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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Energiebordnetzes
eines Kraftfahrzeugs oder eines Nutzfahrzeugs. Die Erfindung betrifft
ferner eine Ladeeinheit sowie eine Vorrichtung zum Betrieb eines
Energiebordnetzes mit einer Ladeeinheit. Schließlich betrifft die Erfindung
ein Computerprogrammprodukt.
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Ein
Energiebordnetz in einem Kraftfahrzeug umfasst typischerweise einen
Generator, eine (Starter-)Batterie, eine Vielzahl von Verbrauchern
sowie Komponenten zur Verteilung der elektrischen Energie. Bedingt
durch das dynamische Verhalten der Vielzahl von Verbrauchern sowie
dem Generator ist die Spannung in dem Energiebordnetz von Schwankungen
gekennzeichnet. Die wichtigsten Ursachen für Spannungseinbrüche sind
die begrenzte Leistungsfähigkeit
der Batterie und des Generators sowie Lastsprünge in Folge des Verhaltens
der elektrischen Verbraucher. Der Generator zeichnet sich dabei
auch durch ein träges
Ansprechverhalten aus. Dieses träge
Ansprechverhalten führt
besonders bei abrupten Lastabwürfen
und einem eingeschränkten
Ladungsaufnahmevermögen
der Batterie zu Spannungsüberhöhungen.
Sowohl Spannungseinbrüche
als auch Spannungsüberhöhungen setzen
die Qualität
der Energieversorgung herab und können zu einem erhöhten Aufwand
in der Beschaltung der Versorgungseingänge der Verbraucher führen. Allgemein können die
Spannungsschwankungen zu wahrnehmbaren Einschränkungen von Fahrzeugfunktionen führen. Beispielsweise
können
die Schwankungen der Bordnetzspannung zum Flackern von Innen- und Außenbeleuchtung
des Fahrzeugs führen.
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Zur
Versorgung transienter Hochleistungsverbraucher, wie z. B. einer
elektrischen Lenkung oder einer elektrischen Bremse, können Bordnetzarchitekturen
mit mehreren und/oder erhöhten
Spannungsebenen eingesetzt werden. Auf Basis eines konventionellen
Energiebordnetzes lässt
sich eine erhöhte
Versorgungsspannung für
transiente Hochleistungsverbraucher unter anderem durch die Serienschaltung
der Starterbatterie und eines zusätzlichen Energiespeichers (z.
B. einer weiteren Batterie oder einem Kondensator) generieren. Der
zusätzliche
Energiespeicher wird mit Hilfe einer Ladeeinheit gespeist. Die Ladeeinheit,
z. B. ein DC/DC-Wandler, wird derart geregelt, dass entweder ein
definierter maximaler Ausgangsstrom in den zusätzlichen Energiespeicher eingespeist
wird oder eine definierte maximale Ausgangsspannung an dem zusätzlichen
Energiespeicher eingestellt wird.
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Ein
solches und auch der Erfindung zu Grunde liegendes Energiebordnetz
ist in 1 dargestellt. Das Energiebordnetz verfügt über zwei
Bordnetzzweige BN1 und BN2. An dem ersten Bordnetzzweig BN1 liegt
im Betrieb eine erste Spannung U1 an. An dem ersten Bordnetzzweig
sind ein erster Energiespeicher ES1, z. B. eine Starterbatterie,
ein Generator G zur Speisung des ersten Energiespeichers ES1 und
zumindest ein Verbraucher R1 angeschlossen. An dem zweiten Bordnetzzweig
BN2 liegt im Betrieb eine zweite Spannung an, die höher als
die erste Spannung ist und durch eine Serienschaltung des ersten
und eines zweiten Energiespeichers ES1, ES2 erzeugt ist. Der zweite
Energiespeicher ES2 (z. B. eine Batterie) sowie eine Ladeeinheit
DCDC und zumindest ein zweiter Verbraucher R2 sind an den zweiten
Bordnetzzweig BN2 angeschlossen. Die Ladeeinheit DCDC dient zur
Speisung des zweiten Energiespeichers ES2 und ist ferner mit dem
ersten Bordnetzzweig BN1 gekoppelt. Während der erste Energiespeicher
ES1 des ersten Bordnetzzweigs BN1 durch den daran angeschlossenen
Generator G gespeist wird, wird der zweite Energiespeicher ES2 mit
einem Strom IDCDC durch die Ladeeinheit
DCDC unter Energieentnahme aus dem ersten Bordnetz BN1 gespeist.
