WO2014154816A2 - Fahrzeugbordnetz - Google Patents

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WO2014154816A2
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Hartmut PRÖBSTLE
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a vehicle with an electrical on-board network, which comprises a first sub-board network with a first energy store of a first rated voltage position, a second sub-board network with a second energy store of a second rated voltage position and a DC-DC adjuster between the two sub-board networks.
  • vehicles with an electrified powertrain usually have a plurality of electrical energy storage in Sectionbordnetzen different voltage levels.
  • DC-DC adjuster produces electrical coupling between the sub-board networks. This goes e.g. from document WO / 2011/009673 A1.
  • Partial subnetwork includes describing.
  • the first energy store comprises a housing which has at least one first tap for the first rated voltage position, via which the first DC-DC adjuster is electrically powered, and which has at least one second tap for the second nominal voltage position, via which the second energy store electrically can be fed, wherein the at least first tap and the at least second tap are galvanically isolated, the housing includes a voltage conversion unit, and by the voltage conversion unit electrical voltage of the first nominal voltage position to substantially electrical voltage of the second nominal voltage position is convertible.
  • the vehicle has a high-voltage storage, which is an electrochemical
  • High-voltage battery as an essential component includes, as the first energy storage. Of the High-voltage storage is characterized by an outwardly closing this housing with at least two externally accessible taps.
  • the housing includes at least one contactor contact through which a first contactor position is receivable and a second contactor position is ingestible, at the first contactor position of the at least first tap is energized, in the second contactor position on the at least first tap an electrical Voltage drops, by the voltage conversion unit at the first contact position via the at least second tap an electrical voltage can be applied, and by the
  • the voltage conversion unit has a permanent electrical connection with the high-voltage battery within the housing of the high-voltage accumulator, regardless of a switching position of the contactor contacts.
  • the second sub-electrical system comprises electrical consumers of the second nominal voltage position and it is the electrical power
  • the voltage conversion unit thus converts electrical power from the voltage level of the high-voltage battery into electrical power of the voltage level of the second energy store and makes it available at the second tap.
  • the second energy store is expediently designed as a power-optimized energy store, i. has a high
  • a supercapacitor unit is also considered, which thus has the second tap of the
  • the voltage conversion unit may set in electrochemical overpotential at the supercapacitor unit to charge it. This means that the set voltage exceeds the second nominal voltage position by this overpotential. In this frame, the voltage conversion unit sets the voltage "substantially" to the second rated voltage position.
  • the second tap is assigned a comparator circuit, a turn-on signal can be transmitted to the voltage conversion unit by the comparator circuit, and a turn-off signal can be transmitted by the comparator circuit to the voltage conversion unit.
  • the comparator circuit is a first switching voltage value and a second one
  • the comparator circuit is at a falling over the second tap voltage, which falls below the first switching voltage value, the switch-on and at a falling over the second tap voltage, which is the second
  • Switching voltage value exceeds the switch-off signal transmittable.
  • the voltage conversion unit can thus be switched on and off in accordance with a voltage hysteresis applied to the second tap.
  • the first nominal voltage position is in a voltage range of 12 volts to 600 volts and the second nominal voltage position in a voltage range of 12 volts to 60 volts. Furthermore, it is expedient if the voltage conversion unit a
  • the stationary operation of the vehicle is a driving operation and a resting state of
  • Distinguish vehicle In contrast to the stationary operation, driving dynamics maneuvers are carried out while driving the vehicle. This means that a charging operation of the vehicle, in which the high-voltage storage is charged, for example, wired to a charging station, a subset of the stand operation. In ferry mode and stationary operation, the vehicle is operationally active. To distinguish this is the resting state of the vehicle in which the vehicle is inoperative.
  • the invention is based on the following considerations: There are vehicles that have multiple energy storage such as plug-in
  • Hybrid vehicles PHEV
  • hybrid vehicles HEV
  • electric vehicles BEV
  • vehicles with an engine start-stop function All of these vehicles have a quiescent power requirement in the idle state, which usually burden the energy storage.
  • an increased quiescent current and standby power requirement is generated by the charging of a high-voltage accumulator. This usually requires a stationary or cyclic recharging of a low-voltage battery by a central DC / DC converter in an inefficient partial load operation thereof.
