DE102009024373A1 - Flywheel energy storage for main power supply of motor vehicle, comprises rotatably mounted flywheel, where two electrical ports are provided, and additional connection is branched off from one port - Google Patents

Flywheel energy storage for main power supply of motor vehicle, comprises rotatably mounted flywheel, where two electrical ports are provided, and additional connection is branched off from one port Download PDF

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Abstract

The flywheel energy storage (12) comprises a rotatably mounted flywheel (22), where two electrical ports (26,28) are provided. An additional connection (30) is branched off from the former port. An electric switch (34) is coupled between the former port and the additional connection. The electric switch is a metal oxide semiconductor field effect transistor. An independent claim is also included for a method for controlling the startup operation of an internal combustion engine of a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwungradenergiespeicher für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs. Der Schwungradenergiespeicher umfasst ein drehbar gelagertes Schwungrad, einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss und einen Energiewandler, mit welchem an den Anschlüssen bereitgestellte elektrische Energie in kinetische Energie des Schwungrades reversibel umgewandelt werden kann. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, welches einen solchen Schwungradenergiespeicher umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Bordnetz sowie ein Verfahren zum Steuern eines Vorgangs des Startens einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mithilfe eines Starters.The The invention relates to a flywheel energy storage for an electrical system of a motor vehicle. The flywheel energy store includes a rotatably mounted flywheel, a first and a second electrical connection and an energy converter, with which the connections provided electrical energy in kinetic energy of the flywheel can be converted reversibly. The invention also relates to a vehicle electrical system for a motor vehicle, which has such a flywheel energy storage includes. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with a such electrical system and a method for controlling an operation starting an internal combustion engine of a motor vehicle using a starter.

Es ist Stand der Technik, einen Schwungradenergiespeicher in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs einzusetzen. Mit solchen Energiespeichern ist es möglich, Energie als Rotationsenergie zu speichern. Die Energie kann zurückgewonnen werden, indem das Schwungrad abgebremst wird. Ein Bordnetz, bei welchem ein Schwungradenergiespeicher zum Speichern von Energie verwendet wird, ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2004 053 155 A1 bekannt.It is state of the art to use a flywheel energy storage in a vehicle electrical system of a motor vehicle. With such energy storage, it is possible to store energy as rotational energy. The energy can be recovered by slowing down the flywheel. An electrical system in which a flywheel energy storage is used for storing energy, for example, from the document DE 10 2004 053 155 A1 known.

Grundsätzlich ist es möglich, Spannungseinbrüche in einem Bordnetz mithilfe eines Schwungradenergiespeichers zu kompensieren. Die Anwendung von Schwungradenergiespeichern findet jedoch ihre Grenzen während des Vorgangs des Startens einer Brennkraftmaschine. Die in Kraftfahrzeugen verwendeten Starter sind nämlich in der Regel Gleichstrommotoren, die über einen Kollektor verfügen. Bei Inbetriebnahme des Starters stellt dieser für das Bordnetz zunächst einen Kurzschluss dar, so dass gerade zu Beginn des Startvorgangs der Brennkraftmaschine relativ hohe Ströme – sogar bis zu 1000 A – über den Starter fließen. Diese Ströme werden nur durch den Innenwiderstand der Fahrzeugbatterie, den Ohmschen Widerstand der Leitungen sowie den Widerstand des Starters begrenzt. Würde das Bordnetz während des Startvorgangs mit einem Schwungradenergiespeicher stabilisiert werden, würde der Innenwiderstand der Fahrzeugbatterie verringert werden, nämlich wegen des Parallelgeschaltetseins von Fahrzeugbatterie und Schwungradenergiespeicher. Dann würde die Stromstärke des zu Beginn des Startvorgangs über den Starter fließenden Stromes noch weiter erhöht werden, und die Lebensdauer des Starters würde negativ beeinflusst werden.in principle It is possible to experience voltage dips in a vehicle electrical system using a flywheel energy storage compensate. The application of flywheel energy storage, however, finds its limits during the process of starting an internal combustion engine. The in motor vehicles used starters are usually DC motors, which have a collector. At startup the starter first sets this for the electrical system a short circuit, so just at the start of the boot process the engine relatively high currents - even up to 1000 A - flow over the starter. These currents are only due to the internal resistance of the vehicle battery, the ohmic resistance of the cables and the resistance of the starter limited. Would the electrical system during the boot process would be stabilized with a flywheel energy storage the internal resistance of the vehicle battery can be reduced, namely because of the parallel connection of vehicle battery and flywheel energy storage. Then the current would be over at the beginning of the boot process the starter flowing current even further increased and the lifetime of the starter would be negative to be influenced.

Es wäre wünschenswert, gäbe es einen Schwungradenergiespeicher, mit welchem einerseits Spannungseinbrüche an elektrischen Verbrauchern eines Bordnetzes während des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine kompensiert oder gar vermieden werden können und andererseits der Startvorgang selbst nicht beeinträchtigt oder sogar beschleunigt werden kann.It would be desirable if there was a flywheel energy storage, with which on the one hand voltage dips on electrical Consumers of a vehicle electrical system during the operation of Starting the engine compensated or even avoided On the other hand, the starting process itself can not be affected or even can be accelerated.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs zuverlässig betrieben werden kann, nämlich insbesondere während eines Vorgangs des Startens einer Brennkraftmaschine.It The object of the invention to show a solution, such as an electrical system of a motor vehicle reliably operated can be, in particular during one Process of starting an internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schwungradenergiespeicher mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, durch ein Bordnetz mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 4 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 12 gelöst, wie auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 13.These The object is achieved by a flywheel energy storage with the features according to claim 1, by an electrical system with the features according to claim 4 and by a motor vehicle with the features according to claim 12 solved as well as by a method with the features according to claim 13.

Der erfindungsgemäße Schwungradenergiespeicher umfasst einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss. Es ist vorgesehen, dass ein zusätzlicher Anschluss von dem ersten Anschluss abgezweigt ist und ein elektrischer Schalter zwischen dem ersten und dem zusätzlichen Anschluss gekoppelt ist.Of the Flywheel energy store according to the invention comprises a first and a second electrical connection. It is intended that an additional port branches off from the first port is and an electrical switch between the first and the additional Connection is coupled.

Der erfindungsgemäße Effekt wird also durch einen zusätzlichen Anschluss erzielt, welcher bedarfsabhängig, je nach Anwendung mit dem ersten Anschluss kurzgeschlossen oder von diesem entkoppelt werden kann. Auf diesem Wege gelingt es, die im Schwungradenergiespeicher gespeicherte Energie an dem zusätzlichen Anschluss dann abzugreifen, wenn der elektri sche Schalter leitend geschaltet ist. Ist der elektrische Schalter geöffnet, liegt zwischen dem zusätzlichen Anschluss und dem zweiten Anschluss welcher ein Bezugspotential bereitstellt – keine elektrische Spannung an.Of the effect according to the invention is thus by a achieved additional connection, which depends on demand, depending on the application shorted to the first connection or can be decoupled from this. In this way it succeeds, the stored energy in the flywheel energy storage at the additional Then tap off the connection when the electrical switch is conductive is switched. Is the electrical switch open, lies between the additional connection and the second connection which provides a reference potential - no electrical Voltage on.

