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WO2013107560A1 - Bordnetz mit gleichspannungswandler, steuereinrichtung und zugehöriges betriebsverfahren - Google Patents

Bordnetz mit gleichspannungswandler, steuereinrichtung und zugehöriges betriebsverfahren Download PDF

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Publication number
WO2013107560A1
WO2013107560A1 PCT/EP2012/074439 EP2012074439W WO2013107560A1 WO 2013107560 A1 WO2013107560 A1 WO 2013107560A1 EP 2012074439 W EP2012074439 W EP 2012074439W WO 2013107560 A1 WO2013107560 A1 WO 2013107560A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
converter
voltage
operating mode
subnetwork
electrical system
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/074439
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Jacob
Stephan Mietens
Marc Eschenhagen
Axel Reuter
Matthias Schmidt
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2013107560A1 publication Critical patent/WO2013107560A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for

Definitions

  • the present invention relates to a two or more voltage electrical system with a DC-DC converter, a control device for such a
  • Two- or multi-voltage electrical systems for motor vehicles are used, for example, when consumers with different power consumption are to be supplied in a motor vehicle.
  • two-voltage vehicle systems which have a first subnetwork and a second subnetwork.
  • the first subnet is operated with a higher target voltage value than the second subnet.
  • the second subnet 12 V set as a target voltage value.
  • the electrical system is usually designed as a direct voltage network.
  • the subnetwork with a higher nominal voltage value is also referred to as a high voltage (partial) network, and the subnetwork with a lower nominal voltage value is also referred to as a low voltage subnetwork.
  • DC-DC converter can supply the low-voltage sub-network with electrical energy from the high-voltage sub-network.
  • DC-DC converters can be designed as galvanically isolated converters, but this is functional not mandatory.
  • Corresponding DC-DC converters can be installed as a separate device with a separate housing or in a housing together with a pulse inverter or a battery, so that there is a compact unit for providing two voltage levels.
  • an attenuator for example a battery connected there or a corresponding capacitor
  • the power supply in this sub-network may only be maintained with difficulty due to considerable voltage fluctuations.
  • Load connections and disconnections for example, lead to voltage fluctuations there, which, depending on the gradients of the load changes, lead to destabilization of the vehicle electrical system.
  • the usually provided generator control can usually not correct load jumps fast enough.
  • the high-voltage sub-network, and thus possibly also the low-voltage sub-network (the latter by degradation of the DC-DC converter) can therefore get into overvoltage when connecting a consumer in undervoltage and when switching off a consumer.
  • the proposed measures make it possible, in the case of loss of a battery or a capacitor, more generally an attenuator, especially in the high voltage subnet, to couple the subnet directly via the DC-DC converter, so that an attenuator, for example.
  • the DC-DC converter is not, as it corresponds to the normal function of a DC-DC converter, operated unidirectionally or bidirectionally, but controlled by. In this case, the converter establishes a direct connection between the two subnetworks.
  • This operating mode is referred to in this application as "second mode", the regular operation as a downward and / or up-converter as "first mode”. If such a DC-DC converter is controlled, currents are transmitted equally between subnets in both directions and both subnetworks are directly electrically connected to each other.
  • a corresponding DC-DC converter can be configured according to the invention to switch over from the first operating mode to the second operating mode on the basis of a drive signal.
  • it can also be provided to design a DC-DC converter in such a way that it can be used by means of continuously monitors the voltage values at its terminals (connections) to both subnetworks.
  • a corresponding DC-DC converter can therefore autonomously either switch from the first operating mode to the second operating mode or cancel a direct electrical coupling between the two subnets, ie switch back from the second operating mode into the first operating mode.
  • Such a DC-DC converter can also be operated without a control device.
  • An external monitoring of the vehicle electrical system by means of a control device makes it possible to continue to use existing voltage measuring devices, which are evaluated by a corresponding control device.
  • the actual voltage values in both subnetworks are continuous, i. Over a defined (also sliding) period to monitor and determine based on predefined criteria that switching from the first mode of operation in the second mode of operation is required. This can be done, for example, when fluctuations in the actual voltage values in one or in both subnetworks, in particular in the high voltage subnetwork, exceed a defined limit.
