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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Bordnetze, insbesondere der Fahrzeugbordnetze.
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Mit der zunehmenden Anzahl an Verbrauchern und insbesondere mit der Einführung der Start-Stopp-Automatik ergeben sich auch zunehmend Probleme, die sich durch Spannungseinbrüche in Fahrzeugbordnetzen ergeben. Es wurde beispielsweise in der
EP 2215701 A2 vorgeschlagen, einer Bordnetzbatterie seriell einen Kondensator zuzuschalten, damit sich die Spannung des Kondensators zu der Spannung der Bordnetzbatterie addiert, falls deren Spannung aufgrund einer starken Belastung einbricht.
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Es wurde erkannt, dass diese Lösung nicht vollständig geeignet ist, um auch Rekuperationsstrompfade in effizienter Weise zu realisieren, mit denen der Kondensator aufgeladen werden kann.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich insbesondere Rekuperationsstrompfade und vorzugsweise auch andere Strompfade auf einfache Weise realisieren lassen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich mit den Unteransprüchen sowie mit der Beschreibung und der 1.
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Es wurde erkannt, dass die Aufnahme und Abgabe von Rekuperationsleistung mittels eines Zwischenspeichers, der von einer elektrischen Maschine gespeist wird bzw. diese antreibt, sich auf einfache Weise durch zwei Umschalter realisieren lässt, die zu beiden Seiten der elektrischen Maschine angeordnet sind. Diese Umschalter erlauben eine Wahl des Strompfads, wobei etwa sich einstellen lässt, dass zu der elektrischen Maschine der Zwischenspeicher in Reihe zugeschaltet wird, um das Bordnetz mittels einer Kombination aus elektrischer Maschine und Zwischenspeicher zu versorgen, die elektrische Maschine (als Generator) Rekuperationsleistung vorzugsweise direkt in den Zwischenspeicher abgibt, oder ob die elektrische Maschine im Wesentlichen nur Leistung mit dem restlichen Bordnetz austauscht, gleichbedeutend mit einem Ruhezustand (geladen oder ungeladen) des Zwischenspeichers. Dies sind nur einige beispielhafte Möglichkeiten zur Anwendung der hier beschriebenen Schaltung oder zur Anwendung von Ausführungsformen der hier beschriebenen Schaltung.
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Mit der hier beschriebenen Herangehensweise kann insbesondere der Leistungsaustausch während der Rekuperationsphasen, in denen der Zwischenspeicher Energie aufnimmt, und während des Startens (eines Verbrennungsmotors) oder auch während dem Betrieb der elektrischen Maschine als Traktionsmotor auf einfache Weise bewerkstelligt werden, ohne dass andere Bordnetzteile von diesem Leistungsaustausch, der mit sehr hohen Strömen verknüpft ist, beeinträchtigt werden.
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Es wird ferner eine Zuschaltung des Zwischenspeichers zum Generator insbesondere in Startphasen ermöglicht, so dass zwischen einem Bezugspotential (etwa Masse) und dem Versorgungspotential (etwa die Plus-Schiene) trotz starker Belastung etwa während eines Startvorgangs die Spannung zwischen diesen Potentialen nicht stark sinkt.
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In einer Ausführungsform wird ein direkter Leistungspfad zwischen elektrischer Maschine und Zwischenspeicher ermöglicht, insbesondere ohne starken Einfluss auf andere Komponenten des Bordnetzes. Insbesondere sensitive Verbraucher, die durch Spannungsspitzen oder -einbrüche gestört werden können (die jedoch beim Starten, und bei der Rekuperation auftreten können), werden durch die starken Stromflüsse etwa während der Rekuperation nicht mehr gestört.
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Es ergibt sich insbesondere eine hohe Antriebsleistung für die Startphase und gegebenenfalls eine hohe Rekuperationsleistung, da der Zwischenspeicher bei Hochleistungsphasen der elektrischen Maschine zugeschaltet werden kann und gegebenenfalls direkt mit der elektrischen Maschine verbunden werden kann. Ferner ist bei Ausführungsformen der Erfindung an der elektrischen Maschine (insbesondere temporär) eine höhere Spannung möglich, indem der Zwischenspeicher mit der elektrischen Maschine in Reihe geschaltet werden kann, so dass der Zwischenspeicher eine besonders hohe Betriebsspannung aufweisen kann und somit eine große Energiemenge speichern kann.
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Daher kann etwa der Zwischenspeicher für besonders starke Pulsbelastungen ausgelegt werden, während die Bordnetzbatterie keine besondere Pulsbelastungseigenschaften haben muss.
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Es wird daher ein Bordnetz-Schaltmodul vorgeschlagen, das insbesondere zwischen der elektrischen Maschine (insbesondere als Generator ausgebildet) und dem Zwischenspeicher angeschlossen wird und ferner an das restliche Bordnetz angeschlossen werden kann. Mit dem Bordnetz-Schaltmodul lassen sich hier beschriebenen Strompfade erstellen, die insbesondere bei Phasen hoher elektrischer Leistungsabgabe der elektrischen Maschine vorsehen, dass der Zwischenspeicher unterstützend hinzu geschaltet werden kann, etwa bei einem Verbrennungsmotorstart mittels der elektrischen Maschine. Durch die Reihenschaltung wird der Generator bzw. die elektrische Maschine entlastet. Mit anderen Worten wird die bereitzustellende Leistung aufgeteilt auf mehrere Energielieferanten, d.h. den Zwischenspeicher und die Batterie (bzw. dem Generator).
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Ferner wird eine Ausführungsform ermöglicht, bei der das Schaltmodul die elektrische Maschine in einer Rekuperationsphase direkt mit dem Zwischenspeicher verbindet, um diesem Leistung zuzuführen, so dass effektiv Energie rekuperiert werden kann. Hierbei kann die elektrische Maschine derart angesteuert werden, dass sich ein gewünschter Ladestrom einstellt bzw. eine gewünschte (veränderliche) Ladespannung an den Zwischenspeicher angelegt wird. Insbesondere wenn der Zwischenspeicher ein Kondensator ist, kann der Generator zur Anpassung des Ladestroms bzw. der Ladespannung verwendet werden, wodurch ein Hochleistungs-Wandler eingespart werden kann. Somit muss der Zwischenspeicher nicht notwendigerweise über einen Wandler geladen werden, sondern kann direkt von der elektrischen Maschine geladen werden.
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Das Bordnetz-Schaltmodul weist einen ersten und einen zweiten Bordnetzanschluss auf. Diese Anschlüsse sind zur Verbindung mit einem weiteren Teil des Bordnetzes ausgelegt, insbesondere mit einem Teil des Bordnetzes, der eine Bordnetzbatterie und/oder (sensitive) Verbraucher aufweist. Die Anschlüsse können insbesondere Hochstromanschlüsse sein, die etwa für Stromstärken von bis zu 10 A oder 100 A oder auch 200 A, 500 A oder 1000 A ausgelegt sind. Die beiden Bordnetzanschlüsse sind insbesondere gegeben durch einen Masse- und einen Pluspol-Anschluss bzw. durch Anschlüsse, die zur Anbindung an unterschiedliche Potentiale (Versorgungspotentiale) des (restlichen) Bordnetzes ausgestaltet bzw. vorgesehen sind.
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Das Bordnetz-Schaltmodul weist ferner einen ersten und einen zweiten Anschluss für eine elektrische Maschine auf, die auch als erster und zweiter EM-Anschluss bezeichnet werden. Die beiden EM-Anschlüsse sind insbesondere einen positiven und einen negativen Anschluss realisiert, an denen während des Betriebs der elektrischen Maschine ein positives bzw. negatives Potential anliegt. Als EM-Anschluss wird ein Anschluss bezeichnet, der insbesondere zum Anschluss an eine Leistungsquelle vorgesehen ist, beispielsweise an einen Starter (allgemein: Elektromotor), an einen Starter-Generator bzw. an eine Lichtmaschine (allgemein: Generator). Somit wird der Generator bzw. die Lichtmaschine von der elektrischen Maschine realisiert. Diese elektrische Maschine ist eingerichtet, mechanische Energie in einem Fahrzeug aufzunehmen und in elektrische Energie umzuwandeln, oder in umgekehrter Richtung zu arbeiten, oder beides. Wie erwähnt, kann die elektrische Maschine zusätzlich eingerichtet sein, elektrische Leistung in mechanische Leistung umzuwandeln, etwa um einen Verbrennungsmotor zu starten und/oder um Traktionsleistung für das Fahrzeug zu erzeugen. Die elektrische Maschine, zu deren Anschluss die EM-Anschlüsse ausgestaltet sind, kann die Funktion einer Lichtmaschine haben. Das erfindungsgemäße Bordnetz-Schaltmodul ist auch ausgestaltet, den Strom einer als Lichtmaschine arbeiteten elektrischen Maschine an Komponenten des weiteren bzw. restlichen Bordnetzes bzw. an eine dort vorgesehene Bordnetzbatterie zu übertragen.
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Es ist zudem ein Zwischenspeicheranschluss vorgesehen. An diesen Zwischenspeicheranschluss kann ein Anschluss eines Zwischenspeichers angeschlossen werden. Sofern der erste EM-Anschluss ein negativer Anschluss ist, dann kann dieser Zwischenspeicheranschluss (etwa über einen im Weiteren erläuterten ersten Umschalter) an einen Pluspolanschluss des Zwischenspeichers angeschlossen werden, so dass sich die Spannung des Zwischenspeichers zu der Spannung des Generators bzw. Starter/Generators (allgemein: der elektrischen Maschine) addieren kann. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Zwischenspeicheranschluss mit dem zweiten EM-Anschluss, der in diesem Fall ein positiver Anschluss ist, verbunden wird, insbesondere über einen im Weiteren erläuterten zweiten Umschalter), so dass etwa im Falle des Verbrennungsmotorstarts mittels der elektrischen Maschine diese von dem Zwischenspeicher gespeist wird. Ist der erste EM-Anschluss ein positiver Anschluss (d.h. im komplementären Fall), dann entspricht der Zwischenspeicheranschluss einem Minuspolanschluss für den Zwischenspeicher, damit der Pluspol des Zwischenspeichers mit dem positiven Potential des Bordnetzes verbunden werden kann. Auch hier addieren sich die Spannungen, jedoch in umgekehrter Weise.
