CN113613957A - 用于机动车的电能网络和用于运行机动车的电能网络的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于具有人工或高度自动化的驾驶功能的机动车的高可用性的电能网络(E)。为此，电能网络(E)包括第一子电能网络(T1)，其连接到供电电位(KL30.B)；第二子电能网络(T2)；和耦合元件(K，Kx)，其通过第一子电能网络(T1)将第二子电能网络(T2)与供电电位(KL30.B)耦合。在此，耦合元件(K，Kx)具有可逆的分离功能，从而将耦合元件(K，Kx)设计为，依据第一子电能网络(T1)的物理值将第一子电能网络(T1)与第二子电能网络(T2)可逆地解耦。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的电能网络，其包括与供电电位连接的第一子电能网络、第二子电能网络和耦合元件，该耦合元件通过第一子电能网络将第二子电能网络与供电电位耦合。此外，本发明还涉及一种用于运行这种电能网络的方法。
背景技术
在车辆技术中，电源以及各个子电能网络(例如各个部件)的相互连接，被称为机动车的电能网络或车载电能网络。一般来说，电能网络可以分为抽象的电能网络(也被称为配电网络)和物理的车载网络。在此，抽象的电能网络描述了用于或通过电能网络的部件的配电、供电和电能转换。与此相对地，真正的部件(例如线束、插头、电缆和各个组件)由物理的车载网络描述。
为了避免短路对配电网络的影响，从DE 10 2017 201 488 A1中已知一种用于检测配电网络中的短路的方法，其中电能从至少一个电源提供给至少一个负载。在此，在该文献中主要描述了一种用于检测短路的数学方法。
此外，从DE 10 2012 022 083 A1中已知一种用于机动车的供电网络的保护电路。在此，关于控制装置的触发信号对可触发的切断元件进行控制，以断开保护电路的第一接头与第二接头之间的电气连接。在此，切断元件不再能够通过控制装置的控制信号提供第一与第二接头之间的电气连接。特别是在例如可以借助安全气囊控制装置确定的事故的情况下，例如机动车的启动电池因此可以与供电网络分离。由此可以防止乘客和机动车的载货发生危险。
最后，从DE 10 2014 214 501 A1中已知一种用于控制机动车的多电压车载网络的方法。在此，多电压车载网络是包括多个具有不同电网电压的子网络的车载网络。现在，为了减少子网络中的一个的短路对子网络中的其他子网络的影响，在该文献中提供了控制单元，其可以检测这些子网络之间的短路，并且由此停用相应子网络的受影响部件。
发明内容
现在本发明要解决的技术问题是，提高电能网络的可用性。
上述技术问题通过独立权利要求的主题来解决。本发明的有利的扩展由从属权利要求、以下描述以及附图公开。
本发明提供了一种用于机动车的电能网络。该电能网络包括第一子电能网络，其与供电电位连接；第二子电能网络；和耦合元件，其通过第一子电能网络将第二子电能网络与供电电位耦合。在此，耦合元件具有可逆的分离功能。因此，耦合元件被设计为，依据第一子电能网络的物理值将第一子电能网络与第二子电能网络可逆地解耦。
换言之，所描述的机动车的电能网络被设计为，第一子电能网络和第二子电能网络代表可以说物理上彼此分离的电能网络部分。两个子电能网络的物理的以及由此导电的连接只通过耦合元件实现。在此，耦合元件具有提到的可逆的分离功能。因此，第一子电能网络与第二子电能网络之间的电气连接可以可逆地、特别是无损地分离，但是在需要时也可以被重新建立。
第一与第二子电能网络(其也可以被称为耗电器单元)的分离或连接，即耦合或解耦优选地依据物理值进行。优选地，分离或连接也可以依据多于一个物理值、即依据多个物理值进行。特别地，只有当所述或多个物理值代表第一子电能网络的功能故障时，才将两个子电能网络解耦。功能故障例如可以是过载，其例如由第一子电能网络的短路和/或增加的总电流造成。因此，耦合元件可以说被设计为，采集和评估所述或多个物理值，并且依据评估的结果将第一子电能网络与第二子电能网络电气分离或连接。
本发明是基于以下认识：耗电器反作用，即子电能网络、特别是子电能网络的部件的故障，不仅对所涉及的子电能网络，而且对整个电能网络产生不利影响，甚至在最坏的情况下会导致整个电能网络的故障。现在，在故障情况下，子电能网络可以通过可逆的耦合元件进行解耦。换言之，现在可以通过在主供电路径中使用具有可逆的分离功能的耦合元件来消除这些耗电器反作用。在可以借助至少一个物理值确定的耗电器反作用的情况下，耦合元件将子电能网络彼此分离。因此，耗电器反作用不能影响整个电能网络，即特别是第二子电能网络。