  • the quiescent power requirement of the vehicles leads to a strong discharge of a central 12 volt lead-acid battery, which is obviously used as a low-voltage battery and is thus partially discharged after a stand or rest phase and thus ages prematurely. Consequently, this lead-acid battery must be appropriately designed for premature aging and dimensioned with high capacity.
  • electrified vehicles recharging the lead-acid battery takes place in the state or
  • the lead-acid battery in the idle state of the vehicle, in standby mode and during the charging phases, the lead-acid battery is not discharged and consequently can be designed low-capacitance, ie it can be used as a smaller lead-acid battery without the tap.
  • a lithium battery or a supercapacitor can be used.
  • the DC / DC converter is not needed to recharge the 12 volt lead-acid battery and the power loss is avoided.
  • the probability of failure of the low-voltage battery is effectively reduced.
  • the low-voltage tap is realized by a voltage conversion unit.
  • the integration of the voltage conversion unit is advantageously carried out within the housing of the high-voltage memory in order to avoid expensive high-voltage cabling outside of the memory.
  • the input-side connection of the voltage conversion unit to the high-voltage storage is circuit-technically independent of the switching position of a high-voltage contactor or high-voltage contactors at the potential of a high-voltage battery of the high-voltage memory, i. within the poles of the high-voltage battery.
  • the high-voltage contactor or the high-voltage contactor is usually open in stand-by mode and in the idle state.
  • FIG. 1 shows a schematic detail of a vehicle electrical system
  • Fig. 2 comparator circuit for switching a voltage conversion unit
  • Fig. 1 shows a schematic section of a vehicle electrical system. It comprises a high-voltage accumulator (1) with a housing that closes off to the outside. To the
  • Housing are a first tap (5, U_h) and a second tap (6, U_n).
  • a DC-DC adjuster (2) also referred to as DC / DC converter, connected.
  • a low-voltage vehicle electrical system with a low-voltage storage (3) and electrical consumers (9).
  • the low-voltage storage is a power-optimized electrical energy storage and designed according to this embodiment, for example as a supercapacitor unit with a nominal voltage of 14 volts.
  • the low-voltage memory is connected to the second tap of the
  • High-voltage accumulator electrically connected. Inside the housing of the high-voltage accumulator are a high-voltage battery (4), eg a lithium-ion battery with a rated voltage of 380 volts, and two contactor contacts (7a, 7b). The contactor contacts can assume two contactor positions, "open” and "closed”.
  • a high-voltage battery (4) eg a lithium-ion battery with a rated voltage of 380 volts
  • the contactor contacts can assume two contactor positions, "open” and "closed”.
  • the poles of the high voltage battery are electrically isolated from the first tap, i. without a conductive connection to the poles of the battery.
  • the contactor contacts are closed (not shown in FIG. 1), the poles of the high-voltage battery are electrically connected to the first tap of the high-voltage accumulator.
  • Voltage conversion unit via an electrical output, which is permanently connected to the second tap electrically.
  • the voltage conversion unit can supply electrical power unidirectionally from the
  • the charging current is referred to as l_comp.
  • Fig. 2 shows a comparator circuit which turns on and off the voltage conversion unit according to a voltage hysteresis.
  • the comparator circuit has an input (10) and an output (11).
  • the input is electrically parallel to the tap (6), i. between the input (10) and ground is the potential U_n.
  • the output (11) is essentially formed by the output of an operational amplifier (14) and fed to an ASIC of the voltage conversion unit. If a voltage signal is present at the output of the operational amplifier, the ASIC activates the
  • the operational amplifier compares the voltage at the input (11) with a voltage of a reference voltage source (13), which can be formed by a Zener diode with a resistor. The sizing of the resistors of
  • Comparator circuit in relation to the Zener diode means activation of the Voltage conversion unit if the voltage at the input (10) is below a first threshold voltage and the deactivation if the voltage at the input (10) is above a second threshold voltage.
  • the first voltage threshold with about 13 volts and the second voltage threshold with about 14.4 volts selected.
