DE102013206299A1 - Multi-voltage on-board network e.g. dual-voltage on-board network for use in motor vehicle, has electrical machine that is switchable between sub-networks, and is integrated in parallel with direct current (DC)-DC converter - Google Patents

Multi-voltage on-board network e.g. dual-voltage on-board network for use in motor vehicle, has electrical machine that is switchable between sub-networks, and is integrated in parallel with direct current (DC)-DC converter Download PDF

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Marc Eschenhagen
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Abstract

The on-board network (100) comprises a left sub-network (10) operating at a first operating voltage and a right sub-network (20) operating at a second operating voltage, that are respectively connected to each other through a DC-DC converter (30). An electrical machine (40) which is switchable between the left sub-network and the right sub-network, is integrated in parallel with the DC-DC converter. A generator (11) is integrated with an inverter (12) on the left sub-network. A starter motor (21) is integrated within the right sub-network. Independent claims are included for the following: (1) a method of operating a multi-voltage on-board network; (2) a processing unit; (3) a computer program for operating a multi-voltage on-board network; and (4) a machine-readable storage medium storing program for operating a multi-voltage on-board network.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrspannungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug, das ein erstes, bei einer ersten Betriebsspannung betreibbares erstes Teilnetz und ein zweites, bei einer zweiten Betriebsspannung betreibbares zweites Teilnetz aufweist, ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Mehrspannungsbordnetzes und Mittel zur Implementierung des Verfahrens.The present invention relates to a multi-voltage vehicle electrical system comprising a first, operable at a first operating voltage subnet and a second, operable at a second operating voltage second sub-network, a method for operating such a multi-voltage vehicle electrical system and means for implementing the method.

Stand der TechnikState of the art

Sogenannte Mehrspannungsbordnetze für Kraftfahrzeuge sind grundsätzlich bekannt. Mehrspannungsbordnetze kommen beispielsweise dann zum Einsatz, wenn in einem betreffenden Kraftfahrzeug Verbraucher mit unterschiedlichen Leistungsanforderungen vorhanden sind. Mehrspannungsbordnetze weisen im Sprachgebrauch dieser Anmeldung sogenannte Teilnetze auf, die für einen Betrieb auf unterschiedlichen Spannungsniveaus, hier als "Betriebsspannungen" bezeichnet, eingerichtet sind. Insbesondere können Mehrspannungsbordnetze als Zweispannungsbordnetze ausgebildet sein, bei denen die Betriebsspannungen beispielsweise 12 V (in einem sogenannten Niedervoltteilnetz) und 48 V (in einem sogenannten Hochvoltteilnetz) betragen können. In dieser Anmeldung wird für ein Teilnetz mit höherer Betriebsspannung (z.B. ein Hochvoltteilnetz eines Zweispannungsbordnetzes) der Begriff "erstes Teilnetz" und für ein Teilnetz mit niedrigerer Betriebsspannung (z.B. ein Niedervoltteilnetz eines Zweispannungsbordnetzes) der Begriff "zweites Teilnetz" verwendet. So-called multi-voltage vehicle systems for motor vehicles are known in principle. Multi-voltage electrical systems are used, for example, when consumers with different power requirements are present in a particular motor vehicle. Multi-voltage electrical systems have so-called subnetworks in the language usage of this application, which are set up for operation at different voltage levels, referred to here as "operating voltages". In particular, multi-voltage electrical systems can be designed as two-voltage systems, in which the operating voltages can be, for example, 12 V (in a so-called low-voltage subnetwork) and 48 V (in a so-called high-voltage subnetwork). In this application, for a subnetwork having a higher operating voltage (e.g., a high voltage subnetwork of a two-voltage electrical system) the term "first subnetwork" and for a lower operating voltage subnetwork (e.g., a low voltage subnetwork of a two-voltage electrical system) the term "second subnetwork" is used.

Zwei Teilnetze eines Mehrspannungsbordnetzes können über einen Gleichspannungswandler miteinander verbunden sein. Wenigstens eines der zwei Teilnetze weist eine generatorisch betreibbare elektrische Maschine auf, die das jeweilige Teilnetz speist. Das über den genannten Gleichspannungswandler angebundene jeweils andere Teilnetz kann dann wiederum aus dem Teilnetz mit der generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine gespeist werden, wenn dieses selbst keine generatorisch betreibbare elektrische Maschine aufweist. Two subnetworks of a multi-voltage vehicle electrical system can be connected to one another via a DC-DC converter. At least one of the two subnetworks has a generator-operable electric machine, which feeds the respective subnetwork. The respective other subnetwork connected via said DC-DC converter can in turn be fed from the sub-network with the generator-operable electric machine, if this itself does not have a generator machine that can be operated as a generator.

