DE102008022582A1 - Elektrisches Energiebordnetz für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Energiebordnetz für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein erstes Teilbordnetz zur Bereitstellung einer ersten Bordnetzspannung, ein zweites Teilbordnetez zur Bereitstellung einer zweiten Bordnetzspannung sowie eine steuerbare elektrische Koppeleinrichtung, über die die beiden Teilbordnetze miteinander gekoppelt sind, wobei die Koppeleinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Bordnetzspannung für zumindest eines der beiden Teilbordnetze einstellbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Bordnetzes.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Energiebordnetz für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein erstes Teilbordnetz sowie ein zweites, über eine steuerbare Koppeleinrichtung mit dem ersten Teilbordnetz gekoppeltes zweites Teilbordnetz.
  • Ein derartiges Energiebordnetz für ein Kraftfahrzeug ist bereits aus der bislang unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2007 004 279.7 bekannt. Diese beschreibt ein Mehrspannungsbordnetz mit einem als Niederspannungsbordnetz ausgebildeten Teilbordnetz und einem als Hochspannungsbordnetz ausgebildeten Teilbordnetz, wobei über eine steuerbare Schalteinrichtung ein (Verbraucher-)Bordnetzzweig des Niedervolt-Teilbordnetzes ab- und zuschaltbar ist. Durch Trennung des abschaltbaren Bordnetzzweiges sollen Spannungseinbrüche, die z. B. während eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine ansonsten auch in diesem Teil des Bordnetzes auftreten könnten, vermieden werden.
  • Ferner ist aus der DE 10 2005 032 864 A1 ein Verfahren zum Auffinden eines Leistungsmaximums eines Photovoltaik-Generators bekannt, wodurch die Einstellung der maximalen Generatorleistung bei einem Arbeitspunkt einer Generatorkennlinie realisiert werden soll.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Energiebordnetz für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Energiebordnetzes anzugeben, wodurch die Effizienz im Hinblick auf die Erzeugung und Bereitstellung von elektrischer Energie weiter verbessert wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst, während in den Unteransprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind. Das erfindungsgemäße Energiebordnetz für ein Kraftfahrzeug umfasst ein erstes Teilbordnetz mit einer ersten Energiewandlerquelle und mit einer ersten Energiespeichereinrichtung zur Bereitstellung einer ersten Bordnetzspannung für die Energieversorgung einer ersten Gruppe von Verbrauchern sowie ein zweites Teilbordnetz mit einer zweiten Energiewandlerquelle und mit einer zweiten Energiespeichereinrichtung zur Bereitstellung einer zweiten Bordnetzspannung für die Energieversorgung einer zweiten Gruppe von Verbrauchern. Dabei ist zumindest eine der beiden Energiewandlerquellen (z. B. thermoelektrischer Generator (nach dem so genannten Seebeck-Effekt arbeitende Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Spannung) oder Photovoltaikelement/Solarmodul) in ihrer Leistungsabgabe (stark) arbeitspunktabhängig (stark variable Leistungsabgabe), während die andere Energiewandlerquelle (z. B. Generator) in ihrer Leistungsabgabe (insbesondere in ihrer Leistungsabgabe oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine vorherrschenden) im Wesentlichen als konstant (d. h. in nur sehr engen vorbestimmten Grenzen im Hinblick auf die Leistungsabgabe variabel) angesehen werden kann.
  • Das erste Teilbordnetz kann als so genanntes Niederspannungsbordnetz (z. B. 14 Volt) ausgeführt sein, während das zweite Teilbordnetz eine von der ersten Bordnetzspannung verschiedene zweite (insbesondere eine im Vergleich zur Bordnetzspannung des ersten Teilbordnetzes höhere) Bordnetzspannung (z. B. 24 Volt) liefern kann. Als Energiewandlerquelle im Sinne der Erfindung wird jede technische Einrichtung verstanden, die eine erste Energieform (Primärenergie) in elektrische Energie umwandelt und bereitstellt. Die Energiewandlerquelle des ersten Teilbordnetzes ist mit Vorteil als elektrische Maschine in Form eines (über die Brennkraftmaschine aktiv oder über den Antriebsstrang im Schub- oder Bremsbetrieb generatorisch/rekuperativ betreibbaren) Generators oder eines Startergenerators ausgebildet. Die Energiewandlerquelle des zweiten Teilbordnetzes ist mit Vorteil als thermoelektrischer Generator, als Brennstoffzelle, als Solarmodul oder dergleichen ausgebildet.
