DE102010001250A1 - Elektrisches Bordnetz sowie Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz (1) eines Fahrzeugs, mit mindestens zwei Stromkreisen (2, 3) und einer einem Antrieb des Fahrzeugs zugeordneten elektrischen Maschine (4). Dabei ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine (4) über mindestens zwei Phasensystem (5, 6) verfügt, die an jeweils einen Wechselrichter (11, 12) angeschlossen sind, und dass mindestens eines der Phasensysteme (5, 6) über den zugehörigen Wechselrichter (11, 12) mit zumindest einem der Stromkreise (2, 3) elektrisch verbindbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes (1) eines Fahrzeugs.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz eines Fahrzeugs, mit mindestens zwei Stromkreisen und eine dem Antrieb des Fahrzeugs zugeordneten elektrischen Maschine. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs.
  • Stand der Technik
  • Elektrische Bordnetze der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die EP 1 646 522 B1 ein Kraftfahrzeug-Bordnetz mit einem Mehrspannungsgeneratormotor, der eine elektrische Maschine, einen Regler und einen Pulswechselrichter umfasst. Diese sind zur elektrischen Versorgung eines ersten Teilnetzes mit wenigstens einem ersten Verbraucher und eines zweiten Teilnetzes mit wenigstens einem zweiten Verbraucher vorgesehen. Dabei soll in dem ersten Teilnetz eine erste Nennspannung und in dem zweiten Teilnetz eine zweite Nennspannung anliegen und dem Mehrspannungsgeneratormotor ein DC/DC-Wandler nachgeordnet sein. Über den Pulswechselrichter sind sowohl das erste als auch das zweite Teilnetz an den Mehrspannungsgeneratormotor angeschlossen. Mit dem beschriebenen Kraftfahrzeug-Bordnetz ist es möglich, das erste Teilnetz mit einer variablen Spannung zu versorgen.
  • Ist die elektrische Maschine als Starter-Generator, insbesondere als riemengetriebener Starter-Generator, ausgebildet, kann dieser sowohl zur Rückgewinnung von Bremsenergie in einem Rekuperationsbetrieb wie auch zur Realisierung einer Start-Stopp-Funktion verwendet werden. Bei Letzterer wird beispielsweise ein Antriebsaggregat des Antriebs des Fahrzeugs, insbesondere eine Brennkraftmaschine, in Zeiträumen, in welcher sie nicht benötigt wird, abgeschaltet. Soll die Leistung der Brennkraftmaschine wieder zur Verfügung stehen, so wird die elektrische Maschine zum Starten der Brennkraftmaschine verwendet. Ist das Fahrzeug ein Mikrohybrid-Fahrzeug, wird die zum Starten benötigte Energie beispielsweise durch einen konventionellen Blei-Akkumulator zur Verfügung gestellt. Dieser hat den Nachteil, dass er nur einen begrenzten maximalen Ladestrom beziehungsweise Entladestrom hat, der zudem noch abhängig von seinem Ladezustand ist. Somit ist die Möglichkeit der Energieersparnis durch Bremsenergierückgewinnung und damit der Reduzierung des CO2-Ausstoßes des Antriebs erheblich begrenzt.