  • a DC-DC converter provided according to the invention switches from the first operating mode to the second operating mode, the high-voltage sub-network can thus be operated with the voltage of the low-voltage sub-network. Even if the corresponding voltage value does not correspond to the nominal voltage value of the high-voltage subnetwork, at least one emergency operation can thereby be maintained. Due to the damping effect of the battery in the low-voltage subnetwork, the system no longer passes easily into overvoltage or undervoltage, but allows continuous operation.
  • the method according to the invention enables its operation.
  • An omission of an attenuator in the high-voltage subnet does not necessarily lead to a total system failure.
  • the operation according to the invention thus provides a fallback level, which maintains a subsystem, namely the high-voltage subnetwork, functionally for an emergency operation of a vehicle in order to prevent the vehicle from being left behind. It thus at least makes it possible to approach the nearest workshop or service center, where a corresponding damage can be remedied.
  • the components connected to the high-voltage subnetwork are designed such that they allow an emergency operation with a correspondingly lower voltage value, at least for a certain time or with limited functionality.
  • An emergency operation may also include switching off certain components which are not absolutely necessary for the basic functions of the vehicle in order to reduce the power requirement in the electrical system.
  • an advantageous method may also include that if the DC-DC converter is in the second
  • the generator or a rectifier associated therewith is at the same time reduced to the nominal voltage value of the low voltage subnet.
  • the generator supplies the setpoint voltage value of the low-voltage subnetwork and can thus supply the high-voltage subnetwork and the low-voltage subnetwork with this voltage.
  • the low voltage subnet does not get into overvoltage.
  • an emergency operation can also include a setting of the corresponding voltage value to an intermediate value which lies between that of the high and the low voltage subnetwork.
  • An arithmetic unit according to the invention for example a control unit of a motor vehicle, is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.
  • Suitable data carriers for providing the computer program are in particular hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs or DVDs. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
  • FIG. 1 shows a vehicle electrical system according to the prior art in a schematic representation.
  • FIG. 2 shows a vehicle electrical system according to an embodiment of the invention in FIG.
  • FIG. 3 shows a vehicle electrical system according to a further embodiment of the invention in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows a vehicle electrical system according to the prior art in a schematic representation.
  • the electrical system is designated 100 in total. It has a first subnetwork 10 and a second subnetwork 20, wherein the first subnetwork 10 in the present case is for operation with a DC voltage having a higher
  • Set voltage value is set as the second sub-network 20. All components are designed for the corresponding voltage values.
  • the setpoint voltage value is 48 V in the first subnetwork 10 and 12 V in the second subnetwork 20. This is illustrated by the different representation of the batteries 1 1, 21 arranged in the first subnetwork 10 and the second subnetwork 20. At least one storage capacitor may be provided instead of or in addition to one of the batteries 1 1, 21.
  • a schematically illustrated consumer 12 is provided there, which can be switched on or off.
  • an electrical machine 13 is shown, which is designed as a generator. About the electrical
  • Machine can be fed by means of a pulse changer or rectifier 14, a DC voltage signal in the first sub-network 10.
  • the electric machine 13 is provided with a corresponding control, which, for example, also acts on the pulse inverter 14 and allows control of the voltage level of the voltage provided by the electric machine 13. Due to the design of the electric machine 13 and / or the pulse inverter 14, these units are set up to supply the first subsystem 10 with the first voltage.
  • a consumer 22 is also provided in addition to the battery 21, which, as explained above, can be switched on or off.
  • a starter 23 is provided, which can be used to start an internal combustion engine at startup.
  • the first subnetwork 10 and the second subnetwork 20 are interconnected via a DC-DC converter 300 of conventional design.
  • This DC-DC converter 300 acts in the present case as a buck converter and takes a conversion of the first voltage of the first subnetwork 10 in the second
  • the battery 1 1 acts as an attenuator. This means that by means of the battery 1 1 even when switching on and off of loads such. of the consumer 12, and / or in the case of a lack of dynamics of an electrical machine 13 or the pulse inverter 14, voltage peaks or voltage dips can be intercepted. If the battery 1 1 fails, corresponding fluctuations fully impact on the consumer and it comes to the problems discussed above.
  • DC-DC converter 300 can not compensate for these variations.
  • the electrical system 2 shows a vehicle electrical system according to a particularly preferred embodiment of the invention in a schematic representation.
  • the electrical system is designated overall by 1.
  • the electrical system 1 has the essential components, as they have already been explained above with respect to the electrical system 100.
