WO2022258363A1 - Verfahren zum betreiben eines mehrspannungsbordnetzes sowie recheneinheit und computerprogramm zu dessen durchführung - Google Patents
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- WO2022258363A1 WO2022258363A1 PCT/EP2022/064037 EP2022064037W WO2022258363A1 WO 2022258363 A1 WO2022258363 A1 WO 2022258363A1 EP 2022064037 W EP2022064037 W EP 2022064037W WO 2022258363 A1 WO2022258363 A1 WO 2022258363A1
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Definitions
- the present invention relates to a method for operating a multi-voltage vehicle electrical system for a motor vehicle, which has an internal combustion engine, a first subsystem that can be operated at a first operating voltage, and a second subsystem that can be operated at a second operating voltage, as well as a computing unit and a computer program for executing it.
- DE 102013206298 A1 discloses a method for operating a multi-voltage vehicle electrical system of a motor vehicle and a multi-voltage vehicle electrical system and means for implementing the method.
- Multi-voltage electrical systems for motor vehicles are known in principle. Multi-voltage electrical systems are used, for example, when consumers with different power requirements are present in a motor vehicle in question.
- multi-voltage vehicle electrical systems have what are known as sub-networks, which are set up for operation at the same or different voltage levels, referred to here as “operating voltages”.
- multi-voltage vehicle electrical systems can be designed as dual-voltage vehicle electrical systems, in which the operating voltages can be, for example, nominally 48 V (in a so-called high-voltage sub-system) and nominally 12 V (in a so-called low-voltage sub-system).
- the operating voltage in the high-voltage sub-network can also be significantly higher than 48V, for example at 400V or 800V.
- Individual or even all sub-networks can be operated, for example, as a DC voltage network(s).
- Two sub-networks of a multi-voltage vehicle electrical system can be connected to one another via a DC-DC converter.
- At least one of the two sub-grids, in particular the first sub-grid preferably has an electrical machine that can be operated as a generator and that feeds the respective sub-grid.
- the respective other sub-grid connected via the said DC voltage converter can then in turn be fed from the sub-grid with the electric machine that can be operated as a generator if this itself does not have an electric machine that can be operated as a generator.
- a method for operating a multi-voltage electrical system for a motor vehicle having an internal combustion engine, a first sub-system that can be operated at a first operating voltage, and a second sub-system that can be operated at a second operating voltage, with the first operating voltage being higher is as the second operating voltage and the first sub-grid and the second sub-grid are connected to one another via a DC-DC converter, the first sub-grid having a first battery.
- the method provides that when it is detected that the second sub-grid is connected to an external voltage source, the DC-DC converter is controlled in such a way that current flows from the second sub-grid into the first sub-grid.
- the present invention enables recharging even a very severely discharged or even a deeply discharged battery in a high-voltage on-board network (e.g. the battery of a 48V on-board network), in particular by means of external chargers that are actually only suitable for charging a battery of the second sub-network with low voltage So, for example, only have 12V or 14V charging voltage, or possibly also an external start by another vehicle by coupling, for example, the 12V battery of the other vehicle with the second sub-network of the vehicle. This may be the only way to start the vehicle up again without charging the high-voltage battery (first battery) directly, especially after self-discharging due to a long standstill or at very low temperatures.
- a high-voltage on-board network e.g. the battery of a 48V on-board network
- external chargers that are actually only suitable for charging a battery of the second sub-network with low voltage So, for example, only have 12V or 14V charging voltage, or possibly also an external start by another vehicle by
- an external voltage source can be coupled to the second sub-grid, for example by means of jumper cables.
- the battery can then advantageously be charged in the first partial network via the rectifier, which usually only acts in the direction from the higher operating voltage in the direction of the lower operating voltage and whose operating direction is now reversed.
- An operating voltage of the second sub-network is particularly advantageously 12 V, ie it is a standard car on-board network, so that standard external chargers or other car on-board networks can also be connected to it as an external voltage source.
- SOC state of charge
- the charging threshold value can, for example, be significantly below the state of charge when the first battery is fully charged.
- the charging threshold value is at most 70% of the state of charge of the fully charged battery, preferably at most 50%, particularly preferably at most 20% of the fully charged battery and most preferably at most 5% of the fully charged battery.
- a particularly preferred charging threshold value is 1% or 3% or 5% or 10% of the state of charge of the fully charged battery. However, it can also be 15% or 20% or 25% or 30% or 40% or 50% or 60% or 70% of the state of charge of the fully charged battery.
- the electrical machine can in particular be a (motor) starter or a starter generator (which can be operated as a motor and as a generator).
- the electrical machine (operated as a generator) is also used to supply the first sub-system while the internal combustion engine is running. Meanwhile, the first battery can also be charged and/or the second sub-grid can be supplied via the DC voltage converter.
