Kraftfahrzeugbordnetz mit wenigstens zwei Energiespeichern, Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugbordnetzes und Mittel zu dessen Implementierung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbordnetz mit wenigstens zwei Energiespeichern, ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Kraftfahrzeugbordnetzes sowie Mittel zur Implementierung des Verfahrens.

Stand der Technik

Die Rückgewinnung von Bremsenergie in Kraftfahrzeugen durch Rekuperation ist bekannt. In Rekuperationssystemen wird während einer Bremsung mechanische Energie durch eine elektrische Maschine in elektrische Energie umgewandelt und in einer Batterie oder einem anderen Energiespeicher gespeichert. Ist die durch den Fahrer angeforderte Bremsleistung kleiner oder gleich der Leistungsfähigkeit des Rekuperationssystems, erfolgt die Bremsung typischerweise ausschließlich mittels diesem. Ist die angeforderte Bremsleistung höher, wird zusätzlich ein konventionelles Bremssystem eingesetzt. Die mögliche Kraftstoffeinsparung durch die Rekuperation ist daher nicht nur vom Fahrzyklus und dem Fahrerverhalten, sondern auch von der Leistungsfähigkeit des Rekuperationssystems abhängig. Letztere wird von der maximalen generatorischen Leistung der elektrischen Maschine und der maximalen elektrischen Aufnahmefähigkeit des oder der Energiespeicher im Kraftfahrzeugbordnetz begrenzt.

Ferner ist als kraftstoffsparende Maßnahme der Segelbetrieb bekannt. Hierbei wird der Verbrennungsmotor während einer sogenannten Segelphase vom restlichen Antriebsstrang abgekoppelt. Hierdurch wirkt das Motorschleppmoment nicht mehr auf den restlichen Antriebstrang und die Ausrollphase des Fahrzeugs wird wesentlich verlängert. Bei Fahrzeugen mit konventionellem Antriebsstrang werden die elektrischen Verbraucher während der Segelphase ausschließlich aus dem oder den Energiespeichern versorgt. Segeln und Rekuperation schließen einander nicht aus. Beispielsweise kann der Segelbetrieb eingeleitet werden, wenn der Fahrer weder Gas noch Bremse betätigt. Die Rekuperation kann dann erfolgen, wenn der Fahrer die Bremse betätigt.

Aus der DE 10 2013 204 894 A1 ist ein Kraftfahrzeugbordnetz bekannt, das eine elektrische Maschine, einen ersten Energiespeicher und einen zweiten Energie- Speicher aufweist. Es sind Mittel vorgesehen, mittels derer wahlweise nur einer der Energiespeicher, beide Energiespeicher in Parallelschaltung oder der beide Energiespeicher in Reihenschaltung an die elektrische Maschine angebunden werden können. In einem derartigen Kraftfahrzeugbordnetz kann eine leistungsfähigere Rekuperation durch eine Erhöhung der Spannung an der elektrischen Maschine erzielt werden. Durch diese ergibt sich eine Erhöhung der generatorischen Leistung, die als Bremsleistung zur Verfügung steht. Durch die variable Verschaltung der Energiespeicher ergibt sich zugleich eine Erhöhung der Aufnahmekapazität des Kraftfahrzeugbordnetzes. Diese ermöglicht die Einspeisung bei höherer Generatorleistung und damit insgesamt eine Erhöhung der Kraftstof- feinsparung bei der Rekuperation. Die Energiespeicher stehen ferner redundant für den Segelbetrieb zur Verfügung, wodurch sich die Ausfallsicherheit des Kraftfahrzeugbordnetzes insgesamt erhöht.

Es ist in bestimmten Fällen wünschenswert, in einem Kraftfahrzeugbordnetz, wie es beispielsweise in der DE 10 2013 204 894 A1 offenbart ist, die elektrische

Maschine auch motorisch zu betreiben bzw. eine entsprechende elektrische Maschine einzusetzen. Auf diese Weise kann mechanische Leistung, beispielsweise zum Starten oder zur Unterstützung des Verbrennungsmotors (z.B. zum Ausgleich des Turbolochs oder im sogenannten Boostbetrieb) generiert werden.

