WO2016180699A1 - Bordnetz-schaltmodul, bordnetzunterstützungseinrichtung und bordnetzzweig - Google Patents

Bordnetz-schaltmodul, bordnetzunterstützungseinrichtung und bordnetzzweig Download PDF

Info

Publication number
WO2016180699A1
WO2016180699A1 PCT/EP2016/059979 EP2016059979W WO2016180699A1 WO 2016180699 A1 WO2016180699 A1 WO 2016180699A1 EP 2016059979 W EP2016059979 W EP 2016059979W WO 2016180699 A1 WO2016180699 A1 WO 2016180699A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrical system
connection
terminal
switch
vehicle electrical
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/059979
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Steckermeier
Dirk Reichow
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive Gmbh
Publication of WO2016180699A1 publication Critical patent/WO2016180699A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/06—Two-wire systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/08—Three-wire systems; Systems having more than three wires
    • H02J1/082—Plural DC voltage, e.g. DC supply voltage with at least two different DC voltage levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1423—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with multiple batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • 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

Definitions

  • On-board switching module On-board switching module, on-board network support device and electrical system branch
  • the invention relates to the field of electrical systems, in particular the vehicle electrical system.
  • recuperation current paths and preferably also other current paths can be realized in a simple manner.
  • Recuperation preferably emits directly into the cache, or whether the electrical machine essentially only exchanges power with the rest of the electrical system, equivalent to a sleep state (charged or uncharged) of the cache.
  • connection of the intermediate store to the generator in particular allows in start phases, so that between a reference potential (for example ground) and the versor ⁇ supply potential (about the plus-rail) in spite of heavy load such as during a starting operation, the voltage between these potentials is lowered not strong ,
  • a direct power path between the electric machine and the buffer is made possible, in particular without a strong influence on other components of the on-board network.
  • sensitive consumers that can be disturbed by voltage spikes or burglaries (which can occur, however, when starting, and during recuperation) are due to the strong current flows during about
  • the buffer for particularly strong pulse loads can be designed, while the on-board battery does not need to have special pulse load characteristics.
  • an on-board network switching module which is in particular connected between the electric machine (in particular as a generator) and the intermediate memory and can also be connected to the rest of the vehicle electrical system.
  • the on-board power supply switching module it is possible to create current paths described here which, in particular in the case of phases of high electrical power output of the electrical machine, provide that the intermediate memory can be added to support such as in the case of an engine start by means of the electric machine.
  • the generator or the electric machine is relieved.
  • the power to be provided is divided among several energy suppliers, i. the cache and the battery (or generator).
  • the switching module connects the electric machine in a recuperation phase directly to the buffer in order to supply this power, so that energy can be effectively recuperated.
  • the electric machine can be controlled in such a way that a desired charging current sets or a desired (variable) charging voltage is applied to the buffer.
  • a Capacitor is the generator can be used to adjust the charging current or the charging voltage, whereby a high-performance converter can be saved.
  • the latch does not necessarily have to be charged via a converter, but can be charged directly from the electrical machine.
  • the electrical system switching module has a first and a second vehicle electrical system connection. These connections are designed for connection to a further part of the electrical system, in particular with a part of the vehicle electrical system, which has a vehicle electrical system battery and / or (sensitive) consumers.
  • the connections can be ⁇ special high-current connections, which are designed for about currents of up to 10 A or 100 A or 200 A, 500 A or 1000 A.
  • the two-board power supply terminals are particularly given by a mass and a positive connection or with terminals for connecting to different potentials (supply potentials) of the (remaining) on-board network or out ⁇ staltet are provided.
  • the electrical system switching module further has a first and a second connection for an electrical machine, which are also referred to as first and second EM connection.
  • the two EM connections are realized in particular a positive and a negative terminal to which a positive or negative potential is applied during operation of the electrical machine.
  • An EM connection is a connection which is provided in particular for connection to a power source, for example to a starter (in general: electric motor), to a starter generator or to an alternator (in general: generator).
  • the generator or the alternator is realized by the electric machine.
  • This electric machine is arranged to receive mechanical energy in a vehicle and convert it into electrical energy, or to work in the reverse direction, or both.
  • the electric machine can be additionally ⁇ aimed to convert electrical power to mechanical power, such as to start an internal combustion engine and / or to produce tractive power for the vehicle.
  • the electrical machine to whose connection the EM connections are designed, may have the function of an alternator.
  • the onboard power supply switching module according to the invention is also be ⁇ staltet, the flow of a working machine as a light elec- step machine to components of the other or remaining on-board network or a provided there vehicle power supply battery to be transmitted.
  • a buffer memory connection is provided.
  • a port can be connected between a ⁇ memory. If the first EM-terminal is a negative terminal, then this can insectspei ⁇ cheran gleich be connected to a positive pole of the buffer (about a explained in further first switch), so that the voltage of the buffer to the voltage of the generator or Star ⁇ ter / generators (in general: the electric machine) can add.
  • the intermediate memory connection is connected to the second EM connection, which in this case is a positive connection, in particular via a second changeover switch explained below, so that, for example, in the case of the engine start by means of the electric machine the buffer is fed.
  • the intermediate memory connection corresponds to a negative pole connection for the intermediate memory, so that the positive pole of the intermediate memory can be connected to the positive potential of the vehicle electrical system.
  • the voltages add up, but in the opposite way.
  • the EM connections and the buffer memory connection are preferably configured according to at least one feature of the vehicle electrical system connection.
  • the EM terminals and the buffer memory terminal can be equipped with a higher current carrying capacity than the vehicle electrical system connections, since the onboard ⁇ network connections are only slightly burdened by the burden of recuperation or the start or the traction. .
  • the EM terminals and the latching terminal may be rated for currents of at least 500 A or 1000 A, while the design power of the vehicle electrical system connections may be 200 A, 300 A, or 400 A, respectively. These are only exemplary numbers and are intended to indicate that the current paths, which with high pulse currents or high
  • a first changeover switch which connects the first EM connection, the intermediate store connection and the first vehicle electrical system connection to one another.
  • the first switch selectively connects the first EM terminal to the latch memory terminal or the first vehicle power supply terminal, depending on the switching state of the first changeover switch.
  • the changeover switch has a common connection (common to both of them) and two selection connections, which are connected (depending on the switching state) to the common connection or not. Since these switch positions provide a selection in the usual operation, the term "switch" is selected for this component, even if optionally both selectable connection paths can be opened, such as in an emergency or overload.
  • the first switch is set up to connect the first EM connection controllably either to the first vehicle electrical system connection or to the intermediate storage connection.
  • the common connection of the first changeover switch is therefore to be assigned to the first EM connection (or to be connected to it), and the selection connections of the first changeover switch are therefore to be assigned to (or to be connected to) the first onboard power supply connection or the intermediate storage connection.
  • the first switch allows, by changing the shift position to serial connection of the latch to the generator or the separation of the connection between the (first) EM-terminal and reference potential, to raise the generator terminal at a potential above the reference potential or to the intermediate ⁇ memory port to connect to the first EM connection.
  • the electrical system switching module also has a second switch.
  • This connects the second EM connection to the buffer memory connection and the second vehicle electrical system connection.
  • the second switch selectively connects the second EM terminal to the latch memory terminal or the second vehicle electrical system terminal, depending on the switching state of the second switch.
  • the second changeover switch is set up to connect the second EM connection controllably either to the second vehicle power supply connection or to the intermediate storage connection.
  • a common connection of the second changeover switch is therefore assigned to the second EM connection (or to be connected thereto), and the selection connections of the second changeover switch are to be assigned to the second on-board network connection or intermediate memory connection (or to be connected thereto).
  • the electric machine With the second switch, it is possible to connect the electric machine or the EM terminals directly to the latch or to the latch memory connection.
  • the electric machine is connected in parallel with the intermediate ⁇ memory. This allows the cache to be charged directly from the electric machine.
  • the electric machine (in particular its excitation) is controlled such that the electric machine provides a desired charging current for the buffer, or the electric machine provides a desired charging voltage (or a La ⁇ depressivesverlauf).
  • the control of the electric machine can be designed accordingly, so that the control for the recuperation phase, the electric machine used as a charging current generator for the buffer.
  • the drive is designed to control the electrical machine such that the charging voltage increases to account for the linear charging characteristic (ie terminal voltage vs. state of charge) of a capacitor.
  • the control is preferably designed to control the electric machine as a (charging) power source.
  • the first and the second switch can each be designed as a switching element, such as an electromechanical switching element, which represents the switch itself.
  • the switch in question may comprise two individual switching elements, which are each connected together on one side, and each form on the other side of the terminals, with which the merged sides are selectively connected.
  • the individual switching elements are controlled via a common control, which emits to the switching elements mutually complementary opening or closing signals.
  • the switching elements may be electromechanical switches, but these are preferably Leis ⁇ processing semiconductor switch. These have a control input, via which the switching state of the semiconductor switch can be defined, such as a base or a gate.
  • the Leis ⁇ processing semiconductor switches can be designed unidirectional or bidirectional off.
  • first switching elements of the first and the second switch are designed unidirectionally blocking.
  • the inversion diodes of these first switching elements preferably have a forward direction, which points towards the second vehicle electrical system connection.
  • the first change-over switch has a first switching element and a second switching element.
  • y of these switching elements is connected to the first EM connection.
  • the opposite side of the first switching element of the first switch is ver ⁇ connected with the first vehicle electrical system.
  • the side of the second switching element of the first changeover switch which is opposite thereto (ie to the EM connection) is connected to the buffer memory connection.
  • the second switch is formed (but connected to other components as shown below).
  • the second switch has (like the first switch) on a first switching element and a second switching element. In each case one side of these switching elements of the second changeover switch is connected to the second EM connection. The opposite side of the first switching element of the second switch is connected to the second electrical system connection.
  • the second switching element of the first changeover switch and / or the second switching element of the second changeover switch can each be designed as (preferably two) antiserially connected semiconductor switches.
  • two antiseries connected semiconductor switches on body diodes which have in opposite directions.
  • connection state can be changed, either electronically by influencing the density of free carriers, or by mechanically changing a conductor.
  • the opposite sides are the two terminals of the switching element, the connection states of the switching elements define the switching state of the switch.
  • the switch can be implemented as an electromechanical switch, such as a relay.
  • the switch power semiconductor switches are used to Rea ⁇ capitalization, since these have substantially no wear. Therefore, according to one embodiment, the switching elements (the Um- Switch) power transistors, in particular power field effect transistors, such as MOSFETs, or bipolar power ⁇ transistors, such as power IGBTs. If power transistors are used, they can have body diodes (also called inverse diodes).
  • the line direction of the body diode of the first switching element (K3) of the first switch preferably points to the (first) EM connection. In other words, the reverse direction of this body diode indicates the first vehicle electrical system connection.
  • the line direction of the body diode of the first switching element (K5) of the second changeover switch preferably points towards the second vehicle electrical system connection. In other words, the blocking ⁇ direction of this body diode to the (second) EM connection out.
  • the electrical system switching module may further comprise a drive circuit. This functionally corresponds to the already mentioned activation.
  • the drive circuit is driving with the
  • the drive circuit is drivingly connected to control inputs of the changeover switch or the switching elements of the changeover switch connected.
  • the drive circuit is set up to drive the switching elements of the first changeover switch alternately.
  • the drive circuit is further configured to drive the switching elements of the second changeover switch alternately.
  • the drive circuit is configured not to overlap the switching elements of one of the switches in the conductive state.
  • the drive circuit may be configured to drive one of the switching elements of the first changeover switch and one of the switching elements of the second changeover switch in the closed state (ie, to control it such that the relevant one
  • the control circuit is therefore responsible for the switch management of the first and the first and the second switch (and optionally further changeover switch).
  • the drive circuit may further comprise an input for current and / or voltage sensors.
  • Connectable current sensors include shunt resistors or magnetic sensors;
  • connectable voltage sensors are about simple taps, possibly in combination with amplifiers and / or voltage dividers.
  • the drive circuit is set up to monitor the voltage or the current, for example by comparison with setpoint values which are assigned to specific (currently set) switching states, with the current and / or voltage data present at the input.
  • the drive circuit may have an output for driving balancing switches, which compensate the state of charge between cells of the same energy storage.
  • the input can also be set up to be connected to taps of individual cells, wherein the drive circuit is designed to charge balance ("balancing") by closing or closing, depending on the potentials at the taps (or dependent on individual, derived charge states). Opening of relevant switches (at the individual cells) to perform.
  • the electrical system switching module can also have an optional DC / DC converter. This connects the second on-board power supply to the buffer memory in a power-transmitting manner.
  • the DC / DC converter may be bi-directional, or may be unidirectional and configured only for power or power transmission from the second onboard power supply terminal to the latching port or only from the latching port to the second onboard power supply.
  • the DC / DC converter may be used to charge the latch via the latch port by supplying power to the converter from the second
  • On-board power supply can be transmitted to the buffer memory port.
  • the DC / DC converter increases the potential of the second vehicle electrical system connection, so that a higher voltage is applied between the intermediate storage connection and the first vehicle electrical system connection than without a DC / DC converter.
  • the DC / DC converter is optional, wherein the interim ⁇ rule storage connection to the potential of the second board power supply terminal may be supplied directly (via the second switching element of the second switch and through the second change-over switch).
  • this can be regulated to a certain output voltage to charge the buffer controlled. This facilitates the definition of the charging process of the buffer when power is to be transferred to the buffer via the EM connection.
  • the DC / DC converter can be designed with a low nominal power, such as with a nominal power, which is suitable, the stored energy buffer in a period of more than 10 sec, 60 sec or 300 sec by 10% or 50% relative to the Increase nominal capacity. Furthermore, the DC / DC converter may be configured with a rated current (concerning the power transmitted by the converter) which is not more than 20
  • the DC / DC converter can be designed as a 2-quadrant or 4-quadrant converter. It is possible to use step-up or step-down converters or even converters with galvanic isolation.
  • a further (third) change-over switch may be provided in order to connect an intermediate tap of the buffer (or a corresponding connection for the buffer) in a controlled manner to a vehicle power supply battery terminal.
  • the third switch is connected to the first vehicle electrical system connection, the intermediate memory tap connection and the onboard power supply battery connection.
  • the buffer has a plurality of buffer elements. These are connected in series.
  • the cache tap port is connected to a connection between at least two cache elements. Between the intermediate memory tap and the first vehicle electrical system connection, one or more intermediate storage elements are connected (serially). There are also one or more between the cache tap and the cache port
  • the third switch is arranged to connect the Bordnetzbatte ⁇ riean gleich either with the first controllable on-board power supply or with the Swiss Boulevardabgriff port.
  • the third switch can, like the first and / or the second switch, Switch be formed.
  • the third order ⁇ switch two switching elements may comprise, in each case one side of this switching element to the on-board power supply battery connection is connected ⁇ ver. The opposite thereto side of the first switching element of the third switch is connected to the first
  • the opposite side of the second switching element (ie, to the side of the second switching element opposite the side connected to the vehicle power supply battery terminal) of the third switch is connected to the intermediate memory tap.
  • the switching elements of the third switch are in particular power semiconductor switches ⁇ , in particular power transistors such as field effect transistors (such as MOSFETs) or bipolar transistors (in particular IGBTs).
  • the third switch is equipped with a higher current carrying capacity than the first and the second switch. This applies in particular to them switching elements of the respective switch.
  • the current carrying capacity of the third changeover switch is in particular at least 150%, 200% or 300% of the current carrying capacity of the first changeover switch or of the second changeover switch.
  • the first and second switches are designed for a rated switching current of 150-200A or 400-450A, while the third switch sets a rated switching current (starting current) of, for example, 900-1200A, for example 1100A is.
  • the maximum current output of the DC / DC converter is preferably only a small one
  • Fraction of the current carrying capacity of the first or second to ⁇ switch in particular not more than 25%, 20%, 10 or 1%, in particular not more than lOOOppm or lOOppm than the current carrying capacity of the first or second switch. This can in particular also apply in comparison with the current carrying capacity of the third changeover switch.
  • the rated current of the DC / DC converter is for example 5 to 30 A, in particular less than 50 A.
  • the control circuit can be equipped with an output (as described) which is designed to connect balancing switches of the (individual cells of) the onboard power supply battery.
  • the drive circuit may therefore further comprise a battery management section for detecting cell states or of the battery state (such as state of charge, aging, maximum current, voltage, ...) is formed (based on the data at the entrance).
  • the drive circuit may also have, as mentioned, an output for driving balancing switches. This output as well as associated drive circuit sections are also part of the battery management section.
  • the drive circuit may further comprise a command input with which switching state commands can be input to the drive circuit. It may be provided a higher-level control unit, which emits about a switching state command to the drive circuit.
  • the switching state command may represent a power flow, such as a recuperation state, a start state, an idle state, or even the states as described herein.
  • the drive circuit behaves like a "slave” while the higher-level control ⁇ unit represents the matching "master".
  • circuit starts from ground, or (complementary to it) from the positive one
  • the first vehicle electrical system connection is a ground connection (i.e., a connection to the ground of the switching module or vehicle electrical system branch), and the second vehicle electrical system connection is a positive pole connection, i. a connection for connection to the positive supply potential (of
  • Vehicle electrical system or the on-board network branch ).
  • the first EM terminal is a negative terminal and the second terminal EM is a positive terminal.
  • the electric machine (a generator, an alternator or a start / generator) generates a positive voltage between this negative terminal and this positive terminal.
  • the electric machine When the electric machine is operating in the engine mode or in particular this as an electric motor (or starter or Traction electric motor) is used, then a positive voltage between this negative terminal and this positive terminal is applied during operation.
  • the buffer store is according to the first variant, a positive terminal.
  • the connectable buffer therefore generates a positive voltage between this positive pole terminal and the first vehicle electrical system connection (ie ground).
  • a positive voltage is applied between this positive pole terminal and the first vehicle electrical system connection (which corresponds to a negative pole connection for the intermediate memory) for loading the temporary storage device.
  • the second variant is described below.
  • the second variant is constructed complementary to the first variant; It is therefore possible to transfer features of the aforementioned variant by complementary transmission to the second variant.
  • the first vehicle electrical system connection is a positive pole connection (i.e., corresponds to the positive supply potential of the electrical system or vehicle electrical system branch) and the second vehicle electrical system connection is a ground connection (corresponding to the ground potential of the vehicle electrical system or vehicle electrical system branch).
  • the first EM connection is a minus pole connection and the second EM connection is a plus pole connection.
  • the first variant For the design of the negative pole and the plus ⁇ pole connection with respect to the EM connections, reference is made to the first variant.
  • the latch memory is a negative terminal.
  • the negative pole terminal with regard to the buffer memory connection, reference is made to the first variant.