Mit dem erfindungsgemäßen Schwungradenergiespeicher können diverse Vorteile erzielt werden: Mit dem Schwungradenergiespeicher kann zunächst ein Verpolschutz für elektrische Verbraucher eines Bordnetzes geschaffen werden. Dies gilt insbesondere bei einer solchen Konstellation, bei welcher an den ersten Anschluss des Schwungradenergiespeichers eine Vielzahl von sensiblen elektrischen Verbrauchern und an den zusätzlichen Anschluss eine Parallelschaltung aus einer Fahrzeugbatterie und einem Starter für eine Brennkraftmaschine angeschlossen sind. Wird eine Fremdbatterie an die Fahrzeugbatterie mit einer falschen Polung angeschlossen um zum Beispiel ein anderes Kraftfahrzeug zu starten – so kann der Stromkreis zu den elektrischen Verbrauchern durch den elektrischen Schalter unterbrochen werden. So werden die elektrischen Verbraucher vor einer falschen Polung geschützt. Es kann somit im gesamten Bordnetz auf im Stand der Technik eingesetzte Verpolschutzmaßnahmen verzichtet werden; die Funktion des Verpolschutzes wird zentral durch den elektrischen Schalter übernommen.With the flywheel energy storage device according to the invention, various advantages can be achieved: With the flywheel energy storage device, a polarity reversal protection for electrical consumers of a vehicle electrical system can first be created. This applies in particular to such a constellation in which a plurality of sensitive electrical consumers are connected to the first connection of the flywheel energy storage and a parallel connection of a vehicle battery and a starter for an internal combustion engine to the additional connection. If a foreign battery connected to the vehicle battery with a wrong polarity to start, for example, another motor vehicle - so the circuit to the electrical loads can be interrupted by the electrical switch. This protects the electrical consumers against incorrect polarity. It is thus possible to dispense with reverse polarity protection measures used in the prior art throughout the electrical system; the function of reverse polarity protection becomes centrally taken over by the electrical switch.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Schwungradenergiespeichers besteht darin, dass sensible elektrische Verbraucher von der Fahrzeugbatterie und dem Starter während des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine entkoppelt werden können. Sind an den ersten Anschluss des Schwungradenergiespeichers eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern und an den zusätzlichen Anschluss eine Fahrzeugbatterie und ein Starter angeschlossen, kann der elektrische Schalter die Funktion der Entkopplung der elektrischen Verbraucher von dem Starter und der Fahrzeugbatterie übernehmen. Einerseits können somit Spannungseinbrüche, die während der Inbetriebnahme des Starters auftreten, auf der Seite der elektrischen Verbraucher vermieden werden, andererseits können die elektrischen Verbraucher während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine direkt mit elektrischer Energie aus dem Schwungradenergiespeicher versorgt werden. Dadurch, dass nicht aufgrund des hohen Stromes während des Startvorgangs Spannungseinbrüche an den elektrischen Verbrauchern auftreten, können die elektrischen Verbraucher selbst kostengünstiger als im Stand der Technik gefertigt werden. Elektrische Verbraucher schalten nämlich bekanntlich dann ab, wenn die Bordnetzspannung einen bestimmten Grenzwert unterschreitet. Die elektrischen Verbraucher können nun aufgrund der Entkopp lung von dem Starter derart gefertigt werden, dass dieser Grenzwert erhöht ist.One Another advantage of the invention Schwungradenergiespeichers is that sensitive electrical loads from the vehicle battery and the starter during the process of starting the internal combustion engine can be decoupled. Are at the first connection the flywheel energy storage a variety of electrical consumers and to the additional connection a vehicle battery and a starter connected, the electric switch can Function of decoupling the electrical loads from the starter and the vehicle battery. On the one hand can Thus, voltage dips during commissioning of the starter occur on the side of the electrical consumers can be avoided, on the other hand, the electrical consumers during the starting process of the internal combustion engine directly supplied with electrical energy from the flywheel energy storage become. In that not due to the high current during the starting process voltage dips on the electrical Consumers may encounter the electrical consumers even cheaper than the state of the art become. Electric loads switch namely known then off when the vehicle electrical system voltage falls below a certain limit. The electrical consumers can now ment due to the decoupling be made by the starter so that increases this limit is.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Schwungradenergiespeichers besteht darin, dass der Vorgang des Startens der Brennkraftmaschine durch den Schwungradenergiespeicher unterstützt werden kann, und zwar dann, wenn die Fahrzeugbatterie leer ist. Dann kann der elektrische Schalter auch während des Startvorgangs in seinen elektrischen leitenden Schaltzustand verbracht werden, und die im Schwungrad gespeicherte Energie kann für das Starten der Brennkraftmaschine genutzt werden.One Another advantage of the invention Schwungradenergiespeichers is that the process of starting the internal combustion engine by the flywheel energy storage can be supported, namely, when the vehicle battery is empty. Then the electrical switches even during the boot process in its electrical conductive switching state spent, and The energy stored in the flywheel can be used for starting the internal combustion engine can be used.

In einer Ausführungsform ist der elektrische Schalter ein MOSFET, dessen parasitäre Diode – soweit vorhanden – mit ihrer Anode mit dem zusätzlichen Anschluss gekoppelt ist. Durch Einsatz eines MOSFETs können deutlich höhere Schaltfrequenzen als bei herkömmlichen Relais erreicht werden. Außerdem sind MOSFETs kostengünstiger als Relais und beanspruchen weniger Bauraum. Ein MOSFET kann also ohne viel Aufwand in ein bereits vorhandenes Gehäuse eines Schwungradenergiespeichers eingebaut werden.In In one embodiment, the electrical switch is on MOSFET whose parasitic diode - if any - with its anode is coupled to the additional connector. By using a MOSFETs can significantly higher Switching frequencies achieved as with conventional relay become. In addition, MOSFETs are cheaper as a relay and take up less space. So a MOSFET can without much effort in an existing housing of a Flywheel energy storage can be installed.

Es hat sich nämlich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn das Schwungrad, der Energiewandler und der elektrische Schalter in ein gemeinsames Gehäuse eingebaut sind. Dann kann die Anzahl von Komponenten in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs auf ein Minimum reduziert werden; denn es muss lediglich eine Baueinheit in ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs eingebaut werden.It has proven to be particularly advantageous if the flywheel, the energy converter and the electric switch are installed in a common housing. Then the Number of components in an electrical system of a motor vehicle a minimum be reduced; because it just has to be a structural unit be installed in an electrical system of a motor vehicle.

Das erfindungsgemäße Bordnetz für ein Kraftfahrzeug umfasst einen erfindungsgemäßen Schwungradenergiespeicher. Bei dem Bordnetz ist eine Steuereinrichtung bereitgestellt, welche den elektrischen Schalter ansteuert, d. h. zwischen dem elektrisch sperrenden und dem elektrisch leitenden Schaltzustand schaltet.The Inventive electrical system for a motor vehicle comprises a flywheel energy storage device according to the invention. In the electrical system, a control device is provided, which activates the electrical switch, d. H. between the electric blocking and the electrically conductive switching state switches.

Es kann bei dem Bordnetz vorgesehen sein, dass mit dem ersten Anschluss des Schwungradenergiespeichers zumindest ein elektrischer Verbraucher und mit dem zusätzlichen Anschluss eine Fahrzeugbatterie und ein Starter für eine Brennkraftmaschine gekoppelt sind. Dann kann der zumindest eine elektrische Verbraucher während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine von der Fahrzeugbatterie und dem Starter mithilfe des elektrischen Schalters entkoppelt werden, und ein Spannungseinbruch an dem elektrischen Verbraucher kann vermieden werden.It can be provided with the electrical system that with the first port the flywheel energy storage at least one electrical consumer and with the additional connection a vehicle battery and a starter for an internal combustion engine are coupled. Then the at least one electrical consumer can during the starting process of the internal combustion engine of the vehicle battery and decoupled from the starter using the electric switch, and a voltage dip on the electrical load can be avoided become.

