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DE102012004134A1 - Onboard network for motor car, has control unit which periodically switches voltage source between maximum and minimum sources, so that energy store is charged with maximum voltage and discharged with minimum voltage - Google Patents

Onboard network for motor car, has control unit which periodically switches voltage source between maximum and minimum sources, so that energy store is charged with maximum voltage and discharged with minimum voltage Download PDF

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DE102012004134A1
DE102012004134A1 DE201210004134 DE102012004134A DE102012004134A1 DE 102012004134 A1 DE102012004134 A1 DE 102012004134A1 DE 201210004134 DE201210004134 DE 201210004134 DE 102012004134 A DE102012004134 A DE 102012004134A DE 102012004134 A1 DE102012004134 A1 DE 102012004134A1
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DE
Germany
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voltage
electrical system
energy storage
maximum
vehicle electrical
Prior art date
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Ceased
Application number
DE201210004134
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German (de)
Inventor
Tobias Carsten Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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Abstract

The onboard network (1) has an energy store (2), a regular or controllable voltage source and detection unit for detecting or estimating the energy storage temperature and/or the internal resistance (Ri) of the energy store. A control unit (10) is provided to periodically switch voltage source between maximum and minimum sources, below a limit value for energy storage tank temperature or above threshold value for internal resistance of energy store. The energy store is charged with the maximum voltage and discharged with minimum voltage. An independent claim is included for method for selectively heating energy store in electrical system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz und ein Verfahren zur gezielten Erwärmung eines Energiespeichers in einem Bordnetz.The invention relates to a vehicle electrical system and a method for the targeted heating of an energy storage in a vehicle electrical system.

Heutige Bordnetze zur Energieversorgung der Elektronik in Kraftfahrzeugen oder anderen mobilen Systemen müssen u. a. folgende, teilweise auch schwer vereinbare, Herausforderungen erfüllen:

  • – großer Temperaturbereich (z. B. –40°C bis 125°C)
  • – wenig Bauraum
  • – kostenoptimal
  • – Beherrschung hoher Stromgradienten und Spitzenstromanforderungen
  • – lange Standzeiten (z. B. ≥ 50 Tage)
  • – hohe Verfügbarkeitsanforderungen (in der Regel Redundanz notwendig)
  • – zuverlässige Messung des SOH des Energiespeichers
Today's vehicle electrical systems for the power supply of electronics in motor vehicles or other mobile systems must meet the following challenges, some of which are difficult to reconcile:
  • - wide temperature range (eg -40 ° C to 125 ° C)
  • - little space
  • - cost-optimal
  • - Control of high current gradients and peak current requirements
  • - long service life (eg ≥ 50 days)
  • - high availability requirements (usually redundancy necessary)
  • - reliable measurement of the SOH of the energy storage

Gemeinhin werden zur Energiebereitstellung mindestens ein Generator (oder DC/DC-Wandler) und ein Energiespeicher (z. B. Bleibatterie) eingesetzt. Zum Laden des Energiespeichers sowie zum Ausgleich von Schwankungen im Energiebedarf ist der Generator mit einem (intelligenten) Regler ausgestattet, der die Generatorleistung geeignet einstellt. Dasselbe gilt auch, wenn ein DC/DC-Wandler verbaut ist.Generally, at least one generator (or DC / DC converter) and an energy store (eg lead acid battery) are used to provide energy. To charge the energy storage and to compensate for fluctuations in energy requirements, the generator is equipped with a (smart) controller that adjusts the generator power suitable. The same applies if a DC / DC converter is installed.

Aus Kostengründen ist die Maximalleistung des Generators normalerweise auf einen Wert (knapp) oberhalb des maximalen Durchschnittstroms bestimmt, wobei kurzzeitige höhere Stromanforderungen vom Energiespeicher abgedeckt werden müssen. Ebenfalls aus Kostengründen ist auch die Regeldynamik des Generators üblicherweise begrenzt, so dass hohe Stromgradienten, verursacht beispielsweise durch eine elektromechanische Lenkung; ebenfalls durch den Energiespeicher abgedeckt werden müssen. Die großzügige Auslegung des Energiespeichers wird wiederum durch die Punkte Bauraum und Kosten beschränkt, sodass hier immer ein Kompromiss gefunden werden muss.For cost reasons, the maximum power of the generator is usually determined to be a value (just) above the maximum average current, with short-term higher power requirements must be covered by the energy storage. Also for cost reasons, the control dynamics of the generator is usually limited, so that high current gradients, caused for example by an electromechanical steering; must also be covered by the energy storage. The generous design of the energy storage is in turn limited by the space and cost points, so here always a compromise must be found.