  • the buffer itself is not part of the electrical system switching module, but the switching module has ports that are configured to connect the buffer.
  • a vehicle electrical system support device is also described which, in addition to the vehicle electrical system switching module, Memory includes.
  • the electrical buffer (or its negative and positive pole) is connected to the first vehicle electrical system connection and the buffer memory connection.
  • the electrical buffer may be an electrostatic or an electrochemical buffer, such as a battery with one or more galvanic cells (such as one or more lithium-based secondary cells such as Li-ion cells, Li-polymer cells, Li-iron phosphate cells (and or Li-manganese phosphate cells), Li-titanate cells or other secondary cells with Li as electrode material).
  • galvanic cells such as one or more lithium-based secondary cells such as Li-ion cells, Li-polymer cells, Li-iron phosphate cells (and or Li-manganese phosphate cells), Li-titanate cells or other secondary cells with Li as electrode material.
  • Lead-acid cells can also be used.
  • the buffer comprises one or more (in particular connected in series) capacitors, for example so-called ultra or super-capacitors, in particular double-layer capacitors ⁇ . It can also be used hybrid capacitors, such as Li-ion capacitors.
  • the capacitors are preferably electrochemical capacitors or else electrostatic capacitors. In particular, capacitors with a capacity of at least one hundred mF are used, preferably of several F (Farad), more preferably of at least one hundred Farad or several hundred Farad, whereby the capacitors may also have a capacity of at least one thousand Farads.
  • the buffer may have an intermediate tap. This is connected to the cache tap port. At least one first buffer element is connected between the intermediate tap and the buffer memory connection. Between the intermediate tap and the first vehicle electrical system connection, at least one second intermediate storage element is furthermore connected. If a plurality of first and / or second buffer elements are used, these are preferably connected in series, in particular in order to generate a higher operating voltage.
  • the second cache element (or the plurality of cache elements) has previously been described as part of the cache. This can optionally via the third switch the Bordnetzbat- teriean gleich (and thus the connectable onboard power supply battery) serially connected.
  • the on-board supporting device has only connections for the electric machine or of the vehicle electrical system battery ⁇ which are adapted to be connected to the respective components of a vehicle electrical system branch.
  • an on-board network branch is described, which in addition to the on-board network support device (and thus in addition to the on-board power switching module and the buffer) also includes an electrical machine and a vehicle electrical system battery.
  • the electrical system branch thus has the vehicle electrical system support device as well as an electric machine and a vehicle electrical system battery.
  • the electrical machine (such as a start / Gene ⁇ rator, a generator, an alternator or an electric machine which can operate as a generator and as an electric traction motor) is connected to the first and the second EM port.
  • the electrical system battery is with the second
  • the electrical system battery is connected via a switching device (in particular a switch as the aforementioned third switch) with either the first vehicle power supply or the intermediate tap of the buffer.
  • a switching device in particular a switch as the aforementioned third switch
  • the drive circuit of the wiring circuit module, the on-board network ⁇ support device or the vehicle electrical system branch is adapted to control at least one of the following switching states:
  • recuperation state in which the first switch connects the first EM terminal to the first vehicle electrical system terminal, while the second switch connects the second EM terminal to the latch terminal.
  • the cache is active and can receive power (ie, power) from the electric machine to store it as retrievable energy.
  • the recuperation state can also be referred to as the state of charge since, in this state, the buffer is loaded or current / power is transmitted to the buffer memory via one of the EM connections.
  • the first switch has the same switching state.
  • the second switch has a different switching state than in the intermediate memory state.
  • the drive circuit controls the electric machine to generate a (predetermined, possibly variable) desired charging current, preferably by the drive circuit outputting an excitation current drive signal to the electric machine.
  • the drive circuit controls the electric machine, a (predetermined, variable)
  • the on-control circuit outputs an excitation current drive signal to the electric machine.
  • the drive circuit may include an EM drive output configured to be connected to a control input of the electric machine.
  • the drive circuit is set up to emit an excitation current drive signal at the EM drive output.
  • the excitation current drive signal may be such be ⁇ staltet that between the EM terminals a voltage of less than 10 V, less than 5 V, less than 3 V or in particular less than 2V (temporary) occurs, depending on the state of charge and thus on the (idling) potential at the latching terminal.
  • the excitation current drive signal is preferably output such that a desired charge current results at the intermediate storage connection.
  • a converter for adjusting a charging voltage to the latch (designed as a capacitor) is not necessary.
  • (Bl) A temporary storage start state in which the intermediate ⁇ memory is connected directly to the electric machine to discharge the latch to the electric machine.
  • the electric machine works as a motor, in particular as a starter, for example for an electric machine or as a traction motor.
  • the latch is connected to the second EM port; this results in the same switching position as in (b), but with reversed power flow.
  • the first switch connects the first onboard power supply port to the first EM port.
  • the second switch connects the latch memory terminal to the second EM terminal.
  • the second switch disconnects the second electrical system connection from the electric machine, so that the remaining electrical system is not affected by voltage drops, which results from the start.
  • States (b) and (bl) both provide that the latch port is directly connected to the second EM port; Furthermore, in this case, the second vehicle electrical system connection is separated from the intermediate memory connection or separately from the second
  • the comparable switching position of the switches in the two states (b) and (bl) is represented by the use of the same letter. While the switch positions are comparable, however, different control of the electric machine (which is carried out in particular by the drive device) results.
  • state (b) the electric machine is controlled in such a way that a desired charging current or a desired charging voltage results for the buffer. This current or voltage results from the characteristics of the buffer (maximum current, charging curve, etc.).
  • state (bl) the electric machine is driven to generate a target torque, for example, to start an internal combustion engine.
  • the electrical machine is in particular driven by controlling the excitation or by controlling the excitation current.
  • the drive device is designed for at least one of these controls of the excitation.
  • Transfer EM connection Due to the serial connection by means of the first switch, the first EM connection receives a higher potential, namely that of the intermediate memory connection.
  • the voltages of the (total) buffer store and of the electrical machine add up so that the resulting total voltage is applied to the vehicle electrical system connections and thus to the rest of the vehicle electrical system.
  • Switching elements of the second changeover switch closed to lead the latching memory connection directly to the second electrical system connection. Further, both switching elements of the first order ⁇ switch or at least the first or the second switching element of the first switch open.
  • the latch can be charged to a voltage which is greater than the maximum voltage to the electrical system by the forward voltage of the switching elements.
  • a particularly high amount of energy can be stored in the buffer, since its stored energy is proportional to the square of the terminal voltage at the buffer, if this is designed as a capacitor. This results in an overall energetic advantage, since the loss of the switching elements is only proportional to the operating voltage.
  • the maximum operating voltage at the vehicle electrical system connections may be 14 V, while the maximum voltage at the buffer memory connection may be 15.5 V, provided that 1.5 V drops at the switches of the changeover switch.
  • the third switch there are other switching states to whose control the drive device is set up.
  • the drive device may therefore be further configured to set at least one of the following states:
  • the buffer memory connection via the second changeover switch or via the first switch, the EM switching device and the second switch
  • the EM switching device is preferably controlled in this state such that their switches are open or that there is no current flow between the EM connections.
  • the second switch connects the second EM connection to the second onboard supply. In this case, both switches of the second switch are closed (in deviation from the usual switching function).
  • at least one switch of the first switch is open.
  • the drive device is designed, the
  • Adjust EM-support state while the vehicle electrical system battery ⁇ ground state is set.
  • the drive device is designed not to trigger permissible states, for example by suppressing switching signals.
  • the drive device can control the first changeover switch to disconnect the first vehicle electrical system connection from the first EM connection.
  • This disconnect state is set when the drive device detects a faulty vehicle electrical system state, such as when a voltage above a predetermined maximum voltage is detected at the electrical system, for example in the case when a voltage source with a higher rated voltage than the on-board battery (or the electrical system) to the Vehicle electrical system is created in the event of a bridging event.
  • a faulty vehicle electrical system state such as when a voltage above a predetermined maximum voltage is detected at the electrical system, for example in the case when a voltage source with a higher rated voltage than the on-board battery (or the electrical system) to the Vehicle electrical system is created in the event of a bridging event.
  • the drive apparatus is adapted, the first and to open the second switching element of the first switch, to produce the separation ⁇ state. In this case, deviates from the fundamental alternate operation of the switching elements of the switch, so that there is a complete separation of a vehicle electrical system connection.
  • the drive device is preferably designed as a microprocessor on which runs a program which the
  • the drive circuit comprises an application specific integrated circuit, these functions rea ⁇ llibrary.
  • the drive device may also have a drive output for outputting control signals to the electric machine in order to set its output or excitation.
  • the drive device may further comprise inputs for current measurement signals and / or voltage measurement signals, and in particular for inputs (start command, stop command, operating mode command).
  • the current measurement signals and / or voltage measurement signals may be from sensors or measuring devices of the
  • An EM switching device can be provided which connects the EM connections to windings of the electrical machine.
  • an EM-switching device is in particular an inverter into consideration, preferably designed multi-phase.
  • the semi ⁇ conductor switch of the EM-switching device thus form an inverter.
  • the EM switching device may in particular be a B6C bridge.
  • the EM switching device preferably comprises two series-connected semiconductor switches or a plurality of groups of two series-connected semiconductor switches, wherein each group is associated in each case with one phase of the electrical machine.
  • the connection point between the two serially ge ⁇ off semiconductor switches are in particular connected to terminals having winding terminals for connecting the phase windings of the electrical machine.
  • the (DC) EM terminals are connected to the Phasenan ⁇ statements of the electrical machine.
  • the electric machine can therefore be used in particular as a synchronous machine (or as
  • the electric machine can be designed as a brushless (or mechanically commutated) DC motor may be formed so that the annotation of the switching device or a mechanical commutation device (such as brushes and associated rotor contact surfaces) is performed, wherein the EM-switching device controls the effective power as by means of pulse width control.
  • a brushless (or mechanically commutated) DC motor may be formed so that the annotation of the switching device or a mechanical commutation device (such as brushes and associated rotor contact surfaces) is performed, wherein the EM-switching device controls the effective power as by means of pulse width control.
  • the drive device may have an EM control section, which controls the EM switching device.
  • the EM switching device preferably has control inputs which are connected to the control device or to a corresponding EM control output of the EM switching device.
  • the semiconductor switches of the switching device each have a body diode.
  • the forward direction of the body diodes points from the first EM terminal to the second EM terminal when the first EM terminal is the positive terminal and the second EM terminal is the negative terminal. Otherwise, the passage ⁇ directions are reversed.
  • About the body diodes and via the first switching element of the second switch (also denoted by the reference K5) fall together in the flow direction from about 1.5 volts or a voltage which is the sum of the threshold voltage of the respective semiconductor elements (or their body diodes) equivalent.
  • the semiconductor switches are in particular ⁇ staltet as the switching elements of the first and second changeover switch.
  • the first switching element of the second changeover switch can be closed, and the switching device can according to a pulse width modulation be operated, for example, to control the effective voltage at the winding terminals or to keep below a predetermined maximum value.
  • a first voltage threshold for example 15 V or in general a nominal operating voltage + a predetermined additional voltage
  • the control device is designed to control the change-over switches or their semiconductor switches and / or the electrical machine (in particular their excitation) in accordance with the desired specification, to set a target voltage (or a target voltage interval) between the onboard power supply connections. (This does not apply in particular to the states (b) and (bl), since in these states the EM connections or the buffer memory connection are not connected to the vehicle electrical system connections.)
  • the body diodes of the switching device transition to the conducting state.
  • Switching elements of the second changeover switch and the first switching ⁇ element of the second changeover switch (also denoted by the reference numeral K5) are open when the electric machine generates elekt ⁇ cal energy and this (by the closed second switching element of the second switch, also called K6) to the temporary storage port is guided.
  • the rated voltage of the intermediate memory can correspond to the rated operating voltage of the electrical system (12 V, 14 V, 24 V, 48 V), but may also be lower, about 2-10 V, in particular 4-8 V, for example approx 4 V, 5 V, or 8 V.
  • the rated voltage of the temporary storage device may also be greater than the nominal operating voltage of the electrical system, approximately 14 V, 15 V or 16 V, in particular if the nominal operating voltage of the vehicle electrical system 12 V is.
  • the nominal operating voltage of the buffer may be, in particular, IV, 1.5 V or 2 V greater than the nominal operating voltage of the electrical system. Description of the drawing
  • FIG. 1 shows an exemplary electrical system with an on-board ⁇ network branch having an on-board power assistance device to a power supply switching module.
  • FIG. 1 serves to explain some features of embodiments of the invention.
  • the exemplary vehicle electrical system illustrated in FIG. 1 has an onboard power supply branch 2, in which there is an on-board power supply switching module, which has the components: changeover switch K1 / K2, changeover switch K3 / K4, switch K5 / K6 and the terminals 10, 12, 20, 22, 30, 32 and 60 includes.
  • the electrical system switching module further has a drive device 40 and a DC / DC converter 50.
  • the electrical system support device has in addition to the components of the electrical system switching module to the latch 34.
  • On-board network branch 2 comprises in addition to the components mentioned (in addition to intermediate memory), the electrical machine 24 (designed as a Ge ⁇ generator or starter / generator) and the onboard power supply battery 62 on.
  • an EM switching device 26 may be located, such as an inverter for rotating field generation or a pulse width modulation device for power control. Also, the EM switching device 26 is preferably driven by the drive device 40, which is symbolically represented by the double arrows. The double arrows give control lines again.
  • the first changeover switch is composed of the two switching elements K3 and K4 connected to one another on each side, which is why the first changeover switch can also be designated by the reference symbols K3 / K4.
  • the first EM terminal 20 is connected to the side of the switching elements K3, K4, with which they are interconnected.
  • the respective other side of the two switching elements K3, K4 is connected to a ground connection, which is referred to as the first vehicle electrical system connection 10, and to the intermediate storage connection 30.
  • the first switch therefore allows a controllable connection of the first
  • the second changeover switch is composed of the two switching elements K5 and K6 connected to one another on each side, which is why the second changeover switch can also be designated by the reference symbols K5 / K6.
  • the second EM terminal 22 is connected to the side of the switching elements K5, K6, with which they are interconnected.
  • the respective other side of the two switching elements K5, K6 is connected to a positive supply connection, which is referred to as the second vehicle electrical system connection 12, and connected to the latch port 30.
  • the first and second switches are connected symmetrically to the electric machine 24; Both switches allow a controllable connection of an EM connection, cf. Reference 20, 22, with a supply potential or with a vehicle electrical system connection 10, 12th
  • An optional DC / DC converter 50 is connected between the second vehicle electrical system connection and the intermediate storage connection 30.
  • a charging current from the electrical system i. be provided by the vehicle power supply terminals 10, 12 in order to charge the latch 34 via the latching port 30 can.
  • the invention allows charging even without
  • DC / DC converter 50 so that the DC / DC converter 50 may be omitted or may be designed with low power, for example for redundancy purposes.
  • the control device 40 controls the switches, and optionally also the DC / DC converter 50 and / or the electric machine 24.
  • the control device 40 controls in ⁇ particular the switching elements K3, K4 or K5, K6 alternately, so that an EM Connection is generally connected only to a vehicle electrical system connection 10, 12 or only to the intermediate storage connection.
  • the control device 40 also controls the switching elements K1, K2 of the third changeover switch alternately, so that in general the on-board battery connection 60 only with the intermediate memory (or the intermediate memory tap 36, in particular its associated terminal 32) or only with the vehicle electrical system connection 10 or its associated ground potential 10 'is connected.
  • the driving device 40 may open both switching elements of a changeover switch (ie, the switching elements K3, K4, the switching elements K5, K6, or the switching elements K1, K2).
  • the double arrows give symbolically control signals again, which are given to about the switch and possibly also to the electric machine 24 and / or to the DC / DC converter 50 to adjust their switching state or power.
  • the current flow path S1 results approximately in the recuperation state when current is supplied via the EM connections 20, 22 to the buffer memory 30, in order to charge the latch 34.
  • a reverse current flow path (which, for reasons of clarity, is not shown) results when power is supplied to the EM terminals 20, 22 from the latch memory 30, so that the electric machine 24 can be operated as a motor, in particular as an engine starter.
  • the direct connection between the EM terminals 20 and 22 and the buffer memory terminal 30 enables direct recuperation.
  • a capacitor such as a supercapacitor or a DLC
  • the charging voltage starts from, for example, 0 V or 1 V
  • the latch has, for example, a rated operating voltage of, for example, 12 V, 13 V, 14 V, 15 V, 15.5 V or 16 V.
  • the electric machine 24 is excited during the recuperation in such a way that for the latch 34 (FIG. designed as a capacitor) even at low state of charge one permissible charging voltage results; In particular, the electric machine can be operated as a (charging) power source.
  • the drive device 40 adjusts the excitation current of the electric machine 24 (preferably designed as a separately excited electric machine) accordingly, so that a permissible charging voltage for the buffer 34 results or so that a charging current source results for the buffer.
  • capacitors can be used without DC / DC converters being absolutely necessary, since the electric machine 24 together with the drive device 40 performs an adjustment of the current or the voltage for the buffer 34.
  • the latch 34 is formed as an accumulator (ie, as a secondary cell or secondary battery). Again, it is necessary (in terms of aging and energy efficiency) that the charging voltage or the charging current is adapted to the operating state of the buffer.
  • This function of the La ⁇ decrypts horrung can be provided by the electric machine 24 in combination with the drive device 40 by the drive device 40 sets the current generated by the electric machine 24 and / or voltage.
  • the drive device 40 preferably adjusts the electric machine 24 by adjusting the excitation or the excitation current of the electric machine so as to achieve desired charging parameters (current or voltage).
  • Switch K5 / K6 connects the second EM terminal 22 to the second vehicle power supply terminal 12 (i.e.
  • a third current flow path S3 results when the first switch K3 / K4 the latch memory 30 with the first EM terminal 20 connects and the second switch K5 / K6 the second EM terminal 22 with the second EM terminal 22 ver ⁇ binds.
  • the switching elements K3 and K5 are closed.
  • This current flow path is typical for the EM assist state.
  • the EM ports 20, 22 or a generator connected thereto, or in general a connected electric machine) in series with the intermediate ⁇ memory 34 are connected.
  • the fourth current flow path S4 in which the switch K1 / K2 connects the vehicle power supply battery terminal 60 to the intermediate memory terminal 32, is a typical current flow path for the on-board battery backup state.
  • the two buffer memory elements 39 shown are connected in series with the vehicle electrical system battery 62. It add the ⁇ be taken voltages so that for the supply potentials of the electrical system (ie, for the terminal 10 and 12) a higher voltage is available. This switching state is used in particular during the start of an internal combustion engine by means of the electric machine 24, which is designed approximately as a generator.
  • One or more second latch elements 39 may be connected in series in the latch 34, and one or more first latch elements 38 may be connected in the latch 34 in series.
  • the illustrated two or at least two first and second latches of Figure 1 are merely exemplary.
  • the fifth current flow path S5, at which the switch K1 / K2 connects the vehicle electrical system battery terminal 60 to ground 10 'or to the first vehicle electrical system connection 10, is a typical current flow path for the on-board battery ground state. If the first or the second changeover switch are not in the temporary storage state, it is preferable for the third changeover switch to set the vehicle electrical system ground state.
  • non-stabilized loads 70 within the vehicle electrical system are also supplied, which are supplied by the battery 62 and the electric machine (for example in the function of a generator) and possibly by the temporary storage.
  • the non-stabilized loads are supplied by the on-board network branch 2.
  • a starter 72 is shown within the electrical system, but outside of the electrical system branch 2. This is connected to the first and the second electrical system connection 10, 12 or their potential.
  • a stabilized load 74 is shown, which is connected as well as the starter 72.
  • the stabilized load 74 is not part of the electrical system branch described here, but is only connected as part of the electrical system with this.
  • the starter 72 is in particular as

