DE102017212469A1

DE102017212469A1 - Control unit and method for stabilizing an energy supply network

Info

Publication number: DE102017212469A1
Application number: DE102017212469.5A
Authority: DE
Inventors: Christopher Deisler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2019-01-24

Abstract

Es wird eine Steuereinheit für ein Bordnetz eines Fahrzeugs beschrieben. Das Bordnetz umfasst einen elektrischen Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie, einen Energieerzeuger zur Bereitstellung von elektrischer Energie und zumindest einen elektrischen Verbraucher. Die Steuereinheit ist eingerichtet, eine Anforderung des elektrischen Verbrauchers zu ermitteln, wobei die Anforderung anzeigt, dass der elektrische Verbraucher in einem vorausliegenden Zeitraum einen Bedarf für eine stabile Bordnetzspannung aufweist. Außerdem ist die Steuereinheit eingerichtet, zu detektieren, dass eine mögliche Rekuperationsphase zur Wandlung von kinetischer Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie mittels des Energieerzeugers zumindest teilweise mit dem vorausliegenden Zeitraum überlappt. Die Steuereinheit ist ferner eingerichtet, eine Erzeugerspannung des Energieerzeugers während der möglichen Rekuperationsphase in Abhängigkeit von der Anforderung einzustellen.

A control unit for a vehicle electrical system of a vehicle is described. The electrical system comprises an electrical energy storage device for storing electrical energy, a power generator for providing electrical energy and at least one electrical consumer. The control unit is configured to determine a request of the electrical load, wherein the request indicates that the electrical load has a need for a stable vehicle electrical system voltage in a period of time ahead. In addition, the control unit is set up to detect that a possible recuperation phase for the conversion of kinetic energy of the vehicle into electrical energy by means of the energy generator at least partially overlaps with the period ahead. The control unit is further configured to set a generator voltage of the power generator during the possible Rekuperationsphase depending on the request.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit und ein Verfahren zur Stabilisierung des Betriebs von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern in einem Energiebordnetz eines Fahrzeugs.The invention relates to a control unit and a method for stabilizing the operation of one or more electrical loads in an energy on-board network of a vehicle.

Ein Fahrzeug umfasst typischerweise zumindest ein Energiebordnetz (z.B. ein 12V- und/oder ein 48V-Bordnetz) mit zumindest einem elektrischen Energiespeicher, etwa einem Blei-Akkumulator und/oder einer Lithium-Ionen basierten Batterie. Das Energiebordnetz wird dazu verwendet, bei Bedarf ein oder mehrere elektrische Verbraucher des Fahrzeugs, z.B. einen Fensterheber, einen Scheibenwischer, eine Innenraumbeleuchtung, etc., mit elektrischer Energie zu versorgen.A vehicle typically includes at least one power rail network (e.g., a 12V and / or a 48V electrical system) having at least one electrical energy storage such as a lead-acid battery and / or a lithium-ion based battery. The on-board power system is used, if necessary, one or more electrical consumers of the vehicle, e.g. a window regulator, a windscreen wiper, an interior lighting, etc., to provide electrical energy.

Das Energiebordnetz eines Fahrzeugs kann einen Generator aufweisen, wobei der Generator eingerichtet sein kann, ein Bremsmoment zu erzeugen und dabei elektrische Energie zu rekuperieren, die im elektrischen Energiespeicher des Energiebordnetzes gespeichert werden kann.The power system of a vehicle may have a generator, wherein the generator may be configured to generate a braking torque and thereby recuperate electrical energy that can be stored in the electrical energy storage of the power system.

Beim Betrieb des Energiebordnetzes und insbesondere beim rekuperativen Betrieb des Generators eines Energiebordnetzes kann es zu Instabilitäten beim Betrieb eines an das Energiebordnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchers kommen. Dadurch kann der Komfort für einen Nutzer des Fahrzeugs beeinträchtigt werden.During operation of the power supply system and in particular during recuperative operation of the generator of an energy supply system, instabilities may occur during operation of an electrical consumer connected to the energy supply system. As a result, the comfort for a user of the vehicle can be impaired.

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, einen stabilen Betrieb von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs zu ermöglichen, insbesondere um den Komfort für einen Nutzer des Fahrzeugs zu erhöhen.The present document deals with the technical task of enabling a stable operation of one or more electrical consumers of a vehicle electrical system, in particular in order to increase the comfort for a user of the vehicle.

Die Aufgabe wird durch die 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.The object is solved by the independent claims. Advantageous embodiments are described i.a. in the dependent claims. It should be noted that additional features of a claim dependent on an independent claim without the features of the independent claim or only in combination with a subset of the features of the independent claim may form an independent invention independent of the combination of all features of the independent claim, the subject of an independent claim, a divisional application or a subsequent application. This applies equally to technical teachings described in the specification, which may form an independent invention of the features of the independent claims.

Gemäß einem Aspekt wird eine Steuereinheit (insbesondere ein Steuergerät) für ein Bordnetz (insbesondere für ein Niedervolt-Bordnetz mit einer Bordnetzspannung von 60V oder weniger) eines Fahrzeugs (insbesondere eines Straßenkraftfahrzeugs) beschrieben. Das Bordnetz umfasst einen elektrischen Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie. Dabei kann der elektrische Energiespeicher einen Blei-Akkumulator umfassen. Alternativ oder ergänzend kann der elektrische Energiespeicher einen Energiespeicher mit einer Leistungsaufnahmefähigkeit aufweisen, die substantiell, z.B. um den Faktor 10, 100 oder mehr, über die Leistungsaufnahmefähigkeit eines Blei-Akkumulators hinausgeht. Beispielsweise kann das Bordnetz einen Blei-Akkumulator und einen zusätzlichen Leistungsspeicher (z.B. eine Lithium-basierte Batterie) aufweisen.According to one aspect, a control unit (in particular a control unit) for a vehicle electrical system (in particular for a low-voltage electrical system with a vehicle electrical system voltage of 60V or less) of a vehicle (in particular a road motor vehicle) is described. The electrical system includes an electrical energy storage device for storing electrical energy. In this case, the electrical energy store may comprise a lead accumulator. Alternatively or additionally, the electrical energy store can have an energy store with a power consumption capability that is substantial, for example, by the factor 10 . 100 or more beyond the power consumption of a lead-acid battery. For example, the electrical system may have a lead accumulator and an additional power storage (eg a lithium-based battery).

Außerdem umfasst das Bordnetz einen Energieerzeuger zur Bereitstellung und/oder zur Generierung von elektrischer Energie. Der Energieerzeuger kann z.B. Teil einer Elektromaschine sein, die sowohl als Antriebsmotor als auch als Generator betrieben werden kann. Alternativ oder ergänzend kann der Energieerzeuger einen Gleichspannungs- bzw. DC/DC-Wandler umfassen. Der Energieerzeuger kann durch ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs angetrieben werden, um elektrische Energie zu erzeugen. Die elektrische Energie kann dann in den ein oder mehreren Energiespeichern des Bordnetzes gespeichert werden. Insbesondere kann der Energieerzeuger eingerichtet sein, kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zu wandeln, d.h. der Energieerzeuger, insbesondere der Generator, kann eingerichtet sein, elektrische Energie zu rekuperieren.In addition, the electrical system includes a power generator for the provision and / or generation of electrical energy. The energy generator may e.g. Be part of an electric machine that can be operated both as a drive motor and as a generator. Alternatively or additionally, the power generator may include a DC or DC converter. The power generator may be powered by one or more wheels of the vehicle to generate electrical energy. The electrical energy can then be stored in the one or more energy storage of the electrical system. In particular, the power generator may be configured to convert kinetic energy of the vehicle into electrical energy, i. the energy generator, in particular the generator, can be set up to recuperate electrical energy.