Die vorliegende Erfindung kann grundsätzlich für alle Mehrspannungsbordnetze für Kraftfahrzeuge zum Einsatz kommen, die (zumindest) ein erstes, bei einer ersten Betriebsspannung betreibbares erstes Teilnetz und ein zweites, bei einer zweiten Betriebsspannung betreibbares zweites Teilnetz aufweisen. Der Einsatz der Erfindung ist damit nicht auf Zweispannungsbordnetze, also Mehrspannungsbordnetze mit genau zwei Spannungsebenen, beschränkt. Die Erfindung kann auch bei Mehrspannungsbordnetzen mit mehr als zwei Spannungsebenen zum Einsatz kommen; diese weisen jedoch zumindest die erläuterten zwei Spannungsebenen auf, wie sie auch in einem herkömmlichen Zweispannungsbordnetz vorzufinden sind.In principle, the present invention can be used for all multi-voltage vehicle electrical systems which (at least) have a first sub-network which can be operated at a first operating voltage and a second sub-network which can be operated at a second operating voltage. The use of the invention is thus not limited to two-voltage electrical systems, ie multi-voltage electrical systems with exactly two voltage levels. The invention can also be used in multi-voltage on-board networks with more than two voltage levels; However, these have at least the explained two voltage levels, as they are also found in a conventional two-voltage electrical system.

Die Erfindung betrifft jedoch insbesondere die erläuterten Zweispannungsbordnetze, in denen nur in einem der (zwei) Teilnetze, typischerweise dem ersten Teilnetz, eine generatorisch betreibbare elektrische Maschine vorgesehen ist. Das zweite Teilnetz wird dann über den Gleichspannungswandler aus dem ersten Teilnetz gespeist. Aus dem Stand der Technik bekannte Gleichspannungswandler (auch DC/DC-Wandler genannt) sind typischerweise als eigenständige Geräte mit einem separaten Gehäuse oder als eigenständige Geräte in einem Gehäuse gemeinsam mit einem Pulswechselrichter oder einer Batterie verbaut. Ein entsprechender Gleichspannungswandler hat, wie erwähnt, die Aufgabe, den Energieaustausch zwischen den Teilnetzen zu gewährleisten. However, the invention particularly relates to the illustrated two-voltage electrical systems in which only in one of the (two) subnetworks, typically the first subnetwork, a generator-operable electric machine is provided. The second subnet is then fed via the DC-DC converter from the first subnet. Known from the prior art DC-DC converter (also called DC / DC converter) are typically installed as stand-alone devices with a separate housing or as stand-alone devices in a housing together with a pulse inverter or a battery. A corresponding DC-DC converter has, as mentioned, the task of ensuring the exchange of energy between the subnetworks.

Mehrspannungsbordnetze kommen insbesondere bei sogenannten Rekuperationssystemen zur Rückgewinnung von Bremsenergie zum Einsatz. Zur Rekuperation ist hierbei eine zumindest generatorisch betreibbare elektrische Maschine in dem ersten Teilnetz eingebunden. Diese muss entsprechend leistungsfähig ausgelegt sein, um eine ausreichende Bremsleistung bereitstellen zu können. Die Auslegung des Bordnetzes als Mehrspannungsbordnetz ist daher erforderlich. Aus der JP 2007-259511 A1 , der US 7 407 025 B2 , der EP 1 219 493 B1 , der JP 2012-021687 A sowie der EP 1 138 539 B1 ist hierbei bekannt, einen Gleichspannungswandler zur Stabilisierung der Spannungsversorgung des zweiten Teilnetzes zu verwenden. Multi-voltage systems are used in particular in so-called recuperation systems for the recovery of braking energy. For recuperation in this case an at least regeneratively operable electric machine is involved in the first subnetwork. This must be designed to be powerful enough to provide sufficient braking power can. The design of the electrical system as a multi-voltage vehicle electrical system is therefore required. From the JP 2007-259511 A1 , of the US Pat. No. 7,407,025 B2 , of the EP 1 219 493 B1 , of the JP 2012-021687 A as well as the EP 1 138 539 B1 It is known to use a DC-DC converter to stabilize the power supply of the second subnet.