- the DC-DC converter is expediently controlled in such a way that current flows from the first into the second partial network.
- the detection of whether the second sub-grid is connected to an external voltage source preferably includes determining a current flowing into a second battery in the second sub-grid (or determining the magnitude of a current flowing into the second battery of the second sub-grid) and/or determining a voltage present in the second sub-grid (or the magnitude of the actual voltage of the second sub-grid). In this way it can be determined in particular whether current is flowing into the second battery, ie the second battery is being charged, or whether the voltage present in the second partial network is sufficiently high to charge the battery there. In particular, the charging voltage is always slightly higher than the actual battery voltage (e.g. approx. 14V in a 12V vehicle electrical system).
- the DC-DC converter is only controlled in such a way that current flows from the second sub-grid into the first sub-grid when the specific current and/or the specific voltage exceed a current limit value or a voltage limit value.
- undesired discharging of the battery of the second sub-grid in favor of the battery of the first sub-grid can advantageously be avoided.
- the second sub-grid When it has been determined that the second sub-grid is connected to an external voltage source, it is expedient to check whether the voltage present in the second sub-grid (actual voltage) remains above a charging voltage threshold value (or the aforementioned voltage limit value) while the DC-DC converter is being controlled in this way that current flows from the second sub-grid into the first sub-grid.
- a charging voltage threshold value or the aforementioned voltage limit value
- the external voltage source is powerful enough to also charge the first battery using the DC/DC converter.
- a discharge of a battery of the second sub-grid is avoided when charging the battery of the first sub-grid.
- the DC-DC converter should then be deactivated as long as the same external voltage source is connected to the second sub-network.
- the DC-DC converter is deactivated when it is determined that the voltage present in the second partial network falls below the charging voltage threshold value (or voltage limit value). Provision is also advantageously made for the DC-DC converter to be controlled in such a way that current flows from the first sub-grid into the second sub-grid when it is detected that the internal combustion engine has started. This has the advantageous effect that a battery of the second sub-grid can be charged via the first sub-grid or can maintain its state of charge. In this way, it is also advantageous that no electric machine is required in generator mode, which is solely responsible for the power supply of the second sub-network.
- a computing unit according to the invention e.g. a control unit of a motor vehicle, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
- a machine-readable storage medium is provided with a computer program stored thereon as described above.
- Suitable media for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical storage devices such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc.
- FIG. 1 shows a two-voltage on-board electrical system on which the invention may be based, in the form of a schematic circuit diagram
- FIG. 2 shows a flow chart in which a preferred embodiment of a method according to the invention is shown schematically.
- FIG. 1 a two-voltage on-board electrical system, on which the invention can be based, is shown in the form of a schematic circuit diagram and is denoted overall by 110 .
- the two-voltage vehicle electrical system can be set up or provided, for example, for operation in a motor vehicle which has an internal combustion engine 40, for example.
- the two-voltage vehicle electrical system 110 has a first sub-system 10 with a first operating voltage and a second sub-system 20 with a second operating voltage, which is lower than the first operating voltage.
- the first sub-network 10 is designed here, for example, for operation at 48 V as the nominal operating voltage (it goes without saying that significantly higher voltages can also be provided, e.g. up to 400 V or even up to 800 V).
- the second sub-network 20 is designed here, for example, for operation at 12 V as the nominal operating voltage.
- the first sub-grid 10 is therefore a so-called high-voltage sub-grid
- the second sub-grid 20 is a so-called low-voltage sub-grid.
- An electric machine 11 with a converter 12 is provided in the first network part 10 .
- the electrical machine 11 can at least generate are operated and feed current into the first sub-grid 10 via the converter 12 .
- the electrical machine 11 can also be operated as a motor.
- braking power can be recovered by means of the electrical machine 11 and/or an internal combustion engine 40 can be assisted in producing torque.
- the electric machine 11 can also be set up as a so-called starter generator for starting the internal combustion engine 40 . Alternatively or additionally, a separate starter motor 21 can also be present.
- a correspondingly designed energy store 13 is provided in the first sub-grid 10, which is set up for operation with the first operating voltage, for example a first battery (e.g. a 48V battery) or a capacitor.
- a consumer in the first sub-network 10 is shown schematically at 14; it can be, for example, an air conditioning system or at least one control unit.
- the aforementioned starter motor 21 is provided, which can be used to start the internal combustion engine 40 of the motor vehicle in which the dual-voltage vehicle electrical system 110 is embodied.
- an energy storage device 23 which is also set up for a corresponding operating voltage, for example a conventional second vehicle battery (e.g. a 12 V battery).
