Bordnetz und Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes Die Anmeldung betrifft ein Bordnetz, ein Fahrzeug mit einem Bordnetz und ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes.

Aus der DE 10 2005 057 306 AI ist ein Verfahren zur Stabilisierung eines Gleichspannungs-Bordnetzes, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem in dem Bordnetz angeordneten Gleichspannungswandler, der auf einer Eingangsseite von wenigstens einer elektrischen Energieguelle gespeist wird und der auf einer Ausgangs seite mehrere Spannungsstabilisierende elektrische Ausgänge aufweist, die jeweils mit einem Teil-Bordnetz mit daran angeschlossenen elektrischen Verbrauchern verbunden sind, bekannt. Über eine jeweilige Spannungsstabilisierung an den jeweiligen Ausgängen werden auf die Eingangsseite des Gleichspannungswandlers wirksame elektrische Lastsprünge auf wenigstens einem spannungsschwankungs-sensiblen Teil-Bordnetz mit Hilfe von Steuerungsmitteln durch Variieren der Spannung und/oder der elektrischen Last auf wenigstens einem spannungsschwan- kungs-insensiblen Teil-Bordnetz zumindest teilweise kompensiert.

Aufgabe der Anmeldung ist es, ein Bordnetz, ein Fahrzeug mit einem Bordnetz und ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes anzugeben, welche eine weiter verbesserte Spannungs-Stabilisierung ermöglichen .

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Ein Bordnetz weist gemäß einem Aspekt der Anmeldung einen ersten Bordnetz zweig mit einer ersten Nominalspannung Ui und einen zweiten Bordnetz zweig mit einer zweiten Nominalspannung U ₂ auf. Zudem weist das Bordnetz zumindest einen DC/DC-Wandler auf, der zum Übertragen von Energie zumindest zwischen dem ersten Bordnetz zweig und dem zweiten Bordnetz zweig ausgebildet ist. Weiterhin weist das Bordnetz eine erste Ansteuereinheit auf, die zum Ansteuern des zumindest einen DC/DC-Wandlers ausgebildet ist. Darüber hinaus weist das Bordnetz eine erste Ermittlungseinheit auf, die zum Ermitteln einer momentanen Spannung Ui _S t,i des ersten Bordnetzzweigs ausgebildet ist. Ferner weist das Bordnetz eine erste Vergleichseinheit auf, die zum Vergleichen der ermittelten momentanen Spannung Ui _St ,i mit einem ersten oberen Spannungsschwellenwert U ₀ ,i und einem ersten unteren Spannungsschwellenwert U _u ,i ausgebildet ist, wobei U _u , ₁ < Ui < U ₀ ,i. Die erste Ansteuereinheit ist derart zum Ansteuern des zumindest einen DC/DC-Wandlers ausgebildet, dass ein Energieübertrag von dem ersten Bordnetzzweig in den zweiten Bordnetzzweig erfolgt, falls Uist,i > U ₀ , 1. Weiterhin ist die erste Ansteuereinheit derart zum Ansteuern des zumindest einen DC/DC-Wandlers ausgebildet, dass ein Energieübertrag von dem zweiten Bordnetzzweig in den ersten Bordnetzzweig erfolgt, falls Ui _St ,i < U _u , 1.

Das Bordnetz gemäß der genannten Ausführungsform ermöglicht eine weiter verbesserte Spannungs-Stabilisierung in dem ersten Bordnetz zweig, insbesondere durch das Vorsehen des zumindest einen DC/DC-Wandlers sowie der ersten Ansteuereinheit, die entsprechend zum Ansteuern des DC/DC-Wandlers ausgebildet ist. Dabei wird durch einen Energieübertrag von dem ersten Bordnetzzweig in den zweiten Bordnetz zweig, falls Ui _S t,i > Uo.l, ermöglicht, eine momentane Überspannung in dem ersten Bord- netzzweig zu verringern bzw. zu kompensieren. Weiterhin wird durch einen Energieübertrag von dem zweiten Bordnetzzweig in den ersten Bordnetzzweig, falls Ui _St ,i < U _u , ₁ , ermöglicht, dass eine momentane Unterspannung in dem ersten Bordnetzzweig ebenfalls verringert bzw. kompensiert werden kann. Damit kann die Spannung in dem ersten Bordnetzzweig in vorteilhafter Weise auf einem Wert gehalten werden, der im Wesentlichen der ersten Nominalspannung Ui entspricht. Insbesondere können Bordnetz Schwankungen während auftretender Laständerungen in dem ersten Bordnetzzweig ausgeglichen werden.

In einer Ausführungsform des Bordnetzes weist die erste Vergleichseinheit zumindest einen Komparator auf. Dies ermöglicht, die ermittelte momentane Spannung Ui _St , i in einfacher Weise mit dem ersten oberen Spannungsschwellenwert U ₀ , i und dem ersten unteren Spannungsschwellenwert U _u , i zu vergleichen.