  • the comparator circuit and / or the ASIC may be replaced by an alternative embodiment 210 by a microcontroller associated with the voltage conversion unit
  • the microcontroller can integrate the function of the comparator circuit and the ASIC.
  • the threshold circuit thus acts as a hysteresis, since the
  • the low-voltage memory (3) can be cyclically recharged 220 in a resting state of the vehicle. In this way, an occurring during the resting state of the vehicle
  • Supercapacitor unit according to another embodiment e.g. also a lithium-ion battery 225 into consideration.
  • 235 l_comp then serves to supply these components directly.
  • consumers can the rated voltage position of the memory (3) as
  • Light modules for functions such as hazard lights, parking lights or parking lights or
  • An advantage of the architecture shown in Fig. 1 is that the voltage conversion unit is interpretable to be in an energetically optimal, i. energy-efficient, operating state is operated when the comparator circuit the

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Abstract

Fahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, welches ein erstes Teilbordnetz mit einem ersten Energiespeicher einer ersten Nennspannungslage, ein zweites Teilbordnetz mit einem zweiten Energiespeicher einer zweiten Nennspannungslage und einen Gleichstrom-Gleichstrom-Steller zwischen den beiden Teilbordnetzen umfasst, so, dass der erste Energiespeicher ein Gehäuse umfasst, das Gehäuse zumindest einen ersten Abgriff für die erste Nennspannungslage aufweist, über welchen der erste Gleichstrom-Gleichstrom-Steller elektrisch speisbar ist, das Gehäuse zumindest einen zweiten Abgriff für die zweite Nennspannungslage aufweist, über welchen der zweite Energiespeicher elektrisch speisbar ist, der zumindest erste Abgriff und der zumindest zweite Abgriff galvanisch getrennt sind, das Gehäuse eine Spannungswandlungseinheit beinhaltet, und durch die Spannungswandlungseinheit elektrische Spannung der ersten Nennspannungslage zu elektrischer Spannung der zweiten Nennspannungslage wandelbar ist.

Description

Fahrzeugbordnetz
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, welches ein erstes Teilbordnetz mit einem ersten Energiespeicher einer ersten Nennspannungslage, ein zweites Teilbordnetz mit einem zweiten Energiespeicher einer zweiten Nennspannungslage und einen Gleichstrom-Gleichstrom-Steller zwischen den beiden Teilbordnetzen umfasst.
Insbesondere Fahrzeuge mit einem elektrifizierten Antriebsstrang verfügen meist über mehrere elektrische Energiespeicher in Teilbordnetzen verschiedener Spannungslagen. Ein
Gleichstrom-Gleichstrom-Steller stellt eine elektrische Kopplung zwischen den Teilbordnetzen her. Dies geht z.B. aus der Schrift WO/2011/009673 A1 hervor.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, welches ein erstes Teilbordnetz mit einem ersten Energiespeicher einer ersten
Nennspannungslage, ein zweites Teilbordnetz mit einem zweiten Energiespeicher einer zweiten Nennspannungslage und einen Gleichstrom-Gleichstrom-Steller zwischen den beiden
Teilbordnetzen umfasst, zu beschreiben.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß umfasst der erste Energiespeicher ein Gehäuse, das zumindest einen ersten Abgriff für die erste Nennspannungslage aufweist, über welchen der erste Gleichstrom- Gleichstrom-Steller elektrisch speisbar ist, und das zumindest einen zweiten Abgriff für die zweite Nennspannungslage aufweist, über welchen der zweite Energiespeicher elektrisch speisbar ist, wobei der zumindest erste Abgriff und der zumindest zweite Abgriff galvanisch getrennt sind, das Gehäuse eine Spannungswandlungseinheit beinhaltet, und durch die Spannungswandlungseinheit elektrische Spannung der ersten Nennspannungslage zu im Wesentlichen elektrischer Spannung der zweiten Nennspannungslage wandelbar ist.
