DE102008031125B4 - Method for controlling a bidirectionally operable voltage converter device and multi-voltage vehicle electrical system - Google Patents

Method for controlling a bidirectionally operable voltage converter device and multi-voltage vehicle electrical system Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Ansteuerung einer bidirektional betreibbaren Spannungswandlereinrichtung (2) eines Mehrspannungsbordnetzes für ein Kraftfahrzeug, wobei- die Spannungswandlereinrichtung (2) auf einer ersten Anschlussseite mit einem ersten Teilbordnetz (BN1), wobei das erste Teilbordnetz (BN1) einen ersten Bordnetzzweig (BNZ1) mit einer ersten Energiespeichereinrichtung (E1) und einen zum ersten Bordnetzzweig (BNZ1) parallel geschalteten zweiten Bordnetzzweig (BNZ2) mit einem Verbraucher (V1') umfasst, und auf einer zweiten Anschlussseite mit einem zweiten Teilbordnetz (BN2), welches eine zweite Energiespeichereinrichtung (E2) umfasst, gekoppelt ist,- der erste Bordnetzzweig (BNZ1) über ein steuerbares elektrisches Schaltelement (S1) sowohl von der Spannungswandlereinrichtung (2) als auch von dem zweiten Bordnetzzweig (BNZ2) trennbar ist,- die Spannungswandlereinrichtung (2) in einer ersten Betriebsart strom- oder leistungsgeregelt und in einer zweiten Betriebsart spannungsgeregelt betrieben wird,- die Umschaltung zwischen erster und zweiter Betriebsart in Abhängigkeit von einer auf zumindest einer Anschlussseite der Spannungswandlereinrichtung (2) detektierten Spannungsänderung oder der Änderung einer mit der Spannung korrelierenden Größe erfolgt,- bei geschlossenem Schaltelement (1) die Spannungswandlereinrichtung (2) in der ersten Betriebsart betrieben wird und- bei geöffnetem Schaltelement (1) die Spannungswandlereinrichtung (2) in der zweiten Betriebsart derart betrieben wird, dass der Verbraucher (V1') im zweiten Bordnetzzweig (BNZ2) über die Spannungswandlereinrichtung (2) durch die zweite Energiespeichereinrichtung (E2) versorgt wird.Method for controlling a bidirectionally operable voltage converter device (2) of a multi-voltage vehicle electrical system for a motor vehicle, the voltage converter device (2) having a first partial vehicle electrical system (BN1) on a first connection side, the first partial vehicle electrical system (BN1) having a first vehicle electrical system branch (BNZ1) with a first energy storage device (E1) and a second vehicle electrical system branch (BNZ2) connected in parallel to the first vehicle electrical system branch (BNZ1) with a consumer (V1'), and on a second connection side with a second partial vehicle electrical system (BN2) which includes a second energy storage device (E2). , is coupled, - the first vehicle electrical system branch (BNZ1) can be separated from both the voltage converter device (2) and from the second vehicle electrical system branch (BNZ2) via a controllable electrical switching element (S1), - the voltage converter device (2) in a first operating mode current- or power-controlled and, in a second operating mode, voltage-controlled operation en, - the changeover between the first and second operating mode takes place as a function of a voltage change detected on at least one connection side of the voltage converter device (2) or the change in a variable correlating with the voltage, - with the switching element (1) closed, the voltage converter device (2) in is operated in the first operating mode and- with the switching element (1) open, the voltage converter device (2) is operated in the second operating mode in such a way that the consumer (V1') in the second vehicle electrical system branch (BNZ2) via the voltage converter device (2) through the second energy storage device ( E2) is supplied.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer bidirektional betreibbaren Spannungswandlereinrichtung sowie ein Mehrspannungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for controlling a bidirectionally operable voltage converter device and a multi-voltage vehicle electrical system for a motor vehicle.

Ein Spannungswandler besteht im Wesentlichen aus einer elektronischen Schaltung, die eine Eingangsspannung (eingangsseitige Spannung) in eine Ausgangsspannung (ausgangsseitige Spannung) umwandelt. Dabei kann ein Spannungswandler als so genannter Gleichspannungswandler (DC/DC) - zur Umwandlung einer eingangsseitigen Gleichspannung in eine ausgangsseitige Gleichspannung - ausgebildet sein, oder er kann als so genannter Wechselspannungswandler - zur Umwandlung von Gleich- in Wechselspannung (DC/AC) oder zur Umwandlung von Wechsel- in Gleichspannung (AC/DC) oder zur Umwandlung von Wechsel- in Wechselspannung (AC/AC) - ausgebildet sein. Abhängig von seinem Einsatzzweck ist ein Spannungswandler spannungs-, strom- oder leistungsgeregelt ausgeführt. Ferner sind bidirektional betreibbare Spannungswandler bekannt, bei denen eine entsprechende Spannungswandlung (bzw. eine Steuerung des Energieflusses) zwischen den Anschlussseiten in beide Richtungen möglich ist. Üblicherweise werden zur Regelung eines Spannungswandlers unterlagerte Regelkreise für die Strom- und Spannungsregelung verwendet. Das bedeutet, dass über den Spannungsregler ausgangsseitig eine konstante Ausgangsspannung geregelt wird, solange der sich einstellende Ausgangsstrom kleiner als die vorgegebene Sollvorgabe ist. Sobald der Ausgangsstrom die Sollvorgabe überschreitet wird auf einen konstanten Ausgangsstrom geregelt. In der unterlagerten Reglerstruktur muss zur Regelung eines Sollwertes (z.B. Spannung) der weitere Sollwert (z.B. Strom) derart angepasst werden, dass die Regelung der Spannung physikalisch bedingt möglich ist (z.B. Stromsollwert auf Maximum setzen).A voltage converter essentially consists of an electronic circuit that converts an input voltage (input voltage) into an output voltage (output voltage). A voltage converter can be designed as a so-called DC voltage converter (DC/DC) - for converting a DC voltage on the input side into a DC voltage on the output side - or it can be designed as a so-called AC voltage converter - for converting direct voltage into AC voltage (DC/AC) or for conversion from AC to DC voltage (AC/DC) or for converting AC to AC voltage (AC/AC) - be designed. Depending on its purpose, a voltage converter is voltage, current or power-controlled. Furthermore, voltage converters that can be operated bidirectionally are known, in which a corresponding voltage conversion (or control of the energy flow) between the connection sides in both directions is possible. Subordinate control loops for current and voltage control are usually used to control a voltage converter. This means that a constant output voltage is regulated on the output side via the voltage regulator as long as the resulting output current is less than the specified setpoint. As soon as the output current exceeds the target value, a constant output current is regulated. In the subordinate controller structure, in order to regulate a setpoint (e.g. voltage), the other setpoint (e.g. current) must be adjusted in such a way that the voltage can be regulated for physical reasons (e.g. set current setpoint to maximum).

Spannungswandler, die in Kraftfahrzeugbordnetzen der bedarfsgerechten Spannungsversorgung von Verbrauchern dienen (z.B. zur Spannungsversorgung von Mikroprozessorsystemen oder anderen spannungssensitiven Verbrauchern), werden in der Regel spannungsgeregelt ausgebildet, wobei durch eine entsprechende Strombegrenzung das Überschreiten einer vorbestimmten Stromgrenze sicher verhindert wird. Derartige Spannungswandler sind geeignet Bordnetzverbraucher bei kritischen Spannungsschwankungen im Bordnetz (z.B. aufgrund eines Starts der Brennkraftmaschine) mit einer stabilisierten Spannung zu versorgen.Voltage converters, which are used in vehicle electrical systems to supply consumers with the required voltage (e.g. to supply microprocessor systems or other voltage-sensitive consumers), are usually designed to be voltage-controlled, with a corresponding current limitation reliably preventing a predetermined current limit from being exceeded. Voltage converters of this type are suitable for supplying electrical system consumers with a stabilized voltage in the event of critical voltage fluctuations in the electrical system (e.g. due to starting the internal combustion engine).

Spannungswandler in Mehrspannungsbordnetzen dienen häufig auch als Stellglied zum kontrollierten Laden und/oder Entladen von Energiespeichereinrichtungen des Bordnetzes. Diese Spannungswandler sind üblicherweise strom- oder leistungsgeregelt ausgeführt, wobei durch eine entsprechende Spannungsbegrenzung das Überschreiten einer vorbestimmten Spannungsgrenze unterbunden wird.Voltage converters in multi-voltage vehicle electrical systems are often also used as actuators for the controlled charging and/or discharging of energy storage devices in the vehicle electrical system. These voltage converters are usually designed to be current- or power-controlled, with a corresponding voltage limiter preventing a predetermined voltage limit from being exceeded.