Speziell die Anforderungen bezüglich auftretender Stromgradienten und Spitzenströme erfordern einen möglichst geringen Innenwiderstand des Energiespeichers. Ein zu hoher Innenwiderstand würde zu Spannungseinbrüchen und damit Komfortverlusten (z. B. Ausfall Radio) oder sogar zum Ausfall sicherheitsrelevanter Systeme (z. B. ABS) führen. In Kombination mit den Temperaturanforderungen ist hier speziell die untere Temperaturgrenze das kritische Auslegungskriterium, da Energiespeicher bei tieferen Temperaturen gemeinhin zu höheren Innenwiderständen neigen. Dem kann nur mit einer genügend großzügigen Auslegung des Energiespeichers bzw. hohen Anforderungen an den Innenwiderstand begegnet werden. Dies erschwert den Einsatz innovativer Technologien wie z. B. UltraCaps (Doppelschichtkondensatoren), indem die Innenwiderstandsanforderung bei tiefen Temperaturen eine unnötig grolle Dimensionierung und damit einen unnötig hohen Preis erfordern. Ein weiterer Nachteil des heutigen Standes der Technik ist die aufwendige Messung des SOH des Energiespeichers. Dieser wird üblicherweise durch reine Beobachtung der Bordnetzspannung bzw. deren Verlauf geschätzt. Diese Methode ist relativ ungenau.Specifically, the requirements for occurring current gradients and peak currents require the lowest possible internal resistance of the energy storage. Too high an internal resistance would lead to voltage drops and thus loss of comfort (eg radio failure) or even the failure of safety-relevant systems (eg ABS). In combination with the temperature requirements, especially the lower temperature limit is the critical design criterion, since energy stores tend to have higher internal resistance at lower temperatures. This can be countered only with a sufficiently generous design of the energy storage or high demands on the internal resistance. This complicates the use of innovative technologies such. As UltraCaps (double-layer capacitors) by the internal resistance requirement at low temperatures require an unnecessarily large sizing and thus an unnecessarily high price. Another disadvantage of the current state of the art is the complex measurement of the SOH of the energy store. This is usually estimated by pure observation of the vehicle electrical system voltage or its course. This method is relatively inaccurate.

Aus der DE 10 2010 032 088 A1 ist ein Verfahren zum Beheizen eines Batteriesystems mit wenigstens zwei Batterien oder Batterieabschnitten bekannt, wobei die Beheizung des Batteriesystems durch das abwechselnde Laden und Entladen des Batteriesystems mit einem Wechselstrom erfolgt, wobei die Beaufschlagung mit dem Wechselstrom für die eine Batterie oder den einen Batterieabschnitt phasenversetzt zur Beaufschlagung mit Wechselstrom der anderen Batterie oder des anderen Batterieabschnitts erfolgt, sodass mit dem Batteriesystem auch während der Beheizung eine zumindest annähernd konstante Spannung bereitgestellt wird.From the DE 10 2010 032 088 A1 a method for heating a battery system with at least two batteries or battery sections is known, wherein the heating of the battery system by the alternating charging and discharging of the battery system is carried out with an alternating current, wherein the application of the alternating current for the one battery or the one battery section out of phase for application with alternating current of the other battery or the other battery section, so that the battery system is provided during the heating an at least approximately constant voltage.