Eine entsprechende elektrische Maschine ist typischerweise über einen als Gleich- und Wechselrichter betreibbaren aktiven Stromrichter an das Kraftfahrzeugbordnetz angebunden, wie auch zu Figur 2 erläutert. In einem motorischen Betrieb der elektrischen Maschine wird der aktive Stromrichter als (Puls-)Wech- selrichter, in einem generatorischen Betrieb als Gleichrichter betrieben. Ein entsprechender aktiver Stromrichter ist typischerweise als Brückengleichrichter mit einer der Phasenzahl der elektrischen Maschine entsprechenden Anzahl an Halbbrücken ausgebildet. Ein aktiver Stromrichter unterscheidet sich von einem passiven Stromrichter dadurch, dass als Gleichrichtelemente, die in einem passiven Gleichrichter als Dioden ausgebildet sind, ansteuerbare Halbleiterschaltelemente, beispielsweise MOS-Feldeffekttransistoren, verwendet werden.

Zum Ausgleich von Spannungs- und Stromspitzen und zur Glättung der an den Gleichspannungsanschlüssen (üblicherweise mit B+ und B- bezeichnet) des aktiven Stromrichters im generatorischen und motorischen Betrieb der elektrischen Maschine anliegenden Spannung ist in einer entsprechenden Anordnung aus elektrischer Maschine und aktivem Stromrichter zwischen diesen Gleichspannungsanschlüssen entsprechend dem Stand der Technik ein kapazitives Ele- ment, der sogenannte Zwischenkreiskondensator, eingebunden.

Ferner ist es wünschenswert, in einem Kraftfahrzeugbordnetz, wie es beispielsweise in der DE 10 2013 204 894 A1 offenbart ist, die elektrische Maschine im motorischen Betrieb mit unterschiedlichen Spannungen betreiben zu können, die durch die erläuterten Verschaltungen der Energiespeicher bereitgestellt werden können. Hierdurch lassen sich je nach Bedarf unterschiedliche mechanische Leistungen durch die elektrische Maschine abgeben. Allerdings kommt es beim Umschalten zwischen diesen unterschiedlichen Spannungen in einem entsprechenden Kraftfahrzeugbordnetz mit Zwischenkreiskondensator zu sehr hohen Lade- bzw. Entladeströmen an diesem. Der Zwischenkreiskondensator kann durch diese hohen Lade- bzw. Entladeströme beschädigt werden.

Es besteht daher der Bedarf nach entsprechenden Kraftfahrzeugbordnetzen, die es ermöglichen, die motorisch oder generatorisch betriebene elektrische Maschi- ne mit unterschiedlichen Spannungen betreiben zu können, ohne dass es zu

Schäden aufgrund der Umschaltung zwischen diesen unterschiedlichen Spannungen bzw. aufgrund hierdurch hervorgerufener hoher Stromflüsse kommen kann. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verbesserung eines Kraftfahrzeugbordnetzes, wie es in der DE 10 2013 204 894 A1 offenbart ist. Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug- bordnetz mit wenigstens zwei Energiespeichern, ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Kraftfahrzeugbordnetzes sowie Mittel zur Implementierung des Verfahrens mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein Kraftfahrzeugbordnetz, das eine motorisch und generatorisch betreibbare elektrische Maschine, einen ersten Ener- giespeicher und einen zweiten Energiespeicher aufweist, und in dem Mittel vorgesehen sind, mittels derer wahlweise nur der erste Energiespeicher oder nur der zweite Energiespeicher, der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher in Parallelschaltung oder der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher in Reihenschaltung an die elektrische Maschine bzw. deren Stromrichter angebunden werden können, dadurch verbessert werden kann, dass anstelle eines kapazitiven Elements, also des Zwischenkreiskondensators, zwischen den Gleichspannungsanschlüssen des verwendeten Stromrichters mehrere kapazitive Elemente verwendet werden. Diese werden dabei dauerhaft, also nicht zu- oder abschaltbar, jeweils parallel zu den Energiespeichern ange- ordnet, wie auch nachfolgend noch erläutert.