Zudem kann die erste Vergleichseinheit zum Vergleichen der ermittelten momentanen Spannung Ui _St , i mit einem zweiten oberen Spannungsschwellenwert U ₀ ,2 und einem zweiten unteren Spannungsschwellenwert U _u ,2 ausgebildet sein, wobei U _u , i < U _u , ₂ < Ui und Ui < U ₀ ,2 < U ₀ , i .

Die erste Ansteuereinheit ist dabei bevorzugt zudem derart zum Ansteuern des zumindest einen DC/DC-Wandlers ausgebildet, dass der Energieübertrag von dem ersten Bordnetzzweig in den zweiten Bordnetz zweig beendet wird, falls Ui _St , i < U ₀ ,2- Weiterhin ist die erste Ansteuereinheit in der genannten Ausgestaltung derart zum Ansteuern des zumindest einen DC/DC-Wandlers ausgebildet, dass der Energieübertrag von dem zweiten Bordnetzzweig in den ersten Bordnetz zweig beendet wird, falls Ui _St , i > U _u , ₂ - Die genannten Ausführungsformen ermöglichen, bei der Ansteuerung des zumindest einen DC/DC-Wandlers ein Hystereseverhalten durch ein Vergleichen der momentanen Spannung Ui _St , i des ersten Bordnetzzweigs mit dem zweiten oberen Spannungsschwellenwert U ₀ ,2 und dem zweiten unteren Spannungsschwellenwert U _u ,2 zu berücksichtigen.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Bordnetz zudem einen Spannungsbegrenzungsschalter auf. Der Spannungsbegrenzungs- Schalter kann dabei zumindest eine Freilaufdiode aufweisen. Weiterhin kann der Spannungsbegrenzungsschalter durch eine inhärente Bodydiode eines MOSFETs gebildet werden. Das Vorsehen derartiger Spannungsbegrenzungsschalter ermöglicht, die Spannung in dem ersten Bordnetz zweig insbesondere bei geringen Überspannungswerten weiter zu stabilisieren.

Zudem kann das Bordnetz eine zweite Ermittlungseinheit aufweisen, die zum Ermitteln einer momentanen Spannung Ui _st ,2 des zweiten Bordnetzzweigs ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung weist das Bordnetz weiterhin eine zweite Vergleichseinheit auf, die zum Vergleichen der ermittelten momentanen Spannung Ui _st ,2 mit einem dritten oberen Spannungsschwellenwert U ₀ , ₃ und einem dritten unteren Spannungsschwellenwert U _u , ₃ ausgebildet ist, wobei U _u , ₃ < U ₂ < U _Q , ₃ .

Die erste Ansteuereinheit ist dabei bevorzugt zudem derart zum Ansteuern des zumindest einen DC/DC-Wandlers ausgebildet, dass ein Energieübertrag von dem zweiten Bordnetzzweig in den ersten Bordnetz zweig erfolgt, falls Ui _st ,2 > U ₀ ,3. Ferner ist die erste Ansteuereinheit bevorzugt derart zum Ansteuern des zumindest einen DC/DC-Wandlers ausgebildet, dass ein Energieübertrag von dem ersten Bordnetzzweig in den zweiten Bordnetzzweig erfolgt, falls Ui _St ,2 < U _u , 3. Mittels der genannten Ausführungsformen wird in vorteilhafter Weise eine verbesserte Spannungsstabilisierung in dem zweiten Bordnetz zweig ermöglicht. Dabei können Überspannungen in dem zweiten Bordnetzzweig durch einen Energieübertrag in den ersten Bordnetzzweig sowie Unterspannungen in dem zweiten Bordnetzzweig durch einen Energieübertrag von dem ersten Bordnetz zweig verringert bzw. kompensiert werden.

Der zumindest eine DC/DC-Wandler ist bevorzugt als Synchronwandler für einen bidirektionalen Energieübertrag zwischen dem ersten Bordnetz zweig und dem zweiten Bordnetzzweig ausgebildet. Die Anmeldung betrifft zudem ein Fahrzeug, das ein Bordnetz gemäß einer der genannten Ausführungsformen aufweist. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen, und kann als Hybridfahrzeug oder Fahrzeug mit reinem Verbrennungsmotor-Antrieb ausgebildet sein .

Ferner betrifft die Anmeldung ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes, wobei das Bordnetz einen ersten Bordnetzzweig mit einer ersten Nominalspannung Ui , einen zweiten Bordnetzzweig mit einer zweiten Nominalspannung U ₂ und zumindest einen

DC/DC-Wandler zum Übertragen von Energie zumindest zwischen dem ersten Bordnetzzweig und dem zweiten Bordnetzzweig aufweist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf. Es erfolgt ein Ermitteln eines ersten Werts einer momentanen Spannung Ui _St , i des ersten Bordnetz zweigs . Zudem erfolgt ein Vergleichen des ermittelten ersten Werts der momentanen Spannung Ui _St , i mit einem ersten oberen Spannungsschwellenwert U ₀ , i und einem ersten unteren Spannungsschwellenwert U _Uf 1 , wobei U _u , 1 < Ui < U ₀ , i . Falls Ui _S t, i > Un. i erfolgt ein Ansteuern des zumindest einen DC/DC-Wandlers derart, dass ein Energieübertrag von dem ersten Bordnetz zweig in den zweiten Bordnetzzweig erfolgt. Falls Ui _St , i < U _u , ₁ erfolgt ein Ansteuern des zumindest einen DC/DC-Wandlers derart, dass ein Energieübertrag von dem zweiten Bordnetzzweig in den ersten Bordnetz zweig erfolgt.