Des Weiteren umfasst das Bordnetz zumindest einen elektrischen Verbraucher, der mit elektrischer Energie aus dem Bordnetz betrieben wird. Der elektrische Verbraucher kann dabei ausgebildet sein, während eines Gesamtbetriebszeitraums des Fahrzeugs (in dem das Fahrzeug von einem Nutzer genutzt wird, um sich fortzubewegen) nur zeitweise aktiviert zu werden. Beispielsweise kann der elektrische Verbraucher statistisch (für eine Vielzahl von unterschiedlichen Fahrzeugen des gleichen Fahrzeug-Typs) nur 10%, 5% oder weniger des Gesamtbetriebszeitraums des Fahrzeugs aktiv sein. Dabei können die Aktivierung und die Deaktivierung des elektrischen Verbrauchers ggf. manuell durch einen Nutzer des Fahrzeugs bewirkt werden (z.B. über eine Nutzerschnittstelle des Fahrzeugs). Beispielhafte elektrische Verbraucher sind ein Antrieb für einen Fensterheber, ein Antrieb für einen Scheibenwischer, ein Antrieb für ein Schiebedach, etc.Furthermore, the electrical system comprises at least one electrical consumer, which is operated with electrical energy from the electrical system. The electrical load may be configured to be activated only temporarily during a total operating period of the vehicle (in which the vehicle is used by a user to move around). For example, the electrical load may statistically (for a plurality of different vehicles of the same vehicle type) be active only 10%, 5%, or less of the total operating period of the vehicle. In this case, the activation and deactivation of the electrical consumer may possibly be effected manually by a user of the vehicle (for example via a user interface of the vehicle). Exemplary electrical consumers are a drive for a window regulator, a drive for a windshield wiper, a drive for a sliding roof, etc.

Der elektrische Verbraucher kann derart ausgebildet sein, dass ein Betriebsparameter des Verbrauchers (insbesondere eine Geschwindigkeit oder eine Intensität) von der elektrischen Leistung abhängt, die dem elektrischen Verbraucher bereitgestellt wird und/oder die von dem elektrischen Verbraucher aufgenommen wird. Der Betriebsparameter kann dabei für einen Nutzer des Fahrzeugs erfassbar sein. Die von dem elektrischen Verbraucher aufgenommene elektrische Leistung kann von der Bordnetzspannung in dem Bordnetz abhängen. Folglich kann ein Absinken bzw. Anheben der Bordnetzspannung zu einer Veränderung, insbesondere zu einer Reduzierung bzw. Erhöhung des Betriebsparameters des Verbrauchers führen. Dies kann insbesondere bei einer abrupten Änderung der Bordnetzspannung für einen Nutzer erkennbar sein, und so zu einer Irritation des Nutzers führen.The electrical consumer may be designed such that an operating parameter of the consumer (in particular a speed or an intensity) depends on the electrical power supplied to the electrical load and / or received by the electrical load. The operating parameter can be detectable for a user of the vehicle. The electric power absorbed by the electrical load may depend on the vehicle electrical system voltage in the electrical system. Consequently, a decrease or increase in the vehicle electrical system voltage can lead to a change, in particular to a reduction or increase in the operating parameter of the consumer. This can be recognizable to a user, in particular in the event of an abrupt change in the vehicle electrical system voltage, and thus lead to an irritation of the user.

Die Steuereinheit ist eingerichtet, eine Anforderung des elektrischen Verbrauchers zu ermitteln. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die Anforderung des elektrischen Verbrauchers als Nachricht (z.B. als Anforderungs-Nachricht) über ein Kommunikationsnetzwerk (z.B. über ein Bussystem des Fahrzeugs, etwa einen CAN-Bus, einen Ethernet-Bus, etc.) des Fahrzeugs von dem elektrischen Verbraucher zu empfangen.The control unit is set up to determine a request from the electrical consumer. In particular, the control unit can be set up to request the electrical load as a message (eg as a request message) via a communication network (eg via a bus system of the vehicle, such as a CAN bus, an Ethernet bus, etc.) of the vehicle to receive electrical consumers.

Dabei kann die Anforderung (insbesondere die Anforderungs-Nachricht) anzeigen, dass der elektrische Verbraucher in einem vorausliegenden Zeitraum (der in diesem Dokument auch als der reservierte Zeitraum bezeichnet wird) einen Bedarf für eine stabile Bordnetzspannung aufweist. Mit anderen Worten, die Anforderung kann anzeigen, dass der elektrische Verbraucher in einem vorausliegenden Zeitraum mit elektrischer Energie aus dem Bordnetz betrieben wird, und dass infolge dessen, die Bordnetzspannung für den vorausliegenden Zeitraum möglichst stabil gehalten werden sollte. Der elektrische Verbraucher kann somit, z.B. mittels einer Anforderungs-Nachricht, die Anforderung an das Bordnetz stellen, die Bordnetzspannung für einen dedizierten, reservierten Zeitraum möglichst konstant zu halten. Insbesondere kann der elektrische Verbraucher so die Stabilität der Bordnetzspannung für einen zeitlich begrenzten Betriebszeitraum des Verbrauchers anfordern.In this case, the request (in particular the request message) may indicate that the electrical load has a need for a stable vehicle electrical system voltage in a preceding period (which is also referred to as the reserved period in this document). In other words, the requirement can indicate that the electrical load is being operated with electrical energy from the on-board network in a period of time that is ahead, and that, as a result, the vehicle electrical system voltage should be kept as stable as possible for the period ahead. The electrical load may thus be, e.g. by means of a request message, make the request to the electrical system to keep the vehicle electrical system voltage as constant as possible for a dedicated, reserved period. In particular, the electrical load can thus request the stability of the vehicle electrical system voltage for a time-limited operating period of the consumer.

Die Anforderung, insbesondere die Anforderungs-Nachricht, kann einen Anfangszeitpunkt anzeigen, an dem der elektrische Verbraucher aktiviert wird (bzw. aktiviert wurde). Dabei kann der vorausliegende Zeitraum mit dem Anfangszeitpunkt beginnen. Des Weiteren kann die Anforderung, insbesondere die Anforderungs-Nachricht, ggf. einen Endzeitpunkt anzeigen, an dem der elektrische Verbraucher deaktiviert werden wird. Dabei kann der vorausliegende Zeitraum mit dem Endzeitpunkt enden. Ggf. können der Anfangszeitpunkt und/oder der Endzeitpunkt durch die Steuereinheit ermittelt werden (z.B. auf Basis von gespeicherter Information über den elektrischen Verbraucher).The request, in particular the request message, may indicate a start time at which the electrical load is activated (or activated). In this case, the period ahead can begin with the start time. Furthermore, the request, in particular the request message, may indicate an end time at which the electrical load will be deactivated. In this case, the period ahead can end with the end time. Possibly. For example, the start time and / or the end time may be determined by the control unit (e.g., based on stored information about the electrical load).

Die Steuereinheit ist ferner eingerichtet, zu detektieren, dass eine mögliche Rekuperationsphase zumindest teilweise in den vorausliegenden Zeitraum fällt bzw. zumindest teilweise mit dem vorausliegenden Zeitraum überlappt. Dabei kann während einer Rekuperationsphase kinetische Energie des Fahrzeugs mittels des Energieerzeugers in elektrische Energie gewandelt werden. Insbesondere können während einer Rekuperationsphase die ein oder mehreren Räder des Fahrzeugs den Energieerzeuger antreiben, um elektrische Energie zu erzeugen. Dabei wird dann ein Rekuperationsbremsmoment an den ein oder mehreren Rädern generiert, durch das das Fahrzeug verzögert wird.The control unit is further configured to detect that a possible recuperation phase at least partially falls within the period of time ahead or overlaps at least partially with the period ahead. In this case, during a recuperation phase, kinetic energy of the vehicle can be converted into electrical energy by means of the energy generator. In particular, during a recuperation phase, the one or more wheels of the vehicle may drive the power generator to generate electrical energy. In this case, a recuperation braking torque is then generated at the one or more wheels, by which the vehicle is decelerated.

Die mögliche Rekuperationsphase kann auf Basis einer Betätigung und/oder Auslenkung eines Bremspedals des Fahrzeugs detektiert werden. Alternativ oder ergänzend kann die mögliche Rekuperationsphase auf Basis von Umfelddaten von ein oder mehreren Umfeldsensoren des Fahrzeugs detektiert werden. Beispielsweise kann detektiert werden, dass ein Nutzer des Fahrzeugs das Bremspedal betätigt, um das Fahrzeug zu verzögern. Alternativ oder ergänzend kann auf Basis von Umfelddaten erkannt werden, dass die Fahrbahn in naher Zukunft abfallen wird, und dann ein Bedarf nach Fahrzeug-Verzögerung entstehen wird. Es kann überprüft werden, ob sich der Zeitraum der möglichen Rekuperationsphase und der reservierte Zeitraum für den Betrieb des elektrischen Verbrauchers zumindest teilweise überlappen.The possible recuperation phase can be detected based on an actuation and / or deflection of a brake pedal of the vehicle. Alternatively or additionally, the possible recuperation phase can be detected on the basis of environmental data from one or more environment sensors of the vehicle. For example, it may be detected that a user of the vehicle operates the brake pedal to decelerate the vehicle. Alternatively or additionally, it can be recognized on the basis of environmental data that the roadway will drop in the near future, and then a need for vehicle deceleration will arise. It can be checked whether the period of the possible recuperation phase and the reserved period for the operation of the electrical load at least partially overlap.

