WO2023099151A1 - Verfahren zur steuerung eines bordnetzsystems für ein kraftfahrzeug, bordnetzsystem sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur steuerung eines bordnetzsystems für ein kraftfahrzeug, bordnetzsystem sowie kraftfahrzeug Download PDF

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WO2023099151A1
WO2023099151A1 PCT/EP2022/081477 EP2022081477W WO2023099151A1 WO 2023099151 A1 WO2023099151 A1 WO 2023099151A1 EP 2022081477 W EP2022081477 W EP 2022081477W WO 2023099151 A1 WO2023099151 A1 WO 2023099151A1
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WO
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voltage
motor vehicle
energy
low
network
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PCT/EP2022/081477
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Joachim Froeschl
Marcel Fenkart
Xavier Anzuela Recasens
Andre Schmitz
Maximilian Hase
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/20—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having different nominal voltages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/14—Preventing excessive discharging

Definitions

  • the invention relates to an on-board power supply system for a motor vehicle, which has a high-voltage energy store for providing a high-voltage network for supplying power to one or more high-voltage consumers, a main converter for converting the high-voltage present in the high-voltage network to a predetermined one in the low-voltage network has existing low-voltage voltage for the power supply of one or more low-voltage consumers and a battery management system. Furthermore, the invention relates to a method for controlling such an onboard power supply system and a motor vehicle with such an onboard power supply system.
  • Such vehicle electrical system systems are known and are usually part of electric or hybrid vehicles with a traction storage device that forms the high-voltage energy storage device (high-voltage voltage energy storage device) and a vehicle electrical system that forms the low-voltage voltage network and provides or supplies a low-voltage voltage, for example 12 V .is operated with a low-voltage voltage or low-voltage.
  • a low-voltage vehicle electrical system battery is usually provided as the voltage source for the low-voltage network.
  • the high-voltage energy store is also known to use as a voltage source for the low-voltage network when a motor vehicle is parked or idle.
  • the high-voltage energy store will be deeply discharged in an impermissible manner and its performance will therefore be impaired.
  • the object of the invention is to provide an on-board power supply system for a motor vehicle that provides a reliable power supply over a particularly long period of time when the motor vehicle is parked guaranteed.
  • the object of the invention is also to provide a method for operating such a vehicle electrical system.
  • the object is achieved by a method for controlling an onboard power supply system for a motor vehicle, which has a high-voltage energy store for providing a high-voltage network for the voltage supply of one or more high-voltage consumers, a main converter for converting the high-voltage voltage present in the high-voltage network has a predetermined low-voltage voltage present in the low-voltage network for the voltage supply of one or more low-voltage consumers, a battery management system and a bypass converter assembly.
  • the bypass converter assembly is set up to introduce a predetermined amount of energy from the high-voltage network into the low-voltage network during a shutdown phase of the motor vehicle.
  • the method comprises the following steps: a) cumulating the amount of energy that is introduced into the low-voltage network via the bypass converter assembly when the motor vehicle is switched off, and b) switching off the bypass converter assembly when the cumulative amount of energy exceeds a certain maximum permissible level Exceeds the amount of energy that may be removed from the high-voltage energy storage device in a parking phase of the motor vehicle.
  • the parking phase of the motor vehicle is in particular a phase in which the motor vehicle is not being actively operated and is switched off or parked.
  • This state can also be defined by the fact that the ignition of the motor vehicle has been deactivated, that a timer triggered when the ignition was deactivated has expired and/or that it is detected that the driver or the vehicle occupants have left the motor vehicle (and optionally still locked it) or have left the vehicle . have.
  • the bypass converter assembly which is provided separately from the main converter, has the advantage that it can be specially tailored to bring electrical energy from the high-voltage network into the low-voltage network during the shutdown phase, in which the power requirement is significantly lower than in the active operation of the motor vehicle or while driving.
  • the bypass converter assembly since the bypass converter assembly has optimum efficiency at a lower output than the main converter, the power supply to the low-voltage grid can be ensured much more efficiently and thus over a longer period of time than if the low-voltage grid were powered via the main converter during the shutdown phase would be taken care of.
  • switching off the bypass converter assembly when the maximum permissible amount of energy is exceeded ensures that the high-voltage energy storage device is not discharged below a specified threshold, i.e. a specified threshold value, which protects the high-voltage energy storage device from an impermissible deep discharge when the motor vehicle is parked is.
  • the maximum permissible amount of energy can be determined by the battery management system and transmitted to the bypass converter assembly before the battery management system is switched off when the motor vehicle is parked. In this way, the maximum permissible amount of energy can be reliably determined and the energy consumption in the shutdown phase can be reduced by switching off the battery management system.
