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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Kopplung bzw. zur Entkopplung einer Batterie und eines Fahrzeugbordnetzes.
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Die Bordnetzspannung in einem 12V Bordnetz kann erhöht werden, um bei gleichbleibender Leistung die Bordnetzströme in dem Bordnetz zu reduzieren. Bei einer Erhöhung der Bordnetzspannung jenseits von einer temperaturabhängigen Ladeendspannung einer an dem Bordnetz angeschlossenen Batterie besteht die Gefahr, dass die Batterie (insbesondere bei relativ hohen Umgebungstemperaturen der Batterie) geschädigt wird.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, die Batterie eines Fahrzeugs in Kosteneffizienter Weise vor überhöhten Bordnetzspannungen zu schützen und/oder in Kosteneffizienter Weise rekuperierte elektrische Energie in der Batterie aufzunehmen.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Steuereinheit zur Steuerung einer Schalteinheit beschrieben. Die Schalteinheit ist eingerichtet ist, einen Energiespeicher und ein Bordnetz eines Fahrzeugs miteinander zu koppeln bzw. voneinander zu entkoppeln. Insbesondere kann die Schalteinheit eine galvanische Kopplung bzw. Entkopplung zwischen Energiespeicher und Bordnetz bewirken. Die Schalteinheit kann z.B. einen Transistor (z.B. einen metal oxide semiconductor, MOS, Transistor) oder ein Relais umfassen. In einem geschlossenen Zustand des Transistors/Relais kann der Energiespeicher (galvanisch) mit dem Bordnetz gekoppelt sein. Andererseits kann in einem offenen Zustand des Transistors der Energiespeicher (galvanisch) von dem Bordnetz entkoppelt sein.
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Der Energiespeicher kann einen wiederaufladbaren Bleiakkumulator umfassen oder einem solchen entsprechen. Das Bordnetz kann ein 12V Bordnetz umfassen oder einem solchen entsprechen. Mit anderen Worten, eine Bordnetzspannung des Bordnetzes kann bei ca. 12V liegen.
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Das Bordnetz kann einen Generator umfassen, der eingerichtet ist, kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zu rekuperieren. Insbesondere kann durch den Generator ein Bremsmoment bewirkt werden, durch den das Fahrzeug verzögert wird. Das von dem Generator bewirkte Bremsmoment kann bewirkt werden, weil der Fahrer des Fahrzeugs eine Verzögerung des Fahrzeugs angefordert hat (z.B. durch Betätigung eines Bremspedals des Fahrzeugs). Die durch den Generator rekuperierte elektrische Energie kann dazu insbesondere durch ein Schleppmoment eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs bewirkt werden.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, einen Ladezustand des Energiespeichers zu ermitteln. Der Ladezustand kann insbesondere einen State-of-Charge (SOC) des Energiespeichers umfassen oder einem SOC des Energiespeichers entsprechen. Die Steuereinheit kann dann eingerichtet sein, die Schalteinheit in Abhängigkeit von dem ermittelten Ladezustand des Energiespeichers anzusteuern.
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Die Steuereinheit kann weiter eingerichtet sein, zu ermitteln, ob der Generator elektrische Energie rekuperiert (z.B. in Reaktion auf das Betätigen eines Bremspedals durch den Fahrer des Fahrzeugs und/oder weil der Generator durch ein Schleppmoment des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs angetrieben wird), oder ob der elektrische Generator keine elektrische Energie rekuperiert (sondern z.B. durch ein Antriebsmoment des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs angetrieben wird). Die Steuereinheit kann dann eingerichtet sein, die Schalteinheit (auch) in Abhängigkeit davon anzusteuern, ob der Generator elektrische Energie rekuperiert oder nicht.
