EP2386135A1 - On-board network for a vehicle having a start-stop-system - Google Patents

On-board network for a vehicle having a start-stop-system

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Publication number
EP2386135A1
EP2386135A1 EP09751897A EP09751897A EP2386135A1 EP 2386135 A1 EP2386135 A1 EP 2386135A1 EP 09751897 A EP09751897 A EP 09751897A EP 09751897 A EP09751897 A EP 09751897A EP 2386135 A1 EP2386135 A1 EP 2386135A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
dlc
electrical system
energy storage
port
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09751897A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Mueller
Guenter Reitemann
Michael Merkle
Marcus Abele
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2386135A1 publication Critical patent/EP2386135A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0862—Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery
    • F02N11/0866—Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery comprising several power sources, e.g. battery and capacitor or two batteries
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2003—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening
    • F02D2041/2006—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening by using a boost capacitor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1423—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with multiple batteries

Definitions

  • the invention relates to a vehicle electrical system for a vehicle with start-stop system according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for controlling such a vehicle electrical system.
  • novel technical solutions are increasingly being developed and used in series.
  • a technical approach consists in a so-called start-stop system. In such a system, the engine of the vehicle under certain conditions is always temporarily stopped when the vehicle is temporarily stationary, for example, in front of a red light or in a traffic jam.
  • Another technical approach to reducing fuel consumption is to recuperate electrical energy during vehicle coasting and braking.
  • the generator voltage is increased during the thrust and braking phases, whereby the generator emits an increased power to the electrical system, which then in an energy storage of the vehicle can be stored.
  • additional electrical energy is obtained during the recuperation phase with an even higher voltage.
  • a generator with variable output voltage can be used, which is known for example from DE 10 2004 043 129 Al.
  • capacitors are often used as charge storage.
  • the required peak current may be a few 100 A to about 1000 A.
  • This high current has been provided by the battery of the electrical system.
  • this system configuration has the following disadvantages, which must be considered both in modern start-stop systems and in conventional starting systems.
  • a voltage drop in the electrical system of the vehicle which adversely affects the electrical and electronic components of the electrical system.
  • those devices which themselves do not contain buffering devices for bridging a critical voltage drop such as, for example, infotainment devices, fail.
  • the battery used in a vehicle electrical system is designed for the requirements of an engine start at very low temperatures.
  • the battery is oversized for most operating conditions that occur in driving practice. Since today Usually standard lead-acid batteries are still used as vehicle batteries, this has detrimental effects on the weight of the vehicle. A high vehicle weight in turn has a negative effect on fuel consumption.
  • the voltage drop in the connection between the battery and the starter of the vehicle plays a particularly important role. To avoid an excessive voltage drop, this connection line must have the lowest possible electrical resistance. It must therefore have a large cross section, which makes them heavy, inflexible and expensive. With the high raw material costs for copper, this increases the price of the vehicle. If for reasons of the space requirement and for weight optimization the battery in the tail area of the
  • the current intensity of a flowing compensation current can amount to a few 100 amperes. Such a strong current can affect the life of the energy storage and the switching contacts and represents a risk to the stability of the electrical system.
  • the on-board network provided by the inventive solution is characterized by the fact that a sufficiently large starting energy always results from a suitable control of the plurality of energy stores provided in the vehicle electrical system is available to perform, depending on the engine temperature and / or the ambient temperature, at least one, preferably more than one startup operations.
  • a sufficiently long service life of the high-loaded starter can be achieved despite an increased number of starting processes in a vehicle equipped with a start-stop system.
  • Recuperation operation braking energy of the vehicle can be recovered particularly efficiently.
  • Figure 1 is a simplified block diagram of a vehicle electrical system
  • Figure 2 shows another embodiment of a vehicle electrical system
  • Figure 3 shows another embodiment of a vehicle electrical system
  • FIG. 4 shows a block diagram of a vehicle electrical system for
  • FIG. 5 shows a block diagram of a vehicle electrical system for explaining the recuperation operation
  • FIG. 6 shows a block diagram of a vehicle electrical system for explaining a cold start
  • Figure 7 is a block diagram of one for explaining the charging of an energy storage
  • FIG. 8 shows a block diagram with a multi-channel embodiment variant
  • FIG. 9 shows the voltage curve as a function of time in the multi-channel embodiment according to FIG. 8.
  • FIG. 1 shows a simplified block diagram of a vehicle electrical system 10 for a vehicle with start-stop system. Shown are those essential to understanding the invention components of a vehicle electrical system 10.
  • the electrical system 10 includes a generator G and a starter S.
  • As energy storage for the storage of electrical charge at least one battery B and at least one capacitor DLC are provided.
  • the capacitor DLC is preferably a capacitor with a large capacitance, in particular a double-layer capacitor.
  • the resistor Rl represents electrical consumers of the electrical system.
  • generator G As usual in conventional electrical systems, generator G,
  • Starter S battery B, capacitor DLC and the resistor Rl connected via one of its connecting cables to the ground terminal of the electrical system.
  • the free terminal of the generator G is connected via port A to the first terminal of a switching element S2 and the free terminal of the capacitor DLC, which is located at port C.
  • the free terminal of the starter S is connected via port B to the second terminal of the switching element S2 and the first terminal of an inductance Ll.
  • the second terminal of the inductance Ll is connected to the first terminal of a Switching element Sl connected.
  • the free terminal of the resistor Rl is connected via port E to the second terminal of the switching element Sl.
  • the free connection of the battery B is also connected via port D to the second terminal of the switching element Sl. Between the first terminal of the inductance Ll and ground is a
  • Rectifier element element GLl preferably a semiconductor diode. Furthermore, a switching element S3 is connected between the first terminal of the inductance L1 and ground.
  • the switching elements Sl, S2, S3 are controllable via a control unit SG, whose control signals are supplied via port F.
  • the mentioned components S1, S2, S3, GL1, L1 are combined to form a central module 10.1.
  • the control device SG is preferably a function module which controls the start-stop operation of the vehicle and / or the recuperation operation of the vehicle.
  • the generator G is preferably a so-called multi-voltage generator, which, depending on the operating state of the electrical system, can generate output voltages with different voltage levels.
  • the generator G In a normal operation, the generator G, for example, an output voltage of about 14 V deliver, which corresponds to the rated voltage of the electrical system 10.
  • the generator 10 In a recuperation operation of the vehicle, the generator 10 provides a higher output voltage, which is approximately between 14V and 32V.
  • the recovered via the generator G recuperation energy is preferably stored in the first energy storage DLC, which is designed for a higher operating voltage than the rated voltage of the electrical system 10.
  • the components arranged in the central module 10.1 form a voltage converter circuit. This can be advantageous in a first operating state as Boost converter and act as a buck converter in a second operating state.
  • the higher voltage level of the energy store DLC is converted to the rated voltage of the vehicle electrical system in order to charge the second energy store, the battery B.
  • the rated voltage of the electrical system is raised to a higher voltage level, in order to load with this higher voltage, in particular the first energy storage DLC from the second energy storage, the battery B.
  • the capacity of the energy storage is expediently chosen so that the energy stored there is sufficient to allow at least one, but preferably several starting operations.
  • the control of the operating modes of the voltage converter circuit is performed by the control unit SG.
  • the electrical system 10 further comprises a measuring device VDCL for the voltage measurement at the first energy storage DCL.
  • the measured voltage is preferably evaluated by the control unit SG.
  • the charge storage B may be connected to the electrical system outside the central module 10.1. In this application eliminates the port D. Furthermore, the energy storage DLC outside the
  • Central module 10.1 be connected to the generator G. In this case, the port C.