  • Die beiden Teilbordnetze sind über eine steuerbare Koppeleinrichtung, wie einen mit Vorteil bidirektional steuerbar ausgeführten Gleichspannungswandler, miteinander gekoppelt bzw. koppelbar. Dabei ist die Koppeleinrichtung derart ausgebildet, dass über sie die Bordnetzspannung für zumindest eines der beiden Teilbordnetze innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs variabel einstellbar ist (Vorgabe eines variablen Sollwertes der Bordnetzspannung).
  • Mit Vorteil ist die Koppeleinrichtung derart ausgebildet, dass die Bordnetzspannung des ersten Teilbordnetzes (z. B. als Niedervoltbordnetz mit einer Bordnetzspannung von ca. 14 V ausgebildet) unveränderbar ist, während die des zweiten Teilbordnetzes (im Folgenden auch als Hochvoltbordnetz oder höhervoltiges Bordnetz bezeichnet mit einer Bordnetzspannung von ca. 24 V ausgebildet) innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs variabel vorgebbar ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Bestimmung des Sollwertes für die variierbare Bordnetzspannung in Abhängigkeit von dem jeweils vorliegenden Fahrzeugbetriebsmodus. Der aktuelle Fahrzeugbetriebsmodus wird dabei in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsparametern ermittelt und in Abhängigkeit hiervon die Bordnetzspannung (Sollwert) eingestellt.
  • Die Energiespeichereinrichtung des ersten Teilbordnetzes umfasst mit Vorteil eine herkömmliche Fahrzeugbatterie, während die Energiespeichereinrichtung des zweiten Teilbordnetzes im Wesentlichen aus so genannten Doppelschicht- bzw. Hochleistungskondensatoren besteht (bzw. diese umfasst).
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Energiebordnetzes für ein Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass bei einem Energiebordnetz der eingangs beschriebenen Art in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsparametern ein aktuell vorliegender Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs ermittelt wird, und in Abhängigkeit von dem ermittelten Betriebsmodus ein Sollwert für die zweite Bordnetzspannung ermittelt und vorgegeben wird. In einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt die Ermittlung des Fahrzeugbetriebsmodus und damit die Sollwertermittlung für die Bordnetzspannung in Abhängigkeit von den innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums fortlaufend ermittelten Rekuperationsanteilen. Bei den zu unterscheidenden Betriebsmodi wird insbesondere unterschieden zwischen Autobahnfahrt (Rekuperationsanteil kleiner/gleich einem ersten Grenzwert), Stadtfahrt (Rekuperationsanteil größer/gleich einem zweiten Grenzwert) und Bergabfahrt (Rekuperationsanteil größer/gleich einem dritten Grenzwert), wobei der erste Grenzwert der kleinste und der dritte Grenzwert den größten Wert darstellt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1: ein elektrisches Energiebordnetz mit zwei über eine steuerbare Koppeleinrichtung gekoppelten Teilbordnetzen in einer ersten Ausführungsform,
  • 2: ein elektrisches Energiebordnetz mit zwei über eine Koppeleinrichtung gekoppelten Teilbordnetzen in einer zweiten Ausführungsform,
  • 3: ein die Leistungscharakteristik einer Energiewandlerquelle eines der beiden Teilbordnetze darstellenden Diagramms, und
  • 4: ein Funktionsschaltbild zur Darstellung der Wirkungsweise der steuerbaren Koppeleinrichtung.
