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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines Hybridfahrzeugs, das Bordnetz aufweisend ein Systemnetz und ein Traktionsnetz, wobei das Systemnetz und das Traktionsnetz über eine bidirektionale Übertragungseinheit miteinander elektrisch verbunden sind, wobei ferner das Systemnetz zum Versorgen von elektrischen Verbrauchern des Hybridfahrzeugs eine Systembatterie und das Traktionsnetz zum Versorgen einer elektrischen Maschine eine Traktionsbatterie aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Bordnetz für ein Hybridfahrzeug, aufweisend ein Systemnetz und ein Traktionsnetz, wobei das Systemnetz und das Traktionsnetz über eine bidirektionale Übertragungseinheit miteinander elektrisch verbunden sind, wobei ferner das Systemnetz zum Versorgen von elektrischen Verbrauchern des Hybridfahrzeugs eine Systembatterie und das Traktionsnetz zum Versorgen einer elektrischen Maschine eine Traktionsbatterie aufweist, sowie ein Hybridfahrzeug mit einem derartigen elektrischen Bordnetz, elektrischen Verbrauchern, einer elektrischen Maschine und einem Verbrennungsmotor.
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Hybridfahrzeuge, die zum Antreiben sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektromotor aufweisen, sind in der modernen Fahrzeugtechnik bekannt. Derartige Hybridfahrzeuge weisen dabei oftmals ein elektrisches Bordnetz auf, dass zumindest zwei Abschnitte aufweist, nämlich ein Systemnetz, das die üblichen elektrischen Verbraucher eines Fahrzeuges wie beispielsweise eine Schließanlage, ein Lichtsystem, ein Unterhaltungs- und/oder Kommunikationssystem und/oder eine Klimaanlage mit elektrischer Energie versorgt, und ein Traktionsnetz, in das eine elektrische Maschine, die zumeist in einem Antriebs- und einem Rekuperationsmodus betreibbar ist, eingebunden ist. Um diese Anforderungen zu erfüllen, weisen zumeist beide Abschnitte des Bordnetzes einen eigenen Energiespeicher auf. Die Netzabschnitte können sich dabei ferner insbesondere beispielsweise in ihrer Nominalspannung unterscheiden.
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In Standphasen des Fahrzeugs tritt eine zumeist langsame Entladung dieser elektrischen Energiespeicher auf. Durch die oben beschriebenen Einsatzbereiche der beiden Abschnitte des Bordnetzes ergeben sich unterschiedliche Anforderungen, wobei diese Anforderungen bei der Dimensionierung der Energiespeicher berücksichtigt werden müssen. So muss zum einen im Systemnetz genügend Energie verfügbar sein, um beispielsweise einen sicheren Betrieb einer Schließanlage des Fahrzeugs zu jederzeit sicherstellen zu können. Zum anderen muss im Traktionsnetz eine genügend große Menge an elektrischer Energie vorhanden sein, wenn dieses für einen Start des Hybridfahrzeuges verwendet werden soll. Ist alternativ dazu ein Starter vorgesehen, der durch das Systemnetz mit elektrischer Energie versorgt wird, muss in diesem Fall der Energiespeicher des Systemnetzes eine dafür genügend große Menge an elektrischer Energie vorhalten. Um diese Startfunktionalität auch in Notfallsituationen, in denen der jeweils betroffene Energiespeicher eben keine ausreichende Energiemenge bereitstellen kann, sicherzustellen, ist es bekannt, über eine Übertragungseinheit elektrische Energie aus dem jeweils anderen Abschnitt des Bordnetzes zu übertragen, siehe beispielsweise die
DE 10 2010 210 605 A1 , die
DE 10 2011 087 969 A1 sowie die
DE 10 2006 054 313 A1 . Ein Auftreten einer derartigen Notfallsituation kann dadurch jedoch nicht verhindert werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben und ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines Hybridfahrzeugs, ein elektrisches Bordnetz für ein Hybridfahrzeug sowie ein Hybridfahrzeug insgesamt zu verbessern. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines Hybridfahrzeugs, ein elektrisches Bordnetz für ein Hybridfahrzeug sowie ein Hybridfahrzeug bereitzustellen, die in besonders einfacher und kostengünstiger Weise eine möglichst lang andauernde Bereitstellung von elektrischer Energie für verschiedene Einsatzbereiche beziehungsweise Verbraucher im Hybridfahrzeug und dadurch eine Vermeidung von Notfallsituationen ermöglichen.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines Hybridfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein elektrisches Bordnetz für ein Hybridfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 8 sowie durch ein Hybridfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bordnetz sowie dem erfindungsgemäßen Hybridfahrzeug und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines Hybridfahrzeugs, das Bordnetz aufweisend ein Systemnetz und ein Traktionsnetz, wobei das Systemnetz und das Traktionsnetz über eine bidirektionale Übertragungseinheit miteinander elektrisch verbunden sind, wobei ferner das Systemnetz zum Versorgen von elektrischen Verbrauchern des Hybridfahrzeugs eine Systembatterie und das Traktionsnetz zum Versorgen einer elektrischen Maschine eine Traktionsbatterie aufweist. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:
- a) Erkennen eines Abstellzustands des Hybridfahrzeugs
- b) Wiederholtes Überwachen jeweils zumindest eines Betriebsparameters der Systembatterie und/oder der Traktionsbatterie,
- c) Auswerten des in Schritt b) durchgeführten wiederholten Überwachens,
- d) Ermitteln eines Bedarfs an elektrischer Energie der Systembatterie und/oder der Traktionsbatterie basierend auf einem Ergebnis der in Schritt c) durchgeführten Auswertung, und
- e) Ansteuern der bidirektionalen Übertragungseinheit zum Transfer von elektrischer Energie von der Systembatterie zur Traktionsbatterie oder von der Traktionsbatterie zur Systembatterie basierend auf dem in Schritt d) ermittelten Bedarf an elektrischer Energie.