- a consumer is also shown here schematically at 24; it can be a control unit, for example.
- the first sub-grid 10 and the second sub-grid 20 are connected to one another via a DC voltage converter 30 .
- the electrical machine 11 is provided in the first sub-grid 10 so that the second sub-grid 20 is ultimately fed from the first sub-grid 10 .
- the first sub-grid 20 is fed from the second sub-grid 10 in certain cases.
- a control unit 50 is set up to control the dual-voltage vehicle electrical system 110 or its components, in particular the DC-DC converter 30 here, via control lines 51 .
- FIG. 2 shows a preferred embodiment of a method according to the invention in the form of a flowchart or block diagram, which contains three states S1, S2 and S3.
- This state S1 is assumed in particular as the first state by control unit 50 after it has been started up or woken up.
- a current flow into the second battery 23 or a voltage (actual voltage) present in the second sub-grid 20 can be determined, in particular by appropriate sensors (e.g. so-called battery sensors). If current flows into the second battery 23 or if the actual voltage in the second sub-network is above one
- Charging voltage threshold value it can be assumed that the second sub-network 20 is connected to an external voltage source (for example, such an actual voltage can be 14.4V and the charging voltage threshold value or voltage limit value can be e.g. 14.0V or 13.5V or 13.0V).
- first battery 13 If it is determined that the state of charge of the first battery 13 exceeds the charging threshold (e.g. is greater than 1% or 3% or 5% or 10% or 20% or 50% of the state of charge when the first battery 13 is fully charged or if the state of charge is sufficient, the internal combustion engine 40 to start), a change is made to the state S1 along the connection V1. This means that the first battery 13 is sufficiently charged again, in particular to start the internal combustion engine 40 by means of the electric machine 11 (or 21). It should be noted that for alternative starting using starter motor 21 , first battery 13 may also have to be sufficiently charged in order to prevent a voltage drop in second subsystem 20 .
- the charging threshold e.g. is greater than 1% or 3% or 5% or 10% or 20% or 50% of the state of charge when the first battery 13 is fully charged or if the state of charge is sufficient, the internal combustion engine 40 to start.
- state S2 i.e. when the DC-DC converter 30 is controlled in such a way that current flows from the second sub-grid 20 into the first sub-grid 10
- the voltage present in the second sub-grid 20 does not remain above the charging voltage threshold value, but in particular drops, indicates this indicates that the external power source is not powerful enough to charge the first battery.
- the DC voltage converter 30 is expediently deactivated. This transition can also take place along the connection V1 in Fig. 2, for example.
- S3 designates, for example, the normal operating state in which, for example, the internal combustion engine is running and the electric machine 11 operates as a generator, or is possibly supported by the electric machine 11 as a motor (for example in a so-called boost mode or for shifting the load point).
- the electric machine 11 can also be operated as a motor, for example briefly, in order to have more power available in the drive train, for example in a boost mode. If the charge level of the first battery 13 in state S3 is sufficient, the electric machine 11 can also serve to contribute part of the torque request in order to shift a load point of the internal combustion engine and thereby reduce its energy consumption and/or its emissions, for example.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrspannungsbordnetzes (110) für ein Kraftfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor, ein erstes, bei einer ersten Betriebsspannung betreibbares Teilnetz (10) und ein zweites, bei einer zweiten Betriebsspannung betreibbares Teilnetz (20) aufweist, wobei die erste Betriebsspannung höher ist als die zweite Betriebsspannung und das erste Teilnetz (10) und das zweite Teilnetz (20) über einen Gleichspannungswandler (30) miteinander verbunden sind, wobei das erste Teil netz (10) eine erste Batterie (13) aufweist, wobei, wenn erfasst wird, dass das zweite Teilnetz (20) mit einer externen Spannungsquelle verbunden ist, der Gleichspannungswandler (30) so angesteuert wird, dass Strom von dem zweiten Teilnetz (20) in das erste Teilnetz (10) fließt (S2). Weiterhin betrifft das Verfahren eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zum Durchführen des Verfahrens.
Description
Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben eines Mehrspannungsbordnetzes sowie Recheneinheit und Computerprogramm zu dessen Durchführung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrspannungsbordnetzes für ein Kraftfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor, ein erstes, bei einer ersten Betriebsspannung betreibbares Teilnetz und ein zweites, bei einer zweiten Betriebsspannung betreibbares Teilnetz aufweist, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Hintergrund der Erfindung
DE 102013206298 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrspannungsbordnetzes eines Kraftfahrzeugs sowie ein Mehrspannungsbordnetz und Mittel zur Implementierung des Verfahrens.