  • FIG. 2 shows an electrical system 20 with an additional switching element S4.
  • One terminal of the switching element S4 is connected to the starter S via the port B.
  • the switching element S4 can assume two switching positions. In a first switching position, a switching element of the switching element is connected to the first terminal of the inductance Ll. About the switching element S4 is thus a Connection between the first terminal of the inductance Ll and, established via the port B, with the starter S remote terminal. In a second switching position, a switching element of the switching element S4 is connected via the port D to the battery B. In this switching position there is thus an electrical connection between the connection of the starter S remote from the earth and the battery B.
  • the vehicle electrical system 20 shown in FIG. 2 comprises a rectifier element element GL3 connected between the second terminal of the inductance L1 and ground.
  • the electrical system 20 further includes one each
  • Rectifier element element GL2, GL4 which is in each case connected in parallel to the switching element S2, or parallel to the switching element Sl.
  • FIG. 3 shows a further embodiment variant in which a resistor R2 representing a electrical load of the electrical system is connected to the port C and in this way can take energy from the capacitor DLC.
  • a threshold value SCHWELLEC for the voltage at the energy store DLC is preferably specified according to the invention. A starting process of the starter S by supplying energy from the energy storage DLC is only permitted if the voltage measured on the energy store DLC exceeds the threshold value SCHWELLEC.
  • the threshold value SCHWELLEC can advantageously be made variable in order to take into account, for example, the temperature of the engine and / or the ambient temperature. This can ensure, for example, that in the case of a cold start more energy is available than in a warm start. If too low a voltage is detected at the energy store DLC determined primarily for the supply of the starter S, then this can be recharged by supplying energy from the second energy store (battery B). The charging of the energy storage DLC is thereby made possible that the rated voltage of the electrical system of usually around 14V by up-conversion by means of the voltage converter in the central module 10.1 is raised to a higher value, for example about 32V.
  • the energy store DLC can advantageously be connected to the energy store battery B in order to obtain sufficient starting energy to provide for the starter S
  • the required control of the various switching elements is performed by the control unit SG.
  • a current limit for the starter current is provided according to the invention in order not to overload the starter S.
  • a current limit is advantageously achieved by a two-step control.
  • the switching element S2 is controlled by the control unit SG cyclically.
  • Semiconductor switching elements are preferably used as switching elements in the vehicle electrical system designed according to the invention. In this may preferably be integrated a measuring device for the detection of the current. There it may, for example, be a measuring resistor with a low resistance value at which a current drop corresponds to a current drop corresponding to the current, which can be detected comparatively easily by a measuring device.
  • FIGS. 4 to 7 which again likewise show, in a simplified representation, the vehicle electrical system of a vehicle with start-stop device, different operating states of the vehicle are explained.
  • a warm start with energy supply from the energy store DLC is explained below with reference to FIG. 4.
  • generator G is inactive.
  • the switching element S2 is clocked to supply the starter S from the energy storage DLC with power.
  • the switching element S3 can be used as a freewheel. Alternatively, the diode GLl take over the freewheeling function. During the starting process, the switching element Sl is open.
  • recuperation operation and normal operation will be briefly explained.
  • the switching element 1 is closed.
  • the generator G is set to a higher output voltage.
  • the output voltage of the generator G is applied to the energy storage DLC and loads it.
  • the switching element 2 is clock-controlled to reduce the output from the generator G high voltage to a lower voltage level, with the energy storage B can be charged, for example, to a voltage of about 14V.
  • the switching element Sl is closed.
  • the switching element S2 is also closed.
  • the energy storage DLC can thus buffer the supplied from the energy storage B electrical system (consumer Rl). A so-called cold start will be explained with reference to FIG.
  • the switching element S2 When the energy storage DLC is charged, the switching element S2 is controlled such that the starting current for the starter S can initially be removed from the energy storage DLC. In this case, when the voltage across the energy storage DLC falls below the voltage of the energy storage B, the switching element can be closed, so that the starter S is additionally supplied from the energy storage B.
  • the generator G is inactive during startup.
  • Nominal voltage of about 14V to be charged If, on the other hand, the energy store DLC is to be charged to a higher voltage, an up-conversion must take place.
  • the switching element S3 is clock-controlled.
  • the switching element S2 can then be controlled in the sense of a synchronous rectification. If a MOSFET transistor is used in a variant embodiment for the switching element S2, its substrate diode can also be used for the rectification.
  • the circuit arrangement is designed with multiple channels.
  • the example shown shows a 2-channel design.
  • the first channel are between the generator G and the energy storage B, a switching element S2.1 a
  • the second channel are between the generator G and the energy storage B, a switching element S2.2, a rectifier element element GLl.2, an inductor Ll .2 and a switching element Sl.2 arranged.
  • the aforementioned switching elements are in turn controllable by a control unit SG, not shown in FIG.
  • the ripple of the voltage or current profile can advantageously be reduced by a multi-channel design and a time-delayed clock control of the individual channels.
  • FIG. 9 shows, by way of example, the profile of the charging voltage U as a function of the time t at the energy store B.

Abstract

The invention relates to an on-board network (10) for a vehicle having a start-stop-system. The on-board network (10) comprises a central module (10.1) having a control device SG and switching elements S1, S2, S3, wherein the central module (10.1) comprises connection points port A, port B, port C, port D, port E, port F for the connection of further components of the on-board network. A generator G of the on-board network is connected to a first connection point port A, a starter S to a second connection point port B, at least one energy accumulator (capacitor DLC) to a third connection point port C, a further energy accumulator (battery B) to a fourth connection point port D, and electric consumers (resistor R1) to a fifth connection point port E of the on-board network.

