DE102014210283A1 - Method for operating a vehicle electrical system and vehicle electrical system - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugbordnetzes mit mindestens zwei Spannungsebenen, welche unterschiedliche Nennspannungen aufweisen, und mindestens einem Spannungswandler, welcher zwischen den Spannungsebenen angeordnet ist, mit den Schritten Erfassen der elektrischen Leistungen in dem mindestens einen Spannungswandler und/oder den Spannungsebenen, Berechnen eines optimalen Betriebspunktes für den mindestens einen Spannungswandler zumindest basierend auf den berechneten elektrischen Leistungen, Ansteuern des mindestens einen Spannungswandlers derart, dass dieser in dem optimalen Betriebspunkt betrieben wird, wobei bei einem Betrieb des mindestens einen Spannungswandlers in dem optimalen Betriebspunkt die elektrischen Verluste in dem Fahrzeugbordnetz minimiert werden.The present invention discloses a method for operating a vehicle electrical system having at least two voltage levels, which have different rated voltages, and at least one voltage converter, which is arranged between the voltage levels, with the steps of detecting the electrical powers in the at least one voltage converter and / or the voltage levels, Calculating an optimum operating point for the at least one voltage converter based at least on the calculated electrical powers, driving the at least one voltage converter such that it is operated at the optimum operating point, wherein when operating the at least one voltage converter at the optimum operating point, the electrical losses in the Vehicle electrical system can be minimized.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugbordnetzes mit mindestens zwei Spannungsebenen, welche unterschiedliche Nennspannungen aufweisen, und mit mindestens einem Spannungswandler, welcher zwischen den Spannungsebenen angeordnet ist. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein entsprechendes Fahrzeugbordnetz.The present invention relates to methods for operating a vehicle electrical system with at least two voltage levels, which have different nominal voltages, and with at least one voltage converter, which is arranged between the voltage levels. Furthermore, the present invention relates to a corresponding vehicle electrical system.

Stand der TechnikState of the art

Das Bordnetz z. B. eines Elektrofahrzeugs weist üblicherweise ein Hochvoltnetz und ein Niedervoltnetz auf. Das Hochvoltnetz besteht dabei üblicherweise aus einer Hochvoltbatterie und einem Elektromotor. Weitere Verbraucher mit hoher Leistungsaufnahme können ebenfalls in dem Hochvoltnetz angeordnet sein, diese können z. B. Klimatisierungs- und Heizungsverbraucher sein. Das Niedervoltnetz weist üblicherweise ebenfalls eine Batterie und eine Vielzahl von Verbrauchern wie Beleuchtung, Steuergeräte, Brems- und Lenkaktuatoren sowie Komfortfunktionen auf.The electrical system z. B. an electric vehicle usually has a high-voltage network and a low-voltage network. The high-voltage network usually consists of a high-voltage battery and an electric motor. Other consumers with high power consumption can also be arranged in the high-voltage network, these can, for. B. air conditioning and heating consumers. The low-voltage network usually also has a battery and a variety of consumers such as lighting, control units, brake and steering actuators and comfort features.

Ein Gleichspannungswandler zwischen beiden Ebenen hat dabei die Aufgabe, die Niedervoltseite mit Energie zu versorgen. Diese wird der Hochvoltbatterie entnommen, da deren Kapazität deutlich größer als die der Niedervoltbatterie ist. Die Leistungen des Niedervoltbordnetzes hängt dabei sehr stark von der Anzahl der verbauten Verbraucher auf der Niedervoltebene und den durch den Fahrer in der jeweiligen Fahrsituation genutzten Verbrauchern auf der Niedervoltebene ab.A DC-DC converter between the two levels has the task of supplying the low-voltage side with energy. This is taken from the high-voltage battery, since its capacity is significantly greater than that of the low-voltage battery. The performance of the low-voltage on-board electrical system very much depends on the number of consumers installed at the low-voltage level and the loads used by the driver in the respective driving situation at the low-voltage level.

Die Leistungsabgabe des Gleichspannungswandlers kann deshalb im kleinsten Fall nur 5–10% der Nennleistung des Gleichspannungswandlers betragen. Es gibt jedoch auch Situationen, in denen die gesamte Nennleistung oder jede Leistung dazwischen abgerufen wird. Je nach verwendeter Wandlertechnologie und -Topologie hängt die Effizienz der Spannungswandlung von der Höhe der Wandlerausgangsleistung PWA im Verhältnis zur Nennleistung PN ab, wie 8 zeigt.The power output of the DC-DC converter can therefore be only 5-10% of the rated power of the DC-DC converter in the smallest case. However, there are situations in which all of the nominal power or any power in between is retrieved. Depending on the converter technology and topology used, the efficiency of the voltage conversion depends on the magnitude of the converter output power P WA in relation to the nominal power P N , such as 8th shows.

Wie in der 8 zu sehen, gibt es einen breiten Bereich, in dem der Gleichspannungswandler einen optimalen Wirkungsgrad aufweist. Dieser liegt im Bereich 30%–80% der Nennleistung. Andererseits weist der Gleichspannungswandler insbesondere im unteren Teilllastbetrieb, aber auch bei Nennleistung schlechtere Wirkungsgrade auf. Insbesondere bei Teillast, z. B. unterhalb 10% der Nennleistung, sinkt dieser im obigen Beispiel auf unter 70% ab. Ursache hierfür ist u. a., dass in jedem Fall der Mikrocontroller des Gleichspannungswandlers betrieben werden muss und die Ansteuerung der Schaltelemente des Gleichspannungswandlers mit 80–150 kHz weiterhin erfolgt. Diese Verlustleistungen fallen vor allem bei kleinen Ausgangsleistungen ins Gewicht.Like in the 8th There is a wide range in which the DC-DC converter has optimum efficiency. This is in the range of 30% -80% of the rated power. On the other hand, the DC-DC converter in particular in the lower part-load operation, but also at rated power on worse efficiencies. In particular at partial load, z. B. below 10% of the rated power, this drops in the above example to less than 70%. The reason for this is, inter alia, that in each case the microcontroller of the DC-DC converter must be operated and the control of the switching elements of the DC-DC converter continues at 80-150 kHz. These power losses are significant, especially for small output power.

Eine bekannte Möglichkeit zur Wirkungsgradsteigerung ist es, mehrphasige Wandler einzusetzen, bei denen die Anzahl der aktiven Phasen in Abhängigkeit der Last erfolgt. Solche Wandler sind aber sehr komplex und erfordern eine aufwändige Steuerung.A known possibility for increasing the efficiency is to use multiphase converters, in which the number of active phases is a function of the load. Such transducers are very complex and require a complex control.

Heute wird die Wandlerleistung so geregelt, dass entweder die Niedervoltbatterie auf einem konstanten Ladungsniveau, State of Charge oder SoC, eingeregelt wird oder andererseits die Bordnetz-Spannung auf einem bestimmten Wert eingestellt wird, was wiederum auch Auswirkungen auf den SoC der Niedervoltbatterie hat. Diese Regelstrategien sind wenig flexibel.Today, the converter power is controlled so that either the low-voltage battery at a constant charge level, state of charge or SoC, adjusted or on the other hand, the electrical system voltage is set to a certain value, which in turn has an impact on the SoC of the low-voltage battery. These control strategies are not very flexible.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Fahrzeugbordnetz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.The present invention discloses a method with the features of patent claim 1 and a vehicle electrical system with the features of patent claim 7.

Demgemäß ist vorgesehen:Accordingly, it is provided:

Ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugbordnetzes mit mindestens zwei Spannungsebenen, welche unterschiedliche Nennspannungen aufweisen, und mindestens einem Spannungswandler, welcher zwischen den Spannungsebenen angeordnet ist, mit den Schritten Erfassen der elektrischen Leistungen in dem mindestens einen Spannungswandler und/oder den Spannungsebenen, Berechnen eines optimalen Betriebspunktes für den mindestens einen Spannungswandler zumindest basierend auf den erfassten elektrischen Leistungen, Ansteuern des mindestens einen Spannungswandlers derart, dass dieser in dem optimalen Betriebspunkt betrieben wird, wobei bei einem Betrieb des mindestens einen Spannungswandlers in dem optimalen Betriebspunkt die elektrischen Verluste in dem Fahrzeugbordnetz minimiert werden.A method for operating a vehicle electrical system having at least two voltage levels, which have different nominal voltages, and at least one voltage converter, which is arranged between the voltage levels, with the steps of detecting the electrical powers in the at least one voltage converter and / or the voltage levels, calculating an optimum operating point for the at least one voltage converter based at least on the detected electrical powers, driving the at least one voltage converter such that it is in the optimum Operating point is operated, wherein in an operation of the at least one voltage converter in the optimum operating point, the electrical losses are minimized in the vehicle electrical system.

Ferner ist vorgesehen:It is also provided:

Ein Fahrzeugbordnetz mit mindestens zwei Spannungsebenen, welche unterschiedliche Nennspannungen aufweisen, und mindestens einem Spannungswandler, welcher zwischen den Spannungsebenen angeordnet ist, und mit einer Steuereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, den Spannungswandler basierend auf einem erfindungsgemäßen Verfahren zu steuern.A vehicle electrical system with at least two voltage levels, which have different nominal voltages, and at least one voltage converter, which is arranged between the voltage levels, and with a control device, which is designed to control the voltage converter based on a method according to the invention.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass die heutigen Ansätze, den Wirkungsgrad des Spannungswandlers über einen breiten Leistungsbereich zu erhöhen, sehr aufwändig und daher wenig Zielführend sind.The finding underlying the present invention is that the current approaches to increase the efficiency of the voltage converter over a wide power range, very complex and therefore are less goal-oriented.

Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Möglichkeit vorzusehen, bei welcher die Regelung des Spannungswandlers nicht basierend auf einem vorgegebenen SoC einer Batterie oder einer Nennspannung einer Spannungsebene des Bordnetzes erfolgt.The idea underlying the present invention is now to take this knowledge into account and to provide a possibility in which the regulation of the voltage converter does not take place based on a predetermined SoC of a battery or a nominal voltage of a voltage level of the electrical system.

Vielmehr sieht die vorliegende Erfindung vor, dass die elektrischen Leistungen in dem Fahrzeugbordnetz erfasst werden und ein optimaler Betriebspunkt für den mindestens einen Spannungswandler des Fahrzeugbordnetzes basierend auf den erfassten elektrischen Leistungen berechnet wird.Rather, the present invention provides that the electrical power is detected in the vehicle electrical system and an optimal operating point for the at least one voltage converter of the vehicle electrical system is calculated based on the detected electrical power.

Dabei bedeutet ein optimaler Betriebspunkt, dass die elektrischen Verluste des Fahrzeugbordnetzes minimiert werden, wenn der mindestens eine Spannungswandler in dem berechneten optimalen Betriebspunkt betrieben wird.In this case, an optimum operating point means that the electrical losses of the vehicle electrical system are minimized if the at least one voltage converter is operated at the calculated optimum operating point.

Die Regelung des mindestens einen Spannungswandlers basiert nicht nur auf der Spannung eines Niedervoltnetzes oder dem Ladezustands der Niedervoltbatterie, sondern auch auf den in dem gesamten Fahrzeugbordnetz entstehenden Verlusten.The regulation of the at least one voltage converter is based not only on the voltage of a low-voltage network or the state of charge of the low-voltage battery, but also on the losses incurred in the entire vehicle electrical system.

So können beispielsweise Verbraucher, in einem Betriebszustand mit einem niedrigen Leistungsverbrauch in einer Spannungsebene mit einer niedrigen Nennspannung von z. B. 12 Volt, aus einer 12 Volt Batterie gespeist werden, bis diese einen niedrigen SoC erreicht. Daraufhin kann der entsprechende Spannungswandler eingeschaltet werden und in einem optimalen Betriebspunkt betrieben werden, so dass die Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden und die 12 Volt Batterie wieder aufgeladen wird.For example, consumers may, in an operating state with a low power consumption in a voltage level with a low nominal voltage of z. B. 12 volts, are fed from a 12 volt battery until it reaches a low SoC. Then, the corresponding voltage converter can be turned on and operated at an optimum operating point, so that the consumers are supplied with electrical energy and the 12 volt battery is recharged.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Spannungswandler folglich derart in einem Fahrzeugbordnetz betrieben werden, dass die Gesamtverluste minimiert werden.Thus, according to the present invention, a voltage converter can be operated in an on-board vehicle network in such a way that the total losses are minimized.

Dadurch können z. B. DC/DC-Wandler deutlich einfacher konstruiert und entwickelt werden und müssen nicht mit hohem Aufwand auf einen möglichst breiten Leistungsbereich mit optimalem Wirkungsgrad entwickelt werden.As a result, z. As DC / DC converters are much easier to design and developed and need not be developed with great effort to the widest possible power range with optimum efficiency.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent claims and from the description with reference to the figures.

In einer Ausführungsform werden beim Berechnen eines optimalen Betriebspunktes vorgebbare Rahmenbedingungen berücksichtigt. Dies ermöglicht eine flexible Anpassung der Betriebsstrategie eines Fahrzeugbordnetzes an unterschiedliche Bedingungen.In one embodiment, specifiable framework conditions are taken into account when calculating an optimal operating point. This allows a flexible adaptation of the operating strategy of a vehicle electrical system to different conditions.

In einer Ausführungsform weisen die vorgebbaren Rahmenbedingungen einen minimalen und/oder einen maximalen Ladezustand mindestens eines Energiespeichers mindestens einer der Spannungsebenen auf. Dadurch kann die Lebensdauer der Energiespeicher maximiert werden.In one embodiment, the predefinable boundary conditions have a minimum and / or a maximum state of charge of at least one energy store of at least one of the voltage levels. As a result, the life of the energy storage can be maximized.

In einer Ausführungsform weisen die vorgebbaren Rahmenbedingungen eine minimale und/oder eine maximale Spannung mindestens einer der Spannungsebenen auf. Werden Spannungsschwankungen in den Spannungsebenen innerhalb vorgegebener Grenzen zugelassen, kann der Gesamtwirkungsgrad weiter verbessert werden.In one embodiment, the predefinable boundary conditions have a minimum and / or a maximum voltage of at least one of the voltage levels. Will voltage fluctuations in the Voltage levels within specified limits allowed, the overall efficiency can be further improved.

In einer Ausführungsform weisen die vorgebbaren Rahmenbedingungen eine minimale und/oder eine maximale Anzahl an Lade- und Entladezyklen für mindestens einen Energiespeicher mindestens einer der Spannungsebenen auf. Dadurch kann die Lebensdauer der Energiespeicher weiter erhöht werden.In one embodiment, the specifiable boundary conditions have a minimum and / or a maximum number of charge and discharge cycles for at least one energy store of at least one of the voltage levels. As a result, the life of the energy storage can be further increased.

In einer Ausführungsform weisen die vorgebbaren Rahmenbedingungen einen maximalen Lade- und Entladestrom für mindestens einen Energiespeicher mindestens einer der Spannungsebenen auf. Damit wird sichergestellt, dass die Energiespeicher innerhalb ihrer Spezifikation betrieben und nicht überlastet werden.In one embodiment, the specifiable boundary conditions have a maximum charging and discharging current for at least one energy store of at least one of the voltage levels. This ensures that the energy storage devices are operated within their specifications and are not overloaded.

In einer Ausführungsform weisen die vorgebbaren Rahmenbedingungen eine prädizierte Fahrleistung und/oder eine prädizierte Fahrdauer auf. Dies ermöglicht eine spezifische Anpassung des Betriebs des Fahrzeugbordnetzes für die prädizierte Fahrleistung bzw. Fahrdauer. Dadurch wird der Wirkungsgrad weiter verbessert.In one embodiment, the specifiable framework conditions have a predicted driving performance and / or a predicted driving time. This allows a specific adaptation of the operation of the vehicle electrical system for the predicted mileage or driving time. As a result, the efficiency is further improved.

In einer Ausführungsform weisen die vorgebbaren Rahmenbedingungen eine prädizierte Rekuperationsleistung in mindestens einer der Spannungsebenen auf. Wird vorhergesagt bzw. prädiziert, wie hoch eine Rekuperationsleistung, also die Energiegewinnung z. B. aus Bremsenergie ist, kann der Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugbordnetzes ebenfalls verbessert werden.In one embodiment, the predefinable boundary conditions have a predicated recuperation power in at least one of the voltage levels. Is predicted or predicted how high a recuperation, ie the energy z. B. from braking energy, the overall efficiency of the vehicle electrical system can also be improved.

In einer Ausführungsform weisen die vorgebbaren Rahmenbedingungen einen tatsächlichen oder prädizierten Verbrauch elektrischer Leistung mindestens eines Verbrauchers in mindestens einer der Spannungsebenen auf. Ist der Verbrauch elektrischer Energie in den Spannungsebenen bekannt oder wird dieser prädiziert, kann die Regelstrategie an diesen Verbrauch angepasst werden und der Wirkungsgrad damit weiter verbessert werden.In one embodiment, the specifiable framework conditions include an actual or predicted consumption of electrical power of at least one consumer in at least one of the voltage levels. If the consumption of electrical energy in the voltage levels is known or predicted, the control strategy can be adapted to this consumption and the efficiency can thus be further improved.

In einer Ausführungsform werden beim Berechnen eines optimalen Betriebspunktes ferner elektrische Energiemengen von Energiespeichern der Spannungsebenen mit spezifischen Energiekosten belegt und die spezifischen Energiekosten für eine Versorgung der Spannungsebenen mit elektrischer Energie minimiert. Diese spezifischen Energiekosten können in einer Ausführungsform vom Ladezustand der Energiespeicher abhängen. Beispielsweise sind bei voller Niedervoltbatterie deren Energiekosten zur Versorgung der Niedervoltverbraucher deutlich geringer als wenn die Niedervoltbrie leer ist. Dies ermöglicht eine Anpassung der Regelstrategie nicht nur basierend auf elektrischen Leistungen in den Spannungsebenen sondern auch basierend auf der Herkunft der elektrischen Energie.In one embodiment, when computing an optimal operating point, electrical energy quantities of energy stores of the voltage levels are further allocated specific energy costs and the specific energy costs for supplying the voltage levels with electrical energy are minimized. These specific energy costs may in one embodiment depend on the state of charge of the energy storage. For example, with full low-voltage battery whose energy costs to supply the low-voltage consumers are significantly lower than when the Niedervoltbrie is empty. This allows adaptation of the control strategy not only based on electrical powers in the voltage levels but also based on the source of electrical energy.

In einer Ausführungsform können die Energiekosten der Energiespeicher auch abhängig vom Streckenverlauf sein, um zu ermöglichen, dass die Batterie am Ende der Fahrstrecke entladen ist, jedoch nicht gleich zu Beginn des Fahrzyklus entladen wird. Dazu muss die Dauer des Fahrzyklus und dessen Verlauf prädiziert werden.In one embodiment, the energy costs of the energy storage devices may also be dependent on the route to allow the battery to be discharged at the end of the travel route, but not discharged immediately at the beginning of the drive cycle. For this purpose, the duration of the drive cycle and its course must be predicted.

In einer Ausführungsform werden die Dauer des Fahrzyklus und/oder dessen Verlauf prädiziert indem auf die Daten eines Navigationssystems zugegriffen wird. Dadurch kann der Fahrzyklus und/oder dessen Verlauf sehr exakt bestimmt werden.In one embodiment, the duration of the drive cycle and / or its course are predicted by accessing the data of a navigation system. Thereby, the driving cycle and / or its course can be determined very accurately.

