Steuerung für ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben der Steuerung

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, wobei das Bordnetz mit einem ersten Teilbordnetz mit einem ersten Energiespeicher, insbesondere einer Leistungsbatterie, einem zweiten Teilbordnetz mit einem zweiten Energiespeicher, insbesondere einer Batterie, einem DC/DC-Wandler, der das erste Teilbordnetz mit dem zweiten Teilbordnetz verbindet, und einem Generator ausgebildet ist, wobei die Steuerung mit einer ersten Schaltvorrichtung zum Koppeln des Generators mit dem ersten Teilbordnetz ausgebildet ist. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Steuerung und auf ein Computerprogrammprodukt.

Es sind Steuerungen für ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei das Bordnetz mit zumindest zwei Teilbordnetzen realisiert ist, die mit jeweils unterschiedlichen Betriebsspannungen betrieben werden. Dabei kann ein erstes Teilbordnetz mit einer vergleichsweise hohen ersten Betriebsspannung, beispielsweise etwa 14 V bis 42 V, und ein zweites Teilbordnetz mit einer niedrigen zweiten Betriebsspannung, beispielsweise etwa 14 V, betrieben werden. Dabei wird ein Starter einer Brennkraftmaschine für einen besseren Wirkungsgrad von dem ersten Teilbordnetz mit der höheren ersten Betriebsspannung versorgt, während herkömmliche Bordnetzverbraucher von dem zweiten Teilbordnetz mit elektrischer Energie, insbesondere bei einer Betriebsspannung von etwa 14 V, versorgt werden. Außerdem ist bekannt, dass beide Teilbordnetze mit einem separaten Energiespeicher, also das erste Teilbordnetz mit einem ersten Energiespeicher, beispielsweise mit einer Leistungsbatterie, und das zweite Teilbordnetz mit einem zweiten Energiespeicher, beispielsweise mit einer Batterie, ausgebildet sind. Mit einem durch die Brennkraftma- schine angetriebenen Generator, der, insbesondere mittels einer Schaltvorrichtung der

Steuerung, mit dem ersten Teilbordnetz gekoppelt ist, wird das Bordnetz mit der höheren ersten Betriebsspannung gespeist und es kann auch der erste Energiespeicher geladen werden. Das zweite Teilbordnetz ist über einen DC/DC-Wandler mit dem ersten Teilbordnetz verbunden und wird mit elektrischer Energie versorgt, indem die hohe ers- te Betriebsspannung des ersten Teilbordnetzes mit dem DC/DC-Wandler zur niedrigen zweiten Betriebsspannung des zweiten Teilbordnetzes gewandelt wird. Dabei wird auch der zweite Energiespeicher, insbesondere die Batterie, über den DC/DC-Wandler geladen. Besonders bei einem Kraftfahrzeug mit einem Start-Stopp-System für einen Start-

Stopp-Betriebsmodus können ein Starter der Brennkraftmaschine in dem ersten Teilbordnetz und weitere Bordnetzverbraucher in dem zweiten Teilbordnetz im Wesentlichen aus den separaten Energiespeichern gespeist werden, sodass während einem Start der Brennkraftmaschine, bei dem eine hohe elektrische Leistung für den Starter benötigt wird, ein Spannungseinbruch in dem zweiten Teilbordnetz reduziert wird, indem dieses durch den zweiten Energiespeicher gestützt wird, während der Starter im Wesentlichen aus dem ersten Energiespeicher gespeist wird.

Ferner kann mit der Steuerung der Generator über die Schaltvorrichtung von dem ers- ten Teilbordnetz getrennt werden, beispielsweise für einen Betriebsmodus„passives

Boosten" des Kraftfahrzeugs, bei dem keine elektrische Energie aus dem Generator entnommen wird, sodass ein größerer Anteil der von der Brennkraftmaschine umgesetzten Energie als Bewegungsenergie des Kraftfahrzeugs genutzt wird. Ferner ist bekannt, dass für eine Rekuperation, beispielsweise beim Bremsen des

Kraftfahrzeugs, Bewegungsenergie mit dem Generator in elektrische Energie, und zwar für einen hohen Wirkungsgrad insbesondere bei der hohen ersten Betriebsspannung des ersten Teilbordnetzes, umgewandelt und im Wesentlichen in dem ersten E- nergiespeicher gespeichert wird. Die DE 102 51 589 A1 beschreibt ein Bordnetz mit zwei Teilbordnetzen mit jeweils einem Energiespeicher. Zur sicheren Versorgung eines Verbrauchers an einem der Teilbordnetze ist dieser über zwei durch Entkopplungsmittel jeweils entkoppelbare Versorgungswege mit einer Versorgungsspannung beaufschlagbar.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Steuerung für ein Bordnetz und Verfahren zum Betreiben der Steuerung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass das Bordnetz kostengünstiger herstellbar ist.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 , 4 und 1 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Es ist ein Gedanke der Erfindung, dass, zusätzlich zu der zuvor genannten ersten Schalteinrichtung zum Koppeln eines Generators mit einem ersten Teilbordnetz, eine Steuerung für ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit einer zweiten Schaltvorrichtung zum Koppeln des Generators mit einem zweiten Teilbordnetz ausgebildet ist. So lässt sich der Generator über die erste Schaltvorrichtung mit dem ersten Teilbordnetz und/oder über die zweite Schaltvorrichtung mit dem zweiten Teilbordnetz koppeln, so dass elektrische Energie aus dem Generator in das jeweilige Teilbordnetz eingespeist wird.

