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DE102021128806A1 - Electrical system for a motor vehicle and method for providing energy in an electrical system - Google Patents

Electrical system for a motor vehicle and method for providing energy in an electrical system Download PDF

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DE102021128806A1
DE102021128806A1 DE102021128806.1A DE102021128806A DE102021128806A1 DE 102021128806 A1 DE102021128806 A1 DE 102021128806A1 DE 102021128806 A DE102021128806 A DE 102021128806A DE 102021128806 A1 DE102021128806 A1 DE 102021128806A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
switching device
electrical
operating mode
consumer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021128806.1A
Other languages
German (de)
Inventor
Dominic Prillwitz
Joerg Reuss
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102021128806.1A priority Critical patent/DE102021128806A1/en
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug zur Energiebereitstellung, aufweisend (i) eine wiederaufladbare Batterie, insbesondere eine wiederaufladbare Niedervolt-Batterie, die mit einem Verbraucher elektrisch durch eine erste Schalteinrichtung verbindbar ist, (ii) einen Ladungsspeicher für elektrische Ladungen, insbesondere einen Kondensator, der mit dem Verbraucher elektrisch parallel verbunden ist, (iii) eine erste Schalteinrichtung, die die folgenden zwei Betriebsmodi aufweist: Einen ersten Betriebsmodus, bei dem die wiederaufladbare Batterie jeweils mit dem Verbraucher und mit dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen elektrisch verbunden ist, um diese jeweils mit einer elektrischen Spannung zu versorgen, und einen zweiten Betriebsmodus, bei dem die wiederaufladbare Batterie sowohl von dem Verbraucher als auch von dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen elektrisch getrennt ist, wobei die erste Schalteinrichtung konfiguriert ist, einen durch die erste Schalteinrichtung fließenden Strom zu erfassen, und einen Wechsel von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus auszulösen, wenn der erfasste Strom einen vorgegebenen Wert überschreitet..The invention relates to a vehicle electrical system for a motor vehicle to provide energy, having (i) a rechargeable battery, in particular a rechargeable low-voltage battery, which can be electrically connected to a consumer by a first switching device, (ii) a charge store for electrical charges, in particular a capacitor , which is electrically connected in parallel to the consumer, (iii) a first switching device which has the following two operating modes: A first operating mode in which the rechargeable battery is electrically connected to the consumer and to the charge storage device for electrical charges in order to to supply each with an electrical voltage, and a second operating mode in which the rechargeable battery is electrically isolated from both the consumer and from the charge storage device for electrical charges, wherein the first switching device is configured to detect a current flowing through the first switching device , and to trigger a change from the first operating mode to the second operating mode if the detected current exceeds a predetermined value..

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Energiebereitstellung in einem Bordnetz.The present invention relates to an onboard power supply system for a motor vehicle and a method for providing energy in an onboard power supply system.

Bei Kraftfahrzeugen können Batterien, insbesondere Niedervolt-Batterien, zum Einsatz kommen. Niedervolt-Batterien, auch als Starterbatterien bekannt, können insbesondere eine Ausgangsspannung von 12V, insbesondere bei PKWs, und 24V, insbesondere bei LKWs, bereitstellen. Durch eine zunehmende Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen, durch die sich eine Anzahl von elektrischen Verbrauchern erhöht, kann ein zusätzlicher elektrischer Energiebedarf entstehen, der nicht mehr alleine durch die Starterbatterie gedeckt werden kann.Batteries, in particular low-voltage batteries, can be used in motor vehicles. Low-voltage batteries, also known as starter batteries, can in particular provide an output voltage of 12V, in particular in passenger cars, and 24V, in particular in trucks. The increasing electrification of motor vehicles, which increases the number of electrical consumers, can result in an additional electrical energy requirement that can no longer be covered by the starter battery alone.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, durch das ein erhöhter elektrischer Energiebedarf in einem Kraftfahrzeug versorgt werden kann.The present invention is based on the object of providing an on-board electrical system for a motor vehicle, by means of which an increased electrical energy requirement in a motor vehicle can be supplied.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The solution to this problem is achieved according to the teaching of the independent claims. Various embodiments and developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug zur Energiebereitstellung, aufweisend (i) eine wiederaufladbare Batterie, insbesondere eine wiederaufladbare Niedervolt-Batterie, die mit einem Verbraucher elektrisch durch eine erste Schalteinrichtung verbindbar ist, (ii) einen Ladungsspeicher für elektrische Ladungen, insbesondere einen Kondensator, der mit dem Verbraucher elektrisch parallel verbunden ist, (iii) eine erste Schalteinrichtung, die die folgenden zwei Betriebsmodi aufweist: Einen ersten Betriebsmodus, bei dem die wiederaufladbare Batterie jeweils mit dem Verbraucher und mit dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen elektrisch verbunden ist, um diese jeweils mit einer elektrischen Spannung zu versorgen, und einen zweiten Betriebsmodus, bei dem die wiederaufladbare Batterie sowohl von dem Verbraucher als auch von dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen elektrisch getrennt ist, wobei die erste Schalteinrichtung konfiguriert ist, einen durch die erste Schalteinrichtung fließenden Strom zu erfassen, und einen Wechsel von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus auszulösen, wenn der erfasste Strom einen vorgegebenen Wert überschreitet.A first aspect of the invention relates to an on-board network for a motor vehicle for providing energy, having (i) a rechargeable battery, in particular a rechargeable low-voltage battery, which can be electrically connected to a consumer by a first switching device, (ii) a charge store for electrical charges, in particular a capacitor which is electrically connected in parallel to the consumer, (iii) a first switching device which has the following two operating modes: A first operating mode in which the rechargeable battery is electrically connected to the consumer and to the charge storage device for electrical charges to supply them with an electrical voltage, and a second operating mode in which the rechargeable battery is electrically isolated from both the load and the charge storage device for electrical charges, the first switching device being configured to have a flow through the first switching device To detect current, and to trigger a change from the first operating mode to the second operating mode when the detected current exceeds a predetermined value.

Die hierein gegebenenfalls verwendeten Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „schließt ein“, „weist auf“, „hat“, „mit“, oder jede andere Variante davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken. So ist beispielsweise ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst oder aufweist, nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschließen, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder die einem solchen Verfahren oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind.As used herein, the terms “comprises,” “includes,” “includes,” “has,” “has,” “having,” or any other variation thereof, as appropriate, are intended to cover non-exclusive inclusion. For example, a method or apparatus that includes or has a list of elements is not necessarily limited to those elements, but may include other elements that are not expressly listed or that are inherent in such method or apparatus.

Ferner bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, auf ein inklusives oder und nicht auf ein exklusives „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).Further, unless expressly stated to the contrary, "or" refers to an inclusive or and not to an exclusive "or". For example, a condition A or B is satisfied by one of the following conditions: A is true (or present) and B is false (or absent), A is false (or absent) and B is true (or present), and both A and B are true (or present).

Die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie sie hier verwendet werden, sind im Sinne von „ein/eine oder mehrere“ definiert. Die Begriffe „ein anderer“ und „ein weiterer“ sowie jede andere Variante davon sind im Sinne von „zumindest ein Weiterer“ zu verstehen.As used herein, the terms "a" or "an" are defined to mean "one or more". The terms "another" and "another" and any other variant thereof shall be construed to mean "at least one other".

Der Begriff „Mehrzahl“, wie er hier verwendet wird, ist im Sinne von „zwei oder mehr“ zu verstehen.The term "plurality" as used herein means "two or more".

Unter dem Begriff „konfiguriert“ oder „eingerichtet“ eine bestimmte Funktion zu erfüllen, (und jeweiligen Abwandlungen davon) ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die entsprechende Vorrichtung bereits in einer Ausgestaltung oder Einstellung vorliegt, in der sie die Funktion ausführen kann oder sie zumindest so einstellbar - d.h. konfigurierbar - ist, dass sie nach entsprechender Einstellung die Funktion ausführen kann. Die Konfiguration kann dabei beispielsweise über eine entsprechende Einstellung von Parametern eines Prozessablaufs oder von Schaltern oder ähnlichem zur Aktivierung bzw. Deaktivierung von Funktionalitäten bzw. Einstellungen erfolgen. The term "configured" or "set up" to perform a specific function (and respective modifications thereof) is to be understood within the meaning of the invention that the corresponding device is already in a configuration or setting in which it can or can perform the function it is at least adjustable - i.e. configurable - so that it can carry out the function after the appropriate setting. The configuration can take place, for example, via a corresponding setting of parameters of a process flow or of switches or the like for activating or deactivating functionalities or settings.

Insbesondere kann die Vorrichtung mehrere vorbestimmte Konfigurationen oder Betriebsmodi aufweisen, so dass das Konfigurieren mittels einer Auswahl einer dieser Konfigurationen bzw. Betriebsmodi erfolgen kann.In particular, the device can have a plurality of predetermined configurations or operating modes, so that the configuration can be carried out by selecting one of these configurations or operating modes.

