DE10305939B4 - motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Kraftfahrzeug mit einem vom Kraftfahrzeugmotor angetriebenen Generator (1), einem Starter (2), einem Energiespeicher (6), wenigstens einem Bordnetz (9), einer Batterie (14), wobei in einer ersten Verbindungsleitung (V1) ein Gleichstromkonverter (8) zur Verbindung des Energiespeichers (6) mit dem Bordnetz (9) angeordnet ist, und wobei in einer zweiten Verbindungsleitung (V2), welche das Bordnetz (9) und den Generator (1) miteinander elektrisch verbindet, ein Schalter (7) angeordnet ist, mit dem das Bordnetz (9) vom Generator (1) trennbar ist, wobei der Generator (1) direkt mit dem Energiespeicher (6) verbunden ist, wobei zur zur Versorgung des Bordnetzes (9) über die zweite Verbindungsleitung (V2) bei geschlossenem Schalter (7) ein Generatorregler (4) die Generatorspannung auf eine der Bordnetzspannung entsprechende Spannung steuert, und wobei bei Beginn einer Rekuperation der Schalter (7) geöffnet wird und bis zum Abbau der Spannung des Energiespeichers (6) auf etwa die Bordnetzspannung geöffnet bleibt, und wobei bei geöffnetem Schalter (7) der Gleichstromkonverter (8) und gegebenenfalls die Batterie die Bordnetzversorgung übernimmt.Motor vehicle with a motor vehicle driven by the generator (1), a starter (2), an energy storage (6), at least one electrical system (9), a battery (14), wherein in a first connecting line (V1) a DC converter (8) Connection of the energy store (6) with the electrical system (9) is arranged, and wherein in a second connecting line (V2), which the electrical system (9) and the generator (1) electrically connected to each other, a switch (7) is arranged with in which the vehicle electrical system (9) can be separated from the generator (1), the generator (1) being connected directly to the energy store (6), to supply the vehicle electrical system (9) via the second connecting line (V2) when the switch is closed ( 7) a generator controller (4) controls the generator voltage to a vehicle power voltage corresponding voltage, and wherein at the beginning of a recuperation of the switch (7) is opened and until the voltage of the energy storage device (6) to about the vehicle electrical system voltage remains open, and wherein when the switch (7) of the DC converter (8) and optionally the battery takes over the onboard power supply.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug. The invention relates to a motor vehicle.

Aus DE 100 59 038 A1 ist ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei ein integrierter Startgenerator und ein Bordnetz mit einem ersten elektrischen Energiespeicher mit niedriger Ausgangsspannung und ein zweiter elektrischer Energiespeicher mit einer höhreren Ausgangsspannung verwendet wird. Out DE 100 59 038 A1 a method for starting an internal combustion engine of a motor vehicle is known, wherein an integrated start generator and a vehicle electrical system with a first electrical energy storage device with low output voltage and a second electrical energy storage device with a higher output voltage is used.

Aus DE 42 30 636 A1 ist eine Einrichtung zur Führung von Kabeln elektrischer Einrichtungen eines Pkw bekannt. Aus DE 197 00 581 A1 ist ein Steckdosen-Wandler-System zur 12V- und 24V-Versorgung eines Nutzfahrzeuganhänger-Antiblockiersystems über eine Steckdose bekannt. Aus DE 197 01 159 A1 ist ein Rückwirkungsfreier Spannungswandler zur Versorgung der Beleuchtung von Fahrzeuganhängern niedriger Bordspannung aus Zugfahrzeugen hoher Bordspannung bekannt. Out DE 42 30 636 A1 a device for guiding cables of electrical equipment of a car is known. Out DE 197 00 581 A1 is a socket-converter system for 12V and 24V supply of a commercial vehicle trailer anti-lock braking system via a socket known. Out DE 197 01 159 A1 is a feedback-free voltage converter for supplying the illumination of vehicle trailers low on-board voltage from tractors high voltage board known.

Ein Speicherkonzept mit integriertem Startergenerator (ISG) mit einem speziell geschalteten Ultra Cap (Mehrschichtkondensator) ist unter anderem auch in der DE 102 13 105 A1 beschrieben; auch in der WO 02/066293A1 findet sich ein Speicherkonzept mit integriertem Startergenerator. A memory concept with integrated starter generator (ISG) with a specially switched Ultra Cap (multi-layer capacitor) is among others in the DE 102 13 105 A1 described; also in the WO 02 / 066293A1 there is a storage concept with integrated starter generator.

Die Serieneinführung solcher Konzepte scheiterte bisher an ihrer hohen Komplexität und den Kosten. Insbesondere hat sich das 42V-Bordnetz wegen hoher Umstellungskosten, Mehrkosten für Bausteine, die besser mit niedriger Spannung bedienbar sind, der Lichtbogenproblematik und anderer Probleme als zur Zeit nicht in Serie realisierbar gezeigt. The series introduction of such concepts failed because of their high complexity and cost. In particular, the 42V electrical system has shown because of high Umrichtungskosten, additional costs for building blocks that are better with low voltage, the arc problem and other problems than currently not feasible in series.

