DE102010014104A1

DE102010014104A1 - Elektrisches Energiebordnetz für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102010014104A1
Application number: DE102010014104A
Authority: DE
Inventors: Dr. Uhl Günter
Original assignee: DBK David and Baader GmbH
Current assignee: DBK David and Baader GmbH
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2011-10-13
Also published as: WO2011124478A2; WO2011124478A3

Abstract

Offenbart wird ein elektrisches Energiebordnetz für ein Kraftfahrzeug; dieses weist ein erstes Teilbordnetz, das eine erste Bordnetzspannung bereitstellt und eine erste Energiespeichereinheit sowie mindestens einen elektrischen Verbraucher aufweist, sowie ein zweites Teilbordnetz auf, das eine zweite Bordnetzspannung bereitstellt und eine zweite Energiespeichereinheit sowie mindestens einen elektrischen Verbraucher aufweist. Diese beiden Teilbordnetze können mittels einer steuerbaren elektrischen Koppeleinrichtung selektiv miteinander gekoppelt werden. Ein vom Fahrzeug angetriebener Generator führt dem Energiebordnetz über das erste Teilbordnetz elektrische Energie zu und ist so dimensioniert ist, dass bei maximaler Generatorerregung der Wert der ersten Bordnetzspannung den der zweiten Bordnetzspannung um ein Mehrfaches übersteigt. Erfindungsgemäß ist die erste Energiespeichereinheit aus mindestens zwei Kondensatorgruppen gebildet, die mittels einer steuerbaren Schalteinrichtung selektiv zwischen einer Serien- und einer Parallelschaltung umschaltbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein für ein Kraftfahrzeug vorgesehenes elektrisches Energiebordnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein für ein Kraftfahrzeug vorgesehenes elektrisches Energiebordnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der WO 2009/000372 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Energiebordnetz wird von der Überlegung ausgegangen, dass die von einem Kraftfahrzeugbordnetz versorgten Verbraucher im Prinzip in zwei Kategorien eingeteilt werden können, nämlich einerseits in sogenannte „sensible” Verbraucher, deren sicherer Betrieb nur bei möglichst konstanter Spannung gewährleistet ist, und andererseits in „kritische” Verbraucher, deren Verwendung zu einem kurzzeitig hohen Energiebedarf führt. Solche „kritischen” Verbraucher, wie insbesondere der Starter des Verbrennungsmotors oder die elektrische Lenkung, können daher signifikante Einbrüche und Schwankungen der Bordnetzspannung hervorrufen, die zu einer Beeinträchtigung oder gar zu einem Ausfall bestimmter „sensibler” Verbraucher führen können.
Zwar bereitet in erster Linie das häufige Ein- und Ausschalten des Verbrennungsmotors insbesondere bei Hybridfahrzeugen die vorgenannten Probleme, doch geht selbst bei solchen Kraftfahrzeugen, die keinen Hybridantrieb enthalten, der Trend dahin, den Verbrennungsmotor nur noch für den eigentlichen Vortrieb zu nutzen, d. h. es soll nicht nur die bereits im Serieneinsatz befindliche Auto-Start-Stop-Funktion, sondern zusätzlich auch der Betriebsmodus des sogenannten ”Segelns” genutzt werden (in diesem Modus wird der Verbrennungsmotor nicht nur bei Fahrzeugstillstand, sondern auch während der Fahrt immer dann, wenn wie beim Ausrollen oder bei Bergabfahrt kein Schub erforderlich ist, ausgeschaltet und ausgekuppelt). Darüber hinaus werden bei derartigen Fahrzeugen auch alle Hilfsantriebe und Nebenaggregate (wie die Ölpumpe, die Kühlmittelpumpe, der Klimakompressor, die Lenkung bzw. Lenkunterstützung usw.) vorzugsweise elektrisch angetrieben, so dass die Anzahl der „kritischen” Verbraucher deutlich erhöht ist. Auch der elektrische Energiebedarf dieser Fahrzeuge ist entsprechend erhöht.
Um dem Problem der negativen Auswirkungen der von den zahlreichen „kritischen” Verbrauchern hervorgerufenen Spannungseinbrüche auf die „sensiblen” Verbraucher (wie beispielsweise die Entertainment-Anlage) zu begegnen, wird in der WO 2009/000372 A1 vorgeschlagen, unter Vermeidung einer kostspieligen Erhöhung der Batteriekapazität oder einer aufwendigen Spannungsregelung eine Zweiteilung des Bordnetzes vorzusehen. D. h., das aus der WO 2009/000372 A1 bekannte Bordnetz besteht aus einem ersten, vom Generator des Fahrzeugs gespeisten Teilbordnetz, das eine erste Bordnetzspannung bereitstellt und eine eigene erste Energiespeichereinheit aufweist, einem zweiten Teilbordnetz, das eine zweite Bordnetzspannung bereitstellt und eine eigene zweite Energiespeichereinheit aufweist, sowie aus einer steuerbaren elektrischen Koppeleinrichtung in Form eines DC/DC-Wandlers, über den die beiden Teilbordnetze elektrisch gekoppelt werden können. Die „kritischen” Verbraucher sind dabei alle an das erste Teilbordnetz angeschlossen, während die „sensiblen” Verbraucher alle an das zweite Teilbordnetz angeschlossen sind; durch den DC/DC-Wandler ist sichergestellt, dass Spannungseinbrüche im ersten Teilbordnetz keine Auswirkungen auf das zweite Teilbordnetz und damit auf die „sensiblen” Verbraucher haben.
Weitere Fahrzeug-Energiebordnetze mit zwei gekoppelten Teilbordnetzen sind auch aus den Druckschriften DE 10 2005 029 081 A1 , DE 10 2008 017 866 A1 , DE 10 2008 008 561 A1 , DE 10 2007 026 164 A1 , DE 10 2007 004 279 A1 , DE 10 2008 005 307 A1 , DE 10 2008 022 582 A1 , DE 10 2008 037 242 A1 , WO 2010/000366 A1 sowie DE 10 2006 041 162 A1 bekannt.