Aufgrund der erforderlichen Leistung, die ein Gleichspannungswandler in einem herkömmlichen Mehrspannungsbordnetz liefern muss, ist dessen Bereitstellung mit hohen Kosten verbunden und es besteht ggf. eine erhöhte Fehleranfälligkeit. Es besteht daher der Bedarf nach verbesserten Möglichkeiten zur Stromversorgung von Mehrspannungsbordnetzen in Kraftfahrzeugen. Due to the required power, which must supply a DC-DC converter in a conventional multi-voltage vehicle electrical system, its provision is associated with high costs and there may be an increased error rate. There is therefore a need for improved possibilities for supplying power to multiple-voltage on-board electrical systems in motor vehicles.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Mehrspannungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug, das ein erstes, bei einer ersten Betriebsspannung betreibbares erstes Teilnetz und ein zweites, bei einer zweiten Betriebsspannung betreibbares zweites Teilnetz aufweist, ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Mehrspannungsbordnetzes sowie Mittel zur Implementierung dieses Verfahrens mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. According to the invention, a multi-voltage vehicle electrical system comprising a first subnetwork operable at a first operating voltage and a second subnetwork operable at a second operating voltage, a method for operating such a multi-voltage vehicle electrical system and means for implementing this method with the features of the independent Claims proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Wie erwähnt, ist in zur Rekuperation eingerichteten Mehrspannungsbordnetzen üblicherweise eine zumindest generatorisch betreibbare elektrische Maschine in einem der Teilnetze eingebunden. Die "zumindest generatorisch betreibbare elektrische Maschine" wird nachfolgend der Einfachheit halber als "Generator" bezeichnet. Entsprechende elektrische Maschinen sind jedoch häufig auch motorisch betreibbar und können den Verbrennungsmotor eines entsprechenden Kraftfahrzeugs in sogenannten Boostphasen momentenleistend unterstützen. Ebenfalls vereinfachend beziehen sich die nachfolgenden Erläuterungen auf Zweispannungsbordnetze, in denen sich der Generator im "ersten Teilnetz", also dem Teilnetz mit höherer Betriebsspannung, befindet. Wie erwähnt, kann die Erfindung auch in Mehrspannungsbordnetzen mit mehr als zwei Teilnetzen zum Einsatz kommen, die aber zumindest das erste und zweite Teilnetz aufweisen.As mentioned, usually an at least regeneratively operable electric machine is integrated into one of the subnetworks in multi-voltage on-board networks set up for recuperation. The "at least regeneratively operable electric machine" is hereinafter referred to simply as "generator". Corresponding electrical machines, however, are often also operable by the engine and can support the internal combustion engine of a corresponding motor vehicle in so-called boost phases in a torque-yielding manner. Likewise simplifying, the following explanations relate to two-voltage systems in which the generator is located in the "first subnetwork", that is to say the subnetwork with a higher operating voltage. As mentioned, the invention can also be used in multi-voltage on-board networks with more than two subnetworks, but which have at least the first and second subnetworks.

In herkömmlichen Zweispannungsbordnetzen mit einem Generator nur im ersten Teilnetz (vgl. beispielsweise 1) muss das nicht mit einem Generator ausgestattete zweite Teilnetz über einen Gleichspannungswandler aus dem ersten Teilnetz mit dem Generator versorgt werden, selbst wenn in dem zweiten Teilnetz ein Energiespeicher in Form einer Batterie vorgesehen ist. Diese wird letztlich über den Generator im ersten Teilnetz geladen.In conventional two-voltage on-board networks with a generator only in the first subnet (cf., for example 1 ), the second subnetwork not equipped with a generator must be supplied with the generator via a DC voltage converter from the first subnetwork, even if an energy store in the form of a battery is provided in the second subnetwork. This is ultimately loaded via the generator in the first subnet.