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Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren wird ein elektrisches Bordnetz eines Hybridfahrzeugs betrieben. Ein Hybridfahrzeug ist dabei insbesondere ein Fahrzeug, das neben einem elektrischen Antrieb, bereitgestellt durch die elektrische Maschine, einen weiteren Antrieb aufweist. Dieser weitere Antrieb ist dabei zumeist ein Verbrennungsmotor. Das vom erfindungsgemäßen Verfahren betriebene Bordnetz weist dabei zumindest zwei Abschnitte auf, ein Systemnetz und ein Traktionsnetz. Das Systemnetz versorgt dabei insbesondere elektrische Verbraucher des Hybridfahrzeugs mit elektrischer Energie, wofür im Systemnetz eine Systembatterie angeordnet ist. Eine derartige Systembatterie kann dabei bevorzugt eine Bleibatterie mit einer Nominalspannung von 12V sein. Als elektrische Verbraucher können beispielsweise eine Schließanlage, eine Alarmanlage, eine Bordelektronik, ein Lichtsystem oder ähnliches durch das Systemnetz mit elektrischer Energie versorgt werden. Im Traktionsnetz hingegen ist insbesondere die elektrische Maschine angeordnet, die bevorzugt sowohl in einem Motor- als auch einem Generatorbetrieb betrieben werden kann. Zur Versorgung mit und/oder Aufnahme von elektrischer Energie von der elektrischen Maschine ist im Traktionsnetz eine Traktionsbatterie angeordnet. Diese Traktionsbatterie kann dabei beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie sein. Auch ist die Nominalspannung im Traktionsnetz oftmals höher als im Systemnetz, beispielsweise 48V oder höher. Für eine Übertragung von elektrischer Energie zwischen den beiden Abschnitten des Bordnetzes ist eine, insbesondere beispielsweise durch eine Kontrolleinheit ansteuerbare, bidirektionale Übertragungseinheit vorgesehen, beispielsweise ein DC/DC-Wandler. Diese bidirektionale Übertragungseinheit ist elektrisch leitend mit sowohl dem Systemnetz als auch dem Traktionsnetz verbunden und zum Anpassen der Spannung der transferierten elektrischen Energie an den jeweiligen Zielabschnitt des Bordnetzes ausgebildet. Dadurch kann, unbeachtet möglicherweise verschiedener Nominalspannungen in den beiden Abschnitten, falls nötig elektrische Energie zwischen dem Systemnetz und dem Traktionsnetz transferiert werden.
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In einem ersten Schritt a) eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Abstellzustand des Hybridfahrzeugs erkannt. Für dieses Erkennen des Abstellzustands kann dabei eine dafür nötige Sensorik eingesetzt werden, beispielsweise angesteuert und kontrolliert durch eine Kontrolleinheit. Ein Abstellzustand im Sinne der Erfindung ist dabei insbesondere ein Zustand des Fahrzeugs, in dem dieses still steht und der zusätzliche Motor, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, abgeschaltet ist. Dabei kann bevorzugt eine Fahrbereitschaft des Fahrzeugs durch einen Benutzer des Fahrzeugs aktiv deaktiviert sein, beispielsweise durch Abziehen eines Zündschlüssels oder durch Betätigung eines Start(Stopp-Schalters. Ein Benutzer des Hybridfahrzeugs ist dabei zumeist nicht anwesend. Dies kann beispielsweise durch ein Erkennen von geschlossenen Türen des Hybridfahrzeugs, eines Abschließvorgangs der Türen und/oder durch eine Sitzplatzbelegung festgestellt werden. Auch eine Auswertung von Navigationsdaten, beispielsweise ein Erkennen einer Ankunft in einer Garage des Benutzers oder insbesondere auf einem Langzeitparkplatz beispielsweise eines Flughafens, kann zum Erkennen eines Abstellzustands des Hybridfahrzeugs herangezogen werden. Durch dieses Erkennen des Abstellzustands kann insbesondere sichergestellt werden, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt wird, wenn das Hybridfahrzeug abgestellt, insbesondere über längere Zeit abgestellt, wird.