Die im folgenden aufgezählten neuen Fakten haben Einfluss auf die Weiterentwicklung solcher Konzepte:

  • • Die kommende Bordnetzbelastung erfordert stärkere Generatoren für den Winterbetrieb; ohne die Maßnahme wird die Batteriebelastung zu groß.
  • • Diese Belastung tritt nur im Warmlauf auf.
  • • Die Generator-Überschussleistung beim normalen Betrieb (Verbrauch) ist beträchtlich und kann für die Rekuperation verwendet werden.
  • • Das Konzept mit Ultra Cap gibt dem Fahrzeugbauer neue Perspektiven, z. B. der optimalen Unterbringung die Batterie im Kofterraum mit einem Batteriekabel für z. B. 20A, in der Rekuperationsphase und dementsprechend kleinen Querschnitten.
  • • Dieses Konzept gibt dem Batteriebauer seinerseits neue Perspektiven in der Dimensionierung für kleine Ströme (< 100A nur zum Laden des selten leeren Ultra Caps), geringe Zyklenbelastung und höherer Innenwiderstände.
  • • Startergeneratoren sind auch für 14V mit hoher Leistung darstellbar.
  • • Weiterhin ist die Dimensionierung der Bordnetzkomponenten leichter möglich, wenn beim Starten die Spannung nicht mehr auf 6V einbricht, sondern im Bereich 10 bis 12V bleibt.
The new facts listed below have an influence on the further development of such concepts:
  • • The upcoming on-board network load requires stronger generators for winter operation; without the measure, the battery load becomes too large.
  • • This load only occurs during warm-up.
  • • The generator excess power during normal operation (consumption) is considerable and can be used for recuperation.
  • • The concept with Ultra Cap gives the vehicle builder new perspectives, eg: B. the optimal housing the battery in Kofterraum with a battery cable for z. B. 20A, in the recuperation phase and accordingly small cross sections.
  • • This concept gives the battery manufacturer new perspectives in the dimensioning of small currents (<100A only for charging the seldom empty Ultra Caps), low cycle load and higher internal resistance.
  • • Starter generators can also be displayed for high power 14V.
  • • Furthermore, it is easier to dimension the vehicle electrical system components when the voltage no longer breaks down to 6V during startup, but remains within the range of 10 to 12V.

Das Einbeziehen dieser Fakten in ein einfaches und kostengünstiges Speicherkonzept ist Aufgabe der Erfindung. The inclusion of these facts in a simple and cost-effective storage concept is the object of the invention.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche und Ausführungsbeispiele der Beschreibung zeigen verschiedene Lösungsmöglichkeiten und Weiterbildungen der Erfindung auf. This object is solved by the features of claim 1. The dependent claims and exemplary embodiments of the description show various possible solutions and developments of the invention.

Anhand der Zeichnung werden die Prinzipien der Erfindung und ihrer Weiterbildungen aufgezeigt. Reference to the drawings, the principles of the invention and its developments are shown.

Es zeigen: Show it:

1 bis 5 unterschiedliche Lösungen für den Antrieb; 1 to 5 different solutions for the drive;

6 und 7 vorteilhafte Installationsmöglichkeiten der Konzepte im Fahrzeug; 6 and 7 advantageous installation options of the concepts in the vehicle;

8 die Ausbildung der Versorgung eines Nebenbordnetzes. 8th the training of the supply of an onboard network.

1 beschreibt den Aufbau des Konzeptes mit einem Generator 1 mit Generatorregler 4, einem Starter 2 und einem Startschalter 3. Anstelle dieser Komponenten kann auch ein integrierter Startergenerator ISG oder ein riemengetriebener Startergenerator RSG, z. B. mit einem Pulswechselrichter PWR verwendet werden. 5 ist eine Steuerleitung, die zum Generatorregler 4 (oder PWR) führt und über die dieser von einem Powermanagement 13 gesteuert wird. 6 ist ein Energiespeicher, z. B. Mehrschichtkondensator oder Ultra Cap. Mit 7 ist ein Schalter bezeichnet, welcher bei Rekuperation das Bordnetz abtrennt; 8 ist ein bidirektionaler DC/DC-Konverter und 9 eine Versorgungsleitung des Bordnetzes, welche zu Verbrauchern 11a bis 11z und über ein strommessendes Glied 15 (Shunt) zu einer Batterie 14 führt. Das Powermanagement 13 erhält über weitere Leitungen 10, 17, 18 weitere Eingangs- und Steuergrößen, wie die Spannung am Speicher 6, die Spannung der Batterie 14 und die Bordnetzspannung. Über eine Busleitung 12 werden alle Informationen der Stromverbräuche in den einzelnen Verbrauchern gemeldet. 1 describes the structure of the concept with a generator 1 with generator controller 4 , a starter 2 and a start switch 3 , Instead of these components can also be an integrated starter generator ISG or a belt-driven starter generator RSG, z. B. be used with a pulse inverter PWR. 5 is a control line leading to the generator controller 4 (or PWR) leads and over that of a power management 13 is controlled. 6 is an energy storage, eg. B. multilayer capacitor or Ultra Cap. With 7 is a switch called, which disconnects the electrical system during recuperation; 8th is a bidirectional DC / DC converter and 9 a supply line of the electrical system, which leads to consumers 11a to 11z and a current-measuring link 15 (Shunt) to a battery 14 leads. The power management 13 receives over more lines 10 . 17 . 18 other input and control variables, such as the voltage at the memory 6 , the voltage of the battery 14 and the vehicle electrical system voltage. Via a bus line 12 All information on electricity consumption in the individual consumers is reported.

