DE102009057919B4 - On-board electrical system for a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Elektrisches Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit zumindest zwei Spannungsebenen, mit zumindest einem Verbraucher (V1, V2) für jede der beiden Spannungsebenen und mit zumindest zwei Energiespeichern (S1, S2),dadurch gekennzeichnet,dass das Bordnetz einen ersten Generator (G1) umfasst, der eine erste elektrische Spannung erzeugt, deren Amplitude im Wesentlichen ein elektrisches Potenzial einer ersten Spannungsebene bestimmt, unddass das Bordnetz einen zweiten Generator (G2) umfasst, der eine zweite elektrische Spannung erzeugt, deren Amplitude im Wesentlichen die elektrische Potenzialdifferenz zwischen der ersten Spannungsebene und einer zweiten Spannungsebene bestimmt, deren elektrisches Potenzial höher liegt als das der ersten Spannungsebene,dass die Generatoren (G1, G2) in einer Reihenschaltung miteinander verbunden sind. dass die beiden Energiespeicher (S1, S2) in einer Reihenschaltung miteinander verbunden sind,dass ein erster Energiespeicher (S1) parallel zu dem ersten Generator (G1) geschaltet ist,dass ein zweiter Energiespeicher (S2) parallel zu dem zweiten Generator (G2) geschaltet ist,dass ein Gleichspannungswandler (DCDC) zwischen die beiden Energiespeicher geschaltet ist, unddass der Gleichspannungswandler so dimensioniert ist, dass eine Notversorgung eines Energiespeichers im Falle eines Ausfall des Generators, der parallel zum jeweils anderen Energiespeicher geschaltet ist, für einen normalen Fahrbetrieb und/oder einen Notbetrieb sichergestellt ist.Vehicle electrical system for a motor vehicle with at least two voltage levels, with at least one consumer (V1, V2) for each of the two voltage levels and with at least two energy stores (S1, S2), characterized in that the vehicle electrical system includes a first generator (G1) which generates a first electrical voltage, the amplitude of which essentially determines an electrical potential of a first voltage level, and that the vehicle electrical system includes a second generator (G2) which generates a second electrical voltage, the amplitude of which essentially corresponds to the electrical potential difference between the first voltage level and a second Determines voltage level, whose electrical potential is higher than that of the first voltage level, that the generators (G1, G2) are connected to each other in a series circuit. that the two energy stores (S1, S2) are connected to one another in a series circuit, that a first energy store (S1) is connected in parallel to the first generator (G1), that a second energy store (S2) is connected in parallel to the second generator (G2). is that a DC-DC converter (DCDC) is connected between the two energy stores, and that the DC-DC converter is dimensioned such that an emergency supply of an energy store in the event of a failure of the generator, which is connected in parallel to the other energy store, is used for normal driving and/or emergency operation is ensured.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit zumindest zwei Spannungsebenen, mit zumindest einem Verbraucher für jede der beiden Spannungsebenen und mit zumindest zwei Energiespeichern.The invention relates to an on-board electrical system for a motor vehicle with at least two voltage levels, with at least one consumer for each of the two voltage levels and with at least two energy stores.

Solche elektrischen Bordnetze, häufig auch als Zwei-Spannungs-Bordnetze oder Mehr-Spannungs-Bordnetze bezeichnet, sind in verschiedensten Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Bekannt sind insbesondere, beispielsweise aus der DE 10 2008 010 979 A1 oder der US 4 045 718 A , elektrische Zwei-Spannungs-Bordnetze, bei denen die beiden Spannungsebenen über einen Gleichspannungswandler gekoppelt sind.Such on-board electrical systems, often also referred to as dual-voltage on-board systems or multi-voltage on-board systems, are known in a wide variety of designs from the prior art. Are known in particular, for example from DE 10 2008 010 979 A1 or the U.S. 4,045,718 A , electrical two-voltage vehicle electrical systems, in which the two voltage levels are coupled via a DC voltage converter.