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Es wird ein Bordnetz-Schaltmodul mit einem ersten und einem zweiten Bordnetzanschluss (10, 12) beschrieben, das ferner einen ersten und einen zweiten EM-Anschluss (20, 22) sowie einen Zwischenspeicheranschluss (30) aufweist. Das Schaltmodul verfügt über einen ersten Umschalter (K3, K4), der mit dem ersten EM-Anschluss (20), dem Zwischenspeicheranschluss (30) und dem ersten Bordnetzanschluss (10) verbunden und eingerichtet ist, den ersten EM-Anschluss (22) steuerbar entweder mit dem ersten Bordnetzanschluss (10) oder mit dem Zwischenspeicheranschluss (30) zu verbinden. Zudem kann das Schaltmodul einen zweiten Umschalter (K5, K6) aufweisen der mit dem zweiten EM-Anschluss (22), dem Zwischenspeicheranschluss (30) und dem zweiten Bordnetzanschluss (12) verbunden und eingerichtet ist, den zweiten EM-Anschluss (22) steuerbar entweder mit dem zweiten Bordnetzanschluss (12) oder mit dem Zwischenspeicheranschluss (30) zu verbinden. Ferner werden ein Bordnetzzweig und eine Bordnetzunterstützungseinrichtung beschrieben.