Das Verfahren gemäß der Anmeldung weist die bereits im Zusammenhang mit dem Bordnetz gemäß der Anmeldung genannten Vorteile auf, welche an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen nicht nochmals aufgeführt werden.

Falls U i _st , i > U ₀ , i , weist das Verfahren nach dem Ansteuern des zumindest einen DC/DC-Wandlers in einer Ausführungsform weiterhin folgende Schritte auf. Es erfolgt ein Ermitteln eines zweiten Werts der momentanen Spannung Ui _St ,i des ersten Bordnetzzweigs. Zudem erfolgt ein Vergleichen des ermittelten zweiten Werts der momentanen Spannung U _ist ,i mit einem zweiten oberen Spannungsschwellenwert U _0f2 , wobei Ui < U _Q ,2 < U _Q ,i.

Falls Ui _s t,i < U ₀ ,2^ wird der Energieübertrag von dem ersten Bordnetz zweig in den zweiten Bordnetzzweig beendet.

In einer weiteren Ausführungsform wird, falls Ui _St ,i > U ₀ ,i, der Energieübertrag von dem ersten Bordnetzzweig in den zweiten Bordnetz zweig nach einer vorbestimmten Zeitdauer beendet.

Falls Ui _st ,i < U _u , i, weist das Verfahren nach dem Ansteuern des zumindest einen DC/DC-Wandlers in einer weiteren Ausgestaltung zudem folgende Schritte auf. Es erfolgt ein Ermitteln eines zweiten Werts der momentanen Spannung Ui _St ,i des ersten Bordnetzzweigs. Ferner erfolgt ein Vergleichen des ermittelten zweiten Werts der momentanen Spannung Ui _St ,i mit einem zweiten unteren Spannungsschwellenwert U _Uf2r wobei U _u ,i < U _u , ₂ < Ui . Falls Ui _s t,i > U _u ,2f wird der Energieübertrag von dem zweiten Bord- netzzweig in den ersten Bordnetzzweig beendet.

Falls Ui _st ,i < U _u , i, wird in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens der Energieübertrag von dem zweiten Bordnetzzweig in den ersten Bordnetzzweig nach einer vorbestimmten Zeitdauer beendet.

In den oben genannten Ausführungsformen kann die erste Nominalspannung Ui größer oder kleiner als die zweite Nominalspannung U ₂ sein. Weiterhin kann die erste Nominalspannung Ui der zweiten Nominalspannung U ₂ entsprechen.

Unter den in der Anmeldung genannten Spannungswerten und Spannungsschwellenwerten wird dabei jeweils der Absolutbetrag der Spannung verstanden, das heißt, die genannten Spannungen weisen jeweils ein nicht-negatives Vorzeichen auf.

Ausführungsformen der Anmeldung werden nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

Figur 1A zeigt ein Blockschaltbild eines Bordnetzes gemäß einer ersten Ausführungsform der Anmeldung;

Figur 1B zeigt ein Blockschaltbild eines Bordnetzes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Anmeldung;

Figur 2 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Bordnetzes gemäß der

Anmeldung ;

Figur 3 zeigt Spannungs-Zeit-Diagramme in einem ersten

Bordnetzzweig eines Bordnetzes.

Figur 1A zeigt ein Blockschaltbild eines Bordnetzes 8 gemäß einer ersten Ausführungsform der Anmeldung. Das Bordnetz 8 kann beispielsweise Bestandteil eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens oder eines Lastkraftwagens sein.

Das Bordnetz 8 weist einen ersten Bordnetzzweig 1 mit einer ersten Nominalspannung Ui, die auch als V _sys i bezeichnet werden kann, und einen zweiten Bordnetzzweig 2 mit einer zweiten Nominalspannung U ₂ , die auch als V _sys2 bezeichnet werden kann, auf.

In dem ersten Bordnetzzweig 1 sind in der gezeigten Ausführungsform ein Generator 10, zumindest ein elektrischer Verbraucher 12 und eine elektrische Energiespeichervorrichtung 13, beispielsweise in Form eines 12-Volt-Akkumulators , angeordnet. Der Generator 10 ist über eine mechanische Kopplung 11, bei- spielsweise einen Keilrippenriemen, mit einem Motor 9 verbunden, wobei der Motor 9 als Verbrennungsmotor ausgebildet ist.

In dem zweiten Bordnetz zweig 2 sind in der gezeigten Ausführungsform eine elektrische Energiespeichervorrichtung 14, beispielsweise in Form eines 12-Volt-Akkumulators , und zumindest ein elektrischer Verbraucher 15 angeordnet.