由此产生如下优点：在消除了第一子电能网络中的功能故障之后，尽管子电能网络之前已经相互物理分离，但可以通过耦合元件的可逆的分离功能重新建立第一和第二子电能网络之间的连接。特别地，如果功能故障是用于控制第一子电能网络的软件中的缺陷，则这通常在机动车的行驶运行期间可以通过重新启动子电能网络或子电能网络的部件来消除。因此，功能故障将被消除，耦合元件可以通过采集物理值来确定这点，并且第一子电能网络可以重新与第二子电能网络耦合。反之，如果在这种情况下，两个子电能网络被不可逆地分离或解耦，则必须寻找车间来更换子电能网络之间的连接线或耦合元件。因此，在电能网络的实施方式中，如果部件并且因此可能的整个子电能网络例如由于软件缺陷已经被“挂起”，则优选地通过可逆的分离功能可以说实现部件个体的硬件复位(部件复位)。由此可以在整体上提高机动车的可用性。
此外，通过采用具有可逆的分离功能的耦合元件，而不是具有不可逆的分离功能的熔断器，可以降低物理电能网络的成本和重量。
优选地，所提到的机动车被设计为汽车、特别是轿车或货车，或者被设计为客车或摩托车。在此，机动车尤其可以被设计为电动机动车、混合动力车或具有内燃机的机动车。
特别地，第一和第二子电能网络可以分别被设计为机动车的各个电气部件和耗电器。替换地，第一和第二子电能网络还可以包括多个单个部件和耗电器。例如，第一子电能网络可以被设计为信息娱乐系统和/或无线电或音响设备控制器和/或导航系统和/或内部灯光控制器和/或行李箱灯光控制器。与此相对地，第二子电能网络例如可以被设计为刹车控制系统和/或转向系统和/或灯光控制器和/或雨刷控制器。一般来说，子电能网络的部件也可以是机动车的不同系统的控制装置。除了部件之外，这两个子电能网络或子电能网络例如还可以包括至少一个电源和/或电能存储器以及用于与电源或电能存储器耦合的接头。此外，这两个子电能网络还可以包括到机动车的其他子电能网络和耗电器单元的电缆和/或接头。
通过所提到的供电电位可以向第一和第二子电能网络提供例如12伏特的电源电压。
以特别有利的方式，耦合元件还可以被设计为，依据电能网络、特别是电能网络的供电路径的物理值，可逆地将第一子电能网络与第二子电能网络解耦。
产生附加优点的实施方式也属于本发明。
一种实施方式规定，第一子电能网络的物理值代表电气值和/或温度值。
在此，电气值例如可以被设计为电流值或电压值。例如，物理值可以将短路表示为第一子电能网络的功能故障、特别是第一子电能网络的部件的功能故障。因此，如果耦合元件采集到从第一子电能网络到第二子电能网络的增加的电流，则两个子电能网络尤其可以可逆地彼此解耦。与此相对地，通过温度值例如可以将第一子电能网络的过热指示为功能故障。在此，功能故障可能不仅是第一子电能网络的组件的机械性损坏，而且也例如由第一子电能网络的控制器中的硬件缺陷和/或软件缺陷引起。
因此，第一子电能网络例如可以包括至少一个耗电器和至少一个电源作为部件。与此相对地，第二子电能网络例如可以只包括耗电器作为部件。现在，从第一子电能网络到第二子电能网络的电流形式的物理值可以由耦合元件进行监测。如果电流中的电流值超过或低于预先给定的界限值，则耦合元件可以将两个子网络解耦。因此，可以防止，第一子网络的电源在子网络的连接状态下被第二子网络的部件放电，从而特别是不再有足够的电能来运行第一子网络的其余部件。
替换地，第一子电能网络可以被设计为多电压网络。因此，第一子电能网络本身具有分别具有自己的部件的子电能网络，其中子电能网络特别是具有不同的供电电位。因此，耦合元件也可以依据第一子电能网络的其中一个子网络的物理值执行第一和第二子网络的可逆解耦。
另外的实施方式规定，第一子电能网络包括至少一个与安全无关的、用于提供机动车的功能的部件。与此相对地，第二子电能网络包括至少一个与安全相关的、用于提供机动车的功能的部件。
换言之，第二子电能网络因此可以代表在道路交通中安全运行机动车所需的子电能网络。第二子电能网络的安全相关的功能例如可以是机动车的驾驶功能，转向功能、特别是转向辅助功能，和/或制动功能、特别是制动辅助功能，和/或照明功能和/或雨刷功能。与此相对地，第一子电能网络相应地可以与机动车的安全运行无关，并且因此确切地说为机动车的乘员的舒适性服务。第一子电能网络的与安全无关的功能例如可以是导航功能和/或无线电或音响设备的功能和/或信息娱乐功能和/或机动车内部或行李箱的照明功能。