Die Vorteile des Bordnetzes werden zum Beispiel durch einen solchen Ablauf sichtbar:
An den zusätzlichen Anschluss des Schwungradenergiespeichers ist eine Parallelschaltung aus einer Fahrzeugbatterie und einem Starter für eine Brennkraftmaschine angeschlossen. Parallel zur Fahrzeugbatterie und zum Starter ist ein Generator geschaltet. An den ersten Anschluss des Schwungradenergiespeichers sind eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern angeschlossen, nämlich ein Radio, ein Elektromotor für einen Scheibenwischer, ein Lautsprechersystem für ein Mobiltelefon u. ä. Der zweite Anschluss des Schwungradenergiespeichers stellt ein Bezugspotenzial (Masse) bereit. Das Kraftfahrzeug verfügt außerdem über ein Start-Stopp-System, d. h. die Brennkraftmaschine wird während einer einzelnen Fahrt mehrmals abgestellt und wieder angelassen. Dies erfolgt jedes Mal mithilfe des Starters.The advantages of the vehicle electrical system, for example, become visible through such a process:
To the additional connection of the flywheel energy storage a parallel connection of a vehicle battery and a starter for an internal combustion engine is connected. Parallel to the vehicle battery and the starter, a generator is connected. To the first terminal of the flywheel energy storage, a plurality of electrical consumers are connected, namely a radio, an electric motor for a windshield wiper, a speaker system for a mobile phone u. Ä. The second connection of the flywheel energy storage provides a reference potential (ground) ready. The motor vehicle also has a start-stop system, ie the internal combustion engine is turned off and restarted several times during a single journey. This is done every time using the starter.

Bevor der Fahrer das Fahrzeug startet, schließt er eine Fremdbatterie an die Fahrzeugbatterie an, um ein anderes Fahrzeug anzulassen. Aus Versehen schließt der Fahrer die Fremdbatterie mit falscher Polung an, das heißt der positive Anschluss der Fremdbatterie ist mit dem Bezugspotential der Fahrzeugbatterie und der negative Anschluss der Fremdbatterie mit dem positiven Anschluss der Fahrzeugbatterie verbunden. Zu diesem Zeitpunkt – die Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs ist nicht angelassen – befindet sich der elektrische Schalter des Schwungradenergiespeichers in seinem elektrisch sperrenden Schaltzustand. Die an den ersten Anschluss des Schwungradenergiespeicher angeschlossenen elektrischen Verbraucher werden durch den elektrischen Schalter vor dieser Verpolung geschützt. Die mit falscher Polung angeschlossene Fremdbatterie verursacht keinen Schaden an den elektrischen Verbrauchern des Kraftfahrzeugs.Before the driver starts the vehicle, he connects a foreign battery to the vehicle battery to start another vehicle. By mistake, the driver connects the foreign battery with incorrect polarity, that is, the positive terminal of the external battery is connected to the reference potential of the vehicle battery and the negative terminal of the foreign battery to the positive terminal of the vehicle battery. At this time - the internal combustion engine of the motor vehicle is not started - is the electrical switch of the flywheel energy storage in its electrically blocking switching state. The attached to the first port of the flywheel energy storage Closed electrical loads are protected by the electrical switch against this reverse polarity. The foreign battery connected with incorrect polarity does not cause any damage to the electrical consumers of the motor vehicle.

Der Fahrer startet nun das Kraftfahrzeug und fährt durch ein Stadtgebiet. Während der Fahrt wird die Brennkraftmaschine mithilfe des Starters mehrmals – zum Beispiel zwanzig mal – abgestellt und wieder angelassen. Zu Beginn der Fahrt schaltet der Fahrer das Radio ein und verwendet das Lautsprechersystem für sein Mobiltelefon. Ist die Brennkraftmaschine abgestellt, so liefert die Fahrzeugbatterie Spannung sowohl für das Radio als auch für das Lautsprechersystem. Wird die Brennkraftmaschine nun mithilfe des Star ters angelassen, so fließt über den Starter ein Strom hoher Stromstärke; die elektrische Energie für das Anlassen der Brennkraftmaschine liefert die Fahrzeugbatterie. Wäre der elektrische Schalter zu diesem Zeitpunkt geöffnet, würde die Spannung an dem Radio und dem Lautsprechersystem einbrechen, und sowohl das Radio als auch das Lautsprechersystem würden abgeschaltet werden. Der elektrische Schalter wird aus diesem Grund beim Anlassen der Brennkraftmaschine in seinem elektrisch sperrenden Schaltzustand gehalten. Während des Startvorgangs versorgt der Schwungradenergiespeicher das Radio und das Lautsprechersystem mit elektrischer Energie. Dies bedeutet, dass der Fahrer selbst beim Anlassen der Brennkraftmaschine das Lautsprechersystem sowie das Radio nutzen kann. Dies erweist sich gerade bei Start-Stopp-Systemen besonders vorteilhaft.Of the Driver now starts the vehicle and drives through City. While driving is the internal combustion engine using the starter several times - for example, twenty times - turned off and started again. At the beginning of the journey the driver switches the Turn on the radio and use the speaker system for it Mobile phone. If the engine is turned off, then supplies the vehicle battery voltage for both the radio and also for the speaker system. Will the internal combustion engine now tempered by the starter, so flows over the Starter a high current current; the electrical energy for starting the internal combustion engine supplies the vehicle battery. If the electrical switch were open at this time, would the voltage on the radio and the speaker system break in, and both the radio and the speaker system would be turned off. The electric switch will for this reason when starting the internal combustion engine in its electric blocking switching state held. During the boot process The flywheel energy storage supplies the radio and speaker system with electrical energy. This means that the driver himself when starting the engine, the speaker system as well can use the radio. This proves especially in start-stop systems especially advantageous.

Also kann die Steuereinrichtung zumindest zu Beginn des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine den elektrischen Schalter in seinem elektrisch sperrenden Schaltzustand halten. Gerade zu Beginn des Startvorgangs sind die über den Starter fließenden Ströme sehr hoch und der Spannungseinbruch am größten. Die Entkopplung des Schwungradenergiespeichers von dem Starter ermöglicht also die Reduzierung der Stromstärke des über den Starter fließenden Stromes auf ein Minimum und gleichzeitig die Versorgung des zumindest einen elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie während des Startvorgangs.So At least at the beginning of the operation of the Starting the engine, the electrical switch in his hold electrically blocking switching state. Especially at the beginning of the Startup are the over the starter flowing Currents very high and the voltage drop the largest. The decoupling of the flywheel energy storage of the starter allows So reducing the amperage of over the starter flowing current to a minimum and at the same time the supply of at least one electrical load with electrical energy during startup.

Es sind nun wenigstens zwei Ausführungsformen sinnvoll möglich:
Zum Einen kann die Steuereinrichtung während einer gesamten Zeitdauer des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine den elektrischen Schalter in seinem elektrisch sperrenden Schaltzustand halten. Dann steht die im Schwungradenergiespeicher gespeicherte Energie für die gesamte Zeitdauer des Startvorgangs der Brennkraftmaschine für den zumindest einen elektrischen Verbraucher zur Verfügung. Auch bricht die Spannung an dem zumindest einen elektrischen Verbraucher nicht ein, und der Fahrer kann während der gesamten Zeitdauer des Startvorgangs den elektrischen Verbraucher nutzen.At least two embodiments are now meaningfully possible:
On the one hand, the control device can hold the electrical switch in its electrically blocking switching state during an entire period of the process of starting the internal combustion engine. Then, the energy stored in the flywheel energy storage is available for the entire duration of the starting process of the internal combustion engine for the at least one electrical consumer. Also, the voltage at the at least one electrical load does not break and the driver can use the electrical load throughout the duration of the startup process.