  • 1 zeigt ein elektrisches Energiebordnetz mit zwei über eine steuerbare Koppeleinrichtung KE gekoppelten Teilbordnetzen TBN1, TBN2 in einer ersten Ausführungsform. Dabei umfasst das erste Teilbordnetz TBN1 eine erste, als elektrischer Generator oder Startergenerator ausgebildete Energiewandlerquelle Q1, eine als Bordnetzbatterie ausgebildete erste Energiespeichereinrichtung E1 sowie einen oder mehrere elektrische Verbraucher V1. Das zweite Teilbordnetz TBN2 ist im Wesentlichen analog zum ersten Teilbordnetz TBN1 ausgebildet und umfasst ebenfalls einen oder mehrere elektrische Verbraucher V2, eine als kapazitiv ausgebildete (insbesondere in Form von so genannten
  • Doppelschichtkondensatoren) ausgebildete zweite Energiespeichereinrichtung E2 sowie eine in ihrer Leistungsabgabe (im Vergleich zur ersten Energiewandlerquelle Q1) veränderbare (stärker variierbare) zweite Energiewandlerquelle Q2. Die Energiewandlerquelle Q2 des zweiten Teilbordnetzes TBN2 ist mit Vorteil als thermoelektrischer Generator – also als eine gemäß dem so genannten „Seebeck-Effekt” arbeitende Einrichtung zur temperaturabhängigen Energieumwandlung in elektrische Energie – ausgebildet und über ein Halbleiterbauteil wie eine Koppeldiode D an die Koppeleinrichtung KE angebunden. Dabei ist die Serienschaltung von zweiter Energiewandlerquelle Q2 und Koppeldiode D parallel zu den übrigen Bordnetzteilnehmern wie der Energiespeichereinrichtung E2 und den Verbrauchern V2 geschaltet, wobei die Koppeldiode D kathodenseitig mit der Koppeleinrichtung KE verbunden ist. Mit Vorteil ist der TEG mit Teilen der Abgaseinrichtung (Auspuffanlage) thermisch gekoppelt– insbesondere ist der TEG auf der seiner Wärmeseite mit Teilen der Abgaseinrichtung und auf seiner Kälteseite mit Teilen eines Kühlsystems (insbesondere eines Kühlsystems für eine Antriebsbrennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs) gekoppelt.
  • Die Koppeleinrichtung KE ist derart ausgebildet, dass die Bordnetzspannung UBN2 für das Teilbordnetz TBN2 mit der im Hinblick auf ihre Leistungsabgabe variableren Energiewandlerquelle Q2 (bzw. die Bordnetzspannung für das Teilbordnetz mit einer Energiewandlerquelle mit arbeitspunktabhängiger Leistungsabgabe) einstellbar ist. Hierfür können in die Koppeleinrichtung KE entsprechende Steuerungsanteile implementiert sein – alternativ oder zusätzlich kann die Koppeleinrichtung KE aber auch mit einer separaten Steuereinrichtung SE verbunden sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Energiewandlerquelle Q2 des zweiten Teilbordnetzes TBN2 als thermoelektrischer Generator (TEG) oder als Photovoltaikelement und damit als Energiewandlerquelle Q2 mit stark arbeitspunktabhängiger (bzw. mit im Vergleich zu erster Energiewandlerquelle Q1 stärker arbeitspunktabhängiger) Leistungsabgabe ausgebildet. Damit ist über das Koppelelement KE der Sollwert für die Bordnetzspannung UBN2 des zweiten Teilbordnetzes TBN2 variabel (in vorbestimmten Grenzen) vorgebbar.
  • Vorzugsweise wird die Bordnetzspannung UBN2 (bzw. deren Sollwert) in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsparametern pB ermittelt und vorgegeben. Dabei kann die Sollwertvorgabe in Abhängigkeit einzelner Betriebsparameter pB oder in Abhängigkeit von, anhand der Betriebsparameter pB ermittelten Fahrzeugbetriebszuständen (Fahrzeugbetriebsmodi) erfolgen. Im Wesentlichen wird bei derartigen vorbestimmten Betriebsmodi zwischen Stadtfahrt, Autobahnfahrt und Bergabfahrt unterschieden, wobei die Ermittlung eines vorliegenden Betriebsmodus in Abhängigkeit von den innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer ermittelten Rekuperationsanteilen (qualitativ und/oder quantitativ) erfolgen kann (Autobahnfahrt: wenig Rekuperationsanteile; Stadtfahrt mittlere Rekuperationsanteile; Bergabfahrt: viel Rekuperationsanteile).