  • the maximum permissible amount of energy is determined by the battery management system based on the weakest cell of the high-voltage energy store in order to reliably rule out an impermissible deep discharge of the high-voltage energy store.
  • the ambient temperature, the temperature of the high-voltage energy store and/or the cell aging of the cells of the high-voltage energy store can be taken into account when determining the maximum permissible amount of energy.
  • the maximum permissible amount of energy can be selected to be particularly large and at the same time the risk of the high-voltage energy storage device being impaired in its performance by the removal of the maximum permissible amount of energy can be minimized.
  • an on-board power supply system for a motor vehicle is also used to solve the above-mentioned problem, with a high-voltage network comprising a high-voltage energy store for the voltage supply of one or more high-voltage consumers, a main converter for converting the high-voltage voltage present in the high-voltage network to a predetermined low-voltage voltage present in the low-voltage network for the voltage supply of one or more low-voltage consumers, a battery management system and a bypass converter assembly.
  • the bypass converter assembly is set up to enter a specific, maximum permissible amount of energy from the high-voltage network into the low-voltage network during a shutdown phase of the motor vehicle.
  • the onboard power supply system is particularly energy-efficient thanks to the bypass converter assembly and thus ensures a reliable power supply to the low-voltage power supply system over a particularly long period of time in the shutdown phase.
  • the high-voltage energy store is protected from an impermissible deep discharge, since the amount of energy that can be entered from the high-voltage network into the low-voltage network while the motor vehicle is parked is limited to a specified value.
  • the main converter is in the form of a DC/DC converter with a maximum output of at least 1 kW in order not to significantly restrict the output of the motor vehicle during operation.
  • bypass converter assembly can be designed as a DC/DC converter with a maximum power of 100 W, in particular a maximum of 50 W.
  • the bypass converter assembly can be designed to be particularly energy-efficient in order to be able to operate the low-voltage network electrically using the maximum permissible amount of energy over a particularly long period of time in the shutdown phase.
  • bypass converter assembly is structurally integrated into the high-voltage energy store or into a common housing and is therefore protected.
  • a motor vehicle with an on-board power supply system according to the invention with the advantages mentioned above is also provided to solve the above-mentioned object.
  • the motor vehicle has an electric drive motor for electric ferry operation, with the high-voltage Energy storage is set up to supply energy to the electric drive machine.
  • FIG. 1 A motor vehicle 10 with an on-board power supply system 20 is shown in FIG. 1
  • the motor vehicle 10 has an electric drive machine 12 in the form of an electric motor, by means of which the motor vehicle 10 can be driven for the ferry operation.
  • the motor vehicle 10 is an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the vehicle electrical system 20 (see Figure 2) has a high-voltage network 22 with a high-voltage energy store 24 and a battery management system 26 assigned to the high-voltage energy store 24, as well as a low-voltage network 28.
  • the high-voltage energy store 24 forms a traction store of the motor vehicle 10, ie a store for the electrical energy required to drive the motor vehicle 10.
  • the low-voltage network 28 can optionally have a low-voltage energy store 30, for example in the form of a low-voltage vehicle electrical system battery.
  • the high-voltage network 22 is set up for the power supply of one or more high-voltage consumers with a high-voltage voltage, in particular with a high-voltage voltage of over 220 V, for example 400 V or 800 V. In the present exemplary embodiment, the high-voltage network 22 is set up for the voltage supply to the electric drive machine 12 .
  • the low-voltage network 28 is set up to supply one or more low-voltage consumers with a low-voltage, in particular with a low-voltage of less than 150 V, for example 48 V, 24 V or 12 V.
  • the high-voltage network 22 also has a main converter 32 which can be electrically coupled to the high-voltage energy store 24 or separated from it via a disconnector 34 .
  • the main converter 32 is set up here to convert the high-voltage of the high-voltage network 22 into the low-voltage of the low-voltage network 28 in order to supply the low-voltage consumers of the low-voltage network 28 with the low-voltage.
  • the main converter 32 is a DC/DC converter with a maximum power of 3 to 5 kW.
  • the main converter 32 can be a DC/DC converter with a maximum power of at least 1 kW.
  • the main converter 32 has an optimum efficiency at 1 kW.
  • the high-voltage network 22 has a bypass converter assembly 36, which is electrically connected to the high-voltage energy store 24 and is set up to convert the high-voltage of the high-voltage network 22 into the low-voltage of the low-voltage independently of the main converter 32 -To convert voltage network 28 in order to supply the low-voltage consumers of the low-voltage network 28 with the low-voltage voltage.