Der Gleichspannungswandler muss also die vollständige Energieversorgung des zweiten Teilnetzes bereitstellen, was sich, wie erwähnt, insbesondere im baulichen Aufwand und damit den Kosten dieser Komponente niederschlägt. Die Erfindung ermöglicht hingegen aufgrund der zusätzlichen schaltbaren Einbindung zumindest eines elektrischen Verbrauchers zwischen dem ersten Teilnetz und dem zweiten Teilnetz, die Belastung des Gleichspannungswandlers zu reduzieren, was sich positiv auf dessen Herstellungskosten auswirkt. Der zumindest eine schaltbar zwischen dem ersten Teilnetz und dem zweiten Teilnetz einbindbare elektrische Verbraucher wird dabei mit einer Differenzspannung, die zwischen der Betriebsspannung des ersten Teilnetzes und der Betriebsspannung des zweiten Teilnetzes vorliegt, betrieben. Die Erfindung kommt daher in Mehrspannungsbordnetzen zum Einsatz, in denen sich die Betriebsspannungen des ersten und zweiten Teilnetzes um einen entsprechenden Betrag, nämlich die genannte Differenzspannung, unterscheiden.The DC-DC converter must therefore provide the complete power supply of the second sub-network, which, as mentioned, in particular in the construction costs and thus the cost of this component reflected. On the other hand, due to the additional switchable integration of at least one electrical load between the first sub-network and the second sub-network, the invention makes it possible to reduce the load on the DC-DC converter, which has a positive effect on its production costs. The at least one switchable between the first sub-network and the second sub-network einbindbare electrical consumer is operated with a differential voltage, which is present between the operating voltage of the first sub-network and the operating voltage of the second sub-network. The invention is therefore used in multiple-voltage on-board networks, in which the operating voltages of the first and second sub-networks differ by a corresponding amount, namely the said differential voltage.

Kern der Erfindung ist damit, die Energieversorgung gewissermaßen zu gruppieren. In Mehrspannungsbordnetzen weist jedes der Teilnetze einen minimalen Bordnetzverbrauch auf, der durch die konstant betriebenen Verbraucher in dem jeweiligen Teilnetz festgelegt ist. Der minimale Verbrauch des zweiten Teilnetzes definiert daher den Strom, den der Gleichspannungswandler in herkömmlichen Mehrspannungsbordnetzen stets zumindest in das zweite Teilnetz einspeisen können muss. Diese Strommenge wird hier als "Grundlast" bezeichnet. Diese Grundlast definiert im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Leistung, die dauerhaft für den schaltbar zwischen dem ersten Teilnetz und dem zweiten Teilnetz einbindbaren zumindest einen elektrischen Verbraucher bereitsteht. Dieser übernimmt damit gewissermaßen die Grundlastversorgung des zweiten Teilnetzes, so dass der ebenfalls vorgesehene Gleichspannungswandler von dieser Aufgabe entbunden wird. Der Gleichspannungswandler muss damit nur für die Strommenge ausgelegt sein, die diese Grundlast übersteigt, und kann somit kosteneffizienter ausgelegt werden. Ein entsprechender Gleichspannungswandler braucht nicht dauerhaft eingeschaltet zu bleiben, sondern kann ggf. auch nur für einen Intervallbetrieb (z.B. mit zwischengeschalteten Abkühlphasen) eingerichtet werden.The core of the invention is to group the energy supply in a sense. In multiple-voltage on-board networks, each of the subnetworks has a minimal on-board network consumption, which is determined by the constantly operated consumers in the respective subnetwork. The minimum consumption of the second sub-network therefore defines the current that the DC-DC converter must always be able to supply in at least the second sub-network in conventional multi-voltage on-board networks. This amount of electricity is referred to here as "base load". In the context of the present invention, this base load defines the power that is permanently available for the at least one electrical consumer that can be connected between the first subnetwork and the second subnetwork. This takes over so to speak, the base load of the second subnet, so that the also provided DC-DC converter is released from this task. The DC-DC converter must therefore be designed only for the amount of electricity that exceeds this base load, and thus can be designed more cost-efficient. A corresponding DC-DC converter does not need to remain permanently switched on, but can possibly also be set up only for an interval operation (for example with intermediate cooling-down phases).

Insbesondere kann der zumindest eine elektrische Verbraucher, der schaltbar zwischen dem ersten Teilnetz und dem zweiten Teilnetz einbindbar ist, als elektrische Maschine, d.h. vorzugsweise als Motor, ausgebildet sein. Wie erwähnt, liegt zwischen der Betriebsspannung des ersten Teilnetzes und der Betriebsspannung des zweiten Teilnetzes eine Differenzspannung vor. Der zumindest eine schaltbar zwischen dem ersten Teilnetz und dem zweiten Teilnetz einbindbare elektrische Verbraucher ist dabei für einen Betrieb mit einer derartigen Differenzspannung eingerichtet. In particular, the at least one electrical load, which is switchably connectable between the first subnetwork and the second subnetwork, may be implemented as an electrical machine, i. preferably as a motor, be formed. As mentioned, there is a differential voltage between the operating voltage of the first subnetwork and the operating voltage of the second subnetwork. The at least one switchable between the first subnet and the second subnet einbindbare electrical consumer is set up for operation with such a differential voltage.