Durch das Bordnetz nach dem ersten Aspekt kann erreicht werden, dass eine elektrische Energie, die von einem Verbraucher, oder auch mehreren Verbrauchern, benötigt wird, durch eine wiederaufladbare Batterie und/oder einen Ladungsspeicher für elektrische Ladungen, insbesondere einen Kondensator, bereitgestellt werden kann. Dabei wird die wiederaufladbare Batterie sowohl von dem Verbraucher als auch von dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen elektrisch getrennt, wenn ein durch die erste Schalteinrichtung fließender Strom einen vorgegebenen Wert übersteigt. Dadurch kann ein Wert eines Stromes vorgegeben werden, der unter einem Wert liegt, bei dem die Batterie nicht durch einen zu hohen Strom beschädigt wird. In dem Fall, dass der Strom einen Wert übersteigt, durch den die Batterie beschädigt werden kann, wird durch die erste Schalteinrichtung die elektrische Verbindung zwischen dem Verbraucher und der ersten wiederaufladbaren Batterie getrennt, und der Ladungsspeicher für elektrische Ladungen stellt die elektrische Energie für den Verbraucher bereit. Im ersten Betriebsmodus, bei dem die erste wiederaufladbare Batterie und der Ladungsspeicher für elektrische Ladungen jeweils mit dem Verbraucher elektrisch verbunden ist, können sowohl die wiederaufladbare Batterie als auch der Ladungsspeicher für elektrische Ladungen den Verbraucher mit elektrischer Energie versorgen. Dadurch kann auch ein Verbraucher mit einem elektrischen Energiebedarf, den die wiederaufladbare Batterie alleine nicht bereitstellen könnte, mit dem elektrischen Energiebedarf versorgt werden. Dadurch kann die Versorgung des Verbrauchers mit elektrischer Energie sichergestellt werden.The vehicle electrical system according to the first aspect makes it possible for electrical energy required by a consumer or multiple consumers to be provided by a rechargeable battery and/or a charge store for electrical charges, in particular a capacitor. In this case, the rechargeable battery is electrically disconnected both from the load and from the charge store for electrical charges when a current flowing through the first switching device exceeds a predetermined value. This allows a value of a current that is below a value at which the battery will not be damaged by an excessive current. In the event that the current exceeds a value that can damage the battery, the electrical connection between the consumer and the first rechargeable battery is separated by the first switching device, and the charge storage device for electrical charges provides the electrical energy for the consumer ready. In the first operating mode, in which the first rechargeable battery and the charge store for electrical charges are each electrically connected to the load, both the rechargeable battery and the charge store for electrical charges can supply the load with electrical energy. As a result, a consumer with an electrical energy requirement that the rechargeable battery alone could not provide can also be supplied with the electrical energy requirement. This ensures that the consumer is supplied with electrical energy.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des Bordnetzes beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.Preferred embodiments of the vehicle electrical system are described below, each of which can be combined with one another as desired and with the other aspects of the invention described further, unless this is expressly excluded or is technically impossible.

Bei einigen Ausführungsformen ist die erste Schalteinrichtung konfiguriert, in Abhängigkeit von dem erfassten Strom eine an der ersten Schalteinrichtung anliegende Spannung zu ermitteln, und einen Wechsel von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus auszulösen, wenn die ermittelte Spannung einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Dadurch kann erreicht werden, dass die Batterie den Verbraucher nur mit elektrischer Energie versorgt, wenn die Batterie eine Mindestspannung aufweist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass am Verbraucher eine Spannung anliegt, die zumindest den vorgegebenen Wert aufweist, oder wenigstens kurzzeitig, wenn die Batterie aufgrund eines Unterschreitens des Wertes elektrisch getrennt wurde, durch den Ladungsspeicher für elektrische Ladungen bereitstehen kann. Weiterhin kann vermieden werden, dass durch ein Unterschreiten eines Spannungswertes der Batterie, eine Tiefenentladung der wiederaufladbaren Batterie erfolgt, wodurch die Batterie geschädigt werden kann.In some embodiments, the first switching device is configured to determine a voltage present at the first switching device as a function of the detected current and to trigger a change from the first operating mode to the second operating mode if the determined voltage falls below a predetermined value. In this way it can be achieved that the battery only supplies the consumer with electrical energy when the battery has a minimum voltage. It can thereby be ensured that the load has a voltage which at least has the predetermined value, or can be available at least briefly, if the battery has been electrically disconnected because the value has not been reached, by the charge store for electrical charges. Furthermore, it can be avoided that a deep discharge of the rechargeable battery occurs when the voltage value of the battery falls below a certain value, as a result of which the battery can be damaged.

Bei einigen Ausführungsformen weist das Bordnetz (i) einen Widerstand, (ii) wobei der Widerstand durch eine zweite Schalteinrichtung elektrisch seriell zu dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen zuschaltbar ist, (iii) eine zweite Schalteinrichtung, die konfiguriert ist, zu ermitteln, ob an der zweiten Schalteinrichtung eine Spannung anliegt, wobei die zweite Schalteinrichtung die folgenden zwei Betriebsmodi aufweist: Einen ersten Betriebsmodus, bei dem der Widerstand elektrisch von dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen getrennt ist, und einen zweiten Betriebsmodus, bei dem der Widerstand elektrisch seriell mit dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen verbunden ist, wobei die zweite Schalteinrichtung konfiguriert ist, einen Wechsel von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus auszulösen, wenn die Ermittlung ergeben hat, dass an der zweiten Schalteinrichtung keine Spannung anliegt. Dadurch kann erreicht werden, dass möglicherweise vorhandene Ströme vor dem Aufladen des Ladungsspeichers für elektrische Ladungen begrenzt werden, und eine Spannung im Bordnetz abgesenkt wird.In some embodiments, the vehicle electrical system has (i) a resistor, (ii) the resistor being electrically connectable in series with the charge store for electrical charges by a second switching device, (iii) a second switching device configured to determine whether at the a voltage is applied to the second switching device, the second switching device having the following two operating modes: a first operating mode in which the resistor is electrically isolated from the charge storage device for electrical charges, and a second operating mode in which the resistor is electrically connected in series with the charge storage device for electrical Charges is connected, wherein the second switching device is configured to trigger a change from the first operating mode to the second operating mode when the determination has shown that no voltage is applied to the second switching device. As a result, any currents that may be present are limited for electrical charges before the charge storage device is charged, and a voltage in the vehicle electrical system is reduced.

Bei einigen Ausführungsformen ist die zweite Schalteinrichtung konfiguriert, einen Wechsel in den ersten Betriebsmodus auszulösen, wenn eine Kapazität des Ladungsspeichers für elektrische Ladungen einen vorgegebenen Wert überschreitet. Ein zusätzlicher zum Ladungsspeicher für elektrische Ladungen seriell geschalteter Widerstand kann von Vorteil sein, wenn der Ladungsspeicher für elektrische Ladungen aufgeladen werden soll. Wenn der Ladungsspeicher für elektrische Ladungen ausreichend geladen ist, wie das bei dem Überschreiten einer vorgegebenen Kapazität der Fall ist, kann die elektrisch serielle Verbindung zum Widerstand getrennt werden, wodurch elektrische Verluste der Batterie am Widerstand vermieden werden können.In some embodiments, the second switching device is configured to trigger a change to the first operating mode when a capacity of the charge store for electrical charges exceeds a predetermined value. An additional resistor connected in series with the charge store for electrical charges can be advantageous if the charge store for electrical charges is to be charged. If the charge store for electrical charges is sufficiently charged, as is the case when a predetermined capacity is exceeded, the electrical serial connection to the resistor can be disconnected, as a result of which electrical losses from the battery at the resistor can be avoided.

Bei einigen Ausführungsformen weist das Bordnetz einen elektrischen Spannungswandler, insbesondere einen Gleichstrom-Spannungswandler auf, der jeweils mit dem Verbraucher und einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere eine wiederaufladbare Hochvolt-Batterie oder ein elektrischen Generator, elektrisch verbunden ist, wobei der elektrische Spannungswandler konfiguriert ist, eine elektrische Spannung des elektrischen Energiespeichers in eine Spannung zur Versorgung des Verbrauchers umzuwandeln. Dies kann dann relevant sein, wenn die wiederaufladbare Batterie nicht mehr ausreichend elektrische Energie oder Leistung bereitstellen kann. Dadurch kann eine Versorgung des Verbrauchers mit elektrischer Energie sichergestellt werden.In some embodiments, the vehicle electrical system has an electrical voltage converter, in particular a DC voltage converter, which is electrically connected to the load and an electrical energy store, in particular a rechargeable high-voltage battery or an electrical generator, the electrical voltage converter being configured to have a convert electrical voltage of the electrical energy storage device into a voltage to supply the consumer. This can be relevant when the rechargeable battery can no longer provide sufficient electrical energy or power. This ensures that the consumer is supplied with electrical energy.

Bei einigen Ausführungsformen weist das Bordnetz (i) auf, einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere eine wiederaufladbare Hochvolt-Batterie oder einen elektrischen Generator, der durch eine dritte Schalteinrichtung mit dem elektrischen Spannungswandler elektrisch verbindbar ist, (ii) eine dritte Schalteinrichtung, wobei die dritte Schalteinrichtung die folgenden zwei Betriebsmodi aufweist: Einen ersten Betriebsmodus, bei dem der elektrische Energiespeicher mit dem elektrischen Spannungswandler elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Betriebsmodus, bei dem der elektrische Energiespeicher von dem elektrischen Spannungswandler elektrisch getrennt ist. Durch die dritte Schalteinrichtung kann nach Bedarf eine elektrische Energie des elektrischen Energiespeichers für den Verbraucher oder anderweitig verwendet werden. Insbesondere kann der elektrische Energiespeicher mit einem weiteren Verbraucher elektrisch verbunden sein, so dass nach Bedarf der Verbraucher, der weitere Verbraucher oder anteilig beide Verbraucher durch den elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt werden. Dadurch wird eine zusätzliche Flexibilität und Sicherheit für die elektrische Versorgung von Verbrauchern im Kraftfahrzeug erreicht.In some embodiments, the vehicle electrical system has (i) an electrical energy store, in particular a rechargeable high-voltage battery or an electrical generator, which can be electrically connected to the electrical voltage converter by a third switching device, (ii) a third switching device, the third switching device has the following two operating modes: A first operating mode in which the electrical energy store with the electrical voltage converter is electrically connected, and a second operating mode in which the electrical energy store is electrically separated from the electrical voltage converter. Electrical energy from the electrical energy store can be used for the consumer or for other purposes as required by the third switching device. In particular, the electrical energy store can be electrically connected to a further consumer, so that the consumer, the further consumer or a proportion of both consumers are supplied with electrical energy by the electrical energy store as required. This achieves additional flexibility and security for the electrical supply of consumers in the motor vehicle.

Bei einigen Ausführungsformen weist die erste Schalteinrichtung und/oder die zweite Schalteinrichtung ein schaltbares Halbleiterbauelement, insbesondere einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), auf. Ein schaltbares Halbleiterbauelement kann bauraumsparend eingesetzt werden. Zudem kann ein schaltbares Halbleiterbauelement mit geringem elektrischem Strom betrieben bzw. gesteuert werden. Ein MOSFET kann eine kurze Schaltzeit ermöglichen, so dass auf eine zeitlich dynamische Erhöhung der Energieanforderung im Bordnetz ein schnelles Umschalten in den zweiten Betriebsmodus für eine Versorgung durch den Ladungsspeicher für elektrische Ladungen ermöglicht wird.In some embodiments, the first switching device and/or the second switching device has a switchable semiconductor component, in particular a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET). A switchable semiconductor component can be used in a space-saving manner. In addition, a switchable semiconductor component can be operated or controlled with a low electric current. A MOSFET can enable a short switching time, so that when the energy requirement in the vehicle electrical system increases dynamically over time, rapid switching to the second operating mode for supply by the charge store for electrical charges is made possible.

