DE102008062203A1

DE102008062203A1 - Elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb des elektrischen Bordnetzes

Info

Publication number: DE102008062203A1
Application number: DE102008062203A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. Grohmann; Markus Klaus Dipl.-Ing. Hopf
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-12-13
Filing date: 2008-12-13
Publication date: 2010-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz (1) für ein Fahrzeug, umfassend einen ersten Bordnetzabschnitt (1.1) mit einer elektrischen Maschine (2) zum Starten eines Verbrennungsmotors, einem Energiespeicher (4) zur Versorgung der elektrischen Maschine (2), einem elektrischen Generator (3), mit dem zumindest der Energiespeicher (4) aufladbar ist und umfassend einen zweiten Bordnetzabschnitt (1.2) mit wenigstens einem elektrischen Verbraucher (6, 7) und einem Hilfsenergiespeicher (10) zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers (6, 7). Dabei ist eine zwischen dem ersten Bordnetzabschnitt (1.1) und dem zweiten Bordnetzabschnitt (1.2) angeordnete elektronische Relaiseinheit (9) derart steuerbar, dass ein von dem Hilfsenergiespeicher (10) zu dem Energiespeicher (4) gerichteter Energiefluss zumindest beim Starten des Verbrennungsmotors unterbrechbar ist oder während des Betriebes des Verbrennungsmotors der Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von einem ermittelten transienten Gesamtwiderstand des Hilfsenergiespeichers (10), dessen elektrischer Anschlussleitungen und Kontakten automatisch stoppbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes (1) für ein Fahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb des elektrischen Bordnetzes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Bei modernen Fahrzeugen kann es beim Starten eines Verbrennungsmotors aufgrund einer hohen elektrischen Leistung eines Starters zu einem Einbruch der elektrischen Spannung eines Bordnetzes des Fahrzeuges kommen, was zu Beeinträchtigungen des Betriebes verschiedener in dem Bordnetz angeordneter elektrischer Verbraucher führt. Insbesondere bei einem Fahrzeug mit einer Start-Stopp-Automatik, welche beispielsweise ein automatisches Abschalten des Verbrennungsmotors bei Stillstandsphasen des Fahrzeuges, wie z. B. beim Halten an einer Ampel, kann der Spannungseinbruch zu merklichen Komforteinbußen, beispielsweise durch ein Ausschalten eines Autoradios, führen. Zur Lösung dieses Problems sind aus dem Stand der Technik verschiedene Ansätze bekannt.
Die DE 10200702947.6 offenbart ein elektrisches Bordnetz eines Kraftfahrzeuges sowie ein Verfahren zum Betreib des elektrischen Bordnetzes. Das elektrische Bordnetz umfasst eine elektrische Maschine zum Starten eines Verbrennungsmotors, einen ersten Akkumulator, aus dem zumindest der elektrischen Maschine elektrische Energie zuführbar ist, einen zumindest vom Verbrennungsmotor antreibbaren Generator, mit dem zumindest der erste Akkumulator aufladbar ist, und mindestens einen elektrischen Verbraucher. Ein die elektrische Maschine und den ersten Akkumulator umfassender erster Teil des Bordnetzes ist zumindest einpolig von dem den oder die elektrischen Verbraucher umfassenden zweiten Teil des Bordnetzes trennbar, wobei im zweiten Teil eine Hilfsspannungsquelle vorgesehen ist, die zumindest durch den Generator aufladbar und aus der der elektrische Verbraucher versorgbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes elektrisches Bordnetz und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb dieses elektrischen Bordnetzes anzugeben.
Hinsichtlich des elektrischen Bordnetzes wird die Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 11 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegendstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße elektrische Bordnetz für ein Fahrzeug umfasst einen ersten Bordnetzabschnitt mit einer elektrischen Maschine zum Starten eines Verbrennungsmotors, einem Energiespeicher zur Versorgung der elektrischen Maschine, einem elektrischen Generator, mit dem zumindest der Energiespeicher aufladbar ist und einen zweiten Bordnetzabschnitt mit wenigstens einem elektrischen Verbraucher und einem Hilfsenergiespeicher zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers. Erfindungsgemäß ist zwischen dem ersten Bordnetzabschnitt und dem zweiten Bordnetzabschnitt eine elektronische Relaiseinheit angeordnet ist, welche zumindest eine aus wenigstens einem Halbleiterelement gebildete aktivierbare elektronische Diode, eine Überwachungseinheit zur Überwachung des Hilfsenergiespeichers und eine Steuer- und Überwachungseinheit zur Steuerung und Überwachung der Relaiseinheit umfasst, wobei die elektronische Diode derart mittels der Steuer- und Überwachungseinheit ansteuerbar ist, dass ein von dem Hilfsenergiespeicher zu dem Energiespeicher gerichteter Energiefluss zumindest beim Starten des Verbrennungsmotors unterbrechbar ist oder während des Betriebes des Verbrennungsmotors der Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von einem anhand der Überwachungseinheit ermittelten transienten Gesamtwiderstand des Hilfsenergiespeichers, dessen elektrischer Anschlussleitungen und Kontakten automatisch stoppbar ist.