Zwischen dem ersten Bordnetzzweig 1 und dem zweiten Bordnetz zweig 2 ist ein DC/DC-Wandler 3 angeordnet. Der DC/DC-Wandler 3 ist als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgebildet, der insbesondere die erste Nominalspannung Ui in die zweite Nominalspannung U ₂ und umgekehrt umwandeln kann. Dazu ist der DC/DC-Wandler 3 in der gezeigten Ausführungsform als Synchronwandler ausgebildet. Weiterhin ist es möglich, einen ersten DC/DC-Wandler, der als Aufwärtswandler bzw. Hochsetzsteller ausgebildet ist, und einen zweiten DC/DC-Wandler, der als Abwärtswandler bzw. Tiefsetzsteller ausgebildet ist, vorzusehen .

Das Bordnetz 8 weist zudem eine erste Ansteuereinheit 4 auf, die zum Ansteuern des zumindest einen DC/DC-Wandlers 3 ausgebildet ist . Die erste Ansteuereinheit 4 ist dabei mit dem Plus-Anschluss des ersten Bordnetzzweigs 1 gekoppelt bzw. verbunden. In der gezeigten Ausführungsform weist die erste Ansteuereinheit 4 eine erste Ermittlungseinheit 5 auf, die zum Ermitteln einer momentanen Spannung Ui _St , i des ersten Bordnetzzweigs 1 ausgebildet ist. Weiterhin weist die erste Ansteuereinheit 4 eine erste Vergleichseinheit 6 auf, die zum Vergleichen der ermittelten momentanen Spannung Ui _St , i mit einem ersten oberen Spannungsschwellenwert U ₀ , i und einem ersten unteren Spannungsschwellenwert U _u , i ausgebildet ist, wobei U _u , i < Ui < U _Q , i . Die erste Vergleichseinheit 6 weist dazu beispielsweise zumindest einen Komparator auf. Die erste Ansteuereinheit 4 ist derart zum Ansteuern des DC/DC-Wandlers 3 ausgebildet, dass ein Energieübertrag von dem ersten Bordnetz zweig 1 in den zweiten Bordnetzzweig 2 erfolgt, falls U ist, i > U ₀ , l . Weiterhin ist die erste Ansteuereinheit 4 derart ausgebildet, dass ein Energieübertrag von dem zweiten Bordnetz zweig 2 in den ersten Bordnetz zweig 1 erfolgt, falls Uist, l < U _u , l .

Darüber hinaus weist das Bordnetz 8 einen Spannungsbegren- zungsschalter 7, der in der gezeigten Ausführungsform als MOSFET ausgebildet ist, und eine zweite Ansteuereinheit 16 zum Ansteuern des Spannungsbegrenzungsschalters 7 auf. Der Spannungsbegrenzungsschalter 7 ist mit den Pluspfaden des ersten Bordnetzzweigs 1 und des zweiten Bordnetzzweigs verbunden und mit dem DC/DC-Wandler 3 elektrisch parallel geschaltet. Weiterhin ist die zweite Ansteuereinheit 16 mit dem Pluspfad des ersten Bordnetz zweigs 1 gekoppelt.

Zudem weist das Bordnetz 8 einen Leistungsschalter 17 sowie eine Steuereinheit 18 zum Ansteuern des Leistungsschalters 17 auf. Der Leistungsschalter 17 ist dabei in der gezeigten Ausführungsform als MOSFET ausgebildet, wobei die inhärente Bodydiode des MOSFET in Figur 1A nicht näher dargestellt ist. Der Leistungs Schalter 17 ist mit dem Spannungsbegrenzungsschalter 7 sowie dem Pluspfad der elektrischen Energiespeichervorrichtung 14 des zweiten Bornetzzweigs 2 verbunden.

Während eines Nominalbetriebszustands des Bordnetzes 8, d.h. eines Betriebs innerhalb der oben genannten Spannungs schwel- lenwerte, ist der Spannungsbegrenzungsschalter 7 geschlossen und der Leistungs Schalter 17 geöffnet. Weitere Einzelheiten des Spannungsbegrenzungsschalters 7 sowie des Leistungsschalters 17 werden im Folgenden näher erläutert. Mittels der gezeigten Ausführungsform können Bordnetz Schwankungen während auftretender Laständerungen ausgeglichen werden. Die Laständerungen betreffen dabei ein elektrisches System mit mindestens einem elektronischen Schalter in Form des Span- nungsbegrenzungsschalters 7 und mindestens einem

Spannungswandlermodul in Form des DC/DC-Wandlers 3. Das System befindet sind dabei in einem nominalen Systemzustand.

An den Spannungsbegrenzungsschalter 7 werden typischerweise Anforderungen wie beispielsweise garantierter Einschaltwiderstand, Durchgangswiderstand, der auch als R _dS , _on bezeichnet wird, und Unterstützung des Linearbetriebs, der auch als linear mode bezeichnet wird, gestellt. Der DC/DC-Wandler 3 unterliegt typischerweise Anforderungen wie beispielsweise dem Energie- austausch zwischen den zwei Energiesystemen in Form des ersten Bordnetz zweigs 1 und des zweiten Bordnetzzweigs 2.