  • the main converter 32 and the bypass converter assembly 36 are connected in parallel.
  • the bypass converter assembly 36 is designed as a DC/DC converter with a maximum power of 100 W. In an alternative embodiment, the bypass converter assembly 36 is designed as a DC/DC converter with a maximum power of 50 W.
  • bypass converter assembly 36 has an optimum efficiency of 1 to 2 W.
  • bypass converter assembly 36 and the high-voltage energy store 24 are housed in a housing 38 together with the battery management system 26 and the main converter 32 .
  • bypass converter assembly 36 is integrated into the housing 38 or the high-voltage energy store 24 .
  • the high-voltage energy store 24 and the bypass converter assembly 36 are connected to the battery management system 26 in a signal-transmitting manner.
  • the low-voltage network 28 is connected via the bypass converter assembly 36 as described below supplied with low voltage.
  • battery management system 26 determines a maximum permissible amount of energy that may be drawn from high-voltage energy store 24 in order to introduce it into low-voltage network 28 during the shutdown phase.
  • the battery management system 26 determines the maximum permissible amount of energy based on the weakest cell of the high-voltage energy store 24, for example by multiplying the number of cells in the high-voltage energy store 24 by the amount of energy that can be drawn from the weakest cell of the high-voltage energy store 24 without converting them into a critical state, i.e. a state in which the cell or the high-voltage energy store 24 is deeply discharged or which would permanently impair the performance of the high-voltage energy store 24.
  • the battery management system 26 takes into account the ambient temperature when determining the maximum permissible amount of energy of the high-voltage energy store 24 and/or the cell aging of the cells of the high-voltage energy store 24, for example by multiplying the amount of energy available by a corresponding factor that is stored in a memory of the battery management system 26 for this purpose.
  • the battery management system 26 transmits the determined maximum permissible amount of energy to the bypass converter assembly 36.
  • the battery management system 26 is then switched off in order to reduce the energy consumption in the parking phase.
  • the isolating switch 34 is opened and the main converter 32 is thus electrically isolated from the high-voltage energy store 24 . From this point in time, the low-voltage network 28 is supplied with voltage by the high-voltage energy store 24 exclusively via the bypass converter assembly 36.
  • the bypass converter assembly 36 is set up to add up the amount of energy that is introduced into the low-voltage network 28 via the bypass converter assembly 36 in the shutdown phase and to switch off as soon as the maximum permissible amount of energy is exceeded in order to further energy removal from the high-voltage energy storage device 24 to prevent.
  • low-voltage network 28 can be supplied with voltage by means of high-voltage energy store 24 without endangering high-voltage energy store 24 in the process.
  • the low-voltage network 28 is supplied with voltage via the bypass converter assembly 36 in a particularly energy-efficient manner.
  • bypass converter assembly 36 works independently of the battery management system 26, so that the battery management system 26 can be switched off in the shutdown phase. This has the advantage that a particularly long energy supply can be ensured in the shutdown phase, in particular of at least 6 weeks.
  • the low-voltage energy store 30 can be designed to be particularly small or can be omitted entirely.

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Abstract

Ein Bordnetzsystem (20) für ein Kraftfahrzeug hat ein einen Hochvolt- Energiespeicher (24) umfassendes Hochvolt-Spannungsnetz (22) für die Spannungsversorgung eines oder mehrerer Hochvolt-Verbraucher, einen Hauptwandler (32) zur Wandlung der im Hochvolt-Spannungsnetz (22) vorhandenen Hochvolt-Spannung auf eine vorbestimmte im Niedervolt-Spannungsnetz (28) vorhandene Niedervolt-Spannung für die Spannungsversorgung eines oder mehrerer Niedervolt-Verbraucher, ein Batteriemanagementsystem (26) und eine Bypasswandler-Baugruppe (36). Die Bypasswandler-Baugruppe (36) ist dazu eingerichtet, während einer Abstellphase des Kraftfahrzeugs eine bestimmte, maximal zulässige Energiemenge aus dem Hochvolt-Spannungsnetz (22) in das Niedervolt-Spannungsnetz (28) einzutragen. Des Weiteren sind ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Bordnetzsystems (20) sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Bordnetzsystem (20) vorgesehen.

