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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bereitstellung von elektrischer
Energie, ein Verfahren zur Bereitstellung von elektrischer Energie,
ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.
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Stand der Technik
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In
Lastkraftwagen wird elektrische Energie über 24 Volt Bordnetze
bereitgestellt. Diese Bordnetze umfassen als Verbraucher üblicherweise
ausschließlich 24 Volt Komponenten, wobei die Batterie als
Spannungsquelle durch eine Reihenschaltung von zwei 12 Volt Batterien
realisiert ist. Als Sonderausstattung sind sogenannte DC/DC-Wandler
vorgesehen, die aus der 24 Volt Bordnetzspannung eine 12 Volt Bordnetzspannung
bereitstellen. Diese 12 Volt Bordnetzspannung wird meist für
nachträglich eingebaute Komfortverbraucher benutzt, da
diese Komfortverbraucher typischerweise eine Spannung von nur 12
Volt benötigen. Die maximale Leistung der Komfortverbraucher
ist also direkt durch die Leistung des DC/DC-Wandlers beschränkt.
Ein Einsatz von 12 Volt Standardkomponenten für Lkw-Funktionen
ist durch eine derartige Bordnetz-Architektur, die einen DC/DC-Wandler
umfasst, nicht vorgesehen.
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Die
Druckschrift
DE 102
29 018 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Verfügbarkeit
von elektrischer Energie in einem Bordnetz mit wenigstens aus zwei
Teilsystemen gebildeten Energiespeicherkreisen, insbesondere Batteriekreisen. Weiterhin
können verschiedene Betriebsarten für einen zweiten
Energiespeicher- bzw. Batteriekreis gewählt werden. Bei
einer ersten Betriebsart befindet sich die Batterie während
des Betriebes des Kraftfahrzeuges bei laufendem Motor und Generator
im Ruhezustand. Während der Stillstandszeit des Kraftfahrzeuges
sowie in der Vorstartphase bei stehendem Motor und stehendem Generator
ist die Batterie ebenfalls im Ruhezustand. Beim Laden der Batterie wird
mittels eines Gleichspannungswandlers ein Ladezustand aufrechterhalten.
Eine elektrische Versorgung von Verbrauchern, insbesondere von Hochstromverbrauchern,
ist aus der zweiten Batterie und/oder durch unterstützende
Versorgung des ersten Batteriekreises möglich.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bereitstellung von elektrischer
Energie, die ein Netzwerk mit einem ersten Netzwerkpunkt und einem zweiten
Netzwerkpunkt aufweist, wobei der erste Netzwerkpunkt mit einer
ersten Spannungsquelle zur Bereitstellung einer Spannung von x Volt,
mit einer zweiten Spannungsquelle zur Bereitstellung einer Spannung
von y Volt und einem DC/DC-Wandler verbunden ist, wobei die zweite
Spannungsquelle mit dem zweiten Netzwerkpunkt verbunden ist, und
wobei die Anordnung dazu ausgebildet ist, an dem ersten Netzwerkpunkt
eine Spannung von x Volt und an dem zweiten Netzwerkpunkt eine Spannung
von x + y Volt bereitzustellen.
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In
Ausgestaltung ist der erste, mittlere Netzwerkpunkt, der auch als
Mittelpunkt des Netzwerks bezeichnet werden kann, mit jeweils einer
Zuleitung mit der ersten Spannungsquelle, der zweiten Spannungsquelle
und dem DC/DC-Wandler bzw. Gleichstromwandler oder Gleichstromsteller
verbunden. Weiterhin ist an dem ersten Netzwerkpunkt mindestens
ein erster Verbraucher, der eine Spannung von x Volt benötigt, über
eine Zuleitung angeschlossen. Mit dem zweiten Netzwerkpunkt ist
neben der zweiten Spannungsquelle mindestens ein zweiter Verbraucher,
der eine Spannung von x + y Volt benötigt, über
jeweils eine Zuleitung verbunden.
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Die
Spannungsquellen können dazu ausgebildet sein, gleich große
oder unterschiedlich große Spannungen bereitzustellen.
So ist es möglich, dass die von der zweiten Spannungsquelle
bereitgestellte und von dem mindestens einen zweiten Verbraucher benötigte
Spannung von y Volt doppelt so groß wie die Spannung x
Volt ist, die von der ersten Spannungsquelle bereitgestellt und
von dem mindestens einen zweiten Verbraucher benötigt wird,
in diesem Fall gilt: y = 2x.
