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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und mit zwei elektrischen, über einen Gleichspannungswandler (DC-DC-Wandler) gekoppelten Bordnetzen. Bei einem Defekt eines Energiespeichers in einem der Bordnetze wird dieser elektrisch von zumindest einer Leitung des Bordnetzes abgetrennt. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, welches mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird.
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Ein Kraftfahrzeug kann zwei Bordnetze aufweisen, in denen unterschiedliche Bordnetzspannungen oder Nennspannungen bereitgestellt sein können, zum beispielsweise 12 Volt in einem Bordnetz und 48 Volt in dem anderen Bordnetz. Falls in einem der Bordnetze ein Generator betrieben wird, so muss in diesem Bordnetz in der Regel auch ein elektrischer Energiespeicher vorhanden sein, zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine Blei-Säure-Batterie. Der Energiespeicher dient zum Puffern von elektrischen Leistungsschwankungen, die durch den Generator allein nicht schnell genug kompensiert werden können. Fällt der Energiespeicher aus, so muss in der Regel das gesamte Bordnetz abgeschaltet werden, da mittels des Generators allein kein stabiler Betrieb gewährleistet werden kann. Falls in dem anderen Bordnetz kein Generator vorhanden ist und stattdessen ein einziger Generator für beide Bordnetze genutzt werden soll, so bedeutet dies, dass bei Versagen des Energiespeichers zum Puffern des Generators das Kraftfahrzeug nur noch für kurze Zeit elektrisch versorgt werden kann.
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Ein Kraftfahrzeug mit zwei Bordnetzen ist zum Beispiel aus der
DE 10 2011 083 255 A 1 bekannt. Darin ist beschrieben, dass die beiden Bordnetze über einen Gleichspannungswandler miteinander gekoppelt sein können. Mittels des Gleichspannungswandlers kann in einem der Bordnetze die darin bereitgestellte Spannung über die Nennspannung des Bordnetzes angehoben werden.
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Aus der
DE 10 2007 024 200 A 1 ist bekannt, dass ein Generator eines Bordnetzes eine Erregerwicklung aufweisen kann, mittels welcher eine magnetische Erregung des Generators bewirkt wird. Bei einem Defekt des Generators kann das von diesem versorgte Bordnetz redundant über einen Gleichspannungswandler aus einem anderen Bordnetz versorgt werden.
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Aus der
DE 10 2015 007 585 A 1 ist bekannt, dass ein Generator mit Erregerwicklung nach einem Zusammenbruch der elektrischen Spannung in dem Bordnetz zunächst wieder mit elektrischer Leistung versorgt werden muss, damit in der Erregerwicklung ein magnetisches Erregerfeld erzeugt wird. Der Generator kann auch betrieben werden, falls in dem Bordnetz der puffernde Energiespeicher ausgefallen ist. Hierzu wird eine Reglerdynamik einer Spannungsregelung des Generators reduziert oder verringert.
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Aus der
DE 10 2014 111 516 A 1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem eine Heizleistung eines elektrischen Heizelements reduziert wird, falls ein Bordnetz indirekt über einen Gleichspannungswandler versorgt werden muss.
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Aus der gattungsbildenden
DE 11 2013 007 098 T5 ist ein Fahrzeugstromquellensystem bekannt. Dieses ermöglicht, dass ein elektrischer Stromgenerator elektrischen Strom erzeugt, selbst wenn eine Hochspannung-Elektrospeichervorrichtung ausfällt. Dafür liefert ein Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler von einer Niederspannungsseite elektrische Energie zu einer Hochspannungsseite, um eine Induktionsspannung an einer Ankerwicklung eines Wechselstromgenerators anzuheben. Der Wechselstromgenerator wiederum liefert Energie über den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler zurück auf die Niederspannungsseite, nachdem ein vorbestimmter Zustand erreicht wird. Dieser vorbestimmte Zustand ist, dass die Induktionsspannung gleich oder höher als eine vorbestimmte Spannung ist.
