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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes, das einen ersten Energiespeicher und einen zweiten Energiespeicher aufweist.
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Bordnetze von Fahrzeugen weisen meist einen Energiespeicher in Form eines Bleiakkumulators auf. Der Bleiakkumulator benötigt allerdings oft eine Regeneration. Diese Regeneration kann bis zu 24 Stunden dauern. Da ein normaler Fahrbetrieb eines Fahrzeugs nicht so lange dauert, wird die Regeneration meist über mehrere Fahrzyklen verteilt durchgeführt.
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Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es ein Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung zu schaffen, dass beziehungsweise die dazu beiträgt, dass ein Energiespeicher eines Bordnetzes regeneriert wird.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren beziehungsweise durch eine Vorrichtung zum Betreiben eines Bordnetzes. Das Bordnetz weist einen ersten Energiespeicher und einen zweiten Energiespeicher auf. Die beiden Energiespeicher sind parallel geschaltet. Es werden Kennwerte des ersten und/oder des zweiten Energiespeichers erfasst. Abhängig von den erfassten Kennwerten wird eine Regenerationsphase des ersten Energiespeichers durchgeführt. In der Regenerationsphase wird eine erste Betriebsspannung derart vorgegeben und mittels eines Generators bereitgestellt, dass sie dazu beiträgt, dass der zweite Energiespeicher nach einer vorgegebenen Zeitspanne eine höhere Leerlaufspannung aufweist, als der erste Energiespeicher.
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Durch die Parallelschaltung der beiden Energiespeicher ist es möglich, dass sobald der zweite Energiespeicher eine höhere Leerlaufspannung aufweist, der erste Energiespeicher weiter geladen wird, auch wenn der Generator nicht mehr in Betrieb ist. Es ist also möglich, dass der erste Energiespeicher weiter regeneriert wird, obwohl ein Fahrzyklus des Fahrzeugs beendet wird. Indem die Regenerationsphase abhängig von Kennwerten durchgeführt wird, ist es zudem möglich, dass die Regeneration nur durchgeführt wird, wenn sie sinnvoll ist, beispielsweise bei einer bestimmten vorgegebenen Batterietemperatur des ersten Energiespeichers.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird nach Erreichen eines vorgegebenen Ladezustandes des zweiten Energiespeichers eine zweite vorgegebene Betriebsspannung mittels des Generators bereitgestellt, die dazu beiträgt, dass der erste Energiespeicher geladen wird und der zweite Energiespeicher seinen Ladezustand in etwa beibehält. Hierdurch kann beispielsweise mit einer höheren ersten vorgegebenen Betriebsspannung der zweite Energiespeicher schneller geladen werden, und beispielsweise bei einem Ladezustand von 90% Kapazität mit einer Einstellung der zweiten vorgegebenen Betriebsspannung dazu beigetragen werden, dass der erste Energiespeicher weiter geladen wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden während der Regenerationsphase Kennwerte des ersten Energiespeichers überwacht. So kann die Regeneration überprüft werden und beispielsweise gegebenenfalls beendet werden, wenn Kennwerte vorgegebene Schwellenwerte unter- oder überschreiten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Bordnetz einen Schalter auf, durch den der erste Energiespeicher von dem zweiten Energiespeicher galvanisch trennbar ist. Hierdurch kann die Sicherheit des Bordnetzes erhöht werden, da es möglich ist, die beiden Energiespeicher galvanisch voneinander zu trennen, beispielsweise falls einer der beiden Energiespeicher defekt ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der erste Energiespeicher einen Bleiakkumulator auf. Gerade in Fahrzeugbordnetzen ist dies ein robuster und kostengünstiger Energiespeicher.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der zweite Energiespeicher einen Lithium-Ionen-Akkumulator auf. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass er schnell geladen werden kann und bei geeigneter Zusammenstellung eine höhere Leerlaufspannung als ein Bleiakkumulator aufweist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird, wenn kein oder nur noch ein vorgegebener geringer Ladungsfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Energiespeicher besteht, abhängig von den erfassten Kennwerten überprüft, ob die Regenerationsphase erfolgreich war. Hierdurch kann beispielsweise falls die Regenerationsphase noch nicht erfolgreich war, gespeichert werden, dass eine weitere Regenerationsphase beispielsweise bei dem nächsten Fahrbetrieb nötig ist. Alternativ oder zusätzlich kann falls die Regenerationsphase erfolgreich war gespeichert werden, dass die Regeneration erfolgreich durchgeführt wurde.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Schaltplan eines Bordnetzes mit zwei Energiespeichern,
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2 ein Ablaufdiagramm eines Programms zur Durchführung einer Regenerationsphase und
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3 verschiedene Spannungsverläufe von Energiespeichern.
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Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt einen Schaltplan eines Bordnetzes BN. Das Bordnetz BN weist einen Starter S und einen Generator G auf. Das Bordnetz BN weist außerdem mehrere Verbraucher L auf. Außerdem weist das Bordnetz BN einen ersten Energiespeicher BAT_1 mit einem Batteriesensor BS und einen zweiten Energiespeicher BAT_2 mit einem Batteriesensor BS auf.
