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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Speicherung und zur Bereitstellung von elektrischer Energie in einem Fahrzeug mit Elektroantrieb.
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Elektro- und Plug-In-Hybrid-Fahrzeuge umfassen typischerweise einen Hochvolt(HV)-Energiespeicher (z.B. eine Batterie) in einem Hochvolt-Bordnetz zur Versorgung des Fahrzeugs (insbesondere des Elektroantriebs des Fahrzeugs) mit elektrischer Energie. Desweiteren können derartige Fahrzeuge ein oder mehrere Niedervolt(NV)-Energiespeicher (z.B. ein oder mehrere Bleiakkumulatoren) in einem Niedervolt-Bordnetz zur Pufferung der Stromversorgung auf einem Niedervolt-Spannungsniveau (z.B. 12V) umfassen. Desweiteren können derartige Fahrzeuge einen DC/DC-Wandler zur Versorgung des Niedervolt-Bordnetzes aus dem Hochvolt-Energiespeicher umfassen. Bei derartigen Fahrzeugen wird die zum Betrieb des Fahrzeugs erforderliche elektrische Energie typischerweise fast ausschließlich im HV-Energiespeicher gespeichert, da die ein oder mehreren NV-Energiespeicher für die Speicherung von großen Mengen an elektrischer Energie meist nicht optimiert sind.
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Der o.g. Aufbau eines Mehrspannungsbordnetzes eines Fahrzeugs weist eine Vielzahl von Nachteilen auf. Insbesondere ist nachteilig, dass der Strom zur Versorgung des Niedervolt-Bordnetzes über den DC/DC-Wandler spannungsgewandelt werden muss, was zu Energieverlusten am DC/DC-Wandler führt. Die Verluste des DC/DC-Wandlers müssen als elektrische Energie im Hochvolt-Energiespeicher mitgeführt werden, sind aber nicht nutzbar, da sie während des Fahrbetriebs in Verlustwärme abgegeben werden. Insgesamt führt die mehrfache Spannungswandlung (insbesondere die Wandlung der Wechselspannung aus einem Versorgungsnetz in eine Gleichspannung für den Hochspannungs-Energiespeicher beim Laden des Fahrzeugs und die DC/DC-Wandlung während der Fahrt vom Hochspannungs-Bordnetz in das NV-Bordnetz) zu relativ hohen Gesamtverlusten.
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Desweiteren handelt es sich bei den ein oder mehreren Puffer-Energiespeichern des Niedervolt-Bordnetzes typischerweise um Bleibatterien, die ein relativ hohes Gewicht aufweisen. Das hohe Gewicht rührt auch daher, dass die ein oder mehreren NV-Energiespeicher des Niedervolt-Bordnetzes ausreichend dimensioniert sein müssen, um Anforderungen wie Bordnetz-Stabilität und/oder Standzeit-Kriterien zu erfüllen. Desweiteren dienen Bleibatterien typischerweise nicht als zyklische wiederaufladbare Energiespeicher, die beim Laden des Fahrzeugs mit Elektroantrieb aufgeladen und während der Fahrt entladen werden, da die Bleibatterie-Technologie typischerweise keine hohen Energiedurchsätze zulässt. Aus diesem Grund wird die Energie für das Niedervolt-Bordnetz typischerweise über den DC/DC-Wandler von der Hochvolt-Batterie bereitgestellt.
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Desweiteren setzt eine zuverlässige Versortung des NV-Bordnetzes aus dem HV-Energiespeicher voraus, dass der DC/DC-Wandler ausreichend dimensioniert ist, um zumindest die Dauerleistung des Niedervolt-Bordnetzes zu versorgen. Ein weiterer Nachteil ist, dass bei einem vollständig leeren NV-Energiespeicher ein Laden des HV-Energiespeichers nicht mehr möglich ist, da typischerweise zum Betrieb des HV-Bordnetzes das NV-Bordnetz aktiv sein muss. Insbesondere ist typischerweise die NV-Versorgung zur Überprüfung von Hochvoltsicherheitsfunktionen erforderlich.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Mehrspannungsbordnetz und/oder ein Verfahren zum Betrieb eines Mehrspannungsbordnetzes bereitzustellen, welche ein oder mehrere der o.g. Nachteile von bisherigen Mehrspannungsbordnetzes beseitigt. Insbesondere soll durch das beschriebene Mehrspannungsbordnetz bzw. durch das beschriebene Verfahren bei unveränderter Gesamt-Speicherkapazität des Mehrspannungsbordnetzes eine erhöhte Reichweite von Fahrzeugen mit Elektroantrieb ermöglicht werden.
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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 ein Mehrspannungsbordnetz für ein Fahrzeug mit Elektroantrieb beschrieben (insbesondere für ein Elektrofahrzeug und/oder für ein Plug-In Hybrid-Fahrzeug). Das Mehrspannungsbordnetz umfasst einen ersten Energiespeicher zur zyklischen bzw. wiederholten Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie mit einer ersten Netzspannung, für die Versorgung von ein oder mehreren ersten elektrischen Verbrauchern eines ersten Teilnetzes. Insbesondere kann der erste Energiespeicher in einer Ladephase geladen werden und in einer Betriebsphase des Fahrzeugs (ggf. vollständig) entladen werden. Mit anderen Worten, bei dem ersten Energiespeicher handelt es sich nicht nur um einen Puffer- und/oder Stützspeicher (wie etwa einen Bleiakkumulator). Der erste Energiespeicher kann beispielsweise ein oder mehrere Li-Ionen Zellen umfassen. Bei dem ersten Energiespeicher kann es sich um einen HV-Speicher eines HV-Teilnetzes des Mehrspannungsbordnetzes handeln (z.B. bei ca. 300V). Ein beispielhafter erster elektrischer Verbraucher ist eine Elektromaschine zum Antrieb des Fahrzeugs und/oder zur Rekuperation von Bremsenergie des Fahrzeugs.
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Das Mehrspannungsbordnetz umfasst weiter einen zweiten Energiespeicher zur zyklischen bzw. wiederholten Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie mit einer zweiten Netzspannung, für die Versorgung von ein oder mehreren zweiten elektrischen Verbrauchern eines zweiten Teilnetzes. Auch der zweite Energiespeicher kann in einer Ladephase geladen werden und in einer Betriebsphase des Fahrzeugs (ggf. vollständig) entladen werden. Mit anderen Worten, bei dem zweiten Energiespeicher handelt es sich nicht nur um einen Puffer- und/oder Stützspeicher (wie etwa einen Bleiakkumulator). Der zweite Energiespeicher kann beispielsweise ein oder mehrere Li-Ionen Zellen umfassen. Bei dem zweiten Energiespeicher kann es sich um einen NV-Speicher eines NV-Teilnetzes des Mehrspannungsbordnetzes handeln (z.B. bei 12V oder bei 48V). Die erste Netzspannung ist somit typischerweise höher als die zweite Netzspannung. Ein beispielhafter zweiter Verbraucher ist ein Infotainmentsystem des Fahrzeugs.
