WO2006099984A1 - Power supply circuit for a motor vehicle having high safety-relevant electric consumers - Google Patents

Power supply circuit for a motor vehicle having high safety-relevant electric consumers Download PDF

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WO2006099984A1
WO2006099984A1 PCT/EP2006/002390 EP2006002390W WO2006099984A1 WO 2006099984 A1 WO2006099984 A1 WO 2006099984A1 EP 2006002390 W EP2006002390 W EP 2006002390W WO 2006099984 A1 WO2006099984 A1 WO 2006099984A1
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WO
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Prior art keywords
power supply
supply circuit
consumers
electrical system
module
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/002390
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German (de)
French (fr)
Inventor
Ottmar Gehring
Sascha Paasche
Andreas Schwarzhaupt
Erik Sieglin
Gernot Spiegelberg
Armin Sulzmann
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
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    • 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
    • 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
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    • 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 following invention relates to a power supply circuit for a motor vehicle in which safety-relevant, mechatronic components are installed.
  • the power supply circuit consists of two electrical systems and at least one power generator, such as a generator.
  • Each electrical system includes an energy storage device, preferably a battery, a charging separation module (LTM) and various electrical consumers.
  • switching devices ASE are provided for activating, deactivating or controlling the consumers, which contain a communication interface.
  • a disadvantage of this power supply is that no control of the power distribution from the first power supply to the other power supplies or consumers is possible.
  • This power supply from DaimlerChrysler AG will present an energy supply for drive-by-wire systems in motor vehicles.
  • the energy supplied by one or more energy sources is first split into two circuits via a charge separation module.
  • the consumers are partly connected via circuit breakers to both circuits. This makes it possible for a defective consumer to have negative effects on both vehicle systems.
  • Short-circuit protection in the electrical system compared to the prior art to reduce.
  • the solution succeeds mainly with a power supply circuit consisting of two electrical systems and at least one power generator, such as a generator.
  • Each electrical system includes an energy storage device, preferably a battery, a charge separation module (LTM) and various electrical consumers.
  • switching devices ASE
  • the improvement of the short-circuit safety succeeds in that the consumers are connected within the power supply circuit only at one branch.
  • consumers are grouped into consumer groups that are grouped according to their security requirements. The smaller number of switches over similar prior art power supply circuits is also achieved in that each consumer only one Power branch is connected.
  • the charge separation modules enable the switching off of entire consumer groups.
  • the electrical consumers are advantageously divided into several groups.
  • the driving consumers are the consumers who are necessary for the normal operation of the vehicle, e.g. Radiator fan and windscreen wiper, but at least in the short term no impact on safety-related functions, such as. Have brakes.
  • Comfort consumers are consumers who are used to create comfortable environment for the driver and the other occupants. These include, among others, the radio and the seat heating.
  • the engine electronics and the generator belong to the group of energy producers. They are necessary for generating energy in the vehicle. Deactivation would lead to a deterioration of the energy balance. If these components are not defective themselves, therefore, the operation must be maintained. In this way, the battery condition can be secured.
  • the safety-relevant consumers perform tasks that influence the safety-relevant functions of steering and braking. An example of this is an electromechanical brake-by-wire actuator.
  • the safety-relevant consumers are preferably divided into several subgroups.
  • a faulty load such as a blocking steer-by-wire actuator can be switched so without power, while at the same time only a small number of other components are affected by the deactivation.
  • the charge separation modules (LTM) according to the invention are used for the electrical decoupling of the two vehicle electrical systems, the targeted energy distribution and for the targeted deactivation of consumer groups (see also drawing 2).
  • a diode (D1, D2) and a switch (SH1, SH2) are used for decoupling the vehicle electrical system.
  • a vehicle electrical system can be selectively decoupled from the power source. In this way, a charge control can be made in normal operation and in the event of a fault. In the event of a fault, for example, a defective battery with greatly reduced internal resistance can be prevented by opening the switch, a reaction to the generator and thus a failure of the power source by voltage dip.
  • a fuse (Fl, F2) is installed in series with the switches SH1 and SH2.
  • the switch and fuse are combined in a smart semiconductor switching module (Smart Highside Switch).
  • the vehicle electrical systems branch off into several circuits via the charging separation modules.
  • Each consumer group has its own circuit. Accordingly, there is a circuit for Fah plantes suddenly, one for comfort consumers, one for the supply of energy producers, and multiple circuits for security consumers. Each circuit can be disconnected from the power supply via a switch in the charge isolation module. Against short circuit protection via a fuse is provided. Again, a smart highside switch is preferably used, the fuse and switching function unites in one element. In addition to the consumer groups that can be switched off, the charge separation modules also supply some particularly safety-relevant control units. The output for these controllers is not deactivatable. A protection against short circuit eg a fuse is installed.
  • the charge separation modules also have a communication interface. This interface makes it possible to receive commands for power distribution from a higher-level control unit.
  • the higher-level control unit is preferably designed to be redundant.
  • the instructions are then implemented using a microprocessor. To supply the microprocessor and communication interface, a power supply is used. The power supply is supplied by the battery of the associated vehicle electrical system.
  • a redundantly executed communication bus with a suitable protocol for security-relevant applications, for example FlexRay is preferably used.
  • all switches go into their default state. Depending on the overall functionality and the individual functionalities of the vehicle electrical system components, the default state can be either open or closed.
  • the allocation of the components to the on-board networks is designed asymmetrically.
  • the first electrical system includes the driving consumers, the comfort consumer, the engine electronics and the generator control and a supply for safety-relevant consumers.
  • the associated charge separation module comprises the switches SF for the Driving consumers, SK for comfort consumers, SM for engine electronics and generator control, and SRI .1 to SRn.1 for groups 1 to n of the safety-relevant consumers.
  • the second vehicle electrical system and the associated second charging separation module comprises and contains the redundantly running safety-relevant consumers and the switches SRI .2 to SRn.2 for their redundant supply.
  • ASE control and protection unit
  • the ASE consists of at least one communication interface, a power supply, at least one microprocessor, one or more switches (preferably electronic semiconductor switches) and / or optionally a power electronics, and possibly other elements that are necessary to control the corresponding consumer.
  • the ASE are preferably integrated in the housing of the corresponding consumer. In this case, they do not need their own communication interface, power supply and their own microprocessor, since they can use the corresponding components of the consumer.
  • NSM secondary switching module
  • the ASEs then share a power supply, a communication interface and a microprocessor. In a NSM, therefore, several switches are controlled by a microprocessor.
  • Fig. 2 is a block diagram of a charge separation module according to the invention.
  • Fig. 3 Two different ways of integrating control and protection units in the on-board network architecture
  • Fig. 4 is a block diagram of a driving and securing unit
  • FIG. 6 shows an on-board network architecture according to the invention with a DC / DC converter for controlling the charging current of a vehicle electrical system battery;
  • FIG. 7 shows a vehicle electrical system according to the invention with a DC / DC converter for controlling the charging current for two on-board power supply battery, wherein the on-board power supply battery may be in a vehicle trailer;
  • FIG. 8 shows an on-board network architecture according to the invention, in which the supply of a second battery in a vehicle trailer takes place without a DC / DC converter;
  • Fig. 1 gives an overview of the
  • the term on-board network architecture is also used as a synonym for a power supply or a power supply.
  • the terms power supply circuit, electrical system architecture and Energy supply are to be understood as synonyms and illuminate here in each case different aspects of the invention stronger or weaker.
  • the power supply circuit is hierarchically divided into power generation, power distribution, energy storage and consumer level.
  • the power generation takes over, for example, an electrical system generator G, which is driven by an internal combustion engine.
  • the energy distribution to two sub-networks is carried out by two parallel to the power supply connected charge separation modules LTMl, LTM2.
  • the two charge separation modules fan out the subnetworks connected by them into further power branches.
  • the energy storage are different groups of consumers.
  • the energy stores of the sub-network thus form the hierarchical level of energy storage and the various groups of consumers form the hierarchical level of consumers.
  • the hierarchical structure is set up via a communication bus and two redundant, higher-level control units for security reasons. Via the communication bus, the switchable and controllable units of the power supply circuit are switched and controlled by the higher-level control devices according to their significance for the overall system and according to their hierarchy level with different priority.
  • FIG. 1 Further details of an exemplary embodiment of a power supply circuit according to the invention are likewise shown in FIG. 1.
  • the generator G, the redundant superordinate control units U-ECU1 and U-ECU2 can be seen. From the generator in each case a power supply line goes to the charge isolation modules LTMl and LTM2. At LTMl are over Power supply lines, the battery, the Fahrverbsskeer, the comfort consumers, the supply of motor and generator and groups 1 to 4 of safety-related consumers connected. Connected to the battery is a sensor which measures characteristic quantities such as the battery voltage and sends them via the communication bus, shown with a broken line, to the higher-level control units Ü-ECU1, Ü-ECU2. The higher-level control units U-ECUs can determine the battery status from these values.
  • the higher-level control units Ü-ECUs are connected to the charge separation modules LTMs, the generator, the battery sensor and the safety-relevant consumers.
  • the communication bus shown with a broken line is a bus that is suitable for performing safety-related tasks. So preferably a deterministic data bus, with event-dependent and deterministically controllable bus access.
  • the non-safety-relevant consumers such as the driving consumers can be controlled, for example via control and backup units, not shown, and communication devices, not shown.
  • the drive and fuse units will be discussed below.
  • Fig. 2 shows the exemplary structure of a charge separation module.
  • the left part of the drawing are the
  • the external communication bus is connected to the communication controller.
  • the other, internal components of the charge separation module are then controlled via an internal bus.
  • An internal power supply which receives its energy via the switch SV from the associated battery, supplies the two controllers, Communication controller and microcontroller ⁇ C with the supply voltage Uvers. Via a discrete control signal, which is applied to the switch SV, the charge separation module LTMl can be deactivated or activated.
  • the input voltage is supplied by the generator. Via the diode Dl and the switch SHl, the generator voltage can be applied to the corresponding battery.