Es wird dabei ein Kraftfahrzeugbordnetz vorgeschlagen, das eine generatorisch und motorisch betreibbare elektrische Maschine, einen aktiven Stromrichter mit Gleichspannungsanschlüssen, einen ersten Energiespeicher und einen zweiten Energiespeicher aufweist. Bei den Energiespeichern kann es sich beispielsweise um reguläre Kraftfahrzeugbatterien, beispielsweise jeweils um 12V-Blei- Batterien, handeln. Es sind jedoch wahlweise auch andere elektrische Speichertechnologien einsetzbar. Die elektrische Maschine ist mit ihren Phasenanschlüssen an entsprechende Wechselspannungsanschlüsse des Stromrichters ange- schlössen, wie grundsätzlich bekannt. Ferner sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Mittel vorgesehen, die dafür eingerichtet sind, sämtliche der nachfolgend angegebenen Schaltzustände a) bis c) alternativ zueinander einzustellen: a) entweder nur der erste Energiespeicher oder nur der zweite Energiespeicher ist an die Gleichspannungsanschlüsse des aktiven Stromrichters angebunden; b) der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher sind in Parallelschaltung an die Gleichspannungsanschlüsse des aktiven Stromrichters angebunden; und c) der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher sind in Reihenschaltung an die an die Gleichspannungsanschlüsse des aktiven Stromrichters angebunden.

Erfindungsgemäß ist mit dem ersten Energiespeicher ein erstes kapazitives Element und mit dem zweiten Energiespeicher ein zweites kapazitives Element dauerhaft parallel verbunden. Bei den kapazitiven Elementen kann es sich bei- spielsweise um kommerziell erhältliche Kondensatoren handeln.

Ist hier davon die Rede, dass entsprechende kapazitive Elemente "dauerhaft parallel" mit den jeweiligen Energiespeichern verbunden sind, sei darunter verstanden, dass ein entsprechendes kapazitives Element mit einem von zwei An- Schlüssen elektrisch leitend und dauerhaft mit einem ersten Pol des Energiespeichers, beispielsweise dem positiven Batteriepol, und mit dem zweiten der zwei Anschlüsse leitend und dauerhaft mit dem zweiten Pol des Energiespeichers, beispielsweise dem negativen Batteriepol, verbunden ist. Eine derartige parallele Verbindung liegt selbstverständlich auch dann vor, wenn der erste der zwei An- Schlüsse des kapazitiven Elements mit dem positiven Batteriepol verbunden ist und der zweite der zwei Anschlüsse und der "negative" Batteriepol mit einer gemeinsamen Masse verbunden sind, die eine leitende Verbindung herstellt.

Dauerhaft ist eine entsprechende Verbindung dann, wenn sie nicht über ein Schaltelement erfolgt, sondern über Kabel und entsprechende Verbindungen, beispielsweise Lötstellen, Klemmen oder Stecker, die in einem Normalbetrieb eines entsprechenden Kraftfahrzeugbordnetzes nicht unterbrochen bzw. deren Elemente nicht voneinander getrennt bzw. isoliert werden. Zu den grundsätzlichen Vorteilen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftfahrzeugbordnetzes bezüglich der Rekuperation sei auf die obigen Erläuterungen verwiesen. Auch im Segelbetrieb bietet dieses Kraftfahrzeugbordnetz grundsätzliche Vorteile, weil während einer Segelphase das Kraftfahrzeugbordnetz wahl- weise durch einen der Energiespeicher versorgt werden kann. Fällt einer aufgrund eines Fehlers aus, kann auf den anderen umgeschaltet werden.

Durch die variable Verschaltung der wenigstens zwei Energiespeicher können beim Start des Verbrennungsmotors entweder einer oder beide Energiespeicher die elektrische Maschine speisen, die dann, motorisch betrieben, den Verbrennungsmotor entsprechend starten kann.

