-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, das ein erstes elektrisches Bordnetz und zweites elektrisches Bordnetz aufweist. Das zweite elektrische Bordnetz wird über einen DC-DC-Wandler aus dem ersten Bordnetz mit elektrischer Leistung versorgt. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, das zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist.
-
Bei einem Kraftfahrzeug können zwei elektrische Bordnetze vorgesehen sein, die mit unterschiedlicher elektrischer Spannung betrieben werden. So kann ein erstes Bordnetz mit einer ersten Spannung von 48 Volt und das zweite Bordnetz mit einer Spannung von 12 Volt betrieben werden. In dem 48 Volt-Bordnetz kann ein Startergenerator vorteilhaft betrieben werden. Dieser Startergenerator lässt sich auch zum Versorgen der Verbraucher im 12 Volt-Bordnetz nutzen. Hierzu sind das erste Bordnetz und das zweite Bordnetz über einen DC-DC-Wandler oder Gleichspannungswandler gekoppelt oder verbunden.
-
Der Startergenerator wird im Generatorbetrieb mit einem Drehmoment angetrieben, das von dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs erzeugt wird. Damit auch bei einer kurzfristigen Drehzahländerung im Antriebsstrang ohne eine korrespondierende Leistungsanforderung im 48 Volt-Bordnetz ein Betrieb des Generators möglich ist, muss im 48 Volt-Bordnetz eine Batterie bereitgestellt sein, welche vom Generator erzeugte überschüssige elektrische Leistung aufnehmen kann. Genauso muss beispielsweise im Leerlauf des Verbrennungsmotors ein sprunghafter Anstieg der benötigten elektrischen Leistung in einem der elektrischen Bordnetze durch die Batterie gepuffert werden, damit der Startergenerator das am Antriebsstrang angeforderte Drehmoment mit einer geringeren Dynamik anfordern kann, da ansonsten der Verbrennungsmotor blockiert oder abgewürgt wird.
-
Ein Ausfall der 48 Volt-Batterie muss daher bisher zu einem Abschalten des gesamten 48 Volt-Bordnetzes führen, da der Generator allein nicht mehr betrieben werden kann. Da das 48 Volt-Bordnetz die energetische Redundanz des 12 Volt-Bordnetzes darstellt, ist in dem Kraftfahrzeug bei abgeschaltetem 48 Volt-Bordnetz nur noch die 12 Volt-Batterie für den Betrieb des 12 Volt-Bordnetzes vorhanden. Es besteht somit keine Sicherheitsredundanz mehr für 12 Volt-Verbraucher, beispielsweise das Warnblinksystem. Des Weiteren kommt es zu einem Liegenbleiber, wenn die 12 Volt-Batterie leer ist.
-
Die Kopplung zweier Bordnetze über einen DC-DC-Wandler ist im Stand der Technik bekannt. Aus der
DE 10 2007 047 619 A1 ist beispielsweise ein Hybridantrieb mit Notstartmöglichkeit bekannt. Das Fahrzeug weist ein Niedervoltnetz mit einer Bordnetz-Batterie auf, wobei zwischen der Bordnetz-Batterie und einem Elektroantrieb eines Hochvolt-Bordnetzes ein DC-DC-Wandler vorgesehen ist. Bei entladener Hochvolt-Batterie wird Energie aus dem Niedervoltnetz über den DC-DC-Wandler in das Hochvolt-Bordnetz übertragen. Der Elektroantrieb wird durch die so im Hochvolt-Bordnetz vorhandene Energie beschleunigt und dann eine Verbrennungskraftmaschine durch den beschleunigten Elektroantrieb gestartet.
-
Aus der
DE 10 2011 083 010 A1 ist eine Steuervorrichtung für einen Gleichspannungswandler eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs bekannt. Eine Spannungsregeleinrichtung begrenzt eine Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers auf eine vorbestimmte konstante Maximalspannung und eine Stromregeleinrichtung verwendet als Regelabweichung die Differenz zwischen einer Sollausgangsspannung und der tatsächlichen Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers.