由此产生以下优点：可以避免与安全无关的部件的功能故障通过前面描述的耗电器反作用影响到与安全相关的部件的功能。因此，特别优选地，尤其可以根据ISO26262来保证与安全相关的部件的电能供应，其中同时可以保持车辆可用性。
换言之，通过具有可逆的分离功能的耦合元件可以实现与安全相关部件和与安全无关部件的保护和隔离。总的来说，可以防止例如转向辅助和/或制动辅助的与安全相关的电气系统的突然的、没有预兆的故障。
替换地或附加地，还可以规定，第一子电能网络包括至少一个与安全相关的、用于提供机动车的功能的部件，第二子电能网络包括至少一个与安全无关的、用于提供机动车的功能的部件。
另外的实施方式规定，耦合元件被设计为DC/DC转换器(直流电压转换器)或可通断的电位分配器。
在此，DC/DC转换器尤其也被设计为，可通断的DC/DC转换器。
在此，应该将可通断理解为，可以控制DC/DC转换器或电位分配器以提供可逆的分离功能。为此，DC/DC转换器和电位分配器例如可以包括开关元件，例如半导体开关或继电器，其依据物理值、即例如电流或电压来分离第一子电能网络与第二子电能网络之间的连接。特别优选地，可通断的DC/DC转换器或可通断的电位分配器也可以被称为智能DC/DC转换器或智能电位分配器。
另外的实施方式规定，用于提供分离功能的耦合元件包括至少一个可控开关元件、用于采集物理值的采集设备和用于依据物理值生成控制信号以控制开关元件的控制设备。
也就是说，可以将耦合元件可以说用作评估设备，以执行对电能网络、即对物理车载电能网络的诊断。因此，例如可以确定电流和电压，或者可以测量温度，从而也可以测量电能网络的相应子电能网络的能量消耗或功率消耗。
在此，所提到采集设备例如可以被设计为电流传感器、电压传感器和/或温度传感器。控制设备尤其可以被设计为控制器，例如微控制器。开关元件优选地可以被设计为半导体开关。在此，半导体开关优选可以在开关运行中运行，即半导体开关在接通的开关状态下是导电的，并且半导体开关在断开的开关状态下是不导电的。为了提供可逆的分离功能，半导体开关在此可以借助控制设备特别是利用控制设备的控制信号依据物理值进行控制，从而被设置为接通或断开的开关状态。在此，半导体开关例如可以被设计为场效应晶体管、双极晶体管、晶闸管等。
另外的实施方式规定，耦合元件被设计为，只有当物理值超过或低于预先给定的界限值时，才依据物理值将第一子电能网络与第二子电能网络解耦。类似地可以规定，如果采集多个物理值，则耦合元件可以被设计为，仅当物理值超过或低于分别关联的、预先给定的界限值时，才依据物理值将第一子电能网络与第二子电能网络解耦。
因此，如果耦合元件确定了例如由于第一子电能网络中的短路引起的电压下降以及预先给定的电压界限值，则耦合元件可以将第一和第二子电能网络彼此分离。类似地，这自然也适用于确定电能网络中的过电压。在此，界限值尤其可以是电流界限值、电压界限值和/或温度界限值。
例如，通常要为第二子电能网络的正常运行平均提供电源电压，即至少9.8伏特的电压。如果低于9.8伏特的第二子电能网络的电压保持了例如一秒钟以上，则第二子电能网络的功能就会发生故障。因此，在这种情况下，耦合元件可以将两个子电能网络彼此分离。如果电压从9.8伏特进一步下降到低于8.2伏特，并且这种状态保持了例如200毫秒以上，则这也会导致第二子电能网络的功能故障。类似地，这也同样适用于低于6伏特的电源电压保持了超过500微秒的情况。因此，耦合元件例如可以不仅依据预先给定的界限值，而且特别是还依据预设的时间值来提供可逆的分离功能。类似地，这也可以针对电能网络的电流或温度进行。根据电能网络的尺寸设计，在确定电流值多于300安培或例如多于1000安培时，第一子电能网络可以与第二子电能网络分离。
另外的实施方式规定，电能网络包括低压网络和高压网络，它们通过转换器元件相互耦合。在此，高压网络被设计为，向低压网络供电。在此，除了第一和第二子电能网络之外，低压网络还包括耦合元件。
换言之，电能网络在一定程度上被设计为多电压电能网络，其中可逆的分离功能只针对低压网络实现。因此，低压网络和高压网络分别代表电能网络的独立的子网络。
