WO2013182385A1 - Motor vehicle electrical system having an electric machine and at least two energy stores having different charging voltages, and method for operating said motor vehicle electrical system - Google Patents

Motor vehicle electrical system having an electric machine and at least two energy stores having different charging voltages, and method for operating said motor vehicle electrical system Download PDF

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WO2013182385A1
WO2013182385A1 PCT/EP2013/059870 EP2013059870W WO2013182385A1 WO 2013182385 A1 WO2013182385 A1 WO 2013182385A1 EP 2013059870 W EP2013059870 W EP 2013059870W WO 2013182385 A1 WO2013182385 A1 WO 2013182385A1
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Rolf Jaros
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Robert Bosch Gmbh
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    • 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
    • H02J7/16—Regulation of the charging current or voltage by variation of field
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    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/46—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ICE-powered road vehicles

Definitions

  • Motor vehicle electrical system with an electric machine and at least two energy storage devices with different charging voltages and method for operating the same
  • the present invention relates to a motor vehicle electrical system with an electric machine and at least two energy storage devices with different charging voltages and a method for operating such a vehicle electrical system.
  • Two-voltage vehicle systems in motor vehicles can be designed as so-called 42 V / 14 V two-voltage systems, in which a high-voltage subnetwork with a nominal voltage (charging voltage) of 42 V and a low-voltage subnetwork with a nominal voltage (Charging voltage) of 14 V is operated.
  • 42 V instead of 42 V meanwhile mostly high-voltage subnetworks with 48 V are used.
  • boost recuperation systems Two-voltage systems are used for example in so-called boost recuperation systems.
  • Such boost recuperation systems are set up to charge an energy store (eg battery or capacitor) by means of a high-voltage starter generator (eg 42 V or 48 V), in particular in coasting and braking phases of a motor vehicle.
  • the high-voltage Starter generator and the energy storage are connected directly to the high voltage subnet.
  • the energy from the energy store can be used for motor operation of the high-voltage starter generator, but also, by means of a DC-DC converter for supplying the low-voltage subnet (eg 14 V), which serves as a regular electric vehicle electrical system for supplying the usual consumers.
  • boost recuperation systems achieves a significant reduction in fuel consumption.
  • a typical system design (classic two-voltage on-board electrical system) is shown in FIG. 1 and designated as 1 10 in total.
  • the motor vehicle electrical system 1 10 has two subnets.
  • a first subnet formed as a high-voltage subnetwork comprises an electrical machine 1 and an energy store 2 having a first, higher charging voltage of e.g. 48 V, integrated.
  • the energy store advantageously has sufficient cycle stability.
  • the electric machine 1 is connected via a mechanical connection 12 to an internal combustion engine 13.
  • the mechanical connection 12 is designed, for example, as a belt drive and produces, for example, a connection to the crankshaft of an internal combustion engine or to a transmission.
  • the electric machine can be controlled via a line 8 by a computing unit designed as a control unit 7.
  • the control unit 7 can also read parameters of the electric machine 1 via the line 8.
  • the electric machine 1 may have a voltage regulator, not shown, and set here, for example, in accordance with a control by the control unit 7 via line 8, an output voltage U1 of the electric machine 1.
  • the electric machine 1 is preferably designed as a starter generator explained at the outset and can thus also be operated by motor in accordance with a requirement by the control unit 7. During engine operation, the electric machine 1 feeds mainly from the energy storage 2.
  • the motor vehicle electrical system 1 10 can be part of a boost recuperation be educated.
  • the electric machine 1 may alternatively or additionally also have a current control.
  • the energy store 2 is designed, for example, as a high-voltage battery or as a supercapacitor (for example a double-layer capacitor). It can be connected via an interruption switch 5 to the high-voltage subnet.
  • the interruption switch 5 can also be controlled via a line 9 via a control unit, for example the explained control unit 7. In this way, the energy storage 2 can be separated from the high-voltage subnet.
  • the energy storage 2 may advantageously be arranged together with the breaker switch 5 in a housing 1 1.
  • a further energy store 3 for example a conventional vehicle battery, with a second, lower charging voltage of e.g. 14 V, and regular consumers 4 arranged.
  • the high and the low voltage subnetwork are connected to each other via a suitable DC-DC converter 16 so that power generated by the electric machine 1 in the high-voltage subnetwork can be fed into the low-voltage subnetwork. With the power generated by the electric machine 1 and the arranged in the low-voltage subnet power storage 3 can be loaded.
  • the DC-DC converter 16 is preferably designed as a controllable DC-DC converter 16 and via a line 14, for example by the control unit 7, controllable.
  • the consumers can take a power P3 from the low-voltage subnetwork.
  • the electric machine 1 can generate a voltage U1, which, as explained, is controllable.
  • the energy storage 2 in the high-voltage subnetwork can be designed for a voltage U2.
  • the energy storage 3 in the low-voltage subnetwork is usually designed for a lower voltage U3.
  • U2> U3 where U2 is usually below the maximum permissible contact voltage of 60 V, eg 42 V or 48 V or above.
  • U3 is, for example, 14 V.
  • the voltage U1 of the electric machine is directed For example, according to the default made by the control unit 7, but corresponds to the voltage U2 of the high-voltage subnetwork as a rule.
  • the power P3 extracted by the consumers 4 in the low-voltage subnetwork can reach a maximum value which the DC-DC converter 16 must be able to operate in the conventionally designed motor vehicle electrical system 110 from the high-voltage subnetwork.
  • the DC-DC converter must therefore be designed to perform the system-typical tasks, especially at full load, correspondingly powerful. This causes a considerable effort, in particular with regard to costs, installation space and cooling.
  • the invention provides the ability to equip generic motor vehicle electrical systems without expensive and expensive DC-DC converter.
  • an electrical machine whose output voltage can be set (preferably adjusted) in the generator mode at least to the different charging voltages of the two energy storage, and one each
  • Breaker switch for each of the energy storage can always be electrically separated from the motor vehicle electrical system at least one of the energy storage, so that the electric machine can be operated as a generator or motor only together with an energy storage with matching charging voltage can.
  • Adequate adjustability of the level of the output voltage of an electrical machine can be implemented relatively easily, for example by means of firmware updates of a generator control device.
  • the provision of an interruption switch for the energy store with the higher charging voltage advantageously causes no additional costs, since corresponding
  • the interruption switches associated with the energy storage devices may also be formed in a common changeover switch, which always connects one of two outputs, with an energy store connected to each, to an input to which the electrical machine is connected.
  • the interrupt switches assigned to the energy stores and the adjustability of the electrical machine advantageously make it possible to operate the motor vehicle electrical system in different operating modes.
  • a first operating mode the interruption switch assigned to the energy store with the first, higher charging voltage is opened, and the interrupt switch associated with the energy store with the second, lower charging voltage is closed.
  • the electric machine is operated here as a generator and set up to deliver the second charging voltage in order to supply the motor vehicle electrical system with power and / or to charge the second energy store.
  • the electric machine is driven by the internal combustion engine, which in turn is in a train operation, but also in one
  • Push operation can be located.
  • a circuit between the electric machine and the energy storage is closed with the first, higher charging voltage, whereas between the energy storage devices there is no closed circuit.
  • the electric machine is operated here as a generator and set up to deliver the first charging voltage in order to charge the first energy store.
  • the electric machine is driven by the internal combustion engine, which in turn can be in a train operation, but also in a coasting operation.
  • an optional third operating mode of the energy storage device with the first, higher charging voltage associated breaker switch is closed and opened the energy storage with the second, lower charging voltage interruption switch.
  • the electric machine is operated here by a motor and supplied with energy by the first energy store. This operation is suitable for starting the internal combustion engine or for supporting the driving operation of a motor vehicle, e.g. Boost mode.
