltraCap (2) in Extremfällen, insbesondere bei einem Unfall, abtrennt.Electrical supply system according to one of the preceding claims, characterized in that the switch (S K ) the UltraCap ( 2 ) in extreme cases, especially in an accident, separated. Elektrisches Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder während des Startens des Fahrzeugs der UltraCap (2) mittels eines Schaltmittels (SS) vom Bordnetz (B) und der Batterie (4) getrennt ist, und dass das Bordnetz (B) mittels des geschlossenen Schalters (SB) mit dem Pluspol der Batterie (4) in Verbindung ist.Electrical supply system according to one of the preceding claims, characterized in that before and / or during the start of the vehicle, the UltraCap ( 2 ) by means of a switching means (S S ) from the electrical system (B) and the battery ( 4 ) and that the electrical system (B) by means of the closed switch (S B ) with the positive pole of the battery ( 4 ). Elektrisches Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalbetrieb und bei der Rekuperation der Ausgang des Generators über ein geschlossenes Schaltmittel (SK) mit dem Pluspol des UltraCaps (2) sowie über ein geschlossenen Schalter (SS) mit dem Bordnetz in Verbindung ist, wobei die Batterie mittels des geöffneten Schalters (SB) vom Bordnetz (B) getrennt ist.Electrical supply system according to one of the preceding claims, characterized in that in normal operation and during recuperation of the output of the generator via a closed switching means (S K ) with the positive terminal of the UltraCaps ( 2 ) and via a closed switch (S S ) with the electrical system in connection, the battery by means of the open switch (S B ) from the electrical system (B) is disconnected. Elektrisches Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall des Generators (G) im Fahrbetrieb das Bordnetz (B) mittels des Schalters (SB) mit dem Pluspol der Batterie (4) verbindbar ist.Electrical supply system according to one of the preceding claims, characterized in that in case of failure of the generator (G) in Driving the vehicle electrical system (B) by means of the switch (S B ) with the positive pole of the battery ( 4 ) is connectable. Elektrisches Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucher des Bordnetzes (B) mittels zusätzlicher Schaltmittel (8) von der Spannungsversorgung abtrennbar bzw. mit dieser Verbindbar sind.Electrical supply system according to one of the preceding claims, characterized in that the consumers of the electrical system (B) by means of additional switching means ( 8th ) Are disconnected from the power supply or with this Connectable. Elektrisches Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Verbraucher mittels der zusätzlichen Schaltmittel (8) während des Startvorgangs von der Spannungsversorgung abtrennbar sind.Electrical supply system according to one of the preceding claims, characterized in that individual consumers by means of the additional switching means ( 8th ) are disconnectable from the power supply during the startup process. Elektrisches Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Startvorgang das Bordnetz (B) über den Schalter (SB) mit der Batterie (4) in elektrischer Verbindung und mittels des Schalters (SS) vom Starter (17) getrennt ist.Electrical supply system according to one of the preceding claims, characterized in that during the starting process, the electrical system (B) via the switch (S B ) with the battery ( 4 ) in electrical connection and by means of the switch (S S ) of the starter ( 17 ) is disconnected. Elektrisches Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucher des Bordnetzes (B) für ein Spannungsniveau ausgelegt sind, welches sich während der Rekuperation einstellt.Electrical supply system according to one of the preceding Claims, characterized in that the consumers of the vehicle electrical system (B) are designed for a voltage level, which occurs during recuperation. Elektrisches Versorgungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucher auf eine Spannung von 16 bis 30 Volt, insbesondere auf 20 Volt ausgelegt sind, derart, dass mittels des Ge nerators insbesondere bei niedrigen Temperaturen, eine Spannung von bis zu 30 Volt, insbesondere bis zu 20 Volt, zur Speisung des Bordnetzes (B), z. B. zur Speisung der Heizung und/oder Hochleistungsverbraucher, generierbar ist.Electrical supply system according to claim 13, characterized in that the consumers to a voltage of 16 to 30 volts, in particular designed for 20 volts, in such a way that by means of the Ge nerators, especially at low temperatures, a voltage of up to 30 volts, in particular up to 20 volts, to Power supply of the electrical system (B), z. B. for feeding the heater and / or high-performance consumers, can be generated. Elektrisches Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher DC/DC-Konverter (11) die Spannung des Bordnetzes (B) zur Versorgung von zusätzlichen Verbrauchern (13), welche eine höhere Spannung benötigen, hochsetzt.Electrical supply system according to one of the preceding claims, characterized in that an additional DC / DC converter ( 11 ) the voltage of the electrical system (B) to supply additional consumers ( 13 ), which require a higher voltage, high. Elektrisches Versorgungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des zusätzlichen DC/DC-Konverters (11) ein zusätzlicher Speicher, insbesondere ein UltraCap (12) aufladbar ist.Electrical supply system according to claim 15, characterized in that by means of the additional DC / DC converter ( 11 ) an additional memory, in particular an UltraCap ( 12 ) is rechargeable. Elektrisches Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher DC/DC-Konverter (15) die Spannung des Bordnetzes (B) zur Versorgung von Ruhestromverbrauchern, welche eine kleinere Spannung als die Bordnetzspannung benötigen, herabsetzt.Electrical supply system according to one of the preceding claims, characterized in that an additional DC / DC converter ( 15 ) reduces the voltage of the electrical system (B) for the supply of quiescent current consumers, which require a smaller voltage than the vehicle electrical system voltage. Elektrisches Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) den Schalter (SS) im Sinne eines Tiefsetzstellers betreibt, um die Spannung des Bordnetzes (B) gegenüber der Generatorspannung oder der UltraCap-Spannung herabzusetzen.Electrical supply system according to one of the preceding claims, characterized in that the control device ( 7 ) operates the switch (S S ) in the sense of a buck converter to reduce the voltage of the electrical system (B) relative to the generator voltage or the UltraCap voltage. Elektrisches Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Schaltmittel (SS, SB) und deren Ansteuerung zusammen mit dem DC/DC-Konverter in der sogenannten Vorsicherungsbox, welche u. a. Sicherungen, insbesondere Hochstromsicherungen enthält, integriert sind.Electrical supply system according to one of the preceding claims, characterized in that at least the switching means (S S , S B ) and their control are integrated together with the DC / DC converter in the so-called Vorsicherungsbox, which includes, inter alia, fuses, especially high current fuses. Elektrisches Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Spannungsniveau des Generators (G) nach dem Leistungsbedarf des Bordnetzes (B) und das untere Spannungsniveau des Generators nach der Lagespannung der Batterie (4) ausgelegt ist.Electrical supply system according to one of the preceding claims, characterized in that the upper voltage level of the generator (G) according to the power consumption of the electrical system (B) and the lower voltage level of the generator according to the battery voltage ( 4 ) is designed. Elektrisches Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (SS, SK, SB, SSt) als Halbleiterschaltelemente und/oder Relais ausgebildet sind.Electrical supply system according to one of the preceding claims, characterized in that the switches (S S , S K , S B , S St ) are formed as semiconductor switching elements and / or relays. Elektrisches Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein integrierter Startergenerator mit entsprechenden Steuerleitungen den Starter und den Generator ersetzt.Electrical supply system according to one of the preceding Claims, characterized in that an integrated Starter generator with appropriate control lines the starter and replaced the generator.
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