Dabei steuert der DC/DC-Wandler 3 den Strom zwischen den zwei Energiesystemen. Der DC/DC-Wandler 3 befindet sich in der gezeigten Ausführungsform in einem Entlademodus, der auch als discharge mode oder MDl bezeichnet wird, oder in einem Lademodus, der auch als Charge mode oder MD2 bezeichnet wird. Die genannten Betriebsmodi sind typischerweise für eine längerfristige Ladung oder Entladung des zweiten Energiesystems in Form des zweiten Bordnetz zweigs 2 bzw. des ersten Energiesystems in Form des ersten Bordnetzzweigs 1 vorgesehen. Weiterhin kann sich der DC/DC-Wandler 3 in einem Ruhezustand befinden, der auch als standby mode oder MD0 bezeichnet wird. Das Bordnetz 8 kann durch die Anwendung der Nachladeeinheit in Form des DC/DC-Wandlers 3 bzw. des mindestens einen Schalters in Form des Spannungsbegrenzungsschalters 7 kostengünstiger und spannungsstabiler ausgeführt werden und ein durch Laständerung entstehendes Bremsmoment auf die Brennkraftmaschine, d.h. den Motor 9, minimiert werden. Insbesondere der DC/DC-Wandler 3 wird somit in seiner Funktionalität erweitert. Damit wird die Erhaltung eines vorgegebenen Spannungszustands des Bordnetzes 8 bei Laständerungen in dem ersten Bordnetzzweig 1 ermöglicht. Laständerungen können dabei Unter- bzw. Überspannungen in dem Bordnetz 8 hervorrufen, wobei diese mittels Ansteuerung des DC/DC-Wandlers 3 bzw. des Spannungsbegrenzungsschalters 7 verringert werden können, wie im Folgenden weiter erläutert wird.

Dazu wird zunächst ein Bordnetzzustand mit Überspannung betrachtet. In diesem Zustand kann der Generator 10 eine Bordnetzüberspannung mangels Verbraucher nicht selbständig ausregeln. In einem Bordnetzzustand mit Überspannung in dem ersten Bordnetz zweig 1, wobei die Höhe der Bordnetzüberspannung dabei beliebig ist, wird der DC/DC-Wandler 3 für eine Spannungsstabilisierung angesteuert. Der DC/DC-Wandler 3 kann dabei als zweite oder auch als einzige Stufe eingesetzt werden. Damit kann ein so genannter Load Dump, d.h. das Entstehen von Spannungsspitzen, eliminiert oder unterdrückt werden bzw. dessen Amplitude und Mittelwert reduziert werden.

Dazu wird beispielsweise über eine KomparatorSchaltung in der ersten Ansteuereinheit 4 die Bordnetzspannung in dem ersten Bordnetz zweig 1 gemessen und mit dem ersten oberen Spannungsschwellenwert U ₀ ,i verglichen. Bei Überschreiten des Spannungsschwellwertes, d.h. des ersten oberen Spannungsschwellenwertes U ₀ ,i, wird der DC/DC-Wandler 3 als Lastsenke betrieben .

Der DC/DC-Wandler 3 wird dazu über die erste Ansteuereinheit 4 typischerweise im Mikro- bis Millisekundenbereich in einem Modus " sink/source " , der auch als MD3 bezeichnet wird, aktiviert und transportiert dabei überschüssige oder Teile der Energie aus dem ersten Bordnetzzweig 1 in den zweiten Bordnetzzweig 2. Damit wird eine Reduzierung der Überspannung innerhalb des ersten Bordnetzzweigs 1 und ein kontrollierter Spannungsanstieg in dem zweiten Bordnetzzweig 2 bewirkt. Zudem wird ein typischerweise geringer Teil der Überspannungsenergie aus dem ersten Bordnetzzweig 1 in Form von Wärme in dem DC/DC-Wandler 3 umgewandelt bzw. dissipiert.

Bei Unterschreiten eines Hysteresewertes in Form eines zweiten oberen Spannungsschwellenwertes U _0r2 , wobei Ui < U ₀ ,2 < U ₀ ,i, wird der DC/DC-Wandler 3 wieder in einen Ruhemodus überführt. Der Betrieb des DC/DC-Wandlers 3 im sink mode ist typischerweise zeitlich begrenzt und damit insbesondere für transiente Bordnetz Schwankungen ausgelegt. Ist diese zeitliche Begrenzung überschritten, schaltet die erste Ansteuereinheit 4 den DC/DC-Wandler 3 in den Ruhemodus, solange bis eine erneute Anforderung, beispielsweise über einen Mikrokontroller , den DC/DC-Wandler 3 wieder in den sink bzw. source mode überführt.

Ein Unterspannungs-Bordnetzzustand ist typischerweise ein Betrieb, in dem eine Bordnetzunterspannung durch die Kombination aus Generator 10 und elektrischer Energiespeichervorrichtung 13 beispielsweise mangels Motordrehmoment, Generatorregelverhalten, Leistungskapazität oder zu hoher Eigen- bzw. Bordnetzimpedanzen Z dynamisch nicht selbständig ausgeregelt bzw. ausgeglichen werden kann. Hervorgerufen werden Unterspannungen typischerweise durch sprunghafte Laständerungen, insbesondere in Verbindung mit ungünstigem Motordrehmoment.