Aus der US 4 362 942 ist ein Batterieheizer bekannt, der den Innenwiderstand der Batterie als Heizelement verwendet, wobei hierzu eine programmierbare Last vorgesehen ist, die mit der Batterie einen geschlossenen Stromkreis bildet.From the US 4,362,942 a battery heater is known, which uses the internal resistance of the battery as a heating element, for which purpose a programmable load is provided, which forms a closed circuit with the battery.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Bordnetz sowie in Verfahren zur gezielten Beheizung eines Energiespeichers in einem Bordnetz zu schaffen, die einfach zu implementieren sind.The invention is based on the technical problem of providing a vehicle electrical system as well as in methods for the targeted heating of an energy store in a vehicle electrical system, which are easy to implement.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the technical problem results from the objects with the features of claims 1 and 9. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Hierzu umfasst das Bordnetz, insbesondere ein Kraftfahrzeugbordnetz, mindestens einen Energiespeicher eine regel- oder steuerbare Spannungsquelle sowie Mittel zur Erfassung oder Schätzung der Energiespeichertemperatur und/oder des Innenwiderstandes des Energiespeichers, wobei unterhalb eines Grenzwertes für die Energiespeichertemperatur oder oberhalb eines Grenzwertes für den Innenwiderstand des Energiespeichers die regel- oder steuerbare Spannungsquelle periodisch zwischen einer Maximal- und einer Minimalspannung geschaltet wird, wobei bei der Maximalspannung der Energiespeicher geladen wird und bei der Minimalspannung entladen wird. Hierdurch findet permanent ein Stromfluss in unterschiedliche Richtungen am Energiespeicher statt, der Verlustwärme am Innenwiderstand des Energiespeichers erzeugt und diesen gezielt erwärmt. Diese Erwärmung führt zu einer Verringerung des Innenwiderstandes. Durch das gezielte Erwärmen können die Anforderungen an den Innenwiderstand des Energiespeichers bei tiefen Temperaturen reduziert werden. Der oder die Energiespeicher können dabei herkömmliche Bleisäure-Batterien, Doppelschichtkondensatoren, Li-Ionen-Batteriezellen oder ähnliche Batteriezellen-Typen sein. Dabei können mehrere Energiespeicher in Reihe und/oder parallel geschaltet sein. Die Maximalspannung und die Minimalspannung werden dabei derart gewählt, dass die maximale Ladespannung des Energiespeichers nicht überschritten wird. Ein weiteres Kriterium der Festlegung der Spannungsgrenzen ist, dass die angeschlossenen Bordnetzverbraucher innerhalb der Spannungsgrenzen zuverlässig arbeiten. Daher sind die konkreten Werte für die Maximalspannung und die Minimalspannung abhängig von der verwendeten Technologie der Energiespeicher und den verbauten Bordnetzverbrauchern. Beispielsweise liegt die Minimalspannung bei 12 V und die Maximalspannung bei 15 V. Die Energiespeichertemperatur kann beispielsweise mittels einer geeigneten Sensors direkt gemessen werden oder aber beispielsweise aus der Außentemperatur geschätzt werden. Alternativ oder kumulativ kann der Innenwiderstand selbst als Steuer- oder Regelgröße verwendet werden. Auch dieser kann gemessen oder geschätzt werden.For this purpose, the on-board network, in particular a motor vehicle electrical system, at least one energy storage a controllable or controllable voltage source and means for detecting or estimating the energy storage temperature and / or the internal resistance of the energy storage, below a threshold value for the energy storage temperature or above a limit for the internal resistance of the energy storage the controllable or controllable voltage source is periodically switched between a maximum and a minimum voltage, wherein at the maximum voltage of the energy storage is charged and discharged at the minimum voltage. As a result, there is a permanent flow of current in different directions on Energy storage instead, the loss of heat generated at the internal resistance of the energy storage and this specifically heated. This heating leads to a reduction of the internal resistance. Through targeted heating, the requirements for the internal resistance of the energy storage can be reduced at low temperatures. The energy store (s) may be conventional lead-acid batteries, double-layer capacitors, Li-ion battery cells or similar types of battery cells. In this case, a plurality of energy stores can be connected in series and / or in parallel. The maximum voltage and the minimum voltage are chosen such that the maximum charging voltage of the energy storage is not exceeded. Another criterion for determining the voltage limits is that the connected on-board network consumers work reliably within the voltage limits. Therefore, the concrete values for the maximum voltage and the minimum voltage are dependent on the technology used for the energy storage devices and the installed on-board network consumers. For example, the minimum voltage is 12 V and the maximum voltage is 15 V. The energy storage temperature can for example be measured directly by means of a suitable sensor or, for example, estimated from the outside temperature. Alternatively or cumulatively, the internal resistance itself can be used as a control or controlled variable. This too can be measured or estimated.

In einer Ausführungsform ist die regel- oder steuerbare Spannungsquelle als Generator oder DC/DC-Wandler ausgebildet. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor ist die regel- oder steuerbare Spannungsquelle üblicherweise als Generator ausgebildet, wobei bei Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen DC/DC-Wandler eingesetzt werden, die die Spannung von der Traktionsseite auf die Bordnetzseite herunter transformieren. Das Bordnetz ist daher für alle Arten von Kraftfahrzeugen geeignet.In one embodiment, the controllable or controllable voltage source is designed as a generator or DC / DC converter. In particular, in motor vehicles with an internal combustion engine, the regulated or controllable voltage source is usually designed as a generator, wherein in electric vehicles or hybrid vehicles DC / DC converters are used, which transform the voltage from the traction side down to the electrical system side. The electrical system is therefore suitable for all types of motor vehicles.

In einer weiteren Ausführungsform ist ein Mittel zur Erfassung der Bordnetzspannung vorgesehen, wobei aus einem Sprung der Bordnetzspannung der Innenwiderstand des Energiespeichers bestimmbar ist und/oder aus einer Steigung der Entladekurve der Bordnetzspannung die Kapazität des Energiespeichers bestimmbar ist. Vorzugsweise wird daher mittels einer Sprungfunktion zwischen der Minimal- und Maximalspannung hin- und hergeschaltet, so dass die Spannung am Ausgang der steuer- oder regelbaren Spannungsquelle eine Rechteck-Funktion aufweist. Andere Spannungsformen sind möglich, erfordern dann aber einen gewissen Mehraufwand bei der Ermittlung des Innenwiderstandes.In a further embodiment, a means for detecting the vehicle electrical system voltage is provided, wherein the internal resistance of the energy store can be determined from a jump in the vehicle electrical system voltage and / or the capacity of the energy store can be determined from a slope of the discharge curve of the vehicle electrical system voltage. Preferably, therefore, by means of a jump function between the minimum and maximum voltage switched back and forth, so that the voltage at the output of the controllable or controllable voltage source has a rectangular function. Other voltage forms are possible, but then require a certain amount of extra effort in determining the internal resistance.