-
Aus der
DE 10 2007 000 618 A1 ist ein Fahrzeugsystem mit einem Generator bekannt, der eine erzeugte elektrische Leistung auf einen Sollleistungswert regelt.
-
Aus der
DE 102 34 088 A1 ist ein Verfahren zur spannungs- und fahrdynamikabhängigen Regelung eines Generators in einem Kraftfahrzeug bekannt. Es wird eine Spannungsregelung des Generators erreicht, wobei mittels eines Eingangs am Generator sowohl sein Load-Response-Verhalten als auch seine Spannung gesteuert werden können.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kraftfahrzeug einen stabilen Betrieb eines Bordnetzes zu gewährleisten, welches mittels eines Generators eines anderen Bordnetzes versorgt wird.
-
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche gegeben.
-
Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Das Kraftfahrzeug weist zwei Bordnetze auf. In dem ersten Bordnetz sind eine erste Batterie und ein Generator bereitgestellt und das erste Bordnetz wird bei einer ersten elektrischen Spannung betrieben. Die erste elektrische Spannung ist insbesondere größer als 20 Volt. Ein zweites elektrisches Bordnetz weist eine zweite Batterie auf und wird bei einer zweiten elektrischen Spannung betrieben, die kleiner als die erste elektrische Spannung ist. Insbesondere ist die zweite elektrische Spannung kleiner als 20 Volt. Das erste Bordnetz und das zweite Bordnetz sind über einen Gleichspannungswandler oder DC-DC-Wandler miteinander gekoppelt. Es wird elektrische Leistung aus der ersten Batterie und aus dem Generator mittels einer Spannungswandlung des DC-DC-Wandlers in das zweite Bordnetz übertragen. Mit anderen Worten wird insbesondere der Generator zum Versorgen von elektrischen Verbrauchern des zweiten Bordnetzes verwendet. Die zweite Batterie des zweiten Bordnetzes kann hierbei zum Puffern oder Kompensieren von sprunghaften Änderungen der Leistungsanforderung der Verbraucher ebenfalls elektrische Leistung abgeben. Im Mittel, beispielsweise über 10 Minuten oder eine Stunde hinweg, wird allerdings die im zweiten Bordnetz verbrauchte elektrische Energie durch das erste Bordnetz bereitgestellt.
-
Falls nun in der beschriebenen Weise die erste Batterie im ersten Bordnetz ausfällt, können durch eine Drehzahländerung des Antriebsstranges verursachte sprunghafte Veränderungen der vom Generator erzeugten Leistung sowie sprunghafte Veränderungen der Leistungsanforderung im ersten Bordnetz nicht mehr in der beschriebenen Weise durch die erste Batterie kompensiert werden. Damit ist ein Betrieb des Generators allein im ersten Bordnetz, d. h. ohne die erste Batterie, nicht möglich. Des Weiteren besteht bei einem Defekt des DC-DC-Wandlers keine Möglichkeit mehr, elektrische Leistung aus dem ersten Bordnetz in das zweite Bordnetz zu übertragen.
-
Auch in diesem Fall ließe sich mittels des Generators keine elektrische Leistung mehr im zweiten Bordnetz bereitstellen.