  • In 2 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines elektrischen Energiebordnetzes dargestellt. Während in der Ausführungsform gemäß 1 die beiden Teilbordnetze TBN1, TBN2 durch das Koppelelement KE quasi vollständig voneinander entkoppelbar sind, sind die beiden Teilbordnetze TBN1', TBN2' des Energiebordnetzes gemäß 2 über zumindest einen Bordnetzzweig außerhalb der Koppeleinrichtung KE' miteinander verbunden. Des Weiteren ist die Energiespeichereinrichtung E1' des ersten Teilbordnetzes TBN1' auch Bestandteil des zweiten Teilbordnetzes TBN2'. Die Komponenten gleicher Wirkungsweise sind in der 2 mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet versehen und der besseren Unterscheidung halber mit einem zusätzlichen Strich (') gekennzeichnet. Das erste Teilbordnetz TBN1' ist analog zur Ausführungsform in 1 mit seinem von Massepotential verschiedenen Potentialanschluss im Punkt P1 eingangsseitig (bzw. auf seiner dem ersten Teilbordnetz zugeordneten Anschlussseite) mit dem Koppelelement KE' verbunden, wobei der zweite eingangsseitige Anschluss der Koppeleinrichtung KE' analog zu 1 auf Massepotential geführt ist. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 ist das erste Teilbordnetz TBN1' mit seinem Potentialanschluss im Punkt P1 zusätzlich mit dem ausgangsseitigen Bezugspotentialanschluss (bzw. dem auf seiner dem zweiten Teilbordnetz zugeordneten Anschlussseite vorhandenen Bezugspotentialanschluss) – der gemäß 1 durch Massepotential gebildet ist – des Koppelementes KE' verbunden. In Serie zur Energiespeichereinrichtung E1' des ersten Teilbordnetzes TBN1' ist die Energiespeichereinrichtung E2' des zweiten Teilbordnetzes TBN2' zwischen den Bezugspotentialanschluss der Koppeleinrichtung KE' und den Potential bildenden Anschluss der Koppeleinrichtung KE' im Punkt P2 geschaltet. Die weiteren Bordnetzteilnehmer des zweiten Bordnetzes TBN2', wie die Verbraucher V2' und die über die Koppeldiode D' angebundene zweite Energiewandlerquelle Q2', sind damit parallel zu der zwischen dem Potential bildenden Anschluss des zweiten Teilbordnetzes im Punkt P2 und Massepotential angeordneten Serienschaltung von erster und zweiter Energiespeichereinrichtung E1', E2' angeordnet. Die Wirkungsweise der Koppeleinrichtung KE' ist analog zur der im Hinblick auf 1 bereits beschriebenen Wirkungsweise.
  • 3 veranschaulicht lediglich die Charakteristik einer im Hinblick auf ihre Leistungsabgabe arbeitspunktabhängigen Energiewandlerquelle. In dem, gemäß den 1 und 2 dargestellten und beschriebenen, Ausführungsbeispiel stellt eine beispielsweise als thermoelektrischer Generator oder als Solarmodul ausgebildete Energiewandlerquelle Q2 die im Hinblick auf ihre Leistungsabgabe arbeitspunktabhängige Quelle dar – zumindest die im Vergleich mit der Energiewandlerquelle Q1, Q1' des ersten Teilbordnetzes TBN1, TBN1' – hier als elektrischer Generator ausgebildet – arbeitspunktabhängigere Quelle. Die Sollwertvorgabe für die Bordnetzspannung UBN2, UBN2' des zweiten Teilbordnetzes TBN2, TBN2' kann demnach in einem definierten Spannungsfenster mit möglichst optimaler Leistungsabgabe erfolgen, wobei gleichzeitig die Anforderungen der anderen Bordnetzteilnehmer (insbesondere der Bordnetzteilnehmer des zweiten Teilbordnetzes TBN2/TBN2') in ausreichendem Maß berücksichtigt werden können.
  • In 4 ist in schematischer Weise die Wirkungsweise der steuerbaren Koppeleinrichtung KE, KE' veranschaulicht.
  • Zum Betreiben des Energiebordnetzes wird zumindest zwischen den Betriebsarten mechanische Rekuperation (Einspeisung elektrischer Energie in das Bordnetz, durch die als Generator arbeitende erste Energiewandlerquelle), Entladen (Entladen von zumindest einer Energiespeichereinrichtung E1, E1', E2, E2' zur Versorgung von Bordnetzkomponenten), Laden aus erster Energiewandlerquelle Q1, Q1' (Laden von zumindest einer Energiespeichereinrichtung E1, E1', E2, E2' durch Energiewandlerquelle Q1, Q1') und Laden aus zweiter Energiewandlerquelle Q2, Q2' (Laden von zumindest einer Energiespeichereinrichtung E2, E2', E1, E1' durch Energiewandlerquelle Q2, Q2').