  • the interruption switch assigned to the energy store with the first, higher charging voltage is opened and the interrupt switch associated with the energy store with the second, lower charging voltage is closed.
  • a circuit between the electric machine and the energy storage is closed with the second, lower charging voltage, whereas there is no closed circuit between the energy storage.
  • the electric machine is operated by a motor and supplied with energy by the second energy store. Although this operation provides less voltage for the electric machine, but is usually at least suitable for starting the internal combustion engine.
  • the interruption switch assigned to the energy store with the lower charging voltage is closed, the interruption switch assigned to the energy store with the lower charging voltage is advantageously opened, and the electric machine is set to the lower charging voltage or to motor operation.
  • the interruption switch assigned to the energy store with the higher charging voltage is closed, the interruption switch assigned to the energy store with the higher charging voltage is advantageously opened and optionally the electric machine is set to the higher charging voltage or to motor operation.
  • the breakers may be controlled by a higher level arithmetic unit, e.g. a control unit to be controlled.
  • the control unit can also be set up to control the electrical machine.
  • An arithmetic unit according to the invention e.g. the aforementioned control device is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.
  • the implementation of the method in the form of software is also advantageous, since this causes particularly low costs, in particular if an executing control device is still used for further tasks and therefore exists anyway.
  • Suitable data carriers for providing the computer program are in particular floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs and DVDs. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
  • Figure 1 shows a non-inventive, to be improved motor vehicle electrical system in a schematic representation.
  • Figure 2 shows a motor vehicle electrical system according to an embodiment of the invention in a schematic representation.
  • FIG. 3 shows a method according to an embodiment of the invention in the form of a flowchart.
  • FIG. 2 shows a motor vehicle electrical system according to an embodiment of the invention, designated overall by 100.
  • the motor vehicle electrical system 100 has essential components of the described in the introduction of the description motor vehicle electrical system 1 10 according to FIG. A repeated explanation of already treated elements will be omitted.
  • the motor vehicle electrical system 100 has a controllable breaker switch 6.
  • the breaker switch 6 can be opened and closed.
  • the control unit 7 is further configured to control the interruption switch 5 via the line 9 and the electric machine 1 via the line 8.
  • the control unit 7 is further adapted to switch the electric machine 1 in a motor operation or in a generator mode and to set or regulate the output voltage in the generator mode.
  • the interruption switch 5 and the interruption switch 6 are preferably designed as a semiconductor switch, alternatively as a switch with linear operation or in the form of relays. For security reasons, the interrupt switches 5, 6 can also be designed redundantly.
  • the breakers 5, 6 may also include a diode or fuse function.
  • the control unit 7 can be designed as a separate control unit. A distribution of the spatial allocation to the electric machine 1 and / or the energy storage housing 1 1 is possible.
  • FIG. 3 A preferred operation of the vehicle electrical system 100 will now be explained with reference to FIG. 3, in which a method in accordance with a preferred embodiment of the invention is shown in the form of a flow chart and indicated generally at 200.
  • a terminal voltage of the energy storage device 3 is checked. In particular, it is checked whether the terminal voltage exceeds a second lower terminal voltage threshold. If this is the case, the method changes to a step 202. However, if the terminal voltage of the second energy store 3 does not exceed the second terminal voltage threshold value, a change is made to a first operating mode 203 which serves to charge the energy store 3.
  • An energy storage of a 14 V electrical system is usually designed as a lead-acid battery with a terminal voltage of about 12.7 V in the fully charged state at room temperature.
  • a suitable second terminal voltage threshold is approximately 12.1 V at room temperature, which corresponds to a charge level of approximately 30%.
  • the interruption switch 5 is first opened to disconnect a circuit between the electric machine and the energy storage 2, and then the output voltage U1 of the electric machine 1 to the height of the charging voltage of the energy storage 3 (second, lower charging voltage, eg 14V). Subsequently, the interruption switch 6 is closed, so that a circuit between see the electric machine 1 and the energy storage 3 is closed and this is loaded. In parallel, the consumers 4 are supplied by the electric machine 1 with power.
  • step 202 it is checked whether the internal combustion engine 13 has excess kinetic energy E kin . If this is the case, a change is made to a step 204. If this is not the case, however, a change is made to a step 205. Excess kinetic energy is present, for example, when a driving brake is applied.
  • step 204 it is checked whether charging of the energy storage device 3 is expedient. This can be done, for example, as explained above, on the basis of the terminal voltage (by comparison with a third lower terminal voltage threshold, which may differ from the second lower terminal voltage threshold, but need not) and / or on the basis of a so-called. Lademanagements, which in the control unit 7 as a software component is implemented. In this case, it can be checked in particular whether the charge level of the second energy store 3 has a second charge level threshold value of e.g. 25% below. If it is determined that charging of the energy store 3 is expedient, the operation mode 203 is changed. If not, will be in one step
  • a terminal voltage of the energy storage device 2 is checked. In particular, it is checked whether the terminal voltage exceeds a first terminal voltage threshold. If this is not the case, a change is made to a second operating mode 207, which serves to charge the energy store 2. However, if the terminal voltage exceeds the first terminal voltage threshold, it returns to step 201.
  • An energy storage of a 48 V electrical system for example, as a lead-acid battery with a terminal voltage in the fully charged state of about 43.5 V or as a supercapacitor with a terminal voltage in the fully charged state of about 48 V, each at room temperature formed.
  • a suitable first terminal voltage threshold for a lead-acid battery is about 41, 5 V at room temperature, which corresponds to a charge of approx. 30%.
  • Other energy storage devices, such as lithium-ion batteries have different terminal voltage thresholds.
  • step 206 it is checked whether charging the energy storage 2 makes sense. This can, for example, as explained above, based on the terminal voltage
  • Lademanagements which is implemented in the control unit 7 as a software component. In this case, it can be checked in particular whether the charge level of the first energy store 2 has a first charge state threshold value of e.g. 25% below. If it is determined that charging of the energy storage 2 is expedient, the operation mode 207 is changed. If this is not the case, it is returned to step 201.
  • the breaker switch 6 is first opened to disconnect a circuit between the electrical machine 1 and the energy storage 3, and then the output voltage U1 of the electric machine 1 to the height of the charging voltage of the energy storage 2 (first, higher Charging voltage, eg 48 V). Subsequently, the interruption switch 5 is closed, so that a circuit between the electric machine 1 and the energy storage 2 is closed and this is loaded.
  • the mentioned terminal voltage threshold values are preferably predetermined as a function of temperature.
  • a third operating mode in the same switch position as in the second operating mode, the electric machine 1 is operated by a motor, wherein it is supplied by the energy store 2. This serves to support and / or start the internal combustion engine 13.
  • a fourth operating mode in the same switch position as in the first operating mode, the electric machine 1 is operated by a motor. ben, where it is supplied by the energy storage 3. This serves nobly for starting the internal combustion engine 13.

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Abstract

The invention relates to a motor vehicle electrical system (100), comprising a first energy store (2) having a first, higher charging voltage (U2), a second energy store (3) having a second, lower charging voltage (U3), an electric machine (1), which can be operated as a generator and the output voltage (U1) of which can be set at least to the first, higher charging voltage (U2) and the second, lower charging voltage (U3), a first controllable break switch (5) between the electric machine (1) and the first energy store (2), and a second controllable break switch (6) between the electric machine (1) and the second energy store (3), wherein the motor vehicle electrical system (100) does not have a direct-current voltage transformer between the first energy store (2) and the second energy store (3).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Kraftfahrzeugbordnetz mit einer elektrischen Maschine und wenigstens zwei Energiespeichern mit unterschiedlichen Ladespannungen sowie Verfahren zum Betreiben desselben  Motor vehicle electrical system with an electric machine and at least two energy storage devices with different charging voltages and method for operating the same
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbordnetz mit einer elektrischen Maschine und wenigstens zwei Energiespeichern mit unterschiedlichen Ladespannungen sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Bordnetzes. The present invention relates to a motor vehicle electrical system with an electric machine and at least two energy storage devices with different charging voltages and a method for operating such a vehicle electrical system.