Obgleich das Problem der negativen Auswirkung der „kritischen” Verbraucher auf die „sensiblen” Verbraucher mit diesen bekannten, aus zwei gekoppelten Teilbordnetzen bestehenden Energiebordnetzen weitgehend gelöst werden kann, stellt der Rekuperationsbetrieb, d. h. die Rückgewinnung von Energie beim Bremsen, weiterhin ein Problem dar. In der vorstehend erwähnten DE 10 2007 026 164 A1 wird zwar z. B. vorgeschlagen, die Energie des Generators beim Bremsen in die als Kondensator ausgeführte Energiespeichereinheit des ersten Teilbordnetzes einzuspeisen (eine Batterie könnte die vergleichsweise hohe Bremsenergie in der kurzen Zeit nämlich nicht speichern) und dann vorzugsweise den Starter mit dieser rückgewonnenen Energie zu betreiben, jedoch kann mit dieser Schaltungsanordnung nur ein kleiner Teil der beim Bremsen entstehenden Energie genutzt werden: Untersuchungen haben gezeigt, dass bei Bremsvorgängen Leistungen von 100 kW und mehr auftreten können, während derzeit übliche Generatoren nur ca. 3 KW liefern. Diese beschränkte Generatorleistung gilt derzeit auch für die meisten Nutzfahrzeuge
In Anbetracht der preislich und bezüglich der Baugröße noch mit vertretbarem Aufwand realisierbaren Speicherkapazität von Kondensatoren (wie insbesondere von sogenannten Doppelschicht-Kondensatoren, die auch als Double Layer Capacitors (DLC) bezeichnet werden und im Handel unter den Bezeichnungen „UltraCaps” oder „SuperCaps” erhältlich sind) wäre es bei dem derzeitigen Stand der Technik ohne weiteres möglich, eine Bremsleistung in der Größenordnung von 10 kW oder mehr als Rekuperationsenergie zurückzugewinnen. Andererseits kann aber die Leistung des Generators auf diesen Wert nur dann ohne nennenswerte Vergrößerung seines Bauvolumens und Gewichts angehoben werden, wenn seine Ausgangsspannung deutlich erhöht wird. Eine Anhebung der Ausgangsspannung des Generators und damit der Nennspannung des von diesem gespeisten ersten Teilbordnetzes auf einen in der Praxis noch vertretbaren Wert von maximal 60 V (bis zu dieser Grenze könnten die derzeit üblichen Verbindungs- und Isolationstechniken noch genutzt werden) hätte aber zur Folge, dass alle an dieses Teilbordnetz angeschlossenen „kritischen” Verbraucher eine ebenso hohe Spannungsfestigkeit aufweisen müssten (wegen der sich ändernden Spannung der Kondensatoren, insbesondere im Entladebetrieb, sollten die Verbraucher ggf. darüber hinaus für entsprechende Spannungsschwankungen ausgelegt sein). Während eine Anhebung der Nennspannung bei Heizsystemen weniger problematisch erscheint, sind viele andere Verbraucher nur schwer mit einer erhöhten Nennspannung erhältlich. Insbesondere der für den Betrieb des Fahrzeugs besonders relevante Starter ist auf die normale Bordspannung genormt und anders kaum erhältlich.
Es könnte zwar daran gedacht werden, dieses Problem dadurch zu lösen, dass die nicht auf die hohe Spannung ausgelegten „kritischen” Verbraucher, wie insbesondere der Starter, über einen vorgeschalteten DC/DC-Wandler versorgt werden, jedoch sind der Schaltungsaufwand und die damit einhergehenden Kosten für einen derartigen DC/DC-Wandler ziemlich hoch. Zudem würde wegen der großen Ströme ein relativ hoher Verlust auftreten, was zu Kühlungsproblemen führen würde.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für ein Kraftfahrzeug vorgesehenes elektrisches Energiebordnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, dass ein möglichst großer Teil der Bremsenergie mit geringstem Aufwand zurück gewonnen werden kann, wobei für die Verbraucher weiterhin Standardkomponenten verwendbar sein sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Die Erfindung schlägt demnach vor, den Generator so zu dimensionieren, dass bei maximaler Generatorerregung der Wert der ersten Bordnetzspannung den der zweiten Bordnetzspannung um ein Mehrfaches übersteigt. Die Erfindung macht also von der erwähnten, an sich bekannten Idee Gebrauch, die Generatorspannung auf einen deutlich höheren Wert als die übrige Bordnetzspannung zu setzen, wobei gemäß der Lehre des Anspruchs 15 eine maximale Spannung von 60 V angestrebt wird. Erfindungsgemäß wird nun aber ferner vorgeschlagen, für die Energiespeichereinheit des ersten Teilbordnetzes mindestens zwei Kondensatorgruppen vorzusehen, die mittels einer steuerbaren Schalteinrichtung selektiv zwischen einer Serien- und einer Parallelschaltung umgeschaltet werden können. Dadurch ist es möglich, gemäß der Lehre des Anspruchs 2 die Kondensatorgruppen in Serie zu schalten, wenn der Generator elektrische Energie liefert, wobei die Spannungsfestigkeit der Serienschaltung der Kondensatorgruppen mindestens der Maximalspannung des Generators entspricht. Andererseits ist es gemäß der Lehre des Anspruchs 3 möglich, die Kondensatorgruppen immer dann parallel zu schalten, wenn mindestens ein elektrischer Verbraucher aktiviert wird, dessen Nennspannung unter dem Wert der Spannung in Serienschaltung liegt.
Mit der Erfindung wird also erreicht, dass die Generatorspannung erhöht werden kann, ohne notwendigerweise die Nennspannung der Verbraucher ändern zu müssen; somit ist es möglich, einerseits einen Generator mit kleinen Abmessungen und andererseits für die Verbraucher Standardkomponenten zu verwenden, was insbesondere im Falle des Starters von großem Vorteil ist. Darüber hinaus ist die Schalteinrichtung, mit der selektiv zwischen einer Serien- und einer Parallelschaltung umgeschaltet wird, schaltungstechnisch einfach zu realisieren und damit entsprechend preiswert. Schließlich treten auch wesentlich geringere Verluste als bei Verwendung eines den Verbrauchern vorgeschalteten DC/DC-Wandlers auf, so dass die Effizienz der Energie-Rückgewinnung sehr hoch ist.
Ein noch weiterer Vorteil der Erfindung wird im Falle eines Kalt-Startvorgangs erzielt, wenn die Kondensatorgruppen (z. B. nach längerer Standzeit des Fahrzeugs) bereits entleert sind: Da das zweite Teilbordnetz als Energiespeicher vorzugsweise eine Batterie enthält, kann diese Batterie gemäß der Lehre des Anspruchs 9 mittels eines Überbrückungsschalters direkt mit den Kondensatorgruppen verbunden werden, so dass diese ohne DC/DC-Wandlung nachgeladen und direkt zum Betreiben des Starters verwendet werden können. Hätte der Starter demgegenüber eine dem Generator entsprechende Nennspannung, also eine an die höhere erste Bordnetzspannung angepasste Spannung, müsste für den Startvorgang eine entsprechend verlustbehaftete DC/DC-Wandlung vorgenommen werden.