  • Aus diesem Grund wird, wie in der EP 1 646 522 B1 beschrieben, die elektrische Maschine gemeinsam mit einem Kondensator und einem DC/DC-Wandler eingesetzt. Dabei wird mit Hilfe des DC/DC-Wandlers die beim Bremsvorgang zurückgewonnene Energie in dem Kondensator gespeichert und/oder einem der Stromkreise zur Verfügung gestellt. Bei entladenem Kondensator kann der DC/DC-Wandler überdies dazu verwendet werden, den Kondensator mit Energie aus dem Akkumulator zu laden. Auf diese Weise kann das Fahrzeug ohne Weiteres als Mikro-Hybrid, Mikro-Mild-Hybrid oder Mild-Hybrid ausgebildet werden. Der Nachteil eines derartigen elektrischen Bordnetzes ist jedoch der vergleichsweise hohe Kostenaufwand.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Demgegenüber kann das elektrische Bordnetz mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen vergleichsweise kostengünstig realisiert und gleichzeitig ein hoher Hybridisierungsgrad erzielt werden. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die elektrische Maschine über mindestens zwei Phasensysteme verfügt, die an jeweils einem Wechselrichter angeschlossen sind, und indem mindestens eines der Phasensysteme über den zugehörigen Wechselrichter mit zumindest einem der Stromkreise elektrisch verbindbar ist. Jedes der Phasensysteme der elektrischen Maschine verfügt dabei über mindestens einen Außenleiter. Die Außenleiter jedes Phasensystems sind mit dem dem Phasensystem zugehörigen Wechselrichter und über diesen mit dem mindestens einen Stromkreis verbindbar beziehungsweise verbunden. Dabei kann eine permanente Verbindung mindestens eines der Phasensysteme mit zumindest einem der Stromkreise vorliegen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das mindestens eine Phasensystem lediglich mit zumindest einem der Stromkreise, also auch allen, verbunden werden kann. Auf diese Weise können die Stromkreise des Bordnetzes voneinander getrennt werden. Außerdem können die Stromkreise derart miteinander verschaltet werden, dass bei Realisierung der Start-Stopp-Funktion mit der elektrischen Maschine ein erhöhtes Startmoment für das Antriebsaggregat zur Verfügung steht. Auch kann eine Drehmomentunterstützung des Antriebsaggregats, beispielsweise der Brennkraftmaschine, mittels der elektrischen Maschine vorgesehen sein. Das bedeutet, dass der Wechselrichter sowohl zum Gleichrichten von mit der elektrischen Maschine erzeugtem Wechselstrom für die Stromkreise als auch zum Wechselrichten von aus den Stromkreisen stammendem Strom für die elektrische Maschine verwendbar ist. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Steuergerät vorgesehen sein, mittels welchem zumindest einer der Wechselrichter entsprechend angesteuert wird.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Stromkreise jeweils einen Energiespeicher aufweisen, wobei insbesondere einer der Energiespeicher ein Akkumulator und ein weiterer der Energiespeicher ein Kondensator, insbesondere Doppelschichtkondensator, ist. Zumindest einer der Energiespeicher kann mit dem von der elektrischen Maschine erzeugten Strom geladen werden beziehungsweise zum Betreiben der elektrischen Maschine verwendet werden. Dabei ist jeder Energiespeicher einem der Stromkreise zugeordnet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zumindest einer der Stromkreise mehrere Energiespeicher aufweist. Beispielsweise werden alle Stromkreise zum Laden des jeweiligen Energiespeichers mit von der elektrischen Maschine erzeugtem Strom versorgt, jedoch nicht alle der Stromkreise beziehungsweise Energiespeicher zum Betreiben der elektrischen Maschine herangezogen. Vorteilhafterweise sind als Energiespeicher der Akkumulator und der Kondensator vorgesehen, wobei letzterer ein Doppelschichtkondensator (EDLC) sein kann. Der Akkumulator weist dabei im Vergleich zu dem Kondensator eine größere Kapazität auf. Der Kondensator kann dagegen, im Vergleich zu dem Akkumulator, mit einer größeren Stromstärke geladen und auch entladen werden. Vorteilhafterweise dient der Kondensator also dazu, die elektrische Maschine zu betreiben und während des Rekuperationsbetriebs die von dieser erzeugte elektrische Energie aufzunehmen. Der Akkumulator, welcher beispielsweise ein Bleiakkumulator ist, wird dagegen mit niedrigeren Stromstärken geladen beziehungsweise entladen. Er dient primär der Versorgung von elektrischen Einrichtungen des Fahrzeugs.