Sogenannte Mehrspannungsbordnetze für Kraftfahrzeuge sind grundsätzlich bekannt. Mehrspannungsbordnetze kommen beispielsweise dann zum Einsatz, wenn in einem betreffenden Kraftfahrzeug Verbraucher mit unterschiedlichen Leistungsanforderungen vorhanden sind. Mehrspannungsbordnetze weisen im Sprachgebrauch dieser Anmeldung sogenannte Teilnetze auf, die für einen Betrieb auf gleichen oder unterschiedlichen Spannungsniveaus, hier als "Betriebsspannungen" bezeichnet, eingerichtet sind. Insbesondere können Mehrspannungsbordnetze als Zweispannungsbordnetze ausgebildet sein, bei denen die Betriebsspannungen beispielsweise nominell 48 V (in einem sogenannten Hochvoltteilnetz) und nominell 12 V (in einem sogenannten Niedervoltteilnetz) betragen können. Es versteht sich, dass die Betriebsspannung im Hochvoltteilnetz beispielsweise auch deutlich höher als 48V liegen kann, z.B.
bei 400V oder 800V. Einzelne oder auch alle Teilnetze können z.B. als Gleichspannungsnetz(e) betrieben werden.
Zwei Teilnetze eines Mehrspannungsbordnetzes können über einen Gleichspannungswandler miteinander verbunden sein. Wenigstens eines der zwei Teilnetze, insbesondere das erste Teilnetz, weist bevorzugt eine generatorisch betreibbare elektrische Maschine auf, die das jeweilige Teilnetz speist. Das über den genannten Gleichspannungswandler angebundene jeweils andere Teilnetz kann dann wiederum aus dem Teilnetz mit der generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine gespeist werden, wenn dieses selbst keine generatorisch betreibbare elektrische Maschine aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrspannungsbordnetzes für ein Kraftfahrzeug sowie eine Vorrichtung mit einer Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrspannungsbordnetzes für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor, ein erstes, bei einer ersten Betriebsspannung betreibbares Teilnetz und ein zweites, bei einer zweiten Betriebsspannung betreibbares Teilnetz aufweist, wobei die erste Betriebsspannung höher ist als die zweite Betriebsspannung und das erste Teilnetz und das zweite Teilnetz über einen Gleichspannungswandler miteinander verbunden sind, wobei das erste Teilnetz eine erste Batterie aufweist. Dabei sieht das Verfahren vor, dass, wenn erfasst wird, dass das zweite Teilnetz mit einer externen Spannungsquelle verbunden ist, der Gleichspannungswandler so angesteuert wird, dass Strom von dem zweiten Teilnetz in das erste Teilnetz fließt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein Wiederaufladen auch einer sehr stark entladenen bzw. sogar einer tiefentladenen Batterie in einem Hochvoltbordnetz (z.B. der Batterie eines 48V- Bord netzes) insbesondere mittels externer Ladegeräte, die eigentlich nur zum Laden einer Batterie des zweiten Teilnetzes mit niedriger Spannung geeignet sind, also z.B. nur 12V oder 14V Ladespannung aufweisen, oder ggf. auch ein Fremdstarten durch ein weiteres Fahrzeug durch Kopplung z.B. der 12V-Batterie des weiteren Fahrzeugs mit dem zweiten Teilnetz des Fahrzeugs. Dies kann, insbesondere nach Selbstentladung wegen längerem Stillstand oder bei sehr niedriger Temperatur, die einzige Möglichkeit sein, das Fahrzeug selbst wieder in Betrieb zu nehmen, ohne die Hochvoltbatterie (erste Batterie) direkt zu laden. Ggf. kann ein direktes Laden der Hochvoltbatterie nämlich nur in einer Werkstatt möglich sein. Im Rahmen der Erfindung kann hingegen eine externe Spannungsquelle beispielsweise mittels Überbrückungskabeln an das zweite Teilnetz angekoppelt werden. Über den z.B. üblicherweise nur in Richtung von der höheren Betriebsspannung in Richtung der niedrigeren Betriebsspannung wirkenden Gleichrichter, dessen Betriebsrichtung nun umgekehrt wird, kann dann vorteilhafterweise das Aufladen der Batterie im ersten Teilnetz erfolgen.