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Die
Ladeeinheit DCDC wird üblicherweise derart
geregelt, dass in den zweiten Energiespeicher ES2 bzw. den zweiten
Bordnetzzweig BN2 ein maximaler Strom Imax,DCDC gespeist
wird, so lange eine über
dem zweiten Energiespeicher ES2 anliegende Spannung UES2 einen
definierten Zielwert UIs,ES2 unterschreitet.
Wird der definierte Zielwert für
den Ladezustand an dem zweiten Energiespeicher ES2 erreicht (z.
B. eine Ladeschlussspannung UIs,ES2), dann regelt
die Ladeeinheit DCDC den in den zweiten Energiespeicher ES2 eingespeisten
Strom IDCDC herunter. 2 zeigt
einen solchen beispielhaften Verlauf der Spannung UES2 des
zweiten Energiespeichers ES2, welcher mit dem Strom IDCDC gespeist
wird. Hierbei ist ohne Weiteres zu erkennen, dass der zweite Energiespeicher
ES2 mit dem maximalen Ladestrom Imax,DCDC geladen
wird, so lange der Zielwert, die Ladeschlussspannung UIS,ES2,
noch nicht erreicht ist. Nach dem Erreichen der Ladeschlussspannung
reduziert sich der in den zweiten Energiespeicher ES2 eingespeiste
Strom.
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Eine
beispielhafte Ausführung
der Regelungsstruktur einer Ladeeinheit DCDC, welche ein Ladeverhalten
entsprechend der Darstellung in 2 sicherstellt,
ist in 3 dargestellt.
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Die
Regelungsstruktur dient der Regelung der Ausgangsspannung und des
Ausgangsstroms der Ladeeinheit DCDC aus 1. Hierbei
findet keine Regelung der Eingangsspannung U1 durch
die Ladeeinheit DCDC statt. In 3 ist mit
GBN die Übertragungsfunktion
der Regelstrecke, d. h. das in 1 dargestellte
Energiebordnetz und Leistungsstufe der Ladeeinheit DCDC, gekennzeichnet.
Durch ein Messglied HI erfolgt eine Erfassung
des von der Ladeeinheit DCDC abgegebenen Stromes IDCDC.
Durch die Messglieder HU1 und HU2 erfolgt
eine messtechnische Erfassung der Spannungen U1 und
U2, aus welchen durch Differenzbildung die
tatsächliche über dem
zweiten Energiespeicher ES2 anliegende Spannung Uist,ES2 ermittelt
wird. Wenn die Spannungsregelung REGU als
digitaler Regler implementiert ist, werden die messtechnisch erfassten
Größen IDCDC, U1, U2 durch die jeweiligen Messglieder HI, HU1, HU2 zur weiteren Verarbeitung in ein jeweiliges
Digitalsignal gewandelt. Hierzu können auch von den Messgliedern unterschiedliche
AD-Wandler eingesetzt
werden. Einem Spannungsregler REGU wird
die Differenz aus einem Zielwert (Ladeschlussspannung UIs,ES2)
und der ermittelten Ist-Spannung über dem zweiten Energiespeicher
ES2 (Uist,ES2 ) zugeführt. Die
hieraus durch den Spannungsregler REGU ermittelte
Regelgröße wird
mit einem Soll-Strom Imax,DCDC und dem erfassten Strom
IDCDC einem Stromregler REG, zur Ermittlung einer
Regelgröße für den Strom
zugeführt.
Entsprechend der ermittelten Regelgröße wird der zweite Energiespeicher
ES2 mit dem ermittelten Strom IDCDC geladen.