Zur Rekuperation von elektrischer Energie kann die Erzeugerspannung des Energieerzeugers, d.h. die am Energieerzeuger anliegende Spannung, erhöht werden. Mit anderen Worten, der Energieerzeuger kann während einer Rekuperationsphase veranlasst werden, einen elektrischen Strom mit einer relativ hohen Erzeugerspannung zu generieren. Die Erzeugerspannung kann dabei auf einen ersten Spannungswert angehoben werden, der typischerweise substantiell (z.B. um 10%, 20% oder mehr) über dem aktuellen Wert der Bordnetzspannung liegt. So kann bewirkt werden, dass während der Rekuperationsphase möglichst viel elektrische Energie rekuperiert und in den ein oder mehreren Energiespeichern des Bordnetzes gespeichert werden kann. Die Steuereinheit kann somit eingerichtet sein, die Erzeugerspannung in einer Rekuperationsphase (insbesondere in einer Rekuperationsphase, bei der keine Anforderung eines elektrischen Verbrauchers für eine stabile Bordnetzspannung vorliegt) auf einen ersten Spannungswert anzuheben.For recuperation of electrical energy, the generator voltage of the power generator, i. the voltage applied to the power generator voltage can be increased. In other words, during a recuperation phase, the energy generator may be caused to generate an electric current with a relatively high generator voltage. The generator voltage may be raised to a first voltage level that is typically substantially (e.g., 10%, 20%, or more) above the current value of the vehicle electrical system voltage. It can thus be ensured that as much electrical energy as possible is recuperated during the recuperation phase and stored in the one or more energy stores of the vehicle electrical system. The control unit can thus be set up to raise the generator voltage to a first voltage value in a recuperation phase (in particular in a recuperation phase in which there is no requirement of an electrical load for a stable vehicle electrical system voltage).

Außerdem ist die Steuereinheit eingerichtet, die Erzeugerspannung des Energieerzeugers während der möglichen Rekuperationsphase und typischerweise während des vorausliegenden Zeitraums für den Betrieb des elektrischen Verbrauchers in Abhängigkeit von der Anforderung einzustellen. Insbesondere kann dabei die Anforderung des elektrischen Verbrauchers zeitlich begrenzt nur während des vorausliegenden, reservierten Zeitraums für den Betrieb des elektrischen Verbrauchers berücksichtigt werden. Außerhalb des vorausliegenden und/oder reservierten Zeitraums für den Betrieb des elektrischen Verbrauchers, insbesondere dann, wenn keine explizite Anforderung bzw. Anforderungs-Nachricht für eine stabile Bordnetzspannung durch einen elektrischen Verbraucher vorliegen, kann eine normale Rekuperation durchgeführt werden, indem die Erzeugerspannung auf den ersten Spannungswert angehoben wird. In addition, the control unit is set up, the generator voltage of the power generator during the possible Rekuperationsphase and typically during the period ahead for the operation of the electrical load depending on the requirement set. In particular, the requirement of the electrical consumer can be considered for a limited time only during the preceding, reserved period for the operation of the electrical load. Outside the preceding and / or reserved period for the operation of the electrical load, in particular, if there is no explicit request or request message for a stable vehicle electrical system voltage by an electrical load, a normal recuperation can be performed by the generator voltage to the first Voltage value is raised.

Die Steuereinheit wird somit befähigt, explizite Anfragen bzw. Anforderungen von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern beim Rekuperationsbetrieb des Fahrzeugs zu berücksichtigen. Der Rekuperationsbetrieb kann dann in dem für einen elektrischen Verbraucher reservierten Zeitraum angepasst werden, um während des reservierten Zeitraums eine möglichst stabile Bordnetzspannung bereitzustellen. So kann ein stabiler Betrieb der ein oder mehreren elektrischen Verbraucher eines Fahrzeugs gewährleistet werden. Aufgrund der Tatsache, dass die ein oder mehreren elektrischen Verbraucher typischerweise nur relativ selten betrieben werden, wird die zu rekuperierende Energiemenge durch den angepassten Rekuperationsbetrieb nur unwesentlich reduziert. Es wird somit weiterhin ein energieeffizienter Betrieb des Bordnetzes ermöglicht.The control unit is thus enabled to take into account explicit requests from one or more electrical consumers during the recuperation operation of the vehicle. The Rekuperationsbetrieb can then be adjusted in the time reserved for an electrical load period to provide the most stable on-board voltage during the reserved period. Thus, a stable operation of the one or more electrical consumers of a vehicle can be ensured. Due to the fact that the one or more electrical consumers are typically operated only relatively rarely, the amount of energy to be recuperated is reduced only insignificantly by the adapted recuperation operation. It will thus continue to allow an energy-efficient operation of the electrical system.

Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Erzeugerspannung in der möglichen Rekuperationsphase zumindest während des vorausliegenden und/oder reservierten Zeitraums auf einen zweiten Spannungswert einzustellen, wobei der zweite Spannungswert kleiner als der erste Spannungswert ist. Insbesondere kann der erste Spannungswert dem aktuellen Wert der Bordnetzspannung entsprechen. Die Steuereinheit kann somit eingerichtet sein, eine Anhebung der Erzeugerspannung (im Vergleich zu dem aktuellen Wert der Bordnetzspannung) in der möglichen Rekuperationsphase zumindest während des vorausliegenden Zeitraums zu unterbinden. Andererseits kann außerhalb des für den Betrieb des elektrischen Verbrauchers reservierten Zeitraums eine Anhebung der Erzeugerspannung (und damit auch eine Anhebung der Bordnetzspannung) auf den zweiten Spannungswert erfolgen.The control unit may be configured to set the generator voltage in the possible recuperation phase to a second voltage value at least during the preceding and / or reserved period of time, wherein the second voltage value is smaller than the first voltage value. In particular, the first voltage value can correspond to the current value of the vehicle electrical system voltage. The control unit can thus be set up to prevent an increase in the generator voltage (in comparison to the current value of the vehicle electrical system voltage) in the possible recuperation phase at least during the period ahead. On the other hand, outside the period reserved for the operation of the electrical load, an increase in the generator voltage (and thus also an increase in the vehicle electrical system voltage) to the second voltage value can take place.

Durch eine Reduzierung bzw. eine Unterbindung der Spannungsanhebung des Energieerzeugers während des für den Betrieb des elektrischen Verbrauchers reservierten Zeitraums können in effizienter und zuverlässiger Weise eine stabile Bordnetzspannung und damit ein stabiler Betrieb des elektrischen Verbrauchers ermöglicht werden.By reducing or suppressing the voltage increase of the power generator during the time reserved for the operation of the electrical load period, a stable vehicle electrical system voltage and thus a stable operation of the electrical load can be made possible in an efficient and reliable manner.

Die Anforderung, insbesondere die Anforderungs-Nachricht, des elektrischen Verbrauchers kann einen Mindestwert der Bordnetzspannung anzeigen, der während des vorausliegenden Zeitraums, d.h. während des für den Betrieb des elektrischen Verbrauchers reservierten Zeitraums, nicht unterschritten werden soll. Durch die Angabe eines Mindestwertes kann ein zuverlässiger Betrieb des elektrischen Verbrauchers gewährleistet werden. Die Steuereinheit kann dann eingerichtet sein, die Erzeugerspannung in der möglichen Rekuperationsphase zumindest während des vorausliegenden Zeitraums derart einzustellen, dass der Mindestwert der Bordnetzspannung nicht unterschritten wird. Insbesondere kann die Erzeugerspannung derart gesteuert bzw. geregelt werden, dass eine (reduzierte) Menge an elektrischer Energie rekuperiert wird, um den Ladezustand der ein oder mehreren Energiespeicher und die Bordnetzspannung auf einem bestimmten Level zu halten. Zu diesem Zweck kann eine Anhebung der Erzeugerspannung auf einen zwischen dem aktuellen Wert der Bordnetzspannung und dem ersten Spannungswert liegenden zweiten Spannungswert erfolgen. Es wird somit auch während einer Rekuperationsphase ein zuverlässiger und stabiler Betrieb eines elektrischen Verbrauchers ermöglicht.The request, in particular the request message, of the electrical load may indicate a minimum value of the on-board voltage which has been reached during the preceding period, i. during the period reserved for the operation of the electrical consumer, should not fall below. By specifying a minimum value, a reliable operation of the electrical load can be ensured. The control unit can then be set up to set the generator voltage in the possible recuperation phase at least during the period ahead in such a way that the minimum value of the vehicle electrical system voltage is not undershot. In particular, the generator voltage can be controlled or regulated such that a (reduced) amount of electrical energy is recuperated in order to keep the state of charge of the one or more energy stores and the vehicle electrical system voltage at a certain level. For this purpose, the generator voltage can be boosted to a second voltage value lying between the current value of the vehicle electrical system voltage and the first voltage value. Thus, a reliable and stable operation of an electrical load is also made possible during a recuperation phase.