Bei einigen Ausführungsformen weist die wiederaufladbare Batterie eine erste Batteriezelle und der elektrische Energiespeicher eine zweite Batteriezelle aufweist, wobei die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle baugleich ausgebildet sind. Dies fertigungstechnisch vorteilhaft sein, da die erste und die zweite Batteriezelle sowohl für die wiederaufladbare Batterie als auch für den elektrischen Energiespeicher gefertigt werden können. Weiterhin kann eine elektrische Verschaltung der wiederaufladbaren Batterie mit dem elektrischen Energiespeicher erfolgen, so dass im Betrieb wechselseitige elektrische Verluste, insbesondere aufgrund von unterschiedlichen Kapazitäten der ersten und der zweiten Batteriezelle, vermieden werden können.In some embodiments, the rechargeable battery has a first battery cell and the electrical energy store has a second battery cell, with the first battery cell and the second battery cell being of identical design. This can be advantageous in terms of manufacturing technology, since the first and the second battery cell can be manufactured both for the rechargeable battery and for the electrical energy store. Furthermore, the rechargeable battery can be electrically connected to the electrical energy store, so that mutual electrical losses, in particular due to different capacities of the first and second battery cells, can be avoided during operation.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiebereitstellung in einem Bordnetz aufweisend die Schritte: (i) Betreiben eines Bordnetzes für ein Kraftfahrzeug, wobei das Bordnetz eine wiederaufladbare Batterie, die mit einem Verbraucher elektrisch durch eine erste Schalteinrichtung verbindbar ist, und einen Ladungsspeicher für elektrische Ladungen, insbesondere einen Kondensator, der mit dem Verbraucher elektrisch parallel verbunden wird, aufweist, (ii) Erfassen eines durch die erste Schalteinrichtung fließenden Stromes durch die erste Schalteinrichtung, (iii) Betreiben einer im Bordnetz angeordneten ersten Schalteinrichtung, die in zwei Betriebsmodi betrieben werden kann, wobei in einem ersten Betriebsmodus die wiederaufladbare Batterie jeweils mit dem Verbraucher und mit dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen elektrisch verbunden wird, um diese jeweils mit einer elektrischen Spannung zu versorgen, und in einem zweiten Betriebsmodus bei dem die wiederaufladbare Batterie sowohl von dem Verbraucher als auch von dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen elektrisch getrennt wird, (iv) Auslösen eines Wechsels von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus durch die erste Schalteinrichtung, wenn der erfasste Strom einen vorgegebenen Wert überschreitet.A second aspect of the invention relates to a method for providing energy in an on-board network, comprising the steps: (i) operating an on-board network for a motor vehicle, the on-board network having a rechargeable battery which can be electrically connected to a consumer by a first switching device, and a charge storage device for electrical charges, in particular a capacitor, which is electrically connected in parallel to the consumer, (ii) detecting a current flowing through the first switching device by the first switching device, (iii) operating a first switching device arranged in the vehicle electrical system, which is operated in two operating modes can be, wherein in a first operating mode the rechargeable battery is electrically connected to the consumer and to the charge storage device for electrical charges in order to supply them with an electrical voltage, and in a second operating mode in which the rechargeable battery is connected to both the consumer and is electrically separated from the charge store for electrical charges, (iv) triggering a change from the first operating mode to the second operating mode by the first switching device if the detected current exceeds a predetermined value.

Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren Aspekte der Erfindung.The features and advantages explained in relation to the first aspect of the invention also apply correspondingly to the further aspects of the invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.Further advantages, features and application possibilities of the present invention result from the following detailed description in connection with the figures.

Dabei zeigt

  • 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs;
  • 2 schematisch ein Diagramm mit einem zeitlichen Signalverlauf von Strömen und Spannungen möglicher Betriebszustände des Bordnetzes gemäß 1; und
  • 3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
while showing
  • 1 schematically shows an exemplary embodiment of a vehicle electrical system according to the invention;
  • 2 schematically shows a diagram with a time signal curve of currents and voltages of possible operating states of the vehicle electrical system according to 1 ; and
  • 3 a flow chart to illustrate a preferred embodiment of the method according to the invention.

In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente der Erfindung verwendet.Throughout the figures, the same reference numbers are used for the same or corresponding elements of the invention.

In 1 wird schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bordnetzes 100 eines Kraftfahrzeugs gezeigt.In 1 an exemplary embodiment of a vehicle electrical system 100 according to the invention of a motor vehicle is shown schematically.

Das Bordnetz 100 weist ein Niedervolt-Bordnetz 110 und ein Hochvolt-Bordnetz 120 auf. Das Niedervolt-Bordnetz 110 weist eine Niedervolt-Batterie 130 auf, die eine Ausgangsspannung UNV,BAT von 12 V oder 24 V aufweisen kann, wie sie bei PKWs bzw. LKWs verwendet werden können. Die Niedervolt-Batterie 130 ist als wiederaufladbare Batterie ausgebildet. Der zugehörige Strom der Niedervolt-Batterie 130 ist mit INV, BAT bezeichnet.The vehicle electrical system 100 has a low-voltage vehicle electrical system 110 and a high-voltage vehicle electrical system 120 . The low-voltage vehicle electrical system 110 has a low-voltage battery 130, which can have an output voltage U NV,BAT of 12 V or 24 V, as can be used in passenger cars or trucks. The low-voltage battery 130 is designed as a rechargeable battery. The associated current of the low-voltage battery 130 is denoted by I NV , BAT .

Das Hochvolt-Bordnetz 120 kann eine Hochvolt-Batterie 140 aufweisen, die für eine Energieversorgung bei Elektrokraftfahrzeugen oder auch Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen kann. Die Hochvolt-Batterie 140 kann eine Ausgangsspannung UHV, BAT von mehr als 30 V aufweisen. Der zugehörige Strom der Hochvolt-Batterie 140 ist mit IHV, BAT bezeichnet. Elektrokraftfahrzeuge können Hochvolt-Verbraucher HV, insbesondere Antriebsstränge, aufweisen, die für 400 V oder auch 800 V ausgelegt sein können, die durch die Hochvolt-Batterie 140 mit elektrischer Energie versorgt werden können. Insbesondere können Elektrokraftfahrzeuge als Hochvolt-Verbraucher HV Elektromotoren aufweisen, die durch die Hochvolt-Batterie 140 mit elektrischer Energie versorgt werden können. Die am Hochvolt-Verbraucher HV anliegende Spannung ist mit UHV,Ges bezeichnet; der zugehörige Strom ist der Strom der Hochvolt-Batterie 140 und ist mit IHV,BAT bezeichnet.The high-voltage on-board electrical system 120 can have a high-voltage battery 140, which is used for supplying energy in electric vehicles or Hyb rid vehicles can be used. The high-voltage battery 140 can have an output voltage U HV , BAT of more than 30 V. The associated current of the high-voltage battery 140 is denoted by I HV , BAT . Electric motor vehicles can have high-voltage consumers HV, in particular drive trains, which can be designed for 400 V or also 800 V, which can be supplied with electrical energy by the high-voltage battery 140 . In particular, electric vehicles can have HV electric motors as high-voltage consumers, which can be supplied with electrical energy by the high-voltage battery 140 . The voltage applied to the high-voltage consumer HV is denoted by U HV,Ges ; the associated current is the current of the high-voltage battery 140 and is denoted by I HV,BAT .