Darüber hinaus ist aus der nachveröffentlichten DE 10 2007 004 279 A1 ein Mehrspannungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug bekannt, welches in seinem Aufbau eine bidirektional betreibbare Spannungswandlereinrichtung beschreibt, die auf einer Anschlussseite (vorzugsweise einer Anschlussseite niedrigerer Bordnetzspannung) zwei parallel geschaltete und über eine steuerbare Schalteinrichtung miteinander verbundene bzw. verbindbare Bordnetzzweige aufweist, wobei zumindest einer der beiden Bordnetzzweige eine erste Energiespeichereinrichtung umfasst, und die auf ihrer anderen Anschlussseite (vorzugsweise einer Anschlussseite mit einer im Vergleich zur ersten Anschlussseite erhöhten Bordnetzspannung) zumindest einen Bordnetzzweig mit zumindest einer weiteren Energiespeichereinrichtung aufweist. Dabei dient die steuerbare Schalteinrichtung insbesondere dem Schutz des zweiten Niederspannungsbordnetzzweiges vor lastbedingten Spannungseinbrüchen, wie sie beispielsweise bei Startvorgängen (bedingt durch eine sehr hohe Leistungsaufnahme der elektrischen Startereinrichtung) der Brennkraftmaschine im entsprechenden Bordnetzzweig auftreten können. Durch das Öffnen der Schalteinrichtung, vor einem etwaigen Startvorgang der Brennkraftmaschine, kann ein solcher Spannungseinbruch im separierten parallel geschalteten Bordnetzzweig vermieden werden. Durch Öffnen der Schalteinrichtung wird der Bordnetzzweig (erster Niederspannungsbordnetzzweig) mit Anlassermaschine, Bordnetzbatterie und nicht spannungssensiblen Verbrauchern einerseits von den, den zweiten Bordnetzzweig des Niederspannungs-Teilbordnetzes bildenden, spannungssensiblen Verbrauchern getrennt. Andererseits wird dieser erste Niederspannungsbordnetzzweig über die geöffnete Schalteinrichtung auch von der Spannungswandlereinrichtung, über die er sonst mit dem zweiten Teilbordnetz (Teilbordnetz mit im Vergleich zum ersten Teilbordnetz höherer Bordnetzspannung) gekoppelt ist bzw. koppelbar ist getrennt.In addition, from the post-published DE 10 2007 004 279 A1 a multi-voltage vehicle electrical system for a motor vehicle is known, the structure of which describes a bidirectionally operable voltage converter device which, on one connection side (preferably a connection side with a lower vehicle electrical system voltage), has two vehicle electrical system branches connected in parallel and which are or can be connected to one another via a controllable switching device, with at least one of the two vehicle electrical system branches comprises a first energy storage device, and which has at least one vehicle electrical system branch with at least one additional energy storage device on its other connection side (preferably a connection side with a vehicle electrical system voltage that is increased compared to the first connection side). The controllable switching device serves in particular to protect the second low-voltage branch of the vehicle electrical system from load-related voltage dips, such as those that can occur when starting the internal combustion engine (due to the very high power consumption of the electric starter device) in the corresponding branch of the vehicle electrical system. By opening the switching device before any starting process of the internal combustion engine, such a voltage drop in the separate, parallel-connected vehicle electrical system branch can be avoided. By opening the switching device, the vehicle electrical system branch (first low-voltage vehicle electrical system branch) with the starter motor, vehicle electrical system battery and non-voltage-sensitive consumers is separated from the voltage-sensitive consumers forming the second vehicle electrical system branch of the low-voltage partial vehicle electrical system. On the other hand, this first low-voltage vehicle electrical system branch is also separated from the voltage converter device via the open switching device, via which it is otherwise coupled or can be coupled to the second vehicle electrical system section (vehicle electrical system section with a higher vehicle electrical system voltage compared to the first vehicle electrical system section).

Aus der DE 103 42 178 A1 ist ein Bordnetz zur Versorgung elektrisch betriebener Verbraucher bei Kraftfahrzeugen bekannt, die über einen Verbrennungsmotor angetrieben werden. Das Bordnetz umfasst eine Anzahl von Teilbordnetzen mit jeweils einer Anzahl von zugeordneten Verbrauchern und jeweils einem elektrischen Energiespeicher, die eine unterschiedliche Spannung aufweisen können und über einen Gleichspannungswandler miteinander verbunden sind, wobei einem ersten als Leistungskreis ausgebildeten Teilbordnetz erste Verbraucher mit hoher Leistungsaufnahme zugeordnet sind und eine erste, den Leistungskreis repräsentierende Spannung in einem vorgegebenen Nennbereich variabel einstellbar ist. Über einen Schalter kann ein Teilbordnetz vollständig vom Spannungswandler getrennt werden.From the DE 103 42 178 A1 is an on-board network for supplying electrically operated consumers in motor vehicles, which are driven by an internal combustion engine. The vehicle electrical system includes a number of sub-board networks, each with a number of associated consumers and each with an electrical energy storage device, which can have a different voltage and are connected to one another via a DC-DC converter, with a first as Leis Circuit-trained sub-board network are assigned first consumers with high power consumption and a first, the power circuit representing voltage is variably adjustable in a predetermined nominal range. A sub-board network can be completely separated from the voltage converter via a switch.

Zum Stand der Technik wird ferner noch auf die DE 10 2006 004 267 A1 und die DE 199 54 306 B4 verwiesen.The prior art is also still on the DE 10 2006 004 267 A1 and the DE 199 54 306 B4 referred.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrspannungsbordnetz sowie ein Verfahren zur Ansteuerung einer bidirektional betreibbaren Spannungswandlereinrichtung eines Mehrspannungsbordnetzes - wobei das Mehrspannungsbordnetz auf beiden Anschlussseiten der Spannungswandlereinrichtung mit einer Energiespeichereinrichtung gekoppelt ist - anzugeben, wodurch auch bei einem Spannungseinbruch bzw. bei Impedanzänderung auf einer der beiden Anschlussseiten der Spannungswandlereinrichtung eine sichere Spannungsversorgung der Bordnetzteilnehmer (insbesondere auf der Seite mit Spannungseinbruch/Impedanzänderung) gewährleistet wird.The invention is based on the object of specifying a multi-voltage vehicle electrical system and a method for controlling a bidirectionally operable voltage converter device of a multi-voltage vehicle electrical system - the multi-voltage vehicle electrical system being coupled to an energy storage device on both connection sides of the voltage converter device - whereby even in the event of a voltage dip or an impedance change on one of the two Connection sides of the voltage converter device ensure a reliable power supply to the on-board network participants (in particular on the side with voltage dips/impedance changes).

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Mehrspannungsbordnetz mit einer bidirektional betreibbaren Spannungswandlereinrichtung, die beidseitig mit zumindest jeweils einer Energiespeichereinrichtung gekoppelt ist (bzw. an die beidseitig zumindest jeweils eine Energiespeichereinrichtung angebunden ist), bei Wegfall einer Energiespeichereinrichtung (Impedanzänderung) bzw. bei einem plötzlich auftretenden Spannungseinbruch an einer Energiespeichereinrichtung ungewollte Spannungseinbrüche auf der entsprechenden Anschlussseite der Spannungswandlereinrichtung auftreten können.The invention is based on the finding that in a multi-voltage vehicle electrical system with a bidirectionally operable voltage converter device, which is coupled on both sides to at least one energy storage device (or to which at least one energy storage device is connected on both sides), if an energy storage device is omitted (impedance change) or a suddenly occurring voltage dip in an energy storage device, unwanted voltage dips can occur on the corresponding connection side of the voltage converter device.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den Unteransprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.According to the invention, the object is achieved by the totality of the features of the independent claims. Preferred developments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Ansteuerung (Steuerung bzw. Regelung) einer bidirektional betreibbaren Spannungswandlereinrichtung eines Mehrspannungsbordnetzes vorgeschlagen, bei dem die Spannungswandlereinrichtung, in Abhängigkeit von einer auf zumindest einer Anschlussseite der Spannungswandlereinrichtung detektierten Spannungsänderung oder der Änderung einer mit der Spannung korrelierenden Größe, in einer ersten oder in einer zweiten (von zumindest zwei unterschiedlichen Betriebsarten) Betriebsart zur Ansteuerung der Spannungswandlereinrichtung betrieben werden kann. Dabei wird zwischen der ersten Betriebsart, in der die Spannungswandlereinrichtung strom- oder leistungsgeregelt betrieben bzw. angesteuert wird und der zweiten Betriebsart, in der die Spannungswandlereinrichtung spannungsgeregelt betrieben bzw. angesteuert wird, unterschieden (ausgewählt). Das erfindungsgemäße Verfahren findet Anwendung bei Mehrspannungsbordnetzen mit einer Spannungswandlereinrichtung, die auf ihrer ersten Anschlussseite mit einem ersten Teilbordnetz gekoppelt ist, wobei das erste Teilbordnetz (BN1) einen ersten Bordnetzzweig (BNZ1) mit einer ersten Energiespeichereinrichtung und einen zum ersten Bordnetzzweig parallel geschalteten zweiten Bordnetzzweig mit einem Verbraucher umfasst. Auf ihrer zweiten Anschlussseite ist die Spannungswandlereinrichtung mit einem zweiten Teilbordnetz gekoppelt, welches eine zweite Energiespeichereinrichtung umfasst. Der erste Bordnetzzweig ist über ein steuerbares elektrisches Schaltelement sowohl von der Spannungswandlereinrichtung als auch von dem zweiten Bordnetzzweig trennbar.According to the invention, a method for activating (controlling or regulating) a bidirectionally operable voltage converter device of a multi-voltage vehicle electrical system is proposed, in which the voltage converter device, depending on a voltage change detected on at least one connection side of the voltage converter device or the change in a variable correlating with the voltage, in a first or in a second (of at least two different operating modes) operating mode for driving the voltage converter device can be operated. A distinction (selected) is made between the first operating mode, in which the voltage converter device is operated or controlled in a current- or power-controlled manner, and the second operating mode, in which the voltage converter device is operated or controlled in a voltage-controlled manner. The method according to the invention is used in multi-voltage vehicle electrical systems with a voltage converter device which is coupled on its first connection side to a first partial vehicle electrical system, the first partial vehicle electrical system (BN1) having a first vehicle electrical system branch (BNZ1) with a first energy storage device and a second vehicle electrical system branch connected in parallel with the first vehicle electrical system branch includes a consumer. On its second connection side, the voltage converter device is coupled to a second partial vehicle electrical system, which includes a second energy storage device. The first vehicle electrical system branch can be separated both from the voltage converter device and from the second vehicle electrical system branch via a controllable electrical switching element.