Beispielsweise hat das Fahrzeug einen Hochvoltspeicher, der eine elektrochemische
Hochvoltbatterie als wesentliches Bauteil umfasst, als ersten Energiespeicher. Der Hochvoltspeicher ist durch ein nach außen diesen abschließendes Gehäuse mit zumindest zwei von außen zugänglichen Abgriffen gekennzeichnet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse zumindest einen Schützkontakt beinhaltet, durch welche eine erste Schützposition einnehmbar ist und eine zweite Schützposition einnehmbar ist, bei der ersten Schützposition der zumindest erste Abgriff spannungslos schaltbar ist, bei der zweiten Schützposition über den zumindest ersten Abgriff eine elektrische Spannung abfällt, durch die Spannungswandlungseinheit bei der ersten Schützposition über den zumindest zweiten Abgriff eine elektrische Spannung anlegbar ist, und durch die
Spannungswandlungseinheit bei der zweiten Schützposition über den zumindest zweiten Abgriff eine elektrische Spannung anlegbar ist.
Dies bedeutet, dass die Spannungswandlungseinheit unabhängig von einer Schaltstellung der Schützkontakte eine permanente elektrische Verbindung mit der Hochvoltbatterie innerhalb des Gehäuses des Hochvoltspeichers aufweist. Im Gegensatz ist die elektrische Verbindung zwischen der Hochvoltbatterie und dem ersten Abgriff durch den zumindest einen
Schützkontakt schaltbar.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das zweite Teilbordnetz elektrische Verbraucher der zweiten Nennspannungslage und es sind die elektrischen
Verbraucher über den zweiten Abgriff elektrisch speisbar.
Die Spannungswandlungseinheit wandelt also elektrische Leistung der Spannungslage der Hochvoltbatterie in elektrische Leistung der Spannungslage des zweiten Energiespeichers und stellt diese am zweiten Abgriff bereit. Der zweite Energiespeicher ist zweckmäßig als ein leistungsoptimierter Energiespeicher ausgeführt, d.h. verfügt über eine hohe
Ladungsaufnahmefähigkeit. Beispielsweise kommt hier neben einem Sekundärspeicher auch eine Superkondensatoreinheit in Betracht, die somit über den zweiten Abgriff von dem
Hochvoltspeicher geladen werden kann. Zum Laden kann von der Spannungswandlungseinheit in elektrochemisches Überpotential am der Superkondensatoreinheit eingestellt werden, um diese zu laden. Dies bedeutet, dass die gestellte Spannung die zweite Nennspannungslage um dieses Überpotential übersteigt. In diesem Rahmen stellt die Spannungswandlungeinheit die Spannung„im Wesentlichen" auf die zweite Nennspannungslage. Außerdem ist es zweckmäßig, wenn dem zweiten Abgriff eine Komparatorschaltung zugeordnet ist, durch die Komparatorschaltung an die Spannungswandlungseinheit ein Einschaltsignal übermittelbar ist, und durch die Komparatorschaltung an die Spannungswandlungseinheit ein Ausschaltsignal übermittelbar ist.
Der Komparatorschaltung ist ein erster Schaltspannungswert und ein zweiter
Schaltspannungswert zugeordnet, so dass durch die Komparatorschaltung eine über dem zweiten Abgriff abfallende Spannung mit dem ersten Schaltspannungswert und mit dem zweiten Schaltspannungswert vergleichbar ist.
Durch die Komparatorschaltung ist bei einer über dem zweiten Abgriff abfallenden Spannung, welche den ersten Schaltspannungswert unterschreitet, das Einschaltsignal übermittelbar und bei einer über dem zweiten Abgriff abfallenden Spannung, welche den zweiten
Schaltspannungswert überschreitet, das Ausschaltsignal übermittelbar.
Durch die Komparatorschaltung kann die Spannungswandlungseinheit also gemäß einer am zweiten Abgriff anliegenden Spannungshysterese ein- und ausgeschaltet werden.
