DE102011088987B4

DE102011088987B4 - Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz und Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011088987B4
Application number: DE102011088987.6A
Authority: DE
Inventors: Joachim Fröschl; Christopher Deisler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2023-12-28
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: DE102011088987A1

Abstract

Kraftfahrzeug (1) mit einem elektrischen Bordnetz (2), welches ein erstes und ein zweites Teilnetz (3, 4) umfasst, von denen eines in einem Frontbereich (6) des Kraftfahrzeugs (1) und das andere in einem Heckbereich (5) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist, mit einer in dem ersten Teilnetz (3) angeordneten ersten Energiequelle (8) zum Bereitstellen von elektrischer Energie, und mit einem in dem zweiten Teilnetz (4) angeordneten elektrischen Verbraucher (13), welcher über eine die beiden Teilnetze (3, 4) verbindende elektrische Versorgungsleitung (7) mit der ersten Energiequelle (8) gekoppelt und mit elektrischer Energie der ersten Energiequelle (8) versorgbar ist, wobeidas Bordnetz (2) eine in dem zweiten Teilnetz (4) angeordnete zweite Energiequelle (14) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für den Verbraucher (13) aufweist und hierdurch die Stromstärke eines durch die Versorgungsleitung (7) fließenden elektrischen Stromes (ISVV) begrenzbar istgekennzeichnet durcheine Steuereinrichtung (19), welche dazu ausgelegt ist, die Stromstärke des Stromes (ISVV) zu erfassen und auf einen vorgebbaren Grenzwert nach oben hin zu begrenzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, welches ein erstes und ein zweites Teilnetz umfasst, von denen eines in einem Frontbereich des Kraftfahrzeugs und das andere in einem Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Das Kraftfahrzeug beinhaltet außerdem eine in dem ersten Teilnetz angeordnete Energiequelle, welche zum Bereitstellen von elektrischer Energie dient, wie auch einen in dem zweiten Teilnetz angeordneten elektrischen Verbraucher, welcher über eine die beiden Teilnetze verbindende elektrische Versorgungsleitung mit der Energiequelle gekoppelt und mit elektrischer Energie der Energiequelle versorgt wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf ein solches Bordnetz, bei welchem eine Fahrzeugbatterie als Energiequelle im Heckbereich des Kraftfahrzeugs - etwa unter der hinteren Sitzbank - angeordnet ist und über eine elektrische Versorgungsleitung mit einem im Frontbereich des Kraftfahrzeugs angeordneten elektrischen Verbraucher gekoppelt ist. Bei einer derartigen Konstellation ist die Fahrzeugbatterie auch in der Regel mit einem elektrischen Generator verbunden, der im Frontbereich des Kraftfahrzeugs an eine Brennkraftmaschine gekoppelt ist und im Betrieb des Kraftfahrzeugs elektrische Energie erzeugt. Die Verbindung der Fahrzeugbatterie mit dem in Frontbereich des Kraftfahrzeugs liegenden Verbraucher erfolgt über jeweilige Stromverteiler, nämlich über einen im Heckbereich liegenden hinteren Stromverteiler einerseits sowie einen im Frontbereich angeordneten vorderen Stromverteiler andererseits. Die oben genannte Versorgungsleitung verbindet dabei den hinteren mit dem vorderen Stromverteiler. Ein derartiges Bordnetz ist mit gewissen Nachteilen verbunden: Es fließen durch die Versorgungsleitung elektrische Ströme relativ großer Stromstärke, wie beispielsweise 100 A, und die Versorgungsleitung muss für den Betrieb mit elektrischem Strom großer Stromstärke ausgelegt sein. Es muss somit eine Versorgungsleitung mit einem relativ großen Durchmesser eingesetzt werden. Insgesamt ist die Versorgungsleitung somit relativ schwer, und es entstehen unnötige elektrische Verluste, wie auch unnötige Kosten.
Ein derartiges Bordnetz, bei welchem die Fahrzeugbatterie im Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet und über eine elektrische Leitung mit dem im Frontbereich angeordneten Generator gekoppelt ist, ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 41 10 240 C1 bekannt.