Dabei ist ein weiterer Gedanke der Erfindung, dass ein Verbraucher in dem zweiten Teilbordnetz abhängig von einem Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs aus dem Generator, dem ersten Energiespeicher und/oder dem zweiten Energiespeicher mit elektrischer Energie gespeist wird. Unterschiedliche Betriebsmodi werden nachfolgend genannt, wobei das Fahrzeug auch mit einer Kombination geeigneter Betriebsmodi gleichzeitig betrieben werden kann.

Folglich lässt sich ein DC/DC-Wandler, der die beiden Teilbordnetze verbindet, für eine gegenüber dem Stand der Technik reduzierte elektrische Leistung ausbilden, insbesondere verkleinert dimensionieren, da über die zweite Schaltvorrichtung elektrische Leistung unter Umgehung des DC/DC-Wandlers in das zweite Teilbordnetz eingespeist werden kann. Mittels der beiden Schaltvorrichtungen kann also gezielt elektrische Energie aus dem Generator direkt in eines oder in beide an den DC/DC-Wandler angeschlossenen Teilbordnetze eingespeist werden, wobei insbesondere Energie des Generators auch ohne den DC/DC-Wandler in das zweite Teilbordnetz eingespeist werden. So lassen sich Herstellungskosten oder auch Gewicht des DC/DC-Wandlers, also auch des Bordnetzes, reduzieren, indem der DC/DC-Wandler als eine einfachere oder kostengünstigere Schaltungsanordnung, insbesondere auch aus kleiner dimensionierten und kostengünstigeren Bauelementen, realisiert wird oder auch eine Kühlein- richtung des DC/DC-Wandlers verkleinert wird. Ein Vorteil der Erfindung liegt also auch darin, dass der DC/DC-Wandler in seiner maximalen Leistung wesentlich minimalisti- scher ausgelegt werden kann, ohne das daraus Defizite in der Funktionsweise des Bordnetzes entstehen. Der DC/DC-Wandler kann also insbesondere auch für eine geringere Leistung als eine maximale Leistung des Bordnetzes, insbesondere des zweiten Teilbordnetzes, dimensioniert werden. Dabei bezeichnet die Leistung des Bordnetzes beziehungsweise eines Teilbordnetzes die über das jeweilige Netz transportierte elektrische Leistung, beispielsweise zur Versorgung eines oder einer Mehrzahl von Bordnetzverbrauchern oder auch zum Laden eines Energiespeichers. Im Übrigen kann der DC/DC-Wandler für eine maximale elektrische Leistung dimensioniert werden, die in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt höchstens 90 %, 70 %, 50 % oder auch 30 % der maximalen Leistung des Bordnetzes oder des zweiten Teilbordnetzes beträgt. Ferner ist bevorzugt, dass das zweite Teilbordnetz einen Bordnetzverbraucher umfasst und der DC/DC- Wandler für eine geringere elektrische Leistung als eine, insbesondere maximalen, e- lektrische Leistungsaufnahme des Bordnetzverbrauchers dimensioniert ist. So lässt sich der DC/DC-Wandler besonders minimalistisch auslegen, um die Kosten des Bordnetzes zu reduzieren. Es ist bevorzugt, dass das erste Teilbordnetz zumindest eine erste, insbesondere hohe, Betriebsspannung aufweist und das zweite Teilbordnetz eine, insbesondere von der ersten Betriebsspannung verschiedene, vorzugsweise niedrige, zweite Betriebsspannung aufweist. Vorzugsweise wird das erste und das zweite Teilbordnetz mit unterschiedlicher Betriebsspannung betrieben, wobei die erste Betriebsspannung ein Vielfaches, beispielsweise das Doppelte, Dreifache oder Vierfache, der zweiten Be- triebsspannung sein kann. So lassen sich unterschiedliche Verbraucher für unterschiedliche Betriebsspannungen kostengünstig betreiben oder auch der erste Energiespeicher für einen erhöhten Wirkungsgrad oder zum Speichern einer größeren Energiemenge bei einer höheren Betriebsspannung als die des zweiten Teilbordnetzes betreiben.

Dabei oder auch unabhängig davon ist bevorzugt, dass der Generator zur Generierung zumindest der ersten und der zweiten Betriebsspannung ausgebildet ist. Der Generator kann als ein sogenannter Multi-Voltage-Generator ausgebildet sein, der zumindest zwei unterschiedliche Spannungen generieren kann, und zwar gleichzeitig oder auch alternativ, also zeitlich nacheinander. So lassen sich das erste und das zweite Teilbordnetz, die mit unterschiedlichen Betriebsspannungen betrieben werden, über die jeweiligen Schaltvorrichtungen jeweils gleichzeitig mit dem Generator koppeln, falls der Generator zwei unterschiedliche Spannungen gleichzeitig generiert. Andernfalls, also wenn der Generator zu einem Zeitpunkt jeweils nur eine der beiden Betriebsspannungen generieren kann, lässt sich wahlweise das erste Teilbordnetz oder das zweite Teilbordnetz mit dem Generator koppeln, wobei das jeweils andere Teilbordnetz von dem Generator entkoppelt wird, also mit der jeweiligen Schaltvorrichtung elektrisch getrennt wird.