  • the battery is always firmly connected to the corresponding outputs of the charge separation module via power lines.
  • the switchable outputs with the switches SMl, SFl, SKl, SRI .1 to SRn.1 can be seen.
  • the switches used are intelligent semiconductor switches with integrated fuse function.
  • the lower part shows non-switchable outputs. These outputs are protected against short circuits with the fuses Fl to Fn. They serve the supply of highly relevant control devices or communication devices.
  • the communication controller translates the control commands of the higher-level control devices to the internal bus of the charge separation module.
  • the energy management for the connected to the charging module disconnect subnetwork is then performed within the specifications by the parent ECUs.
  • the switchable and controllable outputs of the charge separation module are therefore addressed by the microcontroller via the internal bus of the charge separation module.
  • FIG. 3 shows a vehicle electrical system architecture according to the invention with possible installation examples for the drive and safety units ASE with which the consumers can be controlled.
  • a drive and fuse unit ASE integrated in the housing of a consumer Vl.
  • a connection of the combination of ASE and consumers to the communication bus is mandatory here.
  • several drive and fuse units are combined in a secondary switching module NSM.
  • a connection of the individual consumers V2, V3, V4 to a communication network is not absolutely necessary here. It is sufficient here the connection of the sub switching module to the communication bus.
  • Fig. 4 shows the structure of a drive and fuse unit ASE.
  • the commands arrive from the external communication bus to the communication controller and subsequently to the microcontroller ⁇ C, which converts these commands and forwards them as switching signals to the corresponding switches.
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • the switch SIa is also addressed by the microcontroller via this bus.
  • a communication between microcontroller and switch via discrete control signals would be possible.
  • analogue information lines not shown in the drawing would be necessary.
  • the protection against a short circuit is realized with a fuse Fla.
  • the backup functionality can also be integrated in the switch.
  • Fig. 5 shows an exemplary embodiment of a sub switching module NSM.
  • 3 switches SIb to Snb can be seen.
  • the commands arrive from the higher-level control units Ü-ECUs via the external communication bus and the external communication controller to the microcontroller ⁇ C. There, the commands become internal commands for the individual Switches SIb to Snb and used and implemented for power switching elements, not shown here for controlling and regulating electrical loads.
  • the fuses FIb to Fnb protect the outgoing power lines against short circuits.
  • the auxiliary switching module NSM is supplied by the battery of the corresponding electrical system.
  • Fig. 6 shows how a DC / DC converter can be advantageously used to control the charging voltage of a battery 2 in a sub-board network.
  • LTMl charge separation module
  • Fig. 7 shows how the DC / DC converter when using a trailer with its own energy storage, if necessary, alternately for charging control of the battery 2 in the one sub-board network, which is connected by the charge separation module LTM2, and the trailer battery can be used.
  • the advantage of a converter in the vehicle electrical system architecture according to the invention is even greater here, since the relatively long line between the generator and trailer battery, a relatively high voltage drop to the trailer battery is created. Without equalizing this voltage drop, there is a risk that either the batteries in the vehicle will become overcharged or the battery / batteries in the trailer may not be fully charged.
  • the charge separation module LTMl is shown in this drawing without the associated sub-network.
  • FIG. 8 shows an alternative possibility for supplying a trailer with electrical energy.
  • an example of a coupling of a battery in the trailer is given.
  • the trailer battery can be decoupled from the generator with the SBAl switch in the LTM2 charging isolator module.
  • the current limiting module UAB 1 is required in order to prevent high currents during coupling or when closing the switch SBA1.
  • Fig. 9 shows 2 examples of the structure of current limiting modules UAB.
  • the realization of a current limit with several parallel current branches each have a switch SU1 to SU3, each with a resistor Rl to R3 in series with the switch.
  • the largest resistance is designed so that even with a fully discharged battery in the trailer only a relatively small defined current can flow eg 5A. With increasing tension on the trailer battery, a smaller resistance is selected. Also conceivable is a combination of several open paths for the stepwise reduction of the resistance. If the voltage difference between trailer and tractor has fallen to a reasonable level, then a current limit is no longer necessary.
  • the current-limiting unit is in principle designed with a current path in which a controllable switch and in series therewith a controllable resistor are connected.
  • a disadvantage is the relatively higher costs that must be applied for the variable resistor.
  • the current limiting unit also contains in this embodiment, in addition to the path with the variable load resistance, a switchable path without resistance in the current path. In the drawing, this is the path with the switch SUb. This is advantageous because the controllable load resistance can not be arbitrarily downshifted in the direction of 0 ohms, but also includes a residual resistance, which leads to a voltage drop.
  • the consumers in the sub-board networks can be individually activated / deactivated or controlled. This is done via commands that are transmitted by communication bus to the communication interfaces of the control and protection units ASE the individual consumers or a Mausehaltmoduls.
  • a group-wise deactivation of several consumers is possible with the aid of the charging separation modules LTM individually switchable current branches within a sub-board network.
  • a faulty acting safety-relevant actuator can be de-energized by the charge separation module LTM the corresponding branch current and thus decoupled the corresponding consumer group from the electrical system.
  • the electrical system generator G In case of failure of the power generator, in the illustrated embodiments, the electrical system generator G, the two energy storage in the two sub-mains have enough energy to bring the vehicle in a safe state.
  • the period from the discovery of a lack of energy or the failure of the power source to the standstill of the vehicle with the brakes applied (safe state) is referred to as emergency.
  • emergency In an emergency operation, all non-safety-relevant consumers are deactivated. Should the energy shortage not be caused by a failure of the energy producer, the energy supply of the energy producer (s) will continue to be maintained. If the shortage of energy is only temporary and not very pronounced, a gradual deactivation of consumers is possible. In this case, individual consumers can be disabled first, then there is a decoupling of comfort consumers and finally there is a separation of the Fahr jossire.
  • the redundantly designed safety-relevant consumers can be supplied via the second onboard power supply.
  • the vehicle electrical system architecture enables the targeted control of individual consumers via the control and protection units ASE. This is only with safety-relevant consumers on the security the communication connection, ie to respect a deterministic bus. In the other consumer groups, such as the Fahr jossliteer communication via a conventional arbitrating bus such as CAN is sufficient, since these consumers in an emergency groups in groups using the charge separation module LTM are turned off.
  • the vehicle electrical system architecture according to the invention enables group-wise deactivation of non-safety-relevant consumers in a power shortage situation.
  • the hierarchical structure of the power supply circuit according to the invention in power generation, energy distribution, energy storage and consumer level enables an optimized on-board network architecture.
  • the charge separation modules can be made compact and placed in close proximity to the batteries of the sub-network and to the power source.
  • Communication bus enables a high reliability of the power distribution over the charging separation modules LTM with relatively little effort for the communication architecture of the relevant bus system.

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Abstract

The invention relates to a power supply circuit for a motor vehicle, wherein safety-relevant, mechatronic components are integrated. The power supply circuit consists of two border networks and at least one energy producer, for example, a generator. Each border network contains an energy accumulator, preferably, a battery, a charge separating module (LTM) and diverse electric consumers. Furthermore, circuit devices (ASE) are provided for activating, deactivating and/or controlling the consumer, which contain a communication interface.

Description

DaimlerChrysler AGDaimlerChrysler AG
Stromversorgungsschaltung für ein Kraftfahrzeug mit hochsicherheitsrelevanten elektrischen VerbrauchernPower supply circuit for a motor vehicle with high-security relevant electrical consumers
Die folgende Erfindung betrifft eine Stromversorgungs- schaltung für ein Kraftfahrzeug, in dem sicherheitsrelevante, mechatronische Komponenten verbaut sind.The following invention relates to a power supply circuit for a motor vehicle in which safety-relevant, mechatronic components are installed.
Die Stromversorgungsschaltung besteht aus zwei Bordnetzen und mindestens einem Energieerzeuger, beispielsweise einem Generator. Jedes Bordnetz beinhaltet einen Energiespeicher, vorzugsweise eine Batterie, ein Ladetrennmodul (LTM) und diverse elektrische Verbraucher. Außerdem sind Schalteinrichtungen (ASE) zur Aktivierung, Deaktivierung bzw. Steuerung der Verbraucher vorgesehen, die eine Kommunikationsschnittstelle enthalten .The power supply circuit consists of two electrical systems and at least one power generator, such as a generator. Each electrical system includes an energy storage device, preferably a battery, a charging separation module (LTM) and various electrical consumers. In addition, switching devices (ASE) are provided for activating, deactivating or controlling the consumers, which contain a communication interface.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10053584 Al von Volkswagen ist eine redundante Spannungsversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher bekannt.A redundant power supply for safety-relevant consumers is known from German patent application DE 10053584 A1 to Volkswagen.