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Wechselrichter unabhängig voneinander betreibbar sind. Auf diese Weise lässt sich jeder Stromkreis mit einer ihm zugeordneten Spannung versorgen. Üblicherweise wird diese Spannung von der Stromstärke in einer Erregerwicklung der elektrischen Maschine bestimmt. Durch Anpassen dieser Stromstärke können zwar die Ausgangsspannungen der elektrischen Maschine, welche in den Phasensystemen vorliegen, angepasst werden, dabei ist jedoch das Verhältnis der Spannungen fest durch die Verhältnisse der Windungszahlen der elektrischen Maschine vorgegeben, die jeweils den Phasensystemen zugeordnet sind. Durch das Betreiben der Wechselrichter unabhängig voneinander kann jedoch eine flexible Energieverteilung auf die Stromkreise vorgenommen werden, beispielsweise durch eine Pulsweitenmodulation des jeweiligen Wechselrichters. Nachteilig dabei ist jedoch, dass möglicherweise ein erhöhter Verlust der elektrischen Maschine auftritt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens eines der Phasensysteme über den zugehörigen Wechselrichter mit mindestens einem der Stromkreise ständig verbunden ist. Es ist also nicht vorgesehen, das Phasensystem von dem Stromkreis zu trennen. Das bedeutet, dass eine elektrische Verbindung zwischen dem dem Phasensystem zugeordneten Wechselrichter und dem Stromkreis ständig vorliegt. Über entsprechendes Betreiben des jeweiligen Wechselrichters kann jedoch, wie vorstehend beschrieben, beispielsweise die Spannung in dem Stromkreis eingestellt werden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine, insbesondere FET-Schalter aufweisende, Schaltvorrichtung vorgesehen ist, in welcher zumindest eines der Phasensysteme mit mindestens einem der Stromkreise verbindbar ist. Die Schaltvorrichtung ist dazu an den mindestens einen Wechselrichter und den mindestens einen Stromkreis angeschlossen, sodass über die Schaltvorrichtung eine entsprechende Verbindung hergestellt beziehungsweise unterbrochen werden kann. Vorteilhafterweise sind mehrere der Phasensysteme beziehungsweise ihnen zugeordnete Wechselrichter und/oder mehrere der Stromkreise mit der Schaltvorrichtung verbunden, sodass mittels der Schaltvorrichtung frei gewählt werden kann, welches der Phasensysteme mit welchem der Stromkreise verbunden werden soll. Dabei ist die Schaltvorrichtung beispielsweise dazu ausgelegt, alle Phasensysteme mit einem der Stromkreise oder eines der Phasensysteme mit allen Stromkreisen oder alle Phasensysteme mit allen Stromkreisen zu verbinden. Auf diese Weise kann eine flexible Verschaltung der Phasensysteme beziehungsweise der Wechselrichter mit den Stromkreisen vorgenommen werden. Dies ermöglicht beispielsweise eine optimale Ausnutzung der beim Bremsen gewonnenen Energie zum späteren Starten des Antriebsaggregats beziehungsweise der Brennkraftmaschine durch eine erhöhte Spannung in einem der Stromkreise. Zudem kann je nach Ladezustand zumindest eines der Energiespeicher die Startenergie entweder aus dem einen der Energiespeicher oder dem weiteren der Energiespeicher oder aus mehreren Energiespeichern entnommen werden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Energiespeicher mindestens zweier Stromkreise parallel oder in Reihe schaltbar sind. Die Schaltung der Energiespeicher wird vorteilhafterweise ebenfalls über die Schaltvorrichtung realisiert. Durch das Verschalten der Energiespeicher entweder parallel oder in Reihe können die Stromkreise auf bestimmte Anforderungen des elektrischen Bordnetzes beziehungsweise des Antriebs des Fahrzeugs eingestellt werden. Beispielsweise kann es zum Starten des Antriebsaggregats oder zum Realisieren einer Drehmomentunterstützung mittels der elektrischen Maschine sinnvoll sein, die Energiespeicher in Reihe zu schalten, um eine höhere Spannung zum Betreiben der elektrischen Maschine bereitzustellen.