In einer Ausführungsform hängen die Energiekosten der Energiespeicher vom Innenwiderstand des jeweiligen Energiespeichers und damit z. B. von der Temperatur ab. Dadurch kann die Ansteuerung des mindestens einen Spannungswandlers weiter optimiert werden.In one embodiment, the energy costs of the energy storage depend on the internal resistance of the respective energy storage and thus z. B. from the temperature. As a result, the control of the at least one voltage converter can be further optimized.

In einer Ausführungsform kann durch Rekuperation gewonnene Energie in Energiespeichern geringere Kosten aufweisen als Energie, die aus Ladevorgängen gewonnenen wurde. Dadurch kann die Ansteuerung des mindestens einen Spannungswandlers weiter optimiert werden.In one embodiment, energy recovered by recuperation may be less expensive in energy storage than energy gained from charging. As a result, the control of the at least one voltage converter can be further optimized.

In einer Ausführungsform kann von einem Spannungswandler in eine Spannungsebene übertragene Energie mit Kostenwerten belegt werden. Insbesondere können die Kostenwerte für die Spannungswandler abhängig von der Last an dem Spannungswandler bzw. dem Betriebspunkt des jeweiligen Spannungswandlers sein.In one embodiment, energy transferred from a voltage converter to a voltage plane may be assigned cost values. In particular, the cost values for the voltage transformers can be dependent on the load on the voltage converter or the operating point of the respective voltage converter.

Ist die Bordnetzlast gering, d. h. läuft ein Spannungswandler bei geringen Wirkungsgraden, kann es daher günstiger sein, die jeweilige Spannungsebene aus dem Energiespeicher der Spannungsebene selbst zu speisen. If the vehicle electrical system load is low, ie if a voltage converter is running at low efficiencies, it may therefore be better to feed the respective voltage level from the energy store of the voltage level itself.

Kann dagegen der Spannungswandler aufgrund der Bordnetzlast bei einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden, sinken die Energiekosten des Spannungswandlers.If, on the other hand, the voltage transformer can be operated at high efficiency due to the on-board network load, the energy costs of the voltage converter are reduced.

In einer Ausführungsform kann ein Energiespeicher einer Spannungsebene geladen werden, indem der Spannungswandler bewusst in Betriebspunkten mit besserem Wirkungsgrad betrieben wird. Diese Regelstrategie wird z. B. Betriebspunktverschiebung genannt.In one embodiment, an energy store of a voltage level can be charged by deliberately operating the voltage converter at operating points with better efficiency. This control strategy is z. B. operating point shift called.

In einer Ausführungsform können Umwelteinflüsse wie tiefe Temperaturen, die eine Rekuperation in zwei Energiespeicher effektiver machen als in eine, da Batterien hier einer Beschränkung des Ladestroms unterliegen, bei der Ansteuerung des mindestens einen Spannungswandlers berücksichtigt werden.In one embodiment, environmental influences such as low temperatures, which make recuperation into two energy stores more effective than in one, since batteries here are subject to a limitation of the charging current, can be taken into account in the control of the at least one voltage converter.

In einer Ausführungsform wird der optimale Betriebspunkt für einen Betrieb des Fahrzeugbordnetzes für einen vorgegebenen Zeitraum berechnet. Ferner wird der mindestens eine Spannungswandler in dem vorgegebenen Zeitraum basierend auf dem berechneten optimalen Betriebspunkt gesteuert. So kann eine vorausschauende Betriebsstrategie für das Fahrzeugbordnetz bereitgestellt werden, die z. B. einen gesamten Fahrzyklus umfasst.In one embodiment, the optimal operating point for operation of the vehicle electrical system is calculated for a predetermined period of time. Further, the at least one voltage converter is controlled in the predetermined period based on the calculated optimum operating point. Thus, a forward-looking operating strategy for the vehicle electrical system can be provided, the z. B. includes an entire drive cycle.

In einer Ausführungsform weist das Fahrzeugbordnetz eine Hochvolt-Spannungsebene und eine Niedervolt-Spannungsebene und einen zwischen der Hochvolt-Spannungsebene und der Niedervolt-Spannungsebene angeordneten Spannungswandler auf. Diese Anordnung ermöglicht es, ein einfaches Fahrzeugbordnetz geringer Komplexität bereitzustellen.In one embodiment, the vehicle electrical system has a high-voltage voltage level and a low-voltage voltage level and a voltage converter arranged between the high-voltage voltage level and the low-voltage voltage level. This arrangement makes it possible to provide a simple low complexity vehicle electrical system.

In einer Ausführungsform weist das Fahrzeugbordnetz eine Hochvolt-Spannungsebene, eine Mittelvolt-Spannungsebene und eine Niedervolt-Spannungsebene auf. Dabei ist ein erster Spannungswandler zwischen der Hochvolt-Spannungsebene und der Mittelvolt-Spannungsebene angeordnet und ein zweiter Spannungswandler zwischen der Mittelvolt-Spannungsebene und der Niedervolt-Spannungsebene angeordnet. Alternativ ist ein erster Spannungswandler zwischen der Hochvolt-Spannungsebene und der Mittelvolt-Spannungsebene angeordnet und ein zweiter Spannungswandler zwischen der Hochvolt-Spannungsebene und der Niedervolt-Spannungsebene angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht es, das Fahrzeugbordnetz an unterschiedliche Anforderungen leicht anzupassen.In one embodiment, the vehicle electrical system includes a high voltage voltage level, a midvoltage voltage level, and a low voltage voltage level. In this case, a first voltage converter is arranged between the high-voltage voltage level and the medium-voltage level, and a second voltage converter is arranged between the medium-voltage level and the low-voltage level. Alternatively, a first voltage converter is arranged between the high-voltage voltage level and the medium-voltage voltage level, and a second voltage converter is arranged between the high-voltage voltage level and the low-voltage voltage level. This arrangement makes it possible to easily adapt the vehicle electrical system to different requirements.

In einer Ausführungsform wird das Fahrzeugbordnetz in einem Elektrofahrzeug eingesetzt. Dadurch kann die Reichweite des Elektrofahrzeugs optimiert werden.In one embodiment, the vehicle electrical system is used in an electric vehicle. As a result, the range of the electric vehicle can be optimized.

In einer Ausführungsform wird das Fahrzeugbordnetz auch bei verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen mit 48 V und/oder 12 V-Bordnetz-Spannungen eingesetzt.In one embodiment, the vehicle electrical system is also used in combustion engine powered vehicles with 48 V and / or 12 V electrical system voltages.

In einer Ausführungsform weist das Fahrzeugbordnetz mehr als zwei Spannungsebenen auf. Eine Beispielhafte Ausführungsform weist z. B. eine Hochvolt-Ebene, mit z. B. 400 V Nennspannung, eine 48 V Ebene und eine 12 V Ebene auf.In one embodiment, the vehicle electrical system has more than two voltage levels. An exemplary embodiment has z. B. a high-voltage level, with z. B. 400 V rated voltage, a 48 V level and a 12 V level.

In einer Ausführungsform können die Spannungsebenen als Teilbordnetze eines Fahrzeugs ausgebildet sein.In one embodiment, the voltage levels may be formed as a sub-network of a vehicle.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above embodiments and developments can, if appropriate, combine with each other as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention which have not been explicitly mentioned above or described below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawings. It shows:

1 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 a flowchart of an embodiment of a method according to the invention;

2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes; 2 a block diagram of an embodiment of a vehicle electrical system according to the invention;

3 ein Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens; 3 a flowchart of another embodiment of a method according to the invention;

4 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes; 4 a block diagram of another embodiment of a vehicle electrical system according to the invention;

5 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes; 5 a block diagram of another embodiment of a vehicle electrical system according to the invention;

6 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes; 6 a block diagram of another embodiment of a vehicle electrical system according to the invention;

7 ein Diagramm zur Darstellung der Verluste in einem Fahrzeugbordnetz; und 7 a diagram illustrating the losses in a vehicle electrical system; and

8 ein Diagramm zur Darstellung des Wirkungsgrads eines Spannungswandlers. 8th a diagram illustrating the efficiency of a voltage converter.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In all figures, the same or functionally identical elements and devices - unless otherwise stated - have been given the same reference numerals.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Fahrzeugbordnetzes 1. 1 shows a flowchart of an embodiment of a method according to the invention for operating a vehicle electrical system 1 ,

Das Fahrzeugbordnetz 1 weist dabei mindestens zwei Spannungsebenen 2-12-3 auf, welche unterschiedliche Nennspannungen aufweisen. Ferner weist das Fahrzeugbordnetz 1 mindestens einen Spannungswandler 3-13-2 auf, welcher zwischen den Spannungsebenen 2-12-3 angeordnet ist.The vehicle electrical system 1 has at least two voltage levels 2-1 - 2-3 on, which have different nominal voltages. Furthermore, the vehicle electrical system 1 at least one voltage transformer 3-1 - 3-2 on which between the voltage levels 2-1 - 2-3 is arranged.

Das Verfahren sieht in einem ersten Schritt S1 das Erfassen der elektrischen Leistungen in dem mindestens einen Spannungswandler 3-13-2 bzw. den Spannungsebenen 2-12-3 vor. In einer Ausführungsform können die elektrischen Leistungen für das gesamte Fahrzeugbordnetz 1, also für den mindestens einen Spannungswandler 3-13-2 und die Spannungsebenen 2-12-3 erfasst werden. In einer weiteren Ausführungsform können aber auch nur Teilnetze des Fahrzeugbordnetzes 1 betrachtet werden, z. B. nur eine Spannungsebene 2-12-3.The method sees in a first step S1 the detection of the electrical powers in the at least one voltage converter 3-1 - 3-2 or the voltage levels 2-1 - 2-3 in front. In one embodiment, the electrical power for the entire vehicle electrical system 1 , ie for the at least one voltage transformer 3-1 - 3-2 and the voltage levels 2-1 - 2-3 be recorded. In a further embodiment, but also only subnets of the vehicle electrical system 1 be considered, for. B. only one voltage level 2-1 - 2-3 ,

In einem Schritt S2 wird ein optimaler Betriebspunkt für den mindestens einen Spannungswandler 3-13-2 zumindest basierend auf den erfassten elektrischen Leistungen berechnet.In a step S2, an optimal operating point for the at least one voltage converter 3-1 - 3-2 calculated at least based on the detected electrical power.

