DE10262000A1

DE10262000A1 - Bordnetz für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10262000A1
Application number: DE10262000A
Authority: DE
Inventors: Josef Winkler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-13
Also published as: DE10262000B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem ersten und einem zweiten Spannungsniveau (30, 36) und einem Generator (10), wobei das erste und das zweite Spannungsniveau (30, 36) über eine erste Koppelvorrichtung (32, 66) miteinander gekoppelt sind, wobei die erste Koppelvorrichtung einen Längsregler (32) umfasst, wobei es weiterhin eine erste Regelvorrichtung (34) umfasst, die den Längsregler (32) unter Berücksichtigung der zukünftigen Belastung des zweiten Spannungsniveaus (36) ansteuert. Sie betrifft überdies ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes für ein Kraftfahrzeug.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem ersten und einem zweiten Spannungsniveau und einem Generator, wobei das erste und das zweite Spannungsniveau über eine Koppelvorrichtung miteinander gekoppelt sind, wobei die erste Koppelvorrichtung einen Längsregler umfasst. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem ersten und einem zweiten Spannungsniveau und einem Generator, wobei das erste und das zweite Spannungsniveau über eine erste Koppelvorrichtung miteinander gekoppelt sind, die einen Längsregler umfasst und Energie für das zweite Spannungsniveau zumindest zeitweise über den Längsregler bereitgestellt wird. Ein derartiges Bordnetz und ein derartiges Verfahren sind bekannt aus der DE 196 28 222 A1 .

Ein derartiges aus dem Stand der Technik bekanntes Bordnetz ist in 1 dargestellt. Hierbei erzeugt ein Generator 10, der über eine Erregerspule 12 erregt wird, eine Spannung auf einem ersten Spannungsniveau 14, beispielsweise 14 V. Mit diesem Spannungsniveau 14 sind eine Batterie 16 sowie mehrere Verbraucher 18 verbunden, die eine Versorgung mit einer Spannung auf dem ersten Spannungsniveau fordern. Das erste Spannungsniveau 14 wird über einen DC/DC-Wandler 20 auf ein zweites Spannungsniveau 22 gewandelt, beispielsweise 42 V. An dieses zweite Spannungsniveau 22 sind Verbraucher 24 angeschlossen, deren Betrieb einen Anschluss an das zweite Spannungsniveau 22 erfordert oder deren Betrieb dadurch zumindest begünstigt wird, beispielsweise eine Frontscheibenheizung. Es kann vorgesehen sein, einen Schalter 26 vorzusehen, um den Verbraucher 24 mit dem zweiten Spannungsniveau 22 zu verbinden. DC/DC-Wandler zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus, weisen jedoch folgende Nachteile auf: Die zur Realisierung eines DC/DC-Wandlers benötigten Bauteile, wie zum Beispiel Glättungskondensatoren und Speicherspulen, sind für hohe Temperaturen nicht geeignet. Eine Kühlung über das Motorkühlwasser ist wegen des geringen Temperaturgefälles kritisch. Sie erfordern einen hohen Aufwand für die Entstörung, da hohe Ströme mit sehr steilen Flanken geschaltet werden müssen. Schließlich sind sie sehr teuer, da die Baugröße auf die Maximalleistung auszulegen ist, obwohl diese in einem Kraftfahrzeug nur für einen sehr kurzen Zeitraum auftritt.

Die DE 196 28 222 A1 beschreibt die Bereitstellung eines Startkreises und eines Versorgungskreises in einem Kraftfahrzeug, die über ein Bordnetzmodul miteinander verbunden sind. Das Ziel besteht darin, einen Spannungseinbruch auf dem übrigen Bordnetz während der Durchführung eines Startvorgangs zu verhindern. Die Spannungen sind in beiden Netzen etwa gleich, können jedoch auch unterschiedlich sein. Eine Berücksichtigung der Temperatur der Batterien kann dieser Druckschrift entnommen werden. Es wird die Verwendung eines Analogschalters, das heißt eines Längsreglers, zur Verbindung der beiden Spannungsniveaus vorgeschlagen. In einer Ausführungsform wird nur ein Analogschalter verwendet. In einer anderen Ausführungsform sind zwei Analogschalter in Serie zu zwei DC/DC-Wandlern geschaltet. In einer weiteren Ausführungsform ist eine Serienschaltung aus einem DC/DC-Wandler und einem Längsregler gezeigt.