Description

15 . 12 . 2008 15. 12. 2008
ROBERT BOSCH GMBH, 70442 STUTTGARTROBERT BOSCH GMBH, 70442 STUTTGART
Beschreibungdescription
Titeltitle
Bordnetz für ein Fahrzeug mit Start-Stopp-SystemOn-board network for a vehicle with start-stop system
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Fahrzeug mit Start-Stopp-System nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren für die Steuerung eines derartigen Bordnetzes. Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und zur Senkung der Emissionen eines Kraftfahrzeugs werden in zunehmendem Maß neuartige technische Lösungen entwickelt und in Serie eingesetzt. Ein technischer Ansatz besteht in einem so genannten Start- Stopp-System. Bei einem derartigen System wird der Motor des Fahrzeugs unter bestimmten Voraussetzungen immer dann zeitweise abgestellt, wenn das Fahrzeug vorübergehend stillsteht, beispielsweise vor einer roten Ampel oder in einem Stau. Ein weiterer technischer Ansatz zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs besteht in der Rekuperation elektrischer Energie während der Schub- und Bremsphasen eines Fahrzeugs. Hierbei wird beispielsweise die Generatorspannung während der Schub- und Bremsphasen erhöht, wodurch der Generator eine erhöhte Leistung an das Bordnetz abgibt, die dann in einem Energiespeicher des Fahrzeugs gespeichert werden kann. Es gibt auch bereits Ansätze, bei denen mit einer noch höheren Spannung während der Rekuperationsphase zusätzlich elektrische Energie gewonnen wird. Hierzu kann beispielsweise ein Generator mit variabler Ausgangsspannung eingesetzt werden, der beispielsweise aus DE 10 2004 043 129 Al bekannt ist. In solchen Systemen werden häufig vor allem Kondensatoren als Ladungsspeicher eingesetzt. Insgesamt führen diese technischen Neuerungen auch zu neuen Anforderungen und Erwartungen an das elektrische Bordnetz, die im Folgenden kurz beschrieben werden. Bei dem Start eines Verbrennungsmotors werden, insbesondere im Winter bei tiefen Temperaturen, eine hohe Leistung und somit einer hoher Strom benötigt. Je nach Leistung des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs kann der notwendige Spitzenstrom einige 100 A bis etwa 1000 A betragen. Dieser hohe Strom wird bisher von der Batterie des Bordnetzes bereitgestellt. Diese Systemkonfiguration hat jedoch folgende Nachteile, die sowohl bei modernen Start- Stopp-Systemen wie auch bei herkömmlichen Startanlagen zu beachten sind. Infolge des hohen Spitzenstroms bei dem Start des Fahrzeugs, entsteht ein Spannungseinbruch in dem Bordnetz des Fahrzeugs, der sich nachteilig auf die elektrischen und elektronischen Komponenten des Bordnetzes auswirkt. So fallen oft zumindest kurzzeitig diejenigen Geräte aus, die selbst keine Puffereinrichtungen für die Überbrückung eines kritischen Spannungsabfalls enthalten, wie beispielsweise Infotainmentgeräte . Besonders bei den relativ häufigen Start-Stopp-Vorgängen eines Start-Stopp- Systems führt dies zu einer starken Verringerung des Fahrkomforts. Weiterhin wird die in einem Bordnetz eingesetzte Batterie für die Anforderungen eines Motorstarts bei sehr tiefen Temperaturen ausgelegt. Für die meisten in der Fahrpraxis vorkommenden Betriebszustände ist die Batterie jedoch damit überdimensioniert. Da heute üblicherweise immer noch standardmäßig Blei-Säure-Batterien als Fahrzeugbatterien eingesetzt werden, hat dies nachteilige Auswirkungen auf das Gewicht des Fahrzeugs. Ein hohes Fahrzeuggewicht wirkt sich wiederum nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch aus. Bei der räumlichen Anordnung der Batterie im Fahrzeug spielt der Spannungsabfall in der Verbindung zwischen der Batterie und dem Starter des Fahrzeugs eine besonders wichtige Rolle. Um einen zu großen Spannungsabfall zu vermeiden, muss diese Verbindungsleitung einen möglichst geringen elektrischen Widerstand aufweisen. Sie muss daher einen großen Querschnitt haben, was sie aber schwer, unflexibel und teuer macht. Bei den hohen Rohstoffkosten für Kupfer verteuert das den Preis für das Fahrzeug. Wenn aus Gründen des Raumbedarfs und zur Gewichtsoptimierung die Batterie in dem Heckbereich desThe invention relates to a vehicle electrical system for a vehicle with start-stop system according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for controlling such a vehicle electrical system. In order to reduce fuel consumption and to reduce the emissions of a motor vehicle, novel technical solutions are increasingly being developed and used in series. A technical approach consists in a so-called start-stop system. In such a system, the engine of the vehicle under certain conditions is always temporarily stopped when the vehicle is temporarily stationary, for example, in front of a red light or in a traffic jam. Another technical approach to reducing fuel consumption is to recuperate electrical energy during vehicle coasting and braking. In this case, for example, the generator voltage is increased during the thrust and braking phases, whereby the generator emits an increased power to the electrical system, which then in an energy storage of the vehicle can be stored. There are also already approaches in which additional electrical energy is obtained during the recuperation phase with an even higher voltage. For this purpose, for example, a generator with variable output voltage can be used, which is known for example from DE 10 2004 043 129 Al. In such systems, especially capacitors are often used as charge storage. Overall, these technical innovations also lead to new requirements and expectations for the electrical system, which are briefly described below. At the start of an internal combustion engine, a high power and thus a high current are required, especially in winter at low temperatures. Depending on the power of the internal combustion engine of the vehicle, the required peak current may be a few 100 A to about 1000 A. This high current has been provided by the battery of the electrical system. However, this system configuration has the following disadvantages, which must be considered both in modern start-stop systems and in conventional starting systems. As a result of the high peak current at the start of the vehicle, a voltage drop in the electrical system of the vehicle, which adversely affects the electrical and electronic components of the electrical system. Thus, at least for a short time, those devices which themselves do not contain buffering devices for bridging a critical voltage drop, such as, for example, infotainment devices, fail. Especially in the relatively frequent start-stop operations of a start-stop system, this leads to a significant reduction in ride comfort. Furthermore, the battery used in a vehicle electrical system is designed for the requirements of an engine start at very low temperatures. However, the battery is oversized for most operating conditions that occur in driving practice. Since today Usually standard lead-acid batteries are still used as vehicle batteries, this has detrimental effects on the weight of the vehicle. A high vehicle weight in turn has a negative effect on fuel consumption. In the spatial arrangement of the battery in the vehicle, the voltage drop in the connection between the battery and the starter of the vehicle plays a particularly important role. To avoid an excessive voltage drop, this connection line must have the lowest possible electrical resistance. It must therefore have a large cross section, which makes them heavy, inflexible and expensive. With the high raw material costs for copper, this increases the price of the vehicle. If for reasons of the space requirement and for weight optimization the battery in the tail area of the
Fahrzeugs, der Motor mit Starter aber in dem Frontbereich des Fahrzeugs angeordnet werden, wird zudem das Risiko für das Auftreten elektromagnetischer Störungen vergrößert. Bei einem mit einem Start-Stopp-System ausgestatteten Fahrzeug führen die häufigeren Start-und Stopp-Phasen zu einer höheren Belastung der Batterie im Vergleich zu einem herkömmlichen Bordnetz. Dies kann durch die Auslegung des Bordnetzes nicht vollständig kompensiert werden. So dass bei einem Start-Stopp-System in der Regel mit einer kürzeren Lebensdauer der Batterie gerechnet werden muss. Für die Rekuperation von elektrischer Energie, beispielsweise während der Brems- und Schubphasen, sind konventionelle Blei-Säure-Batterien nur sehr beschränkt geeignet. Um den bereits genannten Auswirkungen zumindest teilweise begegnen zu können, wird die gewonnene elektrische Energie in geeigneten Leistungsspeichern zwischengelagert. Aus diesen kann dann der Strom für den Start entnommen oder anderen Verbrauchern des Bordnetzes zugeführt werden. Sind in dem Bordnetz aber mehrere Energiespeicher in Form von Batterien und/oder Kondensatoren vorhanden und sind diese Energiespeicher über Schaltelement oder Relais miteinander koppelbar, dann besteht das Risiko, dass, besonders bei unterschiedlichem Ladezustand bzw. unterschiedlichem Spannungsniveau, hohe Ausgleichströme bei einemVehicles, the engine with starter but placed in the front of the vehicle, also increases the risk of the occurrence of electromagnetic interference. In a vehicle equipped with a start-stop system, the more frequent start and stop phases lead to a higher load on the battery compared to a conventional vehicle electrical system. This can not be fully compensated by the design of the electrical system. So that in a start-stop system usually with a shorter life of the battery must be expected. For the recuperation of electrical energy, for example during the braking and coasting phases, conventional lead-acid batteries are only very limited suitable. In order to at least partially be able to counteract the effects already mentioned, the electrical energy obtained is stored intermediately in suitable power stores. From these, the power can then be taken for the start or supplied to other consumers of the electrical system. Are in the electrical system but several energy storage in the form of batteries and / or capacitors present and these energy storage can be coupled to each other via switching element or relay, then there is the risk that, especially at different state of charge or different voltage level, high balancing currents at a
Zusammenschalten der Energiespeicher fließen. Durch den vergleichsweise niedrigen Innenwiderstand der Energiespeicher kann die Stromstärke eines fließenden Ausgleichstroms einige 100 Ampere betragen. Ein derart starker Strom kann die Lebensdauer der Energiespeicher und der Schaltkontakte beeinträchtigen und stellt ein Risiko für die Stabilität des Bordnetzes dar.Connecting the energy storage flow. Due to the comparatively low internal resistance of the energy storage device, the current intensity of a flowing compensation current can amount to a few 100 amperes. Such a strong current can affect the life of the energy storage and the switching contacts and represents a risk to the stability of the electrical system.