Als Alternative hierzu sind, beispielsweise aus der DE 10 2005 039 045 A1 , ferner Zwei-Spannungs-Bordnetze mit zwei Generatoren bekannt. Ein Zwei-Spannungs-Bordnetze mit zwei Generatoren, bei welchem gezielt auf den Einsatz eines Gleichspannungswandlers verzichtet wird, beschreibt die DE 101 06 723 A1 . Ein ähnliches Zwei-Spannungs-Bordnetz ist aus der DE 693 03 542 T2 bekannt, bei der ein Hauptstromkreis und ein Zusatzstromkreis vorgesehen sind, die jeweils einen Wechselstromgenerator aufweisen, deren Erregerströme durch einen ersten bzw. einen zweiten Regler geregelt werden.As an alternative to this, for example from the DE 10 2005 039 045 A1 , Also known two-voltage vehicle electrical systems with two generators. The DE 101 06 723 A1 . A similar two-voltage electrical system is from the DE 693 03 542 T2 known in which a main circuit and an auxiliary circuit are provided, each having an alternator whose excitation currents are controlled by a first and a second regulator.

Bekannt sind weiterhin auch Zwei-Spannungs-Bordnetze bzw. Mehr-Spannungs-Bordnetze mit einer seriellen Speicherkopplung, in der Regel unter Kopplung der enthaltenen Energiespeicher mittels eines Gleichspannungswandlers.Also known are two-voltage vehicle electrical systems or multi-voltage vehicle electrical systems with a serial storage coupling, usually with the energy storage contained being coupled by means of a DC-DC converter.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein Energiemanagement von gekoppelten Bordnetzen ist in der DE 10 2008 005 307 A1 beschrieben.A method and a device for energy management of coupled vehicle electrical systems is in DE 10 2008 005 307 A1 described.

DE 10 2008 022 582 A1 offenbart ebenfalls ein elektrisches Energiebordnetz für ein Kraftfahrzeug, wobei das elektrische Energiebordnetz ein erstes Teilbordnetz zur Bereitstellung einer ersten Bordnetzspannung ein zweites Teilbordnetz zur Bereitstellung einer zweiten Bordnetzspannung sowie eine steuerbare elektrische Koppeleinrichtung umfasst, über die die beiden Teilbordnetze miteinander gekoppelt sind. Die Koppeleinrichtung ist derart ausgebildet, dass die Bordnetzspannung für zumindest eines der beiden Teilbordnetze einstellbar ist. DE 10 2008 022 582 A1 also discloses an electrical power supply system for a motor vehicle, the electrical power supply system comprising a first partial vehicle electrical system for providing a first vehicle electrical system voltage, a second partial vehicle electrical system for providing a second vehicle electrical system voltage and a controllable electrical coupling device via which the two partial vehicle electrical systems are coupled to one another. The coupling device is designed in such a way that the vehicle electrical system voltage can be adjusted for at least one of the two vehicle electrical systems.

In der DE 10 2007 004 279 A1 ist ein Mehrspannungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug offenbart, das einen Generator, einen ersten Energiespeicher, dessen Energie in einen ersten Niederspannungs-Bordnetzzweig mit zumindest einem ersten Niederspannungs-Verbraucher einspeisbar ist, und dessen Energie über eine steuerbare Schalteinrichtung in einen zweiten Niederspannungs- Bordnetzzweig mit zumindest einem zweiten Niederspannungs-Verbraucher einspeisbar ist, und einen zweiten Energiespeicher aufweist, dessen Energie in einen Hochspannungs-Bordnetzzweig einspeisbar ist, und dessen Energie über einen DC/DC-Wandler in den zweiten Niederspannungs-Bordnetzzweig einspeisbar ist. Die steuerbare Schalteinrichtung ist zwischen einer ersten Schaltungskonfiguration, in der der erste Niederspannungs-Bordnetzzweig über den DC/DC-Wandler mit Energie des zweiten Energiespeichers speisbar ist oder gespeist wird, und einer zweiten Schaltungskonfiguration, in der der erste Niederspannungs-Bordnetzzweig nicht über den DC/DC-Wandler mit Energie des zweiten Energiespeichers (3) speisbar ist oder gespeist wird, schaltbar.In the DE 10 2007 004 279 A1 discloses a multi-voltage vehicle electrical system for a motor vehicle, which has a generator, a first energy store, whose energy can be fed into a first low-voltage vehicle electrical system branch with at least one first low-voltage consumer, and whose energy can be fed via a controllable switching device into a second low-voltage vehicle electrical system branch with at least one second low-voltage consumer can be fed, and has a second energy storage device, the energy of which can be fed into a high-voltage vehicle electrical system branch, and the energy of which can be fed into the second low-voltage vehicle electrical system branch via a DC/DC converter. The controllable switching device is between a first circuit configuration, in which the first low-voltage vehicle electrical system branch can be fed or is supplied with energy from the second energy store via the DC/DC converter, and a second circuit configuration, in which the first low-voltage vehicle electrical system branch does not have the DC / DC converter with energy of the second energy store (3) can be fed or is fed, switchable.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache und kostengünstige Gestaltung für ein elektrisches Bordnetz der eingangs genannten Gattung zu schaffen.It is an object of the invention to provide a simple and cost-effective design for an on-board electrical system of the type mentioned at the outset.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein elektrisches Bordnetz gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by an on-board electrical system according to claim 1. Advantageous embodiments and developments of the invention result from the dependent claims.