Die Druckschriften DE102004021317A1 , DE000019846319C1 und DE102004001025B3 zeigen weitere Bordnetze für Kraftfahrzeuge.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Gattung die Komplexität der Versorgungsleitung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz im Vergleich zum Stand der Technik reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftfahrzeug sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figur.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein elektrisches Bordnetz, welches ein erstes und ein zweites Teilnetz umfasst. Eines der Teilnetze liegt in einem Frontbereich des Kraftfahrzeugs, während das andere Teilnetz in einem Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. In dem ersten Teilnetz ist eine (erste) Energiequelle - etwa eine Fahrzeugbatterie - angeordnet, welche zum Bereitstellen von elektrischer Energie dient. In dem zweiten Teilnetz hingegen ist ein elektrischer Verbraucher angeordnet, der über eine die beiden Teilnetze verbindende elektrische Versorgungsleitung mit der ersten Energiequelle gekoppelt und mit elektrischer Energie dieser ersten Energiequelle versorgbar ist. Das Bordnetz beinhaltet außerdem eine zweite Energiequelle, welche in dem zweiten Teilnetz angeordnet und zum Bereitstellen von elektrischer Energie für den Verbraucher ausgebildet ist, so dass die Stromstärke eines durch die Versorgungsleitung fließenden elektrischen Stromes begrenzt wird.
Die Erfindung gilt also den Weg, den im zweiten Teilnetz angeordneten Verbraucher, der einerseits mit elektrischer Energie aus dem ersten Teilnetz versorgt wird, andererseits auch gleichzeitig mit elektrischer Energie aus dem zweiten Teilnetz - also dem Teilnetz des Verbrauchers - zu versorgen. Neben der ersten Energiequelle, die im ersten Teilnetz angeordnet ist, wird nämlich auch im zweiten Teilnetz eine zusätzliche Energiequelle bereitgestellt, so dass der elektrische Verbraucher gleichzeitig mit elektrischer Energie aus der ersten und der zweiten Energiequelle versorgt werden kann. Weil somit die Versorgung des Verbrauchers über separate Leitungen erfolgt und die Stromstärke des vom Verbraucher aufgenommenen Stromes gleich der Summe der Stromstärke des durch die Versorgungsleitung fließenden Stromes einerseits und der Stromstärke eines von der zweiten Energiequelle abgegebenen Stromes andererseits ist, verringert sich bei gleicher an den Verbraucher abgegebener Leistung die Stromstärke des durch die Versorgungsleitung fließenden Stromes. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug hat somit den Vorteil, dass die Versorgungsleitung nicht mehr für den Betrieb mit hohen Stromstärken ausgelegt werden muss. Es kann beispielsweise eine Versorgungsleitung mit einem im Vergleich zum Stand der Technik geringeren Querschnitt eingesetzt werden. Auf diesem Wege gelingt es, einerseits das Gewicht der Versorgungsleitung zu verringern und andererseits auch die elektrischen Verluste durch die Versorgungsleitung auf ein Minimum zu reduzieren. Somit können auch Kosten gespart werden, wie auch der wertvolle Bauraum an der Schnittstelle zwischen den beiden Teilnetzen.
Eine Steuereinrichtung ist bereitgestellt, die die Stromstärke des über die Versorgungsleitung fließenden Stromes erfasst und diese Stromstärke auf einen vorgebbaren Grenzwert nach oben hin begrenzt. Durch eine solche intelligente Überwachung und Begrenzung des Stromes mittels der elektronischen Steuereinrichtung ist stets sichergestellt, dass die Stromstärke des Stromes den vorgebbaren Grenzwert nicht überschreitet, so dass insgesamt ein ordnungsgemäßer Betrieb des Bordnetzes gewährleistet ist.
Hinsichtlich der Begrenzung der Stromstärke des über die Versorgungsleitung fließenden Stromes können im Prinzip zwei unterschiedliche Ausführungsformen vorgesehen sein:

Einerseits kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, die Stromstärke des Stromes durch entsprechende Ansteuerung des elektrischen Verbrauchers zu begrenzen. Wird durch die Steuereinrichtung zum Beispiel festgestellt, dass die Stromstärke den Grenzwert überschreitet oder aber ein Überschreiten dieses Grenzwertes droht, so kann die Steuereinrichtung unter Ausgabe entsprechender Steuersignale den elektrischen Verbraucher dazu ansteuern, seine Leistungsaufnahme zu reduzieren. Solche Steuersignale kann die Steuereinrichtung beispielsweise über einen internen Kommunikationsbus des Kraftfahrzeugs an den elektrischen Verbraucher übermitteln. Gegebenenfalls kann der elektrische Verbraucher sogar vollständig abgeschaltet werden, um ein Überschreiten des Grenzwertes zu verhindern.