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Die
Anwendung des in 3 dargestellten Regelungsprinzips
in dem in 1 gezeigten Energiebordnetz
erfordert eine hohe Genauigkeit bei der Erfassung und Verarbeitung
der Messwerte durch die Messglieder, wodurch deren Messbereich möglichst klein
gehalten werden muss. Hierdurch können Messbereichsüberschreitungen
auftreten. Andererseits nimmt beim Messen elektrischer Größen mit steigendem
Messbereich der maximale absolute Fehler zu. Ein hoher Messbereich
ist jedoch notwendig, um auch bei auftretenden Spannungsüberhöhungen in
dem ersten und/oder zweiten Bordnetzzweig BN1, BN2 korrekte Messwerte
zu erhalten. Der große
Messbereich steht damit einer genauen Messung der zu erfassenden
Signale entgegen.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Betrieb eines Energiebordnetzes eines Kraftfahrzeugs oder
eines Nutzfahrzeugs anzugeben, mit welchen ein verbesserter Betrieb
des Energiebordnetzes ermöglicht
wird. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladeeinheit
zur Speisung eines Ener giespeichers eines Energiebordnetzes eines
Kraftfahrzeugs oder eines Nutzfahrzeugs anzugeben. Gemäß einer
weiteren Aufgabe ist ein Computerprogrammprodukt anzugeben.
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Diese
Aufgaben werden gelöst
durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen
des Patentanspruches 1, eine Ladeeinheit gemäß den Merkmalen des Patentanspruches
10, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 11 sowie
ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Patentanspruches
12. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Die
Erfindung schafft ein Verfahren zum Betrieb eines Energiebordnetzes
eines Kraftfahrzeugs oder eines Nutzfahrzeugs, bei dem im Betrieb
an einem ersten Bordnetzzweig eine erste Spannung anliegt, wobei
an dem ersten Bordnetzzweig ein erster Energiespeicher, ein Generator
zur Speisung des ersten Energiespeichers und zumindest ein erster Verbraucher
angeschlossen sind. An einem zweiten Bordnetzzweig liegt eine zweite
Spannung an, die höher
als die erste Spannung ist, wobei an dem zweiten Bordnetzzweig ein
zweiter Energiespeicher, eine Ladeeinheit zur Speisung des zweiten
Energiespeichers, die ferner mit dem ersten Bordnetzzweig gekoppelt
ist, und zumindest ein zweiter Verbraucher angeschlossen sind, wobei
der erste und der zweite Energiespeicher zur Erzeugung der zweiten
Spannung seriell miteinander verschaltet sind. Zur Regelung der
Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms der Ladeeinheit werden zumindest
die erste und zweite Spannung durch ein jeweiliges Messglied erfasst,
aus welchen ein Ladestrom für
den zweiten Energiespeicher ermittelt und erzeugt wird. Aus der ersten
und der zweiten Spannung wird z. B. durch Differenzbildung das Signal
der Spannung am zweiten Energiespeicher generiert. Die erfasste
erste und/oder zweite Spannung werden mit einem nicht-linearen Element
derart konditioniert, dass die Ladeeinheit den zweiten Energiespeicher
bei Spannungsüberhöhungen der
ersten Spannung unter erhöhter Energieentnahme
aus dem ersten Bordnetzzweig und/oder bei Spannungseinbrüchen der
ersten Spannung unter verringerter Energieentnahme aus dem ersten
Bordnetzzweig lädt.
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Die
Erfindung schafft ferner eine Ladeeinheit zur Speisung eines Energiespeichers
eines Energiebordnetzes eines Kraftfahrzeugs oder eines Nutzfahrzeugs,
das einen ersten Bordnetzzweig, an dem im Betrieb eine erste Spannung
anliegt, und einen zweiten Bordnetzzweig, an dem im Betrieb eine
zweite, höhere
Spannung anliegt, umfasst, wobei die Ladeeinheit mit dem ersten
und dem zweiten Bordnetzzweig gekoppelt ist, wobei die Ladeeinheit
dazu ausgebildet ist, zur Regelung der Ausgangsspannung und des
Ausgangsstroms der Ladeeinheit zumindest die erste und zweite Spannung
durch ein jeweiliges Messglied zu erfassen und aus deren Signale
ein Ladestrom für
den zweiten Energiespeicher ermittelt und erzeugt wird. Die Ladeeinheit
ist weiter dazu ausgebildet, die erfasste erste und/oder zweite
Spannung mit einem nicht-linearen Element, insbesondere einem Signalwertlimitierer,
einem Hoch- und/oder einem Tiefpass oder einem Bandpass, derart
zu konditionieren, dass die Ladeeinheit den zweiten Energiespeicher
bei Spannungsüberhöhungen der
ersten Spannung unter erhöhter
Energieentnahme aus dem ersten Bordnetzzweig und/oder bei Spannungseinbrüchen der
ersten Spannung unter verringerter Energieentnahme aus dem ersten
Bordnetzzweig lädt.