Wird nur einer der Energiespeicher dazu eingesetzt, kann der andere Energiespeicher unabhängig hiervon an die elektrischen Verbraucher angebunden wer- den. Damit werden ein Starterkreis und ein Verbraucherkreis geschaffen. Beim

Start des Verbrennungsmotors, beispielsweise mit Hilfe eines in der beigefügten Figur 2 aus Übersichtsgründen nicht eingezeichneten Ritzelstarters oder mit der bereits beschriebenen elektrischen Maschine, ergibt sich dann aufgrund des entkoppelten Starterkreises kein störender Spannungseinbruch im Verbraucher- kreis. Dies ist insbesondere in den bekannten Start-Stopp-Systemen im Warmstart mit Hilfe eines Ritzelstarters oder mit der beschriebenen elektrischen Maschine (z.B. nach einem Ampelhalt im Stadtverkehr) von Vorteil.

Bei einem Kaltstart, bei dem Spannungseinbrüche typischerweise als weniger störend empfunden werden und ein höheres mechanisches Drehmoment erforderlich ist, kann hingegen der verfügbare Strom und damit das Drehmoment der elektrischen Startvorrichtung durch Parallelschaltung wenigstens zweier Energiespeicher erhöht werden. Die verfügbare Spannung und damit die erzeugbare mechanische Leistung kann auch durch eine Reihenschaltung der Energiespeicher erhöht werden.

Die Erfindung ermöglicht auch eine Kapselung von Fehlern der elektrischen Maschine, d.h. eine Fehlerausbreitung von der elektrischen Maschine in das Ver- sorgungsnetz wird verhindert. Hierdurch erhöht sich die Ausfallsicherheit. Zusätzlich kann auch eine defekte Batterie vom Bordnetz abgekoppelt werden und damit die Ausfallsicherheit weiter erhöht werden.

Die Vorteile der erfindungsgemäß vorgesehenen, parallel zu den Energiespeichern vorgesehenen kapazitiven Elementen besteht darin, dass bei einer gewünschten Umschaltung zwischen Versorgungsspannungen für die motorisch oder generatorisch betriebene elektrische Maschine es nicht zu hohen Umlade- strömen in und aus dem Zwischenkreiskondensator und entsprechenden Schäden kommen kann, weil dieser durch die kapazitiven Elemente ersetzt ist.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. eine Steuereinrichtung für ein Kraftfahrzeugbordnetz, ist als Mittel zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn eine ausführende Steuereinrichtung noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Eine derartige Steuereinrichtung ist mit einem geeigneten Datenträger zur Speicherung eines entsprechenden Computerprogramms, beispielsweise einer Festplatte und/oder einem Flashspeicher, ausgestattet.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 veranschaulicht einen Verlauf einer maximalen Ausgangsleistung eines 14V-Klauenpolgenerators über eine Generatordrehzahl für Ausgangsspannungen von 14V und 28V.

Figur 2 zeigt ein Kraftfahrzeugbordnetz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vereinfachter schematischer Darstellung.

Figur 3 zeigt das Kraftfahrzeugbordnetz gemäß Figur 2 in einem gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung vorgesehenen Schaltzustand.

Figur 4 zeigt das Kraftfahrzeugbordnetz gemäß Figur 2 in einem gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung vorgesehenen Schaltzustand.

Figur 5 zeigt das Kraftfahrzeugbordnetz gemäß Figur 2 in einem gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung vorgesehenen Schaltzustand.

Figur 6 zeigt das Kraftfahrzeugbordnetz gemäß Figur 2 in einem gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung vorgesehenen Schaltzustand.