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Im nächsten Schritt b) eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein wiederholtes Überwachen jeweils zumindest eines Betriebsparameters der Systembatterie und/oder der Traktionsbatterie durchgeführt. Für dieses Überwachen kann dabei die dafür nötige Sensorik eingesetzt werden, beispielsweise angesteuert und kontrolliert durch eine Kontrolleinheit. Wiederholt im Sinne der Erfindung bedeutet dabei insbesondere, dass nach einer Durchführung der Überwachung dieses Überwachen nach einem zeitlichen Abstand erneut ausgeführt wird. Die zeitlichen Abstände der einzelnen Überwachungen können dabei gleich lang ausgebildet sein, beispielsweise stündlich oder täglich. Auch situationsangepasste Zeitabstände sind möglich. So können beispielsweise die Zeitintervalle zwischen den Überwachungen verkürzt werden, wenn bereits eine beginnende Entladung der Systembatterie und/oder der Traktionsbatterie festgestellt wurde. Insgesamt kann durch diese wiederholte Ausführung der Überwachungsvorgänge eine zumindest im Wesentlichen kontinuierliche Überwachung des jeweils zumindest eines Betriebsparameters der Systembatterie und/oder der Traktionsbatterie kann dadurch bereitgestellt werden.
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Anschließend an bevorzugt jede gemäß Schritt b) durchgeführte Überwachung wird in Schritt c) eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine Auswertung des jeweiligen Überwachens durchgeführt. Auch diese Auswertung kann dabei bevorzugt in einer beziehungsweise durch eine Kontrolleinheit durchgeführt werden. Durch das Auswerten der Überwachung ist es möglich, einen aktuellen Zustand sowohl der Systembatterie als auch der Traktionsbatterie zu ermitteln. Ein derartiger Zustand kann dabei insbesondere Informationen über einen Ladungszustand und/oder eine Spannung und/oder einen Energieinhalt der jeweiligen Batterie umfassen. Ferner kann das Überwachen auch durch ein geeignetes physikalisch/chemisches Rechenmodell ergänzt werden, welches beispielsweise die Entladung der Speicher berechnet und dabei insbesondere auf vorher gemessene Werte des Speicherzustandes und/oder der Umgebungsbedingungen zurückgreift. Eine Minimierung von Abweichungen sowie eine Verbesserung einer Prognosegüte und auf diese Weise eine Reduzierung einer Anzahl an erforderlichen Überwachungsvorgängen kann dadurch erreicht werden. Dadurch, dass das Überwachen in Schritt b) und damit auch das Auswerten in Schritt c) wiederholt durchgeführt werden, kann somit zumindest im Wesentlichen eine kontinuierliche Ermittlung eines Zustands der Systembatterie und der Traktionsbatterie bereitgestellt werden.
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Dadurch ist es im folgenden Schritt d) möglich, einen Bedarf an elektrischer Energie der Systembatterie und/oder der Traktionsbatterie zu ermitteln. Insbesondere wird dabei der als Ergebnis der Auswertung in Schritt c) ermittelte Zustand der beiden Batterien verwendet, um, beispielsweise in einer Kontrolleinheit, basierend darauf den jeweiligen Bedarf zu ermitteln. Der Bedarf wird dabei für beide Batterien derart ermittelt, dass eine Erfüllung der jeweiligen Aufgaben der Abnehmer der elektrischen Energie, also insbesondere die Verbraucher im Systemnetz und die elektrische Maschine im Traktionsnetz, sichergestellt werden kann. Dabei können auch Priorisierungen der jeweiligen Abnehmer vorgenommen werden, so dass beispielsweise ein Starten eines Verbrennungsmotors und/oder eine Schließanlage eine höhere Priorität erhalten, als beispielsweise eine Anzeigevorrichtung einer Uhr oder dergleichen. Ferner wird in Schritt d) überprüft, ob durch den in Schritt c) festgestellten Zustand der Systembatterie und der Traktionsbatterie dieser ermittelte Bedarf jeweils erfüllt werden kann.
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Wird in Schritt d) festgestellt, dass der Bedarf an elektrischer Energie einer der beiden Batterien nicht durch die jeweilige Batterie erfüllt werden kann, so wird in Schritt e) ein Ansteuern der bidirektionalen Übertragungseinheit vorgenommen. Dieses Ansteuern kann dabei wiederum bevorzugt durch eine übergeordnete Kontrolleinheit erfolgen. Das Ansteuern der Übertragungseinheit wird dabei derart vorgenommen, dass elektrische Energie jeweils entsprechend dem ermittelten Bedarf von der Systembatterie zur Traktionsbatterie oder von der Traktionsbatterie zur Systembatterie erfolgt. Ein Bereitstellen von elektrischer Energie angepasst an den jeweiligen Bedarf der Systembatterie und der Traktionsbatterie kann dadurch bereitgestellt werden. Durch die Berücksichtigung von Prioritäten der jeweiligen Abnehmer der Energie bereits in Schritt d) kann dabei verhindert werden, dass eine Ausführung einer Funktionalität hoher Priorität, die durch die Batterie mit elektrischer Energie versorgt wird, die Energie über die Übertragungseinheit abgibt, beeinträchtigt wird. Mit anderen Worten würde beispielsweise im Fall, dass durch die elektrische Energie der Traktionsbatterie ein Starten des Verbrennungsmotors vorgenommen wird, die dafür nötige elektrische Energie nicht an die Systembatterie transferiert werden, um ein weiteres Funktionieren einer Anzeigeeinheit zu gewährleisten.