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Die Steuereinheit kann z.B. gewährleisten, dass in dem Energiespeicher eine verbleibende Restkapazität vorgehalten wird, um den Energiespeicher dazu verwenden zu können, rekuperierte elektrische Energie zu speichern. So kann der Energieverbrauch des Fahrzeugs in effizienter Weise reduziert werden. Desweiteren kann durch die Schalteinheit in effizienter Weise gewährleistet werden, dass der Energiespeicher vor Überladen und/oder vor einer überhöhten Bordnetzspannung geschützt wird.
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Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die Schalteinheit zu veranlassen, den Energiespeicher von dem Bordnetz zu entkoppeln, wenn der Ladezustand gleich wie oder größer als ein vordefinierter Reserve-Ladezustands-Schwellenwert ist (z.B. ein vordefinierter SOC-Schwellenwert). Der Reserve-Ladezustands-Schwellenwert kann dazu verwendet werden, eine verbleibende Restkapazität des Energiespeichers für rekuperierte elektrische Energie vorzuhalten. Die Steuereinheit kann diesbzgl. weiter eingerichtet sein, die Schalteinheit zu veranlassen, den Energiespeicher nur dann von dem Bordnetz zu entkoppeln, wenn gleichzeitig ermittelt wird, dass der Generator keine elektrische Energie rekuperiert. Wenn elektrische Energie durch den Generator rekuperiert wird, so kann der Energiespeicher weiter mit dem Bordnetz gekoppelt bleiben (auch wenn der Reserve-Ladezustands-Schwellenwert überschritten wird), um die rekuperierte elektrische Energie aufzunehmen.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Schalteinheit zu veranlassen, den Energiespeicher mit dem Bordnetz zu koppeln, wenn ermittelt wird, dass der Generator elektrische Energie rekuperiert. So kann die rekuperierte elektrische Energie in dem Energiespeicher gespeichert werden. Die Kopplung zwischen Bordnetz und Energiespeicher kann ggf. nur dann erfolgen, wenn ermittelt wird, dass der Ladezustand kleiner als ein vordefinierter Maximal-Ladezustands-Schwellenwert (z.B. ein maximal möglicher SOC) ist. So kann ein Überladen des Energiespeichers vermieden werden.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Höhe der Bordnetzspannung im Bordnetz zu ermitteln. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die Schalteinheit zu veranlassen, den Energiespeicher von dem Bordnetz zu entkoppeln, wenn die Bordnetzspannung größer als oder gleich wie eine Ladeendspannung des Energiespeichers ist. Die Ladeendspannung kann derart sein, dass der Energiespeicher für Spannungen oberhalb der Ladeendspannung ggf. geschädigt wird. Die Ladeendspannung kann beispielsweise einer maximal zulässigen Spannung an dem Energiespeicher entsprechen. Die Steuereinheit kann somit eingerichtet sein, den Energiespeicher vor überhöhten Bordnetzspannungen zu schützen.
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Die Ladeendspannung des Energiespeichers ist typischerweise größer als eine Nennspannung des Energiespeichers. Dabei ist die Nennspannung typischerweise derart definiert, dass bei Spannungen größer als die Nennspannung, der Energiespeicher geladen wird, und/oder dass bei Spannungen kleiner als die Nennspannung, der Energiespeicher entladen wird. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, eine Temperatur des Energiespeichers zu ermitteln. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, eine Höhe der Ladeendspannung und/oder eine Höhe der Nennspannung in Abhängigkeit von der Temperatur zu bestimmen. Somit kann gewährleistet werden, dass der Energiespeicher in zuverlässiger Weise vor einer überhöhten Bordnetzspannung geschützt wird.
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Das Bordnetz kann einen Starter zum Starten eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs umfassen. Desweiteren kann die Schalteinheit einen Leistungs-Transistor und einen Steuer-Transistor umfassen, die parallel zueinander angeordnet sind. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, den Leistungs-Transistor zu schließen, um elektrische Energie aus dem Energiespeicher für den Starter bereitzustellen. Insbesondere kann der Leistungs-Transistor ggf. nur für die Aktivierung des Starters verwendet werden. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, den Steuer-Transistor in Abhängigkeit von dem Ladezustand des Energiespeichers und/oder in Abhängigkeit davon, ob der Generator elektrische Energie rekuperiert, anzusteuern. Der Steuer-Transistor kann somit während des Betriebs des Fahrzeugs verwendet werden.