Ausführungsform(en) der Erfindung

In Figur 1 ist der typische Verlauf der maximalen Ausgangsleistung P einer generatorisch betriebenen elektrischen Maschine, beispielsweise eines 14V-Klauen- polgenerators, die an einen passiven B6-Brückengleichrichter angebunden ist, auf der Ordinate über die Generatordrehzahl n auf der Abszisse für die beispielhaften Ausgangsspannungen Ui = 14V und U2 = 28V dargestellt. Speist die elektrische Maschine ein 14V-Kraftfahrzeugbordnetz, kann diese ab einer Drehzahl n ₀ i elektrische Leistung liefern. Hingegen kann dieselbe elektrische Maschine bei einer Einspeisung in ein 28V-Kraftfahrzeugbordnetz erst ab einer Drehzahl von n ₀ 2 elektrische Leistung liefern. Bei einer Ausgangsspannung der elektrischen Maschine von U2 = 28V ergibt sich ab einer Drehzahl n > ni2 eine deutlich höhere maximale Ausgangsleistung als bei Versorgung eines 14V- Kraftfahrzeugbordnetzes. Dieser Effekt kann genutzt werden, um während der Rekuperation die Ausgangsleistung der elektrischen Maschine zu erhöhen. Die Erfindung betrifft jedoch insbesondere den motorischen Betrieb einer entsprechenden elektrischen Maschine, die über einen dann als Wechselrichter betriebenen aktiven Stromrichter an ein Kraftfahrzeugbordnetz angebunden ist. Die elektrische Maschine kann je nach dem Betriebszustand des entsprechenden Fahrzeugs mit unterschiedlichen Spannungen versorgt werden. Auch bei moto- rischem Betrieb der elektrischen Maschine ergibt sich bei einer speisenden

Spannung von 28V eine höhere maximale Ausgangsleistung als bei einer Versorgung mit 14V.

In Figur 2 ist ein Kraftfahrzeugbordnetz gemäß einer Ausführungsform der vorlie- genden Erfindung in Form eines Schaltplans vereinfacht schematisch dargestellt. und insgesamt mit 100 bezeichnet. Dieses weist einen ersten Energiespeicher Bi und einen zweiten Energiespeicher B2, die beispielsweise in Form gleichartiger oder unterschiedlicher Kraftfahrzeugbatterien, z.B. in Form zweier 12V-Kraft- fahrzeugbatterien, ausgebildet sein können, auf. Mit dem ersten Energiespeicher Bi ist ein erstes kapazitives Element C _z i und mit dem zweiten Energiespeicher B2 ein zweites kapazitives Element C _Z 2 im oben erläuterten Sinn dauerhaft parallel verbunden. Die Energiespeicher Bi und B2 können mittels der Schaltelemente S1 , S2, S3 und S ₄ variabel verschaltet werden. Die Schaltelemente S1 bis S ₄ können beispielsweise durch MOS-Feldeffekttransistoren oder andere elektronische Bauelemente gebildet sein. Elektrische 14V- Verbraucher sind kollektiv in Form eines Widerstands R1 veranschaulicht.

Eine elektrische Maschine EM kann sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben werden. Sie kann damit elektrische Leistung in das Kraftfahrzeugbordnetz 100 einspeisen oder aus diesem mit elektrischer Leistung versorgt werden. Hierzu ist ein aktiver Stromrichter 110 vorgesehen, der in einem generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine, beispielsweise während einer Rekuperation, als Gleichrichter, und während eines motorischen Betriebs, beispielsweise zur Unterstützung des Verbrennungsmotors, als Wechselrichter betrieben werden kann. Der aktive Stromrichter 110 weist ansteuerbare Halbleiterschaltelemente 11 1 auf. An Gleichspannungsanschlüssen B+ und B- liegt eine Gleichspannung an. Der Gleichspannungsanschluss B- kann auf Masse liegen. Die ansteuerbaren Halbleiterschaltelemente 11 1 sind als Dioden mit parallelen Schaltern veranschau- licht. Sie können beispielsweise als MOS-Feldeffekttransistoren ausgebildet sein.

Eine Steuereinrichtung 120 ist zur Ansteuerung der Schaltelemente Si , S ₂ , S3 und S und ggf. auch der Halbleiterschaltelemente 11 1 ausgebildet.