Erfindungsgemäß umfasst das Bordnetz einen ersten Generator, der eine erste elektrische Spannung erzeugt, deren Amplitude im Wesentlichen ein elektrisches Potenzial einer ersten Spannungsebene bestimmt, sowie einen zweiten Generator, der eine zweite elektrische Spannung erzeugt, deren Amplitude im Wesentlichen die elektrische Potenzialdifferenz zwischen der ersten Spannungsebene und einer zweiten Spannungsebene bestimmt, deren elektrisches Potenzial höher liegt als das der ersten Spannungsebene.According to the invention, the vehicle electrical system includes a first generator that generates a first electrical voltage whose amplitude essentially determines an electrical potential of a first voltage level, and a second generator that generates a second electrical voltage whose amplitude essentially determines the electrical potential difference between the first voltage level and a second voltage level whose electrical potential is higher than that of the first voltage level.

Die beiden Generatoren werden in Reihe bzw. in Serie geschaltet, um das höhere Potenzial der zweiten Spannungsebene zu erzeugen bzw. zu bestimmen. Des Weiteren sind auch die beiden Energiespeicher in einer Reihenschaltung miteinander verbunden. Ein erster Energiespeicher ist dabei parallel zu dem ersten Generator geschaltet, und ein zweiter Energiespeicher ist parallel zu dem zweiten Generator geschaltet. Eine solche Verschaltung führt aufgrund der dadurch ermöglichten direkten Versorgung der einzelnen Speicher bzw. Teil-Bordnetze aus den Energiequellen bzw. Generatoren zu einem sehr guten, insbesondere gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verschaltungen verbesserten, Wirkungsgrad.The two generators are connected in series to generate or determine the higher potential of the second voltage level. Furthermore, the two energy stores are also connected to one another in a series circuit. A first energy store is connected in parallel with the first generator, and a second energy store is connected in parallel with the second generator. Such an interconnection leads to a very good efficiency, which is improved in particular compared to the interconnections known from the prior art, due to the direct supply of the individual accumulators or partial vehicle electrical systems from the energy sources or generators that is made possible.

Ein Gleichspannungswandler ist zwischen die beiden Energiespeicher geschaltet. Der Gleichspannungswandler ist so dimensioniert, dass eine Notversorgung eines Energiespeichers im Falle eines Ausfall des Generators, der parallel zum jeweils anderen Energiespeicher geschaltet ist, für einen normalen Fahrbetrieb und/oder einen Notbetrieb sichergestellt ist. Der Gleichspannungswandler ist daher - anders als dies beim Stand der Technik möglich wäre - so „klein“ dimensioniert, dass er gerade für eine solche Notversorgung eines Energiespeichers ausreicht.A DC-DC converter is connected between the two energy stores. The DC-DC converter is dimensioned in such a way that an emergency supply of an energy storage device can be provided in the event of a failure of the generator, which is parallel to the each other energy storage is connected, is ensured for normal driving and / or emergency operation. The DC-DC converter is therefore - in contrast to what would be possible with the prior art - dimensioned so "small" that it is just sufficient for such an emergency supply of an energy store.