Dabei wird ausgenutzt, dass bei der Umschaltung auf die Minimalspannung schlagartig der Energiespeicher den Strom für das Bordnetz übernehmen muss. Daher bricht die Spannung des Bordnetzes um den Spannungsabfall am Innenwiderstand ein. Durch Erfassung oder einer hinreichend genauen Schätzung des Bordnetzstromes kann somit der Innenwiderstand des Energiespeichers sehr einfach bestimmt werden. Muss nun der Energiespeicher den Strom für das Bordnetz liefern, so entlädt sich der Energiespeicher. Ist der entnommene Strom konstant, so fällt die Spannung am Energiespeicher linear ab. Dieser lineare Abfall der Spannung des Energiespeichers kann auch bei der Bordnetzspannung beobachtet werden, was als Entladekurve bezeichnet wurde. Aufgrund des linearen Zusammenhangs Q = C·U am idealen Kondensator kann so sehr einfach aus der Steigung des linearen Abfalls der Bordnetzspannung die Kapazität des Energiespeichers ermittelt werden. Somit kann sehr einfach der SOH (state of health) des Energiespeichers ermittelt werden. Bei der praktischen Umsetzung ist dabei zu beachten, dass die Entladekurve keine exakte Gerade ist, so dass zu verschiedenen Messpunkten eine Ausgleichsgerade ermittelt werden muss.It is exploited that when switching to the minimum voltage abruptly the energy storage must take over the power for the electrical system. Therefore breaks the voltage of the electrical system to the voltage drop at the internal resistance. By capturing or a sufficiently accurate estimation of the on-board electrical system current, the internal resistance of the energy store can thus be determined very simply. Now has the energy storage to provide the power for the electrical system, so the energy storage discharges. If the current removed is constant, the voltage at the energy store drops linearly. This linear drop in the voltage of the energy store can also be observed in the vehicle electrical system voltage, which was referred to as Entladekurve. Due to the linear relationship Q = C * U on the ideal capacitor, the capacity of the energy store can be determined very simply from the slope of the linear drop in the vehicle electrical system voltage. Thus, the SOH (state of health) of the energy storage can be determined very easily. In the practical implementation, it should be noted that the discharge curve is not an exact straight line, so that a compensation straight line must be determined at different measuring points.

In einer weiteren Ausführungsform sind mittels einer Steuervorrichtung Fahrzeugfunktionalitäten beschränkbar, solange die Energiespeichertemperatur unterhalb des Grenzwertes für die Energiespeichertemperatur und/oder der Innenwiderstand oberhalb des Grenzwertes für den Innenwiderstand liegt. Somit wird verhindert, dass beispielsweise aufgrund hoher Stromgradienten ein Einbruch der Bordnetzspannung auftritt oder im Fall eines Ausfalls (z. B. des Generators) nicht mehr das sichere Anhalten des Fahrzeugs gewährleistet werden könnte Beispielsweise kann die maximal zulässige Höchstgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges begrenzt werden. Die Zurücknahme der Beschränkungen kann kontinuierlich, gestuft oder schrittweise mit der Zunahme der Energiespeichertemperaturen bzw. Abnahme des Innenwiderstandes erfolgen.In a further embodiment, vehicle functionalities can be limited by means of a control device as long as the energy storage temperature is below the limit value for the energy storage temperature and / or the internal resistance is above the limit value for the internal resistance. Thus, it is prevented that, for example due to high current gradients, a collapse of the vehicle electrical system voltage occurs or in the event of a failure (eg of the generator), the safe stopping of the vehicle could no longer be ensured, for example, the maximum permissible maximum speed of the motor vehicle can be limited. The withdrawal of the restrictions may be continuous, stepped or incremental as the energy storage temperatures increase or the internal resistance decreases.

In einer weiteren Ausführungsform sind Mittel zur Erfassung der Außentemperatur vorgesehen, wobei bei Außentemperaturen unterhalb eines Grenzwertes zeitweise zwischen der Maximal- und der Minimalspannung hin- und hergeschaltet wird. Damit soll sichergestellt werden, dass die Energiespeichertemperatur nicht wieder unter den Grenzwert sinkt. Dies stellt mit anderen Worten eine Warmhaltephase dar Anstelle der Außentemperatur kann auch direkt der Innenwiderstand kurzzeitig gemessen werden und gegebenenfalls nachgeheizt werden.In a further embodiment, means for detecting the outside temperature are provided, wherein at outside temperatures below a threshold value temporarily switched back and forth between the maximum and the minimum voltage. This is to ensure that the energy storage temperature does not fall below the limit again. In other words, this represents a holding phase Instead of the outside temperature, the internal resistance can also be measured directly for a short time and, if necessary, reheated.

In einer weiteren Ausführungsform liegt die Frequenz des Umschaltzyklus zwischen 1–50 Hz, weiter vorzugsweise zwischen 10–20 Hz. Dabei wird die Wahrnehmbarkeit durch das menschliche Auge verhindert, beispielsweise Helligkeitsschwankungen von Beleuchtungsquellen aufgrund der sich ändernden Bordnetzspannung Andererseits sind die Frequenzen tief genug, um keine Störgeräusche zu erzeugen, beispielsweise beim Radio.In a further embodiment, the frequency of the switching cycle is between 1-50 Hz, more preferably between 10-20 Hz. In this case, the visibility is prevented by the human eye, for example, brightness fluctuations of illumination sources due to the On the other hand, the frequencies are low enough to produce no noise, for example in the radio.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Tastverhältnis zwischen Maximal- und Minimalspannung derart gewählt, dass sich der Ladezustand des Energiespeichers über einen Zyklus nicht ändert. Im Idealfall sind die beiden Tastverhältnisse gleich groß.In a further embodiment, the duty cycle between maximum and minimum voltage is selected such that the state of charge of the energy store does not change over a cycle. Ideally, the two duty cycles are the same size.