Offenbarung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Bordnetz für ein Fahrzeug mit Start-Stopp-System und Verfahren für dessen Steuerung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Bordnetz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßes Verfahren für die Steuerung des Bordnetzes geht aus Anspruch 8 und weiteren Unteransprüchen hervor. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch die Verwendung von mindestens zwei Energiespeichern, einer herkömmlichen Batterie einerseits und einem Kondensator mit hoher Kapazität andererseits, und deren Verknüpfung mit einer wahlweise als Abwärtswandler oder als Aufwärtswandler zu betreibenden Spannungswandlerschaltung, ein besonders zuverlässiges und betriebssicheres Bordnetz bereitgestellt werden kann.DISCLOSURE OF THE INVENTION It is the object of the invention to provide an improved on-board network for a vehicle with start-stop system and method for its control. This object is achieved by a vehicle electrical system having the features of claim 1. An inventive method for the control of the electrical system is apparent from claim 8 and further claims. The invention is based on the recognition that by using at least two energy stores, a conventional battery on the one hand, and a high-capacity capacitor on the other hand, and their combination with a voltage converter circuit to be selectively operated as a down-converter or a boost converter, a particularly reliable and reliable on-board network can be provided.
Vorteilhafte WirkungenAdvantageous effects
Das durch die erfinderische Lösung bereitgestellte Bordnetz Zeichnet sich dadurch aus, dass durch eine zweckmäßige Steuerung der mehreren in dem Bordnetz vorgesehenen Energiespeicher stets eine hinreichend große Startenergie zur Verfügung steht, um, in Abhängigkeit von der Motortemperatur und/oder der Umgebungstemperatur, mindestens einen, vorzugsweise mehrere Startvorgänge durchführen zu können. Durch Überwachung und ggf. Begrenzung des Starterstroms kann zudem, trotz erhöhter Zahl von Startvorgängen, bei einem mit einem Start-Stopp-System ausgestatteten Fahrzeug eine hinreichend große Lebensdauer des hoch belasteten Starters erreicht werden. Durch den Einsatz eines Mehrspannungsgenerators bzw. eines Generators in Verbindung mit einem Hochsetzsteller, kann imThe on-board network provided by the inventive solution is characterized by the fact that a sufficiently large starting energy always results from a suitable control of the plurality of energy stores provided in the vehicle electrical system is available to perform, depending on the engine temperature and / or the ambient temperature, at least one, preferably more than one startup operations. In addition, by monitoring and possibly limiting the starter current, a sufficiently long service life of the high-loaded starter can be achieved despite an increased number of starting processes in a vehicle equipped with a start-stop system. Through the use of a multi-voltage generator or a generator in conjunction with a boost converter, can in
Rekuperationsbetrieb Bremsenergie des Fahrzeugs besonders effizient zurück gewonnen werden.Recuperation operation braking energy of the vehicle can be recovered particularly efficiently.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung, den Unteransprüchen und der Zeichnung.Further advantages will become apparent from the description, the dependent claims and the drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing. Showing:
Figur 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Bordnetzes;Figure 1 is a simplified block diagram of a vehicle electrical system;
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bordnetzes;Figure 2 shows another embodiment of a vehicle electrical system;
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bordnetzes;Figure 3 shows another embodiment of a vehicle electrical system;
Figur 4 ein Blockdiagramm eines Bordnetzes zurFIG. 4 shows a block diagram of a vehicle electrical system for
Erläuterung eines Startvorgangs;Explanation of a start process;
Figur 5 ein Blockdiagramm eines Bordnetzes zur Erläuterung des Rekuperationsbetriebs; Figur 6 ein Blockdiagramm eines Bordnetzes zur Erläuterung eines Kaltstarts;FIG. 5 shows a block diagram of a vehicle electrical system for explaining the recuperation operation; FIG. 6 shows a block diagram of a vehicle electrical system for explaining a cold start;
Figur 7 ein Blockdiagramm eines zur Erläuterung des Ladevorgangs eines Energiespeichers;Figure 7 is a block diagram of one for explaining the charging of an energy storage;
Figur 8 ein Blockdiagramm mit einer mehrkanaligen Aus führungsVariante;FIG. 8 shows a block diagram with a multi-channel embodiment variant;
Figur 9 den Spannungsverlauf als Funktion der Zeit bei der mehrkanaligen Ausführung gemäß Figur 8.9 shows the voltage curve as a function of time in the multi-channel embodiment according to FIG. 8.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Figur 1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Bordnetzes 10 für ein Fahrzeug mit Start-Stopp-System. Dargestellt sind die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Bestandteile eines Bordnetzes 10. Das Bordnetz 10 umfasst einen Generator G und einen Starter S. Als Energiespeicher für die Speicherung elektrischer Ladung sind mindestens eine Batterie B und mindestens ein Kondensator DLC vorgesehen. Bei dem Kondensator DLC handelt es sich vorzugsweise um einen Kondensator mit großer Kapazität, insbesondere einen Doppelschichtkondensator. Der Widerstand Rl repräsentiert elektrische Verbraucher des Bordnetzes. Wie in herkömmlichen Bordnetzen üblich, sind Generator G,Figure 1 shows a simplified block diagram of a vehicle electrical system 10 for a vehicle with start-stop system. Shown are those essential to understanding the invention components of a vehicle electrical system 10. The electrical system 10 includes a generator G and a starter S. As energy storage for the storage of electrical charge at least one battery B and at least one capacitor DLC are provided. The capacitor DLC is preferably a capacitor with a large capacitance, in particular a double-layer capacitor. The resistor Rl represents electrical consumers of the electrical system. As usual in conventional electrical systems, generator G,
Starter S Batterie B, Kondensator DLC und der Widerstand Rl über eine ihrer Anschlussleitungen mit dem Masseanschluss des Bordnetzes verbunden. Der freie Anschluss des Generators G ist über Port A mit dem ersten Anschluss eines Schaltelements S2 und dem freien Anschluss des Kondensators DLC verbunden, der an Port C liegt. Der freie Anschluss des Starters S ist über Port B mit dem zweiten Anschluss des Schaltelements S2 und dem ersten Anschluss einer Induktivität Ll verbunden. Der zweite Anschluss der Induktivität Ll ist mit dem ersten Anschluss eines Schaltelements Sl verbunden. Der freie Anschluss des Widerstands Rl liegt über Port E an dem zweiten Anschluss des Schaltelements Sl. Der freie Anschluss der Batterie B liegt über Port D ebenfalls an dem zweiten Anschluss des Schaltelements Sl. Zwischen dem ersten Anschluss der Induktivität Ll und Masse liegt einStarter S battery B, capacitor DLC and the resistor Rl connected via one of its connecting cables to the ground terminal of the electrical system. The free terminal of the generator G is connected via port A to the first terminal of a switching element S2 and the free terminal of the capacitor DLC, which is located at port C. The free terminal of the starter S is connected via port B to the second terminal of the switching element S2 and the first terminal of an inductance Ll. The second terminal of the inductance Ll is connected to the first terminal of a Switching element Sl connected. The free terminal of the resistor Rl is connected via port E to the second terminal of the switching element Sl. The free connection of the battery B is also connected via port D to the second terminal of the switching element Sl. Between the first terminal of the inductance Ll and ground is a