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Aus der
DE 10 2012 216 004 A1 ist eine Steuervorrichtung und Verfahren zum Stabilisieren eines Hochvoltnetzes bekannt. Die Steuervorrichtung ist ausgelegt, einen Ausfall oder einen Defekt einer Hochvoltbatterie des Hochvoltnetzes zu erfassen und die Stromaufnahme von einem oder mehreren Leistungsaufnehmern des Hochvoltnetzes in Abhängigkeit von einer erfassten momentanen Spannung zu begrenzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betriebsstrategie bereitzustellen, um in einem Kraftfahrzeug mit zwei Bordnetzen, die mittels eines gemeinsamen Generators versorgt werden, den Ausfall eines Energiespeichers zum Puffern der elektrischen Leistungsschwankungen zu kompensieren.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Das Verfahren geht davon aus, dass das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor, zum Beispiel einen Ottomotor oder Dieselmotor, sowie zwei elektrische, über einen Gleichspannungswandler gekoppelte Bordnetze aufweist. Eines der Bordnetze (hier als erstes Bordnetz bezeichnet) weist eine elektrische Maschine auf, die mit dem Verbrennungsmotor zum Austauschen eines Drehmoments z.B. über einen Riemen gekoppelt ist. Die elektrische Maschine kann z.B. ein Starter-Generator sein. Des Weiteren ist in dem ersten Bordnetz ein elektrischer Energiespeicher bereitgestellt. Der Energiespeicher kann zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine Blei-Säure-Batterie sein. Mittels des Energiespeichers kann überschüssige elektrische Leistung zwischengespeichert und/oder ein sprunghafter Anstieg des elektrischen Leistungsbedarfs kompensiert oder bedient werden.
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Bei dem Verfahren wird in an sich bekannter Weise ein in dem Bordnetz erkannter Defekt signalisiert. Hierzu kann in bekannter Weise das Bordnetz durch zumindest eine Überwachungsschaltung überwacht werden. Beispielsweise kann erkannt werden, ob eine Welligkeit eines zeitlichen Verlaufs der elektrischen Spannung in dem ersten Bordnetz größer als eine vorbestimmte Höchstwelligkeit ist. Es kann auch z.B. erkannt werden, dass der Energiespeicher keinen elektrischen Strom mit Leitungen des Bordnetzes austauscht. Das Verfahren setzt voraus, dass der Defekt in dem Kraftfahrzeug signalisiert wird. Bei signalisiertem Defekt wird das erste Bordnetz durch eine Steuereinrichtung spannungsfrei geschaltet. Hierzu wird zumindest der Energiespeicher von zumindest einer Leitung des ersten Bordnetzes elektrisch abgetrennt. Dies kann beispielsweise mittels eines Relais oder eines Schützes erfolgen. Eine weitere Maßnahme zum spannungsfreischalten ist, elektrische Verbraucher, die an das erste Bordnetz angeschlossen sind, zu deaktivieren. Des Weiteren kann die elektrische Maschine deaktiviert werden, sodass sie weder als Generator elektrische Spannung erzeugt noch als Verbraucher elektrische Leistung verbraucht.
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Durch das Verfahren wird nun eine Möglichkeit geschaffen, die elektrische Maschine wieder als Generator in Betrieb zu nehmen, obwohl der Energiespeicher des ersten Bordnetzes von dessen Leitung abgetrennt ist. Bei abgetrenntem Energiespeicher wird hierzu in einer Freigabephase durch die Steuereinrichtung detektiert, ob die zumindest eine Leitung des Bordnetzes und der Gleichspannungswandler ein vorbestimmtes In-Ordnung-Kriterium erfüllen. Hierdurch wird erkannt, ob der Defekt in dem Energiespeicher oder seinen Anschlüssen einerseits oder in einem anderen Bereich des ersten Bordnetzes andererseits vorliegt. In letzterem Fall ist das In-Ordnung-Kriterium nicht erfüllt. Das In-Ordnung-Kriterium kann beispielsweise besagen, dass ein elektrischer Widerstand zwischen den Leitung des Bordnetzes oder zwischen einer der Leitungen einerseits und einem Massepotential des Kraftfahrzeugs andererseits größer als ein vorbestimmter Schwellenwert sein muss. Das In-Ordnung-Kriterium kann zusätzlich oder alternativ dazu umfassen, dass der Gleichspannungswandler fehlerfrei sein muss.
