DE102014223971A1 - Mehr-Energiespeicher-System für Kraftfahrzeugbordnetze - Google Patents

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Markus Mauerer
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Abstract

Es wird ein Bordnetz (200) für ein Fahrzeug (600) beschrieben. Das Bordnetz (200) umfasst einen ersten Energiespeicher (201), der eine erste maximale Ruhespannung (101) bei Vollladung des ersten Energiespeichers (201) aufweist. Außerdem umfasst das Bordnetz (200) einen zweiten Energiespeicher (202), der eine zweite maximale Ruhespannung (104) bei Vollladung des zweiten Energiespeichers (201) aufweist. Dabei ist die zweite maximale Ruhespannung (104) höher ist als die erste maximale Ruhespannung (101). Das Bordnetz (200) umfasst außerdem einen Generator (203), der eingerichtet ist, elektrische Energie für das Bordnetz (200) zu generieren. Desweiteren umfasst das Bordnetz (200) eine Steuereinheit (230), die eingerichtet ist, einen Rekuperations-Betrieb des Fahrzeugs (600) zu detektieren. Die Steuereinheit (230) ist weiter eingerichtet, während das Fahrzeug (100) im Rekuperations-Betrieb ist, den Generator (203) zu veranlassen, elektrische Energie mit einer Ladespannung zu generieren, die in oder oberhalb von einem Puffer-Spannungsbereich (105) liegt. Dabei liegt der Puffer-Spannungsbereich (105) zwischen der ersten maximalen Ruhespannung (101) und der zweiten maximalen Ruhespannung (104).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Bereitstellung von einer Vielzahl von elektrischen Energiespeichern in einem Bordnetz eines Fahrzeugs.
  • Ein Fahrzeug (insbesondere ein Straßenfahrzeug wie z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) umfasst typischerweise ein elektrisches Bordnetz, das eingerichtet ist, ein oder mehrere elektrische Verbraucher des Fahrzeugs mit elektrischer Energie aus einem Speicher von elektrischer Energie (z.B. aus einer Niedervolt-Batterie) zu versorgen.
  • Die Verwendung von einer Vielzahl von Energiespeichern in dem Bordnetz eines Fahrzeugs kann vorteilhaft sein, z.B. um die Lebensdauer der einzelnen Energiespeicher zu verlängern, um eine erhöhte Leistungsabgabe zu ermöglichen und/oder um in einem erhöhten Maße kinetische Energie des Fahrzeugs als elektrische Energie zu rekuperieren und im Bordnetz zu speichern. Insbesondere können in einem Niedervolt-Bordnetz (z.B. bei einer Bordnetzspannung von ca. 12V) neben einem Blei-Akkumulator ein oder mehrere weitere Energiespeicher (z.B. ein oder mehrere Lithium Akkumulatoren) verwendet werden, um von einem Generator des Fahrzeugs (z.B. von einer Lichtmaschine) rekuperierte elektrische Energie zu speichern.
  • Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine vorteilhafte Kombination von Energiespeichern für ein Bordnetz eines Fahrzeugs bereitzustellen. Desweiteren befasst sich das vorliegende Dokument mit der technischen Aufgabe, eine Kombination von Energiespeichern eines Bordnetzes eines Fahrzeugs in vorteilhafter Weise zu betreiben.
  • Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt wird ein Bordnetz für ein Fahrzeug (insbesondere für ein Straßenfahrzeug z.B. für einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben. Das Bordnetz umfasst einen ersten Energiespeicher und einen zweiten Energiespeicher. Der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher können parallel zueinander in dem Bordnetz angeordnet sein, ggf. über ein Koppelelement, welches eine Verbindung zwischen dem ersten Energiespeicher und dem zweiten Energiespeicher ganz oder teilweise dämpfen kann.
  • Der erste Energiespeicher weist eine erste maximale Ruhespannung bei Vollladung des ersten Energiespeichers auf und der zweite Energiespeicher weist eine zweite maximale Ruhespannung bei Vollladung des zweiten Energiespeichers auf. Dabei ist die zweite maximale Ruhespannung höher als die erste maximale Ruhespannung. Der Bereich zwischen der ersten maximalen Ruhespannung und der zweiten maximalen Ruhespannung kann dazu verwendet werden, elektrische Energie (ggf. zyklisch) in den zweiten Energiespeicher zu laden und/oder aus dem zweiten Energiespeicher zu entnehmen, ohne dabei den ersten Energiespeicher durch Ladeströme bzw. Entladeströme zu belasten. So kann die Lebensdauer des ersten Energiespeichers erhöht werden.
  • Die zweite maximale Ruhespannung kann kleiner als oder gleich wie eine maximal zulässige Spannung des ersten Energiespeichers sein. So kann gewährleistet werden, dass der erste Energiespeicher nicht durch eine Bordnetzspannung bis zu der zweiten maximalen Ruhespannung geschädigt wird. Ggf. kann der zweite Energiespeicher auch eine zweite maximale Ruhespannung aufweisen, die über die maximal zulässige Spannung des ersten Energiespeichers hinausgeht. Es liegt dann ein Kapazitätsbereich des zweiten Energiespeichers vor, der ungenutzt bleibt. Dies kann in Bezug auf die Lebensdauer des zweiten Energiespeichers vorteilhaft sein.
  • Desweiteren kann eine zweite minimale Ruhespannung des zweiten Energiespeichers kleiner sein als die erste maximale Ruhespannung des ersten Energiespeichers. So können bei Bedarf beide Energiespeicher gleichzeitig dazu verwendet werden, Energie aufzunehmen und/oder für das Bordnetz bereitzustellen.
  • Der erste Energiespeicher kann eingerichtet sein, elektrische Stand- und/oder Startenergie für das Fahrzeug bereitzustellen. Andererseits kann der zweite Energiespeicher eingerichtet sein, in zyklischer Weise elektrische Energie zu speichern und bereitzustellen. Bevorzugt weist der zweite Energiespeicher (im Vergleich zu dem ersten Energiespeicher) eine höhere Zyklenfestigkeit auf. Beispielsweise kann der zweite Energiespeicher ausgelegt sein, bei 3000 oder mehr Vollzyklen (entsprechend einem entladenden Ladungsumsatz von mindestens 3000 Mal der Nennkapazität) einen Kapazitätsverlust von nicht mehr als 20% und einen Leistungsverlust von höchstens 50% aufzuweisen.
  • Eine klare Zuweisung von Aufgaben an den ersten Energiespeicher und an den zweiten Energiespeicher ermöglichen es, für die jeweiligen Aufgaben optimierte Batterie-Technologien verwenden zu können, ohne dass es bei dem Betrieb des Bordnetzes zu einer übermäßigen Schädigung / Verkürzung der Lebensdauer des ersten oder zweiten Energiespeichers kommt. Insbesondere kann eine Schädigung minimiert und eine Lebensdauer maximiert werden. Desweiteren können für die jeweilige Aufgabe kosten-optimierte Technologien verwendet werden. Insgesamt kann so ein zuverlässiges und kosten-effektives Bordnetz bereitgestellt werden.
  • Aufgrund einer klaren Zuweisung von Aufgaben an den ersten Energiespeicher und an den zweiten Energiespeicher können für die Energiespeicher entsprechende Dimensionierungen durchgeführt werden. Insbesondere kann aufgrund der Aufgabenverteilung der zweite Energiespeicher eine Nennkapazität aufweisen, die einem Drittel oder weniger einer Nennkapazität des ersten Energiespeichers entspricht. Typischerweise ist eine Speicher-Technologie für zyklische Speicher kostenintensiver als eine Speicher-Technologie für Standenergie. Durch die o.g. relative Dimensionierung des ersten und des zweiten Energiespeichers wird somit ein kosteneffektives Bordnetz ermöglicht.
  • Durch die Zuweisung von Aufgaben an den ersten Energiespeicher und an den zweiten Energiespeicher kann ein zweiter Energiespeicher verwendet werden, der ein oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweist. Insbesondere kann ein zweiter Energiespeicher verwendet werden, der eine Nennkapazität von höchstens 25Ah aufweist. Es hat sich gezeigt, dass für die zyklische Aufnahme / Abgabe von elektrischer Energie (insbesondere für rekuperierte elektrische Energie) die o.g. Kapazität ausreichend ist. Es kann somit ein kosteneffizienter zweiter Energiespeicher bereitgestellt werden.
  • Bei Rekuperation kann elektrische Energie mit einer Ladespannung in einem oder oberhalb von einem Puffer-Spannungsbereich bereitgestellt werden, wobei der Puffer-Spannungsbereich oberhalb von der ersten maximalen Ruhespannung liegt. Der zweite Energiespeicher kann in diesem Puffer-Spannungsbereich einen Ladungshub von 3Ah oder mehr aufweisen. So kann gewährleistet werden, dass rekuperierte elektrische Energie möglichst vollständig aufgenommen werden kann. Es kann somit der Energieverbrauch des Fahrzeugs reduziert werden.
  • Zur Erfüllung der Aufgabe bzgl. der zyklischen Aufnahme/Abgabe von elektrischer Energie kann der zweite Energiespeicher ein Verhältnis von Entladeleistung-zu-Bruttoenergieinhalt von mindestens 30 aufweisen, insbesondere bei einer Betriebstemperatur von 25°C und bei einem Ladezustand von 50%. So kann gewährleistet werden, dass auch kurzzeitig relativ hohe Mengen an elektrischer Energie aufgenommen bzw. bereitgestellt werden können.
  • Der zweite Energiespeicher kann einen Innenwiderstand von 6,5 mOhm oder weniger aufweisen, insbesondere bei einem Ladezustand von ca. 50% und einer Betriebstemperatur von ca. 25°C. Durch derartige Innenwiderstände kann gewährleistet werden, dass auch relativ hohe Rekuperationsströme vollständig zum Laden des zweiten Energiespeichers verwendet werden können.