Gleichrichterelementelement GLl, vorzugsweise eine Halbleiterdiode. Weiterhin liegt zwischen dem ersten Anschluss der Induktivität Ll und Masse ein Schaltelement S3. Die Schaltelemente Sl, S2, S3 sind über ein Steuergerät SG steuerbar, dessen Steuersignale über Port F zugeführt werden. Die genannten Komponenten Sl, S2, S3, GLl, Ll sind zu einem Zentralmodul 10.1 zusammengefasst . Bei dem Steuergerät SG handelt es sich vorzugsweise um ein Funktionsmodul, das den Start-Stopp-Betrieb des Fahrzeugs und/oder den Rekuperationsbetrieb des Fahrzeugs steuert. Der Generator G ist vorzugsweise ein so genannter Mehrspannungsgenerator, der, je nach Betriebszustand des Bordnetzes, Ausgangsspannungen mit unterschiedlichem Spannungsniveau erzeugen kann. In einem Normalbetrieb kann der Generator G beispielsweise eine Ausgangsspannung von etwa 14 V abgeben, die der Nennspannung des Bordnetzes 10 entspricht. In einem Rekuperationsbetrieb des Fahrzeugs liefert der Generator 10 eine höhere Ausgangsspannung, die etwa zwischen 14V und 32V liegt. Durch die Wahl einer höheren Ausgangsspannung, kann, bei etwa gleicher Baugröße des Generators G, der Energiegewinn durch Rekuperation effizienter gestaltet, also mehr Bremsenergie rekuperiert werden. Die über den Generator G gewonnene Rekuperationsenergie wird vorzugsweise in dem ersten Energiespeicher DLC gespeichert, der für eine höhere Betriebsspannung als die Nennspannung des Bordnetzes 10 ausgelegt ist. Die in dem Zentralmodul 10.1 angeordneten Komponenten bilden eine Spannungswandlerschaltung. Diese kann vorteilhaft in einem ersten Betriebszustand als Aufwärtswandler und in einem zweiten Betriebszustand als Abwärtswandler fungieren. Bei einem Einsatz als Abwärtswandler wird das höhere Spannungsniveau des Energiespeichers DLC auf die Nennspannung des Bordnetzes umgesetzt, um den zweiten Energiespeicher, die Batterie B, zu laden. Bei einem Einsatz als Aufwärtswandler wird die Nennspannung des Bordnetzes auf ein höheres Spannungsniveau angehoben, um mit dieser höheren Spannung insbesondere den ersten Energiespeicher DLC aus dem zweiten Energiespeicher, der Batterie B, zu laden. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der erste Energiespeicher immer hinreichend geladen ist, um den Starter S zu betätigen und den Motor des Fahrzeugs erfolgreich zu starten. Die Kapazität des Energiespeichers wird zweckmäßig so gewählt, dass die dort gespeicherte Energie ausreicht, um mindestens einen, vorzugsweise aber mehrere Startvorgänge zu ermöglichen. Die Steuerung der Betriebsarten der Spannungswandlerschaltung erfolgt durch das Steuergerät SG. Das Bordnetz 10 umfasst weiter eine Messeinrichtung VDCL für die Spannungsmessung an dem ersten Energiespeicher DCL. Die gemessene Spannung wird vorzugsweise von dem Steuergerät SG ausgewertet. In weiteren Ausführungsvarianten kann der Ladungsspeicher B auch außerhalb des Zentralmoduls 10.1 mit dem Bordnetz verbunden sein. Bei dieser Anwendung entfällt der Port D. Weiterhin kann auch der Energiespeicher DLC außerhalb desRectifier element element GLl, preferably a semiconductor diode. Furthermore, a switching element S3 is connected between the first terminal of the inductance L1 and ground. The switching elements Sl, S2, S3 are controllable via a control unit SG, whose control signals are supplied via port F. The mentioned components S1, S2, S3, GL1, L1 are combined to form a central module 10.1. The control device SG is preferably a function module which controls the start-stop operation of the vehicle and / or the recuperation operation of the vehicle. The generator G is preferably a so-called multi-voltage generator, which, depending on the operating state of the electrical system, can generate output voltages with different voltage levels. In a normal operation, the generator G, for example, an output voltage of about 14 V deliver, which corresponds to the rated voltage of the electrical system 10. In a recuperation operation of the vehicle, the generator 10 provides a higher output voltage, which is approximately between 14V and 32V. By choosing a higher output voltage, the energy gain can be made more efficient by recuperation at approximately the same size of the generator G, so more braking energy can be recuperated. The recovered via the generator G recuperation energy is preferably stored in the first energy storage DLC, which is designed for a higher operating voltage than the rated voltage of the electrical system 10. The components arranged in the central module 10.1 form a voltage converter circuit. This can be advantageous in a first operating state as Boost converter and act as a buck converter in a second operating state. When used as a step-down converter, the higher voltage level of the energy store DLC is converted to the rated voltage of the vehicle electrical system in order to charge the second energy store, the battery B. When used as a boost converter, the rated voltage of the electrical system is raised to a higher voltage level, in order to load with this higher voltage, in particular the first energy storage DLC from the second energy storage, the battery B. In this way it can be achieved that the first energy storage is always sufficiently charged to operate the starter S and successfully start the engine of the vehicle. The capacity of the energy storage is expediently chosen so that the energy stored there is sufficient to allow at least one, but preferably several starting operations. The control of the operating modes of the voltage converter circuit is performed by the control unit SG. The electrical system 10 further comprises a measuring device VDCL for the voltage measurement at the first energy storage DCL. The measured voltage is preferably evaluated by the control unit SG. In further embodiments, the charge storage B may be connected to the electrical system outside the central module 10.1. In this application eliminates the port D. Furthermore, the energy storage DLC outside the
Zentralmoduls 10.1 mit dem Generator G verbunden sein. In diesem Fall entfällt der Port C.Central module 10.1 be connected to the generator G. In this case, the port C.
Figur 2 zeigt ein Bordnetz 20 mit einem zusätzlichen Schaltelement S4. Ein Anschluss des Schaltelements S4 ist über den Port B mit dem Starter S verbunden. Das Schaltelement S4 kann zwei Schaltpositionen einnehmen. In einer ersten Schaltposition ist ein Schaltglied des Schaltelements mit dem ersten Anschluss der Induktivität Ll verbunden. Über das Schaltelement S4 ist somit eine Verbindung zwischen dem ersten Anschluss der Induktivität Ll und, über den Port B, mit dem massefernen Anschluss des Starters S hergestellt. In einer zweiten Schaltposition ist ein Schaltglied des Schaltelements S4 über den Port D mit der Batterie B verbunden. In dieser Schaltposition besteht somit eine elektrische Verbindung zwischen dem massefernen Anschluss des Starters S und der Batterie B. Weiterhin umfasst das in Figur 2 dargestellte Bordnetz 20 ein zwischen den zweiten Anschluss der Induktivität Ll und Masse geschaltetes Gleichrichterelementelement GL3. Schließlich umfasst das Bordnetz 20 weiterhin je einFIG. 2 shows an electrical system 20 with an additional switching element S4. One terminal of the switching element S4 is connected to the starter S via the port B. The switching element S4 can assume two switching positions. In a first switching position, a switching element of the switching element is connected to the first terminal of the inductance Ll. About the switching element S4 is thus a Connection between the first terminal of the inductance Ll and, established via the port B, with the starter S remote terminal. In a second switching position, a switching element of the switching element S4 is connected via the port D to the battery B. In this switching position there is thus an electrical connection between the connection of the starter S remote from the earth and the battery B. Furthermore, the vehicle electrical system 20 shown in FIG. 2 comprises a rectifier element element GL3 connected between the second terminal of the inductance L1 and ground. Finally, the electrical system 20 further includes one each
Gleichrichterelementelement GL2 , GL4, das jeweils parallel zu dem Schaltelement S2, bzw. parallel zu dem Schaltelement Sl geschaltet ist.Rectifier element element GL2, GL4, which is in each case connected in parallel to the switching element S2, or parallel to the switching element Sl.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, bei der ein elektrische Verbraucher des Bordnetzes repräsentierender Widerstand R2 an dem Port C angeschlossen ist und auf diese Weise Energie aus dem Kondensator DLC entnehmen kann.FIG. 3 shows a further embodiment variant in which a resistor R2 representing a electrical load of the electrical system is connected to the port C and in this way can take energy from the capacitor DLC.