Ein dritter Schritt S3 sieht das Verfahren das Ansteuern des mindestens einen Spannungswandlers 3-13-2 vor, wobei dieser derart angesteuert wird, dass dieser in dem optimalen Betriebspunkt betrieben wird.A third step S3, the method provides for driving the at least one voltage converter 3-1 - 3-2 before, wherein this is controlled such that it is operated at the optimum operating point.

Im Rahmen dieser Patentanmeldung bedeutet der Betrieb des mindestens einen Spannungswandlers 3-13-2 in dem optimalen Betriebspunkt, dass die elektrischen Verluste in dem Fahrzeugbordnetz 1 minimiert werden.In the context of this patent application, the operation of the at least one voltage converter means 3-1 - 3-2 in the optimal operating point that the electrical losses in the vehicle electrical system 1 be minimized.

Um die elektrischen Verluste in dem Fahrzeugbordnetz 1 zu minimieren, müssen diese quantifiziert werden.To the electrical losses in the vehicle electrical system 1 To minimize these, they must be quantified.

Dies kann in einer Ausführungsform, in welcher das Fahrzeugbordnetz zwei Spannungsebenen aufweist, mittels der folgenden Gleichung geschehen, welche z. B. aus der 4 abgeleitet werden kann:

Figure DE102014210283A1_0002
This can be done in an embodiment in which the vehicle electrical system has two voltage levels, by means of the following equation, which z. B. from the 4 can be derived:
Figure DE102014210283A1_0002

Dabei steht der Index HV für eine Hochvolt-Spannungsebene 2-1 in dem Fahrzeugbordnetz 1 und der Index LV für eine Niedervolt-Spannungsebene 2-2 in dem Fahrzeugbordnetz 1. Die Hochvolt-Spannungsebene 2-1 kann z. B. eine Nennspannung von 100 Volt bis 800 Volt, insbesondere auch von ca. 400 Volt aufweisen. Die Niedervolt-Spannungsebene 2-2 kann z. B. eine Nennspannung von 12 Volt aufweisen.The index HV stands for a high-voltage level 2-1 in the vehicle electrical system 1 and the LV index for a low voltage voltage level 2-2 in the vehicle electrical system 1 , The high voltage voltage level 2-1 can z. B. have a rated voltage of 100 volts to 800 volts, in particular of about 400 volts. The low voltage voltage level 2-2 can z. B. have a rated voltage of 12 volts.

In der oben genannten Formel steht PGesamtverlust für den Gesamtverlust in dem Fahrzeugbordnetz,

Figure DE102014210283A1_0003
ist die Spannung einer Batterie in der Hochvolt-Spannungsebene 2-1,
Figure DE102014210283A1_0004
ist der Innenwiderstand der Batterie in der Hochvolt-Spannungsebene 2-1.
Figure DE102014210283A1_0005
ist die Spannung einer Batterie in der Niedervolt-Spannungsebene 2-2,
Figure DE102014210283A1_0006
ist der Innenwiderstand der Batterie in der Niedervolt-Spannungsebene 2-2. PHV ist die Leistung aller Verbraucher in der Hochvolt-Spannungsebene 2-1. PLV ist die Leistung aller Verbraucher in der Niedervolt-Spannungsebene 2-2. Die Ausgangsleistung des Spannungswandlers 3-1 in die Niedervolt-Spannungsebene 2-2 wird mit
Figure DE102014210283A1_0007
bezeichnet. Die Leistungsaufnahme des Spannungswandlers 3-1 aus der Hochvolt-Spannungsebene 2-1 wird mit
Figure DE102014210283A1_0008
bezeichnet.In the above formula, P total loss represents the total loss in the vehicle electrical system,
Figure DE102014210283A1_0003
is the voltage of a battery in the high voltage voltage level 2-1 .
Figure DE102014210283A1_0004
is the internal resistance of the battery in the high voltage voltage level 2-1 ,
Figure DE102014210283A1_0005
is the voltage of a battery in the low voltage voltage level 2-2 .
Figure DE102014210283A1_0006
is the internal resistance of the battery in the low voltage voltage level 2-2 , P HV is the power of all consumers in the high voltage voltage level 2-1 , P LV is the power of all consumers in the low-voltage level 2-2 , The output power of the voltage converter 3-1 in the low-voltage level 2-2 will with
Figure DE102014210283A1_0007
designated. The power consumption of the voltage transformer 3-1 from the high voltage voltage level 2-1 will with
Figure DE102014210283A1_0008
designated.

In einer Ausführungsform kann der Wirkungsgrad des Wandlers als Funktion von

Figure DE102014210283A1_0009
in
Figure DE102014210283A1_0010
über die Approximation der Wirkungsgradkennlinie als Polynom enthalten sein.In one embodiment, the efficiency of the transducer as a function of
Figure DE102014210283A1_0009
in
Figure DE102014210283A1_0010
be included as a polynomial over the approximation of the efficiency curve.

Mit der oben dargestellten Gleichung können die Gesamtverluste für jeden Betriebspunkt des Fahrzeugbordnetzes 1 errechnet und optimiert werden. Dies kann z. B. mit mathematischen Mitteln der Optimierung erfolgen.With the equation shown above, the total losses for each operating point of the vehicle electrical system 1 calculated and optimized. This can be z. B. done with mathematical means of optimization.

Eine weitere Möglichkeit ist die Simulation der Gesamtverluste anhand elektrischer und/oder physikalischer Modelle in geeigneten Simulationstools. Das Ergebnis dieser Modellbildung sind Kennfelder, in denen für vordefinierte Arbeitspunkte die optimale Wandlerleistung errechnet und abgespeichert wird. Eingangsgrößen dieser Kennfelder sind dann die in der oben genannten Formel enthaltenen Variablen, wie bespielsweise SoC, Antriebsleistung, Leistung der Bordnetzverbraucher usw.Another possibility is the simulation of the total losses based on electrical and / or physical models in suitable simulation tools. The result of this modeling are maps in which the optimal converter power is calculated and stored for predefined operating points. Input variables of these maps are then the variables contained in the above formula, such as recordable SoC, drive power, power of the electrical system consumers, etc.

Diese Kennfelder können in der Entwicklung bzw. Applikation des Wandlers bzw. des Wandlersteuergerätes 5 anhand der erstellten Modelle bedatet und dann im Wandlersteuergerät 5 abgespeichert werden. Im Betrieb des Wandlers müssen dann nicht die oben dargestellten Berechnungen ausgeführt werden, sondern kann auf die offline erstellten Daten zurückgegriffen werden.These maps can in the development or application of the converter or the converter control unit 5 based on the models created and then in the converter control unit 5 be stored. In the operation of the converter then do not have to perform the calculations above, but can be used on the offline created data.

Ein mögliches Ergebnis einer solchen Kennfeldberechnung ist für eine festgelegte Speichertemperatur, konstante Ladezustände der elektrischen Speicher und festgelegte Hochvoltlasten in 7 dargestellt.A possible result of such a map calculation is for a fixed storage temperature, constant charge states of the electric storage and fixed high-voltage loads in 7 shown.

Das Wissen um die verlustminimale Wandlerleistung für einen bestimmten Zeitpunkt ist eine notwendige, jedoch nicht hinreichende Bedingung für eine optimale Betriebsstrategie im gesamten Fahrzyklus. Z. B. wird der Ladezustand der Niedervoltbatterie 7-2 nicht berücksichtigt. Das Entladen der Niedervoltbatterie 7-2 bedeutet zwar kurzfristig minimale Verluste, langfristig treten jedoch durch das Laden der Niedervoltbatterie 7-2 und die damit verbundenen Ladeverluste über den Gesamtfahrzyklus gesehen deutlich höhere Gesamtverluste auf.The knowledge of the loss-minimal converter power for a certain time is a necessary but not sufficient condition for an optimal operating strategy in the entire drive cycle. For example, the state of charge of the low-voltage battery 7-2 not considered. Discharging the low-voltage battery 7-2 Although in the short term minimal losses, but in the long run occur by charging the low-voltage battery 7-2 and the associated charging losses over the entire cycle seen significantly higher overall losses.

Um solche Probleme zu umgehen, wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der optimale Betriebspunkt für einen Betrieb des Fahrzeugbordnetzes 1 für einen vorgegebenen Zeitraum berechnet, der z. B. einem Fahrzyklus entsprechen kann. Dabei wird der optimale Betriebspunkt jeweils so berechnet, dass über den gesamten vorgegebenen Zeitraum die Gesamtverluste in dem Fahrzeugbordnetz 1 minimiert werden.In order to avoid such problems, in one embodiment of the present invention, the optimum operating point for operation of the vehicle electrical system 1 calculated for a given period, the z. B. can correspond to a driving cycle. The optimal operating point is calculated in each case that over the entire predetermined period of the total losses in the vehicle electrical system 1 be minimized.

In einer weiteren Ausführungsform werden beim Berechnen eines optimalen Betriebspunktes vorgebbare Rahmenbedingungen 4 berücksichtigt.In a further embodiment, predefinable framework conditions are calculated when calculating an optimal operating point 4 considered.