  • Der zweite Energiespeicher kann bei Betriebstemperaturen von 0°C oder weniger eine Ladungsaufnahmefähigkeit aufweisen, die höher ist als die Ladungsaufnahmefähigkeit des ersten Energiespeichers. Typischerweise sinkt die Ladungsaufnahmefähigkeit von Energiespeichern mit sinkender Temperatur. Dies führt dazu, dass insbesondere bei relativ niedrigen Betriebstemperaturen und bei relativ kurzen Betriebsphasen des Fahrzeugs eine Teilentladung des ersten Energiespeichers erfolgen kann, die im Fahrbetrieb nicht mehr vollständig zurück geladen werden kann. Durch die erhöhte Ladungsaufnahmefähigkeit kann der zweite Energiespeicher auch bei kurzen Betriebsphasen eine relativ hohe Menge an elektrischer Energie aufnehmen. Diese elektrische Energie kann dann (z.B. in einer Ruhephase des Fahrzeugs) aufgrund der Parallelschaltung zumindest teilweise von dem zweiten Energiespeicher an den ersten Energiespeicher abgegeben werden. Der erste Energiespeicher kann so auch bei kurzen Betriebsphasen und bei niedrigen Betriebstemperaturen zuverlässig seine Aufgaben in Bezug auf die Bereitstellung von Standenergie und/oder von Startenergie erfüllen.
  • Der erste Energiespeicher kann ein oder mehrere Batterie-Zellen umfassen, die auf Blei-Säure-Technologie basieren. So kann in effizienter Weise Kapazität für die dem ersten Energiespeicher zugewiesenen Aufgaben bereitgestellt werden. Desweiteren kann durch die Verwendung von Blei-Säure-Technologie ein erster Energiespeicher bereitgestellt werden, der eine erste maximale Ruhespannung aufweist, die gleich wie oder kleiner als ca. 13V ist. Ein derartiger Energiespeicher kann somit in einem 12 V/14 V-Niedervolt-Bordnetz eines Fahrzeugs verwendet werden.
  • Der zweite Energiespeicher kann ein oder mehrere der folgenden Komponenten bzw. Konfigurationen umfassen. Beispielsweise können mehrere der folgenden Komponenten parallel zueinander angeordnet sein. Durch die im Folgenden genannten Komponenten kann ein zweiter Energiespeicher bereitgestellt werden, der eine zweite maximale Ruhespannung aufweist, die höher ist als die erste maximale Ruhespannung. Desweiteren kann ein zweiter Energiespeicher bereitgestellt werden, der eine zweite minimale Ruhespannung aufweist, die kleiner ist als die erste maximale Ruhespannung. Es kann somit ein zweiter Energiespeicher bereitgestellt werden, der in zyklischer Weise elektrische Energie aufnehmen bzw. abgeben kann (z.B. im Rekuperations-Betrieb des Fahrzeugs), ohne dabei den ersten Energiespeicher zu belasten. Ggf. kann die zweite maximale Ruhespannung des zweiten Energiespeichers auch Werte über die typische maximale Systemspannung von 15,5–16 V hinaus annehmen. Dieser Spannungsbereich kann dann ungenutzt bleiben. Es kann jedoch für die Lebensdauer des zweiten Energiespeichers vorteilhaft sein, wenn dieser nicht bis zu seiner maximalen Ruhespannung (d.h. bis Vollladung) betrieben wird.
  • Der zweite Energiespeicher kann insbesondere umfassen, zehn in Reihe geschaltete Zellen, welche auf Nickel-Metall-Hydrid-Technologie basieren. Alternativ oder ergänzend kann der zweite Energiespeicher umfassen, eine Reihenschaltung von vier Zellen, welche auf Lithium-Ionen-Technologie basieren, mit einer Metalloxid-Kathode, insbesondere einer Nickel-Mangan-Cobalt (NMC) Kathode und/oder einer Lithium-Mangan-Oxid (LMO) Kathode, und mit einer auf Kohlenstoff basierenden Anode. Alternativ oder ergänzend kann der zweite Energiespeicher umfassen, eine Reihenschaltung von vier Zellen, welche auf Lithium-Ionen-Technologie basieren, mit einer Lithium-Eisenphosphat-Kathode (LFP) und mit einer auf Kohlenstoff basierenden Anode. Alternativ oder ergänzend kann der zweite Energiespeicher umfassen, eine Reihenschaltung von sechs Zellen, welche auf Lithium-Ionen-Technologie basieren, mit einer Metalloxid-Kathode, insbesondere einer Nickel-Mangan-Cobalt (NMC) Kathode und/oder einer Lithium-Mangan-Oxid (LMO) Kathode, und mit einer auf Lithium-Titanat (LTO) basierenden Anode. Alternativ oder ergänzend kann der zweite Energiespeicher umfassen, eine Reihenschaltung von acht Zellen, welche auf Lithium-Ionen-Technologie basieren, mit einer Lithium-Eisenphosphat-Kathode (LFP) und einer auf Lithium-Titanat (LTO) basierenden Anode.
  • Das Bordnetz kann weiter einen Generator umfassen, der eingerichtet ist, elektrische Energie für das Bordnetz zu generieren. Der Generator kann dabei insbesondere zeitweilig durch Räder des Fahrzeugs und den angebundenen Antriebsstrang angetrieben werden, insbesondere wenn sich das Fahrzeug im Rekuperations-Betrieb befindet, bei dem kinetische Energie des Fahrzeugs durch den Generator in elektrische Energie gewandelt wird. Der Generator kann eingerichtet sein, elektrische Energie mit unterschiedlichen Spannungen zu generieren. Insbesondere kann elektrische Energie mit einer Ladespannung generiert werden, die in einem oder oberhalb von einem Puffer-Spannungsbereich liegt, wobei der Puffer-Spannungsbereich bevorzugt zwischen der ersten maximalen Ruhespannung (insbesondere oberhalb von der ersten maximalen Ruhespannung) und der zweiten maximalen Ruhespannung liegt. Beispielsweise kann der Puffer-Spannungsbereich, ggf. ausschließlich, Ruhespannungen zwischen 13 V (insbesondere größer als 13V) und 16 V umfassen. So kann gewährleistet werden, dass rekuperierte elektrische Energie ausschließlich von dem zweiten Energiespeicher aufgenommen wird (bei Vollladung des ersten Energiespeichers). Auch im Anschluss an einen Rekuperations-Betrieb ist dadurch die Bordnetzspannung typischerweise größer als die erste maximale Ruhespannung (z.B. größer als 13V). So kann die rekuperierte elektrische Energie ohne substantielle Belastung für den ersten Energiespeicher aus dem zweiten Energiespeicher entnommen werden. Insbesondere kann gewährleistet werden, dass elektrische Energie nur aus dem zweiten Energiespeicher entnommen wird, solange die Bordnetzspannung im oder oberhalb von dem Puffer-Spannungsbereich liegt.
  • Das Bordnetz kann eine Steuereinheit umfassen, die eingerichtet ist, einen Rekuperations-Betrieb des Fahrzeugs zu detektieren. Z.B. kann detektiert werden, dass ein Bremspedal des Fahrzeugs betätigt wird und/oder dass ein Fahrpedalwinkel kleiner als oder gleich wie ein bestimmter Winkel-Schwellenwert ist und sich der Verbrennungsmotor somit im Schleppbetrieb befindet. Die Steuereinheit kann weiter eingerichtet sein, den Generator zu veranlassen, elektrische Energie, ggf. ausschließlich, in dem oder oberhalb von dem Puffer-Spannungsbereich zu generieren, während das Fahrzeug im Rekuperations-Betrieb ist. Wie bereits dargelegt kann so gewährleistet werden, dass rekuperierte elektrische Energie vorrangig von dem zweiten Energiespeicher aufgenommen wird und im Anschluss an die Rekuperation wieder von dem zweiten Energiespeicher an das Bordnetz abgegeben wird. Somit wird der erste Energiespeicher nahezu nicht durch den zyklischen Rekuperations-Betrieb belastet.
  • Das Bordnetz kann ein Trennelement umfassen, das eingerichtet ist, einen Stromfluss zwischen dem zweiten Energiespeicher und dem Bordnetz zu unterbinden. Das Trennelement kann einen elektrischen und/oder einen mechanischen Schalter umfassen. Das Trennelement kann masseseitig und/oder Plus-seitig in Bezug auf den zweiten Energiespeicher angeordnet sein. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, das Vorliegen von ein oder mehreren Trennbedingungen zu ermitteln. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, bei Vorliegen von ein oder mehreren Trennbedingungen, das Trennelement zu veranlassen, den Stromfluss zwischen dem zweiten Energiespeicher und dem Bordnetz zu unterbinden.
  • Die ein oder mehreren Trennbedingungen können ein oder mehrere der folgenden Bedingungen umfassen. Bei einer ersten Trennbedingung weist der erste Energiespeicher einen Ladezustand auf, der gleich wie oder größer als ein vordefinierter erster Lade-Schwellenwert (z.B. Vollladung) ist. Außerdem kann der zweite Energiespeicher einen Ladezustand aufweisen, der gleich wie oder größer als ein vordefinierter zweiter Lade-Schwellenwert ist. Insbesondere kann der zweite Energiespeicher eine Ruhespannung aufweisen, die höher ist, als die erste maximale Ruhespannung (z.B. um mindestens einen vordefinierten Spannungswert). Desweiteren befindet sich bei der ersten Trennbedingung das Fahrzeug in einer Ruhephase. In einer solchen Situation kann durch das Trennelement vermieden werden, dass durch elektrische Energie aus dem zweiten Energiespeicher eine Überladung des ersten Energiespeichers erfolgt. Es können somit der erste Energiespeicher geschützt werden und Energieverluste vermieden werden.