Die DE 198 05 926 A1 zeigt eine Parallelschaltung mehrerer DC/DC-Wandler zur Realisierung einer DC/DC-Wandler-Funktion, wobei je nach erforderlicher Leistung auf der Ausgangsseite eine bestimmte Anzahl der modularen DC/DC-Wandler in Betrieb genommen wird.

Die DE 197 55 050 C2 beschreibt die Verwendung eines DC/DC-Wandlers, um die von einem Generator bereitgestellte 42 V-Spannung auf ein niedrigeres Niveau zu wandeln. Ein Pufferkondensator, der parallel zum Verbraucher angeordnet ist, dient der Deckung von Stromspitzen.

Die DE 38 01 478 C1 beschreibt die Verwendung eines Reglers, der den Generator während der Zeit auf eine höhere Betriebsspannung regelt, wäh rend der eine Heizscheibe eingeschaltet ist. Die niedrigere Bordnetzspannung wird unter Verwendung eines DC/DC-Wandlers abgeleitet.

Die DE 100 42 532 A1 zeigt zwar die Verwendung eines DC/DC-Wandlers und eines Längsreglers, jedoch wird der DC/DC-Wandler lediglich zur Umwandlung der Energie aus einem Kondensator verwendet, nicht aber zur Umwandlung von Energie aus dem Generator im Normalbetrieb.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Bordnetz der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass es kostengünstig realisiert werden kann und dennoch robust ist. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung das eingangs genannte Verfahren entsprechend weiterzubilden.

Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Bordnetz mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 15.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Längsregler robust sind und die dafür benötigten Bauteile auch bei großer Temperaturstabilität kostengünstig beschafft werden können. Längsregler können über das Motorkühlwasser gekühlt werden, da infolge der höheren Verlustleistung eines Längsreglers ein ausreichendes Temperaturgefälle vorliegt. Schließlich haben sie aufgrund der analogen, stufenlosen Regelung eine geringe Störabstrahlung. Das Bordnetz umfasst weiterhin eine erste Regelvorrichtung, die den Längsregler unter Berücksichtigung der zukünftigen Belastung des zweiten Spannungsniveaus ansteuert, und zwar so, daß das zweite Spannungsniveau möglichst keinen Spannungseinbruch erfährt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist dem Längsregler ein DC/DC-Wandler parallelgeschaltet. Dies eröffnet die Möglichkeit, den DC/DC-Wandler auszulegen, das zweite Spannungsniveau für eine vorgebbare Bordgrundlast, die nicht der Spitzenlast entspricht, bereitzustellen. Die Bordgrundlast beträgt gewöhnlich nur 20 bis 40 %, insbesondere 30 % der Spitzenlast. Dadurch kann der DC/DC-Wandler geringer und damit kostengünstiger dimensioniert werden als bei der im Zusammenhang mit 1 beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Lösung. Die Spitzenlast, die nur selten auftritt, wird dann über den verlustbehafteten Längsregler versorgt. Der Längsregler kann ebenfalls geringer dimensioniert werden, da er nur ausgelegt werden braucht, die Differenz zwischen Bordgrundlast und Spitzenlast bereitzustellen.

Die erste Regelvorrichtung kann ausgelegt sein, die Temperatur der Batterie, die an das zweite Spannungsniveau gekoppelt ist, zu berücksichtigen. Beispielsweise wird bei höherer Temperatur das zweite Spannungsniveau geringfügig angehoben.

Bevorzugt umfasst das Bordnetz weiterhin eine zweite Regelvorrichtung, die ausgelegt ist, das erste Spannungsniveau, insbesondere durch entsprechende Ansteuerung des Generators, einzustellen. Werden an das erste Spannungsniveau nur Verbraucher angeschlossen, bei denen Spannungsschwankungen zu keinen Funktionsbeeinträchtigungen führen, sondern lediglich zu Komfortnachteilen, beispielsweise eine PTC-Heizung oder eine Frontscheibenheizung, so ergibt sich ein großer Regelbereich für das vom Generator bereitzustellende erste Spannungsniveau, beispielsweise ein Bereich von 14 bis 42 V.