Andererseits kann die Steuereinrichtung auch dazu ausgelegt sein, die Stromstärke des über die Versorgungsleitung fließenden Stromes durch entsprechende Ansteuerung der zweiten Energiequelle zu begrenzen. Diese Ausführungsform macht sich die Tatsache zu nutze, dass die Stromstärke des vom Verbraucher aufgenommenen Stromes gleich der Summe der jeweiligen Stromstärken des über die Versorgungsleitung fließenden Stromes sowie des von der zweiten Energiequelle abgegebenen Stromes ist. Die Steuereinrichtung kann also die Stromstärke des über die Versorgungsleitung fließenden Stromes begrenzen, indem die Stromstärke des von der zweiten Energiequelle abgegebenen Stromes gesteuert wird. Wird zum Beispiel festgestellt, dass die Stromstärke des über die Versorgungsleitung fließenden Stromes den Grenzwert erreicht, kann der Strom der zweiten Energiequelle erhöht werden, so dass gleichzeitig auch der Strom der ersten Energiequelle reduziert wird. Somit kann die Stromstärke des Stromes der ersten Energiequelle besonders wirkungsvoll und zuverlässig nach oben hin begrenzt werden.
Besonders bevorzugt kann die Steuereinrichtung den Grenzwert für die Stromstärke des Stromes im Betrieb des Kraftfahrzeugs selbst einstellen. Somit ist der Grenzwert in Betrieb des Kraftfahrzeugs dynamisch veränderbar und kann an die jeweils augenblicklichen Bedingungen angepasst werden. Die Begrenzung der Stromstärke des Stromes erfolgt somit situationsabhängig und bedarfsgerecht.
Der Grenzwert für die Stromstärke kann in Abhängigkeit von Sensorinformationen eingestellt werden, die mittels einer Sensoreinrichtung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden. Die erfassten Sensorinformationen beziehen sich insbesondere auf Umweltinformationen, also auf die augenblicklich herrschenden Umgebungsbedingungen. Bevorzugt wird der Grenzwert in Abhängigkeit von einer gemessenen Temperatur - etwa der Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs - eingestellt. Diese Ausführungsform macht sich die Tatsache zu nutze, dass sich mit der Temperatur auch der Ohmsche Widerstand der elektrischen Versorgungsleitung ändert und somit auch die Stromstärke des Stromes abhängig von der Temperatur ist. Durch die Erfassung der Temperatur und die Einstellung des Grenzwertes in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur kann durch die Steuereinrichtung der jeweils optimale Grenzwert definiert werden. Einerseits ist somit bei allen Umgebungsbedingungen der ordnungsgemäße Betrieb des Bordnetzes gewährleistet; andererseits wird die Versorgungsleitung auch optimal ausgenutzt.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Energiequelle eine Fahrzeugbatterie ist. Die Fahrzeugbatterie ist somit in dem ersten Teilnetz angeordnet, welches bevorzugt im Heckbereich des Kraftfahrzeugs liegt, so dass auch die Fahrzeugbatterie im Heckbereich angeordnet ist. Die Fahrzeugbatterie kann beispielsweise unter einer Sitzbank im Heckbereich oder aber in einem Kofferraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Die Fahrzeugbatterie kann auch mit einem Generator gekoppelt sein, der in dem zweiten Teilnetz angeordnet ist. Der Generator ist bevorzugt im Frontbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet, nämlich insbesondere an der unter der Motorhaube befindlichen Brennkraftmaschine. Gerade bei einem derartigen Bordnetz erweist sich die erfindungsgemäße Begrenzung der Stromstärke als besonders vorteilhaft: Der insbesondere im Frontbereich des Kraftfahrzeugs angeordnete Verbraucher wird mit elektrischer Energie aus der Fahrzeugbatterie versorgt, die wiederum mit dem Generator elektrisch verbunden ist und die vom Generator abgegebene Energie aufnimmt. Die Versorgungsleitung zwischen den beiden Teilnetzen ist somit relativ lang, so dass jede Begrenzung der Stromstärke zu einer wesentlichen Reduktion der Komplexität bzw. des Gewichts der Versorgungsleitung beitragen kann.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf ein konventionelles Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine begrenzt. Das Kraftfahrzeug kann gleichfalls ein Elektrofahrzeug oder aber ein Hybridfahrzeug sein, welches mithilfe einer elektrischen Antriebseinrichtung angetrieben wird. Auch bei einem Elektrofahrzeug oder aber einem Hybridfahrzeug kann die erste Energiequelle eine Fahrzeugbatterie (so genannte „Traktionsbatterie“) sein, mittels welcher der elektrische Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt wird.