Im Unterschied zu einem konventionellen Fahrzeug muss ein modernes, mit einem Start-Stopp-System ausgestattetes Fahrzeug, wesentlich häufiger gestartet werden. Aus Gründen der Energieeinsparung und des Umweltschutzes, soll der Antriebsmotor eines solchen Fahrzeugs bei jedem Stopp abgeschaltet und danach wieder zuverlässig gestartet werden. Um dies betriebssicher und dauerhaft zu ermöglichen, ist eine ausgefeilte Steuerung des Bordnetzes notwendig. Um sicherzustellen, dass die in dem Energiespeicher DLC gespeicherte Energie für einen zuverlässigemn Neustart des Antriebsmotors ausreicht, wird erfindungsgemäß vorzugsweise ein Schwellwert SCHWELLEC für die Spannung an dem Energiespeicher DLC vorgegeben. Ein Startvorgang des Starters S durch Energiezufuhr aus dem Energiespeicher DLC wird nur zugelassen, wenn die an dem Energiespeicher DLC gemessene Spannung den Schwellwert SCHWELLEC übersteigt. Dabei kann der Schwellwert SCHWELLEC vorteilhaft veränderbar ausgestaltet sein, um beispielsweise die Temperatur des Motors und/oder die Umgebungstemperatur zu berücksichtigen. Dadurch kann beispielsweise dafür gesorgt werden, dass im Falle eines Kaltstarts mehr Energie zur Verfügung steht als bei einem Warmstart. Wird eine zu niedrige Spannung an dem in erster Linie für die Versorgung des Starters S bestimmten Energiespeichers DLC festgestellt, dann kann dieser durch Energiezufuhr aus dem zweiten Energiespeicher (Batterie B) wieder aufgeladen werden. Die Aufladung des Energiespeichers DLC wird dabei dadurch ermöglicht, dass die Nennspannung des Bordnetzes von üblicherweise rund 14V durch Aufwärtswandlung mittels des Spannungswandlers in dem Zentralmodul 10.1 auf einen höheren Wert, beispielsweise etwa 32V, angehoben wird. Wird bei einem Startvorgang mit Versorgung des Starters S aus dem Energiespeicher DLC durch Spannungsmessung festgestellt, dass die Spannung an dem Energiespeicher auf das Niveau der Nennspannung des Bordnetzes abgefallen ist, dann kann vorteilhaft der Energiespeicher DLC mit dem Energiespeicher Batterie B verbunden werden, um hinreichend Startenergie für den Starter S bereitzustellen. Die dafür erforderliche Steuerung der diversen Schaltelemente erfolgt durch das Steuergerät SG. Um trotz der häufigenIn contrast to a conventional vehicle, a modern vehicle equipped with a start-stop system must be started much more frequently. For reasons of energy saving and environmental protection, the drive motor of such a vehicle should be turned off at each stop and then started reliably again. In order to enable this reliable and permanent, a sophisticated control of the electrical system is necessary. To ensure that the energy stored in the energy store DLC is sufficient for a reliable restart of the drive motor, a threshold value SCHWELLEC for the voltage at the energy store DLC is preferably specified according to the invention. A starting process of the starter S by supplying energy from the energy storage DLC is only permitted if the voltage measured on the energy store DLC exceeds the threshold value SCHWELLEC. In this case, the threshold value SCHWELLEC can advantageously be made variable in order to take into account, for example, the temperature of the engine and / or the ambient temperature. This can ensure, for example, that in the case of a cold start more energy is available than in a warm start. If too low a voltage is detected at the energy store DLC determined primarily for the supply of the starter S, then this can be recharged by supplying energy from the second energy store (battery B). The charging of the energy storage DLC is thereby made possible that the rated voltage of the electrical system of usually around 14V by up-conversion by means of the voltage converter in the central module 10.1 is raised to a higher value, for example about 32V. If, during a starting operation with supply of the starter S from the energy store DLC, it is determined by voltage measurement that the voltage across the energy store has fallen to the level of the rated voltage of the on-board network, then the energy store DLC can advantageously be connected to the energy store battery B in order to obtain sufficient starting energy to provide for the starter S The required control of the various switching elements is performed by the control unit SG. In spite of the frequent
Startvorgänge eine möglichst lange Lebensdauer des Starters zu erreichen, wird erfindungsgemäß eine Strombegrenzung für den Starterstrom vorgesehen, um den Starter S nicht zu überlasten. Eine Strombegrenzung wird vorteilhaft durch eine Zweipunktregelung erreicht. Dazu wird das Schaltelement S2 durch das Steuergerät SG entsprechend taktweise gesteuert. Als Schaltelemente werden in dem erfindungsgemäß ausgestalteten Bordnetz vorzugsweise HalbleiterSchaltelement verwendet. In diese kann vorzugsweise eine Messeinrichtung für die Erfassung der Stromstärke integriert sein. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Messwiderstand mit einem geringen Widerstandwert handeln, an dem bei Stromdurchfluss ein der Stromstärke entsprechender Spannungsabfall auftritt, der vergleichsweise leicht durch eine Messeinrichtung erfassbar ist.Starting operations to achieve the longest possible life of the starter, a current limit for the starter current is provided according to the invention in order not to overload the starter S. A current limit is advantageously achieved by a two-step control. For this purpose, the switching element S2 is controlled by the control unit SG cyclically. Semiconductor switching elements are preferably used as switching elements in the vehicle electrical system designed according to the invention. In this may preferably be integrated a measuring device for the detection of the current. there it may, for example, be a measuring resistor with a low resistance value at which a current drop corresponds to a current drop corresponding to the current, which can be detected comparatively easily by a measuring device.
Im Folgenden werden, unter Bezug auf Figur 4 bis Figur 7, die ebenfalls wieder jeweils, in vereinfachter Darstellung, das Bordnetz eines Fahrzeugs mit Start-Stopp-Einrichtung zeigen, unterschiedliche Betriebszustände des Fahrzeugs erläutert .In the following, with reference to FIGS. 4 to 7, which again likewise show, in a simplified representation, the vehicle electrical system of a vehicle with start-stop device, different operating states of the vehicle are explained.
Anhand von Figur 4 wird im Folgenden ein Warmstart mit Energieversorgung aus dem Energiespeicher DLC erläutert. Beim Start ist der Generator G inaktiv. Das Schaltelement S2 wird taktgesteuert, um den Starter S aus dem Energiespeicher DLC mit Strom zu versorgen. Das Schaltelement S3 kann als Freilauf eingesetzt werden. Alternativ kann die Diode GLl die Freilauffunktion übernehmen. Während des Startvorgangs ist das Schaltelement Sl geöffnet.A warm start with energy supply from the energy store DLC is explained below with reference to FIG. 4. At startup, generator G is inactive. The switching element S2 is clocked to supply the starter S from the energy storage DLC with power. The switching element S3 can be used as a freewheel. Alternatively, the diode GLl take over the freewheeling function. During the starting process, the switching element Sl is open.