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Die EM-Anschlüsse und der Zwischenspeicheranschluss sind vorzugsweise ausgestaltet gemäß zumindest einem Merkmal des Bordnetzanschlusses. Jedoch können die EM-Anschlüsse und der Zwischenspeicheranschluss mit einer höheren Stromtragfähigkeit ausgestattet sein wie die Bordnetzanschlüsse, da die Bordnetzanschlüsse von den Belastungen der Rekuperation bzw. des Starts bzw. der Traktion nur geringfügig belastet werden.
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Daher können die EM-Anschlüsse und der Zwischenspeicheranschluss für Stromstärken von mindestens 500 A oder 1000 A ausgelegt sein, während die für die Auslegung maßgebliche Stromstärke der Bordnetzanschlüsse bei 200 A, 300 A oder 400 A liegen kann. Dies sind nur beispielhafte Zahlen und sollen darauf hinweisen, dass die Strompfade, welche mit hohen Pulsströmen bzw. hohen Strombelastungen (Rekuperation / Starten / elektrisch gespeiste Beschleunigung) verbunden sind, im Wesentlichen über die EM-Anschlüsse und den Zwischenspeicheranschluss laufen und nicht über den Bordnetzanschluss.
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Es ist ferner ein erster Umschalter vorgesehen, der den ersten EM-Anschluss, den Zwischenspeicheranschluss und den ersten Bordnetzanschluss miteinander verbindet. Insbesondere verbindet der erste Umschalter den ersten EM-Anschluss wahlweise mit dem Zwischenspeicheranschluss oder dem ersten Bordnetzanschluss, abhängig von dem Schaltzustand des ersten Umschalters. Der Umschalter hat einen gemeinsamen Anschluss(den beide zu wählenden Strompfade gemeinsam haben) und zwei Selektionsanschlüsse, die je nach Schaltzustand (wechselweise) mit dem gemeinsamen Anschluss verbunden sind, oder nicht. Da diese Schaltstellungen im üblichen Betrieb eine Auswahl vorsehen, wird für diese Komponente der Begriff "Umschalter" gewählt, auch wenn gegebenenfalls beide wählbaren Verbindungspfade geöffnet werden können, etwa in einem Notfall bzw. bei Überlast.
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Da es um einen Umschalter handelt, ist der gemeinsame Kontakt des Umschalters wechselweise mit einem der zwei Selektionsanschlüsse des Umschalters verbunden. Die Begriffe "gemeinsamer Anschluss" und "Selektionsanschluss" sind lediglich zum besseren Verständnis der Funktion gewählt, wobei im Weiteren die Beschaltung und die Arbeitsweise des Umschalters durch die sich ergebenden möglichen (steuerbaren) Strompfade definiert sind. Dies betrifft den ersten Umschalter sowie den im Weiteren erläuterte zweite Umschalter.
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In diesem Sinne ist der erste Umschalter eingerichtet, den ersten EM-Anschluss steuerbar entweder mit dem ersten Bordnetzanschluss oder mit dem Zwischenspeicheranschluss zu verbinden. Der gemeinsame Anschluss des ersten Umschalters ist daher dem ersten EM-Anschluss zuzuordnen (bzw. mit diesem zu verbinden), und die Selektionsanschlüsse des ersten Umschalters sind daher dem ersten Bordnetzanschluss bzw. dem Zwischenspeicheranschluss zuzuordnen (bzw. mit diesen zu verbinden). Der erste Umschalter ermöglicht durch Änderung der Schaltstellung zu serielle Zuschaltung des Zwischenspeichers zu dem Generator bzw. die Auftrennung der Verbindung zwischen (erstem) EM-Anschluss und Bezugspotential, um den Generatoranschluss auf ein Potential oberhalb des Bezugspotentials zu heben bzw. um den Zwischenspeicheranschluss mit dem ersten EM-Anschluss zu verbinden.
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Das Bordnetz-Schaltmodul weist in einer vorteilhaften Ausführungsform ferner einen zweiten Umschalter auf. Dieser verbindet den zweiten EM-Anschluss mit dem Zwischenspeicheranschluss und dem zweiten Bordnetzanschluss. Insbesondere verbindet der zweite Umschalter den zweiten EM-Anschluss wahlweise mit dem Zwischenspeicheranschluss oder dem zweiten Bordnetzanschluss, abhängig von dem Schaltzustand des zweiten Umschalters. Der zweite Umschalter ist eingerichtet, den zweiten EM-Anschluss steuerbar entweder mit dem zweiten Bordnetzanschluss oder mit dem Zwischenspeicheranschluss zu verbinden. Ein gemeinsamer Anschluss des zweiten Umschalters ist daher dem zweiten EM-Anschluss zuzuordnen (bzw. mit diesem zu verbinden), und die Selektionsanschlüsse des zweiten Umschalters sind dem zweiten Bordnetzanschluss bzw. Zwischenspeicheranschluss zuzuordnen (bzw. mit diesen zu verbinden). Mit dem zweiten Umschalter ist es möglich, die elektrische Maschine bzw. die EM-Anschlüsse direkt mit dem Zwischenspeicher bzw. mit dem Zwischenspeicheranschluss zu verbinden. In diesem Fall ist die elektrische Maschine parallel geschaltet zu dem Zwischenspeicher. Dadurch kann der Zwischenspeicher direkt von der elektrischen Maschine aufgeladen werden. Hierzu wird die elektrische Maschine (insbesondere deren Erregung) derart angesteuert, dass die elektrische Maschine einen gewünschten Ladestrom für den Zwischenspeicher vorsieht, oder die elektrische Maschine eine gewünschte Ladespannung (bzw. einen Ladespannungsverlauf) vorsieht. Hierzu kann die Ansteuerung der elektrischen Maschine entsprechend ausgestaltet sein, so dass die Ansteuerung für die Rekuperationsphase die elektrische Maschine als Ladestromgenerator für den Zwischenspeicher verwendet. Ist der Zwischenspeicher ein Kondensator, etwa ein Superkondensator, ist die Ansteuerung ausgestaltet, um die elektrische Maschine derart anzusteuern, dass die Ladespannung steigt, um der linearen Ladecharakteristik (d.h. Klemmenspannung ggü. Ladezustand) eines Kondensators Rechnung zu tragen. Die Ansteuerung ist vorzugsweise ausgestaltet, die elektrische Maschine als (Lade-)Stromquelle zu regeln.
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Der erste und der zweite Umschalter können jeweils als ein Schaltelement ausgeführt sein, etwa als ein elektromechanisches Schaltelement, welches den Umschalter selbst darstellt. Ferner kann der betreffende Umschalter zwei einzelne Schaltelemente aufweisen, die jeweils an einer Seite zusammengeschlossen sind, und jeweils an der anderen Seite die Anschlüsse bilden, mit denen die zusammengeschlossenen Seiten wahlweise verbunden werden. Um eine wechselweise Verbindung zu erlangen, werden die einzelnen Schaltelemente über eine gemeinsame Steuerung angesteuert, die an die Schaltelemente zueinander komplementäre Öffnungs- bzw. Schließsignale abgibt. Die Schaltelemente können elektromechanische Schalter sein, jedoch sind diese bevorzugt Leistung-Halbleiterschalter. Diese weisen einen Steuereingang auf, über den der Schaltzustand des Halbleiterschalters definiert werden kann, etwa eine Basis oder ein Gate. Die Leistung-Halbleiterschalter können unidirektional oder bidirektional sperrend ausgeführt sein.
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Insbesondere die ersten Schaltelemente des ersten und des zweiten Umschalters sind unidirektional sperrend ausgelegt. Die Inversdioden dieser ersten Schaltelemente weisen vorzugsweise eine Durchlassrichtung auf, die zum zweiten Bordnetzanschluss hin weist. Dadurch kann auch bei fehlender Ansteuerung Strom von den EM-Anschlüssen zu den Bordnetzanschlüssen fließen.
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In einer Ausführungsform, bei der die Umschalter jeweils mittels einzelner Schaltelemente (jeweils mit den Schaltzuständen AN und AUS) ausgestaltet sind, weist der erste Umschalter ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement. Jeweils eine Seite dieser Schaltelemente ist mit dem ersten EM-Anschluss verbunden. Die hierzu entgegengesetzte Seite des ersten Schaltelements des ersten Umschalters ist mit dem ersten Bordnetzanschluss verbunden. Die hierzu (d.h. zum EM-Anschluss) entgegengesetzte Seite des zweiten Schaltelements des ersten Umschalters ist mit dem Zwischenspeicheranschluss verbunden.
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In gleicher Weise ist der zweite Umschalter ausgebildet (jedoch mit anderen Komponenten verbunden wie im Folgenden dargestellt ist). Der zweite Umschalter weist (wie der erste Umschalter) ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement auf. Jeweils eine Seite dieser Schaltelemente des zweiten Umschalters ist mit dem zweiten EM-Anschluss verbunden. Die hierzu entgegengesetzte Seite des ersten Schaltelements des zweiten Umschalters ist mit dem zweiten Bordnetzanschluss verbunden. Die (zum zweiten EM-Anschluss) entgegengesetzte Seite des zweiten Schaltelements des zweiten Umschalters ist mit dem Zwischenspeicheranschluss verbunden.