-
Für einen weiterhin stabilen Betrieb des zweiten Bordnetzes auch in diesen Fehlerfällen ist erfindungsgemäß nun vorgesehen, dass eine Detektionseinrichtung einen Ausfall der ersten Batterie und/oder des DC-DC-Wandlers detektiert. Mit einem Ausfall ist hier gemeint, dass im Falle der ersten Batterie die Batteriespannung der ersten Batterie nicht mehr im ersten Bordnetz zur Verfügung steht und im Falle des DC-DC-Wandlers keine Spannungswandlung oder eine fehlerhafte oder falsche Spannungswandlung erfolgt. Beispielsweise kann die erste Batterie durch einen Schalter vom restlichen ersten Bordnetz getrennt sein. Der DC-DC-Wandler kann beispielsweise in Abhängigkeit von einer wandlerinternen Fehlerdetektion dauerhaft in einen elektrisch sperrenden Zustand schalten. Die Detektionseinrichtung detektiert diese Zustände. Bei detektiertem Ausfall der Batterie und/oder des DC-DC-Wandlers schließt eine Umstelleinrichtung das erste Bordnetz und das zweite Bordnetz miteinander kurz. Des Weiteren stellt die Umstelleinrichtung einen Reglersollwert des Generators auf einen Wert der zweiten Spannung ein. Mit anderen Worten ist durch das miteinander Kurzschließen der beiden Bordnetze ein Stromfluss zwischen den beiden Bordnetzen ohne die Spannungswandlung vorgesehen. Zusätzlich wird der Generator mittels des Reglersollwerts dahingehend angepasst, dass der Generator die zweite Spannung für das zweite Bordnetz direkt erzeugt. Hierzu wird die Spannungsregelung des Generators auf den Wert der zweiten Spannung angepasst, indem der Reglersollwert auf den Wert der zweiten Spannung eingestellt wird.
-
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass auch bei ausgefallener erster Batterie und/oder bei ausgefallenem DC-DC-Wandler weiterhin das zweite Bordnetz mittels des Generators aus dem ersten Bordnetz mit elektrischer Leistung versorgt wird. Handelt es sich bei dem zweiten Bordnetz beispielsweise um das 12 Volt-Bordnetz, mittels welchem die Zündung einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs betrieben wird, so kann nun auch bei den beschriebenen Ausfällen dennoch das Kraftfahrzeug weiter mittels der Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden und beispielsweise in eine Werkstatt gefahren werden.
-
Zu der Erfindung gehören optionale Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.
-
Gemäß einer Weiterbildung wird bei detektiertem Ausfall (der ersten Batterie und/oder des DC-DC-Wandlers) durch die Umstelleinrichtung auch ein Reglergrenzwert eingestellt, durch welchen eine vom Generator maximal erzeugte elektrische Leistung begrenzt wird. Der Reglergrenzwert wird hierbei verringert. Mit anderen Worten wird die maximal vom Generator erzeugte elektrische Leistung reduziert. Die Leistungsregelung ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt, wie beispielsweise bereits eingangs beschrieben worden ist. Durch die Leistungsreduktion ergibt sich der Vorteil, dass bei verringerter Ausgangsspannung des Generators ein Überstrom im Generator vermieden ist.
-
Um den Kurzschluss zu bewirken, sind erfindungsgemäß insbesondere zwei Möglichkeiten vorgesehen.
-
Gemäß einer Weiterbildung wird zum miteinander Kurzschließen der beiden Bordnetze zumindest ein Schalter des DC-DC-Wandlers dauerhaft in einen elektrisch leitenden Zustand geschaltet. Mit anderen Worten wird der Generatorstrom vom ersten Bordnetz durch den DC-DC-Wandler hindurch in das zweite Bordnetz geführt oder geleitet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass zum Erzeugen des Kurzschlusses keine zusätzlichen Bauteile nötig sind. Stattdessen wird der DC-DC-Wandler dauerleitend geschaltet.