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Eine Kapazität des ersten Energiespeichers und eine Kapazität des zweiten Energiespeichers sind gemäß eines Referenz-Verbrauchsprofils des Fahrzeugs ausgelegt. Die Summe aus der Kapazität des ersten Energiespeichers und der Kapazität des zweiten Energiespeichers kann eine Gesamt-Speicherkapazität des Mehrspannungsnetzes ergeben. Dabei kann das Referenz-Verbrauchsprofil insbesondere ein (ggf. durchschnittliches) Verhältnis N zwischen der in einem bestimmten Betriebszeitraum verbrauchten elektrischen Energie mit der ersten Netzspannung und der verbrauchten elektrischen Energie mit der zweiten Netzspannung umfassen. Beispielsweise kann die Kapazität des ersten Energiespeichers N mal so groß sein wie die Kapazität des zweiten Energiespeichers.
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Der erste Energiespeicher kann derart ausgelegt sein, dass wenn das Fahrzeug gemäß dem Referenz-Verbrauchsprofils betrieben wird, die Kapazität des ersten Energiespeichers einer Energie entspricht, mit der die ein oder mehreren ersten elektrischen Verbraucher für (ggf. genau) einen ersten Zeitraum betrieben werden können. Nach dem ersten Zeitraum kann die Kapazität des ersten Energiespeichers aufgebraucht sein, d.h. der erste Energiespeicher kann leer sein (wenn der erste Energiespeicher zuvor voll aufgeladen war). Dabei kann es sich bei dem Verbrauch um einen Nettoverbrauch handeln, bei dem auch rekuperierte elektrische Energie berücksichtigt wird.
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Der zweite Energiespeicher kann derart ausgelegt sein, dass wenn das Fahrzeug gemäß dem Referenz-Verbrauchsprofils betrieben wird, die Kapazität des zweiten Energiespeichers einer Energie entspricht, mit der die ein oder mehreren zweiten elektrischen Verbraucher für (ggf. genau) einen zweiten Zeitraum betrieben werden können. Nach dem zweiten Zeitraum kann die Kapazität des zweiten Energiespeichers aufgebraucht sein, d.h. der zweite Energiespeicher kann leer sein (wenn der zweite Energiespeicher zuvor voll aufgeladen war). Dabei kann es sich bei dem Verbrauch um einen Nettoverbrauch handeln, bei dem auch rekuperierte elektrische Energie berücksichtigt wird.
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Ein Absolutwert einer relativen Abweichung zwischen dem ersten Zeitraum und dem zweiten Zeitraum kann dabei kleiner als oder gleich wie ein vordefinierter Abweichungs-Schwellenwert. Der vordefinierte Abweichungs-Schwellenwert kann z.B. 10% oder weniger ist. Idealerweise entspricht der erste Zeitraum dem zweiten Zeitraum.
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Durch ein solches Mehrspannungsbordnetz kann die Reichweite eines Fahrzeugs erhöht werden (bei einer vorgegebenen Gesamt-Speicherkapazität). Mit anderen Worten, durch die Aufteilung einer Gesamt-Speicherkapazität auf einen ersten Energiespeicher für erste Verbraucher mit der ersten Netzspannung (z.B. einer HV-Spannung) und auf einen zweiten Energiespeicher für zweite Verbraucher mit der zweiten Netzspannung (z.B. einer NV-Spannung) können ein Wandeln von elektrischer Energie in unterschiedliche Netzspannungen und damit verbundene Wandlerverluste während des Betriebs des Fahrzeugs reduziert werden. Wenn das Fahrzeug gemäß dem Referenz-Verbrauchsprofil betrieben wird, so können Wandlerverluste vollkommen vermieden werden. Durch die Reduzierung von Wandlerverlusten wird eine Erhöhung der Reichweite des Fahrzeugs ermöglicht.
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Das Mehrspannungsbordnetz kann ein erstes Ladegerät umfassen, das eingerichtet ist, elektrische Energie aus einem Versorgungsnetz (z.B. aus einem AC-Netz) direkt (d.h. ohne weitere Zwischenwandlungen auf andere Spannungen, insbesondere ohne Zwischenwandlung in elektrische Energie mit der zweiten Netzspannung) in elektrische Energie mit der ersten Netzspannung zu wandeln, um den ersten Energiespeicher zu laden. Desweiteren kann das Mehrspannungsbordnetz ein zweites Ladegerät umfassen, das eingerichtet ist, elektrische Energie aus dem Versorgungsnetz direkt (d.h. ohne weitere Zwischenwandlungen auf andere Spannungen, insbesondere ohne Zwischenwandlung in elektrische Energie mit der ersten Netzspannung) in elektrische Energie mit der zweiten Netzspannung zu wandeln, um den zweiten Energiespeicher zu laden. Durch die Verwendung von dedizierten Ladegeräten für den ersten und zweiten Energiespeicher können Wandlerverluste beim Laden des ersten und zweiten Energiespeichers reduziert werden.
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Der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher können jeweils eine Vielzahl von baugleichen Speicherzellen umfassen. Insbesondere können die Speicherzellen des ersten Energiespeichers baugleich zu den Speicherzellen des zweiten Energiespeichers sein. Desweiteren können der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Außerdem können der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher eine gemeinsame Heiz-/Kühleinheit umfassen. Durch die Verwendung von gemeinsamen Komponenten und/oder durch die Implementierung des ersten und zweiten Energiespeichers als Partitionen eines gemeinsamen Energiespeichers kann das Mehrspannungsbordnetz in besonders effizienter Weise bereitgestellt werden.
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Das Mehrspannungsbordnetz kann eine Steuereinheit (z.B. einen Prozessor oder einen Controller) umfassen, der eingerichtet ist, ein Indiz für eine Abweichung eines tatsächlichen Verbrauchs des Fahrzeugs von dem Referenz-Verbrauchsprofil zu ermitteln. Beispielsweise können Informationen bzgl. eines Ladezustands des ersten Energiespeichers und des zweiten Energiespeichers ermittelt werden. Das Indiz für die Abweichung des tatsächlichen Verbrauchs des Fahrzeugs von dem Referenz-Verbrauchsprofil kann dann anhand der Informationen bzgl. des Ladezustands ermittelt werden. Beispielsweise kann ermittelt werden, dass das Verhältnis des tatsächlichen Verbrauchs von elektrischer Energie mit der ersten Netzspannung und des tatsächlichen Verbrauchs von elektrischer Energie mit der zweiten Netzspannung von einem Referenz-Verhältnis N abweicht.
