Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes für einen Hybrid- Antrieb, insbesondere zum Starten des Verbrennungsmotors des Hybrid- Antriebs.

Ein Fahrzeug kann einen Hybrid-Antrieb mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine aufweisen, die beide zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden können. Die elektrische Maschine kann ferner dazu genutzt werden, bei Verzögerungen des Fahrzeugs elektrische Energie zu rekuperieren.

Das Fahrzeug weist außerdem ein elektrisches Bordnetz mit einem ersten Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie auf, mit der die elektrische Maschine betrieben werden kann und/oder die von der elektrischen Maschine rekuperiert wurde. Der erste Energiespeicher kann in einem ersten Teilnetz des Bordnetzes angeordnet sein, wobei das erste Teilnetz eine erste Nennspannung (z.B. 48V oder höher) aufweist.

Das elektrische Bordnetz kann ferner ein zweites Teilnetz umfassen, das eine zweite Nennspannung aufweist, die typischerweise kleiner als die erste Nennspannung ist. Die zweite Nennspannung kann z.B. 12V sein. Das zweite Teilnetz kann einen zweiten Energiespeicher aufweisen, die insbesondere dazu dient, die Spannung in dem zweiten Teilnetz zu stützen und/oder elektrische Verbraucher in dem zweiten Teilnetz mit Strom zu versorgen.

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, einen möglichst energieeffizienten Betrieb eines Fahrzeugs mit einem Hybrid-Antrieb zu ermöglichen. Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.

Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes beschrieben. Das elektrische Bordnetz kann Teil eines Kraftfahrzeugs sein. Das elektrische Bordnetz umfasst ein erstes Teilnetz mit einem ersten elektrischen Energiespeicher (insbesondere mit einem elektrochemischen Energiespeicher, etwa einem Lithium-Ionen Speicher) und mit einer elektrischen Maschine (insbesondere mit einem Elektromotor). Des Weiteren umfasst das Bordnetz ein zweites Teilnetz mit einem zweiten Energiespeicher (insbesondere mit einem elektrochemischen Energiespeicher, etwa einem Lithium-Ionen Speicher oder einem Bleiakkumulator).

Das Bordnetz kann ferner einen Gleichspannungswandler umfassen, der eingerichtet ist, elektrische Energie von dem zweiten Teilnetz in das erste Teilnetz zu transferieren. Das erste Teilnetz kann dabei eine erste Nennspannung und das zweite Teilnetz kann eine unterschiedliche zweite Nennspannung aufweisen, wobei die zweite Nennspannung typischerweise kleiner als die erste Nennspannung ist. Die erste Nennspannung kann z.B. 48V oder mehr, oder 300V oder mehr sein. Die zweite Nennspannung kann 18V oder weniger, insbesondere 12V, sein. Die elektrische Maschine ist Teil eines Hybrid- Antriebs (z.B. eines Hybrid- Antriebs für ein Kraftfahrzeug). Des Weiteren ist die elektrische Maschine ausgebildet, den Verbrennungsmotor (z.B. einen Ottomotor) des Hybrid-Antriebs zu starten. Insbesondere kann durch die elektrische Maschine ein Kaltstart des Verbrennungsmotors (bei Temperaturen, die gleich wie oder kleiner als ein Temperatur-Schwellenwert sind) bewirkt werden.

Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, zu bestimmen, ob für einen nachfolgenden Start des Hybrid-Antriebs die elektrische Maschine betrieben werden muss, um den Verbrennungsmotor zu starten (z.B. ob ein Kaltstart des Verbrennungsmotors bewirkt werden muss). Die Vorrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, während eines Abstellvorgangs des Hybrid-Antriebs (d.h. während der Hybrid-Antrieb abgestellt bzw. gestoppt wird) und/oder während der Hybrid-Antrieb abgestellt ist zu bestimmen, ob für den (direkt auf den Ab stell vorgang) nachfolgenden Start des Hybrid-Antriebs die elektrische Maschine betrieben werden muss, um den Verbrennungsmotor zu starten.

Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung eingerichtet sein, Temperaturdaten in Bezug auf die Temperatur des Verbrennungsmotors und/oder in Bezug auf die Temperatur der (direkten) Umgebung des Verbrennungsmotors zu ermitteln. Die Temperaturdaten können anhand eines Temperatursensors des Hybrid-Antriebs und/oder des Fahrzeugs ermittelt werden. Die Temperaturdaten können während des Ab Stellvorgangs des Hybrid-Antriebs und/oder während der Hybrid-Antrieb abgestellt ist ermittelt werden.

Es kann dann in zuverlässiger Weise auf Basis der Temperaturdaten bestimmt werden, ob für den nachfolgenden Start des Hybrid-Antriebs die elektrische Maschine betrieben werden muss, um den Verbrennungsmotor zu starten. Zu diesem Zweck kann die durch die Temperaturdaten angezeigte Temperatur mit dem Temperatur-Schwellenwert verglichen werden. Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, zu bewirken, dass in Vorbereitung auf den nachfolgenden Start des Hybrid-Antriebs elektrische Energie von dem zweiten Energiespeicher in den ersten Energiespeicher umgeladen wird, wenn bestimmt wird, dass für den nachfolgenden Start des Hybrid-Antriebs die elektrische Maschine betrieben werden muss, um den Verbrennungsmotor zu starten. Insbesondere kann der Gleichspannungswandler des Bordnetzes veranlasst werden, in Vorbereitung auf den nachfolgenden Start des Hybrid-Antriebs elektrische Energie von dem zweiten Energiespeicher in den ersten Energiespeicher umzuladen. Das Umladen kann dabei während des

Ab stell Vorgangs des Hybrid-Antriebs erfolgen und/oder während der Hybrid- Antrieb abgestellt ist.

Es wird somit eine Vorrichtung beschrieben, die eingerichtet ist, bei Bedarf (während eines Ab stell Vorgangs des Hybrid-Antriebs und/oder während der Hybrid-Antrieb abgestellt ist, d.h. außerhalb des Betriebs des Hybrid-Antriebs) in Vorbereitung für einen Kaltstart elektrische Energie in den ersten Energiespeicher des Bordnetzes zu übertragen. Dies ermöglicht es, den ersten elektrischen Energiespeicher während des Betriebs des Hybrid-Antriebs vollständig für die zyklische Entnahme und Aufnahme (Rekuperation) von elektrischer Energie zu verwenden. So kann die Energieeffizienz des Hybrid-Antriebs in effizienter und zuverlässiger Weise erhöht werden.

Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, auf Basis der Temperaturdaten zu bestimmen, dass die Temperatur des Verbrennungsmotors und/oder die Temperatur der Umgebung des Verbrennungsmotors kleiner als oder gleich wie der Temperatur-Schwellenwert (z.B. 10°C oder weniger, oder 0°C oder weniger) ist. Es kann basierend darauf bestimmt werden, dass für den nachfolgenden Start des Hybrid-Antriebs die elektrische Maschine betrieben werden muss, um den Verbrennungsmotor zu starten. Insbesondere kann in Reaktion darauf bewirkt werden, dass in Vorbereitung auf den nachfolgenden Start des Hybrid-Antriebs elektrische Energie von dem zweiten Energiespeicher in den ersten Energiespeicher umgeladen wird. So können das Bordnetz und/oder der Hybrid- Antrieb in besonders effizienter und zuverlässiger Weise betrieben werden.

Die Vorrichtung kann ausgebildet sein, eine Energiemenge zu ermitteln, die ausgehend von dem Ist-Ladezustand des ersten Energiespeichers noch für den Betrieb der elektrischen Maschine zum Starten des Verbrennungsmotors erforderlich ist. Es kann dann bewirkt werden, dass in Vorbereitung auf den nachfolgenden Start des Hybrid-Antriebs (nur) die ermittelte Energiemenge von dem zweiten Energiespeicher in den ersten Energiespeicher umgeladen wird. Es kann somit bewirkt werden, dass nur genau die für einen nachfolgenden Kaltstart erforderliche Energiemenge umgeladen wird. So kann die Energieeffizienz des Hybrid-Antriebs weiter erhöht werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung umfasst. Das Kraftfahrzeug kann ein Hybrid-Fahrzeug, insbesondere ein MHEV (Mild-Hybrid Electric Vehicle) sein.