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An die Freigabephase schließt sich eine Anforderungsphase an, in welcher der Gleichspannungswandler durch die Steuereinrichtung dazu angesteuert wird, elektrische Leistung in das erste Bordnetz hinein zu übertragen. Mit anderen Worten wird elektrische Leistung aus dem anderen, zweiten Bordnetz in das erste Bordnetz übertragen. Durch den Verbrennungsmotor wird währenddessen und/oder danach die elektrische Maschine mit dem Drehmoment angetrieben, sodass die elektrische Maschine als Generator betrieben wird. Die elektrische Maschine erzeugt im angetriebenen Zustand elektrische Spannung in dem ersten Bordnetz.
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Nach der Anforderungsphase folgt eine Aktivierungsphase, in welcher erkannt wird, dass die von der elektrischen Maschine erzeugt elektrische Spannung ein vorbestimmtes Stabilitätskriterium erfüllt. Bei erfülltem Stabilitätskriterium wird die Übertragungsrichtung des Gleichspannungswandlers umgekehrt. Mit anderen Worten überträgt dann der Gleichspannungswandler elektrische Leistung aus dem ersten Bordnetz in das zweite Bordnetz. Damit wird also das zweite Bordnetz mittels der elektrischen Maschine versorgt.
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Bei angetriebener elektrischer Maschine, wenn diese als Generator die elektrische Spannung im ersten Bordnetz erzeugt, muss das Stabilitätskriterium erfüllt werden. Das Stabilitätskriterium umfasst, dass die elektrische Spannung für zumindest eine vorbestimmte Mindestzeitdauer größer als ein vorbestimmter Mindestwert ist. Der Mindestwert kann zum Beispiel in einem Bereich von 70 Prozent bis 100 Prozent der Nennspannung des ersten Bordnetzes liegen. Die Mindestzeitdauer kann in einem Bereich von 300 Millisekunden bis eine Sekunde liegen. Danach ist sichergestellt, dass die elektrische Maschine die elektrische Spannung selbstständig und dauerhaft erzeugen kann, also keine Unterstützung mehr durch den Gleichspannungswandler nötig ist. Dann kann der Gleichspannungswandler in der beschriebenen Weise umgeschaltet werden, sodass seine Übertragungsrichtung umgekehrt ist.
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Durch die Erfindung ist somit insgesamt in vorteilhafter Weise ein Verfahren bereitgestellt, mittels welchem sich in dem ersten Bordnetz, das aufgrund des Defekts zwar eine elektrische Maschine als Generator aufweist, aber keinen elektrischen Energiespeicher mehr, dennoch dieses Bordnetz in Betrieb genommen werden kann, um mittels der elektrischen Maschine des ersten Bordnetzes weiterhin ein zweites Bordnetz zu versorgen, dass an das erste Bordnetz über den Gleichspannungswandler angeschlossen ist.
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Zu der Erfindung gehören auch optionale Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Bevorzugt wird die elektrische Maschine dazu konfiguriert, die elektrische Spannung auf einen vorbestimmten, konstanten Sollwert einzulegen. Hierzu kann eine Regler der elektrischen Maschine konfiguriert werden. Mit anderen Worten wird auf eine Anpassung des Regelverhaltens der elektrischen Maschine an die elektrische Last im ersten Bordnetz verzichtet. Dies macht den Betrieb der elektrischen Maschine als Generator robust, so dass der ausgefallene oder abgetrennte Energiespeicher nicht benötigt wird. Zusätzlich oder alternativ zum Einstellen eines konstanten Sollwerts kann vorgesehen sein, dass die elektrische Spannung mit einer im Vergleich zu einem Betrieb mit angekoppeltem Energiespeicher reduzierten Reglerdynamik eingeregelt wird. Hierzu kann zum Beispiel eine Zeitkonstante einer Übertragungsfunktion des Reglers angepasst werden. Die elektrische Maschine reagiert hierdurch im batterielosen Betrieb (Energiespeicher vom ersten Bordnetz abgekoppelt) langsamer als im beschriebenen Normalbetrieb (Energiespeicher ans erste Bordnetz angekoppelt) auf eine Veränderung oder Schwankung der elektrischen Spannung aufgrund einer elektrischen Last. Hierdurch ergeben sich geringere Ausgleichsströme in der elektrischen Maschine, sodass eine Pufferung durch den Energiespeicher nicht benötigt wird.