Insbesondere vorteilhaft beträgt eine Betriebsspannung des zweiten Teilnetzes (nominell) 12 V, es handelt sich also um ein übliches PKW-Bordnetz, so dass auch übliche externe Ladegeräte oder andere PKW-Bordnetze als externe Spannungsquelle damit verbunden werden können.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird ferner erfasst, ob ein Ladezustand (engl state of Charge, SOC) der ersten Batterie einen Ladeschwellwert überschreitet, und das Ansteuern des
Gleichspannungswandlers so, dass Strom von dem zweiten Teilnetz in das erste Teilnetz fließt, wird beendet oder gar nicht erst gestartet, wenn der Ladezustand der ersten Batterie den Ladeschwellwert überschreitet. Damit kann ein unnötig langes bzw. unnötiges Aufladen vermieden werden. Der Ladeschwellwert kann z.B. deutlich unter dem Ladezustand bei vollgeladener erster Batterie liegen. Beispielsweise liegt der Ladeschwellwert bei höchstens 70% des Ladzustands der vollgeladenen Batterie, bevorzugt bei höchstens 50%, besonders bevorzugt
bei höchstens 20% der vollgeladenen Batterie und ganz besonders bevorzugt bei höchstens 5% der vollgeladenen Batterie. Beispielsweise liegt ein besonders bevorzugter Ladeschwellwert bei 1% oder bei 3 % oder bei 5% oder bei 10% des Ladezustands der vollgeladenen Batterie. Er kann jedoch auch bei 15% oder bei 20% oder bei 25% oder bei 30% oder bei 40% oder bei 50% oder bei 60% oder bei 70% des Ladezustands der vollgeladenen Batterie liegen.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass der Ladeschwellwert so gewählt ist, dass ein Ladezustand oberhalb des Ladeschwellwertes ausreicht, um mittels einer elektrischen Maschine den Verbrennungsmotor zu starten.
Bei der elektrischen Maschine kann es sich insbesondere um einen (motorischen) Starter oder um einen (motorisch und generatorisch betreibbaren) Startergenerator handeln. Insbesondere dient die elektrische Maschine (generatorisch betrieben) auch zum Versorgen des ersten Teilnetzes, während der Verbrennungsmotor läuft. Währenddessen kann auch die erste Batterie geladen werden und/oder über den Gleichspannungswandler das zweite Teilnetz versorgt werden. Wenn der Verbrennungsmotor läuft, wird der Gleichspannungswandler also zweckmäßigerweise so angesteuert, dass Strom von dem ersten in das zweite Teilnetz fließt.
Bevorzugt umfasst das Erfassen, ob das zweite Teilnetz mit einer externen Spannungsquelle verbunden ist, ein Bestimmen eines in eine zweite Batterie in dem zweiten Teilnetz fließenden Stroms (bzw. ein Bestimmen der Höhe eines in die zweite Batterie des zweiten Teilnetzes fließenden Stroms) und/oder ein Bestimmen einer in dem zweiten Teilnetz anliegenden Spannung (bzw. der Höhe der Istspannung des zweiten Teilnetzes). Auf diese Weise kann insbesondere ermittelt werden, ob Strom in die zweite Batterie fließt, d.h. die zweite Batterie geladen wird, bzw. ob die in dem zweiten Teilnetz anliegende Spannung ausreichend hoch ist, um die dortige Batterie zu laden. Insbesondere liegt die Ladespannung immer etwas über der eigentlichen Batteriespannung (z.B. bei ca. 14V in einem 12 V- Bord netz). Dadurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass die erste Batterie nur dann geladen wird, wenn die externe Spannungsquelle an dem zweiten Teilnetz die zweite Batterie ausreichend mit
Strom versorgen kann bzw. eine stabile Spannung in dem zweiten Teilnetz durch die externe Spannungsquelle bereitgestellt wird. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Gleichspannungswandler nur dann so angesteuert wird, dass Strom von dem zweiten Teilnetz in das erste Teilnetz fließt, wenn der bestimmte Strom und/oder die bestimmte Spannung einen Stromgrenzwert bzw. einen Spannungsgrenzwert übersteigen. Dadurch kann ein unerwünschtes Entladen der Batterie des zweiten Teilnetzes zugunsten der Batterie des ersten Teilnetzes vorteilhaft vermieden werden.
Zweckmäßigerweise wird, wenn festgestellt wurde, dass das zweite Teilnetz mit einer externen Spannungsquelle verbunden ist, überprüft, ob die in dem zweiten Teilnetz anliegende Spannung (Istspannung) oberhalb eines Ladespannungsschwellwerts (bzw. dem zuvor genannten Spannungsgrenzwert) bleibt, während der Gleichspannungswandler so angesteuert wird, dass Strom von dem zweiten Teilnetz in das erste Teilnetz fließt. Dies bedeutet, dass die externe Spannungsquelle leistungsfähig genug ist, um auch die erste Batterie mittels des Gleichspannungswandlers zu laden. Vorteilhafterweise wird so eine Entladung einer Batterie des zweiten Teilnetzes vermieden beim Aufladen der Batterie des ersten Teilnetzes.