-
In einer anderen Weiterbildung werden die beiden Bordnetze mittels eines von dem DC-DC-Wandler verschiedenen Schalters miteinander kurzgeschlossen. Bei dem Schalter kann es sich beispielsweise um ein Relais oder um einen Halbleiterschalter, insbesondere einen Transistor, handeln. Dieser Schalter kann durch ein zusätzliches Steuergerät geschaltet werden. Durch diese Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass auch bei einem Defekt, durch welchen ein weiteres Schalten oder Steuern des DC-DC-Wandlers unmöglich geworden ist, dennoch der Kurzschluss mittels des wandlerexternen Schalters herbeigeführt werden kann.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch dann durchführen, wenn der Ausfall detektiert wird, während der Generator noch nicht in Betrieb ist. Dann muss der Generator gestartet werden. Dazu muss er magnetisiert werden. Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird hierzu zum Magnetisieren des Generators nach dem Kurzschließen der beiden Bordnetze ein elektrischer Strom aus der zweiten Batterie in das erste Bordnetz übertragen. Der Generator wird dann mittels des übertragenen elektrischen Stroms vormagnetisiert. Selbst wenn der Generator nicht permanentmagnet erregt ist, wird es hierdurch möglich, dass der Generator selbst eine elektrische Spannung zu erzeugt. Durch diese Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass das Kraftfahrzeug auch zwischenzeitlich abgestellt oder ausgeschaltet sein kann und dennoch beim Wiederstarten des Kraftfahrzeugs auch der Generator in Betrieb genommen werden kann. Falls der Generator auch als Starter vorgesehen ist, also als Startergenerator, so ist im Fehlerfall auch ein Start eines Verbrennungsmotors über die kurzgeschlossenen Bordnetze möglich, indem die zweite Batterie den Startergenerator mit elektrischer Energie versorgt.
-
Gemäß einer Weiterbildung weist das zweite Bordnetz als Spannungsquelle nur die zweite Batterie und den DC-DC-Wandler auf. Mit anderen Worten ist bei dieser Weiterbildung auf einen eigenen Generator im zweiten Bordnetz verzichtet. Dies macht das Kraftfahrzeug in der Herstellung günstig.
-
Gemäß einer Weiterbildung wird das erste Bordnetz mit einer ersten Spannung in einem Bereich von 43 Volt bis 53 Volt und das zweite Bordnetz mit einer zweiten Spannung in einem Bereich von 10 Volt bis 15 Volt betrieben. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass kein Hochvolt-Spannungssystem mit einer Spannung größer als 60 Volt für den beschriebenen Betrieb bei defekter erster Batterie und/oder defektem DC-DC-Wandler nötig ist, um mit dem Kraftfahrzeug beispielsweise in eine Werkstatt zu fahren.
-
Zwei weitere Weiterbildungen der Erfindung betreffen das Detektieren des Ausfalls.
-
Eine dieser Weiterbildungen sieht vor, dass die Detektionseinrichtung den Ausfall der ersten Batterie daran erkennt, dass eine Trenneinrichtung, über welche die erste Batterie mit dem Generator verschaltet ist, ein Trennsignal erzeugt, durch welches die Trenneinrichtung einen geöffneten Zustand signalisiert. Die Detektionseinrichtung kann hierzu beispielsweise auf der Grundlage eines Mikrocontrollers realisiert sein. Die Trenneinrichtung kann beispielsweise einen Schalter, z. B. ein Relais oder ein Schütz oder einen Halbleiterschalter, insbesondere einen Transistor, aufweisen sowie eine Schaltsteuerung für den Schalter. Die Schaltsteuerung kann auch das Trennsignal erzeugen. Das Auswerten des Trennsignals weist den Vorteil auf, dass keine eigene Funktionserkennung an der ersten Batterie durch die Detektionseinrichtung vorgenommen werden muss. Sobald das Trennsignal vorliegt ist klar, dass die erste Batterie keinen Strom mehr mit dem Generator austauschen kann, wie es für den kompensierenden Effekt der Batterie nötig ist. Der Defekt oder Ausfall der ersten Batterie kann aber auch durch die Detektionseinrichtung direkt beispielsweise auf der Grundlage einer Spannungsmessung und/oder einer Strommessung detektiert werden. Hierzu kann die Detektionseinrichtung auch eine Messschaltung umfassen.