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In
Ausgestaltung sind die beiden Spannungsquellen dazu ausgebildet,
jeweils eine elektrische Spannung von 12 Volt bereitzustellen.
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Weiterhin
ist bzw. sind der DC/DC-Wandler und/oder ein Generator über
eine gemeinsame Zuleitung an dem zweiten Netzwerkpunkt angeschlossen. Der
Generator und der DC/DC-Wandler können zueinander parallel
geschaltet sein.
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Bei
einer möglichen Anwendung ist die Anordnung für
ein Fahrzeug, bspw. einen Lastkraftwagen (Lkw), ausgebildet. Dabei
können über die Anordnung Verbraucher, die unterschiedliche
Spannungen benötigen, versorgt werden. In diesem Fall kann das
Netzwerk auch als Bordnetz bezeichnet werden.
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Insgesamt
umfasst das Netzwerk bzw. Bordnetz und somit die Anordnung ein erstes
Teilnetzwerk bzw. Teilbordnetz mit einer Betriebsspannung von x Volt,
bspw. 12 Volt. Dieses erste Teilnetzwerk weist die erste Spannungsquelle
mit x Volt, den mindestens einen ersten Verbraucher, der x Volt
benötigt, und den DC/DC-Wandler auf, die über
den ersten Netzwerkpunkt untereinander verbunden sind. Außerdem
weist das Netzwerk ein zweites Teilnetzwerk bzw. Teilbordnetz mit
einer Betriebsspannung von 2y Volt, wie bspw. 24 Volt, auf. Dieses
zweite Teilnetzwerk umfasst den Generator, den mindestens einen zweiten
Verbraucher und die zweite Spannungsquelle, die alle an dem zweiten
Netzwerkpunkt angeschlossen und somit miteinander verbunden sind. Die
zweite Spannungsquelle ist zudem über den ersten Netzwerkpunkt
auch mit der ersten Spannungsquelle verbunden. Folglich sind die
beiden Spannungsquellen innerhalb des Netzwerks in Reihe geschaltet.
Außerdem ist das zweite Teilnetzwerk über den
zweiten Netzwerkpunkt auch mit dem DC/DC-Wandler verbunden.
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In
Ausgestaltung wird mit der Erfindung eine Bordnetzarchitektur zum
Betrieb von 12 Volt Verbrauchern in 24 Volt Bordnetzen von Lastkraftwagen
bereitgestellt.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Bereitstellung elektrischer
Energie für eine Anzahl Verbraucher mit einem Netzwerk,
das einen ersten Netzwerkpunkt und einen zweiten Netzwerkpunkt aufweist,
wobei an dem ersten Netzwerkpunkt eine erste Spannungsquelle, mit
der eine Spannung von x Volt bereitgestellt wird, eine zweite Spannungsquelle, mit
der eine Spannung von y Volt bereitgestellt wird, und ein DC/DC-Wandler
angeschlossen werden, und wobei die zweite Spannungsquelle mit dem
zweiten Nutzwerkpunkt verbunden wird. An dem ersten Netzwerkpunkt
wird eine Spannung von x Volt und an dem zweiten Netzwerkpunkt eine
Spannung von x + y Volt bereitgestellt.
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In
Ausgestaltung des Verfahrens wird an dem ersten Netzwerkpunkt mindestens
ein erster Verbraucher, der eine Spannung von x Volt benötigt, und
an dem zweiten Netzwerkpunkt mindestens ein zweiter Verbraucher,
der eine Spannung von x + y Volt benötigt, angeschlossen.
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Außerdem
kann eine Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers auf eine halbe Spannung
eines Generators, der innerhalb des Netzwerks angeordnet ist, geregelt
werden.
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Die
beschriebene Anordnung ist dazu ausgebildet, sämtliche
Schritte des vorgestellten Verfahrens durchzuführen. Dabei
können einzelne Schritte dieses Verfahrens auch von einzelnen
Komponenten der Anordnung durchgeführt werden. Weiterhin
können Funktionen der Anordnung oder Funktionen von einzelnen
Komponenten der Anordnung als Schritte des Verfahrens umgesetzt
werden. Außerdem ist es möglich, dass Schritte
des Verfahrens als Funktionen einzelner Komponenten der Anordnung
oder der gesamten Anordnung realisiert werden.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln,
um alle Schritte eines beschriebenen Verfahrens durchzuführen, wenn
das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden
Recheneinheit, insbesondere in einer erfindungsgemäßen
Anordnung, ausgeführt wird.