Bei geschlossenem Schaltelement wird die Spannungswandlereinrichtung in der ersten Betriebsart betrieben und bei geöffnetem Schaltelement die Spannungswandlereinrichtung in der zweiten Betriebsart derart betrieben wird, dass der Verbraucher im zweiten Bordnetzzweig über die Spannungswandlereinrichtung durch die zweite Energiespeichereinrichtung versorgt wird.When the switching element is closed, the voltage converter device is operated in the first operating mode and when the switching element is open, the voltage converter device is operated in the second operating mode such that the load in the second vehicle electrical system branch is supplied by the second energy storage device via the voltage converter device.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Ansteuer- bzw. ein Steuer- und Regelungsverfahren geschaffen, durch das bei Entfall eines Energiespeichers durch gezielte Abschaltung über das steuerbare Schaltelement eine stabile Spannungsversorgung für den Verbraucher des e des ersten Teilbordnetzes, dessen zugeordneter Energiespeicher ausgefallen ist, bereitgestellt werden kann. Es kann eine plötzliche Änderung des Energiespeicherverhaltens einer an die Spannungswandlereinrichtung angebundenen Energiespeichereinrichtung erfasst werden und aufgrund dieses erkannten geänderten Energiespeicherverhaltens eine Änderung in der Betriebsweise der Spannungswandlereinrichtung herbeigeführt werden, um hierdurch ggf. auftretende Spannungseinbrüche zu unterbinden. Da das Energiespeicherverhalten mit der anschlussseitigen Spannung an der Spannungswandlereinrichtung korreliert, wird diese bzw. irgendeine hiermit korrelierende Größe überwacht und in Abhängigkeit hiervon die Betriebsart der Spannungswandlereinrichtung beibehalten oder geändert. Als mit der anschlussseitigen Spannung der Spannungswandlereinrichtung 2 korrelierende Größe kann neben Strom und Leistung insbesondere auch die Impedanz der Energiespeicheeinrichtung E1 bzw. der Schaltzustand der steuerbaren Schalteinrichtung S1 zur elektrischen Abtrennung einer Energiespeichereinrichtung E1 von der Spannungswandlereinrichtung 2 betrachtet werden.The method according to the invention creates an activation or control and regulation method which, if an energy store is omitted, provides a stable voltage supply for the consumer of the e of the first vehicle electrical system whose assigned energy store has failed by means of targeted switching off via the controllable switching element can. A sudden change in the energy storage behavior of an energy storage device connected to the voltage converter device can be detected and a change in the operating mode of the voltage converter device can be brought about on the basis of this recognized changed energy storage behavior in order to prevent any voltage dips that may occur as a result. Since the energy storage behavior correlates with the connection-side voltage at the voltage converter device, this variable or any variable correlating herewith is monitored and, depending on this, the operating mode of the voltage converter device is maintained or changed. In addition to current and power, the variable that correlates with the connection-side voltage of the voltage converter device 2 can also be, in particular, the impedance of the energy storage device E1 or the switching state of the controllable switching device S1 for electrically disconnecting an energy storage device E1 be considered by the voltage converter device 2.

Mit Vorteil wird die maßgebliche Spannungsänderung an der Spannungswandleranschlussseite (wie z.B. der Entfall einer Energiespeichereinrichtung) detektiert, indem der jeweilige Gradient der Spannung an der jeweiligen Spannungswandler-Anschlussseite entsprechend ausgewertet wird. Sobald der Gradient der überwachten Anschlussseitenspannung einen vorbestimmten Wert erreicht oder überschreitet, wird eine Umschaltung in die andere Betriebsart ausgelöst. Beispielsweise wird die Spannungswandlereinrichtung, ausgehend von einem Bordnetzzustand, in dem die Spannungswandlereinrichtung beidseitig mit jeweils zumindest einer Energiespeichereinrichtung gekoppelt ist, gemäß ihrer ersten Betriebsart strom- oder leistungsorientiert angesteuert (gesteuert und/oder geregelt), um entsprechende Lade- bzw. Entladevorgänge der Energiespeicher zu steuern/regeln. Erfolgt nun aufgrund einer Laständerung eine Spannungsänderung auf der entsprechenden Anschlussseite der Spannungswandlereinrichtung, wird der Gradient dieser Spannung überwacht und in Abhängigkeit von dem Erreichen oder Nichterreichen eines vorbestimmten Gradienten-Grenzwertes die Betriebsart für die Spannungsreglereinrichtung beibehalten oder in die andere Betriebsart (hier: spannungsorientierte Ansteuerung / spannungsgeregelt) umgeschaltet. Der Gradientengrenzwert ist derart bemessen, dass eine Spannungsänderung aufgrund einer betriebsbedingten Laständerung (z.B. durch Zuschaltung der Klimaanlage, Einschaltung der elektrisch unterstützten Lenkung oder dergleichen) nicht zur Umschaltung in die andere/zweite Betriebsart führt - eine Spannungsänderung, die jedoch auf einen plötzlichen Wegfall einer Energiespeichereinrichtung (z.B. durch Abschaltung über eine steuerbare Schalteinrichtung oder einen plötzlich auftretenden Defekt oder Kurzschluss bzw. eine plötzlich auftretende Impedanzänderung) zurückzuführen ist, hingegen eine Umschaltung in die andere Betriebsart bedingt.The decisive voltage change on the voltage converter connection side (such as the omission of an energy storage device, for example) is advantageously detected by evaluating the respective gradient of the voltage on the respective voltage converter connection side accordingly. As soon as the gradient of the monitored terminal-side voltage reaches or exceeds a predetermined value, a switchover to the other operating mode is triggered. For example, the voltage converter device, starting from an on-board electrical system state in which the voltage converter device is coupled on both sides to at least one energy storage device, is activated (controlled and/or regulated) according to its first operating mode in a current- or power-oriented manner in order to carry out corresponding charging or discharging processes of the energy storage device control/regulate. If, due to a load change, there is a voltage change on the corresponding connection side of the voltage converter device, the gradient of this voltage is monitored and, depending on whether a predetermined gradient limit value is reached or not, the operating mode for the voltage regulator device is maintained or switched to the other operating mode (here: voltage-oriented control / voltage controlled) switched. The gradient limit is dimensioned in such a way that a voltage change due to an operational load change (e.g. by switching on the air conditioning, switching on the electrically assisted steering or the like) does not lead to switching to the other/second operating mode - a voltage change, however, which indicates a sudden loss of an energy storage device (e.g. by switching off via a controllable switching device or a sudden defect or short circuit or a sudden change in impedance), however, requires a switchover to the other operating mode.

Alternativ oder zusätzlich zur Überwachung des Gradienten der anschlussseitigen Spannung der Spannungswandlereinrichtung kann der Schaltzustand eines steuerbaren Schaltelements, über welches eine mit der Spannungswandlereinrichtung gekoppelte Energiespeichereinrichtung von dieser getrennt werden kann, überwacht und ausgewertet werden. Beispielsweise würde bei geschlossenem Schaltelement die Spannungswandlereinrichtung beidseitig mit jeweils einer Energiespeichereinrichtung gekoppelt sein, während bei geöffnetem Schaltelement eine Energiespeichereinrichtung von der Spannungswandlereinrichtung abgekoppelt sein würde, so dass bei geöffnetem Schaltelement eine Umschaltung von der ersten Betriebsart „strom- oder leistungsgeregelt“ in die zweite Betriebsart „spannungsgeregelt“ erfolgen würde.As an alternative or in addition to monitoring the gradient of the connection-side voltage of the voltage converter device, the switching state of a controllable switching element, via which an energy storage device coupled to the voltage converter device can be separated from it, can be monitored and evaluated. For example, when the switching element is closed, the voltage converter device would be coupled on both sides to an energy storage device, while when the switching element is open, an energy storage device would be decoupled from the voltage converter device, so that when the switching element is open, a switchover from the first operating mode "current or power-controlled" to the second operating mode " voltage controlled” would take place.

Mit Vorteil werden der Spannungswandlereinrichtung zur Steuerung derselben Anschlussseite unterschiedliche, voneinander unabhängige Sollwerte vorgegeben (z.B. ein entsprechender Spannungssollwert für eine mögliche spannungsgeregelte Betriebsweise und ein entsprechender Stromsollwert für eine mögliche stromgeregelte Betriebsweise der Spannungswandlereinrichtung), wobei in Abhängigkeit von zumindest einem vorbestimmten Betriebsparameter (z.B. Bereich einer Stellgrößenbegrenzung, Drift der Stellgrößenvorsteuerung oder Stellgrößenänderungsgeschwindigkeit) bzw. in Abhängigkeit von der anschlussseitig überwachten Spannung der Spannungswandlereinrichtung bzw. der hiermit korrelierenden Größe derjenige Sollwert ausgewählt wird, der dem Regelvorgang bzw. der ausgewählten Betriebsart der Spannungswandlereinrichtung zugrunde gelegt werden soll. Der andere Sollwert wird für den Regelvorgang nicht verwendet und verworfen. Dies hat zum Vorteil, dass eine ansonsten erforderliche Kommunikation zwischen den Reglern der unterlagerten Regelkreise erforderlich wäre, da physikalisch bedingt stets nur ein einziger Sollwert eingeregelt werden kann.Advantageously, the voltage converter device is given different setpoint values that are independent of one another for controlling the same connection side (e.g. a corresponding voltage setpoint value for a possible voltage-controlled mode of operation and a corresponding current setpoint value for a possible current-controlled mode of operation of the voltage converter device), whereby depending on at least one predetermined operating parameter (e.g. range of a manipulated variable limitation, drift of the manipulated variable pre-control or manipulated variable change rate) or depending on the voltage of the voltage converter device monitored on the connection side or the variable correlating therewith, that setpoint is selected which is to be used as a basis for the control process or the selected operating mode of the voltage converter device. The other setpoint is not used for the control process and is discarded. This has the advantage that communication between the controllers of the subordinate control circuits, which would otherwise be necessary, would be required, since for physical reasons only a single setpoint can be adjusted.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch unabhängig Sollwerte für unterschiedliche Spannungswandleranschlussseiten geregelt werden können (z.B. Ausgangsstromregelung - Eingangsspannungsregelung). Dies wird vor allem dann benötigt, wenn der Spannungswandler typischerweise den Ladezustand eines Energiespeichers auf einer Anschlussseite einstellen/regeln soll und zugleich bei Entfall bzw. Defekt des Energiespeichers auf der anderen Anschlussseite diese mit einer konstanten Spannung derart versorgt, dass es zu keinen Funktionsausfällen von Steuergeräten auf dieser Anschlussseite kommt.Furthermore, it is advantageous that the method according to the invention can also be used to regulate independently setpoint values for different voltage transformer connection sides (e.g. output current regulation-input voltage regulation). This is required above all when the voltage converter is typically to set/regulate the state of charge of an energy storage device on one connection side and, at the same time, if the energy storage device on the other connection side is missing or defective, supplies it with a constant voltage in such a way that there are no functional failures of control devices comes on this connection side.

