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EP1568113A1 - Schaltung für ein kfz-bordnetz und zugehöriges betriebsverfahren - Google Patents

Schaltung für ein kfz-bordnetz und zugehöriges betriebsverfahren

Info

Publication number
EP1568113A1
EP1568113A1 EP03773526A EP03773526A EP1568113A1 EP 1568113 A1 EP1568113 A1 EP 1568113A1 EP 03773526 A EP03773526 A EP 03773526A EP 03773526 A EP03773526 A EP 03773526A EP 1568113 A1 EP1568113 A1 EP 1568113A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
charge
switching element
energy store
voltage supply
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03773526A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Bolz
Rainer Knorr
Günter LUGERT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1568113A1 publication Critical patent/EP1568113A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1423—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with multiple batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/08—Three-wire systems; Systems having more than three wires
    • H02J1/082—Plural DC voltage, e.g. DC supply voltage with at least two different DC voltage levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/46—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ICE-powered road vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to an electrical circuit for a vehicle electrical system according to the preamble of claim 1 and an associated operating method according to the preamble of claim 10.
  • Multi-voltage motor vehicle electrical systems which, for example, have operating voltages of 12 and 42 volts and are supplied with electrical energy by an integrated starter generator (ISG).
  • ISG integrated starter generator
  • a double-layer capacitor can be used here as an electrical energy store, the energy stored in the double-layer capacitor allowing the internal combustion engine to start safely even after the motor vehicle has come to a temporary standstill.
  • an engine starting system for a motor vehicle is known (DE 196 01 241 AI), in which a double-layer capacitor of a lead battery is connected in parallel. This double-layer capacitor is charged by the lead battery and discharges when the engine is started. In this way, the load on the lead battery when the engine is started is reduced.
  • the DC / DC converter is usually designed for electrical loads with an output of 1 to 3 kW, so that large electrical losses occur when the double-layer capacitor is recharged while the vehicle is at a standstill.
  • the intermediate circuit capacitor in addition to the double-layer capacitor, the intermediate circuit capacitor must also be charged, which, with its large capacitance of several 10,000 ⁇ F, has the task of smoothing out the ripple that occurs when rectifying the three-phase alternating current generated in the ISG.
  • the additional charging of the intermediate circuit capacitor also increases the energy consumption when the vehicle is at a standstill. This is particularly serious because the intermediate circuit capacitor has a high self-discharge due to its large capacitance, which necessitates frequent recharging.
  • the invention is therefore based on the object of recharging a capacitor stack - also referred to as a double-layer capacitor - in a motor vehicle electrical system while the vehicle is at a standstill with as little energy loss as possible.
  • the invention encompasses the general technical teaching of charging the double-layer capacitor by means of the charge compensation circuit which is present anyway.
  • the invention is not limited to the recharging of double-layer capacitors. Rather, it is also conceivable that instead of double-layer capacitors, other types of energy stores are used that have multiple storage elements. In the following, however, for the sake of simplicity, only the term of a double-layer capacitor is often used, although other types of electrical energy stores can also be used instead.
  • Charge balancing circuits of the type mentioned above are known per se and are described, for example, in EP 0 432 639 A2, so that the content of this publication can be attributed to the present description.
  • the invention is not limited to the types of charge equalization circuits described therein, but can also be implemented with different types of charge equalization circuits.
  • the charge equalization circuit is connected in parallel to the double-layer capacitor, the double-layer capacitor consisting of several capacitors connected in series.
  • the voltage equalization circuit is supplied with voltage by the double-layer capacitor itself, so that only charge equalization between the individual capacitors of the double-layer capacitor is possible, whereas charging the double-layer capacitor as a whole is not possible.
  • the charge equalization circuit optionally enables charge equalization between the individual capacitors of the double pel-layer capacitor or a charge of the double-layer capacitor as a whole.
  • the charge equalization circuit is connected to a first voltage supply by a first switching element and to the energy store by a second switching element. Depending on the switching state of the two switching elements, either a charge equalization or a charging of the double-layer capacitor takes place.
  • the charge equalization circuit is connected to the double-layer capacitor and disconnected from the first voltage supply, the charge equalization circuit being supplied with current by the first voltage supply. In this case, the charge equalization circuit only enables a charge equalization between the individual capacitors of the double-layer capacitor, but no charging of the double-layer capacitor as a whole.
  • the second switching element is opened and the first switching element is closed, so that the charge equalization circuit is electrically separated from the double-layer capacitor and connected to the first voltage supply.
  • the voltage supply to the charge equalization circuit is no longer provided by the double-layer capacitor, so that recharging of the double-layer capacitor as a whole is possible.
  • the double-layer capacitor can be charged either from the first voltage supply or from an additional second voltage supply.
  • This is advantageous, for example, in multi-voltage electrical systems of motor vehicles, which, for example, have a 12V battery and additionally a 36V battery. Have a battery for a 42V electrical system.
  • the double-layer capacitor can then be recharged by the battery with the better charge state.
  • the charge equalization circuit is therefore connected to the first voltage supply (for example the 12V battery) by the first switching element and additionally to a second voltage supply (for example 36V battery) by means of a third switching element.
  • the first switching element is closed while the third switching element is open.
  • the third switching element is closed while the first switching element is open.
  • power supply used in the context of the invention is not limited to the lead accumulators customary in motor vehicles, but also encompasses other types of accumulators.
  • control of the individual switching elements is preferably carried out by a control unit, which is preferably connected to a timer, in order to check the double-layer capacitor at regular time intervals and to recharge it if necessary.
  • This control unit preferably has a first comparator unit which compares the state of charge of the double-layer capacitor with a first minimum value in order to recharge the double-layer capacitor when the value falls below the first minimum value.
  • the first comparator unit preferably compares the state of charge of the energy store during recharging with a first maximum value in order to avoid excessive recharging of the double-layer capacitor.
  • the double-layer capacitor is preferably only recharged when the first voltage supply (eg 12V battery) or the second voltage supply (eg 36V battery) is sufficiently charged.
  • a second comparator unit is therefore provided, which measures the state of charge of the first voltage supply and controls the first switching element as a function of the measured state of charge.