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Der Leistungs-Transistor kann eine Größe und/oder eine Leistungsfähigkeit aufweisen, die größer ist als die Größe bzw. Leistungsfähigkeit des Steuer-Transistors. Durch die parallele Anordnung von Leistungs-Transistor und Steuer-Transistor kann somit eine Schalteinheit bereitgestellt werden, die eine hohe Leistungsfähigkeit für den Startstrom und geringe Verluste für den Betrieb des Fahrzeugs aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinheit zur Steuerung einer Schalteinheit beschrieben. Die Steuereinheit kann ein oder mehrere der o.g. Merkmale einer Steuereinheit aufweisen. Die Schalteinheit ist eingerichtet, einen Energiespeicher und ein Bordnetz eines Fahrzeugs zu koppeln bzw. zu entkoppeln. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Höhe einer Bordnetzspannung im Bordnetz zu ermitteln. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die Schalteinheit zu veranlassen, den Energiespeicher von dem Bordnetz zu entkoppeln, wenn die Bordnetzspannung größer als oder gleich wie eine Ladeendspannung des Energiespeichers ist. Die Steuereinheit kann somit eingerichtet sein, den Energiespeicher in kosteneffizienter Weise vor einer überhöhten Bordnetzspannung zu schützen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, das das in diesem Dokument beschriebene Bordnetz und die beschriebene Speichereinheit umfasst. Desweiteren umfasst das Fahrzeug die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren beschrieben, das Merkmale umfasst, die den Merkmalen der in diesem Dokument beschriebenen Steuereinheit entsprechen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch ein in diesem Dokument beschriebenes Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch ein in diesem Dokument beschriebenes Verfahren auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigt
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1 ein Blockdiagramm von beispielhaften Komponenten eines Fahrzeugs;
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2 einen beispielhaften Verlauf der Bordnetzspannung eines Fahrzeugbordnetzes;
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3 einen beispielhaften Verlauf des State-of-Charge (SOC) einer Fahrzeugbatterie; und
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4 beispielhafte Ausführungen einer Schalteinheit zwischen Bordnetz und Fahrzeugbatterie.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument damit, eine Fahrzeugbatterie (insbesondere einen Bleiakkumulator) in Kosteneffizienter Weise mit einem Bordnetz zu koppeln bzw. von dem Bordnetz zu entkoppeln, um die Batterie vor überhöhten Bordnetzspannungen zu schützen und/oder um rekuperierte elektrische Energie in der Batterie aufnehmen zu können. Eine Möglichkeit, um eine Fahrzeugbatterie mit einem Bordnetz zu koppeln, ist die Verwendung eines bi-direktionalen Spannungswandlers (auch als DC-DC Wandler bezeichnet), der eingerichtet ist, eine Bordnetzspannung in eine Batteriespannung zu wandeln. Die Verwendung eines derartigen Spannungswandlers ist jedoch mit hohen Kosten verbunden. Insbesondere müssen derartige Wandler für relativ hohe Ströme ausgelegt werden, um eine Ladung der Batterie nicht zu verzögern, beziehungsweise um im umgekehrten Betriebsfall die relativ hohen Ströme für den Starter eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs bereitzustellen. Diese Anforderungen führen zu hohen Kosten für einen Spannungswandler zwischen Batterie und Bordnetz.