Das Fahrzeug umfasst ferner einen Hybrid-Antrieb mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine ausgebildet ist, den Verbrennungsmotor zu starten. Des Weiteren umfasst das Fahrzeug ein elektrisches Bordnetz, das ein erstes Teilnetz mit einem ersten Energiespeicher und mit der elektrischen Maschine und ein zweites Teilnetz mit einem zweiten Energiespeicher aufweist.

Ferner weist das Fahrzeug, insbesondere im zweiten Teilnetz, keinen separaten Starter zum Starten des Verbrennungsmotors auf. Durch die (energieeffiziente) Verwendung der elektrischen Maschine als Starter kann somit auf einen separaten Starter (im zweiten Teilnetz) verzichtet werden. So können die Kosten, das Gewicht und der erforderliche Bauraum des Fahrzeugs reduziert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes beschrieben, das ein erstes Teilnetz mit einem ersten Energiespeicher und mit einer elektrischen Maschine und ein zweites Teilnetz mit einem zweiten Energiespeicher umfasst. Die elektrische Maschine ist Teil eines Hybrid-Antriebs und ist ausgebildet, den Verbrennungsmotor des Hybrid-Antriebs zu starten.

Das Verfahren umfasst das Bestimmen, ob für einen nachfolgenden Start des Hybrid-Antriebs die elektrische Maschine betrieben werden muss, um den Verbrennungsmotor zu starten. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Bewirken, dass in Vorbereitung auf den nachfolgenden Start des Hybrid-Antriebs elektrische Energie von dem zweiten Energiespeicher in den ersten Energiespeicher umgeladen wird, wenn bestimmt wird, dass für den nachfolgenden Start des Hybrid-Antriebs die elektrische Maschine betrieben werden muss, um den Verbrennungsmotor zu starten.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

Figur 1 ein beispielhaftes Fahrzeug mit einem Hybrid-Antrieb;

Figur 2 ein beispielhaftes elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug mit einem Hybrid-Antrieb; und

Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Erhöhung der Energieeffizienz eines Fahrzeugs mit Hybrid- Antrieb. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1 ein beispielhaftes Fahrzeug 100 mit einem Verbrennungsmotor 102 und einer elektrischen Maschine 103, die beide ausgebildet sind, das Fahrzeug 100 anzutreiben. Das Fahrzeug 100 kann einen elektrisch betriebenen Ritzelstarter 104 aufweisen, der ausgebildet ist, den Verbrennungsmotor 102 zu starten. Ferner kann das Fahrzeug 100 (als Teil des ersten Teilnetzes des elektrischen Bordnetzes des Fahrzeugs 100) einen ersten elektrischen Energiespeicher 105 aufweisen, der eingerichtet ist, elektrische Energie für den Betrieb der elektrischen Maschine 103 zu speichern, und/oder der eingerichtet ist, von der elektrischen Maschine 103 rekuperierte elektrische Energie zu speichern.

Des Weiteren kann das Fahrzeug 100 einen zweiten elektrischen Energiespeicher 106 (als Teil des zweiten Teilnetzes des elektrischen Bordnetzes des Fahrzeugs 100) aufweisen, der eingerichtet ist, elektrische Energie für ein oder mehrere elektrische Verbraucher des Fahrzeugs 100, insbesondere für den Ritzelstarter 104 zu speichern. Das Fahrzeug 100 umfasst ferner eine (Steuer-) Vorrichtung 101, die eingerichtet ist, die unterschiedlichen Komponenten des Fahrzeugs 100, z.B. den Verbrennungsmotor 102, die elektrische Maschine 103, den Ritzelstarter 104, etc., zu steuern.

Fig. 2 zeigt ein beispielhaftes elektrisches Bordnetz 200 eines Fahrzeugs 100, mit einem ersten Teilnetz 210 (das mit einer ersten Nennspannung, z.B. 48V oder mehr, betrieben wird) und mit einem zweiten Teilnetz 220 (das mit einer zweiten Nennspannung, z.B. 12V oder weniger, betrieben wird). Der erste Energiespeicher 105 und die elektrische Maschine 103 können im ersten Teilnetz 210 angeordnet sein. Der zweite Energiespeicher 106, der optionale Ritzelstarter 104, und ein oder mehrere weitere elektrische Verbraucher 221 (wie z.B. eine Sitzheizung, eine Klimaanlage, ein Infotainmentsystem) können im zweiten Teilnetz 220 angeordnet sein.