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Die Steuereinheit kann weiter eingerichtet sein, in Abhängigkeit von dem ermittelten Indiz, ein oder mehrere Maßnahmen zu veranlassen, um den tatsächlichen Verbrauch des Fahrzeugs an das Referenz-Verbrauchsprofil anzunähern. Insbesondere können ein oder mehrere Maßnahmen veranlasst werden, um das Verhältnis des tatsächlichen Verbrauchs von elektrischer Energie mit der ersten Netzspannung und des tatsächlichen Verbrauchs von elektrischer Energie mit der zweiten Netzspannung dem Referenz-Verhältnis N anzunähern. So kann eine Reichweite des Fahrzeugs erhöht werden. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass das Fahrzeug nicht aus dem Grund nicht mehr weiter fahren kann, weil keine elektrische Energie mit der zweiten Netzspannung mehr verfügbar ist, obwohl noch elektrische Energie mit der ersten Netzspannung verfügbar ist (oder umgekehrt).
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Die ein oder mehreren Maßnahmen können eine Maßnahme umfassen, die auf eine Verschiebung des Verbrauchs aus dem ersten Teilnetz in das zweite Teilnetz (oder umgekehrt) abzielt. Dabei kann die Verschiebung des Verbrauchs derart erfolgen, dass sich bzgl. der Funktionen des Fahrzeugs keine für einen Nutzer des Fahrzeugs bemerkbaren Änderungen ergeben. Eine auf die Verschiebung des Verbrauchs gerichtete Maßnahme ist insbesondere in Bezug auf die Reduzierung von Wandlerverlusten und damit in Bezug auf die Erhöhung der Reichweite vorteilhaft.
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Eine Funktion des Fahrzeugs, z.B. eine Heiz- und/oder eine Kühlfunktion des Fahrzeugs, kann z.B. durch einen ersten elektrischen Verbraucher (z.B. einen HV-Verbraucher) und/oder durch einen zweiten elektrischen Verbraucher (z.B. einen NV-Verbraucher) bereitgestellt werden. Ein bestimmter Zustand der Funktion (z.B. eine bestimmte Innenraum-Temperatur) kann dabei durch unterschiedliche Kombinationen von Verbrauchswerten des ersten elektrischen Verbrauchers und des zweiten elektrischen Verbrauchers erreicht werden. Die Steuereinheit kann eine Maßnahme zur Annäherung des tatsächlichen Verbrauchs des Fahrzeugs an das Referenz-Verbrauchsprofil veranlassen, wobei die Maßnahme das Betreiben des ersten elektrischen Verbrauchers und des zweiten elektrischen Verbrauchers gemäß einer der unterschiedlichen Kombinationen von Verbrauchswerten umfasst, wobei durch die ausgewählte Kombination der tatsächliche Verbrauch des Fahrzeugs an das Referenz-Verbrauchsprofil angenähert wird. Insbesondere kann Verbrauch von elektrischer Energie aus dem ersten Teilnetz in das zweite Teilnetz (oder umgekehrt) verschoben werden, um das tatsächliche Verbrauchsverhältnis an das Referenz-Verbrauchsverhältnis N anzunähern.
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Das Mehrspannungsbordnetz kann einen DC/DC-Wandler umfassen, der eingerichtet ist, elektrische Energie mit der ersten Netzspannung in elektrische Energie mit der zweiten Netzspannung zu wandeln und umgekehrt. Es kann sich somit um einen bidirektionalen Wandler handeln. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, ein Indiz dafür zu ermitteln, dass eine erste Ladegeschwindigkeit bzw. eine erste Ladedauer des ersten Energiespeichers unterschiedlich ist von einer zweiten Ladegeschwindigkeit bzw. einer zweiten Ladedauer des zweiten Energiespeichers. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, den DC/DC-Wandler zu veranlassen, elektrische Energie für den Energiespeicher (d.h. entweder für den ersten oder den zweiten Energiespeicher) bereitzustellen, dessen Ladegeschwindigkeit geringer bzw. dessen Ladedauer länger ist. Somit kann insgesamt die Geschwindigkeit zum Laden des ersten und zweiten Energiespeichers reduziert bzw. die Ladedauer verkürzt werden. Desweiteren kann so sichergestellt werden, dass am Ende eines Ladevorgangs sowohl der erste als auch der zweite Energiespeicher vollständig geladen sind, und somit (in Bezug auf das Referenz-Verbrauchsprofil) eine maximal mögliche Reichweite ermöglicht wird.
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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 Mehrspannungsbordnetz und/oder die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit umfasst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines Mehrspannungsbordnetzes beschrieben. Das Mehrspannungsbordnetz umfasst einen ersten Energiespeicher zur zyklischen Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie mit einer ersten Netzspannung für die Versorgung von ein oder mehreren ersten elektrischen Verbrauchern eines ersten Teilnetzes. Desweiteren umfasst das Mehrspannungsbordnetz einen zweiten Energiespeicher zur zyklischen Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie mit einer zweiten Netzspannung für die Versorgung von ein oder mehreren zweiten elektrischen Verbrauchern eines zweiten Teilnetzes. Dabei ist die erste Netzspannung höher ist als die zweite Netzspannung. Eine Kapazität des ersten Energiespeichers und eine Kapazität des zweiten Energiespeichers sind gemäß eines Referenz-Verbrauchsprofils und/oder eines Referenz-Verbrauchsverhältnisses N des Fahrzeugs ausgelegt.
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Das Verfahren umfasst das Ermitteln von einem Indiz für eine Abweichung des tatsächlichen Verbrauchs des Fahrzeugs von dem Referenz-Verbrauchsprofil. Desweiteren umfasst das Verfahren, in Abhängigkeit von dem Indiz, das Veranlassen von ein oder mehrere Maßnahmen, um den tatsächlichen Verbrauch des Fahrzeugs an das Referenz-Verbrauchsprofil und/oder um das tatsächliche Verbrauchsverhältnis zwischen elektrischer Energie mit erster Netzspannung und elektrischer Energie mit zweiter Netzspannung an das Referenz-Verbrauchsverhältnis N anzunähern.