-
Gemäß einer Weiterbildung erkennt die Detektionseinrichtung den Ausfall des DC-DC-Wandlers daran, dass der DC-DC-Wandler ein Selbstsperrsignal erzeugt, durch welches der DC-DC-Wandler einen selbsterkannten internen Fehler signalisiert. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die an sich bekannte Selbstdiagnose oder Fehlererkennung eines DC-DC-Wandlers genutzt wird, um das erfindungsgemäße Kurzschließen der beiden Bordnetze auszulösen.
-
Wie bereits ausgeführt, gehört zu der Erfindung auch ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist ein erstes elektrisches Bordnetz und ein zweites elektrisches Bordnetz auf, wobei das erste Bordnetz eine erste Batterie und einen Generator aufweist und wobei das zweite Bordnetz eine zweite Batterie aufweist und wobei das erste Bordnetz und das zweite Bordnetz über einen DC-DC-Wandler gekoppelt sind. Um einen robusten Betrieb des Kraftfahrzeugs auch bei Ausfall der ersten Batterie und/oder des DC-DC-Wandlers zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Detektionseinrichtung zum Detektieren des Ausfalls der ersten Batterie und/oder des DC-DC-Wandlers und eine Umschalteinrichtung zum Miteinanderkurzschließen der beiden Bordnetze und zum Einstellen eines Reglersollwerts des Generators bereitgestellt sind. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist dazu ausgelegt, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die erfindungsgemäß vorgesehene Umschalteinrichtung kann hierzu beispielsweise auf der Grundlage eines Mikrocontrollers und/oder eines Steuergeräts realisiert sein. Die Umschalteinrichtung kann durch ein einzelnes Gerät oder durch im Kraftfahrzeug verteilte Komponenten realisiert sein.
-
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet.
-
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einem Normalbetriebsmodus mit funktionsfähiger erster Batterie und funktionsfähigem DC-DC-Wandler,
-
2 eine schematische Darstellung des Kraftfahrzeugs von 1 bei einem Ausfall der ersten Batterie und/oder des DC-DC-Wandlers.
-
Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
-
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, bei dem es sich um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, handeln kann. Das Kraftfahrzeug 1 weist ein erstes elektrisches Bordnetz 2 und ein zweites elektrisches Bordnetz 3 auf. Die Bordnetze 2, 3 sind über einen DC-DC-Wandler 4 gekoppelt. Von dem ersten Bordnetz 2 sind eine erste Batterie 5 und ein Generator 6 dargestellt. Der Generator 6 kann beispielsweise ein Riemenstartergenerator sein. Das Beispiel beschränkt sich aber nicht nur auf Riementriebsmaschinen. Jedes zweiteilige Fahrzeugbordnetz (mit erstem und zweitem Bordnetz) kann derart betrieben werden. Der Generator kann z. B. also auch eine Antriebmaschine im Getriebe eines Antriebsstrangs oder an einer Achse des Kraftfahrzeugs sein.
-
Die Batterie 5 ist über eine Trenneinrichtung 7, bei der es beispielsweise um eine Relais handeln kann, von dem Rest des Bordnetzes 2 trennbar. Die erste Batterie 5 erzeugt eine erste Spannung U1 in dem ersten Bordnetz 2. Die erste Spannung U1 kann beispielsweise 48 Volt betragen. Im Betrieb erzeugt der Generator 6 ebenfalls die erste Spannung U1. Von dem zweiten Bordnetz 3 sind in 1 eine zweite Batterie 8, Verbraucher 9, 10 und ein elektrischer Starter 11 dargestellt. Die zweite Batterie 8 erzeugt eine zweite Spannung U2, die kleiner als die erste Spannung U1 ist. Die zweite Spannung U2 kann beispielsweise 12 Volt oder 14 Volt betragen.
-
Bei der ersten Batterie 5 kann es sich beispielsweise um eine Lithium-Batterie handeln, bei der zweiten Batterie 8 beispielsweise um eine Bleibatterie.