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das erste Bordnetz mit einer größeren Nennspannung als das zweite Bordnetz betrieben wird und der Gleichspannungswandler in der Anforderungsphase in einem Hochsetzbetrieb betrieben und in der Aktivierungsphase in einen Tiefsetzbetrieb umgeschaltet wird. Die Nennspannung des ersten Bordnetzes kann in einem Bereich von 30 Volt bis 60 Volt liegen. Das erste Bordnetz kann auch ein Hochvolt-Bordnetz sein, in welchem eine Nennspannung größer als 60 Volt bereitgestellt wird. Das zweite Bordnetz kann eine Nennspannung in einem Bereich von 10 Volt bis 25 Volt aufweisen. Das zweite Bordnetz kann auch eine Nennspannung in einem Bereich von 30 Volt bis 60 Volt aufweisen, falls es sich bei dem ersten Bordnetz um ein Hochvolt-Bordnetz handelt. Ist die elektrische Maschine in dem Bordnetz mit der größeren Nennspannung angeordnet ist, so ist vorteilhafter Weise zum Versorgen des zweiten Bordnetzes ein geringerer Generatorstrom nötig als im umgekehrten Fall (Nennspannung des ersten Bordnetzes kleiner als Nennspannung des zweiten Bordnetzes).
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In der Anforderungsphase wird bevorzugt mittels des Gleichspannungswandlers eine Leitungskapazität zumindest einer Leitung des ersten Bordnetzes vorgeladen. Hierdurch wirkt diese Leitungskapazität in Bezug auf die elektrische Maschine nicht mehr wie ein Kurzschluss, was bei einer entladenen Leitungskapazität der Fall ist. Somit wird die elektrische Maschine zu Beginn des Generatorbetriebs nicht mit einem Ladestrom für die Leitungskapazität belastet. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass mittels des Gleichspannungswandlers eine Erregerwicklung der elektrischen Maschine mit Strom beaufschlagt wird. Hierdurch wird die elektrische Maschine vormagnetisiert. Mit anderen Worten wird ein elektrisches Erregerfeld in der Erregerwicklung oder Ankerspule der elektrischen Maschine erzeugt. Damit ist die elektrische Maschine in der Lage, im angetriebenen Zustand, wenn sie mit einem Drehmoment durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird, elektrische Spannung selbstständig zu erzeugen.
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Danach versorgt die elektrische Maschine über das erste Bordnetz und den Gleichspannungswandler das zweite Bordnetz mit elektrischer Leistung.
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Während oder nach dieser Aktivierungsphase werden hierbei an das erste Bordnetz angeschlossene, von dem Gleichspannungswandler verschiedene elektrische Verbraucher bevorzugt deaktiviert gehalten. Mit anderen Worten wird die elektrische Maschine nicht durch die elektrischen Verbraucher des ersten Bordnetzes belastet. Damit kann zuverlässig eine Grundfunktionalität des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage mindestens eines elektrischen Verbrauchers, der an das zweite Bordnetz angeschlossen ist, sichergestellt oder bereitgestellt werden.
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Eine durch den Gleichspannungswandler in dem zweiten Bordnetz erzeugte elektrische Spannung wird bevorzugt auf einen Wert einer Grenzspannung eines Energiespeichers des zweiten Bordnetzes eingeregelt. Bei einer Blei-Säure-Batterie beträgt diese Grenzspannung zum Beispiel 13,3 Volt. Der Energiespeicher gibt an das zweite Bordnetz bei unterschreiten der Grenzspannung einen Entladestrom in das zweite Bordnetz ab. Mit anderen Worten wird immer dann, wenn der Gleichspannungswandler seine elektrische Spannung nicht auf dem Wert halten kann, sondern darunter absinkt, durch den Energiespeicher des zweiten Bordnetzes, zum Beispiel eine Blei-Säure-Batterie, ein Ausgleichsstrom bereitgestellt. Somit wird die Auswirkung einer sinkenden Spannung im ersten Bordnetz nicht auf die elektrische Maschine im zweiten Bordnetz übertragen, zum Beispiel als größerer Verbraucherstrom des Gleichspannungswandlers.