Setzt nun ein Verzögerungsvorgang ein, so wird dieser z. B. vom Bremsmanagement 11a über die Busleitung 12 dem Powermanagement 13 mitgeteilt, was zum Öffnen des Schalters 7 führt. Über die Steuerleitung 5 wird der Generator 1, 4 auf im Regelfall volle Leistung geschaltet. Die Aufteilung der Bremswirkung zwischen Generator und Bremsmanagement erledigt das Powermanagement 13. Der Generatorstrom wird im Speicher 6 eingespeist und führt zu einer, im Falle eines Ultra Cap, ansteigenden Spannung. Ist der Verzögerungsvorgang zu Ende, erfolgt über das Powermanagement 13 eine Abschaltung des Generators 1, 4. Die eingespeiste Energie wird nun vorwiegend über den DC/DC-Konverter 8 in das Bordnetz 9 rückgespeist. Dies erfolgt so lange bis das Powermanagement 13 etwa gleiche Spannungsniveaus zwischen den Eingangsleitungen 10 vom Ultra Cap 6 und 17 von der Batterie 14 und 18 und vom Bordnetz erkennt. Dann wird der Schalter 7 bei nahezu stromlosem Zustand geschlossen und anschließend der Generator 1, 4 wieder eingeschaltet, wobei der Generatorregler 4 so gesteuert wird, dass eine der Bordnetzspannung entsprechende Spannung anliegt. Die Höhe der Spannung kann z. B. abhängig sein vom Ladezustand der Batterie 14. Über das strommessende Glied 15 kann erfasst werden, ob während der Rekuperation Batteriestrom entnommen wird, wenn der DC-Konverter 8 nicht ausreichend Strom liefert. In diesem Fall kann die Spannung erhöht werden bis der Ladungsausgleich hergestellt ist. Hier kann auch einfach überprüft werden, ob die Batterie voll geladen ist, wenn z. B. an der oberen Spannungsgrenze der Batterie, z. B. 14V, kein Strom mehr fließt. Dies ist auch zugleich die Nennspannung des Bordnetzes und des Generatorreglers 4. Die Zyklenbelastung der Batterie 14 kann während der Rekuperation auch reduziert werden, indem die Hochstromverbraucher entsprechend gesteuert werden. Der DC/DC-Konverter 8 kann vereinfacht werden, indem er für die Richtung der Rückspeisung als Schaltregler ausgeführt wird, indem er so lange Strom vom Speicher 6 einspeist bis die oben beschriebene obere Spannungsgrenze über die Leitung 18 dem Powermanagement 13 gemeldet wird. Nach Absinken der Spannung wird er jeweils wieder eingeschaltet. Als Dämpfungsglied kann in der Versorgungsleitung 9 des Bordnetzes ein nicht eingezeichneter Kondensator verwendet werden. Bei Verwendung eines ISG/RSG kann die im Speicher eingespeiste Energie auch zur Unterstützung des Vortriebs des Verbrennungsmotors eingesetzt werden. Da diese Unterstützung aber einen schlechteren Wirkungsgrad als der DC/DC-Konverter 8 hat, wird der Verbrauch durch das Bordnetz 9, 11 bevorzugt. Now sets a delay process, so this z. B. from brake management 11a over the bus line 12 the power management 13 communicated what to open the switch 7 leads. Via the control line 5 becomes the generator 1 . 4 normally switched to full power. The division of the Braking effect between the generator and brake management is done by the power management 13 , The generator current is stored in memory 6 fed and leads to a, in the case of an Ultra Cap, increasing voltage. If the deceleration process is over, this is done via power management 13 a shutdown of the generator 1 . 4 , The injected energy is now predominantly via the DC / DC converter 8th in the electrical system 9 fed back. This is done until the power management 13 about the same voltage levels between the input lines 10 from the Ultra Cap 6 and 17 from the battery 14 and 18 and recognized by the electrical system. Then the switch 7 closed in near de-energized state and then the generator 1 . 4 turned back on, with the generator controller 4 is controlled so that one of the vehicle electrical system voltage corresponding voltage is applied. The height of the voltage can z. B. be dependent on the state of charge of the battery 14 , About the current-measuring member 15 can be detected whether battery power is taken during recuperation when the DC converter 8th does not supply enough power. In this case, the voltage can be increased until the charge balance is established. Here can also be easily checked if the battery is fully charged, if z. B. at the upper voltage limit of the battery, z. B. 14V, no electricity flows. This is also the rated voltage of the vehicle electrical system and the generator controller 4 , The cycle load of the battery 14 can also be reduced during recuperation by the high-current consumers are controlled accordingly. The DC / DC converter 8th can be simplified by running it for the direction of regeneration as a switching regulator, by removing current from the memory as long 6 feeds to the above described upper voltage limit across the line 18 the power management 13 is reported. After the voltage has dropped, it is switched on again. As attenuator can in the supply line 9 of the on-board network a not shown capacitor can be used. When using an ISG / RSG, the energy fed into the memory can also be used to assist propulsion of the internal combustion engine. Because this support but a worse efficiency than the DC / DC converter 8th has, the consumption is through the electrical system 9 . 11 prefers.