Nachteilig an dieser Spannungsversorgung ist, dass keine Steuerung der Energieverteilung von der ersten Spannungsversorgung auf die anderen Spannungsversorgungen bzw. die Verbraucher möglich ist. Außerdem ist es mit der vorbekannten Spannungsversorgung nicht möglich Verbraucher bzw. Verbrauchergruppen gezielt zu deaktivieren. Man hat deshalb nach anderen Stromversorgungen gesucht und in dem deutschen Patent DE 103 48162 B3 eine verbesserte Stromversorgung vorgeschlagen. Bei dieser Stromversorgung von der DaimlerChrysler AG wird eine Energieversorgung für Drive- by-wire-Systeme in Kraftfahrzeugen vorgestellt. In diesem Patent wird die Energie, die von einer oder mehreren Energiequellen geliefert wird, zunächst über ein Ladetrennmodul auf zwei Stromkreise aufgeteilt. Die Verbraucher sind über Leistungsschalter teilweise mit beiden Stromkreisen verbunden. Dadurch ist es möglich, dass ein defekter Verbraucher negative Auswirkungen auf beide Bordnetze hat. Soll beispielsweise ein Verbraucher, der zuvor vom ersten Stromkreis versorgt wurde, vom zweiten Stromkreis versorgt werden, so ist es notwendig, dass beide Leistungsschalter gleichzeitig geschlossen sind, damit ein durchgehender Betrieb möglich ist. Ist der Verbraucher defekt, so kann es passieren, dass durch einen hohen Stromfluss das Spannungsniveau in beiden Bordnetzen absinkt. Ebenso kann nicht vollständig ausgeschlossen werden, dass ein Kurzschluss in einem Verbraucher, der mit beiden Stromkreisen verbunden ist, zu einem Durchbrennen von beiden Leistungsschaltern führt. Auch in diesem Fall kann die Energieversorgung des Fahrzeugs vollständig ausfallen. Da die Leistungsschaler in dem vorbekannten Patent nicht in das Ladetrennmodul bzw. in die Verbraucher integriert sind, ist ein zusätzlicher finanzieller Aufwand nötig, um die Schalter anzusteuern. Hierzu muss bei einer Ansteuerung über einen Datenbus jeder Schalter mit einem eigenenA disadvantage of this power supply is that no control of the power distribution from the first power supply to the other power supplies or consumers is possible. In addition, it is not possible with the known power supply consumers or consumer groups targeted disable. It has therefore been looking for other power supplies and in the German patent DE 103 48162 B3 proposed an improved power supply. This power supply from DaimlerChrysler AG will present an energy supply for drive-by-wire systems in motor vehicles. In this patent, the energy supplied by one or more energy sources is first split into two circuits via a charge separation module. The consumers are partly connected via circuit breakers to both circuits. This makes it possible for a defective consumer to have negative effects on both vehicle systems. For example, if a consumer that was previously supplied by the first circuit, are supplied by the second circuit, it is necessary that both circuit breakers are closed simultaneously, so that a continuous operation is possible. If the load is defective, it can happen that the voltage level drops in both on-board networks due to a high current flow. Likewise, it can not be completely ruled out that a short circuit in a consumer, which is connected to both circuits, leads to a burnout of both circuit breakers. Also in this case, the power supply of the vehicle can fail completely. Since the power scaler are not integrated in the prior art patent in the charging separation module or in the consumer, an additional financial effort is required to control the switch. For this purpose, each switch must have its own control when using a data bus
Kommunikationscontroller und einem eigenen Mikroprozessor ausgerüstet werden. Bei einer analogen Ansteuerung der Schalter ist der Verkabelungsaufwand erheblich höher. Insgesamt ist der Aufwand an Schaltern und Dioden sehr hoch. Erfindungsgemäße Aufgabe ist es daher, eine Stromversorgung und ein Ladetrennmodul anzugeben, mit der und mit dem die Kurschlusssicherheit eines Bordnetzes weiter verbessert wird. Ebenso macht sich die Erfindung zur Aufgabe die Anzahl an anzusteuernden Schaltelementen und Dioden zurCommunication controller and its own microprocessor equipped. With an analog control of the switches, the cabling effort is considerably higher. Overall, the cost of switches and diodes is very high. It is therefore an object of the invention to specify a power supply and a charging separation module, with which and with which the short-circuit safety of a vehicle electrical system is further improved. Likewise, the invention makes the task of the number of switching elements and diodes to be controlled
Kurzschlussabsicherung im Bordnetz gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik zu verringern.Short-circuit protection in the electrical system compared to the prior art to reduce.
Die Lösung gelingt mit einer Stromversorgungsschaltung und zwei Ladetrennmodulen entsprechend der jeweils unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Stromversorgung und der Ladetrennmodule sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen und in der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren enthalten.The solution succeeds with a power supply circuit and two charge separation modules according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the power supply and the charge separation modules are each included in the dependent claims and in the following description of the embodiments and the figures.
Die Lösung gelingt hauptsächlich mit einer Stromversorgungsschaltung, die aus zwei Bordnetzen und mindestens einem Energieerzeuger, beispielsweise einem Generator, besteht. Jedes Bordnetz beinhaltet einen Energiespeicher, vorzugsweise eine Batterie, ein Ladetrennmodul (LTM) und diverse elektrische Verbraucher. Außerdem sind Schalteinrichtungen (ASE) zur Aktivierung, Deaktivierung bzw. Steuerung der Verbraucher vorgesehen, die eine Kommunikationsschnittstelle enthalten. Die Verbesserung der Kurzschlusssicherheit gelingt dadurch, dass die Verbraucher innerhalb der Stromversorgungsschaltung jeweils nur an einem Stromzweig angeschlossen werden. Außerdem werden die Verbraucher zu Verbrauchergruppen zusammengefasst , die entsprechend ihrer Sicherheitsanforderungen gruppiert sind. Die geringere Anzahl von Schaltern gegenüber ähnlichen vorbekannten Stromversorgungsschaltungen wird ebenfalls dadurch erreicht, dass jeder Verbraucher jeweils nur an einen Stromzweig angeschlossen wird. Die Ladetrennmodule ermöglichen das Abschalten ganzer Verbrauchergruppen.The solution succeeds mainly with a power supply circuit consisting of two electrical systems and at least one power generator, such as a generator. Each electrical system includes an energy storage device, preferably a battery, a charge separation module (LTM) and various electrical consumers. In addition, switching devices (ASE) are provided for activating, deactivating or controlling the consumers, which contain a communication interface. The improvement of the short-circuit safety succeeds in that the consumers are connected within the power supply circuit only at one branch. In addition, consumers are grouped into consumer groups that are grouped according to their security requirements. The smaller number of switches over similar prior art power supply circuits is also achieved in that each consumer only one Power branch is connected. The charge separation modules enable the switching off of entire consumer groups.
Die elektrischen Verbraucher werden vorteilhafter Weise in mehrere Gruppen eingeteilt. Als Fahrbetriebsverbraucher werden dabei die Verbraucher bezeichnet, die für den normalen Betrieb des Fahrzeugs notwendig sind, z.B. Kühlerlüfter und Scheibenwischer, die aber zumindest kurzfristig keinen Einfluss auf sicherheitsrelevante Funktionen, wie z.B. Bremsen haben. Komfortverbraucher sind Verbraucher, die eingesetzt werden, um für den Fahrer und die weiteren Insassen angenehme Umgebungsbedingungen herzustellen. Hierunter zählen unter anderem das Radio und die Sitzheizung. Die Motorelektronik und der Generator zählen zur Gruppe der Energieerzeuger. Sie sind notwendig zur Erzeugung von Energie im Fahrzeug. Eine Deaktivierung würde zu einer Verschlechterung der Energiebilanz führen. Sofern diese Komponenten nicht selbst defekt sind, muss deshalb der Betrieb aufrechterhalten werden. Auf diese Weise kann der Batteriezustand gesichert werden. Die sicherheitsrelevanten Verbraucher erfüllen Aufgaben, die die sicherheitsrelevanten Funktionen Lenken und Bremsen beeinflussen. Beispiel hierfür ist ein elektromechanischer Brake-by-wire-Aktuator.The electrical consumers are advantageously divided into several groups. In this case, the driving consumers are the consumers who are necessary for the normal operation of the vehicle, e.g. Radiator fan and windscreen wiper, but at least in the short term no impact on safety-related functions, such as. Have brakes. Comfort consumers are consumers who are used to create comfortable environment for the driver and the other occupants. These include, among others, the radio and the seat heating. The engine electronics and the generator belong to the group of energy producers. They are necessary for generating energy in the vehicle. Deactivation would lead to a deterioration of the energy balance. If these components are not defective themselves, therefore, the operation must be maintained. In this way, the battery condition can be secured. The safety-relevant consumers perform tasks that influence the safety-relevant functions of steering and braking. An example of this is an electromechanical brake-by-wire actuator.
In einer weitere vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die sicherheitsrelevanten Verbraucher vorzugsweise in mehrere Untergruppen eingeteilt. Auf diese Weise kann die Auswirkung eines Fehlers auf das Bordnetz lokal eingegrenzt. Außerdem kann ein fehlerhafter Verbraucher, wie z.B. ein blockierender Steer-by-wire-Aktuator so stromfrei geschaltet werden, wobei gleichzeitig nur eine geringe Anzahl von anderen Komponenten von der Deaktivierung betroffen sind. Die erfindungsgemäßen Ladetrennmodule (LTM) dienen der elektrischen Entkopplung der beiden Bordnetze, der gezielten Energieverteilung und zur gezielten Deaktikvierung von Verbrauchergruppen (siehe auch Zeichnung 2) . Zur Entkopplung der Bordnetze wird eine Diode (Dl, D2) und ein Schalter (SHl, SH2) verwendet. Mit den Dioden wird ein Energieaustausch zwischen Bordnetz 1 und Bordnetz 2 jederzeit verhindert. Über die Schalter (SHl, SH2) kann ein Bordnetz gezielt von der Energiequelle entkoppelt werden. Auf diese Weise kann im Normalbetrieb und im Fehlerfall eine Ladesteuerung vorgenommen werden. Im Fehlerfall, z.B. bei einer defekten Batterie mit stark verringertem Innenwiderstand kann durch ein Öffnen des Schalters eine Rückwirkung auf den Generator und somit ein Ausfall der Energiequelle durch Spannungseinbruch verhindert werden. Gegen einen Kurzschluss wird in Reihe zu den Schaltern SHl und SH2 eine Sicherung (Fl, F2) eingebaut. Vorzugsweise sind Schalter und Sicherung kombiniert in einem intelligenten Halbleiterschaltmodul (Smart Highside-Schalter) . Die Bordnetze verzweigen sich über die Ladetrennmodule in mehrere Stromkreise. Für jede Verbrauchergruppe gibt es einen eigenen Stromkreis. Dementsprechend existiert ein Stromkreis für Fahbetriebsverbraucher, einer für Komfortverbraucher, einer für die Versorgung der Energieerzeuger, und mehrere Stromkreise für sicherheitsrelevante Verbraucher. Jeder Stromkreis kann über einen Schalter im Ladetrennmodul von der Stromversorgung getrennt werden. Gegen Kurzschluss ist eine Absicherung über eine Sicherung vorgesehen. Auch hier wird vorzugsweise ein Smart-Highside-Schalter verwendet, der Sicherungs- und Schaltfunktion in einem Element vereint. Neben den abschaltbaren Verbrauchergruppen werden von den Ladetrennmodulen auch einige besonders sicherheitsrelevante Steuergeräte versorgt . Der Ausgang für diese Steuergeräte ist nicht deaktvierbar . Ein Schutz gegen Kurzschluss z.B. eine Sicherung ist eingebaut.In a further advantageous embodiment of the invention, the safety-relevant consumers are preferably divided into several subgroups. In this way, the effect of a fault on the electrical system can be limited locally. In addition, a faulty load, such as a blocking steer-by-wire actuator can be switched so without power, while at the same time only a small number of other components are affected by the deactivation. The charge separation modules (LTM) according to the invention are used for the electrical decoupling of the two vehicle electrical systems, the targeted energy distribution and for the targeted deactivation of consumer groups (see also drawing 2). For decoupling the vehicle electrical system, a diode (D1, D2) and a switch (SH1, SH2) are used. With the diodes, an energy exchange between the on-board power supply 1 and vehicle electrical system 2 is prevented at all times. About the switch (SHL, SH2), a vehicle electrical system can be selectively decoupled from the power source. In this way, a charge control can be made in normal operation and in the event of a fault. In the event of a fault, for example, a defective battery with greatly reduced internal resistance can be prevented by opening the switch, a reaction to the generator and thus a failure of the power source by voltage dip. Against a short circuit, a fuse (Fl, F2) is installed in series with the switches SH1 and SH2. Preferably, the switch and fuse are combined in a smart semiconductor switching module (Smart Highside Switch). The vehicle electrical systems branch off into several circuits via the charging separation modules. Each consumer group has its own circuit. Accordingly, there is a circuit for Fahbetriebsverbraucher, one for comfort consumers, one for the supply of energy producers, and multiple circuits for security consumers. Each circuit can be disconnected from the power supply via a switch in the charge isolation module. Against short circuit protection via a fuse is provided. Again, a smart highside switch is preferably used, the fuse and switching function unites in one element. In addition to the consumer groups that can be switched off, the charge separation modules also supply some particularly safety-relevant control units. The output for these controllers is not deactivatable. A protection against short circuit eg a fuse is installed.