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Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, welches dazu eingerichtet ist, auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben zu werden. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist den Verbrennungsmotor und die zwei elektrischen, über den Gleichspannungswandler gekoppelten Bordnetze auf. Ein erstes der Bordnetze weist die elektrische Maschine auf, die mit dem Verbrennungsmotor zum Austauschen eines Drehmoments gekoppelt ist. Des Weiteren ist in den ersten Bordnetz ein elektrischer Energiespeicher, zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Batterie, bereitgestellt.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist die beschriebene Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Steuereinrichtung kann hierzu zumindest eine Prozessoreinrichtung aufweisen. Die Prozessoreinrichtung kann zum Beispiel zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen Mikroprozessor umfassen. Des Weiteren ist in einer solchen Prozessoreinrichtung ein Programmcode bereitgestellt, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann zum Beispiel in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Die Steuereinrichtung kann durch ein einzelnes Steuergerät oder auch durch mehrere Steuergeräte realisiert sein. Die mehreren Steuergeräte können hierbei jeweils einen oder einige der Schritte des Verfahrens durchführen.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, ausgestaltet.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und
- 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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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.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, handeln kann.
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Das Kraftfahrzeug 10 kann einen Verbrennungsmotor 11 aufweisen, bei dem sich zum Beispiel um einen Ottomotor oder einen Dieselmotor handeln kann. Für eine elektrische Versorgung des Kraftfahrzeugs 10 können ein erstes Bordnetz 12 und ein zweites Bordnetz 13 bereitgestellt sein. Die Bordnetzes 12, 13 können über einen DC-DC-Wandler oder Gleichspannungswandler 14 gekoppelt sein. Das erste Bordnetz 12 kann zumindest eine elektrische Leitung 15, eine elektrische Maschine 16 und einen elektrischen Energiespeicher 17 aufweisen. An das erste Bordnetz 12 können elektrische Verbraucher 18 angeschlossen sein, die in 1 durch ein einziges Symbol repräsentiert sind. Als ein elektrischer Verbraucher 18 kann zum Beispiel eine Klimaanlage angeschlossen sein. In dem ersten Bordnetz 12 kann eine erste Spannung U 1 bereitgestellt sein.
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Die elektrische Maschine 16 kann z.B. eine Synchronmaschine sein. Die elektrische Maschine 16 kann mit dem Verbrennungsmotor 11 über eine mechanische Koppeleinrichtung 19 gekoppelt sein, die zum Beispiel einen Riemen 20 aufweisen kann. Über die Koppeleinrichtung 19 können der Verbrennungsmotor 11 und die elektrische Maschine 16 ein Drehmoment 21 austauschen oder gegenseitig übertragen. Hierdurch kann die elektrische Maschine 16 von dem Verbrennungsmotor 11 angetrieben werden und somit als Generator die elektrische Spannung U1 erzeugen.
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Bei dem Energiespeicher 17 kann es sich zum Beispiel um einen elektrischen Akkumulator oder eine Batterie handeln, zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Batterie. Die Spannung U1 kann zum Beispiel als Nennspannungswert 48 Volt aufweisen.
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Das zweite Bordnetz 13 kann einen Energiespeicher 22 aufweisen, bei dem es sich beispielsweise um einen elektrischen Akkumulator oder eine Batterie, insbesondere eine Blei-Säure-Batterie, handeln kann. Eine Spannung U2 des zweiten Bordnetzes 13 kann zum Beispiel einen Nennspannungswert von 12 Volt aufweisen. An das zweite Bordnetz 13 können elektrische Verbraucher 23 angeschlossen sein. Z.B. kann als ein elektrischer Verbraucher 23 eine Lichtanlage des Kraftfahrzeugs 10 angeschlossen sein.
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Das zweite Bordnetz 13 benötigt bei dem Kraftfahrzeug 10 keinen eigenen Generator. Dennoch ist das zweite Bordnetz 13 redundant versorgt. Hierzu kann es zusätzlich zu dem Energiespeicher 22 auch über den Gleichspannungswandler 14 mit elektrischer Energie aus dem ersten Bordnetz 12 versorgt werden.
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Somit muss zumindest das erste Bordnetz 12 in einem Normalbetrieb redundant ausgelegt sein. Es weist hierzu die elektrische Maschine 16 und den Energiespeicher 17 auf.