Zum Starten des Fahrzeugs kann der DC/DC-Konverter 8 im Gegenbetrieb als Spannungshochsetzer verwendet werden, um den Starter 2 mit höherer Spannung zu versorgen, damit z. B. die Startdrehzahl erhöht wird. Dieser Betrieb kann z. B. bei Fahrzeugstillstand erfolgen. Sollte die Batterie 14 nach langem Fahrzeugstillstand leer sein, so dass ein Fremdstart über einen Anschluss 16 notwendig wird, so kann direkt z. B. mit normaler Spannung oder über den DC/DC-Konverter 8 mit erhöhter Spannung aus dem Ultra Cap 6 die Batterie entlastet werden. Diese Möglichkeiten zeigen auf, dass beim Startvorgang über den Ultra Cap 6 die Batterie entlastet werden kann und infolge des niedrigen Innenwiderstandes des Ultra Cap kein nennenswerter Spannungseinbruch erfolgt, selbst wenn ohne Aufladung auf höhere Spannung gestartet wird. Bei diesem Vorgang wird über den Schalter 7 die Batterie und das Bordnetz abgetrennt. To start the vehicle, the DC / DC converter 8th used in counter-operation as a voltage booster to the starter 2 supply with higher voltage, so z. B. the starting speed is increased. This operation can z. B. when the vehicle is stationary. Should the battery 14 be empty after a long vehicle standstill, so that a third party start over a connection 16 becomes necessary, so can directly z. B. with normal voltage or via the DC / DC converter 8th with increased tension from the Ultra Cap 6 the battery will be relieved. These possibilities show that when booting through the Ultra Cap 6 the battery can be relieved and due to the low internal resistance of the Ultra Cap no significant voltage dip takes place, even if it is started without charging to higher voltage. This process is done via the switch 7 disconnected the battery and the electrical system.

Die Batterie 14 wird dementsprechend nur während der Rekuperation belastet, wenn der DC/DC-Konverter 8 die Verbraucherströme nicht abdeckt und zum Aufladen des Ultra Cap 6 zum Starten. Die hierbei benötigten Ströme sind ca. 1/5 des üblichen Stroms. Somit kann die Batterie z. B. hinsichtlich Innenwiderstand, Zyklenbelastung und Anschlusskabel erheblich günstiger dimensioniert werden. Dadurch, dass der Energiespeicher 6, z. B. der Ultra Cap, im Normalbetrieb am Bordnetz hängt, kann er die üblichen kurzen Spitzenlasten sehr gut dämpfen. The battery 14 is therefore charged only during recuperation, if the DC / DC converter 8th does not cover the consumer streams and to recharge the Ultra Cap 6 to start. The currents required here are about 1/5 of the usual current. Thus, the battery z. B. in terms of internal resistance, cycle load and connection cable are considerably cheaper dimensioned. Because of the energy storage 6 , z. As the Ultra Cap, in normal operation depends on the electrical system, it can dampen the usual short peak loads very well.

Die gezeigte Anordnung nach 1 kann für beliebige Spannungen, z. B. 14, 28 oder 42V verwendet werden mit entsprechender Dimensionierung der Komponenten. Bevorzugt werden 14V und gegebenenfalls 28V, da bei dieser Spannung (28V) die Lichtbogenproblematik entfällt und die Technik des NFZ-Bordnetzes eingesetzt werden kann, so dass die Umstellungskosten weniger hoch sind. The arrangement shown after 1 can for any voltages, eg. B. 14, 28 or 42V are used with appropriate dimensioning of the components. Preference is given to 14V and possibly 28V, since at this voltage (28V) eliminates the arc problem and the technology of the commercial vehicle electrical system can be used, so that the conversion costs are less high.

2 zeigt eine Alternative mit einem Umschalter 19 anstelle des Trennschalters 7 der 1. Die restlichen Komponenten und Anschlüsse, wie 6', 10', 16' sind identisch mit 1. Der Vorteil des Umschalters 19 besteht darin, dass z. B. gegen Fahrtende schon der Speicher 6' aufgeladen werden kann. Außerdem kann er bei der Rückspeisung bereits den Generator 1' an das Bordnetz schalten, um höhere Verbraucherströme als der DC/DC-Konverter liefern kann auszugleichen. Damit wird die Batterie noch weniger belastet. Hinsichtlich des Spannungsbereichs gelten dieselben Spannungen wie bei 1. Die Schaltung des Umschalters 19 ist zur Rekuperation identisch mit dem Schalter 7 in 1. Nur wenn der Speicher 6' gegen Fahrtende leer, das heißt im Bereich der Bordnetzspannung ist, erfolgt ein Umschalten und der Generator lädt den Speicher 6' auf die gewünschte Startspannung. 2 shows an alternative with a switch 19 instead of the circuit breaker 7 of the 1 , The remaining components and connections, like 6 ' . 10 ' . 16 ' are identical to 1 , The advantage of the switch 19 is that z. B. Towards the end of the memory 6 ' can be charged. In addition, he can already regenerate the generator 1' to the on-board power supply, in order to be able to supply higher consumer currents than the DC / DC converter can compensate. This puts even less pressure on the battery. With regard to the voltage range, the same voltages apply as in 1 , The circuit of the switch 19 is identical to the switch for recuperation 7 in 1 , Only if the memory 6 ' empty towards the end of travel, that is to say in the area of the vehicle electrical system voltage, there is a changeover and the generator charges the storage 6 ' to the desired starting voltage.