Hierzu kann der Gleichspannungswandler beispielsweise für eine Stromstärke von 3 Ampere ausgelegt sein. Alternativ kann der Gleichspannungswandler beispielsweise für eine Stromstärke von 5 Ampere ausgelegt sein.For this purpose, the DC-DC converter can be designed for a current of 3 amperes, for example. Alternatively, the DC-DC converter can be designed for a current of 5 amperes, for example.

Durch einen „klein“ dimensionierten Gleichspannungswandler kann dann beispielsweise eine Tiefentladung oder eine Überladung verzögert oder aber auch ganz verhindert werden. Vorteilhaft ist eine zusätzliche Bereitstellung von Steuerungsmitteln, die im Falle des Ausfalles einer Energiequelle flankierende Notbetriebsmaßnahmen auslösen. Dabei kann es sich um an sich bekannte Notbetriebsmaßnahmen handeln, wie etwa eine Verbraucherdegradation. Dies begünstigt eine besonders kleine Dimensionierung des Gleichspannungswandlers. Die oben genannten Vorteile des Verzichts auf einen Gleichspannungswandler bleiben bei einer solchen „Verkleinerung“ des Gleichspannungswandlers (bezogen auf den Stand der Technik) größtenteils erhalten.For example, a deep discharge or overcharging can be delayed or completely prevented by a “small” DC-DC converter. An additional provision of control means, which trigger accompanying emergency operation measures in the event of the failure of an energy source, is advantageous. This can involve emergency operation measures that are known per se, such as a consumer degradation. This favors a particularly small dimensioning of the DC voltage converter. The above-mentioned advantages of doing without a DC-DC converter are largely retained with such a "minimization" of the DC-DC converter (relative to the prior art).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt das elektrische Potenzial der zweiten Spannungsebene in etwa doppelt so hoch wie das elektrische Potenzial der ersten Spannungsebene bzw. in anderen Worten: die Potenzialdifferenz zwischen der ersten Spannungsebene und der zweiten Spannungsebene entspricht in etwa der Potenzialdifferenz zwischen Masse und der ersten Spannungsebene. Es erzeugen dann beide Generatoren in etwa dieselbe elektrische Spannung, z.B. 12 Volt. Bei solcher Auslegung können beispielsweise gleichartige Energiespeicher verwendet werden.According to a preferred embodiment of the invention, the electrical potential of the second voltage level is approximately twice as high as the electrical potential of the first voltage level or in other words: the potential difference between the first voltage level and the second voltage level corresponds approximately to the potential difference between ground and the first voltage level. Both generators then generate approximately the same electrical voltage, e.g. 12 volts. With such a design, energy stores of the same type can be used, for example.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Energiequellen, d. h. die Generatoren, in unterschiedlichen Technologien ausgeführt. Es kann sich insbesondere bei dem ersten Generator um einen konventionellen Klauenpolgenerator handeln, während der zweite Generator als thermoelektrischer Generator ausgeführt ist. Alternativ kann der zweite Generator als Solargenerator eines Solardachs eines Kraftfahrzeugs ausgeführt sein.According to a preferred embodiment of the invention, the energy sources, i. H. the generators, executed in different technologies. In particular, the first generator can be a conventional claw-pole generator, while the second generator is designed as a thermoelectric generator. Alternatively, the second generator can be designed as a solar generator of a solar roof of a motor vehicle.

Ein Solardach für ein Kraftfahrzeug, welches einen Solargenerator umfasst, ist beispielsweise in der EP 0 685 363 A1 beschrieben. Ein thermoelektrischer Generator ist beispielsweise bekannt aus der EP 2 113 958 A1 . Die Einkopplung der elektrischen Energie eines thermoelektrischen Generators oder eines Solardaches in ein Bordnetz ist beispielhaft in der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2009 030 406.1 der Anmelderin beschrieben.A solar roof for a motor vehicle, which includes a solar generator, is for example in EP 0 685 363 A1 described. A thermoelectric generator is known for example from EP 2 113 958 A1 . The coupling of the electrical energy of a thermoelectric generator or a solar roof into a vehicle electrical system is an example in the as yet unpublished German patent application 10 2009 030 406.1 described by the applicant.