Das Bordnetz und/oder der Energiespeicher können eine Nennbetriebsspannung aufweisen (z.B. 12V oder 48V). Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Erzeugerspannung außerhalb einer Rekuperationsphase auf einen Spannungswert unterhalb der Nennbetriebsspannung, insbesondere um 5%, 10% oder mehr unterhalb der Nennbetriebsspannung, einzustellen. So kann ein energieeffizienter Betrieb eines Bordnetzes bewirkt werden. Insbesondere kann so bewirkt werden, dass im Energiespeicher Speicherkapazität für eine Rekuperationsphase vorgehalten wird. Des Weiteren kann so der Betrieb des Energieerzeugers während einer Antriebsphase des Fahrzeugs (durch einen Verbrennungsmotor des Fahrzeugs) reduziert werden.The vehicle electrical system and / or the energy storage device may have a nominal operating voltage (for example 12V or 48V). The control unit may be configured to set the generator voltage outside a recuperation phase to a voltage value below the nominal operating voltage, in particular by 5%, 10% or more below the nominal operating voltage. Thus, an energy-efficient operation of a vehicle electrical system can be effected. In particular, it can be effected in such a way that storage capacity for a recuperation phase is stored in the energy store. Furthermore, the operation of the power generator during a drive phase of the vehicle (by an internal combustion engine of the vehicle) can be reduced.

Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, während der möglichen Rekuperationsphase und ggf. während des vorausliegenden Zeitraums ein Rekuperationsbremsmoment zu ermitteln, das von dem Energieerzeuger bewirkt wird. Des Weiteren kann z.B. in Abhängigkeit von der Auslenkung des Bremspedals des Fahrzeugs ein Soll-Bremsmoment ermittelt werden. Die Steuereinheit kann dann eingerichtet sein, ein oder mehrere Reibbremsen des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem Soll-Bremsmoment und in Abhängigkeit von dem Rekuperationsbremsmoment, insbesondere in Abhängigkeit von einer Differenz aus dem Soll-Bremsmoment und dem Rekuperationsbremsmoment, anzusteuern.The control unit can be set up to determine a recuperation braking torque which is effected by the energy generator during the possible recuperation phase and possibly during the period ahead. Furthermore, e.g. as a function of the deflection of the brake pedal of the vehicle, a desired braking torque can be determined. The control unit can then be set up to control one or more friction brakes of the vehicle as a function of the desired braking torque and as a function of the recuperation braking torque, in particular as a function of a difference between the desired braking torque and the recuperation braking torque.

Typischerweise ist das Rekuperationsbremsmoment während des für den elektrischen Verbraucher reservierten Zeitraums kleiner als in einer Rekuperationsphase, die nicht zeitlich mit einem reservierten Zeitraum zusammenfällt. Die Steuereinheit kann dann eingerichtet sein, die ein oder mehreren Reibbremsen während eines reservierten Zeitraums mit einem höheren Bremsmoment anzusteuern als während einer Rekuperationsphase, die nicht zeitlich mit einem reservierten Zeitraum zusammenfällt. So bleibt das Anpassen der Erzeugerspannung zum Anfangszeitpunkt und/oder zum Endzeitpunkt eines reservierten Zeitraums für einen Nutzer unbemerkt. Insbesondere kann so auch an dem Anfangszeitpunkt und an dem Endzeitpunkt eines reservierten Zeitraums ein konstantes Gesamt-Bremsmoment des Fahrzeugs bewirkt werden. Typically, the recuperation braking torque is smaller during the period reserved for the electrical load than in a recuperation phase that does not coincide with a reserved time period. The control unit may then be arranged to control the one or more friction brakes during a reserved period with a higher braking torque than during a recuperation phase, which does not coincide in time with a reserved period. Thus, adjusting the generator voltage at the start time and / or the end time of a reserved period for a user remains unnoticed. In particular, a constant total braking torque of the vehicle can thus also be effected at the start time and at the end time of a reserved period.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Stabilisierung der Bordnetzspannung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs beschrieben. Das Bordnetz umfasst (zumindest) einen elektrischen Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie, (zumindest) einen Energieerzeuger (insbesondere einen Generator) zur Bereitstellung von elektrischer Energie und zumindest einen elektrischen Verbraucher. Das Verfahren umfasst das Ermitteln einer Anforderung eines elektrischen Verbrauchers, wobei die Anforderung anzeigt, dass der elektrische Verbraucher in einem vorausliegenden Zeitraum einen Bedarf für eine stabile Bordnetzspannung aufweist. Außerdem umfasst das Verfahren das Detektieren, dass eine mögliche Rekuperationsphase zur Wandlung von kinetischer Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie mittels des Energieerzeugers zumindest teilweise in den vorausliegenden Zeitraum fällt bzw. zumindest teilweise mit dem vorausliegenden Zeitraum überlappt. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Einstellen einer Erzeugerspannung des Energieerzeugers während der möglichen Rekuperationsphase in Abhängigkeit von der Anforderung.According to a further aspect, a method for stabilizing the vehicle electrical system voltage of a vehicle electrical system of a vehicle is described. The electrical system comprises (at least) an electrical energy storage device for storing electrical energy, (at least) a power generator (in particular a generator) for the provision of electrical energy and at least one electrical consumer. The method includes determining a request of an electrical load, wherein the request indicates that the electrical load has a need for a stable on-board power supply voltage in a period of time ahead. In addition, the method comprises detecting that a possible recuperation phase for converting kinetic energy of the vehicle into electrical energy by means of the energy generator falls at least partially into the period of time ahead or overlaps at least partially with the period ahead. Furthermore, the method comprises setting a generator voltage of the energy generator during the possible recuperation phase in dependence on the requirement.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Straßenkraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit umfasst.In another aspect, a road vehicle (particularly a passenger car or a truck or a bus) is described that includes the control unit described in this document.

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.In another aspect, a software (SW) program is described. The SW program may be set up to be executed on a processor (e.g., on a controller of a vehicle) and thereby perform the method described in this document.

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.In another aspect, a storage medium is described. The storage medium may include a SW program that is set up to run on a processor and thereby perform the method described in this document.

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.It should be understood that the methods, devices and systems described herein may be used alone as well as in combination with other methods, devices and systems described in this document. Furthermore, any aspects of the methods, devices, and systems described herein may be combined in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined in a variety of ways.

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

1 beispielhafte Komponenten eines Fahrzeugs;
2 ein beispielhaftes Energiebordnetz eines Fahrzeugs; und
3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Stabilisierung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs.

Furthermore, the invention will be described in more detail with reference to exemplary embodiments. Show

1 exemplary components of a vehicle;
2 an exemplary power onboard network of a vehicle; and
3 a flowchart of an exemplary method for stabilizing a vehicle electrical system of a vehicle.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit dem zuverlässigen und stabilen Betrieb von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern in einem Fahrzeug mit einem rekuperativen Generator.As set forth above, the present document is concerned with the reliable and stable operation of one or more electrical loads in a vehicle having a recuperative generator.