Alternativ kann die Steuereinrichtung zu Beginn des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine den elektrischen Schalter in seinem elektrisch sperrenden Schaltzustand halten. Nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls kann die Steuereinrichtung den elektrischen Schalter in einen elektrisch lei tenden Schaltzustand verbringen. Dies stellt eine neuartige Methode des Startens der Brennkraftmaschine dar: Erst nach Ablauf des vorbestimmten Zeitintervalls wird der Schwungradenergiespeicher mit der Fahrzeugbatterie gekoppelt und die Spannung am Starter wird somit stabilisiert. Zum Zeitpunkt der Zuschaltung des Schwungradenergiespeichers dreht sich bereits der Starter mit einer bestimmten Drehzahl, so dass er keinen Kurzschluss mehr darstellt. Somit sind auch die über den Starter fließenden Ströme nicht so hoch, wie zu Beginn des Startvorgangs, und die Spannung am Starter kann erhöht werden, ohne den Starter mit zu hohen Strömen zu belasten. Durch eine solche Vorgehensweise kann die Brennkraftmaschine deutlich schneller in Betrieb genommen werden, wodurch die Fahrzeugbatterie und der Starter weniger belastet werden. Dies erhöht weiterhin die Lebensdauer der Fahrzeugbatterie, wie auch des Starters. Das Zuschalten des Schwungradenergiespeichers nach Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls beeinträchtigt auch nicht die Funktion des zumindest einen elektrischen Verbrauchers. Nach Ablauf dieses Zeitintervalls ist die Amplitude der Spannung am Starter nämlich hoch genug, um auch den elektrischen Verbraucher versorgen zu können.alternative At the beginning of the process of starting the Internal combustion engine the electric switch in its electrically locking Keep switching state. After expiration of a predetermined time interval the control device can switch the electrical switch into an electric lei border switching state spend. This represents a novel method the starting of the internal combustion engine is: Only after the expiry of the predetermined Time interval is the flywheel energy storage with the vehicle battery coupled and the voltage at the starter is thus stabilized. To the Time of the connection of the flywheel energy storage rotates already the starter at a certain speed, so he does not Short circuit represents more. Thus, the over the Starter flowing currents are not as high as to Starting the starting process, and the voltage on the starter can be increased without overloading the starter with high currents. By such an approach, the internal combustion engine clearly be put into service faster, reducing the vehicle battery and the starter will be charged less. This continues to increase the life of the vehicle battery, as well as the starter. The Switching on the flywheel energy storage unit after expiration of a certain Time interval does not affect the function of the at least one electrical consumer. After expiration of this time interval the amplitude of the voltage at the starter is high enough to supply the electrical consumer as well.

Die oben dargestellte Art und Weise des Schaltens des elektrischen Schalters gilt bevorzugt nur für den Fall, wenn eine den Ladezustand der Fahrzeugbatterie wiedergebende Größe – zum Beispiel die Klemmspannung der Fahrzeugbatterie – in einem vorbestimmten Wertebereich liegt. Liegt diese Größe außerhalb des vorbestimmten Wertebereichs, zum Beispiel unterhalb eines vorbestimmten Grenzwerts – wenn die Fahrzeugbatterie leer ist – so kann der Vorgang des Startens der Brennkraftmaschine auch durch den Schwungradenergiespeicher unterstützt werden. Also kann die Steuereinrichtung jederzeit während des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine den elektrischen Schalter dann in seinen elektrisch leitenden Schaltzustand verbringen, wenn die den Ladezustand der Fahrzeugbatterie wiedergebende Größe den vorbestimmten Wertebereich verlässt. Auf diesem Wege gelingt es, die Brennkraftmaschine zuverlässig zu starten, dies selbst bei einer leeren Fahrzeugbatterie. Diese Ausführungsform setzt voraus, dass der Schwungradenergiespeicher mit Energie aufgeladen ist. Dies ist in der Regel dann der Fall, wenn die Brennkraftmaschine für eine kurze Zeit abgestellt wird (Start-Stopp-Systeme).The shown above way of switching the electrical switch is preferred only in the case when one the state of charge the vehicle battery reproducing size - Example the terminal voltage of the vehicle battery - in one predetermined value range is. Is this size outside the predetermined value range, for example below a predetermined threshold - when the vehicle battery is empty - so can the process of starting the internal combustion engine as well be supported by the flywheel energy storage. So the controller can be at any time during the process starting the engine then the electric switch spend in its electrically conductive switching state when the the state of charge of the vehicle battery reproducing size leaves the predetermined range of values. On this way manages to reliably start the engine, even with an empty vehicle battery. This embodiment sets foresee that the flywheel energy store is charged with energy is. This is usually the case when the internal combustion engine is turned off for a short time (start-stop systems).

Ist die Fahrzeugbatterie bei einem Erststart der Brennkraftmaschine – also nach einem längeren Stillstand des Kraftfahrzeugs – leer, so dass die durch die Fahrzeugbatterie bereitstellbare Leistung für das Anlassen der Brenn kraftmaschine nicht ausreichend ist, so kann zunächst der Schwungradenergiespeicher mit in der Fahrzeugbatterie noch vorhandener Energie aufgeladen und dann die Brennkraftmaschine mithilfe des Schwungradenergiespeichers angelassen werden. Dies beruht auf der Tatsache, dass für das Anlassen der Brennkraftmaschine eine hohe Leistung, d. h. viel Energie pro Zeiteinheit erforderlich ist und eine leere Fahrzeugbatterie nicht in der Lage ist, eine solche Leistung bereitzustellen. Stattdessen kann die in der Fahrzeugbatterie noch vorhandene Energie zum langsamen Aufladen des Schwungradenergiespeichers genutzt werden, und der Schwungradenergiespeicher kann dann schnell entladen werden, um den Starter in Betrieb zu nehmen. Also ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Schwungradenergiespeicher dann vor dem Einleiten des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine mit Energie aus der Fahrzeugbatterie aufgeladen wird, wenn die Fahrzeugbatterie leer und der Schwungradenergiespeicher selbst entladen ist. Mit dieser im Schwungradenergiespeicher gespeicherter Energie kann dann die Brennkraftmaschine gestartet werden.is the vehicle battery at a first start of the engine - so after a long stoppage of the motor vehicle - empty, so that the power provided by the vehicle battery is not sufficient for starting the internal combustion engine, so first the flywheel energy storage in the Vehicle battery still available power charged and then the Internal combustion engine using the flywheel energy storage tempered become. This is due to the fact that for starting the internal combustion engine high performance, d. H. a lot of energy per Time unit is required and an empty vehicle battery is not is able to provide such a performance. Instead, you can the energy remaining in the vehicle battery to slow Charging the flywheel energy storage can be used, and the Flywheel energy storage can then be quickly discharged to to put the starter into operation. So in one embodiment provided that the flywheel energy storage then before initiating the Process of starting the internal combustion engine with energy from the Vehicle battery is charged when the vehicle battery is empty and the flywheel energy storage itself is discharged. With this energy stored in the flywheel energy storage can then be the Internal combustion engine to be started.

An den Vorgang des Startens der Brennkraftmaschine schließt sich in der Regel ein Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs an. In einem solchem Fahrbetrieb, in welchem ein parallel zur Fahrzeugbatterie geschalteter Generator eine Generatorspannung bereitstellt, kann die Steuereinrichtung den elektrischen Schalter in seinem elektrisch leitenden Schaltzustand halten. Dann kann der zumindest eine elektrische Verbraucher mit der Generatorspannung versorgt werden, und der Schwungradenergiespeicher kann mit Energie aufgeladen werden.At closes the process of starting the internal combustion engine As a rule, a driving operation of the motor vehicle. In one Such driving, in which a parallel to the vehicle battery switched Generator provides a generator voltage, the control device the electrical switch in its electrically conductive switching state hold. Then, the at least one electrical consumer with the generator voltage can be supplied, and the flywheel energy storage can be charged with energy.