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs, insbesondere gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei das Bordnetz mindestens zwei Stromkreise und eine einem Antrieb des Fahrzeugs zugeordnete elektrische Maschine aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine über mindestens zwei Phasensysteme verfügt, die an jeweils einen Wechselrichter angeschlossen werden, und dass mindestens eines der Phasensysteme über den zugehörigen Wechselrichter mit zumindest einem der Stromkreise elektrisch verbindbar ist. Das elektrische Bordnetz des Fahrzeugs kann entsprechend den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mittels einer, insbesondere FET-Schalter aufweisenden, Schaltvorrichtung zumindest eines der Phasensysteme mit mindestens einem der Stromkreise verbunden werden kann. Wie bereits vorstehend erläutert, ist es mit der Schaltvorrichtung möglich, ein flexibles Verbinden des zumindest einem der Phasensysteme mit dem mindestens einen der Stromkreise vorzunehmen. Dies kann in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des elektrischen Bordnetzes des Fahrzeugs vorgesehen sein. Die Schaltvorrichtung weist beispielsweise FET-Schalter auf, wobei jedem Außenleiter jedes Phasensystems zumindest ein solcher Schalter zugeordnet ist.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in einem Normalbetrieb des Bordnetzes ein als Akkumulator ausgebildeter Energiespeicher mit mindestens einem der Phasensysteme verbunden wird. Der Akkumulator ist Teil eines der Stromkreise des Bordnetzes. Auf die beschriebene Art kann der Akkumulator mit von der elektrischen Maschine erzeugtem Strom geladen werden und/oder die in dem Akkumulator gespeicherte Energie zum Betreiben der elektrischen Maschine verwendet werden. In dem Normalbetrieb ist insbesondere vorgesehen, dass der Akkumulator lediglich mit Hilfe der elektrischen Maschine aufgeladen und ansonsten zur Versorgung von elektrischen Einrichtungen des Fahrzeugs verwendet wird.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Normalbetrieb, einem Rekuperationsbetrieb und/oder einem Startbetrieb des Antriebs der Akkumulator und/oder ein als Kondensator ausgebildeter, weiterer Energiespeicher mit mindestens einem der Phasensysteme verbunden werden. Es ist also lediglich in dem Rekuperationsbetrieb beziehungsweise Startbetrieb vorgesehen, dass der Kondensator mit dem Phasensystem beziehungsweise der elektrischen Maschine wirkverbunden wird. Das elektrische Bordnetz kann beispielsweise entweder in dem Normalbetrieb, dem Rekuperationsbetrieb oder dem Startbetrieb betrieben werden. In dem Normalbetrieb ist lediglich der Akkumulator mit dem mindestens einen der Phasensysteme und in den weiteren Betriebsarten nur der Kondensator oder der Akkumulator und der Kondensator mit dem mindestens einen der Wechselrichter verbunden. Auf diese Weise kann der von dem Kondensator zur Verfügung gestellte hohe Ladestrom beziehungsweise Entladestrom zum Betreiben der elektrischen Maschine und der Akkumulator zum Betreiben der elektrischen Einrichtung des Fahrzeugs verwendet werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Bordnetzes mit zwei Stromkreisen und einer elektrischen Maschine, in einer ersten Ausführungsform,
  • 2 das elektrische Bordnetz in einer zweiten Ausführungsform mit einer Schaltvorrichtung, welche zwischen Wechselrichtern und den Stromkreisen geschaltet ist,
  • 3 das aus der 2 bekannte Bordnetz in einer dritten Ausführungsform, wobei die Schaltvorrichtung eine erste Schaltkonfiguration herstellt,
  • 4 das aus der 3 bekannte elektrische Bordnetz, wobei die Schaltvorrichtung eine zweite Schaltkonfiguration herstellt,
  • 5 das aus der 3 bekannte Bordnetz, wobei die Schaltvorrichtung eine dritte Schaltkonfiguration einstellt,
  • 6 das elektrische Bordnetz in einer vierten Ausführungsform, wobei mittels der Schaltvorrichtung die erste Schaltkonfiguration eingestellt ist,
  • 7 das aus der 6 bekannte Bordnetz, wobei der zweite Schaltkonfiguration eingestellt ist, und
  • 8 das elektrische Bordnetz in einer fünften Ausführungsform.