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Das
erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln,
die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind,
ist zum Durchführen aller Schritte eines beschriebenen
Verfahrens ausgebildet, wenn das Computerprogramm auf einem Computer
oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer erfindungsgemäßen
Anordnung, ausgeführt wird.
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Ein
Grund für den Einsatz eines Netzwerks zur Bereitstellung
einer Spannung von 24 Volt im Lkw besteht vor allem in der hohen
Leistungsanforderung während des Motorstarts. Durch die
im Vergleich zu 12 Volt bei Pkw doppelte Spannung halbiert sich
der beim Motorstart fließende Strom. Die Verlustleistungen
reduzieren sich auf den Leitungen des Netzwerks bzw. Bordnetzes
deutlich. Es ist durchaus möglich, andere Komponenten oder
Verbraucher außer dem Starter in 12 Volt Technik auszuführen,
so dass diese nur eine Spannung von 12 Volt benötigen. Durch
die Verwendung von Komponenten in 12 Volt Technik können
auch für Lkw kostengünstigere Komponenten, d.
h. Teile oder ganze Steuergeräte aus dem Pkw Bereich, verwendet
werden. Komponenten in 24 Volt Technik, bspw. 24 Volt Steuergeräte,
sind typischerweise spezielle Eigenentwicklungen und somit für
den Lkw-Markt gefertigte Produkte. Da die Stückzahlen derartiger
Komponenten im Lkw-Bereich deutlich geringer als im Pkw Bereich
sind, sind die Kosten entsprechend größer.
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Mit
der Erfindung ist es u. a. möglich, standardisierte 12
Volt Komponenten im Lkw-Bereich einzusetzen und damit die teureren
24 Volt Komponenten zu ersetzen. Dazu ist eine Bordnetzarchitektur vorgesehen,
die im Vergleich zum heutigen Stand darauf ausgelegt ist, permanent
12 Volt Komponenten, bspw. Steuergeräte, zu versorgen und
auch Leistungsspitzen abdecken zu können, ohne den vorgesehenen
DC/DC-Wandler überdimensionieren zu müssen.
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Bei
einer Ausgestaltung der Erfindung ist der DC/DC-Wandler an das Netzwerk
angeschlossen. Die Ausgangsspannung ist an den ersten Netzwerkpunkt
bzw. Mittelpunkt zwischen den beiden typischerweise als 12 Volt
Batterien ausgebildeten Spannungsquellen angeschlossen. An diesem
ersten Netzwerkpunkt sind auch die ersten bzw. 12 Volt Verbraucher
angeschlossen. Durch diese Architektur des Netzwerks ergibt sich,
dass der DC/DC-Wandler nur auf den mittleren Leistungsbedarf auszulegen
ist. Ist die Ausgangsleistung des DC/DC-Wandlers größer
als der Bedarf der Verbraucher, wird mindestens eine Batterie geladen.
Für den Fall, dass die Ausgangsleistung des DC/DC-Wandler
geringer ist, können Leistungsspitzen von mindestens einer
Batterie abgedeckt werden. Falls für beiden Batterien unausgeglichene
Ladezustände vorliegen, können diese durch Anpassung
der Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers ausgeglichen werden. In
herkömmlichen 12 Volt Bordnetzen ist dies nicht möglich und
kann teilweise zu Problemen führen. Typischerweise wird
die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers auf U_Gen/2 und somit die
halbe Spannung des Generators geregelt. Somit können Unsymmetrien
in den Ladezuständen der Batterien und somit der Spannungsquellen
vermieden werden.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Anordnung.
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Ausführungsform der
Erfindung
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Die
Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in der Zeichnung
schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Die
in 1 schematisch dargestellt Anordnung 2 umfasst
ein Netzwerk 4 mit einer ersten Spannungsquelle 6,
einer zweiten Spannungsquelle 8, einem DC/DC-Wandler 10,
sowie einem Generator 12. Dieses Netzwerk 4 ist
zur Bereitstellung elektrischer Energie für mindestens
einen ersten Verbraucher 14 sowie mindestens einem zweiten
Verbraucher 16 ausgebildet.
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Das
Netzwerk weist einen ersten Netzwerkpunkt 18 auf, an dem
in der vorliegenden Ausführungsform der Anordnung 2 vier
Zuleitungen 20, 22, 24, 26 angeschlossen
sind. Dabei ist die erste, hier als 12 Volt Batterie ausgebildete
Spannungsquelle 6 über eine erste Zuleitung 20 mit
dem ersten Netzwerkpunkt 18 verbunden. Die zweite, ebenfalls
als 12 Volt Batterie ausgebildete Spannungs quelle 8 ist über
eine zweite Zuleitung 22 mit dem ersten Netzwerkpunkt 18 verbunden.