Eine Gruppe von besonders bevorzugten Weiterbildungen zeichnet sich dadurch aus, dass eine Kapazität, insbesondere über eine zweite Koppelvorrichtung, an das erste Spannungsniveau gekoppelt ist. Die zweite Regelvorrichtung kann hierbei ausgelegt sein, das erste Spannungsniveau zu erhöhen, wenn Information über einen demnächst stattfindenden Einschaltvorgang eines Verbrauchers vorliegt, derart, dass das erste Spannungsniveau bereits vor dem Einschaltvorgang erhöht ist. Die vor dem Einschaltvorgang noch nicht benötigte Energie wird im Längsregler in Verlustleistung umgesetzt. Das Energienetz ist jedoch sozusagen auf ein höheres Niveau aufgeladen. Beim tatsächlichen Schaltvorgang kann dann diese Energie schlagartig abgerufen werden, da der Längsregler seinen Widerstand und damit sei ne Leistung hochdynamisch verändern kann. Insbesondere ist die Regelungsdynamik des Längsreglers deutlich höher als die des Generators. Damit wird die Stabilität des zweiten Spannungsniveaus selbst bei hohen Einschaltströmen sichergestellt.

Die zweite Regelvorrichtung ist vorteilhafterweise ausgelegt, das erste Spannungsniveau auch dann zu erhöhen, wenn eine Aufheizung des Motorkühlwassers und/oder eines Fahrgastraums, insbesondere in einer Motoraufheizphase, gewünscht ist, wobei der Längsregler mit einer Wärmetauschvorrichtung gekoppelt ist, und/oder in einer Schubphase des Kraftfahrzeugs. Die im Längsregler umgesetzte Verlustleistung wird dabei bewusst erhöht, um sie zu Heizzwecken zur Verfügung zu stellen. In einer Schubphase des Kraftfahrzeugs resultiert die Anhebung des ersten Spannungsniveaus darin, dass eine erhöhte Bremswirkung realisiert werden kann. Insbesondere kann die erwähnte Kapazität in einer Schubphase des Kraftfahrzeugs auf den erhöhten Wert des ersten Spannungsniveaus geladen werden.

Die zweite Regelvorrichtung kann jedoch auch ausgelegt sein, das erste Spannungsniveau unabhängig von einer Schubphase zu erhöhen, wenn die Kapazität geladen werden soll. Das zweite Koppelelement ist insbesondere dann geschlossen, wenn die Spannung der Kapazität unter ihrer Sollspannung liegt und das erste Spannungsniveau erhöht ist, um den Kondensator zu laden. Sie ist weiterhin geschlossen, wenn das zweite Spannungsniveau unter einen vorgebbaren Sollwert absinkt, beispielsweise beim Einschalten von an das zweite Spannungsniveau angeschlossenen Verbrauchern, die eine vorgebbare Leistungsaufnahme überschreiten, deren Einschalten jedoch vorher nicht angekündigt werden kann. Dabei wird der Kondensator entladen und dient zur Stützung des zweiten Spannungsniveaus. Hingegen ist das zweite Koppelelement geöffnet, wenn die Spannung an der Kapazität größer als ein vorgebbarer Sollwert ist und das zweite Spannungsniveau stabil ist. Mit dem Zuschalten der Kapazität wird auch die Dynamik des Generators erhöht, da dadurch die Erregerspule schneller geladen werden kann. Die Ladezeit der Erregerspule ist eine Maschinenkonstante und kann durch eine Spannungserhöhung verkürzt werden. Dies erlaubt im Gegenzug die Verwendung einer kleineren Kapazität, da durch die Verwendung einer Kapazität überhaupt der Generator schneller nachregeln kann und damit den Strom für die neu zugeschalteten Verbraucher liefern kann. Der Kondensator ist bevorzugt ein Elektrolytkondensator oder ein sogenannter Superkondensator, das heißt ein Doppelschichtkondensator.

Bei einer Dimensionierung der Kapazität auf 30 F und einem Bordnetz mit einem ersten Spannungsniveau von 42 V und einem zweiten Spannungsniveau von 14 V ergab sich für die Kapazität ein Energieinhalt von 24.000 Ws, wodurch gemessen an einer durchschnittlichen Lebensdauer von 500.000 Ladezyklen 1.600 l Benzin eingespart werden konnten. Dies entspricht einer Einsparung von 0,3 l pro 100 km bei einem Dieselmotor sowie 0,4 l pro 100 km für einen Ottomotor.