Stand der Technik State of the art
Derartige Kraftfahrzeugbordnetze sind unter dem Stichwort "Zweispannungs- bordnetz" bekannt. Zweispannungsbordnetze in Kraftfahrzeugen können, wie beispielsweise in der DE 101 00 889 A1 beschrieben, als sog. 42 V/14 V- Zweispannungsbordnetze ausgebildet sein, bei denen ein Hochvoltteilnetz mit einer nominellen Spannung (Ladespannung) von 42 V und ein Niedervoltteilnetz mit einer nominellen Spannung (Ladespannung) von 14 V betrieben wird. Es kann nur eine elektrische Maschine in einem der Teilnetze als Generator für das gesamte Bordnetz vorhanden sein, wobei die Spannung für das jeweils andere Teilnetz über einen Spannungswandler erzeugt wird. Anstelle von 42 V werden mittlerweile meist Hochvoltteilnetze mit 48 V eingesetzt. Such motor vehicle electrical systems are known under the heading "two-voltage on-board electrical system". Two-voltage vehicle systems in motor vehicles, as described, for example, in DE 101 00 889 A1, can be designed as so-called 42 V / 14 V two-voltage systems, in which a high-voltage subnetwork with a nominal voltage (charging voltage) of 42 V and a low-voltage subnetwork with a nominal voltage (Charging voltage) of 14 V is operated. There may be only one electric machine in one of the subnets as a generator for the entire vehicle electrical system, wherein the voltage for the other subnet is generated via a voltage converter. Instead of 42 V meanwhile mostly high-voltage subnetworks with 48 V are used.
Zweispannungsbordnetze kommen beispielsweise in sogenannten Boost- Rekuperationssystemen zum Einsatz. Solche Boost-Rekuperationssysteme sind dafür eingerichtet, mittels eines Hochvolt-Startergenerators (z.B. 42 V oder 48 V), insbesondere in Schub- und Bremsphasen eines Kraftfahrzeugs, einen Energiespeicher (z.B. Batterie oder Kondensator) aufzuladen. Der Hochvolt- Startergenerator und der Energiespeicher sind direkt an das Hochvoltteilnetz angebunden. Die Energie aus dem Energiespeicher kann zum motorischen Betrieb des Hochvolt-Startergenerators, aber auch, mittels eines Gleichspannungswandlers, zur Versorgung des Niedervoltteilnetzes (z.B. 14 V), das als reguläres elekt- risches Fahrzeugbordnetz zur Versorgung der üblichen Verbraucher dient, verwendet werden. Two-voltage systems are used for example in so-called boost recuperation systems. Such boost recuperation systems are set up to charge an energy store (eg battery or capacitor) by means of a high-voltage starter generator (eg 42 V or 48 V), in particular in coasting and braking phases of a motor vehicle. The high-voltage Starter generator and the energy storage are connected directly to the high voltage subnet. The energy from the energy store can be used for motor operation of the high-voltage starter generator, but also, by means of a DC-DC converter for supplying the low-voltage subnet (eg 14 V), which serves as a regular electric vehicle electrical system for supplying the usual consumers.
Durch die Verwendung von Boost-Rekuperationssystemen wird eine deutliche Verringerung des Kraftstoffverbrauchs erzielt. Eine hierbei typische Systemaus- legung (klassisches Zweispannungsbordnetz) ist in Figur 1 dargestellt und insgesamt mit 1 10 bezeichnet. The use of boost recuperation systems achieves a significant reduction in fuel consumption. A typical system design (classic two-voltage on-board electrical system) is shown in FIG. 1 and designated as 1 10 in total.
Das Kraftfahrzeugbordnetz 1 10 verfügt über zwei Teilnetze. In ein als Hochvoltteilnetz ausgebildetes erstes Teilnetz sind eine elektrische Maschine 1 und ein Energiespeicher 2 mit einer ersten, höheren Ladespannung von z.B. 48 V, eingebunden. Der Energiespeicher weist vorteilhafterweise eine ausreichende Zyklenfestigkeit auf. The motor vehicle electrical system 1 10 has two subnets. A first subnet formed as a high-voltage subnetwork comprises an electrical machine 1 and an energy store 2 having a first, higher charging voltage of e.g. 48 V, integrated. The energy store advantageously has sufficient cycle stability.
Die elektrische Maschine 1 ist über eine mechanische Verbindung 12 mit einer Brennkraftmaschine 13 verbunden. Die mechanische Verbindung 12 ist beispielsweise als Riementrieb ausgebildet und stellt beispielsweise eine Verbindung zur Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors oder zu einem Getriebe her. Die elektrische Maschine kann über eine Leitung 8 durch eine als Steuergerät 7 ausgebildete Recheneinheit angesteuert werden. Das Steuergerät 7 kann über die Leitung 8 auch Parameter der elektrischen Maschine 1 auslesen. Die elektrische Maschine 1 kann einen nicht dargestellten Spannungsregler aufweisen und hierüber, z.B. nach Maßgabe einer Ansteuerung durch das Steuergerät 7 über Leitung 8, eine Ausgangsspannung U1 der elektrischen Maschine 1 einstellen. Die elektrische Maschine 1 ist vorzugsweise als ein eingangs erläuterter Startergenerator ausgebildet und kann damit nach Maßgabe einer Anforderung durch das Steuergerät 7 auch motorisch betrieben werden. Bei motorischem Betrieb speist sich die elektrische Maschine 1 vorwiegend aus dem Energiespeicher 2. Das Kraftfahrzeugbordnetz 1 10 kann als Teil eines Boost-Rekuperationssystems ausgebildet sein. Die elektrische Maschine 1 kann alternativ oder zusätzlich auch eine Stromregelung aufweisen. The electric machine 1 is connected via a mechanical connection 12 to an internal combustion engine 13. The mechanical connection 12 is designed, for example, as a belt drive and produces, for example, a connection to the crankshaft of an internal combustion engine or to a transmission. The electric machine can be controlled via a line 8 by a computing unit designed as a control unit 7. The control unit 7 can also read parameters of the electric machine 1 via the line 8. The electric machine 1 may have a voltage regulator, not shown, and set here, for example, in accordance with a control by the control unit 7 via line 8, an output voltage U1 of the electric machine 1. The electric machine 1 is preferably designed as a starter generator explained at the outset and can thus also be operated by motor in accordance with a requirement by the control unit 7. During engine operation, the electric machine 1 feeds mainly from the energy storage 2. The motor vehicle electrical system 1 10 can be part of a boost recuperation be educated. The electric machine 1 may alternatively or additionally also have a current control.
Der Energiespeicher 2 ist beispielsweise als Hochvoltbatterie oder als Superkon- densator (z.B. Doppelschichtkondensator) ausgebildet. Er kann über einen Unterbrechungsschalter 5 an das Hochvoltteilnetz angebunden sein. Der Unterbrechungsschalter 5 kann über eine Leitung 9 ebenfalls über ein Steuergerät, beispielsweise das erläuterte Steuergerät 7, ansteuerbar sein. Auf diese Weise kann der Energiespeicher 2 von dem Hochvoltteilnetz getrennt werden. Der Energiespeicher 2 kann vorteilhafterweise zusammen mit dem Unterbrechungsschalter 5 in einem Gehäuse 1 1 angeordnet sein. The energy store 2 is designed, for example, as a high-voltage battery or as a supercapacitor (for example a double-layer capacitor). It can be connected via an interruption switch 5 to the high-voltage subnet. The interruption switch 5 can also be controlled via a line 9 via a control unit, for example the explained control unit 7. In this way, the energy storage 2 can be separated from the high-voltage subnet. The energy storage 2 may advantageously be arranged together with the breaker switch 5 in a housing 1 1.