-
Die erste Batterie 5 ist in vorbestimmten Betriebsbereichen sehr empfindlich, weshalb sie über die Trenneinrichtung 7 eingebaut ist, welche die erste Batterie 5 vom ersten Bordnetz 2 elektrisch trennen kann, falls einer der bekannten, für die erste Batterie 5 ungeeigneten Betriebsbereiche erreicht wird. Dann wird bei dem Kraftfahrzeug 1 das zweite Bordnetz 3 ohne die erste Batterie 5 betrieben, wobei aber der redundante Energiespeicher in Form der ersten Batterie 5 im ersten Bordnetz 2 fehlt, um Leistungsüberschüsse und/oder Leistungsdefizite des Generators 6 kompensieren zu können.
-
Bei dem Kraftfahrzeug 1 muss deshalb aber nicht das gesamte erste Bordnetz 2 außer Betrieb genommen werden. Stattdessen wird das zweite Bordnetz 3 trotzdem weiter betrieben oder beim Start des Kraftfahrzeugs 1 in Betrieb genommen. Dies ist hier als batterieloser Betrieb des ersten Bordnetzes 2 bezeichnet.
-
Das erste Bordnetz 2 und das zweite Bordnetz 3 teilen sich die gleiche elektrische Masse 12. Im Falle des Verbrauchers 10 und des Starters 11 wird die Masse 12 über ein Motor-Masse-Band 13 und einen Antriebsstrang 14 zu dem Verbraucher 10 und dem Starter 11 geführt.
-
Somit beziehen sich bei dem Kraftfahrzeug 1 alle Verbraucher auf die gleiche elektrische Referenzmasse oder kurz Masse 12. Im Kraftfahrzeug 1 ist dies beispielsweise die Karosserie. Die beschriebene Besonderheit betrifft die Verbraucher, die beispielsweise am Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine 15 oder allgemein am Antriebsstrang 14 verbaut sind, die als gemeinsames Potential zunächst den Antriebsstrang 14 aufweisen. Dieser wird an einer festgelegten Stelle mit dem Motor-Masse-Band 13 definiert mit dem Massepotential der Masse 12 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden. Somit gibt es im Kraftfahrzeug 1 zwei Arten von Verbrauchern. Solche die direkt mit der Masse 12 der Karosserie verbunden sind und solche, die sich eine gemeinsame Masse auf dem Antriebsstrang 14 teilen, der wiederum mit der Masse 12 der Karosserie verbunden ist.
-
Im Generatorbetrieb ist der Generator 6 eine Energiequelle. Hier wird er von der Verbrennungskraftmaschine 15 des Antriebsstranges 14 angetrieben, das heißt mit einem Drehmoment beaufschlagt. Der Generator 6 versorgt dann das erste Bordnetz 2 mit der ersten Spannung U1 und lädt die erste Batterie 5.
-
Das zweite Bordnetz 3 braucht keinen eigenen Generator, der die zweite Spannung U2 generiert. Stattdessen wird die vom Generator 6 erzeugte elektrische Leistung auch dazu genutzt, den elektrischen Leistungsbedarf des zweiten Bordnetzes 3 zu decken oder zu kompensieren oder bereitzustellen. Hierzu überträgt der DC-DC-Wandler 4 die elektrische Leistung des Generators 6 aus dem ersten Bordnetz 2 in das zweite Bordnetz 3.
-
Falls die erste Batterie 5 von dem Generator 6 getrennt wird, weil beispielsweise der beschriebene unerwünschte Betriebsbereich erreicht ist, so wird dies durch eine Detektionseinrichtung 16 detektiert. Die Detektionseinrichtung 16 kann beispielsweise ein Programmmodul eines Steuergeräts umfassen, welches von der Trenneinrichtung 7 ein Trennsignal 17 empfängt. Die Detektionseinrichtung 16 kann auch beispielsweise einen Kontakt zwischen der Batterie 5 und einem Anschlusskabel der Batterie 5 überwachen und bei einem Wegfall oder Verlust des Kontaktes ebenfalls einen Ausfall der Batterie 5 im ersten Bordnetz 2 detektieren. Hierzu kann die Detektionseinrichtung 16 auch eine Detektionsschaltung aufweisen.