  • the elements of the two subnetworks 10 and 20 are identical to those previously explained.
  • the DC-DC converter 30 is adapted to switch from a first operating mode in which it is operated as a buck converter to a second operating mode in which it establishes a direct electrical connection between the subnetworks 10 and 20.
  • the DC-DC converter 30 is shown here as an electrically non-separated DC-DC converter 30.
  • the DC-DC converter 30 has active switching elements 31, 32, which are driven accordingly can.
  • a voltage side arranged switching element 31 is referred to herein as a so-called “highside” switching element, a mass side arranged switching element 32 as a so-called “lowside” -Schaltelement.
  • the high-side switching element is fully controlled and the subnets 10, 20 are thus directly or via a
  • a DC-DC converter 30 can autonomously switch between the operating states. However, as explained above, it may also be advantageous to provide a control device 40 which carries out a corresponding monitoring or control.
  • a control device 40 has an evaluation unit 43 and a control unit 44.
  • the evaluation unit 43 is connected, for example, via corresponding signal lines 41 'and 42' to voltage measuring devices 41 and 42 in the subnetworks 10 and 20. If the evaluation device determines that an attenuator in the high-voltage subnetwork, such as the battery 1 1, has failed, it can instruct the actuation device 44 to output a control signal via a control line 44 '. This causes the DC-DC converter 30 establishes a direct connection between the sub-networks 10, 20.
  • the determination of a corresponding error state can be carried out, for example, by temporal evaluation of voltage signals and the detection of excessive voltage fluctuations and / or the evaluation of error signals.
  • the controller 40 may also have generator control, e.g. a regulation of the electric machine 13, adapt such that the corresponding generator or a pulse inverter 14 tunes to the target voltage value of the sub-network 20.
  • the control device 14, or its evaluation unit 43 can continuously evaluate the voltage and detect corresponding voltage fluctuations.
  • FIG. 3 shows a vehicle electrical system according to a further particularly preferred embodiment of the invention and also designated 1.
  • Vehicle electrical system of Figure 3 differs from that of Figure 2 only by the design of the DC-DC converter 30.
  • a corresponding control device 40 may also be provided here, but is not shown for clarity.
  • the DC-DC converter 30 is formed as a galvanically isolated DC-DC converter 30 having two galvanically isolated units 34, 35.
  • a switching element or switch 36 is provided, which can be controlled either autonomously or in accordance with a control by a control device 40, to provide the second operating mode.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

Beschreibung Titel
Bordnetz mit Gleichspannungswandler, Steuereinrichtung und zugehöriges Betriebsverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zwei- oder Mehrspannungsbordnetz mit einem Gleichspannungswandler, eine Steuereinrichtung für ein derartiges
Bordnetz und ein zugehöriges Betriebsverfahren.
Stand der Technik
Zwei- oder Mehrspannungsbordnetze für Kraftfahrzeuge werden beispielsweise dann eingesetzt, wenn in einem Kraftfahrzeug Verbraucher mit unterschiedlicher Leistungsaufnahme zu versorgen sind. Typischerweise werden hierbei Zwei- spannungsbordnetze verwendet, die ein erstes Teilnetz und ein zweites Teilnetz aufweisen. Das erste Teilnetz wird mit einem höheren Sollspannungswert betrieben als das zweite Teilnetz. Beispielsweise werden im ersten Teilnetz 48 V als Sollspannungswert, im zweiten Teilnetz 12 V als Sollspannungswert vorgegeben. Das Bordnetz ist in der Regel als Gleichspannungsnetz ausgebildet. Das Teilnetz mit höherem Sollspannungswert wird auch als Hochspannungs(teil)netz, das Teilnetz mit niedrigerem Sollspannungswert auch als Niederspannungsteilnetz bezeichnet.
Häufig wird nur eines der Teilnetze, z.B. mit einem Generator, direkt mit Spannung versorgt und das andere Teilnetz über einen geeigneten Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) angebunden. Beispielsweise kann der Gleichspannungswandler dabei das Niederspannungsteilnetz mit elektrischer Energie aus dem Hochspannungsteilnetz versorgen. Gleichspannungswandler können als galvanisch getrennte Wandler ausgebildet sein, dies ist funktional jedoch nicht zwingend erforderlich. Entsprechende Gleichspannungswandler können als eigenständiges Gerät mit separatem Gehäuse oder in einem Gehäuse gemeinsam mit einem Pulswechselrichter oder einer Batterie verbaut werden, so dass sich eine kompakte Einheit zur Bereitstellung zweier Spannungsebenen ergibt.