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Mittels des Generators G können Betriebsspannungen bereitgestellt werden, wobei es möglich ist, dass dem Generator G ein Spannungswandler nachgeschaltet ist, um eine vorgegebene Betriebsspannung einzustellen.
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Bei dem ersten Energiespeicher BAT_1 handelt es sich beispielsweise um einen Bleiakkumulator. Bei dem zweiten Energiespeicher BAT_2 handelt es sich beispielsweise um einen Lithium-Ionen-Akkumulator, wie zum Beispiel einen Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator (LiFePO4) und/oder einen Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Akkumulator (Li-NMC) und/oder einen anderen Lithium-Ionen-Akkumulator und/oder einen Nickel-Metallhydrid-Akkumulator.
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Die Batteriesensoren BS sind dazu ausgebildet Kennwerte KW des jeweiligen Energiespeichers zu erfassen, wie beispielsweise die jeweilige Temperatur, eine anliegende Spannung, einen Ladezustand, einen Ladungsdurchsatz und/oder einen Energiedurchsatz. Die Ermittlung der Kennwerte kann zeitabhängig erfolgen.
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Zwischen dem ersten Energiespeicher BAT_1 und dem zweiten Energiespeicher BAT_2 kann beispielsweise außerdem ein Schalter angebracht sein mittels dessen die beiden Energiespeicher galvanisch trennbar sind. Hiermit können beispielsweise jeweils die Energiespeicher voneinander getrennt werden, falls einer der Energiespeicher defekt ist.
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Das Bordnetz BN ist beispielsweise in einem Fahrzeug angeordnet. Das Fahrzeug, in dem das Bordnetz BN angeordnet ist, verfügt beispielsweise über eine Vorrichtung, die eine Recheneinheit, einen Programm- und Datenspeicher und eine Kommunikationsschnittstelle aufweist. Die Recheneinheit und/oder der Datenspeicher können in einer Einheit oder verteilt auf mehrere Einheiten ausgebildet sein.
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Zum Betreiben des Bordnetzes BN ist in den Programm- und Datenspeicher der Vorrichtung bevorzugt ein Programm abgespeichert, das während des Betriebs des Bordnetzes BN abgearbeitet werden kann. Das Programm ist im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms der 2 näher erläutert.
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Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können.
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In einem darauffolgenden Schritt S2 werden Kennwerte KW des ersten Energiespeichers BAT_1 und/oder Kennwerte KW des zweiten Energiespeichers BAT_2 erfasst. Die Kennwerte KW werden beispielsweise von dem jeweiligen Batteriesensor BS erfasst.
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In einem darauffolgenden Schritt S3 werden die erfassten Kennwerte KW überprüft, beispielsweise indem sie mit vorgegebenen Schwellenwerten verglichen werden. So kann beispielsweise die Temperatur des jeweiligen Energiespeichers überprüft werden, da eine Regeneration in bestimmten Temperaturbereichen vorteilhaft ist, da sich die Ladungsaufnahme des ersten Energiespeichers BAT_1 gegebenenfalls in einem bestimmten Temperaturbereich verbessert und sich dadurch die notwendige Zeitdauer gegebenenfalls verkürzt. Insbesondere bei einer Ausführung von BAT_1 als Bleiakkumulator ist bei einer erhöhten Temperatur des Bleiakkumulators eine Regeneration vorteilhaft.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Zyklenzahl des ersten Energiespeichers BAT_1 mit einem Schwellenwert verglichen werden, so dass die Regeneration jeweils nach einer vorgegebenen Zyklenzahl durchgeführt wird. Alternativ oder zusätzlich können noch weitere Kennwerte KW, wie Verweildauer und/oder Ladeumsatz überprüft werden.
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Wird abhängig von den erfassten Kennwerten KW ermittelt, dass eine Regeneration sinnvoll ist, so wird das Programm in einem Schritt S5 fortgeführt. Wird ermittelt, dass eine Regeneration nicht sinnvoll ist, so wird das Programm in dem Schritt S2 fortgeführt.
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In dem Schritt S5 wird die Regenerationsphase RP gestartet. Hierfür wird eine erste Betriebsspannung V_1 derart vorgegeben und mittels des Generators G bereitgestellt, dass sie dazu beiträgt, dass der zweite Energiespeicher BAT_2 nach einer vorgegebenen Zeitspanne eine höhere Leerlaufspannung aufweist, als der erste Energiespeicher BAT_1.
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Weist der zweite Energiespeicher BAT_2 eine höhere Leerlaufspannung auf, als der erste Energiespeicher BAT_1, so ist es möglich dass die Regeneration weiter durchgeführt wird, wenn der Generator G abgestellt wird. In einem solchen Fall wird der erste Energiespeicher BAT_1 weiter von dem zweiten Energiespeicher BAT_2 geladen, bis sich eine Gleichgewichtsspannung zwischen beiden Energiespeichern einstellt.