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Falls in dem ersten Bordnetz 12 ein Fehler detektiert wird, kann das im Folgenden anhand von 2 beschriebene Verfahren durchgeführt werden, um das erste Bordnetz 12 weiter zu aktivieren, sodass das zweite Bordnetz 13 weiterhin redundant versorgt ist.
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Das Verfahren kann durch eine Steuervorrichtung 24 durchgeführt werden, die in dem in 1 veranschaulichten Beispiel durch zwei Steuergeräte realisiert sein kann. Es kann sich hierbei zum Beispiel um ein Motorsteuergerät 26 und ein Steuergerät 27 für das erste Bordnetz 12 handeln. Die Steuereinrichtung 25 kann zum Beispiel über ein Kommunikationsnetzwerk 28, zum Beispiel ein Bus-Netzwerk, mit einem Regler 29 der elektrischen Maschine 16 und/oder dem Gleichspannungswandler 14 gekoppelt sein. Als Bus-Netzwerk kann die das Kommunikationsnetzwerk 28 zum Beispiel ein CAN (Controller Area Network) oder ein FlexRay-Bus sein. Das Steuergerät 27 kann zum Beispiel ein Gateway für das Kommunikationsnetzwerk 28 sein.
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Bei dem besagten Fehler wird im Folgenden davon ausgegangen, dass lediglich der Energiespeicher 17 dahingehend defekt ist, dass er nicht mehr in dem ersten Bordnetz 12 betrieben werden kann. Z.B. kann der Energiespeicher 17 überhitzt (Temperatur größer als eine Schwellenwert) sein oder eine Anschlussleitung einen zu großen Übergangswiderstand (größer als ein Schwellenwert) aufweisen.
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Das Verfahren geht von einem Normalbetrieb N des ersten Bordnetzes 12 aus, wie er bereits beschrieben wurde.
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Durch ein Fehlersignal 30 kann ein Defekt des ersten Bordnetzes 12 in an sich bekannter Weise signalisiert sein. Ausgangspunkt ist somit ein Defekt des Energiespeichers 17 in den Spannungsnetzwerk des ersten Bordnetzes 12, d.h. des höherlagigen Netzwerkes. Dies wird durch die Steuereinrichtung 25 detektiert. Die Fehlerdiagnose kann durch eine Koordinations- und Diagnosefunktion durchgeführt werden. Die Teilnehmer oder Steuergeräte oder Verbraucher 18 des ersten Bordnetzes 12 können über das Kommunikationsnetzwerk 28 kommunizieren und somit durch die Steuereinrichtung 25 gesteuert werden.
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Der detektierte Defekt des Energiespeichers 17 führt in einem ersten Schritt S1 zur Deaktivierung des ersten Bordnetzes 12, um eventuelle weitere Schäden zu verhindern. Dies geschieht durch Einstellen eines Sollmodus an die Verbraucher 18 und die Steuergeräte für die elektrische Maschine 16, den Gleichspannungswandler 14 und eine Schalteinrichtung 31, durch welche daraufhin der Energiespeicher 17 elektrisch von der zumindest einen Leitung 15 getrennt wird. Danach sind alle Verbraucher 18 (Komponenten) spannungsfrei.
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Jetzt kann die Funktion das erste Bordnetz 12 und die Komponenten prüfen, ob eine Reaktivierung ohne den defekten Energiespeicher 17 möglich ist. Sprich in einem Schritt S2 können eine Leitungsdiagnose der zumindest einen Leitung 15 durchgeführt und mindestens der Gleichspannungswandler 14 zur Versorgung des zweiten Bordnetzes 13 auf Fehlerfreiheit hin überprüft werden. Ist diese Prüfung erfolgreich gewesen, kann in einem Schritt S3 eine Freigabe aus Sicht des ersten Bordnetzes 12 an zum Beispiel das Motorsteuergerät 26 über das Kommunikationsnetzwerk 28 gesendet werden.
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Insgesamt ergeben die Schritte S1, S2, S3 eine Freigabephase 32, an die sich eine Anforderungsphase 33 und daran eine Aktivierungsphase 34 anschließen kann.