Es ist bevorzugt, dass der Generator entweder mit der ersten Schaltvorrichtung mit dem ersten Teilbordnetz oder mit der zweiten Schaltvorrichtung mit dem zweiten Teilbordnetz gekoppelt wird, wobei er also von dem jeweils anderen, nicht gekoppelten Teilbordnetz getrennt wird beziehungsweise ist. Dementsprechend lässt sich elektrische Energie aus dem Generator wahlweise entweder über die erste Schaltvorrichtung in das erste Teilbordnetz oder über die zweite Schaltvorrichtung in das zweite Teilbordnetz einspeisen und folglich lassen sich beide Teilbordnetze mit einem Generator betreiben, der jeweils nur eine Spannung zu einem Zeitpunkt liefern kann, und deshalb verkleinert, gewichtsreduziert und/oder auch kostenreduziert ausgebildet sein kann. Im Übrigen können dann die erste und die zweite Schaltvorrichtung als ein Wechselschalter ausgebildet sein, der gegenüber zwei einzelnen Schaltvorrichtungen verkleinert, gewichtsreduziert und/oder auch kosten reduziert realisierbar und einfacher ansteuerbar ist. Die Schaltvorrichtungen können als Relais oder auch als Halbleiterschalter, insbesondere als MOSFET, ausgebildet sein, sodass ein zusätzlicher Bauteilaufwand und/oder auch zusätzliche Bauteilkosten für die Schaltvorrichtungen, insbesondere für die zweite Schaltvorrichtung, deutlich geringer sind, als ein Mehraufwand für einen entsprechend größer dimensionierten DC/DC-Wandler, falls der, insbesondere gesamte, Leistungs- fluss statt über die zweite Schaltvorrichtung vollständig über den DC/DC-Wandler in das zweite Teilbordnetz fließen müsste.

Die Energiespeicher können jeweils als eine Batterie oder auch als ein Doppelschicht- kondensator realisiert sein. Es ist jedoch bevorzugt, dass der erste Energiespeicher als

Leistungsbatterie, die kostengünstig herstellbar ist und verhältnismäßig viel Energie in kurzer Zeit aufnehmen kann, und der zweite Energiespeicher als eine Batterie, die eine insgesamt große Energiemenge insbesondere über eine längere Zeitspanne speichern kann, ausgebildet ist.

Insbesondere bei einem Start-Stopp-Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs wird durch die Steuerung mit den beiden Schaltvorrichtungen die Flexibilität bei einer Verteilung der mit dem Generator gewonnen Energie erhöht, beispielsweise um Energie kurzfristig, insbesondere für einen Warmstart der Brennkraftmaschine, in dem ersten Energiespei- eher oder langfristig, insbesondere für einen späteren Kaltstart, in dem zweiten Energiespeicher zu speichern.

Ferner kann der Generator, vorzugsweise durch die Steuerung gesteuert, auch als ein Startergenerator, also gleichzeitig für eine Funktion als Startermotor für die Brenn- kraftmaschine sowie für eine Funktion als Generator, ausgebildet sein. Der Startergenerator lässt sich in unterschiedlichen Kombinationen seiner Funktionen und eines jeweiligen Energieflusses, also von dem Startergenerator als Generator in eines der Teilbordnetze oder, in umgekehrter Richtung, aus einem der Energiespeicher der jeweiligen Teilbordnetze in den Startergenerator als Starter, betreiben. So kann das Bordnetz kostengünstiger realisiert werden, indem ein Starter und ein Generator durch eine einzige elektrische Maschine, nämlich den Startergenerator, ersetzt werden.

Außerdem kann bei einem Betriebsmodus„aktives Boosten" gespeicherte Energie aus dem ersten und/oder aus dem zweiten Energiespeicher dem Kraftfahrzeug für einen Beschleunigungsvorgang mittels eines Elektromotors, beispielsweise des Startergene- rators, als Bewegungsenergie zugeführt werden, sodass der Kraftstoffverbrauch und auch C0 ₂ -Emissionen reduziert werden. Dabei kann insbesondere der DC/DC-Wandler mittels der zweiten Schaltvorrichtung umgangen werden, sodass für das aktive Boosten eine wesentlich höhere Leistung, insbesondere aus dem zweiten Teilbordnetz, als eine maximale Leistung des DC/DC-Wandlers nutzbar ist, beziehungsweise der DC/DC-Wandler entsprechend geringer dimensionierbar ist.

Um einen Kraftstoffverbrauch und/oder auch C0 ₂ -Emissionen zu reduzieren, kann bei einem Betriebsmodus während einer Rekuperationsphase des Kraftfahrzeugs der Generator mit der ersten Schaltvorrichtung mit dem ersten Teilbordnetz gekoppelt werden und der erste Energiespeicher, insbesondere eine Leistungsbatterie, an dem ersten Teilbordnetz mit elektrischer Energie geladen werden. Dabei lässt sich während eines Bremsvorgangs Bewegungsenergie von dem Generator in elektrische Energie umwandeln und in dem ersten Energiespeicher speichern, insbesondere um sie kurzfristig später für den Betriebsmodus„aktives Boosten" zu verwenden. Im Übrigen kann die so gespeicherte Energie bei Bedarf auch für einen Bordnetzverbraucher in das Bordnetz eingespeist werden.