Bevorzugt liegt die erste Nennspannungslage in einem Spannungsbereich von 12 Volt bis 600 Volt und die zweite Nennspannungslage in einem Spannungsbereich von 12 Volt bis 60 Volt. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Spannungswandlungseinheit eine
Nennausgangsleistung aufweist, und die Nennausgangsleistung im Wesentlichen einem typischen Leistungsbedarf des zweiten Teilbordnetzes in einem Standbetrieb des Fahrzeugs entspricht. Der Standbetrieb des Fahrzeugs ist von einem Fahrbetrieb und einem Ruhezustand des
Fahrzeugs zu unterscheiden. Im Gegensatz zum Standbetrieb werden beim Fahrbetrieb des Fahrzeugs fahrdynamische Manöver ausgeführt. Dies bedeutet, dass ein Ladebetrieb des Fahrzeugs, in welchem der Hochvoltspeicher z.B. an einer Ladestation kabelgebunden geladen wird, einen Unterfall des Standbetriebs darstellt. Im Fährbetrieb und Standbetrieb ist das Fahrzeug betriebstechnisch aktiv. Davon zu unterscheiden ist der Ruhezustand des Fahrzeugs, in welchem das Fahrzeug betriebslos ist. Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen: Es gibt Fahrzeuge, die über mehrere Energiespeicher verfügen wie zum Beispiel Plug-in
Hybridfahrzeugen (PHEV), Hybridfahrzeuge (HEV), Elektrofahrzeuge (BEV) und Fahrzeuge mit einer Motor-Start-Stopp-Funktion. Sämtliche dieser Fahrzeuge weisen einen Ruhestrombedarf im betriebsfreien Zustand auf, der in der Regel die Energiespeicher belasten. Ferner wird bei Fahrzeugen mit einem elektrifizierten Antriebsstrang ein erhöhter Ruhestrom- und Standstrombedarf durch das Laden eines Hochvoltspeichers erzeugt. Dies erfordert üblicherweise ein stationäres oder zyklisches Nachladen einer Niedervoltbatterie durch einen zentralen DC/DC-Wandler in einem ineffizienten Teillastbetrieb desselben. Der Ruhestrombedarf der Fahrzeuge führt zu einer starken Entladung einer zentralen 12 Volt- Bleibatterie, die naheliegend als Niedervoltbatterie eingesetzt wird und die dadurch nach einer Stand- bzw. Ruhephase teilentladen ist und somit vorzeitig altert. Folglich ist diese Bleibatterie der vorzeitigen Alterung entsprechend auszulegen und mit hoher Kapazität zu dimensionieren. Bei elektrifizierten Fahrzeugen erfolgt das Nachladen der Bleibatterie in den Stand- bzw.
Ruhephasen in der Regel durch den DC/DC-Wandler, der bei den in diesem Betrieb zu liefernden Strömen im Bereich « 10 Ampere üblicherweise einen sehr schlechten
Wirkungsgrad (i.e. « 75 %) aufweist und demnach hohe elektrische Verluste verursacht. Dies wirkt sich negativ auf die Ladeeffizienz und damit auch auf die Energie- und Schadstoffbilanz des Fahrzeugs aus.
Es wird vorgeschlagen durch einen extra angebrachten, hocheffizienten Niedervoltabgriff an dem Hochvoltspeicher eine energieeffizienzoptimierte Versorgung des Ruhe- und Standstroms in dem Bordnetz der Niedervoltbatterie zu gewährleisten. Diese wird zum Nachladen der Niedervoltbatterie und zur Versorgung der aktiven Logik von Steuergeräten des Fahrzeugs genutzt.
Dies hat zur Folge, dass im Ruhezustand des Fahrzeugs, im Standbetrieb und während der Ladephasen die Bleibatterie nicht entladen wird und folglich kapazitätsschwach ausgelegt werden kann, d.h. es kann eine kleinere Bleibatterie wie ohne den Abgriff genutzt werden. Alternativ kann eine Lithiumbatterie oder ein Superkondensator genutzt werden. Der DC/DC Wandler wird zum Nachladen der 12 Volt-Bleibatterie nicht benötigt und die Verlustleistung wird vermieden. Somit kommt es zu einem gesteigerten elektrischen Wirkungsgrad des Fahrzeugs und zu einer verbesserten Schadstoffbilanz infolge einer Gewichteinsparung und einer verbesserten Energieeffizienz. Ferner ist die Ausfallwahrscheinlichkeit der Niedervoltbatterie wirksam gemindert.