Die einseitige Entkopplung in Form einer Diodenfunktionalität des zweiten Bordnetzabschnittes vom ersten Bordnetzabschnitt ermöglicht während des Startens des Verbrennungsmotors eine redundante Versorgung des elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie aus beiden Energiespeichern, wobei gleichzeitig ein Energiefluss vom zweiten Bordnetzabschnitt in den ersten Bordnetzabschnitt unterbrochen ist, so dass ein Spannungseinbruch im zweiten Bordnetzabschnitt und somit eine Beeinträchtigung des Betriebes des elektrischen Verbrauchers vermieden wird. Auch Ausgleichsströme zwischen dem Hilfsenergiespeicher und dem Energiespeicher werden somit vermieden, was zu einer erhöhten Lebensdauer des Hilfsenergiespeichers führt.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Schaltern und Relais weist die aus Halbleiterelementen, gebildete Diode vorzugsweise keinen Verschleiß auf, so dass ein Tausch nach einer bestimmten Anzahl von Schaltvorgängen nicht erforderlich ist. Gegenüber herkömmlichen Dioden weist die aus einem oder mehreren Halbleiterelementen, insbesondere Leistungshalbleitern mit einer hohen Stromtragfähigkeit, gebildete Diode weiterhin den Vorteil auf, dass keine Diodendurchlassspannung vorhanden ist und somit eine Verlustleistung der Diode minimal ist. Auch ist aufgrund der Verwendung von Halbleiterelementen gegenüber Relais ein verzögerungsfreier Start des Verbrennungsmotors möglich, was den Komfort weiter steigert.
Durch die Bestimmung des transienten Gesamtwiderstand, welcher sich aus der Summe der transienten Einzelwiderstände des Hilfsenergiespeichers, dessen elektrischer Anschlussleitungen und dessen elektrischer Kontakte ergibt, ist jederzeit eine genaue Vorhersage des Spannungseinbruches auf der Seite des zweiten Bordnetzabschnitts beim Starten des Verbrennungsmotors möglich, so dass der Verbrennungsmotor vorzugsweise nur dann gestoppt wird, wenn in dem Hilfsenergiespeicher ausreichend Energie zu Versorgung des elektrischen Verbrauchers während des Startens des Verbrennungsmotors gespeichert ist.
Weiterhin ist die Relaiseinheit vorzugsweise als ein Modul ausgebildet, so dass Signallaufzeiten minimiert und Fehler, welche beispielsweise durch lange oder defekte Übertragungsleitungen hervorgerufen werden, vermieden werden.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Relaiseinheit ein zwischen dem Hilfsenergiespeicher und dem elektrischen Verbraucher angeordnetes elektronisches Relais, welches derart mit der Steuer- und Überwachungseinheit gekoppelt ist, dass ein Energiefluss von dem Hilfsenergiespeicher zu dem elektrischen Verbraucher erzeugbar und steuerbar ist. Somit ist die Hilfsspannungsquelle je nach Bedarf, d. h. insbesondere beim Starten des Verbrennungsmotors, zuschaltbar, so dass der elektrische Verbraucher aus der Hilfsspannungsquelle speisbar ist.
Auch das elektronische Relais ist vorzugsweise aus einem oder mehreren Halbleiterelementen gebildet, woraus wiederum ein verlustarmes und schnelles, insbesondere verzögerungsfreies Zuschalten der Hilfsspannungsquelle resultiert.
Bei dem in dem ersten Bordnetzabschnitt angeordneten Energiespeicher handelt es sich bevorzugt um einen Akkumulator, wobei gemäß einer gewinnbringenden Ausgestaltung der Erfindung ein Batteriesensor zur Überwachung des Akkumulators vorgesehen ist, der eine Auswertesoftware umfasst.