-
Die Detektionseinrichtung 16 signalisiert den Ausfall der Batterie 5 im ersten Bordnetz 2 durch ein Ausfallssignal 18. Ein weiteres Ausfallsignal kann durch ein Selbstsperrsignal 22 gebildet sein, dass durch den DC-DC-Wandler 4 erzeugt werden kann. Der DC-DC-Wandler 4 kann z. B. eine (nicht dargestellte) Diagnoseeinrichtung aufweisen, durch welche Selbstsperrsignal 22 erzeugt wird, falls in an sich bekannter Weise ein Defekt des DC-DC-Wandlers 4 erkannt wird und deshalb der Wandlerbetrieb durch die Diagnoseeinrichtung unterbrochen worden ist.
-
Bei dem Kraftfahrzeug 1 ist für diese beiden Fall eine Möglichkeit bereitgestellt, das erste Bordnetz 2 und das zweite Bordnetz 3 galvanisch zu verbinden, so dass die Bordnetze 2, 3 miteinander kurzgeschlossen sind.
-
Diese Möglichkeit kann zum einen darin bestehen, dass das erste Bordnetz 2 mit dem zweiten Bordnetz 3 über einen Schalter 21 gekoppelt oder verschaltet ist, welcher derart mit dem ersten Bordnetz 2 und dem zweiten Bordnetz 3 verschaltet ist, dass er den DC-DC-Wandler 4 überbrückt. Alternativ dazu kann vorgesehen, dass der DC-DC-Wandler 4 selbst in der Lage ist, einen Kurzschluss zwischen dem ersten Bordnetz 2 und dem zweiten Bordnetz 3 herbeizuführen. Hierzu muss der DC-DC-Wandler in der Lage sein, seine internen Schalter entsprechend im Dauerbetrieb zu schalten, um das erste Bordnetz 2 und das zweite Bordnetz 3 dauerhaft kurzzuschließen. Bei einem Buck/Boost-Wandler wäre hierbei beispielsweise der High-Side-Schalter, welcher das erste Bordnetz 2 und das zweite Bordnetz 3 miteinander verbindet, in einen dauerhaft oder permanent leitenden Zustand zu schalten. Der Low-Side-Schalter, welcher das zweite Bordnetz 3 mit dem Massepotential 12 verbindet, wäre in einen dauerhaft oder permanent sperrenden Zustand zu schalten. Bei einem wandlerexternen Schalter 21 kann zusätzlich ein Steuergerät, welches den Schalter 21 ansteuert, und entsprechende Verkabelung vorgesehen sein.
-
Das Schalten des Schalters 21 oder das dauerhafte Durchschalten des DC-DC-Wandlers 4 wird durch eine Umstelleinrichtung 19 gesteuert. Die Umstelleinrichtung 19 empfängt hierzu das Ausfallsignal 18 und/oder das Selbstsperrsignal 22. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Signal 18, 22 erzeugt die Umstelleinrichtung 19 ein Schaltsignal 23 für den Schalter 21 oder ein Schaltsignal 23' für den DC-DC-Wandler 4, um die Bordnetze 2, 3 miteinander kurzzuschließen. Die Umstelleinrichtung 19 stellt des Weiteren bei dem Generator 6 einen Reglersollwert 20 ein, durch welchen der Generator 6 nicht mehr die Spannung U1, sondern die Spannung U2 erzeugt. Die Umstelleinrichtung 19 kann z. B. als ein Programmmodul eines Steuergeräts realisiert sein.