Des Weiteren umfasst die Erfindung eine Regel-/Steuereinrichtung bzw. eine Spannungswandlereinrichtung mit entsprechender Logik (etwa in Gestalt eines Steuergerätes), die derart ausgebildet ist, dass das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.Furthermore, the invention includes a regulation/control device or a voltage converter device with corresponding logic (for example in the form of a control device), which is designed in such a way that the described method according to the invention can be carried out.

Ferner ist gemäß der Erfindung ein Mehrspannungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, welches ein erstes Teilbordnetz, wobei das erste Teilbordnetz einen ersten Bordnetzzweig mit einer ersten Energiespeichereinrichtung und einen zum ersten Bordnetzzweig parallel geschalteten zweiten Bordnetzzweig mit einem Verbraucher umfasst, ein zweites Teilbordnetz mit einer zweiten Energiespeichereinrichtung, eine bidirektional betreibbare und steuerbare Spannungswandlereinrichtung, über welche die beiden Teilbordnetze miteinander gekoppelt sind, wobei die Spannungswandlereinrichtung in einer ersten Betriebsart strom- oder leistungsgeregelt und in einer zweiten Betriebsart spannungsgeregelt betreibbar ist, sowie Ansteuermittel zur Ansteuerung der Spannungswandlereinrichtung umfasst, wobei der erste Bordnetzzweig über ein steuerbares elektrisches Schaltelement sowohl von der Spannungswandlereinrichtung als auch von dem zweiten Bordnetzzweig trennbar ist, die Ansteuermittel derart ausgebildet sind, dass in Abhängigkeit von einer auf zumindest einer Anschlussseite der Spannungswandlereinrichtung detektierten Spannungsänderung oder der Änderung einer mit der Spannung korrelierenden Größe ein Umschaltsignal zur Einleitung eines Betriebsartenwechsels der Spannungswandlereinrichtung erzeugt wird, bei geschlossenem Schaltelement die Spannungswandlereinrichtung in der ersten Betriebsart betrieben wird und bei geöffnetem Schaltelement die Spannungswandlereinrichtung in der zweiten Betriebsart derart betrieben wird, dass der Verbraucher im zweiten Bordnetzzweig über die Spannungswandlereinrichtung durch die zweite Energiespeichereinrichtung versorgt wird. Dabei sind die Ansteuermittel vorzugsweise derart ausgebildet, dass durch eine (vorstehend bereits erläuterte) Überwachung und Auswertung des Gradienten der anschlussseitigen Spannung der Spannungswandlereinrichtung (bzw. einer hiermit korrelierenden Größe) und/oder durch die Auswertung des Schaltzustands des steuerbaren Schaltelements, über welches zumindest eine Energiespeichereinrichtung von der Spannungswandlereinrichtung trennbar ist, die die Betriebsartumschaltung bedingende (Spannungs-)Änderung detektiert wird. Furthermore, according to the invention, a multi-voltage vehicle electrical system is provided for a motor vehicle, which comprises a first partial vehicle electrical system, the first partial vehicle electrical system comprising a first vehicle electrical system branch with a first energy storage device and a second vehicle electrical system branch connected in parallel to the first vehicle electrical system branch with a consumer, a second partial vehicle electrical system with a second energy storage device, a bidirectionally operable and controllable voltage converter direction via which the two vehicle subsystems are coupled to one another, the voltage converter device being operable in a first operating mode with current or power regulation and in a second operating mode with voltage regulation, and control means for activating the voltage converter device, with the first vehicle electrical system branch having a controllable electrical switching element from both can be separated from the voltage converter device and also from the second vehicle electrical system branch, the control means are designed in such a way that a switching signal for initiating a change in the operating mode of the voltage converter device is generated as a function of a voltage change detected on at least one connection side of the voltage converter device or the change in a variable correlating with the voltage, when the switching element is closed, the voltage converter device is operated in the first operating mode and when the switching element is open, the voltage converter device ng is operated in the second operating mode in such a way that the consumer in the second vehicle electrical system branch is supplied by the second energy storage device via the voltage converter device. The control means are preferably designed in such a way that by (already explained above) monitoring and evaluating the gradient of the connection-side voltage of the voltage converter device (or a variable that correlates therewith) and/or by evaluating the switching state of the controllable switching element via which at least one Energy storage device can be separated from the voltage converter device, the operating mode changeover conditional (voltage) change is detected.

In Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Mehrspannungsbordnetzes kann in Abhängigkeit von dem generierten Umschaltsignal bzw. in Abhängigkeit von der detektierten Spannungsänderung (für den Fall, dass diese eine Betriebsartumschaltung bedingt) ein entsprechendes Informations- oder Warnsignal für den Fahrzeuginsassen erzeugt werden und/oder ein internes Diagnosesignal erzeugt werden. Über das interne Diagnosesignal könnte z.B. in den Fällen, in denen eine Zustandsänderung trotz geschlossenem bzw. unverändertem Schaltzustand des Schaltelements detektiert wurde, auf einen Defekt im Bereich einer Energiespeichereinrichtung geschlossen werden oder eine entsprechende interne Diagnose und Notlaufbetriebsstrategien eingeleitet werden.In developments of the multi-voltage vehicle electrical system according to the invention, a corresponding information or warning signal for the vehicle occupants can be generated and/or an internal diagnostic signal can be generated as a function of the generated switchover signal or as a function of the detected voltage change (in the event that this causes a mode switchover). . In cases where a change in status was detected despite the closed or unchanged switching status of the switching element, the internal diagnostic signal could be used to infer a defect in the area of an energy storage device, or a corresponding internal diagnosis and emergency operation strategies could be initiated.

Bezüglich einer möglichen bevorzugten Ausgestaltung (im Hinblick auf Aufbau und Funktionsweise) eines Mehrspannungsbordnetzes wird vollumfänglich Bezug genommen auf die eingangs erwähnte nicht vorveröffentlichte DE 10 2007 004 279 , deren Offenbarungsgehalt somit in die Offenbarung dieser Patentanmeldung einbezogen wird.With regard to a possible preferred configuration (in terms of structure and functioning) of a multi-voltage on-board electrical system, reference is made in full to the non-prepublished version mentioned at the outset DE 10 2007 004 279 , the disclosure content of which is thus included in the disclosure of this patent application.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

  • 1: eine mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrspannungsbordnetzes für ein Kraftfahrzeug, mit einer bidirektional betreibbaren Spannungswandlereinrichtung, die beidseitig mit jeweils zumindest einer Energiespeichereinrichtung gekoppelt ist, und
  • 2: in schematischer Darstellung ein Wirkschaltbild zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung einer bidirektional betreibbaren Spannungswandlereinrichtung eines Mehrspannungsbordnetzes.
An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. Show it:
  • 1 : a possible embodiment of a multi-voltage vehicle electrical system according to the invention for a motor vehicle, with a bidirectionally operable voltage converter device which is coupled on both sides to at least one energy storage device in each case, and
  • 2 1: a schematic representation of a functional circuit diagram to illustrate the method according to the invention for controlling a bidirectionally operable voltage converter device of a multi-voltage vehicle electrical system.

1 zeigt in schematisierter Darstellung ein Mehrspannungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a schematic representation of a multi-voltage electrical system for a motor vehicle according to a possible embodiment of the invention.

Das Mehrspannungsbordnetz umfasst eine steuerbare und bidirektional betreibbare, insbesondere als Gleichspannungswandler ausgeführte, Spannungswandlereinrichtung 2, die auf ihrer einen Anschlussseite mit einem ersten Teilbordnetz BN1 und die auf ihrer anderen Anschlussseite mit einem zweiten Teilbordnetz BN2 gekoppelt ist. Dabei erfolgt die Ansteuerung der Spannungswandlereinrichtung 2 über separate oder in die Spannungswandlereinrichtung 2 integrierte Ansteuermittel 4.The multi-voltage vehicle electrical system includes a controllable and bidirectionally operable voltage converter device 2, in particular designed as a DC voltage converter, which is coupled on one connection side to a first partial vehicle electrical system BN1 and on its other connection side to a second partial vehicle electrical system BN2. In this case, the voltage converter device 2 is activated via separate activation means 4 or integrated in the voltage converter device 2.

Das erste Teilbordnetz BN1 ist beispielsweise als Teilbordnetz niedrigerer Spannung (Niedervolt-Teilbordnetz mit z.B. Nennspannung 12V) ausgeführt und umfasst gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten Bordnetzzweig BNZ1 und einen zum ersten Bordnetzzweig BNZ1 parallel geschalteten zweiten Bordnetzzweig BNZ2.
Der erste Bordnetzzweig BNZ1 umfasst beispielsweise, neben weniger (spannungs-)sensiblen Verbrauchern V1, eine als Bleibatterie oder dergleichen ausgebildete Energiespeichereinrichtung E1 sowie eine generatorisch arbeitende elektrische Maschine (z.B. Lichtmaschine) Gen und einen elektrischen Anlassermotor M. Alternativ können die Lichtmaschine Gen und der Anlassermotor M auch durch eine sowohl generatorisch als motorisch betreibbare elektrische Maschine (z.B. in Form eines Kurbelwellenstartergenerators KSG) ersetzt werden. Die Verbraucher V1, die elektrischen Maschinen M und Gen sowie die elektrische Energiespeichereinrichtung E1 sind in herkömmlicher Weise parallel geschaltet. Dem ersten Bordnetzzweig BNZ1 ist der zweite Bordnetzzweig BNZ2 parallel geschaltet, wobei dieser zumindest einen Anteil von (im Vergleich zu den Verbrauchern V1 des ersten Bordnetzzweiges BNZ1 erhöht) spannungs-sensiblen Verbrauchern V1' umfasst. Der erste Bordnetzzweig BNZ1 ist über ein steuerbares elektrisches Schaltelement S1 sowohl von der Spannungswandlereinrichtung 2 als auch von dem zweiten Bordnetzzweig BNZ2 trennbar, derart, dass bei geöffnetem Schaltelement S1 lediglich der zweite Bordnetzzweig BNZ2 als verbleibender Teil des ersten Teilbordnetzes BN1 an die Spannungswandlereinrichtung 2 angebunden bzw. mit dieser elektrisch verbunden bleibt.The first sub-board network BN1 is designed, for example, as a lower-voltage sub-board network (low-voltage sub-board network with, for example, a nominal voltage of 12V) and, according to the exemplary embodiment shown, comprises a first on-board network branch BNZ1 and a second on-board network branch BNZ2 connected in parallel with the first on-board network branch BNZ1.
The first vehicle electrical system branch BNZ1 includes, for example, in addition to less (voltage) sensitive consumers V1, an energy storage device E1 designed as a lead battery or the like, as well as an electric machine (e.g. alternator) Gen working as a generator and an electric starter motor M. Alternatively, the alternator Gen and the starter motor can M can also be replaced by an electrical machine that can be operated both as a generator and as a motor (eg in the form of a crankshaft starter generator KSG). The consumers V1, the electrical machines M and Gen and the electrical energy storage device E1 are connected in parallel in a conventional manner. The first on-board branch BNZ1 is connected in parallel with the second on-board branch BNZ2, with this at least a portion of (compared to the Consumers V1 of the first vehicle electrical system branch BNZ1 increased) includes voltage-sensitive consumers V1 '. The first vehicle electrical system branch BNZ1 can be separated from both the voltage converter device 2 and the second vehicle electrical system branch BNZ2 via a controllable electrical switching element S1 in such a way that when the switching element S1 is open, only the second vehicle electrical system branch BNZ2 is connected to the voltage converter device 2 as the remaining part of the first partial vehicle electrical system BN1 remains electrically connected to it.