Der Hilfsenergiespeicher ist insbesondere ein zweiter Akkumulator, welcher vorzugsweise eine geringere elektrische Kapazität als der Energiespeicher aufweist, da der Hilfsenergiespeicher den Verbraucher nur für kurze Zeit, d. h. während des Startens des Verbrennungsmotors mit Energie versorgen muss. Durch die kleinere Kapazität des Akkumulators weist dieser in vorteilhafter Weise eine geringe Baugröße und ein geringes Gewicht auf und es sind weiterhin Kosteneinsparungen erzielbar.
Die Steuer- und Überwachungseinheit umfasst zusätzlich Mittel zur Begrenzung eines Ladestromes des Hilfsenergiespeichers, insbesondere bei der Ausbildung als Akkumulator. Durch diese Begrenzung, welche beispielsweise anhand einer Puls-Weiten-Modulation oder eines zusätzlichen Wandlers erfolgt, kommt es zu einer geringeren Verlustwärme im Hilfsenergiespeicher, was dessen Lebensdauer verlängert. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, den Ladestrom derart zu steuern, dass dieser rampenartig ansteigt, so dass Spannungseinbrüche oder Bordnetzschwingungen vermeidbar sind.
Alternativ ist der Hilfsenergiespeicher ein Kondensator, insbesondere ein Doppelschichtkondensator. Derartige Doppelschichtkondensatoren sind auch als Superkondensatoren bekannt und zeichnen sich gegenüber herkömmlichen Kondensatoren durch eine sehr hohe Energiedichte aus. Weiterhin zeichnen sich Kondenstoren gegenüber Akkumulatoren durch eine höhere Lebensdauer und eine geringe Zeit zur Aufladung aus.
Alternativ ist der Hilfsenergiespeicher ein Schwungradspeicher. Schwungradspeichersysteme zeichnen sich durch eine unabhängige Spannung in Abhängigkeit vom Ladezustand, eine hohe Lebensdauer und eine sehr hohe Energiedichte aus. Weiterhin besitzen diese Speicher einen sehr geringen Innenwiderstand, wodurch die Spannung auch bei einer hohen Belastung weitgehend konstant bleibt.
Ferner ist der elektrische Generator mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt, so dass während des Betriebes des Verbrennungsmotors elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers und des Hilfsenergiespeichers sowie zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers erzeugbar ist.
Alternativ kann der Generator auch auf der Seite des zweiten Bordnetzabschnitts angeordnet sein. Hierbei muss während des Generatorbetriebs die elektronische Diode dauerhaft durchgesteuert werden, damit auch der erste Energiespeicher geladen werden kann. Vorteilhaft bei dieser Ausführung ist die Redundante Versorgung des elektrischen Verbrauchers, falls es zu einer Unterbrechung im elektronischen Diodenpfad kommen würde. Ebenfalls würde ein Defekt der elektronischen Diode erkannt werden, da kein Ladestrom in den ersten Energiespeicher mehr möglich ist. Der Ladestrom kann beispielsweise über den Batteriesensor überwacht werden.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist mittels des Generators elektrische Energie aus einem Bremsvorgang des Fahrzeuges erzeugbar und in das elektrische Bordnetz einspeisbar, d. h. eine so genannte Rekuperation erzeugbar, was zu einer zu einer Kraftstoffeinsparung führt. Die mittels des Generators erzeugte elektrische Energie ist wiederum dem Energiespeicher, dem Hilfsenergiespeicher und/oder dem elektrischen Verbraucher zuführbar.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes für ein Fahrzeug, das einen ersten Bordnetzabschnitt mit einer elektrischen Maschine zum Starten eines Verbrennungsmotors, einem Energiespeicher zur Versorgung der elektrischen Maschine, einem elektrischen Generator, mit dem zumindest der Energiespeicher aufgeladen wird und umfassend einen zweiten Bordnetzabschnitt mit wenigstens einem elektrischen Verbraucher und einem Hilfsenergiespeicher zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers wird erfindungsgemäß zumindest beim Starten des Verbrennungsmotors eine aus wenigstens einem Halbleiterelement gebildete elektronische Diode derart mittels einer Steuer- und Überwachungseinheit gesteuert, dass ein von dem Hilfsenergiespeicher zu dem Energiespeicher gerichteter Energiefluss unterbrochen oder während des Betriebes des Verbrennungsmotors der Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von einem anhand einer Überwachungseinheit ermittelten transienten Gesamtwiderstand des Hilfsenergiespeichers, dessen elektrischer Anschlussleitungen und Kontakten automatisch gestoppt wird. Alternativ kann der Generator auch auf der Seite des zweiten Bordnetzabschnitts angeordnet sein.
