DE102008054885B4 - Device and method for controlling a power supply of a vehicle electrical system of a vehicle - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeug, an das Verbraucher anschließbar sind, umfassend: einen ersten Energiespeicher (110; 410; 510) zum Bereitstellen von elektrischer Energie an einen Starter; einen Generator (130; 430; 530) zum Erzeugen einer Generatorspannung (UG); ein erstes steuerbares Schaltelement (140; 340; 440; 540), das zwischen dem ersten Energiespeicher eines ersten Bereichs und dem Generator eines zweiten Bereichs vorgesehen ist, und das mehrere Schaltzustände besitzt; und eine Steuereinrichtung (300; 450, 460; 550) zum derartigen Steuern des ersten steuerbaren Schaltelements in Abhängigkeit von einem Spannungsabfall über dem ersten steuerbaren Schaltelement, dass das erste steuerbare Schaltelement im Betrieb des Fahrzeuges, wenn der Generator läuft, einen Stromfluss nur in eine Richtung von dem ersten Energiespeicher zu dem Generator zur Energieversorgung mindestens eines Verbrauchers des Bordnetzes in dem zweiten Bereich zulässt.Device for controlling an energy supply of an on-board network of a vehicle to which consumers can be connected, comprising: a first energy store (110; 410; 510) for providing electrical energy to a starter; a generator (130; 430; 530) for generating a generator voltage (UG); a first controllable switching element (140; 340; 440; 540) which is provided between the first energy store of a first area and the generator of a second area and which has a plurality of switching states; and a control device (300; 450, 460; 550) for controlling the first controllable switching element in dependence on a voltage drop across the first controllable switching element in such a way that the first controllable switching element in operation of the vehicle when the generator is running only flows current into one Allows direction from the first energy store to the generator for energy supply of at least one consumer of the vehicle electrical system in the second area.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes mit einem Doppelschicht-Kondensator.The present invention relates to a device and a method for controlling a power supply of an electrical system of a vehicle, and more particularly to an apparatus and a method for controlling a power supply of a vehicle electrical system with a double-layer capacitor.

Stand der TechnikState of the art

Moderne Fahrzeuge werden auf Grund der Problematik des CO2-Ausstoßes im Leerlauf zunehmend mit einer Start-Stopp-Funktion ausgestattet. Bei der Start-Stopp-Funktion wird der Motor z. B. beim Anhalten des Fahrzeuges an einer Ampel ausgeschaltet, um Kraftstoff zu sparen und im die CO2-Emission zu reduzieren. Zum Weiterfahren wird der Motor über den Starter wieder gestartet. Da der Starter zum Loßreisen des Motors bis zu 800 A Strom zieht, fällt am Innenwiderstand der Fahrzeugbatterie eine Spannung von bis zu 6 V ab. Die Verfügbare Klemmspannung im Bordnetz fällt also kurzzeitig auf 12 V – 6 V = 6 V ab.Modern vehicles are increasingly equipped with a start-stop function due to the problem of CO 2 emissions at idle. In the start-stop function, the engine z. B. switched off at a traffic light when stopping the vehicle to save fuel and reduce the CO 2 emissions. To continue, the engine is restarted via the starter. Since the starter draws up to 800 A current for loosening the motor, a voltage of up to 6 V drops at the internal resistance of the vehicle battery. The available terminal voltage in the on-board system therefore falls briefly to 12 V - 6 V = 6 V.

Neben den Spannungseinbrüchen auf Grund des Startens des Motors ergibt sich ein weiteres Problem aus der Verwendung von Impulslasten im Bordnetz des Fahrzeuges, wie zum Beispiel einer elektrisch unterstützten Lenkung (EPS) oder einer elektrisch unterstützten Bremse, die zu starken Spannungsfluktuationen (5) im Bordnetz des Fahrzeuges führen können. Diese Fluktuationen sind bezüglich ihres zeitlichen Auftretens bzw. bezüglich ihrer Stärke nicht vorhersagbar. Die Relevanz dieser Spannungseinbrüche erhöht sich insbesondere bei einer Batterielage hinten und Impulslasten, wie z. B. EPS, vorn im Fahrzeug. Auf Grund der langen Versorgungsleitung von hinten nach vorn fällt über diese eine Spannung ab. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, zusätzlich zu einer Batterie (erster Energiespeicher), vorn im Fahrzeug einen zweiten Energiespeicher, wie zum Beispiel einen Doppelschicht-Kondensator (SuperCap) für die Versorgung der Impulslasten vorzusehen.In addition to the voltage drops due to the starting of the motor, another problem arises from the use of impulse loads in the vehicle electrical system, such as an electrically assisted steering (EPS) or an electrically assisted brake, which leads to strong voltage fluctuations ( 5 ) in the electrical system of the vehicle. These fluctuations are unpredictable in terms of their temporal occurrence or strength. The relevance of these voltage drops increases in particular with a battery back and pulse positions such. B. EPS, in front of the vehicle. Due to the long supply line from back to front drops over this voltage. For this reason, it is advantageous, in addition to a battery (first energy storage), to provide a second energy store in the front of the vehicle, such as a double-layer capacitor (SuperCap) for supplying the pulse loads.

Herkömmlich hat der zweite Energiespeicher, z. B. der SuperCap, die Funktion des Startens aus dem zweiten Energiespeicher. Zur Unterstützung des Bordnetzes hingegen gibt es Ansätze, einen SuperCap vorzuladen und dann parallel zur Batterie auf das Bordnetz zu schalten. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass der SuperCap dem Spannungshub durch den Generator folgen muss. Der Generator hebt die Bordnetzspannung auf eine Spannung von größer als 14 V an, damit die Batterie eine Ladeakzeptanz aufweist. Da die Zellenspannung von SuperCap und Batterie unterschiedlich sind, kommt es zu hohen Ausgleichsströmen zwischen SuperCap und Batterie. Des Weiteren wird der SuperCap, bestehend aus mindestens einer SuperCap-Zelle, Spannungen bis zu 16 V ausgesetzt, was sich sehr negativ auf die Lebensdauer auswirken kann. Die Lebensdauer ist der kritische Auslegungsparameter für SuperCaps.Conventionally, the second energy storage, z. As the SuperCap, the function of starting from the second energy storage. To support the on-board network, however, there are approaches to pre-charge a SuperCap and then to switch parallel to the battery to the electrical system. The disadvantage of this arrangement is that the SuperCap must follow the voltage swing through the generator. The generator raises the vehicle electrical system voltage to a voltage greater than 14 V, so that the battery has a charge acceptance. Since the cell voltage of the SuperCap and the battery are different, there are high equalization currents between the SuperCap and the battery. Furthermore, the SuperCap, consisting of at least one SuperCap cell, is exposed to voltages up to 16 V, which can have a very negative effect on the service life. Lifespan is the critical design parameter for SuperCaps.

Des Weiteren wurden Bordnetze vorgeschlagen, die zwei Energiespeicher in voneinander getrennten Bereichen aufweisen. Beispielsweise dient dabei ein erster Energiespeicher zur Versorgung eines ersten Bereichs, der einen Starter, Generator und andere Verbraucher umfasst, und ein zweiter Energiespeicher zur Versorgung eines zweiten Bereichs mit weiteren Verbrauchern. Um die Verbraucher im zweiten Bereich zu stabilisieren, d. h. diese von Spannungsschwankungen beispielsweise aufgrund eines Startens des Starters abzukoppeln, kann eine Diode vorgesehen werden, die keinen Strom aus dem zweiten Bereich in den erste Bereich lässt, jedoch ermöglicht, dass der zweite Energiespeicher durch den Generator aufgeladen werden kann.Furthermore, vehicle electrical systems have been proposed which have two energy stores in separate areas. For example, a first energy store serves to supply a first area, which includes a starter, generator and other consumers, and a second energy store supplies a second area with further consumers. To stabilize consumers in the second area, d. H. To decouple them from voltage fluctuations, for example due to starting the starter, a diode can be provided which does not allow current from the second region to the first region, but allows the second energy storage device to be charged by the generator.

Der erste Bereich wird dabei jedoch nicht stabilisiert, so dass nur eine teilweise Stabilisierung des Bordnetzes erfolgt. Ferner werden beide Energiespeicher durch die gleiche Spannung des Generators aufgeladen und werden den gleichen Spannungsschwankungen ausgesetzt, wodurch sich die Lebensdauer eines als zweiten Energiespeicher eingesetzten SuperCaps reduzieren kann. Ferner wird, wenn ein SuperCap direkt parallel zu einem Generator geschaltet ist, der SuperCap mit einem Gleichrichtungs-Ripple beaufschlagt, was zu einer starken Verkürzung der SuperCap-Lebensdauer führen kann.However, the first area is not stabilized, so that only a partial stabilization of the electrical system takes place. Furthermore, both energy storage are charged by the same voltage of the generator and are exposed to the same voltage fluctuations, which can reduce the life of a SuperCaps used as a second energy storage. Further, when a SuperCap is connected directly in parallel with a generator, the SuperCap is supplied with a rectification ripple, which can severely shorten the SuperCap life.

DE 699 35 831 T2 beschreibt ein elektrisches System für Kraftfahrzeuge. Die Aufgabe ist es hierbei, ein elektrisches System bereitzustellen, das eine einfache, günstige und verlässliche Lösung zum Trennen zweier Batterien darstellt und sicherzustellen, dass die Starterbatterie so gut geladen wie möglich gehalten wird. DE 699 35 831 T2 describes an electrical system for motor vehicles. The task here is to provide an electrical system that provides a simple, inexpensive and reliable solution for disconnecting two batteries and ensuring that the starter battery is kept as charged as possible.

US 2005/0275289 A1 beschreibt ein System und ein Verfahren zur Schaltung von elektrischer Energie und Steuerung in einem Fahrzeug. Das Dokument beschreibt eine Einrichtung in einem elektrischen System eines Fahrzeuges, welche den Betriebszustand des Fahrzeugs bestimmt und die Übertragung von elektrischer Energie zwischen Systemen von elektrischen Energiequellen und deren assoziierten elektrischen Lasten basierend auf dem Betriebszustand des Fahrzeugs lenkt. US 2005/0275289 A1 describes a system and method for switching electrical energy and control in a vehicle. The document describes a device in an electrical system of a vehicle that determines the operating condition of the vehicle and directs the transfer of electrical energy between systems of electrical energy sources and their associated electrical loads based on the operating condition of the vehicle.