Die erste Regelvorrichtung liefert bevorzugt eine Sollwertvorgabe an den Generator, der abhängig ist vom Betriebszustand des Fahrzeugs. Im Normalbetrieb ist die Vorgabe an den Generator die Einstellung einer Spannung, bei der das zweite Spannungsniveau etwa dem ersten Spannungsniveau entspricht, das heißt die im Längsregler umgesetzte Verlustleistung ist nahezu null. Im Heiz- und/oder Schubbetrieb und bei Unterspannung in dem Bordnetzabschnitt, der auf dem zweiten Spannungsniveau liegt, ist der an den Generator vorgegebene Spannungssollwert so hoch wie möglich, jedoch nicht höher als eine zulässige Nennspannung. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass die zulässige Verlustleistung im Längsregler nicht überschritten wird.

Durch den Längsregler ließ sich eine Schnellheizfunktion bis 3 kW realisieren. Bei Anschluss der Energieversorgung an einen elektischen Turbo (sog. E-Turbo) wurde durch die Bereitstellung der Energie aus der Kapazität das gefürchtete Turboloch vermieden und ein gleichmäßiger Momentenaufbau schon bei niedriger Drehzahl erreicht. Die in einer derartigen Kapazität gespeicherte Energie kann auch beispielsweise zur Versorgung einer elektrischen Lenkung, insbesondere für Achslasten größer 1.100 kg, verwendet werden.

Bevorzugt wird weiterhin an das erste Spannungsniveau ein DC/AC-Wandler angeschlossen, über den eine Wechselspannung auf einem Festnetzniveau, insbesondere eine Spannung mit 220 V, bereitstellbar ist. In Praxistests wurden Leistungsabgaben bis zu 2 kW ermöglicht.