3 zeigt eine Alternative, in der anstelle des Schalters eine andere Schalterkonfiguration 20 (Öffner und Schließer) eingesetzt wird, mit der jedoch die gleichen Schaltvorgänge wie mit dem Umschalter der 2 vorgenommen werden. Diese Schalter 20 müssen auch hier bei Bremsbeginn, also zu Beginn der Rekuperation beide umgeschaltet werden. Bevorzugt werden Relais als Schalter wegen der geringeren Verlustleistung bei höheren Strömen als z. B. Mosfets. Es können aber auch Halbleiterschalter verwendet werden. Es ist hier noch ein weiterer Schalter 21 zur Abtrennung der Batterie vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass im Normalfall das Bordnetz 9'' mit überhöhter Spannung des Generators, bzw. des DC-Konverters gefahren werden kann. Damit sind die Strombelastungen kleiner und die Wirkungsgrade besser. Da hier die Batterie als Puffer fehlt, muss hier ein Dämpfungskondensator 22 eingesetzt werden. Der Fremdstartanschluss 16'' kann hier wie bei der 2 hinter dem Schalter (links vom Schalter) angeschlossen sein. Die Batterie wird nur während der Rekuperation und zum Aufladen des Ultra Cap bei Fahrzeugstillstand oder bei Generatorausfall eingeschaltet. Hinsichtlich der Spannungsbereiche gilt dasselbe wie bei 1. 3 shows an alternative in which instead of the switch another switch configuration 20 (NC and NO) is used, but with the same switching operations as with the switch of 2 be made. These switches 20 must be switched both here at the beginning of braking, so at the beginning of recuperation both. Relays are preferred as a switch because of the lower power loss at higher currents than z. B. Mosfets. But it can also be used semiconductor switch. There is another one here switch 21 provided for the separation of the battery. This has the advantage that normally the electrical system 9 '' with excessive voltage of the generator, or the DC converter can be driven. Thus, the current loads are smaller and the efficiencies better. Since the battery is missing as a buffer here must be a damping capacitor 22 be used. The external start connection 16 '' can be here like at the 2 be connected behind the switch (to the left of the switch). The battery is only switched on during recuperation and for charging the Ultra Cap during vehicle standstill or generator failure. With regard to the voltage ranges, the same applies as in 1 ,

Alle drei Ausführungen entsprechend 1 bis 3 sind hinsichtlich des Bordnetzes Ein-Spannungskonzepte. All three versions accordingly 1 to 3 are one-voltage concepts with regard to the vehicle electrical system.

4 zeigt eine Version mit einem Zwei-Spannungsbordnetz 23 und 24, wobei 24 ein Niederspannungsbordnetz sein kann. Auch hier sind Dämpfungskondensator 22' und Batterietrennschalter 21' notwendig. Die Verbraucher 26 und 27 sind den entsprechenden Bordnetzen 23 und 24 zugeordnet. Das Powermanagement 13 erhält über den Bus 12' die entsprechenden Informationen. 4 shows a version with a two-voltage on-board network 23 and 24 , in which 24 may be a low voltage electrical system. Again, there are damping capacitor 22 ' and battery disconnector 21 ' necessary. The consumers 26 and 27 are the appropriate on-board networks 23 and 24 assigned. The power management 13 gets over the bus 12 ' the corresponding information.

Der Vorteil dieser Version liegt in der größeren Spreizung der Spannungen für Hochstromverbraucher und Komponenten und Systeme, die mit kleineren Spannungen günstiger zu gestalten sind. Hier bietet sich eine Ausbildung mit 42 und 12 V an. Ein weiterer DC/DC-Konverter 25 versorgt hier das Bordnetz 24. Dieser ist vorteilhaft bidirektional auszubilden, als Redundanz zum Konverter 8'. Wenn dieser ausfällt kann der Ultra Cap über den DC/DC-Konverter 25 und Schalter 7' geladen werden. The advantage of this version is the greater spread of voltages for high current consumers and components and systems that are cheaper to design with lower voltages. Here is an education with 42 and 12 V on. Another DC / DC converter 25 supplies the electrical system here 24 , This is advantageous bidirectional form, as redundancy to the converter 8th' , If this fails, the Ultra Cap can use the DC / DC converter 25 and switches 7 ' getting charged.

5 zeigt eine weitere Version eines Zwei-Spannungsbordnetzes 23' und 24', wobei das Bordnetz 24' nur relativ wenige, für eine niedrige Spannung prädestinierte Verbraucher, insbesondere Ruhestromverbraucher, beinhaltet. Der DC/DC-Konverter 25' kann hier ähnlich wie in 1 beschrieben als einfacher spannungsgeführter Schaltregler mit einem kleinen Pufferkondensator 26 ausgeführt werden. 5 shows another version of a two-voltage electrical system 23 ' and 24 ' , where the electrical system 24 ' only relatively few, predestined for a low voltage consumer, in particular quiescent consumers, includes. The DC / DC converter 25 ' can be similar here as in 1 described as a simple voltage-controlled switching regulator with a small buffer capacitor 26 be executed.

Der Batterietrennschalter 27 kann entsprechend der Beschreibung von 1 und 3 entweder verwendet oder weggelassen werden. Als Spannungsbereiche bietet sich 14/3–5V, 28/3–5V, 42/3–5V an. The battery disconnect switch 27 can according to the description of 1 and 3 either used or omitted. Voltage ranges are 14 / 3-5V, 28 / 3-5V, 42 / 3-5V.