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Das zweite Schaltelement des ersten Umschalters und/oder das zweite Schaltelement des zweiten Umschalters können jeweils als (vorzugsweise zwei) antiseriell verbundene Halbleiterschalter ausgebildet sein. Hierbei weisen zwei antiseriell verbundene Halbleiterschalter Bodydioden auf, die in entgegengesetzte Richtungen weisen.
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Zwischen zwei entgegengesetzten Seiten von Schaltelementen kann der Verbindungszustand geändert werden, entweder elektronisch durch Beeinflussung der Dichte freier Ladungsträger, oder durch mechanische Änderung eines Leiters. Die entgegengesetzten Seiten sind die beiden Anschlüsse des Schaltelements, die Verbindungszustände der Schaltelemente definieren den Schaltzustand des Umschalters.
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Der Umschalter kann als elektromechanischer Umschalter, etwa als Relais, umgesetzt sein. Vorzugsweise werden jedoch zur Realisierung der Umschalter Leistungshalbeiterschalter verwendet, da diese im Wesentlichen keinen Verschleiß aufweisen. Daher sind gemäß einer Ausgestaltungsform die Schaltelemente (der Umschalter) Leistungstransistoren, insbesondere Leistungs-Feldeffekttransistoren, etwa MOSFETs, oder bipolare Leistungstransistoren, etwa Leistungs-IGBTs.
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Falls Leistungstransistoren verwendet werden, so können diese Body-Dioden (auch Inversdioden genannt) aufweisen. Die Leitungsrichtung der Body-Diode des ersten Schaltelements (K3) des ersten Umschalters weist vorzugsweise zum (ersten) EM-Anschluss hin. Mit anderen Worten weist die Sperrrichtung dieser Body-Diode zum ersten Bordnetzanschluss hin.
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Die Body-Dioden der beiden antiseriell geschalteten Leistungshalbleiterschalter des zweiten Schaltelements (K4) des ersten Umschalters weisen in unterschiedliche Richtungen. Falls dieses Schaltelement mit nur einem Leistungshalbleiterschalter aufweist, dann weist dessen Leitungsrichtung vorzugsweise zum Zwischenspeicheranschluss hin. Mit anderen Worten weist die Sperrrichtung dieser Body-Diode zum (ersten) EM-Anschluss hin.
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Die Leitungsrichtung der Body-Diode des ersten Schaltelements (K5) des zweiten Umschalters weist vorzugsweise zum zweiten Bordnetzanschluss hin. Mit anderen Worten weist die Sperrrichtung dieser Body-Diode zum (zweiten) EM-Anschluss hin.
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Body-Dioden der beiden antiseriell geschalteten Leistungshalbleiterschalter des zweiten Schaltelements (K6) des zweiten Umschalters weisen in unterschiedliche Richtungen. Falls dieses Schaltelement mit nur einem Leistungshalbleiterschalter ausgebildet ist, dann weist dessen Leitungsrichtung zum (zweiten) EM-Anschluss hin. Mit anderen Worten weist die Sperrrichtung dieser Body-Diode zum Zwischenspeicheranschluss hin.
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Das Bordnetz-Schaltmodul kann ferner eine Ansteuerschaltung aufweisen. Diese entspricht funktionell der bereits erwähnten Ansteuerung. Die Ansteuerschaltung ist ansteuernd mit den Umschaltern bzw. mit den Schaltelementen verbunden. Insbesondere ist die Ansteuerschaltung ansteuernd mit Steuereingängen der Umschalter bzw. der Schaltelemente der Umschalter ansteuernd verbunden.
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Die Ansteuerschaltung ist eingerichtet, die Schaltelemente des ersten Umschalters wechselweise anzusteuern. Die Ansteuerschaltung ist ferner eingerichtet, die Schaltelemente des zweiten Umschalters wechselweise anzusteuern. Insbesondere ist die Ansteuerschaltung ausgestaltet, die Schaltelemente eines der Umschalter nicht überlappend in den leitenden Zustand zu versetzen. Somit kann die Ansteuerschaltung eingerichtet sein, eines der Schaltelemente des ersten Umschalters und eines der Schaltelemente des zweiten Umschalters in geschlossenem Zustand anzusteuern (d.h. so anzusteuern, dass das betreffende Schaltelement diesen Schaltzustand aufweist), während das andere Schaltelement des jeweiligen Umschalters in offenem Zustand angesteuert wird. Die Ansteuerschaltung ist daher für das Schaltermanagement des ersten bzw. des ersten und des zweiten Umschalters (und gegebenenfalls weiterer Umschalter) zuständig.
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Die Ansteuerschaltung kann ferner einen Eingang für Strom- und/oder Spannungssensoren aufweisen. Anschließbare Stromsensoren sind etwa Shunt-Widerstände oder Magnetsensoren; anschließbare Spannungssensoren sind etwa einfache Abgriffe, ggf. in Kombination mit Verstärkern und/oder Spannungsteilern. Die Ansteuerschaltung ist eingerichtet, die Spannung bzw. den Strom zu überwachen, etwa durch Vergleich mit Soll-Werten, die bestimmten (aktuell eingestellten) Schaltzuständen zugeordnet sind, mit den am Eingang vorliegenden Strom- und/oder Spannungsdaten.
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Ferner kann die Ansteuerschaltung einen Ausgang aufweisen zur Ansteuerung von Balancing-Schaltern, die den Ladezustand zwischen Zellen des selben Energiespeichers ausgleichen. Der Eingang kann ferner eingerichtet sein, mit Abgriffen einzelner Zellen verbunden zu werden, wobei die Ansteuerschaltung ausgestaltet ist, abhängig von den Potentialen an den Abgriffen (oder abhängig von einzelnen, daraus abgeleiteten Ladezuständen) einen Ladungsausgleich ("Balancing") durch Schließen bzw. Öffnen von betreffenden Schaltern (an den einzelnen Zellen) durchzuführen.
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Das Bordnetz-Schaltmodul kann ferner über einen optionalen DC/DC-Wandler verfügen. Dieser verbindet leistungsübertragend den zweiten Bordnetzanschluss mit dem Zwischenspeicheranschluss. Der DC/DC-Wandler kann bidirektional sein, oder kann unidirektional sein und nur zur Leistungs- bzw. Stromübertragung von dem zweiten Bordnetzanschluss an den Zwischenspeicheranschluss oder nur von dem Zwischenspeicheranschluss an den zweiten Bordnetzanschluss eingerichtet sein. Der DC/DC-Wandler kann zur zur Aufladung des Zwischenspeichers über den Zwischenspeicheranschluss dienen, indem der Wandler Strom vom zweiten Bordnetzanschluss an den Zwischenspeicheranschluss übertragen kann. Zur Förderung des Stromflusses erhöht der DC/DC-Wandler das Potential des zweiten Bordnetzanschlusses, so dass zwischen dem Zwischenspeicheranschluss und dem ersten Bordnetzanschluss eine höhere Spannung anliegt als ohne DC/DC-Wandler. Die vom DC/DC-Wandler vorgesehen Funktion ist jedoch redundant zur Möglichkeit, den Zwischenspeicher mittels der elektrischen Maschine aufzuladen (d.h. der Möglichkeit der Verbindung des Zwischenspeicheranschlusses mit dem zweiten EM-Anschluss)
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Wie erwähnt ist der DC/DC-Wandler optional, wobei dem Zwischenspeicheranschluss auf direkt das Potential des zweiten Bordnetzanschlusses zugeführt werden kann (über das zweite Schaltelement des zweiten Umschalters bzw. über den zweiten Umschalter). Bei der Verwendung des DC/DC-Wandlers kann dieser auf eine bestimmte Ausgangsspannung geregelt werden, um den Zwischenspeicher gesteuert aufzuladen. Dies erleichtert die Definition des Aufladungsprozesses des Zwischenspeichers, wenn Leistung über den EM-Anschluss an den Zwischenspeicher übertragen werden soll.
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Der DC/DC-Wandler kann mit einer geringen Nennleistung ausgestaltet werden, etwa mit einer Nennleistung, die geeignet ist, die gespeicherte Energie Zwischenspeichers in einer Zeitspanne von mehr als 10 sec, 60 sec oder 300 sec um 10% oder 50% bezogen auf die Nennkapazität zu erhöhen. Ferner kann der DC/DC-Wandler mit einem Nennstrom (betreffend die vom Wandler übertragene Leistung) ausgestaltet sein, der nicht mehr als 20%, vorzugsweise nicht mehr als 5% oder 1%, insbesondere nicht mehr als 1000ppm oder 100ppm als der Nennstrom (Haltestrom) des ersten oder zweiten Umschalters oder deren Schaltelemente beträgt.
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Der DC/DC-Wandler kann als 2-Quadranten- oder 4-Quadranten-Wandler ausgestaltet sein. Es können Hoch- oder Tiefsetzsteller verwendet werden oder auch Wandler mit galvanischer Trennung.
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Es kann ein weiterer (dritter) Umschalter vorgesehen sein, um einen Zwischenabgriff des Zwischenspeichers (bzw. einen entsprechenden Anschluss für den Zwischenspeicher) gesteuert mit einem Bordnetzbatterieanschluss zu verbinden. Dadurch kann der an den Zwischenabgriff des Zwischenspeichers angeschlossene Teil des Zwischenspeichers wahlweise in Serie mit der Bordnetzbatterie geschlossen werden. Falls der erste Bordnetzanschluss der Masse entspricht, dann ist der Bordnetzbatterieanschluss der Anschluss zur Verbindung mit dem Minuspol der Bordnetzbatterie (d.h. ein Minuspolanschluss). Falls der erste Bordnetzanschluss Bordnetzbatterieanschluss der Anschluss zur Verbindung mit dem Pluspol der Bordnetzbatterie (d.h. ein Pluspolanschluss).