Die Ladetrennmodule verfügen außerdem über eine Kommunikationsschnittstelle. Diese Schnittstelle ermöglicht es, Befehle zur Energieverteilung von einem übergeordneten Steuergerät zu empfangen. Das übergeordnete Steuergerät ist vorzugsweise redundant ausgeführt. Die Umsetzung der Befehle erfolgt dann mithilfe eines Mikroprozessors. Zur Versorgung von Mikroprozessor und Kommunikationsschnittstelle wird eine Spannungsversorgung eingesetzt. Die Spannungsversorgung wird von der Batterie des dazugehörigen Bordnetzes versorgt. Als Kommunikationsmittel zwischen Ladetrennmodul und dem übergeordneten Steuergerät wird vorzugsweise ein redundant ausgeführter Kommunikationsbus mit einem geeigneten Protokoll für sicherheitsrelevante Anwendungen, beispielsweise FlexRay genutzt. Im Fehlerfall ist es möglich das gesamte Ladetrennmodul vom übergeordneten Steuergerät aus zu deaktivieren. Dies geschieht vorzugsweise über eine diskrete Kommunikationsleitung. Alternativ ist diese Funktion jedoch auch mithilfe eines Kommunikationsbusses möglich. Bei einer Deaktivierung des Ladetrennmoduls gehen alle Schalter in ihren Default-Zustand. Abhängig von der Gesamtfunktionalitat und den Einzelfunktionalitäten der Bordnetzkomponenten kann als Default-Zustand entweder offen oder geschlossen gewählt werden .The charge separation modules also have a communication interface. This interface makes it possible to receive commands for power distribution from a higher-level control unit. The higher-level control unit is preferably designed to be redundant. The instructions are then implemented using a microprocessor. To supply the microprocessor and communication interface, a power supply is used. The power supply is supplied by the battery of the associated vehicle electrical system. As a means of communication between the charging separation module and the higher-level control device, a redundantly executed communication bus with a suitable protocol for security-relevant applications, for example FlexRay, is preferably used. In the event of a fault, it is possible to deactivate the entire charge separation module from the higher-level control unit. This is preferably done via a discrete communication line. Alternatively, this function is also possible with the help of a communication bus. When the charge separation module is deactivated, all switches go into their default state. Depending on the overall functionality and the individual functionalities of the vehicle electrical system components, the default state can be either open or closed.
Vorzugsweise ist die Zuteilung der Komponenten zu den Bordnetzen asymmetrisch ausgelegt. Das erste Bordnetz umfasst dabei die Fahrbetriebsverbraucher, die KomfortVerbraucher, die Motorelektronik und die Generatoransteuerung sowie eine Versorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher. Dementsprechend umfasst das zugehörige Ladetrennmodul die Schalter SF für die Fahrbetriebsverbraucher, SK für die Komfortverbraucher, SM für die Motorelektronik und die Generatoransteuerung, sowie SRI .1 bis SRn.1 für die Gruppen 1 bis n der sicherheitsrelevanten Verbraucher. Das zweite Bordnetz und das hierzu gehörige zweite Ladetrennmodul umfasst und enthält die redundant ausgeführten sicherheitsrelevanten Verbraucher und die Schalter SRI .2 bis SRn.2 zu deren redundanten Versorgung .Preferably, the allocation of the components to the on-board networks is designed asymmetrically. The first electrical system includes the driving consumers, the comfort consumer, the engine electronics and the generator control and a supply for safety-relevant consumers. Accordingly, the associated charge separation module comprises the switches SF for the Driving consumers, SK for comfort consumers, SM for engine electronics and generator control, and SRI .1 to SRn.1 for groups 1 to n of the safety-relevant consumers. The second vehicle electrical system and the associated second charging separation module comprises and contains the redundantly running safety-relevant consumers and the switches SRI .2 to SRn.2 for their redundant supply.
Zur Ansteuerung der einzelnen Verbraucher wird jeweils eine Ansteuerungs- und Sicherungseinheit (ASE) verwendet. Die ASE besteht aus mindestens einer Kommunikationsschnittstelle, einer Spannungsversorgung, mindestens einem Mikroprozessor, einem oder mehreren Schalter (vorzugsweise elektronische Halbleiterschalter) und/oder gegebenenfalls einer Leistungselektronik, sowie eventuell weiteren Elementen, die zur Ansteuerung der entsprechenden Verbraucher notwendig sind. Die ASE sind vorzugsweise in das Gehäuse der entsprechenden Verbraucher integriert. In diesem Fall benötigen sie keine eigenen Kommunikationsschnittstelle, Spannungsversorgung und keinen eigenen Mikroprozessor, da sie die entsprechenden Komponenten des Verbrauchers nutzen können. Alternativ zu einer Integration in das Gehäuse des entsprechenden Verbrauchers gibt es die Möglichkeit, mehrere ASEs in einem Nebenschaltmodul (NSM) zusammenzufassen. Die ASEs nutzen dann gemeinsam eine Spannungsversorgung, eine Kommunikationschnittstelle und einen Mikroprozessor. In einem NSM werden also mehrere Schalter über einen Mikroprozessor gesteuert .To control the individual consumers, a control and protection unit (ASE) is used in each case. The ASE consists of at least one communication interface, a power supply, at least one microprocessor, one or more switches (preferably electronic semiconductor switches) and / or optionally a power electronics, and possibly other elements that are necessary to control the corresponding consumer. The ASE are preferably integrated in the housing of the corresponding consumer. In this case, they do not need their own communication interface, power supply and their own microprocessor, since they can use the corresponding components of the consumer. As an alternative to integration in the housing of the corresponding consumer, it is possible to combine several ASEs in a secondary switching module (NSM). The ASEs then share a power supply, a communication interface and a microprocessor. In a NSM, therefore, several switches are controlled by a microprocessor.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert .Further details of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen: Fig. 1 Eine hierarchische Darstellung einer erfindungsgemäßen Energieversorgung;Showing: 1 shows a hierarchical representation of a power supply according to the invention;
Fig. 2 Ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ladetrennmoduls ;Fig. 2 is a block diagram of a charge separation module according to the invention;
Fig. 3 Zwei verschiedene Möglichkeiten der Integration von Ansteuerungs- und Sicherungseinheiten in die Bordnetzarchitektur;Fig. 3 Two different ways of integrating control and protection units in the on-board network architecture;
Fig. 4 Ein Blockschaltbild einer Ansteuerungs- und Sicherungseinheit ;Fig. 4 is a block diagram of a driving and securing unit;
Fig. 5 Ein Nebenschaltmodul ;5 shows a secondary switching module;
Fig. 6 Eine erfindungsgemäße Bordnetzarchitektur mit DC/DC Wandler zur Steuerung des Ladestroms einer Bordnetzbatterie;6 shows an on-board network architecture according to the invention with a DC / DC converter for controlling the charging current of a vehicle electrical system battery;
Fig. 7 Eine erfindungsgemäße Bordnetzarchitektur mit DC/DC Wandler zur Steuerung des Ladestromes für zwei Bordnetzbatterie, wobei die eine Bordnetzbatterie in einem Fahrzeuganhänger sein kann;7 shows a vehicle electrical system according to the invention with a DC / DC converter for controlling the charging current for two on-board power supply battery, wherein the on-board power supply battery may be in a vehicle trailer;
Fig. 8 Eine erfindungsgemäße Bordnetzarchitektur, bei der die Versorgung einer zweiten Batterie in einem Fahrzeuganhänger ohne DC/DC Wandler erfolgt;8 shows an on-board network architecture according to the invention, in which the supply of a second battery in a vehicle trailer takes place without a DC / DC converter;
Fig. 9 Zwei verschiedene Ausführungsformen vonFig. 9 Two different embodiments of
Strombegrenzungsmodulen zur sicheren Ankopplung eines Fahrzeuganhängers mit einer Batterie, deren Zustand nicht bekannt ist.Current limiting modules for the safe coupling of a vehicle trailer with a battery whose state is unknown.