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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 das in diesem Dokument beschriebene 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 das in diesem Dokument beschriebene 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 zeigen
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1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Mehrspannungsbordnetzes;
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2a und 2b Blockdiagramme von beispielhaften Ladevorrichtungen zum Laden der Mehrspannungs-Energiespeicher eines Mehrspannungsbordnetzes;
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2c ein Blockdiagramm eines beispielhaften kombinierten Ladegeräts;
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3 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Mehrspannungsbordnetzes mit Mitteln zum Ausgleich des Verbrauchs in den unterschiedlichen Teilnetzen eines Mehrspannungsbordnetzes;
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4a, 4b und 4c beispielhafte Ladezustands-Verläufe des ersten und zweiten Energiespeichers eines Mehrspannungsbordnetzes;
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5 beispielhafte Verbrauchskennlinien von einem HV-Verbraucher und einem NV-Verbraucher; und
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6 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines Mehrspannungsbordnetzes.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit Verfahren und Vorrichtungen, durch die der elektrische Energieverbrauch in Mehrspannungsbordnetzen reduziert und/oder die Reichweite von Fahrzeugen mit Mehrspannungsbordnetzen erhöht werden kann.
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1 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Mehrspannungsbordnetzes 100. Das Mehrspannungsbordnetz 100 umfasst ein erstes Teilnetz 110 (z.B. ein Hochvolt-Bordnetz) und ein zweites Teilnetz 120 (z.B. ein Niedervolt-Bordnetz). Das erste Teilnetz 110 umfasst einen HV-Energiespeicher 111 (z.B. eine Li-Ionen Batterie), der eingerichtet ist, elektrische Energie bei einer ersten Bordnetzspannung 112 bereitzustellen. Der HV-Energiespeicher 111 kann modular aus einer Vielzahl von Zellen 113 aufgebaut sein. Desweiteren kann der HV-Energiespeicher 111 eine Kühlung/Heizung 114 zur Kühlung/zur Erwärmung der Vielzahl von Zellen 113 umfassen. Insbesondere kann der HV-Energiespeicher 111 in einem für die Zellen 113 optimalen Temperaturbereich gehalten werden. Das zweite Teilnetz 120 umfasst einen NV-Stützspeicher 121 (z.B. einen Bleiakkumulator) und wird bei einer zweiten Bordnetzspannung 122 betrieben.
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Der HV-Energiespeicher 111 kann über ein Ladegerät 130 aus einem Stromnetz/Versorgungsnetz 131 geladen werden. Das Ladegerät 130 kann zu diesem Zweck einen AC(Alternating Current)/DC(Direct Current)-Wandler umfassen. Von der aus dem Versorgungsnetz 131 aufgenommenen elektrischen Energie wird die elektrische Energie 142 von dem HV-Energiespeicher 111 aufgenommen. Ein Teil der aus dem Versorgungsnetz 131 aufgenommenen elektrischen Energie geht als Wandlerverluste 141 verloren.
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Zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern im zweiten Teilnetz 120 kann das Mehrspannungsbordnetz 100 einen DC/DC-Wandler 115 umfassen, der eingerichtet ist, bei Betrieb des Fahrzeugs elektrische Energie 143 aus dem HV-Energiespeicher 111 zu entnehmen und in elektrische Energie 145 mit der zweiten Bordnetzspannung 122 zu wandeln. Auch im DC/DC-Wandler 115 entstehen dabei Wandlerverluste 144.
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Zur Reduzierung/Vermeidung der Wandlerverluste 144 während des Betriebs des Fahrzeugs kann ein weiterer oder ein alternativer Energiespeicher 221 zur Speicherung von elektrischer Energie auf der zweiten Bordnetzspannung 122 verwendet werden (siehe 2a und 2b). Der weitere Energiespeicher 221 wird in diesem Dokument auch als ein zweiter Energiespeicher 221 zur zyklischen Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie bezeichnet (oder kurz als zweiter Energiespeicher 221). Dieser zweite Energiespeicher 221 unterscheidet sich von einem typischen NV-Stützspeicher 121 (z.B. von einem Bleiakkumulator) dadurch, dass die Verbraucher des zweiten Teilnetzes 120 vollständig durch elektrische Energie aus dem zweiten Energiespeicher 221 versorgt werden können, ohne dass es der Bereitstellung von elektrischer Energie über eine Lichtmaschine oder über einen DC/DC-Wandler 115 bedarf. Der zweite Energiespeicher 221 ermöglicht somit eine autarke Energieversorgung des zweiten Teilnetzes 120 (für einen Zeitraum, der von der Kapazität des zweiten Energiespeichers 221 abhängt). Der zweite Energiespeicher 221 weist somit einen ausreichend großen Energiedurchsatz auf, um die Verbraucher des zweiten Teilnetzes 120 vollständig mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Ein derartiger zweiter Energiespeicher 221 ist beispielhaft in 2a dargestellt. Die aus dem elektrischen Versorgungsnetz 131 bezogene elektrische Energie wird über das Ladegerät 130 und über den DC/DC-Wandler 115 direkt beim Ladevorgang in den zweiten Energiespeicher 221 mit der zweiten Bordnetzspannung 122 gespeichert. Der zweite Energiespeicher 221 kann derart ausgelegt sein, dass er bei einem typischen Betriebsfall des Fahrzeugs genau die Menge an elektrischer Energie speichern kann, die ansonsten während des Betriebs des Fahrzeugs aus dem HV-Energiespeicher 111 bezogen würde. Der HV-Energiespeicher 111 kann somit in seiner Kapazität in entsprechender Weise reduziert werden, wodurch sich ein modifizierter HV-Energiespeicher 211 ergibt. Der modifizierte HV-Energiespeicher 211 wird in diesem Dokument auch als erster Energiespeicher 211 zur zyklischen Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie (oder kurz als erster Energiespeicher 211) bezeichnet. Beispielsweise können ein oder mehrere Zellen 113 aus dem HV-Energiespeicher 111 aus 1 zur Speicherung von elektrischer Energie bei der zweiten Bordnetzspannung 122 verwendet werden.