Das Bordnetz 200 kann einen Gleichspannungswandler 201 aufweisen, der eingerichtet ist, elektrische Energie von dem ersten Teilnetz 210 in das zweite Teilnetz 220 und/oder von dem zweiten Teilnetz 220 in das erste Teilnetz 210 zu transferieren.

Die elektrische (Antriebs-) Maschine 103 des Hybrid- Antriebs kann als Starter für den Verbrennungsmotor 102 des Hybrid- Antriebs verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass ggf. der Ritzelstarter 104 eingespart werden kann, wodurch Kosten, Gewicht und Bauraum reduziert werden können. Andererseits muss in diesem Fall typischerweise eine bestimmte Energiereserve in dem ersten Energiespeicher 103 zum Betrieb der elektrischen Maschine 103 als Starter für den Verbrennungsmotor 102 vorgesehen werden, insbesondere im Winter für einen Kaltstart des Verbrennungsmotors 102. Durch die konstant vorgehaltene Energiereserve sinkt die verbliebene Kapazität des ersten Energiespeichers 103, die während des Betriebs des Hybrid-Antriebs zyklisiert werden kann, um wiederholt elektrische Energie zu rekuperieren und für den Antrieb des Fahrzeugs 100 zu verbrauchen. Mit anderen Worten, die Verwendung der elektrischen Maschine 103 als Starter für den Verbrennungsmotor 102 führt typischerweise zu einer reduzierten Energieeffizienz des Hybrid-Antriebs.

Die (Steuer-) Vorrichtung des Fahrzeugs 100 kann eingerichtet sein, bei Bedarf zumindest einen Teil der in dem zweiten Energiespeicher 106 gespeicherten elektrischen Energie für einen Betrieb der elektrischen Maschine 103 zum Starten des Verbrennungsmotors 102 zu nutzen. Dies ermöglicht es, auf eine konstant vorgehaltene Energiereserve in dem ersten Energiespeicher 103 zu verzichten, sodass während des Betriebs des Hybrid-Antriebs eine erhöhte Kapazität des ersten Energiespeichers 103 für eine Zyklisierung zur Verfügung steht. So kann, insbesondere im Winter, die Energieeffizienz des Hybrid-Antriebs erhöht werden.

Die (Steuer-) Vorrichtung 101 kann eingerichtet sein, Temperaturdaten eines Temperatursensors 107 des Fahrzeugs 100 zu ermitteln, wobei der Temperatursensor 107 ausgebildet ist, Temperaturdaten in Bezug auf die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 100 und/oder in Bezug auf die Temperatur des Verbrennungsmotors 102 zu erfassen. Des Weiteren kann die Vorrichtung 101 eingerichtet sein, auf Basis der Temperaturdaten zu bestimmen, ob ein Betrieb der elektrischen Maschine 103 für den (Kalt-) Start des Verbrennungsmotors 102 erforderlich ist oder nicht. Dies kann z.B. beim Abstellen des Fahrzeugs 100 und/oder während eines Parkvorgangs des Fahrzeugs 100 überprüft werden.

Wenn bestimmt wird, dass die elektrische Maschine 103 zum (nachfolgenden) Starten des Verbrennungsmotors 102 benötigt wird, so kann bei Bedarf elektrische Energie über den Gleichspannungswandler 201 aus dem zweiten Energiespeicher 106 in den ersten Energiespeicher 105 umgeladen werden, um zu gewährleisten, dass im ersten Energiespeicher 105 ausreichend elektrische Energie für den Betrieb der elektrischen Maschine 103 zum Starten des Verbrennungsmotors 102 gespeichert ist. Das Umladen der elektrischen Energie kann dabei erfolgen, ohne dass und/oder bevor eine konkrete Anforderung für einen Start des Hybrid-Antriebs und/oder des Verbrennungsmotors 102 vorliegt.