Ein Unterspannungs zustand kann wiederum mittels des

DC/DC-Wandlers 3 kompensiert bzw. verringert werden. Dabei ist die Höhe der Bordnetzunterspannung typischerweise beliebig. Ein transienter Spannungseinbruch kann eliminiert oder unterdrückt bzw. dessen Amplitude und Mittelwert reduziert werden. Dazu wird über beispielsweise eine KomparatorSchaltung in der ersten Ansteuereinheit 4 die Bordnetzspannung in dem ersten Bordnetz zweig 1 gemessen und mit einem ersten unteren Spannungsschwellenwert U _u , i verglichen. Bei Unterschreiten des Spannungsschwellwertes in Form des ersten unteren Spannungsschwellenwerts U _u , i wird der DC/DC-Wandler 3 als Quelle bzw. "source" betrieben.

Der DC/DC-Wandler 3 wird dazu über die erste Ansteuereinheit 4 typischerweise im Mikro- bis Millisekundenbereich in dem Modus " sink/source " , der wie bereits erläutert auch als MD3 bezeichnet wird, aktiviert und transportiert dabei einen entsprechenden Teil der gespeicherten Energie aus dem zweiten Bordnetzzweig 2 in den ersten Bordnetz zweig 1. Dadurch wird eine Reduzierung der Unterspannung innerhalb des ersten Bordnetz zweigs 1 und ein kontrollierter Spannungsabfall in dem zweiten Bordnetzzweig 2 bewirkt .

Bei Überschreitung eines Hysteresewertes oberhalb des ersten unteren Spannungsschwellenwerts U _u , i wird der DC/DC-Wandler 3 in der gezeigten Ausführungsform wieder in den Ruhezustand überführt. Der Betrieb des DC/DC-Wandlers 3 im source mode ist typischerweise zeitlich begrenzt und somit insbesondere für transiente Bordnetzschwankungen ausgelegt. Ist diese zeitliche Begrenzung überschritten, schaltet die erste Ansteuereinheit 4 den DC/DC-Wandler 3 in der gezeigten Ausführungsform in den Ruhezustand, solange bis eine erneute Anforderung, beispielsweise über einen Mikrokontroller , den DC/DC-Wandler 3 wieder in den sink bzw. source mode überführt.

Der DC/DC-Wandler 3 transportiert somit bei Unterspan- nungs-Zuständen Energie in Form von elektrischer Ladung von dem zweiten Bordnetzzweig 2 in den ersten Bordnetzzweig 1, wenn eine Anforderung durch eine entsprechende Systemgröße vorhanden ist. Neben einer Unterschreitung des ersten unteren Spannungsschwellenwerts U _u , i kann dazu zusätzlich eine von der ersten Ansteuereinheit 4 gemessene Stromänderung in dem ersten Bordnetz zweig 1 oder die Feststellung einer abnehmenden Mo- tordrehzahl bei gleichzeitiger Anforderung einer konstanten bzw. beschleunigten Motordrehzahl herangezogen werden. Auftretende Unterspannungen in dem ersten Bordnetz zweig 1 werden damit verhindert bzw. reduziert. Weiterhin nimmt die Spannung in dem zweiten Bordnetzzweig 2 ab.

Bei Überspannungs-Zuständen transportiert der DC/DC-Wandler 3 Energie in Form von elektrischer Ladung von dem ersten Bordnetzzweig 1 in den zweiten Bordnetz zweig 2, wenn eine Anforderung durch eine entsprechende Systemgröße vorhanden ist. Neben einer Überschreitung des ersten oberen Spannungsschwellenwerts U ₀ , i kann dazu zusätzlich eine von der ersten Ansteuereinheit 4 gemessene Stromänderung in dem ersten Bordnetzzweig 1 oder die Feststellung einer zunehmenden Motordrehzahl bei gleichzeitiger Anforderung einer konstanten bzw. reduzierten Motordrehzahl herangezogen werden. Auftretende Überspannungen in dem ersten Bordnetz zweig 1 werden damit verhindert bzw. reduziert. Weiterhin nimmt die Spannung in dem zweiten Bordnetzzweig 2 zu.

In dem auch als MD3 bezeichneten Modus wird dabei die Ent- Scheidung, ob der DC/DC-Wandler 3 in der Betriebsart Energiesenke bzw. "sink" oder in der Betriebsart Energieguelle bzw. "soure" betrieben wird, mittels der entsprechenden Komparatoren der Vergleichseinheit 6 getroffen. In beiden genannten Betriebsarten bzw. Zuständen findet ein Energietransport durch den

DC/DC-Wandler 3 statt.