Description

Verfahren zur Steuerung eines Bordnetzsystems für ein Kraftfahrzeug, Bordnetzsystem sowie Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Bordnetzsystem für ein Kraftfahrzeug, das einen Hochvolt-Energiespeicher zur Bereitstellung eines Hochvolt-Spannungsnetzes für die Spannungsversorgung eines oder mehrerer Hochvolt-Verbraucher, einen Hauptwandler zur Wandlung der im Hochvolt-Spannungsnetz vorhandenen Hochvolt-Spannung auf eine vorbestimmte im Niedervolt-Spannungsnetz vorhandene Niedervolt-Spannung für die Spannungsversorgung eines oder mehrerer Niedervolt-Verbraucher und ein Batteriemanagementsystem aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Bordnetzsystems sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Bordnetzsystem.
Derartige Bordnetzsysteme sind bekannt und üblicherweise Teil von Elektrooder Hybridfahrzeugen mit einem Traktionsspeicher, der den Hochvolt- Energiespeicher (Hochvolt-Spannung-Energiespeicher) bildet, und einem Bordnetz, das das Niedervolt-Spannungsnetz bildet und eine Niedervolt- Spannung, beispielsweise 12 V, bereitstellt bzw. mit einer Niedervolt-Spannung oder Niedervolt betrieben wird. Als Spannungsquelle für das Niedervolt- Spannungsnetz ist üblicherweise eine Niedervoltbordnetzbatterie vorgesehen.
Grundsätzlich besteht das Problem, dass der Energieverbrauch im abgestellten Kraftfahrzeug zu einer Entladung der Niedervoltbordnetzbatterie führt. Dies hat zur Folge, dass diese Batterie groß genug dimensioniert werden muss, um eine zuverlässige Spannungsversorgung für einen bestimmten Zeitraum zu gewährleisten.
Ferner ist es bekannt, während der Abstellphase bzw. Standzeit eines Kraftfahrzeugs den Hochvolt-Energiespeicher als Spannungsquelle für das Niedervolt-Spannungsnetz zu nutzen. Hierbei besteht jedoch das Risiko, dass der Hochvolt-Energiespeicher in unzulässiger Weise tiefentladen und somit in seiner Leistungsfähigkeit beeinträchtigt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bordnetzsystem für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, das über einen besonders langen Zeitraum eine sichere Spannungsversorgung während der Abstellphase des Kraftfahrzeugs gewährleistet. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, em Verfahren zum Betrieb eines solchen Bordnetzsystems bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung eines Bordnetzsystems für ein Kraftfahrzeug, das einen Hochvolt-Energiespeicher zur Bereitstellung eines Hochvolt-Spannungsnetzes für die Spannungsversorgung eines oder mehrerer Hochvolt-Verbraucher, einen Hauptwandler zur Wandlung der im Hochvolt-Spannungsnetz vorhandenen Hochvolt-Spannung auf eine vorbestimmte im Niedervolt-Spannungsnetz vorhandene Niedervolt-Spannung für die Spannungsversorgung eines oder mehrerer Niedervolt-Verbraucher, ein Batteriemanagementsystem und eine Bypasswandler-Baugruppe hat. Die Bypasswandler-Baugruppe ist dabei dazu eingerichtet, während einer Abstellphase des Kraftfahrzeugs eine vorbestimmte Energiemenge aus dem Hochvolt-Spannungsnetz in das Niedervolt-Spannungsnetz einzubringen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Kumulieren der Energiemenge, die in einer Abstellphase des Kraftfahrzeugs über die Bypasswandler-Baugruppe in das Niedervolt- Spannungsnetz eingebracht wird, und b) Abschalten der Bypasswandler-Baugruppe, wenn die kumulierte Energiemenge eine bestimmte, maximal zulässige Energiemenge überschreitet, die dem Hochvolt-Energiespeicher in einer Abstellphase des Kraftfahrzeugs entnommen werden darf.
Im Sinne der Erfindung ist die Abstellphase des Kraftfahrzeugs insbesondere eine Phase, in der das Kraftfahrzeug nicht aktiv betrieben wird und abgestellt bzw. geparkt ist. Dieser Zustand kann ferner dadurch definiert sein, dass die Zündung des Kraftfahrzeugs deaktiviert wurde, dass ein beim Deaktivieren der Zündung ausgelöster Timer abgelaufen ist und/oder dass erfasst wird, dass der Fahrer oder die Fahrzeuginsassen das Kraftfahrzeug verlassen (und optional noch verriegelt) hat bzw. haben.