这种电能网络架构尤其用于具有电驱动器或混合驱动器的现代机动车。在本申请中，名称“高压网络”既涉及所谓的高压电能网络，其具有从大约60伏特至大约1000伏特的电位或额定电压，也涉及所谓的中压电能网络，其具有从大约20伏特至大约60伏特，通常约为48伏特的电位或额定电压。与此相对地，名称“低压网络”涉及所谓的低压电能网络，其具有大约小于或等于30伏特的电位或额定电压，通常具有大约12伏特的额定电压。在此特别地，在高压网络中布置了高压电池和例如用于电驱动器的电动机。因此可以说，高压网络的高压电池向低压网络的第一和第二子电能网络供电。
另外的实施方式规定，高压网络通过转换器元件连接到供电电位。
优选地，转换器元件被设计为DC/DC转换器，其可以将高压网络的较高电位转换为较低电位，即可以转换为低压网络的子电能网络的供电电压。
另外的实施方式规定，电池与第二子电能网络相关联以用于供电。在电能网络的正常运行中，第一子电能网络和第二子电能网络由高压网络供电。然而，在将第一子电能网络与第二子电能网络可逆地解耦的情况下，第二子电能网络于是由电池供电。
换言之，在电能网络的正常运行中，可以说，第二子电能网络的电池由高压网络、即特别是由高压网络的高压电池充电。在此，应将不存在功能故障的情况下的电能网络的运行理解为正常运行。与此相对地，如果确定了第一子电能网络的功能故障，并且相应地第一子电能网络与第二子电能网络分离，则现在可以通过由第二子电能网络的电池向第二子电能网络供电，来保证第二子电能网络的功能。因此，第二子电能网络至少可以暂时为自己供电。
由此产生以下优点，特别地，如果第二子电能网络是电能网络的安全相关部件，则机动车可以继续可靠地转向到合适的停放位置，而例如转向辅助或制动辅助不会失效。
可选地，自己的电池也可以与第一子电能网络相关联，从而即使在高压网络的故障的情况下仍然可以运行整个低压网络。
由此产生以下优点，耦合元件因此也可以特别优选地应用于电池诊断，即例如对第一子电能网络的电池进行诊断。也就是说，由电池提供的电流和电压可以通过耦合元件进行采集和评估。随后，可以通过电流和电压的值推断出电池的充电能力以及电池的老化状态。
特别地，本发明还涉及一种具有如之前所描述的电能网络的机动车。
本发明还涉及一种用于运行机动车的电能网络的方法。在此，电能网络包括第一子电能网络，其与供电电位连接；第二子电能网络；和耦合元件，其通过第一子电能网络将第二子电能网络与供电电位耦合。在此首先，在步骤a)中，进行对第一子电能网络的物理值的采集。随后，在步骤b)中，依据物理值进行：生成用于耦合元件的控制信号。最后，在步骤c)中，依据控制信号将第一子电能网络与第二子电能网络可逆地解耦。
在此，对物理值的采集尤其可以借助采集设备进行。此外，电能网络、即特别是耦合元件还可以包括控制设备，其依据物理值生成控制信号，其中耦合元件的开关元件尤其可以通过控制信号进行控制。然后，通过控制该开关元件，可以进行两个子电能网络的可逆的解耦。替换地，物理值本身也可以代表控制信号。因此，耦合元件可以由物理值直接控制以连接或分离子电能网络。
根据本发明的方法的扩展也属于本发明，其具有已经结合根据本发明的电能网络的扩展描述的特征。出于这个原因，在此不再描述根据本发明的方法的相应的扩展。
本发明还包括所描述的实施方式的特征的组合。
附图说明
下面描述本发明的实施例。为此，附图中：
图1示出了具有手动驾驶功能的机动车的电能网络的示意性电路原理图，该电能网络具有带有可逆的分离功能的耦合元件的第一优选实施方式；
图2示出了如图1所示的具有手动驾驶功能的机动车的电能网络的示意性电路原理图，该电能网络具有带有可逆的分离功能的耦合元件的第二优选实施方式；
图3示出了具有高度自动驾驶功能的机动车的电能网络的示意性电路原理图，该电能网络具有带有可逆的分离功能的耦合元件的特别优选实施方式；以及
图4示出了具有用于运行电能网络的各个方法步骤的示意性的流程图，该电能网络具有带有可逆的分离功能的耦合元件。
下面解释的实施例是本发明的优选的实施方式。在实施例中，所描述的实施方式的部件分别代表了本发明的可以相互独立地对待的各个特征，这些特征也分别相互独立地扩展了本发明。因此，本公开还应该包括除了所示出的实施方式的特征组合之外的其他组合。此外，所描述的实施方式也可以由已经描述的本发明的特征中的其他特征来补充。