Unter Bezug auf Figur 5 werden Rekuperationsbetrieb und Normalbetrieb kurz erläutert. Bei dem Rekuperationsbetrieb ist das Schaltelement 1 geschlossen. Der Generator G wird auf eine höhere Ausgangsspannung eingestellt. Die Ausgangsspannung des Generators G liegt an dem Energiespeicher DLC an und lädt diesen auf. Das Schaltelement 2 wird taktgesteuert, um die von dem Generator G abgegebene hohe Spannung auf ein niedrigeres Spannungsniveau herabzusetzen, mit dem der Energiespeicher B beispielsweise auf eine Spannung von etwa 14V aufgeladen werden kann. Im Normalbetrieb ist das Schaltelement Sl geschlossen. Das Schaltelement S2 ist ebenfalls geschlossen. Der Energiespeicher DLC kann so das von dem Energiespeicher B versorgte Bordnetz (Verbraucher Rl) mit puffern. Ein so genannter Kaltstart wird unter Bezug auf Figur 6 erläutert. Wenn der Energiespeicher DLC geladen ist, wird das Schaltelement S2 derart gesteuert, dass der Startstrom für den Starter S zunächst aus dem Energiespeicher DLC entnommen werden kann. Wenn dabei die Spannung an dem Energiespeicher DLC unter die Spannung des Energiespeichers B fällt, kann das Schaltelement geschlossen werden, so dass der Starter S zusätzlich aus dem Energiespeicher B versorgt wird. Der Generator G ist während des Startvorgangs inaktiv.Referring to Fig. 5, recuperation operation and normal operation will be briefly explained. In the recuperation operation, the switching element 1 is closed. The generator G is set to a higher output voltage. The output voltage of the generator G is applied to the energy storage DLC and loads it. The switching element 2 is clock-controlled to reduce the output from the generator G high voltage to a lower voltage level, with the energy storage B can be charged, for example, to a voltage of about 14V. In normal operation, the switching element Sl is closed. The switching element S2 is also closed. The energy storage DLC can thus buffer the supplied from the energy storage B electrical system (consumer Rl). A so-called cold start will be explained with reference to FIG. When the energy storage DLC is charged, the switching element S2 is controlled such that the starting current for the starter S can initially be removed from the energy storage DLC. In this case, when the voltage across the energy storage DLC falls below the voltage of the energy storage B, the switching element can be closed, so that the starter S is additionally supplied from the energy storage B. The generator G is inactive during startup.
Unter Bezug auf Figur 7 wird im Folgenden die Aufladung des Energiespeichers DLC beschrieben. Nach Schließen des Schaltelements Sl kann der Energiespeicher DLC aus dem den Energiespeicher B umfassenden Bordnetz auf dessenWith reference to FIG. 7, the charging of the energy store DLC will be described below. After closing the switching element Sl of the energy storage DLC from the energy storage B comprehensive on-board electrical system
Sollspannung von etwa 14V aufgeladen werden. Soll dagegen der Energiespeicher DLC auf eine höhere Spannung aufgeladen werden, muss eine Aufwärtswandlung stattfinden. Dazu wird das Schaltelement S3 taktgesteuert. Das Schaltelement S2 kann dann im Sinne einer Synchrongleichrichtung gesteuert werden. Falls in einer Ausführungsvariante für das Schaltelement S2 ein MOSFET-Transistor eingesetzt wird, kann auch dessen Substratdiode für die Gleichrichtung verwendet werden .Nominal voltage of about 14V to be charged. If, on the other hand, the energy store DLC is to be charged to a higher voltage, an up-conversion must take place. For this purpose, the switching element S3 is clock-controlled. The switching element S2 can then be controlled in the sense of a synchronous rectification. If a MOSFET transistor is used in a variant embodiment for the switching element S2, its substrate diode can also be used for the rectification.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante (Figur 8) ist die Schaltungsanordnung mehrkanalig ausgelegt. Das dargestellte Beispiel zeigt eine 2-kanalige Ausführung. Bei dem ersten Kanal sind zwischen dem Generator G und dem Energiespeicher B ein Schaltelement S2.1 einIn a particularly advantageous embodiment variant (FIG. 8), the circuit arrangement is designed with multiple channels. The example shown shows a 2-channel design. In the first channel are between the generator G and the energy storage B, a switching element S2.1 a
Gleichrichterelementelement GLl.1, eine Induktivität Ll .1 und ein Schaltelement Sl.1 angeordnet. Bei dem zweiten Kanal sind zwischen dem Generator G und dem Energiespeicher B ein Schaltelement S2.2, ein Gleichrichterelementelement GLl.2, eine Induktivität Ll .2 und ein Schaltelement Sl.2 angeordnet. Die genannten Schaltelemente sind wiederum von einem in Figur 8 nicht dargestellten Steuergerät SG steuerbar. Wie der in Figur 9 dargestellte Spannungsverlauf zeigt, kann durch eine mehrkanalige Ausführung und eine zeitversetzte Taktsteuerung der einzelnen Kanäle die Welligkeit des Spannungs- bzw. Stromverlaufs vorteilhaft vermindert werden. Figur 9 zeigt beispielhaft den Verlauf der Ladespannung U als Funktion der Zeit t an dem Energiespeicher B. Rectifier element element GLl.1, an inductance Ll .1 and a switching element Sl.1 arranged. In the second channel are between the generator G and the energy storage B, a switching element S2.2, a rectifier element element GLl.2, an inductor Ll .2 and a switching element Sl.2 arranged. The aforementioned switching elements are in turn controllable by a control unit SG, not shown in FIG. As the voltage profile shown in FIG. 9 shows, the ripple of the voltage or current profile can advantageously be reduced by a multi-channel design and a time-delayed clock control of the individual channels. FIG. 9 shows, by way of example, the profile of the charging voltage U as a function of the time t at the energy store B.

Claims

15 . 12 . 2008ROBERT BOSCH GMBH, 70442 STUTTGARTAnsprüche 15. 12. 2008ROBERT BOSCH GMBH, 70442 STUTTGART claims
1. Bordnetz (10) für ein Fahrzeug mit Start-Stopp-System, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zentralmodul (10.1) mit von einem Steuergerät (SG) steuerbaren Schaltelementen (Sl, S2, S3, S4) vorgesehen ist, wobei das Zentralmodul (10.1) Anschlusspunkte (Port A, Port B, Port C, Port D, Port E, Port F) für den Anschluss von weiteren1. vehicle electrical system (10) for a vehicle with start-stop system, characterized in that a central module (10.1) with controllable by a control device (SG) switching elements (Sl, S2, S3, S4) is provided, wherein the central module ( 10.1) Connection points (Port A, Port B, Port C, Port D, Port E, Port F) for the connection of further
Komponenten des Bordnetzes umfasst.Components of the electrical system includes.
2. Bordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einem ersten Anschlusspunkt (Port A) ein Generator (G) des Bordnetzes, an einem zweiten Anschlusspunkt (Port B) ein Starter (S) , an einem dritten Anschlusspunkt (Port C) mindestens ein Energiespeicher (Kondensator DLC) , an einem vierten Anschlusspunkt (Port D) ein weiterer Energiespeicher (Batterie B) und an dem fünften Anschlusspunkt (Port E) elektrische Verbraucher2. Vehicle electrical system according to claim 1, characterized in that at a first connection point (Port A), a generator (G) of the electrical system, at a second connection point (Port B) a starter (S), at a third connection point (Port C) at least an energy store (capacitor DLC), at a fourth connection point (port D) another energy store (battery B) and at the fifth connection point (port E) electrical consumers
(Widerstand Rl) des Bordnetzes angeschlossen sind.(Resistance Rl) of the electrical system are connected.
3. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Anschlusspunkten (A, C) und den Anschlusspunkten (D, E) eine Spannungswandlerschaltung angeordnet ist. 3. electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that between the connection points (A, C) and the connection points (D, E), a voltage converter circuit is arranged.
4. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlerschaltung als Aufwärtswandler schaltbar ist.4. Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage converter circuit is switchable as a boost converter.
5. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlerschaltung als Abwärtswandler schaltbar ist.5. Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage converter circuit is switchable as a down converter.
6. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherkapazität des6. electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the storage capacity of the
Energiespeichers (DLC) derart bemessen ist, dass die in dem Energiespeicher (DLC) gespeicherte Energie ausreicht, um mindestens einen, vorzugsweise mehrere Startvorgänge des Starters (S) zu ermöglichen.Energy storage (DLC) is dimensioned such that the energy stored in the energy storage (DLC) sufficient energy to at least one, preferably several starting operations of the starter (S) to allow.
7. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (VDLC) für die Spannungsmessung an dem Energiespeicher (DLC) vorgesehen ist.7. Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that a measuring device (VDLC) is provided for the voltage measurement at the energy store (DLC).
8. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaltelemente (Sl, S2, S3, S4) HalbleiterSchaltelement mit integrierter Strommesseinrichtung vorgesehen sind.8. vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that are provided as switching elements (Sl, S2, S3, S4) semiconductor switching element with integrated current measuring device.
9. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Steuergerät (SG) um ein Funktionsmodul für den Start-Stopp-Betrieb und/oder den Rekuperationsbetrieb des Fahrzeugs handelt.9. electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that it is the control unit (SG) to a function module for the start-stop operation and / or the recuperation of the vehicle.
10. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine mehrkanalige Ausführung.10. Vehicle electrical system according to one of the preceding claims characterized by a multi-channel design.
11. Verfahren für die Steuerung des Bordnetzes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellwert (SCHWELLEC) für die Spannung an dem Energiespeicher (DLC) vorgegeben wird und dass ein Startvorgang des Starters durch Energiezufuhr aus dem Energiespeicher (DLC) nur dann zugelassen wird, wenn die an dem Energiespeicher (DLC) gemessene Spannung den11. A method for the control of the electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that a threshold value (SCHWELLEC) for the voltage at the energy store (DLC) is specified and that a starting process of the starter by energy supply from the energy store (DLC) is only permitted if the voltage measured at the energy store (DLC) has the voltage
Schwellwert (SCHWELLEC) übersteigt.Threshold (SCHWELLEC) exceeds.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, die Größe des Schwellwerts (SCHWELLEC) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und/oder von der Motortemperatur festgelegt wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the size of the threshold value (SCHWELLEC) is determined as a function of the ambient temperature and / or of the engine temperature.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung an dem Energiespeicher (DLC) erfasst wird, dass die gemessene13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the voltage at the energy store (DLC) is detected that the measured
Spannung mit dem Schwellwert (SCHWELLEC) verglichen wird, und dass bei Unterschreiten des Schwellwerts (SCHWELLEC) der Energiespeicher (DLC) durch das Bordnetz aufgeladen wird.Voltage is compared with the threshold (SCHWELLEC), and that falls below the threshold (SCHWELLEC) of the energy storage (DLC) is charged by the electrical system.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Startvorgangs des Starters (S) mit Energiezufuhr aus dem Energiespeicher (DLC) die Spannung an dem Energiespeicher (DLC) gemessen wird und dass bei einem Abfall der14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that during a start operation of the starter (S) with energy from the energy storage (DLC), the voltage across the energy storage (DLC) is measured and that at a drop of the
Spannung an dem Energiespeicher (DLC) auf den Wert der Bordnetzspannung der Energiespeicher (Batterie B) durch Steuerung des Schaltelements (Sl) mit dem EnergiespeicherVoltage at the energy storage (DLC) on the value of the electrical system voltage of the energy storage (battery B) by controlling the switching element (Sl) with the energy storage
(DLC) verbunden wird.(DLC) is connected.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Einleitung eines Startvorgangs des Starters (S) die Spannung (VDLC) an dem Energiespeicher (DLC) gemessen wird, dass der gemessene Spannungswert mit einem Schwellwert (SCHWELLEC) verglichen wird, und dass bei Unterschreiten des Schwellwerts (SCHWELLEC) das Schaltelement (S2) geöffnet wird, dass Schaltelement (Sl) geschlossen wird, derart, dass der Energiespeicher (Batterie B) mit dem Starter (S) verbunden ist und die für den Startvorgang erforderliche Energie dem Energiespeicher (Batterie B) entnommen werden kann .15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that before the initiation of a start operation of the starter (S), the voltage (VDLC) is measured at the energy store (DLC) that the measured voltage value with a threshold value (SCHWELLEC) is compared, and that falls below the Threshold (SCHWELLEC) the switching element (S2) is opened, that switching element (Sl) is closed, such that the energy storage (battery B) is connected to the starter (S) and the energy required for the starting process the energy storage (battery B) can be removed.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Einleitung eines Startvorgangs des Starters (S) die Spannung (VDLC) an dem16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that before the initiation of a start operation of the starter (S), the voltage (VDLC) on the
Energiespeicher (DLC) gemessen wird, dass zumindest der Anlaufstrom des Starters (S) dem Energiespeicher (DLC) entnommen wird, wenn die Spannung (VDLC) an dem Energiespeicher (DLC) höher ist als die Spannung (VB) an dem Energiespeicher (Batterie B) und dass derEnergy storage (DLC) is measured that at least the starting current of the starter (S) is removed from the energy storage (DLC) when the voltage (VDLC) to the energy storage (DLC) is higher than the voltage (VB) to the energy storage (battery B ) and that the
Energiespeicher (Batterie B) dann dazu geschaltet wird, wenn die Spannung an dem Energiespeichert (DLC) auf die Spannung des Energiespeichers (Batterie B) abgesunken ist.Energy storage (battery B) is then switched to when the voltage at the energy storage (DLC) has fallen to the voltage of the energy storage (battery B).
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Erhöhung der Lebensdauer bei einem Startvorgang des Starters (S) der17. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for the purpose of increasing the life in a starting operation of the starter (S) of
Strom durch den Starter (S) begrenzt wird.Electricity is limited by the starter (S).
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzung des Starterstroms durch eine Zweipunktregelung bewirkt wird.18. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the current limiting of the starter current is effected by a two-step control.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromregelung des Starterstroms durch eine Taktsteuerung des Schaltelements (2) bewirkt wird.19. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a current control of the starter current by a clock control of the switching element (2) is effected.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (Sl, S2) derart gesteuert werden, dass der Energiespeicher (Batterie B) von dem Generator (G) mit der Nennspannung des Bordnetzes aufgeladen wird, und dass im Rekuperationsbetrieb der Energiespeicher (DLC) mit einer über der Nennspannung des Bordnetzes liegenden Spannung aufgeladen wird. 20. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the switching elements (Sl, S2) be controlled so that the energy storage (battery B) is charged by the generator (G) with the rated voltage of the electrical system, and that is charged in Rekuperationsbetrieb the energy storage (DLC) with a lying above the rated voltage of the electrical system voltage.
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