Vorzugsweise wird bei einem weiteren Betriebsmodus während einer Rekuperationsphase des Kraftfahrzeugs elektrische Energie durch den DC/DC-Wandler in das zweite Teilbordnetz eingespeist, wobei der Generator vorzugsweise nur mit der ersten Schaltvorrichtung mit dem ersten Teilbordnetz gekoppelt ist, während er mit der zweiten Schaltvorrichtung von dem zweiten Teilbordnetz getrennt ist. Dabei kann der Generator zur Generierung von nur einer einzelnen Spannung entsprechend einfach ausgebildet sein und für einen hohen Wirkungsgrad mit der hohen ersten Betriebsspannung des ersten Teilbordnetzes betrieben werden. So lässt sich der erste elektrische Energiespeicher an dem ersten Teilbordnetz laden und zusätzlich elektrische Energie durch den DC/DC-Wandler in das zweite Teilbordnetz, nämlich mit der zweiten niedrigen Betriebsspannung, einspeisen. Im Übrigen kann dabei der DC/DC-Wandler mit seiner maximalen Leistung betrieben werden, wobei diese, wie zuvor genannt, vorzugsweise geringer als die, insbesondere maximale, Leistung des zweiten Teilbordnetzes ist. Somit lässt sich mit dem verkleinert dimensionierten DC/DC-Wandler Energie aus dem Generator statt nur in den ersten Energiespeicher auch zusätzlich in das zweite Teilbordnetz einspeisen. Damit wird ein Wirkungsgrad eines Rekuparationssystems ge- steigert und außerdem ein Kraftstoffverbrauch oder auch C0 ₂ -Emissionen des Kraftfahrzeugs reduziert.

Bei einem weiteren Betriebsmodus während einer Rekuperationsphase des Kraftfahrzeugs, insbesondere in Kombination mit dem zuvor genannten Betriebsmodus, kann elektrische Energie aus dem zweiten Energiespeicher in das zweite Teilbordnetz eingespeist werden. So lässt sich das Bordnetz sicher und ohne Komforteinbußen betreiben, und zwar auch dann, wenn der DC/DC-Wandler für eine geringere Leistung als die Leistung des zweiten Teilbordnetzes dimensioniert ist. Im Übrigen kann das Kraftfahrzeug mit weiteren genannten Betriebsmodi, insbesondere auch mit dem Start- Stopp-Betriebsmodus, gleichzeitig betrieben werden.

Ferner ist bevorzugt, dass bei einem weiteren Betriebsmodus außerhalb einer Rekuperationsphase des Kraftfahrzeugs der Generator mit der zweiten Schaltvorrichtung mit dem zweiten Teilbordnetz gekoppelt wird. Dann lässt sich die elektrische Energie des Generators über die zweite Schaltvorrichtung und ohne elektrische Verluste des DC/DC-Wandlers in das zweite Teilbordnetz zur Versorgung von Bordnetzverbrauchern einspeisen. Außerdem kann, wie zuvor genannt, der DC/DC-Wandler dann für eine geringere elektrische Leistung als die von dem Generator in das zweite Teilbordnetz eingespeiste ausgebildet sein und ist also minimalistischer dimensionierbar und kostengünstiger realisierbar. Im Übrigen kann bei diesem Betriebsmodus der DC/DC- Wandler auch ausgeschaltet werden, um zusätzliche Energie, also auch Kraftstoff, zu sparen.

Im Übrigen kann der erste Energiespeicher bei einer unteren Betriebsspannung, insbesondere der niedrigen zweiten Betriebsspannung des zweiten Teilbordnetzes, verbleiben, beispielsweise falls er entladen oder noch nicht aufgeladen wurde. Dann lässt sich der DC/DC-Wandler nur als ein Abwärtswandler für eine Wandlung der hohen ersten Betriebsspannung des ersten Teilbordnetzes zu der niedrigen zweiten Betriebsspannung des zweiten Teilbordnetzes und nicht für eine Wandlung einer niedrigeren Spannung zu einer höheren Spannung ausbilden und ist deshalb kostengünstiger realisierbar ist.

Es ist bevorzugt, dass, insbesondere bei einem Betriebsmodus nach einer Rekuperati- onsphase des Kraftfahrzeugs, elektrische Energie aus dem ersten Energiespeicher in das zweite Teilbordnetz eingespeist wird, und zwar insbesondere über den DC/DC- Wandler. Somit lässt sich die aus der Rekuparation gewonnene und in dem ersten E- nergiespeicher gespeicherte Energie zum Betreiben eines Bordnetzverbrauchers an dem zweiten Teilbordnetz nutzen.

Außerdem kann bei einer Kombination dieses und des zuvor genannten Betriebsmodus elektrische Energie nicht nur aus dem Generator, der über die zweite Schaltvorrichtung mit dem zweiten Teilbordnetz gekoppelt ist, sondern zusätzlich auch über den DC/DC-Wandler aus dem ersten Energiespeicher in das zweite Teilbordnetz einge- speist werden, sodass sich die elektrische Leistung des Generators, also auch der