Description

Beschreibung
Bordnetz-Schaltmodul, Bordnetzunterstützungseinrichtung und Bordnetz zweig
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Bordnetze, insbesondere der Fahrzeugbordnetze .
Mit der zunehmenden Anzahl an Verbrauchern und insbesondere mit der Einführung der Start-Stopp-Automatik ergeben sich auch zunehmend Probleme, die sich durch Spannungseinbrüche in Fahrzeugbordnetzen ergeben. Es wurde beispielsweise in der EP 2215701 A2 vorgeschlagen, einer Bordnetzbatterie seriell einen Kondensator zuzuschalten, damit sich die Spannung des Kondensators zu der Spannung der Bordnetzbatterie addiert, falls deren Spannung aufgrund einer starken Belastung einbricht.
Es wurde erkannt, dass diese Lösung nicht vollständig geeignet ist, um auch Rekuperationsstrompfade in effizienter Weise zu realisieren, mit denen der Kondensator aufgeladen werden kann.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich insbesondere Rekuperationsstrompfade und vorzugsweise auch andere Strompfade auf einfache Weise realisieren lassen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Merkmals¬ kombinationen ergeben sich mit den Unteransprüchen sowie mit der Beschreibung und der Figur 1.
Es wurde erkannt, dass die Aufnahme und Abgabe von Rekuperations- leistung mittels eines Zwischenspeichers, der von einer elektrischen Maschine gespeist wird bzw . diese antreibt, sich auf einfache Weise durch zwei Umschalter realisieren lässt, die zu beiden Seiten der elektrischen Maschine angeordnet sind. Diese Umschalter erlauben eine Wahl des Strompfads, wobei etwa sich einstellen lässt, dass zu der elektrischen Maschine der Zwischenspeicher in Reihe zugeschaltet wird, um das Bordnetz mittels einer Kombination aus elektrischer Maschine und Zwischenspeicher zu versorgen, die elektrische Maschine (als Generator)
Rekuperationsleistung vorzugsweise direkt in den Zwischenspeicher abgibt, oder ob die elektrische Maschine im Wesentlichen nur Leistung mit dem restlichen Bordnetz austauscht, gleichbedeutend mit einem Ruhezustand (geladen oder ungeladen) des Zwischenspeichers. Dies sind nur einige beispielhafte Mög- lichkeiten zur Anwendung der hier beschriebenen Schaltung oder zur Anwendung von Ausführungsformen der hier beschriebenen Schaltung .
Mit der hier beschriebenen Herangehensweise kann insbesondere der Leistungsaustausch während der Rekuperationsphasen, in denen der Zwischenspeicher Energie aufnimmt, und während des Startens (eines Verbrennungsmotors) oder auch während dem Betrieb der elektrischen Maschine als Traktionsmotor auf einfache Weise bewerkstelligt werden, ohne dass andere Bordnetzteile von diesem Leistungsaustausch, der mit sehr hohen Strömen verknüpft ist, beeinträchtigt werden.
Es wird ferner eine Zuschaltung des Zwischenspeichers zum Generator insbesondere in Startphasen ermöglicht, so dass zwischen einem Bezugspotential (etwa Masse) und dem Versor¬ gungspotential (etwa die Plus-Schiene) trotz starker Belastung etwa während eines Startvorgangs die Spannung zwischen diesen Potentialen nicht stark sinkt. In einer Ausführungsform wird ein direkter Leistungspfad zwischen elektrischer Maschine und Zwischenspeicher ermöglicht, insbesondere ohne starken Einfluss auf andere Komponenten des Bordnetzes. Insbesondere sensitive Verbraucher, die durch Spannungsspitzen oder -einbrüche gestört werden können (die jedoch beim Starten, und bei der Rekuperation auftreten können) , werden durch die starken Stromflüsse etwa während der
Rekuperation nicht mehr gestört. Es ergibt sich insbesondere eine hohe Antriebsleistung für die Startphase und gegebenenfalls eine hohe Rekuperationsleistung, da der Zwischenspeicher bei Hochleistungsphasen der elektrischen Maschine zugeschaltet werden kann und gegebenenfalls direkt mit der elektrischen Maschine verbunden werden kann. Ferner ist bei Ausführungsformen der Erfindung an der elektrischen Maschine (insbesondere temporär) eine höhere Spannung möglich, indem der Zwischenspeicher mit der elektrischen Maschine in Reihe geschaltet werden kann, so dass der Zwischenspeicher eine besonders hohe Betriebsspannung aufweisen kann und somit eine große Energiemenge speichern kann.
Daher kann etwa der Zwischenspeicher für besonders starke Pulsbelastungen ausgelegt werden, während die Bordnetzbatterie keine besondere Pulsbelastungseigenschaften haben muss.
Es wird daher ein Bordnetz-Schaltmodul vorgeschlagen, das insbesondere zwischen der elektrischen Maschine (insbesondere als Generator ausgebildet) und dem Zwischenspeicher ange- schlössen wird und ferner an das restliche Bordnetz angeschlossen werden kann. Mit dem Bordnetz-Schaltmodul lassen sich hier beschriebenen Strompfade erstellen, die insbesondere bei Phasen hoher elektrischer Leistungsabgabe der elektrischen Maschine vorsehen, dass der Zwischenspeicher unterstützend hinzu ge- schaltet werden kann, etwa bei einem Verbrennungsmotorstart mittels der elektrischen Maschine. Durch die Reihenschaltung wird der Generator bzw. die elektrische Maschine entlastet. Mit anderen Worten wird die bereitzustellende Leistung aufgeteilt auf mehrere Energielieferanten, d.h. den Zwischenspeicher und die Batterie (bzw. dem Generator) .
Ferner wird eine Ausführungsform ermöglicht, bei der das Schaltmodul die elektrische Maschine in einer Rekuperationsphase direkt mit dem Zwischenspeicher verbindet, um diesem Leistung zuzuführen, so dass effektiv Energie rekuperiert werden kann. Hierbei kann die elektrische Maschine derart angesteuert werden, dass sich ein gewünschter Ladestrom einstellt bzw. eine gewünschte (veränderliche) Ladespannung an den Zwischenspeicher angelegt wird. Insbesondere wenn der Zwischenspeicher ein Kondensator ist, kann der Generator zur Anpassung des Ladestroms bzw. der Ladespannung verwendet werden, wodurch ein Hochleistungs-Wandler eingespart werden kann. Somit muss der Zwischenspeicher nicht notwendigerweise über einen Wandler geladen werden, sondern kann direkt von der elektrischen Maschine geladen werden.
Das Bordnetz-Schaltmodul weist einen ersten und einen zweiten Bordnetzanschluss auf. Diese Anschlüsse sind zur Verbindung mit einem weiteren Teil des Bordnetzes ausgelegt, insbesondere mit einem Teil des Bordnetzes, der eine Bordnetzbatterie und/oder (sensitive) Verbraucher aufweist. Die Anschlüsse können ins¬ besondere Hochstromanschlüsse sein, die etwa für Stromstärken von bis zu 10 A oder 100 A oder auch 200 A, 500 A oder 1000 A ausgelegt sind. Die beiden Bordnetzanschlüsse sind insbesondere gegeben durch einen Masse- und einen Pluspol-Anschluss bzw. durch Anschlüsse, die zur Anbindung an unterschiedliche Potentiale (Versorgungspotentiale) des (restlichen) Bordnetzes ausge¬ staltet bzw. vorgesehen sind.
Das Bordnetz-Schaltmodul weist ferner einen ersten und einen zweiten Anschluss für eine elektrische Maschine auf, die auch als erster und zweiter EM-Anschluss bezeichnet werden. Die beiden EM-Anschlüsse sind insbesondere einen positiven und einen negativen Anschluss realisiert, an denen während des Betriebs der elektrischen Maschine ein positives bzw. negatives Potential anliegt. Als EM-Anschluss wird ein Anschluss bezeichnet, der insbesondere zum Anschluss an eine Leistungsquelle vorgesehen ist, beispielsweise an einen Starter (allgemein: Elektromotor), an einen Starter-Generator bzw. an eine Lichtmaschine (allgemein: Generator) . Somit wird der Generator bzw. die Lichtmaschine von der elektrischen Maschine realisiert. Diese elektrische Maschine ist eingerichtet, mechanische Energie in einem Fahrzeug aufzunehmen und in elektrische Energie umzu- wandeln, oder in umgekehrter Richtung zu arbeiten, oder beides. Wie erwähnt, kann die elektrische Maschine zusätzlich einge¬ richtet sein, elektrische Leistung in mechanische Leistung umzuwandeln, etwa um einen Verbrennungsmotor zu starten und/oder um Traktionsleistung für das Fahrzeug zu erzeugen. Die elektrische Maschine, zu deren Anschluss die EM-Anschlüsse ausgestaltet sind, kann die Funktion einer Lichtmaschine haben. Das erfindungsgemäße Bordnetz-Schaltmodul ist auch ausge¬ staltet, den Strom einer als Lichtmaschine arbeiteten elekt- rischen Maschine an Komponenten des weiteren bzw. restlichen Bordnetzes bzw. an eine dort vorgesehene Bordnetzbatterie zu übertragen .
Es ist zudem ein Zwischenspeicheranschluss vorgesehen. An diesen Zwischenspeicheranschluss kann ein Anschluss eines Zwischen¬ speichers angeschlossen werden. Sofern der erste EM-Anschluss ein negativer Anschluss ist, dann kann dieser Zwischenspei¬ cheranschluss (etwa über einen im Weiteren erläuterten ersten Umschalter) an einen Pluspolanschluss des Zwischenspeichers angeschlossen werden, so dass sich die Spannung des Zwischenspeichers zu der Spannung des Generators bzw. Star¬ ter/Generators (allgemein: der elektrischen Maschine) addieren kann. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Zwischenspeicheranschluss mit dem zweiten EM-Anschluss, der in diesem Fall ein positiver Anschluss ist, verbunden wird, insbesondere über einen im Weiteren erläuterten zweiten Umschalter) , so dass etwa im Falle des Verbrennungsmotorstarts mittels der elektrischen Maschine diese von dem Zwischenspeicher gespeist wird. Ist der erste EM-Anschluss ein positiver Anschluss (d.h. im komple- mentären Fall) , dann entspricht der Zwischenspeicheranschluss einem Minuspolanschluss für den Zwischenspeicher, damit der Pluspol des Zwischenspeichers mit dem positiven Potential des Bordnetzes verbunden werden kann. Auch hier addieren sich die Spannungen, jedoch in umgekehrter Weise.
Die EM-Anschlüsse und der Zwischenspeicheranschluss sind vorzugsweise ausgestaltet gemäß zumindest einem Merkmal des Bordnetzanschlusses. Jedoch können die EM-Anschlüsse und der Zwischenspeicheranschluss mit einer höheren Stromtragfähigkeit ausgestattet sein wie die Bordnetzanschlüsse, da die Bord¬ netzanschlüsse von den Belastungen der Rekuperation bzw. des Starts bzw. der Traktion nur geringfügig belastet werden. ,
b
Daher können die EM-Anschlüsse und der Zwischenspeicheranschluss für Stromstärken von mindestens 500 A oder 1000 A ausgelegt sein, während die für die Auslegung maßgebliche Stromstärke der Bordnetzanschlüsse bei 200 A, 300 A oder 400 A liegen kann. Dies sind nur beispielhafte Zahlen und sollen darauf hinweisen, dass die Strompfade, welche mit hohen Pulsströmen bzw. hohen
Strombelastungen (Rekuperation / Starten / elektrisch gespeiste Beschleunigung) verbunden sind, im Wesentlichen über die EM-Anschlüsse und den Zwischenspeicheranschluss laufen und nicht über den Bordnetzanschluss .
Es ist ferner ein erster Umschalter vorgesehen, der den ersten EM-Anschluss , den Zwischenspeicheranschluss und den ersten Bordnetzanschluss miteinander verbindet. Insbesondere verbindet der erste Umschalter den ersten EM-Anschluss wahlweise mit dem Zwischenspeicheranschluss oder dem ersten Bordnetzanschluss , abhängig von dem Schaltzustand des ersten Umschalters. Der Umschalter hat einen gemeinsamen Anschluss (den beide zu wählenden Strompfade gemeinsam haben) und zwei Selektionsan- Schlüsse, die je nach Schaltzustand (wechselweise) mit dem gemeinsamen Anschluss verbunden sind, oder nicht. Da diese Schaltstellungen im üblichen Betrieb eine Auswahl vorsehen, wird für diese Komponente der Begriff "Umschalter" gewählt, auch wenn gegebenenfalls beide wählbaren Verbindungspfade geöffnet werden können, etwa in einem Notfall bzw. bei Überlast.
Da es um einen Umschalter handelt, ist der gemeinsame Kontakt des Umschalters wechselweise mit einem der zwei Selektionsanschlüsse des Umschalters verbunden. Die Begriffe "gemeinsamer Anschluss" und "Selektionsanschluss" sind lediglich zum besseren Ver¬ ständnis der Funktion gewählt, wobei im Weiteren die Beschaltung und die Arbeitsweise des Umschalters durch die sich ergebenden möglichen (steuerbaren) Strompfade definiert sind. Dies betrifft den ersten Umschalter sowie den im Weiteren erläuterte zweite Umschalter.
In diesem Sinne ist der erste Umschalter eingerichtet, den ersten EM-Anschluss steuerbar entweder mit dem ersten Bordnetzanschluss oder mit dem Zwischenspeicheranschluss zu verbinden. Der ge- meinsame Anschluss des ersten Umschalters ist daher dem ersten EM-Anschluss zuzuordnen (bzw. mit diesem zu verbinden), und die Selektionsanschlüsse des ersten Umschalters sind daher dem ersten Bordnetzanschluss bzw. dem Zwischenspeicheranschluss zuzuordnen (bzw. mit diesen zu verbinden) . Der erste Umschalter ermöglicht durch Änderung der Schaltstellung zu serielle Zuschaltung des Zwischenspeichers zu dem Generator bzw. die Auftrennung der Verbindung zwischen (erstem) EM-Anschluss und Bezugspotential, um den Generatoranschluss auf ein Potential oberhalb des Bezugspotentials zu heben bzw. um den Zwischen¬ speicheranschluss mit dem ersten EM-Anschluss zu verbinden.
Das Bordnetz-Schaltmodul weist in einer vorteilhaften Aus¬ führungsform ferner einen zweiten Umschalter auf. Dieser verbindet den zweiten EM-Anschluss mit dem Zwischenspeicheranschluss und dem zweiten Bordnetzanschluss . Insbesondere verbindet der zweite Umschalter den zweiten EM-Anschluss wahlweise mit dem Zwischenspeicheranschluss oder dem zweiten Bordnetzanschluss , abhängig von dem Schaltzustand des zweiten Umschalters. Der zweite Umschalter ist eingerichtet, den zweiten EM-Anschluss steuerbar entweder mit dem zweiten Bordnetzan- schluss oder mit dem Zwischenspeicheranschluss zu verbinden. Ein gemeinsamer Anschluss des zweiten Umschalters ist daher dem zweiten EM-Anschluss zuzuordnen (bzw. mit diesem zu verbinden), und die Selektionsanschlüsse des zweiten Umschalters sind dem zweiten Bordnetzanschluss bzw. Zwischenspeicheranschluss zu¬ zuordnen (bzw. mit diesen zu verbinden) . Mit dem zweiten Umschalter ist es möglich, die elektrische Maschine bzw. die EM-Anschlüsse direkt mit dem Zwischenspeicher bzw. mit dem Zwischenspeicheranschluss zu verbinden. In diesem Fall ist die elektrische Maschine parallel geschaltet zu dem Zwischen¬ speicher. Dadurch kann der Zwischenspeicher direkt von der elektrischen Maschine aufgeladen werden. Hierzu wird die elektrische Maschine (insbesondere deren Erregung) derart angesteuert, dass die elektrische Maschine einen gewünschten Ladestrom für den Zwischenspeicher vorsieht, oder die elektrische Maschine eine gewünschte Ladespannung (bzw. einen La¬ despannungsverlauf) vorsieht. Hierzu kann die Ansteuerung der elektrischen Maschine entsprechend ausgestaltet sein, so dass die Ansteuerung für die Rekuperationsphase die elektrische Maschine als Ladestromgenerator für den Zwischenspeicher verwendet. Ist der Zwischenspeicher ein Kondensator, etwa ein Superkondensator, ist die Ansteuerung ausgestaltet, um die elektrische Maschine derart anzusteuern, dass die Ladespannung steigt, um der linearen Ladecharakteristik (d.h. Klemmenspannung ggü . Ladezustand) eines Kondensators Rechnung zu tragen. Die Ansteuerung ist vorzugsweise ausgestaltet, die elektrische Maschine als (Lade- ) Stromquelle zu regeln.
Der erste und der zweite Umschalter können jeweils als ein Schaltelement ausgeführt sein, etwa als ein elektromechanisches Schaltelement, welches den Umschalter selbst darstellt. Ferner kann der betreffende Umschalter zwei einzelne Schaltelemente aufweisen, die jeweils an einer Seite zusammengeschlossen sind, und jeweils an der anderen Seite die Anschlüsse bilden, mit denen die zusammengeschlossenen Seiten wahlweise verbunden werden. Um eine wechselweise Verbindung zu erlangen, werden die einzelnen Schaltelemente über eine gemeinsame Steuerung angesteuert, die an die Schaltelemente zueinander komplementäre Öffnungs- bzw. Schließsignale abgibt. Die Schaltelemente können elektrome- chanische Schalter sein, jedoch sind diese bevorzugt Leis¬ tung-Halbleiterschalter. Diese weisen einen Steuereingang auf, über den der Schaltzustand des Halbleiterschalters definiert werden kann, etwa eine Basis oder ein Gate. Die Leis¬ tung-Halbleiterschalter können unidirektional oder bidirektional sperrend ausgeführt sein.
Insbesondere die ersten Schaltelemente des ersten und des zweiten Umschalters sind unidirektional sperrend ausgelegt. Die In- versdioden dieser ersten Schaltelemente weisen vorzugsweise eine Durchlassrichtung auf, die zum zweiten Bordnetzanschluss hin weist. Dadurch kann auch bei fehlender Ansteuerung Strom von den EM-Anschlüssen zu den Bordnetzanschlüssen fließen.
In einer Ausführungsform, bei der die Umschalter jeweils mittels einzelner Schaltelemente (jeweils mit den Schaltzuständen AN und AUS) ausgestaltet sind, weist der erste Umschalter ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement. Jeweils eine Seite _
y dieser Schaltelemente ist mit dem ersten EM-Anschluss verbunden. Die hierzu entgegengesetzte Seite des ersten Schaltelements des ersten Umschalters ist mit dem ersten Bordnetzanschluss ver¬ bunden. Die hierzu (d.h. zum EM-Anschluss) entgegengesetzte Seite des zweiten Schaltelements des ersten Umschalters ist mit dem Zwischenspeicheranschluss verbunden.