Weiterhin wird zumindest beim Starten des Verbrennungsmotors mittels der Steuer- und Überwachungseinheit ein elektronisches Relais derart angesteuert, dass ein zweiter Energiefluss von dem Hilfsenergiespeicher zu dem elektrischen Verbraucher erzeugt und gesteuert wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch ein elektrisches Bordnetz mit zwei Bordnetzabschnitten,
2 schematisch das elektrische Bordnetz gemäß 1 und einen Stromfluss während eines Betriebes eines Verbrennungsmotors, und
3 schematisch das elektrische Bordnetz gemäß 1 und einen Stromfluss während eines Startens des Verbrennungsmotors.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein elektrisches Bordnetz 1 eines Fahrzeuges, insbesondere eines Fahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor und einer so genannten Start-Stopp-Automatik, mit einem ersten Bordnetzabschnitt 1.1 und einem zweiten Bordnetzabschnitt 1.2 dargestellt.
Der erste Bordnetzabschnitt 1.1 umfasst eine elektrische Maschine 2 zum Starten des Verbrennungsmotors und einen elektrischen Generator 3, der Bewegungsenergie aus dem Verbrennungsmotor und/oder einem Bremsvorgang des Fahrzeuges in elektrische Energie umwandelt und in das Bordnetz 1 einspeist.
Weiterhin umfasst der erste Bordnetzabschnitt 1.1 einen als Akkumulator ausgeführten Energiespeicher 4, welcher mittels der elektrischen Energie des Generators 3 aufgeladen wird und zur Versorgung der elektrischen Maschine 2 beim Starten des Verbrennungsmotors vorgesehen ist und einen elektrischen Verbraucher 5, beispielsweise eine elektrische Lenkhilfe.
Zur Überwachung des als Akkumulator ausgebildeten Energiespeichers 4 ist ein Batteriesensor 4.1 vorgesehen, welche eine Auswertesoftware zur Auswertung der erfassten elektrischen Kennwerte, wie beispielsweise einer Batteriespannung oder ein Batteriestrom, und weiterer Kennwerte, beispielsweise einer Batterietemperatur, umfasst. Mittels der erfassten Kennwerte und deren Auswertung ist es insbesondere möglich, zu entscheiden, ob ein aktueller Zustand des Energiespeichers 4 ein Ausschalten des Verbrennungsmotors bei einem Stopp zulässt.
Der zweite Bordnetzabschnitt 1.2 umfasst zwei elektrische Verbraucher 6, 7, wobei der zweite elektrische Verbraucher 7 mittels eines Ruhestromschalters 8, insbesondere bei deaktivierter Zündung, vom zweiten Bordnetzabschnitt 1.2 elektrisch trennbar ist. Bei dem zweiten elektrischen Verbraucher 7 kann es sich beispielsweise um ein Autoradio handeln.
Da die elektrische Maschine 2 zum Starten des Verbrennungsmotors sowohl bei einem Kaltstart als auch bei einem Warmstart nach einem Stopp durch die Start-Stopp-Automatik eine große Energiemenge aus dem Energiespeicher 4 benötigt ist zwischen dem ersten Bordnetzabschnitt 1.1 und dem Bordnetzabschnitt 1.2 eine elektronische Relaiseinheit 9 angeordnet, anhand welcher ein Spannungseinbruch und somit eine Beeinträchtigung des Betriebes, insbesondere ein Ausschalten der elektrischen Verbraucher 6 und 7 im zweiten Bordnetzabschnitt 1.2 vermieden wird.
Dazu weist die elektronische Relaiseinheit 9 eine elektronische Diode 9.1 auf, welche aus einem oder mehreren Halbleiterelementen 9.11 gebildet ist. Weiterhin weist die elektronische Relaiseinheit 9 eine Überwachungseinheit 9.2 zur Überwachung einer in dem zweiten Bordnetzabschnitt 1.2 angeordneten als Akkumulator ausgebildeten Hilfsenergiequelle 10 und eine Steuer- und Überwachungseinheit 9.3 auf, welche alle Funktionen der elektronischen Relaiseinheit 9 steuert.