Das zweite Teilbordnetz BN2, welches beispielsweise als Teilbordnetz mit einer im Vergleich zum ersten Teilbordnetz BN1 erhöhten Bordnetzspannung (Teilbordnetz mit z.B. Nennspannung 24V oder 42V oder Hochspannungsteilbordnetz für Hybrid mit Nennspannung z.B. 100V - 500V) ausgebildet ist, umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel neben elektrischen Verbrauchern V2, parallel geschaltet, zumindest eine weitere elektrische Energiespeichereinrichtung E2. Mit Vorteil ist diese weitere Energiespeichereinrichtung als kapazitiver Energiespeicher (z.B. Modul mit Doppelschichtkondensatoren) ausgeführt.The second sub-board network BN2, which is designed, for example, as a sub-board network with an increased on-board network voltage compared to the first sub-board network BN1 (part on-board network with e.g. nominal voltage 24V or 42V or high-voltage part on-board network for hybrid with nominal voltage e.g. 100V-500V), in the illustrated exemplary embodiment comprises, in addition to electrical consumers V2, connected in parallel, at least one further electrical energy storage device E2. This further energy storage device is advantageously designed as a capacitive energy storage (e.g. module with double-layer capacitors).

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ansteuermittel 4 zur Ansteuerung der Spannungswandlereinrichtung 2 als separate Steuermittel in Form eines Steuergerätes umgesetzt (alternativ können diese auch in die Spannungswandlereinrichtung 2 integriert sein). Die Ansteuermittel 4 sind mit der Spannungswandlereinrichtung 2 verbunden und überwachen diese (zumindest auf einer Anschlussseite der Spannungswandlereinrichtung 2) im Hinblick auf ihre anschlussseitige Spannung (bzw. eine hiermit korrelierende Größe). Alternativ oder zusätzlich sind die Ansteuermittel 4 mit dem elektrischen Schaltelement S1 verbunden und überwachen dieses im Hinblick auf seinen Schaltzustand, so dass in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des Schaltelements S1 und/oder dem Spannungsverhalten an zumindest einer der Anschlussseiten der Spannungswandlereinrichtung 2 eine Umschaltung der Betriebsart der Spannungswandlereinrichtung 2 durchgeführt wird. Beispielsweise wird die Spannungswandlereinrichtung 2 bei geschlossenem Schaltelement S1 strom- oder leistungsgeregelt betrieben. Im ersten Teilbordnetz BN1 werden in diesem Betriebszustand sowohl der erste Bordnetzzweig BNZ1 als auch der zweite Bordnetzzweig BNZ2 über die im ersten Bordnetzzweig BNZ1 angeordnete Energiespeichereinrichtung E1 des ersten Teilbordnetzes BN1 elektrisch versorgt. Sobald der Energiespeicher E1 wegfällt (z.B. durch Öffnen des Schaltelements S1 oder durch Auftreten eines Kurzschlusses oder dergleichen) muss die Versorgung der sensiblen Verbraucher V1' (zweiter Bordnetzzweig BNZ2) über die Spannungswandlereinrichtung 2 durch die Energiespeichereinrichtung E2 des zweiten Teilbordnetzes BN2 gewährleistet werden. Hierfür ist eine Umschaltung von einem strom- bzw. leistungsgeregelten Betrieb der Spannungswandlereinrichtung 2 in einen spannungsgeregelten Betrieb erforderlich. Durch Verzögerungen und Prelleffekte beim Umschaltvorgang durch das Schaltelement S1 kann der Umschaltzeitpunkt ggf. nicht genau bestimmt werden, was wiederum zu nicht tolerierbaren Spannungsschwankungen an den (spannungs-)sensiblen Verbrauchern V1' führen kann. Diese problematischen Effekte gilt es durch eine entsprechende Wirkungsweise (hier: eine quasi ereignisgesteuerte Umschaltung der Betriebsart der Spannungswandlereinrichtung 2) der Spannungswandlereinrichtung 2 zu vermeiden bzw. gar nicht erst aufkommen zu lassen. In 2 wird ein Verfahren zur Ansteuerung der Spannungswandlereinrichtung 2 veranschaulicht, wodurch die geschilderten nachteiligen Effekte beseitigt werden sollen.In the exemplary embodiment shown, the control means 4 for controlling the voltage converter device 2 are implemented as separate control means in the form of a control device (alternatively, these can also be integrated into the voltage converter device 2). The control means 4 are connected to the voltage converter device 2 and monitor it (at least on one connection side of the voltage converter device 2) with regard to its connection-side voltage (or a variable that correlates therewith). Alternatively or additionally, the control means 4 are connected to the electrical switching element S1 and monitor its switching state, so that depending on the switching state of the switching element S1 and/or the voltage behavior on at least one of the connection sides of the voltage converter device 2, the operating mode of the Voltage converter device 2 is carried out. For example, the voltage converter device 2 is operated with current or power regulation when the switching element S1 is closed. In the first vehicle electrical system branch BN1, both the first vehicle electrical system branch BNZ1 and the second vehicle electrical system branch BNZ2 are electrically supplied in this operating state via the energy storage device E1 of the first vehicle electrical system branch BN1, which is arranged in the first vehicle electrical system branch BNZ1. As soon as the energy store E1 fails (e.g. due to the opening of the switching element S1 or due to the occurrence of a short circuit or the like), the supply of the sensitive consumers V1' (second vehicle electrical system branch BNZ2) must be guaranteed via the voltage converter device 2 by the energy storage device E2 of the second partial vehicle electrical system BN2. This requires switching over from current or power-controlled operation of the voltage converter device 2 to voltage-controlled operation. Due to delays and bounce effects during the switching process by the switching element S1, the switching time may not be able to be precisely determined, which in turn can lead to intolerable voltage fluctuations at the (voltage) sensitive consumers V1'. It is necessary to avoid these problematic effects by means of a corresponding mode of action (here: a quasi-event-controlled switchover of the operating mode of the voltage converter device 2) of the voltage converter device 2 or to prevent them from occurring in the first place. In 2 a method for controlling the voltage converter device 2 is illustrated, whereby the disadvantageous effects described are to be eliminated.