Die kapazitiven Elemente C _z i und C _z2 werden im Rahmen der dargestellten Aus- führungsform der Erfindung anstelle eines einzigen Zwischenkreiskondensators eingesetzt, der im Stand der Technik zwischen den Gleichspannungsanschlüssen B+ und B- eingebunden ist. Auf diese Weise wird, wie bereits zuvor erläutert, erreicht, dass beim Wechsel zwischen Versorgungsspannungen für die elektrische Maschine EM im motorischen und generatorischen Betrieb durch eine entsprechende Ansteuerung der Schaltelemente S1 , S ₂ , S3 und S keine oder zumindest keine übermäßig hohen Umladeströme auftreten können.

Im Folgenden wird mit S _n = 0 ein geöffnetes, mit S _n = 1 ein geschlossenes Schaltelement S1 bis S bezeichnet. Die in den Figuren 3 bis 6 dargestellten und nachfolgend weiter erläuterten Schaltzustände des Kraftfahrzeugbordnetzes 100 werden mittels der Schaltelemente S1 bis S eingestellt.

Mit S1 = 0, S ₂ = 1 , S3 = 0 und S = 1 ergibt sich ein Schaltzustand gemäß Figur 3. Beide Energiespeicher B1 und B ₂ sind gemäß Figur 3 in Reihe geschaltet. Damit sind auch die mit den Energiespeichern B1 und B ₂ dauerhaft parallel verbundenen kapazitiven Elemente C _z i und C _z2 in Reihe geschaltet. Die elektrische Maschine EM speist hier entweder elektrische Leistung mit einer Ausgangsspannung von ca. 28V in das Kraftfahrzeugbordnetz 100 ein oder wird aus dem Kraft- fahrzeugbordnetz 100 mit einer entsprechenden Spannung versorgt. Der zweite

Energiespeicher B ₂ versorgt die Verbraucher R1 mit einer Spannung von 14V.

Der Schaltzustand gemäß Figur 3 kann dann gewählt werden, wenn beide Energiespeicher Bi und B ₂ gleichzeitig geladen werden sollen. Er wird bevorzugt bei Rekuperation ausgewählt. Die höhere Ausgangsspannung der elektrischen Maschine EM ergibt für Generatordrehzahlen n > ni2 auch eine höhere Ausgangsleistung (vgl. Figur 1). Durch die Reihenschaltung der zwei Energiespeicher Bi und B2 wird die mögliche Leistungsaufnahme des Kraftfahrzeugbordnetzes ge- genüber einem einzigen Energiespeicher Bi oder B2 verdoppelt.

Während der Rekuperation wird der erste Energiespeicher Bi stärker aufgeladen als der zweite Energiespeicher B2, da parallel zu dem zweiten Energiespeicher B2 die Verbraucher R1 geschaltet sind. Ist der erste Energiespeicher Bi an der oberen Grenze seines Ladezustands angelangt, muss der erste Energiespeicher

Bi wieder entladen werden, um weitere Rekuperationsvorgänge zu ermöglichen. Die Entladung des ersten Energiespeichers Bi erfolgt vorzugsweise durch Einstellen des in der Figur 4 gezeigten Schaltzustands. Durch eine Versorgung der elektrischen Maschine EM im motorischen Betrieb mit einer entsprechend hohen Spannung wird die maximal abgebbare mechanische Leistung ebenfalls erhöht. Dies kann beispielsweise dazu genutzt werden, um den Verbrennungsmotor in bestimmten Betriebsphasen bei Bedarf mit einer entsprechend hohen mechanischen Leistung zu unterstützen.

Mit S1 = 1 , S2 = 0, S3 = 1 und S = 0 ergibt sich ein Schaltzustand gemäß Figur 4.

Die elektrische Maschine EM bzw. die Gleichspannungsanschlüsse B+ und B- sind gemäß Figur 4 nur mit dem ersten Energiespeicher Bi verbunden. Damit ist auch nur das mit dem ersten Energiespeicher Bi dauerhaft parallel verbundene kapazitive Element C _z i zwischen den Gleichspannungsanschlüssen B+ und B- eingebunden. Die elektrische Maschine EM speist eine elektrische Leistung mit einer entsprechend eingestellten Spannung von ca. 14V in das Kraftfahrzeugbordnetz 100 ein bzw. wird aus diesem entsprechend versorgt. Ist die durch die elektrische Maschine eingespeiste Leistung kleiner als die Verbraucherleistung der Verbraucher R1 , wird der erste Energiespeicher Bi entladen. Ist die Leistung größer als die Verbraucherleistung der Verbraucher R1 , wird der erste Energiespeicher Bi geladen. In dem gezeigten Schaltzustand kann der erste Energie- Speicher Bi geladen werden, ohne dass der Ladezustand des zweiten Energiespeichers B2 beeinflusst wird.