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Der dritte Umschalter ist mit dem ersten Bordnetzanschluss, dem Zwischenspeicherabgriff-Anschluss und dem Bordnetzbatterieanschluss verbunden. Der Zwischenspeicher weist mehrere Zwischenspeicherelemente auf. Diese sind seriell verbunden. Der Zwischenspeicherabgriff-Anschluss ist mit einer Verbindung zwischen mindestens zwei Zwischenspeicherelementen verbunden. Zwischen dem Zwischenspeicherabgriff und dem ersten Bordnetzanschluss sind ein oder mehrere Zwischenspeicherelementen (seriell) geschaltet. Zwischen dem Zwischenspeicherabgriff und dem Zwischenspeicheranschluss sind ebenso ein oder mehrere Zwischenspeicherelementen (seriell) geschaltet. Die ein oder mehreren Zwischenspeicherelemente zwischen dem ersten Bordnetzanschluss und dem Zwischenspeicherabgriff wurden vorangehend als Teil des Zwischenspeichers erwähnt.
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Der dritte Umschalter ist eingerichtet, den Bordnetzbatterieanschluss steuerbar entweder mit dem ersten Bordnetzanschluss oder mit dem Zwischenspeicherabgriff-Anschluss zu verbinden. Der dritte Umschalter kann wie der erste und/oder der zweite Umschalter ausgebildet sein. Insbesondere kann der dritte Umschalter zwei Schaltelemente aufweisen, wobei jeweils eine Seite dieser Schaltelemente mit dem Bordnetzbatterieanschluss verbunden ist. Die hierzu entgegengesetzte Seite des ersten Schaltelements des dritten Umschalters ist mit dem ersten Bordnetzanschluss verbunden ist. Die hierzu entgegengesetzte Seite des zweiten Schaltelements (d.h. zur mit dem Bordnetzbatterieanschluss verbundenen Seite entgegengesetzte Seite des zweiten Schaltelements) des dritten Umschalters ist mit dem Zwischenspeicherabgriff verbunden. Die Schaltelemente des dritten Umschalters sind insbesondere Leistungshalbleiterschalter, insbesondere Leistungstransistoren wie Feldeffekttransistoren (etwa MOSFETs) oder bipolare Transistoren (insbesondere IGBTs). Der dritte Umschalter ist mit einer höheren Strombelastbarkeit als der erste und der zweite Umschalter ausgestattet. Dies gilt insbesondere für sie Schaltelemente der betreffenden Umschalter. Die Stromtragfähigkeit des dritten Umschalters beträgt insbesondere mindestens 150%, 200% oder 300% der Stromtragfähigkeit des ersten Umschalters bzw. des zweiten Umschalters. Beispielsweise ist sind der erste und der zweite Umschalter für einen Nenn-Schaltstrom von 150–200 A oder 400–450 A ausgelegt, während der dritte Umschalter ein einen Nenn-Schaltstrom (Startstrom) von beispielsweise 900–1200 A, beispielsweise 1100 A, ausgelegt ist. Die maximale Stromabgabe des DC/DC-Wandlers beträgt vorzugsweise nur einen geringen Bruchteil der Stromtragfähigkeit des ersten oder zweiten Umschalters, insbesondere nicht mehr als 25%, 20 %, 10%, 5% oder 1%, insbesondere nicht mehr als 1000ppm oder 100ppm als die Stromtragfähigkeit des ersten oder zweiten Umschalters. Dies kann insbesondere auch im Vergleich mit der Stromtragfähigkeit des dritten Umschalters gelten. Der Nennstrom des DC/DC-Wandlers beträgt beispielsweise 5–30 A, insbesondere weniger als 50 A.
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Falls ein Bordnetzbatterieanschluss vorgesehen ist, dann kann die Steuerschaltung mit einem (wie beschriebenen) Ausgang ausgestattet sein, der zum Anschluss von Balancing-Schaltern der (einzelnen Zellen der) Bordnetzbatterie ausgestaltet ist. Die Ansteuerschaltung kann daher ferner einen Batteriemanagementabschnitt aufweisen, der zur Erfassung der Zellzustände oder des Batteriezustands (etwa Ladezustand, Alterung, Maximalstrom, Spannung, ...) ausgebildet ist (anhand der Daten am Eingang). Die Ansteuerschaltung kann ferner wie erwähnt einen Ausgang zur Ansteuerung von Balancing-Schaltern aufweisen. Dieser Ausgang sowie zugehörige Ansteuerschaltungsabschnitte sind ebenso Teil des Batteriemanagementabschnitts.
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Die Ansteuerschaltung kann ferner einen Befehls-Eingang aufweisen, mit dem sich Schaltzustandsbefehle in die Ansteuerschaltung eingeben lassen. Es kann eine übergeordnete Steuereinheit vorgesehen sein, die etwa einen Schaltzustandsbefehl an die Ansteuerschaltung abgibt. Der Schaltzustandsbefehl kann einen Leistungsfluss wiedergeben, etwa einen Rekuperationszustand, einen Startzustand, einen Leerlaufzustand oder auch die Zustände wie sie hierin beschrieben sind. Die Ansteuerschaltung verhält sich wie ein "Slave" während die übergeordnete Steuereinheit den hierzu passenden "Master" darstellt.
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Ein weiterer Aspekt ist es, dass die Schaltung ausgehend von Masse, oder (komplementär hierzu) ausgehend vom positiven Versorgungspotential aufgebaut sein kann. Im Folgenden ist wird zunächst die erste Variante beschrieben, worauf eine Beschreibung der zweiten (dazu komplementären) Variante beschrieben wird.
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Gemäß der ersten Variante ist der erste Bordnetzanschluss ein Masseanschluss (d.h. ein Anschluss an Masse des Schaltmoduls bzw. des Bordnetzes / Bordnetzzweiges) und der zweite Bordnetzanschluss ist ein Pluspol-Anschluss, d.h. ein Anschluss zur Verbindung mit dem positiven Versorgungspotentials (des Bordnetzes bzw. des Bordnetzzweiges).
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Der erste EM-Anschluss ist ein Minuspol-Anschluss und der zweite EM-Anschluss ist ein Pluspol-Anschluss. Im Betrieb erzeugt die elektrische Maschine (ein Generator, eine Lichtmaschine oder ein Start/Generator) eine positive Spannung zwischen diesem Minuspol-Anschluss und diesem Pluspol-Anschluss. Wenn die elektrische Maschine im Motorbetrieb arbeitet oder insbesondere diese als Elektromotor (bzw. Starter oder Traktions-Elektromotor) verwendet wird, dann wird im Betrieb eine positive Spannung zwischen diesem Minuspol-Anschluss und diesem Pluspol-Anschluss angelegt.
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Der Zwischenspeicheranschluss ist gemäß der ersten Variante ein Pluspol-Anschluss. Der anschließbare Zwischenspeicher erzeugt daher eine positive Spannung zwischen diesem Pluspol-Anschluss und dem ersten Bordnetzanschluss (d.h. Masse). Ferner wird im Betrieb eine positive Spannung zwischen diesem Pluspol-Anschluss und dem ersten Bordnetzanschluss (der einem Minuspol-Anschluss für den Zwischenspeicher entspricht) zum Laden des Zwischenspeichers angelegt.
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Im Folgenden wird die zweite Variante beschrieben. Die zweite Variante ist komplementär zur ersten Variante aufgebaut; es können daher Merkmale der vorgenannten Variante durch komplementäre Übertragung auf die zweite Variante übertragen werden. In dieser zweiten Variante ist der erste Bordnetzanschluss ein Pluspol-Anschluss (d.h. entspricht dem positiven Versorgungspotential des Bordnetzes bzw. Bordnetzzweiges) und der zweite Bordnetzanschluss ein Masseanschluss (entsprechend dem Massepotential des Bordnetzes bzw. Bordnetzzweiges). Gemäß der zweiten Variante ist der erste EM-Anschluss ein Minuspol-Anschluss und der zweite EM-Anschluss ein Pluspol-Anschluss. Zur Ausgestaltung des Minuspol- und des Pluspol-Anschlusses hinsichtlich der EM-Anschlüsse sei auf die erste Variante verwiesen.
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Gemäß der zweiten Variante ist der Zwischenspeicheranschluss ein Minuspol-Anschluss. Zur Ausgestaltung des Minuspol-Anschlusses hinsichtlich des Zwischenspeicheranschlusses sei auf die erste Variante verwiesen.
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Wie erwähnt, ist der Zwischenspeicher selbst nicht Teil des Bordnetz-Schaltmoduls, sondern das Schaltmodul weist Anschlüsse auf, die zum Anschluss des Zwischenspeicher ausgestaltet sind.
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Es wird ferner eine Bordnetzunterstützungseinrichtung beschrieben, die neben dem Bordnetz-Schaltmodul den Zwischenspeicher umfasst. Der elektrische Zwischenspeicher (bzw. dessen Minus- und Pluspol) ist an dem ersten Bordnetzanschluss und dem Zwischenspeicheranschluss angeschlossen. Der elektrische Zwischenspeicher kann ein elektrostatischer oder ein elektrochemischer Zwischenspeicher sein, etwa eine Batterie mit einer oder mehreren galvanischen Zellen (etwa eine oder mehrere lithiumbasierte Sekundärzellen wie Li-Ionen-Zellen, Li-Polymer-Zellen, Li-Eisenphosphat-Zellen (und/oder Li-Manganphosphat-Zellen), Li-Titanat-Zellen oder andere Sekundärzellen mit Li als Elektrodenmaterial). Es können auch Blei-Säure-Zellen verwendet werden.
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Vorzugsweise umfasst der Zwischenspeicher eine oder mehrere (insbesondere seriell geschaltete) Kondensatoren, etwa sogenannte Ultra- oder Superkondensatoren, insbesondere Doppelschichtkondensatoren. Es können ferner Hybrid-Kondensatoren eingesetzt werden, etwa Li-Ionen-Kondensatoren. Die Kondensatoren sind vorzugsweise elektrochemische Kondensatoren oder auch elektrostatische Kondensatoren. Es werden insbesondere Kondensatoren mit einer Kapazität von mindestens hundert mF verwendet, vorzugsweise von mehreren F (Farad), besonders bevorzugt von mindestens hundert Farad oder mehreren hundert Farad, wobei auch die Kondensatoren eine Kapazität von mindestens tausend Farad haben können.