Bezüglich weiterer Vorteile der Erfindung wird auf die übrigen Unteransprüche verwiesen.
Besonders vorteilhafte Betriebsarten des erfindungsgemäßen Energiebordnetzes sind Gegenstand der Verfahrensansprüche.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Energiebordnetzes;
2A eine Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Serien-/Parallel-Schalteinrichtung und der dazugehörigen Kondensatorgruppen, bei der zwei Kondensatorgruppen geschaltet werden;
2B eine alternative Ausführungsform der Serien-/Parallel-Schalteinrichtung der 2A, bei der als Schalter Leistungshalbleiter verwendet werden;
3A eine Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Serien-/Parallel-Schalteinrichtung und der dazugehörigen Kondensatorgruppen, bei der drei oder vier Kondensatorgruppen geschaltet werden;
3B eine alternative Ausführungsform der Serien-/Parallel-Schalteinrichtung der 3A, bei der als Schalter Leistungshalbleiter verwendet werden;
Gemäß 1 besteht das erfindungsgemäße Energiebordnetz, das für ein nicht näher gezeigtes Kraftfahrzeug vorgesehen ist, aus einem ersten Teilbordnetz TB₁, das über eine elektrische Koppeleinrichtung EK mit einem zweiten Teilbordnetz TB₂ selektiv elektrisch verbindbar ist. Das erste Teilbordnetz TB₁ hat eine Nennspannung mit dem Wert U₁, die in der Praxis zwischen 10 und 60 V schwanken kann. Wenn ein mit dem ersten Teilbordnetz TB₁ elektrisch gekoppelter Generator G Energie bzw. Strom liefert, wird dem ersten Teilbordnetz TB₁ eine der jeweiligen Erregung entsprechende Spannung eingeprägt; diese Spannung kann durch geeignete Ansteuerung des elektronisch geregelten Generators G problemlos auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Der Generator G ist vorzugsweise mit der Getriebeausgangsseite des Kraftfahrzeugs verbunden, so dass auch dann Strom erzeugt werden kann, wenn das Kraftfahrzeug bei abgestelltem Motor dahinrollt („Segelbetrieb”).
An das erste Teilbordnetz TB₁ ist ferner eine erste Energiespeichereinheit ES₁ angeschlossen, die aus mindestens zwei Kondensatorgruppen besteht, die mittels einer Schalteinrichtung selektiv zwischen einer Serien- und einer Parallelschaltung umgeschaltet werden können. Jede Kondensatorgruppe besteht ihrerseits aus einer Vielzahl von in Serie geschalteten Doppelschicht-Kondensatoren, die nachfolgend auch als DLC („Double Layer Capacitor”) oder UltraCap-Zellen bezeichnet werden. Wenn eine bestimmte Kondensatorgruppe beispielsweise auf eine Nennspannung von 30 V ausgelegt ist, besteht sie aus insgesamt 12 UltraCap-Zellen, wenn jede UltraCap-Zelle eine Nennspannung von 2.5 V hat. Die Gesamt-Nennspannung der in Serie geschalteten Kondensatorgruppen ist so bemessen, dass sie mindestens der Nennspannung des Generators G entspricht, im Ausführungsbeispiel also maximal 60 V. Wenn der Generator G in Betrieb ist, wird von einer (nicht gezeigten) elektronischen Steuereinheit sichergestellt, dass sich die Kondensatorgruppen in jedem Fall in der Serienschaltung befinden, so dass die Kondensatorgruppen problemlos auf die maximale Generatorspannung aufgeladen werden können.
Wenn der Generator G in Betrieb ist, können auch ein Latentwärmespeicher R_LWS, der eine zusätzliche elektrische Beheizung aufweist, sowie ein weiterer „kritischer” Verbraucher R_K mit Strom versorgt werden, sofern ihre zugeordneten Schalter S_L bzw. S_K eingeschaltet sind. An das erste Teilbordnetz TB₁ können selbstverständlich noch weitere Verbraucher, ggf. über jeweils zugeordnete Schalter angeschlossen sein. Bei diesen Verbrauchern handelt es sich in der Regel auch um „kritische” Verbraucher, also solche, deren Verwendung zu einem kurzzeitig hohen Energiebedarf führt.
Alle anderen Verbraucher, von denen repräsentativ nur ein Verbraucher R_S gezeigt ist, gehören demgegenüber zur Kategorie der „sensiblen” Verbraucher, die auf eine konstante Versorgungsspannung angewiesen sind. Diese konstante Versorgungsspannung wird erfindungsgemäß durch das zweite Teilbordnetz TB₂ zur Verfügung gestellt, wobei ein erster DC/DC-Wandler DCW₁ der elektrischen Koppeleinrichtung EK eine entsprechend geregelte Ausgangsspannung U₂ liefert; diese liegt im Falle eines PKW's im Bereich von 9 bis 16 V, während sie bei einem Nutzfahrzeug zwischen 18 und 32 V liegt. Wenn der DC/DC-Wandler DCW₁ ausgeschaltet und auch ein Überbrückungsschalter S_UE offen ist, wird die Spannung U₂ des zweiten Teilbordnetzes TB₂ von der Spannung einer zweiten Energiespeichereinheit ES₂ bestimmt. Bei dieser zweiten Energiespeichereinheit ES₂ handelt es sich um eine herkömmliche Fahrzeugbatterie, insbesondere um eine konventionelle Bleibatterie mit beispielsweise 12 V Nennspannung bei einem PKW und 24 V bei einem Nutzfahrzeug sowie einer Kapazität von beispielsweise 50 bis 80 Ah. Um das erste Teilbordnetz TB₁ aus dem zweiten Teilbordnetz TB₂ mit Energie versorgen zu können, ist im Ausführungsbeispiel ferner ein zweiter DC/DC-Wandler DCW₂ vorgesehen; dieser ist ein Aufwärtswandler, also ein Wandler, der die in der Regel niedrigere Spannung U₂ in die höhere Spannung U₁ umsetzen kann. Wenn die Spannungen U₁ und U₂ etwa gleich groß sind, können die beiden Teilbordnetze auch durch den Überbrückungsschalter S_UE (in diesem Fall verlustfrei) gekoppelt werden.