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Die
Erfindung schafft schließlich
eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Energiebordnetzes eines
Kraftfahrzeugs oder eines Nutzfahrzeugs, das Folgendes umfasst:
einen ersten Bordnetzzweig, an dem im Betrieb eine erste Spannung
anliegt, wobei an dem ersten Bordnetzzweig ein erster Energiespeicher,
ein Generator zur Speisung des ersten Energiespeichers und zumindest
ein erster Verbraucher angeschlossen sind. Einen zweiten Bordnetzzweig,
an dem im Betrieb eine zweite Spannung anliegt, die höher als
die erste Spannung ist, wobei an dem zweiten Bordnetzzweig ein zweiter
Energiespeicher, eine Ladeeinheit zur Speisung des zweiten Energiespeichers,
die ferner mit dem ersten Bordnetzzweig gekoppelt ist, und zumindest
ein zweiter Verbraucher angeschlossen sind, wobei der erste und
der zweite Energiespeicher zur Erzeugung der zweiten Spannung seriell
miteinander verschaltet sind. Schließlich umfasst die Vorrichtung
eine erfindungsgemäße Ladeeinheit.
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Die
Erfindung schafft auch ein Computerprogrammprodukt, das direkt in
den internen Speicher eines digitalen Rechners geladen werden kann
und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgeführt
werden, wenn das Produkt auf einem Rechner abläuft.
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Die
Erfindung ermöglicht
nicht nur die Bereitstellung eines definierten maximalen Ausgangsstroms
in den zweiten Energiespeicher bzw. die Bereitstellung einer definierten
maximalen Ausgangsspannung an dem zweiten Energiespeicher, sondern auch
eine gezielte Rückwirkung
auf den ersten Bordnetzzweig, wodurch Spannungsüberhöhungen und Spannungseinbrüche der
ersten Spannung zumindest zum Teil ausgeglichen werden können. Die
zur Regelung der Ladeeinheit zurückgeführten Größen können erfindungsgemäß derart
konditioniert werden, dass der Verbund aus dem zweiten Energiespeicher
und der Ladeeinheit eine erwünschte
und gezielte Rückwirkung
auf den ersten Bordnetzzweig hat. Diese Rückwirkung kann als Stabilisierung
genutzt werden, ohne dass die Spannung des ersten Bordnetzzweigs
explizit geregelt wird. Insbesondere entspricht die Rückwirkung
auf den ersten Bordnetzzweig einer transienten Variation des Energieentnahmeverhaltens
und sorgt damit für
das erwünschte stabilisierende
Moment.
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Ermöglicht wird
dies durch ein nicht-lineares Element zur Konditionierung der ersten
und/oder zweiten Spannung, wodurch der Ladeeinheit bei Spannungsüberhöhungen oder
-einbrüchen
in der Regelungsstruktur zumindest ein nicht der tatsächlich gemessenen
Größe entsprechender
Wert zugeführt
wird, wodurch eine aktive Regelung durch die Ladeeinheit des zweiten
Bordnetzzweigs herbeigeführt
wird. Aufgrund der Koppelung der Ladeeinheit auch mit dem ersten
Bordnetzzweig kann hierdurch die erwünschte stabilisierende Wirkung
herbeigeführt werden.
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Insbesondere
erfolgt eine Ladung (Speisung) des zweiten Energiespeichers auch
dann, wenn eine Ladeschlussspannung der zweiten Spannung bereits
erreicht ist. Dies bedeutet, an sich bräuchte der zweite Energiespeicher
nicht weiter durch die Ladeeinheit gespeist zu werden. Aufgrund der
dynamischen Verhältnisse
in dem Energiebordnetz und des lediglich kurzzeitig vorliegenden
Ladevorgangs des zweiten Energiespeichers ist es für diesen
jedoch unschädlich.