Der Schaltzustand gemäß Figur 4 wird vorteilhafterweise dann genutzt, wenn beispielsweise auf Grund von Rekuperationsvorgängen mit dem in Figur 3 gezeigten Schaltzustand der erste Energiespeicher B1 seinen oberen zulässigen Ladezustand erreicht hat. In diesem Fall wird die durch die elektrische Maschine in das Kraftfahrzeugbordnetz 100 eingespeiste Leistung so weit reduziert, dass der erste Energiespeicher B1 durch die Verbraucher R1 entladen wird. Der erste Energiespeicher B1 kann in dem in Figur 4 gezeigten Schaltzustand wieder so weit entladen werden, dass mit dem in Figur 3 gezeigten Schaltzustand anschließend wieder weitere Rekuperationsvorgänge möglich sind.

Der in Figur 4 gezeigte Schaltzustand kann auch zur Rekuperation bei niedriger Drehzahl n < ni2 der elektrischen Maschine EM verwendet werden (vgl. Figur 1).

In diesem Fall kann auch bei niedriger Generatordrehzahl elektrische Rekupera- tionsleistung in dem ersten Energiespeicher B1 gespeichert werden.

Die elektrische Maschine EM kann wahlweise auch im motorischen Betrieb nur mit dem ersten Energiespeicher B1 versorgt werden. Dies kann beispielsweise dazu genützt werden, einen voll geladenen Energiespeicher B1 zu entladen um, wie bereits beschrieben, dann weitere Rekuperationsenergie in dem Energiespeicher Bi speichern zu können. Mit S1 = 1 , S2 = 0, S3 = 0 und S = 1 ergibt sich ein Schaltzustand gemäß Figur 5.

Die elektrische Maschine EM ist gemäß Figur 5 nur mit dem zweiten Energiespeicher B2 verbunden. Damit ist auch nur das mit dem zweiten Energiespeicher B2 dauerhaft parallel verbundene kapazitive Element C _Z 2 zwischen den Gleich- spannungsanschlüssen B+ und B- eingebunden. Die elektrische Maschine EM speist bei einer Ausgangsspannung von ca. 14V elektrische Leistung in das Kraftfahrzeugbordnetz ein oder wird aus diesem mit entsprechender Leistung versorgt. Ist die eingespeiste Leistung kleiner als die Leistung der Verbraucher R1 , wird der zweite Energiespeicher B2 entladen. Ist die eingespeiste Leistung größer als die Leistung der Verbraucher Ri , wird der zweite Energiespeicher B2 geladen. Der dargestellte Schaltzustand kann auch zur Rekuperation bei niedriger Drehzahl der elektrischen Maschine EM n < ni2 genutzt werden (vgl. Figur 1). In diesem Fall kann auch bei niedriger Drehzahl elektrische Rekuperationsleis- tung in dem zweiten Energiespeicher B2 gespeichert werden.

Die elektrische Maschine EM kann auch im Schaltzustand gemäß Figur 5 wahlweise im motorisch betrieben werden. Mit S1 = 1 , S2 = 0, S3 = 1 und S = 1 ergibt sich ein Schaltzustand gemäß Figur 6.

Beide Energiespeicher B1 und B2 sind gemäß Figur 6 parallel geschaltet. Dies gilt damit auch für die mit den Energiespeichern B1 und B2 dauerhaft parallel verbundenen kapazitiven Elemente C _z i und C _Z 2. Dieser Schaltzustand kann mit Vorteil dann verwendet werden, wenn beide Energiespeicher B1 und B2 gleichzeitig geladen oder entladen werden sollen. Ein weiterer möglicher Anwendungsfall ergibt sich dann, wenn im motorischen Betrieb die elektrische Maschine EM eine hohen elektrischen Strom benötigt, um das gewünschte mechanische Drehmoment zu erzeugen Dieser Anwendungsfall kann beispielsweise bei einem Kaltstart nach einer sehr kalten Nacht eintreten.