In einem Niedervoltteilnetz sind ein weiterer Energiespeicher 3, beispielsweise eine herkömmliche Fahrzeugbatterie, mit einer zweiten, niedrigeren Ladespannung von z.B. 14 V, und reguläre Verbraucher 4 angeordnet. In a low-voltage subnetwork, a further energy store 3, for example a conventional vehicle battery, with a second, lower charging voltage of e.g. 14 V, and regular consumers 4 arranged.
Das Hoch- und das Niedervoltteilnetz sind über einen geeigneten Gleichspannungswandler 16 miteinander verbunden, so dass durch die elektrische Maschine 1 im Hochvoltteilnetz erzeugte Leistung in das Niedervoltteilnetz eingespeist werden kann. Mit der durch die elektrische Maschine 1 erzeugten Leistung kann auch der im Niedervoltteilnetz angeordnete Energiespeicher 3 geladen werden. Der Gleichspannungswandler 16 ist vorzugsweise als ansteuerbarer Gleichspannungswandler 16 ausgebildet und über eine Leitung 14, beispielsweise durch das Steuergerät 7, ansteuerbar. The high and the low voltage subnetwork are connected to each other via a suitable DC-DC converter 16 so that power generated by the electric machine 1 in the high-voltage subnetwork can be fed into the low-voltage subnetwork. With the power generated by the electric machine 1 and the arranged in the low-voltage subnet power storage 3 can be loaded. The DC-DC converter 16 is preferably designed as a controllable DC-DC converter 16 and via a line 14, for example by the control unit 7, controllable.
Die Verbraucher können aus dem Niedervoltteilnetz eine Leistung P3 entnehmen. Die elektrische Maschine 1 kann eine Spannung U1 erzeugen, die, wie erläutert, regelbar ist. Der Energiespeicher 2 im Hochvoltteilnetz kann für eine Spannung U2 ausgelegt sein. Der Energiespeicher 3 im Niedervoltteilnetz ist üblicherweise für eine niedrigere Spannung U3 ausgelegt. In üblichen Zweispan- nungsbordnetzen gilt U2 > U3, wobei U2 i.d.R. unterhalb der maximal zulässigen Berührspannung von 60 V, z.B. bei 42 V oder 48 V oder darüber, liegt. U3 beträgt beispielsweise 14 V. Die Spannung U1 der elektrischen Maschine richtet sich z.B. nach der durch das Steuergerät 7 getroffenen Vorgabe, entspricht jedoch im Regelfall der Spannung U2 des Hochvoltteilnetzes. The consumers can take a power P3 from the low-voltage subnetwork. The electric machine 1 can generate a voltage U1, which, as explained, is controllable. The energy storage 2 in the high-voltage subnetwork can be designed for a voltage U2. The energy storage 3 in the low-voltage subnetwork is usually designed for a lower voltage U3. In standard two-voltage on-board networks, U2> U3, where U2 is usually below the maximum permissible contact voltage of 60 V, eg 42 V or 48 V or above. U3 is, for example, 14 V. The voltage U1 of the electric machine is directed For example, according to the default made by the control unit 7, but corresponds to the voltage U2 of the high-voltage subnetwork as a rule.
Die durch die Verbraucher 4 im Niedervoltteilnetz entnommene Leistung P3 kann einen Maximalwert erreichen, den der Gleichspannungswandler 16 in dem herkömmlich ausgebildeten Kraftfahrzeugbordnetz 1 10 aus dem Hochvoltteilnetz bedienen können muss. Der Gleichspannungswandler muss daher, um den systemtypischen Aufgaben insbesondere bei Volllast gerecht zu werden, entsprechend leistungsfähig ausgebildet sein. Dies verursacht einen beträchtlichen Auf- wand, insbesondere hinsichtlich Kosten, Bauraum und Kühlung. The power P3 extracted by the consumers 4 in the low-voltage subnetwork can reach a maximum value which the DC-DC converter 16 must be able to operate in the conventionally designed motor vehicle electrical system 110 from the high-voltage subnetwork. The DC-DC converter must therefore be designed to perform the system-typical tasks, especially at full load, correspondingly powerful. This causes a considerable effort, in particular with regard to costs, installation space and cooling.
Es besteht der Bedarf nach einfacheren und kostengünstigeren Lösungen für entsprechende Kraftfahrzeugbordnetze. Offenbarung der Erfindung There is a need for simpler and less expensive solutions for corresponding motor vehicle systems. Disclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Kraftfahrzeugbordnetz mit einer elektrischen Maschine und wenigstens zwei Energiespeichern mit unterschiedlichen Ladespannungen und ein Verfahren zum Betreiben eines entsprechenden Bordnetzes mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. VorteilhafteAccording to the invention, a motor vehicle electrical system with an electric machine and at least two energy stores with different charging voltages and a method for operating a corresponding vehicle electrical system with the features of the independent patent claims are proposed. advantageous
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die Erfindung schafft die Möglichkeit, gattungsgemäße Kraftfahrzeugbordnetze ohne teure und aufwendige Gleichspannungswandler auszustatten. Durch Vorsehen einer elektrischen Maschine, deren Ausgangsspannung im Generatorbetrieb zumindest auf die unterschiedlichen Ladespannungen der zwei Energie- Speicher eingestellt (vorzugsweise eingeregelt) werden kann, sowie jeweils einesThe invention provides the ability to equip generic motor vehicle electrical systems without expensive and expensive DC-DC converter. By providing an electrical machine whose output voltage can be set (preferably adjusted) in the generator mode at least to the different charging voltages of the two energy storage, and one each
Unterbrechungsschalters für jeden der Energiespeicher kann immer zumindest einer der Energiespeicher vom Kraftfahrzeugbordnetz elektrisch getrennt werden, so dass die elektrische Maschine generatorisch oder motorisch nur zusammen mit einem Energiespeicher mit passender Ladespannung betrieben werden kann. Eine ausreichende Einstellbarkeit der Höhe der Ausgangsspannung einer elektrischen Maschine kann relativ einfach implementiert werden, bspw. durch Firmwareupdates eines Generatorregelgeräts. Auch das Bereitstellen eines Unterbrechungsschalters für den Energiespeicher mit der höheren Ladespan- nung verursacht vorteilhafterweise keine zusätzlichen Kosten, da entsprechendeBreaker switch for each of the energy storage can always be electrically separated from the motor vehicle electrical system at least one of the energy storage, so that the electric machine can be operated as a generator or motor only together with an energy storage with matching charging voltage can. Adequate adjustability of the level of the output voltage of an electrical machine can be implemented relatively easily, for example by means of firmware updates of a generator control device. Also, the provision of an interruption switch for the energy store with the higher charging voltage advantageously causes no additional costs, since corresponding
Hochvolt-Energiespeicher häufig bereits aus Sicherheitsgründen über entsprechende Trennschalter verfügen. Bereits durch Einbau nur eines weiteren Unterbrechungsschalters kann dann ein teurer und aufwendiger Gleichspannungswandler eingespart werden. For safety reasons, high-voltage energy storage devices often have corresponding disconnectors. Already by installing only a further interruption switch can then be saved an expensive and expensive DC-DC converter.