Das Hochvolt-Bordnetz 120 und das Niedervolt-Bordnetz 110 sind durch einen Gleichstrom-Spannungswandler DC/DC elektrisch miteinander verbunden. Durch den Gleichstrom-Spannungswandler DC/DC kann elektrische Spannung von dem Hochvolt-Bordnetz 120, insbesondere der Hochvolt-Batterie 140, transformiert werden und dem Niedervolt-Bordnetz 110 zur Nutzung bereitgestellt werden. Dies kann erforderlich sein, wenn die Niedervolt-Batterie 130 für die im Kraftfahrzeug vorhandenen Verbraucher nicht ausreichend elektrische Energie bzw. Spannung bereitstellen kann. Dadurch, dass in Kraftfahrzeugen eine zunehmende Elektrifizierung erfolgt, nimmt die Anzahl der Verbraucher im Kraftfahrzeug, die mit elektrischer Energie versorgt werden müssen, zu. Ein hierfür erforderlicher elektrischer Energiebedarf kann möglicherweise durch die im Kraftfahrzeug vorhandene Niedervolt-Batterie 130 nicht gedeckt werden. In diesem Fall kann der zusätzliche Energiebedarf durch eine transferierte elektrische Leistung durch den Gleichstrom-Spannungswandler DC/DC bereitgestellt werden. Die am Gleichstrom-Spannungswandler DC/DC zum Hochvolt-Bordnetz 130 hin anliegende Spannung ist mit UHV, DCDC bezeichnet; der zugehörige Strom ist mit IHV, DCDC bezeichnet. Die am Gleichstrom-Spannungswandler DC/DC zum Niedervolt-Bordnetz 120 hin anliegende Spannung ist mit UNV, DCDC bezeichnet; der zugehörige Strom ist mit INV, DCDC bezeichnet. Dabei ist der Gleichstrom-Spannungswandler DC/DC bevorzugt so ausgelegt, dass dieser dem Niedervolt-Bordnetz 110 eine konstante Ausgangsspannung zur Verfügung stellen kann. Das Hochvolt-Bordnetz 120 weist ferner zwei Schalter S+ und S- auf, wobei die Hochvolt-Batterie 140 zwischen den beiden Schaltern S+ und S- angeordnet ist und mit diesen Schaltern S+ und S- elektrisch verbunden ist. Dabei können die Schalter S+ und S-, wie auch die im Folgenden beschriebenen weiteren Schalter, zwei Schaltpositionen „geschlossen“ oder „offen“ bzw. „1“ oder „0“ aufweisen. In der Schaltposition „geschlossen“ bzw. „1“ wird eine elektrische Verbindung durch den jeweiligen Schalter ausgebildet, so dass durch den jeweiligen Schalter Strom fließen kann. In der Schaltposition „offen“ bzw. „0“ wird eine elektrische Verbindung getrennt, so dass durch den jeweiligen Schalter kein Strom fließen kann. In Bezug auf die Schalter S+ und S- ist die Hochvolt-Batterie 140 dann mit dem Gleichstrom-Spannungswandler DC/DC elektrisch verbunden, wenn die beiden Schalter S+ und S- in der Schaltposition „geschlossen“ sind. In der Schaltposition „offen“ bzw. „0“ ist die Hochvolt-Batterie 140 von dem Gleichstrom-Spannungswandler DC/DC elektrisch getrennt. Die Verwendung von zwei Schaltern S+ und S- zur elektrischen Verbindung und Trennung der Hochvolt-Batterie 140 kann Sicherheitsanforderungen erfüllen, wodurch die Hochvolt-Batterie 140 nicht allein durch eine Veränderung einer Schaltposition eine elektrische Verbindung mit der Hochvolt-Batterie 140 herstellt oder trennt. Auch kann vorgesehen sein, dass die Schalter S+ und S- nur dann geschlossen werden, und die Hochvolt-Batterie 140 elektrisch verbunden ist, wenn die Niedervolt-Batterie 130 elektrisch mit dem Niedervolt-Bordnetz 110 verbunden ist.The high-voltage vehicle electrical system 120 and the low-voltage vehicle electrical system 110 are electrically connected to one another by a DC voltage converter DC/DC. The direct current voltage converter DC/DC can be used to transform electrical voltage from the high-voltage vehicle electrical system 120, in particular the high-voltage battery 140, and to make it available to the low-voltage vehicle electrical system 110 for use. This may be necessary if the low-voltage battery 130 cannot provide sufficient electrical energy or voltage for the consumers present in the motor vehicle. Due to the fact that there is increasing electrification in motor vehicles, the number of consumers in the motor vehicle that have to be supplied with electrical energy is increasing. Any electrical energy required for this purpose may not be covered by the low-voltage battery 130 present in the motor vehicle. In this case, the additional energy requirement can be provided by a transferred electrical power through the direct current voltage converter DC/DC. The voltage present at the DC voltage converter DC/DC to the high-voltage vehicle electrical system 130 is denoted by U HV , DCDC ; the associated current is denoted by I HV , DCDC . The voltage present at the DC voltage converter DC/DC to the low-voltage vehicle electrical system 120 is denoted by U NV , DCDC ; the associated current is denoted by I NV , DCDC . In this case, the direct current voltage converter DC/DC is preferably designed in such a way that it can make a constant output voltage available to the low-voltage vehicle electrical system 110 . The high-voltage vehicle electrical system 120 also has two switches S+ and S-, with the high-voltage battery 140 being arranged between the two switches S+ and S- and being electrically connected to these switches S+ and S-. The switches S+ and S-, like the other switches described below, can have two switch positions “closed” or “open” or “1” or “0”. In the “closed” or “1” switching position, an electrical connection is formed through the respective switch, so that current can flow through the respective switch. In the "open" or "0" switching position, an electrical connection is broken so that no current can flow through the respective switch. With regard to the switches S+ and S-, the high-voltage battery 140 is then electrically connected to the DC voltage converter DC/DC when the two switches S+ and S- are in the “closed” switch position. In the “open” or “0” switching position, the high-voltage battery 140 is electrically isolated from the direct-current voltage converter DC/DC. The use of two switches S+ and S- for the electrical connection and disconnection of the high-voltage battery 140 can meet safety requirements, as a result of which the high-voltage battery 140 does not establish or disconnect an electrical connection with the high-voltage battery 140 simply by changing a switching position. It can also be provided that the switches S+ and S- are only closed and the high-voltage battery 140 is electrically connected when the low-voltage battery 130 is electrically connected to the low-voltage vehicle electrical system 110 .

Das Niedervolt-Bordnetz 110 weist zusätzlich zur Niedervolt-Batterie 130, einen Kondensator C und einen Widerstand R auf. Durch das Niedervolt-Bordnetz 110 kann ein Niedervolt-Verbraucher NV mit elektrischer Energie versorgt werden. Die am Niedervolt-Verbraucher NV anliegende Spannung ist mit UNV, Ges bezeichnet; der zugehörige Strom ist mit INV,Ges bezeichnet. Eine elektrische Verbindung zwischen der Niedervolt-Batterie 130 und dem Niedervolt-Verbraucher NV kann durch eine Niedervolt-Schalteinrichtung S1, die einen ersten Schalter S1.1 und einen zweiten Schalter S1.2 aufweist, hergestellt und wieder getrennt werden. Ein Strom, der durch die Niedervolt-Schalteinrichtung S1 fließt, ist mit INV,S1 bezeichnet. Durch die Niedervolt-Schalteinrichtung S1 kann ferner eine elektrische Verbindung zwischen der Niedervolt-Batterie 130 und dem Kondensator C hergestellt werden. Dabei ist die Niedervolt-Schalteinrichtung S1 konfiguriert, einen durch die erste Schalteinrichtung S1 fließenden Strom zu erfassen, und wenn der Strom einen vorgegebenen Wert überschreitet, die Schaltpositionen des ersten Schalters S1.1 und des zweiten Schalters S1.2 der Niedervolt-Schalteinrichtung S1 automatisiert auf „offen“ bzw. „0“ zu stellen, wodurch eine vorhandene elektrische Verbindung von der Niedervolt-Batterie 130 zu dem Niedervolt-Verbraucher NV und dem Kondensator C getrennt wird. Eine Spannung, die am Kondensator C ist mit UNV, C bezeichnet; der zugehörige Strom ist mit INV, C bezeichnet.The low-voltage vehicle electrical system 110 has a capacitor C and a resistor R in addition to the low-voltage battery 130 . A low-voltage consumer NV can be supplied with electrical energy by the low-voltage vehicle electrical system 110 . The voltage applied to the low-voltage consumer NV is denoted by U NV , Ges ; the associated current is denoted by I NV,Ges . An electrical connection between the low-voltage battery 130 and the low-voltage consumer NV can be made and broken again by a low-voltage switching device S1, which has a first switch S1.1 and a second switch S1.2. A current that flows through the low-voltage switching device S1 is denoted by I NV,S1 . Furthermore, an electrical connection between the low-voltage battery 130 and the capacitor C can be established by the low-voltage switching device S1. The low-voltage switching device S1 is configured to detect a current flowing through the first switching device S1, and if the current exceeds a predetermined value, the switching positions of the first switch S1.1 and the second switch S1.2 of the low-voltage switching device S1 are automated set to "open" or "0", whereby an existing electrical connection from the low-voltage battery 130 to the low-voltage consumer NV and the capacitor C is separated. A voltage across the capacitor C is denoted by U NV , C ; the associated current is denoted by I NV , C .

Der Widerstand R kann elektrisch seriell zur Niedervolt-Batterie 130 und elektrisch seriell zum Kondensator C verbunden werden. Die elektrisch serielle Verbindung zwischen dem Widerstand R und der Niedervolt-Batterie 130 kann durch eine Widerstand-Schalteinrichtung S2, die einen ersten Schalter S2.1 und einen zweiten Schalter S2.2 aufweist, hergestellt und getrennt werden. Ein Strom, der durch die Widerstand-Schalteinrichtung S2 fließt, ist mit INV, S2 bezeichnet. Dabei ist die Widerstand-Schalteinrichtung S2 konfiguriert, zu ermitteln, ob an der Widerstand-Schalteinrichtung S2 eine Spannung anliegt, und wenn die Ermittlung ergeben hat, dass keine Spannung anliegt, die Schaltpositionen des ersten Schalters S2.1 und des zweiten Schalters S2.2 der Widerstand-Schalteinrichtung S2 automatisiert auf „offen“ bzw. „0“ zu stellen, wodurch eine vorhandene elektrische Verbindung zwischen dem Widerstand R und dem Kondensator C getrennt wird.Resistor R may be electrically connected in series with low voltage battery 130 and electrically connected in series with capacitor C . The electrically serial connection between the resistor R and the low-voltage battery 130 can be a resistance switching device S2, the first Has switch S2.1 and a second switch S2.2 can be made and separated. A current flowing through the resistance switching device S2 is denoted by I NV , S2 . The resistance switching device S2 is configured to determine whether a voltage is present at the resistance switching device S2, and if the determination has shown that no voltage is present, the switching positions of the first switch S2.1 and the second switch S2.2 automatically set the resistance switching device S2 to "open" or "0", whereby an existing electrical connection between the resistor R and the capacitor C is disconnected.

Der Kondensator C hat die Funktion, dass ein elektrischer Energiebedarf, der den elektrischen Energiebedarf der Niedervolt-Batterie 130 und der durch den Gleichspannungs-Wandler DC/DC bereitgestellten elektrischen Energiebedarf übersteigt, durch den Kondensator C bereitgestellt werden kann. Ebenfalls ist es denkbar, dass der Gleichspannungs-Wandler DC/DC keine elektrische Energie für das Niedervolt-Bordnetz 110 zur Verfügung stellt. Dies kann der Fall sein, wenn die Hochvolt-Batterie 140 und/oder der Gleichspannungs-Wandler DC/DC defekt sind. In diesem Fall kann ebenfalls der Kondensator C elektrische Energie für das Niedervolt-Bordnetz 110 bereitstellen. Wenn der Widerstand R durch die Widerstand-Schalteinrichtung S1 elektrisch mit der Niedervolt-Batterie 130 verbunden ist, kann erreicht werden, dass sogenannte Vorladeströme beim Einschalten begrenzt werden.The function of the capacitor C is that an electrical energy requirement that exceeds the electrical energy requirement of the low-voltage battery 130 and the electrical energy requirement provided by the DC voltage converter DC/DC can be provided by the capacitor C. It is also conceivable that the direct voltage converter DC/DC does not provide any electrical energy for the low-voltage vehicle electrical system 110 . This can be the case if the high-voltage battery 140 and/or the DC/DC converter are defective. In this case, the capacitor C can also provide electrical energy for the low-voltage vehicle electrical system 110 . If the resistor R is electrically connected to the low-voltage battery 130 by the resistor switching device S1, it is possible to limit so-called pre-charging currents when switching on.