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Insgesamt kann somit durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ein Bordnetz eines Hybridfahrzeugs derart betrieben werden, dass in einfacher und kostengünstiger Weise eine möglichst lang andauernde Bereitstellung von elektrischer Energie für verschiedene Einsatzbereiche sichergestellt werden kann, jeweils unabhängig davon, ob dabei die elektrische Energie von der Systembatterie oder Traktionsbatterie bereitgestellt wird. Eine automatische und insbesondere unabhängig von einer Anwesenheit eines Benutzers bereitstellbare Vermeidung von Notfallsituationen, in denen das Hybridfahrzeug beispielsweise nicht mehr zugänglich ist und/oder nicht mehr gestartet werden kann, kann dadurch besonders einfach bereitgestellt werden. Ferner kann es durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht werden, eine mögliche maximale Dauer einer Abstellzeit eines Hybridfahrzeugs zu verlängern, beziehungsweise bei gewünschter gleichbleibender Dauer der Abstellzeit die verwendeten Batterien zu verkleinern.
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Dabei kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass in Schritt b) ein Ladungszustand und/oder eine Spannung und/oder ein Strom und/oder eine Temperatur und/oder ein Alterungszustand als zumindest ein überwachter Betriebsparameter der Systembatterie und/oder der Traktionsbatterie verwendet wird/werden. Dabei ist diese Aufzählung nicht abgeschlossen, so dass auch weitere Betriebsparameter der Systembatterie und/oder der Traktionsbatterie überwacht werden können, soweit technisch sinnvoll und möglich. Auch eine Ansteuerung der dafür nötigen Sensorik kann vorgenommen werden, beispielsweise durch eine Kontrolleinheit. Darüber hinaus können für jede der Batterien auch mehrere, auch unterschiedliche, Betriebsparameter überwacht werden. Ein besonders umfassender und genauer Zustand der Systembatterie und der Traktionsbatterie können basierend auf diesen überwachten Betriebsparametern in Schritt c) eines erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass in Schritt b) und/oder in Schritt c) ein zeitlicher Verlauf des verwendeten zumindest einen Betriebsparameters überwacht und/oder ausgewertet wird. Als zeitlicher Verlauf im Sinne der Erfindung wird dabei insbesondere eine Abfolge von Ergebnissen von mehreren, insbesondere direkt aufeinander folgenden, Überwachungen eines Betriebsparameters der Systembatterie oder der Traktionsbatterie verstanden. Eine Berücksichtigung eines derartigen zeitlichen Verlaufs kann dabei eine Verbesserung der Genauigkeit des ermittelten Zustands der jeweiligen Batterie ermöglichen. So kann beispielsweise eine Entladung der jeweiligen Batterie nicht linear sondern progressiv erfolgen, wobei dieses progressive Verhalten durch eine Auswertung des zeitlichen Verlaufs erkennbar und im ermittelten Zustand berücksichtigbar ist. Ein weiteres Beispiel ist ein Temperaturverlauf, beispielsweise die Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht. So können beispielsweise bei Traktionsbatterien Entladungsvorgänge zumeist bei niedrigen Temperaturen geringer sein als bei höheren Temperaturen. Somit kann in diesem Beispiel bei einem aktuell gemessenen gleichen Temperaturwert durch eine Berücksichtigung einer zeitlichen Historie der Traktionsbatterie ein unterschiedlicher Zustand der Traktionsbatterie ermittelt werden, je nachdem, ob der Temperaturwert zum Beispiel am Beginn einer Nachtperiode oder einer Tagperiode gemessen wurde. Insgesamt kann somit durch die Berücksichtigung eines zeitlichen Verlaufs beim Überwachen in Schritt b) und/oder beim Auswerten in Schritt c) ein erfindungsgemäßes Verfahren weiter verbessert werden.