Die den Energiespeichern zugeordneten Unterbrechungsschalter können auch in einem gemeinsamen Umschalter ausgebildet sein, der immer einen von zwei Ausgängen, wobei an jedem ein Energiespeicher angeschlossen ist, mit einem Eingang, an dem die elektrische Maschine angeschlossen ist, verbindet. The interruption switches associated with the energy storage devices may also be formed in a common changeover switch, which always connects one of two outputs, with an energy store connected to each, to an input to which the electrical machine is connected.
Die den Energiespeichern zugeordneten Unterbrechungsschalter sowie die Einstellbarkeit der elektrischen Maschine ermöglichen vorteilhafterweise einen Betrieb des Kraftfahrzeugbordnetzes in unterschiedlichen Betriebsmodi. In einem ersten Betriebsmodus ist der dem Energiespeicher mit der ersten, höheren Ladespannung zugeordnete Unterbrechungsschalter geöffnet und der dem Energiespeicher mit der zweiten, niedrigeren Ladespannung zugeordnete Unterbrechungsschalter geschlossen. Somit wird ein Stromkreis zwischen der elektrischen Maschine und dem Energiespeicher mit der zweiten, niedrigeren Lade- Spannung geschlossen, wohingegen zwischen den Energiespeichern kein geschlossener Stromkreis besteht. Die elektrische Maschine wird hier generatorisch betrieben und zur Abgabe der zweiten Ladespannung eingerichtet, um das Kraftfahrzeugbordnetz mit Leistung zu versorgen und/oder den zweiten Energiespeicher zu laden. Die elektrische Maschine wird von der Brennkraftmaschine ange- trieben, welche sich selbst wiederum in einem Zugbetrieb, aber auch in einemThe interrupt switches assigned to the energy stores and the adjustability of the electrical machine advantageously make it possible to operate the motor vehicle electrical system in different operating modes. In a first operating mode, the interruption switch assigned to the energy store with the first, higher charging voltage is opened, and the interrupt switch associated with the energy store with the second, lower charging voltage is closed. Thus, a circuit between the electric machine and the energy storage with the second, lower charging voltage is closed, whereas there is no closed circuit between the energy storage. The electric machine is operated here as a generator and set up to deliver the second charging voltage in order to supply the motor vehicle electrical system with power and / or to charge the second energy store. The electric machine is driven by the internal combustion engine, which in turn is in a train operation, but also in one
Schubbetrieb befinden kann. Push operation can be located.
In einem zweiten Betriebsmodus ist der dem Energiespeicher mit der ersten, höheren Ladespannung zugeordnete Unterbrechungsschalter geschlossen und der dem Energiespeicher mit der zweiten, niedrigeren Ladespannung zugeordnete Unterbrechungsschalter geöffnet. Somit wird ein Stromkreis zwischen der elektrischen Maschine und dem Energiespeicher mit der ersten, höheren Ladespannung geschlossen, wohingegen zwischen den Energiespeichern kein geschlos- sener Stromkreis besteht. Die elektrische Maschine wird hier generatorisch betrieben und zur Abgabe der ersten Ladespannung eingerichtet, um den ersten Energiespeicher zu laden. Die elektrische Maschine wird von der Brennkraftmaschine angetrieben, welche sich selbst wiederum in einem Zugbetrieb, aber auch in einem Schubbetrieb befinden kann. In a second operating mode of the energy storage device with the first, higher charging voltage associated breaker switch is closed and the opened the energy storage device with the second, lower charging voltage associated breaker. Thus, a circuit between the electric machine and the energy storage is closed with the first, higher charging voltage, whereas between the energy storage devices there is no closed circuit. The electric machine is operated here as a generator and set up to deliver the first charging voltage in order to charge the first energy store. The electric machine is driven by the internal combustion engine, which in turn can be in a train operation, but also in a coasting operation.
In einem optionalen dritten Betriebsmodus ist der dem Energiespeicher mit der ersten, höheren Ladespannung zugeordnete Unterbrechungsschalter geschlossen und der dem Energiespeicher mit der zweiten, niedrigeren Ladespannung zugeordnete Unterbrechungsschalter geöffnet. Somit wird ein Stromkreis zwi- sehen der elektrischen Maschine und dem Energiespeicher mit der ersten, höheren Ladespannung geschlossen, wohingegen zwischen den Energiespeichern kein geschlossener Stromkreis besteht. Die elektrische Maschine wird hier motorisch betrieben und von dem ersten Energiespeicher mit Energie versorgt. Dieser Betrieb eignet sich zum Starten der Brennkraftmaschine oder zur Unterstützung des Fahrbetriebs eines Kraftfahrzeugs, z.B. Boostbetrieb. In an optional third operating mode of the energy storage device with the first, higher charging voltage associated breaker switch is closed and opened the energy storage with the second, lower charging voltage interruption switch. Thus, a circuit between see the electric machine and the energy storage with the first, higher charging voltage closed, whereas there is no closed circuit between the energy storage. The electric machine is operated here by a motor and supplied with energy by the first energy store. This operation is suitable for starting the internal combustion engine or for supporting the driving operation of a motor vehicle, e.g. Boost mode.
In einem optionalen vierten Betriebsmodus ist der dem Energiespeicher mit der ersten, höheren Ladespannung zugeordnete Unterbrechungsschalter geöffnet und der dem Energiespeicher mit der zweiten, niedrigeren Ladespannung zu- geordnete Unterbrechungsschalter geschlossen. Somit wird ein Stromkreis zwischen der elektrischen Maschine und dem Energiespeicher mit der zweiten, niedrigeren Ladespannung geschlossen, wohingegen zwischen den Energiespeichern kein geschlossener Stromkreis besteht. Die elektrische Maschine wird hier motorisch betrieben und von dem zweiten Energiespeicher mit Energie versorgt. Dieser Betrieb liefert zwar weniger Spannung für die elektrische Maschine, eignet sich jedoch normalerweise zumindest zum Starten der Brennkraftmaschine. In an optional fourth operating mode, the interruption switch assigned to the energy store with the first, higher charging voltage is opened and the interrupt switch associated with the energy store with the second, lower charging voltage is closed. Thus, a circuit between the electric machine and the energy storage is closed with the second, lower charging voltage, whereas there is no closed circuit between the energy storage. The electric machine is operated by a motor and supplied with energy by the second energy store. Although this operation provides less voltage for the electric machine, but is usually at least suitable for starting the internal combustion engine.
Beim Umschalten zwischen Betriebsmodi wird zweckmäßigerweise auf eine bestimmte Reihenfolge der Betätigung der Unterbrechungsschalter sowie die Ein- Stellung der elektrischen Maschine geachtet. Bevor der dem Energiespeicher mit der niedrigeren Ladespannung zugeordnete Unterbrechungsschalter geschlossen wird, wird vorteilhafterweise der dem Energiespeicher mit der niedrigeren Ladespannung zugeordnete Unterbrechungsschalter geöffnet und die elektrische Maschine auf die niedrigeren Ladespannung oder auf Motorbetrieb eingestellt.When switching between operating modes, it is expedient to use a specific order of operation of the interruption switch and the input Position of the electrical machine respected. Before the interruption switch assigned to the energy store with the lower charging voltage is closed, the interruption switch assigned to the energy store with the lower charging voltage is advantageously opened, and the electric machine is set to the lower charging voltage or to motor operation.
Bevor der dem Energiespeicher mit der höheren Ladespannung zugeordnete Unterbrechungsschalter geschlossen wird, wird vorteilhafterweise der dem Energiespeicher mit der höheren Ladespannung zugeordnete Unterbrechungsschalter geöffnet und optional die elektrische Maschine auf die höhere Ladespannung oder auf Motorbetrieb eingestellt. Before the interruption switch assigned to the energy store with the higher charging voltage is closed, the interruption switch assigned to the energy store with the higher charging voltage is advantageously opened and optionally the electric machine is set to the higher charging voltage or to motor operation.