在附图中，相同的附图标记分别表示功能相同的元件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的电能网络的优选实施例的示意性电路原理图。该电能网络E，也被称为车载电能网络，特别是被设计为具有手动驾驶功能的机动车的电能网络E。在此，电能网络E被分为两个电压网络，即高压网络HV和低压网络NV，其中这两个电压网络通过转换器元件W，即DC/DC转换器(直流电压转换器)相互耦合。因此，转换器元件可以将高压网络HV的大约48伏特的较高电位转换成低压网络NV的大约12伏特的较低电位，或者反之。如开头描述的，本申请中的名称“高压”既涉及从大约60伏特至1000伏特、通常为从大约400伏特至900伏特的高压额定电压，也涉及从大约20伏特至大约60伏特、通常为大约48伏特的中压额定电压。与此相对地，在本申请中，名称“低压”涉及大约小于或等于30伏特的低压额定电压，通常为大约12伏特的额定电压。在附图中，高压网络HV尤其被描述为具有大约为48伏特的电位的中压电能网络。
在此，两个电压网络具有多个单独的部件，下面也将其称为耗电器。除了高压电池BHV，高压网络HV还包括高压耗电器RHV和电机EM作为部件。在此，高压网络HV的部件通过接头连接到正电位HV+，并且通过其相应的第二接头连接到地电位GND。然后，优选地在地电位GND与高压网络HV的正电位HV+之间施加有电压，即前面提到的大约48伏的电位。在不同于所示实施例的实施例中，高压网络HV也可以具有从大约400伏特到900伏特的电位。在这种情况下，将在正电位HV+与附图中未示出的负电位HV-之间施加电位。
与此相对地，低压网络NV的部件被划分为子电能网络，即第一子电能网络T1和第二子电能网络T2。在此，在图1所示的实施例中，第一子电能网络T1包括多个部件，例如散热器风扇元件KLE、信息娱乐系统INF、导航系统NAV以及无线电控制器RAD。附加地或替换地，第一子电能网络T1可以包括声音系统控制器和/或针对机动车和/或行李箱的内部灯光控制器。此外，在图1中，第一子电能网络T1还可以选择性地包括电池B1作为部件。相应地，第一子电能网络T1的部件被设计为与安全无关的、用于提供机动车的功能的部件。作为所示实施例的替换方案，第一子电能网络T1也可以仅包括单个部件。因此可以说，该一个部件就可以代表第一子电能网络T1。
为了供电，第一子电能网络T1的电池B1通过接头连接到供电电位KL30.B。电池B1还通过第二接头连接到地电位GND。第一子电能网络T1的其余部件也分别通过第一接头连接到供电电位KL30.B。为此，其余部件的各个第一接头一起连接到节点，并且因此形成共同的接头，其余部件通过共同的接头连接到供电电位KL30.B。第一子电能网络T1的其余部件也通过其相应的第二接头连接到接地电位GND。
类似于第一子电能网络T1，第二子电能网络T2也包括多个电气部件，例如制动控制系统BRS、转向系统EPS、雨刷控制器WI、灯光控制器LI和电池B2。相应地，第二子电能网络T2的部件被设计为与安全相关的、用于提供机动车的功能的部件。在此，第二子电能网络T2的每个部件通过单独的第一接头连接到第二供电电位KL30.A。第二子电能网络T2的各个部件分别通过第二接头连接到地电位GND。
在此，在供电电位KL30.B与地电位GND之间，以及供电电位KL30.A与地电位GND之间存在用于第一和第二子电能网络T1和T2的供电电压，即前面提到的大约12伏特的低压电位。优选地，供电电位KL30.B和KL30.A代表子电能网络以持续正极供电，这在车辆技术中通常被称为“端子30(Klemme dreiβig)”。
除了第一和第二子电能网络T1和T2之外，低压网络NV还包括耦合元件K。在此，耦合元件将第一子电能网络T1与第二子电能网络T2耦合。在图1中所示的实施例中，耦合元件K为此通过第一接头与供电电位KL30.B连接，并且通过第二接头与第二供电电位KL30.A连接。在此，耦合元件K具有将第一子电能网络T1与第二子电能网络T2解耦的功能，例如在第一子电能网络T1、即特别是第一子电能网络T1的其中一个部件发生功能故障的情况下。因此，在功能故障的情况下，第一子电能网络T1和第二子电能网络T2可以可逆地和非破坏性地在物理上相互分离。
作为图1中所示的实施例的替换方案，第一子电能网络T1除了前面描述的部件之外还可以包括转换器元件W和高压网络HV的部件。因此，耦合元件K也可以依据转换器元件W和/或高压网络HV的其中一个部件的至少一个物理值，将第二子电能网络V2与第一子电能网络T2解耦。