Die Zeichnungen zeigen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.The drawings show preferred embodiments of the invention.
Fig. 1 gibt einen Überblick über dieFig. 1 gives an overview of the
Stromversorgungsschaltung. Im Folgenden wird auch der Begriff Bordnetzarchitektur als Synonym für eine Stromversorgung oder eine Energieversorgung benutzt. Die Begriffe Stromversorgungsschaltung, Bordnetzarchitektur und Energieversorgung sind als Synonyme zu verstehen und beleuchten hierbei jeweils verschiedene Aspekte der Erfindung stärker oder schwächer. Die Stromversorgungsschaltung ist hierarchisch gegliedert in Energieerzeugung, Energieverteilung, Energiespeicherung und Verbraucherebene. Die Energieerzeugung übernimmt beispielsweise ein Bordnetzgenerator G, der von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Energieverteilung auf zwei Teilbordnetze erfolgt durch zwei zur Energieversorgung parallel geschalteten Ladetrennmodule LTMl, LTM2. Die beiden Ladetrennmodule fächern die durch sie geschalteten Teilbordnetze in weitere Stromzweige auf. In den einzelnen Stromzweigen der Teilbordnetze befinden sich die Energiespeicher verschiedene Gruppen von Verbrauchern. Die Energiespeicher der Teilbordnetze bilden damit die hierarchische Ebene der Energiespeicherung und die verschiednen Gruppen der Verbraucher bilden die hierarchische Ebene der Verbraucher. Die hierarchische Gliederung wird über einen Kommunikationsbus und zwei aus Sicherheitsgründen redundant ausgeführten, übergeordneten Steuergeräten eingerichtet . Über den Kommunikationsbus werden die schaltbaren und steuerbaren Einheiten der Stromversorgungsschaltung von den übergeordneten Steuergeräten entsprechend ihrer Bedeutung für das Gesamtsystem und entsprechend ihrer Hierarchiestufe mit unterschiedlicher Vorrangstellung geschaltet und gesteuert.Power supply circuit. In the following, the term on-board network architecture is also used as a synonym for a power supply or a power supply. The terms power supply circuit, electrical system architecture and Energy supply are to be understood as synonyms and illuminate here in each case different aspects of the invention stronger or weaker. The power supply circuit is hierarchically divided into power generation, power distribution, energy storage and consumer level. The power generation takes over, for example, an electrical system generator G, which is driven by an internal combustion engine. The energy distribution to two sub-networks is carried out by two parallel to the power supply connected charge separation modules LTMl, LTM2. The two charge separation modules fan out the subnetworks connected by them into further power branches. In the individual power branches of the sub-network, the energy storage are different groups of consumers. The energy stores of the sub-network thus form the hierarchical level of energy storage and the various groups of consumers form the hierarchical level of consumers. The hierarchical structure is set up via a communication bus and two redundant, higher-level control units for security reasons. Via the communication bus, the switchable and controllable units of the power supply circuit are switched and controlled by the higher-level control devices according to their significance for the overall system and according to their hierarchy level with different priority.
Weitere Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsschaltung zeigt ebenfalls Fig. 1. Zu sehen sind der Generator G, die redundanten übergeordneten Steuergeräte Ü-ECU1 und Ü-ECU2. Vom Generator geht jeweils eine Energieversorgungsleitung zu den Ladetrennmodulen LTMl und LTM2. An LTMl sind über Energieversorgungsleitungen, die Batterie, die Fahrbetriebsverbraucher, die Komfortverbraucher, die Versorgung von Motor und Generator und die Gruppen 1 bis 4 der sicherheitsrelevanten Verbraucher angeschlossen. An die Batterie ist ein Sensor angeschlossen, der charakteristische Messgrößen wie z.B. die Batteriespannung misst und über den Kommunikationsbus, dargestellt mit unterbrochenen Linie, zu den übergeordneten Steuergeräten Ü-ECU1, Ü-ECU2 sendet. Die übergeordneten Steuergeräte Ü-ECUs können aus diesen Werten den Batteriezustand ermitteln. Über einen Kommunikationsbus sind die übergeordneten Steuergeräte Ü-ECUs mit den Ladetrennmodulen LTMs, dem Generator, dem Batteriesensor und den sicherheitsrelevanten Verbrauchern verbunden. Beim mit unterbrochener Linie dargestellten Kommunikationsbus handelt es sich um einen Bus der geeignet ist, um sicherheitsrelevante Aufgaben zu erfüllen. Also vorzugsweise um einen deterministischen Datenbus, mit ereignisabhängigen und deterministisch steuerbaren Buszugriff. Die nicht-sicherheitsrelevanten Verbraucher wie z.B. die Fahrbetriebsverbraucher können z.B. über nicht dargestellte Ansteuerungs- und Sicherungs-Einheiten und nicht gezeigte Kommunikationseinrichtungen gesteuert werden. Auf die Ansteuerungs- und Sicherungseinheiten wird weiter unten noch eingegangen.Further details of an exemplary embodiment of a power supply circuit according to the invention are likewise shown in FIG. 1. The generator G, the redundant superordinate control units U-ECU1 and U-ECU2 can be seen. From the generator in each case a power supply line goes to the charge isolation modules LTMl and LTM2. At LTMl are over Power supply lines, the battery, the Fahrverbsverbraucher, the comfort consumers, the supply of motor and generator and groups 1 to 4 of safety-related consumers connected. Connected to the battery is a sensor which measures characteristic quantities such as the battery voltage and sends them via the communication bus, shown with a broken line, to the higher-level control units Ü-ECU1, Ü-ECU2. The higher-level control units U-ECUs can determine the battery status from these values. Via a communication bus, the higher-level control units Ü-ECUs are connected to the charge separation modules LTMs, the generator, the battery sensor and the safety-relevant consumers. The communication bus shown with a broken line is a bus that is suitable for performing safety-related tasks. So preferably a deterministic data bus, with event-dependent and deterministically controllable bus access. The non-safety-relevant consumers such as the driving consumers can be controlled, for example via control and backup units, not shown, and communication devices, not shown. The drive and fuse units will be discussed below.
Fig. 2 zeigt den beispielhaften Aufbau eines Ladetrennmoduls. Im linken Teil der Zeichnung sind derFig. 2 shows the exemplary structure of a charge separation module. In the left part of the drawing are the
Kommunikationscontroller und der MikroController μC zu sehen. An den Kommunikationscontroller wird der externe Kommunikationsbus angeschlossen. Die weiteren, internen Bauteile des Ladetrennmoduls werden danach über einen internen Bus angesteuert. Eine interne Spannungsversorgung, die ihre Energie über den Schalter SV von der zugehörigen Batterie erhält versorgt die beiden Controller, Kommunikationskontroller und MikroController μC mit der VersorgungsSpannung Uvers . Über ein diskretes Steuersignal, das an den Schalter SV angelegt wird, kann das Ladetrennmodul LTMl deaktiviert oder aktiviert werden.Communication controller and the microcontroller μC to see. The external communication bus is connected to the communication controller. The other, internal components of the charge separation module are then controlled via an internal bus. An internal power supply, which receives its energy via the switch SV from the associated battery, supplies the two controllers, Communication controller and microcontroller μC with the supply voltage Uvers. Via a discrete control signal, which is applied to the switch SV, the charge separation module LTMl can be deactivated or activated.
Die Eingangsspannung wird vom Generator geliefert. Über die Diode Dl und den Schalter SHl kann die Generatorspannung an die entsprechende Batterie angelegt werden. Die Batterie ist über Energieleitungen immer fest mit den entsprechenden Ausgängen des Ladetrennmoduls verbunden. Im oberen Teil der Schaltung sind die schaltbaren Ausgänge mit den Schaltern SMl, SFl, SKl, SRI .1 bis SRn.1 zu sehen. In dem gezeigten Beispiel werden als Schalter intelligente Halbleiterschalter mit integrierter Sicherungsfunktion verwendet. Im unteren Teil sind nicht schaltbare Ausgänge zu sehen. Diese Ausgänge werden mit den Sicherungen Fl bis Fn gegen Kurzschluss abgesichert. Sie dienen der Versorgung von hochrelevanten Steuergeräten oder Kommunikationseinrichtungen. Der Kommunikationscontroller übersetzt die Steuerbefehle der übergeordneten Steuergeräte auf den internen Bus des Ladetrennmoduls . Mit dem Mikrocontroller des Ladetrennmoduls wird dann das Energiemanagement für das an das Ladetrennmodul angeschlossene Teilbordnetz innerhalb der Vorgaben durch die übergeordneten Steuergeräte durchgeführt . Die schaltbaren und steuerbaren Ausgänge des Ladetrennmoduls werden deshalb von dem Mikrocontroller über den internen Bus des Ladetrennmoduls angesprochen .The input voltage is supplied by the generator. Via the diode Dl and the switch SHl, the generator voltage can be applied to the corresponding battery. The battery is always firmly connected to the corresponding outputs of the charge separation module via power lines. In the upper part of the circuit, the switchable outputs with the switches SMl, SFl, SKl, SRI .1 to SRn.1 can be seen. In the example shown, the switches used are intelligent semiconductor switches with integrated fuse function. The lower part shows non-switchable outputs. These outputs are protected against short circuits with the fuses Fl to Fn. They serve the supply of highly relevant control devices or communication devices. The communication controller translates the control commands of the higher-level control devices to the internal bus of the charge separation module. With the microcontroller of the charging separation module, the energy management for the connected to the charging module disconnect subnetwork is then performed within the specifications by the parent ECUs. The switchable and controllable outputs of the charge separation module are therefore addressed by the microcontroller via the internal bus of the charge separation module.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Bordnetzarchitektur mit möglichen Einbaubeispielen für die Ansteuerungs- und Sicherungseinheiten ASE, mit denen die Verbraucher gesteuert werden können. Im linken Teil der Schaltung ist eine Ansteuerungs- und Sicherungseinheit ASE integriert im Gehäuse eines Verbrauchers Vl. Eine Anbindung der Kombination von ASE und Verbraucher an den Kommunikationsbus ist hier zwingend notwendig. Im rechten Teil der Schaltung sind mehrere Ansteuerungs- und Sicherungseinheiten in einem Nebenschaltmodul NSM zusammengefasst . Eine Anbindung der einzelnen Verbraucher V2 , V3 , V4 an ein Kommunikationsnetz ist hier nicht unbedingt erforderlich. Es genügt hier die Anbindung des Nebenschaltmoduls an den Kommunikationsbus.3 shows a vehicle electrical system architecture according to the invention with possible installation examples for the drive and safety units ASE with which the consumers can be controlled. In the left part of the circuit, a drive and fuse unit ASE integrated in the housing of a consumer Vl. A connection of the combination of ASE and consumers to the communication bus is mandatory here. In the right part of the circuit, several drive and fuse units are combined in a secondary switching module NSM. A connection of the individual consumers V2, V3, V4 to a communication network is not absolutely necessary here. It is sufficient here the connection of the sub switching module to the communication bus.