Für viele Energiespeicher wird dann von so genannten ”Micro Cycling” gesprochen, was zu einer sehr geringen Alterung bezüglich Auf- und Entladezyklen führt, sodass die Lebensdauer des Energiespeichers nicht nennenswert verringert wird.For many energy storage is then called by so-called "Micro Cycling", resulting in a very low aging with respect to charging and discharging cycles, so that the life of the energy storage is not significantly reduced.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerung der Maximal- und Minimalspannung in ein vorhandenes Steuergerät oder ein Gatewaysteuergerät integriert. Beispielsweise kann die Steuerung in einen Regler der Spannungsquelle integriert sein oder in ein Batterie-Datenmodul-Steuergerät. Die Steuerung kann dabei sowohl in Software als auch in Hardware ausgebildet sein.In a further embodiment, the control of the maximum and minimum voltage is integrated into an existing control device or a gateway control device. For example, the controller may be integrated in a regulator of the voltage source or in a battery data module controller. The controller can be designed both in software and in hardware.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to preferred embodiments. The figures show:

1 ein Bordnetz für Kraftfahrzeuge in einer ersten Ausführungsform, 1 a vehicle electrical system in a first embodiment,

2 ein Bordnetz für Kraftfahrzeuge in einer zweiten Ausführungsform, 2 a vehicle electrical system in a second embodiment,

3 ein Bordnetz für Kraftfahrzeuge in einer dritten Ausführungsform, 3 a vehicle electrical system in a third embodiment,

4 einen beispielhaften Verlauf der Spannungen in einem Aufwärmzyklus und 4 an exemplary course of the voltages in a warm-up cycle and

5 einen Verlauf der Energiespeichertemperatur über der Zeit. 5 a course of the energy storage temperature over time.

Das Bordnetz 1 für Kraftfahrzeuge umfasst einen Energiespeicher 2 mit Innenwiderstand Ri, einen Starter 3, eine regelbare Spannungsquelle in Form eines Generators 4, einen Regler 5 für den Generator 4, Fahrverbraucher 6, Dauerverbraucher 7, einen Außentemperatursensor 8, ein Zündschloss 9 und eine Steuerung 10 zur gezielten Erwärmung des Energiespeichers 2. Die Steuerung 10 ist dabei in dem Regler 5 integriert, vorzugsweise in Form von Software. Dabei existiert eine Dauerplusleitung KL30, ein geschaltetes Plus KL15, eine Masseverbindung KL31 und eine Zündanlassleitung KL50. Wird das Zündschloss 9 geschlossen, so wird KL15 mit KL30 verbunden und der Starter 3 spurt ein, um eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine anzuwerfen. Die laufende Brennkraftmaschine treibt dann den Generator 4 an, der dann als Spannungsquelle für das Bordnetz 1 arbeitet. Dabei stellt der Regler 5 die Spannung und Auslastung des Generators 4 ein. Bevor der Generator 4 durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird, übernimmt der Energiespeicher 2 die Spannungsversorgung des Bordnetzes 1. Über eine direkte Verbindung oder eine Busverbindung 11 (z. B. LIN oder CAN) ist der Außentemperatursensor 8 mit dem Regler 5 bzw. der Steuerung 10 verbunden. Liegt nun die Außentemperatur unter einem Grenzwert für die Energiespeichertemperatur, so wird geschätzt, dass die Energiespeichertemperatur ebenfalls unter dem Grenzwert liegt. Als Reaktion darauf startet dann die Steuerung 10 ein Aufwärmzyklus für den Energiespeicher 2, der später anhand von 4 näher erläutert wird.The electrical system 1 for motor vehicles includes an energy storage 2 with internal resistance R i , a starter 3 , a controllable voltage source in the form of a generator 4 , a regulator 5 for the generator 4 , Driving consumers 6 , Permanent consumers 7 , an outdoor temperature sensor 8th , an ignition 9 and a controller 10 for targeted heating of the energy storage 2 , The control 10 is in the controller 5 integrated, preferably in the form of software. In this case, there is a continuous positive line KL30, a switched positive KL15, a ground connection KL31 and an ignition starter line KL50. Will the ignition lock 9 closed, KL15 is connected to KL30 and the starter 3 Spurt on to throw an unillustrated internal combustion engine. The running internal combustion engine then drives the generator 4 on, then as a voltage source for the electrical system 1 is working. In doing so, the controller provides 5 the voltage and utilization of the generator 4 one. Before the generator 4 is driven by the internal combustion engine, takes over the energy storage 2 the power supply of the electrical system 1 , Via a direct connection or a bus connection 11 (eg LIN or CAN) is the outside temperature sensor 8th with the regulator 5 or the controller 10 connected. If the outside temperature is below a limit value for the energy storage temperature, it is estimated that the energy storage temperature is also below the limit value. In response, the controller then starts 10 a warm-up cycle for the energy storage 2 , later on the basis of 4 is explained in more detail.