Des Weiteren können bei direkten elektrischen Verbindungen, auch als harte Kopplungen bekannt, der Niedervolt-Batterie 130, mit dem stromseitig begrenzenden Gleichstrom-Wandler DC/DC und mit dem Kondensator C, die Niedervolt-Schalteinrichtung S1 und die Widerstand-Schalteinrichtung S2 ein schaltbares Halbleiterbauelement, insbesondere einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) aufweisen. Dabei können einer oder mehrere von der erste Schalter S1.1 und/oder der zweite Schalter S1.2 der Niedervolt-Schalteinrichtung S1, sowie der erste Schalter S2.1 und/oder der zweite Schalter S2.2 der Widerstand-Schalteinrichtung S2 als MOSFET ausgebildet sein. Ein MOSFET kann vorteilhaft sein, da der Stromfluss bei direkten elektrischen Verbindungen der elektrischen Energiequellen nicht geregelt werden kann und somit insbesondere die Niedervolt-Batterie 130 durch zu hohe Ströme bei zu hohem Leistungsbedarf geschädigt werden kann. Durch einen MOS-FETs kann bei Bedarf die Niedervolt-Batterie 130 kurzzeitig vom Niedervolt-Bordnetz 110 elektrisch getrennt werden, und der Gleichstrom-Wandler DC/DC und der Kondensator C kann für diese kurze Zeit die Hauptlast der Versorgung des Niedervolt-Bordnetzes 110 übernehmen. Geht der Leistungsbedarf wieder zurück und die Bedarfsanforderung ist der 12V Batterie nicht mehr schädlich und das Spannungsniveau im Niedervolt-Bordnetz 110 entspricht wieder dem der Niedervolt-Batterie 130, wird diese wieder hinzugeschaltet.Furthermore, with direct electrical connections, also known as hard couplings, of the low-voltage battery 130, with the DC/DC converter limiting the current side and with the capacitor C, the low-voltage switching device S1 and the resistance switching device S2 can be a switchable semiconductor component , In particular have a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET). One or more of the first switch S1.1 and/or the second switch S1.2 of the low-voltage switching device S1 and the first switch S2.1 and/or the second switch S2.2 of the resistance switching device S2 can be used as MOSFETs be trained. A MOSFET can be advantageous since the flow of current cannot be regulated in the case of direct electrical connections of the electrical energy sources and thus the low-voltage battery 130 in particular can be damaged by excessive currents when the power requirement is too high. If required, the low-voltage battery 130 can be briefly electrically isolated from the low-voltage vehicle electrical system 110 by means of a MOSFET, and the direct current converter DC/DC and the capacitor C can take over the main load of supplying the low-voltage vehicle electrical system 110 for this short time . If the power requirement decreases again and the demand request is no longer harmful to the 12V battery and the voltage level in the low-voltage vehicle electrical system 110 again corresponds to that of the low-voltage battery 130, this is switched on again.

Bei einem Ausfall oder sicherheitsbedingter Abschaltung des Hochvolt-Bordnetzes 120 stellt der Gleichstrom-Wandler DC/DC keine Leistung oder Energie mehr aus der Hochvolt-Batterie 140 des Hochvolt-Bordnetzes 120 in das Niedervolt-Bordnetz 110 zur Verfügung. Durch die Abschaltung des Hochvolt-Bordnetzes 120 kann das Kraftfahrzeug fahruntüchtig werden. Dabei besteht aber weiterhin ein Energiebedarf im Niedervolt-Bordnetz 110. Die Kapazität des Kondensators C, und mögliche weitere Energiespeicher des Niedervolt-Bordnetzes 110, übernimmt für diesen Fall die Sicherstellung der noch benötigten Anforderungen von Leistung und Energie, z.B. zur Vollendung eines Fahrmanövers bis zur Überführung des Kraftfahrzeuges in einen sicheren Zustand, sowie die gesetzlichen Anforderungen an einen solchen Fall, wie Warnblinken oder andere. Auch in diesem Fall kann eine elektrische Trennung der 12 V Niedervolt-Batterie 130 vom Niedervolt-Bordnetz 110 im Überlastfall durch die MOSFET(s) die Niedervolt-Batterie 130 vor zu hohen Stromanforderungen und Bauteilschädigungen schützen.If the high-voltage vehicle electrical system 120 fails or is switched off for safety reasons, the DC/DC converter no longer makes any power or energy available from the high-voltage battery 140 of the high-voltage vehicle electrical system 120 to the low-voltage vehicle electrical system 110 . The motor vehicle can become undriveable as a result of the high-voltage vehicle electrical system 120 being switched off. However, there is still an energy requirement in the low-voltage vehicle electrical system 110. In this case, the capacitance of the capacitor C and possible other energy stores in the low-voltage vehicle electrical system 110 ensure that the power and energy requirements are still required, e.g. to complete a driving maneuver up to Transfer of the motor vehicle to a safe condition, as well as the legal requirements for such a case, such as hazard warning lights or others. In this case too, electrical isolation of the 12 V low-voltage battery 130 from the low-voltage vehicle electrical system 110 in the event of an overload by the MOSFET(s) can protect the low-voltage battery 130 from excessive current demands and component damage.

In aktuellen Kraftfahrzeugen können viele Hochleistungsverbraucher im Niedervolt-Bordnetzes 110 eines Vorderwagens des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Um elektrische Energieverluste entsprechend gering zu halten, kann die Niedervolt-Batterie 130 daher im Vorderwagen verbaut werden. In Elektrokraftfahrzeugen können aus einem Hinterwagen des Kraftfahrzeugs kommende Hauptstromleitungen des Gleichstrom-Wandlers DC/DC zu einem Stromverteiler und der Niedervolt-Batterie 130 entsprechend dimensioniert werden.In current motor vehicles, many high-power consumers can be arranged in the low-voltage vehicle electrical system 110 of a front end of the motor vehicle. In order to keep electrical energy losses correspondingly low, the low-voltage battery 130 can therefore be installed in the front end. In electric motor vehicles, main power lines of the direct current converter DC/DC coming from a rear section of the motor vehicle to a power distributor and the low-voltage battery 130 can be dimensioned accordingly.

Wenn eine Bauraumsituation im Kraftfahrzeug eine Anordnung der Niedervolt-Batterie 130 im Vorderwagen nicht zulässt, und eine Verortung der Niedervolt-Batterie 130 im Hinterwagen notwendig wird, können die Hauptstromleitungen in ihrer Dimensionierung angepasst werden, um Leistungsverluste durch eine erforderliche größere Leitungslänge der Stromleitungen ausgleichen zu können. Diese Stromleitungen können zur sicheren Energieversorgung auch redundant ausgeführt werden. Stattdessen kann auch das in der Erfindung beschriebene Konzept zum Tragen kommen, so dass beispielsweise an einem Stromverteiler im Vorderwagen ein Kondensator C parallel zur Niedervolt-Batterie 130 geschaltet wird.If a space situation in the motor vehicle does not allow the low-voltage battery 130 to be arranged in the front end, and it is necessary to locate the low-voltage battery 130 in the rear end, the dimensions of the main power lines can be adjusted in order to compensate for power losses due to a longer line length required for the power lines can. These power lines can also be designed redundantly to ensure a secure energy supply. Instead, the concept described in the invention can also come into play, so that, for example, a capacitor C is connected in parallel with the low-voltage battery 130 at a power distributor in the front end of the vehicle.

Die Niedervolt-Batterie 130 kann dann ebenfalls eine Niedervolt-Schalteinrichtung S1 aufweisen. In Fällen höchster Strombelastung kann dann die Niedervolt-Batterie 130 durch die Niedervolt-Schalteinrichtung S1 elektrisch abgetrennt und geschützt werden, sogar unabhängig davon, ob die Niedervolt-Batterie 130 nach wie vor im Vorderwagen oder im Hinterwagen verbaut wird. Eine Stromtragfähigkeit kann über einen aktiv verbleibenden Gleichspannungs-Wandler DC/DC, der einen konstanten Maximalstrom aufweist, und den Kondensator C so lange sichergestellt werden, bis das Spannungsniveau wieder eine maximale Ausgangsspannung der Niedervolt-Batterie 130, insbesondere 12 V, aufweist, um die Niedervolt-Batterie 130 wieder zuzuschalten. Somit kann auch eine erforderliche Batteriegröße der Niedervolt-Batterie 130 kleiner gewählt werden. Der Kondensator C kann entsprechend einer maximalen zeitlichen Strombelastung hinsichtlich seiner Kapazität dimensioniert werden. Dadurch kann eine Anpassung von Leitungsquerschnitten der Stromleitungen entfallen.The low-voltage battery 130 can then likewise have a low-voltage switching device S1. In cases of highest current load then the Low-voltage battery 130 are electrically separated and protected by the low-voltage switching device S1, even regardless of whether the low-voltage battery 130 is still installed in the front end or in the rear end. A current-carrying capacity can be ensured via a DC/DC converter that remains active, which has a constant maximum current, and the capacitor C until the voltage level again has a maximum output voltage of the low-voltage battery 130, in particular 12 V, in order to Turn on low-voltage battery 130 again. A required battery size of the low-voltage battery 130 can thus also be selected to be smaller. The capacitor C can be dimensioned in terms of its capacity according to a maximum current load over time. As a result, there is no need to adapt the line cross sections of the power lines.

In 2 wird schematisch ein Diagramm 200 mit einem zeitlichen Signalverlauf von Strömen und Spannungen zur Veranschaulichung möglicher Betriebszustände des Bordnetzes 100 gemäß 1 gezeigt. In dem Diagramm 200 ist auf einer Abszisse eine Zeit t aufgetragen. Die Abszisse ist in neun Abschnitte, die mit I bis IX gekennzeichnet sind, eingeteilt. Auf einer Ordinate sind Werte für Spannungen und Ströme möglicher Betriebszustände des Bordnetzes 100 aufgetragen.In 2 FIG. 2 is a schematic diagram 200 with a time signal curve of currents and voltages to illustrate possible operating states of vehicle electrical system 100 according to FIG 1 shown. A time t is plotted on an abscissa in diagram 200 . The abscissa is divided into nine sections labeled I through IX. Values for voltages and currents of possible operating states of vehicle electrical system 100 are plotted on an ordinate.