In gleicher Weise ist der zweite Umschalter ausgebildet (jedoch mit anderen Komponenten verbunden wie im Folgenden dargestellt ist) . Der zweite Umschalter weist (wie der erste Umschalter) ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement auf. Jeweils eine Seite dieser Schaltelemente des zweiten Umschalters ist mit dem zweiten EM-Anschluss verbunden. Die hierzu entgegengesetzte Seite des ersten Schaltelements des zweiten Umschalters ist mit dem zweiten Bordnetzanschluss verbunden. Die (zum zweiten
EM-Anschluss) entgegengesetzte Seite des zweiten Schaltelements des zweiten Umschalters ist mit dem Zwischenspeicheranschluss verbunden . Das zweite Schaltelement des ersten Umschalters und/oder das zweite Schaltelement des zweiten Umschalters können jeweils als (vorzugsweise zwei) antiseriell verbundene Halbleiterschalter ausgebildet sein. Hierbei weisen zwei antiseriell verbundene Halbleiterschalter Bodydioden auf, die in entgegengesetzte Richtungen weisen.
Zwischen zwei entgegengesetzten Seiten von Schaltelementen kann der Verbindungszustand geändert werden, entweder elektronisch durch Beeinflussung der Dichte freier Ladungsträger, oder durch mechanische Änderung eines Leiters . Die entgegengesetzten Seiten sind die beiden Anschlüsse des Schaltelements, die Verbin- dungszustände der Schaltelemente definieren den Schaltzustand des Umschalters. Der Umschalter kann als elektromechanischer Umschalter, etwa als Relais, umgesetzt sein. Vorzugsweise werden jedoch zur Rea¬ lisierung der Umschalter Leistungshalbeiterschalter verwendet, da diese im Wesentlichen keinen Verschleiß aufweisen. Daher sind gemäß einer Ausgestaltungsform die Schaltelemente (der Um- Schalter) Leistungstransistoren, insbesondere Leistungs-Feldeffekttransistoren, etwa MOSFETs, oder bipolare Leistungs¬ transistoren, etwa Leistungs-IGBTs . Falls Leistungstransistoren verwendet werden, so können diese Body-Dioden (auch Inversdioden genannt) aufweisen. Die Leitungsrichtung der Body-Diode des ersten Schaltelements (K3) des ersten Umschalters weist vorzugsweise zum (ersten) EM-Anschluss hin. Mit anderen Worten weist die Sperrrichtung dieser Body-Diode zum ersten Bordnetzanschluss hin.
Die Body-Dioden der beiden antiseriell geschalteten Leistungshalbleiterschalter des zweiten Schaltelements (K4) des ersten Umschalters weisen in unterschiedliche Richtungen. Falls dieses Schaltelement mit nur einem Leistungshalbleiterschalter aufweist, dann weist dessen Leitungsrichtung vorzugsweise zum Zwischenspeicheranschluss hin. Mit anderen Worten weist die Sperrrichtung dieser Body-Diode zum (ersten) EM-Anschluss hin. Die Leitungsrichtung der Body-Diode des ersten Schaltelements (K5) des zweiten Umschalters weist vorzugsweise zum zweiten Bordnetzanschluss hin. Mit anderen Worten weist die Sperr¬ richtung dieser Body-Diode zum (zweiten) EM-Anschluss hin. Body-Dioden der beiden antiseriell geschalteten Leistungshalbleiterschalter des zweiten Schaltelements (K6) des zweiten Umschalters weisen in unterschiedliche Richtungen. Falls dieses Schaltelement mit nur einem Leistungshalbleiterschalter ausgebildet ist, dann weist dessen Leitungsrichtung zum (zweiten) EM-Anschluss hin. Mit anderen Worten weist die Sperrrichtung dieser Body-Diode zum Zwischenspeicheranschluss hin.
Das Bordnetz-Schaltmodul kann ferner eine Ansteuerschaltung aufweisen. Diese entspricht funktionell der bereits erwähnten Ansteuerung. Die Ansteuerschaltung ist ansteuernd mit den
Umschaltern bzw . mit den Schaltelementen verbunden . Insbesondere ist die Ansteuerschaltung ansteuernd mit Steuereingängen der Umschalter bzw. der Schaltelemente der Umschalter ansteuernd verbunden . Die Ansteuerschaltung ist eingerichtet, die Schaltelemente des ersten Umschalters wechselweise anzusteuern. Die Ansteuerschaltung ist ferner eingerichtet, die Schaltelemente des zweiten Umschalters wechselweise anzusteuern. Insbesondere ist die Ansteuerschaltung ausgestaltet, die Schaltelemente eines der Umschalter nicht überlappend in den leitenden Zustand zu versetzen. Somit kann die Ansteuerschaltung eingerichtet sein, eines der Schaltelemente des ersten Umschalters und eines der Schaltelemente des zweiten Umschalters in geschlossenem Zustand anzusteuern (d.h. so anzusteuern, dass das betreffende
Schaltelement diesen Schaltzustand aufweist) , während das andere Schaltelement des jeweiligen Umschalters in offenem Zustand angesteuert wird. Die Ansteuerschaltung ist daher für das Schaltermanagement des ersten bzw. des ersten und des zweiten Umschalters (und gegebenenfalls weiterer Umschalter) zuständig.
Die Ansteuerschaltung kann ferner einen Eingang für Strom- und/oder Spannungssensoren aufweisen. Anschließbare Stromsensoren sind etwa Shunt-Widerstände oder Magnetsensoren;
anschließbare Spannungssensoren sind etwa einfache Abgriffe, ggf. in Kombination mit Verstärkern und/oder Spannungsteilern. Die Ansteuerschaltung ist eingerichtet, die Spannung bzw. den Strom zu überwachen, etwa durch Vergleich mit Soll-Werten, die bestimmten (aktuell eingestellten) Schaltzuständen zugeordnet sind, mit den am Eingang vorliegenden Strom- und/oder Spannungsdaten .
Ferner kann die Ansteuerschaltung einen Ausgang aufweisen zur Ansteuerung von Balancing-Schaltern, die den Ladezustand zwischen Zellen des selben Energiespeichers ausgleichen. Der Eingang kann ferner eingerichtet sein, mit Abgriffen einzelner Zellen verbunden zu werden, wobei die Ansteuerschaltung ausgestaltet ist, abhängig von den Potentialen an den Abgriffen (oder abhängig von einzelnen, daraus abgeleiteten Ladezuständen) einen Ladungsausgleich ( "Balancing" ) durch Schließen bzw . Öffnen von betreffenden Schaltern (an den einzelnen Zellen) durchzuführen . Das Bordnetz-Schaltmodul kann ferner über einen optionalen DC/DC-Wandler verfügen. Dieser verbindet leistungsübertragend den zweiten Bordnetzanschluss mit dem Zwischenspeicheranschluss. Der DC/DC-Wandler kann bidirektional sein, oder kann unidirektional sein und nur zur Leistungs- bzw. Stromübertragung von dem zweiten Bordnetzanschluss an den Zwischenspeicheranschluss oder nur von dem Zwischenspeicheranschluss an den zweiten Bordnetzanschluss eingerichtet sein. Der DC/DC-Wandler kann zur zur Aufladung des Zwischenspeichers über den Zwischenspei- cheranschluss dienen, indem der Wandler Strom vom zweiten
Bordnetzanschluss an den Zwischenspeicheranschluss übertragen kann. Zur Förderung des Stromflusses erhöht der DC/DC-Wandler das Potential des zweiten Bordnetzanschlusses, so dass zwischen dem Zwischenspeicheranschluss und dem ersten Bordnetzanschluss eine höhere Spannung anliegt als ohne DC/DC-Wandler. Die vom
DC/DC-Wandler vorgesehen Funktion ist jedoch redundant zur Möglichkeit, den Zwischenspeicher mittels der elektrischen Maschine aufzuladen (d.h. der Möglichkeit der Verbindung des Zwischenspeicheranschlusses mit dem zweiten EM-Anschluss )
Wie erwähnt ist der DC/DC-Wandler optional, wobei dem Zwi¬ schenspeicheranschluss auf direkt das Potential des zweiten Bordnetzanschlusses zugeführt werden kann (über das zweite Schaltelement des zweiten Umschalters bzw. über den zweiten Umschalter) . Bei der Verwendung des DC/DC-Wandlers kann dieser auf eine bestimmte Ausgangsspannung geregelt werden, um den Zwischenspeicher gesteuert aufzuladen. Dies erleichtert die Definition des Aufladungsprozesses des Zwischenspeichers, wenn Leistung über den EM-Anschluss an den Zwischenspeicher über- tragen werden soll.
Der DC/DC-Wandler kann mit einer geringen Nennleistung ausgestaltet werden, etwa mit einer Nennleistung, die geeignet ist, die gespeicherte Energie Zwischenspeichers in einer Zeitspanne von mehr als 10 sec, 60 sec oder 300 sec um 10% oder 50% bezogen auf die Nennkapazität zu erhöhen. Ferner kann der DC/DC-Wandler mit einem Nennstrom (betreffend die vom Wandler übertragene Leistung) ausgestaltet sein, der nicht mehr als 20
nicht mehr als 5% oder 1%, insbesondere nicht mehr als lOOOppm oder lOOppm als der Nennstrom (Haltestrom) des ersten oder zweiten Umschalters oder deren Schaltelemente beträgt.
Der DC/DC-Wandler kann als 2-Quadranten- oder 4-Quadranten- Wandler ausgestaltet sein. Es können Hoch- oder Tiefsetzsteller verwendet werden oder auch Wandler mit galvanischer Trennung.
Es kann ein weiterer (dritter) Umschalter vorgesehen sein, um einen Zwischenabgriff des Zwischenspeichers (bzw. einen ent- sprechenden Anschluss für den Zwischenspeicher) gesteuert mit einem Bordnetzbatterieanschluss zu verbinden. Dadurch kann der an den Zwischenabgriff des Zwischenspeichers angeschlossene Teil des Zwischenspeichers wahlweise in Serie mit der Bordnetz¬ batterie geschlossen werden. Falls der erste Bordnetzanschluss der Masse entspricht, dann ist der Bordnetzbatterieanschluss der Anschluss zur Verbindung mit dem Minuspol der Bordnetzbatterie (d.h. ein Minuspolanschluss ) . Falls der erste Bordnetzanschluss Bordnetzbatterieanschluss der Anschluss zur Verbindung mit dem Pluspol der Bordnetzbatterie (d.h. ein Pluspolanschluss) .
Der dritte Umschalter ist mit dem ersten Bordnetzanschluss, dem Zwischenspeicherabgriff-Anschluss und dem Bordnetzbatterie¬ anschluss verbunden. Der Zwischenspeicher weist mehrere Zwischenspeicherelemente auf. Diese sind seriell verbunden. Der Zwischenspeicherabgriff-Anschluss ist mit einer Verbindung zwischen mindestens zwei Zwischenspeicherelementen verbunden. Zwischen dem Zwischenspeicherabgriff und dem ersten Bordnetzanschluss sind ein oder mehrere Zwischenspeicherelementen (seriell) geschaltet. Zwischen dem Zwischenspeicherabgriff und dem Zwischenspeicheranschluss sind ebenso ein oder mehrere
Zwischenspeicherelementen (seriell) geschaltet. Die ein oder mehreren Zwischenspeicherelemente zwischen dem ersten Bord¬ netzanschluss und dem Zwischenspeicherabgriff wurden vorangehend als Teil des Zwischenspeichers erwähnt.
Der dritte Umschalter ist eingerichtet, den Bordnetzbatte¬ rieanschluss steuerbar entweder mit dem ersten Bordnetzanschluss oder mit dem Zwischenspeicherabgriff-Anschluss zu verbinden. Der dritte Umschalter kann wie der erste und/oder der zweite Um- Schalter ausgebildet sein. Insbesondere kann der dritte Um¬ schalter zwei Schaltelemente aufweisen, wobei jeweils eine Seite dieser Schaltelemente mit dem Bordnetzbatterieanschluss ver¬ bunden ist. Die hierzu entgegengesetzte Seite des ersten Schaltelements des dritten Umschalters ist mit dem ersten
Bordnetzanschluss verbunden ist. Die hierzu entgegengesetzte Seite des zweiten Schaltelements (d.h. zur mit dem Bordnetz- batterieanschluss verbundenen Seite entgegengesetzte Seite des zweiten Schaltelements) des dritten Umschalters ist mit dem Zwischenspeicherabgriff verbunden. Die Schaltelemente des dritten Umschalters sind insbesondere Leistungshalbleiter¬ schalter, insbesondere Leistungstransistoren wie Feldeffekttransistoren (etwa MOSFETs) oder bipolare Transistoren (insbesondere IGBTs) . Der dritte Umschalter ist mit einer höheren Strombelastbarkeit als der erste und der zweite Umschalter ausgestattet. Dies gilt insbesondere für sie Schaltelemente der betreffenden Umschalter. Die Stromtragfähigkeit des dritten Umschalters beträgt insbesondere mindestens 150%, 200% oder 300% der Stromtragfähigkeit des ersten Umschalters bzw. des zweiten Umschalters. Beispielsweise ist sind der erste und der zweite Umschalter für einen Nenn-Schaltstrom von 150 - 200 A oder 400 - 450 A ausgelegt, während der dritte Umschalter ein einen Nenn-Schaltstrom (Startstrom) von beispielsweise 900 - 1200 A, beispielsweise 1100 A, ausgelegt ist. Die maximale Stromabgabe des DC/DC-Wandlers beträgt vorzugsweise nur einen geringen
Bruchteil der Stromtragfähigkeit des ersten oder zweiten Um¬ schalters, insbesondere nicht mehr als 25%, 20 %, 10 oder 1%, insbesondere nicht mehr als lOOOppm oder lOOppm als die Stromtragfähigkeit des ersten oder zweiten Umschalters. Dies kann insbesondere auch im Vergleich mit der Stromtragfähigkeit des dritten Umschalters gelten. Der Nennstrom des DC/DC-Wandlers beträgt beispielsweise 5 - 30 A, insbesondere weniger als 50 A.
Falls ein Bordnetzbatterieanschluss vorgesehen ist, dann kann die Steuerschaltung mit einem (wie beschriebenen) Ausgang ausgestattet sein, der zum Anschluss von Balancing-Schaltern der (einzelnen Zellen der) Bordnetzbatterie ausgestaltet ist. Die Ansteuerschaltung kann daher ferner einen Batteriemanagementabschnitt aufweisen, der zur Erfassung der Zellzustände oder des Batteriezustands (etwa Ladezustand, Alterung, Maximalstrom, Spannung, ... ) ausgebildet ist (anhand der Daten am Eingang) . Die Ansteuerschaltung kann ferner wie erwähnt einen Ausgang zur Ansteuerung von Balancing-Schaltern aufweisen. Dieser Ausgang sowie zugehörige Ansteuerschaltungsabschnitte sind ebenso Teil des Batteriemanagementabschnitts .
Die Ansteuerschaltung kann ferner einen Befehls-Eingang aufweisen, mit dem sich Schaltzustandsbefehle in die Ansteuer- Schaltung eingeben lassen. Es kann eine übergeordnete Steuereinheit vorgesehen sein, die etwa einen Schaltzustandsbefehl an die Ansteuerschaltung abgibt. Der Schaltzustandsbefehl kann einen Leistungsfluss wiedergeben, etwa einen Rekuperations- zustand, einen Startzustand, einen Leerlaufzustand oder auch die Zustände wie sie hierin beschrieben sind. Die Ansteuerschaltung verhält sich wie ein "Slave" während die übergeordnete Steu¬ ereinheit den hierzu passenden "Master" darstellt.
Ein weiterer Aspekt ist es, dass die Schaltung ausgehend von Masse, oder (komplementär hierzu) ausgehend vom positiven
Versorgungspotential aufgebaut sein kann. Im Folgenden ist wird zunächst die erste Variante beschrieben, worauf eine Be¬ schreibung der zweiten (dazu komplementären) Variante beschrieben wird.
Gemäß der ersten Variante ist der erste Bordnetzanschluss ein Masseanschluss (d.h. ein Anschluss an Masse des Schaltmoduls bzw. des Bordnetzes / Bordnetzzweiges) und der zweite Bordnetzan- schluss ist ein Pluspol-Anschluss , d.h. ein Anschluss zur Verbindung mit dem positiven Versorgungspotentials (des
Bordnetzes bzw. des Bordnetzzweiges).
Der erste EM-Anschluss ist ein Minuspol-Anschluss und der zweite EM-Anschluss ist ein Pluspol-Anschluss. Im Betrieb erzeugt die elektrische Maschine (ein Generator, eine Lichtmaschine oder ein Start/Generator) eine positive Spannung zwischen diesem Minuspol-Anschluss und diesem Pluspol-Anschluss. Wenn die elektrische Maschine im Motorbetrieb arbeitet oder insbesondere diese als Elektromotor (bzw. Starter oder Traktions-Elektromotor) verwendet wird, dann wird im Betrieb eine positive Spannung zwischen diesem Minuspol-Anschluss und diesem Pluspol-Anschluss angelegt. Der Zwischenspeicheranschluss ist gemäß der ersten Variante ein Pluspol-Anschluss. Der anschließbare Zwischenspeicher erzeugt daher eine positive Spannung zwischen diesem Pluspol-Anschluss und dem ersten Bordnetzanschluss (d.h. Masse) . Ferner wird im Betrieb eine positive Spannung zwischen diesem Pluspol-Anschluss und dem ersten Bordnetzanschluss (der einem Minuspol-Anschluss für den Zwischenspeicher entspricht) zum Laden des Zwischenspeichers angelegt.
Im Folgenden wird die zweite Variante beschrieben. Die zweite Variante ist komplementär zur ersten Variante aufgebaut; es können daher Merkmale der vorgenannten Variante durch komplementäre Übertragung auf die zweite Variante übertragen werden. In dieser zweiten Variante ist der erste Bordnetzan- schluss ein Pluspol-Anschluss (d.h. entspricht dem positiven Versorgungspotential des Bordnetzes bzw. Bordnetzzweiges) und der zweite Bordnetzanschluss ein Masseanschluss (entsprechend dem Massepotential des Bordnetzes bzw. Bordnetzzweiges).
Gemäß der zweiten Variante ist der erste EM-Anschluss ein Minuspol-Anschluss und der zweite EM-Anschluss ein Plus- pol-Anschluss . Zur Ausgestaltung des Minuspol- und des Plus¬ pol-Anschlusses hinsichtlich der EM-Anschlüsse sei auf die erste Variante verwiesen.
Gemäß der zweiten Variante ist der Zwischenspeicheranschluss ein Minuspol-Anschluss. Zur Ausgestaltung des Minuspol-Anschlusses hinsichtlich des Zwischenspeicheranschlusses sei auf die erste Variante verwiesen.
Wie erwähnt, ist der Zwischenspeicher selbst nicht Teil des Bordnetz-Schaltmoduls, sondern das Schaltmodul weist Anschlüsse auf, die zum Anschluss des Zwischenspeicher ausgestaltet sind.
Es wird ferner eine Bordnetzunterstützungseinrichtung beschrieben, die neben dem Bordnetz-Schaltmodul den Zwischen- Speicher umfasst. Der elektrische Zwischenspeicher (bzw. dessen Minus- und Pluspol) ist an dem ersten Bordnetzanschluss und dem Zwischenspeicheranschluss angeschlossen. Der elektrische Zwischenspeicher kann ein elektrostatischer oder ein elekt- rochemischer Zwischenspeicher sein, etwa eine Batterie mit einer oder mehreren galvanischen Zellen (etwa eine oder mehrere lithiumbasierte Sekundärzellen wie Li-Ionen-Zellen, Li-Polymer- Zellen, Li-Eisenphosphat-Zellen (und/oder Li-Manganphosphat- Zellen) , Li-Titanat-Zellen oder andere Sekundärzellen mit Li als Elektrodenmaterial) . Es können auch Blei-Säure-Zellen verwendet werden .