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Darüber hinaus kann ein erfindungsgemäßes Verfahren dahingehend ausgebildet sein, dass in Schritt c) beim Auswerten zumindest ein Betriebszustand des Hybridfahrzeugs, insbesondere eine Abstelldauer und/oder eine Umgebungstemperatur und/oder eine Fahrererkennung und/oder ein Startwunsch, berücksichtigt wird. Neben den direkten Betriebsparametern der jeweiligen Batterie können auch Betriebszustände des gesamten Hybridfahrzeugs einen Einfluss auf einen Zustand der Systembatterie und/oder der Traktionsbatterie aufweisen. So kann beispielsweise eine lange Abstelldauer und insbesondere eine Erkennung eines Fahrers beziehungsweise ein expliziter Startwunsch eines Benutzers eine baldige Wiederaufnahme eines Fahrbetriebs wahrscheinlicher machen, so dass ein Bedarf an elektrischer Energie für einen Startvorgang des Hybridfahrzeugs eine noch höhere Priorität erhalten kann. Dabei ist auch diese Aufzählung nicht abgeschlossen, so dass auch weitere Betriebszustände des Hybridfahrzeugs berücksichtigt werden können, soweit technisch sinnvoll und möglich. So kann zum Beispiel auch vorgesehen sein, als Betriebszustände des Hybridfahrzeugs beispielsweise über eine Internetverbindung prognostizierte Wetterdaten zu erhalten, beispielsweise um einen anstehenden starken Abfall oder Anstieg von Umgebungstemperaturen mit einzubeziehen, insbesondere beispielsweise zur Festlegung von zeitlichen Überwachungsintervallen. Auch eine Ansteuerung der dafür nötigen Sensorik kann vorgenommen werden. beispielsweise durch eine Kontrolleinheit. Ein besonders umfassender und genauer Zustand der Systembatterie und der Traktionsbatterie können basierend auf diesen berücksichtigten Betriebszuständen des Hybridfahrzeugs in Schritt c) eines erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass ein zeitlicher Verlauf des verwendeten zumindest einen Betriebszustands berücksichtigt wird. Als zeitlicher Verlauf im Sinne der Erfindung wird dabei auch hier insbesondere eine Abfolge von Ergebnissen von mehreren, insbesondere direkt aufeinander folgenden, Ermittlungen eines Betriebszustands des Hybridfahrzeugs verstanden. Wie oben bereits zu den Betriebsparametern beschrieben, kann durch eine Berücksichtigung eines derartigen zeitlichen Verlaufs eine Verbesserung der Genauigkeit des ermittelten Zustands der jeweiligen Batterie ermöglichet werden. Als Beispiel kann hier eine Situation angeführt werden, dass ein Benutzer des Hybridfahrzeugs dieses täglich zur gleichen Zeit verwendet, beispielsweise werktäglich morgens. Durch die Berücksichtigung eines zeitlichen Verlaufs dieser Fahrererkennung beziehungsweise des damit einhergehenden Startwunsches kann bereits im Vorfeld ein entsprechender Bedarf an elektrischer Energie in der entsprechend für ein Starten des Hybridfahrzeugs verwendeten Batterie ermittelt werden.
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Auch kann ferner ein erfindungsgemäßes Verfahren dahingehend ausgebildet sein, dass in Schritt d) beim Ermitteln des Bedarfs an elektrischer Energie ein Pufferbedarf berücksichtigt wird. Der in Schritt d) ermittelte Bedarf spiegelt insbesondere den aktuell vorhandenen Bedarf an elektrischer Energie der Systembatterie und der Traktionsbatterie wieder. Durch einen Pufferbedarf kann zusätzlich ein prognostizierter, zukünftiger Bedarf der jeweiligen Batterie berücksichtigt werden. Dabei kann das Bestimmen des Pufferbedarfs auch durch ein geeignetes physikalisch/chemisches Rechenmodell ergänzt werden, welches die Entladung der Speicher berechnet, dafür in einer vorteilhaften Ausgestaltung auf vorher gemessene Werte des Speicherzustandes und/oder der Umgebungsbedingungen zurückgreift, um die Abweichungen zu minimieren sowie die Prognosegüte zu verbessern und auf diese Weise die Anzahl der erforderlichen Überwachungsvorgänge zu reduzieren. Der jeweilige aktuelle Bedarf der einzelnen Batterien kann auf diese Weise für eine längere Zeitspanne bedient werden. Somit kann insbesondere ein zeitlicher Abstand zwischen den in Schritt e) durchgeführten Transfers von elektrischer Energie verlängert werden beziehungsweise müssen derartige Transfers seltener durchgeführt werden. Da diese Übertragungen von elektrischer Energie verlustbehaftet sind und auch durch eine Ansteuerung der Übertragungseinheit elektrische Energie verbraucht wird, kann dadurch eine Einsparung von Energie erreicht und das Verfahren insgesamt vereinfacht werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass der Pufferbedarf basierend auf einem erwarteten Entladungsverlauf der Systembatterie und/oder der Traktionsbatterie bestimmt wird, wobei insbesondere eine Abstellzeit und/oder eine erwartete Umgebungstemperatur berücksichtigt wird. Durch ein derartiges Basieren auf einem erwarteten Entladungsverlauf kann ein Pufferbedarf der jeweiligen Batterie besonders genau bestimmt werden. Dabei kann insbesondere