Wie ebenfalls erwähnt, sind im vorliegenden Fall die Betriebsspannungen des ersten Teilnetzes und des zweiten Teilnetzes unterschiedlich, typischerweise ist die Betriebsspannung des ersten Teilnetzes (Hochvoltteilnetz) höher als die Betriebsspannung des zweiten Teilnetzes (Niedervoltteilnetz). Die erwähnte Differenzspannung zwischen den zwei Betriebsspannungen kann sich erneut von den jeweiligen Betriebsspannungen unterscheiden. Beträgt beispielsweise die Betriebsspannung des ersten Teilnetzes 48 V und die Betriebsspannung des zweiten Teilnetzes 12 V, beträgt die Differenzspannung 36 V. Auf diese Weise kann also eine weitere Spannungsebene zur Verfügung gestellt werden. Diese zusätzliche Spannungsebene kann auch zur Leistungssteigerung vorhandener Baugruppen oder zur Reduktion des Materialeinsatzes genutzt werden. As also mentioned, the operating voltages of the first subnetwork and the second subnetwork are different in the present case, typically the operating voltage of the first subnetwork (high voltage subnetwork) is higher than the operating voltage of the second subnetwork (low voltage subnetwork). The mentioned differential voltage between the two operating voltages may again differ from the respective operating voltages. If, for example, the operating voltage of the first subnetwork is 48 V and the operating voltage of the second subnetwork 12 V, the differential voltage is 36 V. In this way, a further voltage level can be made available. This additional voltage level can also be used to increase the performance of existing modules or to reduce the use of materials.

Bei einer Bordnetzbetriebsstrategie, die den Leistungsspeicher im Niedervoltteilnetz auf einen oberen, jedoch nicht den maximalen Ladezustand reguliert, kann der zumindest eine schaltbar zwischen den Teilnetzen einbindbare elektrische Verbraucher auch für einen kurzzeitigen Betrieb mit höherer Leistung eingerichtet sein. Der parallel zu dem Gleichspannungswandler einbindbare zumindest eine elektrische Verbraucher kann daher auf eine Betriebsspannung ausgelegt werden, die höher als die Differenzspannung ist. Er kann zumindest kurzzeitig mit einer derartigen höheren Betriebsspannung betrieben werden. In a vehicle electrical system operating strategy, which regulates the power storage in the low-voltage subnetwork to an upper, but not the maximum state of charge, the at least one switchable between the subnets einbindbare electrical consumers can also be set up for a short-term operation with higher power. The parallel to the DC converter einbindbare at least one electrical load can therefore be designed for an operating voltage that is higher than the differential voltage. It can be operated at least for a short time with such a higher operating voltage.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist als Mittel zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.An arithmetic unit according to the invention, e.g. a control device of a motor vehicle, as means for implementing the method according to the invention, in particular programmatically, adapted to carry out a method according to the invention.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of the method in the form of software is also advantageous, since this causes particularly low costs, in particular if an executing control device is still used for further tasks and therefore exists anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs and the like. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Zweispannungsbordnetz in Form eines schematischen Schaltplans. 1 shows a non-inventive two-voltage electrical system in the form of a schematic circuit diagram.

2 zeigt ein Zweispannungsbordnetz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Schaltplans. 2 shows a two-voltage electrical system according to an embodiment of the invention in the form of a schematic circuit diagram.

In den Figuren sind einander entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben. Auf eine wiederholte Erläuterung wird der Übersichtlichkeit halber verzichtet.In the figures, corresponding elements with identical reference numerals are given. A repeated explanation is omitted for clarity.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

1 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Zweispannungsbordnetz in Form eines schematischen Schaltplans. Es ist insgesamt mit 110 bezeichnet. 1 shows a non-inventive two-voltage electrical system in the form of a schematic circuit diagram. It is altogether with 110 designated.