Das Bordnetz weist bevorzugt einen ersten Stromverteiler auf, der in dem ersten Teilnetz - insbesondere im Heckbereich - angeordnet ist und über welchen die erste Energiequelle (z. B. Fahrzeugbatterie) mit dem elektrischen Verbraucher gekoppelt ist. Durch den ersten Stromverteiler können ggf. auch weitere Verbraucher mit elektrischer Energie der ersten Energiequelle versorgt werden, die beispielsweise auch im ersten Teilnetz angeordnet sind.
Entsprechend kann auch ein zweiter Stromverteiler vorgesehen sein, der in dem zweiten Teilnetz - insbesondere im Frontbereich - angeordnet ist. Über den zweiten Stromverteiler kann sowohl die erste Energiequelle als auch die zweite Energiequelle mit dem elektrischen Verbraucher gekoppelt sein. Dies bedeutet, dass über diesen zweiten Stromverteiler der elektrische Verbraucher einerseits von der ersten Energiequelle und andererseits auch von der zweiten Energiequelle versorgt wird. Mit anderen Worten wird in dem zweiten Stromverteiler der über die Versorgungsleitung fließende Strom mit dem Strom der zweiten Energiequelle summiert, wobei über eine den zweiten Stromverteiler mit dem Verbraucher verbindende Leitung ein Summenstrom aus den beiden genannten Strömen fließt. Mithilfe des zweiten Stromverteilers können auch weitere im zweiten Teilnetz angeordnete Verbraucher mit elektrischer Energie gleichzeitig aus der ersten und der zweiten Energiequelle versorgt werden.
Also wird im zweiten Teilnetz eine zweite Energiequelle eingesetzt. Hinsichtlich der Ausgestaltung dieser zweiten Energiequelle können verschiedenste Ausführungsformen vorgesehen sein. Insgesamt erweist sich dabei als besonders vorteilhaft, wenn die zweite Energiequelle ein Energiewandler ist oder einen solchen umfasst, welcher insbesondere nicht-elektrische Energie - etwa thermische Energie - in elektrische Energie für den Verbraucher umwandelt. Alternativ kann aber auch als zweite Energiequelle ein Energiewandler eingesetzt werden, welcher elektrische Energie in ebenfalls elektrische Energie umwandelt, etwa eine Wechselspannung in eine Gleichspannung oder aber eine Gleichspannung mit einer ersten Amplitude in eine Gleichspannung mit einer unterschiedlichen zweiten Amplitude. Es können folgende Ausführungsformen vorgesehen sein:

Die zweite Energiequelle kann einen thermoelektrischen Generator aufweisen oder durch diesen gebildet sein. Ergänzend oder alternativ kann die zweite Energiequelle ein Fotovoltaikmodul aufweisen oder durch dieses gebildet sein. Weiterhin ergänzend oder alternativ kann die zweite Energiequelle auch einen Gleichspannungswandler umfassen, welcher eine Gleichspannung mit einer ersten Amplitude in eine Gleichspannung mit einer zweiten Amplitude umwandelt. Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn als zweite Energiequelle der thermoelektrische Generator eingesetzt wird. Dies ist insbesondere bei konventionellen Kraftfahrzeugen besonders vorteilhaft: Ein derartiger Generator kann die im Abgasstrang vorhandene thermische Energie in elektrische Energie umwandeln und dabei eine elektrische Spannung für die Versorgung des Verbrauchers bereitstellen. Während der herkömmliche Generator die kinetische Energie der Brennkraftmaschine in elektrische Energie umwandelt, wandelt der thermoelektrische Generator die thermische Energie des Abgasstranges in elektrische Energie um. Der thermoelektrische Generator hat auch den Vorteil, dass er unabhängig von den Tageszeiten elektrische Energie bereitstellen kann und außerdem auch wetterunabhängig ist. Der thermoelektrische Generator besitzt auch einen relativ großen Wirkungsgrad.