DE 10 2007 062 955 A1 betrifft eine Schaltung zur Spannungsstabilisierung eines Bordnetzes. Die Schaltung umfasst ein Diodenelement, das mehrere parallel geschaltete Halbleiterschalter, eine Kontroll- und Steuerschaltung, welche die Stärke eines durch das Diodenelement fließenden Stroms bestimmt und entsprechend der bestimmten Stromstärke die Halbleiterschalter des Diodenelements steuert, und eine mit dem Diodenelement und dem Bordnetz elektrisch verbundenen zweiten Energiespeicher beinhaltet. DE 10 2007 062 955 A1 relates to a circuit for voltage stabilization of a vehicle electrical system. The circuit comprises a diode element comprising a plurality of semiconductor switches connected in parallel, one Control and control circuit which determines the strength of a current flowing through the diode element current and controls according to the determined current strength of the semiconductor switch of the diode element, and includes a second energy storage device electrically connected to the diode element and the electrical system.

DE 103 45 310 A1 betrifft ein Energiebordnetz mit verbesserter Ladestrategie für eine Stützbatterie. Das Energiebordnetz dient dem Nachladen eines Energiespeichers. DE 103 45 310 A1 relates to an energy onboard network with improved charging strategy for a backup battery. The power cord network is used to recharge an energy storage.

DE 196 45 944 A1 beschreibt ein Steuergerät für ein Bordnetz. Hierbei wird in Abhängigkeit von vorgebbaren Daten die Verbindung zwischen den beiden Batterien geöffnet oder geschlossen. DE 196 45 944 A1 describes a control unit for a vehicle electrical system. Depending on predefinable data, the connection between the two batteries is opened or closed.

US 2008/0 238 194 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Verwalten der Energieversorgung zu einem Netzwerk von Verbrauchern in einem Fahrzeug. US 2008/0 238 194 A1 describes a device for managing the power supply to a network of consumers in a vehicle.

DE 10 2004 038 527 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung für Kraftfahrzeuge, wobei ein Laden des ersten Energiespeichers durch einen Generator durch permanente Parallelschaltung vorgesehen ist. DE 10 2004 038 527 A1 describes a circuit arrangement for motor vehicles, wherein a charging of the first energy storage is provided by a generator by permanent parallel connection.

DE 10 2008 054 706 A1 ist eine nachveröffentlichte Patentanmeldung, die ein Energieversorgungsnetzwerk für ein Fahrzeug beschreibt. Insbesondere soll dort überschüssige elektrische Energie, die nicht zur Versorgung eines Starters benötigt wird, für andere Verbraucher verwendet werden können. Deshalb werden ein Starter und eine erste Energiequelle in einem ersten Bereich durch eine Diode von einem zweiten Bereich mit elektrischen Verbrauchern getrennt. DE 10 2008 054 706 A1 is a post-published patent application describing a power supply network for a vehicle. In particular, there is excess electrical energy that is not needed to power a starter, can be used for other consumers. Therefore, a starter and a first power source in a first area are separated by a diode from a second area with electrical loads.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die eine Energieversorgung derart steuern, dass eine Stabilisierung des Bordnetzes erreicht werden kann.The invention is based on the object to provide a device and a method that control a power supply such that a stabilization of the electrical system can be achieved.

Diese Aufgabe wird durch Vorrichtung zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes mit den Merkmalen des Anspruchs 14, sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Gemäß einem Beispiel umfasst die Vorrichtung zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeuges, an das Verbraucher anschließbar sind, einen ersten Energiespeicher, zum Beispiel einen Doppelschicht-Kondensator oder eine Batterie, zum Bereitstellen von elektrischer Energie an einen Starter; einen Generator zum Erzeugen einer Generatorspannung; und ein erstes steuerbares Schaltelement, das zwischen dem ersten Energiespeicher und dem Generator vorgesehen ist, und das derart ausgebildet ist, dass es im Betrieb des Fahrzeuges einen Stromfluss nur in eine Richtung von dem ersten Energiespeicher zu dem Generator zulässt.This object is achieved by a device for controlling a power supply of a vehicle electrical system having the features of claim 1, by a method for controlling a power supply of a vehicle electrical system having the features of claim 14, and by a vehicle having the features of claim 13. Advantageous embodiments are described in the subclaims. According to one example, the device for controlling a power supply of an electrical system of a vehicle, to which consumers can be connected, comprises a first energy store, for example a double-layer capacitor or a battery, for providing electrical energy to a starter; a generator for generating a generator voltage; and a first controllable switching element, which is provided between the first energy storage and the generator, and which is designed such that it allows a current flow in one direction only from the first energy store to the generator during operation of the vehicle.

Diese Vorrichtung bietet den Vorteil, dass der erste Energiespeicher sowohl zur Energieversorgung eines Starters in einem ersten Bereich des Bordnetzes, getrennt durch das steuerbare Schaltelement von einem zweiten Bereich, als auch zur Unterstützung von Verbrauchern in dem zweiten Bereich des Bordnetzes dienen kann, so dass das gesamte Bordnetz stabilisiert werden kann.This device has the advantage that the first energy store can serve both to supply energy to a starter in a first area of the electrical system, separated by the controllable switching element of a second area, as well as to support consumers in the second area of the electrical system, so that entire electrical system can be stabilized.

Das erste steuerbare Schaltelement ist dabei bevorzugt ein Halbleiterschalter, vorzugsweise ein Leistungshalbleiter.The first controllable switching element is preferably a semiconductor switch, preferably a power semiconductor.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Beispiel umfasst die Vorrichtung zum Steuern einer Energieversorgung ferner eine Schalteinheit, die zwischen dem ersten Energiespeicher und dem ersten steuerbaren Schaltelement vorgesehen ist. Somit kann ein Stromfluss aus bzw. in den ersten Energiespeicher unterbrochen werden.According to a further advantageous example, the device for controlling a power supply further comprises a switching unit which is provided between the first energy store and the first controllable switching element. Thus, a flow of current from or into the first energy storage can be interrupted.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Beispiel umfasst die Schalteinheit der Vorrichtung ferner ein zweites und ein drittes steuerbares Schaltelement, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Steuereinrichtung ferner ausgebildet ist, das zweite und dritte steuerbare Schaltelement zu steuern. Somit kann die Vorrichtung flexible verschiedene Energieversorgungszustände annehmen, indem die drei Schaltelemente entsprechend geschaltet werden.According to a further advantageous example, the switching unit of the device further comprises a second and a third controllable switching element, which are connected in series, wherein the control device is further configured to control the second and third controllable switching element. Thus, the device can flexibly adopt various power states by switching the three switching elements accordingly.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Beispiel ist die Schalteinheit derart steuerbar, dass die Schalteinheit im Betrieb oder bei einem Warmstart des Fahrzeuges einen Stromfluss von dem ersten Energiespeicher in Richtung zu dem ersten steuerbaren Schaltelement ermöglicht, und dass die Schalteinheit bei einem Kaltstart des Fahrzeuges einen Stromfluss von dem ersten Energiespeicher zu dem Starter trennt. Somit kann die Vorrichtung je nach Bedarf der einzelnen Elemente im Bordnetz verschiedene Energieversorgungszustände annehmen, beispielsweise eine Energieversorgung für einen Kaltstart, Warmstart oder einen Betrieb.According to a further advantageous example, the switching unit is controllable such that the switching unit during operation or a warm start of the vehicle allows a flow of current from the first energy storage towards the first controllable switching element, and that the switching unit at a cold start of the vehicle, a current flow of the first energy storage to the starter separates. Thus, depending on the needs of the individual elements in the electrical system, the device can assume different energy supply states, for example a power supply for a cold start, warm start or operation.

Gemäß einem vorteilhaften Beispiel umfasst die Vorrichtung zum Steuern einer Energieversorgung ferner eine Ladeschaltung, angeordnet zwischen erstem Energiespeicher und Generator zum Aufladen des ersten Energiespeichers abhängig von der Spannung des ersten Energiespeichers. Dadurch kann das Aufladen eines ersten Energiespeichers und die entsprechende Ladespannung gesteuert werden. Beispielsweise kann bei einem Doppelschicht-Kondensator als ersten Energiespeicher eine Zellenspannung begrenzt werden, beispielsweise bei sechs Zellen in Reihe auf 2 V und eine Ripple-Belastung und Ausgleichströme können vermieden werden, so dass die Lebensdauer des Doppelschicht-Kondensators oder einer Batterie verlängert wird.According to an advantageous example, the device for controlling a power supply further comprises a charging circuit, arranged between the first energy store and the generator for charging the first energy store depending on the voltage of the first energy store. This can charge a first Energy storage and the corresponding charging voltage can be controlled. For example, in a double-layer capacitor as a first energy storage cell voltage can be limited, for example, in six cells in series to 2 V and a ripple load and balance currents can be avoided, so that the life of the double-layer capacitor or a battery is extended.

Gemäß einem vorteilhaften Beispiel umfasst die Vorrichtung ferner einen zweiten Energiespeicher, zum Beispiel eine Batterie, zum Bereitstellen von elektrischer Energie an die Verbraucher, der derart angeordnet ist, dass das erste steuerbare Schaltelement zwischen einerseits dem ersten Energiespeicher und anderseits dem Generator und dem zweiten Energiespeicher angeordnet ist. Durch generatorseitiges Anschließen eines zweiten Energiespeichers können beide durch das erste steuerbare Schaltelement getrennte Bereiche im Bordnetz auch versorgt werden, wenn der Generator nicht in Betrieb ist. Ferner kann bei Verwendung eines Doppelschicht-Kondensators als erster Energiespeicher eine Batterie als zweiter Energiespeicher für einen Kaltstart des Starters verwendet werden nach entsprechender Steuerung des ersten steuerbaren Schaltelements.According to an advantageous example, the device further comprises a second energy storage, for example a battery, for providing electrical energy to the consumer, which is arranged such that the first controllable switching element between on the one hand the first energy storage and on the other hand, the generator and the second energy storage is. By connecting a second energy storage device on the generator side, both areas in the electrical system that are separate from the first controllable switching element can also be supplied when the generator is not in operation. Furthermore, when using a double-layer capacitor as the first energy storage, a battery can be used as a second energy store for a cold start of the starter after appropriate control of the first controllable switching element.