  • Im mechanischen Rekuperationsbetrieb wird im Schub- und/oder im Bremsbetrieb des Kraftfahrzeugs elektrische Energie durch die generatorisch arbeitende elektrische Maschine (Energiewandlerquelle E1, E1') erzeugt und hierdurch die, beispielsweise als Doppelschichtkondensator ausgebildete, Energiespeichereinrichtung E2, E2' des zweiten Teilbordnetzes TBN2, TBN2' geladen. Beim Entladevorgang wird insbesondere die mit Vorteil als Doppelschichtkondensator ausgebildete Energiespeichereinrichtung E2, E2' des zweiten Teilbordnetzes TBN2, TBN2' durch einen Verbraucher des Bordnetzes oder über die Koppeleinrichtung KE, KE' beim Abstellen des Fahrzeugs zur Unterstützung der Energiespeichereinrichtung E1, E1 (z. B. Zyklisierung Fahrzeugbatterie) entladen. Für den Ladevorgang aus der Energiequelle Q1, Q1' des ersten Teilbordnetzes TBN1, TBN1' kann ebenfalls der als Doppelschichtkondensator ausgebildete Energiespeicher E2, E2' des zweiten Teilbordnetzes TBN2, TBN2' über die Energiewandlerquelle Q1, Q1' des ersten Teilbordnetzes TBN1, TBN1' versorgt werden. Alternativ kann die Versorgung des Doppelschichtkondensators auch über die Energiewandlerquelle Q2, Q2' des zweiten Teilbordnetzes TBN2, TBN2' oder über die Energiespeichereinrichtung E1, E1' des ersten Teilbordnetzes TBN1, TBN1' stattfinden.
  • Beim Ladevorgang der Energiespeichereinrichtung E2, E2' des zweiten Teilbordnetzes TBN2, TBN2' aus der Energiewandlerquelle Q2, Q2' des zweiten Teilbordnetzes TBN2, TBN2' erfolgt der Ladevorgang in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt der Energiewandlerquelle Q2 – der beispielsweise durch die Spannung UDLC, UDLC' über dem Doppelschichtkondensator oder eine hiermit korrelierende Größe ermittelbar ist. In einer besonders bevorzugten Ausführung der Koppeleinrichtung KE, KE' erfolgt der Ladevorgang über die Energiewandlerquelle Q2, Q2' des zweiten Teilbordnetzes TBN2, TBN2' in Abhängigkeit von zumindest einem der nachstehend aufgeführten Faktoren: günstigste Spannung für die Energiewandlerquelle Q2, Q2' bezogen auf den Wirkungsgrad der Energiewandlung, minimal und maximal zulässige Spannung an zumindest einem vorbestimmten Verbraucher V1, V1', V2, V2', maximal aufnehmbare Energiemenge während eines thermischen Rekuperationsbetriebs (mittels TEG), statische und/oder dynamische Energiereserven (UDLC_SR, UDLC_DR) bei einer oder mehreren der Energiespeichereinrichtungen E1, E2; E1', E2'.