Gemäß einer weiteren, alternativ oder zusätzlich anwendbaren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Diode zwischen den Ausgang des zweiten Generators und die zweite Spannungsebene geschaltet. Die Energie des zweiten Generators kann somit sehr einfach, mit geringen Verlusten behaftet und gleichmäßig in das Bordnetz eingespeist werden. Insbesondere wird gegenüber dem Stand der Technik ein höherer Wirkungsgrad durch gleichmäßigere Spannung im zweiten Teilbordnetz erreicht.According to a further, alternatively or additionally applicable, preferred embodiment of the invention, a diode is connected between the output of the second generator and the second voltage level. The energy of the second generator can thus be fed into the vehicle electrical system very easily, with low losses and evenly. In particular, compared to the prior art, a higher degree of efficiency is achieved through a more uniform voltage in the second part of the vehicle electrical system.

Im Folgenden wird anhand der einzigen beigefügten Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Es zeigt dabei schematisch

  • 1 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bordnetzes.
A preferred exemplary embodiment of the invention is described below on the basis of the only attached drawing. This results in further details, preferred embodiments and developments of the invention. It shows this schematically
  • 1 a preferred embodiment of the vehicle electrical system according to the invention.

Für die Kopplung der Bordnetzzweige in bekannten Zwei-Spannungs-Bordnetzen bzw. Mehr-Spannungs-Bordnetze wird in der Regel ein Gleichspannungswandler verwendet. Dieser muss eine ausreichende Leistung haben, was in der Regel mit entsprechenden Kosten, entsprechendem Bauraum- und Kühlungsbedarf und mit Zusatzgewicht einhergeht. Auch die Verwendung zweier konventioneller Klauenpolgeneratoren geht in der Regel mit ähnlichen Nachteilen einher.A DC voltage converter is generally used for coupling the vehicle electrical system branches in known two-voltage vehicle electrical systems or multi-voltage vehicle electrical systems. This must have sufficient performance, which is usually associated with corresponding costs, corresponding installation space and cooling requirements and additional weight. The use of two conventional claw-pole generators is usually associated with similar disadvantages.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bordnetzes ist beispielhaft in 1 dargestellt.A preferred embodiment of the vehicle electrical system according to the invention is exemplified in 1 shown.

1 zeigt ein elektrisches Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit zwei Spannungsebenen, mit Verbrauchern (repräsentiert durch Widerstände V1, V2) für jede der beiden Spannungsebenen und mit zwei Energiespeichern (S1, S2). 1 shows an electrical system for a motor vehicle with two voltage levels, with loads (represented by resistors V1, V2) for each of the two voltage levels and with two energy stores (S1, S2).

Das Bordnetz umfasst zwei Generatoren (G1, G2). Ein erster Generator (G1) erzeugt eine erste elektrische Spannung, deren Amplitude im Wesentlichen ein elektrisches Potenzial einer ersten Spannungsebene bestimmt. Ein zweiter Generator (G2) erzeugt eine zweite elektrische Spannung, deren Amplitude im Wesentlichen die elektrische Potenzialdifferenz zwischen der ersten Spannungsebene und einer zweiten Spannungsebene bestimmt. Das elektrische Potenzial der zweiten Spannungsebene liegt höher als das der ersten Spannungsebene.The vehicle electrical system includes two generators (G1, G2). A first generator (G1) generates a first electrical voltage, the amplitude of which essentially determines an electrical potential of a first voltage level. A second generator (G2) generates a second electrical voltage, the amplitude of which essentially determines the electrical potential difference between the first voltage level and a second voltage level. The electrical potential of the second voltage level is higher than that of the first voltage level.