Fällt im Hochspannungsteilnetz ein Dämpfungsglied (zum Beispiel eine dort angeschlossene Batterie oder ein entsprechender Kondensator) aus, kann die Energieversorgung in diesem Teilnetz aufgrund erheblicher Spannungsschwankungen unter Umständen nur erschwert aufrecht erhalten werden. So führen bei- spielsweise Lastzu- und -abschaltungen dort zu Spannungsschwankungen, welche abhängig von den Gradienten der Laständerungen zu einer Destabilisierung des Bordnetzes führen. Die üblicherweise vorgesehene Generatorregelung kann in der Regel Lastsprünge nicht ausreichend schnell ausregeln. Das Hochspannungsteilnetz, und damit unter Umständen auch das Niederspannungsteilnetz (letzteres durch Degradation des Gleichspannungswandlers) können daher beim Zuschalten eines Verbrauchers in Unterspannung und beim Abschalten eines Verbrauchers in Überspannung geraten. Dies hat beispielsweise zur Folge, dass entweder die Berührspannungsgrenze von 60 V nicht eingehalten werden kann oder eine Überspannungsschutzschaltung übermäßig belastet wird. Je nach vorgesehener Regelstrategie können Spannungsschwankungen zu Ausfällen von Verbrauchern oder des gesamten Hochspannungsteilnetzes führen. Elektrisch erregte Maschinen, die typischer- weise an das Hochspannungsteilnetz angeschlossen sind, können im spannungslosen Zustand nicht ohne Weiteres angeschaltet werden.
Man kann einen Gleichspannungswandler zur Stabilisierung der Spannungsversorgung des Niederspannungsnetzes verwenden. Die wechselseitige Versorgung von Teilnetzen über bidirektionale oder wechselweise schaltbare unidirektionale
Wandler ist beispielsweise aus der DE 101 19 985 A1 bekannt. Es besteht jedoch weiterhin der Bedarf nach verbesserten Möglichkeiten zur Stabilisierung entsprechender Spannungen, insbesondere bei Ausfall von Dämpfungsgliedern, wie Batterien oder Kondensatoren.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Bordnetz mit einem Gleichspannungswandler, eine Steuereinrichtung für ein derartiges Bordnetz sowie ein zugehöriges Betriebsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die vorgeschlagenen Maßnahmen ermöglichen es, im Fall des Verlustes einer Batterie oder eines Kondensators, allgemeiner eines Dämpfungsglieds, insbesondere im Hochspannungsteilnetz, die Teilnetzte über den Gleichspannungswandler direkt zu koppeln, so dass ein Dämpfungsglied, bspw. die Batterie oder ein Kondensator, im Niederspannungsteilnetz als Dämpfungsglied für die Komponenten im Hochspannungsteilnetz, z.B. einen Generator und die entsprechenden Verbraucher, wirken kann.
Der Gleichspannungswandler wird hierbei nicht, wie es der normalen Funktion eines Gleichspannungswandlers entspricht, uni- oder bidirektional betrieben, sondern durchgesteuert. Der Wandler stellt in diesem Fall eine direkte Verbindung zwischen den beiden Teilnetzen her. Dieser Betriebsmodus wird im Rahmen dieser Anmeldung als "zweiter Betriebsmodus" bezeichnet, der reguläre Betrieb als Abwärts- und/oder Aufwärtswandler als "erster Betriebsmodus". Wird ein derartiger Gleichspannungswandler durchgesteuert, werden Ströme gleichberechtigt in beide Richtungen zwischen Teilnetzen übertragen und beide Teilnetze sind direkt elektrisch miteinander verbunden.
Ein entsprechender Gleichspannungswandler kann erfindungsgemäß dafür eingerichtet sein, auf Grundlage eines Ansteuersignais von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus umzuschalten. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, einen Gleichspannungswandler derart auszubilden, dass er mittels ent- sprechender Uberwachungsmittel kontinuierlich die Spannungswerte an seinen Klemmen (Anschlüssen) zu beiden Teilnetzen überwacht. Ein entsprechender Gleichspannungswandler kann daher autonom entweder von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus umschalten oder eine direkte elektrische Kopplung zwischen beiden Teilnetzen aufheben, d.h. von dem zweiten Betriebsmodus zurück in den ersten Betriebsmodus schalten. Ein derartiger Gleichspannungswandler kann auch ohne eine Steuereinrichtung betrieben werden.