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Gemäß einer
zweckmäßigen Ausgestaltung wird
durch das nicht-lineare Element die erfasste erste und/oder zweite
Spannung vor oder nach dem jeweiligen Messglied mit dem nicht-linearen
Element konditioniert. Das nicht-lineare Element kann beispielsweise
durch einen Signalwertlimitierer, einen Hoch- und/oder Tiefpass
und/oder einen Bandpass gebildet sein. Die Verwendung eines nicht-linearen Elements
der genannten Art bietet den Vorteil, dass das erfindungsgemäße Verfahren
mit bekannten Regelungsstrukturen durchgeführt werden kann, denen das
nicht-lineare Element als zusätzliches
Element hinzugefügt
wird. Hierdurch lässt
sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung
auf einfache und kostengünstige
Weise bereitstellen. So kann insbesondere in bekannter Weise ein
Spannungs-Regler der Ladeeinheit als Mikrocontroller (μC) und ein
Strom-Regler der La deeinheit als integrierter Chip (IC) ausgebildet sein.
Darüber
hinaus können
die Messglieder zur Erfassung zumindest der ersten und/oder zweiten Spannung
(sowie des durch die Ladeeinheit abgegebenen Stroms) in einem gemeinsamen
integrierten Chip realisiert sein. Bekannt sind auch solche Lösungen,
bei denen sämtliche
Funktionseinheiten der Ladeeinheit in einem einzigen integrierten
Chip vorgesehen sind. Auf diesem könnte dann auch das erfindungsgemäß vorgesehene
nicht-lineare Element angeordnet sein.
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Insbesondere
erfolgt durch das nicht-lineare Element eine Begrenzung der Signalbereiche
der erfassten ersten und/oder zweiten Spannung nach oben und/oder
unten hin. Alternativ erfolgt durch das nicht-lineare Element eine
Begrenzung der Messwertbereiche der erfassten ersten und/oder zweiten Spannung
nach oben und/oder unten hin. Hierdurch kann der absolute Messfehler
mit einer hardwaremäßigen Einschränkung des
Messwertbereichs reduziert werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung kann durch das nicht-lineare Element
eine Filterung hoch- und/oder
tieffrequenter Signalanteile der erfassten ersten und/oder zweiten
Spannung erfolgen. Insbesondere werden bei der Konditionierung der
erfassten ersten und/oder zweiten Spannung mittels Tiefpassfilterung
die hochfrequenten Anteile der ersten Spannung ab einer Grenzfrequenz
gefiltert, welche um eine Größenordnung
höher liegt
als die Grenzfrequenz für
die Filterung hochfrequenter Anteile der zweiten Spannung.
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Alternativ
kann durch das nicht-lineare Element eine Bandpass-Filterung der
erfassten ersten und/oder zweiten Spannung erfolgen. Wahlweise kann
die Signalkonditionierung durch Software oder Hardware realisiert
sein.
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Die
Erfindung wird nachfolgend näher
anhand von Ausführungsbeispielen
in der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines bereits erläuterten und der Erfindung zu
Grunde liegenden Energiebordnetzes,
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2 eine
bereits erläuterte
beispielhafte Darstellung eines Ladeverlaufs eines Energiespeichers
durch eine Ladeeinheit,
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3 ein
bereits erläutertes
prinzipielles Schaltbild der Ladeeinheit innerhalb eines Bordnetzsystems
mit Regelgliedern und Messgliedern,
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4 eine
schematische Darstellung der Spannungsverläufe in dem ersten und dem zweiten Bordnetzweig
eines Energiebordnetzes sowie eines Stroms der Ladeeinheit während einer
Fluktuation der Spannung im ersten Bordnetzzweig,
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5 ein
prinzipielles Systemschaltbild einer erfindungsgemäßen Ladeeinheit
innerhalb eines Energiebordnetzes gemäß einer ersten Ausgestaltung
der Erfindung, und
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6 ein
prinzipielles Systemschaltbild einer erfindungsgemäßen Ladeeinheit
innerhalb eines Energiebordnetzes gemäß einer zweiten Ausgestaltung
der Erfindung.