图1中示出的实施例例如基于下面的情况。在电能网络E的正常运行中，首先可以将高压网络HV的高压电池BHV设计为，除了高压耗电器RHV和电机EM之外，还可以通过转换器元件W向低压网络NV的第一子电能网络T1和第二子电能网络T2的部件供电。在此，第一和第二子电能网络T1和T2的电池B1和电池B2也特别优选地借助高压电池BHV进行充电。为此在正常运行中，第一和第二子电能网络T1和T2的供电电位KL30.B和KL30.A首先通过耦合元件K相互导电连接。
现在，其中一个部件，例如第一子电能网络T1的信息娱乐系统INF，可能会出现例如短路的形式的功能故障。低压网络NV的电压可能由于短路而崩溃。因此，信息娱乐系统INF中的短路可能会对低压网络的所有其他部件造成所谓的耗电器反作用。因此，由于这种耗电器反作用、即电压崩溃或电压下降，将不再提供足够的电压来运行第一子电能网络T1的其余部件和第二子电能网络T2的部件。因此，第一子电能网络T1的部件和第二子电能网络T2的部件不再是可运行的。因此，电能网络E的整个低压网络NV会在整体上失效。
在此，如果与电能网络E相关联的机动车例如处于行驶运行中，则机动车由于第二子电能网络T2的与安全相关的部件的故障不再被控制。因此，例如转向辅助和/或制动辅助会突然失效，从而只能以相当大的努力对机动车进行制动和转向。此外，在与安全相关的部件、例如转向系统EPS或制动控制系统BRS的功能发生这种失效的情况下，机动车还可能立即自动停车。机动车就会抛锚。特别是在公路交通中，由此会增加事故风险。
现在，为了防止制动辅助和转向辅助的这种失效或者机动车的抛锚，电能网络E的耦合元件K被设计为，用于将第一子电能网络T1的与安全无关的部件与第二子电能网络T2的与安全相关的部件解耦。在此，耦合元件具有可逆的分离功能，用于可逆和非破坏性地分离子电能网络T1和T2。为了实现可逆的分离功能，耦合元件K例如可以包括半导体开关，其依据第一子电能网络T1的物理值在接通的开关状态下是导电的，或者在断开的开关状态下是不导电的，或者反之。在此，物理值代表第一子电能网络T1的电流和/或电压和/或温度。在此，如果物理值不在预先给定的值范围内，则半导体开关尤其被设置到不导电的开关状态。换言之，如果物理值超过或低于预先给定的界限值，则第一子电能网络T1与第二子电能网络T2可以说电气分离。
在前面提到的信息娱乐系统INF中出现短路的情况下，因此在第一子电能网络T1中产生之前描述的电压崩溃。耦合元件K例如可以采集该电压崩溃，并且耦合元件K的半导体开关可以以如下方式改变其开关状态：第一子电能网络与第二子电能网络电气分离。替换地，在短路的情况下，耦合元件K还可以采集从第二子电能网络T2到第一子电能网络T1的增加的电流。在这种情况下，半导体开关还可以将第一子电能网络T1与第二子电能网络T2之间的连接分离。
反之，如果信息娱乐系统INF中的功能故障例如是由于信息娱乐系统INF的控制器中的软件缺陷引起的，则信息娱乐系统INF、即特别是信息娱乐控制器例如可能会过热。耦合元件K也可以采集信息娱乐系统INF的过热。现在，为了避免例如过热导致的信息娱乐系统INF的机械损坏，并且抵抗由此形成的对第二子电能网络T2的与安全相关部件的耗电器反作用，耦合元件K在这种情况下也可以提前将第一子电能网络T1与第二子电能网络T2彼此电气分离。随后，例如为了消除信息娱乐系统INF的功能故障，可以执行信息娱乐系统控制器的重新启动。由此可以消除信息娱乐系统INF的控制器中的软件缺陷，并且信息娱乐系统INF在重新启动后将再次正常运行。信息娱乐系统INF的温度将下降，并且第一子电能网络的物理值将再次位于预先给定的值范围内。与此对应地，第一子电能网络可以通过耦合元件K再次与第二子电能网络T2耦合。因此，利用图1中描述的电能网络可以改善机动车的可用性。
只要两个子电能网络T1、T2在功能故障期间相互分离，第二子电能网络T2的部件就可以借助电池B2至少暂时得到供电。类似地，对于例如高压网络HV发生故障的情况，这也同样适用于第一子电能网络的电池B1。