Die beiden Generatoren (G1, G2) sind in einer Reihenschaltung verbunden. Auch die Energiespeicher (S1, S2) sind in einer Reihenschaltung verbunden. Die jeweiligen Verbindungsklemmen bzw. Verbindungspunkte dieser beiden Reihenschaltungen sind miteinander verbunden, wodurch der erste Energiespeicher (S1) parallel zu dem ersten Generator (G1) geschaltet ist und der zweite Energiespeicher (S2) im Wesentlichen parallel zu dem zweiten Generator (G2) geschaltet ist. Die Parallelschaltung des zweiten Generators (G2) und des zweiten Energiespeicher (S2) ist modifiziert durch die Zwischenschaltung einer einfachen Diode (D1), über welche die Energie des zweiten Generators ins Bordnetz eingekoppelt wird.The two generators (G1, G2) are connected in series. The energy stores (S1, S2) are also connected in series. The respective connection terminals or connection points of these two series circuits are connected to one another, as a result of which the first energy store (S1) is connected in parallel with the first generator (G1) and the second energy store (S2) is connected essentially in parallel with the second generator (G2). The parallel connection of the second generator (G2) and the second energy store (S2) is modified by the interposition of a simple diode (D1), via which the energy from the second generator is coupled into the vehicle electrical system.

Die beiden Generatoren sind im vorliegenden Beispiel jeweils für eine Nennspannung von 12 Volt dimensioniert. Die erste Spannungsebene ist somit für typische Verbraucher (V1) eines 12-Volt-Bordnetzes ausgelegt, die zweite Spannungsebene für typische Verbraucher (V2) eines 24-Volt-Bordnetzes, wie beispielsweise eine elektrische Lenkung.In the present example, the two generators are each dimensioned for a nominal voltage of 12 volts. The first voltage level is therefore designed for typical consumers (V1) of a 12-volt vehicle electrical system, the second voltage level for typical consumers (V2) of a 24-volt vehicle electrical system, such as an electric steering system.

Die Energie für die zweite Spannungsebene wird im vorliegenden Beispiel durch einen thermoelektrischen Generator (TEG) geliefert. Der zweite Generator (G2) ist demnach als thermoelektrischer Generator ausgeführt. Der erste Generator (G1) ist als konventioneller Klauenpolgenerator ausgeführt.In the present example, the energy for the second voltage level is supplied by a thermoelectric generator (TEG). The second generator (G2) is therefore designed as a thermoelectric generator. The first generator (G1) is designed as a conventional claw-pole generator.

Statt eines thermoelektrischen Generators (oder zusätzlich) kann das Kraftfahrzeug, in welchem das Bordnetz angeordnet ist, auch ein Solardach mit Solargenerator aufweisen. Der zweite Generator (G2) kann dann auch als Solargenerator des Solardachs ausgeführt sein.Instead of (or in addition to) a thermoelectric generator, the motor vehicle in which the vehicle electrical system is arranged can also have a solar roof with a solar generator. The second generator (G2) can then also be designed as a solar generator for the solar roof.

Die seriell miteinander verschalteten Energiespeicher (S1, S2) können jeweils als Batterie und/oder Doppelschichtkondensator ausgeführt sein, in diesem Beispiel ausgelegt für je 12 Volt.The energy stores (S1, S2) connected in series with one another can each be designed as a battery and/or double-layer capacitor, each designed for 12 volts in this example.

Die vorgeschlagene Anordnung beinhaltet eine Kombination unterschiedlicher Energiequellen mit einer seriellen Kopplung von Energiespeichern. Dabei versorgt jeweils eine Energiequelle einen der Energiespeicher. Im vorliegenden Beispiel versorgt Generator G1 den Energiespeicher S1, Generator G2 versorgt den Energiespeicher S2.The proposed arrangement includes a combination of different energy sources with a serial coupling of energy stores. In each case, one energy source supplies one of the energy stores. In the present example, generator G1 supplies the energy store S1, and generator G2 supplies the energy store S2.

Zum Zwecke einer Notversorgung ist im vorliegenden Beispiel ein sehr klein dimensionierter Gleichspannungswandler zwischen die beiden Bordnetzzweige geschaltet.For the purpose of an emergency supply, a very small-sized DC-DC converter is connected between the two vehicle electrical system branches in the present example.