Der Niedervoltabgriff wird durch eine Spannungswandlungseinheit realisiert. Die Integration der Spannungswandlungseinheit erfolgt vorteilhaft innerhalb des Gehäuses des Hochvoltspeichers, um aufwendige Hochvolt-Verkabelungen außerhalb des Speichers zu vermeiden. Der eingangsseitige Anschluss der Spannungswandlungseinheit an dem Hochvoltspeicher liegt schaltungstechnisch unabhängig von der Schaltposition eines Hochvoltschützes oder von Hochvoltschützen am Potential einer Hochvoltbatterie des Hochvoltspeichers, d.h. innerhalb der Pole der Hochvoltbatterie. Die Hochvoltschütze oder das Hochvoltschütz ist im Standbetrieb und im Ruhezustand in der Regel geöffnet.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigen schematisch Fig. 1 Schematischer Ausschnitt aus einem Fahrzeugbordnetz
Fig. 2 Komparatorschaltung zum Schalten einer Spannungswandlungseinheit
Fig. 1 zeigt einen schematischen Ausschnitt aus einem Fahrzeugbordnetz. Es umfasst einen Hochvoltspeicher (1) mit einem diesen nach außen abschließenden Gehäuse. An dem
Gehäuse befinden sich ein erster Abgriff (5, U_h) und ein zweiter Abgriff (6, U_n). An den ersten Abgriff ist ein Gleichstrom-Gleichstrom-Steller (2), auch als DC/DC-Wandler bezeichnet, angeschlossen. Ausgangsseitig des DC/DC-Wandlers befindet sich ein Niedervoltbordnetz des Fahrzeugs mit einem Niedervoltspeicher (3) und elektrischen Verbrauchern (9).
Der Niedervoltspeicher ist ein leistungsoptimierter elektrischer Energiespeicher und gemäß diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft als Superkondensatoreinheit mit einer Nennspannung von 14 Volt ausgeführt. Der Niedervoltspeicher ist mit dem zweiten Abgriff des
Hochvoltspeichers elektrisch verbunden. im Gehäuseinneren des Hochvoltspeichers befinden sich eine Hochvoltbatterie (4), z.B. eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer Nennspannung von 380 Volt, und zwei Schützkontakte (7a, 7b). Die Schützkontakte können zwei Schützpositionen einnehmen,„geöffnet" und„geschlossen".
175 Bei geöffneten Schützkontakten (wie in Fig. 1 dargestellt) ist sind die Pole der Hochvoltbatterie vom ersten Abgriff elektrisch getrennt, d.h. ohne eine leitende Verbindung zu den Polen der Batterie. Bei geschlossenen Schützkontakten (nicht wie in Fig. 1 dargestellt) sind die Pole der Hochvoltbatterie mit dem ersten Abgriff des Hochvoltspeichers elektrisch verbunden.
180 Im Gehäuseinneren befindet sich auch eine Spannungswandlungseinheit (8). Diese ist
permanent mit den Polen der Hochvoltbatterie elektrisch verbunden und wird von der
Hochvoltbatterie elektrisch gespeist. Neben diesem elektrischen Eingang verfügt die
Spannungswandlungseinheit auch über einen elektrischen Ausgang, der permanent mit dem zweiten Abgriff elektrisch verbunden ist.
185
Die Spannungswandlungseinheit kann elektrische Leistung unidirektional von der
Nennspannungslage der Hochvoltbatterie zu einer Spannungslage wandeln, welche zu einem elektrochemischen Überpotential an der Niedervoltbatterie führt, um diese laden zu können (beispielsweise 14,4 Volt). Der Ladestrom wird als l_comp bezeichnet.
190
Fig. 2 zeigt eine Komparatorschaltung, die die Spannungswandlungseinheit gemäß einer Spannungshysterese ein- und ausschaltet. Die Komparatorschaltung hat einen Eingang (10) und einen Ausgang (11). Der Eingang ist elektrisch parallel zum Abgriff (6), d.h. zwischen dem Eingang (10) und Masse liegt das Potential U_n.