Vorzugsweise umfasst der Zwischenspeicher eine oder mehrere (insbesondere seriell geschaltete) Kondensatoren, etwa soge- nannte Ultra- oder Superkondensatoren, insbesondere Doppel¬ schichtkondensatoren. Es können ferner Hybrid-Kondensatoren eingesetzt werden, etwa Li-Ionen-Kondensatoren . Die Kondensatoren sind vorzugsweise elektrochemische Kondensatoren oder auch elektrostatische Kondensatoren. Es werden insbesondere Kondensatoren mit einer Kapazität von mindestens hundert mF verwendet, vorzugsweise von mehreren F (Farad) , besonders bevorzugt von mindestens hundert Farad oder mehreren hundert Farad, wobei auch die Kondensatoren eine Kapazität von mindestens tausend Farad haben können.
Der Zwischenspeicher kann einen Zwischenabgriff aufweisen. Dieser ist mit dem Zwischenspeicherabgriff-Anschluss verbunden. Mindestens ein erstes Zwischenspeicherelement ist zwischen dem Zwischenabgriff und dem Zwischenspeicheranschluss ange- schlössen. Zwischen dem Zwischenabgriff und dem ersten Bordnetzanschluss ist ferner mindestens ein zweites Zwischen¬ speicherelement angeschlossen. Werden mehrere erste und/oder zweite Zwischenspeicherelemente verwendet, dann sind diese vorzugsweise seriell verbunden, insbesondere um eine höhere Betriebsspannung zu erzeugen. Das zweite Zwischenspeicherelement (bzw. die mehreren Zwischenspeicherelemente) wurden vorangehend als Teil des Zwischenspeichers beschrieben. Dieser kann über den dritten Umschalter wahlweise dem Bordnetzbat- terieanschluss (und somit der daran anschließbaren Bordnetzbatterie) seriell zugeschaltet werden.
Die Bordnetzunterstützungseinrichtung weist lediglich An- Schlüsse für die elektrische Maschine bzw. für die Bordnetz¬ batterie auf, die eingerichtet sind, an die betreffenden Komponenten eines Bordnetzzweigs angeschlossen zu werden. Im Weiteren ist ein Bordnetzzweig beschrieben, der neben der Bordnetzunterstützungseinrichtung (und somit neben dem Bord- netzschaltmodul und dem Zwischenspeicher) auch eine elektrische Maschine und eine Bordnetzbatterie umfasst.
Der Bordnetzzweig weist somit die Bordnetzunterstützungseinrichtung sowie eine elektrische Maschine und eine Bordnetz- batterie auf. Die elektrische Maschine (etwa ein Start/Gene¬ rator, ein Generator, eine Lichtmaschine oder eine elektrische Maschine, die als Generator und als Traktions-Elektromotor arbeiten kann) ist an dem ersten und dem zweiten EM-Anschluss angeschlossen. Die Bordnetzbatterie ist mit dem zweiten
Bordnetzanschluss verbunden. Die Bordnetzbatterie ist über eine Schalteinrichtung (insbesondere ein Umschalter wie der vorangehend genannte dritte Umschalter) wahlweise mit dem ersten Bordnetzanschluss oder mit dem Zwischenabgriff des Zwischenspeichers verbunden.
Die Ansteuerschaltung des Bordnetz-Schaltmodul, der Bord¬ netzunterstützungseinrichtung bzw. des Bordnetzzweiges ist zur Ansteuerung zumindest einer der folgenden Schaltzustände eingerichtet :
(a) Ein Zwischenspeicher-Grundzustand, in dem der erste Um¬ schalter den ersten EM-Anschluss mit dem ersten Bordnetzan- schluss verbindet, während der zweiten Umschalter den zweiten EM-Anschluss mit dem zweiten Bordnetzanschluss verbindet. In diesem Zustand ist der Zwischenspeicher passiv (d.h. ohne Stromfluss) .
(b) Ein Rekuperationszustand, in dem der erste Umschalter den ersten EM-Anschluss mit dem ersten Bordnetzanschluss verbindet, während der zweiten Umschalter den zweiten EM-Anschluss mit dem Zwischenspeicheranschluss verbindet. In diesem Zustand ist der Zwischenspeicher aktiv und kann Strom (d.h. Leistung) von der elektrischen Maschine erhalten, um diese als abrufbare Energie zu speichern. Der Rekuperationszustand kann auch als Ladezustand bezeichnet werden, da in diesem Zustand der Zwischenspeicher geladen wird bzw. Strom / Leistung über einen der EM-Anschlüsse an den Zwischenspeicheranschluss übertragen wird. In dem Rekuperationszustand und in dem Zwischenspeicher-Grundzustand weist der erste Umschalter den gleichen Schaltzustand auf. In dem Rekuperationszustand hat der zweite Umschalter einen anderen Schaltzustand als im Zwischenspeicher-Grundzustand. In dem Rekuperationszustand steuert die Ansteuerschaltung die elektrische Maschine an, einen (vorgegebenen, ggf. variablen) Soll-Ladestrom zu erzeugen, vorzugsweise indem die Ansteuerschaltung ein Erregerstrom-Ansteuersignal an die elektrische Maschine abgibt. Alternativ steuert die Ansteuerschaltung die elektrische Maschine an, eine (vorgegebenen, variablen)
Soll-Ladespannung zu erzeugen, vorzugsweise indem die An- Steuerschaltung ein Erregerstrom-Ansteuersignal an die elektrische Maschine abgibt. Die Ansteuerschaltung kann einen EM-Ansteuerausgang aufweisen, der eingerichtet ist, an einen Steuereingang der elektrischen Maschine angeschlossen zu werden. Die Ansteuerschaltung ist eingerichtet, an dem EM-Ansteuer- ausgang ein Erregerstrom-Ansteuersignal abzugeben . Insbesondere wenn Zwischenspeicher in Form von Kondensatoren verwendet werden, kann das Erregerstrom-Ansteuersignal derart ausge¬ staltet sein, dass zwischen den EM-Anschlüssen eine Spannung von weniger als 10 V, weniger als 5 V, weniger als 3 V oder ins- besondere weniger als 2 V (zeitweise) auftritt, abhängig von Ladezustand und somit von dem (Leerlauf-) Potential an dem Zwischenspeicheranschluss. Wenn Kondensatoren verwendet werden, wird vorzugsweise das Erregerstrom-Ansteuersignal derart ausgegeben, dass sich ein Soll-Ladestrom an dem Zwischen- speicheranschluss ergibt. Dadurch ist ein Wandler zum Anpassen einer Ladespannung an dem Zwischenspeicher (als Kondensator ausgebildet) nicht notwendig. (bl) Ein Zwischenspeicher-Startzustand, in dem der Zwischen¬ speicher direkt mit der elektrischen Maschine verbunden ist, um den Zwischenspeicher zur elektrischen Maschine zu entladen. Die elektrische Maschine arbeitet als Motor, insbesondere als Starter, etwa für eine elektrische Maschine oder auch als Traktionsmotor. In diesem Zustand ist der Zwischenspeicher- anschluss mit dem zweiten EM-Anschluss verbunden; es ergibt sich die gleiche Schaltstellung wie in (b) , jedoch mit umgekehrtem Leistungsfluss . Indem Zwischenspeicher-Startzustand verbindet der erste Umschalter den ersten Bordnetzanschluss mit dem ersten EM-Anschluss. Ferner verbindet in dem Zwischenspeicher-Start¬ zustand der zweite Umschalter den Zwischenspeicheranschluss mit dem zweiten EM-Anschluss. Der zweite Umschalter trennt hierbei den zweiten Bordnetzanschluss von der elektrischen Maschine, so dass das verbleibende Bordnetz nicht von Spannungseinbrüchen betroffen ist, das sich durch den Start ergibt. Die Zustände (b) und (bl) sehen beide vor, dass der Zwischenspeicheranschluss direkt mit dem zweiten EM-Anschluss verbunden ist; ferner ist hierbei der zweite Bordnetzanschluss getrennt von dem Zwi- schenspeicheranschluss bzw. getrennt von dem zweiten
EM-Anschluss. Diese Trennung verhindert Spannungsvariationen, die sich durch den Stromfluss zwischen dem Zwischenspeicheranschluss (d.h. dem Zwischenspeicher) und dem EM-Anschluss (d.h. der elektrischen Maschine) ergeben. Die vergleichbare Schalt- Stellung der Umschalter in den beiden Zuständen (b) und (bl) wird wiedergegeben durch die Verwendung des gleichen Buchstabens. Während die Schaltstellungen vergleichbar sind, ergeben sich jedoch unterschiedliche Ansteuerung der elektrischen Maschine (die insbesondere von der Ansteuervorrichtung ausgeführt wird) . Im Zustand (b) wird die elektrische Maschine derart angesteuert, dass sich ein gewünschter Ladestrom bzw. eine gewünschte Ladespannung für den Zwischenspeicher ergibt. Dieser Strom bzw. diese Spannung ergibt sich durch die Eigenschaften des Zwischenspeichers (Maximalstrom, Ladekurve, etc.). Im Zustand (bl) wird die elektrische Maschine angesteuert, ein Soll-Drehmoment zu erzeugen, um etwa einen Verbrennungsmotor zu starten. Die elektrische Maschine wird insbesondere angesteuert durch Steuerung der Erregung bzw. durch Steuerung des Erregerstroms. Die Ansteuervorrichtung ist für zumindest eine dieser Steuerungen der Erregung ausgebildet.
(c) Ein EM-Unterstützungszustand, in dem der erste Umschalter den ersten EM-Anschluss mit dem Zwischenspeicheranschluss ver¬ bindet, während der zweiten Umschalter den zweiten EM-Anschluss mit dem zweiten Bordnetzanschluss verbindet. In diesem Zustand wird der Zwischenspeicher entladen bzw. wird Strom (bzw.
Leistung) vom Zwischenspeicheranschluss an den ersten
EM-Anschluss übertragen. Durch die serielle Zuschaltung mittels des ersten Umschalters erhält der erste EM-Anschluss ein höheres Potential, nämlich das des Zwischenspeicheranschlusses. Es addieren sich die Spannungen des (gesamten) Zwischenspeichers und der elektrischen Maschine, so dass die resultierende Ge- samtspannung an den Bordnetzanschlüssen und somit dem restlichen Bordnetz anliegt.
(d) Ein Zwischenspeicher-Entladungszustand, in dem der zweite Umschalter den Zwischenspeicheranschluss (direkt) mit dem zweiten Bordnetzanschluss verbindet. Hierbei sind beide
Schaltelemente des zweiten Umschalters geschlossen, um den Zwischenspeicheranschluss direkt zum zweiten Bordnetzanschluss zu führen. Ferner sind beide Schaltelemente des ersten Um¬ schalters oder zumindest das erste oder das zweite Schaltelement des ersten Umschalters offen. Insbesondere wenn die Schalt¬ elemente des zweiten Umschalters Halbleiterschaltelemente sind, dann kann der Zwischenspeicher auf eine Spannung aufgeladen sein, die um die Durchlassspannung der Schaltelemente größer als die Maximalspannung an dem Bordnetz ist. Dadurch lässt sich eine besonders hohe Menge an Energie in dem Zwischenspeicher speichern, da dessen gespeicherte Energie proportional zum Quadrat der Klemmenspannung am Zwischenspeicher ist, sofern dieser als Kondensator ausgeführt ist. Es ergibt sich insgesamt ein energetischer Vorteil, da der Verlust an den Schaltelementen lediglich proportional zur Betriebsspannung ist. Die Maximale Betriebsspannung an den Bordnetzanschlüssen kann beispielsweise 14 V betragen, während die Maximalspannung an dem Zwischenspeicheranschluss 15,5 V betragen kann, sofern 1,5 V an den Schaltern des Umschalters abfallen. Bei Ausführungsformen, die den dritten Umschalter umfassen, ergeben sich weitere Schaltzustände, zu deren Ansteuerung die Ansteuervorrichtung eingerichtet ist. Die Ansteuervorrichtung kann daher ferner eingerichtet sein, zumindest einen der folgenden Zustände einzustellen:
(e) Ein Bordnetzbatterie-Unterstützungszustand, in dem der dritte Umschalter den Zwischenspeicherabgriff-Anschluss mit dem ersten Bordnetzbatterie-Anschluss verbindet. In diesem Zustand ist ein Teil der Bordnetzbatterie in Serie mit der Bordnetz¬ batterie verbunden. Der erste Bordnetzbatterie-Anschluss ist in Serie mit denjenigen Zwischenspeicherelementen geschaltet, welche sich zwischen dem Zwischenspeicherabgriff-Anschluss und dem ersten Bordnetzanschluss befinden. Diese Zwischenspei- cherelemente sind die hier beschriebenen zweiten Zwischenspeicherelemente. Es können ein oder mehrere Zwischenspei¬ cherelemente zwischen dem Zwischenspeicherabgriff-Anschluss und dem ersten Bordnetzanschluss vorliegen. Der Bordnetzbatte¬ rie-Unterstützungszustand wird insbesondere verwendet, wenn die elektrische Maschine, die etwa als Generator ausgestaltet ist, auch zum Starten eines Verbrennungsmotors verwendet wird und somit einen Starter/Generator bildet. Wie erwähnt kann die elektrische Maschine jedoch auch die Funktion einer Lichtma¬ schine aufweisen und somit primär als Generator ausgebildet sein.
(f) Ein Bordnetzbatterie-Grundzustand, in dem der dritte Um¬ schalter den ersten Bordnetzanschluss (d.h. Masse oder auch im komplementären Fall das positive Versorgungspotential) mit dem ersten Bordnetzbatterie-Anschluss verbindet. Die Ansteuer- Vorrichtung ist ausgestaltet, den Bordnetzbatterie-Unterstützungszustand einzustellen, während ein Zwischenspei¬ cher-Grundzustand eingestellt ist. Abweichend von der obigen Beschreibung fließt dann aufgrund des dritten Umschalters Strom durch den Zwischenspeicher und dieser (bzw. der zweiten Zwi- schenspeicher) entlädt sich.
(g) Ein Zwischenspeicher-Unterstützungszustand, in dem der Zwischenspeicher das Bordnetz speist. Hierbei ist der Zwi- schenspeicheranschluss (über den zweiten Umschalter oder über den ersten Umschalter, die EM-Schaltvorrichtung und den zweiten Umschalter) mit dem zweiten Bordnetzanschluss verbunden. Die EM-Schalteinrichtung wird in diesem Zustand vorzugsweise derart angesteuert, dass deren Schalter offen sind bzw. dass sich zwischen den EM-Anschlüssen kein Stromfluss ergibt. Der zweite Umschalter verbindet den zweiten EM-Anschluss mit dem zweiten Bordnetzanschluss . Hierbei sind beide Schalter des zweiten Umschalters geschlossen (in Abweichung von der üblichen Umschaltfunktion) . Zudem ist mindestens ein Schalter des ersten Umschalters offen.
Ferner ist die Ansteuervorrichtung ausgestaltet, den
EM-Unterstützungszustand einzustellen, während der Bordnetz¬ batterie-Grundzustand eingestellt ist. Vorzugsweise sind während den Unterstützungszuständen keine anderen Zustände als die vorangehend genannten zulässig; die Ansteuervorrichtung ist ausgestaltet, nicht zulässige Zustände auch nicht anzusteuern, etwa durch Unterdrücken von Schaltsignalen. Einen Trennzustand, bei dem der zweite Umschalter den zweiten Bordnetzanschluss vom zweiten EM-Anschluss trennt. Alternativ oder in Kombination hierzu kann im Trennzustand die Ansteuervorrichtung den ersten Umschalter ansteuern, den ersten Bordnetzanschluss vom ersten EM-Anschluss zu trennen. Dieser Trennzustand wird eingestellt, wenn die Ansteuervorrichtung einen fehlerhaften Bordnetzzustand erfasst, etwa wenn am Bordnetz eine Spannung oberhalb einer vorgegebenen Maximalspannung erfasst wird, beispielsweise im Fall, wenn eine Spannungsquelle mit höherer Nennspannung als die der Bord- netzbatterie (bzw. des Bordnetzes) an das Bordnetz im Über- brückungsfall angelegt wird. Im Trennzustand kann alternativ oder zusätzlich der Zwischenspeicherabgriff vom ersten
EM-Anschluss getrennt werden. In einem spezifischen Fall ist die Ansteuervorrichtung eingerichtet, das erste und das zweite Schaltelement des ersten Umschalters zu öffnen, um den Trenn¬ zustand herzustellen. In diesem Fall wird von der grundsätzlichen wechselweisen Betätigung der Schaltelemente der Umschalter abgewichen, so dass sich eine vollständige Abtrennung eines Bordnetzanschlusses ergibt. Die Ansteuervorrichtung ist vorzugsweise als Mikroprozessor ausgestaltet, auf dem ein Programm abläuft, welches die
Funktionen der hier beschriebenen Ausführungsformen realisiert. Insbesondere umfasst die Ansteuerschaltung eine Anwendungs- spezifische integrierte Schaltung, die diese Funktionen rea¬ lisiert .
Die Ansteuervorrichtung kann ferner wie erwähnt einen Ansteuerausgang zur Abgabe von Steuersignalen an die elektrische Maschine aufweisen, um deren Leistung bzw. Erregung einzustellen. Die Ansteuervorrichtung kann ferner Eingänge für Strommesssignale und/oder Spannungsmesssignale aufweisen, sowie insbesondere für Eingaben (Startbefehl, Stoppbefehl, Betriebsmodusbefehl) . Die Strommesssignale und/oder Spannungsmess- signale können von Sensoren oder Messeinrichtungen des
Schaltmoduls erzeugt werden.
Es kann eine EM-Schalteinrichtung vorgesehen sein, die die EM-Anschlüsse mit Wicklungen der elektrischen Maschine ver- bindet. Als EM-Schalteinrichtung kommt insbesondere ein Inverter in Betracht, vorzugsweise mehrphasig ausgestaltet. Die Halb¬ leiterschalter der EM-Schalteinrichtung bilden somit einen Inverter. Die EM-Schaltvorrichtung kann insbesondere eine B6C-Brücke sein. Die EM-Schalteinrichtung umfasst vorzugsweise zwei seriell geschaltete Halbleiterschalter oder mehrere Gruppen von zwei seriell geschalteten Halbleiterschaltern, wobei jede Gruppe jeweils einer Phase der elektrischen Maschine zugeordnet ist. Der Verknüpfungspunkt zwischen den zwei seriell ge¬ schalteten Halbleiterschalter sind mit Anschlüssen, insbe- sondere mit Wicklungsanschlüssen zum Anschluss der Phasenwicklungen der elektrischen Maschine verbunden. Über die Schalteinrichtung, die insbesondere die Funktion eines Inverters hat, sind die (Gleichstrom- ) EM-Anschlüsse mit den Phasenan¬ schlüssen der elektrischen Maschine verbunden. Durch die An- Steuerung der EM-Schalteinrichtung wird ein Drehfeld in der elektrischen Maschine erzeugt. Die elektrische Maschine kann daher insbesondere als Synchronmaschine (oder auch als