Zur Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Bordnetz.to Invention also includes a motor vehicle with an inventive Electrical system.

Das erfindungsgemäße Verfahren gilt zum Steuern eines Vorgangs des Startens einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit Hilfe eines Starters. Der Starter ist elektrisch parallel zu einer Fahrzeugbatterie gekoppelt, und die Parallelschaltung aus dem Starter und der Fahrzeugbatterie ist über einen elektrischen Schalter mit einem Anschluss eines Schwungradenergiespeichers koppelbar, mit welchem außerdem zumindest ein elektrischer Verbraucher gekoppelt ist. Bei dem Verfahren wird der elektrische Schalter dann zumindest zu Beginn des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine in seinem elektrisch sperrenden Schaltzustand gehalten, wenn ein auf den Ladezustand der Fahrzeugbatterie bezogenes vorbestimmtes Kriterium erfüllt ist.The inventive method applies to control a Process of starting an internal combustion engine of a motor vehicle with the help of a starter. The starter is electrically parallel to a vehicle battery coupled, and the parallel circuit the starter and the vehicle battery is via an electric Switch can be coupled to a connection of a flywheel energy store, with which also at least one electrical consumer is coupled. In the method, the electric switch then becomes at least at the beginning of the process of starting the internal combustion engine held in its electrically blocking switching state when a on the state of charge of the vehicle battery related predetermined Criterion is met.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann einerseits der elektrische Verbraucher zumindest zu Beginn des Startvorgangs – also wenn der Spannungseinbruch am Starter am größten ist – von dem Starter und der Fahrzeugbatterie entkoppelt werden, der elektrische Verbraucher wird somit zumindest zu Beginn des Startvorgangs in seiner Funktion nicht beeinträchtigt und kann mit der im Schwungradenergiespeicher gespeicherten Energie versorgt werden. Anderseits kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die Brennkraftmaschine auch dann zuverlässig gestartet werden, wenn der Ladezustand der Fahrzeugbatterie zum Beispiel unter einen vorbestimmten Grenzwert sinkt. Um dies zu ermöglichen, kann das vorbestimmte Kriterium beinhalten, dass der Ladezustand über einem vorbestimmten Grenzwert liegt.By the inventive method can on the one hand the electrical load at least at the beginning of the boot process - ie when the voltage drop across the starter is greatest is - decoupled from the starter and the vehicle battery, the electrical load is thus at least at the beginning of the boot process not impaired in its function and can with the energy stored in the flywheel energy storage. On the other hand, by the inventive method the internal combustion engine started reliably even then when the state of charge of the vehicle battery, for example, under a predetermined limit decreases. In order to make this possible, may include the predetermined criterion that the state of charge over a predetermined limit.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wie auch unter Bezugnahme auf die Zeichnung, wobei:The Invention will now be described with reference to a preferred embodiment explained in more detail, as well as with reference to the drawing, wherein:

1 in schematischer Darstellung ein Bordnetz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht; und 1 schematically illustrates an electrical system according to an embodiment of the invention; and

2 einen Grafen veranschaulicht, anhand dessen ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung näher erläutert wird. 2 illustrates a graph, by means of which a method according to an embodiment of the invention will be explained in more detail.

Ein in 1 dargestelltes Bordnetz 10 eines Personenkraftwagens umfasst einen Schwungradenergiespeicher 12, eine Fahrzeugbatterie 14, einen Starter 16 für eine Brennkraftmaschine, einen Generator 18 sowie eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern 20. Die elektrischen Verbraucher 20 können zum Beispiel ein Radio, ein Elektromotor für einen Scheibenwischer, eine Heizung, ein Lautsprechersystem für ein Mobiltelefon, eine Klimaanlage u. ä. sein.An in 1 represented electrical system 10 A passenger car includes a flywheel energy storage 12 , a vehicle battery 14 , a starter 16 for an internal combustion engine, a generator 18 as well as a variety of electrical consumers 20 , The electrical consumers 20 For example, a radio, an electric motor for a windshield wiper, a heater, a speaker system for a mobile phone, an air conditioner and the like may be used. be a.

Der Schwungradenergiespeicher 12 umfasst ein Schwungrad 22, welches um eine senkrecht zur Zeichnung verlaufende Drehachse drehbar – wie in 1 mit einem Pfeil 24 angedeutet – gelagert ist. Der Schwungradenergiespeicher 12 umfasst außerdem einen ersten Anschluss 26, einen zweiten Anschluss 28 sowie einen zusätzlichen Anschluss 30. Der zweite Anschluss 28 ist mit Masse 32 verbunden. Der zusätzliche Anschluss 30 ist von dem ersten Anschluss 26 abgezweigt bzw. mit diesem gekoppelt. Zwischen dem ersten Anschluss 26 und dem zusätzlichen Anschluss 30 ist ein MOSFET 34 geschaltet. Die parasitäre Diode 36 des MOSFETs 34 ist mit ihrer Anode mit dem zusätzlichen Anschluss 30 und mit ihrer Kathode mit dem ersten Anschluss 26 verbunden.The flywheel energy store 12 includes a flywheel 22 which rotates about a perpendicular to the drawing axis of rotation - as in 1 with an arrow 24 indicated - is stored. The flywheel energy store 12 also includes a first port 26 , a second connection 28 as well as an additional connection 30 , The second connection 28 is with mass 32 connected. The additional connection 30 is from the first port 26 branched off or coupled with this. Between the first connection 26 and the additional connection 30 is a MOSFET 34 connected. The parasitic diode 36 of the MOSFET 34 is with its anode with the extra connection 30 and with its cathode with the first connection 26 connected.

Der Schwungradenergiespeicher 12 umfasst außerdem einen Energiewandler 38, welcher drei Wicklungen 40 sowie einen Wechselrichter 42 aufweist. Der Energiewandler 38 hat die Aufgabe, elektrische Energie, die über die Anschlüsse 26, 28 bzw. 30, 28 entnommen werden kann, in kinetische Energie des Schwungrades 22 reversibel umzuwandeln. Liegt zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss 26, 28 (bzw. zwischen dem zusätzlichen Anschluss 30 und zweiten Anschluss 28) eine elektrische Gleichspannung US an, so kann durch entsprechende Ansteuerung des Wechselrichters 42 das Schwungrad 22 beschleunigt werden, nämlich unter Bereitstellen einer Wechselspannung an den Wicklungen 40. Durch Abbremsen des Schwungrades 22 auch mithilfe des Wechselrichters 42 – kann seine kinetische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt werden.The flywheel energy store 12 also includes an energy converter 38 which has three windings 40 as well as an inverter 42 on has. The energy converter 38 has the job of providing electrical energy through the connections 26 . 28 respectively. 30 . 28 can be taken, in kinetic energy of the flywheel 22 convert reversibly. Lies between the first and the second port 26 . 28 (or between the additional port 30 and second connection 28 ) an electrical DC voltage U S , so can by appropriate control of the inverter 42 the flywheel 22 be accelerated, namely by providing an AC voltage to the windings 40 , By braking the flywheel 22 also with the help of the inverter 42 - Its kinetic energy can be converted back into electrical energy.