  • Die 1 zeigt einen Teil eines elektrischen Bordnetzes 1 eines hier nicht näher dargestellten Fahrzeugs. Das Bordnetz 1 weist zwei Stromkreise 2 und 3 auf sowie eine elektrische Maschine 4, welche einem Antrieb des Fahrzeugs zugeordnet ist. Der Stromkreis 2 ist beispielsweise ein 12 V-Stromkreis und der Stromkreis 3 ein 48 V-Stromkreis. In der hier dargestellten Ausführungsform des Bordnetzes 1 ist die elektrische Maschine 4 sechsphasig ausgeführt, wobei zwei Phasensysteme 5 und 6 vorgesehen sind, welche jeweils drei Außenleiter 7 der elektrischen Maschine 4 aufweisen. Jeder Außenleiter 7 ist mit einer ihm zugehörigen Spule 8 beziehungsweise Wicklung der elektrischen Maschine 4 verbunden. Die sechs Phasen der elektrischen Maschine 4 sind somit in zwei Gruppen von jeweils drei Phasen aufgeteilt. Die elektrische Maschine 4 verfügt weiterhin über einen Erregerkreis 9, welcher den Phasensystemen 5 und 6 zugeordnet ist und über eine Spule 10 verfügt. Mit dem Erregerkreis 9 ist eine Erregung der elektrischen Maschine 4 einstellbar.
  • Jedes der Phasensysteme 5 und 6 ist jeweils an einen Wechselrichter 11 beziehungsweise 12 angeschlossen. Dieser weist vorzugsweise auf der Seite der elektrischen Maschine 4 eine Anzahl von Anschlüssen auf, welche der Anzahl der Außenleiter 7 in dem jeweiligen Phasensystem 5 oder 6 entspricht. Jedem Außenleiter 7 ist jeweils ein High Side-Schalter 13 und ein Low Side-Schalter 14 zugeordnet, welche jeweils einen parallel geschalteten Freilaufpfad aufweisen, der beispielsweise mittels einer Freilaufdiode gebildet ist. Auf der der elektrischen Maschine 4 abgewandten Seite der Wechselrichter 11 und 12 sind an letztere jeweils die Stromkreise 2 und 3 angeschlossen. Das bedeutet, dass an das Phasensystem 5 über den Wechselrichter 11 der Stromkreis 2 und an das Phasensystem 6 über den Wechselrichter 12 der Stromkreis 3 angeschlossen sind. In jedem der Stromkreise 2 und 3 ist jeweils ein Energiespeicher 15 beziehungsweise 16 vorgesehen, wobei der Energiespeicher 15 des Stromkreises 2 als Akkumulator 17 und der Energiespeicher 16 des Stromkreises 3 als Kondensator 18, insbesondere Doppelschichtkondensator (EDLC), ausgebildet sind.
  • In der in der 1 gezeigten Ausführungsform des Bordnetzes 1 ist der Stromkreis 2 permanent mit dem Phasensystem 5 und der Stromkreis 3 permanent mit dem Phasensystem 6 verbunden. Allerdings ist durch entsprechendes Ansteuern der Wechselrichter 11 und 12 ein Einstellen der in den Stromkreisen 2 und 3 vorliegenden Spannungen beziehungsweise auch ein vollständiges Entkoppeln des jeweiligen Stromkreises 2 oder 3 von dem jeweiligen Phasensystem 5 oder 6 möglich. Zu diesem Zweck können die Wechselrichter 11 und 12 unabhängig voneinander betrieben werden, wobei sie beispielsweise mittels eines hier nicht dargestellten Steuergeräts entsprechend angesteuert werden. Auf diese Weise wird eine vollständige Trennung der Stromkreise 2 und 3 erreicht. Die elektrische Maschine 4 kann entweder zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden, mit welcher die Energiespeicher 15 und 16 geladen werden können. Alternativ kann jedoch auch die in den Energiespeichern 15 und/oder 16 gespeicherte Energie zum Betreiben der elektrischen Maschine verwendet werden. Durch entsprechendes Betätigen der High Side-Schalter 13 und Low Side-Schalter 14 der Wechselrichter 11 und 12 lässt sich der Gleichstrom der Stromkreise 2 und 3 in den von der elektrischen Maschine 4 benötigten Wechselstroms umsetzen.
  • Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bordnetzes 1. Die in der 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der der 1 insofern, als dass eine Schaltvorrichtung 19 vorgesehen ist, welche an beide Wechselrichter 11 und 12 und an beide Stromkreise 2 und 3 angeschlossen ist. Die Schaltvorrichtung 19 umfasst eine prinzipiell beliebige Anzahl an hier nicht dargestellten Schaltelementen, mit welchen mindestens eines der Phasensysteme 5 oder 6 mit zumindest einem der Stromkreise 2 oder 3 verbindbar ist. Das bedeutet, dass prinzipiell eine beliebige Verschaltung beziehungsweise Verbindung zwischen den Phasensystemen 5 und 6 der elektrischen Maschine 4 und den Stromkreisen 2 und 3 möglich ist. Die Schaltvorrichtung 19 ist beispielsweise eine FET-Schaftmatrix, welche an das bereits erwähnte Steuergerät angeschlossen ist.
  • Die Schaltelemente der Schaltvorrichtung 19 sind dabei „FET”-Schalter, welche zur flexiblen Verschaltung der Phasensysteme 5 und 6 mit den Stromkreisen 2 und 3 dienen. Auf diese Weise kann die von der elektrischen Maschine 4 erzeugte Energie prinzipiell beliebig auf die Energiespeicher 15 und 16 aufgeteilt werden. Dies ermöglicht beispielsweise eine optimale Ausnutzung der beim Bremsen gewonnenen Energie zum späteren Starten eines Antriebsaggregats des Antriebs des Fahrzeugs, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, für welche die elektrische Maschine 4 als Starter dient. Dabei ist beispielsweise in dem Stromkreis 3, welcher den Akkumulator 17 aufweist, eine höhere Spannung vorgesehen als in dem Stromkreis 2 mit dem Akkumulator 17. Zudem kann je nach Ladezustand der Energiespeicher 15 und 16 die zum Betrieb der elektrischen Maschine 4 benötigte Energie entweder aus dem Energiespeicher 15, dem Energiespeicher 16 oder beiden Energiespeichern 15 und 16 entnommen werden. Ebenso kann bei einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 4 die erzeugte elektrische Energie prinzipiell beliebig auf die Stromkreise 2 und 3 aufgeteilt werden.
  • Die 3, 4 und 5 eine dritte Ausführungsform des Bordnetzes 1 mit einer vergleichsweise einfache Ausführung der Schaltvorrichtung 19. Diese verfügt lediglich über zwei Schaltelemente 20 und 21. Dabei sind die Energiespeicher 15 und 16 über eine gemeinsame Leitung 22 mit beiden Wechselrichtern 11 und 12, in diesem Fall mit deren Low Side-Schaltern 14, verbunden. Das Schaltelement 20 ist dagegen über eine Leitung 23 nur mit dem Wechselrichter 11 beziehungsweise dessen High Side-Schaltern 13 und das Schaltelement 21 über eine Leitung 24 mit dem Wechselrichter 12 beziehungsweise dessen High Side-Schaltern 13 verbunden. Mittels der Schaltelemente 20 und 21 ist demnach eine Verbindung zwischen dem Phasensystem 5 und dem Energiespeicher 15 beziehungsweise dem Phasensystem 6 und dem Energiespeicher 16 herstellbar beziehungsweise unterbrechbar. In der 3 liegt die Schaltvorrichtung 19 in einer ersten Schaltkonfiguration vor, wobei das Schaltelement 20 geschlossen und das Schaltelement 21 geöffnet ist, sodass zwischen dem Phasensystem 5 und dem Energiespeicher 15 eine Verbindung vorliegt, während das Phasensystem 6 nicht mit dem Energiespeicher 16 beziehungsweise dem Stromkreis 3 verbunden ist.