1 zeigt ein Blockdiagram eines beispielhaften Fahrzeugs 100 (z.B. eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Motorrads). Das Fahrzeug 100 umfasst eine Fahrerposition 106, die von einem Fahrer des Fahrzeugs 100 eingenommen werden kann, um das Fahrzeug 100 zu steuern. Von der Fahrerposition 106 aus kann beispielsweise ein Bremspedal 103 und/oder Fahrpedal 113 (auch als Gaspedal bezeichnet) betätigt werden, um das Fahrzeug 100 zu verzögern und/oder zu beschleunigen. Die Betätigung des Bremspedals 103 führt typischerweise zu einer Betätigung von Radbremsen (auch als Reibbremsen bezeichnet) 110, die eine Reibung an den Rädern 109 des Fahrzeugs 100 verursachen, und dadurch eine Verzögerung des Fahrzeugs 100 bewirken. 1 shows a block diagram of an exemplary vehicle 100 (eg a passenger car, a lorry or a motorcycle). The vehicle 100 includes a driver's position 106 by a driver of the vehicle 100 can be taken to the vehicle 100 to control. From the driver's position 106 off can, for example, a brake pedal 103 and / or accelerator pedal 113 (also known as accelerator pedal) operated to the vehicle 100 to delay and / or accelerate. The operation of the brake pedal 103 typically results in actuation of wheel brakes (also referred to as friction brakes) 110 that cause friction on the wheels 109 of the vehicle 100 cause, and thereby a delay of the vehicle 100 cause.

Des Weiteren kann das Fahrzeug 100 einen Verbrennungsmotor 102 umfassen, der über ein Getriebe 101 eine Radachse 107 des Fahrzeugs 100 und damit die Räder 109 des Fahrzeugs 100 antreiben kann. Im umgekehrten Fall kann der Verbrennungsmotor 102 über das Getriebe 101 durch die Radachse 107 des Fahrzeugs 100 angetrieben werden (insbesondere wenn das Gaspedal 113 des Fahrzeugs 100 nicht betätigt wird, und weiterhin ein Gang eingelegt ist). Der Verbrennungsmotor 102 erzeugt dann ein Schleppmoment, durch das das Fahrzeug 100 verzögert wird.Furthermore, the vehicle can 100 an internal combustion engine 102 include, over a gearbox 101 a wheel axle 107 of the vehicle 100 and with it the wheels 109 of the vehicle 100 can drive. In the opposite case, the internal combustion engine 102 over the transmission 101 through the wheel axle 107 of the vehicle 100 be driven (especially when the accelerator pedal 113 of the vehicle 100 is not operated, and a gear is still engaged). The internal combustion engine 102 generated then a drag torque through which the vehicle 100 is delayed.

Außerdem umfasst das Fahrzeug 100 eine Elektromaschine 108. In dem dargestellten Beispiel ist die Elektromaschine 108 eingerichtet, die Radachse 107 des Fahrzeugs 100 anzutreiben. Beispielsweise kann bei Betätigung des Gaspedals 113 die Elektromaschine 108 als Elektromotor betrieben werden, um die Radachse 107 anzutreiben. Andererseits kann bei Betätigung des Bremspedals 103, die Elektromaschine 108 als Generator betrieben werden, um kinetische Energie des Fahrzeugs 100 in elektrische Energie umzuwandeln (Rekuperation). Die gewonnene elektrische Energie wird typischerweise in einem Energiespeicher 111 (z.B. in einer Niedervolt-Batterie bei 60V oder weniger) gespeichert. Durch den Betrieb der Elektromaschine 108 als Generator wird ein Rekuperationsmoment auf der Radachse 107 bewirkt, durch das das Fahrzeug 100 verzögert wird.In addition, the vehicle includes 100 an electric machine 108 , In the example shown, the electric machine 108 set up the wheel axle 107 of the vehicle 100 drive. For example, when the accelerator pedal is pressed 113 the electric machine 108 operated as an electric motor to the wheel axle 107 drive. On the other hand, when the brake pedal is pressed 103 , the electric machine 108 be operated as a generator to kinetic energy of the vehicle 100 convert into electrical energy (recuperation). The recovered electrical energy is typically stored in an energy store 111 (eg in a low-voltage battery at 60V or less) stored. By the operation of the electric machine 108 As a generator is a Rekuperationsmoment on the wheel axle 107 causes, through which the vehicle 100 is delayed.

Wie in 1 dargestellt, kann die Elektromaschine 108 ggf. durch eine Kupplung 112 von der Radachse 107 getrennt oder mit der Radachse 107 gekoppelt werden. Durch die Kupplung 112 kann je nach Bedarf das Rekuperationsmoment der Elektromaschine 108 abgeschaltet werden (z.B. um eine Belastung des Verbrennungsmotors 102 bei verbrennungsmotorischem Betrieb des Fahrzeugs 100 zu reduzieren).As in 1 shown, the electric machine 108 possibly by a clutch 112 from the wheel axle 107 separated or with the wheel axle 107 be coupled. Through the clutch 112 can depending on the needs of the recuperation of the electric machine 108 be switched off (eg to a load of the internal combustion engine 102 in internal combustion engine operation of the vehicle 100 to reduce).

Das Fahrzeug 100 umfasst eine Steuereinheit 105 (z.B. als Teil eines Motorsteuergeräts). Die Steuereinheit 105 ist eingerichtet, ein oder mehrere Steuersignale, z.B. in Bezug auf Steuereingaben durch den Fahrer, zu empfangen. Die ein oder mehreren Steuersignale umfassen z.B. die Betätigung des Bremspedals 103 und/oder die Betätigung des Gaspedals 113 und/oder die Betätigung eines Gangwahlhebels 104 des Fahrzeugs 100. Des Weiteren ist die Steuereinheit 105 eingerichtet, den Verbrennungsmotor 102, das Getriebe 101, die Kupplung 112 und/oder die Elektromaschine 108 in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Steuersignalen zu steuern. Insbesondere kann bei Betätigung des Gaspedals 113 die Drehzahl des Verbrennungsmotors 102 und/oder des Elektromotors 108 erhöht werden, um das Fahrzeug 100 zu beschleunigen. The vehicle 100 includes a control unit 105 (eg as part of an engine control unit). The control unit 105 is arranged to receive one or more control signals, eg with respect to control inputs by the driver. The one or more control signals include, for example, the operation of the brake pedal 103 and / or the operation of the accelerator pedal 113 and / or the operation of a gear selector lever 104 of the vehicle 100 , Furthermore, the control unit 105 set up the internal combustion engine 102 , The gear 101 , the coupling 112 and / or the electric machine 108 in response to the one or more control signals. In particular, when the accelerator pedal is pressed 113 the speed of the internal combustion engine 102 and / or the electric motor 108 be increased to the vehicle 100 to accelerate.

Andererseits kann bei Betätigung des Bremspedals 103 ein Rekuperationsbetrieb der Elektromaschine 108 und/oder eine Betätigung der Reibbremsen 110 veranlasst werden.On the other hand, when the brake pedal is pressed 103 a recuperation operation of the electric machine 108 and / or an actuation of the friction brakes 110 be initiated.

Das Fahrzeug 100 kann außerdem ein oder mehrere Umfeldsensoren 114 umfassen, die eingerichtet sind, Umfelddaten zu erfassen, die Information bezüglich eines Umfelds des Fahrzeugs 100 anzeigen. Die ein oder mehreren Umfeldsensoren 114 können z.B. ein oder mehrere Kameras, ein oder mehrere Radarsensoren, ein oder mehrere LIDAR Sensoren, ein oder mehrere Ultraschallsensoren, einen GPS-Empfänger, etc. umfassen.The vehicle 100 can also have one or more environmental sensors 114 comprise, which are adapted to capture environmental data, the information relating to an environment of the vehicle 100 Show. The one or more environment sensors 114 For example, one or more cameras, one or more radar sensors, one or more LIDAR sensors, one or more ultrasonic sensors, a GPS receiver, etc. may be included.

2 zeigt ein beispielhaftes elektrisches Bordnetz 200 eines Fahrzeugs 100. Das Bordnetz 200 ist bevorzugt ein Niedervolt (NV) - Bordnetzes 100 mit einer Bordnetzspannung im Bereich von 60V oder weniger, typischerweise bei einer Nennbetriebsspannung von ca. 48V bzw. 12V. 2 shows an exemplary electrical system 200 of a vehicle 100 , The electrical system 200 is preferably a low-voltage (NV) - electrical system 100 with a vehicle electrical system voltage in the range of 60V or less, typically at a nominal operating voltage of about 48V or 12V.