Gemäß der Darstellung in 1 ist ein Starter S bzw. Anlasser des Verbrennungsmotors über einen zugeordneten Startschalter S_S mit dem ersten Teilbordnetz TB₁ verbunden. Bei dem Starter S handelt es sich erfindungsgemäß um einen konventionellen Starter, der bei einem PKW eine Nominalspannung von etwa 12 V bzw. bei einem Nutzfahrzeug von etwa 24 V hat, also einer Spannung, die deutlich unterhalb der vergleichsweise hohen Nennspannung des Generators G bzw. der momentanen Spannung der voll aufgeladenen ersten Energiespeichereinheit ES₁ liegt, wenn sich deren Kondensatorgruppen in Serienschaltung befinden. Bei einem Kaltstart oder einem Warmstart bei jeweils stehendem Fahrzeug, wenn also der Generator G keine Energie liefern kann, werden die Kondensatorgruppen daher in die Parallelschaltung gebracht, so dass der Starter S mit einer Spannung beaufschlagt wird, die seiner Nennspannung entspricht. Hierdurch wird erreicht, dass der Starter S nicht überlastet wird. Wenn an das erste Teilbordnetz TB₁ weitere Verbraucher angeschlossen sind, die nicht für die hohe Generatorspannung ausgelegt sind, muss vor deren Aktivierung ebenfalls ggf. die Parallelschaltung der Kondensatorgruppen eingestellt werden. Es versteht sich, dass in einem solchen Fall bei laufendem Generator G durch geeignete Erregung eine entsprechend niedrige Generatorspannung eingestellt werden muss.
In 2A ist eine Ausführungsform der Energiespeichereinheit ES₁ gezeigt, die aus zwei Kondensatorgruppen K₁ und K₂ besteht; die Schalteinrichtung dieser Energiespeichereinheit ES₁, mit der selektiv zwischen der Serien- und der Parallelschaltung umgeschaltet werden kann, besteht aus zwei Umschaltern SU₁ und SU₂, bei denen es sich beispielsweise um Relais handelt und die über ein nicht gezeigtes Schaltsignal synchron entweder in die linke oder die rechte Schaltposition gebracht werden. Wie aus der 2A unmittelbar ersichtlich ist, sind beide Kondensatorgruppen K₁ und K₂ in Reihe bzw. Serie geschaltet, wenn sich die Schaltkontakte der Umschaltern SU₁ und SU₂ in der rechten Position befinden; wenn sich diese Kontakte demgegenüber in der linken Position befinden, liegen die oberen Pole beider Kondensatorgruppen an der spannungsführenden Schiene, während ihre unteren Pole mit Masse verbunden sind, d. h., die beiden Kondensatorgruppen sind parallel geschaltet. Diese linke Stellung der Kontakte dient also gemäß vorstehender Beschreibung insbesondere zum Starten des Motors, während die rechte Stellung beim Laden der Kondensatorgruppen bzw. bei der Versorgung anderer Verbraucher gewählt wird, denen die volle Spannung eingeprägt werden kann.
2B zeigt eine Schaltungsvariante der Ausführungsform der 2A, bei der die Serien-/Parallel-Umschalteinrichtung aus insgesamt drei Leistungs-MOSFET-Schaltern M₁ bis M₃ besteht, die in der gezeigten Art und Weise verschaltet sind. Wenn die Leistungs-MOSFET-Schalter M₁ und M₃ eingeschaltet bzw. leitend sind, befinden sich die beiden Kondensatorgruppen K₁ und K₂ in Parallelschaltung; wenn die beiden Leistungs-MOSFET-Schalter M₁ und M₃ demgegenüber ausgeschaltet bzw. nichtleitend sind und dafür der Leistungs-MOSFET-Schalter M₂ eingeschaltet ist, sind die Kondensatorgruppen K₁ und K₂ in Reihe geschaltet.
In 3A ist eine Ausführungsform der Energiespeichereinheit ES₁ gezeigt, die aus insgesamt vier Kondensatorgruppen K₁ bis K₄ besteht; die Serien-/Parallel-Umschalteinrichtung besteht in diesem Fall aus drei Gruppen (SU_1.1 und SU_1.2, SU_2.1 und SU_2.2, bzw. SU_3.1 und SU_3.2) von jeweils zwei Umschaltern, die in der gezeigten Weise mit den Kondensatorgruppen verschaltet sind. Alle sechs Schalter dieser drei Gruppen werden über ein nicht gezeigtes Schaltsignal synchron entweder in die linke oder die rechte Schaltposition gebracht. Wie man aus der 3A unmittelbar erkennt, sind alle vier Kondensatorgruppen K₁ bis K₄ in Serie geschaltet, wenn sich die Schaltkontakte der drei Umschaltergruppen in der rechten Position befinden; wenn sich diese Kontakte in der linken Position befinden, liegen die oberen Pole aller Kondensatorgruppen an der spannungsführenden Schiene, während ihre unteren Pole mit Masse verbunden sind, d. h., die vier Kondensatorgruppen sind parallel geschaltet.
Die mit Leistungs-MOSFET-Schaltern realisierte Variante der in 3A gezeigten Energiespeichereinheit ES₁ ist in 3B dargestellt. Man erkennt, dass hier die Umschaltung mit insgesamt drei Schaltgruppen (M_1.1–M_1.3, M_2.1–M_2.3 bzw. M_3.1–M_3.3) aus jeweils drei Leistungs-MOSFET-Schaltern erfolgt. Wenn die Leistungs-MOSFET-Schalter M_1.1 und M_1.3, M_2.1 und M_2.3 sowie M_3.1 und M_3.3 jeder Schaltgruppe eingeschaltet sind, befinden sich die vier Kondensatorgruppen K₁ bis K₄ in vierfacher Parallelschaltung (Schaltungsvariante „4P”); wenn die Leistungs-MOSFET-Schalter M_1.1 und M_1.3, M_2.1 und M_2.3 sowie M_3.1 und M_3.3 der drei Schaltgruppen dagegen ausgeschaltet sind und dafür die Leistungs-MOSFET-Schalter M_1.2, M_2.2 und M_3.2 jeder Schaltgruppe eingeschaltet sind, sind alle Kondensatorgruppen K₁ bis K₄ in Serie geschaltet (Schaltungsvariante „4S”). In der Parallelschaltung („4P”) haben die Kondensatorgruppen K₁ bis K₄ ein Viertel der Spannung der Serienschaltung („4S”) aller vier Kondensatorgruppen K₁ bis K₄.
Mit der in 3B dargestellten Schaltungsanordnung ist es aber auch möglich, eine Parallelschaltung von zwei in Serie geschalteten Kondensatorgruppen zu bilden (Schaltungsvariante „2S 2P”). Hierzu werden die Schalter M_1.2 und M_2.3 eingeschaltet, so dass sich eine Serienschaltung der Kondensatorgruppen K₁ und K₂ ergibt; und es werden ferner die Schalter M_2.1 und M_3.2 eingeschaltet, so dass sich eine Serienschaltung der Kondensatorgruppen K₃ und K₄ ergibt. Die Serienschaltung der Kondensatorgruppen K₁ und K₂ ist dann der Serienschaltung der Kondensatorgruppen K₃ und K₄ parallel geschaltet. Diese Parallelschaltung zweier in Serie geschalteter Kondensatorgruppen hat die Hälfte der Spannung der Serienschaltung aller vier Kondensatorgruppen K₁ bis K₄ (d. h. der Schaltungsvariante „4S”).
Mit der in 3B gezeigten Schaltung erhält man daher in Abhängigkeit von den Schaltzuständen der Schalter folgende Schaltungsvarianten bzw. Ausgangsspannungen (Schalter aus = 0, Schalter ein = 1):