In der 2 ist eine alternative Ausführungsform für ein Hybridfahrzeug dargestellt, wobei die gleichen Elemente mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen sind. Die steuer- oder regelbare Spannungsquelle ist dabei als DC/DC-Wandler 12 ausgebildet, der über eine nicht dargestellte Eingangsseite mit einem Traktionsnetz des Hybridfahrzeuges verbunden ist. Des weiteren ist dem Energiespeicher 2 ein Batterie-Datenmodul-Steuergerät 13 zugeordnet, in dem, die Steuerung 10 integriert ist. Des Weiteren umfasst das Bordnetz 1 ein Gatewaysteuergerät 14. Das Gatewaysteuergerät 14 verbindet dabei den DC/DC-Wandler 12, das Batterie-Datenmodul-Steuergerät 13 und den Außentemperatursensor 8, die beispielsweise alle an verschiedene Datenbussysteme angeschlossen sind. Beispielsweise ist der Außentemperatursensor 8 mit einem LOW-Speed-CAN-Bus 15 (CAN-Komfort), das Batterie-Datenmodul-Steuergerät 13 mit einem LIN-Bus 16 und der DC/DC-Wandler 12 mit einem High-Speed-CAN-Bus 17 (CAN-Antrieb) verbunden.In the 2 an alternative embodiment for a hybrid vehicle is shown, wherein the same elements with the same reference numerals as in 1 are provided. The controllable or controllable voltage source is a DC / DC converter 12 formed, which is connected via an input side, not shown, with a traction network of the hybrid vehicle. Furthermore, the energy storage 2 a battery data module controller 13 in which, the control is assigned 10 is integrated. Furthermore, the wiring system includes 1 a gateway controller 14 , The gateway controller 14 connects the DC / DC converter 12 , the battery data module controller 13 and the outside temperature sensor 8th for example, all connected to different data bus systems. For example, the outside temperature sensor 8th with a LOW-speed CAN bus 15 (CAN convenience), the battery data module controller 13 with a LIN bus 16 and the DC / DC converter 12 with a high-speed CAN bus 17 (CAN drive) connected.

In 3 ist eine dritte Ausführungsform eines Bordnetzes 1 dargestellt, die im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß 2 entspricht, sodass auf die Ausführungen zu 2 verwiesen werden kann. Der einzige Unterschied ist, dass die Steuerung 10 in das Gatewaysteuergerät 14 integriert ist.In 3 is a third embodiment of a vehicle electrical system 1 shown, which is substantially the embodiment according to 2 corresponds to the comments on 2 can be referenced. The only difference is that the controller 10 in the gateway control unit 14 is integrated.

Anhand von 4 soll nun das erfindungsgemäße Verfahren zum gezielten Erwärmen des Energiespeichers 2 näher erläutert werden. Dabei sind in der Darstellung die Spannung UG am Ausgang des Generators 4 bzw. DC/DC-Wandlers 12 und die Bordnetzspannung UB über der Zeit t dargestellt. Erfasst nun die Steuerung über die Außentemperatur, dass die Energiespeichertemperatur unter einen Grenzwert Tgr (siehe 5) liegt, so wird periodisch die Spannung UG zwischen einer Maximalspannung UMAX und einer Minimalspannung UMN hin- und hergeschaltet. Dabei ist mit T die Periodendauer eines Zyklus dargestellt, wobei für die Frequenz f = 1/T gilt. Dabei ist die Periodendauer bzw. Tastverhältnis TMAX der Maximalspannung UMAX gleich der Periodendauer bzw. Tastverhältnis TMIN der Minimalspannung UMIN, wobei T = TMAX + TMIN gilt. Für UG = UMAX ist die Bordnetzuspannung UB nahezu gleich der Spannung UG. Der Energiespeicher 2 wird geladen. Wird dann UG auf die Minimalspannung UMIN geschaltet, so ist die Spannung am Energiespeicher 2 größer als UG. Als Folge davon muss nun der Energiespeicher 2 das Bordnetz 1 versorgen, insbesondere den hierfür benötigten Strom liefern. Aufgrund des Stromflusses aus dem Energiespeicher 2 kommt es zu einem Spannungsabfall am Innenwiderstand Ri des Energiespeichers 2. Dieser Spannungsabfall hat einen Sprung ΔU der Bordnetzspannung UB zur Folge. Der nahezu konstante Stromfluss aus dem Energiespeicher 2 führt dann zu einem nahezu linearen Abfall der Spannung am Energiespeicher 2 und damit auch der Bordnetzspannung UB. Dabei kann aus der Größe von ΔU auf den Innenwiderstand Ri des Energiespeichers 2 geschlossen werden (je größer ΔU, desto größer Ri). Aus der Steigung m kann die Kapazität C des Energiespeichers 2 bestimmt werden, wobei gilt, je kleiner der Betrag der Steigung m, desto größer die Kapazität. Während UG = UMIN wird der Energiespeicher 2 also entladen, wobei vorzugsweise der Ladestrom während UG = UMAX gleich dem Entladestrom während UG = UMIN ist.Based on 4 Now, the inventive method for targeted heating of the energy storage 2 be explained in more detail. In the illustration, the voltage U G at the output of the generator 4 or DC / DC converter 12 and the vehicle electrical system voltage U B over the time t shown. Now detects the control over the outside temperature that the energy storage temperature below a threshold T gr (see 5 ), periodically the voltage U G between a maximum voltage U MAX and a minimum voltage U MN is switched back and forth. In this case, T represents the period duration of a cycle, where f = 1 / T applies. The period duration or duty cycle T MAX the maximum voltage U MAX equal to the period or duty cycle T MIN of the minimum voltage U MIN , where T = T MAX + T MIN applies. For U G = U MAX the vehicle electrical system voltage U B is almost equal to the voltage U G. The energy storage 2 Loading. If U G is then switched to the minimum voltage U MIN , then the voltage is at the energy store 2 greater than U G. As a result, now the energy storage 2 the electrical system 1 supply, in particular provide the power required for this purpose. Due to the flow of current from the energy storage 2 There is a voltage drop at the internal resistance R i of the energy storage 2 , This voltage drop has a jump .DELTA.U the vehicle electrical system voltage U B result. The almost constant current flow from the energy storage 2 then leads to a nearly linear drop in the voltage at the energy storage 2 and thus also the vehicle electrical system voltage U B. It can from the size of .DELTA.U to the internal resistance R i of the energy storage 2 be closed (the larger ΔU, the greater R i ). From the slope m can the capacity C of the energy storage 2 are determined, wherein the smaller the amount of the slope m, the greater the capacity. While U G = U MIN becomes the energy storage 2 Thus, the charging current during U G = U MAX is equal to the discharge current during U G = U MIN .