Das Bordnetz 200 umfasst ein oder mehrere elektrische Verbraucher 208 (z.B. ein Infotainmentsystem, eine Klimaanlage, Fensterheber, Scheibenwischer, etc.), die mit elektrischer Energie aus dem Bordnetz 200 versorgt werden. Das Bordnetz 200 kann zur Speicherung von elektrischer Energie ein oder mehrere Energiespeicher 111 umfassen. In dem dargestellten Beispiel umfasst das Bordnetz 100 einen Blei-Akkumulator 111, der dazu verwendet werden kann, die Bordnetzspannung zu stützen und elektrische Energie für einen Starter 205 des Verbrennungsmotors 102 des Fahrzeugs 100 bereitzustellen. Der Starter 205 kann betrieben werden, um den Verbrennungsmotor 102 bei einem Startvorgang mechanisch anzutreiben (die dazu verwendete mechanische Verbindung ist in 1 nicht dargestellt). Des Weiteren kann das Bordnetz 100 einen Rekuperations-Energiespeicher 111 (z.B. eine LiIonen-Batterie) umfassen, der eingerichtet ist, in zyklischer Weise substantielle Mengen an elektrischer Energie aufzunehmen und wieder abzugeben.The electrical system 200 includes one or more electrical consumers 208 (Eg an infotainment system, air conditioning, windows, windscreen wipers, etc.), with electrical energy from the electrical system 200 be supplied. The electrical system 200 can store one or more energy stores for storing electrical energy 111 include. In the illustrated example, the electrical system includes 100 a lead accumulator 111 which can be used to support the vehicle electrical system voltage and electrical energy for a starter 205 of the internal combustion engine 102 of the vehicle 100 provide. The starter 205 can be operated to the internal combustion engine 102 to mechanically drive during a starting process (the mechanical connection used for this is in 1 not shown). Furthermore, the electrical system 100 a recuperation energy storage 111 (eg, a Li ion battery) configured to cyclically receive and release substantial amounts of electrical energy.

Das Bordnetz 100 umfasst außerdem die als Generator (bzw. allgemein die als Energieerzeuger) betriebene Elektromaschine 108, die über den Verbrennungsmotor 102 angetrieben werden kann, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, wobei die elektrische Energie zum Betrieb der ein oder mehreren Verbraucher 208 verwendet werden kann und/oder in den ein oder mehreren Energiespeichern 111 gespeichert werden kann. In Schubphasen (z.B. bei einer Bergabfahrt), in denen der Generator 108 mittelbar über den Verbrennungsmotor 102 oder unmittelbar durch die Räder 109 des Fahrzeugs 100 angetrieben wird, kann durch den Generator 108 elektrische Energie rekuperiert werden, um den Energieverbrauch des Fahrzeugs 100 zu reduzieren. 2 zeigt den durch den Generator 108 bereitgestellten Generatorstrom 211 und die an dem Generator 108 anliegende Generatorspannung 212. Im Folgenden wird ein Generator 108 und eine Generatorspannung 212 beschrieben. Die beschriebenen Aspekte gelten allgemein für einen Energieerzeuger 108 und eine Erzeugerspannung 212. Beispielsweise kann der Energieerzeuger 108 alternativ oder ergänzend zu einem Generator einen Gleichspannungswandler umfassen (z.B. zur Energiewandlung zwischen einem 48V und einem 12V Bordnetz).The electrical system 100 also includes the electric machine operated as a generator (or, more generally, as an energy generator) 108 that about the internal combustion engine 102 can be driven to convert kinetic energy into electrical energy, wherein the electrical energy to operate the one or more consumers 208 can be used and / or in the one or more energy storage 111 can be stored. In overrun phases (eg during a downhill run) in which the generator 108 indirectly via the combustion engine 102 or directly through the wheels 109 of the vehicle 100 can be driven by the generator 108 electrical energy will be recuperated to the energy consumption of the vehicle 100 to reduce. 2 shows that through the generator 108 provided generator power 211 and those on the generator 108 applied generator voltage 212 , The following is a generator 108 and a generator voltage 212 described. The described aspects generally apply to an energy producer 108 and a generator voltage 212 , For example, the energy generator 108 alternatively or in addition to a generator include a DC-DC converter (eg for energy conversion between a 48V and a 12V electrical system).

Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und damit des CO₂ Ausstoßes kann der Generator 108 durch Absenken der Bordnetzspannung bzw. der Generatorspannung 212 (z.B. durch Absenken der Bordnetzspannung unterhalb der Nennbetriebsspannung) entlastet werden. Als Folge daraus bewirkt der Generator 108 im Normalbetrieb eine reduzierte Last für den Verbrennungsmotor 102. Andererseits kann in Rekuperationsphasen durch eine möglichst hohe Generatorspannung 212 bewirkt werden, dass möglichst viel mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Beispielsweise kann die Generatorspannung 212 während einer Rekuperationsphase auf eine Spannung oberhalb der Nennbetriebsspannung angehoben werden. To reduce the fuel consumption and thus the CO ₂ emissions, the generator 108 by lowering the vehicle electrical system voltage or the generator voltage 212 (eg by lowering the vehicle electrical system voltage below the nominal operating voltage) are relieved. As a result, the generator causes 108 in normal operation a reduced load for the internal combustion engine 102 , On the other hand, in Rekuperationsphasen by a high generator voltage 212 be effected that as much mechanical energy is converted into electrical energy. For example, the generator voltage 212 during a Rekuperationsphase be raised to a voltage above the nominal operating voltage.

Die Bordnetzspannung kann somit während des Betriebs eines Fahrzeugs 100 substantiell schwanken (z.B. zwischen einem Minimalwert (zur Entlastung des Generators 108) und einem Maximalwert (zur Rekuperation)). Diese Spannungsschwankungen zwischen den beiden Betriebsarten kann für bestimmte elektrische Verbraucher 208 (bzw. Funktionen oder Steuergeräte) zu Unstetigkeiten und/oder Schwankungen beim Betrieb des jeweiligen Verbrauchers 208 führen. Beispielsweise kann eine Spannungsschwankung der Bordnetzspannung zu einer Schwankung der Betriebsgeschwindigkeit eines Fensterhebers oder eines Lüfters führen. Diese Betriebsschwankungen eines elektrischen Verbrauchers 208 können von einem Nutzer des Fahrzeugs 100 wahrgenommen und als unangenehm empfunden werden.The vehicle electrical system voltage can thus during operation of a vehicle 100 Substantially fluctuate (eg between a minimum value (to relieve the generator 108 ) and a maximum value (for recuperation)). These voltage fluctuations between the two modes may be for certain electrical loads 208 (or functions or control devices) to discontinuities and / or fluctuations in the operation of each consumer 208 to lead. For example, a voltage fluctuation of the vehicle electrical system voltage can lead to a fluctuation in the operating speed of a window lifter or a fan. These operating fluctuations of an electrical load 208 can by a user of the vehicle 100 perceived and perceived as unpleasant.

Ein elektrischer Verbraucher 208 kann eingerichtet sein, der Steuereinheit 105 z.B. mittels einer Nachricht über ein Kommunikationsnetz des Fahrzeugs 100 anzuzeigen, dass für einen bestimmten Zeitraum eine stabile Bordnetzspannung benötigt wird, um den elektrischen Verbraucher 208 innerhalb des bestimmten Zeitraums in stabiler Weise betreiben zu können. Die Steuereinheit 105 kann daraufhin ein oder mehrere Maßnahmen veranlassen, um während des bestimmten Zeitraums die Bordnetzspannung zu stabilisieren.An electrical consumer 208 can be set up, the control unit 105 eg by means of a message via a communication network of the vehicle 100 indicate that a stable vehicle electrical system voltage is needed for a certain period of time to the electrical consumer 208 be able to operate in a stable manner within the specified period. The control unit 105 can then initiate one or more measures to stabilize the vehicle electrical system voltage during the specified period.

Als Maßnahme zur Stabilisierung der Bordnetzspannung kann das Absenken der Bordnetzspannung zur Entlastung des Generators 108 und/oder zur Reduzierung des CO₂ Ausstoßes unterbunden werden. So kann ein möglicher Spannungshub bei Einsetzen einer Rekuperationsphase reduziert werden, so dass auch der Betrieb des elektrischen Verbrauches 208 stabilisiert wird. Durch den Verzicht auf das Absenken der Bordnetzspannung werden jedoch typischerweise auch der Kraftstoffverbrauch und der CO₂ Ausstoß erhöht.As a measure to stabilize the vehicle electrical system voltage lowering the vehicle electrical system voltage to relieve the generator 108 and / or to reduce CO ₂ emissions are prevented. Thus, a possible voltage swing can be reduced at the onset of a recuperation phase, so that the operation of the electrical consumption 208 is stabilized. By dispensing with the lowering of the vehicle electrical system voltage, however, typically also the fuel consumption and the CO ₂ emissions are increased.