Gemäß einem vorteilhaften Beispiel ist die Ladeschaltung im Betrieb des Fahrzeugs derart ausgebildet, dass der erste Energiespeicher auf eine Spannung aufgeladen wird, die gleich oder größer als die Spannung des zweiten Energiespeichers ist und kleiner ist als die Spannung des Generators. Indem der erste Energiespeicher derart ausgelegt ist, dass er auf eine Spannung kleiner als die Generatorspannung und größer als die des zweiten Energiespeichers aufgeladen wird, wird das Fließen eines Ausgleichstroms bei kleinen Spannungsschwankungen im zweiten Bereich vermieden und Strom kann nur in den zweiten Bereich fließen, wenn die Spannung des ersten Energiespeichers höher ist als die des Bordnetzes im zweiten Bereich, d. h. zum Beispiel wenn der Generator eine hohe kurzzeitige Impulslast nicht ausregeln kann.According to an advantageous example, during operation of the vehicle, the charging circuit is designed such that the first energy store is charged to a voltage which is equal to or greater than the voltage of the second energy store and is less than the voltage of the generator. By the first energy storage is designed such that it is charged to a voltage less than the generator voltage and greater than that of the second energy storage, the flow of a compensation current is avoided with small voltage fluctuations in the second region and current can flow only in the second region, if the voltage of the first energy storage is higher than that of the electrical system in the second area, d. H. For example, if the generator can not compensate for a high short-term pulse load.

Gemäß einem vorteilhaften Beispiel ist der erste Energiespeicher ausgebildet, elektrische Energie an den Starter für einen Warmstart zu liefern und/oder zum Dämpfen von Spannungsfluktuationen durch die Verbraucher. Somit kann der erste Energiespeicher flexibel je nach Bedarf im Bordnetz Energie bereitstellen und dadurch kann die gesamte Anordnung stabilisiert werden.According to an advantageous example, the first energy store is designed to supply electrical energy to the starter for a warm start and / or to dampen voltage fluctuations by the consumers. Thus, the first energy storage can provide flexible as needed in the electrical system power and thereby the entire arrangement can be stabilized.

Gemäß einem vorteilhaften Beispiel ist das erste steuerbare Schaltelement derart ausgebildet ist, dass der zweite Energiespeicher bei einem Kaltstart elektrische Energie für den Starter bereitstellt. Somit kann bei einem Kaltstart das erste steuerbare Schaltelement derart geschalten werden, dass Strom von dem zweiten Energiespeicher in den zweiten Bereich an den Starter im ersten Bereich fließt.According to an advantageous example, the first controllable switching element is designed such that the second energy store provides electrical energy for the starter during a cold start. Thus, during a cold start, the first controllable switching element can be switched in such a way that current flows from the second energy store into the second area to the starter in the first area.

Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug, insbesondere ein Automobil, die oben beschriebene Vorrichtung zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeuges.According to another embodiment, a vehicle, in particular an automobile, comprises the device described above for controlling a power supply of an electrical system of a vehicle.

Gemäß einem Beispiel umfasst ein Verfahren zum Steuern einer Energieversorgung eines Fahrzeugbordnetzes, an das Verbraucher anschließbar sind, und das zwischen einem ersten Bereich mit einem ersten Energiespeicher und einem zweiten Bereich mit einem Generator ein steuerbares Schaltelement aufweist, die Schritte: Steuern des ersten steuerbaren Schaltelements, so dass im Betrieb des Fahrzeuges ein Stromfluss nur in eine Richtung von dem ersten Energiespeicher zu dem zweiten Bereich zugelassen wird; Bereitstellen von elektrischer Energie von dem ersten Energiespeicher an Verbraucher in dem zweiten Bereich im Betrieb des Fahrzeuges; und Bereitstellen von elektrischer Energie von dem ersten Energiespeicher an einen Starter in dem ersten Bereich bei einem Warmstart des Fahrzeuges.According to one example, a method for controlling a power supply of a vehicle on-board network, to which consumers can be connected, and which has a controllable switching element between a first area with a first energy store and a second area with a generator, comprises the steps of: controlling the first controllable switching element, so that during operation of the vehicle, a flow of current is permitted only in one direction from the first energy store to the second area; Providing electrical energy from the first energy store to consumers in the second area during operation of the vehicle; and providing electrical energy from the first energy store to a starter in the first area upon a warm start of the vehicle.

Daher kann der erste Energiespeicher sowohl zur Energieversorgung eines Starters in einem ersten Bereich des Bordnetzes als auch zur Unterstützung von Verbrauchern in einem zweiten Bereich des Bordnetzes dienen, so dass das gesamte Bordnetz stabilisiert werden kann.Therefore, the first energy storage can serve both to supply energy to a starter in a first area of the electrical system and to support consumers in a second area of the electrical system, so that the entire electrical system can be stabilized.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen und in den Ansprüchen offenbart.Further advantageous features of the invention are disclosed in the detailed description of the embodiments and in the claims.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Folgenden wird die Erfindung ausführlich anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:In the following, the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein:

1 schematisch eine Vorrichtung zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform zeigt; 1 schematically shows a device for controlling a power supply of a vehicle electrical system of a vehicle according to an embodiment;

2 ein Flussdiagramm zeigt, das die Schritte eines Verfahrens zum Steuern einer Energieversorgung eines Fahrzeugbordnetzes gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt; 2 FIG. 10 is a flowchart showing the steps of a method of controlling a power supply of a vehicle electrical system according to another embodiment; FIG.

3 schematisch eine Steuereinrichtung zum Steuern eines steuerbaren Schaltelements zeigt; three schematically shows a control device for controlling a controllable switching element;

4 einzelne Elemente einer Vorrichtung zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt; 4 single elements of a device for controlling a power supply of a Vehicle electrical system of a vehicle according to another embodiment shows;

5 schematisch eine Vorrichtung zum Steuern einer Energieversorgung zeigt, wobei Spannungen, die an den einzelnen Elementen abfallen gekennzeichnet sind; und 5 schematically shows a device for controlling a power supply, wherein voltages that drop at the individual elements are marked; and

6 schematisch einen zeitlichen Verlauf der Bordnetzspannung eines Fahrzeug zeigt. 6 schematically shows a time course of the vehicle electrical system voltage of a vehicle.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDetailed description of preferred embodiments

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Dabei sind in den verschiedenen Zeichnungen gleiche oder entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet.Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. The same or corresponding elements are denoted in each case by the same or similar reference numerals in the various drawings.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die im Folgenden detailliert beschrieben werden, werden ausführlich mit Bezug auf eine Vorrichtung zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeuges beschrieben. Jedoch wird vermerkt, dass die folgende Beschreibung nur Beispiele enthält und nicht als die Erfindung einschränkend angesehen werden sollte.The preferred embodiments of the invention, which will be described in detail below, will be described in detail with reference to an apparatus for controlling a power supply of a vehicle electrical system. However, it is noted that the following description contains only examples and should not be taken as limiting the invention.

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 100 zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeuges. Die Vorrichtung umfasst einen ersten Energiespeicher 110 zum Bereitstellen von elektrischer Energie an einen Starter 120, sowie einen Generator 130 zum Erzeugen einer Generatorspannung UG und ein erstes steuerbares Schaltelement 140. 1 schematically shows a device 100 for controlling a power supply of a vehicle electrical system of a vehicle. The device comprises a first energy store 110 for providing electrical energy to a starter 120 , as well as a generator 130 for generating a generator voltage UG and a first controllable switching element 140 ,

In 1 ist zwischen dem ersten Energiespeicher 110 und dem Generator 130 das erste steuerbare Schaltelement 140 angeordnet, das derart ausgebildet ist, dass es im Betrieb des Fahrzeuges, d. h. wenn der Generator 130 läuft, einen Stromfluss nur in eine Richtung von dem ersten Energiespeicher 110 zu dem Generator 130 zulässt. Mit anderen Worten wird im Betrieb des Fahrzeuges der Stromfluss auf eine Richtung von dem ersten Energiespeicher 110 zu dem Generator 130 begrenzt, so dass ein vom Generator 130 erzeugter Strom nicht durch das steuerbare Schaltelement 140 fließen kann. Natürlich lässt sich eine vollständige hundertprozentige Begrenzung in der Praxis, vor allem bei Verwendung von auf Dioden-basierten Bauteilen, nur schwer realisieren.In 1 is between the first energy storage 110 and the generator 130 the first controllable switching element 140 arranged, which is designed such that it during operation of the vehicle, ie when the generator 130 runs, a current flow only in one direction from the first energy storage 110 to the generator 130 allows. In other words, during operation of the vehicle, the current flow in one direction from the first energy store 110 to the generator 130 limited, leaving one from the generator 130 generated current not by the controllable switching element 140 can flow. Of course, a complete one hundred percent limitation in practice, especially when using on diode-based components, difficult to realize.

Der erste elektrische Energiespeicher 110 in 1 ist beispielsweise eine Batterie, die eine Spannung UE1 bereitstellt. In einer anderen Ausführungsform kann anstelle einer Batterie auch ein Doppelschicht-Kondensator bzw. Superkondensator (SuperCap) als erster Energiespeicher 110 verwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform kann als erster Energiespeicher 110 auch ein SuperCap bestehend aus mehreren Zellen in Reihe verwendet werden.The first electrical energy storage 110 in 1 For example, a battery that provides a voltage UE1. In another embodiment, instead of a battery, a double-layer capacitor or supercapacitor (SuperCap) as the first energy storage 110 be used. In a further embodiment, as the first energy storage 110 Also a SuperCap consisting of several cells can be used in series.

SuperCaps bzw. Doppelschicht-Kondensatoren sind Energiespeicher mit einer hoher elektrischen Speicherdichte und Kapazitätswerten von einigen Farad bis hin zu mehreren tausend Farad. Doppelschicht-Kondensatoren können Energie in kürzester Zeit speichern und auch wieder in kürzester Zeit abgeben und können somit schnell auf Spannungsschwankungen im Bordnetz reagieren, z. B. bei starkem Spannungsabfall aufgrund eines Zuschaltens einer Impulslast, und das Bordnetz mit elektrischer Energie versorgen.SuperCaps or double-layer capacitors are energy storage devices with a high electrical storage density and capacitance values from a few farads to several thousand farads. Double-layer capacitors can store energy in the shortest possible time and release it again in the shortest possible time and can thus react quickly to voltage fluctuations in the electrical system, eg. B. with a strong voltage drop due to a Zuschaltens a pulse load, and supply the electrical system with electrical energy.