Weiterhin ergänzend oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die zweite Energiequelle ein Ladegerät umfasst oder durch ein solches Ladegerät gebildet ist. Diese Ausführungsform wiederum erweist sich bei Elektrofahrzeugen als besonders vorteilhaft. Wird das Elektrofahrzeug nämlich an eine externe Energiequelle (Steckdose) angeschlossen und wird im Stillstand des Kraftfahrzeugs auch der elektrische Verbraucher betrieben, so kann die abgegriffene Wechselspannung der externen Quelle mittels des Ladegeräts in eine Gleichspannung umgewandelt werden. Mit dieser Gleichspannung kann dann der elektrische Verbraucher versorgt werden. Das Ladegerät kann dabei ein Netzteil beinhalten, welches dazu dient, die Wechselspannung der externen Quelle in die Gleichspannung für die Versorgung des Verbrauchers umzuwandeln.
Weiterhin ergänzend oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die zweite Energiequelle einen herkömmlichen Generator umfasst oder durch einen solchen gebildet ist, welcher aus kinetischer Energie des Antriebsmotors elektrische Energie bereitstellt. Als zweite Quelle ist also auch ein Generator möglich, was sich insbesondere bei Sicherheitsfahrzeugen als vorteilhaft erweist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben eines Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug, und zwar eines spezifischen Bordnetzes, welches ein erstes und ein zweites Teilnetz umfasst, von denen eines in einem Frontbereich und das andere in einem Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Eine in dem ersten Teilnetz angeordnete Energiequelle stellt elektrische Energie bereit, mit welcher ein in dem anderen Teilnetz angeordneter elektrischer Verbraucher versorgt wird. Der Verbraucher ist mit der Energiequelle über eine elektrische Versorgungsleitung gekoppelt, durch welche die beiden Teilnetze miteinander verbunden sind. Mittels einer in dem zweiten Teilnetz angeordneten zweiten Energiequelle wird elektrische Energie für den Verbraucher bereitgestellt, und der elektrische Verbraucher wird gleichzeitig mit elektrischer Energie aus der ersten und der zweiten Energiequelle versorgt, so dass die Stromstärke eines durch die Versorgungsleitung fließenden elektrischen Stromes begrenzt wird.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Dabei veranschaulicht die einzige Figur in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ein in der Figur dargestelltes Kraftfahrzeug 1 ist im Ausführungsbeispiel ein Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug 1 beinhaltet ein Bordnetz 2, welches zwei räumlich voneinander getrennte Teilnetze aufweist, nämlich ein erstes Teilnetz 3 sowie ein zweites Teilnetz 4. Das erste Teilnetz 3 ist in einem Heckbereich 5 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet, während das zweite Teilnetz 4 in einem Frontbereich 6 des Kraftfahrzeugs liegt. Die beiden Teilnetze 3, 4 sind über eine elektrische Versorgungsleitung 7 miteinander verbunden.
Zum ersten Teilnetz 3 gehören einerseits eine erste Energiequelle 8, die im Ausführungsbeispiel als Fahrzeugbatterie 9 ausgebildet ist, wie auch andererseits ein erster Stromverteiler 10, der mit der Fahrzeugbatterie 9 elektrisch verbunden ist.
Das zweite Teilnetz 4 hingegen umfasst einen Generator 11, einen zweiten Stromverteiler 12, mindestens einen elektrischen Verbraucher 13, wie auch eine zweite Energiequelle 14, die im Ausführungsbeispiel als thermoelektrischer Generator 15 ausgeführt ist. Der zweite Stromverteiler 12 ist über die Versorgungsleitung 7 mit dem ersten Stromverteiler 10 gekoppelt. Über den zweiten Stromverteiler 12 ist außerdem der elektrische Verbraucher 13 einerseits mit dem thermoelektrischen Generator 15 und andererseits auch mit dem ersten Stromverteiler 10 und hierdurch mit der Fahrzeugbatterie 9 gekoppelt.