6 zeigt die Anordnung des Bordnetzes, z. B. entsprechend 1, im Fahrzeug 28. Die aus dieser 1 übernommenen Teile sind der Ultra Cap 29, der DC/DC-Konverter 30 und der Schalter 31. Diese sind vorteilhaft, wie gezeigt, an den Ultra Cap 29 angebaut und alle sind im Fußraum, insbesondere der Beifahrerseite unterbracht. Der elektrische Anschluss an den Generator 32 und den Starter 33 (alternativ ISG/RSG) erfolgt über die Leitung 35. Das Bordnetz z. B. die Bordnetzsteuergeräte 34 und 34' vorn und 38 und 38' hinten sind über die elektrische Zuleitung 35' angeschaltet, die auch zur Batterie 36 führt. Um einen Kurzschluss auf der Batterieleitung zu vermeiden, kann hier ein Batterietrennschalter 37 eingesetzt werden, der zugleich auch die Funktionen der Trennschalter 21, 21', bzw. 27 der 3, 4, und 5 übernehmen kann. 6 shows the arrangement of the electrical system, z. B. accordingly 1 , in the vehicle 28 , The from this 1 inherited parts are the Ultra Cap 29 , the DC / DC converter 30 and the switch 31 , These are beneficial, as shown, to the Ultra Cap 29 grown and all are located in the footwell, especially the passenger side. The electrical connection to the generator 32 and the starter 33 (alternatively ISG / RSG) takes place via the line 35 , The electrical system z. B. the electrical system control units 34 and 34 ' in front and 38 and 38 ' behind are over the electrical supply line 35 ' turned on, which also to the battery 36 leads. To avoid a short circuit on the battery line, here can a battery disconnector 37 be used, at the same time also the functions of the circuit breaker 21 . 21 ' , respectively. 27 of the 3 . 4 , and 5 can take over.

Entsprechend den oben bereits beschriebenen Vorteilen kann die Batterie 36 mit einem relativ geringen Querschnitt der Leitung 35' angeschaltet werden und außerdem ist sie für die Gewichtsverteilung optimal platziert. Dadurch, dass die Batterie wenig beansprucht wird, ist auch die durchschnittliche Strombelastung im Innenraum sehr klein, was aus gesundheitlichen Gründen von Bedeutung ist. According to the advantages already described above, the battery 36 with a relatively small cross section of the line 35 ' In addition, it is optimally placed for weight distribution. The fact that the battery is stressed, the average current load in the interior is very small, which is important for health reasons.

7 zeigt eine der 6 nahezu identische Anordnung mit den Komponenten 29', 34'', 35'' und 36'. Hier ist jedoch ein Umschaltrelais 40 eingesetzt, welches eine Mittelstellung besitzt und eine Betätigung 41 mit zwei Elektromagneten besitzt. Diese Mittelstellung hat den Vorteil, dass bei Crash oder Kurzschluss der Ultra Cap abgekoppelt werden kann. 7 shows one of the 6 almost identical arrangement with the components 29 ' . 34 '' . 35 '' and 36 ' , Here, however, is a changeover relay 40 used, which has a middle position and an actuation 41 has two electromagnets. This middle position has the advantage that in the event of a crash or short circuit the Ultra Cap can be disconnected.

Eine Sp-Box ist aus der DE 10243970 A1 bekannt. A sp box is out of the DE 10243970 A1 known.

8 zeigt eine gegenüber den 4 und 5 andere Versorgung des Nebenbordnetzes. Hier ist anstelle eines Gleichspannungskonverters ein Schaltregler als Versorgungseinheit für das Nebenbordnetz vorgesehen. Das Hauptbordnetz ist in 8a nur aus Generator 30, Batterie 31 und der Versorgungsleitung 32 bestehend dargestellt. Das Hauptbordnetz kann, wie oben bereits ausgeführt, eine Spannung von 12, 24 oder 42V aufweisen. Die übrigen in den 1 bis 5 beschriebenen Komponenten des Hauptbordnetzes, insbesondere der Energiespeicher und der Gleichstromkonverter müssen hier nicht verwendet werden. Das Nebenbordnetz besteht hier aus Steuergeräten 33 bis 35, die angeschlossene Verbraucher bedienen. Zwischen der Leitung 32 und den Steuergeräten 33 bis 35 sind aus Redundanzgründen zwei Schaltverstärker, z. B. zwei Mosfets 36 eingeschaltet und ein Kondensator 37, der gegebenenfalls ein kleiner Energiespeicher sein kann, angeschaltet. Die Schaltverstärker 36 werden von dem Steuergerät 33 bei Erreichen einer unteren Spannung U1 eingeschaltet und bei Erreichen einer oberen Spannung U2 ausgeschaltet. Am Kondensator 37 bildet sich die in 8b dargestellte Sägezahnspannung UKond aus, die z. B. zwischen 3 und 6V schwanken kann. Die im Nebenbordnetz versorgten Verbraucher sind Verbraucher geringer Leistung und insbesondere Ruhestromverbraucher, für die eine solche Betriebsspannung optimal ist. 8th shows one opposite the 4 and 5 other supply of the onboard network. Here, instead of a DC converter, a switching regulator is provided as a supply unit for the onboard power supply. The main on-board network is in 8a only from generator 30 , Battery 31 and the supply line 32 shown represented. The main on-board network can, as stated above, have a voltage of 12, 24 or 42V. The rest in the 1 to 5 described components of the main on-board network, in particular the energy storage and the DC converter need not be used here. The onboard network consists here of control units 33 to 35 that serve connected consumers. Between the line 32 and the controllers 33 to 35 are redundancy reasons two switching amplifier, z. B. two mosfets 36 turned on and a capacitor 37 , which may possibly be a small energy storage, turned on. The switching amplifier 36 be from the controller 33 switched on reaching a lower voltage U 1 and turned off when reaching an upper voltage U 2 . At the condenser 37 forms the in 8b illustrated sawtooth voltage U Kond from z. B. can vary between 3 and 6V. The consumers supplied in the onboard electrical system are consumers of low power and in particular closed-circuit consumers, for which such an operating voltage is optimal.