Kraftstoffverbrauch und C0 ₂ -Emissionen des Kraftfahrzeugs, reduzieren lässt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Generator bei einem Betriebsmodus während einer Rekuperationsphase des Kraftfahrzeugs von dem zweiten Teilbordnetz getrennt und mit der ersten Schaltvorrichtung mit dem ersten Teilbordnetz gekoppelt, wobei der Generator die hohe erste Spannung des ersten Teilbordnetzes generiert, und der erste Energiespeicher geladen wird. Dabei wird das zweite Teilbordnetz mit einer, insbesondere begrenzten, elektrischen Leistung über den DC/DC-Wandler gespeist, wobei das zweite Teilbordnetz bei einem Energiebedarf, der diese Leistung des DC/DC-Wandlers überschreitet, zusätzlich aus dem zweiten Energiespeicher gespeist wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird nach einer Rekuperationsphase der Generator mit der ersten Schaltvorrichtung von dem ersten Teilbordnetz getrennt und mit der zweiten Schaltvorrichtung mit dem zweiten Teilbordnetz gekoppelt. Dabei wird der Generator mit der niedrigen zweiten Spannung des zweiten Teilbordnetzes betrieben, wobei die elektrische Leistung des Generators über die zweite Schaltvorrichtung unter Umgehung des DC/DC-Wandlers in das zweite Teilbordnetz eingespeist wird. Bordnetzverbraucher des zweiten Teilbordnetzes werden also unmittelbar von dem Generator gespeist, und es lässt sich gegebenenfalls, je nach Leistungsaufnahme der Bordnetzverbraucher, der zweite Leistungsspeicher des zweiten Teilbordnetzes laden. Zusätzlich kann die in dem ersten Energiespeicher während einer vorhergehenden Rekuperationsphase gespeicherte Energie mit dem DC/DC-Wandler in das zweite Teilbordnetz eingespeist werden. Dann wird das zweite Teilbordnetz sowohl von dem Generator über die zweite Schaltvorrichtung als auch von dem ersten Energiespeicher über den DC/DC-Wandler gespeist, sodass der DC/DC-Wandler nur für eine Teilleistung, also entsprechend kostengünstig, dimensioniert ist.

Es ist ferner eine Ausführungsform bevorzugt, dass bei einer Konstantfahrt, nämlich bei einem Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs bei dem keine Rekuperation stattfindet und bei dem keine nutzbare Energie aus einer Rekuperationsphase in dem ersten E- nergiespeicher zur Verfügung steht, der Generator mit der ersten Schaltvorrichtung von dem ersten Teilbordnetz getrennt und mit der zweiten Schaltvorrichtung mit dem zweiten Teilbordnetz gekoppelt wird. So fließt die Energie des Generators unmittelbar in das zweite Teilbordnetz und es fließt insbesondere keine Energie über den DC/DC-

Wandler, sodass dieser wie zuvor genannt, minimalistisch dimensionierbar ist und/oder sogar bei diesem Betriebsmodus ausgeschaltet werden kann.

Die Aufgabe wird außerdem durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, das in einem Programmspeicher mit Programmbefehlen für einen Mikrocomputer ladbar ist, um die

Schritte der zuvor oder nachfolgend genannten Verfahren auszuführen, wenn das Programm in dem Mikrocomputer ausgeführt wird. Dabei ist der Mikrocomputer vorzugsweise Bestandteil der Steuerung für das Bordnetz und insbesondere zum Schalten der Schaltvorrichtungen ausgebildet. Das Computerprogrammprodukt erfordert nur wenige oder keine zusätzlichen Bauteile in der Steuerung und lässt sich vorzugsweise als ein

Modul in einer bereits vorhandenen Start-Stopp-Steuerung und/oder Rekuparati- onssteuerung des Fahrzeugs implementieren. Das Computerprogrammprodukt hat den weiteren Vorteil, das es leicht an individuelle und bestimmte Kundenwünsche anpassbar ist, sowie eine Verbesserung oder Optimierung einzelner Verfahrensschritte mit ge- ringem Aufwand kostengünstig möglich ist.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 - Fig. 3 jeweils einen Schaltplan eines Bordnetzes und

Fig. 4 ein Flussdiagramm mit Verfahrensschritten zum Betreiben des Bordnetzes.

Ausführungsformen der Erfindung

Die Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen einen schematischen Schaltplan eines Bordnetzes 3 für ein Kraftfahrzeug bei unterschiedlichen Betriebsmodi mit einem ersten Teilbordnetz 1 , ei- nem zweiten Teilbordnetz 2, einem DC/DC-Wandler 4, der das erste Teilbordnetz 1 mit dem zweiten Teilbordnetz 2 verbindet, und einem Generator 5, der von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs angetrieben wird.

An einer Steuerung 1 1 ist der Generator 5 an einem Port A, das erste Teilbordnetz 1 an einem Port B und das zweite Teilbordnetz 2 an einem Port C angeschlossen. Dabei ist die Steuerung 1 1 mit einer ersten Schaltvorrichtung 6 und einer zweiten Schaltvorrichtung 7 ausgebildet, und zwar zum Koppeln des Generators 5 mit dem ersten Teilbordnetz 1 mittels der ersten Schaltvorrichtung 6 und zum Koppeln des Generators 5 mit dem zweiten Teilbordnetz 2 mittels der zweiten Schaltvorrichtung 7. Insbesondere der Generator 5, der DC/DC-Wandler 4 und die Schaltvorrichtungen 6, 7 werden mit einem Computerprogrammprodukt angesteuert, das in einem Mikrocomputer 12 der Steuerung 1 1 ausgeführt wird. So lässt sich mit der Steuerung 1 1 ein kostengünstiges Rekuperationsbordnetz realisieren, bei dem ein die Teilbordnetze 1 , 2 verbindender DC/DC-Wandler 4 gegenüber dem Stand der Technik für eine geringere Leistung, ins- besondere für eine geringere Leistung als die des zweiten Teilbordnetzes 2, dimensioniert ist, sodass das Bordnetz 3 kostengünstig realisierbar ist. Der Generator ist mittels der Schaltvorrichtungen 6 und 7 direkt mit den Teilbordnetzen 1 und 2 ohne einen Zwi- schenkreiskondensator koppelbar. Das erste Teilbordnetz 1 wird mit einer hohen ersten Betriebsspannung Ui, beispielsweise 14 V bis 42 V, und das zweite Teilbordnetz 2 mit einer niedrigen zweiten Betriebsspannung U ₂ , beispielsweise 14 V, betrieben. Jedes der Teilbordnetze 1 , 2 ist jeweils mit einem Energiespeicher 9, 10 ausgebildet, und zwar das erste Teilbordnetz 1 mit einer Leistungsbatterie 9 als ersten Energiespeicher, der für die erste Betriebs- Spannung Ui ausgebildet ist, und das zweite Teilbordnetz 2 mit einer Batterie 10 als zweiten Energiespeicher, die für die zweite Betriebsspannung U ₂ ausgebildet ist. In beiden Energiespeichern 9, 10 kann unmittelbar elektrische Energie des jeweiligen Teilbordnetzes 1 , 2 gespeichert werden oder auch gespeicherte elektrische Energie aus dem jeweiligen Energiespeicher 9, 10 in das zugehörige Teilbordnetz 1 , 2 unmit- telbar eingespeist werden.