Eine externe Überwachung der Bordnetze mittels einer Steuereinrichtung ermöglicht es demgegenüber, vorhandene Spannungsmesseinrichtungen weiter zu nutzen, die durch eine entsprechende Steuereinrichtung ausgewertet werden. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, die Istspannungswerte in beiden Teilnetzen kontinuierlich, d.h. über einen definierten (auch gleitenden) Zeitraum zu überwachen und anhand vordefinierter Kriterien festzustellen, dass ein Umschalten von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus erforderlich ist. Dies kann beispielsweise dann erfolgen, wenn Schwankungen in den Istspannungswerten in einem oder in beiden Teilnetzen, insbesondere in dem Hochspannungsteilnetz, eine definierte Grenze überschreiten.
Schaltet ein erfindungsgemäß vorgesehener Gleichspannungswandler von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus um, kann damit das Hochspannungsteilnetz mit der Spannung des Niederspannungsteilnetzes betrieben werden. Auch wenn der entsprechende Spannungswert nicht dem Sollspannungswert des Hochspannungsteilnetzes entspricht, kann hierdurch zumindest ein Notbetrieb aufrecht erhalten werden. Aufgrund der Dämpfungswirkung der Batterie im Niederspannungsteilnetz gelangt das System nicht mehr ohne Weiteres in Über- oder Unterspannung, sondern erlaubt einen kontinuierlichen Betrieb.
Insbesondere wenn im Hochspannungsteilnetz eine elektrische Maschine angeordnet ist, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren deren Betrieb. Ein Wegfall eines Dämpfungsglieds im Hochspannungsteilnetz führt damit nicht mehr notwendigerweise zum totalen Systemausfall. Der erfindungsgemäße Betrieb stellt damit eine Rückfallebene bereit, die ein Teilsystem, nämlich das Hochspannungsteilnetz, funktional für einen Notbetrieb eines Fahrzeugs aufrechterhält, um das Liegenbleiben eines Fahrzeugs zu verhindern. Sie ermöglicht damit zumindest noch das Anfahren der nächstgelege- nen Werkstatt oder eines Servicezentrums, wo ein entsprechender Schaden behoben werden kann. Vorteilhafterweise sind hierbei die an das Hochspannungsteilnetz angeschlossenen Komponenten so ausgebildet, dass sie einen Notbetrieb mit einem entsprechend geringeren Spannungswert zumindest für eine gewisse Zeit oder mit eingeschränkter Funktionalität zulassen. Ein Notbetrieb kann dabei auch umfassen, bestimmte, für die Grundfunktionen des Fahrzeugs nicht unbedingt erforderliche Komponenten abzuschalten, um den Leistungsbedarf im Bordnetz zu reduzieren.
Ist im Hochspannungsteilnetz ein Generator verbaut, kann ein vorteilhaftes Ver- fahren auch umfassen, dass, wenn der Gleichspannungswandler in den zweiten
Betriebsmodus umschaltet, der Generator oder ein diesem zugeordneter Gleichrichter zugleich auf den Sollspannungswert des Niederspannungsteilnetzes abgeregelt wird. Hierdurch liefert der Generator den Sollspannungswert des Niederspannungsteilnetzes und kann damit das Hochspannungsteilnetz und das Niederspannungsteilnetz mit dieser Spannung versorgen. Das Niederspannungsteilnetz gerät damit nicht in Überspannung.
Auch Zwischenkonfigurationen sind möglich. So kann ein Notbetrieb auch eine Einstellung des entsprechenden Spannungswerts auf einen Zwischenwert um- fassen, die zwischen jenem des Hoch- und des Niederspannungsteilnetzes liegt.
Es sei betont, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen nicht auf die Verwendung in Bordnetzen mit zwei Teilnetzen beschränkt sind, sondern grundsätzlich auch zur Wandlung von Spannungen auf mehreren Spannungs- ebenen Verwendung finden können. Gleichfalls ist die Erfindung nicht auf den
Einsatz in Kraftfahrzeugen beschränkt, sondern in allen Zwei- oder Mehrspannungsnetzen verwendbar, beispielsweise auch bei Booten, Flugzeugen, Schienenfahrzeugen und dergleichen. Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. eines Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs oder DVDs. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt ein Bordnetz gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung.