Sollte hingegen die in dem zweiten Teilnetz anliegende Spannung wieder unter den Ladespannungsschwellwert sinken, wenn der Gleichspannungswandler so angesteuert wird, dass Strom von dem zweiten Teilnetz in das erste Teilnetz fließt, bedeutet dies, dass die die externe Spannungsquelle nicht leistungsfähig genug ist, um auch die erste Batterie mittels des Gleichspannungswandlers zu laden. In diesem Falls sollte der Gleichspannungswandler dann deaktiviert werden, so lange dieselbe externe Spannungsquelle an das zweite Teilnetz angeschlossen ist.
Mit anderen Worten: der Gleichspannungswandler wird deaktiviert, wenn festgestellt wird, dass die in dem zweiten Teilnetz anliegende Spannung unter den Ladespannungsschwellwert (bzw. Spannungsgrenzwert) sinkt.
Weiterhin vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Gleichspannungswandler so angesteuert wird, dass Strom von dem ersten Teilnetz in das zweite Teilnetz fließt, wenn erfasst wird, dass der Verbrennungsmotor gestartet ist. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass eine Batterie des zweiten Teilnetzes über das erste Teilnetz geladen werden kann bzw. ihren Ladezustand aufrechterhalten kann. Weiterhin vorteilhaft ist auf diese Weise keine elektrische Maschine im generatorischen Betrieb notwendig, die ausschließlich für die Stromversorgung des zweiten Teilnetzes zuständig ist.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist.
Schließlich ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm wie oben beschrieben. Geeignete Medien zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash- Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) oder aus der Cloud ist möglich. Ein solcher Download kann dabei drahtgebunden bzw. kabelgebunden oder drahtlos (z.B. über ein WLAN-Netz, eine 3G-, 4G-, 5G- oder6G-Verbindung, etc.) erfolgen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt ein Zweispannungsbordnetz, wie es der Erfindung zugrunde liegen kann, in Form eines schematischen Schaltplans;
Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm, in dem schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt wird.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist ein Zweispannungsbordnetz, wie es der Erfindung zugrunde liegen kann, in Form eines schematischen Schaltplans gezeigt und insgesamt mit 110 bezeichnet. Das Zweispannungsbordnetz kann z.B. eingerichtet bzw. vorgesehen sein zum Betrieb in einem Kraftfahrzeug, welches z.B. einen Verbrennungsmotor 40 aufweist.
Das Zweispannungsbordnetz 110 verfügt über ein erstes Teilnetz 10 mit einer ersten Betriebsspannung und ein zweites Teilnetz 20 mit einer zweiten Betriebsspannung, die niedriger ist als die erste Betriebsspannung. Das erste Teilnetz 10 ist hier beispielsweise für einen Betrieb bei 48 V als nominelle Betriebsspannung ausgelegt (es versteht sich, dass auch deutlich höhere Spannungen vorgesehen sein können, z.B. bis zu 400V oder sogar bis zu 800V). Das zweite Teilnetz 20 ist hier beispielsweise für einen Betrieb bei 12 V als nominelle Betriebsspannung ausgelegt. Bei dem ersten Teilnetz 10 handelt es sich damit um ein sogenanntes Hochvoltteilnetz, bei dem zweiten Teilnetz 20 um ein sogenanntes Niedervoltteilnetz.
In dem ersten Teilnetz 10 ist eine elektrische Maschine 11 mit einem Umrichter 12 vorgesehen. Die elektrische Maschine 11 kann zumindest generatorisch
betrieben werden und über den Umrichter 12 Strom in das erste Teilnetz 10 einspeisen. Insbesondere kann die elektrische Maschine 11 auch motorisch betrieben werden. Beispielsweise kann in sogenannten Rekuperationssystemen mittels der elektrischen Maschine 11 Bremsleistung zurückgewonnen und/oder ein Verbrennungsmotor 40 momentenleistend unterstützt werden. Die elektrische Maschine 11 kann auch zum Starten des Verbrennungsmotors 40 als sog. Startergenerator eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein separater Startermotor 21 vorhanden sein.
In dem ersten Teilnetz 10 ist ein entsprechend ausgelegter Energiespeicher 13 vorgesehen, der für einen Betrieb mit der ersten Betriebsspannung eingerichtet ist, beispielsweise eine erste Batterie (z.B. eine 48V-Batterie) oder ein Kondensator. Ein Verbraucher in dem ersten Teilnetz 10 ist schematisch mit 14 veranschaulicht, es kann sich hier z.B. um eine Klimaanlage oder um wenigstens ein Steuergerät handeln.