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Der Zwischenspeicher kann einen Zwischenabgriff aufweisen. Dieser ist mit dem Zwischenspeicherabgriff-Anschluss verbunden. Mindestens ein erstes Zwischenspeicherelement ist zwischen dem Zwischenabgriff und dem Zwischenspeicheranschluss angeschlossen. Zwischen dem Zwischenabgriff und dem ersten Bordnetzanschluss ist ferner mindestens ein zweites Zwischenspeicherelement angeschlossen. Werden mehrere erste und/oder zweite Zwischenspeicherelemente verwendet, dann sind diese vorzugsweise seriell verbunden, insbesondere um eine höhere Betriebsspannung zu erzeugen. Das zweite Zwischenspeicherelement (bzw. die mehreren Zwischenspeicherelemente) wurden vorangehend als Teil des Zwischenspeichers beschrieben. Dieser kann über den dritten Umschalter wahlweise dem Bordnetzbatterieanschluss (und somit der daran anschließbaren Bordnetzbatterie) seriell zugeschaltet werden.
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Die Bordnetzunterstützungseinrichtung weist lediglich Anschlüsse für die elektrische Maschine bzw. für die Bordnetzbatterie auf, die eingerichtet sind, an die betreffenden Komponenten eines Bordnetzzweigs angeschlossen zu werden. Im Weiteren ist ein Bordnetzzweig beschrieben, der neben der Bordnetzunterstützungseinrichtung (und somit neben dem Bordnetzschaltmodul und dem Zwischenspeicher) auch eine elektrische Maschine und eine Bordnetzbatterie umfasst.
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Der Bordnetzzweig weist somit die Bordnetzunterstützungseinrichtung sowie eine elektrische Maschine und eine Bordnetzbatterie auf. Die elektrische Maschine (etwa ein Start/Generator, ein Generator, eine Lichtmaschine oder eine elektrische Maschine, die als Generator und als Traktions-Elektromotor arbeiten kann) ist an dem ersten und dem zweiten EM-Anschluss angeschlossen. Die Bordnetzbatterie ist mit dem zweiten Bordnetzanschluss verbunden. Die Bordnetzbatterie ist über eine Schalteinrichtung (insbesondere ein Umschalter wie der vorangehend genannte dritte Umschalter) wahlweise mit dem ersten Bordnetzanschluss oder mit dem Zwischenabgriff des Zwischenspeichers verbunden.
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Die Ansteuerschaltung des Bordnetz-Schaltmodul, der Bordnetzunterstützungseinrichtung bzw. des Bordnetzzweiges ist zur Ansteuerung zumindest einer der folgenden Schaltzustände eingerichtet:
- (a) Ein Zwischenspeicher-Grundzustand, in dem der erste Umschalter den ersten EM-Anschluss mit dem ersten Bordnetzanschluss verbindet, während der zweiten Umschalter den zweiten EM-Anschluss mit dem zweiten Bordnetzanschluss verbindet. In diesem Zustand ist der Zwischenspeicher passiv (d.h. ohne Stromfluss).
- (b) Ein Rekuperationszustand, in dem der erste Umschalter den ersten EM-Anschluss mit dem ersten Bordnetzanschluss verbindet, während der zweiten Umschalter den zweiten EM-Anschluss mit dem Zwischenspeicheranschluss verbindet. In diesem Zustand ist der Zwischenspeicher aktiv und kann Strom (d.h. Leistung) von der elektrischen Maschine erhalten, um diese als abrufbare Energie zu speichern. Der Rekuperationszustand kann auch als Ladezustand bezeichnet werden, da in diesem Zustand der Zwischenspeicher geladen wird bzw. Strom / Leistung über einen der EM-Anschlüsse an den Zwischenspeicheranschluss übertragen wird. In dem Rekuperationszustand und in dem Zwischenspeicher-Grundzustand weist der erste Umschalter den gleichen Schaltzustand auf. In dem Rekuperationszustand hat der zweite Umschalter einen anderen Schaltzustand als im Zwischenspeicher-Grundzustand. In dem Rekuperationszustand steuert die Ansteuerschaltung die elektrische Maschine an, einen (vorgegebenen, ggf. variablen) Soll-Ladestrom zu erzeugen, vorzugsweise indem die Ansteuerschaltung ein Erregerstrom-Ansteuersignal an die elektrische Maschine abgibt. Alternativ steuert die Ansteuerschaltung die elektrische Maschine an, eine (vorgegebenen, variablen) Soll-Ladespannung zu erzeugen, vorzugsweise indem die Ansteuerschaltung ein Erregerstrom-Ansteuersignal an die elektrische Maschine abgibt. Die Ansteuerschaltung kann einen EM-Ansteuerausgang aufweisen, der eingerichtet ist, an einen Steuereingang der elektrischen Maschine angeschlossen zu werden. Die Ansteuerschaltung ist eingerichtet, an dem EM-Ansteuerausgang ein Erregerstrom-Ansteuersignal abzugeben. Insbesondere wenn Zwischenspeicher in Form von Kondensatoren verwendet werden, kann das Erregerstrom-Ansteuersignal derart ausgestaltet sein, dass zwischen den EM-Anschlüssen eine Spannung von weniger als 10 V, weniger als 5 V, weniger als 3 V oder insbesondere weniger als 2 V (zeitweise) auftritt, abhängig von Ladezustand und somit von dem (Leerlauf-)Potential an dem Zwischenspeicheranschluss. Wenn Kondensatoren verwendet werden, wird vorzugsweise das Erregerstrom-Ansteuersignal derart ausgegeben, dass sich ein Soll-Ladestrom an dem Zwischenspeicheranschluss ergibt. Dadurch ist ein Wandler zum Anpassen einer Ladespannung an dem Zwischenspeicher (als Kondensator ausgebildet) nicht notwendig.
- (b1) Ein Zwischenspeicher-Startzustand, in dem der Zwischenspeicher direkt mit der elektrischen Maschine verbunden ist, um den Zwischenspeicher zur elektrischen Maschine zu entladen. Die elektrische Maschine arbeitet als Motor, insbesondere als Starter, etwa für eine elektrische Maschine oder auch als Traktionsmotor. In diesem Zustand ist der Zwischenspeicheranschluss mit dem zweiten EM-Anschluss verbunden; es ergibt sich die gleiche Schaltstellung wie in (b), jedoch mit umgekehrtem Leistungsfluss. In dem Zwischenspeicher-Startzustand verbindet der erste Umschalter den ersten Bordnetzanschluss mit dem ersten EM-Anschluss. Ferner verbindet in dem Zwischenspeicher-Startzustand der zweite Umschalter den Zwischenspeicheranschluss mit dem zweiten EM-Anschluss. Der zweite Umschalter trennt hierbei den zweiten Bordnetzanschluss von der elektrischen Maschine, so dass das verbleibende Bordnetz nicht von Spannungseinbrüchen betroffen ist, das sich durch den Start ergibt. Die Zustände (b) und (b1) sehen beide vor, dass der Zwischenspeicheranschluss direkt mit dem zweiten EM-Anschluss verbunden ist; ferner ist hierbei der zweite Bordnetzanschluss getrennt von dem Zwischenspeicheranschluss bzw. getrennt von dem zweiten EM-Anschluss. Diese Trennung verhindert Spannungsvariationen, die sich durch den Stromfluss zwischen dem Zwischenspeicheranschluss (d.h. dem Zwischenspeicher) und dem EM-Anschluss (d.h. der elektrischen Maschine) ergeben. Die vergleichbare Schaltstellung der Umschalter in den beiden Zuständen (b) und (b1) wird wiedergegeben durch die Verwendung des gleichen Buchstabens. Während die Schaltstellungen vergleichbar sind, ergeben sich jedoch unterschiedliche Ansteuerung der elektrischen Maschine (die insbesondere von der Ansteuervorrichtung ausgeführt wird). Im Zustand (b) wird die elektrische Maschine derart angesteuert, dass sich ein gewünschter Ladestrom bzw. eine gewünschte Ladespannung für den Zwischenspeicher ergibt. Dieser Strom bzw. diese Spannung ergibt sich durch die Eigenschaften des Zwischenspeichers (Maximalstrom, Ladekurve, etc.). Im Zustand (b1) wird die elektrische Maschine angesteuert, ein Soll-Drehmoment zu erzeugen, um etwa einen Verbrennungsmotor zu starten. Die elektrische Maschine wird insbesondere angesteuert durch Steuerung der Erregung bzw. durch Steuerung des Erregerstroms. Die Ansteuervorrichtung ist für zumindest eine dieser Steuerungen der Erregung ausgebildet.
- (c) Ein EM-Unterstützungszustand, in dem der erste Umschalter den ersten EM-Anschluss mit dem Zwischenspeicheranschluss verbindet, während der zweiten Umschalter den zweiten EM-Anschluss mit dem zweiten Bordnetzanschluss verbindet. In diesem Zustand wird der Zwischenspeicher entladen bzw. wird Strom (bzw. Leistung) vom Zwischenspeicheranschluss an den ersten EM-Anschluss übertragen. Durch die serielle Zuschaltung mittels des ersten Umschalters erhält der erste EM-Anschluss ein höheres Potential, nämlich das des Zwischenspeicheranschlusses. Es addieren sich die Spannungen des (gesamten) Zwischenspeichers und der elektrischen Maschine, so dass die resultierende Gesamtspannung an den Bordnetzanschlüssen und somit dem restlichen Bordnetz anliegt.