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Die Freigabe im Schritt S3 kann Voraussetzung zur Generierung einer Anforderung für einen batterielosen Betrieb B der elektrische Maschine 16 im Bordnetz 12 sein, der als Ersatz für den Normalbetrieb N gedacht ist, in welchem der Energiespeicher 17 mit der zumindest einen Leitung 15 gekoppelt ist.
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Für die Anforderung prüft zum Beispiel das Motorsteuergerät 26 in einem Schritt S4, ob vorgegebene Voraussetzungen für den batterielosen Betrieb B erfüllt sind, dass zum Beispiel die beschriebene Netzfreigabe für das Bordnetz 12 aus dem Schritt S3 vorliegt, die elektrische Maschine 16 fehlerfrei ist, der Verbrennungsmotor 11 läuft oder gestartet ist oder startbereit ist.
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Die entsprechenden Anforderungsnachrichten für den batterielosen Betrieb B sendet das Motorsteuergerät 26 zum Beispiel über das Kommunikationsnetzwerk 28 an das Steuergerät 27 und/oder die elektrische Maschine 16 in einem Schritt S5 aus.
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Die elektrische Maschine 16 benötigt diese Anforderung zum Beispiel, um einen erweiterten Modus zu wechseln, bei welchem zum Beispiel die Spannungsregelung auf eine feste Vorgabe oder einen anderen Regelalgorithmus mit verringerter Reglerdynamik umgeschaltet wird. Das Steuergerät 27 kann die Anforderungen für den batterielosen Betrieb B benötigen, um eine Reaktivierung des ersten Bordnetzes 12 ohne den Energiespeicher 17 auszulösen. Hierzu kann der Gleichspannungswandler 14 in einem Schritt S5 in einen Hochsetzbetrieb (Boost-Mode) kommandiert werden oder konfiguriert werden, um das erste Bordnetz 12 in einem Schritt S6 vorzuladen (Leitungskapazitäten). Gleichzeitig kann hierdurch in einem Schritt S7 eine notwendige Vorerregung (Vormagnetisierung der Ankerspulen der elektrischen Maschine 16) für den Generatorbetrieb erzeugt werden.
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In der Aktivierungsphase 34 kann die Steuereinrichtung 25 die Spannungslage(48) im ersten Bordnetz 12 überprüfen. In einem Schritt S8 kann überprüft werden, ob die Spannung U1 einen stabilen Wert (abhängig von der Spannungslage 48 Volt oder Hochvolt) erreicht und dieser auch gehalten wird, zum Beispiel für 500 Millisekunden. Dann steht die erfolgreiche Reaktivierung des ersten Bordnetzes 12 fest. Nun kann der Gleichspannungswandler 14 in einem Schritt S9 durch die Steuereinrichtung 25 in den Tiefsetzmodus kommandiert oder geschaltet werden (Buck-Mode). Ab diesem Zeitpunkt sorgt die elektrische Maschine 16 in einem Schritt S10 als Generator als einzige Spannungsquelle im ersten Bordnetz 12 für die Versorgung des zweiten Bordnetzes 13 mit elektrischer Spannung.
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Hieraus ergibt sich der batterielosen Betrieb B. Es werden bevorzugt alle Verbraucher 18 des ersten Bordnetzes 12 von der Steuereinrichtung 25, insbesondere dem Steuergerät 27, in einen Sollmodus „Stand-by“ (deaktiviert) kommandiert, um die Stabilität des ersten Bordnetzes 12 nicht zusätzlich durch Belastungsspitzen zu stören.
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Als weitere Stabilisierungsmaßnahme können danach Regelstrategien zwischen dem Gleichspannungswandler 14 und der elektrischen Maschine 16 zum Sicherstellen der Spannungsstabilität im ersten Bordnetz 12 eingestellt oder konfiguriert werden.
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Durch die beschriebene koordinierte Ablaufsteuerung von Gleichspannungswandler 14, elektrischer Maschine 16 (Generator), Verbrennungsmotor 11 und Bordnetz 12 inklusive der angebundenen Verbraucher 18, kann eine Umschaltung zur weiteren Versorgung ermöglicht werden, die hierbei einen batterielosen Betrieb B zulässt.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung in einem Kraftfahrzeug ein höherlagiges Spannungsnetzes mit Generator und ohne Speicher (Batterie) reaktiviert werden kann.