Die separat zum Hauptwandler vorgesehene Bypasswandler-Baugruppe hat den Vorteil, dass sie speziell darauf abgestimmt sein kann, elektrische Energie aus dem Hochvolt-Spannungsnetz in das Niedervolt-Spannungsnetz während der Abstellphase einzubringen, in der der Leistungsbedarf deutlich geringer ist als im aktiven Betrieb des Kraftfahrzeugs bzw. während der Fahrt. Indem die Bypasswandler-Baugruppe beispielsweise ein Wirkungsgradoptimum bei einer niedrigeren Leistung hat als der Hauptwandler, kann die Spannungsversorgung des Niedervolt-Spannungsnetzes sehr viel effizienter und somit über einen längeren Zeitraum sichergestellt werden, als wenn das Niedervolt-Spannungsnetz während der Abstellphase über den Hauptwandler mit Spannung versorgt würde. Ferner stellt das Abschalten der Bypasswandler-Baugruppe bei Überschreiten der maximal zulässigen Energiemenge sicher, dass der Hochvolt-Energiespeicher dabei nicht unter eine festgelegte Schwelle entladen wird, also einen festgelegten Schwellenwert, wodurch der Hochvolt-Energiespeicher in einer Abstellphase des Kraftfahrzeugs vor einer unzulässigen Tiefentladung geschützt ist.
Die maximal zulässige Energiemenge kann hierbei vom Batteriemanagementsystem bestimmt und vor dem Abschalten des Batteriemanagementsystems in der Abstellphase des Kraftfahrzeugs an die Bypasswandler-Baugruppe übermittelt werden. Auf diese Weise kann die maximal zulässige Energiemenge zuverlässig bestimmt und der Energieverbrauch in der Abstellphase durch Abschalten des Batteriemanagementsystems reduziert werden.
In einer Ausführungsform wird die maximal zulässige Energiemenge vom Batteriemanagementsystem anhand der schwächsten Zelle des Hochvolt- Energiespeichers bestimmt, um eine unzulässige Tiefentladung des Hochvolt- Energiespeichers zuverlässig auszuschließen.
Zusätzlich oder alternativ können bei der Bestimmung der maximal zulässigen Energiemenge die Umgebungstemperatur, die Temperatur des Hochvolt- Energiespeichers und/oder die Zellalterung der Zellen des Hochvolt- Energiespeichers berücksichtigt werden. Hierdurch kann die maximal zulässige Energiemenge besonders groß gewählt und gleichzeitig das Risiko minimiert werden, durch die Entnahme der maximal zulässigen Energiemenge den Hochvolt-Energiespeicher in seiner Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch ein Bordnetzsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem einen Hochvolt-Energiespeicher umfassenden Hochvolt-Spannungsnetz für die Spannungsversorgung eines oder mehrerer Hochvolt-Verbraucher, einem Hauptwandler zur Wandlung der im Hochvolt-Spannungsnetz vorhandenen Hochvolt-Spannung auf eine vorbestimmte im Niedervolt-Spannungsnetz vorhandene Niedervolt-Spannung für die Spannungsversorgung eines oder mehrerer Niedervolt-Verbraucher, einem Batteriemanagementsystem und einer Bypasswandler-Baugruppe vorgesehen. Die Bypasswandler-Baugruppe ist dabei dazu eingerichtet, während einer Abstellphase des Kraftfahrzeugs eine bestimmte, maximal zulässige Energiemenge aus dem Hochvolt-Spannungsnetz in das Niedervolt- Spannungsnetz einzutragen. Hierdurch weist das Bordnetzsystem die zuvor beschriebenen Vorteile auf. Insbesondere ist das Bordnetzsystem durch die Bypasswandler-Baugruppe besonders energieeffizient und gewährleistet somit eine zuverlässige Spannungsversorgung des Niedervolt-Spannungsnetzes über einen besonders langen Zeitraum in der Abstellphase. Ferner ist der Hochvolt- Energiespeicher vor einer unzulässigen Tiefentladung geschützt, da die Energiemenge, die während einer Abstellphase des Kraftfahrzeugs aus dem Hochvolt-Spannungsnetz in das Niedervolt-Spannungsnetz eingetragen werden kann, auf einen festgelegten Wert begrenzt ist.
In einer Ausführungsform ist der Hauptwandler als DC/DC-Wandler mit einer Maximalleistung von mindestens 1 kW ausgebildet, um die Leistung des Kraftfahrzeugs im Betrieb nicht wesentlich einzuschränken.
Zusätzlich oder alternativ kann die Bypasswandler-Baugruppe als DC/DC- Wandler mit einer Maximalleistung von maximal 100 W, insbesondere von maximal 50 W ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die Bypasswandler- Baugruppe besonders energieeffizient gestaltet sein, um das Niedervolt- Spannungsnetz mittels der maximal zulässigen Energiemenge über einen besonders langen Zeitraum in der Abstellphase elektrisch betreiben zu können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Bypasswandler-Baugruppe in den Hochvolt-Energiespeicher oder in ein gemeinsames Gehäuse baulich integriert und somit geschützt.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Bordnetzsystem mit den zuvor genannten Vorteilen vorgesehen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug eine elektrische Antriebsmaschine für einen elektrischen Fährbetrieb aufweist, wobei der Hochvolt- Energiespeicher zur Energieversorgung der elektrischen Antriebsmaschine eingerichtet ist.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figur 1 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Bordnetzsystem, und
- Figur 2 in einer schematischen Darstellung das Bordnetzsystem aus Figur 1 .