Diese vorgebbaren Rahmenbedingungen 4 können z. B. einen minimalen und/oder einen maximalen Ladezustand mindestens eines Energiespeichers 7-17-3 mindestens einer der Spannungsebenen 2-12-3 betreffen. Die vorgebbaren Rahmenbedingungen 4 können auch eine minimale und/oder eine maximale Spannung mindestens einer der Spannungsebenen 2-12-3 betreffen. Ferner können die vorgebbaren Rahmenbedingungen 4 eine minimale und/oder eine maximale Anzahl an Lade- und Entladezyklen für mindestens einen Energiespeicher 7-17-3 mindestens einer der Spannungsebenen 2-12-3 aufweisen. Weiterhin können die vorgebbaren Rahmenbedingungen 4 einen maximalen Lade- und Entladestrom für mindestens einen Energiespeicher 7-17-3 mindestens einer der Spannungsebenen 2-12-3 aufweisen. Die vorgebbaren Rahmenbedingungen 4 können auch eine prädizierte Fahrleistung und/oder eine prädizierte Fahrdauer aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können die vorgebbaren Rahmenbedingungen 4 eine prädizierte Rekuperationsleistung in mindestens einer der Spannungsebenen 2-12-3 aufweisen. Ferner können die vorgebbaren Rahmenbedingungen 4 einen tatsächlichen oder prädizierten Verbrauch elektrischer Leistung mindestens eines Verbrauchers in mindestens einer der Spannungsebenen 2-12-3 aufweisen.These specifiable framework conditions 4 can z. B. a minimum and / or a maximum state of charge of at least one energy storage 7-1 - 7-3 at least one of the voltage levels 2-1 - 2-3 affect. The specifiable framework conditions 4 may also have a minimum and / or a maximum voltage of at least one of the voltage levels 2-1 - 2-3 affect. Furthermore, the specifiable framework conditions 4 a minimum and / or a maximum number of charge and discharge cycles for at least one energy store 7-1 - 7-3 at least one of the voltage levels 2-1 - 2-3 exhibit. Furthermore, the specifiable framework conditions 4 a maximum charging and discharging current for at least one energy store 7-1 - 7-3 at least one of the voltage levels 2-1 - 2-3 exhibit. The specifiable framework conditions 4 may also have a predicted driving performance and / or a predicted driving time. Additionally or alternatively, the specifiable framework conditions 4 a predicated recuperation power in at least one of the voltage levels 2-1 - 2-3 exhibit. Furthermore, the specifiable framework conditions 4 an actual or predicted consumption of electrical power of at least one consumer in at least one of the voltage levels 2-1 - 2-3 exhibit.

Zusätzlich können beim Berechnen eines optimalen Betriebspunktes ferner elektrische Energiemengen von Energiespeichern 7-17-3 der Spannungsebenen 2-12-3 und/oder von einem Spannungswandler 3-13-2 in eine Spannungsebene übertragene Energie mit spezifischen Energiekosten belegt werden und die spezifischen Energiekosten für eine Versorgung der Spannungsebenen 2-12-3 mit elektrischer Energie minimiert werden.In addition, in calculating an optimum operating point, electric energy amounts of energy storage may further be added 7-1 - 7-3 the voltage levels 2-1 - 2-3 and / or from a voltage converter 3-1 - 3-2 energy transferred to a voltage level can be assigned specific energy costs and the specific energy costs for supplying the voltage levels 2-1 - 2-3 be minimized with electrical energy.

Diese spezifischen Energiekosten hängen z. B. vom Ladezustand der elektrischen Energiespeicher 7-17-3 ab. Beispielsweise sind bei voller Niedervoltbatterie 7-2 deren Energiekosten zur Versorgung der Niedervoltverbraucher deutlich geringer, als bei leerer Niedervoltbatterie 7-2.These specific energy costs depend on z. B. the state of charge of the electrical energy storage 7-1 - 7-3 from. For example, at full low voltage battery 7-2 their energy costs for the supply of low-voltage consumers significantly lower than when empty low-voltage battery 7-2 ,

Weiterhin können die Energiekosten der elektrischen Energiespeicher 7-17-3 auch abhängig vom Streckenverlauf sein, um zu ermöglichen, dass die Batterie am Ende der Fahrstrecke entladen ist, jedoch nicht gleich zu Beginn des Fahrzyklus entladen wird.Furthermore, the energy costs of the electrical energy storage 7-1 - 7-3 also be dependent on the route to allow the battery is discharged at the end of the route, but not immediately unloaded at the beginning of the driving cycle.

Die Energiekosten der elektrischen Energiespeicher können auch vom Innenwiderstand der Energiespeicher 7-17-3 und damit z. B. von der Temperatur abhängen.The energy costs of the electrical energy storage can also from the internal resistance of the energy storage 7-1 - 7-3 and thus z. B. depend on the temperature.

Durch Rekuperation gewonnene Energie kann in elektrischen Energiespeichern 7-17-3 ebenfalls geringere spezifische Energiekosten aufweisen als Energie, die aus Ladevorgängen an einem Stromnetz gewonnenen wurde.Energy recovered by recuperation can be stored in electrical energy stores 7-1 - 7-3 also have lower specific energy costs than energy gained from charging on a grid.

Nach dem gleichen Prinzip wird von Spannungswandlern 3-13-2 in andere Spannungsebenen 2-22-3, z. B. in die Niedervolt-Spannungsebene 2-2, übertragene elektrische Energie mit Kostenwerten belegt.By the same principle is used by voltage transformers 3-1 - 3-2 into other voltage levels 2-2 - 2-3 , z. B. in the low-voltage level 2-2 , transferred electrical energy occupied with cost values.

Ist die Bordnetzlast gering, d. h. läuft der Spannungswandler 3-13-2 bei geringen Wirkungsgraden, kann es daher günstiger sein, die Niedervolt-Spannungsebene 7-2 aus dem Energiespeicher 7-2 der Niedervolt-Spannungsebene 7-2 zu speisen. Kann dagegen der Spannungswandler 3-13-2 aufgrund der Bordnetzlast bei hohen Wandlerwirkungsgraden betrieben werden, sinken die Energiekosten des Spannungswandlers 3-13-2.Is the vehicle electrical system load low, ie the voltage converter is running 3-1 - 3-2 For low efficiencies, it may therefore be cheaper, the low-voltage level 7-2 from the energy store 7-2 the low-voltage level 7-2 to dine. Can, however, the voltage converter 3-1 - 3-2 due to the on-board network load are operated at high converter efficiencies, the energy costs of the voltage converter decrease 3-1 - 3-2 ,

Ein Spannungswandler im Zusammenhang mit dieser Patentanmeldung kann jeder beliebige Spannungswandler, insbesondere z. B. ein DC/DC-Wandler sein.A voltage converter in connection with this patent application, any voltage converter, in particular z. B. be a DC / DC converter.

2 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugbordnetzes 1. 2 shows a block diagram of an embodiment of a vehicle electrical system according to the invention 1 ,

Das Fahrzeugbordnetz 1 weist zwei Spannungsebenen 2-1 und 2-2 auf, die durch einen Spannungswandler 3-1 miteinander gekoppelt werden. Ferner ist eine Steuereinrichtung 5 vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, den Spannungswandler 3-1 anzusteuern.The vehicle electrical system 1 has two voltage levels 2-1 and 2-2 on top of that by a voltage converter 3-1 be coupled with each other. Further, a control device 5 provided, which is adapted to the voltage converter 3-1 head for.

Die zwei Spannungsebenen 2-1 und 2-2 weisen unterschiedliche Nennspannungen auf. In einer Ausführungsform kann die Spannungsebene 2-1 eine Hochvolt-Spannungsebene 2-1 sein und eine Nennspannung von 100 Volt–800 Volt, z. B. 400 Volt aufweisen. Die Spannungsebene 2-2 kann z. B. eine Niedervolt-Spannungsebene 2-2 sein und eine Nennspannung von weniger als 50 Volt, z. B. von 12 Volt oder z. B. 48 Volt aufweisen. The two voltage levels 2-1 and 2-2 have different nominal voltages. In one embodiment, the voltage level 2-1 a high voltage voltage level 2-1 be and a rated voltage of 100 volts-800 volts, z. B. 400 volts. The voltage level 2-2 can z. B. a low voltage voltage level 2-2 and a rated voltage of less than 50 volts, z. B. of 12 volts or z. B. 48 volts.

Die Steuereinrichtung 5 ist dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen und basierend auf dem Verfahren den Spannungswandler 3-1 anzusteuern, so dass dieser in dem berechneten optimalen Betriebspunkt betrieben wird.The control device 5 is designed to carry out a method according to the invention and, based on the method, the voltage converter 3-1 so that it is operated at the calculated optimum operating point.

Das erfindungsgemäße Fahrzeugbordnetz 1 kann z. B. in einem Elektrofahrzeug eingesetzt werden. Alternativ kann das erfindungsgemäße Fahrzeugbordnetz 1 in jedem beliebigen Fahrzeug eingesetzt werden, welches über mehr als eine Spannungsebene verfügt.The vehicle electrical system according to the invention 1 can z. B. be used in an electric vehicle. Alternatively, the vehicle electrical system according to the invention 1 be used in any vehicle, which has more than one voltage level.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 shows a flowchart of another embodiment of a method according to the invention.

Die Ausführungsform des Verfahrens gemäß 3 sieht das Messen M der elektrischen Lasten bzw. Leistungen in dem Fahrzeugbordnetz 1, also in allen Spannungsebenen 2-12-3 des Fahrzeugbordnetzes 1 vor. Zur Berücksichtigung der Rahmenbedingungen 4 werden ferner die Ladungszustände und die Temperaturen der in dem Fahrzeugbordnetz vorhandenen Energiespeicher 7-17-3, z. B. einer Hochvoltbatterie 7-1 und einer Niedervoltbatterie 7-2 erfasst.The embodiment of the method according to 3 sees the measuring M of the electrical loads or services in the vehicle electrical system 1 , so in all voltage levels 2-1 - 2-3 of the vehicle electrical system 1 in front. To consider the framework conditions 4 Furthermore, the charge states and the temperatures of existing in the vehicle electrical system energy storage 7-1 - 7-3 , z. B. a high-voltage battery 7-1 and a low-voltage battery 7-2 detected.