  • Bei einer solchen Ausführungsform, wie in den 3, 4 und 5 gezeigt, kann bei einer Bremsenergierückgewinnung mittels der elektrischen Maschine 4 die Spannung in dem Stromkreis 2 beibehalten werden und trotzdem Energie bei einer höheren Spannung in dem Energiespeicher 16 für ein nachfolgendes Betreiben beziehungsweise Starten der elektrischen Maschine 4 gespeichert werden. Zudem ermöglicht es ein definiertes Stoppen des Antriebsaggregats mittels der elektrischen Maschine 4, sodass hierfür Drosselklappen des Antriebsaggregats, welches in diesem Fall als Brennkraftmaschine ausgebildet ist, nicht mehr geschlossen werden müssen. Auf diese Weise kann das Startverhalten der Brennkraftmaschine deutlich verbessert und der Energiebedarf zu deren Starten minimiert werden. Zudem ermöglicht die in den 3 bis 5 dargestellte Architektur des Bordnetzes 1 eine variable Entnahme der Startenergie aus den Energiespeichern 15 und 16 in Abhängigkeit des Ladezustands derselben, insbesondere des Energiespeichers 16. Die in der 3 gezeigte Schaltkonfiguration der Schaltvorrichtung 19 liegt während eines Fahrbetriebs beziehungsweise eines Normalbetriebs des Fahrzeugs vor.
  • In der 4 ist dagegen eine Schaltkonfiguration der Schaltvorrichtung gezeigt, welche während eines Rekuperationsbetriebs zur Bremsenergierückgewinnung mittels der elektrischen Maschine 4 eingestellt wird. In dieser ist das Schaltelement 20 geöffnet und das Schaltelement 21 geschlossen, sodass eine elektrische Verbindung des Stromkreises 2 zu dem Phasensystem 5 unterbrochen und eine elektrische Verbindung des Stromkreises 3 zu dem Phasensystem 6 hergestellt ist. Der während der Bremsenergierückgewinnung mittels der elektrischen Maschine 4 erzeugte Strom wird somit in dem Energiespeicher 16 gespeichert.
  • Die 5 zeigt eine Schaltkonfiguration der Schaltvorrichtung 19, in welcher beide Schaltelemente 20 und 21 zum Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen den Stromkreisen 2 und 3 und den Phasensystemen 5 und 6 geschossen sind. Auf diese Weise kann in einem Startbetrieb des Antriebs der elektrischen Maschine 4 eine größere Energiemenge zur Verfügung gestellt werden.
  • Die 6 und 7 zeigen eine vierte Ausführungsform des Bordnetzes 1. In dieser sind die Phasensysteme 5 und 6 miteinander verbunden und die Stromkreise 2 und 3 über die Schaltvorrichtung 19 mit dieser gemeinsamen Verbindung verbindbar. Bei einer solchen Schaltung können die Verluste der elektrischen Maschine im Fahr- beziehungsweise Normalbetrieb und Störungen in dem Stromkreis 2, welcher den Akkumulator 17 aufweist und beispielsweise ein 12 Volt-Stromkreis ist, während des Rekuperationsbetriebs und/oder des Startbetriebs verringert werden. In diesem Ausführungsbeispiel der Schaltvorrichtung 19 sind wahlweise beide Phasensysteme 5 und 6 mit mindestens einem der Stromkreise 2 und 3 verbindbar. In der 6 ist eine Schaltkonfiguration der Schaltvorrichtung 19 für den Fahr- beziehungsweise Normalbetrieb gezeigt. Dabei ist das Schaltelement 20 geschlossen und das Schaltelement 21 geöffnet.
  • Die 7 zeigt das aus der 6 bekannte Ausführungsbeispiel der Schaltvorrichtung 19 in der zweiten Schaltkonfiguration, welche während des Rekuperationsbetriebs und eines Startbetrieb des Antriebs beziehungsweise der elektrischen Maschine 4 vorliegt. Dabei ist das Schaltelement 20 geöffnet und das Schaltelement 21 geschlossen.
  • Für die anhand der 6 und 7 vorgestellten Ausführungsbeispiele der Schaltvorrichtung 19 können beide Schaltelemente 20 und 21 geschossen werden, um die zur Verfügung stehende Stromstärke zu erhöhen und auf diese Weise eine Notstartfunktion für das Antriebsaggregat mittels der elektrischen Maschine 4 zu ermöglichen.