Das Zweispannungsbordnetz 110 verfügt über ein erstes Teilnetz 10 und ein zweites Teilnetz 20. Das erste Teilnetz 10 ist hier beispielsweise für einen Betrieb bei 48 V als Betriebsspannung ausgelegt. Das zweite Teilnetz 20 ist hier beispielsweise für einen Betrieb bei 12 V als Betriebsspannung ausgelegt. Bei dem ersten Teilnetz 10 handelt es sich damit um ein sogenanntes Hochvoltteilnetz, bei dem zweiten Teilnetz 20 um ein sogenanntes Niedervoltteilnetz.The two-voltage on-board network 110 has a first subnet 10 and a second subnet 20 , The first subnet 10 is designed here for example for operation at 48 V as operating voltage. The second subnet 20 is designed here for example for operation at 12 V as the operating voltage. In the first subnet 10 it is a so-called high-voltage sub-network, in the second sub-network 20 to a so-called low-voltage subnet.

In dem ersten Teilnetz 10 ist eine elektrische Maschine 11 mit einem Umrichter 12 vorgesehen. Die elektrische Maschine 11 kann zumindest generatorisch betrieben werden und über den Umrichter 12 einen Strom in das erste Teilnetz 10 einspeisen. Insbesondere kann die elektrische Maschine 11 auch motorisch betrieben werden. Beispielsweise kann in sogenannten Rekuperationssystemen mittels der elektrischen Maschine 11 Bremsleistung zurückgewonnen und/oder ein Verbrennungsmotor momentenleistend unterstützt werden. In the first subnet 10 is an electrical machine 11 with a converter 12 intended. The electric machine 11 can be operated at least as a generator and via the inverter 12 a stream in the first subnet 10 feed. In particular, the electric machine 11 also be operated by motor. For example, in so-called recuperation systems by means of the electric machine 11 Brake power recovered and / or a combustion engine torque-assisted.

In dem ersten Teilnetz 10 ist ein entsprechend ausgelegter Energiespeicher 13 vorgesehen, der für einen Betrieb mit der ersten Betriebsspannung eingerichtet ist, beispielsweise eine Batterie oder ein Kondensator. Ein Verbraucher in dem ersten Teilnetz 10 ist schematisch mit 14 veranschaulicht.In the first subnet 10 is a suitably designed energy storage 13 provided, which is adapted for operation with the first operating voltage, for example a battery or a capacitor. A consumer in the first subnet 10 is schematic with 14 illustrated.

In dem zweiten Teilnetz 20 ist beispielsweise ein Startermotor 21 vorgesehen, der für einen Start des Kraftfahrzeugs, in dem das Zweispannungsbordnetz 110 ausgebildet ist, verwendet werden kann. In dem zweiten Teilnetz 20 ist ferner ein ebenfalls für eine entsprechende Betriebsspannung eingerichteter Energiespeicher 23 vorgesehen, beispielsweise eine herkömmliche Fahrzeugbatterie. Ein Verbraucher ist auch hier schematisch mit 24 veranschaulicht. In the second subnet 20 is for example a starter motor 21 provided for a start of the motor vehicle in which the two-voltage electrical system 110 is formed, can be used. In the second subnet 20 is also an energy store, which is also set up for a corresponding operating voltage 23 provided, for example, a conventional vehicle battery. A consumer is also here with schematically 24 illustrated.

Das erste Teilnetz 10 und das zweite Teilnetz 20 sind über einen Gleichspannungswandler 30 miteinander verbunden. Im dargestellten Beispiel ist nur in dem ersten Teilnetz 10 eine generatorisch betreibbare elektrische Maschine 11 vorgesehen, so dass letztlich das zweite Teilnetz 20 ausschließlich aus dem ersten Teilnetz 10 gespeist wird. Mit "ausschließlich gespeist" sei damit ausdrücklich auch eine Speisung mittels des Energiespeichers 23 umfasst, der seinerseits wiederum aus dem ersten Teilnetz 10 geladen wird.The first subnet 10 and the second subnet 20 are via a DC-DC converter 30 connected with each other. In the example shown, only in the first subnetwork 10 a generator-operated electric machine 11 provided, so that ultimately the second subnetwork 20 exclusively from the first subnetwork 10 is fed. With "exclusively fed" is thus expressly a supply using the energy storage 23 which in its turn consists of the first subnetwork 10 is loaded.