In dem zweiten Teilnetz 20 ist beispielsweise der erwähnte Startermotor 21 vorgesehen, der für einen Start des Verbrennungsmotors 40 des Kraftfahrzeugs, in dem das Zweispannungsbordnetz 110 ausgebildet ist, verwendet werden kann. In dem zweiten Teilnetz 20 ist ferner ein ebenfalls für eine entsprechende Betriebsspannung eingerichteter Energiespeicher 23 vorgesehen, beispielsweise eine herkömmliche zweite Fahrzeugbatterie (z.B. eine 12V- Batterie). Ein Verbraucher ist auch hier schematisch mit 24 veranschaulicht, es kann sich hierbei z.B. um ein Steuergerät handeln.
Das erste Teilnetz 10 und das zweite Teilnetz 20 sind über einen Gleichspannungswandler 30 miteinander verbunden. Im dargestellten Beispiel ist in dem ersten Teilnetz 10 die elektrische Maschine 11 vorgesehen, so dass letztlich das zweite Teilnetz 20 aus dem ersten Teilnetz 10 gespeist wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jedoch in bestimmten Fällen das erste Teilnetz 20 aus dem zweiten Teilnetz 10 gespeist.
Eine Steuereinheit 50 ist zur Ansteuerung des Zweispannungsbordnetzes 110 bzw. dessen Komponenten, hier insbesondere des Gleichspannungswandlers 30, über Ansteuerleitungen 51 eingerichtet.
Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Fluss- bzw. Blockdiagramms, in welchem drei Zustände S1, S2 und S3 enthalten sind.
51 betrifft einen Wartezustand, in welchem ein Ladezustand der ersten Batterie 13 überwacht wird. Weiterhin wird überwacht, ob das zweite Teilnetz 20 mit einer externen Spannungsquelle verbunden ist - dies kann z.B. ein Ladegerät, z.B. ein 12V-Ladegerät, sein oder ein Bordnetz eines weiteren Fahrzeugs, welches „Starthilfe“ gibt. Dieser Zustand S1 wird insbesondere als erster Zustand von dem Steuergerät 50 nach dem Aufstarten oder Aufwecken eingenommen.
Wird festgestellt, dass einerseits der Ladezustand der ersten Batterie einen Ladeschwellwert unterschreitet und andererseits das zweite Teilnetz 20 mit einer externen Spannungsquelle verbunden ist, wird entlang der Verbindung V2 in den Zustand S2 gewechselt.
Zum Erfassen, ob das zweite Teilnetz 20 mit einer externen Spannungsquelle verbunden ist, kann beispielsweise ein Stromfluss in die zweite Batterie 23 oder eine in dem zweiten Teilnetz 20 anliegende Spannung (Istspannung), insbesondere durch entsprechende Sensoren (z.B. sog. Batteriesensor) bestimmt werden. Fließt Strom in die zweite Batterie 23 oder liegt die Istspannung in dem zweiten Teilnetz oberhalb eines
Ladespannungsschwellwerts, ist davon auszugehen, dass das zweite Teilnetz 20 mit einer externen Spannungsquelle verbunden ist (beispielsweise kann eine solche Istspannung 14,4V betragen und der Ladespannungsschwellwert bzw. Spannungsgrenzwert kann z.B. 14,0V oder 13,5V oder 13,0V betragen).
52 bezeichnet den Zustand, in welchem die erste Batterie 13 durch die externe Spannungsquelle geladen werden soll. In diesem Zustand S2 wird daher der Gleichspannungswandler 30 so angesteuert, dass Strom von dem zweiten
Teilnetz 20 in das erste Teilnetz 10 fließt - die Spannung der externen Spannungsquelle muss also durch den Gleichspannungswandler 30 auf den höheren Wert des ersten Teilnetzes 10 hochgewandelt werden. Der Ladezustand der ersten Batterie 13 wird weiterhin überwacht.
Wird festgestellt, dass der Ladezustand der ersten Batterie 13 den Ladeschwellwert überschreitet (z.B. größer wird als 1% oder 3% oder 5% oder 10% oder 20% oder 50% des Ladezustands bei vollgeladener erster Batterie 13 oder wenn der Ladezustand ausreicht, den Verbrennungsmotor 40 zu starten), wird entlang der Verbindung V1 in den Zustand S1 gewechselt. Dies bedeutet, dass die erste Batterie 13 wieder ausreichend aufgeladen ist, insbesondere um den Verbrennungsmotor 40 mittels der elektrischen Maschine 11 (oder 21) zu starten. Es sei bemerkt, dass auch zum alternativen Starten mittels des Startermotors 21 ggf. ein ausreichender Ladezustand der ersten Batterie 13 gegeben sein muss, um einen Spannungseinbruch im zweiten Teilnetz 20 zu verhindern.