Fig. 4 zeigt den Aufbau einer Ansteuerungs- und Sicherungseinheit ASE. Über eine Kommunikationsschnittstelle gelangen die Befehle vom externen Kommunikationsbus zum Kommunikationscontroller und nachfolgend zum MikroController μC, der diese Befehle umwandelt und als Schaltsignale an die entsprechenden Schalter weitergibt . In dem Beispiel wird für die Kommunikation zwischen Kommunikationscontroller und Mikrokontroller ein interner Kommunikationsbus z.B. SPI Bus (SPI=Serial Peripheral Interface) verwendet. Der Schalter SIa wird vom Mikrokontroller ebenfalls über diesen Bus angesprochen. Alternativ dazu wäre auch eine Kommunikation zwischen MikroController und Schalter über diskrete Steuersignale möglich. Hierzu wären in der Zeichnung nicht gezeigte analoge Informationsleitungen notwendig. Die Absicherung gegen einen Kurzschluss wird mit einer Sicherung Fla realisiert. Die Sicherungsfunktionalität kann alternativ zu dieser Darstellung auch im Schalter integriert sein.Fig. 4 shows the structure of a drive and fuse unit ASE. Via a communication interface, the commands arrive from the external communication bus to the communication controller and subsequently to the microcontroller μC, which converts these commands and forwards them as switching signals to the corresponding switches. In the example, for the communication between communication controller and microcontroller, an internal communication bus e.g. SPI bus (SPI = Serial Peripheral Interface) used. The switch SIa is also addressed by the microcontroller via this bus. Alternatively, a communication between microcontroller and switch via discrete control signals would be possible. For this purpose, analogue information lines not shown in the drawing would be necessary. The protection against a short circuit is realized with a fuse Fla. As an alternative to this representation, the backup functionality can also be integrated in the switch.
Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines Nebenschaltmoduls NSM. In der Zeichnung sind 3 Schalter SIb bis Snb zu sehen. Die Befehle gelangen von den übergeordneten Steuergeräten Ü-ECUs über den externen Kommunikationsbus und den externen KommunikationsController zum Mikrokontroller μC. Dort werden die Befehle in interne Befehle für die einzelnen Schalter SIb bis Snb und für hier nicht gezeigte Leistungsschaltelemente zur Steuerung und Regelung von elektrischen Verbrauchern verwendet und umgesetzt. Die Sicherungen FIb bis Fnb sichern die abgehenden Stromleitungen gegen Kurzschluss ab. Das Nebenschaltmodul NSM wird von der Batterie des entsprechenden Bordnetzes mit versorgt.Fig. 5 shows an exemplary embodiment of a sub switching module NSM. In the drawing, 3 switches SIb to Snb can be seen. The commands arrive from the higher-level control units Ü-ECUs via the external communication bus and the external communication controller to the microcontroller μC. There, the commands become internal commands for the individual Switches SIb to Snb and used and implemented for power switching elements, not shown here for controlling and regulating electrical loads. The fuses FIb to Fnb protect the outgoing power lines against short circuits. The auxiliary switching module NSM is supplied by the battery of the corresponding electrical system.
Fig. 6 zeigt wie ein DC/DC-Wandler vorteilhaft eingesetzt werden kann um die Ladespannung einer Batterie 2 in einem Teilbordnetz zu steuern. In bisherigen, bekannten zweiteiligen Bordnetzen mit je einer Batterie in einem Teilbordnetz war es immer nur möglich die Spannung für eine der beiden Batterien zu optimieren. Mit der gezeigten Schaltung nach Fig. 6 ist es möglich, bei Bedarf die Spannung einer Batterie 2 in einem Teilbordnetz unabhängig von der für die Batterie notwendigen Ladespannung zu regeln. Das erste Teilbordnetz wird von dem Ladetrennmodul LTMl geschaltet. Die Verbraucher dieses ersten Teilbordnetzes sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Es sind aber im wesentlichen dieselben, die schon im Zusammenhang mit der Figur 1 diskutiert worden sind. Dadurch, dass in dem Teilbordnetz, das von dem Ladetrennmodul LTM2 geschaltet wird, der Energieverbrauch geringer ist als im Teilbordnetz, das durch das Ladetrennmodul LTMl geschaltet wird, und da eine Zuschaltung eines DC/DC-Wandlers nur temporär erfolgt, hat auch ein relativ kostengünstiger Wandler mit geringem Wirkungsgrad nur wenig negative Auswirkungen auf die Energiebilanz. Die Aufladung der Batterie in einem Teilbordnetz erfolgt daher über einen mit diesem Teilbordnetz verbundenen und durch das entsprechende Ladetrennmodul zuschaltbaren DC/DC Wandler. Die Spannungsregelung des DC/DC Wandlers wird hierbei von den übergeordneten Steuergeräten Ü- ECUl oder ECU2 übernommen, die über einen Kommunikationsbus sowohl die Leistungssteuerung des Generators als auch die Leistungssteuerung des DC/DC Wandlers übernehmen.Fig. 6 shows how a DC / DC converter can be advantageously used to control the charging voltage of a battery 2 in a sub-board network. In previous, known two-piece on-board networks, each with a battery in a sub-board network, it was always possible to optimize the voltage for one of the two batteries. With the circuit shown in FIG. 6, it is possible, if necessary, to regulate the voltage of a battery 2 in a sub-electrical system independently of the charging voltage necessary for the battery. The first sub-board network is switched by the charge separation module LTMl. The consumers of this first sub-electrical system are not shown in the drawing. However, they are essentially the same ones that have already been discussed in connection with FIG. The fact that in the sub-board network, which is switched by the charging separation module LTM2, the power consumption is lower than in the sub-board network, which is switched by the charge separation module LTMl, and since a connection of a DC / DC converter takes place only temporarily, also has a relatively cheaper Low efficiency converters have little negative impact on the energy balance. The charging of the battery in a sub-board network therefore takes place via a DC / DC converter connected to this sub-board network and connectable by the corresponding charging separation module. In this case, the voltage regulation of the DC / DC converter is taken over by the higher-level control units U-ECU1 or ECU2, which are connected via a communication bus take over both the power control of the generator and the power control of the DC / DC converter.
In Fig. 7 wird gezeigt, wie der DC/DC-Wandler bei Einsatz eines Anhängers mit eigenem Energiespeicher im Bedarfsfall abwechselnd zur Ladesteuerung der Batterie 2 in dem einen Teilbordnetz, das durch das Ladetrennmodul LTM2 beschaltet wird, und der Anhängerbatterie verwendet werden kann. Der Vorteil eines Wandlers in der erfindungsgemäßen Bordnetzarchitektur ist hier noch größer, da durch die relativ lange Leitung zwischen Generator und Anhängerbatterie ein relativ hoher Spannungsabfall bis zur Anhängerbatterie entsteht. Ohne einen Ausgleich dieses Spannungsabfalls besteht die Gefahr, dass entweder die Batterien im Fahrzeug überladen werden oder die Batterie/Batterien im Anhänger nicht vollständig geladen werden können. Das Ladetrennmodul LTMl ist in dieser Zeichnung ohne das zugehörige Teilbordnetz dargestellt .In Fig. 7 shows how the DC / DC converter when using a trailer with its own energy storage, if necessary, alternately for charging control of the battery 2 in the one sub-board network, which is connected by the charge separation module LTM2, and the trailer battery can be used. The advantage of a converter in the vehicle electrical system architecture according to the invention is even greater here, since the relatively long line between the generator and trailer battery, a relatively high voltage drop to the trailer battery is created. Without equalizing this voltage drop, there is a risk that either the batteries in the vehicle will become overcharged or the battery / batteries in the trailer may not be fully charged. The charge separation module LTMl is shown in this drawing without the associated sub-network.