In Figur 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Bordnetzsystem 20 gezeigt.
Das Kraftfahrzeug 10 weist hierbei eine elektrische Antriebsmaschine 12 in Form eines Elektromotors auf, mittels der das Kraftfahrzeug 10 für den Fährbetrieb angetrieben werden kann.
Beispielsweise ist das Kraftfahrzeug 10 ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug.
Das Bordnetzsystem 20 (siehe Figur 2) hat ein Hochvolt-Spannungsnetz 22 mit einem Hochvolt-Energiespeicher 24 und einem dem Hochvolt-Energiespeicher 24 zugeordneten Batteriemanagementsystem 26 sowie ein Niedervolt- Spannungsnetz 28.
Der Hochvolt-Energiespeicher 24 bildet einen Traktionsspeicher des Kraftfahrzeugs 10, also einen Speicher für die zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 10 benötigte elektrische Energie.
Das Niedervolt-Spannungsnetz 28 kann optional einen Niedervolt- Energiespeicher 30 aufweisen, beispielsweise in Form einer Niedervoltbordnetzbatterie.
Das Hochvolt-Spannungsnetz 22 ist für die Spannungsversorgung eines oder mehrerer Hochvolt-Verbraucher mit einer Hochvolt-Spannung eingerichtet, insbesondere mit einer Hochvolt-Spannung von über 220V, beispielsweise 400 V oder 800 V. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Hochvolt-Spannungsnetz 22 für die Spannungsversorgung der elektrischen Antriebsmaschine 12 eingerichtet.
Das Niedervolt-Spannungsnetz 28 ist für die Spannungsversorgung eines oder mehrerer Niedervolt-Verbraucher mit einer Niedervolt-Spannung eingerichtet, insbesondere mit einer Niedervolt-Spannung von unter 150 V, beispielsweise 48 V, 24 V oder 12 V.
Das Hochvolt-Spannungsnetz 22 hat ferner einen Hauptwandler 32, der über einen Trennschalter 34 elektrisch mit dem Hochvolt-Energiespeicher 24 gekoppelt bzw. von diesem getrennt werden kann.
Der Hauptwandler 32 ist hierbei dazu eingerichtet, die Hochvolt-Spannung des Hochvolt-Spannungsnetzes 22 in die Niedervolt-Spannung des Niedervolt- Spannungsnetzes 28 zu wandeln, um die Niedervolt-Verbraucher des Niedervolt- Spannungsnetzes 28 mit der Niedervolt-Spannung zu versorgen.
In diesem Zusammenhang ist der Hauptwandler 32 ein DC/DC-Wandler mit einer Maximalleistung von 3 bis 5 kW.
Grundsätzlich kann der Hauptwandler 32 ein DC/DC-Wandler mit einer Maximalleistung von mindestens 1 kW sein.
Ferner hat der Hauptwandler 32 ein Wirkungsgradoptimum bei 1 kW.
Zusätzlich zum Hauptwandler 32 hat das Hochvolt-Spannungsnetz 22 eine Bypasswandler-Baugruppe 36, die elektrisch mit dem Hochvolt-Energiespeicher 24 verbunden und dazu eingerichtet ist, unabhängig vom Hauptwandler 32 die Hochvolt-Spannung des Hochvolt-Spannungsnetzes 22 in die Niedervolt- Spannung des Niedervolt-Spannungsnetzes 28 zu wandeln, um die Niedervolt- Verbraucher des Niedervolt-Spannungsnetzes 28 mit der Niedervolt-Spannung zu versorgen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Hauptwandler 32 und die Bypasswandler-Baugruppe 36 parallel geschaltet.
Die Bypasswandler-Baugruppe 36 ist als DC/DC-Wandler mit einer Maximalleistung von 100 W ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsform ist die Bypasswandler-Baugruppe 36 als DC/DC-Wandler mit einer Maximalleistung von 50 W ausgebildet.