  • the first switching element is preferably only switched through when the charge state of the first voltage supply is sufficient to enable the double-layer capacitor to be recharged.
  • a third comparator unit is preferably additionally provided, which measures the state of charge of the second voltage supply (e.g. 36V battery) and controls the third switching element as a function of the measured state of charge.
  • the first switching element is preferably only switched through when the state of charge of the second voltage supply is sufficient to enable the double-layer capacitor to be recharged.
  • Relays or semiconductor switches can be used as switching elements in the context of the invention.
  • so-called transfer gates are preferably used as switching elements, since the polarity of the differential voltage between the double-layer capacitor and the first voltage supply (e.g. 12V battery) or the second voltage supply (e.g. 36V battery) can be arbitrary.
  • Such transfer gates are known per se and consist of two transistors connected in series, which are preferably designed as MOSFETs.
  • the invention also includes a corresponding operating method for such an electrical circuit.
  • FIG. 1 shows a circuit according to the invention for a vehicle electrical system
  • FIG. 2 shows a control unit for the circuit from FIG. 1
  • FIG. 3 shows the operating method of the circuit from FIG. 1 and
  • FIG. 4 shows a preferred exemplary embodiment of the switching elements in the circuit from FIG. 1.
  • FIG. 1 shows in simplified form a multi-voltage vehicle electrical system of a motor vehicle with two mains voltages of 12V and 42V.
  • the structure of the multi-voltage on-board electrical system is first described below, in order to then explain its mode of operation with reference to FIG. 3.
  • the electrical energy is generated in the multi-voltage electrical system by an integrated starter generator ISG, which is driven by the crankshaft of an internal combustion engine.
  • the integrated starter generator ISG is connected on the output side to an electrical converter 1, which generates a DC voltage of 42V, the output of the converter 1 being connected to ground via an intermediate circuit capacitor C1 for smoothing the DC voltage.
  • the output of the converter 1 is connected via a switching element S1 to a 3 ⁇ V battery 2, which is thus charged when the switching element S1 is closed.
  • the output of the converter 1 is connected to a 12 V battery 4 via a DC voltage converter 3, the DC voltage converter 3 being connected to the output of the converter.
  • ters 1 provided mains voltage of 42V converted to a voltage of 14V.
  • the 12V battery 4 is charged during operation of the internal combustion engine via the DC converter 3.
  • the multi-voltage on-board electrical system has a double-layer capacitor 5 as an electrical energy store, which can be connected to the integrated starter-generator ISG via a switching element S2 and which enables the internal combustion engine to be started safely after a long standstill.
  • the double-layer capacitor 5 consists, for simplification, of only four capacitors C2-C5 connected in series.
  • 24 capacitors with a maximum voltage of 2.3V are normally connected in series, which results in a maximum total voltage of 55.2V.
  • this total voltage enables a reliable supply of the mains voltage of 42V and on the other hand it is below the limit of 60V, up to which no special insulation measures are required in electrical systems.
  • the multi-voltage electrical system has a conventional charge compensation circuit 6, which effects charge compensation between the individual capacitors C2-C5 of the double-layer capacitor 5.
  • the charge equalization circuit 6 has a primary circuit which is connected to ground via a switching element S3 and to the positive connection of the double-layer capacitor 5 via a switching element S4, a primary winding L1 being arranged in the primary circuit.
  • the charge equalization circuit 6 has four secondary circuits, each of which is connected in parallel with the individual capacitors C2-C5. A diode D1-D4 and a secondary winding L2-L5 are connected in series in each secondary circuit.
  • the mode of operation of the charge equalization circuit 6 is described in detail in EP 0 432 639 A2, so that a detailed description of the function of the charge compensation circuit 6 can be omitted.
  • the charge equalization circuit 6 can via a switching element
  • the switching elements S3-S6 are controlled by a control unit 7, which is shown in a highly simplified manner in FIG.
  • the control unit 7 has a logic unit 8, which receives the voltage at terminal 15 of the vehicle electrical system and the switching position of the switching element S2 via a level converter 9, in order to control the switching elements S1 and S3-S6 as a function thereof, as will be described in detail below.
  • control unit 7 has a comparator unit 10, which measures the battery voltage U BATI2 at the output of the 12V battery 4 and compares it with a predetermined minimum value U BATI2 , MIN .
  • the comparator unit 10 transmits a high level to the logic unit 8, the high level indicating a sufficient charge state of the 12 V battery 4.
  • control unit 7 has a comparator unit 11, which measures the battery voltage U BAT36 at the output of the 36V battery 2 and compares it with a predetermined minimum value U BAT36 , MIK .
  • the comparator unit 11 transmits a high level to the logic unit 8, the high level indicating an adequate charge state of the 36V battery 2.
  • a comparator unit 12 is provided, which detects the voltage U c of the double-layer capacitor 5 and compares it with a predetermined minimum value U C , MIN . If the value falls below the minimum value U C , MIN , the comparator unit 12 then outputs a high level to the logic unit 8 in order to indicate that the double-layer capacitor 5 must be recharged.
  • control unit 7 has a comparator unit 13, which compares the voltage U c of the double-layer capacitor 5 with a predetermined maximum value U C , AX . If the maximum value is exceeded, the comparator unit 13 passes a high level to the logic unit 8, the high level indicating that the charging process of the double-layer capacitor 5 should be ended.
  • control unit has a timer 14 which emits a trigger signal to the logic unit 8 daily in order to stimulate the implementation of the operating method according to the invention.
  • the control unit 7 recognizes the driving operation from the fact that the line voltage of 14 V is present at terminal 15. In this operating state, switches S1 or S2 and S4 are closed, while switches S5 and S6 are open.
  • the charge equalization circuit 6 is then electrically connected to the double-layer capacitor 5 via the switching element S4, but is separated from the 12V battery 4 and from the 36V battery 2.
  • charging the double-layer capacitor 5 as a whole is then not possible because of the opened switching elements S5 and S6, since the charge equalization circuit 6 is separated from the 12V battery 4 and from the 36V battery 2.
  • control unit 7 therefore also evaluates the switching state of the switching element S2 and blocks the switching element S3 of the charge compensation circuit 6 when the switching element S2 is closed.