Wie für den Fachmann offensichtlich, lassen sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bordnetz erwähnten Weiterbildungen und Vorteile auf das erfindungsgemäße Verfahren in entsprechender Weise übertragen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:
1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten und einem zweiten Spannungsniveau und einem Generator;
2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes;
3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes;
4 in schematischer Darstellung die Generatorleistung über der Motordrehzahl für ein festes und ein variables Spannungsniveau;
5 in schematischer Darstellung den Generatorwirkungsgrad in Abhängigkeit der Motordrehzahl für ein festes und ein variables Spannungsniveau; und
6 in schematischer Darstellung in Abhängigkeit des Generatorstroms den Verlauf der Spannung am Längsregler sowie den Verlauf der Verlustleistung.
Im Nachfolgenden werden für gleiche und gleichwirkende Bauelemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
2 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes. Ein Generator 10 wird über eine von einer ersten Regelvorrichtung 28 angesteuerte Erregerspule 12 erregt und kann an seinem Ausgang eine Spannung in einem Bereich zwischen 14 V und 42 V bereitstellen. Eine Frontscheibenheizung 24 kann durch Schließen eines Schalters 26 mit diesem ersten Spannungsniveau 30 verbunden werden. Das erste Spannungsniveau 30 ist außerdem mit dem Eingang eines Längsreglers 32 verbunden, der mittels einer zweiten Regelvorrichtung 34 kontinuierlich zwischen offen und geschlossen geregelt werden kann. Im offenen Zustand des Längsreglers 32 entspricht die Spannung am Ausgang in etwa der Spannung am Eingang. Im teilweise geschlossenen Zustand ist die Spannung am Ausgang kleiner als die Spannung am Eingang. Am Ausgang des Längsreglers 32 wird ein zweites Spannungsniveau 36 bereitgestellt, das ca. 14 V beträgt und beispielsweise mit einer Fahrzeugbatterie 16, über einen Schalter 38 mit einem Startermotor 40 und mit 14 V Verbrauchern 18 verbunden ist. An das zweite Spannungsniveau 36 sind vor allem derartige Verbraucher angeordnet, die aus Sicherheits- und Komfortgründen eine stabile Spannungsversorgung benötigen. Die Spannung darf bei diesen Verbrauchern auch kurzzeitig nicht unter einen Wert von zum Beispiel 12,55 V abfallen. Hierzu zählen Motorverbraucher, beispielsweise Zündung, Benzinpumpe, Motorsteuergerät, Beleuchtung, Innengebläse, Audio-Anlage, elektrische Lenkung, elektrische Bremse, elektrisches Stabilitätsprogramm, Antiblockiersystem, Batterie und Starter. Eine Steuervorrichtung 42 misst die am Längsregler 32 umgesetzte Verlustleistung sowie die augenblickliche Spannung des zweiten Spannungsniveaus 36. Über die Leitung 44 gibt sie der ersten Regelvorrichtung 28 einen Sollwert für die am Ausgang des Generators 10 bereitzustellende Spannung 30 vor. Überdies erhält die zweite Regelvorrichtung 34 über die Leitung 46 von der Steuervorrichtung 42 Information von der am Längsregler 32 umgesetzten Verlustleistung und berücksichtigt dies bei der Steuerung des Längsreglers. Die zweite Regelvorrichtung 34 erfasst über die Leitung 48 den Istwert des zweiten Spannungsniveaus 36 und bezieht diesen in die Regelung ein. Über einen DC/AC-Wandler 68, der mit dem ersten Spannungniveau 30 verbunden ist, wird eine Wechselspannung mit 220 V bereitgestellt.
Die Steuervorrichtung 42 ist überdies ausgelegt, einen Schalter 54 zu bedienen, mit dem ein PTC-Heizelement 56 mit dem ersten Spannungsniveau 30 verbunden werden kann, sowie einen Schalter 58, mit dem ein Kondensator 60 mit dem ersten Spannungsniveau 30 verbunden werden kann. Mit dem Längsregler 32 ist thermisch leitend eine Wasserkühlung 52 verbunden, die zur Aufheizung des Motorkühlwassers oder des Fahrgastraums Verwendung finden kann.
Die Regelvorrichtung 34 ist ausgelegt, bei der Einstellung des zweiten Spannungsniveaus 36 die Temperatur der Batterie 16 zu berücksichtigen.