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In diesem Dokument wird vorgeschlagen, eine Fahrzeugbatterie über eine Schalteinheit (z.B. über einen Schalter) mit dem Bordnetz des Fahrzeugs zu koppeln. Die Schalteinheit kann derart angesteuert werden, dass kein Spannungswandler zwischen Batterie und Bordnetz erforderlich ist. Die Verwendung einer Schalteinheit zwischen Batterie und Bordnetz ist beispielhaft in 1 dargestellt. Der Energiespeicher 102 (der z.B. eine wiederaufladbare Batterie, insbesondere einen Bleiakkumulator, umfasst) ist über die Schalteinheit 103 mit dem Fahrzeugbordnetz 100 gekoppelt. Das Bordnetz 100 umfasst ein oder mehrere elektrische Verbraucher 104, einen Starter 105 für einen Verbrennungsmotor des Fahrzeugs und einen Generator 106 (z.B. eine Lichtmaschine) zur Erzeugung von elektrischer Energie aus kinetischer Energie des Fahrzeugs.
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Die Schalteinheit 103 wird anhand einer Steuereinheit 101 gesteuert. Insbesondere kann die Steuereinheit 101 (z.B. mittels eines Pulsweiten modulierten (PWM) Signals und/oder mittels eines Ein/Aus-Signals) die Schalteinheit 103 veranlassen, den Energiespeicher 102 von dem Bordnetz 100 zu entkoppeln und/oder den Energiespeicher 102 mit dem Bordnetz 100 zu koppeln. Bei einer Entkopplung von Energiespeicher 102 und Bordnetz 100 ist die Speicherspannung 110 (auch als Batteriespannung bezeichnet) an dem Energiespeicher 102 unabhängig von der Bordnetzspannung 200. Andererseits entspricht bei einer Kopplung von Energiespeicher 102 und Bordnetz 100 die Speicherspannung 110 der Bordnetzspannung 200 (ggf. bis auf einen typischerweise konstanten Spannungsabfall an der Schalteinheit 103).
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Die Schalteinheit 103 kann dazu verwendet werden, ein Überladen des Energiespeichers 102 und eine damit verbundene Beschädigung des Energiespeichers 102 zu verhindern. Insbesondere kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, die Höhe der Bordnetzspannung 200 zu ermitteln (z.B. mittels eines Spannungsmessers). Desweiteren kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, die Schalteinheit 103 zu veranlassen, den Energiespeicher 102 verlustarm von dem Bordnetz 100 zu entkoppeln, wenn eine überhöhte Bordnetzspannung 200 detektiert wird (z.B. eine Bordnetzspannung 200 die gleich wie oder größer als eine Batterieladeendspannung des Energiespeichers 102 ist).
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Die Erhöhung der Bordnetzspannung 200 kann z.B. durch den Generator 106 erfolgen. Dies kann z.B. in einem Normalbetrieb des Bordnetzes 100 erfolgen, um die Ströme im Bordnetz 100 und damit die Verluste im Bordnetz 100 zu reduzieren. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, die Bordnetzspannung 200 (durch den Generator 106) im Normalbetrieb und ohne Rekuperation absichtlich und dauerhaft wesentlich über der Ladeendspannung der Batterie 102 zu halten (bei abgekoppelter Batterie 102), insbesondere wenn die Batterie 102 bereits bis zu ihrem vordefinierten SOC geladen ist.
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Die Schalteinheit 103 kann z.B. ein Relais, ein Halbleiterrelais, einen MOSFET (metal oxide semiconducator field effect transistor), etc. umfassen bzw. einer solchen Komponente entsprechen. Ein MOSFET als Schaltelement ist besonders vorteilhaft, da ein MOSFET relativ kostengünstig ist, schnell und leistungsarm geschaltet werden kann und ggf. durch eine PWM-Ansteuerung angesteuert werden kann, die erweiterte Betriebsstrategien zulässt. Desweiteren weist ein MOSFET im leitenden Zustand einen relativ geringen Widerstand auf, so dass Verluste durch die Schalteinheit 103 gering gehalten werden können. Außerdem weist ein MOSFET typischerweise eine integrierte „Freilaufdiode" (auch als „inverse diode“ oder „body diode“ bezeichnet) auf, die bei entsprechender Anordnung des MOSFETs in der Schalteinheit 103 eine Rückfallebene bietet. Durch diese Rückfallebene kann der Energiespeicher 102 bei Ausfall der Steuerung 101 und/oder des Generators 106 automatisch mit dem Bordnetz 100 gekoppelt werden, und so das Bordnetz 100 weiter mit elektrischer Energie versorgen. Ein weiterer Aspekt in Bezug auf MOSFETs ist, dass ein MOSFET selbstleitend oder selbstsperrend ausgeführt werden kann, um bei Ausfall der Steuerung eine Notlauffunktion je nach Einsatzstrategie zu gewährleisten.