  • the switching elements S1, S2 and S4 are open, so that the double-layer capacitor 5 is electrically separated from the charge equalization circuit 6. This separation enables the double-layer capacitor 5 to be recharged, since the charging voltage is not limited by the capacitor voltage U c .
  • the operating method shown in FIG. 3 is carried out in order to maintain the charge stored in the double-layer capacitor 5 and thereby enable the internal combustion engine to start safely.
  • the timer 14 is first reset and then incremented in a loop until a predetermined time period T MX has expired, wherein the time period T AX can correspond to one day, for example.
  • the voltage U c is then measured at the positive connection of the double-layer capacitor 5 in order to be able to check whether the double-layer capacitor 5 has to be recharged.
  • the measured voltage U is therefore compared with a minimum value UC, M IN, the operating method being ended when the voltage U exceeds the minimum value U C , MI N, since the double-layer capacitor 5 then does not have to be recharged. If, on the other hand, the voltage U c of the double-layer capacitor 5 has dropped below the minimum value U C , MIN due to the self-discharge of the double-layer capacitor 5, the double-layer capacitor 5 must be recharged in order to ensure a reliable start of the internal combustion engine.
  • the voltage U BAT36 of the 36V battery 2 is first measured and compared with a minimum value U BA T 36 , MIN .
  • the energy for recharging the double-layer capacitor 5 can be taken from the 36V battery 2.
  • the switching element S6 is closed in order to connect the charge equalization circuit 6 to the 36V battery 2, while the switching element S5 remains open.
  • the double-layer capacitor 5 should not be recharged from the 36V battery 2, since its charge state is not sufficient for this. This prevents damage to the 36V battery.
  • the voltage U BATI2 of the 12V battery 4 is then measured in order to check whether the electrical energy for recharging the double-layer capacitor 5 can be drawn from the 12V battery.
  • the measured voltage U BATI2 of the 12V battery is therefore compared with a predetermined minimum value U BAT I2, MI N. If the voltage U BAT I 2 of the 12V battery 4 falls below the predetermined minimum value U BA T I2 , MI N, then the double-layer capacitor 5 should not be recharged from the 12V battery 4, since its state of charge is not sufficient for this. In this case, the double-layer capacitor 5 is not recharged and the operating method according to the invention is ended.
  • the energy for recharging the double-layer capacitor 5 can be taken from the 12V battery 4.
  • the switching element S5 is closed to connect the charge balancing circuit 6 to the 12V battery 4 while the switching element S6 is opened.
  • the switching element S3 is then pulsed in order to charge the double-layer capacitor 5.
  • the voltage U c of the double-layer capacitor 5 is continuously measured and compared with a maximum value U C , MAX , in order to avoid excessive recharging of the double-layer capacitor 5.
  • the charging process is therefore interrupted when the voltage U c of the double-layer capacitor 5 exceeds the predetermined maximum value U C , MAX .
  • the two switching elements S5 and S6 and the switching element S3 are opened.
  • FIG. 4 shows a so-called transfer gate 15, which can be used to implement the switching elements S1-S6 in terms of circuitry.
  • the transfer gate 15 consists essentially of two series-connected MOSFET transistors T1 and T2 with two parasitic diodes D5 and D6 and a resistor R1.
  • U G s + 10V
  • both MOSFET transistors T1 and T2 become conductive and the transfer gate 15 is switched on.
  • the transfer gate 15 is switched off. In the switched-off state, only one of the two MOSFET transistors T1, T2 blocks, since the other MOSFET transistor T1 or T2 is operated with reverse polarity and conducts its parasitic diode D5 or D6.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Betriebsverfahren für eine elektrische Schaltung mit einem aus mehreren Speicherelementen (C2-C5) bestehenden elektrischen Energiespeicher (5) und einer Ladungsausgleichsschaltung (6) zum Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Speicherelementen (C2-C5) des Energiespeichers (5), mit den folgenden Schritten: Aufladung des Energiespeichers (5) und Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Speicherelementen (C2-C5) des Energiespeichers (5) durch die Ladungsausgleichsschaltung (6). Es wird vorgeschlagen, dass die Aufladung des Energiespeichers (5) durch die Ladungsausgleichsschaltung (6) erfolgt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende elektrische Schaltung zur Ausführung des Betriebsverfahrens.

Description

Beschreibung
Schaltung für ein KFZ-Bordnetz und zugehöriges Betriebsverfahren
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung für ein KFZ-Bordnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein zugehöriges Betriebsverfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10.
Es sind Mehrspannungs-Kraftfahrzeug-Bordnetze bekannt, die beispielsweise Betriebsspannungen von 12 und 42 Volt aufweisen und durch einen integrierten Starter-Generator (ISG) mit elektrischer Energie versorgt werden.
Hierbei kann bekanntermaßen ein Doppelschicht-Kondensator als elektrischer Energiespeicher eingesetzt werden, wobei die in dem Doppelschicht-Kondensator gespeicherte Energie auch nach einem vorübergehenden Stillstand des Kraftfahrzeugs einen si- cheren Start der Brennkraftmaschine ermöglicht.
Beispielsweise ist eine Motorstartanlage für ein Kraftfahrzeug bekannt (DE 196 01 241 AI) , bei der ein Doppelschichtkondensator einer Bleibatterie parallel geschaltet ist. Die- ser Doppelschichtkondensator wird von der Bleibatterie geladen und entlädt sich beim Start des Motors. Auf diese Weise wird die Belastung der Bleibatterie beim Motorstart verringert.
Handelsübliche Doppelschicht-Kondensatoren weisen jedoch eine relativ große Selbstentladung auf, so dass der Doppelschicht- Kondensator bei längerem Fahrzeugstillstand im Abstand von mehreren Tagen aus der Fahrzeugbatterie aufgeladen werden muss, um später ein sicheres Starten der Brennkraftmaschine zu ermöglichen. Dieses Nachladen des Doppelschicht-Kondensators erfolgt beispielsweise über einen Gleichspannungswandler aus der 12V- Fahrzeugbatterie, was jedoch mit verschiedenen Nachteilen verbunden ist.