Eine Steuereinheit 50 ist zur Ansteuerung des Zweispannungsbordnetzes 110 über Ansteuerleitungen 51 eingerichtet.A control unit 50 is to control the two-voltage on-board electrical system 110 via control lines 51 set up.

Wie erläutert, kommt es in einem Teilnetz 110, wie es in 1 dargestellt ist, häufig zu hohen Leistungsanforderungen an den Gleichspannungswandler 30, so dass dieser entsprechend ausgelegt werden muss. As explained, it comes in a subnet 110 as it is in 1 is often shown to high power requirements of the DC-DC converter 30 , so that this must be interpreted accordingly.

Die Erfindung adressiert dieses Problem durch die Bereitstellung eines Zweispannungsbordnetzes, wie es in 2 gezeigt ist. Dieses Zweispannungsbordnetz ist insgesamt mit 100 bezeichnet. The invention addresses this problem by providing a two-voltage on-board network, as disclosed in US Pat 2 is shown. This two-voltage electrical system is in total with 100 designated.

Das Zweispannungsbordnetz 100 verfügt über sämtliche Komponenten des Zweispannungsbordnetzes 110. Zusätzlich ist parallel zu dem Gleichspannungswandler 30 ein elektrischer Verbraucher 40 schaltbar zwischen dem ersten Teilnetz und dem zweiten Teilnetz einbindbar. Zur schaltbaren Einbindung kann ein Schalter 41 vorgesehen sein. Der Schalter 41 kann dann geöffnet werden, wenn keine ausreichende Leistung zum Betreiben des elektrischen Verbrauchers 40 bereitsteht (also bei Unterschreiten der zuvor erwähnten Grundlast). The two-voltage on-board network 100 has all the components of the two-voltage on-board electrical system 110 , In addition, it is parallel to the DC-DC converter 30 an electrical consumer 40 switchable between the first subnet and the second subnet einbindbar. For switchable integration, a switch 41 be provided. The desk 41 can then be opened, if not sufficient power to operate the electrical load 40 ready (ie falling below the aforementioned base load).

Wie erläutert, ist das erste Teilnetz 10 für einen Betrieb mit einer ersten Betriebsspannung und das zweite Teilnetz 20 für einen Betrieb mit einer zweiten Betriebsspannung eingerichtet. Die zweite Betriebsspannung des zweiten Teilnetzes 20 liegt dabei typischerweise unterhalb der Betriebsspannung des ersten Teilnetzes 10. Eine Differenzspannung, die zwischen den Verschaltungspunkten 42 und 43 anliegt, kann damit zum Speisen des elektrischen Verbrauchers 40 verwendet werden. Gleichzeitig wird über den elektrischen Verbraucher 40 eine Grundlastversorgung des zweiten Teilnetzes 20 sichergestellt. Der elektrische Verbraucher 40 ist hierbei insbesondere als motorisch betreibbare elektrische Maschine ausgebildet. Der Gleichspannungswandler 30 kann damit, wie erläutert, kleiner und kostengünstiger ausgelegt werden. As explained, this is the first subnet 10 for operation with a first operating voltage and the second subnet 20 set up for operation with a second operating voltage. The second operating voltage of the second subnet 20 is typically below the operating voltage of the first subnetwork 10 , A differential voltage between the interconnection points 42 and 43 is applied, it can be used to power the electrical load 40 be used. At the same time is about the electrical consumer 40 a base load supply of the second subnetwork 20 ensured. The electrical consumer 40 is hereby designed in particular as a motor-operated electric machine. The DC-DC converter 30 can thus, as explained, be designed smaller and cheaper.

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Claims (14)