图2同样示出了如图1中所示的电能网络E的电路原理图。然而，图2中示出了耦合元件K的替换的实施方式。在图2中所示的实施例中，通过耦合元件K不仅可以将整个子电能网络T1与整个子电能网络T2分离，即将供电电位KL30.B与第二供电电位KL30.A分离。取而代之的是，除了电池B2，每个部件都可以单独与供电电位KL30.A分离。为此，耦合元件K具有多个开关元件S1至S5。开关元件S1连接在供电电位KL30.A与供电电位KL30.B之间，其中第一子电能网络T1的与安全无关的部件的共同的接头连接到供电电位KL30.B。在图2中，可选的电池B2也连接到第一子电能网络T1的与安全无关的部件的共同的接头。与此类似地，开关元件S2、S3、S4和S5布置在制动控制系统BRS、转向系统EPS、雨刷控制器WI和灯光控制器LI的相应第一接头与供电电位KL30.A之间。因此，通过控制开关元件S1至S5，所提到的每个部件都可以单独与供电电位KL30.A连接或分离。
此外，在图2中所示的实施例中，耦合元件还包括采集设备D，借助采集设备尤其可以采集第一和第二子电能网络T1、T2的每个单独的部件的物理值或各个物理值。然后，可以将所采集的物理值从采集设备D传输到控制设备C。优选地，控制设备C被设计为用于评估物理值，并且可以说是检查物理值是否位于预先给定的值范围内。如果其中一个部件、例如第一子电能网络T1的与安全无关的部件的物理值处于预先给定的值范围之外，则控制设备C可以生成相应的控制信号S以控制与该部件相关联的开关元件S1至S5。通过对开关元件进行控制，最终可以将功能故障的部件与供电电位KL30.A分离。
图3示出了用于具有高度自动驾驶功能的机动车的电能网络E的示意性电路原理图。在此，高压网络HV、第一子电能网络T1和第二子电能网络T2的构造类似于图1和图2中所示的电能网络E的实施例。然而，第二子电能网络T2具有雷达系统RA作为部件，而不是雨刷控制器WI。
在图3中所示的实施例中，然而，除了具有与安全相关的部件的第二子电能网络T2之外，电能网络E还附加地具有第三子电能网络T3，用于实现机动车的高度自动化的驾驶功能。在此，第三子电能网络T3包括电气部件，其执行与第二子电能网络T2的电气部件相同的功能。因此，第三子电能网络T3关于第二子电能网络T2冗余地构造。
相应地，第三子电能网络T3包括第二雷达系统RA2、第二制动控制系统BRS2、第二转向系统EPS2和第二灯光控制器LI2。此外，第三子电能网络T3还包括电池B3。在此，类似于电池B2，电池B3可以实现在第三子电能网络T3与第一子电能网络T1解耦的情况下，至少暂时向第三子电能网络T3的其余部件供电。在此，类似于第二子电能网络T2的部件，第三子电能网络T3的所有部件分别通过第一接头连接到第三供电电位KL30.C，并且分别通过第二接头连接到地电位GND。在这种情况下，在第二供电电位KL30.C与地电位GND之间也施加了大约12伏特的电位。类似于第二子电能网络T2，第三子电能网络T3也通过第二耦合元件Kx连接到供电电位KL30.B。
然而，在图3中所示的实施例中，耦合元件K和KX的区别在于其实施方式。类似于图1和图2中的耦合元件，第一子电能网络T1与第二子电能网络T2之间的耦合元件K例如被设计为智能电位分配器。与此相对地，第一子电能网络T1与第三子电能网络T3之间的耦合元件KX被设计为可控的DC/DC转换器。因此，耦合元件也是相互冗余地构造的。
作为图3中所示的实施例替换方案，也可以相同地构造耦合元件K和KX。然而，在电能网络E中，通常针对第二子电能网络T2和第三子电能网络T3的电池B2和B3使用不同的电池技术，以实现高度自动化的驾驶功能。因此，为了现在能够依据第二子电能网络T2和第三子电能网络T3中使用的电池技术设置不同的电压水平，在这种情况下通常也要实施不同的耦合元件K和KX以实现可逆的分离功能。
对于在图3中所示的实施例中，第一子电能网络T1的与安全无关的部件中的一个中发生功能故障的情况，第二和第三子电能网络T2和T3现在也可以单独与第一子电能网络T1解耦以避免耗电器反作用。
图4现在示出了用于运行电能网络的示例性实施方式的各个方法步骤的示意性流程图，所述实施方式如例如在图1至图3中的一个中所示出那样。
在此，该方法从启动步骤ST开始。随后，在第一步骤1中进行对第一子电能网络T1的物理值的采集。然后，在随后的步骤2中可以对采集的物理值进行评估。因此，在步骤3中检查物理值是位于预先给定的值范围之内还是之外。如果物理值位于预先给定的值范围之内，则接下来可以再次执行步骤1，即对第一子电能网络T1的新物理值的采集。反之，如果物理值位于预先给定的值范围之外，则在步骤4中生成用于耦合元件K、特别是用于耦合元件K的开关元件S1至S5的控制信号。随后，可以用控制信号S控制耦合元件K或分别相关联的开关元件S1至S5，以便可以实现第一子电能网络T1与第二子电能网络T2或第三子电能网络T3可逆地解耦。随后，该方法在步骤T中结束。