Zum einen ist der Gleichspannungswandler in der Regel für e- lektrische Lasten mit einer Leistung von 1 bis 3 kW ausgelegt, so dass beim Nachladen des Doppelschicht-Kondensators während des Fahrzeugstillstands große elektrische Verluste auftreten.
Zum anderen muss hierbei zusätzlich zu dem Doppelschicht- Kondensator auch der Zwischenkreis-Kondensator aufgeladen werden, der mit seiner großen Kapazität von mehreren 10000 μF die Aufgabe hat, die Welligkeit, die bei der Gleichrichtung des im ISG erzeugten, dreiphasigen Wechselstromes entsteht, zu glätten. Die zusätzlich erforderliche Aufladung des Zwi- schenkreis-Kondensators erhöht den Energieverbrauch im Fahrzeugstillstand ebenfalls. Dies ist besonders schwerwiegend, weil der Zwischenkreis-Kondensator aufgrund seiner großen Kapazität konstruktionsbedingt eine hohe Selbstentladung aufweist, was ein häufiges Nachladen erzwingt.
Schließlich erfordert die bekannte Art des Nachladens einen Schaltvorgang, was bei elektromechanischen Relais durch den Erregerstrom und bei Leistungshalbleitern durch den Steuerstrom zu weiteren Verlusten führt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Konden- satorstapel - des weiteren auch als Doppelschicht-Kondensator bezeichnet - in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz während des Fahrzeugstillstands mit möglichst geringen Energieverlusten nachzuladen.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer bekannten Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und - hinsichtlich eines ent- sprechenden Betriebsverfahrens - durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, den Doppelschicht-Kondensator durch die ohnehin vorhandene Ladungsausgleichsschaltung aufzuladen.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Nachladung von Doppelschicht-Kondensatoren beschränkt. Es ist vielmehr auch denk- bar, dass anstelle von Doppelschicht-Kondensatoren andere Typen von Energiespeichern eingesetzt werden, die mehrere Speicherelemente aufweisen. Im folgenden wird jedoch zur Vereinfachung oftmals nur der Begriff eines Doppelschicht-Kondensators verwendet, obwohl stattdessen auch andere Typen von e- lektrischen Energiespeichern einsetzbar sind.
Ladungsausgleichsschaltungen der vorstehend erwähnten Art sind an sich bekannt und werden beispielsweise in EP 0 432 639 A2 beschrieben, so dass der Inhalt dieser Veröffentli- chung der vorliegenden Beschreibung zuzurechnen ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die darin beschriebenen Typen von Ladungsausgleichsschaltungen beschränkt, sondern auch mit andersartigen Ladungsausgleichsschaltungen realisierbar.
Herkömmlicherweise ist die Ladungsausgleichsschaltung parallel zu dem Doppelschicht-Kondensator geschaltet, wobei der Doppelschicht-Kondensator aus mehreren in Reihe geschalteten Kondensatoren besteht. Hierbei erfolgt die Spannungsversorgung der Ladungsausgleichsschaltung also durch den Doppel- schicht-Kondensator selbst, so dass nur ein Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Kondensatoren des Doppelschicht- Kondensators möglich ist, wohingegen eine Aufladung des Doppelschicht-Kondensators als Ganzes nicht möglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ermöglicht die Ladungsausgleichsschaltung jedoch wahlweise einen Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Kondensatoren des Dop- pelschicht-Kondensators oder eine Aufladung des Doppelschicht-Kondensators als Ganzes. Hierzu ist die Ladungsausgleichsschaltung durch ein erstes Schaltelement mit einer ersten SpannungsVersorgung und durch ein zweites Schaltele- ment mit dem Energiespeicher verbunden. Je nach Schaltzustand der beiden Schaltelemente erfolgt dann entweder ein Ladungs- ausgleich oder eine Aufladung des Doppelschicht-Kondensators.
Wenn das zweite Schaltelement geschlossen ist, während das erste Schaltelement geöffnet ist, so wird die Ladungsausgleichsschaltung mit dem Doppelschicht-Kondensator verbunden und von der ersten Spannungsversorgung getrennt, wobei die Ladungsausgleichsschaltung von der ersten Spannungsversorgung mit Strom versorgt wird. In diesem Fall ermöglicht die La- dungsausgleichsschaltung nur einen Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Kondensatoren des Doppelschicht-Kondensators, jedoch keine Aufladung des Doppelschicht-Kondensators als Ganzes .
Zum Aufladen des Doppelschicht-Kondensators wird dagegen das zweite Schaltelement geöffnet und das erste Schaltelement geschlossen, so dass die Ladungsausgleichsschaltung elektrisch von dem Doppelschicht-Kondensator getrennt und mit der ersten SpannungsVersorgung verbunden wird. In diesem Fall erfolgt die Spannungsversorgung der Ladungsausgleichsschaltung also nicht mehr durch den Doppelschicht-Kondensator, so dass eine Nachladung des Doppelschicht-Kondensators als Ganzes möglich ist. Hierbei erfolgt jedoch zusätzlich ein Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Kondensatoren des Doppelschicht- Kondensators.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann der Doppelschicht-Kondensator wahlweise aus der ersten Spannungsversorgung oder aus einer zusätzlichen zweiten Spannungsversor- gung aufgeladen werden. Dies ist beispielsweise in Mehrspan- nungs-Bordnetzen von Kraftfahrzeugen vorteilhaft, die beispielsweise eine 12V-Batterie und zusätzlich eine 36V- Batterie für ein 42V-Bordnetz aufweisen. Die Nachladung des Doppelschicht-Kondensators kann dann durch die Batterie mit dem besseren Ladungszustand erfolgen. Die Ladungsausgleichsschaltung ist deshalb in dieser Variante der Erfindung durch das erste Schaltelement mit der ersten Spannungsversorgung (z.B. die 12V-Batterie) und zusätzlich durch ein drittes Schaltelement mit einer zweiten Spannungsversorgung (z.B. 36V-Batterie) verbunden. Um den Doppelschicht-Kondensator aus der ersten Spannungsversorgung aufzuladen, wird das erste Schaltelement geschlossen, während das dritte Schaltelement geöffnet ist. Zur Aufladung des Doppelschicht-Kondensators aus der zweiten SpannungsVersorgung wird dagegen das dritte Schaltelement geschlossen, während das erste Schaltelement geöffnet ist.