195
Der Ausgang (11) wird im Wesentlichen durch den Ausgang eines Operationsverstärkers (14) gebildet und zu einem ASIC der Spannungswandlungseinheit geführt. Falls am Ausgang des Operationsverstärkers ein Spannungssignal anliegt, aktiviert der ASIC die
Spannungswandlungseinheit. Ist der Ausgang (11) spannungslos, deaktiviert der ASIC die 200 Spannungswandlungseinheit. Der Operationsverstärker vergleicht die Spannung am Eingang (11) mit einer Spannung einer Referenzspannungsquelle (13), die durch eine Zener-Diode mit einem Widerstand gebildet werden kann. Die Dimensionierung der Widerstände der
Komparatorschaltung in Relation zur Zener-Diode bedeutet die Aktivierung der Spannungswandlungseinheit, falls die Spannung am Eingang (10) unterhalb einer ersten 205 Spannungsschwelle ist, und die Deaktivierung, falls die Spannung am Eingang (10) oberhalb einer zweiten Spannungsschwelle ist. Hier ist die erste Spannungsschwelle mit ca. 13 Volt und die zweite Spannungsschwelle mit ca. 14,4 Volt gewählt.
Die Komparatorschaltung und/oder der ASIC können nach einer alternativen Ausführungsform 210 durch einen Microcontroller, der der Spannungswandlungseinheit zugeordnet ist, ersetzt
werden. Der Microcontroller kann die Funktion der Komparatorschaltung und des ASIC integrieren.
Die Schwellwertschaltung fungiert also als Hystereseschaltung, da die
215 Spannungswandlungseinheit bei einem Spannungsabfall an der Niedervoltbatterie unterhalb von 13 Volt zu einem Ladestrom, d.h. zu einem Nachladen der Niedervoltbatterie, führt, der bei einer Spannung von 14,4 Volt, d.h. wenn die Niedervoltbatterie keinen Strom aufnimmt und die Spannungswandlungseinheit ausgangsseitig 14,4 Volt aufrecht erhält, deaktiviert wird. Somit kann der Niedervoltspeicher (3) in einem Ruhezustand des Fahrzeugs zyklisch nachgeladen 220 werden. Auf diese Weise wird ein während des Ruhezustand des Fahrzeugs auftretender
Ruhestrom wirkungsvoll kompensiert. Dabei ist vorausgesetzt, dass es sich bei dem
Niedervoltspeicher um einen Speicher mit einer hohen Stromaufnahme, d.h. um einen leistungsoptimierten Speicher, handelt. Es kommt neben der beispielhaft genannten
Superkondensatoreinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform z.B. auch eine Lithium-Ionen- 225 Batterie in Betracht.
Neben einem Nachladen der Niedervoltbatterie im Ruhezustand des Fahrzeugs, d.h. wenn das Fahrzeug betriebslos gestellt ist (z.B. Abstellen in einer Garage), kann über die
Spannungswandlungseinheit auch ein Verbraucher (9), der der Niedervoltbatterie parallel
230 geschaltet ist, mit elektrischer Leistung versorgt werden während das Fahrzeug geladen wird oder sich im Standbetrieb befindet (z.B. Radiohören im Stand ohne eine Traktionsanforderung). So können während des Ladebetriebs der Hochvoltbatterie, ohne Aktivierung des Gleichstrom- Gleichstrom-Stellers Verbraucher der Nennspannungslage des Speichers (3) wie Steuergeräte zur Steuerung des Ladens, Wasserpumpen zur Kühlung versorgt werden. Der Ladestrom
235 l_comp dient dann zur direkten Versorgung dieser Komponenten. Im Standbetrieb können Verbraucher der Nennspannungslage des Speichers (3) wie
Lichtmodule für Funktionen wie Warnblinken, Standlicht oder Parklicht oder
Entertainmentkomponenten wie Radio oder Musikwiedergabegeräte versorgt werden.
240
Vorteilhaft an der in Fig. 1 gezeigten Architektur ist, dass die Spannungswandlungseinheit derart auslegbar ist, dass sie in einem energetisch optimalen, d.h. energieeffizienten, Betriebszustand betrieben wird, wenn die Komparatorschaltung die
Spannungswandlungseinheit aktiviert.