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Es wird somit vorgeschlagen, die elektrische Energie 145 zur Versorgung des Niedervolt-Bordnetzes 120 direkt auf dem Spannungsniveau 122 des Niedervolt-Bordnetzes 120 zu speichern. Dies kann in Form einer Niedervolt-Partition 221 (d.h. dem zweiten Energiespeicher) eines Gesamt-Energiespeichers 231 geschehen (wie in 2a dargestellt). Der Gesamt-Energiespeicher 231 umfasst dann außerdem eine Hochvolt-Partition 211 (d.h. den ersten Energiespeicher). Die in 2a dargestellte Partitionierung eines gemeinsamen Energiespeichers 231 in Teilpartitionen 211, 221 kann eine den Hochvoltsicherheitsanforderungen genügende elektrische Isolation des Niederspannungsnetzes 120 von dem Hochspannungsnetz 110 sicherstellen. Dabei können Aspekte wie Temperierung, modularer Aufbau, mechanische Integration, etc. sowohl für die Hochvoltpartition 211 als auch für die Niedervoltpartition 221 verwendet werden, wodurch sich eine effiziente Realisierung des Mehrspannungsspeichers 231 ergibt.
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Alternativ kann ein geeigneter Niedervolt-Speicher 221 getrennt von einem Hochvolt-Speicher 211 im Fahrzeug verbaut werden.
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Der Niedervolt-Speicher 221 kann derart dimensioniert werden, dass für durchschnittliche Fahrten (d.h. für ein Referenz-Verbrauchsprofil) des Fahrzeugs das Niedervolt-Bordnetz 120 von einem Ladevorgang bis zum nächsten Ladevorgang des Fahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Dann besteht nur bei Fahrten, die von derartigen durchschnittlichen Fahrten (d.h. von dem Referenz-Verbrauchsprofil) abweichen (z.B. bei besonders schnellen, kurzen Fahrten einerseits oder bei besonders langsamen, langen Fahrten andererseits), der Bedarf, Strom über den DC/DC-Wandler 115 von dem ersten Spannungsniveau 112 auf das zweite Spannungsniveau 122 umzuspannen oder umgekehrt von dem zweiten Spannungsniveau 122 auf das erste Spannungsniveau 112 umzuspannen.
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Durch die Bereitstellung eines dedizierten Niedervoltspeichers 221 für das zweite Teilnetz 120 können die Leistungsfähigkeit und damit die Kosten und das Gewicht des DC/DC-Wandlers 115 substantiell reduziert werden. Dies liegt daran, dass während des Betriebs des Fahrzeugs ggf. lediglich die von der Dimensionierung abweichende Menge an elektrischer Energie ausgeglichen werden muss.
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Die ein oder mehreren NV-Stützspeicher 121 (insbesondere die ein oder mehreren Pufferbatterien, z.B. die Bleibatterien) für das Niedervolt-Bordnetz 120 können ggf. kleiner ausgeführt werden oder ganz entfallen. So kann das Gewicht des Fahrzeugs reduziert werden.
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Zur Reduzierung der Wandlerverluste beim Ladevorgang können separate oder kombinierte Ladegeräte für den Hochvoltspeicher 211 (d.h. für den ersten Energiespeicher) und für den Niedervoltspeicher 221 (d.h. für den zweiten Energiespeicher) verwendet werden. So können die Wandlerverluste für die Bereitstellung der elektrischen Energie für den Niedervoltspeicher 221 reduziert werden. Mit anderen Worten, anstatt beim Laden eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb erst die Netzwechselspannung auf die Hochspannungsebene 112 zu wandeln, um dann in einem weiten Wandlungsschritt die elektrische Energie auf die Niederspannung 122 zu wandeln, kann die Netzspannung durch einen weiteren AC/DC-Wandler 230 direkt auf die Niederspannung 122 gewandelt werden (wie in 2b dargestellt). Dabei können die beiden Wandlungsvorgänge unabhängig voneinander angesteuert werden, um die Ladevorgänge des ersten Energiespeichers 211 und des zweiten Energiespeicher 221 unabhängig voneinander zu steuern.
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2c zeigt ein kombiniertes Ladegerät 250. Das Ladegerät 250 umfasst einen gemeinsamen Eingangsteil 251 zur Aufnahme eines AC Stroms aus dem Versorgungsnetz 131. Desweiteren umfasst das Ladegerät 250 separate Ausgangsstufen 252 für die unterschiedlichen Netzspannungen 112, 122. Durch die Verwendung eines kombinierten Ladegeräts 250 können somit Synergien (insbesondere durch einen gemeinsamen Eingangsteil 251) realisiert werden.
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Auch bei direkter Ladung des Niedervolt-Speichers 221 (siehe 2b) kann das Mehrspannungsbordnetz 100 einen DC/DC-Wandler 115 umfassen, um während der Fahrt bei Bedarf elektrische Energie zwischen dem Hochvolt-Speicher 211 und dem Niedervolt-Speicher 221 auszutauschen. Der DC/DC-Wandler 115 kann in das Ladegerät 250 und/oder in den Speicher 231 integriert sein, wodurch weitere Synergien genutzt werden können.
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Die in Zusammenhang mit den 2a, 2b und 2c beschriebenen Maßnahmen haben eine Vielzahl von Vorteilen. Durch die Bereitstellung eines Niedervolt-Speichers 221 kann ggf. auf NV-Pufferbatterien 121 verzichtet werden, wodurch sich Gewichts- und Kosteneinsparung ergeben. Bei der Integration des Niedervolt-Speichers 221 und des Hochvolt-Speichers 211 können eine einheitliche Batterietechnologie und ein einheitliches Integrationskonzept verwendet werden, was ebenfalls zu Kostenreduzierungen führt.
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Durch die Bereitstellung von Speicherkapazität 221 auf der Niedervoltspannungsebene 122 wird die Verwendung eines kostengünstigeren und leichteren Designs des DC/DC-Wandlers 115 ermöglicht. Ggf. kann ganz auf die Verwendung eines DC/DC-Wandlers 115 verzichtet werden.
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Durch die Bereitstellung von Speicherkapazität 221 auf der Niedervoltspannungsebene 122 können im Betriebsfall Wandlerverluste 144 beim Umspannen des Stroms zur Versorgung des Niedervolt-Bordnetzes 120 über den DC/DC-Wandler 115 vermieden oder reduziert werden. Somit ergibt sich bei gleichbleibender Speicherkapazität eine Erhöhung der Reichweite eines Elektrofahrzeugs.
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Der Niedervoltspeicher 221 bzw. die Niedervoltpartition 221 zur Versorgung des Niedervolt-Bordnetzes 120 kann ausreichend groß dimensioniert werden, so dass neben der Energieversorgung andere Anforderungen wie Bordnetzstabilität, Standzeitkriterien etc. sicher erfüllt oder übererfüllt werden können. Dadurch kann Spielraum für eine Reduzierung des Entwicklungsaufwands des Niedervolt-Bordnetzes 120, für Kostenreduktionen insbesondere bei dem DC/DC-Wandler 115 (z.B. in Bezug auf die Auslegung für Spannungsflanken) und/oder für ein großzügigeres Funktionsangebot von Niedervolt-Verbrauchern bereitgestellt werden.