Mit Hilfe dieses Gleichspannungswandlers, der auf einer Seite die Spannung des ersten Energiespeichers (S1) abgreift und auf der anderen Seite die Spannung des zweiten Energiespeichers (S2) abgreift, kann eine Tiefentladung oder eine Überladung eines der Energiespeicher verzögert oder gar verhindert werden.With the help of this DC-DC converter, which taps the voltage of the first energy store (S1) on one side and the voltage of the second energy store (S2) on the other side, deep discharge or overcharging of one of the energy stores can be delayed or even prevented.

Im vorliegenden Beispiel ist der Gleichspannungswandler für eine Stromstärke von 3 Ampere ausgelegt. Diese beispielhafte Dimensionierung lässt sich folgendermaßen herleiten: Liefert beispielsweise der zweite Generator (G2) einen Strom von 20 Ampere, so kann damit ein Verbraucher des Hochvoltzweiges (V2) von ebenfalls 20 Ampere Strombedarf versorgt werden. Eine elektrische Lenkung benötigt im Falle einer normalen Fahrt von ca. 30-60 km/h erfahrungsgemäß Ströme in der Größenordnung von 3 bis 5 Ampere. Wird im Stand gelenkt, erhöht sich dieser Strom je nach Beladung und Reibwert auf bis zu ca. 80 Ampere. Für den Fall eines Ausfalls des zweiten Generators (G2) wäre es denkbar, einen Gleichspannungswandler mit 3 Ampere Durchschnittsstrom vorzusehen, welcher den normalen Fahrbetrieb abdeckt, jedoch nicht das Lenken im Stand. Die Beschränkung auf eine Lenkbarkeit während der Fahrt erscheint im Fehlerfall bzw. in einem im Fehlerfall einsetzenden Notbetrieb grundsätzlich zulässig, da einerseits der Ausfall angezeigt werden kann und andererseits durch den zugehörigen Energiespeicher (S2) eine bestimmte Zeit lang ein vollständiger Notbetrieb aufrecht erhalten werden kann. Ein Nutzer des Fahrzeugs ist somit in der Lage, eine bestimmte Zeit ohne größere Einschränkungen zu fahren, insbesondere um eine Werkstätte zu erreichen. Somit stellt der Gleichspannungswandler mit einem Strom von 3 Ampere bis zu einer gewissen Höhe eine redundante Stromversorgung bezogen auf den Energiespeicher (S2) bzw. auf den Verbraucher (V2) dar. Zudem ist er gegenüber dem Stand der Technik mit deutlich verringertem Hardware-, Bauraumbedarf und Kostenaufwand realisierbar. Zum Vergleich: Ein Zweispannungsbordnetz gemäß dem Stand der Technik ohne einen Generator G2, jedoch mit einem ausreichenden DCDC-Wandler würde üblicherweise vermutlich für 10 Ampere Durchschnittsstrom ausgelegt werden.In the present example, the DC-DC converter is designed for a current of 3 amperes. This exemplary dimensioning can be derived as follows: If, for example, the second generator (G2) delivers a current of 20 amperes, a consumer in the high-voltage branch (V2) that also has a current requirement of 20 amperes can be supplied with it. Experience has shown that an electric steering system requires currents of the order of 3 to 5 amperes in the case of normal driving at approx. 30-60 km/h. If you steer while stationary, this current increases to around 80 amperes, depending on the load and the coefficient of friction. In the event of a failure of the second generator (G2), it would be conceivable to provide a DC converter with an average current of 3 amps, which covers normal driving operation, but not steering when stationary. The restriction to steerability while driving appears in the event of a fault or in an emergency operation that occurs in the event of a fault is generally permissible, since on the one hand the failure can be displayed and on the other hand a complete emergency operation can be maintained for a certain period of time by the associated energy store (S2). A user of the vehicle is thus able to drive a certain amount of time without major restrictions, in particular to reach a workshop. Thus, the DC-DC converter with a current of 3 amperes up to a certain level represents a redundant power supply in relation to the energy store (S2) or the consumer (V2). In addition, compared to the prior art, it requires significantly less hardware and installation space and costs feasible. For comparison: A two-voltage vehicle electrical system according to the prior art without a generator G2 but with a sufficient DCDC converter would usually be designed for an average current of 10 amperes.