总的来说，这些例子示出了本发明如何为人工驾驶和高度自动化的驾驶提供高可用性的电能网络、特别是电能网络架构。
Claims (10)
1.一种用于机动车的电能网络(E)，包括：
-第一子电能网络(T1)，其连接到供电电位(KL30.B)，
-第二子电能网络(T2)，和
-耦合元件(K，Kx)，其通过所述第一子电能网络(T1)将所述第二子电能网络(T2)与供电电位(KL30.B)耦合，
其特征在于，
-所述耦合元件(K，Kx)具有可逆的分离功能，从而将所述耦合元件(K，Kx)设计为，依据所述第一子电能网络(T1)的物理值将所述第一子电能网络(T1)与所述第二子电能网络(T2)可逆地解耦。
2.根据权利要求1所述的电能网络(E)，
其特征在于，
所述第一子电能网络(T1)的物理值代表电气值和/或温度值。
3.根据上述权利要求中任一项所述的电能网络(E)，
其特征在于，
-所述第一子电能网络(T1)包括至少一个与安全无关的、用于提供机动车的功能的部件(KLE，INF，NAV，RAD)，并且
-所述第二子电能网络(T2)包括至少一个与安全相关的、用于提供机动车的功能的部件(BRS，BRS2，EPS，EPS2，Wi，Li，Li2，Ra，Ra2)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的电能网络(E)，
其特征在于，
所述耦合元件(K，Kx)被设计为DC/DC转换器或者可通断的电位分配器。
5.根据上述权利要求中任一项所述的电能网络(E)，
其特征在于，
用于提供分离功能的耦合元件(K，Kx)包括至少一个可控的开关元件(S1-S5)、用于采集所述物理值的采集设备(D)和用于依据所述物理值生成控制信号以控制开关元件(S1-S5)的控制设备(C)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的电能网络(E)，
其特征在于，
所述耦合元件(K，Kx)被设计为，仅在所述物理值超过或低于预先给定的界限值时，依据所述物理值将所述第一子电能网络(T1)与所述第二子电能网络(T2)解耦。
7.根据上述权利要求中任一项所述的电能网络(E)，
其特征在于，
-所述电能网络(E)包括低压网络(NV)和高压网络(HV)，所述低压网络和所述高压网络通过转换器元件(W)相互耦合，其中
-所述高压网络(HV)被设计为向所述低压网络(NV)供电，以及
-所述第一子电能网络(T1)、所述第二子电能网络(T2)和所述耦合元件(K，Kx)是所述低压网络(NV)的一部分。
8.根据权利要求7所述的电能网络(E)，
其特征在于，
所述高压网络(HV)通过所述转换器元件(W)连接到所述供电电位(KL30.B)。
9.根据权利要求7或8所述的电能网络(E)，
其特征在于，
-电池(B2)与所述第二子电能网络(T2)相关联以进行供电，其中
-在所述电能网络(E)的正常运行中，所述第一子电能网络(T1)和所述第二子电能网络(T2)由所述高压网络(HV)供电，并且
-只有在所述在第一子电能网络(T1)与所述第二子电能网络(T2)可逆地解耦的情况下，所述第二子电能网络(T2)才由所述第二电池(B2)供电。
10.一种用于运行机动车的电能网络(E)的方法，其中所述电能网络(E)包括，
-第一子电能网络(T1)，其连接到供电电位(KL30.B)，
-第二子电能网络(T2)，和
-耦合元件(K，Kx)，其通过所述第一子电能网络(T1)将所述第二子电能网络(T2)与所述供电电位(KL30.B)耦合，
其特征在于以下步骤：
a)采集(1)所述第一子电能网络(T1)的物理值，
b)依据所述物理值，生成(4)用于所述耦合元件(K，Kx)的控制信号(S)，并且
c)依据所述控制信号(S)，将所述第一子电能网络(T1)与所述第二子电能网络(T2)可逆地解耦(5)。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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