Die Regelvorrichtung 28 ist ausgelegt, das erste Spannungsniveau 30 zu erhöhen, wenn Information vorliegt, beispielsweise über eine Leitung 64 in der Steuervorrichtung 42, über einen demnächst stattfindenden Einschaltvorgang eines mit dem zweiten Spannungsniveau 36 verbundenen Verbrauchers mit hohem Einschaltstrom, derart, dass das erste Spannungsniveau 30 bereits vor dem Einschaltvorgang erhöht ist. Die Regelvorrichtung 28 ist insbesondere ausgelegt, das erste Spannungsniveau auch dann zu erhöhen, wenn eine Aufheizung des Motorkühlwassers und/oder eines Fahrgastraums, insbesondere in einer Motoraufheizphase, gewünscht ist oder in einer Schubphase des Kraftfahrzeugs. Dadurch fällt einerseits mehr Verlustleistung am Längsregler 32 ab, die über die Wasserkühlung 52 für Heizvorgänge verwendet werden kann, andererseits kann durch das erhöhte erste Spannungsniveau und Schließen des Schalters 54 ein PTC-Heizelement 56 wirkungsvoll für eine zusätzliche Aufheizung Anwendung finden. Solange das erste Spannungsniveau 30 erhöht ist, kann durch Schließen des Schal ters 58 ein Aufladen des Kondensators 60 bewirkt werden. Da der Längsregler 32 über die Regelvorrichtung 34 wesentlich dynamischer geregelt werden kann als der Generator 10 über die Erregerspule 12, kann bei Einschalten eines Verbrauchers 18, der einen hohen Strombedarf hat, ein Abfallen des zweiten Spannungsniveaus 36 verhindert oder diesem zumindest entgegengewirkt werden, wenn zu diesem Zeitpunkt der Schalter 58 geschlossen wird, so dass sich der Kondensator 60 entladen kann. Ein Absinken des Spannungsniveaus 36 wird von der Steuervorrichtung 42 über die Leitung 62 registriert.
Sofern Verbraucher mit großer Leistungsaufnahme eingeschaltet werden, deren Einschalten vorhergesagt werden kann, so wird die Steuervorrichtung 42 ebenfalls über die Leitung 64, beispielsweise einen CAN-Bus, davon in Kenntnis gesetzt und bewirkt über die Leitung 44 und eine entsprechende Ansteuerung der Regelvorrichtung 28, eine Erhöhung des ersten Spannungsniveaus 30. Wird nun der leistungsstarke Verbraucher eingeschaltet, kann durch dynamische Regelung des Längsreglers 32 darauf reagiert werden, das heißt es können Schwankungen des zweiten Spannungsniveaus 36 wirksam vermieden werden. Der Längsregler 32 kann beispielsweise, wie in 2 angedeutet, durch einen Transistor realisiert werden, dessen Steuerelektrode an die Regelvorrichtung 34 gekoppelt ist.
Die in 3 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes entspricht im Wesentlichen der in 2 dargestellten Ausführungsform. Es soll deshalb nur auf die Unterschiede eingegangen werden. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist dem Längsregler 32 ein DC/DC-Wandler 66 parallelgeschaltet. Er ist überdies über eine Leitung 46b mit der Steuervorrichtung 42 gekoppelt. Der DC/DC-Wandler ist ausgelegt, das zweite Spannungsniveau 36 für eine vorgebbare Bordnetzgrundlast bereitzustellen. Die Spitzenlast, die nur selten auftritt, wird über den Längsregler 32 versorgt. Eine Priorisierung der Energieströme wird durch die Steuervorrichtung 42 über entsprechende Ansteuerung der Regelvorrichtung 34 sowie des DC/DC-Wandlers 66 über die Leitungen 46 beziehungsweise 46b vorgenommen. Ergänzend kann ein Überspannungsschutz vorgesehen werden, der die Spannung des zweiten Spannungsniveaus 36 misst und bei einem außerplanmäßigen Ansteigen dieses durch entsprechende Ansteuerung des Generators 10 über die Regelvorrichtung 28 auf 14 V begrenzt.
4 zeigt die Abhängigkeit der Generatorleistung P in Abhängigkeit der Motordrehzahl für ein Bordnetz mit einem festen Spannungsniveau von 14 V, Kurvenzug a), sowie für ein Bordnetz mit einer Spannung, die zwischen 14 V und 42 V frei variierbar ist, Kurvenzug b). Aus dem Verlauf der Kurvenzüge ist zu erkennen, dass mit dem Bordnetz mit variabler Spannung bei gleicher Motordrehzahl höhere Generatorleistungen erzielbar sind als bei einem Bordnetz mit festem Spannungsniveau.
5 zeigt den Verlauf des Generatorwirkungsgrads in Abhängigkeit der Motordrehzahl, wiederum für ein Bordnetz mit festem Spannungsniveau, Kurvenzug a), sowie ein Bordnetz mit variablem Spannungsniveau, Kurvenzug b). Wie sich dem Kurvenzug b) entnehmen lässt, kann bei einem Bordnetz mit variablem Spannungsniveau der Generator fast immer mit einem Wirkungsgrad von mehr als 75 % betrieben werden.
6 zeigt zunächst die am Längsregler abfallende Spannung U_LR, Kurvenzug a), über dem Generatorstrom I_G. Hierbei ist zu erkennen, dass im Hinblick auf die maximale Verlustleistung P_Vmax von 1500 W, die der Längsregler abgeben kann, bei einem Strom von über 53 A die am Längsregler abfallende Spannung U_LR von 28 V allmählich auf 10 V abgesenkt werden muss, um eine Zerstörung des Längsreglers zu verhindern. Weiterhin kann 6 der Verlauf der Verlustleistung P_Vmax, Kurvenzug b), über dem Generatorstrom entnommen werden.