Wird im Zustand S2 (d.h. wenn der Gleichspannungswandler 30 so angesteuert wird, dass Strom von dem zweiten Teilnetz 20 in das erste Teilnetz 10 fließt) festgestellt, dass die in dem zweiten Teilnetz 20 anliegende Spannung nicht oberhalb des Ladespannungsschwellwerts bleibt, sondern insbesondere einbricht, deutet dies darauf hin, dass die externe Spannungsquelle nicht leistungsfähig genug ist, um die erste Batterie zu laden. In diesem Fall wird ebenfalls zurück in den Zustand S1 gewechselt und der Gleichspannungswandler 30 zweckmäßigerweise deaktiviert. Dieser Übergang kann in Fig. 2 z.B. ebenfalls entlang der Verbindung V1 erfolgen.
Wird im Zustand S1 oder S2 festgestellt, dass der Verbrennungsmotor gestartet ist, wird entlang der Verbindung V3 in den Zustand S3 gewechselt.
S3 bezeichnet z.B. den normalen Betriebszustand, in welchem z.B. der Verbrennungsmotor läuft und die elektrische Maschine 11 generatorisch betreibt, oder ggf. von der elektrischen Maschine 11 motorisch unterstützt wird (z.B. in einem sog. Boostbetrieb oder zur Lastpunktverschiebung).
Je nach Drehmomentanforderung an das System kann im Zustand S3 - bei ausreichend geladener erster Batterie 13 - die elektrische Maschine 11, z.B. kurzfristig, auch motorisch betrieben werden, um mehr Leistung im Antriebsstrang zur Verfügung zu haben, z.B. in einem Boostbetrieb. Auch kann die elektrische Maschine 11 bei ausreichendem Ladezustand der ersten Batterie 13 im Zustand S3 auch dazu dienen, einen Teil der Drehmomentanforderung beizusteuern, um so einen Lastpunkt des Verbrennungsmotors zu verschieben und dadurch z.B. dessen Energieverbrauch und/oder dessen Emissionen zu verringern.
Claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Mehrspannungsbordnetzes (110) für ein Kraftfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor, ein erstes, bei einer ersten Betriebsspannung betreibbares Teilnetz (10) und ein zweites, bei einer zweiten Betriebsspannung betreibbares Teilnetz (20) aufweist, wobei die erste Betriebsspannung höher ist als die zweite Betriebsspannung und das erste Teilnetz (10) und das zweite Teilnetz (20) über einen Gleichspannungswandler (30) miteinander verbunden sind, wobei das erste Teilnetz (10) eine erste Batterie (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenn erfasst wird, dass das zweite Teilnetz (20) mit einer externen Spannungsquelle verbunden ist, der Gleichspannungswandler (30) so angesteuert wird, dass Strom von dem zweiten Teilnetz (20) in das erste Teilnetz (10) fließt (S2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner erfasst wird, ob ein Ladezustand der ersten Batterie (13) einen Ladeschwellwert überschreitet, und das Ansteuern des Gleichspannungswandlers (30) so, dass Strom von dem zweiten Teilnetz (20) in das erste Teilnetz (10) fließt (S2), beendet oder nicht begonnen wird, wenn der Ladezustand der ersten Batterie (13) den Ladeschwellwert überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Ladeschwellwert so gewählt ist, dass ein Ladezustand oberhalb des Ladeschwellwertes ausreicht, um mittels einer elektrischen Maschine (11 ; 21) den Verbrennungsmotor (40) zu starten.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Erfassen, ob das zweite Teilnetz (20) mit einer externen
Spannungsquelle verbunden ist, ein Bestimmen eines in eine zweite Batterie (23) in dem zweiten Teilnetz (20) fließenden Stroms und/oder ein Bestimmen einer in dem zweiten Teilnetz (20) anliegenden Spannung umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn festgestellt wurde, dass das zweite Teilnetz (20) mit einer externen Spannungsquelle verbunden ist und der Gleichspannungswandler (30) so angesteuert wird, dass Strom von dem zweiten Teilnetz (20) in das erste Teilnetz (10) fließt (S2), überprüft wird, ob einer in dem zweiten Teilnetz (20) anliegende Spannung oberhalb eines Ladespannungsschwellwerts bleibt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Gleichspannungswandler (30) deaktiviert wird, wenn festgestellt wird, dass die in dem zweiten Teilnetz (20) anliegende Spannung unter den Ladespannungsschwellwert sinkt.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gleichspannungswandler (30) so angesteuert wird, dass Strom von dem ersten Teilnetz (10) in das zweite Teilnetz (20) fließt, wenn erfasst wird, dass der Verbrennungsmotor (40) gestartet ist.
8. Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
9. Computerprogramm, das eine Recheneinheit nach Anspruch 8 dazu veranlasst, mittels der Recheneinheit alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.
10. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.
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