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Durch die direkte Wandlung von AC-Strom aus dem Versorgungsnetz 131 auf das jeweilige Zielspannungsniveau werden Wandlungsverluste 144 generell, d.h. auch beim Ladevorgang, reduziert. Desweiteren ermöglicht die separate Ansteuerung der unterschiedlichen Wandler 130, 230 auch ohne Aktivierung des HV-Netzes 110 eine effiziente Versorgung des Niederspannungsnetzes 120 (z.B. für einen Entertainment-Betrieb im Stand des Fahrzeugs).
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Außerdem ermöglicht es die in 2b dargestellte Konfiguration, dass auch bei vollständig entleertem NV-Speicher 221 das Fahrzeug geladen werden kann. Zu diesem Zweck wird zunächst das NV-Netz 120 mit Spannung versorgt, um Elektronik im NV-Netz zu betreiben, die in einem zweiten Schritt entsprechende Sicherheitsfunktionen zur Zuschaltung des HV-Netzes 110 durchführt.
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Insgesamt ermöglicht eine ausgewogene Dimensionierung der Speicheraufteilung 211, 221 einerseits sowie die Möglichkeit des Energieausgleichs über einen DC/DC-Wandler 115 andererseits, für unterschiedliche Verbrauchsprofile sowohl die Minimierung der Wandlungsverluste als auch die Nutzung der gesamten Speicherkapazität. Dies kann durch geeignete Betriebsstrategien erreicht werden, die im Folgenden beschrieben werden.
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3 zeigt ein beispielhaftes Mehrspannungsbordnetz 100 eines Fahrzeugs mit einem HV-Speicher 211 und einem NV-Speicher 221, die direkt im Rahmen eines Ladevorgangs des Fahrzeugs über die Ladegeräts 130, 230 geladen werden. Der NV-Speicher 221 ist für einen typischen Betriebsfall (d.h. für ein Referenz-Verbrauchsprofil) des Fahrzeugs dimensioniert, so dass bei Vorliegen des typischen Betriebsfalls der HV-Speicher 211 und der NV-Speicher 221 zu einem gleichen Zeitpunkt leer sind. Desweiteren kann das Mehrspannungsbordnetz 100 einen DC/DC-Wandler 115 umfassen, um bei Abweichungen von dem typischen Betriebsfall elektrische Energie zwischen dem HV-Speicher 211 und dem NV-Speicher 221 auszutauschen.
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Das Bordnetz 100 kann ein oder mehrere HV-Verbraucher 311 (auch als erste Verbraucher bezeichnet) umfassen, die mit elektrischer Energie aus dem HV-Speicher 211 versorgt werden. Ein beispielhafter HV-Verbraucher 311 ist z.B. eine Elektromaschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Desweiteren kann das Bordnetz 100 ein oder mehrere NV-Verbraucher 321 (z.B. ein Infotainmentsystem) umfassen, die mit elektrischer Energie aus dem NV-Speicher 221 versorgt werden. Die NV-Verbraucher 321 werden in diesem Dokument auch als zweite Verbraucher 321 bezeichnet.
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Außerdem kann das Bordnetz ein oder mehrere kombinierte NV/HV-Verbraucher 331 umfassen, die elektrische Energie sowohl aus dem HV-Speicher 211 als auch aus dem NV-Speicher 221 beziehen können. Bei einem NV/HV-Verbraucher 331 handelt es sich z.B. aus einer Kombination aus ein oder mehreren NV-Verbrauchern 321 und ein oder mehreren HV-Verbrauchern 331. Ein NV/HV-Verbraucher 331 kann eingerichtet sein, die bezogenen Anteile von Energie aus dem HV-Speicher 211 und von Energie aus dem NV-Speicher 221 zu verändern. Ein derartiger NV/HV-Verbraucher 331 kann somit dazu verwendet werden, bei Abweichungen von dem typischen Betriebsfall (d.h. von dem Referenz-Verbrauchsprofil) einen Ausgleich zwischen dem Füllstand im HV-Speicher 211 und dem Füllstand im NV-Speicher 221 zu schaffen.
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Desweiteren umfasst das Bordnetz 100 eine Steuereinheit 300, die eingerichtet ist (z.B. in Kooperation mit einer Funktions-Steuereinheit 340), den Ladevorgang (bei Stillstand des Fahrzeugs) und/oder den Entladevorgang (bei Betrieb des Fahrzeugs) zu steuern. Im Rahmen des Ladevorgangs kann die Steuereinheit 300 Informationen 301 darüber empfangen, welche Netzleistung zum Laden verfügbar ist. Die Steuereinheit 300 kann daraufhin Steueranweisungen 302 bzgl. der aufzunehmenden Ladeleistungen für den NV-Speicher 221 und den HV-Speicher 211 generieren und an die Ladegeräte 130, 230 und/oder an den DC/DC-Wandler 115 senden.
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In Bezug auf den Betrieb des Fahrzeugs kann die Steuereinheit 300 Informationen 303 über das Fahrprofil, über die Fahrstrecke, etc. empfangen. Desweiteren können Informationen 304 über die Leistungsanforderungen der einzelnen Verbraucher 311, 321, 331 bereitgestellt werden. Außerdem können Informationen 306 über den Ladezustand des HV-Speichers 211 und des NV-Speichers 221 bereitgestellt werden. Die Steuereinheit 300 kann, basierend darauf, Leistungsvorgaben 305 an die Verbraucher 311, 321, 331 generieren, die ggf. durch die Funktions-Steuereinheit 340 auf die einzelnen Verbraucher 311, 321, 331 herunter gebrochen werden können. Desweiteren kann die Steuereinheit 300 ggf. Anweisungen 115 an den DC/DC-Wandler 115 erzeugen, um eine Umverteilung der elektrischen Energie zwischen dem HV-Speicher 211 und dem NV-Speicher 221 zu veranlassen.
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Beispielsweise kann die Steuereinheit 300 eingerichtet sein, zu veranlassen, dass zum Ende eines Ladevorgangs der HV-Speicher 211 und der NV-Speicher 221 vollständig geladen sind. Desweiteren kann die Steuereinheit 300 eingerichtet sein, zu veranlassen, dass zur Erreichung einer maximal möglichen Reichweite am Ende einer Fahrt der HV-Speicher 211 und der NV-Speicher 221 entleert sind. Dazu kann ggf. ein Umladen der Speicherinhalte über den DC/DC-Wandler 115 erfolgen. Ein solches Umladen sollte jedoch nach Möglichkeit vermieden werden, um Wandlerverluste 144 zu vermeiden, die typischerweise negative Auswirkungen auf die Effizienz und Reichweite des Fahrzeugs haben.