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Wie oben dargelegt, kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, die Schalteinheit 103 derart anzusteuern, dass ein Überladen des Energiespeichers 102 vermieden werden. Gemäß einer Betriebsstrategie für die Ansteuerung der Schalteinheit 103 kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, die Höhe der Bordnetzspannung 200 zu ermitteln (z.B. mittels eines Spannungsmessers). Die Steuereinheit 101 kann weiter eingerichtet sein, die Schalteinheit 103 leitend zu schalten, wenn die Bordnetzspannung kleiner ist als die Ladeendspannung des Energiespeichers 102. Die Ladeendspannung kann dabei temperaturabhängig sein. Desweiteren kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, die Schalteinheit 103 sperrend zu schalten (d.h. den Energiespeicher 102 von dem Bordnetz 100 zu entkoppeln), wenn die Bordnetzspannung größer ist als die Ladeendspannung des Energiespeichers 102.
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Die o.g. Betriebsstrategie ist beispielhaft in 2 veranschaulicht. 2 zeigt einen beispielhaften Verlauf 202 der Bordnetzspannung 200 über die Zeit 205. Desweiteren zeigt 2 die Ladeendspannung 201 des Energiespeichers 102. Außerdem zeigt 2 beispielhafte Zeitpunkte 206 zu denen die Schalteinheit 103 veranlasst wird, den Energiespeicher 102 von dem Bordnetz 100 zu entkoppeln, sowie beispielhafte Zeitpunkte 207 zu denen die Schalteinheit 103 veranlasst wird, den Energiespeicher 102 mit dem Bordnetz 100 zu koppeln.
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Die o.g. Betriebsstrategie zur Steuerung der Schalteinheit 103 kann angepasst werden, um eine Rekuperation von elektrischer Energie durch den Generator 106 des Bordnetzes 100 zu berücksichtigen.
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Um Energie rekuperieren und in dem Energiespeicher 102 speichern zu können, wird vorgeschlagen, in dem Energiespeicher 102 eine freie Restkapazität vorzuhalten. Das Vorhalten einer Restkapazität des Energiespeichers 102 zu Rekuperationszwecken kann durch eine geeignete Betriebsstrategie für die Schalteinheit 103 erreicht werden. Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, einen Ladezustand des Energiespeichers 102 zu ermitteln. Der Ladezustand kann z.B. den State-of-Charge (SOC) des Energiespeichers 102 umfassen. Die Steuereinheit 101 kann dann die Steuerung der Schalteinheit 103 in Abhängigkeit von dem ermittelten Ladezustand des Energiespeichers 102 durchführen.
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Eine beispielhafte Betriebsstrategie für die Schalteinheit 103, bei der der Ladezustand des Energiespeichers 102 berücksichtigt wird, ist in 3 veranschaulicht. 3 zeigt einen beispielhaften Verlauf 302 des SOCs 300 des Energiespeichers 102. Desweiteren zeigt 3 eine SOC-Schwellenwert 301, der dazu verwendet werden kann, eine vordefinierte Kapazität des Energiespeichers 102 für die Rekuperation von elektrischer Energie durch den Generator 106 vorzuhalten. Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, den SOC 300 des Energiespeichers 102 zu ermitteln und mit dem SOC-Schwellenwert 301 zu vergleichen. Desweiteren kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, die Schalteinheit 103 zu veranlassen, den Energiespeicher 102 von dem Bordnetz 101 (und insbesondere von dem Generator 106) zu entkoppeln, wenn der ermittelte SOC 300 größer ist als oder gleich ist wie der SOC-Schwellenwert 301 (Zeitpunkt 206).