Figur 2 zeigt ein Bordnetz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in
schematischer Darstellung.
Figur 3 zeigt ein Bordnetz gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. Ausführungsform(en) der Erfindung
In den nachfolgenden Figuren sind jeweils Bordnetze bzw. Bordnetzsysteme dargestellt, von denen zwei Spannungsebenen gezeigt sind. Diese können, wie zuvor erläutert, auch weitere, nicht dargestellte Spannungsebenen umfassen. Die Bordnetze sind mit den für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Komponenten dargestellt, wobei gleiche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben sind. Auf eine wiederholte Erläuterung wird der Übersichtlichkeit halber verzichtet.
Figur 1 zeigt ein Bordnetz gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung. Das Bordnetz ist insgesamt mit 100 bezeichnet. Es verfügt über ein erstes Teilnetz 10 und ein zweites Teilnetz 20, wobei das erste Teilnetz 10 im vor- liegenden Fall für einen Betrieb mit einer Gleichspannung mit einem höheren
Sollspannungswert eingerichtet ist als das zweite Teilnetz 20. Sämtliche Komponenten sind für die entsprechenden Spannungswerte ausgelegt. Beispielsweise beträgt der Sollspannungswert 48 V im ersten Teilnetz 10 und 12 V im zweiten Teilnetz 20. Dies ist durch die unterschiedliche Darstellung der in dem ersten Teilnetz 10 und dem zweiten Teilnetz 20 angeordneten Batterien 1 1 , 21 veranschaulicht. Mindestens ein Speicherkondensator kann statt oder zusätzlich zu einer der Batterien 1 1 , 21 vorgesehen sein. Neben der Batterie 1 1 in dem ersten Teilnetz 10 ist dort ein schematisch dargestellter Verbraucher 12 vorgesehen, der zu- oder abgeschaltet werden kann. Im ersten Teilnetz 10 ist eine elektrische Maschine 13 dargestellt, die als Generator ausgebildet ist. Über die elektrische
Maschine kann mittels eines Pulswechsel- bzw. Gleichrichters 14 ein Gleichspannungssignal in das erste Teilnetz 10 eingespeist werden.
Die elektrische Maschine 13 ist mit einer entsprechenden Regelung versehen, die beispielsweise auch auf den Pulswechselrichter 14 einwirkt und eine Regelung des Spannungsniveaus der durch die elektrische Maschine 13 bereitgestellten Spannung ermöglicht. Durch die Auslegung der elektrischen Maschine 13 und/oder des Pulswechselrichters 14 sind diese Einheiten dafür eingerichtet, das erste Teilnetz 10 mit der ersten Spannung zu versorgen. Im zweiten Teilnetz 20 ist neben der Batterie 21 ebenfalls ein Verbraucher 22 vorgesehen, der, wie zuvor erläutert, zu- oder abgeschaltet werden kann. Im zweiten Teilnetz 20 ist beispielsweise ein Starter 23 vorgesehen, der zum Starten einer Brennkraftmaschine beim Start verwendet werden kann.
Das erste Teilnetz 10 und das zweite Teilnetz 20 sind über einen Gleichspannungswandler 300 herkömmlicher Bauart miteinander verbunden. Dieser Gleichspannungswandler 300 wirkt im vorliegenden Fall als Abwärtswandler und nimmt eine Umwandlung der ersten Spannung des ersten Teilnetzes 10 in die zweite
Spannung des zweiten Teilnetzes 20, beispielsweise also von dem durch die elektrische Maschine 13 und den Pulswechselrichter 14 bereitgestellten Spannungswert von 48 V auf den im zweiten Teilnetz benötigte Spannungswert von 12 V vor. Im ersten Teilnetz 10 wirkt die Batterie 1 1 als Dämpfungsglied. Dies bedeutet, dass mittels der Batterie 1 1 auch bei Zu- und Abschalten von Lasten, wie z.B. des Verbrauchers 12, und/oder bei einer mangelnden Dynamik einer elektrischen Maschine 13 bzw. des Pulswechselrichters 14, Spannungsspitzen oder Spannungseinbrüche abgefangen werden können. Fällt die Batterie 1 1 aus, schlagen entsprechende Schwankungen voll auf die Verbraucher durch und es kommt zu den zuvor erläuterten Problemen. Der herkömmlich ausgebildete
Gleichspannungswandler 300 kann diese Schwankungen nicht ausgleichen.