Die Unterbrechungsschalter können durch eine übergeordnete Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät, angesteuert werden. Das Steuergerät kann ebenfalls zur Ansteuerung der elektrischen Maschine eingerichtet sein. The breakers may be controlled by a higher level arithmetic unit, e.g. a control unit to be controlled. The control unit can also be set up to control the electrical machine.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. das zuvor erwähnte Steuergerät, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs und DVDs. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. An arithmetic unit according to the invention, e.g. the aforementioned control device is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention. The implementation of the method in the form of software is also advantageous, since this causes particularly low costs, in particular if an executing control device is still used for further tasks and therefore exists anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs and DVDs. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention. The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Figur 1 zeigt ein nicht-erfindungsgemäßes, zu verbesserndes Kraftfahrzeugbordnetz in schematischer Darstellung. Figure 1 shows a non-inventive, to be improved motor vehicle electrical system in a schematic representation.
Figur 2 zeigt ein Kraftfahrzeugbordnetz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. Figure 2 shows a motor vehicle electrical system according to an embodiment of the invention in a schematic representation.
Figur 3 zeigt ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines Ablaufplans. FIG. 3 shows a method according to an embodiment of the invention in the form of a flowchart.
Ausführungsform(en) der Erfindung Embodiment (s) of the invention
In Figur 2 ist ein Kraftfahrzeugbordnetz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Das Kraftfahrzeugbordnetz 100 weist wesentliche Komponenten des in der Beschreibungseinleitung erläuterten Kraftfahrzeugbordnetzes 1 10 gemäß Figur 1 auf. Auf eine wiederholte Erläuterung bereits behandelter Elemente wird verzichtet. FIG. 2 shows a motor vehicle electrical system according to an embodiment of the invention, designated overall by 100. The motor vehicle electrical system 100 has essential components of the described in the introduction of the description motor vehicle electrical system 1 10 according to FIG. A repeated explanation of already treated elements will be omitted.
Anstelle des Gleichspannungswandlers 16 des Kraftfahrzeugbordnetzes 1 10 weist das Kraftfahrzeugbordnetz 100 einen ansteuerbaren Unterbrechungsschalter 6 auf. Nach Maßgabe einer Ansteuerung, beispielsweise durch ein Steuergerät 7 über eine Leitung 10, kann der Unterbrechungsschalter 6 geöffnet und geschlossen werden. Das Steuergerät 7 ist weiterhin dazu eingerichtet, den Unterbrechungsschalter 5 über die Leitung 9 und die elektrische Maschine 1 über die Leitung 8 anzusteuern. Das Steuergerät 7 ist weiterhin dazu eingerichtet, die elektrische Maschine 1 in einen Motorbetrieb oder in einen Generatorbetrieb zu schalten sowie in dem Generatorbetrieb die Ausgangsspannung einzustellen oder einzuregeln. Der Unterbrechungsschalter 5 und der Unterbrechungsschalter 6 sind vorzugsweise als Halbleiterschalter, alternativ auch als Schalter mit Linearbetrieb oder in Form von Relais ausgeführt. Aus Sicherheitsgründen können die Unterbrechungsschalter 5, 6 auch redundant ausgeführt werden. Die Unterbrechungsschalter 5, 6 können auch eine Dioden- oder Sicherungsfunktion enthalten. Instead of the DC-DC converter 16 of the motor vehicle electrical system 1 10, the motor vehicle electrical system 100 has a controllable breaker switch 6. In accordance with a control, for example by a control unit 7 via a line 10, the breaker switch 6 can be opened and closed. The control unit 7 is further configured to control the interruption switch 5 via the line 9 and the electric machine 1 via the line 8. The control unit 7 is further adapted to switch the electric machine 1 in a motor operation or in a generator mode and to set or regulate the output voltage in the generator mode. The interruption switch 5 and the interruption switch 6 are preferably designed as a semiconductor switch, alternatively as a switch with linear operation or in the form of relays. For security reasons, the interrupt switches 5, 6 can also be designed redundantly. The breakers 5, 6 may also include a diode or fuse function.
Das Steuergerät 7 kann als separates Steuergerät ausgeführt sein. Eine Verteilung der räumlichen Zuordnung auch auf die elektrische Maschine 1 und/oder das Energiespeichergehäuse 1 1 ist möglich. The control unit 7 can be designed as a separate control unit. A distribution of the spatial allocation to the electric machine 1 and / or the energy storage housing 1 1 is possible.
Ein bevorzugter Betrieb des Kraftfahrzeugbordnetzes 100 wird nun unter Bezugnahme auf Figur 3 erläutert, in der ein Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Form eines Ablaufplans dargestellt und insgesamt mit 200 bezeichnet ist. A preferred operation of the vehicle electrical system 100 will now be explained with reference to FIG. 3, in which a method in accordance with a preferred embodiment of the invention is shown in the form of a flow chart and indicated generally at 200.
In einem Schritt 201 wird eine Klemmenspannung des Energiespeichers 3 geprüft. Insbesondere wird geprüft, ob die Klemmenspannung einen zweiten unteren Klemmenspannungsschwellwert überschreitet. Ist dies der Fall, wechselt das Verfahren in einen Schritt 202. Überschreitet jedoch die Klemmenspannung des zweiten Energiespeichers 3 den zweiten Klemmenspannungsschwellwert nicht, wird in einen ersten Betriebsmodus 203 gewechselt, der einem Aufladen des Energiespeichers 3 dient. Ein Energiespeicher eines 14 V-Bordnetzes ist üblicherweise als Blei-Akku mit einer Klemmenspannung von ca. 12,7 V im vollgeladenen Zustand bei Zimmertemperatur ausgebildet. Ein geeigneter zweiter Klemmenspannungsschwellwert liegt hier etwa bei 12,1 V bei Zimmertemperatur, was einem Ladestand von ca. 30% entspricht. In a step 201, a terminal voltage of the energy storage device 3 is checked. In particular, it is checked whether the terminal voltage exceeds a second lower terminal voltage threshold. If this is the case, the method changes to a step 202. However, if the terminal voltage of the second energy store 3 does not exceed the second terminal voltage threshold value, a change is made to a first operating mode 203 which serves to charge the energy store 3. An energy storage of a 14 V electrical system is usually designed as a lead-acid battery with a terminal voltage of about 12.7 V in the fully charged state at room temperature. A suitable second terminal voltage threshold is approximately 12.1 V at room temperature, which corresponds to a charge level of approximately 30%.
In dem ersten Betriebsmodus 203 werden zunächst der Unterbrechungsschalter 5 geöffnet, um einen Stromkreis zwischen der elektrischen Maschine und dem Energiespeicher 2 zu trennen, sowie anschließend die Ausgangsspannung U1 der elektrischen Maschine 1 auf die Höhe der Ladespannung des Energiespeichers 3 (zweite, niedrigere Ladespannung, z.B. 14 V) eingestellt. Anschließend wird der Unterbrechungsschalter 6 geschlossen, so dass ein Stromkreis zwi- sehen der elektrischen Maschine 1 und dem Energiespeicher 3 geschlossen wird und dieser geladen wird. Parallel dazu werden die Verbraucher 4 von der elektrischen Maschine 1 mit Leistung versorgt. In Schritt 202 wird überprüft, ob die Brennkraftmaschine 13 über überschüssige kinetische Energie Ekin verfügt. Ist dies der Fall, wird in einen Schritt 204 gewechselt. Ist dies hingegen nicht der Fall, wird in einen Schritt 205 gewechselt. Überschüssige kinetische Energie ist z.B. vorhanden, wenn eine Fahrbremse betätigt wird. In the first operating mode 203, the interruption switch 5 is first opened to disconnect a circuit between the electric machine and the energy storage 2, and then the output voltage U1 of the electric machine 1 to the height of the charging voltage of the energy storage 3 (second, lower charging voltage, eg 14V). Subsequently, the interruption switch 6 is closed, so that a circuit between see the electric machine 1 and the energy storage 3 is closed and this is loaded. In parallel, the consumers 4 are supplied by the electric machine 1 with power. In step 202 it is checked whether the internal combustion engine 13 has excess kinetic energy E kin . If this is the case, a change is made to a step 204. If this is not the case, however, a change is made to a step 205. Excess kinetic energy is present, for example, when a driving brake is applied.