- (d) Ein Zwischenspeicher-Entladungszustand, in dem der zweite Umschalter den Zwischenspeicheranschluss (direkt) mit dem zweiten Bordnetzanschluss verbindet. Hierbei sind beide Schaltelemente des zweiten Umschalters geschlossen, um den Zwischenspeicheranschluss direkt zum zweiten Bordnetzanschluss zu führen. Ferner sind beide Schaltelemente des ersten Umschalters oder zumindest das erste oder das zweite Schaltelement des ersten Umschalters offen. Insbesondere wenn die Schaltelemente des zweiten Umschalters Halbleiterschaltelemente sind, dann kann der Zwischenspeicher auf eine Spannung aufgeladen sein, die um die Durchlassspannung der Schaltelemente größer als die Maximalspannung an dem Bordnetz ist. Dadurch lässt sich eine besonders hohe Menge an Energie in dem Zwischenspeicher speichern, da dessen gespeicherte Energie proportional zum Quadrat der Klemmenspannung am Zwischenspeicher ist, sofern dieser als Kondensator ausgeführt ist. Es ergibt sich insgesamt ein energetischer Vorteil, da der Verlust an den Schaltelementen lediglich proportional zur Betriebsspannung ist. Die Maximale Betriebsspannung an den Bordnetzanschlüssen kann beispielsweise 14 V betragen, während die Maximalspannung an dem Zwischenspeicheranschluss 15,5 V betragen kann, sofern 1,5 V an den Schaltern des Umschalters abfallen.
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Bei Ausführungsformen, die den dritten Umschalter umfassen, ergeben sich weitere Schaltzustände, zu deren Ansteuerung die Ansteuervorrichtung eingerichtet ist. Die Ansteuervorrichtung kann daher ferner eingerichtet sein, zumindest einen der folgenden Zustände einzustellen:
- (e) Ein Bordnetzbatterie-Unterstützungszustand, in dem der dritte Umschalter den Zwischenspeicherabgriff-Anschluss mit dem ersten Bordnetzbatterie-Anschluss verbindet. In diesem Zustand ist ein Teil der Bordnetzbatterie in Serie mit der Bordnetzbatterie verbunden. Der erste Bordnetzbatterie-Anschluss ist in Serie mit denjenigen Zwischenspeicherelementen geschaltet, welche sich zwischen dem Zwischenspeicherabgriff-Anschluss und dem ersten Bordnetzanschluss befinden. Diese Zwischenspeicherelemente sind die hier beschriebenen zweiten Zwischenspeicherelemente. Es können ein oder mehrere Zwischenspeicherelemente zwischen dem Zwischenspeicherabgriff-Anschluss und dem ersten Bordnetzanschluss vorliegen. Der Bordnetzbatterie-Unterstützungszustand wird insbesondere verwendet, wenn die elektrische Maschine, die etwa als Generator ausgestaltet ist, auch zum Starten eines Verbrennungsmotors verwendet wird und somit einen Starter/Generator bildet. Wie erwähnt kann die elektrische Maschine jedoch auch die Funktion einer Lichtmaschine aufweisen und somit primär als Generator ausgebildet sein.
- (f) Ein Bordnetzbatterie-Grundzustand, in dem der dritte Umschalter den ersten Bordnetzanschluss (d.h. Masse oder auch im komplementären Fall das positive Versorgungspotential) mit dem ersten Bordnetzbatterie-Anschluss verbindet. Die Ansteuervorrichtung ist ausgestaltet, den Bordnetzbatterie-Unterstützungszustand einzustellen, während ein Zwischenspeicher-Grundzustand eingestellt ist. Abweichend von der obigen Beschreibung fließt dann aufgrund des dritten Umschalters Strom durch den Zwischenspeicher und dieser (bzw. der zweiten Zwischenspeicher) entlädt sich.
- (g) Ein Zwischenspeicher-Unterstützungszustand, in dem der Zwischenspeicher das Bordnetz speist. Hierbei ist der Zwischenspeicheranschluss (über den zweiten Umschalter oder über den ersten Umschalter, die EM-Schaltvorrichtung und den zweiten Umschalter) mit dem zweiten Bordnetzanschluss verbunden. Die EM-Schalteinrichtung wird in diesem Zustand vorzugsweise derart angesteuert, dass deren Schalter offen sind bzw. dass sich zwischen den EM-Anschlüssen kein Stromfluss ergibt. Der zweite Umschalter verbindet den zweiten EM-Anschluss mit dem zweiten Bordnetzanschluss. Hierbei sind beide Schalter des zweiten Umschalters geschlossen (in Abweichung von der üblichen Umschaltfunktion). Zudem ist mindestens ein Schalter des ersten Umschalters offen.
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Ferner ist die Ansteuervorrichtung ausgestaltet, den EM-Unterstützungszustand einzustellen, während der Bordnetzbatterie-Grundzustand eingestellt ist. Vorzugsweise sind während den Unterstützungszuständen keine anderen Zustände als die vorangehend genannten zulässig; die Ansteuervorrichtung ist ausgestaltet, nicht zulässige Zustände auch nicht anzusteuern, etwa durch Unterdrücken von Schaltsignalen.
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Einen Trennzustand, bei dem der zweite Umschalter den zweiten Bordnetzanschluss vom zweiten EM-Anschluss trennt. Alternativ oder in Kombination hierzu kann im Trennzustand die Ansteuervorrichtung den ersten Umschalter ansteuern, den ersten Bordnetzanschluss vom ersten EM-Anschluss zu trennen. Dieser Trennzustand wird eingestellt, wenn die Ansteuervorrichtung einen fehlerhaften Bordnetzzustand erfasst, etwa wenn am Bordnetz eine Spannung oberhalb einer vorgegebenen Maximalspannung erfasst wird, beispielsweise im Fall, wenn eine Spannungsquelle mit höherer Nennspannung als die der Bordnetzbatterie (bzw. des Bordnetzes) an das Bordnetz im Überbrückungsfall angelegt wird. Im Trennzustand kann alternativ oder zusätzlich der Zwischenspeicherabgriff vom ersten EM-Anschluss getrennt werden. In einem spezifischen Fall ist die Ansteuervorrichtung eingerichtet, das erste und das zweite Schaltelement des ersten Umschalters zu öffnen, um den Trennzustand herzustellen. In diesem Fall wird von der grundsätzlichen wechselweisen Betätigung der Schaltelemente der Umschalter abgewichen, so dass sich eine vollständige Abtrennung eines Bordnetzanschlusses ergibt.
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Die Ansteuervorrichtung ist vorzugsweise als Mikroprozessor ausgestaltet, auf dem ein Programm abläuft, welches die Funktionen der hier beschriebenen Ausführungsformen realisiert. Insbesondere umfasst die Ansteuerschaltung eine Anwendungsspezifische integrierte Schaltung, die diese Funktionen realisiert.
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Die Ansteuervorrichtung kann ferner wie erwähnt einen Ansteuerausgang zur Abgabe von Steuersignalen an die elektrische Maschine aufweisen, um deren Leistung bzw. Erregung einzustellen. Die Ansteuervorrichtung kann ferner Eingänge für Strommesssignale und/oder Spannungsmesssignale aufweisen, sowie insbesondere für Eingaben (Startbefehl, Stoppbefehl, Betriebsmodusbefehl). Die Strommesssignale und/oder Spannungsmesssignale können von Sensoren oder Messeinrichtungen des Schaltmoduls erzeugt werden.
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Es kann eine EM-Schalteinrichtung vorgesehen sein, die die EM-Anschlüsse mit Wicklungen der elektrischen Maschine verbindet. Als EM-Schalteinrichtung kommt insbesondere ein Inverter in Betracht, vorzugsweise mehrphasig ausgestaltet. Die Halbleiterschalter der EM-Schalteinrichtung bilden somit einen Inverter. Die EM-Schaltvorrichtung kann insbesondere eine B6C-Brücke sein. Die EM-Schalteinrichtung umfasst vorzugsweise zwei seriell geschaltete Halbleiterschalter oder mehrere Gruppen von zwei seriell geschalteten Halbleiterschaltern, wobei jede Gruppe jeweils einer Phase der elektrischen Maschine zugeordnet ist. Der Verknüpfungspunkt zwischen den zwei seriell geschalteten Halbleiterschalter sind mit Anschlüssen, insbesondere mit Wicklungsanschlüssen zum Anschluss der Phasenwicklungen der elektrischen Maschine verbunden. Über die Schalteinrichtung, die insbesondere die Funktion eines Inverters hat, sind die (Gleichstrom-)EM-Anschlüsse mit den Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine verbunden. Durch die Ansteuerung der EM-Schalteinrichtung wird ein Drehfeld in der elektrischen Maschine erzeugt. Die elektrische Maschine kann daher insbesondere als Synchronmaschine (oder auch als Asychronmaschine) ausgebildet sein. Ferner kann die elektrische Maschine als bürstenloser (oder mechanisch kommutierter) Gleichstrommotor ausgebildet sein, so dass die Kommentierung von der Schalteinrichtung oder einer mechanischen Kommutierungsvorrichtung (etwa Bürsten und zugehörige Rotor-Kontaktflächen) durchgeführt wird, wobei die EM-Schalteinrichtung etwa mittels Pulsweitensteuerung die Effektivleistung steuert. Die EM-Schalteinrichtung wird von der Ansteuervorrichtung angesteuert. Hierzu kann die Ansteuervorrichtung einen EM-Steuerabschnitt aufweisen, der die EM-Schalteinrichtung ansteuert. Die EM-Schalteinrichtung weist vorzugsweise Steuereingänge auf, die mit der Ansteuervorrichtung bzw. mit einem entsprechenden EM-Steuerausgang der EM-Schalteinrichtung verbunden sind.