Durch das permanente Laden und Entladen steigt die Energiespeichertemperatur TE kontinuierlich an (siehe auch 5), sodass der Innenwiderstand Ri kleiner wird und damit auch ΔU. Über den Innenwiderstand Ri kann somit auch indirekt die Energiespeichertemperatur bestimmt werden. Ist dann die Energiespeichertemperatur TE größer/gleich einem Grenzwert Tgr, so kann das Verfahren abgebrochen werden.Due to the permanent charging and discharging the energy storage temperature T E increases continuously (see also 5 ), so that the internal resistance R i is smaller and thus also ΔU. The energy storage temperature can thus be indirectly determined via the internal resistance R i . Then, if the energy storage temperature T E is greater than / equal to a threshold T gr , the process can be aborted.

In 5 ist die Energiespeichertemperatur TE über der Zeit t dargestellt, wobei zum Zeitpunkt Tgr der Grenzwert Tgr erreicht wird. Die Zeit vom Start des Kraftfahrzeuges bis tgr ist die Aufheizphase A. Insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen erfolgt vorzugsweise auch nach tgr zeitweise ein Umschalten zwischen UMAX und UMIN, um die Energiespeichertemperatur TE über bzw. auf dem Grenzwert Tgr zu halten. Dies kann als Warmhaltephase W bezeichnet werden. In der Aufheizphase können dabei bestimmte Funktionalitäten des Kraftfahrzeuges, wie beispielsweise die Maximalgeschwindigkeit, beschränkt werden. Dabei sei angemerkt, dass bei Auswertung von ΔU zur Bestimmung des Innenwiderstandes Ri gänzlich auf Temperatursensoren verzichtet werden könnte und direkt auf einen Grenzwert für den Innenwiderstand Ri geregelt werden kann.In 5 is the energy storage temperature T E over the time t shown, wherein at the time T gr of the threshold T gr is reached. The time from the start of the motor vehicle to t gr is the heating phase A. In particular, at low outside temperatures is preferably after t gr temporarily switching between U MAX and U MIN to keep the energy storage temperature T E above or on the threshold T gr . This can be referred to as holding phase W. In the heating phase certain functionalities of the motor vehicle, such as the maximum speed, can be limited. It should be noted that in the evaluation of ΔU for determining the internal resistance R i could be completely dispensed with temperature sensors and can be controlled directly to a limit value for the internal resistance R i .