Variante/Spannung M_1.1 M_1.2 M_1.3 M_2.1 M_2.2 M_2.3 M_3.1 M_3.2 M_3.3

4S/1 0 1 0 0 1 0 0 1 0

4P/¼ 1 0 1 1 0 1 1 0 1

2S 2P/½ 0 1 0 1 0 1 0 1 0
Die in 3B gezeigte Schaltung ermöglicht es daher, die Spannung der Kondensatorgruppen nahezu verlustfrei auf drei verschiedene Werte einzustellen. In diesem Fall ist es beispielsweise möglich, die Kondensatorgruppen in der Variante „4S” aufzuladen (also mit einer Spannung von z. B. bis zu 60 V) und den Starter S in der Variante „4P” zu betätigen, d. h. mit einem Viertel der Ladespannung (also mit einer Spannung von z. B. bis zu 15 V). Wenn der Motor dann nicht gleich anspringt, die Kondensatorgruppen aber durch das Betätigen des Starters S so weit entladen worden sind, dass ihre Spannung stark abgesunken ist, kann durch Einstellen der Schaltungsvariante „2S 2P” ggf. eine Spannung herbeigeführt werden, die ausreichend hoch für das erneute Betätigen des Starters S ist. Das wiederholte Betätigen des Starters S kann somit u. U. ohne zwischenzeitliches Nachladen der Kondensatorgruppen erfolgen.
Wenn der in den 3A und 3B mit X bezeichnete Schaltungsknoten jeweils mit Masse verbunden wird und die darunter befindlichen Schaltungsteile weggelassen werden, erhält man eine aus drei Kondensatorgruppen K₁ bis K₃ bestehende Energiespeichereinheit ES₁, die geeignet zwischen einer Serien- und einer Parallelschaltung umgeschaltet werden kann.
Umgekehrt ist es möglich, eine aus beliebig vielen Kondensatorgruppen bestehende, umschaltbare Energiespeichereinheit zu schaffen, wenn die Schaltungsschemata der 3A und 3B geeignet „nach unten” fortgesetzt werden. Somit ist es möglich, das gewünschte Spannungsniveau in der Parallelschaltung aller Kondensatorgruppen genau auf den Wert einzustellen, der für den zu versorgenden Verbraucher am besten geeignet ist. Wenn die Anzahl der verwendeten Kondensatorgruppen ein Vielfaches von 2 beträgt, lassen sich durch geeignete Kombination von parallel geschalteten Serienschaltungen – analog zu dem anhand der obigen Tabelle gezeigten Schema – verschiedene Spannungen realisieren.

Bei Verwendung von 6 Kondensatorgruppen ist es z. B. möglich, durch geeignete Ansteuerung der Schalter folgende Spannungsvarianten bereitzustellen:

6-fach-Serienschaltung:	Maximalspannung;
2-fach-Parallelschaltung aus 3-fach-Serienschaltung:	1/2 der Maximalspannung;
3-fach-Parallelschaltung aus 2-fach-Serienschaltung:	1/3 der Maximalspannung;
6-fach-Parallelschaltung:	1/6 der Maximalspannung;

Bei Verwendung von 8 Kondensatorgruppen können durch geeignete Ansteuerung der Schalter folgende Spannungsvarianten bereitgestellt werden:

8-fach-Serienschaltung:	Maximalspannung;
2-fach-Parallelschaltung aus 4-fach-Serienschaltung:	1/2 der Maximalspannung;
4-fach-Parallelschaltung aus 2-fach-Serienschaltung:	1/4 der Maximalspannung;
8-fach-Parallelschaltung:	1/8 der Maximalspannung;

Bei Verwendung von 10 Kondensatorgruppen können durch geeignete Ansteuerung der Schalter folgende Spannungsvarianten bereitgestellt werden:

10-fach-Serienschaltung:	Maximalspannung;
2-fach-Parallelschaltung aus 5-fach-Serienschaltung:	1/2 der Maximalspannung;
5-fach-Parallelschaltung aus 2-fach-Serienschaltung:	1/5 der Maximalspannung;
10-fach-Parallelschaltung:	1/10 der Maximalspannung;

Bei Verwendung von 12 Kondensatorgruppen ist es sogar möglich, insgesamt 6 Spannungswerte bereitzustellen:

12-fach-Serienschaltung:	Maximalspannung;
2-fach-Parallelschaltung aus 6-fach-Serienschaltung:	1/2 der Maximalspannung;
3-fach-Parallelschaltung aus 4-fach-Serienschaltung:	1/3 der Maximalspannung;
4-fach-Parallelschaltung aus 3-fach-Serienschaltung:	1/4 der Maximalspannung;
6-fach-Parallelschaltung aus 2-fach-Serienschaltung:	1/6 der Maximalspannung;
12-fach-Parallelschaltung:	1/12 der Maximalspannung;

Es versteht sich, dass in entsprechender Weise bei Verwendung von noch mehr Kondensatorgruppen all diejenigen Spannungswerte realisiert werden können, die sich durch geeignete Kombination aus parallel geschalteten Serienschaltungen darstellen lassen.
Bei den in der 1 gezeigten Schaltern S_S, S_L, S_K und S_UE kann es sich sowohl um Relais als auch um geeignet dimensionierte Leistungs-MOSFET-Schalter handeln. Insbesondere im Falle des relativ stark beanspruchten Starterschalters S_S sollte vorzugsweise ein Leistungs-MOSFET-Schalter vorgesehen werden. Aufgrund der hohen Schaltströme wird man in den meisten Fällen mehrere Halbleiter parallel schalten. Kann der Strom durch den jeweiligen Schalter in beide Richtungen fließen und soll auch die Stromunterbrechung in beide Richtungen funktionieren, so müssen zwei MOSFET-Schalter bzw. MOSFET-Gruppen invers in Reihe geschaltet werden (ein MOSFET-Schalter wird dann immer invers betrieben: Stromfluss von Source nach Drain).
Nachfolgend werden die wesentlichen Betriebszustände des erfindungsgemäßen Energiebordnetzes näher erläutert.
1. Kaltstart
Definition: Das Kraftfahrzeug steht (Parkplatz, Garage), der Motor ist auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Ein durch den Startvorgang hervorgerufener Spannungseinbruch („Start-Spannungseinbruch”) ist unkritisch.
Die Energiespeichereinheiten ES₁ und ES₂ der beiden Teilbordnetze TB₁ und TB₂ sind (weitgehend) auf die Spannungen U₁ bzw. U₂ aufgeladen.
Zum Starten des Motors werden mit Hilfe der Serien-/Parallel-Umschalteinrichtung die zwei oder mehr Kondensatorgruppen parallel geschaltet. Anschließend wird durch Betätigen des Schalters S_S der Starter S aktiviert und der Verbrennungsmotor gestartet. Durch den Startvorgang werden die Kondensatorgruppen um eine bestimmte Energie entladen. Je nach Auslegung bzw. Speicherkapazität der Kondensatorgruppen, ihre Anfangsladung und die Dauer des Startvorganges ist noch soviel Energie gespeichert, dass, falls erforderlich, auch ein zweiter Startvorgang ohne Nachladen der Kondensatorgruppen durchgeführt werden kann.
Sollten die Kondensatorgruppen so stark entladen sein, dass die Energie nicht für einen (weiteren) Startvorgang ausreicht, so können die Kondensatorgruppen entweder – bei geeigneter Spannungslage – durch Überbrücken des DC/DC-Wandlers DCW₂ mittels des Schalters S_UE oder aber über den DC/DC-Wandler DCW₂ aufgeladen werden. Wenn die Energie zwar für einen weiteren Startvorgang reichen würde, aber die Spannung der Kondensatorgruppen bereits zu stark abgesunken ist, um ein ausreichendes Drehmoment des Starters S zu erzielen, kann im Falle der Verwendung der in 3B gezeigten Schaltung ggf. die Variante „2S 2P” eingestellt werden.
2. Warmstart
Definition: Das Kraftfahrzeug wird gefahren. Der Motor ist auf Betriebstemperatur und wird z. B. nach einem Ampel-Stop wieder gestartet. Ein durch den Startvorgang hervorgerufener Spannungseinbruch („Start-Spannungseinbruch”) ist kritisch und darf daher im Bordnetz nicht auftreten. Der Starter S darf folglich für den Warmstart nicht aus dem zweiten Teilbordnetz versorgt werden.
Zum Starten des Motors werden mit Hilfe der Serien-/Parallel-Umschalteinrichtung die zwei oder mehr Kondensatorgruppen parallel geschaltet und anschließend wird durch Betätigen des Schalter S_S der Starter S aktiviert und der Verbrennungsmotor gestartet. Auch in diesem Fall werden die Kondensatorgruppen zuvor ggf. aus dem zweiten Teilbordnetz TB₂ nachgeladen, falls sie zu stark entladen sein sollten. Wenn das Kraftfahrzeug während dieser Zeit (also im Modus des „Segelns”) fährt, kann die Nachladung der Kondensatorgruppen u. U. auch durch kurzzeitige Aktivierung des Generators G erfolgen; in diesem Fall muss aber beachtet werden, dass der Generator G nur so stark erregt wird, dass keine spürbare Bremswirkung auftritt.
3. Fahren ohne Bremsen (keine Rekuperation):
Die elektrische Versorgung des Bordnetzes erfolgt zunächst durch Entladen der Energiespeichereinheiten ES₁ und ES₂. Hierzu wird die Erregung der Generators G abgeschaltet, so dass dieser nahezu keinen (mechanischen) Leistungsbedarf hat (keine Belastung des Verbrennungsmotors). Erst wenn die beiden Energiespeichereinheiten auf einen vorgegebenen Minimalwert entladen sind, wird der Generator G so erregt, dass er gerade diejenige Leistung liefert, die das Bordnetz benötigt. Je nach Spannungslage im ersten Teilbordnetz TB₁ muss dabei der erste DC/DC-Wandler DCW₁ aktiviert werden. Werden die Spannungen in den beiden Teilbordnetzen TB₁ und TB₂ auf dem gleichen Wert gehalten (U₁ = U₂), so kann der DC/DC-Wandler DCW₁ durch den Schalter S_UE überbrückt werden und beide Bordnetzbereiche sind fest aneinandergekoppelt.
Falls es erforderlich ist, während des Fahrens ohne Bremsen die Hochstromverbraucher R_LWS und/oder R_K im ersten Teilbordnetz TB₁ einzuschalten (z. B. weil ein elektrischer Innenraumheizer eingeschaltet werden muss), so wird der Generator G entsprechend erregt. Wird dabei im ersten Teilbordnetz TB₁ eine höhere Spannung als im zweiten Teilbordnetz TB₂ benötigt (U₁ > U₂), so muss der DC/DC-Wandler DCW₁ aktiviert werden.
4. Bremsen mit Rekuperation:
Die Bremswirkung kann sowohl durch Aktivieren des Bremssystems als auch über die Bremswirkung des Motors („Motorbremse”, Verbrennungsmotor ist eingekuppelt, keine Kraftstoffzufuhr) erzielt werden. Im letzteren Fall würde z. B. die vom Fahrer gewünschte Bremsart „Motorbremse” nicht wie bisher durch den geschleppten Verbrennungsmotor, sondern – mit ähnlichem Gefühl für den Fahrer – durch den möglichst stark belasteten Generator G erreicht werden, wobei sich eine entsprechende Bremswirkung ergibt. Der Verbrennungsmotor wird in diesem Fall abgekuppelt und ausgeschaltet.
Bei diesem Rekuperationsbremsen werden möglichst viele Hochlastverbraucher, u. a. die elektrische Zusatzbeheizung des Latentwärmespeichers R_LWS, eingeschaltet und der Generator G wird so erregt, dass er diejenige Leistung liefert, die diese Verbraucher benötigen, und zusätzlich die Leistung, die die Energiespeichereinheiten ES₁ und – über den DC/DC-Wandler DCW₁ – ES₂ aufnehmen können. Der DC/DC-Wandler DCW₁ entkoppelt die Spannungslagen in den beiden Teilbordnetz TB₁ und TB₂. Die Spannung U₁ im ersten Teilbordnetz TB₁ kann – gesteuert über die Erregung des Generators G – in weiten Bereichen bis zu einem Maximalwert von knapp 60 V Variieren; die Spannung U₂ im zweiten Teilbordnetz TB₂ ist dagegen durch die Art des Energiespeichers E₂ auf den Bereich der Lade- bzw. Entladespannung der Batterie begrenzt.
Nach Abschluss des Rekuperationsbremsvorgangs wird derjenige Teil der in den Kondensatorgruppen gespeicherten Energie, der nicht für einen Startvorgang des Motors benötigt wird, über die elektrische Koppeleinrichtung EK in die Energiespeichereinheit ES₂ des zweiten Teilbordnetzes TB₂ eingespeist.
Bei dem mit dem erfindungsgemäßen Bordnetz ausgerüsteten Fahrzeug kann es sich sowohl um einen PKW als auch um einen LKW bzw. ein Nutzfahrzeug handeln. Während im Falle eines PKW's die Spannung im zweiten Teilbordnetz TB₂ derzeit einen Nominalwert von 12 V hat, haben LKW's (u. a. mit Ausnahme von in den USA betriebenen LKW's) im zweiten Teilbordnetz TB₂ normalerweise eine Spannung von bis zu 24 V.
Wegen noch anderer Vorteile der Erfindung wird ausdrücklich auf die Offenbarung der Figuren Bezug genommen.
Bezugszeichenliste:

TB₁

Erstes Teilbordnetz

TB₂

Zweites Teilbordnetz

U₁, U₂

Spannung des ersten bzw. zweiten Teilbordnetzes

EK

Elektrische Koppeleinrichtung

S_UE

Überbrückungsschalter

DCW₁

Erster DC/DC-Wandler

DCW₂

Zweiter DC/DC-Wandler

G

Vom Fahrzeug angetriebener Generator

S

Starter (Anlasser)

S_S

Starterschalter

ES₁

Erste Energiespeichereinheit (Kondensatorgruppen)

ES₂

Zweite Energiespeichereinheit (Batterie)

R_LWS

Elektrischer Verbraucher im ersten Teilbordnetz (Latentwärmespeicher mit elektrischer Zusatzheizung)

S_L

Schalter des Latentwärmespeichers

R_K

Kritischer Verbraucher im ersten Teilbordnetz

S_K

Schalter des kritischen Verbrauchers

R_S

Sensibler Verbraucher im zweiten Teilbordnetz

K₁ bis K₄

Kondensatorgruppen

SU₁, SU₂

Umschalter

SU_1.1–SU_3.2

Umschalter

M₁–M₃

Leistungs-MOSFET-Schalter

M_1.1–M_3.3

Leistungs-MOSFET-Schalter

X

Schaltungsknoten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/000372 A1 [0002, 0004]
DE 102005029081 A1 [0005]
DE 102008017866 A1 [0005]
DE 102008008561 A1 [0005]
DE 102007026164 A1 [0005, 0006]
DE 102007004279 A1 [0005]
DE 102008005307 A1 [0005]
DE 102008022582 A1 [0005]
DE 102008037242 A1 [0005]
WO 2010/000366 A1 [0005]
DE 102006041162 A1 [0005]