Claims

Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem ersten und einem zweiten Spannungsniveau (30, 36) und einem Generator (10), wobei das erste und das zweite Spannungsniveau (30, 36) über eine erste Koppelvorrichtung (32, 66) miteinander gekoppelt sind, wobei die erste Koppelvorrichtung einen Längsregler (32) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine erste Regelvorrichtung (34) umfasst, die den Längsregler (32) unter Berücksichtigung der zukünftigen Belastung des zweiten Spannungsniveaus (36) ansteuert.
Bordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine zweite Regelvorrichtung (28, 42) umfasst, die ausgelegt ist, das erste Spannungsniveau (30), insbesondere durch entsprechende Ansteuerung des Generators (10), einzustellen.
Bordnetz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Regelvorrichtung (28, 42) ausgelegt ist, das erste Spannungsniveau (30) zu erhöhen, wenn die zweite Regelvorrichtung (28) Information über einen demnächst stattfindenden Einschaltvorgang eines Verbrauchers erhält, derart, dass das erste Spannungsniveau (30) bereits vor dem Einschaltvorgang erhöht ist.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Regelvorrichtung (28) ausgelegt ist, das erste Spannungsniveau (30) zu erhöhen, wenn eine Aufheizung des Motorkühlwassers und/oder eines Fahrgastraums, insbesondere in einer Motor aufheizphase, gewünscht ist, wobei der Längsregler (32) mit einer Wärmetauschvorrichtung (52) gekoppelt ist, und/oder in einer Schubphase des Kraftfahrzeugs.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Regelvorrichtung (28) ausgelegt ist, das erste Spannungsniveau (30) zu erhöhen, wenn die Kapazität (60) geladen werden soll.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Regelvorrichtung (28) ausgelegt ist, bei der Einstellung des ersten Spannungsniveaus (30) die im Längsregler (32) umgesetzte Verlustleistung zu berücksichtigen.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Regelvorrichtung (34) ausgelegt ist, die Temperatur der Batterie (16), die an das zweite Spannungsniveau (36) gekoppelt ist, zu berücksichtigen.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an das erste Spannungsniveau (30) eine Kapazität (60) gekoppelt ist.
Bordnetz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität (60) über eine zweite Koppelvorrichtung (58) an das erste Spannungsniveau (30) gekoppelt ist.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Längsregler (32) ein DC/DC-Wandler (66) parallelgeschaltet ist.
Bordnetz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Wandler (66) ausgelegt ist, das zweite Spannungsniveau (36) für eine vorgebbare Bordgrundlast, die nicht der Spitzenlast entspricht, bereitzustellen.
Bordnetz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bordgrundlast 20 bis 40%, insbesondere 30%, der Spitzenlast beträgt.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsregler (32) ausgelegt ist, die Differenz zwischen Bordgrundlast und Spitzenlast bereitzustellen.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an das erste Spannungsniveau ein DC/AC-Wandler (68) angeschlossen ist, über den Spannung auf einem Festnetzniveau, insbesondere eine Spannung mit 220 V, bereitstellbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem ersten und einem zweiten Spannungsniveau (30, 36) und einem Generator (10), wobei das erste und das zweite Spannungsniveau (30, 36) über eine erste Koppelvorrichtung (32, 66) miteinander gekoppelt sind, die einen Längsregler (32) umfasst, und Energie für das zweite Spannungsniveau (36) zumindest zeitweise über den Längsregler (32) bereitgestellt wird, wobei das erste Spannungsniveau (30) angehoben wird, insbesondere durch entsprechende Ansteuerung des Generators (30), wenn ein Einschaltvorgang eines Verbrauchers (18), der eine vorgebbare Leistungsaufnahme überschreitet, bevorsteht.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei dem Längsregler (32) ein DC/DC-Wandler (66) parallelgeschaltet ist, folgende Schritte umfassend: a) Bereitstellung von Energie für das zweite Spannungsniveau (36) für eine vorgebbare Bordgrundlast, die nicht der Spitzenlast entspricht, über den DC/DC-Wandler (66); b) Bereitstellung von Energie für das zweite Spannungsniveau (36) für eine Differenz zwischen der Bordgrundlast und der Spitzenlast über den Längsregler (32).
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spannungsniveau (30) angehoben wird, insbesondere durch entsprechende Ansteuerung des Generators (10), wenn eine Aufheizung des Motorkühlwassers und/oder eines Fahrgastraums, insbesondere in einer Motoraufheizphase, gewünscht ist, und/oder in einer Schubphase des Kraftfahrzeugs.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kapazität (60) über eine zweite Koppelvorrichtung (58) an das erste Spannungsniveau (30) gekoppelt ist, wobei das erste Spannungsniveau (30) angehoben wird, insbesondere durch eine entsprechende Ansteuerung des Generators (10), wenn die Kapazität (60) geladen werden soll.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität (60) entladen wird, wenn ein an das zweite Spannungsniveau (36) angeschlossener Verbraucher, der eine vorgebbare Leistungsaufnahme überschreitet, eingeschaltet wird, dessen Einschalten vorher nicht angekündigt werden kann, wenn der Spannungsistwert des zweiten Spannungsniveaus unter einen vorgebbaren Spannungssollwert sinkt.