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Bordnetz (1), umfassend mindestens einen Energiespeicher (2), eine regel- oder steuerbare Spannungsquelle sowie Mittel zur Erfassung oder Schätzung der Energiespeichertemperatur (TE) und/oder des Innenwiderstandes (Ri) des Energiespeichers (2), wobei unterhalb eines Grenzwertes (Tgr) für die Energiespeichertemperatur (TE) oder oberhalb eines Grenzwertes für den Innenwiderstand (Ri) des Energiespeichers (2) mittels einer Steuerung (10) die regel- oder steuerbare Spannungsquelle periodisch zwischen einer Maximal- und einer Minimalquelle (UMAX, UMIN) geschaltet wird, wobei bei der Maximalspannung (UMAX) der Energiespeicher (2) geladen und bei der Minimalspannung (UMIN) entladen wird.Electrical system ( 1 ), comprising at least one energy store ( 2 ), a controllable or controllable voltage source and means for detecting or estimating the energy storage temperature (T E ) and / or the internal resistance (R i ) of the energy store ( 2 ), wherein below a limit value (T gr ) for the energy storage temperature (T E ) or above a limit value for the internal resistance (R i ) of the energy store ( 2 ) by means of a controller ( 10 ) the controllable or controllable voltage source is periodically switched between a maximum and a minimum source (U MAX , U MIN ), wherein at the maximum voltage (U MAX ) of the energy storage ( 2 ) and discharged at the minimum voltage (U MIN ). Bordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die regel- oder steuerbare Spannungsquelle als Generator (4) oder DC/DC-Wandler (12) ausgebildet ist.Vehicle electrical system according to claim 1, characterized in that the controllable or controllable voltage source as a generator ( 4 ) or DC / DC converters ( 12 ) is trained. Bordnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Erfassung der Bordnetzspannung (UB) vorgesehen ist, wobei aus einem Sprung (ΔU) der Bordnetzspannung (UB) der Innenwiderstand (Ri) des Energiespeichers (2) bestimmbar ist und/oder aus einer Steigung (m) der Entladekurve der Bordnetzspannung (UB) die Kapazität des Energiespeichers (2) bestimmbar ist.Vehicle electrical system according to claim 1 or 2, characterized in that a means for detecting the vehicle electrical system voltage (U B ) is provided, wherein from a jump (.DELTA.U) of the vehicle electrical system voltage (U B ) of the internal resistance (R i ) of the energy store ( 2 ) is determinable and / or from a slope (m) of the discharge curve of the vehicle electrical system voltage (U B ), the capacity of the energy store ( 2 ) is determinable. Bordnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Steuereinrichtung Fahrzeugfunktionalitäten beschränkbar sind, solange die Energiespeichertemperatur (TE) unterhalb des Grenzwertes (Tgr) für die Energiespeichertemperatur (TE) und/oder der Innenwiderstand oberhalb des Grenzwertes für den Innenwiderstand (Ri) liegt.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that by means of a control vehicle functionalities are limited as long as the energy storage temperature (T E ) below the threshold value (T gr ) for the energy storage temperature (T E ) and / or the internal resistance above the limit value for the internal resistance (R i ) is located. Bordnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erfassung der Außentemperatur vorgesehen sind, wobei bei Außentemperaturen unterhalb eines Grenzwertes zeitweise zwischen der Maximal- und der Minimalspannung (UMAX, UMIN) hin- und hergeschaltet wird.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that means are provided for detecting the outside temperature, wherein at outside temperatures below a threshold temporarily between the maximum and the minimum voltage (U MAX , U MIN ) is switched back and forth. Bordnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Umschaltzyklus zwischen 1–50 Hz liegt.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the frequency of the switching cycle is between 1-50 Hz. Bordnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastverhältnis zwischen Maximal- und Minimalspannung (UMAX, UMIN) derart gewählt ist, dass sich der Ladezustand des Energiespeichers (2) über einen Zyklus (T) nicht ändert.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the duty cycle between maximum and minimum voltage (U MAX , U MIN ) is selected such that the state of charge of the energy store ( 2 ) does not change over one cycle (T). Bordnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (10) der Maximal- und Minimalspannung (UMAX, UMIN) in ein vorhandenes Steuergerät (5, 13) oder ein Gatewaysteuergerät (14) integriert ist.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the controller ( 10 ) of the maximum and minimum voltage (U MAX , U MIN ) in an existing control unit ( 5 . 13 ) or a gateway controller ( 14 ) is integrated. Verfahren zur gezielten Erwärmung eines Energiespeichers (2) in einem Bordnetz (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb eines Grenzwertes für die Energiespeichertemperatur (TE) oder oberhalb eines Grenzwertes für den Innenwiderstand (Ri) des Energiespeichers (2) die regel- oder steuerbare Spannungsquelle periodisch zwischen einer Maximal- und einer Minimalspannung (UMAX, UMIN) geschaltet wird, wobei bei der Maximalspannung (UMAX) der Energiespeicher geladen und bei der Minimalspannung (UMIN) entladen wird.Method for the targeted heating of an energy store ( 2 ) in a vehicle electrical system ( 1 ) according to claim 1, characterized in that below a limit value for the energy storage temperature (T E ) or above a limit value for the internal resistance (R i ) of the energy store ( 2 ) the controllable or controllable voltage source is periodically switched between a maximum and a minimum voltage (U MAX , U MIN ), wherein at the maximum voltage (U MAX ) the energy storage is charged and discharged at the minimum voltage (U MIN ). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Erfassung der Bordnetzspannung (UB) vorgesehen ist, wobei aus einem Sprung (ΔU) der Bordnetzspannung (UB) der Innenwiderstand (Ri) des Energiespeichers (2) bestimmt wird und/oder aus einer Steigung der Entladekurve der Bordnetzspannung (UB) die Kapazität des Energiespeichers (2) bestimmt wird.A method according to claim 9, characterized in that a means for detecting the vehicle electrical system voltage (U B ) is provided, wherein from a jump (ΔU) of the vehicle electrical system voltage (U B ) of the internal resistance (R i ) of the energy store ( 2 ) is determined and / or from a slope of the Entladekurve the vehicle electrical system voltage (U B ), the capacity of the energy storage ( 2 ) is determined.
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