Ferner hat die Bypasswandler-Baugruppe 36 ein Wirkungsgradoptimum bei 1 bis 2 W.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Bypasswandler-Baugruppe 36 und der Hochvolt-Energiespeicher 24 zusammen mit dem Batteriemanagementsystem 26 und dem Hauptwandler 32 in einem Gehäuse 38 untergebracht.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Bypasswandler-Baugruppe 36 in das Gehäuse 38 oder den Hochvolt-Energiespeicher 24 integriert.
Des Weiteren sind der Hochvolt-Energiespeicher 24 und die Bypasswandler- Baugruppe 36 signalübertragend mit dem Batteriemanagementsystem 26 verbunden.
Um bestimmte Niedervolt-Verbraucher mit Niedervolt-Spannung zu versorgen, wenn das Kraftfahrzeug 10 abgestellt ist und nicht aktiv betrieben wird, d.h., sich das Kraftfahrzeug 10 in einer Abstellphase befindet, wird das Niedervolt- Spannungsnetz 28 über die Bypasswandler-Baugruppe 36 wie nachfolgend beschrieben mit Niedervolt-Spannung versorgt.
Wird eine Abstellphase vom Batteriemanagementsystem 26 erkannt, ermittelt das Batteriemanagementsystem 26 eine maximal zulässige Energiemenge, die dem Hochvolt-Energiespeicher 24 entnommen werden darf, um sie in der Abstellphase in das Niedervolt-Spannungsnetz 28 einzubringen.
Das Batteriemanagementsystem 26 ermittelt die maximal zulässige Energiemenge dabei anhand der schwächsten Zelle des Hochvolt- Energiespeichers 24, beispielsweise indem es die Anzahl der Zellen des Hochvolt- Energiespeichers 24 mit der Energiemenge multipliziert, die der schwächsten Zelle des Hochvolt-Energiespeichers 24 entnommen werden darf, ohne diese in einen kritischen Zustand zu überführen, d.h. einen Zustand, in dem die Zelle bzw. der Hochvolt-Energiespeicher 24 tiefentladen ist oder der die Leistungsfähigkeit des Hochvolt-Energiespeichers 24 dauerhaft beeinträchtigen würde.
Ferner berücksichtigt das Batteriemanagementsystem 26 beim Ermitteln der maximal zulässigen Energiemenge die Umgebungstemperatur, die Temperatur des Hochvolt-Energiespeichers 24 und/oder die Zellalterung der Zellen des Hochvolt-Energiespeichers 24, beispielsweise indem die zur Verfügung stehende Energiemenge mit einem entsprechenden Faktor multipliziert wird, der in einem Speicher des Batteriemanagementsystem 26 hierzu hinterlegt ist.
In einem nachfolgenden Schritt übermittelt das Batteriemanagementsystem 26 die ermittelte maximal zulässige Energiemenge an die Bypasswandler-Baugruppe 36.
Nachfolgend wird das Batteriemanagementsystem 26 abgeschaltet, um den Energieverbrauch in der Abstellphase zu verringern.
In einem weiteren Schritt wird der Trennschalter 34 geöffnet und damit der Hauptwandler 32 von dem Hochvolt-Energiespeicher 24 elektrisch getrennt. Die Spannungsversorgung des Niedervolt-Spannungsnetzes 28 durch den Hochvolt- Energiespeicher 24 erfolgt ab diesem Zeitpunkt somit ausschließlich über die Bypasswandler-Baugruppe 36.
In diesem Zusammenhang ist die Bypasswandler-Baugruppe 36 dazu eingerichtet, die Energiemenge, die in der Abstellphase über die Bypasswandler- Baugruppe 36 in das Niedervolt-Spannungsnetz 28 eingebracht wird, aufzusummieren und sich abzuschalten, sobald die maximal zulässige Energiemenge überschritten wird, um so eine weitere Energieentnahme aus dem Hochvolt-Energiespeicher 24 zu unterbinden.
Auf diese Weise kann in der Abstellphase des Kraftfahrzeugs 10 das Niedervolt-Spannungsnetz 28 mittels des Hochvolt-Energiespeichers 24 mit Spannung versorgt werden, ohne dabei den Hochvolt-Energiespeicher 24 zu gefährden.
Dadurch, dass das Wirkungsgradoptimum der Bypasswandler-Baugruppe 36 auf den Leistungsbedarf in der Abstellphase abgestimmt ist, wird das Niedervolt- Spannungsnetz 28 über die Bypasswandler-Baugruppe 36 besonders energieeffizient mit Spannung versorgt.
Ferner funktioniert die Bypasswandler-Baugruppe 36 unabhängig von dem Batteriemanagementsystem 26, sodass das Batteriemanagementsystem 26 in der Abstellphase abgeschaltet werden kann. Dies hat den Vorteil, dass eine besonders lange Energieversorgung in der Abstellphase sichergestellt werden kann, insbesondere von mindestens 6 Wochen.