Um einen Kaltstart aus dem ersten Teilnetz 210 heraus (z.B. einen 48V-Kaltstart) und/oder eine Schaltfähigkeit aus dem ersten Teilnetz 210 heraus (z.B. eine 48V- Schaltfähigkeit) zu ermöglichen, kann somit ein Nachladen aus dem zweiten Energiespeicher 106 (z.B. aus der 12V Batterie) in den ersten Energiespeicher 105 (z.B. in die 48V Batterie) erfolgen. Dies kann z.B. beim Abstellen des Fahrzeugs 100 bei relativ kalten Temperaturen erfolgen (z.B., wenn die gemessene Temperatur kleiner als oder gleich wie ein Temperatur-Schwellenwert ist).

Um einen unerwarteten Temperatursturz abzufangen, kann die Vorrichtung 101 eingerichtet sein (während eines Parkvorgangs), beim Unterschreiten des Temperatur-Schwellenwertes das Fahrzeug 100 zu wecken, um den ersten Energiespeicher 105 aus dem zweiten Energiespeicher 106 nachzuladen.

So kann in effizienter und zuverlässiger Weise ein Kaltstart des Hybrid-Antriebs ermöglicht werden (auch wenn kein Ritzelstarter 104 vorhanden ist). Ferner kann so die Energieeffizienz des Hybrid-Antriebs erhöht werden.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines (ggf. Computer-implementierten) Verfahrens 300 zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes 200. Das elektrische Bordnetz 200 umfasst ein erstes Teilnetz 210 mit einem ersten elektrischen Energiespeicher 105 (z.B. einem Lithium-Ionen basierten Speicher) und mit einer elektrischen Maschine 103. Des Weiteren umfasst das Bordnetz 200 ein zweites Teilnetz 220 mit einem zweiten elektrischen Energiespeicher 106 (z.B. mit einem Blei-Akkumulator oder mit einem Lithium-Ionen basierten Speicher). Die zweite Nennspannung des zweiten elektrischen Energiespeichers 106 ist typischerweise geringer als die erste Nennspannung des ersten elektrischen Energiespeichers 105. Die elektrische (Antriebs-) Maschine 103 ist Teil eines Hybrid-Antriebs und ist ausgebildet, den Verbrennungsmotor 102 (z.B. einen Ottomotor) des Hybrid- Antriebs zu starten. Insbesondere kann die elektrische Maschine 103 für einen Kaltstart des Verbrennungsmotors 102 verwendet werden (bei Temperaturen unterhalb eines bestimmten Temperatur-Schwellenwertes).

Das Verfahren 300 umfasst das Bestimmen 301, ob für einen nachfolgenden Start des Hybrid- Antriebs die elektrische Maschine 103 betrieben werden muss, um den Verbrennungsmotor 102 zu starten. Beispielsweise kann beim Abstellen des Hybrid-Antriebs oder während der Hybrid-Antrieb abgestellt ist, erkannt werden, dass die Temperatur derart niedrig ist, dass voraussichtlich eine Unterstützung der elektrischen Maschine 103 zum Starten des Verbrennungsmotors 102 erforderlich sein wird.

Das Verfahren 300 umfasst ferner das Bewirken 302, dass in Vorbereitung auf den nachfolgenden Start des Hybrid-Antriebs elektrische Energie von dem zweiten Energiespeicher 106 in den ersten Energiespeicher 105 umgeladen wird, wenn (insbesondere nur dann, wenn) bestimmt wird, dass für den nachfolgenden Start des Hybrid-Antriebs die elektrische Maschine 103 betrieben werden muss, um den Verbrennungsmotor 102 zu starten. Es kann somit in selektiver Weise elektrische Energie aus dem zweiten Energiespeicher 106 in den ersten Energiespeicher 105 umgeladen werden (während der Hybrid- Antrieb abgestellt wird oder abgestellt ist). Das Umladen kann dabei zeitlich vor und/oder unabhängig von einer konkreten Anforderung zum Starten des Hybrid-Antriebs und/oder des Verbrennungsmotors 102 erfolgen. So kann in effizienter und zuverlässiger Weise ein nachfolgender Kaltstart des Hybrid-Antriebs vorbereitet werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.