In Schritt 204 wird geprüft, ob ein Aufladen des Energiespeichers 3 zweckmäßig ist. Dies kann beispielsweise, wie oben erläutert, anhand der Klemmenspannung (durch Vergleich mit einem dritten unteren Klemmenspannungsschwellwert, welcher sich vom zweiten unteren Klemmenspannungsschwellwert unterscheiden kann, aber nicht muss) und/oder anhand eines sog. Lademanagements erfolgen, welches in dem Steuergerät 7 als Softwarebestandteil implementiert ist. Dabei kann insbesondere geprüft werden, ob der Ladestand des zweiten Energiespeichers 3 einen zweiten Ladestandsschwellwert von z.B. 25% unterschritten hat. Wird festgestellt, dass ein Aufladen des Energiespeichers 3 zweckmäßig ist, wird in den Betriebsmodus 203 gewechselt. Ist dies nicht der Fall, wird in einen SchrittIn step 204 it is checked whether charging of the energy storage device 3 is expedient. This can be done, for example, as explained above, on the basis of the terminal voltage (by comparison with a third lower terminal voltage threshold, which may differ from the second lower terminal voltage threshold, but need not) and / or on the basis of a so-called. Lademanagements, which in the control unit 7 as a software component is implemented. In this case, it can be checked in particular whether the charge level of the second energy store 3 has a second charge level threshold value of e.g. 25% below. If it is determined that charging of the energy store 3 is expedient, the operation mode 203 is changed. If not, will be in one step
206 gewechselt. 206 changed.
In Schritt 205 wird eine Klemmenspannung des Energiespeichers 2 geprüft. Insbesondere wird geprüft, ob die Klemmenspannung einen ersten Klemmenspan- nungsschwellwert überschreitet. Ist dies nicht der Fall, wird in einen zweiten Betriebsmodus 207 gewechselt, der einem Aufladen des Energiespeichers 2 dient. Übersteigt jedoch die Klemmenspannung den ersten Klemmenspannungsschwellwert, wird zurück zu Schritt 201 gewechselt. Ein Energiespeicher eines 48 V-Bordnetzes ist beispielsweise als Blei-Akku mit einer Klemmenspannung im vollgeladenen Zustand von ca. 43,5 V oder als Superkondensatoranordnung mit einer Klemmenspannung im vollgeladenen Zustand von ca. 48 V, jeweils bei Zimmertemperatur, ausgebildet. Ein geeigneter erster Klemmenspannungsschwellwert für einen Blei-Akku liegt hier etwa bei 41 ,5 V bei Zimmertemperatur, was einem Ladestand von ca. 30% entspricht. Bei anderen Energiespeichern, wie z.B. Lithium-Ionen-Akkus gelten andere Klemmenspannungsschwellwerte. In step 205, a terminal voltage of the energy storage device 2 is checked. In particular, it is checked whether the terminal voltage exceeds a first terminal voltage threshold. If this is not the case, a change is made to a second operating mode 207, which serves to charge the energy store 2. However, if the terminal voltage exceeds the first terminal voltage threshold, it returns to step 201. An energy storage of a 48 V electrical system, for example, as a lead-acid battery with a terminal voltage in the fully charged state of about 43.5 V or as a supercapacitor with a terminal voltage in the fully charged state of about 48 V, each at room temperature formed. A suitable first terminal voltage threshold for a lead-acid battery is about 41, 5 V at room temperature, which corresponds to a charge of approx. 30%. Other energy storage devices, such as lithium-ion batteries, have different terminal voltage thresholds.
In Schritt 206 wird überprüft, ob ein Aufladen des Energiespeichers 2 sinnvoll ist. Dies kann beispielsweise, wie oben erläutert, anhand der KlemmenspannungIn step 206 it is checked whether charging the energy storage 2 makes sense. This can, for example, as explained above, based on the terminal voltage
(durch Vergleich mit einem vierten unteren Klemmenspannungsschwellwert, welcher sich vom ersten unteren Klemmenspannungsschwellwert unterscheiden kann, aber nicht muss) und/oder anhand eines sog. Lademanagements erfolgen, welches in dem Steuergerät 7 als Softwarebestandteil implementiert ist. Dabei kann insbesondere geprüft werden, ob der Ladestand des ersten Energiespeichers 2 einen ersten Ladestandsschwellwert von z.B. 25% unterschritten hat. Wird festgestellt, dass ein Aufladen des Energiespeichers 2 zweckmäßig ist, wird in den Betriebsmodus 207 gewechselt. Ist dies nicht der Fall, wird zurück zu Schritt 201 gewechselt. (By comparison with a fourth lower terminal voltage threshold, which may differ from the first lower terminal voltage threshold, but does not have to) and / or carried out using a so-called. Lademanagements, which is implemented in the control unit 7 as a software component. In this case, it can be checked in particular whether the charge level of the first energy store 2 has a first charge state threshold value of e.g. 25% below. If it is determined that charging of the energy storage 2 is expedient, the operation mode 207 is changed. If this is not the case, it is returned to step 201.
In dem zweiten Betriebsmodus 207 werden zunächst der Unterbrechungsschalter 6 geöffnet, um einen Stromkreis zwischen der elektrischen Maschine 1 und dem Energiespeicher 3 zu trennen, sowie anschließend die Ausgangsspannung U1 der elektrischen Maschine 1 auf die Höhe der Ladespannung des Energie- Speichers 2 (erste, höhere Ladespannung, z.B. 48 V) eingestellt. Anschließend wird der Unterbrechungsschalter 5 geschlossen, so dass ein Stromkreis zwischen der elektrischen Maschine 1 und dem Energiespeicher 2 geschlossen wird und dieser geladen wird. Die genannten Klemmenspannungsschwellwerte werden vorzugsweise temperaturabhängig vorgegeben. In the second operating mode 207, the breaker switch 6 is first opened to disconnect a circuit between the electrical machine 1 and the energy storage 3, and then the output voltage U1 of the electric machine 1 to the height of the charging voltage of the energy storage 2 (first, higher Charging voltage, eg 48 V). Subsequently, the interruption switch 5 is closed, so that a circuit between the electric machine 1 and the energy storage 2 is closed and this is loaded. The mentioned terminal voltage threshold values are preferably predetermined as a function of temperature.
In einem dritten Betriebsmodus (nicht dargestellt) wird in derselben Schalterstellung wie im zweiten Betriebsmodus die elektrische Maschine 1 motorisch betrie- ben, wobei sie von dem Energiespeicher 2 versorgt wird. Dies dient zur Unterstützung und/oder zum Starten der Brennkraftmaschine 13. In a third operating mode (not shown), in the same switch position as in the second operating mode, the electric machine 1 is operated by a motor, wherein it is supplied by the energy store 2. This serves to support and / or start the internal combustion engine 13.
In einem vierten Betriebsmodus (nicht dargestellt) wird in derselben Schalterstellung wie im ersten Betriebsmodus die elektrische Maschine 1 motorisch betrie- ben, wobei sie von dem Energiespeicher 3 versorgt wird. Dies dient vornehm zum Starten der Brennkraftmaschine 13. In a fourth operating mode (not shown), in the same switch position as in the first operating mode, the electric machine 1 is operated by a motor. ben, where it is supplied by the energy storage 3. This serves nobly for starting the internal combustion engine 13.