Da sich der ersten Energiespeicher, z. B. der Doppelschicht-Kondensator, von selbst entladen kann, wenn die Spannung am Generator UG unter die über dem ersten Energiespeicher aufgebaute Spannung UE1 abgefallen ist, wird kein externes Steuersignal (Trigger) benötigt. Des Weiteren kann ein Doppelschicht-Kondensator so konzipiert werden, dass bei voller Ladung des Doppelschicht-Kondensators die aufgebaute Spannung UE1 in etwa der Betriebsspannung des Bordnetzes entspricht. In Ruhe- oder Normalbetriebsphasen, in denen die Stromversorgung des Bordnetzes von dem Generator 130 oder einem zweiten Energiespeicher übernommen wird und keine Unterstützung von Verbrauchern durch den Doppelschichtkondensator erfolgt, kann der Doppelschicht-Kondensator über die Ladeschaltung geladen werden.Since the first energy storage, z. B. the double-layer capacitor can discharge by itself, when the voltage at the generator UG has fallen below the built-up over the first energy storage voltage UE1, no external control signal (trigger) is required. Furthermore, a double-layer capacitor can be designed so that at full charge of the double-layer capacitor, the built-up voltage UE1 corresponds approximately to the operating voltage of the electrical system. In idle or normal operating phases, in which the power supply of the electrical system from the generator 130 or a second energy storage is taken and no support of consumers by the double-layer capacitor, the double-layer capacitor can be charged via the charging circuit.

Somit kann der erste Energiespeicher 110 elektrische Energie an den Starter für einen Warmstart liefern und/oder Spannungsfluktuationen durch die Verbraucher im zweiten Bereich dämpfen.Thus, the first energy storage 110 provide electrical energy to the starter for a warm start and / or dampen voltage fluctuations by the consumers in the second range.

Der Starter 120 bzw. Anlasser, der in 1 mit dem ersten Energiespeicher 110 im ersten Bereich verbunden ist, initiiert Rotationsbewegungen des Motors bzw. Verbrennungsmotors des Fahrzeuges, bevor sich dieser selber antreiben kann. Der Starter ist beispielsweise ein elektrischer Motor.The starter 120 or starter, the in 1 with the first energy storage 110 is connected in the first area, initiates rotational movements of the engine or internal combustion engine of the vehicle before it can drive itself. For example, the starter is an electric motor.

Der Generator 130 in 1 wandelt mittels magnetischer Induktion die Bewegungsenergie des Fahrzeuges im Betrieb in elektrische Energie um. Der Generator 130 ist beispielsweise eine Lichtmaschine, die die Verbraucher im Bordnetz mit elektrischer Energie versorgt und den ersten Energiespeicher 110 und gegebenenfalls weitere Energiespeicher, z. B. einen zweiten Energiespeicher, der als Fahrzeugbatterie ausgebildet ist, auflädt.The generator 130 in 1 uses magnetic induction to convert the kinetic energy of the vehicle into electrical energy during operation. The generator 130 For example, an alternator that supplies the consumers in the electrical system with electrical energy and the first energy storage 110 and optionally further energy storage, for. B. a second energy storage, which is designed as a vehicle battery, charging.

Das steuerbare Schaltelement 140 kann beispielsweise als aktive Diode ausgelegt werden. Das steuerbare Schaltelement 140 besitzt mehrer Schaltzustände. In einem ersten Schaltzustand arbeitet es im Wesentlichen wie eine Diode (Diodenfunktion), d. h. eine Durchlassrichtung wird vorgegeben, in der das Schaltelement Strom durchlässt und in der anderen Richtung wirkt es wie ein Isolator. In diesem Schaltzustand kann das Schaltelement als geöffnet bezeichnet werden. In einem zweiten Schaltzustand kann das Schaltelement 140 derart geschaltet werden, dass es sich wie ein Leiter verhält, d. h. Strom kann je nach den anliegenden Potentialen fließen in beide Richtungen. In diesem Schaltzustand kann das Schaltelement als geschlossen bezeichnet werden. The controllable switching element 140 For example, it can be designed as an active diode. The controllable switching element 140 has several switching states. In a first switching state, it operates essentially like a diode (diode function), ie a forward direction is given in which the switching element passes current and in the other direction it acts like an insulator. In this switching state, the switching element may be referred to as open. In a second switching state, the switching element 140 be switched so that it behaves like a conductor, ie current can flow in both directions depending on the applied potentials. In this switching state, the switching element may be referred to as closed.

Gemäß 1 kann durch das steuerbare Schaltelement 140 in der Vorrichtung 100 ein erster und ein zweiter Bereich der Vorrichtung unterschieden werden, wobei der erste Bereich den ersten Energiespeicher 110 aufweist und der zweite Bereich den Generator 130 aufweist. Insbesondere können an der Vorrichtung 100 Verbraucher des Bordnetzes, zusätzlich zu dem Starter 120 im ersten Bereich, in dem zweiten Bereich der Vorrichtung 100 angeordnet werden.According to 1 can by the controllable switching element 140 in the device 100 a first and a second region of the device are distinguished, wherein the first region of the first energy storage 110 and the second area is the generator 130 having. In particular, on the device 100 Consumers of the electrical system, in addition to the starter 120 in the first area, in the second area of the device 100 to be ordered.

Verbraucher im Bordnetz des Fahrzeuges sind beispielsweise Steuergeräte wie eine elektrisch unterstützte Lenkung (EPS) oder -Bremse, Sensoren, Anzeigenelemente, z. B. Warn- und Kontrollleuchten, Displays, Aktoren, Elektromotoren, Leuchten und Beleuchtungssysteme.Consumers in the electrical system of the vehicle are, for example, control devices such as an electrically assisted steering (EPS) or brake, sensors, display elements, eg. As warning and indicator lights, displays, actuators, electric motors, lights and lighting systems.

Neben dem Betrieb des Fahrzeuges kann weiterhin zwischen den Zuständen Kaltstart des Motors und Warmstart des Motors unterschieden werden. Beim Kaltstart des Motors ist das Fahrzeug über einen längeren Zeitraum nicht benutzt, so dass beispielsweise der erste Energiespeicher 110 entladen sein kann. Andererseits erfolgt ein Warmstart des Motors nach einem Anhalten nach einem vorherigen Betrieb des Fahrzeuges und Ausschalten des Motors, zum Beispiel bei einer Start-Stopp Funktion an einer Ampel, einem Bahnübergang oder an einer Kreuzung oder bei ähnlichen kurzzeitigen Unterbrechungen des Fahrbetriebes. Der Warmstart des Motors kann aus dem ersten Energiespeicher 110 erfolgen, da dieser nach dem vorherigen Betrieb des Fahrzeuges aufgeladen ist.In addition to the operation of the vehicle can be further distinguished between the states cold start of the engine and warm start of the engine. When cold starting the engine, the vehicle is not used for a long period, so that, for example, the first energy storage 110 can be discharged. On the other hand, a warm start of the engine after a stop after a previous operation of the vehicle and switching off the engine, for example, a start-stop function at a traffic light, a railroad crossing or at an intersection or similar short interruptions of driving takes place. The warm start of the engine can be from the first energy storage 110 take place, since this is charged after the previous operation of the vehicle.

Wie aus 1 gesehen werden kann, kann der erste Energiespeicher 110 nicht nur den ersten Bereich mit elektrischer Energie versorgen sondern auch den zweiten Bereich, so dass das gesamte Bordnetz, d. h. beide Bereiche, stabilisiert werden können. Des Weiteren ermöglicht das steuerbare Schaltelement 140, dass der erste Energiespeicher nicht direkt von dem Generator aufgeladen wird und der Starter entkoppelt ist, so dass er bei einem Warmstart nur von dem ersten Energiespeicher versorgt wird.How out 1 can be seen, the first energy storage 110 not only supply the first area with electrical energy but also the second area, so that the entire electrical system, ie both areas, can be stabilized. Furthermore, the controllable switching element allows 140 in that the first energy store is not charged directly by the generator and the starter is decoupled, so that it is only supplied by the first energy store during a warm start.

2 zeigt ein Flussdiagramm mit den Schritten eines Verfahrens zum Steuern der Energieversorgung eines Fahrzeugbordnetzes gemäß einer weiteren Ausführungsform. Dabei wird das erste steuerbare Schaltelement 140 im Betrieb des Fahrzeuges in Schritt S210 so gesteuert, dass ein Stromfluss nur in eine Richtung von dem ersten Energiespeicher zu dem zweiten Bereich zugelassen wird. Ferner erfolgt in Schritt S220 im Betrieb des Fahrzeuges ein Bereitstellen von elektrischer Energie von dem ersten Energiespeicher 110 an Verbraucher in dem zweiten Bereich. Diese vorteilhafte Steuerung ermöglicht es, dass im Betrieb des Fahrzeuges das Bordnetz, und insbesondere Verbraucher, die Impulslasten darstellen, durch den ersten Energiespeicher unterstützt werden. 2 shows a flowchart with the steps of a method for controlling the power supply of a vehicle electrical system according to another embodiment. In this case, the first controllable switching element 140 controlled in the operation of the vehicle in step S210 so that a flow of current is permitted only in one direction from the first energy storage to the second area. Furthermore, in step S220, during operation of the vehicle, provision of electrical energy from the first energy store takes place 110 to consumers in the second area. This advantageous control makes it possible that, during operation of the vehicle, the electrical system, and in particular consumers, which represent impulse loads, are supported by the first energy store.

Bei einem Warmstart des Fahrzeuges in Schritt S230 erfolgt entsprechend 1 ein Bereitstellen von elektrischer Energie von dem ersten Energiespeicher 110 an den Starter 120 in dem ersten Bereich. Durch diese vorteilhafte Steuerung der Energieversorgung ist bei einem Warmstart des Fahrzeuges der erste Bereich der Vorrichtung 100 von dem zweiten Bereich entkoppelt, so dass sich Spannungseinbrüche auf Grund des Startens des Motors nicht nachteilig auf Verbraucher im zweiten Bereich des Bordnetzes auswirken und so der zweite Bereich stabilisiert bleibt.In a warm start of the vehicle in step S230 takes place accordingly 1 providing electrical energy from the first energy store 110 to the starter 120 in the first area. By this advantageous control of the power supply is at a warm start of the vehicle, the first region of the device 100 decoupled from the second area, so that voltage dips due to the starting of the engine does not adversely affect consumers in the second area of the electrical system and so the second area remains stabilized.