Die Figur 2 zeigt ein Bordnetz gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. Das Bordnetz ist insgesamt mit 1 bezeichnet. Das Bordnetz 1 verfügt über die wesentlichen Komponenten, wie sie bereits zuvor in Bezug auf das Bordnetz 100 erläutert wurden. Die Elemente der beiden Teilnetze 10 und 20 sind identisch zu den zuvor erläuterten. Abweichend vom Bordnetz 100 ist der Gleichspannungswandler 30 jedoch dafür eingerichtet, von einem ersten Betriebsmodus, in dem er als Abwärtswandler betrieben wird, in einen zweiten Betriebsmodus umzuschalten, in dem er eine direkte elektrische Verbindung zwischen den Teilnetzen 10 und 20 herstellt. Der Gleichspannungswandler 30 ist hier als galvanisch nicht getrennter Gleichspannungswandler 30 dargestellt. Neben anderen Bauteilen verfügt der Gleichspannungswandler 30 über aktive Schaltelemente 31 , 32, die entsprechend angesteuert werden können. Ein spannungsseitig angeordnetes Schaltelement 31 wird hierbei als sogenanntes "highside"-Schaltelement, ein masseseitig angeordnetes Schaltelement 32 als sogenanntes "lowside"-Schaltelement bezeichnet. Zur Bereitstellung des zweiten Betriebsmodus wird z.B. das highside- Schaltelement voll durchgesteuert und die Teilnetze 10, 20 werden damit direkt, bzw. über eine
Koppelinduktivität 33, verbunden.
Ein Gleichspannungswandler 30 kann autonom zwischen den Betriebszuständen umschalten. Es kann jedoch, wie zuvor erläutert, auch vorteilhaft sein, eine Steu- ereinrichtung 40 bereitzustellen, die eine entsprechende Überwachung oder An- steuerung vornimmt. Eine Steuereinrichtung 40 verfügt hierzu über eine Auswerteeinheit 43 und eine Ansteuereinheit 44. Die Auswerteeinheit 43 ist beispielsweise über entsprechende Signalleitungen 41 ' und 42' mit Spannungsmesseinrichtungen 41 und 42 in den Teilnetzen 10 und 20 verbunden. Stellt die Aus- Werteeinrichtung fest, dass ein Dämpfungsglied im Hochspannungsteilnetz, wie beispielsweise die Batterie 1 1 , ausgefallen ist, kann sie die Ansteuereinrichtung 44 dazu anweisen, ein Ansteuersignal über eine Ansteuerleitung 44' auszugeben. Dieses bewirkt, dass den Gleichspannungswandler 30 eine direkte Verbindung zwischen den Teilnetzen 10, 20 herstellt.
Die Feststellung eines entsprechenden Fehlerzustands kann beispielsweise auch durch zeitliche Auswertung von Spannungssignalen und die Feststellung von übermäßigen Spannungsschwankungen und/oder die Auswertung von Fehlersignalen vorgenommen werden. Gleichzeitig kann die Steuereinrichtung 40 auch eine Generatorregelung, z.B. eine Regelung der elektrischen Maschine 13, derart anpassen, dass der entsprechende Generator oder ein Pulswechselrichter 14 auf den Sollspannungswert des Teilnetzes 20 abregelt. Die Steuereinrichtung 14, bzw. ihre Auswerteeinheit 43 kann die Spannung kontinuierlich auswerten und entsprechende Spannungsschwankungen detektieren.
In Figur 3 ist ein Bordnetz gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt und ebenfalls mit 1 bezeichnet. Das
Bordnetz der Figur 3 unterscheidet sich von jenem der Figur 2 lediglich durch die Bauart des Gleichspannungswandlers 30. Eine entsprechende Steuereinrichtung 40 kann hier ebenfalls vorgesehen sein, ist jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. In der Figur 3 ist der Gleichspannungswandler 30 als galvanisch getrennter Gleichspannungswandler 30 ausgebildet, der zwei galvanisch getrennte Einheiten 34, 35 aufweist. Zur Überbrückung der galvanischen Trennung ist ein Schaltelement bzw. Schalter 36 vorgesehen, der, entweder autonom oder nach Maßgabe einer Ansteuerung durch eine Steuereinrichtung 40, zur Bereitstellung des zweiten Betriebsmodus durchgesteuert werden kann.