Folglich sind die beiden Spannungsquellen 6, 8 innerhalb
des Netzwerks 4 in Reihe geschaltet. Der DC/DC-Wandler 10,
der auch als Gleichstrom-Wandler bezeichnet wird, ist über eine
dritte Zuleitung 24 mit dem ersten Netzwerkpunkt verbunden.
Der mindestens eine erste Verbraucher 14 ist über
eine vierte Zuleitung 26 mit dem ersten Netzwerkpunkt 18 verbunden.
Außerdem ist die zweite Spannungsquelle 8 über
eine fünfte Zuleitung 27 mit dem zweiten Netzwerkpunkt 19 verbunden.
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Der
Generator 12 ist weiterhin parallel zu dem DC/DC-Wandler 10 geschaltet,
außerdem sind der Generator 12 und der DC/DC-Wandler 10 über eine
gemeinsame sechste Zuleitung 28 mit dem zweiten Netzwerkpunkt 19 verbunden.
Der mindestens eine zweite Verbraucher 16, der eine Spannung von
24 Volt benötigt, ist über eine siebte Zuleitung 29 mit
dem zweiten Netzwerkpunkt 19 verbunden. Weiterhin ist der
mindestens eine zweite Verbraucher 16 über den
zweiten Netzwerkpunkt 19 mit der zweiten Spannungsquelle 8 und
daran anschließend über den ersten Netzwerkpunkt 18 mit
der ersten Spannungsquelle 6 verbunden. Außerdem
ist vorgesehen, dass der Generator 12, der DC/DC-Wandler 10,
die erste Spannungsquelle 6, der mindestens eine erste Verbraucher 14 und
der mindestens eine zweite Verbraucher 16 in der vorliegenden
Ausführungsform der Anordnung 2 an Masse 30 angeschlossen
sind.
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Mit
der Anordnung 2 bzw. dem Netzwerk 4 ist es möglich,
Verbraucher 14, 16, die mit unterschiedlichen
Spannungen betrieben werden, gleichzeitig mit elektrischer Energie
zu versorgen. Hierzu ist vorgesehen, dass innerhalb des Netzwerks 4 der DC/DC-Wandler 10,
die erste Spannungsquelle 6 sowie der mindestens eine erste
Verbraucher 14, die über ihre jeweiligen Zuleitungen 20, 24, 26 mit
dem ersten Netzwerkpunkt 18 verbunden sind, ein erstes Teilnetzwerk
mit einer Betriebsspannung von 12 Volt bilden. Der Generator 12,
der DC/DC-Wandler 10, die mit beiden Netzwerkpunkten 18, 19 verbundene zweite
Stromquelle 8 sowie der mindestens ein zweite Verbraucher 16 bilden
innerhalb des Netzwerks 4 ein zweites Teilnetzwerk, das
eine Betriebsspannung von 24 Volt aufweist. Aufgrund der Ausgestaltung
des Netzwerks 4 werden der mindestens eine erste Verbraucher 14 mit
12 Volt und der mindestens eine zweite Verbraucher 16,
der hier mit beiden Spannungsquellen 6, 8 verbunden
ist, mit einer Spannung von 24 Volt versorgt.
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Es
ist außerdem vorgesehen, dass die vorliegende Anordnung 2 zur
Bereitstellung elektrischer Energie in einem als Lkw ausgebildeten
Fahrzeug geeignet ist. Dabei kann es sich bei dem mindestens einen
ersten Verbraucher 14 um herkömmliche Einrichtungen,
bspw. Radiogeräte oder Steuergeräte, die standardmäßige
auch in Pkws eingesetzt werden, handeln. In der vorliegenden Ausführungsform ist
es allerdings auch möglich, mindestens einen als Starter
des Lkws ausgebildeten zweiten Verbraucher 16 mit einer
ausreichend großen Betriebsspannung zu versorgen. Über
den Generator 12, der bspw. auch als Lichtmaschine bezeichnet
werden kann, kann den Spannungsquellen 6, 8 bei
laufendem Betrieb des Lkws Energie zugeführt werden. Über
den DC/DC-Wandler 10 erfolgt eine Regelung zwischen den
beiden sich innerhalb des Netzwerks 4 unterscheidenden
Spannungen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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