  • Bei einer zweiten Trennbedingung liegt ein Indiz dafür vor, dass elektrische Energie für einen Notstart des Fahrzeugs vorzuhalten ist. Desweiteren kann sich das Fahrzeug im Ruhezustand befinden. Es kann z.B. erkannt werden, dass der Ladezustand des zweiten Energiespeichers unter einen vordefinierten Schwellenwert gesunken ist. Durch das Trennelement kann in einem solchen Fall elektrische Energie aus dem zweiten Energiespeicher für einen Notstart vorgehalten werden. Zu diesem Zweck kann das Trennelement den zweiten Energiespeicher für eine Aktivierung eines Starters des Fahrzeugs wieder mit dem Bordnetz verbinden. Es kann somit auch nach längeren Standzeiten und/oder hoher Standentladung ein Start des Fahrzeugs gewährleistet werden.
  • Bei einer dritten Trennbedingung liegt ein Indiz dafür vor, dass eine Ruhespannungsmessung am ersten Energiespeicher und/oder am zweiten Energiespeicher durchgeführt werden soll. Durch das Trennelement kann der erste Energiespeicher von dem zweiten Energiespeicher getrennt werden. Somit kann für den jeweiligen Energiespeicher eine zuverlässige Ruhespannungsmessung durchgeführt werden.
  • Das Bordnetz kann einen überbrückbaren Zusatzwiderstand (auch als Koppelelement bezeichnet) umfassen, der das Bordnetz in einen ersten Teil mit dem ersten Energiespeicher und in einen zweiten Teil mit dem zweiten Energiespeicher aufteilt. Der überbrückbare Zusatzwiderstand kann z.B. einen Widerstand umfassen, der durch einen elektrischen oder mechanischen Schalter überbrückt werden kann. Dazu kann der Schalter parallel zu dem Widerstand angeordnet sein. Ein Starter des Fahrzeugs kann im ersten Teil des Bordnetzes angeordnet sein. Andererseits können ein oder mehrere Verbraucher, welche bei Einbruch der Bordnetzspannung ein unerwünschtes Verhalten aufweisen, im zweiten Teil des Bordnetzes angeordnet sein. Durch den überbrückbaren Zusatzwiderstand können Schwankungen der Bordnetzspannung im zweiten Teil des Bordnetzes gedämpft werden (insbesondere während eines Motorstarts). Desweiteren kann, im Gegensatz zu einer vollständigen Trennung von Teilen des Bordnetzes, gewährleistet werden, dass die elektrische Energie des ersten und des zweiten Energiespeichers immer im gesamten Bordnetz zu Verfügung steht. Außerdem kann sichergestellt werden, dass auch in einem Notbetrieb elektrische Energie aus dem Generator über den Widerstand an den zweiten Teil des Bordnetzes übertragen werden kann. Zu diesem Zweck kann der Generator elektrische Energie mit einer erhöhten Spannung generieren, um den Widerstand zu überwinden.
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu veranlassen, dass in einem Segelbetrieb vor einem Motorstart des Fahrzeugs bei Aktivierung eines Starters eine Überbrückung des überbrückbaren Zusatzwiderstands aufgehoben wird. So kann ein Spannungseinbruch im zweiten Teil des Bordnetzes gedämpft werden, wodurch negative Effekte auf Verbraucher im zweiten Teil des Bordnetzes abgemildert werden. Andererseits kann weiterhin eine zuverlässige Versorgung von (insbesondere sicherheitskritischen) Verbrauchern gewährleistet werden.
  • Der Generator kann in einem ersten Bereich des Fahrzeugs angeordnet sein (typischerweise in unmittelbarer Nähe zu einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs). Der erste Bereich umfasst dabei entweder einen Front-Bereich oder einen Heck-Bereich des Fahrzeugs. Der zweite Energiespeicher kann dann ebenfalls im ersten Bereich des Fahrzeugs angeordnet sein. So kann ein Leitungswiderstand zwischen dem Generator und dem zweiten Energiespeicher reduziert, und dadurch eine Effizienz im Rekuperations-Betrieb erhöht werden. Desweiteren können so Anforderungen an den Innenwiderstand des zweiten Energiespeichers und damit die Kosten des zweiten Energiespeichers reduziert werden.
  • Der erste Energiespeicher kann im ersten Bereich des Fahrzeugs (d.h. in der Nähe des Generators und des Starters des Fahrzeugs) angeordnet sein. So kann ein effizienter Start eines Verbrennungsmotors mit elektrischer Energie aus dem ersten Energiespeicher gewährleistet werden. Andererseits kann der erste Energiespeicher in einem zweiten Bereich des Fahrzeugs angeordnet sein, der einem Bereich des Fahrzeugs entspricht, der dem ersten Bereich entgegengesetzt ist (z.B. im Heck-Bereich statt im Front-Bereich oder im Front-Bereich statt im Heck-Bereich). Durch eine derartige Verteilung der Energiespeicher im Fahrzeug kann eine gleichmäßige Spannungsversorgung für die im Fahrzeug verteilten Verbraucher bereitgestellt werden. Außerdem kann eine verteilte Anordnung hinsichtlich Package und/oder Gewichtsverteilung und/oder Sicherheitsaspekten vorteilhaft sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Bordnetz für ein Fahrzeug beschrieben, wobei das Bordnetz einen ersten Energiespeicher und einen zweiten Energiespeicher umfasst. Der erste Energiespeicher umfasst dabei Batterie-Zellen, die auf Blei-Säure-Technologie basieren. Der zweite Energiespeicher umfasst ein oder mehrere der o.g. Komponenten. So kann bei einem Rekuperations-Betrieb des Fahrzeugs elektrische Energie in einem Puffer-Spannungsbereich rekuperiert und im zweiten Energiespeicher aufgenommen und wieder abgegeben werden, ohne dabei den ersten Energiespeicher (substantiell) zu beeinträchtigen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Bordnetz für ein Fahrzeug beschrieben, wobei das Bordnetz einen ersten Energiespeicher und einen zweiten Energiespeicher umfasst. Der erste und/oder der zweite Energiespeicher weisen dabei ein oder mehrere der in diesem Dokument beschriebenen Eigenschaften auf. So kann ein kosteneffektives und zuverlässiges Bordnetz für ein Fahrzeug bereitgestellt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Bordnetz für ein Fahrzeug beschrieben, wobei das Bordnetz einen ersten Energiespeicher und einen zweiten Energiespeicher umfasst. Desweiteren umfasst das Bordnetz einen Generator, der eingerichtet ist, elektrische Energie für das Bordnetz zu generieren. Der Generator kann in einem ersten Bereich des Fahrzeugs angeordnet sein (typischerweise in unmittelbarer Nähe zu einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs). Der erste Bereich umfasst dabei entweder einen Front-Bereich oder einen Heck-Bereich des Fahrzeugs. Der zweite Energiespeicher kann dann ebenfalls im ersten Bereich des Fahrzeugs angeordnet sein. So kann ein Leitungswiderstand zwischen dem Generator und dem zweiten Energiespeicher reduziert, und dadurch eine Effizienz im Rekuperations-Betrieb erhöht werden. Insbesondere können so Anforderungen an den Innenwiderstand des zweiten Energiespeichers und damit die Kosten des zweiten Energiespeichers reduziert werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben. Das Fahrzeug kann das in diesem Dokument beschriebene Bordnetz umfassen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinheit beschrieben, die ein oder mehrere der in diesem Dokument beschriebenen Merkmale umfasst. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, einen Generator, ein Trennelement und/oder ein Koppelement eines Bordnetzes zu steuern. Die Steuereinheit kann auf einer Vielzahl von Steuergeräten verteilt sein. Beispielsweise kann ein Trennelement durch ein Steuergerät eines Energiespeichers gesteuert werden. Der Generator und/oder das Koppelelement können durch ein Steuergerät für das Power Management des Bordnetzes gesteuert werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren beschrieben, das z.B. von einer in diesem Dokument beschriebenen Steuereinheit ausgeführt werden kann, und Merkmale umfasst, die den Merkmalen, der für die in diesem Dokument beschriebenen Steuereinheit, entsprechen.
  • Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
  • 1 beispielhafte Spannungsbereiche von Energiespeichern eines Bordnetzes;
  • 2 beispielhafte Energieflüsse in einem Bordnetz eines Fahrzeugs;
  • 3 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Bordnetzes;
  • 4 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Bordnetzes mit einem Koppelelement;
  • 5 ein Blockdiagramm von einem beispielhaften Bordnetz mit einer Vielzahl von Teilbordnetzen; und
  • 6a, 6b und 6c beispielhafte Anordnungen von Energiespeichern in einem Fahrzeug.
  • Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bereitstellung von einem Fahrzeug-Bordnetz mit einer Vielzahl von Energiespeichern. Die Vielzahl von Energiespeichern soll insbesondere dazu verwendet werden, kinetische Energie des Fahrzeugs möglichst weitgehend als elektrische Energie zu rekuperieren und dem Bordnetz zu Verfügung zu stellen.
  • Desweiteren soll in zuverlässiger Weise Stand- und Startenergie bereitgestellt werden. Außerdem soll sichergestellt werden, dass die unterschiedlichen Energiespeicher des Bordnetzes nicht substantiell aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an das Bordnetz (zyklische Aufnahme und Abgabe von rekuperierter Energie, Bereitstellung von Standenergie, Bereitstellung von Startenergie, Bereitstellung von Stützenergie, etc.) geschädigt werden, und so eine Reduzierung der Lebenszeit der Energiespeicher bewirkt wird.