Ferner sind in dem Diagramm 200 schematisch Schaltpositionen der Niedervolt-Schalteinrichtung S1, der Widerstand-Schalteinrichtung S2 sowie des ersten Schalters S+ und des zweiten Schalters S- an den Polen der Hochvolt-Batterie 140 gemäß des in 1 dargestellten Hochvolt-Bordnetzes 120 gezeigt. Dabei sind die dargestellten Schaltpositionen der Niedervolt-Schalteinrichtung S1 so zu verstehen, dass der erste Schalter S1.1 und der zweite Schalter S1.2 der Niedervolt-Schalteinrichtung S1 jeweils die gleiche Schaltposition aufweisen. Analog sind die dargestellten Schaltpositionen der Widerstand-Schalteinrichtung S1 so zu verstehen, dass der erste Schalter S2.1 und der zweite Schalter S2.2 der Widerstand -Schalteinrichtung S1 jeweils die gleiche Schaltposition aufweisen. Weiterhin ist ein maximaler Wert für einen maximalen Strom der Niedervolt-Batterie 130 im Niedervoltbordnetz, der mit INV_BAT_max bezeichnet ist, dargestelltDiagram 200 also shows schematic switching positions of the low-voltage switching device S1, the resistance switching device S2 and the first switch S+ and the second switch S- at the poles of the high-voltage battery 140 according to in 1 illustrated high-voltage electrical system 120 shown. The switching positions of the low-voltage switching device S1 shown are to be understood in such a way that the first switch S1.1 and the second switch S1.2 of the low-voltage switching device S1 each have the same switching position. Analogously, the illustrated switching positions of the resistance switching device S1 are to be understood in such a way that the first switch S2.1 and the second switch S2.2 of the resistance switching device S1 each have the same switching position. Furthermore, a maximum value for a maximum current of the low-voltage battery 130 in the low-voltage vehicle electrical system, which is denoted by I NV_BAT_max , is shown

In Abschnitt I weisen jeweils die Schalter S+, S-, die Niedervolt-Schalteinrichtung S1 und die Widerstand-Schalteinrichtung S2 eine Schaltposition „offen“ bzw. „0“ auf, so dass die jeweiligen zugehörigen elektrischen Verbindungen getrennt sind. Die Spannung UNV, C, UNV, DCDC und UNV, Ges, die aufgrund der Schaltung des Niedervolt-Bordnetzes 110, in den beschriebenen möglichen Betriebszuständen jeweils den gleichen Wert aufweisen, sind durch die Schaltposition „offen“ von der Niedervolt-Batterie 130 elektrisch getrennt, und weisen daher einen Wert null auf. Entsprechendes gilt für die Stromwerte von INV,Ges, INV,DCDC und INV,C. Die Niedervolt-Batterie 130 weist einen Wert von 12 V auf. Bis einschließlich Abschnitt III wird, im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Bordnetz 100, davon ausgegangen, dass noch kein Niedervolt-Verbraucher NV mit dem Niedervolt-Bordnetz 110 elektrisch verbunden ist bzw. ein elektrisch angeschlossener Niedervolt-Verbraucher NV keine elektrische Last im Niedervolt-Bordnetz 110 verursacht.In section I, the switches S+, S-, the low-voltage switching device S1 and the resistance switching device S2 each have a switching position “open” or “0”, so that the respective associated electrical connections are disconnected. The voltage U NV , C , U NV , DCDC and U NV , Ges , which have the same value due to the switching of the low-voltage vehicle electrical system 110 in the possible operating states described, are due to the "open" switching position of the low-voltage battery 130 electrically isolated, and therefore have a value of zero. The same applies to the current values of I NV,Ges , I NV,DCDC and I NV,C . The low-voltage battery 130 has a value of 12V. Up to and including Section III, in contrast to that in 1 illustrated vehicle electrical system 100, assumed that no low-voltage consumer NV is electrically connected to the low-voltage vehicle electrical system 110 or an electrically connected low-voltage consumer NV causes no electrical load in the low-voltage vehicle electrical system 110.

In Abschnitt II wird die Schaltposition der Widerstand-Schalteinrichtung S2 auf „geschlossen“ bzw. „1“ geändert, wodurch die Niedervolt-Batterie 130 durch den Widerstand R zum Niedervolt-Verbraucher NV elektrisch verbunden wird. Ebenso wird die Niedervolt-Batterie 130 durch den Widerstand R zum Kondensator C elektrisch verbunden. Dadurch steigen die Spannungen UNV,C, UNV, DCDC und UNV,Ges innerhalb des zweiten Abschnitts an und erreichen den Spannungswert der Niedervolt-Batterie 130. Durch die ausgebildete elektrische Verbindung der Niedervolt-Batterie 130 zum Kondensator C kann der Kondensator vorgeladen werden.In section II, the switching position of the resistance switching device S2 is changed to “closed” or “1”, as a result of which the low-voltage battery 130 is electrically connected through the resistance R to the low-voltage consumer NV. Likewise, the low-voltage battery 130 is electrically connected through the resistor R to the capacitor C. As a result, the voltages U NV,C , U NV , DCDC and U NV,Ges increase within the second section and reach the voltage value of the low-voltage battery 130. The capacitor can be precharged due to the electrical connection formed between the low-voltage battery 130 and the capacitor C become.

In Abschnitt III wird die Schaltposition der Niedervolt-Schalteinrichtung S1 auf „geschlossen“ bzw. „1“ geändert, wodurch der Widerstand R überbrückt wird. Wie bereits in Abschnitt I ausgeführt, wird angenommen, dass der Niedervolt-Verbraucher NV in Abschnitt III keine elektrische Last verursacht. Ebenso wird die Schaltposition des ersten Schalters S+ und des zweiten Schalters S- an den Polen der Hochvolt-Batterie 140 jeweils auf „geschlossen“ bzw. „1“ geändert, wodurch die Spannung der Hochvolt-Batterie 140 an einem Hochvolt-Verbraucher HV und dem Gleichspannungs-Wandler DC/DC anliegt. Dadurch liegt auch eine durch den Gleichspannungs-Wandler DC/DC transformierte Gleichspannung der Hochvolt-Batterie 140 am Niedervolt-Bordnetz 120 an.In section III, the switching position of the low-voltage switching device S1 is changed to "closed" or "1", as a result of which the resistor R is bridged. As already stated in Section I, it is assumed that the low-voltage consumer NV does not cause any electrical load in Section III. Likewise, the switching position of the first switch S+ and the second switch S- at the poles of the high-voltage battery 140 is changed to "closed" or "1", whereby the voltage of the high-voltage battery 140 at a high-voltage consumer HV and the DC voltage converter DC/DC applied. As a result, a DC voltage, transformed by the DC voltage converter DC/DC, from the high-voltage battery 140 is also present at the low-voltage vehicle electrical system 120 .

In Abschnitt IV wird der Niedervolt-Verbraucher NV eingeschaltet, wodurch im Niedervolt-Bordnetz eine elektrische Last anfällt. Dabei wird der Niedervolt-Verbraucher NV im Wesentlichen durch eine Gleichspannung des Gleichspannungs-Wandler DC/DC mit elektrischer Energie versorgt. Entsprechend fließen die Ströme INV,Ges und INV, DCDC, die in Abschnitt IV einen gleichen Wert aufweisen, der größer ist als INV_BAT_max. Der Stromwert, der durch den Gleichspannungs-Wandler DC/DC bereitgestellt wird, bleibt in den Abschnitten IV bis einschließlich VII konstant.In section IV, the low-voltage consumer NV is switched on, as a result of which an electrical load occurs in the low-voltage vehicle electrical system. In this case, the low-voltage consumer NV is essentially supplied with electrical energy by a direct current from the direct current converter DC/DC. Correspondingly, the currents I NV,Ges and I NV , DCDC flow, which in section IV have an equal value that is greater than I NV_BAT_max . The current value provided by the DC/DC converter remains constant in sections IV through VII.

In Abschnitt V wird eine zusätzliche elektrische Last eines Niedervolt-Verbrauchers NV im Niedervolt-Bordnetz 110 zugeschaltet, wodurch ein Gesamtstrom INV,Ges, der durch den Niedervolt-Verbraucher NV fließt, größer ist als der Strom des Gleichspannungs-Wandlers DCDC INV, DCDC. Der daraus resultierende zusätzlich erforderliche Strom wird durch die Niedervolt-Batterie 130 bereitgestellt, wobei INV, BAT niedriger ist als INV_BAT_max.In section V, an additional electrical load of a low-voltage consumer NV is never dervolt electrical system 110 switched on, whereby a total current I NV,Ges , which flows through the low-voltage consumer NV, is greater than the current of the DC voltage converter DCDC I NV , DCDC . The resulting additionally required current is provided by the low-voltage battery 130, with I NV , BAT being lower than I NV_BAT_max .

In Abschnitt VI wird eine weitere elektrische Last eines Niedervolt-Verbrauchers NV im Niedervolt-Bordnetz 110 zugeschaltet. Dabei kann es sich um einen zusätzlichen Verbraucher handeln. Dadurch erreicht eine Gesamtlast des Niedervolt-Verbrauchers NV einen Wert, der dazu führen kann, dass die Niedervolt-Batterie 130 beschädigt werden kann, wenn diese zusätzliche elektrische Energie durch die Niedervolt-Batterie 130 bereitgestellt würde. Daher wird beim Überschreiten eines Stromwertes, der durch die Gesamtlast verursacht wird, die Schaltposition der Niedervolt-Schalteinrichtung S1 in Abschnitt VI auf „offen“ bzw. „0“ geändert, wodurch eine direkte bzw. eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen der Niedervolt-Batterie 130 und dem Niedervolt-Verbraucher NV getrennt wird. Die Niedervolt-Batterie 130 und die Niedervolt-Verbraucher NV sind jedoch weiterhin durch den Widerstand R elektrisch miteinander verbunden. Der zusätzlich erforderliche Strom, zu dem durch den Gleichspannungs-Wandler DC/DC bereitgestellten Strom INV, DCDC, wird durch den Kondensator C bereitgestellt, wobei INV,C > INV_BAT_max. Die Spannungen UNV,C, UNV,DCDC und UNV, Ges können auf einen Wert, der unterhalb von 12 V, aber oberhalb von 9 V liegt, sinken. In section VI, a further electrical load of a low-voltage consumer NV in the low-voltage vehicle electrical system 110 is switched on. This can be an additional consumer. As a result, a total load of the low-voltage consumer NV reaches a value that can lead to the low-voltage battery 130 being able to be damaged if this additional electrical energy were provided by the low-voltage battery 130 . Therefore, when a current value caused by the total load is exceeded, the switching position of the low-voltage switching device S1 is changed to "open" or "0" in section VI, resulting in a direct or low-impedance electrical connection between the low-voltage battery 130 and the low-voltage consumer NV is separated. However, the low-voltage battery 130 and the low-voltage consumers NV are still electrically connected to one another through the resistor R. The current required in addition to the current I NV , DCDC provided by the DC voltage converter DC/DC is provided by the capacitor C, with I NV,C > I NV_BAT_max . The voltages U NV,C , U NV,DCDC and U NV, Ges can drop to a value below 12 V but above 9 V.