Im Folgenden wird die Steuerung des steuerbaren Schaltelements im Einzelnen mit Bezug auf 3 beschrieben. 3 zeigt schematisch eine Steuereinrichtung 300 zum Steuern des steuerbaren Schaltelements 340.In the following, the control of the controllable switching element will be described in detail with reference to FIG three described. three schematically shows a control device 300 for controlling the controllable switching element 340 ,

Das steuerbare Schaltelement 340 entspricht grundlegend dem steuerbaren Schaltelement 140 der 1 und kann beispielsweise als aktive Diode ausgebildet werden. Das steuerbare Schaltelement 340 besitzt, wie in 1 erklärt, mehrer Schaltzustände. In dem ersten Schaltzustand arbeitet es im Wesentlichen wie eine Diode, d. h. eine Durchlassrichtung wird vorgegeben, in der das Schaltelement Strom durchlässt und in der anderen Richtung wirkt es wie ein Isolator. In dem zweiten Schaltzustand kann das Schaltelement 340 derart geschaltet werden, dass es sich wie ein Leiter verhält.The controllable switching element 340 basically corresponds to the controllable switching element 140 of the 1 and may be formed, for example, as an active diode. The controllable switching element 340 owns, as in 1 explains, several switching states. In the first switching state it operates essentially like a diode, ie a forward direction is given, in which the switching element passes current and in the other direction it acts like an insulator. In the second switching state, the switching element 340 be switched so that it behaves like a ladder.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem steuerbaren Schaltelement um einen Feldeffekt-Transistor, insbesondere ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor (MOSFET), zum Beispiel ein Leistungs-MOSFET. Da sich Feldeffekt-Transistoren mit geringen Gate-Spannungen und minimaler Zeitverzögerung schalten lassen, kann somit schnell auf Änderungen des Stromflusses über das steuerbare Schaltelement 340 oder starken Spannungsfluktuationen im Bordnetz reagiert werden.Preferably, the controllable switching element is a field-effect transistor, in particular a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET), for example a power MOSFET. Since field-effect transistors can be switched with low gate voltages and minimal time delay, it is thus possible to quickly detect changes in the current flow via the controllable current source switching element 340 or strong voltage fluctuations in the electrical system are reacted.

Beispielsweise kann ein Feldeffekt-Transistor oder parallel geschaltete Feldeffekt-Transistoren so angeordnet werden, dass die Durchlassrichtung seiner intrinsischen Diode oder Dioden der Richtung von dem ersten Energiespeicher 110 zu dem Generator 130 in 1 entspricht. Somit ist sichergestellt, dass, wenn der Transistor gesperrt bzw. geöffnet ist, kein Stromfluss von dem Generator 130 zu dem ersten Energiespeicher 110 erfolgen kann. Andererseits kann, auch bei gesperrtem bzw. geöffnetem Transistor, ein Teil des von dem ersten Energiespeicher 110 zu dem Bordnetz fließenden Stroms durch die intrinsischen Dioden der Feldeffekt-Transistoren fließen.For example, a field-effect transistor or field-effect transistors connected in parallel can be arranged such that the forward direction of its intrinsic diode or diodes is the direction of the first energy store 110 to the generator 130 in 1 equivalent. Thus, it is ensured that when the transistor is turned off or open, no current flow from the generator 130 to the first energy storage 110 can be done. On the other hand, even when the transistor is blocked or open, part of the energy from the first memory 110 to flow to the electrical system current flowing through the intrinsic diodes of the field effect transistors.

Die Steuerung des ersten steuerbaren Schaltelements 340 in 3 erfolgt in einem Modus ID (Ideale Diode) beispielsweise so, dass ein Strom von dem ersten Energiespeicher 110 in Richtung des Bordnetzes fließen kann, bei einer Umkehr des Stromflusses vom Bordnetz in Richtung des ersten Energiespeichers 110 das steuerbare Schaltelement jedoch sperrt. Im Modus ID verhält sich die Anordnung demnach wie eine ideale Diode.The control of the first controllable switching element 340 in three takes place in a mode ID (ideal diode), for example, such that a current from the first energy store 110 can flow in the direction of the electrical system, in a reversal of the flow of electricity from the electrical system in the direction of the first energy storage 110 however, the controllable switching element blocks. In the ID mode, the arrangement behaves like an ideal diode.

Durch die Verwendung von Halbleiterschaltern für das steuerbare Schaltelement 340 in 3 wird eine schnelle Ansprech- bzw. Schaltzeit ermöglicht, die unterhalb der charakteristischen Zeitskalen der Spannungsfluktuationen des Bordnetzes im Millisekundenbereich liegen. Die Halbleiterschalter weisen außerdem eine hohe Zyklenfestigkeit auf.By the use of semiconductor switches for the controllable switching element 340 in three a fast response or switching time is possible, which are below the characteristic time scales of the voltage fluctuations of the electrical system in the millisecond range. The semiconductor switches also have a high cycle stability.

Die Steuerung des ersten steuerbaren Schaltelements 340 in 3 kann auf Grundlage des Spannungsabfalls, UE1–UG, über dem Leistungs-MOSFET 340 erfolgen. Ein oder mehrere Komparatoren 370 sind mit einer Steuereinheit 360 verbunden, die von einem Mikrokontroller 350 gesteuert wird, der mit der Steuereinheit 360 gekoppelt ist. Diese Elemente können in der Steuereinrichtung 300, wie in 3 gezeigt, enthalten sein. Natürlich können die Funktionen dieser Elemente auch anders verteilt sein, so dass beispielsweise der Mikrokontroller 350 getrennt bereitgestellt wird, daher ist er in der Figur gestrichelt dargestellt. Alternativ könnte auch eine andere Steuerbedingung verwendet werden. Beispielsweise könnte das steuerbare Schaltelement auf Grundlage des Stromflusses im Bordnetz gesteuert werden.The control of the first controllable switching element 340 in three may be based on the voltage drop, UE1-UG, across the power MOSFET 340 respectively. One or more comparators 370 are with a control unit 360 connected by a microcontroller 350 controlled with the control unit 360 is coupled. These elements can be in the control device 300 , as in three shown to be included. Of course, the functions of these elements can also be distributed differently, such that, for example, the microcontroller 350 is provided separately, therefore, it is shown in dashed lines in the figure. Alternatively, another control condition could be used. For example, the controllable switching element could be controlled based on the current flow in the electrical system.

Die Steuereinheit 360 ist mit dem steuerbaren Schaltelement 340 verbunden und schaltet beispielsweise mittels Gate-Spannung den Feldeffekt-Transistor.The control unit 360 is with the controllable switching element 340 connected and switches, for example by means of gate voltage, the field effect transistor.

Der Mikrokontroller 350 dient dazu, die an dem Gate des Leistungs-MOSFETS 340 angelegte Spannung zu steuern, und somit den Leistungs-MOSFET 340 gezielt zu schalten. Des Weiteren erhält der Mikrokontroller 350 die Spannung und den zeitlichen Verlauf der Spannung über den Leistungs-MOSFET 340.The microcontroller 350 serves to connect to the gate of the power MOSFET 340 to control applied voltage, and thus the power MOSFET 340 to switch specifically. Furthermore, the microcontroller receives 350 the voltage and the time course of the voltage across the power MOSFET 340 ,

In diesem Beispiel ist das steuerbare Schaltelement 340 in 3 als aktive Diode ausgeführt. Diese Schaltung kann die Anforderung der Bordnetzunterstützung bei Spannungseinbrüchen durch Impulslast unter 12 V erfüllen, wie im Folgenden detailliert beschrieben wird.In this example, the controllable switching element 340 in three executed as an active diode. This circuit can meet the on-board grid support requirement for voltage drops below 12V, as will be described in detail below.

4 zeigt Elemente einer Vorrichtung 400 zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeuges gemäß einer weiteren Ausführungsform. 4 shows elements of a device 400 for controlling a power supply of a vehicle electrical system of a vehicle according to another embodiment.

Ähnliche Elemente in den 1 und 3 werden hier mit ähnlichen Bezugszeichen versehen und werden nicht wiederholt detailliert erläutert.Similar elements in the 1 and three are here provided with similar reference numerals and will not be repeatedly explained in detail.

Im Einzelnen sind in 4 ein Starter 420 und ein erster Energiespeicher, genauer gesagt ein Doppelschicht-Kondensator 410 mit mehreren Zellen, gezeigt, die über eine Schalteinheit T1, T2 verbunden sind, sowie ein erstes steuerbares Schaltelement 440, ähnlich zu den steuerbaren Schaltelementen 140 und 340, eine Steuereinheit 460 und ein Mikrokontroller 450. Der Mikrokontroller 450 kann die Steuereinheit 460 steuern, die wiederum das erste steuerbare Schaltelement 440 steuert. Ferner ist eine Ladeschaltung 455 vorgesehen, die den ersten Energiespeicher 410 mit einem Generator 430 verbindet und auch beispielsweise von dem Mikrokontroller 450 gesteuert wird. Zusätzlich ist auf der Generatorseite ein zweiter Energiespeicher in Form einer Batterie 490 vorgesehen sowie Verbraucher 480, die beispielsweise eine ESP aufweisen.In detail are in 4 a starter 420 and a first energy storage, more specifically a double-layer capacitor 410 with a plurality of cells, which are connected via a switching unit T1, T2, and a first controllable switching element 440 , similar to the controllable switching elements 140 and 340 , a control unit 460 and a microcontroller 450 , The microcontroller 450 can the control unit 460 control, in turn, the first controllable switching element 440 controls. Furthermore, a charging circuit 455 provided, which is the first energy storage 410 with a generator 430 connects and also for example from the microcontroller 450 is controlled. In addition, on the generator side, a second energy storage in the form of a battery 490 provided as well as consumers 480 that have, for example, an ESP.

In 4 ist zwischen dem ersten Energiespeicher 410 und dem ersten steuerbaren Schaltelement 440 die Schalteinheit T1, T2 angeordnet, die aus einem zweiten und dritten steuerbaren Schaltelement bestehen können.In 4 is between the first energy storage 410 and the first controllable switching element 440 the switching unit T1, T2 arranged, which may consist of a second and third controllable switching element.

Die Schalteinheit T1, T2, die in 4 zwischen dem ersten Energiespeicher 410 und dem ersten steuerbaren Schaltelement 440 vorgesehen ist, kann beispielsweise zwei gegenseitig in Reihe geschaltete steuerbare Schaltelemente, insbesondere Halbleiterschalter und vorzugsweise Feldeffekt-Transistoren umfassen. Das Zuschalten bzw. Abschalten des ersten Energiespeichers 410 kann somit schnell und einfach durch das Schließen bzw. öffnen der Halbleiterschalter T1, T2 erfolgen.The switching unit T1, T2, the in 4 between the first energy store 410 and the first controllable switching element 440 is provided, for example, two mutually connected in series controllable switching elements, in particular semiconductor switches and preferably comprise field effect transistors. The connection or disconnection of the first energy storage 410 can thus be done quickly and easily by closing or opening the semiconductor switches T1, T2.