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Die
Erfindung basiert auf dem eingangs bereits beschriebenen Energiebordnetz
eines Kraftfahrzeugs oder Nutzfahrzeugs gemäß 1. Durch
das in den 5 und 6 näher beschriebene
Regelprinzip der Ladeeinheit DCDC können die erfassten Größen (die
erste Spannung U1, die zweite Spannung U2 und der von der Ladeeinheit abgegebene Strom
IDCDC) derart konditioniert werden, dass
der Verbund aus dem zweiten Energiespeicher ES2 und der Ladeeinheit
DCDC eine erwünschte
Rückwirkung
auf den ersten Bordnetzzweig BN1 hat. Diese Rückwirkung kann für den ersten
Bordnetzzweig 1 als Stabilisierung genutzt werden, ohne dass die Spannung
U1 des ersten Bordnetzzweigs BN1 explizit
geregelt wird. Stattdessen dient die Ladeeinheit DCDC, wie eingangs
bereits erläutert,
dazu, eine Regelung des zweiten Bordnetzzweigs BN2 bzw. des zweiten
Energiespeichers ES2 sicher zu stellen.
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Die
stabilisierende Rückwirkung
auf die Spannung des ersten Bordnetzzweigs BN1 wird durch das Vorsehen
eines nicht-linearen Elements vor oder nach dem jeweiligen Messglied
HU1, HU2 bewirkt,
indem die durch ein jeweiliges Messglied erfasste Signalgröße, nämlich die
erste und/oder zweite Spannung U1, U2 gegebenenfalls modifiziert wird. Da diese
Modifikation gezielt erfolgt, wird diese als Konditionierung bezeichnet.
Dies ist exemplarisch in den beiden Ausführungsbeispielen der 5 und 6 dargestellt.
Die nicht-linearen
Elemente SL1, SL2 sind
hierbei beispielsweise durch Signalwertlimitierer, einen Hoch- und/oder
Tiefpass oder einen Bandpass gebildet. Das Wirkprinzip basiert darauf, dass
durch eine Limitierung des Signalbereichs, z. B. für die rückgeführte zweite
Span nung U2, nach oben hin eine Verfälschung
von Uist,ES2 über dem zweiten Energiespeicher
ES2 bewirkt und damit eine Reaktion in der Reglerkette initiiert
werden kann. Es erfolgt nämlich
eine Limitierung der zweiten Spannung U2 auf
einen maximalen stationären
Wert Umax,U2lim, welcher niedriger als der
zu erwartende maximale transiente Wert ist.
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Es
wird in der nachfolgenden Beschreibung davon ausgegangen, dass die
nicht-lineare Konditionierung lediglich auf die erfasste zweite
Spannung angewendet wird. Diese kann beispielsweise durch einen
in dem Erfassungspfad angeordneten Signalwertlimitierer realisiert
sein.
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Dieses
Wirkprinzip wird besser anhand von 4 ersichtlich,
welches eine schematische Darstellung der Spannungsverläufe der
ersten und zweiten Spannung U1, U2 sowie des Ladeeinheit-Stroms IDCDC während Schwankungen
der ersten Spannung U1 im ersten Bordnetzzweig
BN1 zeigt. Die Limitierung des Spannungsmessbereichs auf Umax,U2lim führt dazu, dass beim Anliegen
von stationären
Maximalspannungswerten an dem ersten Energiespeicher ES1 und/oder
dem zweiten Energiespeicher ES2 kurzzeitige Spannungserhöhungen in
dem ersten Bordnetzzweig BN1 auftreten, welche zum Ergebnis haben,
dass der tatsächliche
Wert der zweiten Spannung U2 den gemessenen
und über
das nicht-lineare Element konditionierten Spannungswert übersteigt. Dies
führt zu
einer bewussten Verfälschung
des für die
weitere Regelung herangezogenen Messwerts der über dem zweiten Energiespeicher
ES2 anliegenden Spannung UES2, welche aus
der Differenz der zweiten Spannung U2 und
der ersten Spannung U1 ermittelt wird.
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In 4 ist
der annähernd
parallele Verlauf der ersten und zweiten Spannungen U1 und
U2 dargestellt. Zum Zeitpunkt t1 erreicht
die zweite Spannung U2 (aufgrund einer Spannungserhöhung von U1) die obere Grenze des Spannungsmessbereichs, so
dass die zweite Spannung U2 durch die Konditionierung
auf den Maximalwert Umax,U2lim limitiert
wird. Diese Limitierung dauert bis zum Zeitpunkt t2 an.