Der Generator 5 ist als ein sogenannter Multi-Voltage-Generator ausgebildet, der in zeitlicher Abfolge unterschiedliche Gleichspannungen, nämlich zumindest die beiden Betriebsspannungen Ui, U ₂ erzeugen kann.

Im Übrigen ist es möglich, an dem ersten Teilbordnetz einen nicht dargestellten Starter mit der hohen Spannung Ui zu betreiben, um die Brennkraftmaschine mit einem hohen Wirkungsgrad zu starten. In diesen Ausführungsbeispielen ist der Generator 5 als ein Startergenerator ausgebildet, der zusätzlich die Funktion eines solchen Starters be- sitzt, und zwar für einen Start-Stopp-Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs, bei dem die

Brennkraftmaschine beispielsweise bei einer kurzzeitigen Fahrtunterbrechung an einer Ampel, gestoppt und für eine Weiterfahrt wieder gestartet wird.

Um Gewicht zu sparen und das Bordnetz 3 kostengünstig herzustellen, ist der Genera- tor 5, wie zuvor genannt, so ausgebildet, dass er zu einem Zeitpunkt wahlweise nur jeweils eine der beiden Betriebsspannungen Ui, U ₂ generieren kann. Deshalb wird der Generator 5 entweder mit der ersten Schaltvorrichtung 6 mit dem ersten Teilbordnetz 1 gekoppelt, um dieses mit der hohen ersten Betriebsspannung Ui zu speisen, oder mit der zweiten Schaltvorrichtung 7 mit dem zweiten Teilbordnetz 2 gekoppelt, um dieses mit der niedrigen zweiten Betriebsspannung U ₂ zu speisen. Der Betrieb des Bordnetzes 3 wird nachfolgend erläutert, wobei in den Figuren, jeweils durch Pfeile markiert, ein Energiefluss, also eine technische Stromrichtung, dargestellt ist.

Nachfolgend werden mittels der Fig. 1 bis der Fig. 3 drei Betriebsmodi des Bordnet- zes 3 erläutert, die im Wesentlichen durch die Schaltvorrichtungen 6, 7 der Steuerung 1 1 gesteuert werden, wobei außerdem der DC/DC-Wandler 4 und der Generator 5 ebenfalls von der Steuerung 1 1 angesteuert werden. Dabei wird der Generator 5 von der Steuerung 1 1 insbesondere zur Erzeugung der Betriebsspannungen Ui, U ₂ in Abhängigkeit des Betriebsmodus, wie nachfolgend erläutert, angesteuert. Weitere Aus- führungsbeispiele ergeben sich aus Kombination dieser Betriebsmodi, und zwar bei ei- nem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel indem das Bordnetz 3 in zeitlicher Abfolge sowohl in dem Betriebsmodus gemäß der Fig. 1 als auch in den Betriebsmodi der Fig. 2 und der Fig. 3 betrieben wird, und zwar jeweils gleichzeitig mit dem Start- Stopp-Betriebsmodus.

Die Fig. 1 zeigt anhand eines Schaltplans das Bordnetz 3 und insbesondere die Schaltvorrichtungen 6, 7 der Steuerung 1 1 bei einer sogenannten Konstantfahrt des Kraftfahrzeugs, nämlich einem Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs, bei dem keine Re- kuperation stattfindet und bei dem keine Energie aus einer Rekuperationsphase in der Leistungsbatterie 9 zur Verfügung steht. Während der Konstantfahrt wird der Generator

5 von der Brennkraftmaschine angetrieben, um elektrische Energie zur Versorgung des Bordnetzes 3 zu generieren, wobei der Generator 5 zur Generierung der zweiten Betriebsspannung U ₂ betrieben wird, um elektrische Energie über die Schaltvorrichtung 2 unmittelbar in das zweite Teilbordnetz 2 einzuspeisen. Dabei wird, wie durch die Pfeile dargestellt, der Energiefluss im Wesentlichen zur Versorgung der Bordnetzverbraucher

8 aufgewendet. Über die Schaltvorrichtung 6 ist der Generator 5 von dem ersten Teilbordnetz 1 getrennt und die Leistungsbatterie 9 auf einen unteren Ladezustand entladen, also bei einer unteren Betriebsspannung, die in diesem Fall der zweiten Betriebsspannung U ₂ des zweiten Teilbordnetzes entspricht.