In Abschnitt VII entfällt die zusätzliche elektrische Last aus Abschnitt VI, und der erforderliche und an die Niedervolt-Verbraucher NV bereitgestellte Strom ist kleiner als INV_BAT_max. Damit kann der erforderliche Strom durch den Gleichspannungs-Wandler DC/DC bereitgestellt werden. Gleichzeitig kann der Kondensator C, der durch die Bereitstellung des zusätzlich erforderlichen Stromes, wie in Abschnitt VI beschrieben, entladen wurde, wieder über den Widerstand R aufgeladen werden. Die Spannungen UNV,C, UNV,DCDC und UNV,Ges steigen auf 12 V an.In Section VII, the additional electrical load from Section VI is eliminated, and the current required and provided to the low-voltage consumer NV is less than I NV_BAT_max . The required current can thus be provided by the DC/DC converter. At the same time, the capacitor C, which has been discharged by providing the additional current required as described in Section VI, can be recharged via the resistor R. The voltages U NV,C , U NV,DCDC and U NV,Ges rise to 12 V.

In Abschnitt VIII wird die Schaltposition der Niedervolt-Schalteinrichtung S1 auf „geschlossen“ bzw. „1“ geändert, wodurch die Niedervolt-Batterie 130 wieder elektrisch direkt bzw. seriell, also nicht über den Widerstand R, mit dem Niedervolt-Verbraucher NV verbunden ist. Der Kondensator C ist geladen. Der erforderliche Strom für die Niedervolt-Verbraucher NV wird durch den Gleichspannungs-Wandler DC/DC bereitgestellt, wobei INV, DCDC < INV_BAT_max. Die Spannungen UNV, C, UNV, DCDC und UNV, Ges bleiben konstant bei 12 V.In section VIII, the switching position of the low-voltage switching device S1 is changed to “closed” or “1”, whereby the low-voltage battery 130 is again electrically connected directly or in series, i.e. not via the resistor R, to the low-voltage consumer NV . The capacitor C is charged. The current required for the low-voltage consumers NV is provided by the DC voltage converter DC/DC, with I NV , DCDC <I NV_BAT_max . The voltages U NV , C , U NV , DCDC and U NV , Ges remain constant at 12 V.

In Abschnitt XI liegt eine zusätzliche elektrische Last im Niedervolt-Bordnetz 120 an, die einen Strom benötigt, der vergleichbar mit dem Strom wie in Abschnitt V beschrieben ist. Die Schaltposition der Niedervolt-Schalteinrichtung S1 wird auf „offen“ bzw. „0“ geändert. Dadurch ist die Niedervolt-Batterie 130 nicht elektrisch direkt aber über den Widerstand R mit dem Niedervolt-Verbraucher NV verbunden. Die Schaltpositionen des ersten Schalters S+ und des zweiten Schalters S- an den Polen der Hochvolt-Batterie 140 werden jeweils auf „offen“ bzw. „0“ geändert, wodurch die Hochvolt-Batterie 140 von dem Hochvolt-Verbraucher HV und dem Gleichspannungs-Wandler DC/DC elektrisch getrennt wird. Dadurch wird das Niedervolt-Bordnetz 120 nicht mehr mit elektrischer Energie durch den Gleichspannungs-Wandler DC/DC versorgt. Der Niedervolt-Verbraucher NV wird ausschließlich durch den Kondensator C mit Strom versorgt. Die Spannungen UNV,C, UNV,DCDC und UNV,Ges sinken auf 9 V.In section XI, an additional electrical load is present in the low-voltage vehicle electrical system 120, which requires a current that is comparable to the current as described in section V. The switching position of the low-voltage switching device S1 is changed to "open" or "0". As a result, the low-voltage battery 130 is not electrically connected directly to the low-voltage consumer NV, but is connected via the resistor R. The switching positions of the first switch S+ and the second switch S- on the poles of the high-voltage battery 140 are changed to “open” or “0”, whereby the high-voltage battery 140 is disconnected from the high-voltage consumer HV and the DC voltage converter DC/DC is electrically isolated. As a result, the low-voltage vehicle electrical system 120 is no longer supplied with electrical energy by the DC voltage converter DC/DC. The low-voltage consumer NV is supplied with power exclusively by the capacitor C. The voltages U NV,C , U NV,DCDC and U NV,Ges drop to 9 V.

Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.While at least one exemplary embodiment has been described above, it should be appreciated that a large number of variations thereon exist. It should also be noted that the example embodiments described are intended to be non-limiting examples only, and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration of the devices and methods described herein. Rather, the foregoing description will provide those skilled in the art with guidance for implementing at least one example embodiment, while understanding that various changes in the operation and arrangement of elements described in an example embodiment may be made without departing from the scope of the appended claims the specified object and its legal equivalents are deviated from.

In 3 wird schematisch ein Flussdiagramm 300 zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Energiebereitstellung gezeigt.In 3 a flow chart 300 is shown schematically to illustrate a preferred embodiment of the method according to the invention for providing energy.

In dem Verfahren erfolgt in einem Schritt 310 ein Betreiben eines Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug, wobei das Bordnetz eine wiederaufladbare Batterie, die mit einem Verbraucher elektrisch durch eine erste Schalteinrichtung verbindbar ist, aufweist, einen Kondensator, der mit dem Verbraucher elektrisch parallel verbunden wird.In the method, in a step 310, an on-board network is operated in a motor vehicle, the on-board network having a rechargeable battery that can be electrically connected to a load by a first switching device, a capacitor that is connected electrically in parallel to the load.

In einem weiteren Schritt 320 erfolgt ein Erfassen eines durch die erste Schalteinrichtung fließenden Stromes durch die erste Schalteinrichtung.In a further step 320, a current flowing through the first switching device is detected by the first switching device.

In einem weiteren Schritt 330 des Verfahrens wird eine im Bordnetz 100 angeordnete ersten Schalteinrichtung S1 betrieben, die in zwei Betriebsmodi 350, 360 betrieben werden kann, wobei in einem ersten Betriebsmodus 350 die wiederaufladbare Batterie 130 jeweils mit dem Verbraucher und mit dem Kondensator jeweils elektrisch verbunden wird, um diese jeweils mit einer elektrischen Spannung zu versorgen, und in einem zweiten Betriebsmodus 360 die wiederaufladbare Batterie 130 sowohl von dem Verbraucher NV als auch von dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen C elektrisch getrennt wird.In a further step 330 of the method, a first switching device S1 arranged in vehicle electrical system 100 is operated, which can be operated in two operating modes 350, 360, with rechargeable battery 130 being electrically connected to the load and to the capacitor in each case in a first operating mode 350 in order to supply them with an electrical voltage in each case, and in a second operating mode 360 the rechargeable battery 130 is electrically disconnected both from the consumer NV and from the charge store for electrical charges C.

In einem weiteren Schritt 340 wird ein Wechsel von dem ersten Betriebsmodus 350 in den zweiten Betriebsmodus 360 durch die erste Schalteinrichtung S1 ausgelöst, wenn der erfasste Strom einen vorgegebenen Wert überschreitet.In a further step 340, a change from the first operating mode 350 to the second operating mode 360 is triggered by the first switching device S1 if the detected current exceeds a predetermined value.

BezugszeichenlisteReference List

100100
Bordnetzelectrical system
110110
Niedervolt-BordnetzLow-voltage electrical system
120120
Hochvolt-BordnetzHigh-voltage electrical system
130130
Niedervolt-Batterielow-voltage battery
140140
Hochvolt-Batteriehigh-voltage battery
RR
WiderstandResistance
CC
Kondensatorcapacitor
DC/DCDC/DC
Gleichspannungs-WandlerDC converter
HVHV
Hochvolt-Verbraucherhigh-voltage consumers
NVNV
Niedervolt-Verbraucherlow-voltage consumers
S1S1
Niedervolt-SchalteinrichtungLow-voltage switching device
S1.1, S1.2S1.1, S1.2
Erster und zweiter Schalter der Niedervolt-SchalteinrichtungFirst and second switch of the low-voltage switching device
S2S2
Widerstand-Schalteinrichtungresistance switching device
S2.1, S2.2S2.1, S2.2
Erster und zweiter Schalter der Widerstand-SchalteinrichtungFirst and second switches of the resistance switching device
S+, S-S+, S-
Erster und zweiter Schalter an den Polen der Hochvolt-BatterieFirst and second switch on the poles of the high-voltage battery
UNV,GesUNV, Ges
Am Niedervolt-Verbraucher anliegende gesamte Hochvolt-SpannungTotal high-voltage voltage applied to the low-voltage consumer
INV,GesINV, Total
Strom durch Niedervolt-VerbraucherElectricity from low-voltage consumers
UNV,BATUNV,BAT
Ausgangsspannung der Niedervolt-BatterieOutput voltage of the low-voltage battery
INV,BATINV.BAT
Strom durch Niedervolt-BatteriePower from low-voltage battery
INV,CINV,C
Kondensatorstromcapacitor current
UNV,CUNV,C
Kondensatorspannungcapacitor voltage
INV,C,INV,C,
Strom durch Niedervolt-SchalteinrichtungCurrent through low-voltage switching device
INV,S2INV,S2
Strom durch Widerstand-SchalteinrichtungCurrent through resistance switching device
UHV,DCDCUHV,DCDC
Spannung des Gleichspannungs-Wandlers zum Hochvolt-BordnetzVoltage from the DC voltage converter to the high-voltage vehicle electrical system
IHV,DCDCIHV,DCDC
Strom durch den Gleichspannungs-Wandler zum Hochvolt-BordnetzCurrent through the DC voltage converter to the high-voltage vehicle electrical system
UNV,DCDCUNV,DCDC
Spannung des Gleichspannungs-Wandlers zum Niedervolt-BordnetzVoltage of the DC voltage converter to the low-voltage vehicle electrical system
INV,DCDCINV,DCDC
Strom durch den Gleichspannungs-Wandler zum Niedervolt-BordnetzCurrent through the DC voltage converter to the low-voltage vehicle electrical system
UHV,GesUHV, total
Am Hochvolt-Verbraucher anliegende gesamte Hochvolt-SpannungTotal high-voltage voltage applied to the high-voltage consumer
IHV,BATIHV, BAT
Strom durch Hochvolt-BatteriePower from high-voltage battery
UHV,BATUHV,BAT
Ausgangsspannung der Hochvolt-BatterieOutput voltage of the high-voltage battery
300300
Flussdiagramm 300 zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen VerfahrensFlow chart 300 to illustrate a preferred embodiment of the method according to the invention
310310
Betreiben eines BordnetzesOperating an on-board network
320320
Erfassen eines Stromes der ersten Schalteinrichtungdetecting a current of the first switching device
330330
Betreiben der ersten Schalteinrichtung mit zwei BetriebsmodiOperating the first switching device with two operating modes
340340
Wechsel vom ersten in den zweiten BetriebsmodusChange from the first to the second operating mode
350350
Erster BetriebsmodusFirst mode of operation
360360
Zweiter BetriebsmodusSecond mode of operation