  • 3 zeigt ein beispielhaftes Bordnetz 200 mit einer Vielzahl von Energiespeichern 201, 202. Insbesondere umfasst das Bordnetz 200 einen ersten Energiespeicher ES1 201 und einen zweiten Energiespeicher ES2 202. Desweiteren umfasst das Bordnetz 200 einen Generator 203, der eingerichtet ist, elektrische Energie zu erzeugen. Der Generator 203 kann dabei durch einen Verbrennungsmotor des Fahrzeugs (nicht dargestellt) und/oder durch andere Teile des Kraftübertragungssystems und/oder durch Räder des Fahrzeugs angetrieben werden. Desweiteren umfasst das Bordnetz 200 einen Starter 303, der eingerichtet ist, den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs zu starten. Der Generator 203 und der Starter 303 können als ein kombinierter Starter-Generator ausgeführt sein (wie in 4 durch das Referenzzeichen 403 dargestellt). Außerdem umfasst das Bordnetz 305 einen oder mehrere elektrische Verbraucher 305 (z.B. Scheinwerfer, Beleuchtung, Klima-/Heizelemente, etc.) des Fahrzeugs, die mit elektrischer Energie aus dem Generator 203 und/oder aus den Energiespeichern 201, 202 betrieben werden.
  • Der erste Energiespeicher 201 und der zweite Energiespeicher 202 sind parallel zueinander angeordnet. Der erste Energiespeicher 201 basiert z.B. auf Blei-Säure-Technologie. Der erste Energiespeicher 201 kann mit einem flüssigen Elektrolyten oder mit einem, durch ein Glasfaservlies (AGM-Batterie) oder durch eine Gelierung (Blei-Gel-Batterie), festgelegten Elektrolyten ausgeführt sein. Der durch eine Blei-Säure-Batterie realisierte erste Energiespeicher 201 weist in seiner Ausführung für 12 V/14 V-Bordnetze sechs in Reihe geschaltete Einheiten auf, die jeweils aus mehreren parallel geschalteten Elektrodenpaaren und/oder Zellen bestehen können.
  • Der zweite Energiespeicher 202 kann in verschiedenen Energiespeichertechnologien ausgeführt werden. Dabei übersteigt das Spannungsniveau des zweiten Energiespeichers 202 in einem bevorzugten Beispiel das Spannungsniveau des ersten Energiespeichers 201. Insbesondere kann eine Ruhespannung des zweiten Energiespeichers 202 die Ruhespannung des ersten Energiespeichers 201 übersteigen. Dies ist beispielhaft in 1 dargestellt. Insbesondere zeigt 1 die erste maximale Ruhespannung 101 des ersten Energiespeichers ES1 201 bei Vollladung (100%). Der zweite Energiespeicher ES2 202 weist eine zweite maximale Ruhespannung 104 bei Vollladung (100%) auf, die über die erste maximale Ruhespannung 101 hinaus geht. Das heißt, dass der zweite Energiespeicher 202 durch Aufnahme von elektrischer Energie eine höhere Ruhespannung annehmen kann als der erste Energiespeicher 201. So kann durch die Festlegung der Spannung im Bordnetz 200 gesteuert werden, ob elektrische Energie von dem ersten Energiespeicher 201 aufgenommen bzw. abgegeben wird oder nicht. Insbesondere kann durch die Festlegung der Spannung im Bordnetz 200 eine zyklische Aufnahme / Abgabe von elektrischer Energie durch den ersten Energiespeicher 201 weitestgehend unterbunden werden. So kann auch bei einer zyklischen Rekuperation von Bremsenergie und der Rückführung der Energie an das Bordnetz 200, eine substantielle Lebenszeit-Verkürzung eines auf Blei-Säure-Technologie basierenden ersten Energiespeichers 201 vermieden werden.
  • Der zweite Energiespeicher 202 kann ein oder mehrere der folgenden Konfigurationen bzw. Komponenten aufweisen. Beispielsweise können mehrere der folgenden Konfiguration parallel zueinander angeordnet werden, um den zweiten Energiespeicher 202 bereitzustellen. Durch die Konfigurationen kann insbesondere gewährleistet werden, dass eine zweite maximale Ruhespannung 104 vorliegt, die über die maximale Ruhespannung 101 des ersten Energiespeichers 201 hinausgeht. Dabei können Akkumulator-Zellen (kurz Zellen) mit unterschiedlichen Akkumulator-Technologien verwendet werden. Als eine Zelle wird dabei im Folgenden eine Einheit bezeichnet, welche eine Nennspannung aufweist, die für die jeweilige Akkumulator-Technologie charakteristisch ist. Physikalisch kann eine solche Zelle aus mehreren parallel geschalteten Elementen bestehen. Beispielhafte Konfigurationen, welche der zweite Energiespeicher 202 umfassen kann (insbesondere für ein Niedervolt-Bordnetz 200 bei 12V), sind:
    • • Zehn in Reihe geschaltete Zellen in Nickel-Metall-Hydrid-Technologie;
    • • eine Reihenschaltung von vier Zellen in Lithium-Ionen-Technologie mit einer Metalloxid-Kathode, insbesondere Nickel-Mangan-Cobalt (NMC) und/oder Lithium-Mangan-Oxid (LMO), und mit einer auf Kohlenstoff basierenden Anode;
    • • eine Reihenschaltung von vier Zellen in Lithium-Ionen-Technologie mit einer Lithium-Eisenphosphat-Kathode (LFP) und mit einer auf Kohlenstoff basierenden Anode;
    • • eine Reihenschaltung von sechs Zellen in Lithium-Ionen-Technologie mit einer Metalloxid-Kathode, insbesondere Nickel-Mangan-Cobalt (NMC) und/oder Lithium-Mangan-Oxid (LMO), und mit einer auf Lithium-Titanat (LTO) basierenden Anode; und/oder
    • • eine Reihenschaltung von acht Zellen in Lithium-Ionen-Technologie mit einer Lithium-Eisenphosphat-Kathode (LFP) und einer auf Lithium-Titanat (LTO) basierenden Anode.
  • Die Kathode und die Anode einer Zelle können jeweils weitere Zusätze beinhalten, insbesondere zur Verbesserung der Elektroden-Eigenschaften, wie beispielsweise Leitzusätze. Der jeweilige Anteil von derartigen Zusätzen liegt dabei bevorzugt unter 10 %. Für ein Bordnetz mit höherer Spannung, beispielsweise 24 V oder 48 V, kann die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen entsprechend angepasst werden.
  • Durch die o.g. Konfigurationen kann gewährleistet werden, dass der erste Energiespeicher 201 eine erste maximale Ruhespannung 101 aufweist, die kleiner ist als die zweite maximale Ruhespannung 104 des zweiten Energiespeichers 202. Das Bordnetz 200 kann dann im Falle von Rekuperation in einem oder oberhalb von einem Spannungsbereich 105 betrieben werden, der zwischen der ersten maximalen Ruhespannung 101 und der zweiten maximalen Ruhespannung 104 liegt. Der Spannungsbereich 105 kann als Puffer-Spannungsbereich 105 bezeichnet werden. Der Puffer-Spannungsbereich 105 weist eine untere Grenzspannung 102 auf, die typischerweise größer ist als oder gleich ist wie die erste maximale Ruhespannung 101. Desweiteren weist der Puffer-Spannungsbereich 105 eine obere Grenzspannung 103 auf, die typischerweise kleiner ist als die zweite maximale Ruhespannung 104. Der Puffer-Spannungsbereich 105 kann dazu verwendet werden, elektrische Energie zu rekuperieren und in dem zweiten Energiespeicher 202 zu speichern, und diese elektrische Energie anschließend wieder an das Bordnetz 200 zum Betrieb der ein oder mehreren elektrischen Verbraucher 305 abzugeben. Der erste Energiespeicher 201 ist dabei aufgrund der Lage des Puffer-Spannungsbereichs 105 von der zyklischen Aufnahme und Abgabe von elektrischer Energie 201 weitestgehend ausgenommen, so dass die Lebensdauer des ersten Energiespeichers 201 durch den Rekuperations-Betrieb nicht substantiell reduziert wird.
  • Insbesondere kann der Generator 203 des Bordnetzes 200 veranlasst werden, im Rekuperations-Betrieb elektrische Energie mit einer Ladespannung zu generieren, die in oder oberhalb von dem Puffer-Spannungsbereich 105 liegt. Mit zunehmender Dauer des Rekuperations-Betriebs steigt dabei typischerweise der Ladezustand und damit die Ruhespannung des zweiten Energiespeichers ES2 an und kann bei intensivem Rekuperationsbetrieb ggf. auch über den Puffer-Spannungsbereich 105 hinausgehen.
  • Der erste Energiespeicher 201 kann vorrangig als Energiereserve dienen (z.B. für den Standbetrieb oder für den Starter). Andererseits kann der zweite Energiespeicher 202 auf die zyklische Aufnahme / Abgabe von rekuperierter elektrischer Energie fokussiert sein. Zu diesem Zweck verfügt der erste Energiespeicher 201 bevorzugt über eine Nennkapazität, die mindestens dreimal so groß ist, wie die Nennkapazität des zweiten Energiespeichers 202. Anders ausgedrückt, bei einer klaren Trennung der Aufgaben der Energiespeicher 201, 202 im Bordnetz 200 (Energiereserve vs. Rekuperation und zyklische Belastung/Leistungspufferung) kann ein relativ kleiner zweiter Energiespeicher 202 verwendet werden, der eine Nennkapazität aufweist, die nur ein Drittel oder weniger der Nennkapazität des ersten Energiespeicher 201 aufweist. Die Nennkapazität gibt dabei die Ladung an, die der Energiespeicher ausgehend von seiner Vollladung bei einer Entladung mit einem konstanten Prüfstrom (nach dem für die jeweilige Energiespeichertechnologie üblichen Prüfverfahren) bei 25 °C bis zum Erreichen der unteren, technologiespezifischen Abschaltspannung abgibt.