Claims (24)

Kraftfahrzeug mit einem vom Kraftfahrzeugmotor angetriebenen Generator (1), einem Starter (2), einem Energiespeicher (6), wenigstens einem Bordnetz (9), einer Batterie (14), wobei in einer ersten Verbindungsleitung (V1) ein Gleichstromkonverter (8) zur Verbindung des Energiespeichers (6) mit dem Bordnetz (9) angeordnet ist, und wobei in einer zweiten Verbindungsleitung (V2), welche das Bordnetz (9) und den Generator (1) miteinander elektrisch verbindet, ein Schalter (7) angeordnet ist, mit dem das Bordnetz (9) vom Generator (1) trennbar ist, wobei der Generator (1) direkt mit dem Energiespeicher (6) verbunden ist, wobei zur zur Versorgung des Bordnetzes (9) über die zweite Verbindungsleitung (V2) bei geschlossenem Schalter (7) ein Generatorregler (4) die Generatorspannung auf eine der Bordnetzspannung entsprechende Spannung steuert, und wobei bei Beginn einer Rekuperation der Schalter (7) geöffnet wird und bis zum Abbau der Spannung des Energiespeichers (6) auf etwa die Bordnetzspannung geöffnet bleibt, und wobei bei geöffnetem Schalter (7) der Gleichstromkonverter (8) und gegebenenfalls die Batterie die Bordnetzversorgung übernimmt. Motor vehicle with a motor vehicle driven by the generator ( 1 ), a starter ( 2 ), an energy store ( 6 ), at least one electrical system ( 9 ), a battery ( 14 ), wherein in a first connecting line (V1) a DC converter ( 8th ) for connecting the energy store ( 6 ) with the electrical system ( 9 ), and wherein in a second connecting line (V2), which the on-board network ( 9 ) and the generator ( 1 ) electrically connects to each other, a switch ( 7 ) is arranged, with which the electrical system ( 9 ) from the generator ( 1 ) is separable, wherein the generator ( 1 ) directly to the energy store ( 6 ), wherein for the supply of the electrical system ( 9 ) via the second connection line (V2) with the switch closed ( 7 ) a generator controller ( 4 ) controls the generator voltage to a voltage corresponding to the vehicle electrical system voltage, and wherein at the beginning of a recuperation of the switch ( 7 ) and until the voltage of the energy store ( 6 ) remains open at about the vehicle electrical system voltage, and with open switch ( 7 ) the DC converter ( 8th ) and possibly the battery takes over the on-board power supply. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromkonverter (8) bidirektional ist und auch zum Laden des Energiespeichers (6) aus der Batterie (14) dient. Motor vehicle according to claim 1, characterized in that the DC converter ( 8th ) is bidirectional and also for charging the energy store ( 6 ) from the battery ( 14 ) serves. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bordnetz (9) ein Niederspannungsbordnetz ist und die Batterie (14) direkt mit dem Bordnetz (9) verbunden ist. Motor vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that the electrical system ( 9 ) is a low voltage electrical system and the battery ( 14 ) directly with the electrical system ( 9 ) connected is. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter ein Umschalter (19) oder eine Schalterkombination (20) ist, der/die in seiner einen Stellung den Generator (1) mit dem Bordnetz (9) und in seiner zweiten Stellung den Generator (1) mit dem Energiespeicher (6') verbindet, und dass der Umschalter (19) die Schalterkombination (20) ab Beginn der Rekuperation bis zum Abbau der Spannung des Energiespeichers (6) auf etwa die Bordnetzspannung in seiner zweiten Stellung geschaltet bleibt. Motor vehicle according to one of claims 1 to 3, characterized in that the switch is a changeover switch ( 19 ) or a switch combination ( 20 ), who in his one position is the generator ( 1 ) with the electrical system ( 9 ) and in its second position the generator ( 1 ) with the energy store ( 6 ' ) and that the switch ( 19 ) the switch combination ( 20 ) from the beginning of the recuperation until the voltage of the energy store ( 6 ) remains switched to about the vehicle electrical system voltage in its second position. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (14) vom Bordnetz (9) abtrennbar ist und bei Fahrzeugstillstand und/oder bei Ausfall von Komponenten, wie z. B. des Generators (1) und/oder des Energiespeichers (6), mit dem Bordnetz (9') verbunden wird. Motor vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that the battery ( 14 ) from the electrical system ( 9 ) is detachable and at vehicle standstill and / or failure of components such. B. of the generator ( 1 ) and / or the energy store ( 6 ), with the electrical system ( 9 ' ) is connected. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Nebenbordnetz (24) für Niederleistungsverbraucher (27) mit geringerem Spannungsbedarf als das Bordnetz (9) verwendet wird, welches von einem weiteren Gleichspannungskonverter (25) aus dem Bordnetz versorgt wird. Motor vehicle according to one of claims 1 to 5, characterized in that in addition an onboard network ( 24 ) for low-power consumers ( 27 ) with a lower voltage requirement than the vehicle electrical system ( 9 ) is used, which of another DC voltage converter ( 25 ) is supplied from the electrical system. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Gleichspannungskonverter (25) bidirektional ausgebildet ist. Motor vehicle according to claim 6, characterized in that the further DC voltage converter ( 25 ) is bidirectional. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (14') diesem Nebenbordnetz (24) zugeordnet ist. Motor vehicle according to claim 6 or 7, characterized in that the battery ( 14 ' ) this on-board network ( 24 ) assigned. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Nebenbordnetz von der Batterie (14') getrennt ist und einen kleinen Energiespeicher (26), z. B. Kondensator, aufweist. Motor vehicle according to claim 6, 7 or 8, characterized in that this auxiliary power supply from the battery ( 14 ' ) is separated and a small energy storage ( 26 ), z. B. capacitor has. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Gleichspannungskonverter (25, 25') durch einen Schalter (21', 27) überbrückbar ist, der zum Laden des Energiespeichers bei Fahrzeugstillstand und/oder zum Notstart mittels der Batterie (14') geschlossen wird. Motor vehicle according to claim 8, characterized in that the further DC voltage converter ( 25 . 25 ' ) by a switch ( 21 ' . 27 ) which can be bridged for charging the energy store during vehicle standstill and / or for emergency starting by means of the battery ( 14 ' ) is closed. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromkonverter (8, 8', 25, 25') zumindest in einer Richtung als Schaltregler ausgebildet ist. Motor vehicle according to one of claims 1 to 10, characterized in that the DC converter ( 8th . 8th' . 25 . 25 ' ) is formed at least in one direction as a switching regulator. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an eine Versorgungsleitung des Bordnetzes (9) ein Dämpfungskondensator (22) angeschaltet ist. Motor vehicle according to one of claims 1 to 11, characterized in that to a supply line of the electrical system ( 9 ) a damping capacitor ( 22 ) is turned on. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (29, 29') eine möglichst kurze elektrische Verbindung (35) zum Generator (32) und Starter (33) aufweist. Motor vehicle according to one of claims 1 to 12, characterized in that the energy store ( 29 . 29 ' ) a shortest possible electrical connection ( 35 ) to the generator ( 32 ) and starters ( 33 ) having. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (29, 29') im Fußraum des Fahrzeugs (28) angeordnet ist. Motor vehicle according to one of claims 1 to 13, characterized in that the energy store ( 29 . 29 ' ) in the footwell of the vehicle ( 28 ) is arranged. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (36, 36') zur optimalen Gewichtsverteilung im Kofferraum angeordnet ist. Motor vehicle according to one of claims 1 to 14, characterized in that the battery ( 36 . 36 ' ) is arranged for optimal weight distribution in the trunk. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (31, 40), der Gleichspannungskonverter (30) und der Energiespeicher (29, 29') zu einer Einheit zusammengebaut sind. Motor vehicle according to one of claims 1 to 15, characterized in that the switch ( 31 . 40 ), the DC-DC converter ( 30 ) and the energy storage ( 29 . 29 ' ) are assembled into a single unit. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Leitung (35', 35'') zur Batterie (36, 36') für den Startstrom im Querschnitt zu gering dimensioniert ist. Motor vehicle according to one of claims 1 to 16, characterized in that an electrical Management ( 35 ' . 35 '' ) to the battery ( 36 . 36 ' ) is dimensioned too small for the starting current in cross section. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (36) und der Energiespeicher (29) durch Trennschalter (37) vor Kurzschluss geschützt sind. Motor vehicle according to one of claims 1 to 17, characterized in that the battery ( 36 ) and the energy storage ( 29 ) by disconnector ( 37 ) are protected against short circuit. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung des Schalters als Umschalter, gemäß Anspruch 4, der Umschalter (40) eine neutrale Mittelstellung aufweist. Motor vehicle according to one of claims 4 to 18, characterized in that when forming the switch as a changeover switch, according to claim 4, the switch ( 40 ) has a neutral middle position. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (29, 29') und die Batterie mit einem in direkter Nähe angeordneten Bordnetzsteuergerät verbunden sind. Motor vehicle according to one of claims 1 to 19, characterized in that the energy store ( 29 . 29 ' ) and the battery are connected to a vehicle control unit arranged in the immediate vicinity. Kraftfahrzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher und die Batterie mit einer in direkter Nähe angeordneten SP-Box verbunden sind. Motor vehicle according to claim 20, characterized in that the energy store and the battery are connected to an SP box arranged in the immediate vicinity. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug ein Hauptbordnetz (32) und ein Nebenbordnetz (8a, 33 bis 35) aufweist, wobei dem Nebenbordnetz Niederleistungsverbraucher (8a, 33 bis 35) mit geringerem Spannungsbedarf als denen des Hauptbordnetzes (8a, 32) zugeordnet sind, und dass das Nebenbordnetz (8a, 33 bis 35) vom Hauptbordnetz (32) über einen Schaltregler (8a, 36, 37) versorgt wird und dass die Niederleistungsverbraucher vorzugsweise Ruhestromverbraucher sind. Motor vehicle according to one of Claims 1 to 21, characterized in that the motor vehicle has a main on-board network ( 32 ) and an onboard network ( 8a . 33 to 35 ), wherein the auxiliary electrical system low-power consumer ( 8a . 33 to 35 ) with lower voltage requirements than those of the main on-board network ( 8a . 32 ) and that the onboard network ( 8a . 33 to 35 ) from the main on-board network ( 32 ) via a switching regulator ( 8a . 36 . 37 ) and that the low power consumers are preferably closed circuit consumers. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle des Generators (1) und des Starters (2) ein kombinierter Startergenerator vorgesehen ist. Motor vehicle according to one of claims 1 to 22, characterized in that instead of the generator ( 1 ) and the starter ( 2 ) A combined starter generator is provided. Kraftfahrzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Bordnetz (9) das Hauptbordnetz ist. Motor vehicle according to claim 22, characterized in that the electrical system ( 9 ) is the main on-board network.
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