Bei einem Bordnetz 200, das ausschließlich Blei-basierte elektrische Energiespeicher 111 umfasst, ist das Potential der rekuperierbaren elektrischen Energie typischerweise wegen der geringen Stromaufnahmefähigkeit der ein oder mehreren Energiespeicher 111 relativ gering. Außerdem wird das Rekuperationspotential bei Unterbinden der Absenkung der Bordnetzspannung weiter reduziert, da durch die höhere Bordnetzspannung der Energiespeicher 111 während des Normalbetriebs des Fahrzeugs 100 stärker geladen wird, und somit einen erhöhten Ladezustand aufweist. Es steht somit weniger Kapazität für die Speicherung der rekuperierten elektrischen Energie zur Verfügung, da die Stromaufnahmefähigkeit des Energiespeichers 111 typischerweise mit steigendem Ladezustand sinkt.In a wiring system 200 that uses only lead-based electrical energy storage 111 The potential of the recuperable electrical energy is typically due to the low power consumption of the one or more energy storage 111 relatively low. In addition, the Rekuperationspotential is further reduced by suppressing the lowering of the vehicle electrical system voltage, as due to the higher vehicle electrical system voltage of the energy storage 111 during normal operation of the vehicle 100 is more charged, and thus has an increased charge state. There is thus less capacity for the storage of recuperated electrical energy available, since the power consumption of the energy storage 111 typically decreases with increasing state of charge.

Die Reduzierung des Rekuperationspotentials durch das Unterbinden der Spannungsabsenkung erfolgt auch dann, wenn das Bordnetz 200 einen Lithium-basierten Energiespeicher 111 aufweist. Zusätzlich führt die höhere Bordnetzspannung, bedingt durch die Spannungs- und/oder Stromcharakteristik eines Lithium-basierten Energiespeichers 111 zu einer relativ hohen Generatorlast (bei Inbetriebnahme des Generators 108). Eine hohe Generatorlast kann insbesondere im Leerlauf des Verbrennungsmotors 102 zu einer Beeinträchtigung (insbesondere zu einer Schwankung) des Motorlaufs des Verbrennungsmotors 102 führen, die von einem Nutzer des Fahrzeugs 100 als unangenehm empfunden werden kann. Des Weiteren führt eine relativ hohe Generatorlast typischerweise zu einem relativ hohen Anstieg des CO₂ Ausstoßes.The reduction of the Rekuperationspotentials by preventing the voltage reduction is also carried out when the electrical system 200 a lithium-based energy storage 111 having. In addition, the higher vehicle electrical system voltage, due to the voltage and / or current characteristics of a lithium-based energy storage leads 111 to a relatively high generator load (when commissioning the generator 108 ). A high generator load can, in particular, during idling of the internal combustion engine 102 to a deterioration (in particular to a fluctuation) of the engine running of the internal combustion engine 102 lead by a user of the vehicle 100 can be perceived as unpleasant. Furthermore, a relatively high generator load typically results in a relatively high increase in CO ₂ emissions.

Bevorzugt kann daher als Maßnahme zur Stabilisierung der Bordnetzspannung für einen elektrischen Verbraucher 208 gezielt in dem bestimmten Zeitraum, in dem eine Stabilisierung der Bordnetzspannung erfolgen soll, auf eine Rekuperation von elektrischer Energie durch den Generator 108 verzichtet werden. Signalisiert somit eine Funktion, d.h. ein elektrischer Verbraucher 208, einen Bedarf für Stabilität, so kann veranlasst werden, dass die Generatorspannung 212 nicht erhöht wird, sondern dass auf Rekuperation verzichtet wird.Preferably can therefore be used as a measure to stabilize the vehicle electrical system voltage for an electrical consumer 208 specifically in the specific period in which a stabilization of the vehicle electrical system voltage is to take place on a recuperation of electrical energy by the generator 108 be waived. Signaled thus a function, ie an electrical consumer 208 , a need for stability, so that can be caused to the generator voltage 212 is not increased, but that is waived recuperation.

Wenn von dem elektrischen Verbraucher 208 gleichzeitig eine bestimmte Mindestspannung gefordert wird, kann diese Mindestspannung im Bordnetz 200 durch einen (relativ moderaten) einstellbaren Ladevorgang in Kombination mit dem Rekuperationsverzicht bereitgestellt werden.If from the electrical consumer 208 At the same time a certain minimum voltage is required, this minimum voltage in the electrical system 200 be provided by a (relatively moderate) adjustable charging in combination with the recuperation waiver.

Die Steuereinheit 105 kann somit eingerichtet sein, eine Anforderung von einem elektrischen Verbraucher 208 des Bordnetzes 200 zu empfangen, wobei die Anforderung anzeigt, dass der elektrische Verbraucher 208 in einem bestimmten, vorausliegenden Zeitraum betrieben werden soll, und dass daher die Bordnetzspannung in diesem Zeitraum möglichst stabil gehalten werden soll.The control unit 105 Thus, it may be configured to receive a request from an electrical consumer 208 of the electrical system 200 to receive, the request indicating that the electrical load 208 is to be operated in a certain period of time ahead, and therefore that the vehicle electrical system voltage should be kept as stable as possible during this period.

Die Steuereinheit 105 kann weiter eingerichtet sein, die Generatorspannung 212 in Abhängigkeit von der Anforderung des elektrischen Verbrauchers 208 anzupassen. Insbesondere kann die Steuereinheit 105 eingerichtet sein, eine Erhöhung der Generatorspannung 212 in einer Rekuperationsphase zumindest zu reduzieren (im Vergleich zu einem normalen Rekuperationsvorgang) bzw. gänzlich zu unterbinden, wenn die Rekuperationsphase zumindest teilweise in den in der Anforderung des elektrischen Verbrauchers 208 angezeigten Zeitraum fällt. So kann in effizienter Weise die Bordnetzspannung für einen Betriebszeitraum eines elektrischen Verbrauchers 208 stabilisiert werden, um Schwankungen beim Betrieb des elektrischen Verbrauchers 208 zu reduzieren.The control unit 105 can be further set, the generator voltage 212 depending on the requirement of the electrical consumer 208 adapt. In particular, the control unit 105 be set up, an increase in the generator voltage 212 in a recuperation at least reduce (compared to a normal Rekuperationsvorgang) or completely to prevent, if the Rekuperationsphase at least partially in the requirement of the electrical load 208 displayed period falls. Thus, the vehicle electrical system voltage for an operating period of an electrical consumer can be efficient 208 be stabilized to fluctuations in the operation of the electrical load 208 to reduce.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zur Stabilisierung der Bordnetzspannung eines Bordnetzes 200 eines Fahrzeugs 100. Das Bordnetz 200 umfasst einen elektrischen Energiespeicher 100 zur Speicherung von elektrischer Energie, einen Generator 108 zur Bereitstellung bzw. zur Erzeugung von elektrischer Energie und zumindest einen elektrischen Verbraucher 208. Die Nennspannung des Bordnetzes 200 kann in einem Niedervolt-Bereich von 60V oder weniger liegen. 3 shows a flowchart of an exemplary method 300 for stabilizing the vehicle electrical system voltage of a vehicle electrical system 200 of a vehicle 100 , The electrical system 200 includes an electrical energy storage 100 for storing electrical energy, a generator 108 for the provision or generation of electrical energy and at least one electrical consumer 208 , The rated voltage of the vehicle electrical system 200 can be in a low voltage range of 60V or less.

Das Verfahren 300 umfasst das Ermitteln 301 einer Anforderung des elektrischen Verbrauchers 208, wobei die Anforderung anzeigt, dass der elektrische Verbraucher 208 in einem vorausliegenden Zeitraum einen Bedarf für eine stabile Bordnetzspannung aufweist. Beispielsweise kann die Anforderung anzeigen, dass der elektrische Verbraucher 208 an einem Anfangszeitpunkt aktiviert werden wird oder aktiviert wurd. Des Weiteren kann die Anforderung Information in Bezug auf den Verbraucher 208 (z.B. einen Identifikator des Verbrauchers 208) anzeigen. Es kann dann daraus geschlossen werden, dass die Bordnetzspannung ab dem Anfangszeitpunkt möglichst stabil gehalten werden sollte (um einen stabilen Betrieb des Verbrauchers 208 zu ermöglichen).The procedure 300 includes determining 301 a requirement of the electrical consumer 208 wherein the request indicates that the electrical load 208 has a need for a stable vehicle electrical system voltage in a period of time ahead. For example, the request may indicate that the electrical load 208 will be activated at an initial time or has been activated. Furthermore, the request may be information related to the consumer 208 (eg an identifier of the consumer 208 ) Show. It can then be concluded from this that the vehicle electrical system voltage should be kept as stable as possible from the start time (to a stable operation of the consumer 208 to allow).