Zur Ansteuerung des Wechselrichters 42 und des MOSFETs 34 ist im Bordnetz 10 eine Steuereinrichtung 44 bereitgestellt. Die Steuereinrichtung 44 kann auch die Amplitude einer Generatorspannung UG regeln, die vom Generator 18 in einem Fahrbetrieb erzeugt wird. Mit UG wird der Einfachheit halber nachfolgend im Allgemeinen die an der Fahrzeugbatterie 14, dem Starter 16 und dem Generator 18 anliegende Spannung bezeichnet, auch dann, wenn der Generator 18 nicht im Betrieb ist.For controlling the inverter 42 and the MOSFET 34 is in the electrical system 10 a control device 44 provided. The control device 44 can also regulate the amplitude of a generator voltage U G , that of the generator 18 is generated in a driving operation. With U G , for the sake of simplicity, the following will generally apply to the vehicle battery 14 , the starter 16 and the generator 18 applied voltage, even if the generator 18 is not in operation.

Die Fahrzeugbatterie 14 ist parallel zum Starter 16 und zum Generator 18 geschaltet. Die Parallelschaltung aus der Fahrzeugbatterie 14, dem Starter 16 und dem Generator 18 ist an den zusätzlichen Anschluss 30 des Schwungradenergiespeichers 12 angeschlossen. Dies bedeutet, dass die Fahrzeugbatterie 14, der Starter 16 und der Generator 18 einerseits mit dem zusätzlichen Anschluss 30 und andererseits mit dem Bezugspotential 32, also dem zweiten Anschluss 28 gekoppelt sind.The vehicle battery 14 is parallel to the starter 16 and to the generator 18 connected. The parallel connection from the vehicle battery 14 , the starter 16 and the generator 18 is at the additional connection 30 of flywheel energy storage 12 connected. This means that the vehicle battery 14 , the starter 16 and the generator 18 on the one hand with the additional connection 30 and on the other hand with the reference potential 32 that is the second connection 28 are coupled.

An den ersten Anschluss 26 sind die elektrischen Verbraucher 20 angeschlossen, andererseits sind sie mit den Bezugspotential 32 gekoppelt.At the first connection 26 are the electrical consumers 20 connected, on the other hand, they are with the reference potential 32 coupled.

Das Bordnetz 10, wie es in 1 dargestellt ist, hat folgende Funktionen:The electrical system 10 as it is in 1 has the following functions:

Verpolschutz:Reverse polarity protection:

Der MOSFET 34 übernimmt im Bordnetz 10 die zentrale Funktion des Verpolschutzes. Es müssen keine weiteren Verpolschutzmaßnahmen im Bordnetz 10 eingesetzt werden. Bei abgestellter Brennkraftmaschine wird der MOSFET 34 in seinem elektrisch sperrenden Schaltzustand gehalten. Wird eine Fremdbatterie an die Fahrzeugbatterie 14 mit falscher Polung angeschlossen, wird der Stromkreis (elektrische Verbraucher 20 – MOSFET 34 – Fahrzeugbatterie 14) durch den MOSFET 34 unterbrochen. Auf diesem Wege werden die elektrischen Verbraucher 20 vor Verpolung geschützt.The MOSFET 34 takes over in the electrical system 10 the central function of reverse polarity protection. There are no further reverse polarity protection measures in the electrical system 10 be used. When stopped internal combustion engine, the MOSFET 34 held in its electrically blocking switching state. If a foreign battery to the vehicle battery 14 connected with wrong polarity, the circuit (electrical consumers 20 - MOSFET 34 - Vehicle battery 14 ) through the MOSFET 34 interrupted. In this way, the electrical consumers 20 protected against reverse polarity.

Anlassen der Brennkraftmaschine bei aufgeladener Fahrzeugbatterie 14:Starting the internal combustion engine when the vehicle battery is charged 14 :

Liegt der Ladezustand der Fahrzeugbatterie 14 über einem vorbestimmten Grenzwert, wird der Starter 16 zu Beginn eines Startvorgangs mit elektrischer Energie aus der Fahrzeugbatterie 14 versorgt. Zu Beginn eines jeden Startvorgangs befindet sich der MOSFET 34 in seinem elektrisch sperrenden Schaltzustand, die elektrischen Verbraucher 20 und der Schwungradenergiespeicher 12 sind von der Fahrzeugbatterie 14 und dem Starter 16 entkoppelt. Somit werden einerseits die über den Starter 16 zu Beginn des Startvorgangs fließenden Ströme auf ein Minimum reduziert, andererseits wird ein Spannungseinbruch an den elektrischen Verbrauchern 20 vermieden. Die elektrischen Verbraucher 20 werden mit elektrischer Energie aus dem Schwungradenergiespeicher 12 versorgt.Is the state of charge of the vehicle battery 14 above a predetermined limit, will be the starter 16 at the beginning of a starting process with electrical energy from the vehicle battery 14 provided. At the beginning of each boot process is the MOSFET 34 in its electrically blocking switching state, the electrical consumers 20 and the flywheel energy storage 12 are from the vehicle battery 14 and the starter 16 decoupled. Thus, on the one hand, the over the starter 16 At the beginning of the starting process, currents flowing to a minimum are reduced; on the other hand, there is a voltage drop at the electrical consumers 20 avoided. The electrical consumers 20 be with electrical energy from the flywheel energy storage 12 provided.

Nach ca. 50 Millisekunden nach dem Einleiten des Startvorgangs wird der MOSFET 34 in seinen leitenden Schaltzustand, sei dieser ein vollständig leitender oder gedrosselt leitender Schaltzustand, verbracht. Also wird nach etwa 50 Millisekunden die Spannung UG am Starter 16 mithilfe des Schwungradenergiespeichers 12 stabilisiert. Durch eine solche Vorgehensweise wird die für das Anlassen der Brennkraftmaschine erforderliche Zeit im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduziert.After about 50 milliseconds after the initiation of the startup process, the MOSFET 34 in his conductive switching state, this was a fully conductive or throttled conductive switching state spent. So after about 50 milliseconds, the voltage U G at the starter 16 using the flywheel energy storage 12 stabilized. Such an approach significantly reduces the time required to start the engine compared with the prior art.

Bezugnehmend auf 2 wird nun der Vorgang des Startens näher erläutert. In 2 sind dargestellt:

  • – ein Verlauf 46 der am Starter 16 während des Startvorgangs anliegenden Spannung UG,
  • – ein Verlauf 48 eines während des Startvorgangs über den Starter 16 fließenden Stromes IS,
  • – ein Verlauf 50 einer Drehzahl n des Starters 16 bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine nach einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
  • – ein Verlauf 52 der Drehzahl n bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik, also ohne Stabilisierung der Spannung UG mithilfe des Schwungradenergiespeichers 12.
Referring to 2 Now the process of starting is explained in more detail. In 2 are shown:
  • - a course 46 the starter 16 voltage U G applied during the starting process,
  • - a course 48 one during the launch over the starter 16 flowing current I S ,
  • - a course 50 a speed n of the starter 16 at startup of the internal combustion engine according to a method according to an embodiment of the invention and
  • - a course 52 the speed n at startup of the internal combustion engine according to the prior art, ie without stabilizing the voltage U G using the flywheel energy storage 12 ,

Vor dem Einleiten des Startvorgangs – d. h. zwischen einem Zeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t1 – ist die am Starter 16 anliegende Spannung UG konstant und beträgt zum Beispiel 12 Volt. Diese Spannung wird von der Fahrzeugbatterie 14 bereitgestellt. Zum Zeitpunkt t1 wird der Vorgang des Startens der Brennkraftmaschine eingeleitet, d. h. der Starter 16 wird eingeschaltet. Sehr rasch steigt der Strom IS, bis er ein Maximum 54 erreicht. Gleichzeitig bricht die Spannung UG aufgrund des Kurzschlusses des Starters 16 ein, nämlich auf 7 Volt. Der Starter 16 beginnt sich zu drehen, die Drehzahl n steigt ab dem Zeitpunkt t1 an. Mit steigender Drehzahl n steigt auch die Spannung UG, und die Stromstärke des Stromes IS sinkt.Before initiating the starting process - ie between a time t 0 and a time t 1 - is the starter 16 applied voltage U G constant and is for example 12 volts. This voltage is supplied by the vehicle battery 14 provided. At time t 1 , the process of starting the internal combustion engine is initiated, ie the starter 16 is turned on. Very quickly, the current I S increases until it reaches a maximum 54 reached. At the same time, the voltage U G breaks due to the short circuit of the starter 16 on, namely at 7 volts. The starter 16 starts to turn, the speed n increases from the time point t 1 . With increasing speed n, the voltage U G increases , and the current intensity of the current I S decreases.