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Die Steuereinheit 101 kann weiter eingerichtet sein, zu ermitteln, dass der Generator 106 Energie rekuperiert. Daraufhin kann die Steuereinheit 101 veranlassen, dass die Schalteinheit 103 das Bordnetz 101 (und insbesondere den Generator 106) mit dem Energiespeicher 102 koppelt, um die rekuperierte elektrische Energie in dem Energiespeicher 102 zu speichern. Dabei kann der SOC 300 über den SOC-Schwellenwert 301 hinausgehen (bis zu einem maximal möglichen SOC 300 des Energiespeichers 102).
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Zur Bereitstellung einer Restkapazität der Batterie 102 zur Aufnahme von elektrischer Energie bei Rekuperation kann bei Erreichen einer gewünschten Ladekapazität 301, die Batterie 102 durch die Schalteinheit 103 von dem Bordnetz 100 getrennt werden. Wenn erkannt wird, dass eine Rekuperation stattfindet, kann die Schalteinheit 103 leitend geschalten werden und die Batterie 102 ins Bordnetz 100 eingebunden werden, um die Batterie 102 mittels der vom Generator 106 bereitgestellten elektrischen Energie zu laden.
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3 zeigt auch einen beispielhaften Verlauf 202 der Bordnetzspannung 200, der dem SOC Verlauf 302 aus 3 entspricht. 3 zeigt die (temperaturabhängige) Batterienennspannung 211. Typischerweise wird der Energiespeicher 102 geladen, wenn die Batteriespannung 110 größer ist als die Batterienennspannung 211 (z.B. 12,8V). Andererseits führt eine Batteriespannung 110 kleiner als die Batterienennspannung 211 zu einem Entladen des Energiespeichers 102 (wenn der Energiespeicher 102 in das Bordnetz 100 eingebunden ist). Wie aus 3 ersichtlich, kann der Energiespeicher 102 durch die Schalteinheit 103 von dem Bordnetz 100 entkoppelt werden (Schaltzeitpunkt 206), auch wenn die Bordnetzspannung 200 nicht die Ladeendspannung 201 des Energiespeichers 102 erreicht oder überschritten hat. So kann eine Restkapazität in dem Energiespeicher 102 für Rekuperation vorgehalten werden. Zum Schaltzeitpunkt 207, wenn erkannt wird, dass der Generator 106 rekuperiert, kann die Schalteinheit 103 den Energiespeicher 102 wieder mit dem Bordnetz 100 verbinden, so dass der Energiespeicher 102 die rekuperierte elektrische Energie aufnehmen kann.
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Die Ansteuerung der Schalteinheit 103 kann passiv ausgeführt werden, so dass keine weiteren Komponenten erforderlich sind. In diesem Fall kann z.B. die Bordnetzspannung 200 über einen Komparator mit einer vorgegebenen Ladeendspannung 201 verglichen werden und die Schalteinheit 103 (z.B. der MOSFET) sperrend geschalten werden, wenn die Bordnetzspannung 200 größer als die Ladeendspannung 201 ist (siehe Betriebsstrategie in 2).