Die in 2 dargestellte, die Wirkungsweise der Erfindung veranschaulichende Reglerstruktur umfasst einen ersten Funktionspfad PF1 zur Ermittlung einer ersten Teilstellgröße St1 und einen zweiten Funktionspfad PF2 zur Ermittlung einer zweiten Teilstellgröße St2, wobei aus diesen beiden Teilstellgrößen ST1, St2 (vorliegend durch einfache Summation) durch eine nach geschaltete Verarbeitungseinrichtung 30 eine resultierende Stellgröße St zur Ansteuerung der Spannungswandlereinrichtung 2 ermittelt wird.
Der erste Funktionspfad PF1 umfasst eine Sollwertermittlungseinrichtung, die sich im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Sollwertvorgabeeinrichtung 10 zur Bereitstellung von zumindest zwei unterschiedlichen Sollwertgrößen e1 und e2 (stellvertretend für zwei unterschiedliche Betriebsarten der Spannungswandlereinrichtung 2) sowie aus einer der Sollwertvorgabeeinrichtung 10 nach geschalteten Umschalteinrichtung 12 zur Umschaltung zwischen den zumindest zwei Sollwertgrößen e1, e2 (bzw. den zumindest zwei Betriebsarten) - wobei die Umschaltung durch die Umschalteinrichtung 12 in Abhängigkeit von einem der Umschalteinrichtung 12 zugeführten Umschaltsignal Sat erfolgt -, eine Reglereinheit 14 zur Verarbeitung der vorgegebenen Sollwertgröße e1; e2 und eine der Reglereinheit 14 nach geschaltete Begrenzereinrichtung 16 zur Überwachung und Signalbegrenzung des anschlussseitigen Spannungssignals der Spannungswandlereinrichtung 2 (wobei bei Überschreitung eines durch die Begrenzereinrichtung 16 vorgegebenen Grenzwertes das Umschaltsignal Sat zur Umschaltung der Umschalteinrichtung 12 erzeugt wird, wodurch wiederum auf einen anderen Sollwert und damit auf eine andere Betriebsart (zwischen spannungsgeregelt und strom- bzw. leistungsgeregelt) umgeschaltet wird).
Der zweite Funktionspfad PF2 dient der Vorsteuerung und umfasst zumindest eine Vorsteuereinrichtung 20 über die, aus den an beiden Seiten der Spannungswandlereinrichtung 2 anliegenden Klemmspannungen (anschlussseitige Spannung), eine Vorsteuergröße St2' gebildet wird. Diese Vorsteuergröße St2' kann in einer einfachen Ausführungsform unmittelbar die zweite Teilstellgröße St2 bilden. In einer bevorzugten Weiterbildung kann die erzeugte Vorsteuergröße St2' durch eine nachgeschaltetes Filter 22 mit Tiefpassfiltereigenschaften zur zweiten Teilstellgröße St2 weiterverarbeitet werden. Besonders vorteilhaft ist die dargestellte Ausführungsform, bei der die durch die Vorsteuereinrichtung 20 gebildete Vorsteuergröße St2' entweder unmittelbar mit der durch den ersten Funktionspfad PF1 gebildeten Teilstellgröße St1 oder durch einen mittels einem Integratorglied 18 gebildeten Integralwert ST1' zu einer weitergebildeten Vorsteuergröße ST2" aufsummiert und anschließend tiefpassgefiltert durch das Filter 22 die zweite Teilstellgröße St2 bildet. Mit Hilfe der Dimensionierung (Bandbreite, Anstiegszeiten, ...) der Regler 14 und Tiefpassfilter 22 kann das Auslöserverhalten der Begrenzungseinrichtung 16 eingestellt werden. Bei Überschreiten einer definierten Spannungsänderung (Bereich der Begrenzungseinrichtung) sowie Spannungsänderungsgeschwindigkeit/Gradient (Zeitkonstante Tiefpassfilter < Zeitkonstante Reglerbandbreite) kann eine Impedanzänderung (Energiespeicherentfall oder Defekt) an einer Wandleranschlussseite detektiert und ein Signal Sat generiert werden.In the 2 The controller structure shown, which illustrates the mode of operation of the invention, comprises a first function path PF1 for determining a first manipulated variable variable St1 and a second function path PF2 for determining a second manipulated variable variable St2, with these two manipulated variable variables ST1, St2 (here by simple summation) being processed by a downstream processing device 30 a resulting manipulated variable St for controlling the voltage converter device 2 is determined.
The first function path PF1 includes a setpoint determination device, which in the exemplary embodiment shown consists of a setpoint specification device 10 for providing at least two different setpoint values e1 and e2 (representing two different operating modes of the voltage converter device 2) and of a switching device 12 connected downstream of the setpoint specification device 10 for switching between the at least two setpoint variables e1, e2 (or the at least two operating modes)--the switchover being effected by the switching device 12 as a function of a switching signal Sat supplied to the switching device 12--a controller unit 14 for processing the specified setpoint variable e1; e2 and a limiter device 16 connected downstream of the controller unit 14 for monitoring and signal limiting of the connection-side voltage signal of the voltage converter device 2 (whereby if a limit value specified by the limiter device 16 is exceeded, the switchover signal Sat is generated for switching over the switchover device 12, which in turn leads to a different setpoint value and thus is switched to another operating mode (between voltage-controlled and current- or power-controlled).
The second function path PF2 is used for pre-control tion and comprises at least one pre-control device 20 via which a pre-control variable St2′ is formed from the terminal voltages present on both sides of the voltage converter device 2 (voltage on the connection side). In a simple embodiment, this precontrol variable St2′ can directly form the second partial manipulated variable St2. In a preferred development, the precontrol variable St2' that is generated can be further processed by a downstream filter 22 with low-pass filter properties to form the second partial manipulated variable St2. The embodiment shown is particularly advantageous, in which the precontrol variable St2' formed by the precontrol device 20 is added either directly to the partial manipulated variable St1 formed by the first function path PF1 or by means of an integral value ST1' formed by means of an integrator element 18 to form a further developed precontrol variable ST2" and then low-pass filtered by the filter 22 forms the second partial manipulated variable St2. With the help of the dimensioning (bandwidth, rise times, ...) of the controller 14 and low-pass filter 22, the trigger behavior of the limiting device 16 can be set. When a defined voltage change is exceeded (range of the limiting device) and Voltage change speed/gradient (time constant of low-pass filter<time constant of controller bandwidth), an impedance change (loss of energy storage or defect) can be detected on a converter connection side and a signal Sat can be generated.

Im Folgenden soll die Wirkungsweise der Erfindung anhand des dargestellten Ausführungsbeispiels, bei dem eine (eine Betriebsartumschaltung bedingende) Spannungsänderung an der Anschlussseite der Spannungswandlereinrichtung 2 durch Schaltung des steuerbaren Schaltelements S1 erzeugt wird, erläutert werden. Hierfür werden unterschiedliche Betriebssituationen im Mehrspannungsbordnetz gemäß 1 beschrieben.The mode of operation of the invention is to be explained below with reference to the exemplary embodiment shown, in which a voltage change (causing an operating mode switchover) is generated on the connection side of the voltage converter device 2 by switching the controllable switching element S1. For this purpose, different operating situations in the multi-voltage vehicle electrical system are taken into account 1 described.

In einer ersten Betriebssituation, in der das Schaltelement S1 geschlossen ist (und bleibt) und in der die Spannungswandlereinrichtung 2 somit beidseitig mit einer Energiespeichereinrichtung E1; E2 verbunden ist, wird die Spannungswandlereinrichtung 2 derart angesteuert, dass über sie, z.B. in Abhängigkeit von vorbestimmten Lastanforderungen im Bordnetz, ein entsprechender Lade- oder Entladestrom für den Energiespeicher 2 des Teilbordnetzes BN2 eingestellt wird. Die Spannungswandlereinrichtung 2 wird demnach stromgeregelt betrieben. Über die Vorsteuereinrichtung 20 (bzw. den zweiten Funktionspfad PF2 / „Reglerfunktionspfad“) wird aus den Klemmenspannungen der Spannungswandlereinrichtung 2 (bzw. den hiermit korrelierenden Klemmenspannungen der Energiespeicher E1, E2 der beiden Teilbordnetze BN1, BN2) die Teilstellgröße St2 als Stellgröße für die Spannungswandlereinrichtung 2 berechnet. Da sich die Energiespeichereinrichtungen E1, E2 nur endlich schnell durch Lasten bzw. Quellen in den Teilbordnetzen BN1, BN2 entladen bzw. laden können, wird die ermittelte Teilstellgröße St2 durch das Tiefpassfilter 22 gefiltert. Parallel hierzu wird im ersten Funktionspfad PF1 über die Reglereinrichtung 14 die Teilstellgröße St1 gebildet, und so der der Reglereinrichtung 14 als Sollwert e1 (Sollwert für die strom- bzw. leistungsgeregelte Ansteuerung) dienende zugeführte Regelfehler ausgeregelt, so dass die Spannungswandlereinrichtung 2 den vorgegebenen Lade- bzw. Entladestrom im zweiten Teilbordnetz BN2 einstellt. Die Reglereinrichtung 14 muss somit lediglich systematische Fehler der Vorsteuereinrichtung 20 bzw. des Funktionspfades „Vorsteuerung“ (PF2) ausgleichen.In a first operating situation, in which the switching element S1 is (and remains) closed and in which the voltage converter device 2 is thus connected on both sides to an energy storage device E1; E2 is connected, the voltage converter device 2 is controlled in such a way that a corresponding charging or discharging current for the energy store 2 of the sub-board network BN2 is set via it, e.g. depending on predetermined load requirements in the vehicle electrical system. The voltage converter device 2 is therefore operated in a current-controlled manner. Via the pilot control device 20 (or the second function path PF2/“controller function path”), the terminal voltages of the voltage converter device 2 (or the terminal voltages of the energy stores E1, E2 of the two vehicle electrical systems BN1, BN2 correlating therewith) are used to produce the partial manipulated variable St2 as a manipulated variable for the voltage converter device 2 calculated. Since the energy storage devices E1, E2 can only be discharged or charged quickly by loads or sources in the vehicle subsystems BN1, BN2, the determined manipulated variable variable St2 is filtered by the low-pass filter 22. In parallel with this, the partial manipulated variable St1 is formed in the first function path PF1 via the controller device 14, and the control error supplied to the controller device 14 as the desired value e1 (desired value for the current or power-controlled actuation) is thus corrected, so that the voltage converter device 2 achieves the specified charging or discharge current in the second sub-board network BN2 sets. The controller device 14 therefore only has to compensate for systematic errors in the pre-control device 20 or the function path “pre-control” (PF2).