-
2 zeigt den Zustand des Kraftfahrzeugs 1 nach dem Kurzschließen der Bordnetze 2, 3. In der ersten Variante kann der Schalter 21 geschlossen sein. In der zweiten Variante ist eine Direktverbindung 25 zwischen dem ersten Bordnetz 2 und dem zweiten Bordnetz 3 durch den DC-DC-Wandler 4 bereitgestellt. Der Generator 6 erzeugt nun gemäß dem eingestellten Regelsollwert die zweite Spannung U2 anstelle der ersten Spannung U1. Somit ist gemäß beiden Lösungsvarianten nun das zweite Bordnetz 3 elektrisch mit dem ersten Bordnetz 1 verbunden. Es liegt dann die zweite Spannung U2 am Generator 6 sowie an den anderen (nicht dargestellten) Verbrauchern im ersten Bordnetz 2 an. Der Generator 6 kann mit einer Softwarefunktion ausgestattet sein, die es ihm ermöglicht, bei entsprechender Ansteuerung auch mit einer Zwischenkreisspannung oder Bordnetzspannung im ersten Bordnetz 2 zu arbeiten, welche kleiner als die erste Spannung U1 ist, insbesondere der zweiten Spannung U2 entspricht. So ist es möglich, den Spannungsregler des Generators 6 mittels des Reglersollwerts 20 für einen direkten oder unmittelbaren Betrieb am zweiten Bordnetz 3 umzustellen. Damit nun der Generator 6 einen Generatorbetrieb für das zweite Bordnetz 3 bereitstellen kann und somit als Redundanz für die zweite Batterie 8 dient, muss sich der Generator zunächst magnetisch vorerregen. Da die zweite Batterie 8 am zweiten Bordnetz 3 angeschlossen ist, erfolgt diese kurze Leistungsaufnahme des Generators 6 über die oder aus der zweiten Batterie 8. Danach kann der Generator 6 die elektrische Versorgung des zweiten Bordnetzes 3 wieder übernehmen. Ein Liegenbleiber mit dem Kraftfahrzeug 1 ist hierdurch ausgeschlossen. So ist es möglich, eine als Verbraucher 10 im zweiten Bordnetz 3 bereitgestellte Zündanlage für die Verbrennungskraftmaschine 5 mittels des Generators 6 weiter zu betreiben. Der Generator 6 wird bevorzugt mit verringerter Leistung im Vergleich zum Betrieb bei der ersten Spannung U1 für den Fall betrieben, dass der Generator 6 direkt die Spannung U2 erzeugt. Hierdurch wird eine Überschreitung einer maximalen Stromstärke im Generator 6 vermieden.
-
Durch den Kurzschluss der beiden Bordnetze 2, 3 und den Generatorbetriebs des Generators 6 mit der zweiten Spannung U2 ist verhindert, dass sich ein Verlust der Redundanz im zweiten Bordnetz ergibt, wie sie durch den Generator 6 und die Batterie 5 mittels des DC-DC-Wandlers im Normalbetrieb bereitgestellt wird. Auch bei einem Defekt der Batterie 5 und/oder des DC-DC-Wandlers 4 dient der Generator 6 weiterhin als Redundanz für die zweite Batterie 8 im zweiten Bordnetz 3. Die hierdurch ermöglichte Versorgung der Verbraucher 9, 10 im zweiten Bordnetz 3 verhindert einen Liegenbleiber oder eine Unterbrechung des Betriebs des Kraftfahrzeugs 1. Somit ist ein Fahrer in der Lage, bei den beschriebenen Fehlern mit dem Kraftfahrzeug 1 in eine Werkstatt zu fahren.
-
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung mittels eines 48 V-Riemenstartergenerators eine Notlaufversorgung für ein 12 V-Bordnetz bei Ausfall der 48 V-Batterie oder des DC-DC-Wandlers bereitgestellt werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007047619 A1 [0005]
- DE 102011083010 A1 [0006]
- DE 102007000618 A1 [0007]
- DE 10234088 A1 [0008]