245
Die Ruhestromkompensation sowie die beispielhaften genannten Verbraucher der
Nennspannungslage des Speichers (3) ermöglichen eine Dimensionierung der
Spannungswandlungseinheit von maximal etwa 100 Watt. Bei Ruheströmen in modernen Fahrzeugen von etwa 10 - 30 Milliampere und bei einer Verbrauchsleistung von etwa 80 Watt 250 (z.B. Radiohören) führt dies beim zyklischen Ein- uns Ausschalten zu einer optimalen
Auslastung der Spannungswandlungseinheit. Dabei kann ein elektrischer Wirkungsgrad von mehr als 90 % erreicht werden.

Claims

255 Patentansprüche
1. Fahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, welches ein erstes Teilbordnetz mit einem ersten Energiespeicher einer ersten Nennspannungslage, ein zweites Teilbordnetz mit 260 einem zweiten Energiespeicher einer zweiten Nennspannungslage und einen
Gleichstrom-Gleichstrom-Steller zwischen den beiden Teilbordnetzen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
- der erste Energiespeicher ein Gehäuse umfasst,
- das Gehäuse zumindest einen ersten Abgriff für die erste Nennspannungslage aufweist, 265 über welchen der erste Gleichstrom-Gleichstrom-Steller elektrisch speisbar ist,
- das Gehäuse zumindest einen zweiten Abgriff für die zweite Nennspannungslage
aufweist, über welchen der zweite Energiespeicher elektrisch speisbar ist,
- der zumindest erste Abgriff und der zumindest zweite Abgriff galvanisch getrennt sind,
- das Gehäuse eine Spannungswandlungseinheit beinhaltet, und
270 - durch die Spannungswandlungseinheit elektrische Spannung der ersten
Nennspannungslage zu elektrischer Spannung der zweiten Nennspannungslage wandelbar ist.
275 2. Fahrzeug nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Gehäuse zumindest einen Schützkontakt beinhaltet, durch welche eine erste
Schützposition einnehmbar ist und eine zweite Schützposition einnehmbar ist, bei der ersten Schützposition der zumindest erste Abgriff spannungslos schaltbar ist, 280 - bei der zweiten Schützposition über den zumindest ersten Abgriff eine elektrische
Spannung abfällt,
- durch die Spannungswandlungseinheit bei der ersten Schützposition über den zumindest zweiten Abgriff eine elektrische Spannung anlegbar ist, und
- durch die Spannungswandlungseinheit bei der zweiten Schützposition über den 285 zumindest zweiten Abgriff eine elektrische Spannung anlegbar ist. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Teilbordnetz elektrische Verbraucher der zweiten Nennspannungslage umfasst,
die elektrischen Verbraucher über den zweiten Abgriff elektrisch speisbar sind.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
dem zweiten Abgriff eine Komparatorschaltung zugeordnet ist,
durch die Komparatorschaltung an die Spannungswandlungseinheit ein Einschaltsignal übermittelbar ist, und
durch die Komparatorschaltung an die Spannungswandlungseinheit ein Ausschaltsignal übermittelbar ist.
5. Fahrzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Komparatorschaltung ein erster Schaltspannungswert zugeordnet ist,
- der Komparatorschaltung ein zweiter Schaltspannungswert zugeordnet ist,
- durch die Komparatorschaltung eine über dem zweiten Abgriff abfallende Spannung mit dem ersten Schaltspannungswert und mit dem zweiten Schaltspannungswert vergleichbar ist.
6. Fahrzeug nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
- durch die Komparatorschaltung bei einer über dem zweiten Abgriff abfallenden
Spannung, welche den ersten Schaltspannungswert unterschreitet, das Einschaltsignal übermittelbar ist, und
- durch die Komparatorschaltung bei einer über dem zweiten Abgriff abfallenden
Spannung, welche den zweiten Schaltspannungswert überschreitet, das Ausschaltsignal übermittelbar ist. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das die erste Nennspannungslage in einem Spannungsbereich von 24 Volt bis 600 Volt befindlich ist, und
die zweite Nennspannungslage in einem Spannungsbereich von 12 Volt bis 60 Volt befindlich ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Energiespeicher als ein leistungsoptimierter Energiespeicher ausgeführt ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spannungswandlungseinheit eine Nennausgangsleistung aufweist, und
die Nennausgangsleistung im Wesentlichen einem typischen Leistungsbedarf des zweiten Teilbordnetzes in einem Standbetrieb des Fahrzeugs entspricht.
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