Aus den vorstehenden Ausführungen ist bereits ersichtlich, dass der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer Spannungsversorgung nicht auf die in Kraftfahrzeugen üblichen Bleiakkumulatoren beschränkt ist, sondern auch andere Typen von Akkumulatoren umfasst.
Die Ansteuerung der einzelnen Schaltelemente erfolgt vorzugsweise durch eine Steuereinheit, die vorzugsweise mit einem Zeitgeber verbunden ist, um den Doppelschicht-Kondensator in regelmäßigen Zeitabständen zu überprüfen und nötigenfalls nachzuladen.
Diese Steuereinheit weist vorzugsweise eine erste Vergleichereinheit auf, welche den Ladezustand des Doppelschicht- Kondensators mit einem ersten Minimalwert vergleicht, um den Doppelschicht-Kondensators beim Unterschreiten des ersten Minimalwerts nachzuladen. Vorzugsweise vergleicht die erste Vergleichereinheit den Ladezustand des Energiespeichers beim Nachladen zusätzlich mit einem ersten Maximalwert, um ein ü- bermäßiges Nachladen des Doppelschicht-Kondensators zu vermeiden. Vorzugsweise wird der Doppelschicht-Kondensator nur dann nachgeladen, wenn die erste Spannungsversorgung (z.B. 12V- Batterie) oder die zweite Spannungsversorgung (z.B. 36V- Batterie) ausreichend geladen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist deshalb eine zweite Vergleichereinheit vorgesehen, die den Ladungszustand der ersten Spannungs ersorgung misst und das erste Schaltelement in Abhängigkeit von dem gemessenen Ladungszustand ansteuert. Vorzugsweise wird das erste Schaltelement nur dann durchgeschaltet, wenn der Ladungszustand der ersten Spannungsversorgung ausreichend ist, um ein Nachladen des Doppelschicht- Kondensators zu ermöglichen.
Vorzugsweise ist zusätzlich eine dritte Vergleichereinheit vorgesehen, die den Ladungszustand der zweiten Spannungsversorgung (z.B. 36V-Batterie) misst und das dritte Schaltelement in Abhängigkeit von dem gemessenen Ladungszustand ansteuert. Hierbei wird das erste Schaltelement vorzugsweise nur dann durchgeschaltet, wenn der Ladungszustand der zweiten Spannungsversorgung ausreichend ist, um ein Nachladen des Doppelschicht-Kondensators zu ermöglichen.
Als Schaltelemente können im Rahmen der Erfindung beispiels- weise Relais oder Halbleiterschalter verwendet werden. Vorzugsweise werden jedoch sogenannte Transfer-Gates als Schaltelemente eingesetzt, da die Polarität der Differenzspannung zwischen dem Doppelschicht-Kondensator und der ersten Spannungsversorgung (z.B. 12V-Batterie) bzw. der zweiten Span- nungsversorgung (z.B. 36V-Batterie) beliebig sein kann. Derartige Transfer-Gates sind an sich bekannt und bestehen aus zwei in Reihe geschalteten Transistoren, die vorzugsweise als MOSFETs ausgeführt sind.
Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch ein entsprechendes Betriebsverfahren für eine derartige elektrische Schaltung. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Schaltung für ein KFZ- Bordnetz, Figur 2 eine Steuereinheit für die Schaltung aus Figur 1, Figur 3 das Betriebsverfahren der Schaltung aus Figur 1 so- wie
Figur 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Schaltelemente bei der Schaltung aus Figur 1.
Das Schaltbild in Figur 1 zeigt vereinfacht ein Mehrspan- nungs-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit zwei Netzspannungen von 12V und 42V. Im folgenden wird zunächst der Aufbau des Mehrspannungs-Bordnetzes beschrieben, um anschließend anhand von Figur 3 dessen Betriebsweise zu erläutern.
Die elektrische Energie wird in dem Mehrspannungs-Bordnetz durch einen integrierten Starter-Generator ISG erzeugt, der von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angetrieben wird.
Der integrierte Starter-Generator ISG ist ausgangsseitig mit einem elektrischem Umrichter 1 verbunden, der eine Gleichspannung von 42V erzeugt, wobei der Ausgang des Umrichters 1 zur Glättung der Gleichspannung über einen Zwischenkreis- Kondensator Cl mit Masse verbunden ist.
Der Ausgang des Umrichters 1 ist über ein Schaltelement Sl mit einer 3βV-Batterie 2 verbunden, die somit aufgeladen wird, wenn das Schaltelement Sl geschlossen ist.
Darüber hinaus ist der Ausgang des Umrichters 1 über einen Gleichspannungswandler 3 mit einer 12V-Batterie 4 verbunden, wobei der Gleichspannungswandler 3 die am Ausgang des Umrich- ters 1 bereitgestellte Netzspannung von 42V auf eine Spannung von 14V umsetzt. Die 12V-Batterie 4 wird also im Betrieb der Brennkraftmaschine über den Gleichspannungswandler 3 aufgeladen.
Weiterhin weist das Mehrspannungs-Bordnetz als elektrischen Energiespeicher einen Doppelschicht-Kondensator 5 auf, der ü- ber ein Schaltelement S2 mit dem integrierten Starter- Generator ISG verbunden werden kann und nach einem längeren Fahrzeugstillstand einen sicheren Start der Brennkraftmaschine ermöglicht. Der Doppelschicht-Kondensator 5 besteht in diesem Ausführungsbeispiel zur Vereinfachung nur aus vier in Reihe geschalteten Kondensatoren C2-C5. Bei einem 42V- Bordnetz werden jedoch normalerweise 24 Kondensatoren mit ei- ner MaximalSpannung von jeweils 2,3V in Reihe zusammengeschaltet, was eine maximale Gesamtspannung von 55,2V ergibt. Diese GesamtSpannung ermöglicht einerseits eine sichere Bereitstellung der Netzspannung von 42V und liegt andererseits unter der Grenze von 60V, bis zu der bei elektrischen Anlagen keine besonderen Isolationsmaßnahmen erforderlich sind.