Selbstverständlich können auch eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern 13 im zweiten Teilnetz 4 vorgesehen sein, die alle über den zweiten Stromverteiler 12 mit elektrischer Energie versorgt werden können. Die Erfindung ist somit nicht auf eine bestimmte Anzahl von elektrischen Verbrauchern 13 beschränkt.
Also wird der elektrische Verbraucher 13 über den zweiten Stromverteiler 12 mit elektrischer Energie versorgt. Die Versorgung des Verbrauchers 13 erfolgt dabei gleichzeitig mittels der Fahrzeugbatterie 9 - dies über den ersten und den zweiten Stromverteiler 10, 12 - sowie mittels des thermoelektrischen Generators 15, und zwar alleine über den zweiten Stromverteiler 12. Über eine den thermoelektrischen Generator 15 mit dem zweiten Stromverteiler 12 verbindende elektrische Leitung 16 fließt dabei ein elektrischer Strom I_TEG, während über die Versorgungsleitung 7 ein elektrischer Strom I_SVV fließt. Die Leitung 16 und die Versorgungsleitung 17 sind im zweiten Stromverteiler 12 miteinander zusammengeführt, sodass über eine den zweiten Stromverteiler 12 mit dem Verbraucher 13 verbindende Leitung 17 ein elektrischer Summenstrom I_V fließt, wobei gilt: I_V=I_TEG+I_SVV.
Die Grenze zwischen den beiden Teilnetzen 3, 4 muss grundsätzlich keine feste Grenze sein. Entscheidend ist vielmehr, dass die Fahrzeugbatterie 9 bzw. der erste Stromverteiler 10 räumlich getrennt von dem Verbraucher 13 bzw. dem zweiten Stromverteiler 12 angeordnet sind, so dass die Versorgungsleitung 7 eine relativ große Länge besitzt und sich zwischen dem Heckbereich 5 und dem Frontbereich 6 erstreckt. So kann die Fahrzeugbatterie 9 beispielsweise unter der hinteren Sitzbank angeordnet sein, während der elektrische Verbraucher 13 bzw. der zweite Stromverteiler 12 im Frontbereich 6 angeordnet sind, etwa unter einer Instrumententafel, einer Mittelkonsole oder aber der Motorhaube.
Die Fahrzeugbatterie 9 ist im Ausführungsbeispiel eine Starterbatterie und dient auch zum Anlassen der Brennkraftmaschine. Der Starter kann dabei in den Generator 11 integriert oder aber als separate Komponente mit dem Generator 11 verbunden sein.
Die Fahrzeugbatterie 9 ist ferner über eine elektrische Generatorleitung 18 mit dem Generator 11 verbunden. Die im Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 durch den Generator 11 erzeugte elektrische Energie kann somit an die Fahrzeugbatterie 9 und hierdurch auch an den ersten Stromverteiler 10 abgegeben werden. Die Fahrzeugbatterie 9 wird somit im Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 mit elektrischer Energie aus dem Generator 11 aufgeladen, wobei der Generator 11 die mechanische Energie der Brennkraftmaschine in elektrische Energie umwandelt.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf ein konventionelles Kraftfahrzeug beschränkt. Das Kraftfahrzeug 1 kann auch ein Elektrofahrzeug sein, wobei dann die Fahrzeugbatterie 8 die so genannte Traktionsbatterie sein kann.