Eine gegenseitige Serienschaltung der Halbleiterschalter bezeichnet hier eine Anordnung, bei der die Durchlassrichtung der intrinsischen Dioden der beiden Halbleiterschalter einander entgegengesetzt sind, so dass bei geöffneten Schaltern T1, T2 kein Stromfluss von dem ersten Energiespeicher 410 in Richtung Generator 430 oder in die entgegengesetzte Richtung möglich ist.A mutual series connection of the semiconductor switches here designates an arrangement in which the forward direction of the intrinsic diodes of the both semiconductor switches are opposite to each other, so that when open switches T1, T2 no current flow from the first energy storage 410 in the direction of the generator 430 or in the opposite direction is possible.

Beispielsweise können das zweite und dritte steuerbare Schaltelement T1, T2 durch die oben beschriebene Steuereinrichtung gesteuert werden oder einfach direkt von dem Mikrokontroller 450, wie in 4 gezeigt. Ferner können natürlich auch zwei Mikrokontroller bereitgestellt werden, einer zum Steuern der Schalteinheit T1, T2 und einer zum Steuern des ersten steuerbaren Schaltelements 440.For example, the second and third controllable switching element T1, T2 can be controlled by the control device described above or simply directly from the microcontroller 450 , as in 4 shown. Furthermore, of course, two microcontroller can be provided, one for controlling the switching unit T1, T2 and one for controlling the first controllable switching element 440 ,

4 zeigt darüber hinaus eine Ladeschaltung 455 zum steuerbaren Zuführen eines Stromes zum ersten Energiespeicher 410. Die Ladeschaltung 455 ist beispielsweise ein Abwärtswandler bzw. Tiefsetzsteller, wobei der Betrag der Ausgangsspannung der Ladeschaltung 455, d. h. der Spannung UE1 zum Aufladen des ersten Energiespeichers 410, kleiner ist als der Betrag der Eingangsspannung, d. h. der Spannung UG, die durch den Generator 430 bereitgestellt wird. Dadurch kann der erste Energiespeicher 410 auf eine konstante Spannung UE1 aufgeladen werden, die unterhalb des Ladungshubs UG des Generators 430 liegt. 4 also shows a charging circuit 455 for controllably supplying a current to the first energy store 410 , The charging circuit 455 is, for example, a buck converter, the magnitude of the output voltage of the charging circuit 455 , ie the voltage UE1 for charging the first energy store 410 , less than the amount of input voltage, ie the voltage UG, by the generator 430 provided. This allows the first energy storage 410 be charged to a constant voltage UE1, which is below the charge stroke UG of the generator 430 lies.

Die Ladeschaltung ist in 4 zwischen dem erstem Energiespeicher 410 und Generator 430 angeordnet zum Aufladen des ersten Energiespeichers 410 durch den Generator 430 abhängig von der Spannung des ersten Energiespeichers 410.The charging circuit is in 4 between the first energy storage 410 and generator 430 arranged to charge the first energy storage 410 through the generator 430 depending on the voltage of the first energy store 410 ,

Die Ladeschaltung 455 im Beispiel der 4 wird derart gesteuert, dass der erste Energiespeicher 410 auf eine definierte Spannung UE1 unterhalb der gemittelten Bordnetzspannung oder Generatorspannung gehalten und nachgeführt wird. So kann die Spannung UE1 auf einer Spannung von beispielweise 0,5 V unter der vom Generator vorgegeben Bordnetzspannung gehalten werden. Ist die Generatorspannung z. B. UG = 14,3 V und kann der Generator dem Lasttransienten einer dynamischen Impulslast nicht folgen, d. h. Spannungsspitzen im 100 ms-Bereich nicht ausregeln, so wird die Last über das erste steuerbare Schaltelement 440 von dem ersten Energiespeicher 410 übernommen und bei 13,8 V gestützt, so dass beispielsweise ein Flackern oder eine Unterversorgung im zweiten Bereich vermieden wird. Die Spannung fällt dann nicht auf die Spannung des zweiten Energiespeichers (z. B. UE2 = 12 V) oder noch tiefer ab, sondern wird durch den ersten Energiespeicher gestützt, wie unten mit Bezug auf 6 gezeigt. Größere, wiederkehrende oder einzelne Spannungseinbrüche durch geschaltete Impulslasten können somit im Bordnetz vermieden werden.The charging circuit 455 in the example of 4 is controlled such that the first energy storage 410 is maintained and tracked to a defined voltage UE1 below the average vehicle electrical system voltage or generator voltage. Thus, the voltage UE1 can be maintained at a voltage of, for example, 0.5 V below the generator voltage specified by the generator. If the generator voltage z. B. UG = 14.3 V and the generator can not follow the load transient of a dynamic pulse load, ie not correct voltage peaks in the 100 ms range, the load on the first controllable switching element 440 from the first energy store 410 taken over and supported at 13.8 V, so that, for example, a flicker or a shortage in the second area is avoided. The voltage then does not drop to the voltage of the second energy store (eg UE2 = 12 V) or even lower, but is supported by the first energy store, as described below with reference to FIG 6 shown. Larger, recurrent or individual voltage dips due to switched pulse loads can thus be avoided in the electrical system.

Somit ist die Ladeschaltung 455 im Betrieb des Fahrzeugs bevorzugt derart ausgebildet ist, dass der erste Energiespeicher auf eine Spannung aufgeladen wird, die gleich oder größer als die Spannung des zweiten Energiespeichers und kleiner als die Spannung des Generators sein kann.Thus, the charging circuit 455 during operation of the vehicle is preferably designed such that the first energy storage is charged to a voltage which may be equal to or greater than the voltage of the second energy storage and smaller than the voltage of the generator.

4 zeigt ferner einen zweiten Energiespeicher 490, bei dem es sich vorzugsweise um eine Fahrzeugbatterie, insbesondere um eine Starterbatterie handelt, die eine Spannung von beispielsweise 12 V bereitstellt. 4 further shows a second energy store 490 , which is preferably a vehicle battery, in particular a starter battery, which provides a voltage of 12 V, for example.

Der zweiten Energiespeicher 490 stellt Verbrauchern elektrische Energie bereit und ist derart angeordnet ist, dass das erste steuerbare Schaltelement 440 zwischen einerseits dem ersten Energiespeicher 410 und anderseits dem Generator 430 und dem zweiten Energiespeicher 490 angeordnet ist.The second energy storage 490 provides consumers with electrical energy and is arranged such that the first controllable switching element 440 between on the one hand the first energy storage 410 and on the other hand, the generator 430 and the second energy storage 490 is arranged.

Da das erste steuerbare Schaltelement 440 derart ausgebildet sein kann, dass der zweite Energiespeicher bei einem Kaltstart elektrische Energie für den Starter bereitstellen kann (siehe oben zweiter Schaltzustand des Schaltelements), kann der zweiten Energiespeicher 490 als Starterbatterie bei einem Kaltstart des Motors dienen und ansonsten zur kontinuierlichen Unterstützung der Verbraucher im Bordnetz verwendet werden.Because the first controllable switching element 440 may be formed such that the second energy storage can provide electrical energy for the starter at a cold start (see above second switching state of the switching element), the second energy storage 490 serve as a starter battery in a cold start of the engine and are otherwise used for continuous support of consumers in the electrical system.

Im Folgenden wird näher auf die Steuerung der drei steuerbaren Schaltelemente 440, T1 und T2 eingegangen, wobei Spannungsbezeichnungen und Spannungsbeziehungen verwendet werden, die im Einzelnen in den 5 und 6 erklärt sind.The following details the control of the three controllable switching elements 440 , T1 and T2, using voltage designations and voltage relationships, which are described in detail in FIGS 5 and 6 are explained.

Die Schalteinheit mit den steuerbaren Schaltelementen T1 und T2 ist derart steuerbar, dass die Schalteinheit im Betrieb oder bei einem Warmstart des Fahrzeuges einen Stromfluss von dem ersten Energiespeicher 410 in Richtung zu dem ersten steuerbaren Schaltelement ermöglicht, und dass die Schalteinheit bei einem Kaltstart des Fahrzeuges einen Stromfluss von dem ersten Energiespeicher zu dem Starter trennt.The switching unit with the controllable switching elements T1 and T2 is controllable such that the switching unit during operation or during a warm start of the vehicle, a flow of current from the first energy storage 410 allows in the direction of the first controllable switching element, and that the switching unit in a cold start of the vehicle separates a flow of current from the first energy storage to the starter.

Beim Aufladen des ersten Energiespeichers 410 über die Ladeschaltung 455 sind die steuerbaren Schaltelemente so geschaltet, dass der Leistungs-MOSFET 440 geöffnet ist und die Leistungs-MOSFETs T1, T2 geöffnet oder geschlossen sind und ein Stromfluss über die Ladeschaltung 455 erfolgt.When charging the first energy storage 410 over the charging circuit 455 the controllable switching elements are switched so that the power MOSFET 440 is open and the power MOSFETs T1, T2 are open or closed and a current flow through the charging circuit 455 he follows.

Beispielsweise ist der Doppelschicht-Kondensator 410 vom Spannungshub des Generators 430 auf Spannungen größer als 14 V entkoppelt und wird von der Ladeschaltung 455 auf eine konstante Spannung UE1 geladen, die gleich oder bevorzugt größer ist als die Spannung der zweiten Energiequelle 490, beispielsweise auf eine Spannung von 12,5 V.For example, the double-layer capacitor 410 from the voltage swing of the generator 430 decoupled to voltages greater than 14 V and is supplied by the charging circuit 455 is charged to a constant voltage UE1 which is equal to or preferably greater than the voltage of the second power source 490 , for example to a voltage of 12.5 V.