Während der Konstantfahrt des Fahrzeugs ist der DC/DC-Wandler 4 ausgeschaltet. Im Übrigen ist der DC/DC-Wandler 4 für eine geringere elektrische Leistung ausgelegt als diejenige, die bei diesem Betriebsmodus von dem Generator 5 über die Schaltvorrichtung 7 in das zweite Teilbordnetz 2 maximal eingespeist wird. Der DC/DC-Wandler 4 ist insbesondere auch für eine geringere elektrische Leistung als eine maximale elektrische Leistungsaufnahme der Bordnetzverbraucher 8, insbesondere eines Bordnetzverbrauchers, und somit der Leistung des zweiten Teilbordnetzes 2 gesamten Bordnetzleistung dimensioniert. Dementsprechend ist er gegenüber dem Stand der Technik kleiner dimensioniert und kann kostengünstiger hergestellt werden.

Die Fig. 2 zeigt anhand eines Schaltplans das Bordnetz 3 und insbesondere die Schaltvorrichtungen 6, 7 der Steuerung 1 1 bei einem weiteren Betriebsmodus während einer Rekuperationsphase, bei dem Bewegungsenergie beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs mit dem Generator 5 in elektrische Energie umgewandelt wird. Dabei ist der Generator 5 mit der ersten Schaltvorrichtung 6 mit dem ersten Teilbordnetz 1 gekop- pelt und mit der zweiten Schaltvorrichtung 7 von dem zweiten Teilbordnetz 2 getrennt. So wird die Leistungsbatterie 9 an dem ersten Teilbordnetz 1 mit elektrischer Energie geladen, wie der durch Pfeile markierte Energiefluss in der Fig. 2 zeigt. Dazu wird der Generator 5 mit der hohen ersten Betriebsspannung Ui, beispielsweise 32 V, des ersten Teilbordnetzes 1 betrieben, um möglichst viel Energie in der Leistungsbatterie 9 zu speichern.

Das zweite Teilbordnetz 2 wird bei diesem Betriebsmodus zu einem Teil mit elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler 4 versorgt, der die höhere erste Betriebsspannung Ui des ersten Teilbordnetzes 1 zu der niedrigeren zweiten Betriebsspannung U ₂ des Teilbordnetzes 2 wandelt. Wie zuvor genannt, ist auch hier der DC/DC- Wandler 4 für eine geringere elektrische Leistung als eine elektrische Leistungsaufnahme der Bordnetzverbraucher 8 dimensioniert, sodass der Leistungsbedarf des Teilbordnetzes 2 auch durch eine maximale Leistung des DC/DC-Wandlers 4 nur teilweise gedeckt wird. Die verbleibende Differenzleistung wird der Batterie 10 entnommen, sodass trotz des quasi minimalistisch ausgeführten DC/DC-Wandlers 4 die Bordnetzverbraucher 8 hinreichend für einen sicheren Betrieb des Bordnetzes 3 versorgt worden.

Da Rekuperationsphasen nur einen geringen zeitlichen Anteil bei einem Fahrzeugbetrieb einnehmen, kann die genannte Differenzleistung problemlos von der in dem Bordnetz 3 eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs ohnehin vorhandenen Batterie 10 aufgebracht werden und können so die Kosten für das gesamte Bordnetz 3 durch die reduzierte Dimensionierung des DC/DC-Wandlers gesenkt werden.

Die Fig. 3 zeigt anhand eines Schaltplans das Bordnetzes 3 und insbesondere die Schaltvorrichtungen 6, 7 der Steuerung 1 1 einen weiteren Betriebsmodus, und zwar nach einer Rekuperationsphase, wobei dieser Betriebsmodus im Wesentlichen dem in der Fig. 1 dargestellten entspricht, wobei jedoch die Leistungsbatterie 9 als Energiespeicher in dem ersten Teilbordnetz 1 mit elektrischer Energie aus einer vorhergehenden Rekuperation geladen ist.

Wie zuvor beschrieben, ist der Generator 5 mit der zweiten Schaltvorrichtung 7 mit dem zweiten Teilbordnetz 1 gekoppelt und gleichzeitig mit der ersten Schaltvorrichtung 6 von dem ersten Teilbordnetz 1 getrennt. Dementsprechend werden die Bordnetz- Verbraucher 8 im Wesentlichen durch den Generator 5 mit elektrischer Energie versorgt, wobei jetzt, also nach der Rekuperationsphase, das zweite Teilbordnetz 2 zusätzlich mit elektrischer Energie aus der Leistungsbatterie 9 des ersten Teilbordnetzes 1 über den DC/DC-Wandler 4 versorgt wird. Dabei wird der DC/DC-Wandler 4 mit sei- ner maximalen Leistung betrieben, die jedoch, wie bei Fig. 1 erläutert, geringer als die

Leistung des zweiten Teilbordnetzes 2 ist. In das Teilbordnetz 2 wird also bei diesem Betriebsmodus über zwei unterschiedliche Strompfade, nämlich über die zweite Schaltvorrichtung 7 und über den DC/DC-Wandler 4 elektrische Energie eingespeist, wobei insbesondere auch die Batterie 10 geladen wird. Außerdem wird dem Generator 5 nur eine um die maximale Leistung des DC/DC-Wandlers 4 verringerte Leistung zum

Betreiben der Bordnetzverbraucher 8 und zum Laden der Batterie 10 entnommen und somit der Kraftstoffverbrauch und C0 ₂ -Emission der Brennkraftmaschine reduziert. Auch bei diesem Betriebsmodus ist der DC/DC-Wandler 4 also nicht für die maximale Leistung des zweiten Teilbordnetzes 2 ausgebildet, sondern für eine geringere Leis- tung dimensioniert und entsprechend kostengünstiger herstellbar.