Um den Spannungseinbruch im zweiten Bordnetzabschnitt 1.2 beim Starten des Verbrennungsmotor zu vermeiden, steuert die Steuer- und Überwachungseinheit 9.3 die Diode 9.1, beispielsweise mittels einer so genannten Ladungspumpe, derart an, dass ein von dem Hilfsenergiespeicher 10 zu dem Energiespeicher 4 gerichteter Energiefluss unterbrochen wird, so dass sich der mittels der elektrischen Maschine 2 erzeugte Spannungseinbruch im ersten Bordnetzabschnitt 1.1 nicht auf den zweiten Bordnetzabschnitt 1.2 überträgt.
Gleichzeitig steuert die Steuer- und Überwachungseinheit 9.3 ein zwischen dem Hilfsenergiespeicher 10 und den elektrischen Verbrauchern 6 und 7 angeordnetes elektronisches Relais 9.4 an, welches ebenfalls Bestandteil der elektronischen Relaiseinheit 9 ist. Dabei wird das Relais 9.4 derart angesteuert, dass ein in 3 näher dargestellter Energiefluss E2 vom Hilfsenergiespeicher 10 zu den elektrischen Verbrauchern 6 und 7 erzeugt und wird, so dass die elektrischen Verbraucher 6 und 7 während des Startens des Verbrennungsmotors ohne Spannungseinbruch mit elektrischer Energie versorgt werden.
Auch das elektronische Relais ist aus einem oder mehreren Halbleiterelementen 9.41 und 9.42 gebildet, wobei es sich bei diesen im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung insbesondere um zwei gegensinnig in Reihe geschaltete Leistungshalbleiter handelt.
Die Steuer- und Überwachungseinheit 9.3 ist vorzugsweise weiterhin mit weiteren Steuereinheiten des Fahrzeuges, beispielsweise über eine LIN-Schnittstelle, verbunden, so dass die Steuerung der Relaiseinheit 9 zusätzlich in Abhängigkeit weiterer Größen, wie beispielsweise einer Temperatur des Verbrennungsmotors, steuerbar ist.
Ein von dem Energiespeicher 4 und/oder dem Generator 3 in den zweiten Bordnetzabschnitt 1.2 gerichteter Energiefluss E1, welcher in 2 näher dargestellt ist, ist sowohl während des Betriebes des Verbrennungsmotors wird mittels der Diode 9.1 sowohl während des Betriebes des Verbrennungsmotors als auch beim Starten des Verbrennungsmotors zugelassen.
Somit ist während des Startens eine redundante, in der 3 näher dargestellte Versorgung des zweiten Bordnetzabschnittes 1.2 möglich, da dieses immer von dem Speicher mit dem höheren elektrischen Potential versorgt wird. So ist auch bei einem leeren oder defekten Hilfsenergiespeicher 10 eine elektrische Versorgung der Verbraucher 6 und 7 möglich, wobei jedoch die Spannung im zweiten Bordnetzabschnitt 1.2 einbricht.
Um insbesondere einen Warmstart des Verbrennungsmotors nach einem automatischen Stopp bei leerem und/oder defektem Hilfsenergiespeicher 10 zu vermeiden, wird mittels der Überwachungseinheit 9.2 ein transienter Gesamtwiderstand des Hilfsenergiespeichers 10, dessen elektrischer Anschlussleitungen und Kontakte ermittelt, mittels welchem eine sehr genaue Vorhersage über einen möglichen Spannungseinbruch beim Starten des Verbrennungsmotors getroffen werden kann. Reicht die in dem Hilfsenergiespeicher 10 vorhandene Energie für eine sichere Versorgung der Verbraucher 6 und 7 nicht oder ist der Hilfsenergiespeicher 10 defekt, kann somit ein automatischer Stopp des Verbrennungsmotors verhindert werden. Der transiente Gesamtwiderstand ergibt sich dabei aus der Summe der transienten Einzelwiderstände des Hilfsenergiespeichers 10, dessen elektrischer Anschlussleitungen und dessen elektrischer Kontakte.