Ein weiterer Anwendungsfall ist der Segelbetrieb mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor. In diesem Fall werden die elektrischen Verbraucher R1 wie erläutert, nur durch die Energiespeicher B1 und B2 versorgt, weil die elektrische Maschine EM nicht angetrieben wird. Bei Fahrzeugen mit elektrischen Verbrauchern R1 hoher Leistung kann ein zu hoher Spannungseinbruch verhindert werden, indem die Energiespeicher B1 und B2 parallel geschaltet werden.

Ein weiterer Anwendungsfall ist die Rekuperation bei niedrigen Drehzahlen der elektrischen Maschine EM n < ni2 (vgl. Figur 1 ). In diesem Fall kann auch bei niedriger Drehzahl elektrische Rekuperationsleistung in beiden Energiespeichern Bi und B2 gespeichert werden. Durch die Parallelschaltung beider Energiespeicher Bi und B2 wird, wie auch beim seriellen Betrieb, die maximal mögliche Ladeleistung gegenüber nur einem Energiespeicher Bi oder B2 verdoppelt. Im Ver- gleich zum seriellen Betrieb der Energiespeicher Bi und B2 wird nun jedoch der maximal mögliche Ladestrom verdoppelt.

Die Erfindung kann in einer Vielzahl von Varianten und Ausgestaltungen realisiert werden, wie beispielsweise in den Figuren 8 bis 1 1 der DE 10 2013 204 894 A1 veranschaulicht, mit der Maßgabe, dass auch hier mit den Energiespeichern B1 und B2 kapazitive Elemente dauerhaft parallel verbunden sind.

Eine hinsichtlich der Batteriefunktion redundante elektrische Versorgung, z.B. während einer Segelphase, kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch Umschalten zwischen den Schaltzuständen gemäß den Figuren 4 und 5 sowie der Energiespeicher B1 und B2 sichergestellt werden, falls einer der Energiespeicher Bi bzw. B2 ausfällt. Bei Fehlern in der elektrischen Maschine EM oder Fehlern im aktiven Stromrichter, die beispielsweise zu einer zu hohen Ausgangsspannung führen, kann die elektrische Versorgung der Verbraucher R1 von der elektrischen Maschine entkoppelt werden, so dass diese nicht geschädigt werden. Dies wird mit S1 = 0, S2 = 0, S3 = 1 und S ₄ = 1 oder mit S1 = 0, S2 = 0, S3 = 0 und S ₄ = 1 gemäß der Figur 2 möglich.

Abhängig vom jeweiligen Betriebspunkt der elektrischen Maschine EM, beispielsweise von Drehzahl und Ausgangsleistung, kann eine Verbesserung des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine EM sowohl im generatorischen als auch im motorischen Betrieb durch Umschaltung auf eine andere Spannung erzielt werden.

Eine weitere Ausführungsform des Kraftfahrzeugbordnetzes der Erfindung ergibt sich, wenn in der Ausführungsform gemäß Figur 2 das zweite Schaltelement S2 durch eine Diode ersetzt wird. In dieser Ausführungsform werden vorteilhafterweise nur noch die drei Schaltelemente S1 , S3 und S ₄ benötigt. Mit dem Unterschied, dass das Schaltelement S2 nicht mehr angesteuert werden muss, entspricht diese Ausführungsform sinngemäß der Ausführungsform gemäß der Figur 2 (also Kraftfahrzeugbordnetz 100). Auch hier sind jedoch die genannten kapazi- tiven Elemente in der erläuterten Anordnung eingebunden. Bei einer entsprechend modifizierten Ausführungsform gemäß Figur 2 ist jedoch bei serieller Verschattung der Batterien (Figur 3) kein motorischer Betrieb mehr möglich.