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In einem auf den Schritt S5 folgenden optionalen Schritt S7 wird nach Erreichen eines vorgegebenen Ladezustands des zweiten Energiespeichers BAT_2 eine zweite vorgegebene Betriebsspannung V_2 mittels des Generators G bereitgestellt, die dazu beiträgt, dass der erste Energiespeicher BAT_1 geladen wird, und der zweite Energiespeicher BAT_2 seinen Ladezustand in etwa beibehält. Hierdurch ist es möglich den zweiten Energiespeicher BAT_2 und/oder den ersten Energiespeicher BAT_1 gegebenenfalls schneller aufzuladen.
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Stellt sich die Gleichgewichtsspannung ein, also fließt kein oder nur noch ein vorgegebener geringer Ladungsfluss zwischen dem ersten Energiespeicher BAT_1 und dem zweiten Energiespeicher BAT_2, werden weiterhin Kennwerte KW in einem Schritt S9 erfasst, wie zum Beispiel eine am ersten Energiespeicher BAT_1 anliegende Spannung.
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In einem darauffolgenden Schritt S11 wird überprüft, abhängig von den erfassten Kennwerten KW, ob die Regenerationsphase RP erfolgreich war. Dies wird beispielsweise mittels der erfassten Spannung überprüft. Liegt die erfasste Spannung beispielsweise über einem vorgegebenen Schwellenwert, oder weist ein anderer Kennwert KW darauf hin, dass die Regenerationsphase RP erfolgreich war, so wird das Programm in einem Schritt S14 fortgeführt. Liegt sie beispielsweise darunter, oder weist ein anderer Kennwert KW darauf hin, dass die Regenerationsphase RP nicht erfolgreich war, so wird sie in einem Schritt S13 fortgeführt. Die Kennwerte KW weisen beispielsweise alternativ oder zusätzlich die Dauer der Regenerationsphase RP auf. So kann beispielsweise bei Erreichen einer vorgegebenen Dauer der Regenerationsphase RP die Regenerationsphase RP als erfolgreich bezeichnet werden, wobei die Dauer der Regenerationsphase beispielsweise abhängig von dem Typ des Energiespeichers variieren kann.
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In dem Schritt S13 wird, da die Regenerationsphase RP nicht erfolgreich war, beispielsweise gespeichert, dass eine weitere Regenerationsphase RP nötig ist, die beispielsweise bei dem nächsten Fahrbetrieb durchgeführt werden kann.
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In dem Schritt S14 wird, da die Regenerationsphase RP erfolgreich ist, beispielsweise gespeichert, dass die Regeneration erfolgreich war und/oder beispielsweise ein Zyklenzähler oder Triggerzähler zurückgesetzt.
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In einem auf den Schritt S13 oder S14 folgenden Schritt S15 wird das Programm beendet und kann gegebenenfalls wieder in dem Schritt S1 gestartet werden.
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3 zeigt verschiedene Kombinationsmöglichkeiten von Energiespeichern in einem Bordnetz. Aufgezeichnet ist die Kapazität KAP einer jeweiligen Energiespeicherkombination bei einer Leerlaufspannung LLV. Zu sehen sind Spannungsverläufe von einem einzelnen Bleiakkumulator PB und von drei verschiedenen Kombinationen von Bleiakkumulator und Lithium-Ionen-Akkumulator PBLI_1, PBLI_2, PBLI_3.
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Der Schnittpunkt der beiden Achsen in 3 ist bezüglich der x-Achse für die gezeigten Kombinationen auf den vollständig geladenen Bleiakkumulator normiert. Dieser Zustand gilt als für den Bleiakkumulator ideal. Ladezustände der Kombination der beiden Akkumulatoren, die oberhalb der maximalen Ladung des Bleiakkumulators liegen und die durch im Lithium-Ionen-Akkumulator gespeicherte elektrochemische Energie entstehen, sind in Richtung der negativen x-Achse aufgetragen. Aus der Darstellung geht hervor, dass durch die Kombination der beiden Akkumulatoren auch ohne einen aktuellen Generatorbetrieb ein Zustand der Kombination der beiden Akkumulatoren einstellbar ist, der sich in Bezug auf die Leerlaufspannung (y-Achse) oberhalb des Vollladezustands des Bleiakkumulators befindet. Dieser Effekt kann zur Vollladung des Bleiakkumulators im Rahmen von dessen Regeneration genutzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- BN
- Bordnetz
- S
- Starter
- G
- Generator
- L
- Verbraucher
- BAT_1
- erster Energiespeicher
- BAT_2
- zweiter Energiespeicher
- BS
- Batteriesensor
- KW
- Kennwerte
- RP
- Regenerationsphase
- V_1
- erste Betriebsspannung
- V_2
- zweite Betriebsspannung
- LLV
- Leerlaufspannung
- CAP
- Kapazität
- PB
- Spannungsverlauf Bleiakkumulator
- PBLI_1
- Spannungsverlauf erste Energiespeicherkombination
- PBLI_2
- Spannungsverlauf zweite Energiespeicherkombination
- PBLI_3
- Spannungsverlauf dritte Energiespeicherkombination