Claims

Elektrisches Energiebordnetz für ein Kraftfahrzeug, mit einem ersten Teilbordnetz (TB₁), das eine erste Bordnetzspannung (U₁) bereitstellt und eine erste Energiespeichereinheit (ES₁) sowie mindestens einen elektrischen Verbraucher (S, R_LWS) aufweist, einem zweiten Teilbordnetz (TB₂), das eine zweite Bordnetzspannung (U₂) bereitstellt und eine zweite Energiespeichereinheit (ES₂) sowie mindestens einen elektrischen Verbraucher (R_S) aufweist, einer steuerbaren elektrischen Koppeleinrichtung (EK), über die die beiden Teilbordnetze (TB₁, TB₂) selektiv miteinander koppelbar sind, und einem vom Fahrzeug angetriebenen Generator (G), der dem Energiebordnetz über das erste Teilbordnetz (TB₁) elektrische Energie zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (G) so dimensioniert ist, dass bei maximaler Generatorerregung der Wert der ersten Bordnetzspannung (U₁) den der zweiten Bordnetzspannung (U₂) um ein Mehrfaches übersteigt, und dass die erste Energiespeichereinheit (ES₁) aus mindestens zwei Kondensatorgruppen (K₁, K₂, K₃, K₄) gebildet ist, die mittels einer steuerbaren Schalteinrichtung (SU₁, SU₂; SU_1.1–SU_3.2; M₁–M₃; M_1.1–M_3.3) selektiv zwischen einer Serien- und einer Parallelschaltung umschaltbar sind.
Energiebordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (SU₁, SU₂; SU_1.1–SU_3.2; M₁–M₃; M_1.1–M_3.3) die Kondensatorgruppen (K₁, K₂, K₃, K₄) in Serie schaltet, wenn der Generator (G) elektrische Energie liefert.
Energiebordnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (SU₁, SU₂; SU_1.1–SU_3.2; M₁–M₃; M_1.1–M_3.3) die Kondensatorgruppen (K₁, K₂, K₃, K₄) parallel schaltet, wenn mindestens ein elektrischer Verbraucher (S) aktiviert ist dessen Nennspannung unter dem Wert der Spannung in Serienschaltung liegt.
Energiebordnetz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Verbraucher der Starter (S) des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs ist.
Energiebordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vier Kondensatorgruppen (K₁, K₂, K₃, K₄) vorgesehen sind und dass die Schalteinrichtung (SU_1.1–SU_3.2; M_1.1–M_3.3) so ausgebildet ist, dass sie [a] alle Kondensatorgruppen (K₁, K₂, K₃, K₄) in Serie schaltet, [b] alle Kondensatorgruppen (K₁, K₂, K₃, K₄) parallel schaltet, oder [c] jeweils zwei Kondensatorgruppen (K₁ und K₂ bzw. K₃ und K₄) in Serie schaltet und diese beiden Serienschaltungen parallel schaltet.
Energiebordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kondensatorgruppe (K₁, K₂, K₃, K₄) aus einer Vielzahl von in Serie geschalteten Doppelschicht-Kondensatoren gebildet ist.
Energiebordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare elektrische Koppeleinrichtung (EK) einen DC/DC-Wandler (DCW₁) enthält, der das zweite Teilbordnetz (TB₂) unabhängig von dem momentanen Spannungswert des ersten Teilbordnetzes (TB₁) mit einer vorbestimmten Spannung speist.
Energiebordnetz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare elektrische Koppeleinrichtung (EK) einen weiteren DC/DC-Wandler (DCW₂) enthält, der das erste Teilbordnetz (TB₁) unabhängig von dem momentanen Spannungswert des zweiten Teilbordnetzes (TB₂) mit einer vorbestimmten Spannung speist.
Energiebordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare elektrische Koppeleinrichtung (SK) einen Überbrückungsschalter (S_UE) enthält, der die beiden Teilbordnetze (TB₁, TB₂) elektrisch direkt verbindet, wenn ihre Spannungswerte etwa gleich groß sind.
Energiebordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Energiespeichereinheit (ES₂) eine aufladbare Batterie ist.
Energiebordnetz nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (G) in einer Rekuperationsbetriebsart so ansteuerbar ist, dass er eine Energiemenge liefert, die ausreichend groß ist, um gleichzeitig im ersten Teilbordnetz (TB₁) die erste Energiespeichereinheit (ES₁) sowie mindestens einen weiteren Verbraucher (R_LWS) und über den ersten DC/DC-Wandler (DCW₁) die zweite Energiespeichereinheit (ES₂) mit Rekuperationsenergie zu versorgen.
Energiebordnetz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Verbraucher (R_LWS) ein Latentwärmespeicher mit elektrischer Zusatzheizung ist.
Energiebordnetz nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (M₁–M₃; M_1.1–M_3.3) und/oder der Überbrückungsschalter (S_UE) Halbleiterschaltelemente, vorzugsweise in Form von Leistungs-MOSFETs enthalten.
Energiebordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (G) mit der Getriebeausgangsseite des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist.
Energiebordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennspannung des ersten Teilbordnetzes (TB₁) im Bereich von 10 bis 60 V, vorzugsweise im Bereich von 30 bis 50 V liegt, und dass die Nennspannung des zweiten Teilbordnetzes (TB₂) im Bereich von 9 bis 16 V bei einem PKW bzw. im Bereich von 18 bis 32 V bei einem Nutzfahrzeug liegt.
Verfahren zum Betrieb eines Energiebordnetzes nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Starten des Motors des Kraftfahrzeugs die Kondensatorgruppen (K₁, K₂, K₃, K₄) parallel geschaltet werden, wobei vor dem Starten des Motors eine Nachladung der Kondensatorgruppen (K₁, K₂, K₃, K₄) aus der Energiespeichereinheit (ES₂) des zweiten Teilbordnetzes (TB₂) durchgeführt wird, wenn die in den Kondensatorgruppen (K₁, K₂, K₃, K₄) gespeicherte Energiemenge für das Starten des Motors zu gering ist.
Verfahren zum Betrieb eines Energiebordnetzes nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatorgruppen (K₁, K₂, K₃, K₄) in Serie geschaltet werden, wenn der Generator (G) Strom erzeugt, wobei im Falle eines Rekuperationsbremsvorgangs sowohl die Kondensatorgruppen (K₁, K₂, K₃, K₄) als auch – über die elektrische Koppeleinrichtung (EK) – die Energiespeichereinheit (ES₂) des zweiten Teilbordnetzes (TB₂) vom Generator (G) nachgeladen werden und ferner diejenigen Verbraucher (R_LWS) eingeschaltet werden, die während dieser Phase Energie aufnehmen können.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Rekuperationsbremsvorgang derjenige Teil der in den Kondensatorgruppen (K₁, K₂, K₃, K₄) gespeicherten Energie, der nicht für einen Startvorgang des Motors benötigt wird, über die elektrische Koppeleinrichtung (EK) in die Energiespeichereinheit (ES₂) des zweiten Teilbordnetzes (TB₂) eingespeist wird.