Das Verfahren 300 umfasst ferner das Detektieren 302, dass eine mögliche Rekuperationsphase zur Wandlung von kinetischer Energie des Fahrzeugs 100 in elektrische Energie mittels des Generators 108 zumindest teilweise in den vorausliegenden Zeitraum fällt bzw. zumindest teilweise mit dem Zeitraum für den Betrieb des elektrischen Verbrauchers 208 zusammenfällt. Beispielsweise kann detektiert werden, dass sich, während der elektrische Verbraucher 208 aktiv ist, eine mögliche Rekuperationsphase ergibt (z.B. weil ein Nutzer des Fahrzeugs 100 das Bremspedal 103 des Fahrzeugs 100 betätigt hat oder den Fuß von dem Fahrpedal 113 genommen hat und sich der Verbrennungsmotor 102 in einer Schubphase befindet).The procedure 300 further comprises detecting 302 in that a possible recuperation phase for the conversion of kinetic energy of the vehicle 100 into electrical energy by means of the generator 108 at least partially falls in the period ahead or at least partially with the period for the operation of the electrical load 208 coincides. For example, it can be detected that, while the electrical load 208 is active, a possible Rekuperationsphase results (eg because a user of the vehicle 100 the brake pedal 103 of the vehicle 100 has pressed or the foot of the accelerator pedal 113 has taken and the internal combustion engine 102 in a push phase).

Außerdem umfasst das Verfahren 300 das Einstellen 303 der Generatorspannung 212 des Generators 108 während der möglichen Rekuperationsphase und insbesondere während des vorausliegenden Zeitraums in Abhängigkeit von der Anforderung. Beispielsweise kann die Generatorspannung 212, während der Verbraucher 208 aktiv ist, nur in einem reduzierten Maße oder gar nicht angehoben werden. Als Folge daraus wird eine reduzierte Menge oder gar keine elektrische Energie rekuperiert. Andererseits kann so gewährleistet werden, dass die Bordnetzspannung zumindest während des Zeitraums, in dem der Verbraucher 208 aktiv ist, stabil bleibt. Andererseits kann die Generatorspannung 212 erhöht werden (z.B. auf einem bestimmten maximalen (ersten) Spannungswert), sobald der Verbraucher 208 deaktiviert wurde, um während der verbleibenden Zeit der Rekuperationsphase eine möglichst große Menge an elektrischer Energie zu rekuperieren.In addition, the process includes 300 the setting 303 the generator voltage 212 of the generator 108 during the possible recuperation phase and in particular during the period ahead depending on the requirement. For example, the generator voltage 212 while the consumer 208 is active, only raised to a reduced extent or not at all. As a result, a reduced amount or no electrical energy is recuperated. On the other hand, it can be ensured that the vehicle electrical system voltage at least during the period in which the consumer 208 is active, remains stable. On the other hand, the generator voltage 212 be increased (eg to a certain maximum (first) voltage value) as soon as the consumer 208 has been deactivated in order to recuperate the largest possible amount of electrical energy during the remaining time of the recuperation phase.

Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen können in einem Bordnetz 200 mit einem (reinen) Blei-basierten Energiespeicher 111 dazu verwendet werden, einen stabilen Betrieb von elektrischen Verbrauchern 208 und einen CO₂ optimierten Betrieb des Bordnetzes 200 zu ermöglichen. Ein Spannungshub kann während der Betriebszeiträume des Energiespeichers 111 gänzlich vermieden werden. In einem Bordnetz 200, das (ggf. auch) einen Lithium-basierten Energiespeicher 111 umfasst, können darüber hinaus negative Einflüsse auf den Motorlauf eines Verbrennungsmotors 102 eines Fahrzeugs 100 vermieden werden.The measures described in this document can be used in a vehicle electrical system 200 with a (pure) lead-based energy storage 111 be used to ensure stable operation of electrical loads 208 and a CO ₂ optimized operation of the electrical system 200 to enable. A voltage swing may occur during the operating periods of the energy store 111 be avoided altogether. In a wiring system 200 , which (possibly also) a lithium-based energy storage 111 In addition, negative influences on the engine run of an internal combustion engine can be added 102 of a vehicle 100 be avoided.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not limited to the embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and figures are intended to illustrate only the principle of the proposed methods, apparatus and systems.

Claims

Control unit (105) for a vehicle electrical system (200) of a vehicle (100); wherein the electrical system (200) comprises an electrical energy store (100) for storing electrical energy, a power generator (108) for providing electrical energy and at least one electrical load (208); wherein the control unit (105) is arranged to: - determine a request from the electrical load (208), the request indicating that the electrical load (208) has a need for a stable on-board voltage in a preceding period of time; to detect that a possible recuperation phase for converting kinetic energy of the vehicle (100) into electrical energy by means of the Power generator (108) overlaps at least partially with the previous time period; and - adjusting a generator voltage (212) of the power generator (108) during the possible recuperation phase in response to the request.

Control unit (105) according to Claim 1 wherein the control unit (105) is arranged to: - raise the generator voltage (212) to a first voltage value in a recuperation phase in which there is no requirement for a stable vehicle electrical system voltage; and - setting the generator voltage (212) to a second voltage value in the possible recuperation phase at least during the preceding period of time; wherein the second voltage value is smaller than the first voltage value.

Control unit (105) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (105) is adapted to prevent an increase of the generator voltage (212) in the possible Rekuperationsphase at least during the preceding period.

Control unit (105) according to one of the preceding claims, wherein - the requirement of the electrical load (108) indicates a minimum value of the vehicle electrical system voltage which should not be undershot during the period ahead; and - The control unit (105) is adapted to set the generator voltage (212) in the possible Rekuperationsphase at least during the period ahead in such a way that the minimum value of the vehicle electrical system voltage is not exceeded.

Control unit (105) according to one of the preceding claims, wherein - The electrical system (200) and / or the energy storage (111) have a nominal operating voltage; and - The control unit (105) is adapted to set the generator voltage (212) outside a Rekuperationsphase to a voltage below the rated operating voltage, in particular by 5%, 10% or more below the nominal operating voltage.

Control unit (105) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (105) is set up during the possible recuperation phase and during the period ahead to determine a recuperation braking torque caused by the power generator (108); - Determine a desired braking torque in response to a deflection of a brake pedal (103) of the vehicle (100); and - To control one or more friction brakes (110) of the vehicle (100) in response to the desired braking torque and in dependence on the Rekuperationsbremsmoment.

Control unit (105) according to one of the preceding claims, wherein the possible recuperation phase is detected on the basis of - an actuation and / or deflection of a brake pedal (103) of the vehicle (100); and or - Environment data from one or more environment sensors (114) of the vehicle (100).

Control unit (105) according to one of the preceding claims, wherein - The electrical load (208) is adapted, during a total operating period of the vehicle (100) only temporarily, in particular explicitly by a user of the vehicle (100) to be activated; the preceding period of time begins with a start time at which the electrical load (208) is activated; the preceding period ends with an end time at which the electrical load (208) is deactivated; and or - The electrical load (108) statistically only 10%, 5% or less of the total operating period of the vehicle (100) is active.

The control unit (105) of any one of the preceding claims, wherein the control unit (105) is arranged to receive the request from the electrical load (208) as a message via a communications network of the vehicle (100) from the electrical load (208).

Method (300) for stabilizing the vehicle electrical system voltage of a vehicle electrical system (200) of a vehicle (100); wherein the electrical system (200) comprises an electrical energy store (100) for storing electrical energy, a power generator (108) for providing electrical energy and at least one electrical load (208); the method comprising (300), - determining (301) a request of the electrical load (208), the request indicating that the electrical load (208) has a need for a stable on-board voltage in a timely period of time; - detecting (302) that a possible recuperation phase for converting kinetic energy of the vehicle (100) into electrical energy by means of the energy generator (108) at least partially overlaps with the period ahead; and adjusting (303) a generator voltage (212) of the power generator (108) during the possible one of Recuperation phase depending on the requirement.