In einer zweiten Betriebssituation wird ein Umschaltvorgang durch das Schaltelement S1 und damit ein Abwurf bzw. eine Trennung der Energiespeichereinrichtung E1 von der Spannungswandlereinrichtung beschrieben. Zum Zeitpunkt des Öffnens des Schaltelements S1 wird an einer Anschlussseite der Spannungswandlereinrichtung 2 die Entfernung des Energiespeichers E1 detektiert. Die spannungssensiblen Verbraucher V1' des zweiten Bordnetzzweiges BNZ2 des ersten Teilbordnetzes BN1 müssen somit unmittelbar aus der bzw. über die Spannungswandlereinrichtung 2 versorgt werden. Die Reglereinrichtung 14 regelt nach wie vor auf den vorgegebenen Lade- bzw. Entladestrom für das zweite Teilbordnetz BN2. Die Lade- bzw. Entladeleistung im zweiten Teilbordnetz BN2 ist ungleich der für die sensiblen Verbraucher V1' des Teilbordnetzes BN1 benötigten Verbraucherleistung, weshalb sich die Spannung im Bordnetzzweig BNZ2 der sensiblen Verbraucher V1' verändert. Die tiefpassgefilterte Stellgröße St2 aus der Vorsteuerung des zweiten Funktionspfades PF2 kann sich allerdings nur langsam ändern, weshalb die Reglereinrichtung 14 im ersten Funktionspfad PF1 die Stellgröße St1 derart nachführen muss, dass der vorgegebene Lade- bzw. Entladestrom für das zweite Teilbordnetz BN2 aufrechterhalten wird. Hierdurch wird ein durch die Begrenzereinrichtung 16 vorgegebener Grenzwert erreicht und ein Umschaltsignal Sat generiert, wodurch eine Umschaltung der Reglervorgabe und damit eine Umschaltung der Betriebsart von stromgeführter Ansteuerung (e1) auf spannungsgeführte Ansteuerung (e2) der Spannungswandlereinrichtung 2 erfolgt. In einer dritten Betriebssituation wird davon ausgegangen, dass das Schaltelement S1 sich in einem geöffneten Zustand befindet und dort verweilt. Analog zur ersten Betriebssituation wird die erste Teilstellgröße St1 derart eingeregelt, dass der Reglerfehler (hier: Sollwert bzw. Reglerfehler e2, was einer spannungsgeführten Ansteuerung entspricht) zu Null wird. Die Sollwertvorgabe ist in diesem Fall die Spannung am Bordnetzzweig BNZ2 der sensiblen Verbraucher V1'. Über den Vorsteuerpfad PF2 wird nunmehr die tiefpassgefilterte Teilstellgröße St2 nachgeführt, derart, dass sich Veränderungen des Ladezustands am zweiten Teilbordnetz BN2 nicht auf die Teilstellgröße St1 aus dem ersten Funktionspfad PF1 (Reglerpfad) auswirken und damit die Begrenzereinrichtung 16 nicht in die Sättigung geht.In a second operating situation, a switchover process by the switching element S1 and thus a shedding or separation of the energy storage device E1 from the voltage converter device is described. At the point in time at which the switching element S1 opens, the removal of the energy store E1 is detected on a connection side of the voltage converter device 2 . The voltage-sensitive consumers V1' of the second vehicle electrical system branch BNZ2 of the first partial vehicle electrical system BN1 must therefore be supplied directly from or via the voltage converter device 2. The regulator device 14 regulates as before to the predetermined charging or discharging current for the second sub-board network BN2. The charging or discharging power in the second on-board network part BN2 is not equal to the consumer power required for the sensitive consumers V1' of the on-board network part BN1, which is why the voltage in the on-board network branch BNZ2 of the sensitive consumers V1' changes. However, the low-pass filtered manipulated variable St2 from the pre-control of the second function path PF2 can only change slowly, which is why the controller device 14 in the first function path PF1 has to correct the manipulated variable St1 in such a way that the specified charging or discharging current for the second on-board network part BN2 is maintained. As a result, a limit value specified by the limiter device 16 is reached and a switching signal Sat is generated, as a result of which the controller specification is switched and the operating mode is switched from current-controlled activation (e1) to voltage-controlled activation (e2) of the voltage converter device 2. In a third operating situation, it is assumed that the switching element S1 is in an open state and remains there. Analogously to the first operating situation, the first partial manipulated variable St1 is adjusted in such a way that the controller error (here: setpoint or controller error e2, which corresponds to voltage-controlled activation) becomes zero. In this case, the setpoint specification is the voltage at the vehicle electrical system branch BNZ2 of the sensitive consumer V1'. Via the pre-control path PF2 the low-pass filtered partial manipulated variable St2 is now tracked in such a way that changes in the state of charge at the second partial vehicle electrical system BN2 do not affect the partial manipulated variable St1 from the first function path PF1 (controller path) and thus the limiter device 16 does not become saturated.

In einer vierten Betriebssituation wird das Schaltelement S1 ausgehend von einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand überführt und so die ursprünglich von der Spannungswandlereinrichtung 2 abgekoppelte Energiespeichereinrichtung E1 wieder angekoppelt. Die Spannungswandlereinrichtung 2 kompensiert den Reglerfehler e2 und regelt in dem die sensiblen Verbraucher V1' aufweisenden Bordnetzzweig BNZ2 auf eine konstante Spannung. Sobald das erste Teilbordnetz BN1 mit seinem Energiespeicher E1 und ggf. weiteren Quellen (wie einer Lichtmaschine, einem Kurbelwellenstartergenerator oder dergleichen) zugeschaltet wird, wird in der Spannungswandlereinrichtung 2 eine Überstrombegrenzung ausgelöst, so dass die Spannungswandlereinrichtung 2 abschaltet. Nach erfolgter Abschaltung wird der Reglerfehler e1 als Sollwertvorgabe für den Regler-Funktionspfad PF1 ausgewählt und ein stromgeregelter Betrieb der Spannungswandlereinrichtung 2 fortgesetzt.In a fourth operating situation, the switching element S1 is transferred from an open state to a closed state and the energy storage device E1 that was originally decoupled from the voltage converter device 2 is thus reconnected. The voltage converter device 2 compensates for the controller error e2 and regulates to a constant voltage in the vehicle electrical system branch BNZ2, which has the sensitive consumers V1'. As soon as the first sub-board network BN1 with its energy store E1 and possibly other sources (such as an alternator, a crankshaft starter generator or the like) is switched on, an overcurrent limitation is triggered in the voltage converter device 2, so that the voltage converter device 2 switches off. After the switch-off has taken place, the controller error e1 is selected as the setpoint specification for the controller function path PF1 and current-controlled operation of the voltage converter device 2 is continued.

Durch die Erfindung wird somit gewährleistet, dass aufgrund einer über das Schaltelement S1 erfolgten Abschaltung einer Energiespeichereinrichtung E1 zu keinem Zeitpunkt der zulässige Spannungsbereich für die spannungssensiblen Verbraucher V1' des ersten Teilbordnetzes BN1 verlassen wird. Die Sollwertvorgaben für Lade- bzw. Entladestrom des zweiten Teilbordnetzes BN2 sowie die für die sensiblen Verbraucher V1' des ersten Teilbordnetzes BN1 erforderliche Spannung können unabhängig voneinander eingestellt werden und vermeintlich gegensätzliche Zielanforderungen für die beiden Teilbordnetze BN1 und BN2 erfüllt werden. Die Stellgröße ST für die Spannungswandlereinrichtung 2 wird stetig eingestellt, da nicht die Reglereinrichtung 14 in ihrer Struktur sondern lediglich entsprechende Reglerfehler als Sollwertvorgabe e1, e2 geschaltet werden. Hieraus resultiert, dass in keinem Betriebszustand Stromspitzen entstehen, die zu unzulässigen Spannungsschwankungen an den sensiblen Verbrauchern V1' führen können.The invention thus ensures that the permissible voltage range for the voltage-sensitive consumers V1′ of the first on-board network BN1 is never left when an energy storage device E1 is switched off via the switching element S1. The setpoint specifications for charging and discharging current of the second on-board network part BN2 and the voltage required for the sensitive loads V1′ of the first on-board network part BN1 can be set independently of one another and supposedly conflicting target requirements for the two on-board network parts BN1 and BN2 can be met. The manipulated variable ST for the voltage converter device 2 is set continuously, since it is not the controller device 14 that is switched in its structure, but rather only corresponding controller errors as setpoint specifications e1, e2. The result of this is that current peaks that can lead to impermissible voltage fluctuations at the sensitive consumers V1' do not occur in any operating state.

Claims (13)