Zu einem Zeitpunkt t2 wird der MOSFET 34 in seinen elektrisch leitenden Schaltzustand verbracht. Dies erfolgt nach etwa 50 Millisekunden nach dem Einleiten des Startvorgangs zum Zeitpunkt t1. Durch Zuschalten des Schwungradenergiespeichers 12 zum Zeitpunkt t2 erholt sich die Spannung UG und steigt auf etwa 8,5 Volt an. Gleichzeitig erhöht sich die Drehzahl n deutlich, die Drehzahl n liegt zu einem Zeitpunkt t3 bereits deutlich höher als im Stand der Technik. Ab dem Zeitpunkt t3 wird der Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen Beispiel und dem Stand der Technik sichtbar: Die Brennkraftmaschine läuft bereits zu einem Zeitpunkt t4; nach dem Stand der Technik wird die Brennkraftmaschine erst zu einem Zeitpunkt t5 vollständig in Betrieb genommen.At a time t 2 , the MOSFET 34 spent in its electrically conductive switching state. This occurs after about 50 milliseconds after the initiation of the starting process at time t 1 . By connecting the flywheel energy storage 12 At time t 2 , the voltage U G recovers and rises to about 8.5 volts. At the same time, the speed n increases significantly, the speed n is already much higher at a time t 3 than in the prior art. From the time t 3 , the difference between the example according to the invention and the prior art becomes visible: the internal combustion engine is already running at a time t 4 ; According to the prior art, the internal combustion engine is only fully put into operation at a time t 5 .

Nach und nach erholt sich die Spannung UG ab dem Zeitpunkt t3. Die Spannung UG erreicht wieder den Wert von 12 Volt, nämlich zu einem Zeitpunkt t6. Während die Spannung UG ansteigt, sinkt der Strom IS, bis er kurz nach dem Zeitpunkt t6 erlischt.Gradually, the voltage U G recovers from the time t 3 . The voltage U G again reaches the value of 12 volts, namely at a time t 6 . While the voltage U G increases, the current I S decreases until it goes out shortly after the time t 6 .

Anlassen der Brennkraftmaschine bei leerer Fahrzeugbatterie 14:Starting the engine when the vehicle battery is empty 14 :

Stellt die Steuereinrichtung 44 fest, dass der Ladezustand der Fahrzeugbatterie 14 unter einem vorbestimmten Grenzwert liegt, so schaltet sie den MOSFET 34 bereits zu Beginn des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine in den elektrisch leitenden Schaltzustand. Auf diesem Wege wird das Anlassen der Brennkraftmaschine durch den Schwungradenergiespeicher 12 unterstützt, und die Brennkraftmaschine kann zuverlässig angelassen werden. Ist auch der Schwungradenergiespeicher 12 vor dem Einleiten des Startvorgangs entladen, so kann er zunächst mit Energie aus der Fahrzeugbatterie 14 langsam aufgeladen und dann während des Startvorgangs wieder entladen werden.Represents the controller 44 determines that the state of charge of the vehicle battery 14 is below a predetermined threshold, it switches the MOSFET 34 already at the beginning of the process of starting the internal combustion engine in the electrically conductive switching state. In this way, the starting of the internal combustion engine by the flywheel energy storage 12 supports, and the internal combustion engine can be started reliably. Is also the flywheel energy storage 12 before discharging the starting process, he can first with energy from the vehicle battery 14 be charged slowly and then discharged again during the boot process.

Fahrbetrieb:Driving:

Während der Fahrt stellt der Generator 18 die Generatorspannung UG bereit, deren Amplitude in der Regel etwas höher als die Batteriespannung der Fahrtzeugbatterie 14 liegt. Im Fahrbetrieb wird der MOSFET 34 in seinem elektrisch leitenden Schaltzustand gehalten, so dass die elektrischen Verbraucher 20 mit der vom Generator erzeugten Generatorspannung UG versorgt werden.While driving, the generator stops 18 the generator voltage U G ready whose amplitude is usually slightly higher than the battery voltage of the vehicle battery 14 lies. When driving, the MOSFET 34 held in its electrically conductive switching state, so that the electrical consumers 20 be supplied with the generator voltage U G generated by the generator.

Insgesamt wird also ein Bordnetz 10 bereitgestellt, mit welchem einerseits die Brennkraftmaschine zuverlässig und rasch gestartet werden kann; andererseits werden die elektrischen Verbraucher 20 während des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine in ihrer Funktion nicht beeinträchtigt. Die elektrischen Verbraucher 20 werden nämlich während des Startvorgangs von der Fahrzeugbatterie 14 und dem Starter 16 entkoppelt und mit im Schwungradenergiespeicher 12 gespeicherter Energie versorgt.Overall, therefore, a wiring system 10 provided with which on the one hand the engine can be started reliably and quickly; On the other hand, the electrical consumers 20 during the process of starting the internal combustion engine is not impaired in their function. The electrical consumers 20 namely, during the starting process of the vehicle battery 14 and the starter 16 decoupled and with in the flywheel energy storage 12 stored energy.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102004053155 A1 [0002] DE 102004053155 A1 [0002]

Claims (15)