  • Bei einer kapazitiven Energiespeichereinrichtung wie dem Doppelschichtkondensator ist der Zusammenhang zwischen speicherbarer Energiemenge und der über dem Kondensator sich einstellenden Spannung wie folgt: E = 0,5 × C × U2 bzw. dE = 0,5 × C × (U12 – U22)
  • Die minimal und die maximal zulässige Spannung an den Verbrauchern ist durch eine Spannungsbegrenzungsfunktion implementiert. Die maximal speicherbare Energiemenge E des Doppelschichtkondensators (die beispielsweise bei einem Rekuperationsvorgang gespeichert werden kann) ergibt sich aus dem Energieinhalt des Doppelschichtkondensators bei eingestellter minimaler Kondensatorspannung UDLC_MIN, der statischen Energiereserve (UDLC_SR) sowie einer eventuell erforderlichen dynamischen Energiereserve (UDLC_DR – auch als Kurzzeitreserve bezeichnet) und der am Kondensator tatsächlich auftretenden maximalen Spannung UDLC_MAX. Der auf diese Weise ermittelte Energieinhalt des Doppelschichtkondensators kann mit obiger Formel in eine am Doppelschichtkondensator über die Koppeleinrichtung KE, KE' einzustellende Spannung umgerechnet werden. Weiterhin wird diese einzustellende Spannung UDLC_SOLL (Sollwertvorgabe) durch einen Offset erhöht, so dass die über die Koppeleinrichtung KE, KE' einzustellende Spannung derart gewählt wird, dass die Energiewandlerquelle Q2, Q2' des zweiten Teilbordnetzes TBN2, TBN2' in einem möglichst optimalen Arbeitspunkt (Arbeitspunkt bzw. Quellenspannung UQ2_MPP, bei dem/der die abgegebene Leistung der Energiewandlerquelle oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt) betrieben wird. Beispielsweise kann die Betriebsweise der Energiewandlerquelle Q2, Q2' unter Verwendung einer so genannten Maximum Power Point (MPP) – Suche ( DE 10 2005 032 864 A1 ) erfolgen oder durch Ersatzwerte der Energiewandlerquelle Q2, Q2', wie den Luftmassenstrom und/oder die Temperaturen (Abgas- und/oder Brennkraftmaschinentemperatur) bei einer im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten thermoelektrischen Generatoranordnung (TEG).
  • In der 4 ist zur Veranschaulichung dieser Betriebsweise dargestellt, wie die Sollwertermittlung für die Spannungsvorgabe über eine steuerbare Koppeleinrichtung KE, KE' erfolgen kann. Dabei kann über ein Kennfeld, in dem die z. B. als thermoelektrischer Generator ausgeführte Energiewandlerquelle Q2, Q2' des zweiten Teilbordnetzes TBN2, TBN2' modellbasiert abgebildet ist, der über die Koppeleinrichtung KE, KE' einzustellende Spannungssollwert UDLC_SOLL am Doppelschichtkondensator in Abhängigkeit von beispielsweise einem Abgas-Luftmassenstrom (dm/dt), einer Abgastemperatur (bzw. einer entsprechenden abgastemperaturabhängigen Temperaturdifferenz ΔT von Warm- zu Kaltseite des TEG) und einem Ist-Stromwert des TEG ermittelt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102007004279 [0002]
    • - DE 102005032864 A1 [0003, 0027]

Claims (12)

  1. Elektrisches Energiebordnetz für ein Kraftfahrzeug, umfassend – ein erstes Teilbordnetz (TBN1; TBN1') zur Bereitstellung einer ersten Bordnetzspannung (UBN1; UBN1'), umfassend eine erste Energiewandlerquelle (Q1; Q1') und eine mit dieser gekoppelte erste Energiespeichereinrichtung (E1; E1'), – ein zweites Teilbordnetz (TBN2; TBN2') zur Bereitstellung einer zweiten Bordnetzspannung (UBN2; UBN2'), umfassend eine zweite Energiewandlerquelle (Q2; Q2') und eine mit dieser gekoppelte zweite Energiespeichereinrichtung (E2; E2'), und – eine steuerbare elektrische Koppeleinrichtung (KE; KE'), über die die beiden Teilbordnetze (TBN1, TBN2; TBN1'; TBN2') miteinander gekoppelt sind, wobei die Koppeleinrichtung (KE; KE') derart ausgebildet ist, dass die Bordnetzspannung (UBN2; UBN2') für zumindest eines der beiden Teilbordnetze (TBN1, TBN2; TBN1', TBN2') einstellbar ist.
  2. Energiebordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (KE; KE') derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit von einem aktuell vorliegenden Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs – wobei der Betriebsmodus aus einer vorbestimmten Auswahl von zumindest zwei unterschiedlichen Betriebsmodi ermittelt wurde – die Bordnetzspannung (UBN1, UBN2; UBN1', UBN2') für eines der beiden Teilbordnetze (TBN1, TBN2; TBN1', TBN2') eingestellt wird.