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Die Halbleiterschalter der Schalteinrichtung weisen jeweils eine Body-Diode auf. Die Durchlassrichtung der Body-Dioden weist von dem ersten EM-Anschluss zum zweiten EM-Anschluss, wenn der erste EM-Anschluss der positive Anschluss und der zweite EM-Anschluss der negative Anschluss ist. Ansonsten sind die Durchlassrichtungen umgekehrt. Über den Body-Dioden sowie über das erstes Schaltelement des zweiten Umschalters (auch mit dem Bezugszeichen K5 bezeichnet) fallen zusammen in Flussrichtung etwa 1.5 Volt ab bzw. eine Spannung, die der Summe der Schwellenspannung der jeweiligen Halbleiterelemente (bzw. deren Bodydioden) entspricht. Die Halbleiterschalter sind insbesondere ausgestaltet wie die Schaltelemente des ersten und zweiten Umschalters.
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Wenn die Spannung zwischen dem Zwischenspeicheranschluss und Masse eine erste Spannungsschwelle (beispielsweise 15 V oder allgemein eine Nenn-Betriebsspannung + eine vorgegebene zusätzliche Spannung) überschreitet, kann das erste Schaltelement des zweiten Umschalters geschlossen werden, und die Schalteinrichtung kann gemäß einer Pulsweitenmodulation betrieben werden, etwa um die effektive Spannung an den Wicklungsanschlüssen zu steuern bzw. unter einem vorgegebenen Maximalwert zu halten.
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Die Steuervorrichtung ist ausgestaltet, die Umschalter bzw. deren Halbleiterschalter und/oder die elektrische Maschine (insbesondere deren Erregung) gemäß der Sollvorgabe anzusteuern, eine Sollspannung (oder ein Sollspannungsintervall) zwischen den Bordnetzanschlüssen einzustellen. (Dies gilt insbesondere nicht für die Zustände (b) und (b1), da in diesen Zuständen die EM-Anschlüsse bzw. der Zwischenspeicheranschluss nicht mit den Bordnetzanschlüssen verbunden ist.)
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Wenn die Spannung zwischen dem Zwischenspeicheranschluss und Masse eine zweite Spannungsschwelle, die über der ersten Spannungsschwelle liegt, überschreitet, gehen die Body-Dioden der Schalteinrichtung in den leitenden Zustand über. Die Schaltelemente des zweiten Umschalters und das erste Schaltelement des zweiten Umschalters (auch mit dem Bezugszeichen K5 bezeichnet) sind offen, wenn die elektrische Maschine elektrische Energie erzeugt und diese (durch das geschlossene zweite Schaltelement des zweiten Umschalters, auch K6 genannt) an den Zwischenspeicheranschluss geführt wird.
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Die Nennspannung des Zwischenspeichers kann der Nenn-Betriebsspannung des Bordnetzes (12 V, 14 V, 24 V, 48 V) entsprechen, kann jedoch auch geringer sein, etwa 2–10 V, insbesondere 4–8 V, beispielsweise ca. 4 V, 5 V, oder 8 V. Die Nennspannung des Zwischenspeichers kann gemäß eines weitere Aspekts auch größer sein als die Nenn-Betriebsspannung des Bordnetzes, etwa 14 V, 15 V oder 16 V, insbesondere wenn die Nenn-Betriebsspannung des Bordnetzes 12 V beträgt. Die Nenn-Betriebspannung des Zwischenspeichers kann insbesondere um 1 V, 1,5 V oder 2 V größer sein als die Nenn-Betriebsspannung des Bordnetzes.
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Beschreibung der Zeichnung
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Die 1 zeigt ein beispielhaftes Bordnetz mit einem Bordnetzzweig, der eine Bordnetzunterstützungseinrichtung mit einem Bordnetz-Schaltmodul aufweist. Die 1 dient zur Erläuterung einiger Eigenschaften von Ausführungsformen der Erfindung.
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Das in 1 dargestellte beispielhafte Bordnetz weist einen Bordnetzzweig 2 auf, in dem sich ein Bordnetz-Schaltmodul befindet, welches die Komponenten: Umschalter K1/K2, Umschalter K3/K4, Umschalter K5/K6 sowie die Anschlüsse 10, 12, 20, 22, 30, 32 und 60 umfasst. Das Bordnetz-Schaltmodul weist ferner einen eine Ansteuervorrichtung 40 und einen DC/DC-Wandler 50 auf. Die Bordnetzunterstützungseinrichtung weist neben den Komponenten des Bordnetz-Schaltmoduls den Zwischenspeicher 34 auf. Der Bordnetzzweig 2 umfasst neben den genannten Komponenten (nebst Zwischenspeicher) die elektrische Maschine 24 (etwa als Generator oder Starter/Generator ausgestaltet) und die Bordnetzbatterie 62 auf. Die elektrische Maschine 24 an den EM-Anschlüssen 20, 22 angeschlossen. Zwischen der elektrischen Maschine 24 (bzw. deren Wicklungen) kann sich eine EM-Schaltvorrichtung 26 befinden, etwa ein Inverter zur Drehfelderzeugung oder eine Pulsweitenmodulationsvorrichtung zur Leistungssteuerung. Auch die EM-Schaltvorrichtung 26 wird vorzugsweise von der Ansteuervorrichtung 40 angesteuert, wobei dies symbolhaft von den Doppelpfeilen darstellt wird. Die Doppelpfeile geben Steuerleitungen wieder.
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Der erste Umschalter setzt sich aus den beiden, an jeweils einer Seite miteinander verbundenen Schaltelementen K3 und K4 zusammen, weshalb der erste Umschalter auch mit den Bezugszeichen K3/K4 bezeichnet werden kann. Der erste EM-Anschluss 20 ist mit der Seite der Schaltelemente K3, K4 verbunden, mit denen diese untereinander verbunden sind. Die jeweils andere Seite der beiden Schaltelemente K3, K4 ist mit einem Masseanschluss, der als der erste Bordnetzanschluss 10 bezeichnet wird, und mit dem Zwischenspeicheranschluss 30 verbunden. Der erste Umschalter erlaubt daher eine steuerbare Verbindung des ersten EM-Anschlusses 20 mit Masse (= erster Bordnetzanschluss 10) oder mit dem Zwischenspeicheranschluss 30.
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Der zweite Umschalter setzt sich aus den beiden, an jeweils einer Seite miteinander verbundenen Schaltelementen K5 und K6 zusammen, weshalb der zweite Umschalter auch mit den Bezugszeichen K5/K6 bezeichnet werden kann. Der zweite EM-Anschluss 22 ist mit der Seite der Schaltelemente K5, K6 verbunden, mit denen diese untereinander verbunden sind. Die jeweils andere Seite der beiden Schaltelemente K5, K6 ist mit einem positiven Versorgungsanschluss, der als der zweite Bordnetzanschluss 12 bezeichnet wird, und mit dem Zwischenspeicheranschluss 30 verbunden. Der zweite Umschalter erlaubt daher eine steuerbare Verbindung des zweiten EM-Anschlusses 22 mit dem positiven Versorgungspotential (= zweiter Bordnetzanschluss 10) oder mit dem Zwischenspeicheranschluss 30.
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Der erste und der zweite Umschalter sind symmetrisch zu der elektrischen Maschine 24 angeschlossen; beide Umschalter erlauben eine steuerbare Verbindung eines EM-Anschlusses, vgl. Bezugszeichen 20, 22, mit einem Versorgungspotential oder mit einem Bordnetzanschluss 10, 12.
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Ein optionaler DC/DC-Wandler 50 ist zwischen dem zweiten Bordnetzanschluss und dem Zwischenspeicheranschluss 30 angeschlossen. Dadurch kann etwa dem Zwischenspeicheranschluss 30 ein Aufladestrom aus dem Bordnetz, d.h. von den Bordnetzanschlüssen 10, 12 bereitgestellt werden, um den Zwischenspeicher 34 über den Zwischenspeicheranschluss 30 aufladen zu können. Die Erfindung ermöglicht jedoch eine Aufladung auch ohne DC/DC-Wandler 50, so dass der DC/DC-Wandler 50 entfallen kann oder mit geringer Leistung, etwa zu Redundanzzwecken, ausgestaltet sein kann.
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Die Ansteuervorrichtung 40 steuert die Umschalter an, und gegebenenfalls auch den DC/DC-Wandler 50 und/oder die elektrische Maschine 24. Die Ansteuervorrichtung 40 steuert insbesondere die Schaltelemente K3, K4 bzw. K5, K6 wechselweise an, so dass ein EM-Anschluss generell nur mit einem Bordnetzanschluss 10, 12 oder nur mit dem Zwischenspeicheranschluss verbunden ist. In gleicher Weise steuert die Ansteuervorrichtung 40 auch die Schaltelemente K1, K2 des dritten Umschalters wechselweise an, so dass generell der Bordnetzbatterie-Anschluss 60 nur mit dem Zwischenspeicher (bzw. dem Zwischenspeicherabgriff 36, insbesondere dessen zugehöriger Anschluss 32) oder nur mit dem Bordnetzanschluss 10 bzw. dessen zugehörigem Massepotential 10' verbunden ist. Als Ausnahme kann in einem Trennzustand die Ansteuervorrichtung 40 beide Schaltelemente eines Umschalters (d.h. die Schaltelemente K3, K4, die Schaltelemente K5, K6 oder die Schaltelemente K1, K2) öffnen. Die Doppelpfeile geben symbolisch Steuersignale wieder, die etwa an die Umschalter und gegebenenfalls auch an die elektrische Maschine 24 und/oder an den DC/DC-Wandler 50 angegeben werden, um deren Schaltzustand bzw. Leistung einzustellen.
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Es ergeben sich folgende Stromflusspfade: Bei geschlossenem Schaltelement K3 und geöffnetem Schaltelement K4 (d.h. wenn der erste Umschalter K3/K4 den ersten Bordnetzanschluss mit dem ersten EM-Anschluss 20 verbindet) ergeben sich die Stromflusspfade S1 und S2.