Mittels der gezeigten Ausführungsform kann ein Kostenvorteil durch die Möglichkeit, in Systemabstimmung mit Generator 10, elektrischer Energiespeichervorrichtung 13, elektrischem Verbraucher 12 und den Leitungsimpendanzen die zur Verfügung stehende Energie aus dem zweiten Bordnetzzweig 2 nutzen zu können, erreicht werden. Dadurch können insbesondere der Generator 10 und die elektrische Energiespeichervorrichtung 13 in kleineren Leistungsklassen realisiert werden.

Die Anmeldung lässt sich dabei in potentialgetrennten und nicht potentialgetrennten Systemen anwenden sowie in Schalttopologien im Masse- als auch im Pluspfad.

Der erste obere Spannungsschwellenwert U ₀ ,i und der erste untere Spannungsschwellenwert U _u ,i sowie die weiteren Spannungsschwellenwerte können in einer weiteren Ausgestaltung dynamisch angepasst werden, beispielsweise an eine geänderte Temperatur bzw. einen geänderten Sollwert der von dem Generator 10 erzeugten Spannung .

Figur 1B zeigt ein Blockschaltbild eines Bordnetzes 8 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Anmeldung. Komponenten mit den gleichen Funktionen wie in Figur 1A werden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und im Folgenden nicht nochmals erläutert .

In der gezeigten zweiten Ausführungsform weist das Bordnetz 8 ebenfalls einen Leistungsschalter 17 sowie eine Steuereinheit 18 zum Ansteuern des Leistungsschalters 17 auf. Der Leistungsschalter 17 ist dabei in der gezeigten Ausführungsform als MOSFET ausgebildet, wobei die inhärente Bodydiode des MOSFET in Figur 1B nicht näher dargestellt ist. Der Leistungs Schalter 17 ist mit dem Massepfad der elektrischen Energiespeichervorrichtung 13 des ersten Bornetzzweigs 1 sowie dem Pluspfad der elektrischen Energiespeichervorrichtung 14 des zweiten Bornetzzweigs 2, die in der zweiten Ausführungsform beispielsweise als

5-Volt-Akkumulator ausgebildet ist, verbunden und ermöglicht dadurch bei entsprechender Ansteuerung durch die Steuereinheit 18 eine Serienschaltung der beiden Energiespeichervorrichtungen und damit eine Anhebung der Spannung in dem ersten Bornetzzweig 1. Dies ist insbesondere vorteilhaft, falls der elektrische Verbraucher 12 als Hochstromverbraucher ausgebildet ist. Die Steuereinheit 18 ist dabei mit dem Pluspfad des ersten Bornetzzweigs 1 gekoppelt.

Weiterhin ist in der gezeigten zweiten Ausführungsform der Spannungsbegrenzungsschalter 7 im Massepfad der elektrischen Energiespeichervorrichtung 13 angeordnet. Die zweite An- steuereinheit 16 des Spannungsbegrenzungsschalters 7 ist mit dem Pluspfad des ersten Bordnetz zweigs 1 gekoppelt. Während eines Nominalbetriebszustands des Bordnetzes 8, d.h. eines Betriebs innerhalb der oben genannten Spannungs Schwellenwerte, ist der Spannungsbegrenzungsschalter 7 geschlossen und der Leistungs Schalter 17 geöffnet. In einem Über spannungs-Anwendungsfall kann bei geringen Bordnetzüberspannungen, die auch als V _ov i bezeichnet werden, in einer ersten Stufe der Spannungsbegrenzungsschalter 7 in einem linearen Betrieb einen entstehenden Überspannungsanteil um die Spannung V _sw i mit 0 V bis V _d reduzieren, wobei V _d die Diodenflussspannung der inhärenten Bodydiode des in der gezeigten Ausführungsform als MOSFET ausgebildeten Spannungsbegrenzungsschalters 7 ist. Dadurch kann ein Überspannungs-Zielwert der Bordnetzspannung geregelt bzw. gesteuert werden. Bei Überschreiten des Spannungsschwellwertes wird der Spannungsbegrenzungsschalter 7 im linearen Betrieb mittels der zweiten Ansteuereinheit 16 mit einem ersten Regelzielwert geregelt. Bei Unterschreiten eines

Hysteresewertes unterhalb des ersten Regelzielwertes wird der Spannungsbegrenzungsschalter 7 wieder in den Durchlassmodus bzw. on mode überführt. Der Betrieb des Spannungsbegrenzungsschalters 7 im linearen Modus ist dabei nicht zeitlich begrenzt.

Der Spannungsbegrenzungsschalter 7 fungiert bei Überspan- nungs-Zuständen damit neben dem DC/DC-Wandler 3 ebenfalls als steuerbare Leistungssenke. Dabei arbeitet der Spannungsbegrenzungsschalter 7 über die Regeleinheit bzw. zweite An- steuereinheit 16 im linearen Betrieb. Durch die in dem Spannungsbegrenzungsschalter 7 in Form eines MOSFET inhärent enthaltene Bodydiode können dabei Überspannungen bis typischerweise 0, 7 V sehr schnell eliminiert werden. Im linearen Betrieb des Spannungsbegrenzungsschalters 7 ist die Wirkspannung an diesem negativ und die auftretende Netzüberspannung kann somit verringert werden. Der effektive Linearspannungsbereich des Spannungsbegrenzungsschalters 7 liegt typischerweise zwischen 0 V und 0,7 V. Das limitierende Element ist dabei die Flussspannung der Bodydiode, die typischerweise ca. 0,7 V beträgt. Relevant für die Position des Spannungsbegrenzungsschalters 7 in dem System ist dabei, dass der Spannungsbegrenzungsschalter 7 die Systemlast zumindest von der elektrischen Energiespeichervorrichtung 13 und zumindest in einer Stromrichtung abtrennen kann .