  • Die 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schaltvorrichtung 19 in einer Schaltkonfiguration, welche in dem Fahrbetrieb verwendet wird, um eine Drehmomentunterstützung des Antriebsaggregats durch die elektrische Maschine 4 zu realisieren. Mit einer solchen Schaltung kann verhindert werden, dass die in dem Stromkreis 2 vorliegende Spannung durch die Entnahme von Energie aus dem Energiespeicher 15 für das Betreiben der elektrischen Maschine 4 mit steigender Drehzahl der elektrischen Maschine 4 stark absinkt. Zu diesem Zweck werden die Energiespeicher 15 und 16 in Reihe geschaltet.
  • Grundsätzlich kann die Schaltvorrichtung 19, wie in der 2 gezeigt, derart ausgebildet sein, dass mit ihr die aus den 3 bis 8 bekannten Schaltkonfigurationen beziehungsweise Schaltzustände realisiert werden können. Die elektrische Maschine 4 ist bevorzugt ein riemengetriebener Starter-Generator des Antriebs, welcher mit dem Antriebsaggregat wirkverbindbar ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1646522 B1 [0002, 0004]

Claims (10)

  1. Elektrisches Bordnetz (1) eines Fahrzeugs, mit mindestens zwei Stromkreisen (2, 3) und einer einem Antrieb des Fahrzeugs zugeordneten elektrischen Maschine (4), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (4) über mindestens zwei Phasensystem (5, 6) verfügt, die an jeweils einen Wechselrichter (11, 12) angeschlossen sind, und dass mindestens eines der Phasensysteme (5, 6) über den zugehörigen Wechselrichter (11, 12) mit zumindest einem der Stromkreise (2, 3) elektrisch verbindbar ist.
  2. Elektrisches Bordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromkreise (2, 3) jeweils einen Energiespeicher (15, 16) aufweisen, wobei insbesondere einer der Energiespeicher (15) ein Akkumulator (17) und ein weiterer der Energiespeicher (16) einen Kondensator (18), insbesondere Doppelschichtkondensator, ist.
  3. Elektrisches Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter (11, 12) unabhängig voneinander betreibbar sind.
  4. Elektrisches Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Phasensystem (5, 6) über den zugehörigen Wechselrichter (11, 12) mit mindestens einem der Stromkreise (2, 3) ständig verbunden ist.
  5. Elektrisches Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine, insbesondere FET-Schalter aufweisende, Schaltvorrichtung (19) vorgesehen ist, mit welcher zumindest eines der Phasensysteme (5, 6) mit mindestens einem der Stromkreise (2, 3) verbindbar ist.
  6. Elektrisches Bordnetz nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicher (15, 16) mindestens zwei Stromkreise (2, 3) parallel oder in Reihe schaltbar sind.
  7. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes (1) eines Fahrzeugs, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bordnetz (1) mindestens zwei Stromkreise (2, 3) und eine einem Antrieb des Fahrzeugs zugeordnete elektrische Maschine (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (4) über mindestens zwei Phasensysteme (5, 6) verfügt, die an jeweils einen Wechselrichter (11, 12) angeschlossen werden, und dass mindestens eines der Phasensysteme (5, 6) über den zugehörigen Wechselrichter (11, 12) mit zumindest einem der Stromkreise (2, 3) elektrisch verbindbar ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer, insbesondere FET-Schalter aufweisenden, Schaltvorrichtung (19) zumindest eines der Phasensysteme (5, 6) mit mindestens einem der Stromkreise (2, 3) verbunden werden kann.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Normalbetrieb des Bordnetzes (1) ein als Akkumulator (17) ausgebildeter Energiespeicher (15) mit mindestens einem der Phasensysteme (5, 6) verbunden wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Normalbetrieb, einem Rekuperationsbetrieb und/oder einem Startbetrieb des Antriebs der Akkumulator (17) und/oder ein als Kondensator (18) ausgebildeter, weiterer Energiespeicher (16) mit mindestens einem der Phasensysteme (5, 6) verbunden werden.
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