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Wenn zudem der zweite Umschalter K5/K6 den zweiten EM-Anschluss 22 mit dem Zwischenspeicheranschluss 30 verbindet (d.h. bei geschlossenem Schaltelement K6), ergibt sich der Stromfluss S1. Dieser ist typisch für den Ladezustand bzw. Rekuperationszustand.
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Der Stromflusspfad S1 ergibt sich etwa im Rekuperationszustand, wenn Strom über die EM-Anschlüsse 20, 22 dem Zwischenspeicheranschluss 30 zugeführt wird, um den Zwischenspeicher 34 aufzuladen. Ein umgekehrter Stromflusspfad (der aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist) ergibt sind, wenn von dem Zwischenspeicheranschluss 30 Strom an die EM-Anschlüsse 20, 22 abgegeben wird, so dass die elektrische Maschine 24 als Motor, insbesondere als Verbrennungsmotorstarter, betrieben werden kann.
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Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die direkte Verbindung zwischen den EM-Anschlüssen 20 und 22 und dem Zwischenspeicheranschluss 30 ein direktes Rekuperieren ermöglicht. Wird als Zwischenspeicher 34 ein Kondensator, etwa ein Superkondensator bzw. ein DLC verwendet, dann ergibt sich für diesen eine Ladekennlinie, bei der die Ladespannung (angefangen von beispielsweise 0 V oder 1 V) proportional mit dem Ladezustand steigt. (Der Zwischenspeicher hat beispielsweise eine Nenn-Betriebsspannung von beispielsweise 12 V, 13 V, 14 V, 15 V, 15.5 V oder 16 V.) Die elektrische Maschine 24 wird bei der Rekuperation derart angeregt, dass sich für den Zwischenspeicher 34 (als Kondensator ausgebildet) auch bei geringem Ladezustand eine zulässige Ladespannung ergibt; insbesondere kann die elektrische Maschine als (Lade-)Stromquelle betrieben werden.
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Die Ansteuervorrichtung 40 stellt den Erregungsstrom der elektrischen Maschine 24 (vorzugsweise als fremderregte elektrische Maschine ausgebildet) entsprechend ein, so dass sich eine zulässige Ladespannung für den Zwischenspeicher 34 ergibt bzw. so dass sich für den Zwischenspeicher eine Ladestromquelle ergibt. Dadurch können Kondensatoren verwendet werden, ohne dass DC/DC-Wandler zwingend erforderlich sind, da die elektrische Maschine 24 zusammen mit der Ansteuervorrichtung 40 eine Anpassung des Stroms bzw. der Spannung für den Zwischenspeicher 34 vornimmt. Ferner ergeben sich auch Vorteile, wenn der Zwischenspeicher 34 als Akkumulator (d.h. als Sekundärzelle bzw. Sekundärbatterie) ausgebildet ist. Auch hier ist es erforderlich (in Hinblick auf die Alterung und die Energieeffizienz), dass die Ladespannung bzw. der Ladestrom an den Betriebszustand des Zwischenspeichers angepasst ist. Auch diese Funktion der Ladespannungssteuerung kann von der elektrischen Maschine 24 in Kombination mit der Ansteuervorrichtung 40 vorgesehen werden, indem die Ansteuervorrichtung 40 den von der elektrischen Maschine 24 erzeugten Strom und/oder Spannung einstellt. Die Ansteuervorrichtung 40 stellt vorzugsweise die elektrische Maschine 24 ein durch Einstellen der Erregung bzw. des Erregungsstroms der elektrischen Maschine, um so Soll-Ladeparameter (Strom bzw. Spannung) zu erreichen.
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Wenn neben dem Schaltelement K3 (wie eingangs erwähnt, d.h. bei Verbindung des ersten Bordnetzanschlusses 10 mit dem ersten EM-Anschluss 20 mittels des ersten Umschalters) der zweite Umschalter K5/K6 den zweiten EM-Anschluss 22 mit dem zweiten Bordnetzanschluss 12 verbindet (d.h. bei geschlossenem Schaltelement K5), ergibt sich der Stromfluss S2. Dieser ist typisch für den Zwischenspeicher-Grundzustand, insbesondere da K6 geöffnet ist und kein Strom vom zweiten EM-Anschluss 22 an den Zwischenspeicheranschluss 30 fließt.
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Ein dritter Stromflusspfad S3 ergibt sich, wenn der erste Umschalter K3/K4 den Zwischenspeicheranschluss 30 mit dem ersten EM-Anschluss 20 verbindet und der zweite Umschalter K5/K6 den zweiten EM-Anschluss 22 mit dem zweiten EM-Anschluss 22 verbindet. Hierbei sind die Schaltelemente K3 und K5 geschlossen. Dieser Stromflusspfad ist typisch für den EM-Unterstützungszustand. Hierbei sind die EM-Anschlüsse 20, 22 (bzw. ein daran angeschlossener Generator oder allgemein eine daran angeschlossene elektrische Maschine) in Serie mit dem Zwischenspeicher 34 verbunden.
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Falls der (optionale) dritte Umschalter K1/K2 verwendet wird, um den Bordnetzbatterieanschluss 60 wahlweise mit dem Zwischenspeicherabgriff-Anschluss 32 (d.h. mit dem Zwischenspeicherabgriff 36) oder dem ersten Bordnetzanschluss 10 (bzw. mit dem Massepotential 10') zu verbinden, ergeben sich ein vierter Stromflusspfad S4 und ein fünfter Stromflusspfad S5.
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Der vierte Stromflusspfad S4, bei dem der Umschalter K1/K2 den Bordnetzbatterieanschluss 60 mit dem Zwischenspeicherabgriff-Anschluss 32 verbindet, ist ein typischer Stromflusspfad für den Bordnetzbatterie-Unterstützungszustand. Hierbei sind die zwei dargestellten Zwischenspeicherelemente 39 in Serie mit der Bordnetzbatterie 62 geschaltet. Es addieren sich die betreffenden Spannungen, so dass für die Versorgungspotentiale des Bordnetzes (d.h. für die Anschluss 10 und 12) eine höhere Spannung zur Verfügung steht. Dieser Schaltzustand wird insbesondere während des Starts eines Verbrennungsmotors mittels der elektrischen Maschine 24 verwendet, die etwa als Generator ausgebildet ist.
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Es können ein oder mehrere zweite Zwischenspeicherelemente 39 in dem Zwischenspeicher 34 in Reihe geschaltet sein und es können ein oder mehrere erste Zwischenspeicherelemente 38 in dem Zwischenspeicher 34 in Reihe geschaltet sein. Die dargestellten zwei bzw. mindestens zwei ersten und zweiten Zwischenspeicher der 1 sind lediglich beispielhaft.
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Der fünfte Stromflusspfad S5, bei dem der Umschalter K1/K2 den Bordnetzbatterieanschluss 60 mit Masse 10' bzw. mit dem ersten Bordnetzanschluss 10 verbindet, ist ein typischer Stromflusspfad für den Bordnetzbatterie-Grundzustand. Wenn der erste bzw. der zweite Umschalter sich nicht im Zwischenspeicher-Grundzustand befinden, wird vorzugsweise für den dritten Umschalter der Bordnetzbatterie-Grundzustand eingestellt.
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Zur näheren Erläuterung sind ferner nicht stabilisierte Lasten 70 innerhalb des Bordnetzes (jedoch außerhalb des beschriebenen Bordnetzzweigs) dargestellt, die von der Batterie 62 und der elektrischen Maschine (etwa in Funktion eines Generators) und ggf. von dem Zwischenspeicher versorgt werden. Mit anderen Worten werden die nicht stabilisierten Lasten von dem Bordnetzzweig 2 versorgt. Ferner ist ein Starter 72 innerhalb des Bordnetzes, jedoch außerhalb des Bordnetzzweigs 2 dargestellt. Dieser ist mit dem ersten und dem zweiten Bordnetzanschluss 10, 12 bzw. deren Potential verbunden. Schließlich ist eine stabilisierte Last 74 dargestellt, die ebenso wie der Starter 72 angeschlossen ist. Die stabilisierte Last 74 ist nicht Teil des hier beschriebenen Bordnetzzweigs, sondern ist lediglich als Teil des Bordnetzes mit diesem verbunden. Der Starter 72 ist insbesondere als Ritzelstarter ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Bordnetzzweig
- K1
- erstes Schaltelement des dritten Umschalters
- K2
- zweites Schaltelement des dritten Umschalters
- K3
- erstes Schaltelement des ersten Umschalters
- K4
- zweites Schaltelement des ersten Umschalters
- K5
- erstes Schaltelement des zweiten Umschalters
- K6
- zweites Schaltelement des zweiten Umschalters
- K1/K2
- Bezeichnung in der Beschreibung für den dritten Umschalter, da K1 und K2 diesen bilden
- K3/K4
- Bezeichnung in der Beschreibung für den ersten Umschalter, da K3 und K4 diesen bilden
- K5/K6
- Bezeichnung in der Beschreibung für den zweiten Umschalter, da K5 und K6 diesen bilden
- 10, 12
- erster, zweiter Bordnetzanschluss
- 20, 22
- erster, zweiter EM-Anschluss
- 24
- elektrische Maschine
- 26
- EM-Schaltvorrichtung
- 30
- Zwischenspeicheranschluss
- 32
- Zwischenspeicherabgriff-Anschluss
- 34
- Zwischenspeicher
- 36
- Zwischenspeicherabgriff
- 38
- erste Zwischenspeicherelemente
- 39
- zweite Zwischenspeicherelemente
- 40
- Ansteuervorrichtung
- 50
- DC/DC-Wandler
- 60
- Bordnetzbatterieanschluss
- 62
- Bordnetzbatterie
- 70
- nicht stabilisierte Last
- 72
- Starter
- 74
- stabilisierte Last
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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