  3. Energiebordnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Energiewandlerquelle (Q1, Q2; Q1', Q2') als Energiewandlerquelle mit arbeitspunktabhängiger Leistungsabgabe ausgebildet ist.
  4. Energiebordnetz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiewandlerquelle (Q1, Q2; Q1', Q2') derart ausgebildet ist, dass die abzugebende elektrische Leistung in Abhängigkeit von einer an den elektrischen Polen der Energiewandlerquelle (Q1,Q2; Q1', Q2') anliegenden Spannung (UBN1, UBN2; UBN1', UBN2') in einem Spannungsbereich kleiner/gleich einem ersten Spannungsgrenzwert (U1_Q2) und in einem zweiten Spannungsbereich größer/gleich einem zweiten Spannungsgrenzwert (U2_Q2) im wesentlichen gleich Null ist, und in einem zwischen den beiden Spannungsgrenzwerten (U1_Q2, U2_Q2) Spannungsbereich größer Null ist und einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Verlauf aufweist.
  5. Energiebordnetz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Energiewandlerquelle (Q1; Q1') als generatorisch arbeitende elektrische Maschine ausgebildet ist.
  6. Energiebordnetz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Energiewandlerquelle (Q2; Q2') gemäß dem Seebeck-Effekt wirkende Mittel zur Energiewandlung umfasst.
  7. Energiebordnetz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der zweiten Energiewandlerquelle (Q2; Q2') zugeordnete Energiespeichereinrichtung (E2; E2') kapazitive Energiespeichermittel umfasst.
  8. Energiebordnetz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiewandlerquelle (Q2; Q2') des zweiten Teilbordnetzes (TBN2; TBN2') über eine Koppeldiode (D; D') mit der Koppeleinrichtung (KE; KE') verbunden ist.
  9. Energiebordnetz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die steuerbare Koppeleinrichtung (KE; KE') als steuerbare Gleichspannungswandlereinrichtung ausgebildet ist, die auf ihrer einen Anschlussseite parallel zu der ersten Energiewandlerquelle (Q1; Q1') und die auf ihrer anderen Anschlussseite parallel zu der zweiten Energiewandlerquelle (Q2; Q2') geschaltet ist, – wobei die zweite Energiespeichereinrichtung (E2; E2') in Serie zu der ersten Energiespeichereinrichtung (E1; E1') und die Serienschaltung aus erster und zweiter Energiespeichereinrichtung (E1, E2; E1', E2') parallel zu der zweiten Energiewandlerquelle (Q2; Q2') und die erste Energiespeichereinrichtung (E1; E1') parallel zu der ersten Energiewandlerquelle (Q1; Q1') geschaltet ist.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Energiebordnetzes für ein Kraftfahrzeug, – wobei das Energiebordnetz zwei über eine steuerbare Koppeleinrichtung (KE; KE') gekoppelte Teilbordnetze (TBN1, TBN2; TBN1', TBN2') zur Bereitstellung unterschiedlicher Bordnetzspannungen (UBN1, UBN2; UBN1', UBN2') aufweist, – und das erste Teilbordnetz (TBN1, TBN1') eine generatorisch arbeitende elektrische Maschine als Energiewandlerquelle (Q1; Q1') zur Erzeugung der bereitzustellenden ersten Bordnetzspannung (UBN1; UBN1') umfasst, und das zweite Teilbordnetz (TBN2; TBN2') eine als thermoelektrischer Generator arbeitende Energiewandlerquelle (Q2; Q2') zur Erzeugung der bereitzustellenden zweiten Bordnetzspannung (UBN2; UBN2') umfasst, wobei – in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsparametern (pB) ein aktuell vorliegender Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs ermittelt wird, – und in Abhängigkeit von dem ermittelten Betriebsmodus über die steuerbare Koppeleinrichtung (KE; KE') ein Sollwert für die zweite Bordnetzspannung (UBN2; UBN2') ermittelt und vorgegeben wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung oder Auswahl eines Betriebsmodus in Abhängigkeit von dem innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer auftretenden Rekuperationsanteile erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung eines Betriebsmodus zumindest einer der nachfolgenden Betriebsmodi detektiert und im Unterschied zu einem anderen Betriebsmodus eingestellt wird: – Stadtfahrt, – Autobahnfahrt, – Bergabfahrt.
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