Die Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm mit Schritten eines Verfahrens zum Betreiben der Steuerung 1 1 für ein Bordnetz 3, insbesondere gemäß den Fig. 1 bis 3, wobei die Schritte 20 bis 24 mit dem zuvor genannten Computerprogrammprodukt ausgeführt werden.

In dem Schritt 20 wird ein Ist- und ein Sollzustand des Kraftfahrzeugs erfasst, um dieses in einem geeigneten Betriebsmodus, insbesondere nach einem der nachfolgend erläuterten Schritte 21 bis 24, zu betreiben.

In dem Schritt 21 wird das Kraftfahrzeug bei einer Konstantfahrt gemäß der Fig. 1 betrieben, bei der keine Rekuperation stattfindet und bei der keine nutzbare Energie aus einer vorhergehenden Rekuperationsphase in dem ersten Energiespeicher 9 zur Verfügung steht. Dabei wird der Generator 5 mit der ersten Schaltvorrichtung 6 von dem ersten Teilbordnetz 1 getrennt und mit der zweiten Schaltvorrichtung 7 mit dem zweiten

Teilbordnetz 2 gekoppelt, wobei dieser Schaltzustand in der Fig. 1 dargestellt ist. So fließt die Energie des Generators 5 in das zweite Teilbordnetz 2, und zwar nicht über den DC/DC-Wandler 4, sodass dieser ausgeschaltet wird. In diesem Betriebsmodus ist die Leistungsbatterie 9 entladen, und zwar auf eine Spannung, die im Wesentlichen der zweiten Betriebsspannung U ₂ des zweiten Teilbordnetzes 2 entspricht, sodass der DC/DC-Wandler 4, als ein einfacher, kleiner und kostengünstiger Abwärtswandler für eine Wandlung der hohen ersten Betriebspannung Ui des ersten Teilbordnetzes 1 zu der niedrigen zweiten Betriebsspannung U ₂ des zweiten Teilbordnetzes 2 ausgebildet ist.

In dem Schritt 22 wir das Kraftfahrzeug bei einem Betriebsmodus während einer Reku- peration betrieben, bei dem, wie in der Fig. 2 dargestellt, der Generator 5 mit der zweiten Schaltvorrichtung 7 von dem zweiten Teilbordnetz 2 getrennt und mit der ersten Schaltvorrichtung 6 mit dem ersten Teilbordnetz 1 gekoppelt wird. Dabei wird mit dem Generator 5 nur die hohe erste Betriebsspannung Ui des ersten Teilbordnetzes 1 generiert und die Leistungsbatterie 9 zunehmend bis auf die erste Betriebsspannung Ui geladen. Bei diesem Betriebsmodus werden die Bordnetzverbraucher 8 über das zweite Teilbordnetz 2 mit elektrischer Leistung versorgt, indem der DC/DC-Wandler 4 bei seiner maximalen Leistung betrieben wird, die jedoch geringer als die Leistungsaufnahme der Bordnetzverbraucher 8 ist. Deshalb wird zusätzlich zu der durch den DC/DC-Wandler 4 eingespeisten Leistung weitere Leistung aus der Batterie 10 entnommen, um den Betrieb der Bordnetzverbraucher 8 sicherzustellen.

Der Schritt 23 zeigt einen Betriebsmodus nach einer Rekuperationsphase, in der die Leistungsbatterie 9 aufgeladen wurde, sodass aus diesem elektrische Energie in das erste Teilbordnetz 1 eingespeist wird. Ferner wird, wie in der Fig. 3 dargestellt, der Generator 5 über die zweite Schaltvorrichtung 7 mit dem zweiten Teilbordnetz 2 gekoppelt und mit der ersten Schaltvorrichtung 6 von dem ersten Teilbordnetz 1 getrennt. Der Generator 5 wird bei der niedrigen zweiten Betriebsspannung U ₂ des zweiten Teilbordnetzes 2 betrieben. Auch in diesem Betriebsmodus wird der DC/DC-Wandler 4 mit seiner maximalen Leistung betrieben, um die elektrische Leistung aus der Leistungsbatterie 9 in das zweite Teilbordnetz 2 einzuspeisen. Wie zuvor genannt, genügt die Leistung des DC/DC-Wandlers 4 nicht, um den Leistungsbedarf der Bordnetzverbraucher 8 zu decken, wobei die Differenzleistung durch den Generator 5 aufgebracht wird. Da bei diesem Betriebsmodus das zweite Teilbordnetz 2 sowohl durch den Generator 5 als auch durch den Spannungswandler 4 gespeist wird, kann zusätzlich die Batterie 10 geladen werden.

Der Schritt 24 beschreibt einen Betriebsmodus, bei dem die Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs aufgrund eines Start-Stopp-Betriebsmodus gestoppt ist, sodass der Generator 5 keine elektrische Leistung liefert. In diesem Betriebsmodus werden die Bordnetzverbraucher 8 über die Batterie 10 und, sofern die Leistungsbatterie 9 hinreichend geladen ist, über den DC/DC-Wandler 4 mit elektrischer Leistung versorgt. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übri- gen wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.