  • 1 zeigt beispielhaft die erste Nennkapazität 111 des ersten Energiespeichers 201 und die zweite Nennkapazität 112 des zweiten Energiespeichers 202. In einem bevorzugten Beispiel verfügt der zweite Energiespeicher 202 über eine zweite Nennkapazität 112 von höchstens 25Ah.
  • Wie oben dargelegt, kann der zweite Energiespeicher 202 auf die zyklische Aufnahme und Abgabe von elektrischer Energie fokussiert sein (z.B. durch Betrieb innerhalb des Puffer-Spannungsbereichs 105). In diesem Zusammenhang kann der zweite Energiespeicher 202 darauf ausgelegt sein, möglichst hohe Leistungen aufzunehmen bzw. abzugeben. In einem bevorzugten Beispiel weist der zweite Energiespeicher 202 bei einer 10 sekündigen Entladung bei 25 °C und bei einem 50 % Ladezustand ein P/E-Verhältnis (Entladeleistung-zu-Bruttoenergieinhalt) von mindestens 30 (z.B. von 40) auf. Beispielsweise kann der zweite Energiespeicher 202 bei ca. 25 °C und ca. 50 % Ladezustand eine Entladeleistung von ca. 3 kW an der unteren Entladespannung aufweisen sowie einen Bruttoenergieinhalt von ca. 100Wh bei einer Kapazitätsprüfung mit einem für die verwendete Technologie üblichen Strom, z.B. mit einem einfachen Nennstrom bei Li-Ionen Technologie.
  • Desweiteren wird bevorzugt für den zweiten Energiespeicher 202 eine Technologie verwendet, die eine relativ hohe Zyklenfestigkeit (insbesondere eine höhere Zyklenfestigkeit als der erste Energiespeicher 201) aufweist. Beispielsweise kann der zweite Energiespeicher 202 für 3000 oder mehr Vollzyklen (entsprechend einem entladenden Ladungsumsatz von mindestens 3000 Mal der Nennkapazität) bei einem Kapazitätsverlust von höchstens 20 % sowie bei einem Leistungsverlust von maximal 50 % ausgelegt sein.
  • Im Vergleich zu einer für den ersten Energiespeicher 201 eingesetzten Blei-Säure-Technologie weisen alle o.g. Konfigurationen für den zweiten Energiespeicher 202 eine substantiell bessere Ladungsaufnahmefähigkeit auf (bei moderaten Temperaturen von größer 10ºC). Diese verbesserte Ladungsaufnahmefähigkeit kann im Rahmen einer Rekuperationsfunktion genutzt werden, um den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs zu reduzieren.
  • 2 veranschaulicht einen beispielhaften Betrieb des Bordnetzes 200. Der zweite Energiespeicher 202 kann teilweise oder ausschließlich oberhalb der Vollladung des ersten Energiespeichers 201 betrieben werden. Insbesondere kann der zweite Energiespeicher 202 teilweise oder ausschließlich im Puffer-Spannungsbereich 105 betrieben werden. Dadurch kann die Rekuperationsfunktion auch ohne oder mit nur geringem Beitrag des ersten Energiespeichers 201 dargestellt werden. So kann auf einen signifikant teilentladenen Betrieb des ersten Energiespeichers 201 verzichtet oder dieser zumindest eingeschränkt werden. Dies wirkt sich positiv auf die Lebensdauer eines auf Blei-Säure-Technologie basierenden ersten Energiespeichers 201 aus. Durch die erhöhte Spannungslage des zweiten Energiespeichers 202 wird die aufgenommene Rekuperationsenergie nach Ende einer Rekuperationsphase in das Bordnetz abgegeben und damit eine Minderung des Kraftstoffverbrauchs aufgrund des reduzierten Antriebsleistungsbedarfs des Generators 203 herbeigeführt. Durch die Spannungslage wird dabei der erste Energiespeicher 201 hinsichtlich Ladungsumsatz deutlich weniger belastet als der zweite Energiespeicher 202.
  • Bei Rekuperation kann die Bordnetzspannung 210 durch eine Steuereinheit 230 des Bordnetzes (z.B. durch ein Steuergerät des Generators 203) angehoben werden, um elektrische Energie im Bereich der Spannungen 212 bis 213 zu generieren. Von dem Generator 203 kann insbesondere elektrische Energie mit einer bestimmten Ladespannung 213 generiert werden. Die Ladespannung 213 kann in oder oberhalb von dem Puffer-Spannungsbereich 105 aus 1 liegen. Die von dem Generator 203 rekuperierte elektrische Energie wird als Energie 220 gespeichert oder als Energie 221 direkt an Verbraucher 305 des Bordnetzes 200 abgegeben. Die Energie 220 wird primär in dem zweiten Energiespeicher 202 gespeichert. Je nach Spannungslage 212, 213 kann jedoch ein (typischerweise kleiner) Teil 222 der Energie 220 im ersten Energiespeicher 201 gespeichert werden. Aus den Energiespeichern 201, 202 kann dann Energie 225, 224 für das Bordnetz 200 bereitgestellt werden.
  • Der zweite Energiespeicher 202 wird bevorzugt in einer Technologie ausgeführt (beispielsweise in Lithium-Ionen-Technologie mit einer Lithium-Titanat-Anode), die auch bei relativ tiefen Temperaturen (z.B. bei 0°C oder weniger) über eine im Vergleich zu dem ersten Energiespeicher 201 bessere Ladungsaufnahmefähigkeit verfügt. So kann auch bei niedrigen Außentemperaturen (z.B. bei 0°C oder weniger) ein hoher Ladezustand eines in Blei-Säure-Technologie ausgeführten ersten Energiespeichers 201 sichergestellt werden. Insbesondere kann durch eine relativ hohe Ladungsaufnahmefähigkeit des zweiten Energiespeichers 202 erreicht werden, dass auch bei kurzen Ladephasen, vom Generator 203 erzeugte elektrische Energie 220 von dem zweiten Energiespeicher 202 aufgenommen werden kann. Diese im zweiten Energiespeicher 202 gespeicherte Energie kann dann im Nachgang (z.B. bei einem abgestellten Fahrzeug) durch die passive Kopplung der Parallelschaltung ohne Nutzung aktiver Energiewandlungselemente auf den ersten Energiespeicher 201 übertragen werden (Energie 223 in 2).
  • Mit anderen Worten, die Blei-Säure-Technologie führt typischerweise zu einer relativ schlechten Ladungsaufnahmefähigkeit des ersten Energiespeichers 201 bei relativ tiefen Temperaturen. Somit kann bei einer Betriebssituation mit kurzen Ladezyklen (z.B. das Fahrten auf kurzen Strecken) aus dem ersten Energiespeicher 201 entnommene Energie 225 nur unzureichend nachgeladen werden, so dass der Ladezustand des ersten Energiespeichers 201 aufgrund der kurzen Ladephasen absinkt. Durch eine substantielle Ladung des zweiten Energiespeichers 202 (aufgrund der relativ erhöhten Ladungsaufnahmefähigkeit) kann der zweite Energiespeicher 202 auch bei einem abgestellten Fahrzeug auf den ersten Energiespeicher 201 wie ein Ladegerät wirken und den ersten Energiespeicher 201 nachladen. So kann ein höherer Ladezustand des ersten Energiespeichers 201 sichergestellt und damit die Lebensdauer des ersten Energiespeichers 201 verlängert werden.
  • Durch den Betrieb des Bordnetzes 200 in einem Spannungsbereich 105, der überwiegend oberhalb des Vollladezustands des ersten Energiespeichers 201 liegt, wird der Ladungsumsatz des ersten Energiespeichers 201 deutlich reduziert. Dies hat positive Konsequenzen für die Lebensdauer des ersten Energiespeichers 201.
  • Dem ersten Energiespeicher 201 kann ein als intelligenter Batteriesensor (IBS) benanntes Steuergerät 301 zugeordnet sein, das den Zustand des ersten Energiespeichers 201 anhand von Spannung, Strom und optional Temperatur überwacht (siehe 3). Das erste Speicher-Steuergerät 301 kann beispielsweise Informationen über den Ladezustand und die Leistungsfähigkeit des ersten Energiespeichers 201 ermitteln und einem übergeordneten Steuergerät 230 des Fahrzeugs zu Verfügung stellen.
  • Der zweite Energiespeicher 202 kann ein im Speicher integriertes, als Batteriemanagementsystem (BMS) benanntes, Steuergerät 302 aufweisen. Das zweite Speicher-Steuergerät 302 kann den Zustand des zweiten Energiespeichers 202 anhand von Spannung, Strom und ggf. Temperatur überwachen. Desweiteren kann das zweite Speicher-Steuergerät 302 beispielsweise Informationen über den Ladezustand und die Leistungsfähigkeit des zweiten Energiespeichers 202 ermitteln, und einem übergeordneten Steuergerät 230 zu Verfügung stellen. Außerdem kann durch die Spannungsmessung von Untergruppen eines Zellpakets des zweiten Energiespeichers 202 der Symmetrierungsstatus der Zellen 312, d.h. die Gleichverteilung des Lade- und/oder Leistungszustands, erfasst und gegebenenfalls durch aktive (über DC/DC-Wandler) oder passive (über die Parallelschaltung von Widerständen zu den Untergruppen eines Zellpakets, die einen überhöhten Ladezustand aufweisen) Symmetrierung ausgeglichen werden.
  • Insbesondere bei einer Ausführung des zweiten Energiespeichers 202 in Lithium-Ionen-Technologie kann der zweite Energiespeicher 202 ein elektrisches Trennelement 304 in Form eines mechanischen oder elektronischen Relais umfassen. Dieses Trennelement 304 kann von dem zweiten Speicher-Steuergerät 302 und/oder von der Steuereinheit 230 angesteuert werden. Durch dieses Trennelement 304 kann der zweite Energiespeicher 202 in, aufgrund von Sicherheits- oder Alterungsaspekten, kritischen Zuständen vom Bordnetz 200 abgetrennt werden und es können somit weitere Konsequenzen vermieden werden.