Darüber hinaus weist das Mehrspannungs-Bordnetz eine herkömmliche Ladungsausgleichsschaltung 6 auf, welche einen Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Kondensatoren C2-C5 des Dop- pelschicht-Kondensators 5 bewirkt. Die Ladungsausgleichsschaltung 6 weist einen Primärkreis auf, der über ein Schaltelement S3 an Masse und über ein Schaltelement S4 an den positiven Anschluss des Doppelschicht-Kondensators 5 angeschlossen ist, wobei in dem Primärkreis eine Primärwicklung Ll angeordnet ist. Weiterhin weist die Ladungsausgleichsschaltung 6 vier Sekundärkreise auf, die jeweils parallel zu den einzelnen Kondensatoren C2-C5 geschaltet sind. In jedem Sekundärkreis sind jeweils eine Diode D1-D4 und jeweils eine Sekundärwicklung L2-L5 in Reihe geschaltet. Die Funktionswei- se der Ladungsausgleichsschaltung 6 ist detailliert in EP 0 432 639 A2 beschrieben, so dass im folgenden auf eine einge- hende Beschreibung der Funktion der Ladungsausgleichsschaltung 6 verzichtet werden kann.
Die Ladungsausgleichsschaltung 6 kann über ein Schaltelement
55 mit der 12V-Batterie 4 und über ein weiteres Schaltelement
56 mit der 36V-Batterie 2 verbunden werden. Diese Verbindungen ermöglichen eine Nachladung des Doppelschicht- Kondensators 5 über die 12V-Batterie 4 oder über die 36V- Batterie 2, wie noch detailliert beschrieben wird.
Die Ansteuerung der Schaltelemente S3-S6 erfolgt durch eine Steuereinheit 7, die stark vereinfacht in Figur 2 dargestellt ist.
Die Steuereinheit 7 weist eine Logikeinheit 8 auf, die über einen Pegelwandler 9 die Spannung an Klemme 15 des KFZ- Bordnetz sowie die Schaltstellung des Schaltelements S2 aufnimmt, um die Schaltelemente Sl und S3-S6 in Abhängigkeit davon anzusteuern, wie noch detailliert beschrieben wird.
Weiterhin weist die Steuereinheit 7 eine Vergleichereinheit 10 auf, welche die Batteriespannung UBATI2 am Ausgang der 12V-Batterie 4 misst und mit einem vorgegebenen Minimalwert UBATI2,MIN vergleicht. Beim Überschreiten des Minimalwerts UBATI2,MIN gibt die Vergleichereinheit 10 einen High-Pegel an die Logikeinheit 8 weiter, wobei der High-Pegel einen ausreichenden Ladungszustand der 12V-Batterie 4 anzeigt.
Ferner weist die Steuereinheit 7 eine Vergleichereinheit 11 auf, welche die Batteriespannung UBAT36 am Ausgang der 36V- Batterie 2 misst und mit einem vorgegebenen Minimalwert UBAT36,MIK vergleicht. Beim Überschreiten des Minimalwerts UBAT36,MIN gibt die Vergleichereinheit 11 einen High-Pegel an die Logikeinheit 8 weiter, wobei der High-Pegel einen ausrei- chenden Ladungszustand der 36V-Batterie 2 anzeigt. Darüber hinaus ist eine Vergleichereinheit 12 vorgesehen, welche die Spannung Uc des Doppelschicht-Kondensators 5 er- fasst und mit einem vorgegebenen Minimalwert UC,MIN vergleicht. Beim Unterschreiten des Minimalwerts UC,MIN gibt die Vergleichereinheit 12 dann einen High-Pegel an die Logikeinheit 8, um anzuzeigen, dass der Doppelschicht-Kondensator 5 nachgeladen werden muss .
Ferner weist die Steuereinheit 7 eine Vergleichereinheit 13 auf, welche die Spannung Uc des Doppelschicht-Kondensators 5 mit einem vorgegebenen Maximalwert UC, AX vergleicht . Beim Ü- berschreiten des Maximalwerts gibt die Vergleichereinheit 13 einen High-Pegel an die Logikeinheit 8 weiter, wobei der High-Pegel anzeigt, dass der Ladevorgang des Doppelschicht- Kondensators • 5 beendet werden sollte.
Schließlich weist die Steuereinheit einen Zeitgeber 14 auf, der täglich ein Triggersignal an die Logikeinheit 8 abgibt, um die Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens anzuregen.
Den Fahrbetrieb erkennt die Steuereinheit 7 daran, dass an Klemme 15 die Netzspannung von 14V anliegt. In diesem Betriebszustand sind die Schalter Sl oder S2 sowie S4 geschlos- sen, während die Schalter S5 und S6 geöffnet sind. Die Ladungsausgleichsschaltung 6 ist dann also über das Schaltelement S4 elektrisch mit dem Doppelschicht-Kondensator 5 verbunden, aber von der 12V-Batterie 4 und von der 36V-Batterie 2 getrennt. Durch eine pulsierende Ansteuerung des Schaltele- ments S3 kann dann ein Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Kondensatoren C2-C5 des Doppelschicht-Kondensators 5 erfolgen. Eine Aufladung des Doppelschicht-Kondensators 5 als Ganzes ist dann jedoch wegen der geöffneten Schaltelemente S5 und S6 nicht möglich, da die Ladungsausgleichsschaltung 6 von der 12V-Batterie 4 und von der 36V-Batterie 2 getrennt ist. Allerdings sollte kein Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Kondensatoren C2-C5 des Doppelschicht-Kondensators 5 erfolgen, wenn der Doppelschicht-Kondensator 5 mit dem integrierten Starter-Generator ISG verbunden ist und hochdynamisch belastet wird. Die Steuereinheit 7 wertet deshalb auch den Schaltzustand des Schaltelements S2 aus und blockiert das Schaltelement S3 der Ladungsausgleichsschaltung 6, wenn das Schaltelement S2 geschlossen ist.