Nun richtet sich das Interesse auf die Begrenzung der Stromstärke des Stromes I_SVV, so dass die Versorgungsleitung 7 mit einem kleineren Querschnitt ausgeführt und insgesamt zum Betrieb mit kleineren Stromstärken ausgelegt werden kann. Wird die Stromstärke des Stromes I_SVV auf einen bestimmten Grenzwert begrenzt, so kann auch der Querschnitt der Versorgungsleitung 7 und somit auch ihr Gewicht entsprechend reduziert werden. Die Begrenzung der Stromstärke des Stromes I_SVV wird vorliegend durch den Einsatz der zweiten Energiequelle 14 ermöglicht, was auf der oben genannten Beziehung beruht: I_SVV = I_V - I_TEG. Wird der elektrische Strom I_TEG von der zweiten Energiequelle 14 geliefert, so verringert sich die Stromstärke des Stromes I_SVV, und zwar aufgrund der Parallelschaltung der beiden Energiequellen 8, 14. Zur Begrenzung der Stromstärke des Stromes I_SVV stehen somit zwei verschiedene Parameter zur Verfügung, die zur Begrenzung des Stromes I_SVV gesteuert werden können. Einer der Parameter ist die Stromstärke des Stromes I_TEG; der andere Parameter ist die Stromstärke des Stromes I_V. Um diese beiden Parameter zu steuern, ist im Ausführungsbeispiel eine Steuereinrichtung 19 bereitgestellt, die einerseits den Verbraucher 13 und andererseits auch die zweite Energiequelle 14 ansteuert.
Die Steuereinrichtung 19 erfasst die Stromstärke des Stromes I_SVV und begrenzt diese Stromstärke auf einen definierbaren Grenzwert, der mittels der Steuereinrichtung 19 im Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 dynamisch eingestellt werden kann. Dazu empfängt die Steuereinrichtung 19 auch Informationen über die jeweils augenblickliche Umgebungstemperatur T, die zum Beispiel mittels eines Temperatursensors 20 gemessen wird. Die Steuereinrichtung 19 kann somit den Grenzwert für die Stromstärke des Stromes I_SVV in Abhängigkeit von dem aktuellen Wert der Umgebungstemperatur T einstellen.
Also kann die Steuereinrichtung 19 die Stromstärke des Stromes I_SVV so regeln, dass diese Stromstärke den Grenzwert nicht überschreitet. Dies erfolgt im Ausführungsbeispiel auf zwei unterschiedliche Art und Weisen: Zum einen kann die Steuereinrichtung 19 durch Ansteuerung der zweiten Energiequelle 14 die Stromstärke des Stromes I_TEG erhöhen, so dass die Stromstärke des Stromes I_SVV reduziert wird. Hier bleibt die Stromstärke des Stromes Iv und somit die Leistungsaufnahme des Verbrauchers 13 unverändert. Andererseits kann die Steuereinrichtung 19 auch den Verbraucher 13 derart ansteuern, dass der Verbraucher 13 seine Leistungsaufnahme reduziert und somit die Stromstärke des Stromes I_V verringert wird. Auch somit verringert sich die Stromstärke des Stromes Isvv.
Bei der Einstellung des Grenzwertes für die Stromstärke des Stromes Isvv können auch weitere Parameter berücksichtigt werden, wie insbesondere der Querschnitt und/oder die Länge und/oder das Material der Versorgungsleitung 7. Bei unterschiedlichen Querschnitten der Versorgungsleitung 7 können nämlich auch jeweils unterschiedliche Grenzwerte für den Strom Isvv vorgegeben werden.