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Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit 101 als programmierbare Ansteuerlogik implementiert werden, in der die Betriebsstrategie hinterlegt ist. Die Schalteinheit 103 (insbesondere ein Schalter der Schalteinheit 103) kann durch die Ansteuerlogik ein oder ausgeschaltet werden, bzw. über ein PWM-Signal angesteuert werden, so dass sich noch weitere Funktionalitäten realisieren lassen. Beispielsweise lassen sich über ein PWM-Signal zur Steuerung der Schalteinheit 103 folgende Funktionen realisieren: Ausgleich von Momentanschwankungen der Spannung am Generator 106, Rekuperation, Batterieladestromsteuerung, Batterieabkopplung nach Erreichen des vorgegebenen SOC-Wertes, Wechsel auf eine andere Betriebsstrategie, Reduzierung der Zyklenzahl (Zyklisierungssteuerung) der Batterie 102, etc.
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4 zeigt beispielhafte Ausführungen einer Schalteinheit 103. Die Schalteinheit 103 kann mit oder ohne einer zusätzlichen Freilaufdiode 404 implementiert werden, wobei die Freilaufdiode 404 eingerichtet ist, den Energiespeicher 102 automatisch mit dem Bordnetz 100 zu verbinden, um das Bordnetz 100 im Bedarfsfall mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher 102 zu versorgen.
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4 zeigt eine beispielhafte Schalteinheit 103, die einen MOS Transistor 403 mit einer optionalen Freilaufdiode 404 umfasst. Alternativ oder ergänzend zu einer Freilaufdiode 404 kann auch eine „inverse diode“ des MOS Transistors 403 verwendet werden.
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Bei Ausfall des Generators 106 im Bordnetz 100 und/oder bei Einbruch der Bordnetzspannung 200 kann das Bordnetz 100 ohne weiteren Steuereingriff durch die in dem Energiespeicher 102 gespeicherte elektrische Energie versorgt werden (über die „inverse diode“ des MOS Transistors 403 und/oder über eine Freilaufdiode 404). Desweiteren kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, einen Einbruch der Bordnetzspannung 200 zu detektieren, und daraufhin zu veranlassen, dass die Schalteinheit 103 leitend geschaltet wird.
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Um die relativ hohen Startströme für den Starter 105 des Bordnetzes 100 bereitstellen zu können, kann die Schalteinheit 103 einen Leistungs-Transistor 414 und einen (relativ zum Transistor 414 kleiner dimensionierten) Steuer-Transistor 413 umfassen, die parallel zueinander angeordnet sind. Der Leistungs-Transistor 414 kann durch ein Ein-/Aus-Signal von der Steuereinheit 101 angesteuert werden, um im Starterfall den Energiespeicher 102 mit dem Bordnetz 100 zu koppeln. Nach dem Start des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs kann der Leistungs-Transistor 414 im geöffneten Zustand verbleiben. Der Steuer-Transistor 413 kann mittels eines PWM Signals von der Steuereinheit 101 gesteuert werden, um eine in diesem Dokument beschriebene Betriebsstrategie umzusetzen. Durch die Verwendung von einem Leistungs-Transistor 414 und einem Steuer-Transistor 413 können die Verluste aufgrund der Schalteinheit 103 reduziert werden (da der Steuer-Transistor 413 typischerweise mit einem geringeren Widerstand implementiert werden kann als der Leistungs-Transistor 414).
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Die in diesem Dokument beschriebene Schalteinheit 103 zur Kopplung/Entkopplung einer Speichereinheit 102 und eines Bordnetzes 100 kann in einfacher Weise und kostengünstig ausgeführt werden. Durch eine ansteuerbare Ausführung der Schalteinheit 103 kann fahrzeugspezifisch und von Umgebungsbedingungen abhängig eine ideale Ladung der Speichereinheit 102 realisiert werden, sowie die Speichereinheit 102 optimal gegenüber Überladung geschützt werden, selbst bei relativ hohen Bordnetzspannungen 200, die relativ weit über der temperaturabhängigen Ladeendspannung der Speichereinheit 102 liegen dürfen. Desweiteren können Lade-/Endladestrategien ohne Hardware Änderungen flexibel an geänderte Gegebenheiten angepasst werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