Gemäß 2 wird der Hilfsenergiespeicher 10 während des Betriebes des Betriebes des Verbrennungsmotors anhand des von dem Energiespeicher 4 und/oder dem Generator 3 in den zweiten Bordnetzabschnitt 1.2 gerichteten in Stromflusses bzw. Energieflusses E1 mittels des Energiespeichers 4 und/oder des Generators 3 geladen. Um das Laden des Hilfsenergiespeichers 10, steuert die Steuer- und Überwachungseinheit 9.3 das Relais 9.4, d. h. die diese bildenden Halbleiterelemente 9.41 und 9.42 derart an, dass ein Energiefluss von dem Energiespeicher 4 und/oder dem Generator 3 zu dem Hilfsenergiespeicher 10 möglich ist.
Um die Lebensdauer des Hilfsenergiespeichers 10 zu erhöhen, weist die Steuer- und Überwachungseinheit 9.3 Mittel auf, anhand derer ein Ladestrom begrenzbar und steuerbar ist. Die Begrenzung wird beispielsweise mittels einer Puls-Weiten-Modulation beziehungsweise eines Wandlers realisiert. Der Ladestrom wird dabei vorzugsweise derart gesteuert, dass dieser rampenartig ansteigt und somit ein Spannungseinbrüche und Bordnetzschwingungen vermieden werden.
In 3 ist das elektrische Bordnetz 1 und der Energiefluss E2 während des Startens des Verbrennungsmotors dargestellt.
Aufgrund der Durchlassrichtung der Diode 9.1, welche zum zweiten Bordnetzabschnitt 1.2 gerichtet ist, ist die bereits beschriebene redundante Versorgung des Hilfsenergiespeichers 10 während des Startens des Verbrennungsmotors aufgrund des Energieflusses E1 aus dem ersten Bordnetzabschnitt 1.1 möglich.

1: Bordnetz
1.1: Erster Bordnetzabschnitt
1.2: Zweiter Bordnetzabschnitt
2: Elektrische Maschine
3: Generator
4: Energiespeicher
4.1: Batteriesensor
5: Verbraucher
6: Verbraucher
7: Verbraucher
8: Ruhestromschalter
9: Relaiseinheit
9.1: Diode
9.11: Halbleiterelement
9.2: Überwachungseinheit
9.3: Steuer- und Überwachungseinheit
9.4: Relais
9.41: Halbleiterelement
9.42: Halbleiterelement
10: Hilfsenergiespeicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10200702947 [0003]

Claims

Elektrisches Bordnetz (1) für ein Fahrzeug, umfassend einen ersten Bordnetzabschnitt (1.1) mit einer elektrischen Maschine (2) zum Starten eines Verbrennungsmotors, einem Energiespeicher (4) zur Versorgung der elektrischen Maschine (2), einem elektrischen Generator (3), mit dem zumindest der Energiespeicher (4) aufladbar ist und umfassend einen zweiten Bordnetzabschnitt (1.2) mit wenigstens einem elektrischen Verbraucher (6, 7) und einem Hilfsenergiespeicher (10) zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers (6, 7), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Bordnetzabschnitt (1.1) und dem zweiten Bordnetzabschnitt (1.2) eine elektronische Relaiseinheit (9) angeordnet ist, welche zumindest eine aus wenigstens einem Halbleiterelement (9.11) gebildete elektronische Diode, eine Überwachungseinheit (9.2) zur Überwachung des Hilfsenergiespeichers (10) und eine Steuer- und Überwachungseinheit (9.3) zur Steuerung und Überwachung der Relaiseinheit (9) umfasst, wobei die elektronische Diode (9.1) derart mittels der Steuer- und Überwachungseinheit (9.3) ansteuerbar ist, dass ein von dem Hilfsenergiespeicher (10) zu dem Energiespeicher (4) gerichteter Energiefluss zumindest beim Starten des Verbrennungsmotors unterbrechbar ist oder während des Betriebes des Verbrennungsmotors der Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von einem anhand der Überwachungseinheit (9.2) ermittelten transienten Gesamtwiderstand des Hilfsenergiespeichers (10), dessen elektrischer Anschlussleitungen und Kontakten automatisch stoppbar ist.
Elektrisches Bordnetz (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relaiseinheit (9) ein zwischen dem Hilfsenergiespeicher (10) und dem elektrischen Verbraucher (6, 7) angeordnetes elektronisches Relais (9.4) umfasst, welches derart mit der Steuer- und Überwachungseinheit (9.3) gekoppelt ist, dass ein Energiefluss (E2) von dem Hilfsenergiespeicher zu dem elektrischen Verbraucher erzeugbar und steuerbar ist.
Elektrisches Bordnetz (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Relais (9.4) aus einem oder mehreren Halbleiterelementen (9.41, 9.42) gebildet ist.