Im Betrieb des Fahrzeuges ist das steuerbare Schaltelement 440 für UG < UE1 in Durchlassrichtung geschaltet, d. h. der Leistungs-MOSFET 440 ist geöffnet (Diodenfunktion) und die Leistungs-MOSFETs T1, T2 sind geschlossen (Stromfluss in beide Richtungen). Somit wird das Bordnetz, z. B. die Verbraucher inklusive ESP, zusätzlich aus dem Doppelschicht-Kondensator 410 gestützt. Für UG > UE1 ist das steuerbare Schaltelement 440 in Sperrrichtung geschaltet. During operation of the vehicle is the controllable switching element 440 for UG <UE1 switched in the forward direction, ie the power MOSFET 440 is open (diode function) and the power MOSFETs T1, T2 are closed (current flow in both directions). Thus, the electrical system, z. As the consumer including ESP, in addition from the double-layer capacitor 410 supported. For UG> UE1 is the controllable switching element 440 switched in the reverse direction.

Die obige Vorrichtung führt zu einer Verbesserung bezüglich der Lebensdauer des Doppelschicht-Kondensator in Bezug auf die Zellenspannung (z. B. nur 2 V pro SuperCap-Zelle) und die Beaufschlagung mit Ripple, da keine Ausgleichströme zwischen dem Doppelschicht-Kondensator 410 und der Starterbatterie 490 fließen, wenn sich die Spannung am Doppelschicht-Kondensator UE1 von der Spannung an dem zweiten Energiespeicher UE2 unterscheidet.The above device leads to an improvement in the lifetime of the double-layer capacitor with respect to the cell voltage (eg, only 2 V per SuperCap cell) and the application of ripple, since there are no equalization currents between the double-layer capacitor 410 and the starter battery 490 flow when the voltage across the double-layer capacitor UE1 differs from the voltage at the second energy storage UE2.

Die Steuerung der Energieversorgung des Starters erfolgt in der Vorrichtung 400 der 4 derart, dass ein Kaltstart des Fahrzeugs aus dem zweiten Energiespeicher bzw. der Starterbatterie 490 erfolgt, wobei der Leistungs-MOSFET 440 geschlossen ist und die Leistungs-MOSFETs T1, T2 geöffnet sind.The control of the power supply of the starter takes place in the device 400 of the 4 such that a cold start of the vehicle from the second energy storage or the starter battery 490 takes place, the power MOSFET 440 is closed and the power MOSFETs T1, T2 are open.

Die Steuerung der Energieversorgung des Starters in der Vorrichtung 400 der 4 erfolgt für einen Warmstart im Start-Stopp-Zyklus aus dem ersten Energiespeicher bzw. SuperCap 410, da dieser während der Fahrt, d. h. bei laufendem Generator, über die Ladeschaltung 455 aufgeladen werden kann.The control of the power supply of the starter in the device 400 of the 4 takes place for a warm start in the start-stop cycle from the first energy storage or SuperCap 410 , as this while driving, ie with the generator running, on the charging circuit 455 can be charged.

Für den Warmstart sind die Leistungs-MOSFETs T1, T2 geschlossen und der Leistungs-MOSFET 440 ist geöffnet, d. h. in die Diodenfunktion geschalten. In diesem Steuermodus der Vorrichtung 400 wird ein möglicher Ausgleichstrom von dem zweiten Energiespeicher 490 in Richtung des SuperCaps 410 im Moment des Warmstarts durch die Diodenfunktion unterbunden und die Verbraucher auf der Generatorseite, d. h. im zweiten Bereich, werden nicht durch den im Starter benötigten Startstrom beeinflusst. Die Bordnetzspannung bleibt dann stabilisiert auf der Spannung UE2 und der Warmstart erfolgt aus dem SuperCap. Deshalb kann aus dem SuperCap gestartet werden, so dass der Start bei Start-Stopp-Zyklus vom Bordnetz rückwirkungsfrei entkoppelt ist, und der zweite Energiespeicher 490 vom Start-Stopp-Zyklus des Starters entlastet ist.For the warm start, the power MOSFETs T1, T2 are closed and the power MOSFET 440 is open, ie switched to the diode function. In this control mode of the device 400 becomes a possible compensation current from the second energy store 490 in the direction of the SuperCaps 410 at the moment of the warm start by the diode function prevented and the consumers on the generator side, ie in the second area, are not affected by the starting current required in the starter. The vehicle electrical system voltage then remains stabilized at the voltage UE2 and the warm start takes place from the SuperCap. Therefore, it is possible to start from the SuperCap so that the start at start-stop cycle is decoupled from the electrical system without feedback, and the second energy storage 490 is relieved of the start-stop cycle of the starter.

Zum Steuern der Versorgung des Bordnetzes und der Versorgung von hochdynamischen Impulslasten, z. B. durch die elektrisch unterstützte Lenkung (EPS) oder -Bremse, kann die Versorgung des Bordnetzes und der Impulslast zusätzlich aus dem ersten Energiespeicher bzw. SuperCap erfolgen, wenn die Generatorspannung UG unter die Spannung des ersten Energiespeichers fällt, und das erste steuerbare Schaltelement 440 kann in den Modus ID geschalten werden. Kann der Generator den Transienten einer hochdynamischen Last IL nicht nachregeln, so fällt die Spannung wie in 6 gezeigt nicht auf die Spannung des zweiten Energiespeichers 490, sondern wird durch den ersten Energiespeicher 410 gestützt, wenn UE1 > UE2 eingestellt ist.For controlling the supply of the electrical system and the supply of highly dynamic impulse loads, z. B. by the electrically assisted steering (EPS) or -Bremse, the supply of the electrical system and the pulse load can also be done from the first energy storage or SuperCap when the generator voltage UG falls below the voltage of the first energy storage, and the first controllable switching element 440 can be switched to the mode ID. If the generator can not readjust the transients of a highly dynamic load IL, the voltage drops as in 6 not shown on the voltage of the second energy storage 490 but is replaced by the first energy store 410 supported when UE1> UE2 is set.

Ein Stromfluss aus dem ersten Energiespeicher zum Stützen des Bordnetzes kann daher für Spannungseinbrüche erfolgen, und der erste Energiespeicher ist von die Lebensdauer verkürzenden Spannungs-Rippeln entlastet. Des Weiteren lässt sich eine Glättung des Bordnetzes und auch die Belastung des ersten Energiespeichers durch eine Ladeschwelle variable einstellen. Der Unterschied zwischen gemittelter Bordnetzspannung und Spannung am ersten Energiespeicher lässt sich über einen Mikrokontroller auch variabel einstellen, so dass sich eine maximale Glättung unter Berücksichtung der Ripple-Beaufschlagung des ersten Energiespeichers einstellen lässt.A current flow from the first energy storage for supporting the vehicle electrical system can therefore be made for voltage drops, and the first energy storage is relieved of the life shortening voltage ripple. Furthermore, a smoothing of the electrical system and also the load of the first energy storage can be set variable by a charging threshold. The difference between average on-board voltage and voltage at the first energy store can also be adjusted variably via a microcontroller, so that a maximum smoothing can be set in consideration of the ripple-loading of the first energy store.

Zum besseren Verständnis der Spannungsverteilung, und insbesondere wo die Spannungen abfallen, werden im Folgenden 5 und 6 erklärt, so dass auch die durch die Vorrichtung erzielten vorteilhaften Wirkungen leicht verstanden werden können.To better understand the voltage distribution, and in particular where the voltages drop, are below 5 and 6 explained, so that the advantageous effects achieved by the device can be easily understood.

5 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeuges. Die Vorrichtung umfasst einen ersten Energiespeicher 510, einen Starter 520, einen Generator 530, ein steuerbares Schaltelement 540, eine Steuereinrichtung 550 zum Steuern des steuerbaren Schaltelements 540, eine Ladeschaltung 555, Verbraucher 580, einen Impulslastverbraucher 585, einen zweiten Energiespeicher 590 und eine Schalteinheit S2. Die einzelnen Elemente entsprechen im Wesentlichen den zuvor beschriebenen Elementen und eine genaue Beschreibung wird daher weggelassen. 5 schematically shows a device for controlling a power supply of a vehicle electrical system of a vehicle. The device comprises a first energy store 510 , a starter 520 , a generator 530 , a controllable switching element 540 , a control device 550 for controlling the controllable switching element 540 , a charging circuit 555 , Consumer 580 , a pulse load consumer 585 , a second energy storage 590 and a switching unit S2. The individual elements essentially correspond to the elements described above, and a detailed description is therefore omitted.

Die an dem ersten Energiespeicher 510 abfallende Spannung UE1 und die an dem Generator abfallende Spannung UG bestimmen den Schaltzustand, der von der Steuereinrichtung 550 ausgegeben wird. Der zweite Energiespeicher 590 stellt eine Spannung UE2 bereit, beispielsweise für den Starter 520 beim Kaltstart des Fahrzeuges. Somit können in der Vorrichtung der 5 der erste Energiespeicher 510, der zweite Energiespeicher 590 und der Generator 530 eine Energie für die Verbraucher 580 und die Impulslastverbraucher 585 bereitstellen, über die somit im Bordnetz an einem Verbraucher eine daraus resultierende Bordnetzspannung UBN abfallen kann.The at the first energy storage 510 decreasing voltage UE1 and the voltage dropping across the generator UG determine the switching state, the of the control device 550 is issued. The second energy storage 590 provides a voltage UE2, for example for the starter 520 when cold starting the vehicle. Thus, in the device of 5 the first energy store 510 , the second energy storage 590 and the generator 530 an energy for consumers 580 and the impulse load consumers 585 provide over the thus in the electrical system at a consumer a resulting vehicle electrical system voltage UBN can drop.

Die Generatorspannung UG bestimmt typischerweise die Bordnetzspannung UBN. Die Ladeschaltung 555 in 5 kann so eingerichtet werden, dass die Spannung am ersten Energiespeicher UE1 um eine konstante Spannungsdifferenz unterhalb der Generatorspannung liegt. Die Generatorspannung UG und die Spannung am ersten Energiespeicher UE1 können so eingerichtet werden, dass sie größer als die Spannung des zweiten Energiespeichers UE2 sind.The generator voltage UG typically determines the vehicle electrical system voltage UBN. The charging circuit 555 in 5 can be set up so that the voltage at the first energy storage UE1 is a constant voltage difference below the generator voltage. The generator voltage UG and the voltage at the first energy store UE1 can be set up so that they are greater than the voltage of the second energy store UE2.

Der zweite Energiespeicher und der Generator können auch z. B. mehrere Hochstromverbraucher gleichzeitig oder nacheinander mit Energie versorgen, so dass deren Funktionalität auch bei einem Starten des Starters gesichert ist, wobei Spannungseinbrüche im Bordnetz durch die Vorrichtung vermieden werden.The second energy storage and the generator can also z. B. supply several high-current consumers simultaneously or sequentially with energy, so that their functionality is also secured at a start of the starter, voltage dips in the electrical system can be avoided by the device.