  • Alternativ oder ergänzend kann dieses Trennelement 304 im Rahmen der Betriebsstrategie des Bordnetzes 200 dazu verwendet werden, um
    • • eine Energiereserve für einen Motorstart bei drohender Entladung des ersten Energiespeichers 201 bzw. eines Gesamtenergiespeichersystems vorzuhalten.
    • • dem ersten Speicher-Steuergerät 301 am ersten Energiespeicher 201 und/oder dem zweiten Speicher-Steuergerät 302 des zweiten Energiespeichers 202 die Möglichkeit einer Ruhespannungsmessung zur Präzisierung des ermittelten Ladezustands des jeweiligen Energiespeichers 201, 202 zu ermöglichen.
    • • eine Schädigung des ersten Energiespeichers 201 zu vermeiden (z.B. in der im Folgenden beschriebenen Betriebssituation.
  • Eine beispielhafte Betriebssituation, in der das Öffnen des Trennelements 304 sinnvoll sein kann, ist, wenn der erste Energiespeicher 201 vollgeladen ist und ein relativ hoher Ladezustand des zweiten Energiespeichers 202 vorliegt. Da der erste Energiespeicher 201 bereits vollgeladen ist, kann keine Umladung von dem zweiten Energiespeicher 202 auf den ersten Energiespeicher 201 stattfinden. Allerdings nimmt bei einem auf Blei-Säure-Technologie basierenden ersten Energiespeicher 201 der Gasungsstrom mit steigender Spannung überproportional zu und kann so zu einer Schädigung des ersten Energiespeichers 201 führen. Daher kann es sinnvoll sein, nach dem Abstellen des Fahrzeugs den zweiten Energiespeicher 202 vom Bordnetz 200 mittels des Trennelements bzw. Schaltelements 304 zu trennen, um eine Schädigung des ersten Energiespeichers 201 zu vermeiden.
  • Wie in 3 dargestellt, können im Fahrzeugbordnetz 200 die Pluspole der beiden Energiespeicher ES1 201 und ES2 202 über eine entsprechende Leitung verbunden, und die Minuspole jeweils mit der Karosserie als Masse oder direkt miteinander über eine entsprechende Leitung verbunden werden. Bei den Verbrauchern 305 kann es sich um permanent angebundene oder um über Schaltelemente trennbare Verbraucher handeln. Die Verbraucher 305 sind in den Figuren nur zur Vereinfachung der graphischen Darstellung als ein einzelner Verbraucher dargestellt.
  • In dem in 3 dargestellten Beispiel, ist in der Masseleitung des ersten Energiespeichers 201 der Batteriesensor 301 vorgesehen. Der zweite Energiespeicher 202 umfasst neben den Speicherzellen 312 das Batteriemanagementsystem 302 und einen Schalter, d.h. ein Trennelement, 304. Der Schalter 304 kann elektronisch oder mechanisch ausgeführt sein und ggf. außerhalb des Gehäuses des zweiten Energiespeichers 302 und/oder im Massepfad integriert sein. Der Generator 203 kann auch (wie in 4 dargestellt) als sogenannter Starter-Generator ausgeführt sein. In diesem Fall kann ggf. der Starter 303 entfallen.
  • 4 zeigt ein Bordnetz 200 bei dem das Gesamt-Bordnetz 200 durch ein Koppelelement 401 in zwei Teile getrennt werden kann. Insbesondere kann durch das Koppelelement 401 ein Ausmaß des Energieaustausches zwischen dem ersten Energiespeicher 201 und dem zweiten Energiespeicher 202 beeinflusst werden. Das Koppelelement 401 ist zwischen dem ersten Energiespeicher 201 und dem zweiten Energiespeicher 202 angeordnet. Die Bordnetzverbraucher 305, 405 können in einem der beiden oder ggf. auch parallel in beiden Bordnetzzweigen bzw. Teil-Bordnetzen angebunden werden. Welcher Verbraucher 305, 405 in welchem Bordnetzzweig angeschlossen ist, kann von den Spannungsstabilitätsanforderungen des jeweiligen Verbrauchers 305, 405 abhängen. Verbraucher 305, die eine Spannung mit einer relativ hohen Stabilität erfordern, können im Bordnetzzweig des zweiten Energiespeichers 202 angeordnet sein, wohingegen Verbraucher 405, die relativ verminderte Anforderungen an die Stabilität der Versorgungsspannung haben, im Bordnetzzweig des ersten Energiespeichers 201 angeordnet sein können.
  • Das Koppelelement 401 kann mittels einer überbrückbaren Diode und/oder mittels eines überbrückbaren Zusatzwiderstands realisiert werden. Insbesondere kann das Koppelelement 401 ein dämpfendes Element (z.B. einen Widerstand) umfassen, durch den bewirkt wird, dass Schwankungen der Bordnetzspannung im ersten Bordnetzzweig, d.h. im Bordnetzzweig des ersten Energiespeichers 201, gedämpft werden, so dass im zweiten Bordnetzzweig, d.h. im Bordnetzzweig des zweiten Energiespeichers 202, relativ verminderte Schwankungen der Bordnetzspannung auftreten. Das Koppelelement 401 kann zu diesem Zweck derart ausgelegt sein, dass das Koppelelement 401 zwar eine dämpfende Wirkung aufweist, die Potentiale im ersten und zweiten Bordnetzzweig jedoch nicht getrennt werden.
  • Durch die Verwendung eines Koppelelements 401 kann der Energiefluss in einer Richtung (bei Verwendung einer Diode) beziehungsweise durch einen Widerstand in der Intensität beeinflusst werden. Wenn im Koppelelement 401 ein elektronischer oder mechanischer Schalter verwendet wird, dann können die Bordnetzzweige vollständig voreinander getrennt werden. Die Wahl des Schaltelements des Koppelelements 401 richtet sich dabei typischerweise nach der Charakteristik des Startsystems 303 in Bezug auf einen Strombedarf sowie nach der Charakteristik der Bordnetzverbraucher 305, 405 in Bezug auf die Anforderungen hinsichtlich Spannungsstabilität und nach den Eigenschaften der Energiespeicher 201, 202. Insbesondere bei Realisierung einer Motor-Stopp Funktion im sogenannten Segelbetrieb ist dabei die Versorgung aller sicherheitsrelevanten Verbraucher 305, 405 im vorgesehenen Spannungsbereich zu gewährleisten. Dies kann über eine entsprechende Auslegung und Ansteuerung des Koppelelements 401 dargestellt werden.
  • 5 zeigt weitere Erweiterungen des Bordnetzes 200 durch parallel oder in Reihe geschaltete Energiespeicher 502 sowie durch Bordnetzerweiterungen 503, 504, die über ein Schaltelement und/oder über einen DC/DC-Wandler angekoppelt sind. Derartige Erweiterungen können in Zusammenhang mit den in diesem Dokument beschriebenen Aspekten verwendet werden. Dabei kann in dem Basisbordnetz 501 auch das in 4 dargestellte Koppelelement 401 verwendet werden.
  • 6a, 6b und 6c zeigen beispielhafte Anordnungen der Energiespeicher 201, 202 in einem Fahrzeug 600. Um eine vorteilhafte Gewichtsverteilung im Fahrzeug 600 zu ermöglichen, wird der erste Energiespeicher 201 bei einem Fahrzeug 600 mit Heck-Antrieb typischerweise im Heck-Bereich des Fahrzeugs 600 angeordnet. Der zweite Energiespeicher 202 kann, wie in 6a dargestellt, direkt bei dem ersten Energiespeicher 202 im Heck-Bereich angeordnet werden. Dies hat den Vorteil geringer Änderungsumfänge aufgrund der Verwendung von einem zweiten Energiespeicher 202. Andererseits ergeben sich so relativ große Leitungslängen vom Generator 203 bis zum zweiten Energiespeicher 202 (wenn sich der Generator 203 und der Verbrennungsmotor 601 im Front-Bereich des Fahrzeugs 600 befinden).
  • Vor dem Hintergrund der Rekuperationsfunktion, in deren Rahmen möglichst hohe Ströme mit bestmöglichem Wirkungsgrad übertragen werden sollen, ist die Länge der Verbindungsleitung zwischen Generator 203 und dem zweiten Energiespeicher 202 von besonderer Bedeutung. Größere Verluste im Leitungssystem erhöhen die Anforderungen hinsichtlich eines geringen Ladeinnenwiderstands des zweiten Energiespeichers 202 und führen damit zu höheren Kosten. Außerdem führt die in 6a dargestellte Anordnung zu langen Leitungen zu den im vorderen Bereich verorteten Hochleistungsverbrauchen, wie beispielsweise Lenkung, Bremssystem und Stabilitätssystem.
  • Bei der in 6b dargestellten Anordnung wird der zweite Energiespeicher 202 in unmittelbarer Nähe des Generators 203 verortet. Dadurch ergibt sich typischerweise eine Reduktion des Zuleitungswiderstands um 1,5–2 mOhm und eine Reduktion des Gesamtleitungswiderstands von bis zu 50 % (im Vergleich zu der in 6a dargestellten Anordnung). Außerdem ergibt sich hinsichtlich der Bordnetzstabilität der Vorteil, dass die Verbraucher 305 im vorderen Bereich des Fahrzeugs 600 (d.h. in der Nähe des zweiten Energiespeichers 202) unmittelbar von der stabilisierenden Wirkung des zweiten Energiespeichers 202 profitieren können.