Verfahren zur Ansteuerung einer bidirektional betreibbaren Spannungswandlereinrichtung (2) eines Mehrspannungsbordnetzes für ein Kraftfahrzeug, wobei - die Spannungswandlereinrichtung (2) auf einer ersten Anschlussseite mit einem ersten Teilbordnetz (BN1), wobei das erste Teilbordnetz (BN1) einen ersten Bordnetzzweig (BNZ1) mit einer ersten Energiespeichereinrichtung (E1) und einen zum ersten Bordnetzzweig (BNZ1) parallel geschalteten zweiten Bordnetzzweig (BNZ2) mit einem Verbraucher (V1') umfasst, und auf einer zweiten Anschlussseite mit einem zweiten Teilbordnetz (BN2), welches eine zweite Energiespeichereinrichtung (E2) umfasst, gekoppelt ist, - der erste Bordnetzzweig (BNZ1) über ein steuerbares elektrisches Schaltelement (S1) sowohl von der Spannungswandlereinrichtung (2) als auch von dem zweiten Bordnetzzweig (BNZ2) trennbar ist, - die Spannungswandlereinrichtung (2) in einer ersten Betriebsart strom- oder leistungsgeregelt und in einer zweiten Betriebsart spannungsgeregelt betrieben wird, - die Umschaltung zwischen erster und zweiter Betriebsart in Abhängigkeit von einer auf zumindest einer Anschlussseite der Spannungswandlereinrichtung (2) detektierten Spannungsänderung oder der Änderung einer mit der Spannung korrelierenden Größe erfolgt, - bei geschlossenem Schaltelement (1) die Spannungswandlereinrichtung (2) in der ersten Betriebsart betrieben wird und - bei geöffnetem Schaltelement (1) die Spannungswandlereinrichtung (2) in der zweiten Betriebsart derart betrieben wird, dass der Verbraucher (V1') im zweiten Bordnetzzweig (BNZ2) über die Spannungswandlereinrichtung (2) durch die zweite Energiespeichereinrichtung (E2) versorgt wird.Method for controlling a bidirectionally operable voltage converter device (2) of a multi-voltage vehicle electrical system for a motor vehicle, wherein - the voltage converter device (2) on a first connection side with a first vehicle electrical system part (BN1), the first vehicle electrical system part (BN1) having a first vehicle electrical system branch (BNZ1) with a first energy storage device (E1) and a second vehicle electrical system branch connected in parallel with the first vehicle electrical system branch (BNZ1). (BNZ2) with a consumer (V1') and is coupled on a second connection side to a second partial vehicle electrical system (BN2) which includes a second energy storage device (E2), - the first vehicle electrical system branch (BNZ1) can be separated from both the voltage converter device (2) and the second vehicle electrical system branch (BNZ2) via a controllable electrical switching element (S1), - the voltage converter device (2) is operated with current or power regulation in a first operating mode and with voltage regulation in a second operating mode, - the switchover between the first and second operating mode takes place as a function of a voltage change detected on at least one connection side of the voltage converter device (2) or the change in a variable which correlates with the voltage, - When the switching element (1) is closed, the voltage converter device (2) is operated in the first operating mode and - When the switching element (1) is open, the voltage converter device (2) is operated in the second operating mode in such a way that the consumer (V1') in the second vehicle electrical system branch (BNZ2) is supplied via the voltage converter device (2) by the second energy storage device (E2). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion der Spannungsänderung folgende Verfahrensschritte umfasst: - Überwachung von zumindest einer Anschlussseite der Spannungswandlereinrichtung (2) im Hinblick auf einen Lastsprung, - ab dem Zeitpunkt, zu welchem der Lastsprung auftritt, Überwachung der Spannung bzw. der hiermit korrelierenden Größe, ob diese einen vorbestimmten Grenzwert erreicht oder überschreitet, wobei - bei Erreichen oder Überschreiten des vorbestimmten Grenzwertes innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer ab dem Zeitpunkt, zu dem der Lastsprung aufgetreten ist, eine Umschaltung in die andere Betriebsart erfolgt.procedure after claim 1 , characterized in that the detection of the voltage change comprises the following method steps: - monitoring of at least one connection side of the voltage converter device (2) with regard to a sudden change in load, - from the point in time at which the sudden change in load occurs, monitoring of the voltage or the variable that correlates therewith whether this reaches or exceeds a predetermined limit value, wherein - if the predetermined limit value is reached or exceeded within a predetermined period of time from the point in time at which the load jump occurred, a switchover to the other operating mode takes place. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertvorgabe für die Regelung der Spannungswandlereinrichtung (2) durch Auswahl eines von zumindest zwei auswählbaren Sollwertvorgabewerten erfolgt.procedure after claim 1 , characterized in that the setpoint specification for the regulation of the voltage converter device (2) takes place by selecting one of at least two selectable setpoint specification values. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für beide Spannungswandlerseiten ein separater Sollwert vorgegeben wird, wobei in Abhängigkeit von zumindest einem vorbestimmten Betriebsparameter derjenige Sollwert ausgewählt wird, der dem Regelvorgang der Spannungswandlereinrichtung (2) zugrunde gelegt werden soll.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that a separate target value is specified for both sides of the voltage converter, with the target value being selected as a function of at least one predetermined operating parameter, which corresponds to the control process of the span Voltage converter device (2) should be taken as a basis. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion der Spannungsänderung in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Schaltelements (S1) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage change is detected as a function of the switching state of the switching element (S1). Regel-/Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.Regulating/control device for carrying out the method according to one of the preceding claims. Mehrspannungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug, umfassend - ein erstes Teilbordnetz (BN1), welches einen ersten Bordnetzzweig (BNZ1) mit einer ersten Energiespeichereinrichtung (E1) und einen zum ersten Bordnetzzweig (BNZ1) parallel geschalteten zweiten Bordnetzzweig (BNZ2) mit einem Verbraucher (V1') umfasst, - ein zweites Teilbordnetz (BN2) mit einer zweiten Energiespeichereinrichtung (E2), - eine bidirektional betreibbare, steuerbare Spannungswandlereinrichtung (2) über welche die beiden Teilbordnetze (BN1, BN2) miteinander gekoppelt sind, wobei die Spannungswandlereinrichtung (2) in einer ersten Betriebsart strom- oder leistungsgeregelt und in einer zweiten Betriebsart spannungsgeregelt betreibbar ist, - sowie Ansteuermittel (4) zur Ansteuerung der Spannungswandlereinrichtung (2), wobei - der erste Bordnetzzweig (BNZ1) über ein steuerbares elektrisches Schaltelement (S1) sowohl von der Spannungswandlereinrichtung (2) als auch von dem zweiten Bordnetzzweig (BNZ2) trennbar ist, - die Ansteuermittel (4) derart ausgebildet sind, dass in Abhängigkeit von einer auf zumindest einer Anschlussseite der Spannungswandlereinrichtung (2) detektierten Spannungsänderung oder der Änderung einer mit der Spannung korrelierenden Größe ein Umschaltsignal (Sat) zur Einleitung eines Betriebsartenwechsels der Spannungswandlereinrichtung (2) erzeugt wird, - bei geschlossenem Schaltelement (1) die Spannungswandlereinrichtung (2) in der ersten Betriebsart betrieben wird und - bei geöffnetem Schaltelement (1) die Spannungswandlereinrichtung (2) in der zweiten Betriebsart derart betrieben wird, dass der Verbraucher (V1') im zweiten Bordnetzzweig (BNZ2) über die Spannungswandlereinrichtung (2) durch die zweite Energiespeichereinrichtung (E2) versorgt wird.Multi-voltage electrical system for a motor vehicle, comprising - a first partial vehicle electrical system (BN1), which comprises a first vehicle electrical system branch (BNZ1) with a first energy storage device (E1) and a second vehicle electrical system branch (BNZ2) connected in parallel with the first vehicle electrical system branch (BNZ1) and having a consumer (V1'), - A second sub-board network (BN2) with a second energy storage device (E2), - a bidirectionally operable, controllable voltage converter device (2) via which the two sub-board networks (BN1, BN2) are coupled to one another, the voltage converter device (2) being operable in a first operating mode with current or power regulation and in a second operating mode with voltage regulation, - and control means (4) for controlling the voltage converter device (2), wherein - the first vehicle electrical system branch (BNZ1) can be separated from both the voltage converter device (2) and the second vehicle electrical system branch (BNZ2) via a controllable electrical switching element (S1), - the control means (4) are designed in such a way that a switching signal (Sat) for initiating an operating mode change of the voltage converter device (2) is generated as a function of a voltage change detected on at least one connection side of the voltage converter device (2) or the change in a variable that correlates with the voltage becomes, - When the switching element (1) is closed, the voltage converter device (2) is operated in the first operating mode and - When the switching element (1) is open, the voltage converter device (2) is operated in the second operating mode in such a way that the consumer (V1') in the second vehicle electrical system branch (BNZ2) is supplied via the voltage converter device (2) by the second energy storage device (E2). Mehrspannungsbordnetz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Umschaltsignal (Sat) ein von einem Fahrzeuginsassen wahrnehmbares Warnsignal generiert wird.Multi-voltage vehicle electrical system claim 7 , characterized in that depending on the switching signal (Sat) a perceptible by a vehicle occupant warning signal is generated. Mehrspannungsbordnetz nach einem der vorstehenden Ansprüche 7-8, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Umschaltsignal (Sat) ein Diagnosesignal generiert wird.Multi-voltage electrical system according to one of the above Claims 7 - 8th , characterized in that a diagnostic signal is generated as a function of the switching signal (Sat). Mehrspannungsbordnetz nach einem der vorstehenden Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermittel (4) der Spannungswandlereinrichtung (2) umfassen: in einem ersten Funktionspfad (PF1) zur Erzeugung einer ersten Teilstellgröße (St1): - eine Sollwertermittlungseinrichtung (10, 12) zur Ermittlung eines Sollwertes (e1, e2), - eine Reglereinrichtung (14) zur Umsetzung des ermittelten Sollwertes (e1, e2) in die erste Teilstellgröße (St1'), - eine der Reglereinrichtung (14) nach geschaltete Begrenzereinrichtung (16) zur Begrenzung der ersten Teilstellgröße (St1'), und in einem zweiten Funktionspfad PF2 zur Ermittlung einer zweiten Teilstellgröße (St2): - eine Vorsteuereinrichtung (20) über die in Abhängigkeit von zumindest einer anschlussseitigen Spannung der Spannungswandlereinrichtung (2) oder in Abhängigkeit von einer hiermit korrelierenden Größe die zweite Teilstellgröße (St2) ermittelt wird, und wobei über eine Verarbeitungseinrichtung (30) die beiden Teilstellgrößen (St1, St2) zu einer resultierenden Stellgröße (St) für die Ansteuerung der Spannungswandlereinrichtung (2) verarbeitet werden.Multi-voltage electrical system according to one of the above Claims 7 - 9 , characterized in that the control means (4) of the voltage converter device (2) comprise: in a first function path (PF1) for generating a first partial manipulated variable (St1): - a setpoint determination device (10, 12) for determining a setpoint (e1, e2) , - a controller device (14) for converting the determined setpoint (e1, e2) into the first partial manipulated variable (St1'), - a limiter device (16) connected downstream of the controller device (14) for limiting the first partial manipulated variable (St1'), and in a second function path PF2 for determining a second partial manipulated variable (St2): - a pilot control device (20) via which the second partial manipulated variable (St2) is determined as a function of at least one connection-side voltage of the voltage converter device (2) or as a function of a variable correlating therewith , and wherein via a processing device (30) the two partial manipulated variables (St1, St2) to a resulting manipulated variable (St) for the control ung of the voltage converter device (2) are processed. Mehrspannungsbordnetz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzereinrichtung (16) mit der Sollwertermittlungseinrichtung (10, 12) gekoppelt ist und derart ausgebildet ist, dass bei Erreichen eines vorbestimmten durch die Begrenzereinrichtung (16) vorgegebenen Grenzwertes ein Umschaltsignal (Sat) generiert wird, welches die Sollwertermittlungseinrichtung (10, 12) zur Vorgabe eines vom aktuell vorliegenden ersten Sollwert (e1; e2) verschiedenen zweiten Sollwert (e2; e1) veranlasst.Multi-voltage vehicle electrical system claim 10 , characterized in that the limiter device (16) is coupled to the setpoint determination device (10, 12) and is designed such that when a predetermined limit value specified by the limiter device (16) is reached, a switching signal (Sat) is generated which the setpoint determination device ( 10, 12) to specify a second setpoint (e2; e1) that differs from the currently available first setpoint (e1; e2). Mehrspannungsbordnetz nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuereinrichtung (20) eine Filtereinrichtung (22) zur Filterung der zweiten Teilstellgröße (St2') nachgeschaltet ist.Multi-voltage electrical system according to one of the above Claims 10 or 11 , characterized in that the pilot control device (20) is followed by a filter device (22) for filtering the second partial manipulated variable (St2'). Mehrspannungsbordnetz nach einem der vorstehenden Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Vorsteuereinrichtung (20) ermittelte zweite Teilstellgröße (St2') zusätzlich in Abhängigkeit von der ersten Teilstellgröße (St1) ermittelt wird.Multi-voltage electrical system according to one of the above Claims 10 - 12 , characterized in that the second partial manipulated variable (St2') determined via the pilot control device (20) is additionally determined as a function of the first partial manipulated variable (St1).
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