Darauf folgend wird in einem Vorsteuerungsschritt B eine optimale Spannungswandlerleistung für den aktuellen Zeitpunkt berechnet. Dies kann z. B. basierend auf der oben genannten Formel erfolgen.Subsequently, in a pre-control step B, an optimal voltage converter power for the current time is calculated. This can be z. B. based on the above formula.

In einem Korrekturschritt K wird daraufhin die optimale Spannungswandlerleistung für einen vorgegebenen Zeitraum, z. B. einen Fahrzyklus, berechnet.In a correction step K is then the optimum voltage converter performance for a given period, eg. B. a driving cycle calculated.

In die Berechnung der optimalen Spannungswandlerleistung für einen vorgegebenen Zeitraum gehen Rahmenbedingungen 4, wie z. B. ein Zielverlauf für den SoC eines Energiespeichers 7-17-3, spezifische Energiekosten oder die maximal erlaubte Zyklisierung der Energiespeicher 7-17-3, ein.In the calculation of the optimal voltage converter performance for a given period go frame conditions 4 , such as B. a target curve for the SoC of an energy storage 7-1 - 7-3 , specific energy costs or the maximum allowed cyclization of energy storage 7-1 - 7-3 , one.

In dem letzten Schritt S wird die Spannungswandlerleistung schließlich unter Berücksichtigung weiterer Rahmenbedingungen 4, wie z. B. erlaubter Grenzen für eine Spannungswandlerleistung, Lade- und Entladeströme sowie SoC-Grenzwerten für die Energiespeicher 7-17-3, eingestellt.In the last step S, the voltage converter performance is finally taking into account further framework conditions 4 , such as B. allowed limits for a voltage converter power, charging and discharging and SoC limits for the energy storage 7-1 - 7-3 , discontinued.

4 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes 1 mit einer Hochvolt-Spannungsebene 2-1 und einer Niedervolt-Spannungsebene 2-2. 4 shows a block diagram of another embodiment of an electrical system according to the invention 1 with a high voltage voltage level 2-1 and a low voltage voltage level 2-2 ,

In 4 sind Spannungen durch Pfeile mit nicht ausgefüllten Körpern und Ströme durch Pfeile mit schraffierten Körpern dargestellt.In 4 are represented by arrows with unfilled bodies and streams by arrows with hatched bodies.

Die Hochvolt-Spannungsebene 2-1 weist eine Hochvoltbatterie 7-1 auf, deren Innenwiderstand in Serie zu dem Schaltbild der Hochvoltbatterie 7-1 als Widerstand RHVBatt dargestellt ist. Parallel zu der Serienschaltung aus Hochvoltbatterie 7-1 und Widerstand RHVBatt ist eine Last 8-1 dargestellt, die eine Leistung PHV verbraucht und über welcher eine Spannung URHV abfällt. Diese Last 8-1 ist als Ersatzschaltbild der Verbraucher der Hochvolt-Spannungsebene 2-1 vorgesehen.The high voltage voltage level 2-1 has a high-voltage battery 7-1 whose internal resistance in series with the circuit diagram of the high-voltage battery 7-1 as resistance R HVBatt is shown. Parallel to the series connection of high-voltage battery 7-1 and resistor R HVBatt is a load 8-1 which consumes a power P HV and across which a voltage U RHV drops. This load 8-1 is an equivalent circuit diagram of the consumers of the high voltage voltage level 2-1 intended.

Die Hochvoltbatterie 7-1 stellt eine Spannung UHVBatt bereit und über den Widerstand RHVBatt fällt eine Spannung URHVBatt ab, womit eine Leistung PRHV an dem Innenwiderstand der Hochvoltbatterie 7-1 umgesetzt wird.The high-voltage battery 7-1 provides a voltage U HVBatt and across the resistor R HVBatt drops a voltage U RHVBatt , resulting in a power P RHV at the internal resistance of the high-voltage battery 7-1 is implemented.

Aus der Batterie fliest der Strom IHVBatt, der sich aufteilt in den Strom IRHV, der über die Last 8-1 fließt, und den Strom IWHV, der in den Spannungswandler 3-1 fließt. Zwischen dem Spannungswandler 3-1 und Masse liegt auf der Hochvoltseite die Spannung UWHV an. Ferner nimmt der Spannungswandler 3-1 die Leistung PWHV auf der Hochvoltseite auf. Auf der Niedervoltseite gibt der Spannungswandler 3-1 die Leistung PWLV ab. Dabei liegt die Spannung zwischen dem Spannungswandler 3-1 und Masse an. Der Spannungswandler 3-1 stellt einen Strom IWLV auf der Niederspannungsseite bereit, der in die Niedervolt-Spannungsebene 2-2 fließt. Die Niedervolt-Spannungsebene 2-2 weist eine Niedervoltbatterie 7-2 auf, deren Innenwiderstand als mit der Niedervoltbatterie 7-2 in Serie geschalteter Widerstand RLVBatt dargestellt ist, an welchem die Leistung PRLV verbraucht wird. Parallel zu der Serienschaltung von Niedervoltbatterie 7-2 und Widerstand RLVBatt ist als Ersatzschaltbild für alle Verbraucher der Niedervolt-Spannungsebene 2-2 eine Last 8-2 eingezeichnet, an welcher die Spannung URLV abfällt und an welcher die Leistung PLV umgesetzt wird.From the battery the current I HVBatt which divides into the current I RHV , which flows over the load 8-1 flows, and the current I WHV , which is in the voltage converter 3-1 flows. Between the voltage transformer 3-1 and ground is the voltage U WHV on the high-voltage side. Furthermore, the voltage converter takes 3-1 the power P WHV on the high-voltage side. On the low-voltage side there is the voltage converter 3-1 the power P WLV off. The voltage is between the voltage transformer 3-1 and mass. The voltage converter 3-1 provides a current I WLV on the low voltage side, which is in the low voltage level 2-2 flows. The low voltage voltage level 2-2 has a low-voltage battery 7-2 on, whose internal resistance as with the low-voltage battery 7-2 in series resistor R LVBatt is shown, at which the power P RLV is consumed. Parallel to the series connection of low-voltage battery 7-2 and Resistor R LVBatt is an equivalent circuit diagram for all consumers of the low voltage voltage level 2-2 a burden 8-2 drawn at which the voltage U RLV drops and at which the power P LV is implemented.

Die Niedervoltbatterie 7-2 stellt die Spannung ULVBatt bereit. Über den Widerstand RLVBatt fällt die Spannung URLVBAtt ab. Aus der Niedervoltbatterie ULVBatt fließt ein Strom ILVBatt welcher gemeinsam mit dem Strom IWLV aus dem Spannungswandler 3-1 in die Last 8-2 fließt.The low-voltage battery 7-2 provides the voltage U LVBatt . The voltage U RLVBAtt drops via the resistor R LVBatt . From the low-voltage battery U LVBatt flows a current I LVBatt which together with the current I WLV from the voltage converter 3-1 in the load 8-2 flows.

Das Fahrzeugbordnetz in 4 ist eine mit Ersatzschaltbildern ausgebildete Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugbordnetzes 1. Basierend auf dieser Darstellung des Fahrzeugbordnetzes 1 kann z. B. die oben genannte Formel zur Verlustberechnung abgeleitet werden.The vehicle electrical system in 4 is formed with equivalent circuits representation of a vehicle electrical system according to the invention 1 , Based on this representation of the vehicle electrical system 1 can z. B. the above formula for loss calculation are derived.

5 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugbordnetzes 1. 5 shows a block diagram of another embodiment of a vehicle electrical system according to the invention 1 ,

Das Fahrzeugbordnetz 1 der 5 weist drei Spannungsebenen 2-12-3 auf, eine Hochvolt-Spannungsebene 2-1, eine Niedervolt-Spannungsebene 2-2 und dazwischen angeordnet eine Mittelvolt-Spannungsebene 2-3.The vehicle electrical system 1 of the 5 has three voltage levels 2-1 - 2-3 on, a high voltage voltage level 2-1 , a low voltage voltage level 2-2 and interposed therebetween a midvoltage voltage level 2-3 ,

Ein erster Spannungswandler 3-1 koppelt die Mittelvolt-Spannungsebene 2-3 mit der Niedervolt-Spannungsebene 2-2. Ein zweiter Spannungswandler 3-2 koppelt die Hochvolt-Spannungsebene 2-1 mit der Mittelvolt-Spannungsebene 2-3.A first voltage transformer 3-1 couples the midvolt voltage level 2-3 with the low-voltage level 2-2 , A second voltage converter 3-2 couples the high voltage voltage level 2-1 with the midvolt voltage level 2-3 ,

Jede der Spannungsebenen 2-12-3 weist jeweils eine Spannungsquelle 7-17-3, z. B. eine Batterie 7-17-3, und eine Last 8-18-3 auf.Each of the voltage levels 2-1 - 2-3 each has a voltage source 7-1 - 7-3 , z. B. a battery 7-1 - 7-3 , and a burden 8-1 - 8-3 on.

In 5 sind die Spannungsebenen 2-12-3 in Serie angeordnet, d. h. Energie wird von der Hochvolt-Spannungsebene 2-1 über die Mittelvolt-Spannungsebene 2-3 in die Niedervolt-Spannungsebene 2-2 übertragen oder umgekehrt. Eine direkte Übertragung von Energie zwischen der Hochvolt-Spannungsebene 2-1 und der Niedervolt-Spannungsebene 2-2 ist nicht vorgesehen.In 5 are the voltage levels 2-1 - 2-3 arranged in series, ie energy is from the high voltage voltage level 2-1 via the medium-voltage level 2-3 in the low-voltage level 2-2 transferred or vice versa. A direct transfer of energy between the high voltage voltage level 2-1 and the low voltage voltage level 2-2 is not scheduled.