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Der HV-Speicher 211 und der NV-Speicher 221 sowie die jeweilige Ladeleistung sind zu diesem Zweck bevorzugt derart ausgelegt, dass bei einem vorgegebenen Fahr- und Ladeprofil (d.h. bei einem Referenz-Verbrauchsprofil) in den Hauptnutzungsfällen keine Energiewandlung zwischen den Spannungsniveaus 112, 122 erforderlich ist. So können Wanderverluste 144 minimiert werden.
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Das in 3 dargestellte Bordnetz 100 ermöglicht sowohl beim Laden als auch beim Entladen (Fahren) unterschiedliche Mechanismen zur Kompensation der Energieflüsse in und aus den verschiedenen Speicherbereichen 211, 221. Die Steuereinheit 300 ermöglicht es, die Leistungsflüsse so zu steuern, dass beide Speicherbereiche 211, 221 optimal (in Bezug auf eine zu erzielende Reichweite) geladen und entladen werden. Dabei können Freiheitsgrade der Ladefunktion und der „Verbrauchsfunktionen“ genutzt werden, um Abweichungen vom Auslegungszyklus (d.h. Abweichungen vom Referenz-Verbrauchsprofil) der HV-und NV-Speicher 211, 221 zu kompensieren. Bei relativ großen Abweichungen kann ggf. der DC/DC-Wandler 115 zum Umladen von elektrischer Energie eingesetzt werden.
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In den 4a, 4b und 4c sind mögliche Betriebsszenarien des Bordnetzes 100 dargestellt. In 4a wird ein Szenario gezeigt, bei dem ein Leistungstransfer vom HV-Netz 110 zum NV-Netz 120 erfolgt, um eine erhöhte Reichweite zu erzielen. 4a zeigt Verläufe des Ladezustands 411 des HV-Speichers 211 über die Zeit 401, sowie Verläufe des Ladezustands 421 des NV-Speichers 221 über die Zeit 401. Zum Zeitpunkt 402 beginnt ein Ladevorgang, der zum Zeitpunkt 403 beendet ist. Zum Zeitpunkt 403 ist in beiden Speichern 211, 221 ein voller Ladezustand 411, 421 erreicht. Zum Zeitpunkt 404 beginnt der Betrieb des Fahrzeugs. In dem in 4a dargestellten Fall, erfolgt eine relativ langsame Fahrt, durch die bewirkt wird, dass im Vergleich zu einem Referenzzyklus (d.h. im Vergleich zu dem Referenz-Verbrauchsprofil) weniger elektrische Energie aus dem HV-Speicher 211 (z.B. zum Betrieb der Elektromaschine) und mehr elektrische Energie aus dem NV-Speicher 221 (z.B. zum Betrieb von Komfort-Verbrauchern) verbraucht wird. Dies führt dazu, dass sich (ohne Ausgleich) die gestrichelten Verläufe 412, 422 ergeben, so dass zum Zeitpunkt 406 der NV-Speicher 221 und zum Zeitpunkt 407 der HV-Speicher 211 entleert ist. Da jedoch das Fahrzeug nicht ohne aktives NV-Teilnetz 120 betrieben werden kann, ist ab dem Zeitpunkt 406 kein Betrieb des Fahrzeugs mehr möglich.
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Die Steuereinheit 300 ist eingerichtet, ein Abweichen des tatsächlichen Betriebs von dem Referenzzyklus (d.h. von dem Referenz-Verbrauchsprofil) zu detektieren, und daraufhin einen Ausgleich des elektrischen Verbrauchs und/oder einen Energietransfer zu bewirken. Insbesondere kann ein Verbrauch im NV-Teilnetz 120 reduziert und ein Verbrauch im HV-Teilnetz 110 erhöht werden (insbesondere durch eine Verschiebung der Leistungsaufnahme von einem kombinierten NV/HV-Verbraucher 331). Alternativ oder ergänzend kann das Umwandeln von elektrischer Energie vom HV-Speicher 211 zum NV-Speicher 221 initiiert werden (anhand des Wandlers 115). So können die Ladezustands-Verläufe 413, 423 erreicht werden, die zu einem zeitgleichen Entleeren des HV-Speichers 211 und des NV-Speichers 221 zum Zeitpunkt 405 führen. Der Zeitpunkt 405 liegt nach dem Zeitpunkt 106, d.h. durch den Ausgleich von elektrischem Verbrauch und/oder durch den Energietransfer kann eine Erhöhung der Reichweite des Fahrzeugs erzielt werden.
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4b zeigt Ladezustands-Verläufe bei einem Szenario, bei dem, im Vergleich zu dem Referenzzyklus, mehr Energie aus dem HV-Speicher 211 und weniger Energie aus dem NV-Speicher 221 verbraucht wird (z.B. bei einer relativ schnellen Fahrt). Auch in diesem Fall ist durch einen Ausgleich des elektrischen Verbrauchs und/oder durch einen Energietransfer eine Erhöhung der Reichweite möglich.
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4c zeigt ein Szenario mit unterschiedlichen Ladegeschwindigkeiten des HV-Speichers 211 und des NV-Speichers 221. Insbesondere kann der NV-Speicher 221 durch das NV-Ladegerät 230 nicht so schnell aufgeladen werden wie der HV-Speicher 211 durch das HV-Ladegerät 130 (gestrichelter Verlauf 422 mit Ladeende zum Zeitpunkt 408). Die Steuereinheit 300 kann eingerichtet sein, einen Unterschied in Bezug auf die Ladegeschwindigkeit des HV-Speichers 211 und des NV-Speichers 221 zu detektieren. Desweiteren kann die Steuereinheit 300 eingerichtet sein, den DC/DC-Wandler 115 zu veranlassen, elektrische Energie vom Ausgang des HV-Ladegeräts 130 zu konvertieren, um zusätzliche elektrische Energie zum Laden des NV-Speichers 221 bereitzustellen (oder umgekehrt). Hierbei kann ausgenutzt werden, dass gegen Ladeende 403 der HV-Speicher 211 typischerweise eine reduzierte Ladegeschwindigkeit aufweist, und somit elektrische Energie zum Laden des NV-Speichers 221 bereitgestellt werden kann. So kann gewährleistet werden, dass der HV-Speicher 211 und der NV-Speicher 221 zum gleichen Zeitpunkt 403 vollständig geladen sind.