Insgesamt wird also ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Bordnetz 2 bereitgestellt, bei welchem die Komplexität der die beiden Teilnetze 3, 4 verbindenden Versorgungsleitung 7 im Vergleich zum Stand der Technik reduziert wird. So kann aufgrund der begrenzten Stromstärke des Stromes Isvv die Versorgungsleitung 7 mit einem gegenüber dem Stand der Technik verringerten Querschnitt ausgeführt und somit zum Betrieb mit geringeren Stromstärken ausgelegt sein. Es können somit Kosten gespart werden, und das Gewicht der Versorgungsleitung 7 kann reduziert werden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Bordnetz
3: Teilnetz
4: Teilnetz
5: Heckbereich
6: Frontbereich
7: Versorgungsleitung
8: Energiequelle
9: Fahrzeugbatterie
10: Stromverteiler
11: Generator
12: Stromverteiler
13: Verbraucher
14: Energiequelle
15: Generator
16: Leitung
17: Versorgungsleitung
18: Generatorleitung
19: Steuereinrichtung
20: Temperatursensor
ITEG: Strom
ISVV: Strom
IV: Summenstrom

Claims

Kraftfahrzeug (1) mit einem elektrischen Bordnetz (2), welches ein erstes und ein zweites Teilnetz (3, 4) umfasst, von denen eines in einem Frontbereich (6) des Kraftfahrzeugs (1) und das andere in einem Heckbereich (5) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist, mit einer in dem ersten Teilnetz (3) angeordneten ersten Energiequelle (8) zum Bereitstellen von elektrischer Energie, und mit einem in dem zweiten Teilnetz (4) angeordneten elektrischen Verbraucher (13), welcher über eine die beiden Teilnetze (3, 4) verbindende elektrische Versorgungsleitung (7) mit der ersten Energiequelle (8) gekoppelt und mit elektrischer Energie der ersten Energiequelle (8) versorgbar ist, wobei das Bordnetz (2) eine in dem zweiten Teilnetz (4) angeordnete zweite Energiequelle (14) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für den Verbraucher (13) aufweist und hierdurch die Stromstärke eines durch die Versorgungsleitung (7) fließenden elektrischen Stromes (I_SVV) begrenzbar ist gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (19), welche dazu ausgelegt ist, die Stromstärke des Stromes (I_SVV) zu erfassen und auf einen vorgebbaren Grenzwert nach oben hin zu begrenzen.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (19) dazu ausgelegt ist, durch Ansteuerung des elektrischen Verbrauchers (13) die Stromstärke des Stromes (I_SVV) zu begrenzen.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (19) dazu ausgelegt ist, durch Ansteuerung der zweiten Energiequelle (14) die Stromstärke des Stromes (I_SVV) zu begrenzen.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (19) dazu ausgelegt ist, den Grenzwert für die Stromstärke des Stromes (I_SVV) im Betrieb des Kraftfahrzeugs (1) einzustellen.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (19) dazu ausgelegt ist, den Grenzwert für die Stromstärke des Stromes (I_SVV) in Abhängigkeit von Sensorinformationen, insbesondere in Abhängigkeit von einer gemessenen Temperatur (T), einzustellen.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Energiequelle (8) eine Fahrzeugbatterie (9) ist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbatterie (9) mit einem Generator (11) gekoppelt ist, der in dem zweiten Teilnetz (4) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bordnetz (2) einen ersten Stromverteiler (10) aufweist, der in dem ersten Teilnetz (3) angeordnet ist und über welchen die erste Energiequelle (8) mit dem elektrischen Verbraucher (13) gekoppelt ist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bordnetz (2) einen zweiten Stromverteiler (12) aufweist, der in dem zweiten Teilnetz (4) angeordnet ist und über welchen die erste Energiequelle (8) und die zweite Energiequelle (14) mit dem elektrischen Verbraucher (13) gekoppelt sind.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Energiequelle (14) umfasst: - einen thermoelektrischen Generator (15) und/oder - einen Gleichspannungswandler und/oder - einen Generator zum Erzeugen von elektrischer Energie aus kinetischer Energie eines Antriebsmotors und/oder - ein Photovoltaikmodul.
Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug (1), wobei das Bordnetz (2) ein erstes und ein zweites Teilnetz (3, 4) umfasst, von denen eines in einem Frontbereich (6) des Kraftfahrzeugs (1) und das andere in einem Heckbereich (5) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist, und eine in dem ersten Teilnetz (3) angeordnete erste Energiequelle (8) elektrische Energie bereitstellt, mit welcher ein in dem zweiten Teilnetz (4) angeordneter elektrischer Verbraucher (13) versorgt wird, welcher über eine die beiden Teilnetze (3, 4) verbindende elektrische Versorgungsleitung (7) mit der ersten Energiequelle (8) gekoppelt ist, wobei mittels einer in dem zweiten Teilnetz (4) angeordneten zweiten Energiequelle (14) elektrische Energie für den Verbraucher (13) bereitgestellt wird und der elektrische Verbraucher (13) gleichzeitig mit elektrischer Energie aus der ersten und der zweiten Energiequelle (8, 14) versorgt wird, so dass die Stromstärke eines durch die Versorgungsleitung (7) fließenden elektrischen Stromes (I_SVV) begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Steuereinrichtung (19) die Stromstärke des Stromes (I_SVV) erfasst und auf einen vorgebbaren Grenzwert nach oben hin begrenzt wird.