berücksichtigt werden, wie viel Ladung und damit elektrische Energie in der jeweiligen Batterie verloren gehen wird, bis die nächste der wiederholten Überwachungen in Schritt b) durchgeführt werden wird. Eine Berücksichtigung eines zu großen aber auch eines zu kleinen Pufferbedarfs kann dadurch vermieden werden. Da ein Entladungsverlauf insbesondere von einer bereits verstrichenen Abstellzeit des Hybridfahrzeugs und/oder einer Umgebungstemperatur abhängen kann, kann durch eine Berücksichtigung zumindest einer dieser Größen der erwartete Entladungsverlauf noch genauer vorausgesagt werden. Dabei können, soweit technisch sinnvoll und möglich, auch weitere beziehungsweise andere Größen bei der Bestimmung des erwarteten Entladungsverlaufs berücksichtigt werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein elektrisches Bordnetz für ein Hybridfahrzeug, aufweisend ein Systemnetz und ein Traktionsnetz, wobei das Systemnetz und das Traktionsnetz über eine bidirektionale Übertragungseinheit miteinander elektrisch verbunden sind, wobei ferner das Systemnetz zum Versorgen von elektrischen Verbrauchern des Hybridfahrzeugs eine Systembatterie und das Traktionsnetz zum Versorgen einer elektrischen Maschine eine Traktionsbatterie aufweist. Ein erfindungsgemäßes Bordnetz ist dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bordnetz eine Kontrolleinheit aufweist, wobei die Kontrolleinheit zum Ausführen eines Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Dies bedeutet insbesondere, dass durch die Kontrolleinheit das Bordnetz gemäß einem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung betreibbar ist. Dementsprechend bringt ein erfindungsgemäßes Bordnetz die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erläutert worden sind. Insbesondere kann dabei die Kontrolleinheit als ein einzelnes Bauteil oder verteilt über mehrere Komponenten ausgebildet sein. Auch eine Integration der Kontrolleinheit oder von Teilen der Kontrolleinheit in ein übergeordnetes Kontrollsystem des Hybridfahrzeugs ist möglich.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Hybridfahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, elektrischen Verbrauchern, einer elektrischen Maschine und einem Verbrennungsmotor. Ein erfindungsgemäßes Hybridfahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bordnetz gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Dementsprechend bringt ein erfindungsgemäßes Hybridfahrzeug die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Bordnetz gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung erläutert worden sind. Ein erfindungsgemäßes Bordnetz gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist eine Kontrolleinheit auf, die zum Ausführen eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt ausgebildet ist. Dementsprechend bringt ein erfindungsgemäßes Hybridfahrzeug auch die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erläutert worden sind.
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Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Hybridfahrzeug vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine zum Starten eines Verbrennungsmotors ausgebildet ist. Die elektrische Maschine, die von der Traktionsbatterie im Traktionsnetz mit elektrischer Energie versorgt wird, ist zum Antreiben des Hybridfahrzeugs ausgebildet. Ferner ist sie oftmals, zumindest indirekt, mechanisch mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt, beispielsweise über eine Übersetzung und/oder ein Getriebe. Somit ist bevorzugt ermöglicht, den Verbrennungsmotor direkt durch die elektrische Maschine zu Starten. Ein zusätzlicher Starter für den Verbrennungsmotor, der durch das Systemnetz mit elektrischer Energie versorgt wird, kann vermieden werden. Insbesondere kann diese konstruktive Vereinfachung dabei bei einem erfindungsgemäßen Hybridfahrzeug, das durch das verwendete erfindungsgemäße elektrische Bordnetz zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist, bereitgestellt werden, ohne dass Einbußen bei einer Leistungsfähigkeit und/oder einer Funktionssicherheit des Hybridfahrzeugs befürchtet werden müssen. Ein derartiges Hybridfahrzeug kann somit insgesamt einfacher aufgebaut sein. Ferner kann auf diese Weise auch der Energiebedarf, der von der Systembatterie mindestens benötigt wird, vermindert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den einzelnen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:
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1 ein erfindungsgemäßes Verfahren und