6 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugbordnetzes 1. 6 shows a block diagram of another embodiment of a vehicle electrical system according to the invention 1 ,

Das Fahrzeugbordnetz 1 der 6 weist ebenfalls drei Spannungsebenen 2-12-3 auf, eine Hochvolt-Spannungsebene 2-1, eine Niedervolt-Spannungsebene 2-2 und eine Mittelvolt-Spannungsebene 2-3.The vehicle electrical system 1 of the 6 also has three voltage levels 2-1 - 2-3 on, a high voltage voltage level 2-1 , a low voltage voltage level 2-2 and a midvoltage voltage level 2-3 ,

Im Gegensatz zu dem Fahrzeugbornetz 1 der 5 sind die Niedervolt-Spannungsebene 2-2 und die Mittelvolt-Spannungsebene 2-3 aber nicht in Serie mit der Hochvolt-Spannungsebene 2-1 gekoppelt. Vielmehr sind die Niedervolt-Spannungsebene 2-2 und die Hochvolt-Spannungsebene 2-1 miteinander gekoppelt, wie in 4 dargestellt. Parallel zu der Niedervolt-Spannungsebene 2-2 ist die Mittelvolt-Spannungsebene 2-3 über den Spannungswandler 3-2 direkt mit der Hochvolt-Spannungsebene 2-1 gekoppelt.In contrast to the vehicle Bornetz 1 of the 5 are the low voltage voltage level 2-2 and the midvoltage voltage level 2-3 but not in series with the high voltage voltage level 2-1 coupled. Rather, the low-voltage level 2-2 and the high voltage voltage level 2-1 coupled together, as in 4 shown. Parallel to the low voltage level 2-2 is the mid-voltage level 2-3 over the voltage converter 3-2 directly with the high voltage voltage level 2-1 coupled.

7 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Verluste in einem Fahrzeugbordnetz 1. 7 shows a diagram illustrating the losses in a vehicle electrical system 1 ,

In dem Diagramm sind die Gesamtverluste in einem Fahrzeugbordnetz 1 für unterschiedliche Lasten und unterschiedliche Verhältnisse zwischen Spannungswandlerleistung und Last in dem Fahrzeugbordnetz 1 bei einer Leistung des Hochvoltbordnetzes von 10 kW, einer Temperatur von 293 K und einem SOC der Fahrzeugbatterie von 0.5 dargestellt.The diagram shows the total losses in a vehicle electrical system 1 for different loads and different ratios between voltage converter power and load in the vehicle electrical system 1 shown at a power of the high-voltage vehicle electrical system of 10 kW, a temperature of 293 K and a SOC of the vehicle battery of 0.5.

Die Ordinatenachse des Diagramms zeigt die Gesamtverluste in Watt. Die Abszissenachse des Diagramms zeigt das Verhältnis von Wandlerleistung PW zu Bordnetzlast PBL. Schließlich zeigt die Applikantenachse die Bordnetzlast PLV des Niedervoltbordnetzes.The ordinate axis of the graph shows the total losses in watts. The abscissa axis of the diagram shows the ratio of converter power P W to vehicle electrical system load P BL . Finally, the Applikantenachse shows the on-board network load P LV of the low-voltage vehicle electrical system.

Es ist in 7 deutlich zu erkennen, dass die Verluste am größten sind, wenn die Last sehr hoch ist und das Verhältnis zwischen Spannungswandlerleistung und Last in dem Fahrzeugbordnetz 1 sehr groß ist. Es ist in 7 auch deutlich zu erkennen, dass die Verlustleistung bei niedrigen Leistungen aber annähernd konstant ist. D. h. dass die Verluste in Relation zu der Leistung bei niedrigeren Leistungen stärker ins Gewicht fallen.It is in 7 clearly recognize that the losses are greatest when the load is very high and the ratio between the voltage converter power and load in the vehicle electrical system 1 is very big. It is in 7 It can also be clearly seen that the power loss at low power is almost constant. Ie. that the losses in relation to the performance at lower power more significant.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, solche nachteiligen Betriebszustände des Bordnetzes zu vermeiden.The present invention makes it possible to avoid such adverse operating conditions of the electrical system.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways. In particular, the invention can be varied or modified in many ways without deviating from the gist of the invention.

Claims (9)