Claims (9)

Bordnetz (100) für ein Kraftfahrzeug zur Energiebereitstellung, aufweisend: eine wiederaufladbare Batterie (130), die mit einem Verbraucher (NV) elektrisch durch eine erste Schalteinrichtung (S1) verbindbar ist, einen Ladungsspeicher für elektrische Ladungen (C), der mit dem Verbraucher (NV) elektrisch parallel verbunden ist, eine erste Schalteinrichtung (S1), die die folgenden zwei Betriebsmodi aufweist: einen ersten Betriebsmodus, bei dem die wiederaufladbare Batterie (130) jeweils mit dem Verbraucher (NV) und mit dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen (C) elektrisch verbunden ist, um diese jeweils mit einer elektrischen Spannung zu versorgen, und einen zweiten Betriebsmodus, bei dem die wiederaufladbare Batterie (130) sowohl von dem Verbraucher (NV) als auch von dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen (C) elektrisch getrennt ist; wobei die erste Schalteinrichtung (S1) konfiguriert ist, einen durch die erste Schalteinrichtung (S1) fließenden Strom zu erfassen, und einen Wechsel von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus auszulösen, wenn der erfasste Strom einen vorgegebenen Wert überschreitet.Vehicle electrical system (100) for a motor vehicle to provide energy, having: a rechargeable battery (130) which can be electrically connected to a consumer (NV) by a first switching device (S1), a charge storage device for electrical charges (C) which is connected to the consumer (NV) is electrically connected in parallel, a first switching device (S1), which has the following two operating modes: a first operating mode, in which the rechargeable battery (130) is connected to the consumer (NV) and to the charge store for electrical charges (C ) is electrically connected to this each to be supplied with an electrical voltage, and a second operating mode in which the rechargeable battery (130) is electrically separated from both the consumer (NV) and the charge store for electrical charges (C); wherein the first switching device (S1) is configured to detect a current flowing through the first switching device (S1) and to trigger a change from the first operating mode to the second operating mode if the detected current exceeds a predetermined value. Bordnetz nach Anspruch 1, wobei die erste Schalteinrichtung (S1) konfiguriert ist, in Abhängigkeit von dem erfassten Strom eine an der ersten Schalteinrichtung (S1) anliegende Spannung zu ermitteln, und einen Wechsel von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus auszulösen, wenn die ermittelte Spannung einen vorgegebenen Wert unterschreitet.on-board network claim 1 , wherein the first switching device (S1) is configured to determine a voltage present at the first switching device (S1) as a function of the detected current, and to trigger a change from the first operating mode to the second operating mode if the determined voltage reaches a predetermined value falls below Bordnetz nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend einen Widerstand (R), wobei der Widerstand (R) durch eine zweite Schalteinrichtung (S2) elektrisch seriell zu dem Ladungsspeicher (C) zuschaltbar ist; eine zweite Schalteinrichtung (S2), die konfiguriert ist, zu ermitteln, ob an der zweiten Schalteinrichtung (S2) eine Spannung anliegt, wobei die zweite Schalteinrichtung (S2) die folgenden zwei Betriebsmodi aufweist: Einen ersten Betriebsmodus, bei dem der Widerstand (R) elektrisch von dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen (C) getrennt ist; und einen zweiten Betriebsmodus, bei dem der Widerstand (R) elektrisch seriell mit dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen (C) verbunden ist; wobei die zweite Schalteinrichtung (S2) konfiguriert ist, einen Wechsel von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus auszulösen, wenn die Ermittlung ergeben hat, dass an der zweiten Schalteinrichtung (S2) keine Spannung anliegt.on-board network claim 1 or 2 , having a resistor (R), wherein the resistor (R) by a second switching device (S2) can be electrically connected in series with the charge storage device (C); a second switching device (S2), which is configured to determine whether a voltage is present at the second switching device (S2), the second switching device (S2) having the following two operating modes: A first operating mode, in which the resistance (R) is electrically separated from the charge storage device for electrical charges (C); and a second mode of operation in which the resistor (R) is electrically connected in series with the charge storage device for electrical charges (C); wherein the second switching device (S2) is configured to trigger a change from the first operating mode to the second operating mode if the determination has shown that no voltage is present at the second switching device (S2). Bordnetz nach Anspruch 3, wobei die zweite Schalteinrichtung (S2) konfiguriert ist, einen Wechsel in den ersten Betriebsmodus auszulösen, wenn eine Kapazität des Ladungsspeichers für elektrische Ladungen (C) einen vorgegebenen Wert überschreitet.on-board network claim 3 , wherein the second switching device (S2) is configured to trigger a change to the first operating mode when a capacity of the charge storage device for electrical charges (C) exceeds a predetermined value. Bordnetz nach einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend einen elektrischen Spannungswandler (DC/DC), der jeweils mit dem Verbraucher (NV) und einem elektrischer Energiespeicher (140) elektrisch verbunden ist; wobei der elektrische Spannungswandler (DC/DC) konfiguriert ist, eine elektrische Spannung des elektrischen Energiespeichers (140) in eine Spannung zur Versorgung des Verbrauchers (NV) umzuwandeln.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, having an electrical voltage converter (DC / DC), which is electrically connected to the consumer (NV) and an electrical energy store (140); wherein the electrical voltage converter (DC/DC) is configured to convert an electrical voltage of the electrical energy store (140) into a voltage for supplying the consumer (NV). Bordnetz nach Anspruch 5, aufweisend einen elektrischen Energiespeicher (140), der durch eine dritte Schalteinrichtung (S3) mit dem elektrischen Spannungswandler (DC/DC) elektrisch verbindbar ist, eine dritte Schalteinrichtung (S+, S-), wobei die dritte Schalteinrichtung die folgenden zwei Betriebsmodi aufweist: Einen ersten Betriebsmodus, bei dem der elektrische Energiespeicher (140) mit dem elektrischen Spannungswandler (DC/DC) elektrisch verbunden ist, und einen zweiten dritten Betriebsmodus, bei dem der elektrische Energiespeicher (140) von dem elektrischen Spannungswandler (DC/DC) elektrisch getrennt ist.on-board network claim 5 , having an electrical energy store (140), which can be electrically connected to the electrical voltage converter (DC/DC) by a third switching device (S3), a third switching device (S+, S-), the third switching device having the following two operating modes: A first operating mode in which the electrical energy store (140) is electrically connected to the electrical voltage converter (DC/DC), and a second, third operating mode in which the electrical energy store (140) is electrically separated from the electrical voltage converter (DC/DC). is. Bordnetz nach einem der vorherigen Ansprüche 3 bis 6, wobei die erste Schalteinrichtung (S1) und/oder die zweite Schalteinrichtung (S2) ein schaltbares Halbleiterbauelement aufweist.On-board network according to one of the previous ones claims 3 until 6 , wherein the first switching device (S1) and/or the second switching device (S2) has a switchable semiconductor component. Bordnetz nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die wiederaufladbare Batterie (130) eine erste Batteriezelle und der elektrische Energiespeicher (140) eine zweite Batteriezelle aufweist, wobei die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle baugleich ausgebildet sind.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, wherein the rechargeable battery (130) has a first battery cell and the electrical energy store (140) has a second battery cell, the first battery cell and the second battery cell being of identical design. Verfahren zur Energiebereitstellung in einem Bordnetz aufweisend die Schritte: Betreiben eines Bordnetzes (100) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Bordnetz (100) eine wiederaufladbare Batterie (130), die mit einem Verbraucher (NV) elektrisch durch eine erste Schalteinrichtung (S1) verbindbar ist, und einen Ladungsspeicher für elektrische Ladungen, der mit dem Verbraucher (NV) elektrisch parallel verbunden wird, aufweist, Erfassen eines durch die erste Schalteinrichtung (S1) fließenden Stromes durch die erste Schalteinrichtung (S1), Betreiben einer im Bordnetz angeordneten ersten Schalteinrichtung (S1), die in zwei Betriebsmodi betrieben werden kann, wobei in einem ersten Betriebsmodus die wiederaufladbare Batterie (130) jeweils mit dem Verbraucher (NV) und mit dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen elektrisch verbunden wird, um diese jeweils mit einer elektrischen Spannung zu versorgen, und in einem zweiten Betriebsmodus bei dem die wiederaufladbare Batterie (130) sowohl von dem Verbraucher (NV) als auch von dem Ladungsspeicher für elektrische Ladungen (C) elektrisch getrennt wird, Auslösen eines Wechsels von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus durch die erste Schalteinrichtung (S1), wenn der erfasste Strom einen vorgegebenen Wert überschreitet.Method for providing energy in a vehicle electrical system, comprising the steps: Operating a vehicle electrical system (100) for a motor vehicle, the vehicle electrical system (100) having a rechargeable battery (130) which can be electrically connected to a consumer (NV) by a first switching device (S1), and a charge storage device for electrical charges which is is electrically connected in parallel to the consumer (NV), Detection of a current flowing through the first switching device (S1) by the first switching device (S1), Operating a first switching device (S1) arranged in the vehicle electrical system, which can be operated in two operating modes, wherein in a first operating mode the rechargeable battery (130) is electrically connected to the consumer (NV) and to the charge store for electrical charges in order to each to be supplied with an electrical voltage, and in a second operating mode in which the rechargeable battery (130) is electrically separated from both the consumer (NV) and the charge storage device for electrical charges (C), Triggering a change from the first operating mode to the second operating mode by the first switching device (S1) when the detected current exceeds a predetermined value.
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