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2 ein erfindungsgemäßes Hybridfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Bordnetz.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes 1 eines Hybridfahrzeugs 30 gezeigt. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridfahrzeug 30 mit einem derartigen Bordnetz 1. Im Folgenden werden die beiden Figuren gemeinsam beschrieben, wobei einzelnen Schritte des abgebildeten erfindungsgemäßen Verfahrens in Bezug auf 1 erläutert werden, und wobei für die dafür verwendeten Vorrichtungen jeweils auf 2 verwiesen wird.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zum Betreiben eines Bordnetzes 1 eines Hybridfahrzeugs 30 vorgesehen. Das Verfahren kann dabei insbesondere durch eine Kontrolleinheit 3 eines Bordnetzes 1 eines Hybridfahrzeugs 30 ausgeführt werden. Durch eine im Hybridfahrzeug 30 vorhandene Sensorik 34 können dabei die für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendigen Daten ermittelt und der Kontrolleinheit 3 bereitgestellt werden. Das Bordnetz 1 umfasst dabei insbesondere ein Systemnetz 10 und ein Traktionsnetz 30, wobei durch das Systemnetz 10 elektrische Verbraucher 31 aus einer Systembatterie 11 und durch das Traktionsnetz 20 eine elektrische Maschine 32 aus einer Traktionsbatterie 21 mit elektrischer Energie versorgt werden können. Das Systemnetz 10 und das Traktionsnetz 20 sind über eine bidirektionale Übertragungseinheit 2 elektrisch miteinander verbunden. Die Übertragungseinheit 2 kann dabei beispielsweise ein durch die Kontrolleinheit 3 ansteuerbarer DC/DC-Wandler sein, wodurch auch ein unterschiedliches Spannungsniveau im Systemnetz 10 und im Traktionsnetz 20 darstellbar ist. Das in 2 dargestellte Hybridfahrzeug 30 weist ferner einen Verbrennungsmotor 33 auf, der, neben der elektrischen Maschine 32, über das Getriebe 35 einen Antrieb für das Hybridfahrzeug 30 bereitstellt. Darüber hinaus können die Systembatterie 11 und die Traktionsbatterie 21 durch den Verbrennungsmotor 33 aufgeladen werden. Zum Aufladen der Traktionsbatterie 21 wird die elektrische Maschine 32, die über ein Getriebe 37 mit dem Verbrennungsmotor 33 mechanisch wirkverbunden ist, ebenfalls als Generator betrieben. Die Systembatterie 11 ist über die Übertragungseinheit 2 mit der elektrischen Maschine 32 im Traktionsnetz 30 elektrisch verbunden, womit die Systembatterie 11 ebenfalls über die elektrische Maschine 32 aufladbar ist. Eine weitere, nicht dargestellte, Möglichkeit zur Aufladung der Traktionsbatterie 21 und der Systembatterie 11 besteht in einem Rekuperationsbetrieb der elektrischen Maschine 32, in der durch die elektrische Maschine 32 Bewegungsenergie des Hybridfahrzeugs 30 in elektrische Energie umgewandelt wird. Ferner kann in einer weiteren, ebenfalls nicht dargestellten konstruktiven Möglichkeit zur Aufladung insbesondere der Systembatterie 11 eine Anordnung einer weiteren, als Generator beziehungsweise Lichtmaschine betreibbaren und ebenfalls mit dem Verbrennungsmotor 33 mechanisch wirkverbundenen, elektrischen Maschine im Systemnetz 10 vorgesehen sein. Auch weist das Hybridfahrzeug 30 in der dargestellten Ausgestaltungsform einen Starter 36 auf, der im Systemnetz 10 angeordnet ist und zum Starten des Verbrennungsmotors 33 eingesetzt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Verbrennungsmotor 33 auch über die elektrische Maschine 32 gestartet werden, wobei in diesem Fall bevorzugt sogar auf den Starter 36 verzichtet werden kann.
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In einem erste Schritt a) eines erfindungsgemäßen Verfahrens, in 1 mit „A“ bezeichnet, wird ein Abstellzustand des Hybridfahrzeugs 30 erkannt. Ein derartiger Abstellzustand ist dabei beispielsweise ein Zustand, in dem das Hybridfahrzeug 30 stillsteht, der Verbrennungsmotor 33 abgeschaltet ist und insbesondere ein Benutzer des Hybridfahrzeugs 30 nicht anwesend ist. Ein erkannter Abstellzustand lässt somit darauf schließen, dass das Hybridfahrzeug 30 über längere Zeit unbewegt stehen bleibt oder zumindest stehen bleiben könnte. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann dabei sichergestellt werden, dass auch über lang anhaltende derartige Abstellzustände die elektrischen Funktionen des Hybridfahrzeugs 30 bereitgestellt werden können.
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Dafür wird in einem Schritt b) eines erfindungsgemäßen Verfahrens, in 1 mit „B“ bezeichnet, wiederholt zumindest ein Betriebsparameter, beispielsweise ein Ladungszustand und/oder eine Spannung und/oder ein Strom und/oder eine Temperatur und/oder ein Alterungszustand der Systembatterie 11 und/oder der Traktionsbatterie 21 überwacht. Auch kann ein zeitlicher Verlauf des oder der überwachten Betriebsparameter überwacht werden. Diese Überwachung kann dabei bevorzugt durch eine Ansteuerung der entsprechenden Sensorik 34 durch die Kontrolleinheit 3 vorgenommen werden. Die überwachten Betriebsparameter der Systembatterie 11 und der Traktionsbatterie 21 sind dabei bevorzugt derart gewählt, dass sie eine Aussage über einen Zustand der jeweiligen Batterie 11, 21 ermöglichen. Insbesondere kann dabei durch das wiederholte Ausführen der Überwachung eine zumindest im Wesentlichen kontinuierliche Überwachung der Systembatterie 11 und der Traktionsbatterie 21 bereitgestellt werden.