Claims (6)

Elektrisches Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit zumindest zwei Spannungsebenen, mit zumindest einem Verbraucher (V1, V2) für jede der beiden Spannungsebenen und mit zumindest zwei Energiespeichern (S1, S2), dadurch gekennzeichnet, dass das Bordnetz einen ersten Generator (G1) umfasst, der eine erste elektrische Spannung erzeugt, deren Amplitude im Wesentlichen ein elektrisches Potenzial einer ersten Spannungsebene bestimmt, und dass das Bordnetz einen zweiten Generator (G2) umfasst, der eine zweite elektrische Spannung erzeugt, deren Amplitude im Wesentlichen die elektrische Potenzialdifferenz zwischen der ersten Spannungsebene und einer zweiten Spannungsebene bestimmt, deren elektrisches Potenzial höher liegt als das der ersten Spannungsebene, dass die Generatoren (G1, G2) in einer Reihenschaltung miteinander verbunden sind. dass die beiden Energiespeicher (S1, S2) in einer Reihenschaltung miteinander verbunden sind, dass ein erster Energiespeicher (S1) parallel zu dem ersten Generator (G1) geschaltet ist, dass ein zweiter Energiespeicher (S2) parallel zu dem zweiten Generator (G2) geschaltet ist, dass ein Gleichspannungswandler (DCDC) zwischen die beiden Energiespeicher geschaltet ist, und dass der Gleichspannungswandler so dimensioniert ist, dass eine Notversorgung eines Energiespeichers im Falle eines Ausfall des Generators, der parallel zum jeweils anderen Energiespeicher geschaltet ist, für einen normalen Fahrbetrieb und/oder einen Notbetrieb sichergestellt ist.Vehicle electrical system for a motor vehicle with at least two voltage levels, with at least one consumer (V1, V2) for each of the two voltage levels and with at least two energy stores (S1, S2), characterized in that the vehicle electrical system includes a first generator (G1) which generates a first electrical voltage, the amplitude of which essentially determines an electrical potential of a first voltage level, and that the vehicle electrical system includes a second generator (G2) which generates a second electrical voltage, the amplitude of which essentially corresponds to the elec ical potential difference between the first voltage level and a second voltage level, whose electrical potential is higher than that of the first voltage level, that the generators (G1, G2) are connected to one another in a series circuit. that the two energy stores (S1, S2) are connected to one another in a series circuit, that a first energy store (S1) is connected in parallel to the first generator (G1), that a second energy store (S2) is connected in parallel to the second generator (G2). is that a DC-DC converter (DCDC) is connected between the two energy stores, and that the DC-DC converter is dimensioned such that an emergency supply of an energy store in the event of a failure of the generator, which is connected in parallel to the other energy store, for normal driving and/or or emergency operation is ensured. Elektrisches Bordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoren (G1, G2) in unterschiedlichen Technologien ausgeführt sind.Electrical on-board network claim 1 , characterized in that the generators (G1, G2) are designed in different technologies. Elektrisches Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Generator (G2) als thermoelektrischer Generator (TEG) ausgeführt ist.On-board electrical system according to one of Claims 1 until 2 , characterized in that the second generator (G2) is designed as a thermoelectric generator (TEG). Elektrisches Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Generator (G2) als Solargenerator eines Solardach ausgeführt ist.On-board electrical system according to one of Claims 1 until 2 , characterized in that the second generator (G2) is designed as a solar generator of a solar roof. Elektrisches Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Generator (G1) als Klauenpolgenerator (GEN) ausgeführt ist.On-board electrical system according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the first generator (G1) is designed as a claw-pole generator (GEN). Elektrisches Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Diode (D1) zwischen den Ausgang des zweiten Generators (G2) und die zweite Spannungsebene geschaltet ist.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that a diode (D1) is connected between the output of the second generator (G2) and the second voltage level.
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