Mehrspannungsbordnetz (100) für ein Kraftfahrzeug, das ein erstes, bei einer ersten Betriebsspannung betreibbares erstes Teilnetz (10) und ein zweites, bei einer zweiten Betriebsspannung betreibbares zweites Teilnetz (20) aufweist, wobei sich die erste Betriebsspannung und die zweite Betriebsspannung um eine Differenzspannung unterscheiden und das erste Teilnetz (10) und das zweite Teilnetz (20) über einen Gleichspannungswandler (30) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem Gleichspannungswandler (30) ein elektrischer Verbraucher (40) schaltbar zwischen dem ersten Teilnetz (10) und dem zweiten Teilnetz (20) einbindbar ist.Multi-voltage electrical system ( 100 ) for a motor vehicle, which has a first subnetwork (at a first operating voltage operable at 10 ) and a second, at a second operating voltage operable second subnet ( 20 ), wherein the first operating voltage and the second operating voltage differ by a differential voltage and the first subnet ( 10 ) and the second subnet ( 20 ) via a DC-DC converter ( 30 ), characterized in that parallel to the DC-DC converter ( 30 ) an electrical consumer ( 40 ) switchable between the first subnetwork ( 10 ) and the second subnetwork ( 20 ) is einbindbar. Mehrspannungsbordnetz (100) nach Anspruch 1, bei dem der elektrische Verbraucher (40) als elektrische Maschine ausgebildet ist.Multi-voltage electrical system ( 100 ) according to claim 1, wherein the electrical consumer ( 40 ) is designed as an electrical machine. Mehrspannungsbordnetz (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Betriebsspannung um die Differenzspannung höher als die zweite Betriebsspannung ist.Multi-voltage electrical system ( 100 ) according to claim 1 or 2, wherein the first operating voltage is higher by the differential voltage than the second operating voltage. Mehrspannungsbordnetz (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem sich die erste Betriebsspannung, die zweite Betriebsspannung und die Differenzspannung unterscheiden.Multi-voltage electrical system ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the first operating voltage, the second operating voltage and the difference voltage differ. Mehrspannungsbordnetz (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in dem ersten Teilnetz (10) wenigstens eine zumindest generatorisch betreibbare elektrische Maschine (11) mit einem Wechselrichter (12) eingebunden ist. Multi-voltage electrical system ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which in the first subnetwork ( 10 ) at least one at least regeneratively operable electric machine ( 11 ) with an inverter ( 12 ) is involved. Mehrspannungsbordnetz (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das als Zweispannungsbordnetz (100) ausgebildet und insbesondere zur Rekuperation eingerichtet ist.Multi-voltage electrical system ( 100 ) according to one of the preceding claims, which is a two-voltage on-board electrical system ( 100 ) and in particular is set up for recuperation. Mehrspannungsbordnetz (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in dem zweiten Teilnetz (20) wenigstens ein Startermotor (21) eingebunden ist.Multi-voltage electrical system ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which in the second subnetwork ( 20 ) at least one starter motor ( 21 ) is involved. Mehrspannungsbordnetz (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in dem ersten und in dem zweiten Teilnetz (10, 20) jeweils ein Energiespeicher (13, 23), der für die erste bzw. zweite Betriebsspannung ausgelegt ist, eingebunden ist.Multi-voltage electrical system ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which in the first and in the second subnetwork ( 10 . 20 ) in each case an energy store ( 13 . 23 ), which is designed for the first or second operating voltage, is integrated. Mehrspannungsbordnetz (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in dem ersten und in dem zweiten Teilnetz (10, 20) jeweils wenigstens ein weiterer Verbraucher (14, 24), der für die erste bzw. zweite Betriebsspannung ausgelegt ist, eingebunden ist.Multi-voltage electrical system ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which in the first and in the second subnetwork ( 10 . 20 ) at least one other consumer ( 14 . 24 ), which is designed for the first or second operating voltage, is integrated. Verfahren zum Betreiben eines Mehrspannungsbordnetzes (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der schaltbar zwischen dem ersten Teilnetz (10) und dem zweiten Teilnetz (20) einbindbare elektrische Verbraucher (40) zumindest zeitweise mit der Differenzspannung betrieben wird.Method for operating a multiple-voltage on-board network ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the switchable between the first subnetwork ( 10 ) and the second subnetwork ( 20 ) incorporable electrical consumers ( 40 ) is operated at least temporarily with the differential voltage. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das zweite Teilnetz (20) aus dem ersten Teilnetz (10) gespeist wird.Method according to Claim 10, in which the second subnetwork ( 20 ) from the first subnetwork ( 10 ) is fed. Recheneinheit (50), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Arithmetic unit ( 50 ), which is adapted to perform a method according to any one of the preceding claims. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die eine entsprechende Recheneinheit (50) veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 durchzuführen, wenn sie auf der Recheneinheit (50), insbesondere nach Anspruch 12, ausgeführt werden. Computer program with program code means having a corresponding arithmetic unit ( 50 ) to perform a method according to any one of claims 10 or 11, when on the computing unit ( 50 ), in particular according to claim 12, are executed. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 13.Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon according to claim 13.
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