  • In 6c ist eine weitere Anordnung dargestellt, die hinsichtlich des Rekuperationspotentials und den resultierenden Anforderungen an den zweiten Energiespeicher 202 vergleichbar zu der Anordnung in 6b ist. Durch die Verortung des ersten Energiespeichers 201 im vorderen Bereich des Fahrzeugs 600 (und damit in relativer Nähe zum Verbrennungsmotor 601 und zum Starter 303) ergeben sich darüber hinaus Vorteile bezüglich der verfügbaren Startleistung für den Starter 303. Außerdem ergeben sich Kostenvorteile aufgrund der geringeren Leitungslängen. Andererseits kann sich eine eingeschränkte Spannungsstabilität für Verbraucher 405 im Heck-Bereich des Fahrzeugs 600 ergeben. Desweiteren ergibt sich im Rekuperationsfall typischerweise eine höhere Spannung an dem ersten Energiespeicher 201, was sich nachteilig auf die Lebendauer des ersten Energiespeichers 201 auswirken kann, und was über eine entsprechende Leitungs- und Anbindungsauslegung kompensiert werden kann bzw. muss.
  • Wie im Zusammenhang mit den 1 und 2 erläutert, kann im Rekuperationsfall die Bordnetzspannung 210 auf Ladespannungen 213 im oder oberhalb von dem Puffer-Spannungsbereich 105 angehoben werden. Der Puffer-Spannungsbereich 105 liegt dabei bevorzugt oberhalb der ersten maximalen Ruhespannung 101. Desweiteren sollte gewährleistet werden, dass die Ladespannung 213 und damit auch die Spannungen im Puffer-Spannungsbereich 105 nicht größer sind als eine erste Maximalspannung, ab der der erste Energiespeicher 201 geschädigt wird. Bei Blei-Säure-Batterien mit einem festgelegten Elektrolyten liegt die erste Maximalspannung typischerweise bei 14,8–15,2 V. Bei Blei-Säure-Batterien mit einem flüssigen Elektrolyten liegt die erste Maximalspannung bei 16,0V. Der Generator 203 kann eingerichtet sein, eine Ausgangsspannung, d.h. eine Ladespannung 213, im Bereich von maximal bis zu 15,5–16,0V bereitzustellen. Ggf. können auch höhere Ladespannungen 213 verwendet werden, um hohe Leitungsverluste bei ungünstiger Dimensionierung der selbigen zu kompensieren.
  • Im Folgenden werden beispielhafte Dimensionierungen eines Bordnetzes 200 beschrieben. Die Ladespannung am ersten Energiespeicher 201 kann 14,8V betragen. Ein maximaler Ausgangsstrom des Generators 203 kann 250A betragen.
  • Es kann angenommen werden, dass der erste Energiespeicher 201 vollgeladen ist und eine erste maximale Ruhespannung 101 von 13V aufweist, und dass der Bordnetzstrom im Heck-Bereich des Fahrzeugs bei 40A liegt, und dass typische Leitungswiderstände vorliegen. Die Ruhespannung des zweiten Energiespeichers 202 liegt dann auch bei ca. 13,0V. Um den von dem Generator 203 generierten Strom im Rekuperationsfall vollständig aufnehmen zu können, sollte unter den o.g. Annahmen der zweite Energiespeicher 202 für einen Ladepuls von 10 Sekunden Dauer bei einer typischen Prüftemperatur eines Verbrauchszyklus (20–30 °C) einen Innenwiderstand von maximal 8,5 mOhm aufweisen. Wird ein leistungsstärkerer Generator 203 mit 400A Maximalstrom unter ansonsten gleichen Randbedingungen verwendet, reduziert sich der zulässige Innenwiderstand auf 5 mOhm. Wenn der zweite Energiespeicher 202 im Heck-Bereich verortet wird (wie in 6a dargestellt) und die Generatorspannung auf 15,5V beschränkt wird, verschärfen sich die Anforderung bezüglich des Innenwiderstands auf maximal 7,6 mOhm (bei einem Ausgangstrom von 250A) respektive 2,9 mOhm (bei einem Ausgangsstrom von 400A). Diese höheren Anforderungen an den Innenwiderstand resultieren insbesondere aus dem zusätzlichen Leitungswiderstand zwischen dem Generator 203 und dem zweiten Energiespeicher 202. Es ist somit vorteilhaft, den zweiten Energiespeicher 202 in direkter Nähe zu dem Generator 203 anzuordnen.
  • Für die Rekuperation sollte ein Ladungshub von ca. 3 Ah verfügbar sein, um in typischen Verbrauchsprüfzyklen eines Fahrzeugs 600 Rekuperationsphasen maximal nutzen zu können. Dieser Ladungshub ist in 1 mit dem Referenzzeichen 113 dargestellt. Der Ladungshub sollte dabei im Puffer-Spannungsbereich 105 (z.B. in einem Bereich von 13,0V bis 14,0V) verfügbar sein, um eine Teilentladung des ersten Energiespeichers 201 sowie eine dauerhaft zu hohe Spannung am ersten Energiespeicher 201 (die zu einem signifikant erhöhten Gasungsstrom mit entsprechender Schädigung des ersten Energiespeichers 201 führen kann) zu vermeiden. Für den o.g. Puffer-Spannungsbereich 105 ergibt sich ein mittleres Spannungsniveau von 13,5V, was zu erhöhten Anforderungen an den Innenwiderstand des zweiten Energiespeichers 202 auf maximal 6,5 mOhm (250A Generator) beziehungsweise maximal 3,6 mOhm (400A Generator) führt.
  • In dem vorliegenden Dokument wurde eine Vielzahl von Maßnahmen zur Bereitstellung eines Bordnetzes 200 beschrieben, welches in kosteneffektiver Weise einen hohen Grad an Rekuperation ermöglicht. Insbesondere wurden Bordnetze 200 beschrieben, bei denen ein zweiter Energiespeicher 202 zur Aufnahme von rekuperierter Energie im vorderen Fahrzeugbereich, d.h. in unmittelbarer Nähe zu einem Generator 203, verortet ist. Andererseits kann ein erster Energiespeicher 201 zur Bereitstellung von Stand- und Startenergie im vorderen oder hinteren Fahrzeugbereich verortet sein. Der erste und zweite Energiespeicher 201, 202 können direkt parallel geschaltet sein, beziehungsweise insbesondere in Verbindung mit einem Starter-Generator 403 mit einem Koppelelement 401 ausgerüstet und verbunden sein.
  • In bevorzugten Beispielen besteht der zweite Energiespeicher 202 aus einer oder mehrerer der in diesem Dokument beschriebenen Energiespeicherkonfigurationen. Typischerweise ist eine Bruttokapazität von maximal 25Ah für den zweiten Energiespeichers 202 für die in diesem Dokument beschriebene Rekuperationsfunktion ausreichend, so dass der zweite Energiespeicher 202 in kostengünstiger Weise implementiert werden kann. Wie in diesem Dokument dargelegt, wird der zweite Energiespeicher 202 primär für die zyklische Aufnahme und Bereitstellung von rekuperierter elektrischer Energie verwendet, so dass der zweite Energiespeicher 202 ein möglichst hohes P/E-Verhältnis von mindestens 30 bei 25 °C (Entladung 10 Sekunden zu Bruttonennenergieinhalt) aufweisen sollte. Um in Rekuperationsphasen die generierte Energie möglichst vollständig aufnehmen zu können, kann der zweite Energiespeicher 202 einen Ladungshub von 3 Ah im Ruhespannungsbereich 13,0V bis 14,0V aufweisen. Außerdem kann der zweite Energiespeicher 202 einen Innenwiderstand gegenüber Ladung von maximal 6,5mOhm aufweisen, bei einer Ladung für 10 Sekunden bei 25 °C, startend bei einer Ruhespannung, die bei 50 % Energieinhalt im Ruhespannungsbereich 13,0 V–14,0 V liegt.
  • Für die in diesem Dokument beschriebene Aufteilung der Funktionen, kann der erste Energiespeicher 201 mindestens die 3fache Kapazität des zweiten Energiespeichers 202 aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims (16)

  1. Bordnetz (200) für ein Fahrzeug (600), wobei das Bordnetz (200) umfasst, – einen ersten Energiespeicher (201), der eine erste maximale Ruhespannung (101) bei Vollladung des ersten Energiespeichers (201) aufweist; – einen zweiten Energiespeicher (202), der eine zweite maximale Ruhespannung (104) bei Vollladung des zweiten Energiespeichers (201) aufweist; wobei die zweite maximale Ruhespannung (104) höher ist als die erste maximale Ruhespannung (101); – einen Generator (203), der eingerichtet ist, elektrische Energie für das Bordnetz (200) zu generieren; und – eine Steuereinheit (230), die eingerichtet ist, – einen Rekuperations-Betrieb des Fahrzeugs (600) zu detektieren; und – während das Fahrzeug (100) im Rekuperations-Betrieb ist, den Generator (203) zu veranlassen, elektrische Energie mit einer Ladespannung (213) zu generieren, die in oder oberhalb von einem Puffer-Spannungsbereich (105) liegt; wobei der Puffer-Spannungsbereich (105) zwischen der ersten maximalen Ruhespannung (101) und der zweiten maximalen Ruhespannung (104) liegt.
  2. Bordnetz (200) gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (230) eingerichtet ist, während das Fahrzeug (600) im Rekuperations-Betrieb ist, den Generator (203) zu veranlassen, elektrische Energie ausschließlich mit einer Ladespannung (213) zu generieren, die in oder oberhalb von einem Puffer-Spannungsbereich (105) liegt.
  3. Bordnetz (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – die erste maximale Ruhespannung (101) gleich wie oder kleiner als 13V ist; und/oder – die zweite maximale Ruhespannung (104) gleich wie oder größer als 14V ist; und/oder – der Puffer-Spannungsbereich (105), ggf. ausschließlich, Spannungen zwischen 13V und 14V umfasst.