Elektrisches Bordnetz (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (4) ein Akkumulator ist.
Elektrisches Bordnetz (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Batteriesensor (4.1) zur Überwachung des Akkumulators vorgesehen ist, wobei der Batteriesensor (4.1) eine Auswertesoftware umfasst.
Elektrisches Bordnetz (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsenergiespeicher (10) ein zweiter Akkumulator, insbesondere mit einer geringeren elektrischen Kapazität als der Energiespeicher (4), ist.
Elektrisches Bordnetz (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsenergiespeicher (10) ein Kondensator ist.
Elektrisches Bordnetz (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Überwachungseinheit (9.3) Mittel zur Begrenzung und Steuerung eines Ladestromes des Hilfsenergiespeichers (10) umfasst.
Elektrisches Bordnetz (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Generator (3) mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist.
Elektrisches Bordnetz (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Generators (3) elektrische Energie aus einem Bremsvorgang des Fahrzeuges erzeugbar und in das elektrische Bordnetz (1) einspeisbar ist.
Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes (1) für ein Fahrzeug, umfassend einen ersten Bordnetzabschnitt (1.1) mit einer elektrischen Maschine (2) zum Starten eines Verbrennungsmotors, einem Energiespeicher (4) zur Versorgung der elektrischen Maschine (2), einem elektrischen Generator (3), mit dem zumindest der Energiespeicher (4) aufgeladen wird und umfassend einen zweiten Bordnetzabschnitt (1.2) mit wenigstens einem elektrischen Verbraucher (6, 7) und einem Hilfsenergiespeicher (10) zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers (6, 7), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest beim Starten des Verbrennungsmotors eine aus wenigstens einem Halbleiterelement (9.11) gebildete elektronische Diode (9.1) derart mittels einer Steuer- und Überwachungseinheit (9.3) gesteuert wird, dass ein von dem Hilfsenergiespeicher (10) zu dem Energiespeicher (4) gerichteter Energiefluss unterbrochen wird oder während des Betriebes des Verbrennungsmotors der Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von einem anhand einer Überwachungseinheit (9.2) ermittelten transienten Gesamtwiderstand des Hilfsenergiespeichers (10), dessen elektrischer Anschlussleitungen und Kontakten automatisch gestoppt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest beim Starten des Verbrennungsmotors mittels der Steuer- und Überwachungseinheit (9.3) ein elektronisches Relais (9.4) derart angesteuert wird, dass ein Energiefluss (E2) von dem Hilfsenergiespeicher zu dem elektrischen Verbraucher (6, 7) erzeugt und gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Verbraucher (6, 7) während eines Betriebes des Verbrennungsmotors mittels des Energiespeichers (4) und/oder des elektrischen Generators (3) versorgt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebes des Verbrennungsmotors mittels der Steuer- und Überwachungseinheit (9.3) ein elektronisches Relais (9.4) derart angesteuert wird, dass der Hilfsenergiespeicher (10) mittels des Generators (3) und/oder des Energiespeichers (4) elektrisch geladen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladestrom mittels der Steuer- und Überwachungseinheit (9.3) gesteuert und/oder anhand einer Puls-Weiten-Modulation oder eines Wandlers begrenzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (4) mittels eines Batteriesensors (4.1) und einer Auswertesoftware überwacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Generators (3) elektrische Energie aus einem Bremsvorgang des Fahrzeuges erzeugt und in das elektrische Bordnetz (1) eingespeist wird.
Elektrisches Bordnetz (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronische Relaiseinheit (9) mindestens aus einer aktivierbaren elektronischen Diode (9.1) besteht, welche im deaktivierten Zustand dauerhaft den Stromfluss in beide Richtungen zulässt und im aktivierten Zustand eine ideale Diodenfunktion nachbildet und somit den Stromfluss nur in eine Richtung zulässt und in die andere sperrt.
Elektrisches Bordnetz (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (3) auf der Seite des zweiten Bordnetzabschnitts (1.2) angeordnet ist und damit eine Redundanz im Fahrbetrieb darstellt.
Elektrisches Bordnetz (1) nach Anspruch 1 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator als Wandler ausgeführt ist, welcher die Energie aus einem weiteren Inselbordnetz, beispielsweise aus einem Hochvoltnetz in Hybridfahrzeugen, bezieht.
Elektrisches Bordnetz (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsenergiespeicher (10) ein Schwungradspeicher ist.