In keinem der Betriebsmodi ist ein geschlossener Stromkreis zwischen den Energiespeichern zweckmäßig oder gar notwendig. In none of the operating modes is a closed circuit between the energy storage appropriate or even necessary.

Claims

Ansprüche claims
1 . Kraftfahrzeugbordnetz (100) mit 1 . Motor vehicle electrical system (100) with
einem ersten Energiespeicher (2) mit einer ersten, höheren Ladespannung (U2),  a first energy store (2) having a first, higher charging voltage (U2),
einem zweiten Energiespeicher (3) mit einer zweiten, niedrigen Ladespannung (U3),  a second energy store (3) with a second, low charging voltage (U3),
einer elektrischen Maschine (1 ), die generatorisch betreibbar ist und deren Ausgangsspannung (U 1 ) zumindest auf die erste, höhere Ladespannung (U2) sowie die zweite, niedrigere Ladespannung (U3) einstellbar ist, einem ersten ansteuerbaren Unterbrechungsschalter (5) zwischen der elektrischen Maschine (1 ) und dem ersten Energiespeicher (2),  an electric machine (1) which is operable as a generator and whose output voltage (U 1) at least on the first, higher charging voltage (U2) and the second, lower charging voltage (U3) is adjustable, a first controllable interruption switch (5) between the electric Machine (1) and the first energy store (2),
einem zweiten ansteuerbaren Unterbrechungsschalter (6) zwischen der elektrischen Maschine (1 ) und dem zweiten Energiespeicher (3), wobei das Kraftfahrzeugbordnetz (100) keinen Gleichspannungswandler zwischen dem ersten Energiespeicher (2) und dem zweiten Energiespeicher (3) aufweist.  a second controllable breaker switch (6) between the electric machine (1) and the second energy store (3), wherein the motor vehicle electrical system (100) has no DC-DC converter between the first energy store (2) and the second energy store (3).
2. Kraftfahrzeugbordnetz (100) nach Anspruch 1 , wobei die elektrische Maschine (1 ) als Startergenerator ausgebildet ist, welcher auch motorisch betreibbar ist. 2. motor vehicle electrical system (100) according to claim 1, wherein the electric machine (1) is designed as a starter generator, which is also operable by a motor.
3. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugbordnetzes (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektrische Maschine (1 ) und die Unterbrechungsschalter (5, 6) in Abhängigkeit von Betriebssituationen angesteuert werden. 3. A method for operating a motor vehicle electrical system (100) according to claim 1 or 2, wherein the electric machine (1) and the interruption switches (5, 6) are driven in response to operating situations.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei in einem ersten Betriebsmodus der erste ansteuerbare Unterbrechungsschalter (5) geöffnet wird, die Ausgangsspannung (U1 ) der elektrischen Maschine (1 ) auf die zweite, niedrigere Lade- Spannung (U3) eingestellt wird und der zweite ansteuerbare Unterbrechungsschalter (6) geschlossen wird. 4. The method of claim 3, wherein in a first operating mode, the first controllable breaker switch (5) is opened, the output voltage (U1) of the electric machine (1) to the second, lower charging Voltage (U3) is set and the second controllable breaker switch (6) is closed.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei in den ersten Betriebsmodus geschaltet wird, wenn eine Klemmenspannung des zweiten Energiespeichers (3) unter einen zweiten Klemmenspannungsschwellwert sinkt und/oder wenn ein Ladestand des zweiten Energiespeichers (3) unter einen zweiten The method of claim 4, wherein in the first operating mode is switched when a terminal voltage of the second energy storage (3) falls below a second terminal voltage threshold and / or if a state of charge of the second energy storage (3) below a second
Ladestandsschwellwert sinkt. Charge level threshold drops.
Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei in einem zweiten Betriebsmodus der zweite ansteuerbare Unterbrechungsschalter (6) geöffnet wird, die Ausgangsspannung (U1 ) der elektrischen Maschine (1 ) auf die erste, höhere Ladespannung (U3) eingestellt wird und der erste ansteuerbare Unterbrechungsschalter (5) geschlossen wird. The method of claim 3, 4 or 5, wherein in a second operating mode, the second controllable breaker switch (6) is opened, the output voltage (U1) of the electric machine (1) is set to the first, higher charging voltage (U3) and the first controllable Breaker switch (5) is closed.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei in den zweiten Betriebsmodus geschaltet wird, wenn eine Klemmenspannung des ersten Energiespeichers (2) unter einen ersten Klemmenspannungsschwellwert sinkt und/oder wenn ein Ladestand des ersten Energiespeichers (2) unter einen ersten The method of claim 6, wherein in the second operating mode is switched when a terminal voltage of the first energy storage (2) falls below a first terminal voltage threshold and / or if a state of charge of the first energy storage (2) below a first
Ladestandsschwellwert sinkt. Charge level threshold drops.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei in einem Kraftfahrzeugbordnetz (100) nach Anspruch 2 in einem dritten Betriebsmodus der zweite ansteuerbare Unterbrechungsschalter (6) geöffnet wird, die elektrische Maschine (1 ) in einen Motorbetrieb geschaltet wird und der erste ansteuerbare Unterbrechungsschalter (5) geschlossen wird. Method according to one of claims 3 to 7, wherein in a motor vehicle electrical system (100) according to claim 2 in a third operating mode, the second controllable breaker switch (6) is opened, the electric machine (1) is switched to a motor operation and the first controllable breaker switch (100). 5) is closed.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei in einem Kraftfahrzeugbordnetz (100) nach Anspruch 2 in einem vierten Betriebsmodus der erste ansteuerbare Unterbrechungsschalter (5) geöffnet wird, die elektrische Maschine (1 ) in einen Motorbetrieb geschaltet wird und der zweite ansteuerbare Unterbrechungsschalter (6) geschlossen wird. Method according to one of claims 3 to 8, wherein in a motor vehicle electrical system (100) according to claim 2 in a fourth operating mode, the first controllable breaker switch (5) is opened, the electric machine (1) is switched to a motor operation and the second controllable breaker switch ( 6) is closed.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei in den dritten bzw. vierten Betriebsmodus geschaltet wird, wenn eine Brennkraftmaschine (13) von der elektrischen Maschine (1 ) angetrieben werden soll. 10. The method of claim 8 or 9, wherein in the third and fourth operating mode is switched when an internal combustion engine (13) is to be driven by the electric machine (1).
1 1 . Recheneinheit (7), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen. 1 1. Arithmetic unit (7), which is adapted to perform a method according to any one of the preceding claims.
12. Kraftfahrzeugbordnetz (100) nach Anspruch 1 oder 2, das eine Recheneinheit (7) nach Anspruch 1 1 aufweist. 12. motor vehicle electrical system (100) according to claim 1 or 2, comprising a computing unit (7) according to claim 1 1.
13. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die eine Recheneinheit veranlassen, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche durchzuführen, wenn sie auf der Recheneinheit, insbesondere nach Anspruch 10ausgeführt werden. 13. Computer program with program code means which cause a computer unit to perform a method according to one of the preceding method claims when they are executed on the arithmetic unit, in particular according to claim 10.
14. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm, welches Programmcodemittel aufweist, die eine Recheneinheit veranlassen, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche durchzuführen, wenn sie auf der Recheneinheit ausgeführt werden. 14. A machine-readable storage medium having a computer program stored thereon and comprising program code means which cause a computation unit to perform a method according to one of the preceding method claims when executed on the computation unit.
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