Aufgrund der Limitierung ergibt sich durch die Differenzbildung
der ersten und zweiten Spannungen U2, U1 eine verringerte Differenz für die Spannung
UES2. Aus Sicht der Ladeeinheit DCDC bedeutet
dies, dass die Ladeschlussspannung UIs,ES2 des
zweiten Energiespeichers ES2 nicht erreicht ist, so dass mit dem
maximalen Ladestrom Imax,DCDC geladen werden
muss. Aufgrund dessen steigt der Strom IDCDC zwischen
t1 und t2 auf diesen
maximalen Ladewert an. Die Ladung des zweiten Energiespeichers ES2
erfolgt auch dann, wenn die Ladeschlussspannung der zweiten Spannung
an sich erreicht ist. Hierdurch wird für die Dauer der Messverfälschung
der Strom der Ladeeinheit durch den Regler erhöht, d. h. bis auf Imax,DCDC.
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Die
kurzzeitige Erhöhung
des Stroms IDCDC durch die Ladeeinheit DCDC
und die Energieentnahme aus dem ersten Bordnetzzweig BN1 führt somit dazu,
dass der Spannungsüberhöhung der
ersten Spannung U1 entgegengewirkt wird
und somit ein verringerter Maximalwert von U1 erreicht
wird. Dies ist in 4 durch die durchgezogene Linie
der ersten Spannung U1 gekennzeichnet. Der
punktierte Abschnitt zwischen t1 und t2 stellt den Verlauf der ersten Spannung
U1 in der Situation dar, in welcher keine Konditionierung
der zweiten Spannung U2 durch das nicht-lineare
Element erfolgt.
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Eine
dem beschriebenen Verhalten entsprechende Situation ist weiterhin
zum Zeitpunkt t3 dargestellt, zu welchem
die reale Spannung von U2 den Spannungsmessbereich
Umax,U2lim erzeugt übersteigt. Entsprechend der
vorherigen Beschreibung steigt hierdurch der Strom IDCDC wiederum
auf seinen Maximalwert Imax,DCDC erneut
an und wirkt der Spannungsüberhöhung der
ersten Spannung U1 entgegen. Zum Zeitpunkt
t4 sinkt die zweite Spannung U2 wiederum unter
den Maximalwert von Umax,U2lim ab, so dass
auch der Strom IDCDC sich wiederum verringert
und auf einen stationären
Wert zur Erhaltung der Ladung im zweiten Energiespeicher ES2 absinkt.
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Die
kurzzeitige Erhöhung
des Stromes IDCDC wirkt somit der transienten
Spannungsüberhöhung im
ersten Bordnetzzweig BN1 entgegen, da der Laderegler DCDC seine
Energie aus dem ersten Bordnetzzweig bezieht. Der Verbund aus der
Ladeeinheit DCDC und dem zweiten Energiespeicher ES2 stellt somit
für den
ersten Bordnetzzweig BN1 einen aktiven Überspannungsdämpfer dar.
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Die
Signalwertlimitierung kann in analoger Weise auch nach unten hin
erfolgen, so dass bei einem Spannungseinbruch der ersten Spannung
U1 eine verringerte Energieentnahme aus
dem ersten Bordnetzzweig BN1 durch die Ladeeinheit DCDC erfolgt.
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Die
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Konditionierung zumindest
eines rückgeführten Signals
eine gezielte Rückwirkung
durch den Verbund des Ladeeinheit DCDC und den zweiten Energiespeicher
ES2 auf den ersten Bordnetzzweig BN1 ermöglicht. Die stabilisierende
Wirkung auf den ersten Bordnetzzweig BN1 erfolgt hierbei ohne explizite Regelung
der ersten Spannung U1 im ersten Bordnetzzweig
BN1. Die Rückwirkung
auf den ersten Bordnetzzweig BN1 entspricht einer transienten Variation
des Energieentnahmeverhaltens und wirkt für den ersten Bordnetzzweig
stabilisierend. Der Verbund aus der Ladeeinheit DCDC und dem zweiten Energiespeicher
ES2 schränkt
die Energieentnahme aus dem ersten Bordnetzzweig BN1 zur Speisung des
zweiten Bordnetzzweigs BN2 bei Spannungseinbrüchen der ersten Spannung U1 ein und erhöht die Energieentnahme bei
Spannungsüberhöhungen der ersten
Spannung U1. Die Signalkonditionierung kann wahlweise
durch Software oder Hardware realisiert werden.