In Fig. 8 wird eine alternative Möglichkeit zur Versorgung eines Anhängers mit elektrischer Energie dargestellt. Im mittleren Teil der Zeichnung ist ein Beispiel für eine Ankopplung einer Batterie im Anhänger gegeben. Mit dem Schalter SBAl im Ladetrennmodul LTM2 kann die Anhängerbatterie vom Generator entkoppelt werden. Das Strombegrenzungsmodul UAB 1 wird benötigt um beim Ankoppeln bzw. beim Schließen des Schalters SBAl hohe Ströme zu verhindern. Eine genaue Beschreibung desFIG. 8 shows an alternative possibility for supplying a trailer with electrical energy. In the middle part of the drawing, an example of a coupling of a battery in the trailer is given. The trailer battery can be decoupled from the generator with the SBAl switch in the LTM2 charging isolator module. The current limiting module UAB 1 is required in order to prevent high currents during coupling or when closing the switch SBA1. A detailed description of the
Strombegrenzungsmoduls UAB wird anhand Fig. 9 gegeben. Diese hohen Ströme könnten dann Auftreten, wenn der Ladezustand der Batterie im Anhänger sehr schlecht ist und die Spannung entsprechend niedrig. Im rechten Teil der Zeichnung ist zu sehen, wie die Verbraucher im Anhänger mit Strom versorgt werden können, ohne dass eine Batterie im Anhänger notwendig ist . Sie werden über einen weiteren Schalter SVA im Ladetrennmodul LTM2 von der Batterie 2 des Fahrzeugbordnetzes versorgt . Ebenso können die Verbraucher im Fahrzeuganhänger über einen weiteren Schalter SHl im Ladetrennmodul LTM" direkt an die Energieversorgungsleitung des Generators zugeschaltet werden.Current limiting module UAB is given with reference to FIG. 9. These high currents could then occur when the state of charge of the battery in the trailer is very bad and the voltage is correspondingly low. The right part of the drawing shows how the consumers in the trailer are supplied with electricity can be without a battery in the trailer is necessary. They are powered by a further switch SVA in the charging separation module LTM2 of the battery 2 of the vehicle electrical system. Likewise, the consumers in the vehicle trailer can be connected directly to the power supply line of the generator via a further switch SH1 in the charge separation module LTM ".
Fig. 9 zeigt 2 Beispiele für den Aufbau von Strombegrenzungsmodulen UAB.Fig. 9 shows 2 examples of the structure of current limiting modules UAB.
Im linken Beispiel ist die Realisierung einer Strombegrenzung mit mehreren parallelen Stromzweigen. Die zur Strombegrenzung dienenden Stromzweige haben dabei jeweils einem Schalter SUl bis SU3 mit jeweils einem in Serie zum Schalter befindlichen Widerstand Rl bis R3. Zu Beginn des AnkoppelVorgangs wird nur der Pfad mit dem höchsten ohmschen Widerstand über den entsprechenden Schalter, hier z.B. SUl geöffnet. Der größte Widerstand ist so ausgelegt, dass selbst bei einer vollständig entladenen Batterie im Anhänger nur ein relativ kleiner definiert Strom fließen kann z.B. 5A. Mit zunehmender Spannung an der Anhängerbatterie wird jeweils ein kleinerer Widerstand gewählt. Denkbar ist auch eine Kombination von mehreren offenen Pfaden zur stufenweisen Reduzierung des Widerstandes. Ist der Spannungsunterschied zwischen Anhänger und Zugmaschine auf ein vertretbares Maß gesunken, so ist eine Strombegrenzung nicht mehr notwendig. In diesem Fall wird innerhalb des Strombegrenzungsmoduls UAB ein Stromzweig ohne begrenzenden Widerstand geschaltet. In der Zeichnung ist dies der Pfad mit dem Schalter SUn. Der Verluststrom wird so minimiert . Auf der rechten Seite der Zeichnung ist die gleiche Funktionalität mit einem regelbaren Lastwiderstand Rr dargestellt. Vorteil dieser Ausführung ist die geringere Anzahl der Komponenten. Die Strombegrenzungseinheit kommt bei dieser Ausführungsform im Prinzip mit einem Strompfad aus, in dem ein ansteuerbarer Schalter und in Serie dazu ein regelbarer Widerstand geschaltet sind, aus. Nachteilig sind die verhältnismäßig höheren Kosten, die für den regelbaren Widerstand aufgebracht werden müssen. Vorteilhafter Weise enthält die Strombegrenzungseinheit aber auch bei dieser Ausführungsform neben dem Pfad mit dem regelbaren Lastwiderstand noch einen schaltbaren Pfad ohne Widerstand im Strompfad In der Zeichnung ist dies der Pfad mit dem Schalter SUb. Dieser ist vorteilhaft, da der regelbare Lastwiderstand nicht beliebig in Richtung 0 Ohm heruntergeregelt werden kann, sondern weiterhin einen Restwiderstand beinhaltet, der zu einem Spannungsabfall führt.In the left example, the realization of a current limit with several parallel current branches. The current branches serving for current limiting each have a switch SU1 to SU3, each with a resistor Rl to R3 in series with the switch. At the beginning of the coupling process, only the path with the highest ohmic resistance is opened via the corresponding switch, here eg SU1. The largest resistance is designed so that even with a fully discharged battery in the trailer only a relatively small defined current can flow eg 5A. With increasing tension on the trailer battery, a smaller resistance is selected. Also conceivable is a combination of several open paths for the stepwise reduction of the resistance. If the voltage difference between trailer and tractor has fallen to a reasonable level, then a current limit is no longer necessary. In this case, a current branch without limiting resistance is switched within the current limiting module UAB. In the drawing this is the path with the switch SUn. The leakage current is thus minimized. On the right side of the drawing, the same functionality is shown with a variable load resistance Rr. Advantage of this design is the smaller number of components. In this embodiment, the current-limiting unit is in principle designed with a current path in which a controllable switch and in series therewith a controllable resistor are connected. A disadvantage is the relatively higher costs that must be applied for the variable resistor. Advantageously, however, the current limiting unit also contains in this embodiment, in addition to the path with the variable load resistance, a switchable path without resistance in the current path. In the drawing, this is the path with the switch SUb. This is advantageous because the controllable load resistance can not be arbitrarily downshifted in the direction of 0 ohms, but also includes a residual resistance, which leads to a voltage drop.
Mit der Erfindung lassen sich zusammenfassend folgende Funktionalitäten und Vorteile realisieren:In summary, the following functionalities and advantages can be realized with the invention:
Im Normalbetrieb können die Verbraucher in den Teilbordnetzen einzeln aktiviert/deaktiviert werden bzw. gesteuert werden. Dies geschieht über Befehle, die per Kommunikationsbus zu den Kommunikationsschnittstellen der Ansteuerungs- und Sicherungseinheiten ASE der einzelnen Verbraucher oder eines Nebensehaltmoduls übertragen werden. Im Fehlerfall, ist eine gruppenweise Deaktivierung mehrerer Verbraucher mithilfe der durch Ladetrennmodule LTM einzeln schaltbaren Stromzweige innerhalb eines Teilbordnetzes möglich. So kann beispielsweise ein fehlerhaft agierender sicherheitsrelevanter Aktuator stromlos geschaltet werden, indem das Ladetrennmodul LTM den entsprechenden Stromzweig und damit die entsprechende Verbrauchergruppe vom Bordnetz entkoppelt .In normal operation, the consumers in the sub-board networks can be individually activated / deactivated or controlled. This is done via commands that are transmitted by communication bus to the communication interfaces of the control and protection units ASE the individual consumers or a Nebensehaltmoduls. In the event of a fault, a group-wise deactivation of several consumers is possible with the aid of the charging separation modules LTM individually switchable current branches within a sub-board network. Thus, for example, a faulty acting safety-relevant actuator can be de-energized by the charge separation module LTM the corresponding branch current and thus decoupled the corresponding consumer group from the electrical system.
Beim Ausfall des Energieerzeugers, in den gezeigten Ausführungsbeispielen der Bordnetzgenerator G, haben die beiden Energiespeicher in den beiden Teilbordnetzen ausreichend Energie, um das Fahrzeug in einen sicheren Zustand zu bringen. Der Zeitraum von der Entdeckung eines Energiemangels bzw. des Ausfalls der Energiequelle bis zum Stillstand des Fahrzeugs mit angezogenen Bremsen (sicherer Zustand) wird als Notlauf bezeichnet. Bei einem Notlauf werden alle nicht sicherheitsrelevanten Verbraucher deaktiviert . Sollte der Energiemangel nicht durch einen Ausfall des Energieerzeugers verursacht worden sein, so wird die Energieversorgung des/der Energieerzeuger weiterhin aufrechterhalten. Sollte der Energiemangel nur vorübergehend und noch nicht sehr stark ausgeprägt sein, so ist eine stufenweise Deaktivierung der Verbraucher möglich. Dabei können zuerst einzelne Verbraucher deaktiviert werden, dann erfolgt eine Abkopplung der Komfortverbraucher und schließlich erfolgt eine Abtrennung der Fahrbetriebsverbraucher .In case of failure of the power generator, in the illustrated embodiments, the electrical system generator G, the two energy storage in the two sub-mains have enough energy to bring the vehicle in a safe state. The period from the discovery of a lack of energy or the failure of the power source to the standstill of the vehicle with the brakes applied (safe state) is referred to as emergency. In an emergency operation, all non-safety-relevant consumers are deactivated. Should the energy shortage not be caused by a failure of the energy producer, the energy supply of the energy producer (s) will continue to be maintained. If the shortage of energy is only temporary and not very pronounced, a gradual deactivation of consumers is possible. In this case, individual consumers can be disabled first, then there is a decoupling of comfort consumers and finally there is a separation of the Fahrbetriebsverbraucher.
Die damit verbundenen Vorteile sind hauptsächlich:The advantages are mainly:
• Eine konsequente Entkopplung der beiden Teilbordnetze über Dioden und Schalter in den Ladetrennmodulen.• Consistent decoupling of the two sub-systems via diodes and switches in the charge-separation modules.
• Bei Ausfall eines Teilbordnetzes können die redundant ausgeführten sicherheitsrelevanten Verbraucher über das zweite Teilbordnetz versorgt werden.• In the event of a failure of a sub-board network, the redundantly designed safety-relevant consumers can be supplied via the second onboard power supply.
• Die erfindungsgemäße Bordnetzarchitektur ermöglicht die gezielte Steuerung einzelner Verbraucher über die Ansteuerungs- und Sicherungseinheiten ASE. Hierfür ist nur bei sicherheitsrelevanten Verbrauchern auf die Sicherheit der Kommunikationsanbindung, also einen deterministischen Bus zu achten. Bei den anderen Verbrauchergruppen, wie z.B. den Fahrbetriebsverbraucher ist eine Kommunikationsanbindung über einen konventionellen arbitrierenden Bus wie z.B. CAN ausreichend, da diese Verbraucher im Notfall gruppenweise mithilfe des Ladetrennmoduls LTM abgeschaltet werden.The vehicle electrical system architecture according to the invention enables the targeted control of individual consumers via the control and protection units ASE. This is only with safety-relevant consumers on the security the communication connection, ie to respect a deterministic bus. In the other consumer groups, such as the Fahrbetriebsverbraucher communication via a conventional arbitrating bus such as CAN is sufficient, since these consumers in an emergency groups in groups using the charge separation module LTM are turned off.