6 zeigt einen zeitlichen Verlauf der Bordnetzspannung eines Fahrzeuges. Die Bordnetzspannung UBN unterliegt Spannungsfluktuationen auf Grund der Verbraucher des Bordnetzes. Insbesondere können ohne Unterstützung durch den ersten Energiespeicher starke Fluktuationen auftreten, die beispielsweise zu einer Bordnetzspannung UBN unterhalb der der Spannung des zweiten Energiespeichers UE2 führt. Durch die oben beschriebene Vorrichtung wird jedoch bei Unterschreitung einer bestimmten Spannung im Bordnetz, d. h. bei einer bestimmten Größe der Spannungsfluktuation, das steuerbare Schaltelement derart geschalten, dass ein Strom von dem ersten Energiespeicher in das Bordnetz fließt und somit das Bordnetz unterstützt wird. Dies ist durch „D1 leitend”, d. h. Schaltelement weist Diodenfunktion auf in Richtung des zweiten Bereichs, in 6 dargestellt. Durch das Aufladen des ersten Energiespeichers auf eine Spannung UE1, die größer ist als die Spannung UE2 des zweiten Energiespeichers, ergibt sich der Vorteil, dass das Bordnetz stabilisiert wird und die Fluktuationen in ihrer Stärke begrenzt werden. Durch das Aufladen des ersten Energiespeichers auf eine Spannung UE1, die unterhalb des Generatorhubs liegt, wird darüber hinaus die Lebensdauer des Energiespeichers erhöht. 6 shows a time course of the vehicle electrical system voltage of a vehicle. The vehicle electrical system voltage UBN is subject to voltage fluctuations due to the consumers of the vehicle electrical system. In particular, strong fluctuations may occur without support by the first energy store, which leads, for example, to a vehicle electrical system voltage UBN below that of the voltage of the second energy store UE2. By the device described above, however, falls below a certain voltage in the electrical system, ie at a certain size of the voltage fluctuation, the controllable switching element switched such that a current flows from the first energy storage in the electrical system and thus the electrical system is supported. This is indicated by "D1 conducting", ie switching element has diode function in the direction of the second region, in 6 shown. By charging the first energy storage to a voltage UE1, which is greater than the voltage UE2 of the second energy storage, there is the advantage that the electrical system is stabilized and the fluctuations are limited in their strength. By charging the first energy storage to a voltage UE1, which is below the generator hub, moreover, the life of the energy storage is increased.

Bevorzugt kann die Vorrichtung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Automobil, zur Spannungsstabilisierung des Bordnetzes verwendet werden.Preferably, the device can be used in a vehicle, in particular an automobile, for voltage stabilization of the electrical system.

Claims (14)

Vorrichtung zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeug, an das Verbraucher anschließbar sind, umfassend: einen ersten Energiespeicher (110; 410; 510) zum Bereitstellen von elektrischer Energie an einen Starter; einen Generator (130; 430; 530) zum Erzeugen einer Generatorspannung (UG); ein erstes steuerbares Schaltelement (140; 340; 440; 540), das zwischen dem ersten Energiespeicher eines ersten Bereichs und dem Generator eines zweiten Bereichs vorgesehen ist, und das mehrere Schaltzustände besitzt; und eine Steuereinrichtung (300; 450, 460; 550) zum derartigen Steuern des ersten steuerbaren Schaltelements in Abhängigkeit von einem Spannungsabfall über dem ersten steuerbaren Schaltelement, dass das erste steuerbare Schaltelement im Betrieb des Fahrzeuges, wenn der Generator läuft, einen Stromfluss nur in eine Richtung von dem ersten Energiespeicher zu dem Generator zur Energieversorgung mindestens eines Verbrauchers des Bordnetzes in dem zweiten Bereich zulässt.Device for controlling a power supply of a vehicle electrical system of a vehicle to which consumers can be connected, comprising: a first energy store ( 110 ; 410 ; 510 ) for providing electrical energy to a starter; a generator ( 130 ; 430 ; 530 ) for generating a generator voltage (UG); a first controllable switching element ( 140 ; 340 ; 440 ; 540 ) provided between the first energy storage of a first area and the generator of a second area and having a plurality of switching states; and a control device ( 300 ; 450 . 460 ; 550 ) for controlling the first controllable switching element in response to a voltage drop across the first controllable switching element, the first controllable switching element during operation of the vehicle when the generator is running, a current flow in only one direction from the first energy storage to the power supply generator at least allows a consumer of the electrical system in the second area. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Schalteinheit (T1, T2), die zwischen dem ersten Energiespeicher und dem ersten steuerbaren Schaltelement vorgesehen ist.Apparatus according to claim 1, further comprising a switching unit (T1, T2), which is provided between the first energy storage and the first controllable switching element. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Schalteinheit ein zweites und ein drittes steuerbares Schaltelement (T1, T2) umfasst, die in Reihe geschaltet sind, und die Steuereinrichtung ferner ausgebildet ist, das zweite und dritte steuerbare Schaltelement zu steuern.The device of claim 2, wherein the switching unit comprises second and third controllable switching elements (T1, T2) connected in series, and the control device is further configured to control the second and third controllable switching elements. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Schalteinheit derart steuerbar ist, dass die Schalteinheit (T1, T2) im Betrieb oder bei einem Warmstart des Fahrzeuges einen Stromfluss von dem ersten Energiespeicher in Richtung zu dem ersten steuerbaren Schaltelement ermöglicht, und dass die Schalteinheit bei einem Kaltstart des Fahrzeuges einen Stromfluss von dem ersten Energiespeicher zu dem Starter trennt.Apparatus according to claim 2 or 3, wherein the switching unit is controllable such that the switching unit (T1, T2) during operation or at a warm start of the vehicle allows a current flow from the first energy storage towards the first controllable switching element, and that the switching unit at a cold start of the vehicle separates a flow of current from the first energy storage to the starter. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend eine Ladeschaltung (455; 555), angeordnet zwischen dem ersten Energiespeicher und dem Generator zum Aufladen des ersten Energiespeichers durch den Generator abhängig von der Spannung des ersten Energiespeichers.Device according to at least one of claims 1 to 4, further comprising a charging circuit ( 455 ; 555 ), disposed between the first energy storage and the generator for charging the first energy storage by the generator depending on the voltage of the first energy storage. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend einen zweiten Energiespeicher (490; 590) zum Bereitstellen von elektrischer Energie an die Verbraucher, der derart angeordnet ist, dass das erste steuerbare Schaltelement zwischen einerseits dem ersten Energiespeicher und anderseits dem Generator und dem zweiten Energiespeicher angeordnet ist.Device according to at least one of claims 1 to 5, further comprising a second energy store ( 490 ; 590 ) for providing electrical energy to the consumer, which is arranged such that the first controllable switching element between the one hand, the first energy storage and on the other hand, the generator and the second energy storage is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Ansprüchen 5 und 6, wobei die Ladeschaltung im Betrieb des Fahrzeugs derart ausgebildet ist, dass der erste Energiespeicher auf eine Spannung (UE1) aufgeladen wird, die gleich oder größer als die Spannung des zweiten Energiespeichers (UE2) ist und kleiner ist als die Spannung des Generators.Apparatus according to claim 5 or claims 5 and 6, wherein the charging circuit is formed in the operation of the vehicle such that the first Energy storage is charged to a voltage (UE1) which is equal to or greater than the voltage of the second energy storage device (UE2) and is less than the voltage of the generator. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Energiespeicher ausgebildet ist elektrische Energie an den Starter für einen Warmstart zu liefern und/oder zum Dämpfen von Spannungsfluktuationen durch die Verbraucher.Device according to at least one of claims 1 to 7, wherein the first energy storage is adapted to supply electrical energy to the starter for a warm start and / or for damping of voltage fluctuations by the consumer. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei das erste steuerbare Schaltelement derart ausgebildet ist, dass der zweite Energiespeicher bei einem Kaltstart elektrische Energie für den Starter bereitstellt.Device according to at least one of claims 6 to 7, wherein the first controllable switching element is designed such that the second energy storage provides electrical energy for the starter at a cold start. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der erste Energiespeicher ein Doppelschicht-Kondensator ist.Device according to at least one of claims 1 to 9, wherein the first energy store is a double-layer capacitor. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 7 oder 9, wobei der zweite Energiespeicher eine Batterie ist.Device according to at least one of claims 6 to 7 or 9, wherein the second energy store is a battery. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das erste steuerbare Schaltelement einen Halbleiterschalter, vorzugsweise Leistungshalbleiter, umfasst.Device according to at least one of claims 1 to 11, wherein the first controllable switching element comprises a semiconductor switch, preferably power semiconductors. Fahrzeug, insbesondere Automobil, das eine Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.Vehicle, in particular automobile, having a device according to at least one of the preceding claims. Verfahren zum Steuern einer Energieversorgung eines Fahrzeugbordnetzes, an das Verbraucher anschließbar sind, und das zwischen einem ersten Bereich mit einem ersten Energiespeicher und einem zweiten Bereich mit einem Generator ein erstes steuerbares Schaltelement mit mehreren Schaltzuständen aufweist, umfassend die Schritte Steuern des ersten steuerbaren Schaltelements in Abhängigkeit von einem Spannungsabfall über dem ersten steuerbaren Schaltelement, so dass im Betrieb des Fahrzeuges, wenn der Generator läuft, ein Stromfluss über das erste steuerbare Schaltelement auf eine Richtung von dem ersten Energiespeicher zu dem zweiten Bereich begrenzt wird; Bereitstellen von elektrischer Energie von dem ersten Energiespeicher an Verbraucher in dem zweiten Bereich im Betrieb des Fahrzeuges; und Bereitstellen von elektrischer Energie von dem ersten Energiespeicher an einen Starter in dem ersten Bereich bei einem Warmstart des Fahrzeuges.A method for controlling a power supply of a vehicle electrical system, are connectable to the consumer, and having between a first region with a first energy storage and a second region with a generator, a first controllable switching element having a plurality of switching states, comprising the steps Controlling the first controllable switching element in response to a voltage drop across the first controllable switching element such that during operation of the vehicle when the generator is running, a current flow across the first controllable switching element is limited to a direction from the first energy store to the second area; Providing electrical energy from the first energy store to consumers in the second area during operation of the vehicle; and Providing electrical energy from the first energy storage to a starter in the first region upon a warm start of the vehicle.
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