Der Spannungsbegrenzungsschalter 7 der in Figur 1A gezeigten ersten Ausführungsform kann bei Überspannungs-Zuständen ebenfalls als Leistungssenke fungieren, wobei dazu in dieser Ausführungsform der Leistungsschalter 17 geschlossen wird.

Figur 2 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Bordnetzes 8 gemäß der Anmeldung. Komponenten mit den gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit den gleichen Bezugs zeichen gekennzeichnet und im Folgenden nicht nochmals erläutert. Wie in Figur 2 schematisch dargestellt ist, kann ein Energieaustausch zwischen dem ersten Bordnetzzweig 1 und dem zweiten Bordnetz zweig 2 mittels einer Steuereinheit 18 erfolgen. Die Steuereinheit 18 weist dazu zumindest einen nicht näher dar- gestellten DC/DC-Wandler sowie eine Ansteuereinheit zum Ansteuern des DC/DC-Wandlers auf. Der Energieübertrag zwischen dem ersten Bordnetzzweig 1, der Steuereinheit 18 und dem zweiten Bordnetz zweig 2 ist dabei schematisch mittels Pfeilen A und B dargestellt .

Figur 3 zeigt Spannungs-Zeit-Diagramme in einem ersten Bordnetzzweig eines Bordnetzes. Dabei ist der zeitliche Verlauf der momentanen Spannung des ersten Bordnetzzweigs aufgetragen. Mit einer durchgezogenen Linie ist in dem oberen Spannungs-Zeit-Diagramm der Figur 3 schematisch der Verlauf der Spannung dargestellt, wie sie sich ohne die oben erläuterte Ansteuerung des DC/DC-Wandlers ergibt. Zwischen den Zeitpunkten ti und t ₂ sowie t ₅ und t ₆ ist eine Überspannung in dem ersten Bordnetz zweig vorhanden, wohingegen zwischen den Zeitpunkten t3 und i eine Unterspannung in dem ersten Bordnetzzweig vorliegt. Die Zeitintervalle zwischen ti und t ₂ sowie t ₃ und t ₄ stellen beispielsweise Spannungsschwankungen im Millisekundenbereich und das Zeitintervall zwischen t ₅ und t ₆ beispielsweise eine Spannungsschwankung im Mikrosekundenbereich dar. Die Überspannungen überschreiten dabei einen ersten oberen Spannungsschwellenwert U ₀ ,i und die Unterspannungen unterschreiten einen ersten unteren Spannungsschwellenwert U _u ,i. Wie mit einer gestrichelten Linie in dem unteren Spannungs-Zeit-Diagramm der Figur 3 schematisch dargestellt ist, kann mittels einer Ansteuerung des DC/DC-Wandlers derart, dass bei einer Überschreitung des ersten oberen Spannungsschwellenwert U ₀ ,i eine Energieübertragung von dem ersten Bordnetzzweig in den zweiten Bordnetz zweig erfolgt, die Amplitude der Überspannung auf diesen Spannungsschwellenwert begrenzt werden. Weiterhin kann durch eine Ansteuerung des DC/DC-Wandlers derart, dass bei Unterschreitung des ersten unteren Spannungs Schwellenwerts U _u , i ein Energieübertrag von dem zweiten Bordnetzzweig in den ersten Bordnetzzweig erfolgt, die Amplitude der Unterspannung auf diesen Schwellenwert begrenzt werden. Insgesamt ergibt sich damit eine Stabilisierung des Spannungsverlaufs in dem ersten Bordnetzzweig.

Dabei sind Systemtotzeiten insbesondere des DC/DC-Wandlers zu berücksichtigen, die zwischen einem Wechsel der Betriebsarten "sink" und "source" und einer damit verbundenen Richtungsumkehr des Energietransports zwischen den beiden Bordnetzzweigen liegen, innerhalb derer auftretende Über- bzw. Unterspannungen typischerweise nicht vollständig kompensiert werden. Derartige Systemtotzeiten können insbesondere konfigurierbar sein.

Bezugs zeichenliste

1 Bordnetzzweig

2 Bordnetzzweig

3 DC/DC-Wandler

4 Ansteuereinheit

5 Ermittlungseinheit

6 Vergleichseinheit

7 Spannungsbegrenzungs Schalter

8 Bordnetz

9 Motor

10 Generator

11 Kopplung

12 Verbraucher

13 Energiespeichervorrichtung

14 Energiespeichervorrichtung

15 Verbraucher

16 Ansteuereinheit

17 Leistungsschalter

18 Steuereinheit

A Pfeil

B Pfeil