Des Weiteren kann so der Niedervolt-Energiespeicher 30 besonders klein gestaltet sein oder vollständig entfallen.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale einer Ausführungsform beliebig mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden, insbesondere unabhängig von den anderen Merkmalen der entsprechenden Ausführungsformen.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Steuerung eines Bordnetzsystems (20) für ein Kraftfahrzeug (10), das einen Hochvolt-Energiespeicher (24) zur Bereitstellung eines Hochvolt- Spannungsnetzes (22) für die Spannungsversorgung eines oder mehrerer Hochvolt-Verbraucher, einen Hauptwandler (32) zur Wandlung der im Hochvolt- Spannungsnetz (22) vorhandenen Hochvolt-Spannung auf eine vorbestimmte im Niedervolt-Spannungsnetz (28) vorhandene Niedervolt-Spannung für die Spannungsversorgung eines oder mehrerer Niedervolt-Verbraucher, ein Batteriemanagementsystem (26) und eine Bypasswandler-Baugruppe (36) hat, wobei die Bypasswandler-Baugruppe (36) dazu eingerichtet ist, während einer Abstellphase des Kraftfahrzeugs (10) eine vorbestimmte Energiemenge aus dem Hochvolt-Spannungsnetz (22) in das Niedervolt-Spannungsnetz (28) einzubringen, mit den Schritten: a) Kumulieren der Energiemenge, die in einer Abstellphase des Kraftfahrzeugs (10) über die Bypasswandler-Baugruppe (36) in das Niedervolt-Spannungsnetz (28) eingebracht wird, und b) Abschalten der Bypasswandler-Baugruppe (36), wenn die kumulierte Energiemenge eine bestimmte, maximal zulässige Energiemenge überschreitet, die dem Hochvolt-Energiespeicher (24) in einer Abstellphase des Kraftfahrzeugs (10) entnommen werden darf.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die maximal zulässige Energiemenge vom Batteriemanagementsystem (26) bestimmt wird und vor dem Abschalten des Batteriemanagementsystems (26) in der Abstellphase des Kraftfahrzeugs (10) an die Bypasswandler-Baugruppe (36) übermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal zulässige Energiemenge vom Batteriemanagementsystem (26) anhand der schwächsten Zelle des Hochvolt-Energiespeichers (24) bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der maximal zulässigen Energiemenge die Umgebungstemperatur, die Temperatur des Hochvolt-Energiespeichers (24) und/oder die Zellalterung der Zellen des Hochvolt-Energiespeichers (24) berücksichtigt werden.
5. Bordnetzsystem (20) für em Kraftfahrzeug (10), mit einem einen Hochvolt- Energiespeicher (24) umfassenden Hochvolt-Spannungsnetz (22) für die Spannungsversorgung eines oder mehrerer Hochvolt-Verbraucher, einem Hauptwandler (32) zur Wandlung der im Hochvolt-Spannungsnetz (22) vorhandenen Hochvolt-Spannung auf eine vorbestimmte im Niedervolt- Spannungsnetz (28) vorhandene Niedervolt-Spannung für die Spannungsversorgung eines oder mehrerer Niedervolt-Verbraucher, einem Batteriemanagementsystem (26) und einer Bypasswandler-Baugruppe (36), wobei die Bypasswandler-Baugruppe (36) dazu eingerichtet ist, während einer Abstellphase des Kraftfahrzeugs (10) eine bestimmte, maximal zulässige Energiemenge aus dem Hochvolt-Spannungsnetz (22) in das Niedervolt- Spannungsnetz (28) einzutragen.
6. Bordnetzsystem (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptwandler (32) als DC/DC-Wandler mit einer Maximalleistung von mindestens 1 kW ausgebildet ist.
7. Bordnetzsystem (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypasswandler-Baugruppe (36) als DC/DC-Wandler mit einer Maximalleistung von maximal 100 W, insbesondere von maximal 50 W ausgebildet ist.
8. Bordnetzsystem (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypasswandler-Baugruppe (36) in den Hochvolt- Energiespeicher (24) oder in ein gemeinsames Gehäuse (38) baulich integriert ist.
9. Kraftfahrzeug (10) mit einem Bordnetzsystem (20) nach einem der Ansprüche 5 bis 8.
10. Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (10) eine elektrische Antriebsmaschine (12) für einen elektrischen Fährbetrieb aufweist, wobei der Hochvolt-Energiespeicher (24) zur Energieversorgung der elektrischen Antriebsmaschine (12) eingerichtet ist.
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