Asychronmaschine) ausgebildet sein. Ferner kann die elektrische Maschine als bürstenloser (oder mechanisch kommutierter) Gleichstrommotor ausgebildet sein, so dass die Kommentierung von der Schalteinrichtung oder einer mechanischen Kommutierungsvorrichtung (etwa Bürsten und zugehörige Rotor-Kontaktflächen) durchgeführt wird, wobei die EM-Schalteinrichtung etwa mittels Pulsweitensteuerung die Effektivleistung steuert. Die
EM-Schalteinrichtung wird von der Ansteuervorrichtung angesteuert. Hierzu kann die Ansteuervorrichtung einen EM-Steuerabschnitt aufweisen, der die EM-Schalteinrichtung ansteuert . Die EM-Schalteinrichtung weist vorzugsweise Steuereingänge auf, die mit der Ansteuervorrichtung bzw. mit einem entsprechenden EM-Steuerausgang der EM-Schalteinrichtung verbunden sind.
Die Halbleiterschalter der Schalteinrichtung weisen jeweils eine Body-Diode auf. Die Durchlassrichtung der Body-Dioden weist von dem ersten EM-Anschluss zum zweiten EM-Anschluss, wenn der erste EM-Anschluss der positive Anschluss und der zweite EM-Anschluss der negative Anschluss ist. Ansonsten sind die Durchlass¬ richtungen umgekehrt. Über den Body-Dioden sowie über das erstes Schaltelement des zweiten Umschalters (auch mit dem Bezugs- zeichen K5 bezeichnet) fallen zusammen in Flussrichtung etwa 1.5 Volt ab bzw. eine Spannung, die der Summe der Schwellenspannung der jeweiligen Halbleiterelemente (bzw. deren Bodydioden) entspricht. Die Halbleiterschalter sind insbesondere ausge¬ staltet wie die Schaltelemente des ersten und zweiten Um- Schalters.
Wenn die Spannung zwischen dem Zwischenspeicheranschluss und Masse eine erste Spannungsschwelle (beispielsweise 15 V oder allgemein eine Nenn-Betriebsspannung + eine vorgegebene zu- sätzliche Spannung) überschreitet, kann das erste Schaltelement des zweiten Umschalters geschlossen werden, und die Schalt¬ einrichtung kann gemäß einer Pulsweitenmodulation betrieben werden, etwa um die effektive Spannung an den Wicklungsanschlüssen zu steuern bzw. unter einem vorgegebenen Maximalwert zu halten.
Die Steuervorrichtung ist ausgestaltet, die Umschalter bzw. deren Halbleiterschalter und/oder die elektrische Maschine (insbesondere deren Erregung) gemäß der Sollvorgabe anzusteuern, eine Sollspannung (oder ein Sollspannungsintervall) zwischen den Bordnetzanschlüssen einzustellen. (Dies gilt insbesondere nicht für die Zustände (b) und (bl), da in diesen Zuständen die EM-Anschlüsse bzw. der Zwischenspeicheranschluss nicht mit den Bordnetzanschlüssen verbunden ist.)
Wenn die Spannung zwischen dem Zwischenspeicheranschluss und Masse eine zweite Spannungsschwelle, die über der ersten Spannungsschwelle liegt, überschreitet, gehen die Body-Dioden der Schalteinrichtung in den leitenden Zustand über. Die
Schaltelemente des zweiten Umschalters und das erste Schalt¬ element des zweiten Umschalters (auch mit dem Bezugszeichen K5 bezeichnet) sind offen, wenn die elektrische Maschine elekt¬ rische Energie erzeugt und diese (durch das geschlossene zweite Schaltelement des zweiten Umschalters, auch K6 genannt) an den Zwischenspeicheranschluss geführt wird.
Die Nennspannung des Zwischenspeichers kann der Nenn-Be- triebsspannung des Bordnetzes (12 V, 14 V, 24 V, 48 V) ent- sprechen, kann jedoch auch geringer sein, etwa 2-10 V, insbesondere 4 - 8 V, beispielsweise ca. 4 V, 5 V, oder 8 V. Die Nennspannung des Zwischenspeichers kann gemäß eines weitere Aspekts auch größer sein als die Nenn-Betriebsspannung des Bordnetzes, etwa 14 V, 15 V oder 16 V, insbesondere wenn die Nenn-Betriebsspannung des Bordnetzes 12 V beträgt. Die Nenn-Be- triebspannung des Zwischenspeichers kann insbesondere um IV, 1,5 V oder 2 V größer sein als die Nenn-Betriebsspannung des Bordnetzes . Beschreibung der Zeichnung
Die Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Bordnetz mit einem Bord¬ netzzweig, der eine Bordnetzunterstützungseinrichtung mit einem Bordnetz-Schaltmodul aufweist. Die Figur 1 dient zur Erläuterung einiger Eigenschaften von Ausführungsformen der Erfindung.
Das in Figur 1 dargestellte beispielhafte Bordnetz weist einen Bordnetzzweig 2 auf, in dem sich ein Bordnetz-Schaltmodul befindet, welches die Komponenten: Umschalter K1/K2, Umschalter K3/K4, Umschalter K5/K6 sowie die Anschlüsse 10, 12, 20, 22, 30, 32 und 60 umfasst. Das Bordnetz-Schaltmodul weist ferner einen eine Ansteuervorrichtung 40 und einen DC/DC-Wandler 50 auf. Die Bordnetzunterstützungseinrichtung weist neben den Komponenten des Bordnetz-Schaltmoduls den Zwischenspeicher 34 auf. Der
Bordnetzzweig 2 umfasst neben den genannten Komponenten (nebst Zwischenspeicher) die elektrische Maschine 24 (etwa als Ge¬ nerator oder Starter/Generator ausgestaltet) und die Bordnetzbatterie 62 auf. Die elektrische Maschine 24 an den
EM-Anschlüssen 20, 22 angeschlossen. Zwischen der elektrischen Maschine 24 (bzw. deren Wicklungen) kann sich eine EM-Schaltvorrichtung 26 befinden, etwa ein Inverter zur Drehfelderzeugung oder eine Pulsweitenmodulationsvorrichtung zur Leistungssteuerung. Auch die EM-Schaltvorrichtung 26 wird vorzugsweise von der Ansteuervorrichtung 40 angesteuert, wobei dies symbolhaft von den Doppelpfeilen darstellt wird. Die Doppelpfeile geben Steuerleitungen wieder.
Der erste Umschalter setzt sich aus den beiden, an jeweils einer Seite miteinander verbundenen Schaltelementen K3 und K4 zusammen, weshalb der erste Umschalter auch mit den Bezugszeichen K3/K4 bezeichnet werden kann. Der erste EM-Anschluss 20 ist mit der Seite der Schaltelemente K3, K4 verbunden, mit denen diese untereinander verbunden sind. Die jeweils andere Seite der beiden Schaltelemente K3, K4 ist mit einem Masseanschluss , der als der erste Bordnetzanschluss 10 bezeichnet wird, und mit dem Zwi- schenspeicheranschluss 30 verbunden. Der erste Umschalter erlaubt daher eine steuerbare Verbindung des ersten
EM-Anschlusses 20 mit Masse (=erster Bordnetzanschluss 10) oder mit dem Zwischenspeicheranschluss 30.
Der zweite Umschalter setzt sich aus den beiden, an jeweils einer Seite miteinander verbundenen Schaltelementen K5 und K6 zusammen, weshalb der zweite Umschalter auch mit den Bezugszeichen K5/K6 bezeichnet werden kann. Der zweite EM-Anschluss 22 ist mit der Seite der Schaltelemente K5, K6 verbunden, mit denen diese untereinander verbunden sind. Die jeweils andere Seite der beiden Schaltelemente K5, K6 ist mit einem positiven Versorgungsan- schluss, der als der zweite Bordnetzanschluss 12 bezeichnet wird, und mit dem Zwischenspeicheranschluss 30 verbunden. Der zweite Umschalter erlaubt daher eine steuerbare Verbindung des zweiten EM-Anschlusses 22 mit dem positiven Versorgungspotential (=zweiter Bordnetzanschluss 10) oder mit dem Zwischenspei- cheranschluss 30.
Der erste und der zweite Umschalter sind symmetrisch zu der elektrischen Maschine 24 angeschlossen; beide Umschalter erlauben eine steuerbare Verbindung eines EM-Anschlusses, vgl. Bezugszeichen 20, 22, mit einem Versorgungspotential oder mit einem Bordnetzanschluss 10, 12.
Ein optionaler DC/DC-Wandler 50 ist zwischen dem zweiten Bordnetzanschluss und dem Zwischenspeicheranschluss 30 an- geschlossen. Dadurch kann etwa dem Zwischenspeicheranschluss 30 ein Aufladestrom aus dem Bordnetz, d.h. von den Bordnetzanschlüssen 10, 12 bereitgestellt werden, um den Zwischenspeicher 34 über den Zwischenspeicheranschluss 30 aufladen zu können. Die Erfindung ermöglicht jedoch eine Aufladung auch ohne
DC/DC-Wandler 50, so dass der DC/DC-Wandler 50 entfallen kann oder mit geringer Leistung, etwa zu Redundanzzwecken, ausgestaltet sein kann.
Die Ansteuervorrichtung 40 steuert die Umschalter an, und gegebenenfalls auch den DC/DC-Wandler 50 und/oder die elektrische Maschine 24. Die Ansteuervorrichtung 40 steuert ins¬ besondere die Schaltelemente K3, K4 bzw. K5, K6 wechselweise an, so dass ein EM-Anschluss generell nur mit einem Bordnetzanschluss 10, 12 oder nur mit dem Zwischenspeicheranschluss verbunden ist. In gleicher Weise steuert die Ansteuervorrichtung 40 auch die Schaltelemente Kl, K2 des dritten Umschalters wechselweise an, so dass generell der Bordnetzbatterie-Anschluss 60 nur mit dem Zwischenspeicher (bzw. dem Zwischenspeicherabgriff 36, insbesondere dessen zugehöriger Anschluss 32) oder nur mit dem Bordnetzanschluss 10 bzw. dessen zugehörigem Massepotential 10' verbunden ist. Als Ausnahme kann in einem Trennzustand die Ansteuervorrichtung 40 beide Schaltelemente eines Umschalters (d.h. die Schaltelemente K3, K4, die Schaltelemente K5, K6 oder die Schaltelemente Kl, K2) öffnen. Die Doppelpfeile geben symbolisch Steuersignale wieder, die etwa an die Umschalter und gegebenenfalls auch an die elektrische Maschine 24 und/oder an den DC/DC-Wandler 50 angegeben werden, um deren Schaltzustand bzw. Leistung einzustellen.
Es ergeben sich folgende Stromflusspfade: Bei geschlossenem Schaltelement K3 und geöffnetem Schaltelement K4 (d.h. wenn der erste Umschalter K3/K4 den ersten Bordnetzanschluss mit dem ersten EM-Anschluss 20 verbindet) ergeben sich die Strom- flusspfade Sl und S2.
Wenn zudem der zweite Umschalter K5/K6 den zweiten EM-Anschluss 22 mit dem Zwischenspeicheranschluss 30 verbindet (d.h. bei geschlossenem Schaltelement K6) , ergibt sich der Stromfluss Sl. Dieser ist typisch für den Ladezustand bzw.
Rekuperationszustand .
Der Stromflusspfad Sl ergibt sich etwa im Rekuperationszustand, wenn Strom über die EM-Anschlüsse 20, 22 dem Zwischenspei- cheranschluss 30 zugeführt wird, um den Zwischenspeicher 34 aufzuladen. Ein umgekehrter Stromflusspfad (der aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist) ergibt sind, wenn von dem Zwischenspeicheranschluss 30 Strom an die EM-Anschlüsse 20, 22 abgegeben wird, so dass die elektrische Maschine 24 als Motor, insbesondere als Verbrennungsmotorstarter, betrieben werden kann .
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die direkte Verbindung zwischen den EM-Anschlüssen 20 und 22 und dem Zwischenspei- cheranschluss 30 ein direktes Rekuperieren ermöglicht. Wird als Zwischenspeicher 34 ein Kondensator, etwa ein Superkondensator bzw. ein DLC verwendet, dann ergibt sich für diesen eine La¬ dekennlinie, bei der die Ladespannung (angefangen von beispielsweise 0 V oder 1 V) proportional mit dem Ladezustand steigt. (Der Zwischenspeicher hat beispielsweise eine Nenn-Betriebs- spannung von beispielsweise 12 V, 13 V, 14 V, 15 V, 15.5 V oder 16 V.) Die elektrische Maschine 24 wird bei der Rekuperation derart angeregt, dass sich für den Zwischenspeicher 34 (als Kondensator ausgebildet) auch bei geringem Ladezustand eine zulässige Ladespannung ergibt; insbesondere kann die elektrische Maschine als (Lade- ) Stromquelle betrieben werden.
Die Ansteuervorrichtung 40 stellt den Erregungsstrom der elektrischen Maschine 24 (vorzugsweise als fremderregte elektrische Maschine ausgebildet) entsprechend ein, so dass sich eine zulässige Ladespannung für den Zwischenspeicher 34 ergibt bzw. so dass sich für den Zwischenspeicher eine Ladestromquelle ergibt. Dadurch können Kondensatoren verwendet werden, ohne dass DC/DC-Wandler zwingend erforderlich sind, da die elektrische Maschine 24 zusammen mit der Ansteuervorrichtung 40 eine Anpassung des Stroms bzw. der Spannung für den Zwischenspeicher 34 vornimmt. Ferner ergeben sich auch Vorteile, wenn der Zwischenspeicher 34 als Akkumulator (d.h. als Sekundärzelle bzw. Sekundärbatterie) ausgebildet ist. Auch hier ist es erforderlich (in Hinblick auf die Alterung und die Energieeffizienz) , dass die Ladespannung bzw. der Ladestrom an den Betriebszustand des Zwischenspeichers angepasst ist. Auch diese Funktion der La¬ despannungssteuerung kann von der elektrischen Maschine 24 in Kombination mit der Ansteuervorrichtung 40 vorgesehen werden, indem die Ansteuervorrichtung 40 den von der elektrischen Maschine 24 erzeugten Strom und/oder Spannung einstellt. Die Ansteuervorrichtung 40 stellt vorzugsweise die elektrische Maschine 24 ein durch Einstellen der Erregung bzw. des Erre- gungsstroms der elektrischen Maschine, um so Soll-Ladeparameter (Strom bzw. Spannung) zu erreichen.
Wenn neben dem Schaltelement K3 (wie eingangs erwähnt, d.h. bei Verbindung des ersten Bordnetzanschlusses 10 mit dem ersten EM-Anschluss 20 mittels des ersten Umschalters) der zweite
Umschalter K5/K6 den zweiten EM-Anschluss 22 mit dem zweiten Bordnetzanschluss 12 verbindet (d.h. bei geschlossenem
Schaltelement K5) , ergibt sich der Stromfluss S2. Dieser ist typisch für den Zwischenspeicher-Grundzustand, insbesondere da K6 geöffnet ist und kein Strom vom zweiten EM-Anschluss 22 an den Zwischenspeicheranschluss 30 fließt.
Ein dritter Stromflusspfad S3 ergibt sich, wenn der erste Umschalter K3/K4 den Zwischenspeicheranschluss 30 mit dem ersten EM-Anschluss 20 verbindet und der zweite Umschalter K5/K6 den zweiten EM-Anschluss 22 mit dem zweiten EM-Anschluss 22 ver¬ bindet. Hierbei sind die Schaltelemente K3 und K5 geschlossen. Dieser Stromflusspfad ist typisch für den EM-Unterstützungs- zustand. Hierbei sind die EM-Anschlüsse 20, 22 (bzw. ein daran angeschlossener Generator oder allgemein eine daran angeschlossene elektrische Maschine) in Serie mit dem Zwischen¬ speicher 34 verbunden. Falls der (optionale) dritte Umschalter K1/K2 verwendet wird, um den Bordnetzbatterieanschluss 60 wahlweise mit dem Zwischen¬ speicherabgriff-Anschluss 32 (d.h. mit dem Zwischenspeicher¬ abgriff 36) oder dem ersten Bordnetzanschluss 10 (bzw. mit dem Massepotential 10') zu verbinden, ergeben sich ein vierter Stromflusspfad S4 und ein fünfter Stromflusspfad S5.
Der vierte Stromflusspfad S4, bei dem der Umschalter K1/K2 den Bordnetzbatterieanschluss 60 mit dem Zwischenspeicherab¬ griff-Anschluss 32 verbindet, ist ein typischer Stromflusspfad für den Bordnetzbatterie-Unterstützungszustand. Hierbei sind die zwei dargestellten Zwischenspeicherelemente 39 in Serie mit der Bordnetzbatterie 62 geschaltet. Es addieren sich die be¬ treffenden Spannungen, so dass für die Versorgungspotentiale des Bordnetzes (d.h. für die Anschluss 10 und 12) eine höhere Spannung zur Verfügung steht. Dieser Schaltzustand wird insbesondere während des Starts eines Verbrennungsmotors mittels der elektrischen Maschine 24 verwendet, die etwa als Generator ausgebildet ist. Es können ein oder mehrere zweite Zwischenspeicherelemente 39 in dem Zwischenspeicher 34 in Reihe geschaltet sein und es können ein oder mehrere erste Zwischenspeicherelemente 38 in dem Zwischenspeicher 34 in Reihe geschaltet sein. Die dargestellten zwei bzw. mindestens zwei ersten und zweiten Zwischenspeicher der Figur 1 sind lediglich beispielhaft.
Der fünfte Stromflusspfad S5, bei dem der Umschalter K1/K2 den Bordnetzbatterieanschluss 60 mit Masse 10' bzw. mit dem ersten Bordnetzanschluss 10 verbindet, ist ein typischer Stromflusspfad für den Bordnetzbatterie-Grundzustand. Wenn der erste bzw. der zweite Umschalter sich nicht im Zwischenspeicher-Grundzustand befinden, wird vorzugsweise für den dritten Umschalter der Bordnetzbatterie-Grundzustand eingestellt .
Zur näheren Erläuterung sind ferner nicht stabilisierte Lasten 70 innerhalb des Bordnetzes (jedoch außerhalb des beschriebenen Bordnetzzweigs) dargestellt, die von der Batterie 62 und der elektrischen Maschine (etwa in Funktion eines Generators) und ggf. von dem Zwischenspeicher versorgt werden. Mit anderen Worten werden die nicht stabilisierten Lasten von dem Bordnetzzweig 2 versorgt. Ferner ist ein Starter 72 innerhalb des Bordnetzes, jedoch außerhalb des Bordnetzzweigs 2 dargestellt. Dieser ist mit dem ersten und dem zweiten Bordnetzanschluss 10, 12 bzw. deren Potential verbunden. Schließlich ist eine stabilisierte Last 74 dargestellt, die ebenso wie der Starter 72 angeschlossen ist. Die stabilisierte Last 74 ist nicht Teil des hier beschriebenen Bordnetzzweigs, sondern ist lediglich als Teil des Bordnetzes mit diesem verbunden. Der Starter 72 ist insbesondere als
Ritzelstarter ausgebildet.
Bezugs zeichenliste
2 Bordnetzzweig
Kl erstes Schaltelement des dritten Umschalters K2 zweites Schaltelement des dritten Umschalters
K3 erstes Schaltelement des ersten Umschalters
K4 zweites Schaltelement des ersten Umschalters
K5 erstes Schaltelement des zweiten Umschalters
K6 zweites Schaltelement des zweiten Umschalters K1/K2 Bezeichnung in der Beschreibung für den dritten
Umschalter, da Kl und K2 diesen bilden
K3/K4 Bezeichnung in der Beschreibung für den ersten Umschalter, da K3 und K4 diesen bilden
K5/K6 Bezeichnung in der Beschreibung für den zweiten
Umschalter, da K5 und K6 diesen bilden
10, 12 erster, zweiter Bordnetzanschluss
20, 22 erster, zweiter EM-Anschluss
24 elektrische Maschine
26 EM-Schaltvorrichtung
30 Zwischenspeicheranschluss
32 Zwischenspeicherabgriff-Anschluss
34 Zwischenspeicher
36 Zwischenspeicherabgriff
38 erste Zwischenspeicherelemente
39 zweite Zwischenspeicherelemente
40 Ansteuervorrichtung
50 DC/DC-Wandler
60 Bordnetzbatterieanschluss
62 Bordnetzbatterie
70 nicht stabilisierte Last
72 Starter
74 stabilisierte Last