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Zur Anpassung des tatsächlichen Verbrauchszyklus an den Referenzzyklus können ein oder mehrere kombinierte NV/HV-Verbraucher 331 verwendet werden. Ergibt sich ein erhöhter tatsächlicher Verbrauch im HV-Netz 110 ggü. dem Referenzzyklus kann der HV-Verbrauch eines solchen NV/HV-Verbrauchers 331 gesenkt werden und der NV-Verbrauch eines solchen NV/HV-Verbrauchers erhöht werden. So wird der tatsächliche Verbrauchszyklus an den Referenzzyklus angepasst, und damit die Reichweite des Fahrzeugs erhöht. Eine Verschiebung des Verbrauchs von kombinierten NV/HV-Verbrauchern 331 bleibt dabei für einen Nutzer des Fahrzeugs unbemerkt, da die Funktion der kombinierten NV/HV-Verbrauchern 331 weiterhin erbracht werden kann.
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Ein beispielhafter kombinierte NV/HV-Verbraucher 331 kann eine Beheizung des Innenraums des Fahrzeugs umfassen. Die Beheizung des Innenraums kann durch einen HV-Zuheizer im Wasserkreislauf des Fahrzeugs beeinflusst werden (der z.B. eine Leistung von 2kW aufweist). Desweiteren kann die Beheizung des Innenraums durch einen NV-PTC(Positive Temperatur Coefficient)-Widerstand in einer Klimaanlage des Fahrzeugs (Leistungsaufnahme von z.B. 0,8kW) und/oder durch eine NV-Flächenheizung des Fahrzeugs (Leistungsaufnahme von z.B. 0,2kW) beeinflusst werden. Die Funktions-Steuereinheit 340 kann eingerichtet sein, die verschiedenen Einflussgrößen zur Beheizung des Innenraums zu koordinieren, um eine bestimmte Innentemperatur einzustellen und um eine gewünschte Verteilung zwischen HV-Leistung und NV-Leistung zu erreichen. So kann bei einem vorgegebenen Funktionszustand eine Verschiebung der verbrauchten Leistung zwischen dem HV-Netz 110 und dem NV-Netz 120 erfolgen.
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Ein weiterer beispielhafter kombinierter NV/HV-Verbraucher 331 kann eine Kühlung des Innenraums des Fahrzeugs umfassen. Die Kühlung des Innenraums des Fahrzeugs kann z.B. durch einen HV-Kältemittel-Verdichter und durch einen NV-Lüfter beeinflusst werden. 5 zeigt eine beispielhafte Verbrauchskennlinie 522 (Leistungsaufnahme 501 ggü. der Kondensator Temperatur 511) des HV-Verdichters und eine beispielhafte Verbrauchskennlinie 523 des NV-Lüfters. Durch Anpassung der Kondensator Temperatur 511 kann der Verbrauch des HV-Verdichters und des NV-Lüfters angepasst werden, um eine Verschiebung des Energieverbrauchs zwischen dem HV-Netz 110 und dem NV-Netz 120 zu bewirken (bei gleichbleibender Temperatur im Innenraum).
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Desweiteren kann ein kombinierter NV/HV-Verbraucher 331 bereitgestellt werden, der wahlweise elektrische Energie aus dem HV-Netz 110 und/oder dem NV-Netz 120 beziehen kann (z.B. ein Mehrspannungs-Durchlauferhitzer). Ein derartiger Verbraucher kann eine HV- und eine NV-Versorgungsleitung umfassen. Die Steuereinheit 300 kann dann festlegen, aus welcher Versorgung Energie bezogen wird. Das kann insbesondere beim Heiz-/Kühlbetrieb sinnvoll sein, da diese typischerweise mit relativ hohen Verbrauchswerten verbunden sind, und somit eine substantielle Verschiebung des Verbrauchs bewirken können. Durch derartige kombinierte NV/HV-Verbraucher 331 kann eine weitreichende Anpassung des tatsächlichen Endladezyklus an den Referenzzyklus (d.h. an einen Referenz-Verbrauchsprofil) erreicht werden.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 600 zum Betrieb eines Mehrspannungsbordnetzes 100. Das Mehrspannungsbordnetz 100 umfasst einen ersten Energiespeicher 211 zur zyklischen Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie mit einer ersten Netzspannung 112 (z.B. mit einer HV-Netzspannung) für die Versorgung von ein oder mehreren ersten elektrischen Verbrauchern 311, 331 (z.B. für ein oder mehrere HV-Verbraucher) eines ersten Teilnetzes 110 (z.B. eines HV-Teilnetzes). Desweiteren umfasst das Mehrspannungsbordnetz 100 einen zweiten Energiespeicher 221 (z.B. einen NV-Speicher) zur zyklischen Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie mit einer zweiten Netzspannung 122 (z.B. einer NV-Spannung) für die Versorgung von ein oder mehreren zweiten elektrischen Verbrauchern 321, 331 (z.B. für ein oder mehrere NV-Verbraucher) eines zweiten Teilnetzes 120. Die erste Netzspannung 112 ist höher als die zweite Netzspannung 122. Eine Kapazität des ersten Energiespeichers 211 und eine Kapazität des zweiten Energiespeichers 221 sind gemäß eines Referenz-Verbrauchsprofils (oder eines Referenzzyklus) des Fahrzeugs ausgelegt.
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Das Verfahren 600 umfasst das Ermitteln 601 von einem Indiz für eine Abweichung des tatsächlichen Verbrauchs des Fahrzeugs von dem Referenz-Verbrauchsprofil. Insbesondere kann erkannt werden, dass die tatsächliche Entnahme von elektrischer Energie aus dem ersten Energiespeicher höher und die tatsächliche Entnahme von elektrischer Energie aus dem zweiten Energiespeicher niedriger sind im Vergleich zu dem Referenz-Verbrauchsprofil. Das Verfahren 600 umfasst weiter, in Abhängigkeit von dem Indiz, das Veranlassen 602 von ein oder mehrere Maßnahmen, um den tatsächlichen Verbrauch des Fahrzeugs an das Referenz-Verbrauchsprofil anzunähern. Insbesondere kann dabei die Entnahme aus dem ersten Energiespeicher relativ gesenkt und die Entnahme aus dem zweiten Energiespeicher relativ gesteigert werden (und umgekehrt).
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Das Verfahren 600 ermöglicht es, die Reichweite eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb bei vorgegebener Gesamt-Speicherkapazität zu erhöhen, da sichergestellt wird, dass die gesamte verfügbare elektrische Energie aus dem ersten und dem zweiten Energiespeicher ausgeschöpft wird.
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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.