• Die erfindungsgemäße Bordnetzarchitektur ermöglicht die gruppenweise Deaktivierung von nicht-sicherheitsrelevanten Verbrauchern in einer EnergiemangelSituation.The vehicle electrical system architecture according to the invention enables group-wise deactivation of non-safety-relevant consumers in a power shortage situation.
• Im Fehlerfall kann ein Teilbordnetz komplett über das zugehörige Ladetrennmodul abgeschaltet werden. Hierdurch kann verhindert werden, dass ein Defekt in einem Teilbordnetz die Energiequelle, z.B. den Bordnetzgenerator in Kombination mit einem antreibenden Verbrennungsmotor, negativ beeinflusst.• In the event of a fault, a partial onboard power supply can be switched off completely via the associated charging module. This makes it possible to prevent a defect in a sub-board network from preventing the power source, e.g. the electrical system generator in combination with a driving internal combustion engine, negatively affected.
• Die hierarchische Gliederung der erfindungsgemäßen Stromversorgungsschaltung in Energieerzeugung, Energieverteilung, Energiespeicherung und Verbraucherebene ermöglicht eine optimierte Bordnetzarchitektur. Die Ladetrennmodule können kompakt ausgeführt und in räumlicher Nähe zu den Batterien der Teilbordnetze und zur Energiequelle angeordnet werden. Die Anbindung durch einen sicherheitsspezifischen deterministischenThe hierarchical structure of the power supply circuit according to the invention in power generation, energy distribution, energy storage and consumer level enables an optimized on-board network architecture. The charge separation modules can be made compact and placed in close proximity to the batteries of the sub-network and to the power source. The connection through a security-specific deterministic
Kommunikationsbus ermöglicht eine hohe Zuverlässigkeit der Energieverteilung über die Ladetrennmodule LTM mit verhältnismäßig geringem Aufwand für die Kommunikationsarchitektur des betreffenden Bussystems. Communication bus enables a high reliability of the power distribution over the charging separation modules LTM with relatively little effort for the communication architecture of the relevant bus system.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche DaimlerChrysler AGPatent claims
1. Stromversorgungsschaltung, insbesondere für das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, bei der1. Power supply circuit, in particular for the electrical system of a motor vehicle, in the
- die von einer Energieerzeugung (G) bereitgestellte Energie auf mindestens zwei Ladetrennmodule (LTMl, LTM2 ( aufgeteilt wird,the energy provided by an energy production (G) is divided into at least two charge separation modules (LTM1, LTM2),
- die mindestens zwei Ladetrennmodule zwei galvanisch getrennte Teilbordnetze beschälten und die Teilbordnetze in mehrere einzeln schaltbare Stromkreise aufgliedern,- the at least two charge separation modules beschaltten two galvanically separated sub-network and divide the sub-electrical systems into several individually switchable circuits,
- den einzelnen Stromkreisen die Verbraucher entsprechend ihrer Bedeutung in Gruppen zugeordnet sind,- the individual circuits are assigned to the consumers according to their importance in groups,
-und mit mindestens einer übergeordneten und redundant ausgeführten Steuerungseinheit (Ü-ECU1, Ü-ECU2) über eine Kommunikationsstruktur eine Energieverteilung auf die Ladetrennmodule und die jeweils nach geordneten Verbrauchergruppen gesteuert wird.and with at least one superordinate and redundantly executed control unit (Ü-ECU1, Ü-ECU2) via a communication structure, an energy distribution to the charge separation modules and the respectively ordered by consumer groups is controlled.
2. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, bei der die Kommunikationsstruktur aus einem Kommunikationsbus besteht, der sowohl die Ladetrennmodule als auch die einzelnen Verbraucher der Verbrauchergruppen ansteuert ,2. Power supply circuit according to claim 1, wherein the communication structure consists of a communication bus which controls both the charge separation modules and the individual consumers of the consumer groups,
3. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Kommunikationsstruktur aus einem Kommunikationsbus für die Ansteuerung der Ladetrennmodule und der einzelnen Verbraucher und einem zweiten internen Kommunikationsbus in den Ladetrennmodulen besteht, mit dem die schaltbaren Ausgänge der Ladetrennmodule angesteuert werden.3. Power supply circuit according to claim 1 or 2, wherein the communication structure consists of a communication bus for controlling the charge separation modules and the individual consumers and a second internal communication bus in the charge separation modules, with which the switchable outputs of the charge separation modules are controlled.
4. Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der mindestens eine Verbrauchergruppe aus sicherheitsrelevanten Verbrauchern zusammengesetzt ist die Verbrauchergruppen aus sicherheitsrelevanten Verbraucher in mindestens zwei Teilbordnetzen redundant ausgebildet sind.4. Power supply circuit according to one of claims 1 to 3, wherein at least one consumer group is composed of safety-relevant consumers, the consumer groups are made redundant from safety-relevant consumers in at least two sub-networks.
5. Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der, ein Teil der Verbraucher über ein gemeinsames5. Power supply circuit according to one of claims 1 to 4, wherein, a part of the consumer via a common
Nebenschaltmodul NSM angesteuert wird.Sub-switching module NSM is controlled.
6. Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der mindestens ein Teilbordnetz einen zuschaltbaren DC/DC Wandler enthält, mit dem der Versorgungsstrom der Energieversorgung auf die Bordnetzbatterie des Teilbordnetzes transformiert werden kann.6. Power supply circuit according to one of claims 1 to 5, wherein at least one sub-board network includes a switchable DC / DC converter, with which the supply current of the power supply can be transformed to the electrical system battery of the sub-board network.
7. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 6, bei der mit dem DC/DC Wandler die Stromversorgung eines weiteren anschließbaren und zuschaltbaren Bordnetzes, insbesondere eines Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug Anhänger, erfolgt .7. Power supply circuit according to claim 6, wherein with the DC / DC converter, the power supply of another connectable and connectable vehicle electrical system, in particular a vehicle electrical system in a motor vehicle trailer takes place.
8. Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der an mindestens ein Ladetrennmodul über einen schaltbaren Ausgang ein weiteres Bordnetz, insbesondere das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs Anhängers, anschließbar ist.8. Power supply circuit according to one of claims 1 to 5, wherein at least one charging separation module via a switchable output, another electrical system, in particular the electrical system of a motor vehicle trailer, can be connected.
9. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 8, bei der die Verbraucher des weiteren Bordnetzes und ein Energiespeicher des weiteren Bordnetzes an zwei verschiedenen Ausgängen des Ladetrennmoduls angeschlossen werden.9. Power supply circuit according to claim 8, wherein the consumers of the further electrical system and an energy storage of the further electrical system are connected to two different outputs of the charging separation module.
10. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 9, bei der zwischen Ladetrennmodul und Energiespeicher des weiteren Bordnetzes ein Strombegrenzungsmodul in Serie geschaltet ist .10. Power supply circuit according to claim 9, wherein between the charging separation module and the energy storage of the other electrical system, a current limiting module is connected in series.
11. Ladetrennmodul, insbesondere für eine Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1,11. Charging separation module, in particular for a power supply circuit according to claim 1,
- mit einer Kommunikationsschnittstelle zu einem Kommunikationsbus und einem Kommunikationscontroller, zur Umsetzung der Nachrichten auf dem Kommunikationsbus auf einen internen Bus des Ladetrenntrennmodul ,with a communication interface to a communication bus and a communication controller, for converting the messages on the communication bus to an internal bus of the charge separation module,
- mit einer über einer Steuerleitung aktivierbaren Spannungsversorgung;- With an activatable via a control line power supply;
- mit einem Mikrocontroller für die Ansteuerung von Schaltelementen, die eine dem Ladetrennmodul über einen ebenfalls ansteuerbaren Hauptschalter zugeführte Spannung auf mehrere Spannungsausgänge des Ladetrennmoduls verteilen,- With a microcontroller for controlling switching elements, the one the charge separation module via a also distribute controllable main switch supply voltage to several voltage outputs of the charge separation module,
- so dass wahlweise die an die Spannungsausgänge angeschlossenen Verbraucher entweder einzeln nach Maßgabe der Schaltstellung der gesteuerten Schaltelemente zu oder angeschaltet werden können, oder dass oder alle an das Ladetrennmodul angeschlossenen Verbraucher zusammen durch betätigen des Hauptschalters ausgeschaltet werden können.- So that either the connected to the voltage outputs consumers can be switched on or off individually according to the switching position of the controlled switching elements, or that or all connected to the charging separation module loads can be turned off together by pressing the main switch.
12. Ladetrennmodul nach Anspruch 11, bei dem neben den einzeln schaltbaren Ausgängen noch zusätzliche nicht einzeln schaltbare Ausgänge vorhanden sind.12. charging separation module according to claim 11, wherein in addition to the individually switchable outputs still not individually switchable outputs are present.
13. Ladetrennmodul nach einem der Ansprüche 11 bis 12; bei dem zusätzlich ein bidirektionaler Eingang/Ausgang für den Anschluss eines Energiespeichers vorhanden ist .13. Charging module according to one of claims 11 to 12; in which additionally a bidirectional input / output for the connection of an energy storage is available.
14. Ladetrennmodul nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem, ein schaltbarer Knotenpunkt (Klemme 30) vorhanden ist, der gleichzeitig die externen Spannungsquellen auf die Ausgänge des Ladetrennmoduls und auf die interne Spannungsversorgung für den Kommunikationscontroller und für den Mikroprozessor schaltet. A charge isolation module according to any one of claims 11 to 13, wherein there is a switchable node (terminal 30) which simultaneously switches the external voltage sources to the outputs of the charge isolation module and to the internal power supply for the communication controller and for the microprocessor.
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