Im Fahrzeugstillstand sind dagegen die Schaltelemente Sl, S2 und S4 geöffnet, so dass der Doppelschicht-Kondensator 5 e- lektrisch von der Ladungsausgleichsschaltung 6 getrennt ist. Diese Trennung ermöglicht ein Nachladen des Doppelschicht- Kondensators 5, da die Ladespannung nicht durch die Kondensa- torSpannung Uc begrenzt wird.
Dabei wird das in Figur 3 dargestellte Betriebsverfahren durchgeführt, um die in dem Doppelschicht-Kondensator 5 gespeicherte Ladung zu erhalten und dadurch einen sicheren Start der Brennkraftmaschine zu ermöglichen.
Zu Beginn des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird zunächst der Zeitgeber 14 zurückgesetzt und anschließend in einer Schleife inkrementiert, bis eine vorgegebene Zeitspanne TMX abgelaufen ist, wobei die Zeitspanne TAX beispielsweise einem Tag entsprechen kann.
Anschließend wird dann die Spannung Uc am positiven Anschluss des Doppelschicht-Kondensators 5 gemessen, um prüfen zu kön- nen, ob der Doppelschicht-Kondensator 5 nachgeladen werden muss .
Die gemessene Spannung U wird deshalb mit einem Minimalwert UC,MIN verglichen, wobei das Betriebsverfahren beendet wird, wenn die Spannung U den Minimalwert UC,MIN überschreitet, da der Doppelschicht-Kondensator 5 dann nicht nachgeladen werden muss . Falls die Spannung Uc des Doppelschicht-Kondensators 5 dagegen aufgrund der Selbstentladung des Doppelschicht-Kondensators 5 unter den Minimalwert UC,MIN abgesunken ist, so muss der Doppelschicht-Kondensator 5 nachgeladen werden, um einen sicheren Start der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
In den nächsten Schritten wird dann geprüft, ob der Ladungs- zustand der 36V-Batterie 2 oder der 12V-Batterie 4 ausreicht, um den Doppelschicht-Kondensator 5 nachzuladen.
Hierzu wird zunächst die Spannung UBAT36 der 36V-Batterie 2 gemessen und mit einem Minimalwert UBAT36,MIN verglichen.
Falls die Spannung UBAT36 der 36V-Batterie 2 den vorgegebenen Minimalwert UBAT36,MIN überschreitet, so kann die Energie zum Nachladen des Doppelschicht-Kondensators 5 aus der 36V-Batte- rie 2 entnommen werden. In diesem Fall wird das Schaltelement S6 geschlossen, um die Ladungsausgleichsschaltung 6 mit der 36V-Batterie 2 zu verbinden, während das Schaltelement S5 geöffnet bleibt.
Falls die Spannung UBAT36 der 36V-Batterie 2 den vorgegebenen Minimalwert UBAT36,MIN dagegen unterschreitet, so sollte der Doppelschicht-Kondensator 5 nicht aus der 36V-Batterie 2 nachgeladen werden, da deren Ladungszustand dafür nicht ausreicht. Dies verhindert eine Schädigung der 36V-Batterie.
In einem nächsten Schritt wird dann die Spannung UBATI2 der 12V-Batterie 4 gemessen, um zu prüfen, ob die elektrische E- nergie zum Nachladen des Doppelschicht-Kondensators 5 aus der 12V-Batterie entnommen werden kann.
Die gemessene Spannung UBATI2 der 12V-Batterie wird deshalb mit einem vorgegebenen Minimalwert UBATI2,MIN verglichen. Falls die Spannung UBATI2 der 12V-Batterie 4 den vorgegebenen Minimalwert UBATI2,MIN unterschreitet, so sollte der Doppelschicht-Kondensator 5 nicht aus der 12V-Batterie 4 nachgeladen werden, da deren Ladungszustand dafür nicht ausreicht. In diesem Fall erfolgt keine Nachladung des Doppelschicht-Kondensators 5 und das erfindungsgemäße Betriebsverfahren wird beendet .
Falls die Spannung UBATI2 der 12V-Batterie 4 den vorgegebenen Minimalwert UBATI2,MIN dagegen überschreitet, so kann die Energie zum Nachladen des Doppelschicht-Kondensators 5 aus der 12V-Batterie 4 entnommen werden. In diesem Fall wird das Schaltelement S5 geschlossen, um die Ladungsausgleichsschaltung 6 mit der 12V-Batterie 4 zu verbinden, während das Schaltelement S6 geöffnet wird.
Sowohl bei einer Nachladung aus der 12V-Batterie 4 als auch bei einer Nachladung aus der 36V-Batterie 2 erfolgt dann eine pulsierende Ansteuerung des Schaltelements S3 , um den Doppel- schicht-Kondensator 5 aufzuladen.
Während der Aufladung des Doppelschicht-Kondensators 5 wird laufend die Spannung Uc des Doppelschicht-Kondensators 5 gemessen und mit einem Maximalwert UC,MAX verglichen, um ein ü- bermäßiges Nachladen des Doppelschicht-Kondensators 5 zu vermeiden.
Der Ladevorgang wird deshalb abgebrochen, wenn die Spannung Uc des Doppelschicht-Kondensators 5 den vorgegebenen Maximal- wert UC,MAX überschreitet. Hierzu werden die beiden Schaltelemente S5 und S6 sowie das Schaltelement S3 geöffnet.
Anschließend wird der Zeitgeber 14 wieder zurückgesetzt und die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte werden in ei- ner Schleife erneut durchgeführt. Schließlich zeigt Figur 4 ein sogenanntes Transfer-Gate 15, das zur schaltungstechnischen Realisierung der Schaltelemente S1-S6 eingesetzt werden kann. Das Transfer-Gate 15 besteht im wesentlichen aus zwei in Reihe zusammengeschalteten MOSFET- Transistoren Tl und T2 mit zwei parasitären Dioden D5 und D6 sowie einem Widerstand Rl . Bei Anlegen einer positiven Spannung von ungefähr UGs=+10V zwischen Gate und Source des Transfer-Gates 15 werden beide MOSFET-Transistoren Tl und T2 leitend und das Transfer-Gate 15 ist eingeschaltet. Beträgt die Gate-Source-Spannung UGs dagegen 0V, so ist das Transfer- Gate 15 ausgeschaltet. Im ausgeschalteten Zustand sperrt jeweils nur einer der beiden MOSFET-Transistoren Tl, T2 , da der jeweils andere MOSFET-Transistor Tl bzw. T2 verpolt betrieben wird und seine parasitäre Diode D5 bzw. D6 leitet.