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Dieser Zustand der Systembatterie 11 und der Traktionsbatterie 21 wird im Anschluss daran im nächsten Schritt c), in 1 mit „C“ bezeichnet, durch ein Auswerten der in Schritt b) ermittelten Überwachungsergebnisse ermittelt. Auch dieses Auswerten kann dabei bevorzugt durch die Kontrolleinheit 3 durchgeführt werden. Der Zustand kann dabei insbesondere Informationen über einen Ladungszustand, einen Energieinhalt und/oder einer elektrischen Spannung der jeweiligen Batterie 11, 21 umfassen. Dabei kann bei diesem Auswerten auch zumindest ein Betriebszustand und/oder dessen zeitlicher Verlauf des gesamten Hybridfahrzeugs 30, beispielsweise eine Abstelldauer oder eine Umgebungstemperatur, berücksichtigt werden. Eine noch genauere Ermittlung des Zustands der Systembatterie 11 und der Traktionsbatterie 21 kann dadurch bereitgestellt werden.
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Eine möglichst genaue Kenntnis der Zustände der Systembatterie 11 und der Traktionsbatterie 21 ermöglicht im folgenden Schritt d) eines erfindungsgemäßen Verfahrens, in 1 mit „D“ bezeichnet, möglichst präzise einen Bedarf an elektrischer Energie der jeweiligen Batterie 11, 21 zu ermitteln. Der Bedarf wird dabei wiederum bevorzugt durch die Kontrolleinheit 3 ermittelt. Dabei wird der jeweilige Bedarf derart ermittelt, dass die elektrischen Verbraucher 31 im Systemnetz 10 und die elektrische Maschine 32 im Traktionsnetz 20 jeweils durch die Systembatterie 11 beziehungsweise die Traktionsbatterie 21 ausreichend mit elektrischer Energie versorgt werden können. Insbesondere ist dabei auch eine Priorisierung von Abnehmern der elektrischen Energie möglich, so dass grundlegende Funktionalitäten, wie beispielsweise einem Schließsystem als Verbraucher 31 oder einem Starten des Verbrennungsmotors 33 durch einen Starter 36 oder durch die elektrische Maschine 32, eine höhere Priorität zugewiesen wird, als zum Beispiel einem Verbraucher 31, der eine Anzeigefunktionalität einer Uhr bereitstellt. Auch kann bevorzugt beim Ermitteln des Energiebedarfs ein Pufferbedarf mit einbezogen werden, in dem insbesondere ein erwarteter Entladungsverlauf der Systembatterie 11 und/oder der Traktionsbatterie 21 berücksichtigt wird. Auch eine Beachtung einer bereits verstrichenen Abstellzeit und/oder einer Umgebungstemperatur bei der Festlegung des Pufferbedarfs kann vorgenommen werden. Insgesamt kann durch dieses Ermitteln des Energiebedarfs festgestellt werden, ob in der jeweiligen Batterie 11, 21 genug elektrische Energie gespeichert ist, um diesen Energiebedarf, gegebenenfalls inklusive einem Pufferbedarf, zu decken.
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Wird dabei festgestellt, dass die Systembatterie 11 oder die Traktionsbatterie 21 dazu nicht in der Lage ist, wird im folgenden Schritt e) eines erfindungsgemäßen Verfahrens, in 1 mit „E“ bezeichnet, die bidirektionale Übertragungseinheit 2 angesteuert, bevorzugt wiederum von der Kontrolleinheit 3. Durch dieses Ansteuern kann, basierend auf dem in Schritt d) ermittelten Bedarf, elektrische Energie von der Systembatterie 11 zur Traktionsbatterie 21 oder von der Traktionsbatterie 21 zur Systembatterie 11 transferiert werden. Eine Sicherstellung der Funktionalitäten, die durch die Abnehmer der elektrischen Energie der Systembatterie 11 beziehungsweise der Traktionsbatterie 21 bereitgestellt werden, kann dadurch erreicht werden. Insbesondere kann auf diese Weise eine zeitliche Länge, über die dies sichergestellt werden kann, verlängert werden. Alternativ kann bei gleichbleibender maximaler Abstellzeit ermöglicht werden, zumindest eine der im Hybridfahrzeug 30 eingesetzten Batterien 11, 21 zu verkleinern. Darüber hinaus kann ferner bei gleichbleibender Sicherstellung der Funktionalität im Start des Verbrennungsmotors 36, die durch eine Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt werden kann, eine der im Hybridfahrzeug 30 eingesetzten elektrischen Maschinen 32, 36, vorzugsweise der Starter 36 entfallen. Insgesamt kann somit ein Hybridfahrzeug 30, das ein erfindungsgemäßes Bordnetz 1 aufweist, das zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, auf besonders einfache Art und Weise verbessert und vereinfacht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bordnetz
- 2
- Übertragungseinheit
- 3
- Kontrolleinheit
- 10
- Systemnetz
- 11
- Systembatterie
- 20
- Traktionsnetz
- 21
- Traktionsbatterie
- 30
- Hybridfahrzeug
- 31
- Verbraucher
- 32
- Maschine
- 33
- Verbrennungsmotor
- 34
- Sensorik
- 35
- Getriebe
- 36
- Starter
- 37
- Getriebe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010210605 A1 [0003]
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