Claims

Bordnetz-Schaltmodul mit
- einem ersten und einem zweiten Bordnetzanschluss (10, 12);
- einem ersten und einem zweiten EM-Anschluss (20, 22);
- einem Zwischenspeicheranschluss (30); und
- einem ersten Umschalter (K3, K4), der mit dem ersten EM-Anschluss (20), dem Zwischenspeicheranschluss (30) und dem ersten Bordnetzanschluss (10) verbunden und einge¬ richtet ist, den ersten EM-Anschluss (22) steuerbar entweder mit dem ersten Bordnetzanschluss (10) oder mit dem Zwischenspeicheranschluss (30) zu verbinden.
Bordnetz-Schaltmodul nach Anspruch 1, das ferner umfasst:
- einen zweiten Umschalter (K5, K6) , der mit dem zweiten EM-Anschluss (22), dem Zwischenspeicheranschluss (30) und dem zweiten Bordnetzanschluss (12) verbunden und einge¬ richtet ist, den zweiten EM-Anschluss (22) steuerbar entweder mit dem zweiten Bordnetzanschluss (12) oder mit dem Zwischenspeicheranschluss (30) zu verbinden.
Bordnetz-Schaltmodul nach Anspruch 2, wobei
der erste Umschalter ein erstes Schaltelement (K3) und ein zweites Schaltelement (K4) aufweist, wobei jeweils eine Seite dieser Schaltelemente (K3, K4) mit dem ersten EM-Anschluss (20) verbunden ist, die hierzu entge¬ gengesetzte Seite des ersten Schaltelements (K3) des ersten Umschalters mit dem ersten Bordnetzanschluss (10) verbunden ist und die hierzu entgegengesetzte Seite des zweiten Schaltelements (K4) des ersten Umschalters mit dem Zwischenspeicheranschluss (30) verbunden ist und wobei
der zweite Umschalter ein erstes Schaltelement (K5) und ein zweites Schaltelement (K6) aufweist, wobei jeweils eine Seite dieser Schaltelemente (K5, K6) mit dem zweiten EM-Anschluss (22) verbunden ist, die hierzu entge¬ gengesetzte Seite des ersten Schaltelements (K5) des zweiten Umschalters mit dem zweiten Bordnetzanschluss (12) verbunden ist und die hierzu entgegengesetzte Seite des zweiten Schaltelements (K6) des zweiten Umschalters (K6) mit dem Zwischenspeicheranschluss (30) verbunden ist .
Bordnetz-Schaltmodul nach Anspruch 3, wobei die Schalt¬ elemente (K3-K6) Leistungstransistoren sind, insbesondere Leistungs-MOSFETs oder Leistungs-IGBTs .
Bordnetz-Schaltmodul nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Bordnetz-Schaltmodul eine Ansteuerschaltung (40) aufweist, die ansteuernd mit den Schaltelementen (K3-K6) verbunden ist, wobei die Ansteuerschaltung (40) eingerichtet ist, eines der Schaltelemente (K3, K4) des ersten Umschalters und eines der Schaltelemente (K5, K6) des zweiten Umschalters in geschlossenem Zustand anzusteuern, während das andere Schaltelement (K4, K3; K6, K5) des jeweiligen Umschalters in offenem Zustand angesteuert wird.
Bordnetz-Schaltmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem DC/DC-Wandler (50), der den zweiten Bordnetzanschluss (12) mit dem Zwischenspeicheranschluss (30) zur Leistungsübertragung zwischen diesen Anschlüssen verbindet .
Bordnetz-Schaltmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem dritten Umschalter (Kl, K2) , der mit dem ersten Bordnetzanschluss (10), einem Zwischenspeicherabgriff-Anschluss (32) und einem Bordnetzbatterieanschluss (60) verbunden ist und eingerichtet ist, den Bordnetz¬ batterieanschluss (60) steuerbar entweder mit dem ersten Bordnetzanschluss (10) oder mit dem Zwischenspeicherab¬ griff-Anschluss (32) zu verbinden.
Bordnetz-Schaltmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
der erste Bordnetzanschluss (10) ein Masseanschluss und der zweite Bordnetzanschluss (12) ein Plus- pol-Anschluss ist; der erste EM-Anschluss (20) ein Minuspol-Anschluss und der zweite EM-Anschluss (22) ein Pluspol-Anschluss ist und
der Zwischenspeicheranschluss (30) ein Plus¬ pol-Anschluss ist oder wobei
der erste Bordnetzanschluss ein Pluspol-Anschluss und der zweite Bordnetzanschluss ein Masseanschluss ist; der erste EM-Anschluss ein Minuspol-Anschluss und der zweite EM-Anschluss ein Pluspol-Anschluss ist und der Zwischenspeicheranschluss ein Minuspol-Anschluss ist .
Bordnetzunterstützungseinrichtung mit einem
Bordnetz-Schaltmodul gemäß einem der vorangehenden An¬ sprüche, wobei die Bordnetzunterstützungseinrichtung ferner einen elektrischen Zwischenspeicher (34) aufweist, der zwischen dem ersten Bordnetzanschluss (10, 10 ' ) und dem Zwischenspeicheranschluss (30) angeschlossen ist.
Bordnetzunterstützungseinrichtung nach Anspruch 9, wobei der Zwischenspeicher (30) einen Zwischenabgriff (36) aufweist, wobei mindestens ein erstes Zwischenspeicher¬ element (38) zwischen dem Zwischenabgriff und dem Zwischenspeicheranschluss angeschlossen ist und zwischen dem Zwischenabgriff und dem ersten Bordnetzanschluss mindestens ein zweites Zwischenspeicherelement (39) ange¬ schlossen ist.
11. Bordnetzzweig mit einer Bordnetzunterstützungseinrichtung gemäß Anspruch 10, der ferner eine elektrische Maschine umfasst, die zwischen dem ersten und dem zweiten
EM-Anschluss angeschlossen ist, wobei der Bordnetzzweig ferner eine Bordnetzbatterie aufweist, die mit dem zweiten Bordnetzanschluss verbunden ist und die über Schaltein- richtungen wahlweise mit dem ersten Bordnetzanschluss oder mit dem Zwischenabgriff des Zwischenspeichers verbunden ist .
PCT/EP2016/059979 2015-05-08 2016-05-04 Bordnetz-schaltmodul, bordnetzunterstützungseinrichtung und bordnetzzweig WO2016180699A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015208568.6 2015-05-08
DE102015208568.6A DE102015208568B4 (de) 2015-05-08 2015-05-08 Bordnetz-Schaltmodul, Bordnetzunterstützungseinrichtung und Bordnetzzweig

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016180699A1 true WO2016180699A1 (de) 2016-11-17

Family

ID=56024244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/059979 WO2016180699A1 (de) 2015-05-08 2016-05-04 Bordnetz-schaltmodul, bordnetzunterstützungseinrichtung und bordnetzzweig

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015208568B4 (de)
WO (1) WO2016180699A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111801881A (zh) * 2018-03-09 2020-10-20 通用电器技术有限公司 电压源转换器

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021204233A1 (de) 2021-04-28 2022-11-03 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Batteriesystem

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008040810A1 (de) * 2008-07-29 2010-02-04 Robert Bosch Gmbh Elektrisches Bordnetzsystem
EP2200146A1 (de) * 2007-11-01 2010-06-23 Panasonic Corporation Stromversorgungseinrichtung
DE102012220549A1 (de) * 2012-11-12 2014-05-15 Siemens Aktiengesellschaft Elektro-Transportmittel, zugehöriges Verfahren und zugehöriger Akkumulator

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10057259A1 (de) * 2000-11-18 2002-05-23 Bosch Gmbh Robert Mehrspannungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug
FR2924536B1 (fr) 2007-12-03 2009-12-11 Peugeot Citroen Automobiles Sa Circuit electrique d'un vehicule automobile.
US8154242B2 (en) * 2008-03-26 2012-04-10 GM Global Technology Operations LLC Method of fully charging an electrical energy storage device using a lower voltage fuel cell system
DE102008056604B4 (de) * 2008-11-10 2011-02-03 Continental Automotive Gmbh Versorgungsnetz für schaltbare Verbraucher, insbesondere Hochleistungsverbraucher in Fahrzeugen
DE102009053691A1 (de) * 2009-11-19 2011-05-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Bordnetz und Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben des Bordnetzes
FR2964511B1 (fr) * 2010-09-03 2012-08-24 Peugeot Citroen Automobiles Sa Reseau de bord d'un vehicule avec dispositif de maintien en tension comprenant un supercondensateur, vehicule et procede de dechargement d'un supercondensateur
DE102013008829B4 (de) * 2013-05-24 2017-01-12 Audi Ag Kraftfahrzeug

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2200146A1 (de) * 2007-11-01 2010-06-23 Panasonic Corporation Stromversorgungseinrichtung
DE102008040810A1 (de) * 2008-07-29 2010-02-04 Robert Bosch Gmbh Elektrisches Bordnetzsystem
DE102012220549A1 (de) * 2012-11-12 2014-05-15 Siemens Aktiengesellschaft Elektro-Transportmittel, zugehöriges Verfahren und zugehöriger Akkumulator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111801881A (zh) * 2018-03-09 2020-10-20 通用电器技术有限公司 电压源转换器

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015208568A1 (de) 2016-11-10
DE102015208568B4 (de) 2022-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3024130B1 (de) DC/DC-Wandlereinrichtung
EP1829185B1 (de) Ladungsumverteilungsschaltung
DE102010001250B4 (de) Elektrisches Bordnetz sowie Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes
EP2619874B1 (de) System zum laden eines energiespeichers und verfahren zum betrieb des ladesystems
EP3562701A1 (de) Niedervoltauskopplung aus einem modularen energiespeicher-umrichtersystem
WO2017016674A1 (de) Einzelmodul, elektrisches umrichtersystem und batteriesystem
DE102009046501A1 (de) Batteriesystem mit DC/DC-Umsetzern
DE102010032088A1 (de) Verfahren zum Beheizen eines Batteriesystems
DE102010041040A1 (de) Energieversorgungsnetz und Verfahren zum Laden mindestens einer als Energiespeicher für einen Gleichspannungszwischenkreis dienenden Energiespeicherzelle in einem Energieversorgungsnetz
EP2953227A1 (de) Bordnetz für ein kraftfahrzeug
WO2015110591A1 (de) Bordnetz und verfahren zum betrieb eines bordnetzes
EP3137344B1 (de) Stabilisierungsschaltung für ein bordnetz
EP2707245B1 (de) Leistungselektronische vorrichtung und steuerverfahren für eine elektrische maschine und für elektrische energiespeicher
DE102014201358A1 (de) Bordnetz und Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes
WO2015110407A1 (de) Verfahren zum betrieb eines bordnetzes
DE102010064325A1 (de) System mit einer elektrischen Maschine
WO2013143847A2 (de) Energiespeichereinrichtung mit kühlelementen und verfahren zum kühlen von energiespeicherzellen
EP1641650B1 (de) Berspannungsbegrenzer für einen traktionsstromrichter
DE102017222554A1 (de) Verfahren zur Übertragung von elektrischer Leistung von einer Ladebuchse an einen elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeugbordnetzes, Verwenden einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs und Fahrzeugbordnetz
WO2011057849A1 (de) Energieübertragersystem für ein energiespeichersystem
DE102010041028A1 (de) Energieversorgungsnetz und Verfahren zum Laden mindestens einer als Energiespeicher für einen Gleichspannungszwischenkreis dienenden Energiespeicherzelle in einem Energieversorgungsnetz
DE102015208568B4 (de) Bordnetz-Schaltmodul, Bordnetzunterstützungseinrichtung und Bordnetzzweig
DE102020204336B4 (de) Fahrzeugseitige Hochvolt-Ladeschaltung und Fahrzeugbordnetz
DE102010021402A1 (de) Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers
DE102014004234A1 (de) Spannungssteller auf Basis einer Einzelzellschaltung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16723686

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16723686

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1