Claims

1.5 Patentansprüche
1. Elektrische Schaltung für ein KFZ-Bordnetz, insbesondere zur Ladungserhaltung bei einem Doppelschicht-Kondensator (5) , mit
einer ersten Spannungsversorgung (4) ,
einem aus mehreren Speicherelementen (C2-C5) bestehenden und durch die erste Spannungsversorgung (2) aufladbaren elektrischen Energiespeicher (5) und
einer Ladungsausgleichsschaltung (6) zum Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Speicherelementen (C2-C5) des Energie- Speichers (5) ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t
dass die Ladungsausgleichsschaltung (6) durch ein erstes Schaltelement (S5) mit der ersten Spannungsversorgung (4) und durch ein zweites Schaltelement (S4) mit dem Energiespeicher (5) verbunden ist, um in Abhängigkeit von dem Schaltzustand der Schaltelemente (S4, S5) den Ladungsausgleich zu bewirken und/oder den Energiespeicher (5) aufzuladen.
2. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ladungsausgleichsschaltung (6) zusätzlich durch ein drittes Schaltelement (S6) mit einer zweiten Spannungsversor- gung (2) verbunden ist, um den Energiespeicher (5) wahlweise aus der ersten Spannungsversorgung (4) oder aus der zweiten SpannungsVersorgung (2) aufzuladen.
3. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, g e k e n n z e i c hn e t du r c h eine Steuereinheit (7) zur Ansteuerung des ersten Schaltelements (S5) und/oder des zweiten Schaltelements (S4) und/oder des dritten Schaltelements (S6) .
4. Elektrische Schaltung nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Steuereinheit (7) mit einem Zeitgeber (14) verbunden ist, um das Nachladen des Energiespeichers (5) zu initialisieren.
5. Elektrische Schaltung nach Anspruch 3 und/oder Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e.t, dass die Steuereinheit (7) eine erste Vergleichereinheit (12) aufweist, um den Ladungszustand des Energiespeichers (5) mit einem vorgegebenen ersten Minimalwert (UC,MIN) und/oder mit einem vorgegebenen Maximalwert (UC,MAX) ZU vergleichen.
6. Elektrische Schaltung nach mindestens einem der Ansprü- ehe 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Steuereinheit (7) eine zweite Vergleichereinheit
(10) aufweist, welche die Spannung (UBAτi2) der ersten Spannungsversorgung (4) mit einem zweiten Minimalwert (UBATI2,MIN) vergleicht und das erste Schaltelement (S5) nur beim Überschreiten des zweiten Minimalwerts (UBATI2,MIN) durchschaltet.
7. Elektrische Schaltung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Steuereinheit (7) eine dritte Vergleichereinheit
(11) aufweist, welche die Spannung (UBAT36) der zweiten Spannungsversorgung (2) mit einem dritten Minimalwert (UBAT36,MIN) vergleicht und das dritte Schaltelement (S6) nur beim Überschreiten des dritten Minimalwerts (UBAT36,MIN) durchschaltet.
8. Elektrische Schaltung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das erste Schaltelement (S5) und/oder das zweite Schaltelement (S4) und/oder das dritte Schaltelement (S6) ein Relais oder ein Halbleiterschalter ist.
9. Elektrische Schaltung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das erste Schaltelement (S5) und/oder das zweite Schalt- element (S4) und/oder das dritte Schaltelement (S6) ein Transfer-Gate (15) ist.
10. Betriebsverfahren für eine elektrische Schaltung mit einem aus mehreren Speicherelementen (C2-C5) bestehenden elekt- rischen Energiespeicher (5) und einer Ladungsausgleichsschaltung (6) zum Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Speicherelementen (C2-C5) des Energiespeichers (5) , mit den folgenden Schritten:
- Aufladung des Energiespeichers (5) , - Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Speicherelementen (C2-C5) des Energiespeichers (5) durch die Ladungsausgleichsschaltung (6) , d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, dass die Aufladung des Energiespeichers (5) durch die La- dungsausgleichsschaltung (6) erfolgt.
11. Betriebsverfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ladungsausgleichsschaltung (6) zur Aufladung des E- nergiespeichers (5) mit einer ersten Spannungsversorgung (4) oder einer zweiten Spannungsversorgung (2) verbunden wird.
12. Betriebsverfahren nach Anspruch 11, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Schritte:
- Messung der AusgangsSpannung (UBATI2) der ersten Spannungsversorgung (4) - Vergleich der gemessenen AusgangsSpannung (UBAτi2) mit einem ersten Minimalwert (UBATI2,MIN)
- Verbindung der Ladungsausgleichsschaltung (6) mit der ersten Spannungsversorgung (4) nur beim Überschreiten des ersten Minimalwerts (UBATI2,MIN) •
13. Betriebsverfahren nach Anspruch 12 , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Schritte: - Messung der AusgangsSpannung (UBAτ36) einer zweiten Spannungsversorgung (2 )
- Vergleich der gemessenen AusgangsSpannung (UBAT36) mit einem zweiten Minimalwert (UBAT36,MIN)
- Verbindung der Ladungsausgleichsschaltung (6) mit der zweiten Spannungsversorgung (2) nur beim Überschreiten des zweiten Minimalwerts (UBAT36,MIN) •
14. Betriebsverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Energiespeicher (5) im Normalbetrieb mit der ersten Spannungsversorgung (4) und/oder der zweiten Spannungsversorgung (2) verbunden und im Stillstand von der ersten Spannungsversorgung (4) und der zweiten Spannungsversorgung (2) getrennt wird.
15. Betriebsverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Ladungszustand des Energiespeichers (5) jeweils nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne (TMAX) überprüft und der Energiespeicher (5) beim Unterschreiten eines vorgegebenen dritten Minimalwerts (UC.MIN) aufgeladen wird.
16. Betriebsverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Energiespeicher (5) jeweils bis auf einen vorgegebenen Maximalwert (UC,MAX) aufgeladen wird.
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