Schwungradenergiespeicher (12) für ein Bordnetz (10) eines Kraftfahrzeugs, mit – einem drehbar gelagerten Schwungrad (22), – einem ersten und einem zweiten elektrischen Anschluss (26, 28) und – einem Energiewandler (38) zum reversiblen Umwandeln von an den Anschlüssen bereitgestellter elektrischer Energie (US) in kinetische Energie des Schwungrades (22), dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Anschluss (30) von dem ersten Anschluss (26) abgezweigt ist und ein elektrischer Schalter (34) zwischen dem ersten und dem zusätzlichen Anschluss (26, 30) gekoppelt ist.Flywheel energy storage ( 12 ) for a vehicle electrical system ( 10 ) of a motor vehicle, with - a rotatably mounted flywheel ( 22 ), - a first and a second electrical connection ( 26 . 28 ) and - an energy converter ( 38 ) for reversibly converting electrical energy (U S ) provided at the terminals into kinetic energy of the flywheel ( 22 ), characterized in that an additional connection ( 30 ) from the first port ( 26 ) and an electrical switch ( 34 ) between the first and the additional connection ( 26 . 30 ) is coupled. Schwungradenergiespeicher (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schalter (34) ein MOSFET ist, dessen parasitäre Diode (36) mit ihrer Anode mit dem zusätzlichen Anschluss (30) gekoppelt ist.Flywheel energy storage ( 12 ) according to claim 1, characterized in that the electrical switch ( 34 ) is a MOSFET whose parasitic diode ( 36 ) with its anode with the additional connection ( 30 ) is coupled. Schwungradenergiespeicher (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (22), der Energiewandler (38) und der elektrische Schalter (34) in ein gemeinsames Gehäuse eingebaut sind.Flywheel energy storage ( 12 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the flywheel ( 22 ), the energy converter ( 38 ) and the electrical switch ( 34 ) are installed in a common housing. Bordnetz (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Schwungradenergiespeicher (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer Steuereinrichtung (44) zum Ansteuern des elektrischen Schalters (34).Electrical system ( 10 ) for a motor vehicle, with a flywheel energy storage ( 12 ) according to one of the preceding claims and with a control device ( 44 ) for driving the electrical switch ( 34 ). Bordnetz (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Anschluss (26) zumindest ein elektrischer Verbraucher (20) und mit dem zusätzlichen Anschluss (30) eine Fahrzeugbatterie (14) und ein Starter (16) für eine Brennkraftmaschine gekoppelt sind.Electrical system ( 10 ) according to claim 4, characterized in that with the first connection ( 26 ) at least one electrical consumer ( 20 ) and with the additional connection ( 30 ) a vehicle battery ( 14 ) and a starter ( 16 ) are coupled for an internal combustion engine. Bordnetz (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (44) dazu ausgelegt ist, zumindest zu Beginn (t1 bis t2) des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine den elektrischen Schalter (34) in seinem elektrisch sperrenden Schaltzustand zu halten.Electrical system ( 10 ) according to claim 5, characterized in that the control device ( 44 ) is designed, at least at the beginning (t 1 to t 2 ) of the process of starting the internal combustion engine, the electric switch ( 34 ) in its electrically blocking switching state. Bordnetz (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (44) dazu ausgelegt ist, nur zu Beginn (t1 bis t2) des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine den elektrischen Schalter (34) in seinem elektrisch sperrenden Schaltzustand zu halten und nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls den elektrischen Schalter (34) in seinen elektrisch leitenden Schaltzustand zu verbringen.Electrical system ( 10 ) according to claim 6, characterized in that the control device ( 44 ) is adapted, only at the beginning (t 1 to t 2 ) of the process of starting the internal combustion engine, the electric switch ( 34 ) hold in its electrically blocking switching state and after a predetermined time interval, the electrical switch ( 34 ) to spend in its electrically conductive switching state. Bordnetz (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (44) dazu ausgelegt ist, während einer gesamten Zeitdauer (t1 bis t4) des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine den elektrischen Schalter (34) in seinem elektrisch sperrenden Schaltzustand zu halten.Electrical system ( 10 ) according to claim 6, characterized in that the control device ( 44 ) is designed, during a total period (t 1 to t 4 ) of the process of starting the internal combustion engine, the electric switch ( 34 ) in its electrically blocking switching state. Bordnetz (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (44) dazu ausgelegt ist, während des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine den elektrischen Schalter (34) dann in seinen elektrisch leitenden Schaltzustand zu verbringen, wenn eine den Ladezustand der Fahrzeugbatterie (14) wiedergebende Größe einen vorbestimmten Wertebereich verlässt.Electrical system ( 10 ) according to one of claims 5 to 7, characterized in that the control device ( 44 ) is adapted during the process of starting the internal combustion engine, the electrical switch ( 34 ) to spend in its electrically conductive switching state when a the state of charge of the vehicle battery ( 14 ) reproducing size leaves a predetermined value range. Bordnetz (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (44) dazu ausgelegt ist, während einer gesamten Zeitdauer (t1 bis t4) des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine dann den elektrischen Schalter (34) in seinem elektrisch leitenden Schaltzustand zu halten, wenn eine den Ladezustand der Fahrzeugbatterie (14) wiedergebende Größe zu Beginn des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine außerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs liegt, wobei bevorzugt die Steuereinrichtung (44) ferner dazu ausgelegt ist, vor dem Einleiten des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine den Schwungradenergiespeicher mit Energie aus der Fahrzeugbatterie (14) aufzuladen.Electrical system ( 10 ) according to claim 5, characterized in that the control device ( 44 ) is designed, during a total period (t 1 to t 4 ) of the process of starting the internal combustion engine then the electrical switch ( 34 ) in its electrically conductive switching state, if a the state of charge of the vehicle battery ( 14 ) is at the beginning of the process of starting the internal combustion engine outside a predetermined value range, wherein preferably the control device ( 44 ) is further configured, prior to initiating the process of starting the internal combustion engine, the flywheel energy storage with energy from the vehicle battery ( 14 ) to charge. Bordnetz (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei ein Generator (18) parallel zur Fahrzeugbatterie (14) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (44) dazu ausgelegt ist, in einem Fahrbetrieb, in welchem der Generator (18) eine Generatorspannung (UG) bereitstellt, den elektrischen Schalter (34) in seinem elektrisch leitenden Schaltzustand zu halten.Electrical system ( 10 ) according to one of claims 5 to 10, wherein a generator ( 18 ) parallel to the vehicle battery ( 14 ), characterized in that the control device ( 44 ) is designed, in a driving operation, in which the generator ( 18 ) provides a generator voltage (U G ), the electrical switch ( 34 ) in its electrically conductive switching state. Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 11.Motor vehicle with a vehicle electrical system ( 10 ) according to one of claims 4 to 11. Verfahren zum Steuern eines Vorgangs des Startens einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mithilfe eines Starters (16), der elektrisch parallel zu einer Fahrzeugbatterie (14) gekoppelt ist, wobei die Parallelschaltung aus dem Starter (16) und der Fahrzeugbatterie (14) über einen elektrischen Schalter (34) mit einem Anschluss (26) eines Schwungradenergiespeichers (12) koppelbar ist, mit welchem außerdem zumindest ein elektrischer Verbraucher (20) gekoppelt ist, wobei der elektrische Schalter (34) dann zumindest zu Beginn (t1 bis t2) des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine in seinem elektrisch sperrenden Schaltzustand gehalten wird, wenn ein auf den Ladezustand der Fahrzeugbatterie (14) bezogenes vorbestimmtes Kriterium erfüllt ist.Method for controlling an operation of starting an internal combustion engine of a motor vehicle by means of a starter ( 16 ), which is electrically parallel to a vehicle battery ( 14 ), wherein the parallel connection from the starter ( 16 ) and the vehicle battery ( 14 ) via an electrical switch ( 34 ) with a connection ( 26 ) of a flywheel energy storage device ( 12 ), with which at least one electrical consumer ( 20 ), wherein the electrical switch ( 34 ) is then held at least at the beginning (t 1 to t 2 ) of the process of starting the internal combustion engine in its electrically blocking switching state, when a on the state of charge of the vehicle battery ( 14 ) determined predetermined criterion is met. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Kriterium beinhaltet, dass eine den Ladezustand wiedergebende Größe in einem vorbestimmten Wertebereich liegt.Method according to claim 13, characterized in that that the predetermined criterion includes one of the state of charge reproducing size in a predetermined range of values lies. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass – nach Erfülltsein des vorbestimmten Kriteriums der elektrische Schalter (34) während einer gesamten Zeitdauer (t1 bis t4) des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine in seinem elektrisch sperrenden Schaltzustand gehalten wird oder – nach Erfülltsein des vorbestimmten Kriteriums der elektrische Schalter (34) zu Beginn (t1 bis t2) des Vorgangs des Startens der Brennkraftmaschine in seinem elektrisch sperrenden Schaltzustand gehalten und nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls in seinen elektrisch leitenden Schaltzustand verbracht wird.A method according to claim 13 or 14, characterized in that - after the fulfillment of the predetermined criterion of the electrical switch ( 34 ) is kept in its electrically blocking switching state during a whole period of time (t 1 to t 4 ) of the process of starting the internal combustion engine or - after the fulfillment of the predetermined criterion, the electrical switch ( 34 ) is held at the beginning (t 1 to t 2 ) of the process of starting the internal combustion engine in its electrically blocking switching state and spent after a predetermined time interval in its electrically conductive switching state.
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