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugbordnetzes (1) mit mindestens zwei Spannungsebenen (2-12-3), welche unterschiedliche Nennspannungen aufweisen, und mindestens einem Spannungswandler (3-13-2), welcher zwischen den Spannungsebenen (2-12-3) angeordnet ist, mit den Schritten: Erfassen (S1) der elektrischen Leistungen in dem mindestens einen Spannungswandler (3-13-2) und/oder den Spannungsebenen (2-12-3); Berechnen (S2) eines optimalen Betriebspunktes für den mindestens einen Spannungswandler (3-13-2) zumindest basierend auf den erfassten elektrischen Leistungen; Ansteuern (S3) des mindestens einen Spannungswandlers (3-13-2) derart, dass dieser in dem optimalen Betriebspunkt betrieben wird; wobei bei einem Betrieb des mindestens einen Spannungswandlers (3-13-2) in dem optimalen Betriebspunkt die elektrischen Verluste in dem Fahrzeugbordnetz (1) minimiert werden.Method for operating a vehicle electrical system ( 1 ) with at least two voltage levels ( 2-1 - 2-3 ), which have different nominal voltages, and at least one voltage transformer ( 3-1 - 3-2 ), which between the voltage levels ( 2-1 - 2-3 ), comprising the steps of: detecting (S1) the electrical powers in the at least one voltage converter ( 3-1 - 3-2 ) and / or the voltage levels ( 2-1 - 2-3 ); Calculating (S2) an optimum operating point for the at least one voltage converter ( 3-1 - 3-2 ) based at least on the detected electrical power; Driving (S3) of the at least one voltage converter ( 3-1 - 3-2 ) such that it is operated at the optimum operating point; wherein during operation of the at least one voltage converter ( 3-1 - 3-2 ) at the optimum operating point the electrical losses in the vehicle electrical system ( 1 ) are minimized. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Berechnen eines optimalen Betriebspunktes vorgebbare Rahmenbedingungen (4) berücksichtigt werden.A method according to claim 1, characterized in that when calculating an optimal operating point specifiable framework conditions ( 4 ). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbaren Rahmenbedingungen (4) einen minimalen und/oder einen maximalen Ladezustand mindestens eines Energiespeichers (7-17-3) mindestens einer der Spannungsebenen (2-12-3) aufweisen; und/oder dass die vorgebbaren Rahmenbedingungen (4) eine minimale und/oder eine maximale Spannung mindestens einer der Spannungsebenen (2-12-3) aufweisen; und/oder dass die vorgebbaren Rahmenbedingungen (4) eine minimale und/oder eine maximale Anzahl an Lade- und Entladezyklen und/oder einen maximalen Lade- und Entladestrom für mindestens einen Energiespeicher mindestens einer der Spannungsebenen (2-12-3) aufweisen; und/oder dass die vorgebbaren Rahmenbedingungen (4) eine prädizierte Fahrleistung und/oder eine prädizierte Fahrdauer aufweisen; und/oder dass die vorgebbaren Rahmenbedingungen (4) eine prädizierte Rekuperationsleistung in mindestens einer der Spannungsebenen (2-12-3) aufweisen; und/oder dass die vorgebbaren Rahmenbedingungen (4) einen tatsächlichen oder prädizierten Verbrauch elektrischer Leistung mindestens eines Verbrauchers in mindestens einer der Spannungsebenen (2-12-3) aufweisen.Method according to Claim 2, characterized in that the predefinable framework conditions ( 4 ) a minimum and / or maximum state of charge of at least one energy store ( 7-1 - 7-3 ) at least one of the voltage levels ( 2-1 - 2-3 ) exhibit; and / or that the specifiable framework conditions ( 4 ) a minimum and / or a maximum voltage of at least one of the voltage levels ( 2-1 - 2-3 ) exhibit; and / or that the specifiable framework conditions ( 4 ) a minimum and / or a maximum number of charge and discharge cycles and / or a maximum charge and discharge current for at least one energy store of at least one of the voltage levels ( 2-1 - 2-3 ) exhibit; and / or that the specifiable framework conditions ( 4 ) have a predicted driving performance and / or a predicted driving time; and / or that the specifiable framework conditions ( 4 ) a predicated recuperation power in at least one of the voltage levels ( 2-1 - 2-3 ) exhibit; and / or that the specifiable framework conditions ( 4 ) an actual or predicted consumption of electrical power of at least one consumer in at least one of the voltage levels ( 2-1 - 2-3 ) exhibit. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das beim Berechnen eines optimalen Betriebspunktes ferner elektrische Energiemengen von Energiespeichern (7-17-3) der Spannungsebenen (2-12-3) und/oder von einem Spannungswandler (3-13-2) in eine Spannungsebene übertragene Energie mit spezifischen Energiekosten belegt werden und die spezifischen Energiekosten für eine Versorgung der Spannungsebenen (2-12-3) mit elektrischer Energie minimiert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when calculating an optimum operating point further electrical energy quantities of energy storage ( 7-1 - 7-3 ) of the voltage levels ( 2-1 - 2-3 ) and / or from a voltage converter ( 3-1 - 3-2 ) energy transferred to a voltage level can be assigned specific energy costs and the specific energy costs for supplying the voltage levels ( 2-1 - 2-3 ) are minimized with electrical energy. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein optimaler Betriebspunkt für zwei Spannungswandler (3-13-2) berechnet wird, wobei einer der Spannungswandler (3-13-2) zwischen einer Hochvolt-Spannungsebene (2-1) und einer Mittelvolt-Spannungsebene (2-3) angeordnet ist und einer der Spannungswandler (3-13-2) zwischen der Mittelvolt-Spannungsebene (2-3) und einer Niedervolt-Spannungsebene (2-2) angeordnet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an optimum operating point for two voltage transformers ( 3-1 - 3-2 ), one of the voltage transformers ( 3-1 - 3-2 ) between a high voltage voltage level ( 2-1 ) and a midvoltage voltage level ( 2-3 ) and one of the voltage transformers ( 3-1 - 3-2 ) between the mid-voltage level ( 2-3 ) and a low-voltage level ( 2-2 ) is arranged. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optimale Betriebspunkt für einen Betrieb des Fahrzeugbordnetzes (1) für einen vorgegebenen Zeitraum berechnet wird; und der mindestens eine Spannungswandler (3-13-2) in dem vorgegebenen Zeitraum basierend auf dem berechneten optimalen Betriebspunkt gesteuert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optimum operating point for operation of the vehicle electrical system ( 1 ) is calculated for a given period of time; and the at least one voltage converter ( 3-1 - 3-2 ) is controlled in the predetermined period based on the calculated optimum operating point. Fahrzeugbordnetz (1), mit mindestens zwei Spannungsebenen (2-12-3), welche unterschiedliche Nennspannungen aufweisen; und mindestens einem Spannungswandler (3-13-2), welcher zwischen den Spannungsebenen (2-12-3) angeordnet ist; und einer Steuereinrichtung (5), welche dazu ausgebildet ist, den Spannungswandler (3-13-2) basierend auf einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zu steuern. Vehicle electrical system ( 1 ), with at least two voltage levels ( 2-1 - 2-3 ), which have different nominal voltages; and at least one voltage transformer ( 3-1 - 3-2 ), which between the voltage levels ( 2-1 - 2-3 ) is arranged; and a control device ( 5 ), which is adapted to the voltage converter ( 3-1 - 3-2 ) based on a method according to one of claims 1 to 6. Fahrzeugbordnetz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugbordnetz (1) eine Hochvolt-Spannungsebene (2-1) und eine Niedervolt-Spannungsebene (2-2) und einen zwischen der Hochvolt-Spannungsebene (2-1) und der Niedervolt-Spannungsebene (2-2) angeordneten Spannungswandler (3-13-2) aufweist.Vehicle electrical system according to claim 7, characterized in that the vehicle electrical system ( 1 ) a high voltage voltage level ( 2-1 ) and a low voltage voltage level ( 2-2 ) and one between the high voltage voltage level ( 2-1 ) and the low-voltage level ( 2-2 ) arranged voltage transformer ( 3-1 - 3-2 ) having. Fahrzeugbordnetz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugbordnetz (1) eine Hochvolt-Spannungsebene (2-1), eine Mittelvolt-Spannungsebene (2-3) und eine Niedervolt-Spannungsebene (2-2) aufweist; wobei ein erster Spannungswandler (3-13-2) zwischen der Hochvolt-Spannungsebene (2-1) und der Mittelvolt-Spannungsebene (2-3) angeordnet ist und ein zweiter Spannungswandler (3-13-2) zwischen der Mittelvolt-Spannungsebene (2-3) und der Niedervolt-Spannungsebene (2-2) angeordnet ist; oder wobei ein erster Spannungswandler (3-13-2) zwischen der Hochvolt-Spannungsebene (2-1) und der Mittelvolt-Spannungsebene (2-3) angeordnet ist und ein zweiter Spannungswandler (3-13-2) zwischen der Hochvolt-Spannungsebene (2-1) und der Niedervolt-Spannungsebene (2-2) angeordnet ist.Vehicle electrical system according to claim 8, characterized in that the vehicle electrical system ( 1 ) a high voltage voltage level ( 2-1 ), a midvoltage voltage level ( 2-3 ) and a low voltage voltage level ( 2-2 ) having; wherein a first voltage converter ( 3-1 - 3-2 ) between the high voltage voltage level ( 2-1 ) and the medium-voltage level ( 2-3 ) is arranged and a second voltage converter ( 3-1 - 3-2 ) between the mid-voltage level ( 2-3 ) and the low-voltage level ( 2-2 ) is arranged; or wherein a first voltage converter ( 3-1 - 3-2 ) between the high voltage voltage level ( 2-1 ) and the medium-voltage level ( 2-3 ) is arranged and a second voltage converter ( 3-1 - 3-2 ) between the high voltage voltage level ( 2-1 ) and the low-voltage level ( 2-2 ) is arranged.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017212469A1 (en) * 2017-07-20 2019-01-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Control unit and method for stabilizing an energy supply network
DE102017215121A1 (en) * 2017-08-30 2019-02-28 Continental Automotive Gmbh Method for determining the efficiency of a DC-DC converter
DE102021205851A1 (en) 2021-06-10 2022-12-15 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method for operating an on-board network
DE102022210189A1 (en) 2022-09-27 2024-03-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung DC-DC converter, electric vehicle and method for operating a DC-DC converter
DE102022210190A1 (en) 2022-09-27 2024-03-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung DC-DC converter, electric vehicle and method for operating a DC-DC converter

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4437876A1 (en) * 1993-10-30 1995-05-04 Volkswagen Ag Method for operating the electrical power supply in an electric vehicle
JPH11341601A (en) * 1998-05-28 1999-12-10 Nissan Motor Co Ltd Feeding system for dc/dc converter
DE19846319C1 (en) * 1998-10-08 2000-02-17 Daimler Chrysler Ag Energy supply circuit for automobile electrical network, uses multi-level controller with input/output terminals coupled to respective voltage supply paths for HV and LV loads and back-up storage battery
US6154381A (en) * 1999-06-30 2000-11-28 General Motors Corporation High efficiency power system with plural parallel DC/DC converters
DE10102243A1 (en) * 2001-01-19 2002-10-17 Xcellsis Gmbh Device for generating and distributing electrical energy to consumers in a vehicle
DE102004013243A1 (en) * 2004-03-18 2005-10-06 Robert Bosch Gmbh Method and device for improving the efficiency of parallel-connected DC-DC converters
US20100133025A1 (en) * 2009-11-05 2010-06-03 Ise Corporation Expandable Energy Storage Control System Architecture
JP2010136495A (en) * 2008-12-03 2010-06-17 Omron Corp Device, method, and program for charge control
DE102009048821A1 (en) * 2009-10-09 2011-04-14 Conti Temic Microelectronic Gmbh Method for determining range of vehicle, particularly electric vehicle, involves considering parameter during determination of range, which is obtained from information relating to scheduled or actually traveled driving route
JP2012244748A (en) * 2011-05-19 2012-12-10 Toyota Motor Corp Power conversion controller
DE102012209101A1 (en) * 2011-05-30 2013-05-29 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Control device for electrically driven vehicle

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4437876A1 (en) * 1993-10-30 1995-05-04 Volkswagen Ag Method for operating the electrical power supply in an electric vehicle
JPH11341601A (en) * 1998-05-28 1999-12-10 Nissan Motor Co Ltd Feeding system for dc/dc converter
DE19846319C1 (en) * 1998-10-08 2000-02-17 Daimler Chrysler Ag Energy supply circuit for automobile electrical network, uses multi-level controller with input/output terminals coupled to respective voltage supply paths for HV and LV loads and back-up storage battery
US6154381A (en) * 1999-06-30 2000-11-28 General Motors Corporation High efficiency power system with plural parallel DC/DC converters
DE10102243A1 (en) * 2001-01-19 2002-10-17 Xcellsis Gmbh Device for generating and distributing electrical energy to consumers in a vehicle
DE102004013243A1 (en) * 2004-03-18 2005-10-06 Robert Bosch Gmbh Method and device for improving the efficiency of parallel-connected DC-DC converters
JP2010136495A (en) * 2008-12-03 2010-06-17 Omron Corp Device, method, and program for charge control
DE102009048821A1 (en) * 2009-10-09 2011-04-14 Conti Temic Microelectronic Gmbh Method for determining range of vehicle, particularly electric vehicle, involves considering parameter during determination of range, which is obtained from information relating to scheduled or actually traveled driving route
US20100133025A1 (en) * 2009-11-05 2010-06-03 Ise Corporation Expandable Energy Storage Control System Architecture
JP2012244748A (en) * 2011-05-19 2012-12-10 Toyota Motor Corp Power conversion controller
DE102012209101A1 (en) * 2011-05-30 2013-05-29 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Control device for electrically driven vehicle

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017212469A1 (en) * 2017-07-20 2019-01-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Control unit and method for stabilizing an energy supply network
DE102017215121A1 (en) * 2017-08-30 2019-02-28 Continental Automotive Gmbh Method for determining the efficiency of a DC-DC converter
DE102017215121B4 (en) 2017-08-30 2024-01-11 Vitesco Technologies GmbH Method for determining the efficiency of a DC-DC converter
DE102021205851A1 (en) 2021-06-10 2022-12-15 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method for operating an on-board network
DE102022210189A1 (en) 2022-09-27 2024-03-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung DC-DC converter, electric vehicle and method for operating a DC-DC converter
DE102022210190A1 (en) 2022-09-27 2024-03-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung DC-DC converter, electric vehicle and method for operating a DC-DC converter
WO2024068075A1 (en) 2022-09-27 2024-04-04 Robert Bosch Gmbh Dc voltage converter, electric vehicle and method for operating a dc voltage converter
WO2024068066A1 (en) 2022-09-27 2024-04-04 Robert Bosch Gmbh Dc/dc converter, electric vehicle and method for operating a dc/dc converter

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