Claims

Ansprüche
1 . Bordnetz (1 ), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens zwei Teilnetzen (10, 20), von denen ein erstes Teilnetz (10) dafür eingerichtet ist, mit einer ersten Gleichspannung betrieben zu werden, und ein zweites Teilnetz (20) dafür eingerichtet ist, mit einer zweiten Gleichspannung betrieben zu werden, wobei die erste und die zweite Gleichspannung unterschiedliche Sollspannungswerte aufweisen, und wobei das erste Teilnetz (10) und das zweite Teilnetz (20) über einen Gleichspannungswandler (30) miteinander verbunden sind, der dafür eingerichtet ist, zumindest in einem ersten Betriebsmodus, in dem er die erste Gleichspannung in die zweite Gleichspannung und/oder die zweite Gleichspannung in die erste Gleichspannung umwandelt, und in einem zweiten Betriebsmodus, in dem er eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem ersten Teilnetz (10) und dem zweiten Teilnetz (20) herstellt, betrieben zu werden.
2. Bordnetz (1 ) nach Anspruch 1 , bei dem der Gleichspannungswandler (30) als galvanisch nicht getrennter Wandler ausgebildet ist und wenigstens ein ansteuerbares Schaltelement (31 , 32) aufweist, wobei der Wandler durch dauerhaftes Ansteuern des wenigstens einen Schaltelements (31 ) in dem zweiten Betriebsmodus betreibbar ist.
3. Bordnetz (1 ) nach Anspruch 1 , bei dem der Gleichspannungswandler (30) als galvanisch getrennter Wandler ausgebildet ist und einen die galvanische Trennung überbrückenden Schalter (36) aufweist, wobei der Wandler durch dauerhaftes Schließen des Schalters (36) in dem zweiten Betriebsmodus betreibbar ist
4. Bordnetz (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Gleichspannungswandler (30) dafür eingerichtet ist, auf Grundlage einer an seinen Anschlüssen detektierten Spannung automatisch von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus umzuschalten.
Bordnetz (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Gleichspannungswandler (30) dafür eingerichtet ist, auf Grundlage eines Ansteuersignais von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus umzuschalten.
Steuereinrichtung (40) für ein Bordnetz (1 ) nach Anspruch 5, die eine Erfassungseinheit (43), die dafür eingerichtet ist, einen Istspannungswert der ersten und/oder der zweiten Gleichspannung zu erfassen, und eine Ansteuer- einrichtung (44), die dafür eingerichtet ist, das Ansteuersignal für den Gleichspannungswandler (30) auf Grundlage der Erfassung bereitzustellen, aufweist.
Verfahren zum Betrieb eines Bordnetze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere mit einer Steuereinrichtung (40) nach Anspruch 6, das um- fasst, einen Istspannungswert der ersten und/oder der zweiten Gleichspannung zu erfassen, wobei der Gleichspannungswandler (30), in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird, wenn der Istspannungswert der ersten und/oder zweiten Gleichspannung einem Sollspannungswert entspricht, und der Gleichspannungswandler (30) in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, wenn der Istspannungswert der ersten und/oder zweiten Gleichspannung wenigstens zeitweise dem Sollspannungswert nicht entspricht.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Istspannungswert in dem Gleichspannungswandler (30) erfasst wird und der Gleichspannungswandler auf Grundlage der Erfassung automatisch von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus oder von dem zweiten in den ersten Betriebsmodus umschaltet.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem der Istspannungswert in einer Steuereinrichtung (40), insbesondere gemäß Anspruch 6, erfasst wird und der Gleichspannungswandler auf Grundlage eines Ansteuersignais der Steuereinrichtung (40) auf Grundlage der Erfassung automatisch von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus oder von dem zweiten in den ersten Betriebsmodus umgeschaltet wird.
Recheneinheit, die dafür eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9 durchzuführen.
Computerprogramm mit auf einem computerlesbaren Datenträger gespeicherten Programmcodemitteln, die einen Computer oder eine entsprechenden Recheneinheit veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9 durchzuführen, wenn sie auf dem Computer oder einer Recheneinheit, insbesondere nach Anspruch 10, ausgeführt werden.
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