  4. Bordnetz (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der erste Energiespeicher (201) eingerichtet ist, elektrische Stand- und Startenergie für das Fahrzeug (600) bereitzustellen; und/oder – der zweite Energiespeicher (202) eingerichtet ist, in zyklischer Weise elektrische Energie zu speichern und bereitzustellen, insbesondere in 3000 oder mehr Vollzyklen bei einem Verlust einer Kapazität (112) des zweiten Energiespeichers (202) von 20% oder weniger und/oder bei einem Leistungsverlust von 50% oder weniger.
  5. Bordnetz (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Energiespeicher (202) eine Nennkapazität (112) aufweist, die einem Drittel oder weniger einer Nennkapazität (111) des ersten Energiespeichers (201) entspricht.
  6. Bordnetz (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Energiespeicher (201) eine Batterie-Zelle umfasst, die auf Blei-Säure-Technologie basiert.
  7. Bordnetz (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Energiespeicher (202) ein oder mehrere umfasst von, – zehn in Reihe geschaltete Zellen, welche auf Nickel-Metall-Hydrid-Technologie basieren; – eine Reihenschaltung von vier Zellen, welche auf Lithium-Ionen-Technologie basieren, mit einer Metalloxid-Kathode, insbesondere einer Nickel-Mangan-Cobalt (NMC) und/oder einer Lithium-Mangan-Oxid (LMO) Kathode, und mit einer auf Kohlenstoff basierenden Anode; – eine Reihenschaltung von vier Zellen, welche auf Lithium-Ionen-Technologie basieren, mit einer Lithium-Eisenphosphat-Kathode (LFP) und mit einer auf Kohlenstoff basierenden Anode; – eine Reihenschaltung von sechs Zellen, welche auf Lithium-Ionen-Technologie basieren, mit einer Metalloxid-Kathode, insbesondere einer Nickel-Mangan-Cobalt (NMC) und/oder einer Lithium-Mangan-Oxid (LMO) Kathode, und mit einer auf Lithium-Titanat (LTO) basierenden Anode; und/oder – eine Reihenschaltung von acht Zellen, welche auf Lithium-Ionen-Technologie basieren, mit einer Lithium-Eisenphosphat-Kathode (LFP) und einer auf Lithium-Titanat (LTO) basierenden Anode.
  8. Bordnetz (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Energiespeicher (202) – eine Nennkapazität (112) von höchstens 25Ah aufweist; und/oder – ein Verhältnis von Entladeleistung-zu-Bruttoenergieinhalt von mindestens 30 aufweist, insbesondere bei einer Betriebstemperatur von 25°C und bei einem Ladezustand von 50%; und/oder – im Puffer-Spannungsbereich (105) einen Ladungshub (113) von 3Ah oder mehr aufweist; und/oder – einen Innenwiderstand von 6,5 mOhm oder weniger aufweist, insbesondere bei einem Ladezustand von 50%, bei einer Betriebstemperatur von 25°C und/oder im Puffer-Spannungsbereich (105).
  9. Bordnetz (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Energiespeicher (202) bei Betriebstemperaturen von 0°C oder weniger eine Ladungsaufnahmefähigkeit aufweist, die höher ist als eine Ladungsaufnahmefähigkeit des ersten Energiespeichers (201).
  10. Bordnetz (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das Bordnetz (200) ein Trennelement (304) umfasst, das eingerichtet ist, einen Stromfluss zwischen dem zweiten Energiespeicher (202) und dem Bordnetz (200) zu unterbinden; und – die Steuereinheit (230) eingerichtet ist, – das Vorliegen von ein oder mehreren Trennbedingungen zu ermitteln; und – bei Vorliegen von ein oder mehreren Trennbedingungen, das Trennelement (304) zu veranlassen, den Stromfluss zwischen dem zweiten Energiespeicher (202) und dem Bordnetz (200) zu unterbinden; wobei die ein oder mehreren Trennbedingungen ein oder mehrere umfassen von: – eine erste Trennbedingung, bei der der erste Energiespeicher (201) einen Ladezustand aufweist, der gleich wie oder größer als ein vordefinierter erster Lade-Schwellenwert ist, bei der der zweite Energiespeicher (202) einen Ladezustand aufweist, der gleich wie oder größer als ein vordefinierter zweiter Lade-Schwellenwert ist, und bei der sich das Fahrzeug (600) in einer Ruhephase befindet; und/oder – eine zweite Trennbedingung, bei der ein Indiz dafür vorliegt, dass elektrische Energie für einen Notstart des Fahrzeugs (600) vorzuhalten ist; und /oder – eine dritte Trennbedingung, bei der ein Indiz dafür vorliegt, dass eine Ruhespannungsmessung am ersten Energiespeicher (201) und/oder am zweiten Energiespeicher (202) durchgeführt werden soll.
  11. Bordnetz (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das Bordnetz (200) einen überbrückbaren Zusatzwiderstand (401) umfasst, der das Bordnetz (200) in einen ersten Teil mit dem ersten Energiespeicher (201) und in einen zweiten Teil mit dem zweiten Energiespeicher (202) aufteilt; und – die Steuereinheit (230) eingerichtet ist, zu veranlassen, dass in einem Segelbetrieb des Fahrzeugs (600) bei Aktivierung eines Starters (303) eine Überbrückung des überbrückbaren Zusatzwiderstands (401) aufgehoben wird.
  12. Bordnetz (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der Generator (203) in einem ersten Bereich des Fahrzeugs (600) angeordnet ist; – der erste Bereich entweder einen Front-Bereich oder einen Heck-Bereich des Fahrzeugs (600) umfasst; und – der zweite Energiespeicher (202) im ersten Bereich des Fahrzeugs (600) angeordnet ist.
  13. Bordnetz (200) gemäß Anspruch 12, wobei der erste Energiespeicher (201) – im ersten Bereich angeordnet ist; oder – in einem zweiten Bereich angeordnet ist, der einem Bereich des Fahrzeugs (600) entspricht, der dem ersten Bereich entgegengesetzt ist.
  14. Bordnetz (200) für ein Fahrzeug (600), wobei das Bordnetz (200) umfasst, – einen ersten Energiespeicher (201); wobei der erste Energiespeicher (201) eine Batterie-Zelle umfasst, die auf Blei-Säure-Technologie basiert; und – einen zweiten Energiespeicher (202); wobei der zweite Energiespeicher (202) ein oder mehrere umfasst von, – zehn in Reihe geschaltete Zellen, welche auf Nickel-Metall-Hydrid-Technologie basieren; – eine Reihenschaltung von vier Zellen, welche auf Lithium-Ionen-Technologie basieren, mit einer Metalloxid-Kathode, insbesondere einer Nickel-Mangan-Cobalt (NMC) und/oder einer Lithium-Mangan-Oxid (LMO) Kathode, und mit einer auf Kohlenstoff basierenden Anode; – eine Reihenschaltung von vier Zellen, welche auf Lithium-Ionen-Technologie basieren, mit einer Lithium-Eisenphosphat-Kathode (LFP) und mit einer auf Kohlenstoff basierenden Anode; – eine Reihenschaltung von sechs Zellen, welche auf Lithium-Ionen-Technologie basieren, mit einer Metalloxid-Kathode, insbesondere einer Nickel-Mangan-Cobalt (NMC) und/oder einer Lithium-Mangan-Oxid (LMO) Kathode, und mit einer auf Lithium-Titanat (LTO) basierenden Anode; und/oder – eine Reihenschaltung von acht Zellen, welche auf Lithium-Ionen-Technologie basieren, mit einer Lithium-Eisenphosphat-Kathode (LFP) und einer auf Lithium-Titanat (LTO) basierenden Anode.
  15. Bordnetz (200) für ein Fahrzeug (600), wobei das Bordnetz (200) umfasst, – einen ersten Energiespeicher (201); und – einen zweiten Energiespeicher (202); wobei – der zweite Energiespeicher (202) eine Nennkapazität (112) aufweist, die ein Drittel oder weniger einer Nennkapazität (111) des ersten Energiespeichers (201) entspricht; und/oder – der zweite Energiespeicher (202) bei Betriebstemperaturen von 0°C oder weniger eine Ladungsaufnahmefähigkeit aufweist, die höher ist als eine Ladungsaufnahmefähigkeit des ersten Energiespeichers (201); und/oder – der zweite Energiespeicher (202) eine Nennkapazität (112) von höchstens 25Ah aufweist; und/oder – der zweite Energiespeicher (202) ein Verhältnis von Entladeleistung-zu-Bruttoenergieinhalt von mindestens 30 aufweist, insbesondere bei einer Betriebstemperatur von 25°C und bei einem Ladezustand von 50%; und/oder – der zweite Energiespeicher (202) für einen Rekuperations-Betrieb des Fahrzeugs (600) einen Ladungshub (113) von 3Ah oder mehr aufweist; und/oder – einen Innenwiderstand von 6,5 mOhm oder weniger aufweist, insbesondere bei einem Ladezustand von 50%, bei einer Betriebstemperatur von 25°C.
  16. Bordnetz (200) für ein Fahrzeug (600), wobei das Bordnetz (200) umfasst, – einen ersten Energiespeicher (201); – einen zweiten Energiespeicher (202); – einen Generator (203), der eingerichtet ist, elektrische Energie für das Bordnetz (200) zu generieren; und wobei – der Generator (203) in einem ersten Bereich des Fahrzeugs (600) angeordnet ist; – der erste Bereich entweder einen Front-Bereich oder einen Heck-Bereich des Fahrzeugs (600) umfasst; und – der zweite Energiespeicher (202) im ersten Bereich des Fahrzeugs (600) angeordnet ist,
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